11、气体与辐射传感器的原理及应用

气体与辐射传感器的原理及应用

1. 溶液酸度检测传感器

在检测溶液酸度方面，氧化硅（SiO₂）、氮化硅（Si₃N₄）和氧化钽（Ta₂O₅）的离子敏感层发挥着重要作用。通过在栅极敏感层应用选择性渗透膜，仅允许被分析溶液中选定类型的离子通过，能够提高传感器的灵敏度和选择性。溶液酸度由栅极电压 UGD 确定，该电压可通过传感器基板与其电极 D 之间的栅极电流 IDS 来测定。与电位式 pH 传感器相比，离子敏感场效应晶体管（ISFET）传感器虽然能够实现小型化，但在准确性和耐用性方面稍逊一筹。

2. 常见气体分析及传感器类型

2.1 常见分析气体

最常分析的气体及其化合物包括氧气（O₂）、二氧化碳（CO₂）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH₄）和硫化氢（H₂S）。检测这些气体主要利用它们的物理、化学和光学特性。

2.2 氧气浓度传感器

• 电容式氧气浓度传感器 ：利用氧气在 20°C 和 101 kPa 压力下相对介电常数高达 80 的特性。最简单的形式是由平板电容器构成，其电介质为被分析气体。由于结构简单、价格低廉，这类传感器主要用于测量居住空间的氧气浓度。连续测量氧气含量时，采用同轴电容器设计，被分析气体在电极之间流动。
• 磁式氧气浓度传感器 ：基于氧气比其他常见抗磁性气体具有更高磁导率的特点来确定其在气态环境中的浓度。被分析气体流经线圈，线圈电感的变化与气体中氧气浓度成正比。
• 热磁式氧气浓度传感器 ：利用氧气磁导率随温度平方增长的特性。传感器由一