可燃气体监测系统工作原理是什么，有没有清楚的？

可燃性气体监测系统的核心部件是可燃性气体传感器。

所谓传感器，就是能够将温度、湿度、声音、光、压力、磁场、液体酸碱度pH值、射线、位置、长宽高、速度、流量、气体的种类与浓度、甚至不容易处理的电压值或电流值等等各种物理量、化学量，转化为便于进行信号处理的电压值或电流值的器件。传感器一词在英语中为Sensor，俄语为Датчик，日语为センサー（也可以写为センサ）。

所谓可燃性气体传感器，顾名思义，就是能够将可燃性气体的浓度，转化为便于进行信号处理的电压值或者电流值的器件。可燃性气体传感器可以有多种分类方法，每种分类方法又可以分为许多种类别。

如果按照可燃性气体传感器的外型结构分类，有不锈钢丝编织而成的外罩笼罩着的传统结构，以及有类似于印刷电路板形状的厚膜结构。一般来讲，除非使用场合有特殊要求外，从性价比考虑，选择传统结构的可燃性气体传感器会比较合适。

如果按照被检测的可燃性气体种类划分，有可用于所有可燃性气体的通用型可燃性气体传感器，不过当将其用于检测某种特定可燃性气体时，一般还需要将这种通用型的传感器针对被检测的可燃性气体种类，进行浓度读数的校准标定。至于那些已经标示明确了可供检测的可燃性气体种类的可燃性气体传感器，例如甲烷与丙烷气体传感器、汽车尾气（一氧化碳）传感器、城市煤气（水煤气，氢气与一氧化碳的混合物）传感器、天然气传感器、乙炔传感器、乙醚传感器、酒精（蒸汽）浓度传感器、氢气传感器等等，则是传感器生产厂家首先生产出通用型可燃性气体传感器，然后在出厂前，再针对该种可燃性气体进行了标定。

另外，可燃性气体的检测方式本来可以有许多种形式，例如光谱法等等，但是从检测过程的方便程度、成本、使用寿命各方面考虑，在可满足民用与工业用途精度的情况下，可燃性气体传感器的功能部位，采用金属氧化物半导体陶瓷材料进行制作最为理想。因此这就又出来了一个用这种功能部位的材料名称来命名传感器称谓的方法，例如二氧化锡气体传感器、二氧化钛气体传感器、氧化铁气体传感器、钛酸锶气体传感器等等。对于这个功能部位的金属氧化物半导体陶瓷的工作原理，我们可以用二氧化锡气体传感器为例进行说明，而对于其它材料类型的金属氧化物半导体陶瓷，如二氧化钛气体传感器、氧化铁气体传感器、钛酸锶气体传感器等的工作原理也基本相同，就不再一一表述。二氧化锡在清洁的空气中，表面会吸附氧原子，氧原子具有较强的电子亲和力，在晶粒界面形成势垒，阻碍电子的自由流动，使得金属氧化物半导体二氧化锡表现出较高的电阻率。如果在可燃性气体环绕的还原性气氛中，这些还原性气体就会与二氧化锡表面吸附的氧原子发生反应，造成二氧化锡表面吸附的氧原子减少，由此而造成二氧化锡晶粒表面的势垒降低，电子的移动也就变得容易了，传感器（金属氧化物半导体陶瓷二氧化锡）的电阻值也就降低了。也就是说，通过检测可燃性气体传感器电阻值降低的多少，就可以知道与其对应着的可燃性气体浓度的高低，换句话说，就可以检测可燃性气体的浓度了。不过，在常温下可燃性气体往二氧化锡晶粒界面之间的渗透扩散速度、以及可燃性气体分子与二氧化锡晶粒界面被吸附的氧原子之间有效碰撞率（因为二者之间不能保证每次碰撞都会发生化学反应，只有那些发生了化学反应的碰撞才叫作有效碰撞）都比较低，也就是说，传感器在常温下的灵敏度不高；为了提高传感器的灵敏度，就需要在金属氧化物半导体陶瓷二氧化锡（或者其它金属氧化物半导体陶瓷材料）的烧结过程之前，就预先在其内部埋植进去加热用的电阻丝（通常是铂Pt丝）。当将该传感器用于测量监控可燃性气体浓度时，就可以用这个预植入的电阻丝将这个功能性的半导体陶瓷加热到大约400℃，这样就加速了可燃性气体与吸附氧原子的反应。这个阶段可燃性气体与被吸附的氧原子化学反应过程的专业名词，叫作化学燃烧；也就是说，这不是真正的燃烧，它比真正的燃烧低了数百度。也许有人要问，为什么不加热到真正的燃烧温度呢，那不是电阻值降低就更多，测量起来不就更方便了吗？答案是，绝对不可以！因为被检测对象是可燃性气体，万一发生燃气泄露，那么这种高加热温度的可燃性气体传感器起的作用就不再是可燃性气体浓度超限报警了，而是直接就将这种高浓度的可燃性气体点燃爆炸?了！

从上述金属氧化物半导体陶瓷可燃性气体传感器的工作原理上看，在电（子）学结构上，该半导体陶瓷体至少要有3到4个电极引出。其中2个电极用于连接加热电源，另外测量其电阻值的变化也需要有2个电极，这样一来就需要4个电极；如果将加热用的一个电极与测量用的一个电极共用，则就是3个电极。这3、4个电极（含电阻加热丝）是在烧结成陶瓷之前的金属氧化物浆料调制阶段，同时植入金属氧化物体的内部，然后才将金属氧化物放入烧结炉中，用上千摄氏度的高温烧结成半导体陶瓷的，因此这些电极金属丝和电阻加热金属丝都必须具有很高的耐热性（所以常常选用铂Pt丝）。

下图1是常见的可燃性气体敏感元件外观图，图2是其功能部位的透视示意图，图3是其工作的电原理图。

在选用可燃性气体传感器时，可以遵循所有传感器选用时都应当遵循的共同原则，即要求

传感器的参数分散性小，

重复性好、稳定性好，

互换性好，

温度漂移（温度系数）小，

输出线性度好，

输出信号大，

耗电量小，

价格便宜，

尽可能提供数字化输出，

最好功能部位以及电路连线部分与外壳电气绝缘。

下述三本书对都对可燃性气体传感器有所涉及，可供参考。梁瑞林著，2008年5月，科学出版社出版《贴片式电子元件》；梁瑞林译，松井邦彦著，2006年1月，科学出版社出版《传感器应用技巧141例》；梁瑞林译，松井邦彦著，2005年4月，科学出版社出版《传感器实用电路设计与制作》。

倘有传感器研制生产方面更为深入性的问题要问，甚至探讨包括其功能部位金属氧化物半导体陶瓷烧结方面存在的问题等，可以长期关注我写的文章和书籍，也可以私信我。