空气质量传感器TGS2600在空气监测中的应用
张玉胜 卢振国
[摘 要]随着工业的发展，污染问题特越来越严重，空气污染问题成为人类最为关心的问题之一。因此，人们展开了一系列的空气环境保护工作，而在这一系列工作中，利用传感器对室内空气质量进行检测是环境保护的首要环节。基于此，本文首先从气体传感器进行概述，接着对气体传感器测试技术进行了概述，最后介绍了几类传感器，并提出了对未来空气质量检测的展望。
[关键词]空气；质量检测；传感器；
中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）48-0248-01
人们每时每刻都离不开氧，并通过吸入空气而获得氧。一个成年人每天需要吸入空气达6500升以获得足够的氧气，因此，被污染了的空气对人体健康有直接的影响。人的一生中有90%以上时间在室内度过，可见，空气品质对人的影响更是至关重要。
1 气体传感器概述
工农业生产中，人们往往需要对接触到的有害气体进行检测和控制。其中以气体传感器作为最佳检测工具。它将有关气体的成分、浓度等物理特性转变为电信号，方便人们正确、有效的控制和应用。国内外气体传感器发展很快，原因在于人们对有害气体的安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是相关的安全法规推动了传感器市场的增长。气敏元件传感器作为新型敏感元件传感器已列为国家重点支持发展项目，我国气敏元件传感器及其应用技术有了较快进展，研究、发展方向表现在几个方面：1）新型气敏材料的研发。在传统的气敏材料中掺杂某些元素，研制、开发复合型及混合型的半导体、高分子气敏材料，使得它们对不同的气体表现出高灵敏度、高稳定性和高选择性的特性。2）新型气体传感器研发。使用新型材料、新型工艺及新技术，进一步研究气体传感器的机理，使得它们更加微型化、多功能，具备性能稳定、使用方便和价格低廉等特点。3）借助计算机技术是的传感器更加智能化。将气体传感器与计算机技术结合，研制出新型仿生气体传感器是未来传感器发展的主要方向。
2 气体传感器测试技术概述
气体传感器测试技术的发展并未能跟上气体传感器技术发展的速度。影响这一发展的原因是多方面的。比如：如何快速实现气敏元件的检验和分档，如何提高测试效率、精度。更为重要的是手工测试无法实现动态测量，从而不能准确的测得气敏元器件的响应时间曲线、恢复时间曲线等参数，限制了气敏元件的进一步研究和应用。从检索和专利资料来看，对于气体传感器的研究，国外仅有日本的费加罗公司借助单片机开发出一种自动巡回监测系统。国内，“八五”期间，课题研究小组成功地研制出基于上下位机结构的气体传感器测试系统，为我国气体传感器检测系统的研究做出了突出贡献。“九五”期间，专家组又对此检测系统进行了多方面的改进，基于虚拟仪器技术和相关原理开发出一种新型气体传感器检测系统。但是，他们在应用中，不同程度上暴露了的缺点，阻碍了系统的进一步推广与应用。相信，该测试系统经改进后，将以更强的功能、更高的灵活性和性能价格比的优势，增强气体传感器市场竞争力，开拓其广阔的应用前景。
3 空气检测仪的强力武器—传感器
检测技术是人们认识和改造世界的一种必不可少的重要技术手段。而传感器是科学实验和工业生产等活动中对信息资源的开发获取、传输与处理的一种重要工具。下面将介绍六种在空气质量检测方面发挥重要作用的传感器。
3.1 金属氧化物半导体式传感器
金属氧化物半导体式传感器利用被测气体的吸附作用，改变半导体的电导率，通过电流变化的比较，激发报警电路。由于半导体式传感器测量时受环境影响较大，输出线形不稳定。金属氧化物半导体式传感器，因其反应十分灵敏，故目前广泛使用的领域为测量气体的微漏现象。
3.2 催化燃烧式传感器
催化燃烧式传感器原理是目前最广泛使用的检测可燃气体的原理之一，具有输出具有输出信号线形好、指数可靠、价格便宜、无与其他非可燃气体的交叉干扰等特点。催化燃烧式传感器采用惠斯通电桥原理，感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧，是温度使感应电阻的阻值发生变化，打破电桥平衡，使之输出稳定的电流信号，再经过后期电路的放大、稳定和处理最终显示可靠的数值。
3.3 定电位电解式传感器
恒电压电解式气体传感器结构：管式塑料池体，安装工作电极，电极和参比电极，在电极之间充满了电解质，由多孔聚四氟乙烯隔膜，在顶部的包装器。前置放大器和传感器电极连接，某些潜在的电极之间，传感器在工作条件。气体在电极和电解质氧化或还原工作，电极还原或氧化反应发生时，平衡电极电位的变化，变化的价值是成正比的气体浓度。
3.4 迦伐尼电池式氧气传感器
迦伐尼电池式氧气传感器的结构：在塑料容器的一面装有对氧气透过性良好的、厚10-30μm的聚四氟乙烯透气膜，在其容器内侧紧粘着贵金属（铂、黄金、银等）阴电极，在容器的另一面内侧或容器的空余部分形成阳极。氧气在通过电解质时在阴阳极发生氧化还原反应，使阳极金属离子化，释放出电子，电流的大小与氧气的多少成正比，由于整个反应中阳极金属有消耗，所以传感器需要定期更换。
3.5 红外式传感器
红外式传感器利用各种元素对某个特定波长的吸收原理，具有抗中毒性好，反应灵敏，对大多数碳氢化合物都有反应。但结构复杂，成本高。红外线对射管的驱动分为电平型和脉冲型两种驱动方式。由红外线对射管阵列组成分离型光电传感器。该传感器的创新点在于能够抵抗外界的强光干扰。太阳光中含有对红外线接收管产生干扰的红外线，该光线能够将红外线接收二极管导通，使系统产生误判，甚至导致整个系统瘫痪。
4 对未来空气质量检测的展望
随着人们生活水平的不断提高和对环保的日益重视，对各种有毒、有害气体的探测，对大气污染、工业废气的监测以及对食品和居住环境质量的检测都对气体传感器提出了更高的要求。纳米、薄膜技术等新材料研制技术的成功应用为气体传感器集成化和智能化提供了很好的前提条件。气体传感器将在充分利用微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、传感技术、故障诊断技术、智能技术等多学科综合技术的基础上得到发展。研制能够同时监测多种气体的全自动数字式的智能气体传感器将是该领域的重要研究方向。
总结：随着人们对室内环境空气质量要求越来越高，空气污染物的检测日益受到重视，传统的实验室分析方法通常作为仲裁法，检测结果准确但耗时较长。因此，基于多目标融合的传感器技术，研制能够同时监测多种气体的全自动数字式的智能气体传感器将是室内环境现场检测的重要研究课题。
参考文献
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