传感器在气体检测方面的应用

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1、传感器在气体检测方面的应用摘要：本报告分为三个部分。第一部分简单介绍了气体传感器分类、原理和新发展；第二部分为如何选择正确的气体 探测系统，大致介绍了如何确定方案及应注意的问题；第三部分介绍了市场上成型的SF6气体分解物检测方法及产品、 其中对电调制非分光红外（NDIR）气体传感器进行了描述。第一部分：气体传感器的分类和工作原理1.1气体传感器的分类和工作原理 气体传感器主要有半导体传感器（电阻型和非电阻型）、绝缘体传感器（接触燃烧式和电容式）、电化学式（恒电 位电解式、伽伐尼电池式），还有红外吸收型、石英振荡型、光纤型、热传导型、声表面波型、气体色谱法等。（1）电阻式半导体气敏元件是根据半导

2、体接触到气体时其阻值的改变来检测气体的浓度；非电阻式半导体气敏元件则 是根据气体的吸附和反应使其某些特性发生变化对气体进行直接或间接的检测。（2）接触燃烧式气体传感器是基于强催化剂使气体在其表面燃烧时产生热量，使传感器温度上升，这种温度变化可使 贵金属电极电导随之变化的原理而设计的。另外与半导体传感器不同的是，它几乎不受周围环境湿度的影响。电容式 气体传感器则是根据敏感材料吸附气体后其介电常数发生改变导致电容变化的原理而设计。（3）电化学式气体传感器，主要利用两个电极之间的化学电位差，一个在气体中测量气体浓度，另一个是固定的参比 电极。电化学式传感器采用恒电位电解方式和伽伐尼电池方式工作。有液

3、体电解质和固体电解质，而液体电解质又分 为电位型和电流型。（4）电位型是利用电极电势和气体浓度之间的关系进行测量；电流型采用极限电流原理，利用气体通过薄层透气膜或 毛细孔扩散作为限流措施，获得稳定的传质条件，产生正比于气体浓度或分压的极限扩散电流。（5）红外吸收型传感器，当红外光通过待测气体时， 这些气体分子对特定波长的红外光有吸收， 其吸收关系服从朗 伯一比尔（LambertBeer）吸收定律，通过光强的变化测出气体的浓度：I =I Oexpd mLC + p + Y L +6 ） （1） 式中，am一摩尔分子吸收系数；C一气体浓度；L一光和气体的作用长度；p 一瑞利散射系数；Y 一米氏散射

4、系数；6 气体密度波动造成的吸收系数；10、1一分别是输入输出光强。（6）声表面波传感器的关键是SAW（surface acoustic wave振荡器，它由压电材料基片和沉积在基片上不同功能的叉指 换能器所组成，由延迟型和振子型两种振荡器。SAW传感器自身固有一个振荡频率，当外界待测量变化时，会引起振 荡频率的变化，从而测出气体浓度。1.2新型传感器工艺在微电子和微机械迅速发展的基础上，基于 MEMS 的新型微结构气敏传感器，主要有硅基微结构气敏传感器和硅 微结构气敏传感器。硅基微结构气敏传感器是衬底为硅，敏感层为非硅材料的微结构气敏传感器。主要有金属氧化物 半导体、固体电解质型、电容型、谐

5、振器型。硅微结构：主要是金属氧化物一半导体一场效应管（MOSFET）型和钯金属一绝缘体一半导体（MIS）二极管型。MEMS 技术将传感器与IC电路集成一起，而且精度高、体积小、质量轻功耗低、选择性高、稳定型高，同种器件之间的互换 型高，可以批量生产。所以是传感器工艺的发展方向，而且基本所有的传感器都可以用MEMS技术生产。随着MEMS 技术和纳米技术的发展，将会给气敏传感器的发展提供更广阔的的前景。同时实现传感器陈列，也就是电子鼻集成成 为可能，并将有很大的发展空间，给传感器带来新的发展篇章。第二部分：如何选择正确的气体探测系统气体探测系统主要由传感器和控制系统组成。测量头中的传感器是整个系统

6、的关键部位，它是决定其可靠性的重 要因素之一。目前有以下几种气体探测技术：电化学技术、催化燃烧技术、化学纸带技术、固态金属氧化物技术、红 外技术, 以及光电离技术等。2.1.1电化学技术与催化燃烧技术 不同电化学气体传感器中所包含的不同成分决定了它可与相应的毒气发生反应，测量头可测量反应所产生的电流并将 其转换成气体浓度值（ppm或ppb）。催化传感器在涂有催化剂的小球上“燃烧”可燃性气体，测量头可测量电阻的增 加并将其转换成最低爆炸下限的百分比，显示变化相应的读数一般以爆炸下限作为满量程。由于电化学型和催化燃烧 型测量头具有相对较低的费用，它们通常被用于“源点”（即泄漏有可能发生的地方） 处

7、的测量。因此对泄漏的反应 迅速并可连续探测（即由于连续采样不可能忽略泄漏）。另外，由于没有可移动部件，所以不会造成机械故障。但是 这两种类型的传感器也有缺点：一些气体传感器对与之相应的气体（即它们按照设计应该反应的气体）不反应，而是 与其他气体（干扰气体） 发生反应，因此需要注意在设计和安装过程中避免将这些传感器用在可能有干扰气体存在的 地方。传感器需要定期标定，通常为3 个月一次（视不同品牌、工作环境、工作状态等因素的影响）；传感器在使用 13 年后通常需要更换。另外，有些品牌的传感器使用电解溶液，还需要定期填充电解液。2.1.2 化学纸带技术 化学纸带技术是用经过化学浸泡的纸带去探测有毒气

8、体。这种纸带非常象石蕊试纸遇到某种相应的气体时会改变颜色。 纸带机通过光电管测量，分析纸带颜色的变化，并将其转换成气体浓度值。（1）这种系统的优点是：作为颜色变化反应的结果，纸带机提供的是气体泄漏的物理证据，而电化学型、催化燃烧 型、固态金属氧化物型和红外型测量头仅仅输出420mA的信号。特别是该系统虽然也受干扰气体的影响，但要比电化 学型、固态金属氧化物型的影响小，因此更具有专一性。另外，纸带机比电化学型能探测更多的气体。（2）纸带机的缺点是：它们只能用于有毒气体的探测而不能探测像氢气等可燃性气体。由于纸带机价格昂贵，所以通 常被置于中心位置并通过采样管与各个测量点相连；每个测量点的气样被依

9、次泵吸过来。因此在气体泄漏和探测之间 存在着显著的时间滞后现象，而且依次泵吸可导致探测仪表忽略一些气体泄漏。另外，活泼气体（女HF、Cl2、HCl和 nh3 ）很容易被吸附到采样管上而导致探测仪表无法“看见”气体泄漏。机械故障也总是纸带机的一个问题（纸盒驱动 被轧住，光学镜头变脏，泵损坏，过滤器堵塞以及流量不稳定），所以需要定期的预防性维护。光学系统的定期标定 也是必要的。制造商建议每半年要更换一次纸带，虽然这是一个简单的过程，但纸带的购买和处理却是十分昂贵的。2.1.3 固态金属氧化物技术固态金属氧化物传感器是由金属氧化物（通常为氧化锡）制成的，通过改变电阻来反应气体的存在，测量头测量 电阻

10、的变化并将其转换为浓度。固态金属氧化物传感器的优点是：它们有很长的寿命，通常为10 年。它们能探测的气 体范围非常广，甚至包括电化学型和纸带机所不能探测的气体。因为它们相当便宜，所以通常被用于“源点”处的探 测，而且对泄漏的反应迅速并可连续探测。它们没有可导致机械故障的可移动部件。虽然固态金属氧化物传感器能够 探测很多种气体且灵敏度高，但是它们的选择性很差，因此“误报警”的机率要明显高于其他技术。另外，当它们一 段时间不暴露于被探测气体时，固态金属氧化物传感器将被氧化并进入“睡眠”状态，这意味着它们对真正的气体泄 漏不发生反应。而且固态金属氧化物传感器提供的是非线性输出，因此要比具有线性输出的

11、电化学传感器的标定困难 得多，所需时间也长。2.1.4 红外技术（1） 傅立叶变换型红外（FTIR ）仪表：傅立叶变换型红外（FTIR）仪表是利用分光光度技术探测气体的。当红外光 通过样气时被样气吸收，该仪表通过分析其吸收光谱来决定它的组成。到目前为止，毫无疑问FTIR在通常的应用中是 最精确的气体技术，它具有良好的灵敏度和极低的误报警。它没有消耗备件，因此后期维护费用远远低于其他技术。 但是，由于价格昂贵， FTIR 通常被置于中心位置并通过采样管与各个测量点相连，每个测量点的气样被依次泵吸过来。 因此在气体泄漏和探测之间存在着显著的时间滞后现象。另外，像纸带机一样，活泼气体（如HF, Cl

12、2, HCl，和NH3） 很容易被吸附到采样管上而导致探测仪表无法“看见”气体泄漏。机械故障也届TIR仪表的一个问题（旋转光闸损耗 或被轧住，泵损坏）。（2）两波长红外吸收技术：两波长红外吸收仪表是根据碳氢化合物的气体和蒸气在电磁光谱中的红外区域可吸收一 定波长红外能量的原理制成的。所谓两波长，即参考波长，碳氢化合物在此波长不吸收红外能量；测量波长，碳氢化 合物在此波长强烈吸收红外能量。如果有碳氢化合物在测量区域内，那么在测量检波器上测到的红外能量将低于参考 检波器上的。仪表通过测量两者的差来给出碳氢化合物气体和蒸气的浓度。它是在FTIR分析/实验室技术的基础上 发展起来的，更适合于职业防护和

13、工作现场的监测。相比于催化燃烧型，它反应速度极快；没有催化燃烧型的中毒现 象；准确度不受碳氢化合物气流速度的影响；测量范围最低OTOOOppm，最高可达0-100%v/v ；由于它在测量中不需要 氧气/空气，所以可用于惰性气体环境。它通过使用不可移动部件，可不受振动和冲击的影响；使用防尘罩、防溅罩和 镜面加热技术，使之可用于十分恶劣的环境；非损耗型电子循环红外光源，寿命至少有4 年；除灯外，所有部件无老 化现象；测量头通过定期自检，具有自动报告故障的特性；标定可每6个月进行一次。因此比FTIR技术显著降低了后 期维护费用并降低了误报警的可能性。由于红外波长的限制，它只适用于具有碳一氢键的碳氢化

14、合物，而不能探测cs2, H2， CO， NH3 等气体，而且像乙炔和苯这样的碳氢化合物也不能探测。因此相比于催化燃烧型传感器，它更适用于具有 长链的碳氢化合物。虽然其开始投资价格昂贵，但总体价格要低于催化燃烧技术。2.1.5光电离技术（PID）光电离传感器利用紫外光电离气体分子，并用于探测易挥发有机化合物。特制的紫外灯产生紫外光辐射能，气体 分子受到紫外光辐射而电离，测量头将此时测量到的紫外光辐射能转化为气体浓度。这种紫外光辐射能的单位为电子 伏。标准的紫外光源有8. 4eV, 9.6eV, 10.6eV和11.7eV。而最通常的是10.6 eV,因为它的光源更结实。11.7eV的光 源是锂

15、的氟化物，它较软，易碎。光电离技术可探测那些气体电离势能在紫外光源辐射能量水平之下的气体，例如， 苯的光电离势能是9.24eV，所以可用9.6eV, 10.6eV和11.7eV的光源。PID传感器的优势是良好的灵敏度和快速反应。 这种测量头可以对许多低浓度的气体快速反应。由于PID传感器不会受到高浓度气体的伤害，所以通常被用于决定使用 何种个体防护装备。 PID 传感器的缺点是缺乏选择性。 PID 只可以探测那些气体光电离势能低于光源辐射水平的气体。 由于光源需要经常清洗，仪表需要经常标定以确保其准确，所以PID不适用于多传感器应用，并且仅适用于便携表。 2.2传感器相关知识2.2.1传感器简

16、介 电化学型气体探测有许多优点，并被认为是在需要气体探测的地方所使用的最好的技术。绝大多数电化学有毒气 体传感器是基于同样的原理制造的。但是，不同制造商生产的传感器存在着显著的不同。因此我们需要了解这些不同 以及这种技术通常的局限性。电化学传感器通常有3 个主要部件：电极（一个或多个涂有催化剂的电极）、电解液和可渗透性的薄膜。 气体通过薄膜扩散进来，在电解液催化剂交界处发生反应产生电流。例如，HCl 的反应：2HC1 + HO Cl + 4H + 4e_ 4H + 0 2H O2 2 + - + 2 2测量头测量所产生的电流并将其转换成气体浓度。因为释放出的电子数量与气体浓度成比例，所以传感器

17、的输出是线 性的。2.2.2 传感器的寿命 传感器的寿命由许多因素决定，包括热、湿度、粉尘和累加的气体暴露。在正常工作状况下，传感器的寿命最少应该有1 年，在很多情况下可达到3 年。短时间暴露于高浓度的气体将影响传感器在近期内的表现，因为进入传感器 的气体（反应时间） 需要时间出去（恢复时间）。虽然传感器的输出是线性的，但反应时间是一个对数函数。通过薄 膜扩散进来的第一个气体分子在反应中将产生一个非常迅速的变化，当传感器的输出达到了实际环境中的气体浓度时， 反应的变化速率慢慢降低。最好的传感器的反应曲线看起来非常像一个阶梯函数；而最坏的看起来更像一条直线。反 应曲线倒过来决定了传感器在暴露于气

18、体之后的恢复时间。制造商通常定义一段时间，例如10 min，作为传感器达到 其最大输出时所需要的时间。传感器的T90是它达到这个值的90%时所需要的时间；T5o是达到50%时所需要的时间。这9050两个数越低，传感器的表现越好。2.2.3 预热周期绝大多数电化学传感器需要对传感器的电极维持一个固定的偏差。这个偏差是传感器表现好坏的关键因素之一。 使用它之后，电解液通常需要时间去达到平衡。对大多数传感器来说，预热周期为48h。然而，一些制造商生产的传 感器具有维持这个偏差的内置电池，从而缩短了预热时间。因为电化学传感器通常被标定为标准状态，这个标准状态 不可能恢复为最初的标准状态，所以“准确度”

19、 对电化学传感器来说是个使人误解的名词。而通常使用最多的表现测 量状况的是线性、重复性和灵敏度。传感器的线性和重复性按照标准的定义，被认为是最低探测度（MDL）的灵敏度， 通常被定义为传感器固有本底噪声的3 倍。2.2.4 漂移和干扰所有电化学传感器都有零点漂移现象。但这通常是一个长期的现象，而且可通过定期的标定充分补偿它。干扰气 体而不是目标气体导致传感器发生反应是用户关心的短期现象，而这种现象通常被误认为是零点漂移。因为干扰气体 与电解液的组分有关，所以不能消除其对传感器的影响。但是，在许多实际应用中（例如气柜）它们又不是个问题 不存在干扰气体。对于其他的应用，制造商可提供一些过滤装置阻挡

20、某种干扰气体（例如H2S或HCl）进入传感器。 在设计和安装过程中仔细安置气体探测装置也可避免气体干扰的问题。2.2.5 湿度和气流传感器中的电解液通常是吸湿的，这就意味着电解液中的水倾向于与周围空气中的水达到平衡。因为水是电化学 反应的关键部分，所以在非常干或非常热的地区，传感器的寿命将会缩短。在具有持续高湿的环境中也会缩短传感器 的寿命。一些制造商为解决这些问题生产出用于干燥或潮湿环境中的具有特殊配方的传感器。快速经过传感器表面的 气流（通常大于1l/min）能够改变气体扩散的性质，从而影响传感器的性能。另外，高的空气速度可使传感器更快的 风干从而缩短其寿命。一些制造商通过提供控制流经传感

21、器表面气流速度的装置来解决这些问题。（1）传感器的t5o是什么？ t9o是什么？对于最大的传感器输出来说，它们是以什么时间长度为基础的？5090（2）这种传感器是否具有预热周期或内置电池？（3）什么是传感器的最小探测限？（ 4） 传感器是否有高/低湿度模式？（5） 什么是传感器的典型干扰现象，会引起什么程度的反应？能够过滤掉干扰气体吗？ 对于任何一种仪表，定期维护是保持气体监测系统永远处于良好运行状态的保证。标定、零备件等费用超过了仪表本 身的费用，代表了主要投资，通常是设备初期投资的两倍。因此，需要向供货商了解维持整个系统正常运转所需要的 费用，标定需要多长时间，几年需要更换一次传感器，以及

22、其它维持整个系统的费用。第三部分：SF6气体检测方案:类、红外传感器类 下图右为检测结化学类、电化学 其装置图如下I 感市场上已经有SF6分解产物检测器，相关产品分为三231化学类方法：五万元左右、玻璃检测管20支60美3-032-R003分解物测量装置星程：S02 125ppmv20-200 ppmv j 50-500 ppmv HF : 1.515 ppmv油雾：10mg/m3( .16-l,6ppm)/圈4 SOi杭测讦理颐M变化閹7 被 也感的:廉武纳魏 了sf6气体分解产物测量仪器，可以测量出sf6气体开关中由于电弧而产生的sf6分解产物：二氧化硫SO2和氟化氢HF。通过检测S02发

23、现SF6电气设备故障，SF6气体具有优异的绝缘特性和灭弧特性，已广泛应用于全封闭组合电器(GIS) 和高压断路器等电气设备中。而SF6新气和运行气的质量将直接影响到SF6电气设备的安全运行，因此加强SF6气体 的质量监督和管理至关重要。当设备发生故障时， SF6 气体会产生分解，并与故障点附近的绝缘介质或金属产生极其 复杂的反应，产生不同类型的反应产物。通过事后分析意识到分析运行中SF6气体分解产物的重要意义，实验也证实 检测SO2含量可发现SF6电气设备是否发生故障。以下是因为绝缘不良而造成故障的照片。DP-SF6分解物测试仪显示S0F2和SO 2的总星输出显示范围：0-50ppm#积星另外

24、，也能检测出油雾.分解产物与油雾的浓度以ppm的形式进行显示。 被测气体流经的测试管可用于进行每一种检测。测试管的排气口与一个塑料袋相连接， 从测试管流出的被测气体进入该 塑料袋中. 测试管插装在测量仪器上的一个(测试管安装)支架上. 将测量仪器连接到气室上， 并将流量计的针阀调节 到一个特定的流速.当塑料袋被充满时，必须关闭流量计的针阀.通过测试管刻度上颜色的变化，可以ppm-浓度的形式 表明各种分解产物的存在量。32 电化学传感器类：十万元左右上图左为仪器图，上中图和右图为传感器原理图、33红外传感器类：NDIR 红外气体传感器工作原理： NDIR 技术称非扩散红外技术，英文全称为 non

25、-dispersive infrared spectroscopy 。NDIR红外气体分析仪作为一种快速、准确的气体分析技术，特别连续污染物监测系统(CEMS)以及机动车尾气检测应用中十分普遍。基于气体对红外光吸收的郎伯-比尔吸收定律，采用国际上最新的NDIR技术，如电调制红外光源、 进口高灵敏度滤光传感一体化红外传感器、高精度前置放大电路、可拆卸式镀膜气室等,实现不同浓度、不同气体(SO2、NOX、CO2、CO、CH 等)的高精度连续检测。当红外光通过待测气体时，这些气体分子对特定波长的红外光有吸收,其吸收关系服从朗伯-比尔(Lambert-Beer)吸 收定律。设入射光是平行光，其强度为I

26、0,出射光的强度为I,气体介质的厚度为L。当由气体介质中的分子数dN的吸收 所造成的光强减弱为dI时,根据朗伯-比尔吸收定律:dI/I=-KdN,式中K为比例常数。经积分得:lnI=-KN+a (1)，式 中:N为吸收气体介质的分子总数;a为积分常数。显然有N*cl,c为气体浓度。则式(1)可写成：I=exp(a)exp(-KN)=exp(a)exp(-ycL)=IOexp(-ycL)(2)式(2)表明，光强在气体介质中随浓度c及厚度L按指数规律衰减。吸收系数取决于气体特性，各种气体的吸收系数|J互不 相同。对同一气体,p则随入射波长而变。若吸收介质中含i种吸收气体，则式(2)应改为:I=IO

27、exp(-ltp i ci)(3)因此对于多种混合气体,为了分析特定组分,应该在传感器或红外光源前安装一个适合分析气体吸收波长的窄带滤光 片,使传感器的信号变化只反映被测气体浓度变化。下图左为NDIR红外气体分析原理图：以CO2分析为例，红外光源发射出1-20um的红外光，通过一定长度的气室吸 收后，经过一个4.26p m波长的窄带滤光片后，由红外传感器监测透过4.26um波长红外光的强度，以此表示CO2气 体的浓度。技术指标及量 程：CO2: 1000ppm, 2000ppm, 5000ppm, 1%, 5%, 25%, 100%SO2:1000ppm,2000ppm, 8000ppm, 5

28、%, 30%， 100%CH: 1000ppm,5000ppm,1%,2%,5%, 25%， 50%， 100%CO: 5000ppm, 5%, 20%, 50%， 100%NO: 3000ppm， 1%， 5%， 25%， 100%电调制非分光红外气体NDIR分析技术:基于气体对红外光吸收的郎伯-比尔吸收定律，采用国际上最新的NDIR技术， 如电调制红外光源，高灵敏度滤光传感一体化红外探测器，高精度前置放大电路，可拆卸式镀膜气室等，实现不同浓 度，不同气体的高精度连续检测。同时根据需要可以实现多种气体的同时测量，如OEM机动车尾气检测传感器。 优点：无移动部件，结构简单，体积小，功耗低 缺点

29、：响应速度慢机械调制非分光红外气体NDIR分析技术：基于气体对红外光吸收的郎伯-比尔吸收定律，采用高稳定性的机械调制红 外光源，高灵敏度滤光传感一体化红外探测器，高精度前置放大电路，可拆卸式镀膜气室等，实现不同浓度，不同气 体的高精度连续分析。同时根据需要可以实现多种气体的同时测量，如OEM机动车尾气检测传感器。优点: 响应速度快,精度高缺点：结构复杂,价格高电调制NDIR红外气体传感器关键技术：在设计传感器的光学系统部分时，为了减少红外传感器微弱信号的衰减以及外界信号干扰，将前置放大电路也一 并放在光学部件上，并采取了一定的电磁屏蔽措施。为了使气体红外吸收信号具有较好的分辨率，在进行结构设计

30、时, 红外光源、气室、红外探测器应设置在同一光轴上。此外为了使得信号足够大，可以使用椭圆型或抛物线型反射镜。 红外光源由稳流供电,供电电压和电流根据使用的光源不同而不同。工作时,传感器根据预先设定的调制频率发出周期性 的红外光，红外光源发出的红外光通过窗口材料入射到测量气室,测量气室由采样气泵连续将被测气体通入测量气室, 气体吸收特定波长的红外光,透过测量气室的红外光由红外探测器探测。由于调制红外光的作用红外传感器输出交流的 电信号，通过其后的前置放大电路放大后在一次经过高精密放大整流电路，得到一个与被测气体浓度对应的直流信号 送入测控系统处理。红外传感器内有温度传感器探测其工作环境温度。红外

31、传感器信号经过测控系统,并经数字滤波、 线性插值及温度补偿等软件处理后,给出气体浓度测量值。采用了以下关键技术：1. 红外光源及其调制：pulsIR,reflectIR等新型电调制红外光源等，升降温速度很快.红外光源发射窗口上安装有透明窗，一方面可以保证发 射的红外光波长在特定范围内,适合于对常规的气体如 CO2、CO、CH4、NO、SO2 等气体进行测量。此外也可以阻止 外界环境对光源温度的影响。2. 镀膜气室：采用气室与外支撑分离的结构，安装时只需将气室固定安装在支撑结构的中心即可。此种结构设计保证了该部件 易于装卸、更换；同时由于与外支撑分离，进一步减小了外界条件的影响，使仪器能适应复杂

32、环境下工作。此外原来 一些需要较长气室的传感器，采用以往方法加工镀膜工艺十分困难，采用此法后将十分容易，成本也将大大降低。传 统气室采用了与外支撑一体化设计，具有制造容易、安装方便等优点，但受外界温度波动影响较大；其次，由于被分 析气体成分复杂，具有一定的腐蚀性，如S02、NOx等，长时间使用后气室极易被污染，直接影响测量精度。3. 红外探测器：红外探测器， NDIR 气体传感器的核心部件，测量精度很大程度取决于传感器的性能高低。本研究采用高灵敏度红 外传感器，例如TPS2534Gx/Gy,TPS4339Gw/Gx/Gy/Gz在其封装上固定安装有针对不同气体的窄带干涉滤光片，可以实 现对不同气

33、体的测量。为了确保红外探测器得到较强的稳定信号，可以设计一种红外探测器定向轴，即使在前置放大 板上焊接的红外探测器位置有一定的偏差，本传感器也可确保与红外光源和气室位于同一光学中心轴上。 红外探测器接收红外光产生的信号十分微弱，极易受外界的干扰，因此稳定可靠的前置放大电路是关键，最好采用高 精密、低飘移的模拟放大电路，并采用窄带滤波电路。前置放大电路具有精度高、漂移小、响应快的特点。前置放大 出来的信号通过二级放大电路，直接输出一个与气体浓度对应信号，并送入测控系统，通过非线性校正和补偿后得到 气体浓度。4、传感器测控系统：为了实现NDIR气体传感器的测量、控制以及自动标定等功能，需要一个合适

34、的微控制器来管理传感器。传感器 测控系统 通过采集红外输出信号及测量标准气体曲线，采用非线性校正算法可以直接得到测量气体的浓度。通过采用以上技术， NDIR 红外气体传感器的结构比以往仪器将大大简化，仪器功耗也大幅度降低（只有以往的 1/4），传感器的成本也不到以往技术的1/4。此类传感器可以实现模块化和标准化，因此更加适合在我国广泛使用。浓度换算：C = 22.4X/M C： ppm浓度；X：毫克/千克或毫升/升；M：分子量PPM （part per million是百万分率，简写为ppm）：百万分浓度。即100万份液、气中含目标的份数。参考：选择正确的气体探测系统,司璧,英特斯毕罗（中国）公司电调制非分光红外（NDIR）气体传感器，熊友辉、蒋泰毅，华中科技大学煤燃烧国家重点实验室 基于 MEMS 技术的微型传感器，李学东、余志伟、杨明忠，武汉理工大学机电工程学院 一种新型红外多组份气体传感器，张永怀、白鹏、林继鹏、刘君华，西安交通大学电气学院 基于 SO2、 H2S 含量测试的 SF6 电气设备内部故障的判断，游荣文、黄逸松，福建省电力试验研究院 通过检测SO2发现SF6电气设备故障，张仲旗、连鸿松，福建省电力试验研究院 气体传感器的发展现状及前景研究，马黎君，北京建筑工程学院物理实验室武汉勒桦电气有限公司， 上海哈德电气技术有限公司网站， 武汉四方光电科技有限公司，