一氧化碳传感器在民用工业领域有着广泛的应用，目前检测一氧化碳的传感器按照检测原理主要分为半导体型、电化学型、红外型、催化燃烧型等。
本期我们就来分析一下这四种类型的原理以及优缺点。
01
半导体类型
在洁净的空气中，吸附在氧化锡表面的氧气会束缚住氧化锡中的电子，使电子难以流动。
在泄漏气体（还原性气体）环境中，表面的氧气会与还原性气体发生反应而消失，氧化锡中的电子又恢复自由传感器原理，影响电子的顺利流动，这就是半导体型的基本原理。
半导体传感器对气体的灵敏度取决于敏感元件的加热温度，对于一氧化碳的检测，敏感元件的加热温度在100“C以下，这个温度比其他气体（如丁烷、甲烷、氢气、乙醇蒸气等）的检测温度要低得多。
但在如此低的温度下，一氧化碳的响应速度降低，而且其敏感特性很容易受到大气中水蒸气的影响。
为了解决这个问题，对敏感元件采用高温至低温交替加热的方式，在高温时段，水蒸气及其它混合气体从敏感元件表面除去；在低温时段，敏感单元能很好地检测一氧化碳，具有优良的灵敏度和重现性。
优点：价格便宜，性能优良。
缺点：功耗较大，不适合电池供电使用，易受温度、湿度、气流等影响，抗交叉干扰能力差，误报率较高。
02
电化学型
当空气中存在CO时，工作电极通过外导线与对电极连接，形成短路状态，如图1所示，两电极电位变为近似值。
随着工作电极电位向着2H+ + 1/2O2 + 2e- → H2O反应速度减慢的方向变化，工作电极上消耗的质子逐渐减少。因此，多余的质子会通过质子导电膜从工作电极转移到对电极上，而这些过剩质子的数量与空气中的CO浓度成正比，它们在对电极上通过2H+ + 1/2O2 + 2e- → H2O反应被消耗掉。这个过程就是等效电子以短路电流（即传感器输出电流）的形式从工作电极通过外部导线流向对电极，该电流也与CO浓度成线性比例。
这种可逆的氧化还原反应总是在工作电极和对电极之间发生，并在电极间产生电位差。但由于在两个电极上发生的反应都会使电极极化，因此很难保持电极间电位恒定，从而限制了可检测的一氧化碳浓度范围。
总的反应是一氧化碳被氧化成二氧化碳，电子的流动形成外部电流，通过电解液中载流子的流动实现电荷平衡。
电化学气体传感器的最大特点是电流与一氧化碳浓度完全成正比，输出信号与气体浓度有很好的线性关系，因此信号处理和显示非常方便。另一个特点是由于是常温反应，不需要加热器，所以电极之间的电压可以采用干电池，不需要市电，便于携带一氧化碳报警器。
优点：体积小、零功耗、灵敏度高、稳定性好、线性度好、重复性好、冲击速度快，分辨率一般可以达到1ppm，寿命长。
缺点：各个品牌在价格、性能、工艺、抗干扰性能、对温湿度的影响等方面差异较大。
03
NDIR 类型
NDIR（非红外）型气体传感器利用入射红外光导致目标气体分子振动并吸收特定波长的红外光的现象来检测气体。红外光的透射率（透射光强度与辐射源辐射光强度之比）取决于目标气体的浓度。
传感器由红外辐射源、感光元件、滤光片、存放它们的检测盒以及信号处理电路组成。在单光源双波长传感器中，两个感光元件前分别设置了不同透过波长范围阈值的滤光片。通过比较检测目标气体在能够吸收的波长范围和不能吸收的波长范围内的透过量，可以换算成相应的气体浓度。因此，双波长法可以实现长期稳定的检测。
根据吸收光谱的吸收波长可以判断气体种类，根据吸收强度可以判断气体浓度。这种传感器灵敏度很高，选择性特别高，在仪器仪表中常采用传感器原理，但其结构复杂，成本较高，在报警器中很少采用。
优点：测量范围宽、精度高、选择性好、可靠性高、无吸附作用、无中毒、不依赖氧气、受环境干扰因素影响小、寿命长。
缺点：价格高、维护困难、体积大不适合做便携式仪器、低浓度检测精度有待提高、不适合长时间供电。
04
催化燃烧型
催化燃烧式气体传感器由对可燃气体有反应的检测片和对可燃气体不发生反应的补偿片两个元件组成。如果有可燃气体存在，则只有检测片能燃烧，因此检测片的温度升高，导致检测片的电阻增大。
相反，由于补偿片不燃烧，所以它的阻值也不会发生变化，这些元件组成了惠斯通电桥电路，在不存在可燃气体的气氛下，可调节可变电阻，使电桥电路保持平衡状态。
然后，当气敏元件接触到可燃气体时，只有检测片的电阻会上升，因此电桥电路的平衡被打破，这种变化被检测为不平衡电压。如图所示，这种不平衡电压与气体浓度之间存在比例关系，因此可以通过测量电压来检测气体浓度。
优点：测量准确、反应快、使用寿命长。
缺点：在可燃气体范围内没有选择性。暗焰操作，有起火爆炸的风险。大多数元素有机蒸气对传感器有毒。#热点引擎计划#