城市里開車的朋友大多數(shù)都遇到如圖下所示的場景，那么，人民警察憑什么僅僅讓你吹一口氣，就判定你涉嫌酒后駕駛或醉酒駕駛呢？ 這里就不得不提到警察執(zhí)法里所用到的測試設(shè)備——酒精測試儀，酒精測試儀的核心部件正是一種可以精確測定酒精成份和濃度的氣體傳感器，執(zhí)法人員正是通過它測出駕駛都呼出的氣體中是否含有酒精成份以及含有酒精的多少，作為判斷對方是否涉嫌酒駕或醉駕的依據(jù)。
一、氣體傳感器的定義
所謂氣體傳感器，是指用于探測在一定區(qū)域范圍內(nèi)是否存在特定氣體和/或能連續(xù)測量氣體成分濃度的傳感器。
在煤礦、石油、化工、市政、醫(yī)療、交通運(yùn)輸、家庭等安全防護(hù)方面，氣體傳感器常用于探測可燃、易燃、有毒氣體的濃度或其存在與否，或氧氣的消耗量等。
在電力工業(yè)等生產(chǎn)制造領(lǐng)域，也常用氣體傳感器定量測量煙氣中各組分的濃度， 以判斷燃燒情況和有害氣體的排放量等。在大氣環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，采用氣體傳感器判定環(huán)境污染狀況，更是十分普遍。
二、氣體傳感器的發(fā)展歷史
20世紀(jì)初第一只半導(dǎo)體傳感器誕生于英國，并一直在歐洲發(fā)展和應(yīng)用，直到20世紀(jì)50年代半導(dǎo)體傳感技術(shù)才流傳到日本，費加羅技研的創(chuàng)始人田口尚義在1968年5月率先發(fā)明了半導(dǎo)體式氣體傳感器。
它可以用簡單的回路檢測出低濃度的可燃性氣體和還原性氣體，同時將這個半導(dǎo)體式氣體傳感器命名為TGS(Taguchi Gas Sensor)內(nèi)置在氣體泄漏報警器中，日本和海外的許多家庭和工廠都設(shè)置了這些報警器，用于檢測液化氣等氣體的泄漏，進(jìn)而把這項技術(shù)推進(jìn)到了頂峰。
而歐洲人在發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體傳感器的種種不足后開始研究催化傳感器和電化學(xué)傳感器。氣體傳感器的理論直到70年代才傳入到我們國家，80年代我國才開始研制氣體傳感器，整個生產(chǎn)技術(shù)主要繼承于德國。
三、氣體傳感器的常見分類
從檢測氣體種類上，通常分為可燃?xì)怏w傳感器（常采用催化燃燒式、紅外、熱導(dǎo)、半導(dǎo)體式）、有毒氣體傳感器（一般采用電化學(xué)、金屬半導(dǎo) 體、光離子化、火焰離子化式）、有害氣體傳感器（常采用紅外、紫外等）、氧氣（常采用順磁式、氧化鋯式）等其它類傳感器。
從使用方法上，通常分為便攜式氣體傳感器和固定式氣體傳感器。
從獲得氣體樣品的方式上，通常分為擴(kuò)散式氣體傳感器（即傳感器直接安裝在被測對象環(huán)境中，實測氣體通過自然擴(kuò)散與傳感器檢測元件直接接觸）、吸入式氣體傳感器（是指通過使 用吸氣泵等手段，將待測氣體引入傳感器檢測元件中進(jìn)行檢測。根據(jù)對被測氣體是否稀釋，又可細(xì)分為完全吸入式和稀釋式等）。
從分析氣體組成上，通常分為單一式氣體傳感器（僅對特定氣體進(jìn)行檢測）和復(fù)合式氣體傳感器（對多種氣體成分進(jìn)行同時檢測）。
按傳感器檢測原理，通常分為電化學(xué)氣體傳感器、光學(xué)式氣體傳感器、半導(dǎo)體式氣體傳感器等。
四、不同氣體傳感器的原理、特點和應(yīng)用
電化學(xué)氣體傳感器
電化學(xué)式氣體傳感器是利用被測氣體的電化學(xué)活性，將其電化學(xué)氧化或還原，從而分辨氣體成分，檢測氣體濃度的。
電化學(xué)氣體傳感器分很多子類：
原電池型氣體傳感器（也稱：加伏尼電池型氣體傳感器，也有稱燃料電池型氣體傳感器，也有稱自發(fā)電池型氣體傳感器），他們的原理行同我們用的干電池，只是，電池的碳錳電極被氣體電極替代了。以氧氣傳感器為例，氧在陰極被還原，電子通過電流表流到陽極，在那里鉛金屬被氧化。電流的大小與氧氣的濃度直接相關(guān)。這種傳感器可以有效地檢測氧氣、二氧化硫、氯氣等。
恒定電位電解池型氣體傳感器，這種傳感器用于檢測還原性氣體非常有效，它的原理與原電池型傳感器不一樣，它的電化學(xué)反應(yīng)是在電流強(qiáng)制下發(fā)生的，是一種真正的庫侖分析的傳感器。這種傳感器已經(jīng)成功地用于：一氧化碳、硫化氫、氫氣、氨氣、肼、等氣體的檢測之中，是目前有毒有害氣體檢測的主流傳感器。
濃差電池型氣體傳感器，具有電化學(xué)活性的氣體在電化學(xué)電池的兩側(cè)，會自發(fā)形成濃差電動勢，電動勢的大小與氣體的濃度有關(guān)，這種傳感器的成功實例就是汽車用氧氣傳感器、固體電解質(zhì)型二氧化碳傳感器。
極限電流型氣體傳感器，有一種測量氧氣濃度的傳感器利用電化池中的極限電流與載流子濃度相關(guān)的原理制備氧（氣）濃度傳感器，用于汽車的氧氣檢測，和鋼水中氧濃度檢測。
主要優(yōu)點：體積小，功耗小，線性和重復(fù)性較好，分辨率一般可以達(dá)到0.1ppm，壽命較長。
主要不足：易受干擾，靈敏度受溫度變化影響較大。
常見應(yīng)用于：
家用、商用監(jiān)測
工業(yè)應(yīng)用監(jiān)測
室內(nèi)停車場監(jiān)測
發(fā)電機(jī)監(jiān)測
智能家居監(jiān)測
光學(xué)式氣體傳感器
光學(xué)式氣體傳感技術(shù)是起步較晚，但發(fā)展最快的技術(shù)之一。工業(yè)中常用的類型有紅外線氣體分析儀、紫外線分析儀、光電比色式分析儀、化學(xué)發(fā)光式分析儀、光散射式分析儀等。
各種氣體吸收紅外線光譜圖
紅外線式的工作原理是利用被測氣體的紅外吸收光譜特征或熱效應(yīng)而實現(xiàn)氣體濃度測量的。常用光譜范圍1～25μm，常用的類型有DIR色散紅外線式和 NDIR非色散紅外線式。紅外線氣體傳感器可以有效地分辨氣體的種類，準(zhǔn)確測定氣體濃度，包括二氧化碳、甲烷的檢測。紅外探測器使用無需調(diào)制光源，完全沒有機(jī)械運(yùn)動部件，完全實現(xiàn)免維護(hù)化。
常用的紫外線分析儀有不分光紫外線分析儀和紫外熒光式分析儀，前者與紅外線吸收原理類似，也是基于實測氣體對紫外線選擇性地吸收，其吸收特性也遵守比 爾定律，所使用的紫外波長范圍是200～400nm。
后者如紫外熒光式SO2分析儀，是一種干法式分析儀，工作原理是基于SO2分子接受紫外線能量成為激 發(fā)態(tài)的SO2分子，在返回穩(wěn)態(tài)時產(chǎn)生特征熒光，其發(fā)出的熒光強(qiáng)度與SO2濃度成正比。
紫外熒光式可做到不破壞樣品而連續(xù)自動測量大氣中的SO2含量。其靈敏度可達(dá)測量范圍的0～2×10 -7 ，穩(wěn)定性可做到在24h的漂移為滿刻度的±2%，重復(fù)性達(dá)±2%滿刻度，且共存的背景氣體對測量的影響較小，具有壽命長，維修工作量小的顯著優(yōu)點。
光電比色式是基于比爾定律實現(xiàn)自動光電比色測量的，其適用的分析對象有SO2、NO、碳?xì)浠衔?、鹵素化合物等。
化學(xué)發(fā)光式分析儀是利用化學(xué)氧化反應(yīng)伴有的光熱生成原理而工作，常用的化學(xué)發(fā)光式分析儀有臭氧分析儀(利用O3-C2H4產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)所放出的光子來測定臭氧)和化學(xué)發(fā)光式NO X 分析儀(利用O3的強(qiáng)氧化作用，使NO與O3發(fā)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)來實現(xiàn)測量)。
光散射式分析儀是利用光束與氣體中的顆粒相互作用產(chǎn)生散射(前散射、邊散射、后散射)來進(jìn)行氣體濁度或不透明度測量的，是環(huán)境排放監(jiān)測中最常用的分析儀表之一。
半導(dǎo)體氣體傳感器
半導(dǎo)體式氣體傳感器是根據(jù)由金屬氧化物或金屬半導(dǎo)體氧化物材料制成的檢測元件，與氣體相互作用時產(chǎn)生表面吸附或反應(yīng)，引起載流子運(yùn)動為特征的電導(dǎo)率或 伏安特性或表面電位變化而進(jìn)行氣體濃度測量的。
金屬氧化物半導(dǎo)體在空氣中被加熱到一定溫度時，氧原子被吸附在帶負(fù)電荷的半導(dǎo)體表面，半導(dǎo)體表面的電子會被轉(zhuǎn)移到吸附氧上，氧原子就變成了氧負(fù)離子，同時在半導(dǎo)體表面形成一個正的空間電荷層，導(dǎo)致表面勢壘升高，從而阻礙電子流動。
在敏感材料內(nèi)部，自由電子必須穿過金屬氧化物半導(dǎo)體微晶粒的結(jié)合部位(晶界)才能形成電流，由氧吸附產(chǎn)生的勢壘同樣存在于晶界而阻礙電子的自由流動，傳感器的電阻即緣于這種勢壘，在工作條件下當(dāng)傳感器遇到還原性氣體時，氧負(fù)離子因與還原性氣體發(fā)生氧化還原反應(yīng)而導(dǎo)致其表面濃度降低，勢壘隨之降低，導(dǎo)致傳感器的組織減小。
從作用機(jī)理上可分為表面控制型(采用氣體吸附于半導(dǎo)體表面而產(chǎn)生電導(dǎo)率變化的敏感元件)、表面電位型(采用 半導(dǎo)體吸附氣體后產(chǎn)生表面電位或界面電位變化的氣體敏感元件)、體積控制型(基于半導(dǎo)體與氣體發(fā)生反應(yīng)時體積發(fā)生變化，從而產(chǎn)生電導(dǎo)率變化的工作原理) 等?？梢詸z測百分比濃度的可燃?xì)怏w，也可檢測ppm級的有毒有害氣體。
主要優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、檢測靈敏度高、反應(yīng)速度快等。
主要不足：測量線性 范圍較小，受背景氣體干擾較大，易受環(huán)境溫度影響等。
隨著健康問題越來越得到關(guān)注，大氣質(zhì)量、室內(nèi)空氣質(zhì)量、車內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)控數(shù)據(jù)則成為人們隨時隨地想看到的數(shù)據(jù)，氣體傳感器在這一過程中無疑將扮演更加重要的角色。
作為一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)電信號的轉(zhuǎn)換器，#氣體傳感器的用途#十分廣泛?，F(xiàn)實生活中，實際上不論是在民用、工業(yè)還是環(huán)境檢測等方面，氣體傳感器發(fā)揮著巨大的作用。
