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新闻来源:新物联Newiot 整理       发布时间:2021/6/25       共计:104 浏览

一、化学传感器概述

化学传感器(Chemical Sensor)是对各种化学物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。类比于人的感觉器官,化学传感器大体对应于人的嗅觉和味觉器官(见图)。但并不是单纯的人体器官的模拟,还能感受人的器官不能感受的某些物质,如H2、CO。



二、化学传感器主要用途:

化学传感器用于化学测量,常用于生产流程分析和环境污染监测,并在矿产资源的探测、气象观测和遥测、工业自动化、医学上远距离诊断和实时监测、农业上生鲜保存和鱼群探测、防盗、安全报警和节能等各方面都有重要的应用。



三、化学传感器主要分类:

1、按传感方式分

按传感方式,化学传感器可分为接触式与非接触式化学传感器。


化学传感器的结构形式有两种:一种是分离型传感器。如离子传感器,液膜或固体膜具有接受器功能,膜完成电信号的转换功能,接受和转换部位是分离的,有利于对每种功能分别进行优化;另一种是组装一体化传感器。如半导体气体传感器,分子俘获功能与电流转换功能在同一部位进行,有利于化学传感器的微型化。


2、按检测对象分

按检测对象,化学传感器分为气体传感器、湿度传感器、离子传感器和生物传感器。



气体传感器的传感元件多为氧化物半导体,有时在其中加入微量贵金属作增敏剂,增加对气体的活化作用。对于电子给予性的还原性气体如氢、一氧化碳、烃等,用N型半导体,对接受电子性的氧化性气体如氧,用P型半导体。将半导体以膜状固定于绝缘基片或多孔烧结体上做成传感元件。气体传感器又分为半导体气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧式气体传感器、晶体振荡式气体传感器和电化学式气体传感器。


湿度传感器是测定环境中水气含量的传感器,又分为电解质式、高分子式、陶瓷式和半导体式湿度传感器。


离子传感器是对离子具有选择响应的离子选择性电极。它基于对离子选择性响应的膜产生的膜电位。离子传感器的感应膜有玻璃膜、溶有活性物质的液体膜及高分子膜,使用较多是聚氯乙烯膜(见离子选择性电极)。


生物传感器是对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。生物传感器的优点是对生物物质具有分子结构的选择功能(见生物传感器)。

四、微型化学传感器

据美国物理学家组织网报道,美国加州大学圣迭戈分校的研究人员研发出了一种可应用于手机上的微型化学传感器,借助手机或其他无线通讯设备,这种被称为“硅鼻”的传感器可在第一时间检测出空气中的有害气体,并自动发出气体的种类和传播范围等信息。


其原理是在具有纳米孔的硅芯片上集成数百个独立的微型传感器,这些传感器可辨别出特定的有毒气体分子并作出反应。加州大学圣迭戈分校生物学和化学教授迈克尔.希勒解释称,该过程类似于鼻子对气味的感知:研究人员在传感器上设置了一组能“感知”多种化学物质特性的“感觉细胞”,一旦有特定化学物质出现,传感器将被激活,“大脑”就能判断出具体化学物品的种类。


希勒表示,人人都拥有手机,如果该技术能够应用于大多数手机当中,一旦发生有毒气体泄漏或化学污染事故,人们将能利用嵌入手机中的传感器第一时间知道事故地点以及危害程度等信息。


研究人员称,该芯片已可分辨水杨酸甲酯和甲苯,未来该传感器还将识别出数百种有害化合物。下一步,他们将首先考虑在传感器中加入对一氧化碳和甲烷的检测。在浓烟弥漫的火灾现场,一氧化碳气体会对消防员的安全造成极大伤害,而安装在防毒面罩上的传感器可让消防员们判断出何时能够安全地摘掉面罩,采用自主呼吸。类似的传感器也可应用到煤矿当中,当瓦斯等爆炸气体积聚到一定浓度时,传感器就会提醒矿工及时撤离到安全地带。
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