简述几种传感器的原理

二氧化碳浓度的检测主要依赖于二氧化碳变送器，传感器只是其核心部分，现在科学研究的主要分为金属氧化物半导体式传感器、定电位电解式二氧化碳传感器、催化燃烧式湿度传感器、迦伐尼电池式氧气传感器、红外二氧化碳传感器、PID光离子化CO2传感器等，以下简单阐述各种二氧化碳传感器的原理及特点。
  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。
  催化燃烧式湿度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，使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

　定电位电解式传感器是目前测毒类现场最广泛使用的一种技术，在此方面国外技术领先，因此此类传感器大都依赖进口。定电位电解式气体传感器的结构：在一个塑料制成的筒状池体内，安装工作电极、对电极和参比电极，在电极之间充满电解液，由多孔四氟乙烯做成的隔膜，在顶部封装。前置放大器与传感器电极的连接，在电极之间施加了一定的电位，使传感器处于工作状态。气体与的电解质内的工作电极发生氧化或还原反应，在对电极发生还原或氧化反应，电极的平衡电位发生变化，变化值与气体浓度成正比。
   隔膜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（用铅、镉等离子化倾向大的金属）。用氢氧化钾。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。目前国内技术已日趋成熟，完全可以国产化此类传感器。
   红外式二氧化碳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。

　PID由紫外灯光源和离子室等主要部分构成，在离子室有正负电极，形成电场，待测气体在紫外灯的照射下，离子化，生成正负离子，在电极间形成电流，经放大输出信号。PID具有灵敏度高，无中毒问题，安全可靠等优点。

传感器在人们怕生活中扮演着重要的角色。二氧化碳传感器和二氧化碳传感器的工作原理我们在前几节中有详细的介绍。湿度传感器的种类很多，它们的工作机理又是什么样的呢？又各有什么样的优缺点，我们该如何改善呢？

湿度传感器的感湿机理主要是水分子在陶瓷颗粒表面的作用过程，水分子在其表面吸附，使半导体陶瓷介电常数随湿度变化而变化。但在感湿中既有化学吸附，也有物理吸附；既要考虑电子过程，也不能忽视离子电导。电子，质子(离子)导电感湿理论认为：水分子在湿敏陶瓷表面和晶界处的化学吸附和物理吸附降低了表面和晶界电阻。使湿度传感器的总电阻随湿度增大而降低。在低湿时，水分子以化学吸附为主，陶瓷主要靠电子或空穴导电；高湿时，水分子以物理吸附为主，陶瓷主要靠质子和离子导电；在中湿时，水分子的化学吸附和物理吸附都具有重要作用，随着湿度增大，水分子的吸附由化学吸附为主转向物理吸附为主，导电则由电子或空穴导电为主转向质子和离子导电为主。电子，质子(离子)导电感湿理论是目前公认的在解释陶瓷感湿机理方面比较成功的模型，比较符合实际，被人们普遍接受。

湿度传感器的元件在使用过程中性能的漂移是由湿敏陶瓷的微观结构和元件结构的变化引起的。湿敏陶瓷表面和晶界的能态比内部和晶粒高，对水分子和其它污染物易产生化学吸附。陶瓷表面的高价态正离子具有极强的表面电场作用，对水的吸附能力很强，还能促进吸附水的离解。过渡金属离子一般都有空轨道，能接受有弧对电子的配位体。水和由水离解出的 OH。都有孤对电子，可作为配位体。因此陶瓷表面的过渡金属离子能与 H2O和OH一以配位键结合，使湿度传感器的表面牢固地吸附一层H20或OH一离子，形成表面化学吸附层。这种化学吸附水随着时间推移逐渐增多，部分 H20与高价离子逐渐形成氢氧化物，或形成结晶水，很难脱附。研究还表明，灰尘、NH3、腐蚀性气体和酸性气体(如 H2S、No1SOx、Co2、C )、含有羟基、羧基、羰基等基因的有机物(如丙酮、酒精、油蒸汽等)都极易化学吸附在能态高的陶瓷表面上，使表面钝化或中毒。传感器的陶瓷表面和晶界处化学吸附物质的不断增多，导致表面活性吸附位置逐渐减少，表面不断钝化，表面电阻不断增大，元件阻值也就不断向高阻值方向漂移，湿度传感器的感湿灵敏度也随之不断降低。陶瓷长期和水分子相接触，其体积和比表面积会不断发生变化。例如陶瓷比表面积的减少会引起吸附容量下降，使感湿灵敏度降低。一般的湿敏陶瓷既有电阻变化感湿，也有电容变化感湿。因此陶瓷的介电性能变化也会引起性能漂移。陶瓷体积和比表面的变化会引起介电常数的变化，从而影响电容的感生能，最终引起元件性能漂移。陶瓷在交变电场工作，再加上水分子的反复吸脱附作用，容易在不均匀的陶瓷中产生较大的应力，引起瓷体破坏。使用过程中的碰撞、摩擦、震动等也可能引起瓷体损伤。这些都会引起元件性能的漂移。

在深度认识陶瓷湿度传感器的微观结构、感湿机理及性能漂移机理的基础上，人们提出了许多有针对性的措施来磷小或消除性能漂移，改善元件性能的长期稳定性，取得了许多有价值的成果，归纳起来主要有以下几项。1．对元件进行充分的老化处理。2．对元件进行气氛处理，降低陶瓷表面能态3．加热清洗。4．加保护膜或保护罩。5．对陶瓷进行表面修饰。6．掺杂一价感金属离子。7．合成陶瓷．玻璃复合材料。8．采用先进的陶瓷制备工艺。9．改进湿敏元件的制作工艺，提高元件可靠性。