化镉上蒸发一薄层钯构成钯/硫化镉二极管传感器,可以用来检测氢气。此外钯/氧化钛、钯/氧化锌、铂/氧化钛也可制成二极管敏感元件用于氢气检测[]。 1.2有机半导体气体传感器
有机半导体材料由于其易操作性、工艺简单、常温选择性好、价格低廉,易与微结构传感器相结合, 并且可以根据功能需要进行分子设计和合成等诸多优点越来越受到国内外研究人员的重视。
酞菁类聚合物是有机半导体敏感材料的代表，它们所具有的环状结构使得吸附气体分子与有机半导体之间产生电子授受关系。不同的酞菁聚合物可选择如真空升华技术、LB膜技术、旋涂技术和自组织膜技术等制膜技术在检测器件上制得薄膜型气敏元件，还可制得传感器阵列，使其与计算机模式识别技术结合使用。谢丹等人在MOSFET基础上,根据电荷流动电容器原理,以三明治型稀土金属元素镤双酞菁配合物Pr[Pc(OC8H17)8]2为气敏材料，取代中间栅极中的间隙位置，利用LB超分子薄膜技术，将Pr[Pc(OC8H17)8]2与十八烷醇（OA）以1：3的比例混合而成的LB多层膜拉制在电荷流动场效应管（CFT）上，形成一种新型的具有CFT结构的LB膜NO2气体传感器，室温下检测NO2灵敏度可达5ppm[]。此外，聚吡咯、蒽、二萘嵌苯、β―胡萝卜素等[]近年来也被用作有机半导体气敏材料受到人们关注。 2 固体电解质气体传感器
固体电解质指的是依靠离子或质子来实现传导的一类固态物质。固体电解质气体传感器的原理是敏感材料在一定气氛中会产生离子，离子的迁移和传导形成电势差，根据电势差来实现气体浓度大小的测定。由于这种传感器在一定温度下电导率高、灵敏度和选择性好，所以在冶金石化、能源环保和宇航交通等各领域均得到了广泛的应用。
ZrO2氧传感器是最具有代表性的固体电解质气体传感器。通常用 CaO、MgO、Y2O3稳定的ZrO2做氧离子导体，灵敏度非常高，1000℃ZrO2（CaO）传感器的测量下限为10―13Pa氧，响应快，可实现跟踪连续检测[]。该类传感器的特点是气敏材料中吸附待测气体派生的离子与电解质中的移动离子相同，原理简单。
目前固体电解质气体传感器研究的热点主要集中下面两类：一类是气敏材料吸附待测气体派生的离子与电解质中的移动离子不相同的传感器；另一类是气敏材料中吸附待测气体派生的离子与电解质中移动离子以及材料中的固定离子都不相同的传感器。这两类原理相对复杂，有些原理至今仍未得到合理解释。将用溶胶凝胶法合成的NASICON与
BaCO3―LiCO3辅助相复合电极做成小型CO2固体电解质气体传感器，发现该器件对CO2表现出良好的线性敏感特性、快速的响应恢复和较强的抗干扰能力[]；以NASICON为固体电解质，采用NaNO2为辅助电极构成的传感器，发现对NO2和NO的敏感性远优于NaNO2[]；从K2SO4、Na2SO4、Li2SO4、AgSO4到NaSiCON、Na-β(β)-Al2O3、Ag-β-Al2O3都被用做SO2气体传感器[]；固体电解质NH -CaCO3、YST-Au-WO3分别被用做NH3与H2S气体传感器[]； 本实验室采用单晶、多晶、LaF3(CaF2)制成H2O、H2、SO2固体电解质传感器，发现灵敏度和选择性都较高[]。有机固体电解质以易成膜，弹性好，质轻，易形成大面积，且制备简单和原料易得等优点也引起众多研究者的兴趣。常见的有机固体电解质包括聚乙烯氧化物（PEO）、磷酸氢铀酰、Nafion高分子等[]，它们常被用做H2和水蒸气固体电解质传感器的氢离子导体（质子导电）。有机凝胶电解质传感器已用于检测空气中的H2S、PH3等有害气体。
3 接触燃烧式气体传感器
接触燃烧式气体传感器的工作原理是：气敏材料在通电状态下，温度约在300～600℃，当可燃性气体氧化燃烧或在催化剂作用下氧化燃烧，燃烧热进一步使电热丝升温，从而使其电阻值发生变化，测量电阻变化从而测量气体浓度[]。该种气体传感器的优点是对气体选择性好，受温度和湿度影响小，响应快，已经被广泛应用在石油化工厂、矿井、浴室和厨房等处。目前实用化的接触燃烧式气体传感器有规模生产的H2、LPG、CH4检测用产品,其次是碳化氢与有机溶剂蒸气检测用产品[]。但它们对低浓度可燃性气体灵敏度低，敏感元件受催化剂侵害较严重。 4 光学式气体传感器
光学式气体传感器主要以光谱吸收型为主。它的原理是：不同的气体物质由于其分子结构不同、浓度不同和能量分布的差异而有各自不同的吸收光谱。这就决定了光谱吸收型气体传感器的选择性、鉴别性和气体浓度的唯一确定性。若能测出这种光谱便可对气体进行定性、定量分析。目前已经开发了流体切换式、流程直接测量式等多种在线红外吸收式气体传感器。在汽车的尾气中，CO、CO2和烃类物质的浓度，以及工业燃烧锅炉中的有害气体SO2、NO2都可采用光谱吸收型气体传感器来检测。
光学式气体传感器还包括荧光型、光纤化学材料型等类型。气体分子受激发光照射后处于激发态，在返回基态的过程中发出荧光。由于荧光强度与待测气体的浓度成线性关系，荧光型气体传感器通过测试荧光强度便可测出气体的浓度。光纤化学材料型气体传感器是指在光纤的表面或端面涂一层特殊的化学材料，而该材料与一种或几种气体接触时，引起光纤的耦合度、反射系数、有效折射率等诸多性能参数的变化，这些参数又可以通过强度调制等方法来检测。例如：涂在光纤上的钯膜遇H2时候就会膨胀，气体引起薄膜的膨胀可以通过测量干涉仪的输出光的强度来测得。 5 石英谐振式气体传感器
石英谐振式气敏元件由石英基片、金电极和支架三部分组成。其电极上涂有一层气体敏感膜，当被测气体分子吸附在气体敏感膜上时，敏感膜的质量增加，从而使石英振子的谐振频率降低。谐振频率的变化量与被测气体的浓度成正比。该传感器结构简单、灵敏高,但只能使用在室温下工作的气体敏感膜。选取聚乙烯亚胺PEI(poly ethylene imine)作敏感膜,发现该传感器对CO2的气敏特性、选择性都很好,对体积500×10-6的CO2气体测试，其响应时间为5s，恢复时间为2s。酞菁类聚合物也常被用来制成石英谐振式气敏元件。目前已经开发出可测试NH3、SO2、HCl、H2S、醋酸蒸气的石英谐振式气体传感器。 6 表面声波气体传感器
表面声波气体传感器发展的历史很短，可谓是后起之秀。尽管在实用化方面还存在许多问题，但它符合信号系统数字化、集成化、高精度的方向，因此倍受世界上许多国家的高度重视。表面声波传播速度的影响因素很多，例如：环境温度、压力、电磁场、气体性质、固体介质的质量、电导率等。通过选择合适的敏感膜来控制诸多影响因素中的一个因素起主导作用。当质量起主导作用时，表面声波的振荡频率与气体敏感膜的密度成正比；当电导率起主导作用时，表面声波的振荡频率与气体敏感膜的方块电导率成反比。设计时，通常采用双通道延迟线结构来实现对环境温度和压力变化的补偿。目前研究的该类气体传
感器大多采用有机膜来做气敏材料，主要有聚异丁烯、氟聚多元醇等，被用来检测苯乙烯和甲苯等有机蒸气；酞菁类聚合物薄膜被用来检测ＮＯ２、ＮＨ３、ＣＯ、ＳＯ２等气体。 7 气体传感器的发展方向
气体传感器的研究涉及面广、难度大，属于多学科交叉的研究内容。要切实提高传感器各方面的性能指标需要多学科、多领域研究工作者的协同合作。气敏材料的开发和根据不同原理进行传感器结构的合理设计一直受到研究人员的关注。未来气体传感器的发展也将围绕这两方面展开工作。具体表现如下:
气敏材料的进一步开发一方面寻找新的添加剂对已开发的气敏材料性能进行进一步提高；另一方面充分利用纳米、薄膜等新材料制备技术寻找性能更加优越的气敏材料。 新型气体传感器的开发和设计根据气体与气敏材料可能产生的不同效应设计出新型气体传感器。近年来表面声波气体传感器、光学式气体传感器、石英振子式气体传感器等新型传感器的开发成功进一步开阔了设计者的视野。目前仿生气体传感器也在研究中。 气体传感器传感机理的进一步研究新的气敏材料和新型传感器层出不穷，很有必要在理论上对它们的传感机理进行深度的研究。只有机理明确了，下一步的工作才会少走弯路。 气体传感器的智能化生产和生活日新月异的发展对气体传感器提出了更高的要求，气体传感器智能化是其发展的必由之路。智能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、电路与系统、传感技术、神经网络技术、模糊理论等多学科综合技术的基础上得到发展。
仿生气体传感器的迅速发展 警犬的鼻子就是一种灵敏度和选择性都非常好的理想气敏传感器，结合仿生学和传感器技术研究类似狗鼻子的＂电子鼻＂将是气体传感器发展的重要方向之一。
一氧化碳传感器原理
科技名词定义 中文名称：
一氧化碳传感器 英文名称：
carbon monoxide transducer 定义：
将空气中的一氧化碳浓度变量转换成有一定对应关系的输出信号的装置。 所属学科：
煤炭科技（一级学科） ；矿山电气工程（二级学科） ；煤矿监测与控制（三级学科）
一、化学传感器
一氧化碳传感器属于化学传感器。化学传感器主要由两部分组成：识别系统；传导或转换系统。
识别系统把待测物的某一化学参数（在这里是气体浓度）与传导系统连结起来。它主要具有两种功能：选择性地与待测物发生作用，把所测得的化学参数转化成传导系统可以产生响应的信号。
分子识别系统是决定整个化学传感器的关键因素。因此，化学传感器研究的主要问题就是分子识别系统的选择以及如何把分子识别系统与合适的传导系统相连接。
化学传感器的传导系统接受识别系统响应信号，并通过电极、光纤或质量敏感元件将响应信号以电压、电流或光强度等的变化形式，传送到电子系统（即调理电路）进行放大或进行转换输出，最终使识别系统的响应信号转变为人们所能用作分析的信号，检测出样品中待测物的量。
化学一氧化碳气体传感器采用密闭结构设计，其结构是由电极、过滤器、透气膜、电解液、电极引出线（管脚）、壳体等部分组成。
化学传感器分子识别系统传导系统电压、电流或光强度等的模拟量调理电路数字量监测器
二、一氧化碳电化学传感器
一氧化碳电化学气体传感器可与报警器配套使用，是报警器中的核心检测元件，它是以定电位电解为基本原理。当一氧化碳扩散到气体传感器时，其输出端产生电流输出，提供给报警器中
的采样电路，起着将化学能转化为电能的作用。当气体浓度发生变化时，气体传感器的输出电流也随之成正比变化，经报警器的中间电路转换放大输出，以驱动不同的执行装置，完成声、光和电等检测与报警功能，与相应的控制装置一同构成了环境检测或监测报警系统。
三、一氧化碳电化学传感器基本工作原理
当一氧化碳气体通过传感器外壳上的气孔经透气膜扩散到工作电极表面上时，在工作电极的催化作用下，一氧化碳气体在工作电极上发生氧化。其化学反应式为：
co?H2O?co2?2H???2e。在工作电极上发生氧化反应产生的H离子和电子，通过电解液
?转移到与工作电极保持一定间隔的对电极上，与水中的氧发生还原反应。其化学反应式为：
O2?4H?因此，传感器内部就发生了氧化-还原的可逆反应。其化学反应式为：?4e?2H2O 。
?2CO+2O2 →2CO2。这个氧化-还原的可逆反应在工作电极与对电极之间始终发生着，并在电极间产生电位差。 但是由于在两个电极上发生的反应都会使电极极化（见后解）这使得极间电位难以维持恒定，因而也限制了对一氧化碳浓度可检测的范围。
为了维持极间电位的恒定，我们加入了一个参比电极。在三电极电化学气体传感器中，其输出端所反应出的是参比电极和工作电极之间的电位变化,由于参比电极不参与氧化或还原反应，因此它可以使极间的电位维持恒定（即恒电位），此时电位的变化就同一氧化碳浓度的变化直接有关。当气体传感器产生输出电流时，其大小与气体的浓度成正比。通过电极引出线用外部电路测量传感器输出电流的大小，便可检测出一氧化碳的浓度，并且有很宽的线性测量范围。这样，在气体传感器上外接信号采集电路和相应的转换和输出电路，就能够对一氧化碳气体实现检测和监控。
四、一氧化碳传感器的应用
一氧化碳传感器广泛使用在矿山，汽车，家庭等空气质量安全检测的地方。