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- 氣體傳感器的發(fā)展方向
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2012/6/15
目前，國內(nèi)外對新的氣敏材料和氣體傳感器的研究非�；钴S，其主要研究和發(fā)展方向主要集中在以下幾點(diǎn)：
首先，開發(fā)新的氣敏材料。主要措施是在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體氣敏材料SnO,SnO2,Fe2O3中摻雜一些元素，目前有很多這方面的研究報道;其次是研制和開發(fā)復(fù)合型和混合型半導(dǎo)體氣敏材料和高分子氣敏材料，使這些材料對不同氣體具有高靈敏度、高選擇性、高穩(wěn)定性。
另外，開發(fā)新的氣體傳感器，應(yīng)用新材料、新工藝和新技術(shù)，對氣體傳感器的機(jī)理做進(jìn)一步研究，使傳感器更加微型化和多功能化，并具有性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉等特點(diǎn)。
同時，進(jìn)一步采用計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)氣體傳感器的智能化。氣體傳感器和計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了智能氣體傳感器——電子鼻。國內(nèi)外已成功開發(fā)了鑒別和檢測食品、香料等的電子鼻。研制開發(fā)新型仿生氣體傳感器-仿生電子鼻是未來氣體傳感器發(fā)展的主要方向。
目前，氣敏材料的發(fā)展使得氣體傳感器的靈敏度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格便宜，并提高了傳感器的選擇性和敏感性。現(xiàn)有的燃?xì)鈭缶�，多采用氧化錫加貴金屬催化劑氣敏元件，但選擇性差，并且因催化劑中毒而影響報警的準(zhǔn)確性。半導(dǎo)體氣敏材料對氣體的敏感性與溫度有關(guān)。常溫下敏感度較低，隨著溫度的升高，敏感度增加，在一定溫度下達(dá)到峰值。由于這些氣敏材料在需要在較高溫度下(一般大于100℃)達(dá)到敏感度最好，這不僅要消耗額外的加熱功率，還會引發(fā)火災(zāi)。
氣體傳感器的發(fā)展解決了這一問題。例如，氧化鐵系氣敏陶瓷所制的氣體傳感器，不需要添加貴金屬催化劑就可造成靈敏度高、穩(wěn)定性好、具有一定選擇性的氣體傳感器。降低半導(dǎo)體氣敏材料的工作溫度，大大提高它們在常溫下的靈敏度，使其能在常溫下工作。目前，除了常用的單一金屬氧化物陶瓷外，又開發(fā)了一些復(fù)合金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏陶瓷和混合金屬氧化物氣敏陶瓷。
將氣體傳感器安裝在易燃、易爆、有毒有害氣體的生產(chǎn)、儲運(yùn)、使用等場所中，及時檢測氣體含量，及早發(fā)現(xiàn)泄漏事故。并將氣體傳感器與保護(hù)系統(tǒng)聯(lián)動，使保護(hù)系統(tǒng)在氣體到達(dá)爆炸極限前動作，將事故損失控制在最低。同時，氣體傳感器的小型化和價格的降低，使之進(jìn)入家庭成為可能。
在氣體泄漏事故發(fā)生后，事故處置將圍繞采樣檢測、確定警戒區(qū)域、組織危險區(qū)域內(nèi)群眾撤離、搶救中毒人員、堵漏、洗消等方面展開。進(jìn)行處置的第一個方面應(yīng)該是盡量減少泄漏對人員的傷害，這就要求了解泄漏氣體的毒性。氣體的毒性指泄漏使物質(zhì)能夠擾亂人們機(jī)體的正常反應(yīng)，因而降低人在事故中制訂對策和減輕傷害的能力。美國消防協(xié)會將物質(zhì)的毒性分為以下幾類：
NH=0火災(zāi)時除一般可燃物危險外，短期接觸沒有其它危險的物質(zhì)。
NH=1短期接觸可引起刺激，致人輕微傷害的物質(zhì)。
NH=2高濃度或短期接觸可致人暫時失去能力或殘留傷害。
NH=3短期接觸可致人嚴(yán)重的暫時或殘留傷害。
NH=4短暫接觸也能致人死亡或嚴(yán)重傷害。
注：以上毒性系數(shù)N/-H值只是用來表示人體受害的程度，不能用于工業(yè)衛(wèi)生和環(huán)境的評價。
由于有毒氣體可通過人的呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體造成傷害，在處置有毒氣體泄漏事故時的安全防護(hù)必須迅速完成。這就要求事故處置人員在到達(dá)事故現(xiàn)場后，在最短的時間內(nèi)能夠了解氣體的種類、毒性等特性。
將氣體傳感器陣列與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，組成智能氣體探測系統(tǒng)，能夠做到迅速準(zhǔn)確識別氣體種類，從而測出氣體的毒性。智能氣體傳感系統(tǒng)由氣敏陣列、信號處理系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)組成。采用多個具有不同敏感特性的氣敏元件組成陣列，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別技術(shù)對混合氣體進(jìn)行氣體識別和濃度監(jiān)測。同時，將常見有毒、有害、易燃?xì)怏w的種類、性質(zhì)、毒性輸入計算機(jī)，并根據(jù)氣體的性質(zhì)編制事故處置預(yù)案輸入計算機(jī)。當(dāng)泄漏事故發(fā)生后，智能氣體探測系統(tǒng)將按下面程序工作：
進(jìn)入現(xiàn)場→吸附氣體樣品→氣敏元件產(chǎn)生信號→計算機(jī)識別信號→計算機(jī)輸出氣體種類、性質(zhì)、毒性及處置方案
由于氣體傳感器的靈敏度較高，在氣體濃度很低的時候就可以進(jìn)行檢測，而不必深入事故現(xiàn)場，以避免不了解情況而造成不必要的傷害。使用計算機(jī)處理，以上過程可以迅速完成。這樣，可以迅速準(zhǔn)確地采取有效的防護(hù)措施，實施正確的處置方案，將事故損失降低到最低程度。另外，由于系統(tǒng)中存儲常見氣體的性質(zhì)及處置預(yù)案等信息，如果知道泄漏事故中氣體的種類，可直接在這套系統(tǒng)中查詢氣體性質(zhì)和處置方案。
當(dāng)泄漏事故發(fā)生后，迅速尋找泄漏點(diǎn)，采取適當(dāng)?shù)亩侣┐胧┦欠乐故鹿蔬M(jìn)一步擴(kuò)大的必要條件。在有些情況下，由于管線較長、容器較多、泄漏點(diǎn)較隱蔽等原因，特別是泄漏較輕時，泄漏點(diǎn)的尋找比較困難。由于氣體的擴(kuò)散性，氣體從容器或管線中泄漏出以后，在外部風(fēng)力和內(nèi)部濃度梯度的作用下，開始向四周擴(kuò)散，即離泄漏點(diǎn)越近，氣體的濃度越高。根據(jù)這一特點(diǎn)，使用智能氣體傳感器可解決這一問題。與檢測氣體種類的智能傳感系統(tǒng)不同的是，這種系統(tǒng)的氣敏陣列選用若干敏感性部分重疊的氣敏元件組成，使傳感系統(tǒng)對某一種氣體的敏感性增強(qiáng)，利用計算機(jī)處理氣敏元件的信號變化，可以很快檢測出氣體的濃度變化，然后根據(jù)氣體濃度變化找到泄漏點(diǎn)。
目前，氣敏元件集成化使傳感器系統(tǒng)的微型化成為可能。例如，日本松下公司研制的一種集成化超微粒傳感器，可探測氫氣、甲烷等氣體，集中在2mm見方的硅片上。同時，計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展可以使這種系統(tǒng)的探測速度更快。因此，可以開發(fā)小型易于攜帶的智能傳感器系統(tǒng)。將這一系統(tǒng)和合適的圖像識別技術(shù)相結(jié)合，利用遙控技術(shù)可以使它自動進(jìn)入隱蔽空間、有毒有害等人員不宜進(jìn)入的地點(diǎn)工作，查找泄漏點(diǎn)的位置。
開發(fā)新的氣體傳感器，特別是開發(fā)和完善智能氣體傳感系統(tǒng)，使之可以在氣體泄漏事故中起到報警、檢測、識別、智能決策等方面的作用。大大提高氣體泄漏事故處置的工作效率和安全性，對于控制事故損失具有重要的作用。現(xiàn)在，氣體傳感器的研究和開發(fā)非常活躍，新的氣敏材料不斷出現(xiàn)，氣體傳感器的智能化也得到了一定發(fā)展。
相信在有關(guān)科研人員的不斷努力下，將會有技術(shù)更加成熟的智能氣體傳感系統(tǒng)，在氣體泄漏事故處置中的應(yīng)用將會更加廣泛。
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