气体传感器是气体检测系统的核心，通常安装在探头上。从本质上说，气体传感器是将气体体积分数转换成相应的电信号的转换器。该探测器通过气体传感器调整气体样品，通常包括过滤杂质和干扰气体，干燥或冷却处理，样品吸入，甚至化学处理样品，以便用化学传感器进行更快的测量。

有很多种气体，所以有很多种气体传感器。根据待测气体的性质，可分为：检测易燃易爆气体的传感器，如氢、一氧化碳、气体、汽油挥发性气体等;检测有毒气体的传感器，如氯、硫化氢、砷等。用于检测工业过程气体的传感器，如炼钢炉中的氧气、热处理炉中的二氧化碳、用于检测大气污染的传感器，如NOx、CH4、O3等用于酸雨的传感器，以及用于家居污染的甲醛传感器。根据气体传感器的结构也可分为干湿型;根据传感器的输出可分为两种类型：电阻型和费用电阻型;根据检测医院可分为电化学法、电法、光学法、化学法。

半导体气体传感器

半导体气体传感器可分为电阻型和非电阻型(结型、MOSFET型、电容式)。电阻式气体传感器的原理是气体分子引起的敏感材料电阻的变化。无阻气体传感器主要由M()s二极管、结二极管和场效应管(M()SFET)组成，利用敏感气体可以改变MOSFET开路电压的原理。其原理结构与ISFET离子敏感器件相同.

作用原理

研究发现，SnO 2、ZnO、Fe2O3、Cr2O3、MgO、NiO等材料具有气体传感效应。由这些金属氧化物制成的气敏薄膜是一种阻抗器件。气体分子与敏感膜之间可以发生离子交换，发生还原反应，引起敏感膜电阻的变化。传感器还要求反应必须是可逆的，也就是说，为了消除气体分子，还必须发生氧化反应。传感器中的加热器有助于氧化过程。SnO 2薄膜气体传感器以其稳定性好、低温工作能力强、气体种类多、技术成熟等特点成为主流产品。此外，Fe2O3的应用和研究也十分广泛。除了传统的SnO、SnO2和Fe2O3外，还开发了多种新材料，包括单一金属氧化物材料、复合金属氧化物材料和混合金属氧化物材料。这些新材料的研究和开发极大地提高了气体传感器的性能和应用范围。

选择性是气体传感器的关键性能。例如，SnO 2薄膜对多种气体敏感，如何提高SnO 2气体传感器的选择性和灵敏度一直是研究的热点。主要措施如下：在基体材料中加入不同的贵金属或金属氧化物催化剂，设定合适的工作温度，使用过滤设备或透气膜过滤敏感气体。在SnO 2材料中掺杂是提高传感器选择性的主要方法。贵金属Pt、Pd、Ir的加入不仅能有效地提高元素的灵敏度和响应时间，而且由于催化剂的不同，导致了不同的吸附倾向。提高选择性。例如，在SnO 2气敏材料中掺杂贵金属Pt、Pd和Au可提高对CH4的灵敏度，掺Ir可降低对CH4的灵敏度，掺杂Pt和Au可提高对H2的灵敏度，掺杂Pd可降低对H2的灵敏度。

工作温度对传感器的灵敏度有影响。下图显示了SnO 2气体传感器在不同温度下的电阻特性曲线。从图中可以看出，在不同的温度下，器件对各种气体的敏感性是不同的，可以用来识别气体类型。

制备工艺对SnO 2的气敏性也有很大的影响。例如，在SnO 2中加入Th2可以通过改变烧结温度和加热温度产生不同的气敏效应。根据质量计算，采用添加3%ThO 2，5%SM2的方法制备厚膜器件。加入SnO 2，600℃在H2气氛中烧结。工作温度为400℃。可作为CO检测装置。正确的图像显示了气体传感器在烧结温度为600℃时的特性。结果表明，当操作温度在170~200℃时，H_2的灵敏度曲线呈抛物线，但对CO操作温度的变化影响不大。因此，利用该器件的这一特性可以检测到H2。当烧结温度为400℃时，对H_2CO的灵敏度曲线近似为直线，但对CO的灵敏度较高，可制成对CO敏感的气体传感器。

结构及参数

SnO 2电阻式气体传感器通常是烧结的。采用不同添加量的陶瓷工艺制备了多孔氧化锡陶瓷。烧结过程中嵌入了电阻丝和测量电极。此外，还有蒸发溅射工艺制备的薄膜器件和多层薄膜器件，具有很高的灵敏度和良好的动态特性。丝网印刷工艺制备的厚膜装置和混合膜装置具有集成度高、组装方便、使用方便、批量生产等优点。

以下是一种典型的电阻式气体传感器结构。它由南SnO 2传感器、加热器、电极引线、底座和不锈钢网盖组成。该传感器结构简单，使用方便。可检测还原气体、可燃气体、蒸汽等。

电阻式气体传感器的主要特性参数如下：

1，本征电阻R0和工作电阻Rs

固有电阻Ro，也称为正常电阻，代表正常空气条件下气体传感器的电阻值。工作电阻Rs代表气体传感器在一定浓度的被测气体中的电阻。

2、灵敏度S

通常用S=Rs/R0表示，有时用两种不同浓度的C1、C2来检测气体中组分电阻的比值：S=Rs(C2)/R0(C1)。

3、响应时间T1

它反映了传感器的动态特性，定义为传感器电阻值从接触某一浓度气体到该浓度下的稳定值所需的时间。也常用来实现这种浓度的电阻值变化率63倍的表达。

4、恢复时问T2

也叫解吸时间。它反映了传感器的动态特性，定义为传感器从检测到的气体离开时到传感器对正常空气的电阻恢复到正常空气状态的恢复时间。

5。加热电阻Rh和加热功率ph

Rh提供传感器工作温度的电线电阻值，以及PH维持正常工作温度所需的加热功率。

电阻式气体传感器具有成本低、制造简单、灵敏度高、响应速度快、寿命长、湿度灵敏度低、电路简单等优点。缺点是必须在高温下工作，气体选择性差，组分参数分散，稳定性不理想，功率要求高，当检测气体与硫化物混合时，极易中毒。

非电阻型半导体气体传感器也是一种常见的半导体气体传感器.该装置使用方便，集成方便，无需设定工作温度，因此得到了广泛的应用。有两种结型和MOSFET型。

结型气敏器件

结气体传感器也称为气敏二极管。这种气体传感器是通过气体改变二极管的整流特性来工作的。其结构如下图左侧所示。其原理是贵金属钯对氢有选择性，与半导体接触形成接触阻挡层。当二极管正向偏压时，从半导体流向金属的电子会增加，因此正向导电。当施加负偏压时，载流子基本不变，这是肖特基二极管的整流特性。在检测气氛中，由于氢的吸附，贵金属的工作功能发生变化，接触阻挡层减弱，导致二极管的载流子、正电流增加，整流特性曲线左移。下图显示了不同浓度H2空气中Pd二氧化钛气敏二极管的特性曲线。因此，氢浓度可以通过测量二极管的正向电流来测量。

MOSFET气体传感器

气敏二极管特性曲线左移可视为二极管导通电压的变化。如果发生场效应器的栅极，则场效应管的阈值电压UT将发生改变。利用这一原理，可以制作出MOSFET气敏元件。

氢敏MOSFET是一种典型的气体传感器。它是用钯栅与钯(Pd)制成的。在含氢气氛中，由于钯的催化作用，氢分子被分解成氢原子，扩散到钯与二氧化硅的界面上，导致MOSFET的阈值电压UT发生变化。当栅漏短路时，MOSFET可以工作在饱和区。漏电流ID=β(UGS-UT)2可以用来测量氢的浓度.

氢敏场效应晶体管的特性如下：

1、灵敏度

当氢浓度较低时，氢敏MOSFET的灵敏度很高，氢浓度为1 ppm时，UT值可达10 mV，当氢浓度较高时，传感器的灵敏度会降低。

2、对气体选择性

钯原子之间的“间隙”恰好允许氢原子通过，因此钯门只允许氢通过，具有良好的选择性。

3、响应时间

该装置的响应时间受温度和氢气浓度的影响。一般温度越高，氢气浓度越高，响应时间越快，室温下响应时间为几十秒。

4、稳定性

在实际应用中，超声波随时间的漂移是存在的。因此，在HCl气氛中生长SiO 2绝缘层可以显著改善超声检测的漂移。

除氢外，其他气体不能通过钯栅。为使Pd-MOSFET气体传感器用于其它气体，应采取一些措施.例如，在制作CO敏感MOSFET时，应该在钯栅上形成约20 nm的孔，这样才能允许CO气体通过。另外，由于Pd-MOSFET对氢的敏感性高，对CO的敏感性低，一层厚度约20 nm的铝可以在钯栅上蒸发，以防止氢通过。钯对氨的分解有较弱的催化作用。为此，应在SiO 2绝缘层上析出Pt、Ir、La等活性金属层。钯栅可制成氨敏MOSFET。

固体电解质是一种与电解质水溶液具有相同离子电导率的固体材料。当用作气体传感器时，它是电池。在电解液中不需要通过透膜溶解气体，可以避免溶液蒸发和电极消耗等问题。该传感器具有导电性高、灵敏度高、选择性好等优点，广泛应用于石油化工、环保、矿山、食品等领域，其重要性仅限于二次金属氧化物半导体气体传感器。

固体电解质氧敏原理

同系物电解质只有在高温下才具有明显的导电性。氧化锆是一种典型的气体传感器材料。纯氧化锆在室温下呈单斜晶态。当温度升高到1000℃左右时，会发生同质和异态转变，由单斜结构转变为多晶结构，伴随着体积收缩和吸热反应，是一种不稳定的结构。在ZrO2中加入碱性土壤中的CaO或稀土氧化物中的Y2O3等稳定剂，使其成为稳定的萤石立方晶体。稳定度取决于稳定剂的浓度。当ZrO 2加入稳定剂后，在l800℃下烧结，部分锆离子被钙离子取代形成(ZrO 65507，因为Ca2+是正二价离子，Zr4+是正四价离子，为了保持电中性，晶体中会产生氧离子O 2孔。这就是为什么(Zro.CaO)在高温下传递氧离子。结果是(Zro.CaO)在300-800℃时成为氧离子的导体。但是，为了传输氧离子，必须在固体电解质的两侧施加不同的分压(氧电位差)，以形成浓缩池。结构原理如图所示。两侧为多孔贵金属电极，中间为致密的氧化锆结构。中间是曹料。

电极两侧氧分压分别为PO2(1)和PO2(2)。

(+)极：PO2(2)，2O2-O2+4E

(-)极：PO1(1), O2 4e→2O2-

上述反应的电动势用能斯特方程表示：

可以看出，在一定温度下，固定的PO2(1)，上公式可以用来计算被测传感器(+)极的氧浓度。

PO2(1)的固定实际上是由(-)极形成的电位固定电极，即参比电极、气体参比电极和共存参比电极。气体参比电极可以是空气或其他混合气体，如H2-H2O、CO_(CO)-CO2也可以形成固定的PO2(1)。共存相参考电极是指金属-金属氧化物与低价金属氧化物-高价金属氧化物与氧(气相)反应形成恒氧压的混合粉末(固相)。因此，它也可以作为参考电极。

除氧测量外，β-Al2O3、碳酸盐、NASICON等固体电解质传感器还可用于CO、SO2、NH4等气体的测量。近年来，锑酸、La3F等气体传感器可在低温下使用，可用于检测正离子。

作用原理

由不同原子组成的分子具有独特的振动和旋转频率。当它们受到相同频率的红外线照射时，会发生红外线吸收，从而引起红外线强度的变化。气体浓度可以通过测量红外强度的变化来测量。需要说明的是，振动和旋转是两种不同的运动模式，两种运动模式的对应也会不同。红外吸收峰、振动和旋转也有多样性;因此，一般来说，一个气体分子会有多个红外吸收峰;根据一个红外吸收峰的位置，只能确定气体分子中的哪些基团，而气体种类的准确测定需要看所有气体在中红外区的吸收峰，即气体的红外吸收指纹。然而，在已知的环境条件下，气体的类型可以根据单个红外吸收峰的位置粗略确定。由于所有高于绝对零度的物质都会在零下273摄氏度时产生红外辐射，并且红外辐射与温度呈正相关，因此红外气体传感器与催化元件一样，将由一对红外探测器组成，以消除由于环境温度。

一个完整的红外气体传感器由红外光源、光学腔、红外探测器和信号调理电路组成。

为什么红外气体传感器不能测量由相同原子组成的气体分子，如氧、氢、氮等?

月球和地球，地球和太阳是通过重力连接起来的，而分子中的原子是通过化学键连接起来的。如果两者都是理想的球体，并且没有其他引力干扰，地球的轨道将是圆形的，事实上，上述两种条件都不成立，所以它的轨道是椭圆的。也就是说，地球和太阳之间的距离不断地在短半径和长半径之间移动，也就是振动，只有一年的振动，而在这个过程中，当地球是一个短半径和一个长半径的时候，它与太阳的重力是不同的，也就是说能量水平是不同的。分子中的原子是通过化学键连接起来的，由于电子分布的不平衡，原子的空间距离、角度和方向不断变化，即振动、旋转，不同的分子具有独特的振动、旋转频率。在相同的红外辐射频率下，会发生共振，原子与电子分布的距离会发生变化，即偶极子距离会发生变化。红外吸收是这样发生的(紫外线吸收是一样的)。

上述内容包括红外吸收的两个基本条件：共振和偶极子距离的变化。这两个条件可以同时满足，产生红外吸收。

氧、氢、氮等分子为什么没有红外吸收峰：一是气体分子的振动频率与辐射的红外频率相同，二是偶极子距离的变化。不难理解，第一个条件很容易满足，第二个条件是不可能的。

同一原子的正负电荷中心完全重叠，即偶极子距离为零，从而使电子在分子中的分布趋于均匀，并且考虑到红外光本身能量密度低的特点，其辐照不会改变这一平衡。它更不可能使分子电离，也就是说，它们不会引起能量的变化。不同原子的分子：在水(蒸气)分子中，电子在分子中的分布偏向氧端，即微观水分子的氢端是正的，氧端带负电荷，正负电荷中心不重叠。也就是说，偶极矩不是零。这是因为在吸引电子方面，氧比氢强。

在与水分子振动相同转动频率的红外辐射下，水分子中电子的分布更倾向于氧端，导致氢氧的平均距离较短，即偶极子距离较短，能量较高。换句话说，水分子在受到红外线照射时，会从低能级移动到高能级，并以这种方式产生红外吸收。可以简单地理解，当红外与同一原子的分子相遇时，由于同一原子的分子是理想的弹性球，两者之间的相互作用是完全弹性的碰撞，只有能量交换，没有能量转移。由不同原子组成的分子与红外线相互作用，进行能量传递。因此，红外吸收原理不能测量相同原子的分子。

不分散：通过棱镜的白光可以分为七种颜色：红、橙、黄、绿、蓝、紫。这个棱镜是一个能分离七种颜色的光谱系统。具有光谱系统的光学系统是一个色散光学系统，没有光谱系统的光学系统是一个非色散光学系统。非分散系统简单、可靠、紧凑、廉价。通常我们感觉白光、紫外光和红外光混合着不同的频率和波长，而单频光和单波长光是单色光。理论上，在设计气体传感器时，我们希望使用单色光照射气体，或者在辐照后使用光栅(滤光片)获得单色光。

非色散红外气体传感器通常由光源、光腔、滤波器(光栅)、探测器和信号调理电路组成.

红外气体传感器的优点：

1.除了由同一原子组成的气体外，所有气体都可以测量。

2、全量程。

三。传感过程本身不会干扰传感。

缺点:

1.很贵。红外气体传感器本质上是一种带有红外辐射的温度传感器，它会引起探测器温度的变化，进而影响探测器的电性能。传感过程是复杂的。该系统具有如下特点：光源必须具有稳定的红外辐射;光学腔的理化性能稳定;滤波器和红外探测器稳定。这些问题，合理的技术本身可以更好地解决，但制造成本高，导致高价格。

2.在带滤波器和探测器的宽带红外光源的一般设计中，滤波器本身无法实现理想的选择性滤波器，因此干扰，特别是水干扰一直存在。选择性问题的根本原因在于许多不同的气体分子具有相同的化学键，即类似甚至重叠的红外吸收。

3、粉尘、本底辐射、强吸附和气、液、固易变的检测结果都会影响检测结果。

催化燃烧气体传感器

作用原理

在一定温度下，通常以催化剂的形式包覆直径为15μm、20μm或30μm的高纯铂线圈。当可燃气体与球体接触时，与其表面吸附的氧发生强烈的无焰燃烧反应。反应释放的热量将导致铂线圈温度的变化，温度的变化将导致铂线圈电阻的变化。气体浓度可以通过测量电阻的变化来测量。

因此，催化元件与其说是气体传感器，不如说是温度传感器，为了克服环境温度变化的干扰，将催化元件配对成一个完整的元件，其中一个元件对气体有响应。另一种是对气体不起反应，而只对环境温度起反应，使这两种成分相互抵消，消除干扰引起的环境温度变化。

与半导体元件不同，催化元件的传感过程更为复杂，前者是气体与传感器接触后发生的化学反应，直接导致传感器电阻即电信号的变化。后者是气体在催化元素上发生化学反应的结果。第一个结果是传感器载体表面和载体内部的温度变化。载体的温度变化导致铂线圈传热后电阻的变化。完成整个传感过程。

存在的问题

传感过程复杂，造成问题的概率较高。

1.对于长分子链的有机化合物和不饱和碳氢化合物，对于半导体来说，不完全反应所产生的碳沉积只会对反应过程产生影响，而不是对电子输运，而是对催化作用，碳的存在不仅影响反应过程，而且对传热也有显著的影响。因此，从反应到传感器的传热效率变低，热损失很大，最终还是相同的气体浓度。释放同样的热量，由于碳的存在，导致传感器：温度只有很小的变化，即灵敏度变得很低。

2.由于需要传热，为了保证热效率，必须在瞬间完成反应，也就是说，反应的高效率需要大量的纳米催化剂和纳米孔径。这些特性既有利于感知，也有利于中毒。

3.催化元素的线性由两个因素决定。温度传感材料Pt线圈的温度电阻是线性的，b，反应放热和气体浓度在爆炸下限范围内呈线性关系。因此，这两个因素中的任何一个都会导致传感器的线性变化。事实上，铂线圈将继续升华，即电导变大，只有气体浓度在爆炸下限内，才能建立反应释放的热量与浓度之间的线性关系。

催化组分的未来主要取决于技术进步：

1.结构的改进，解决的问题是振动引起的漂移。

2.过滤层的改进解决了中毒问题。

第三，开发新材料，改善碳沉积。

4。保证制造过程的设计和实现，如避免变形。

5.MEMS需要注意的是，器件结构、封装和制造工艺的改进不仅会提高元件的综合性能，而且会带来新的应用。与半导体相比，催化元件MEMS在小比表面积下如何具有更高的催化效率和热效率是其面临的难题。

6.催化元件的应用方向将更加精确和具体。

7.催化元素不会被消除。

电化学是研究电与化学行为之间关系的学科。该学科最重要的应用是电能与化学能的有效转换和高功率密度存储技术。我们知道传感器本质上是能量转换装置，比如压力传感器，它把机械能转换成电能。因此，很容易理解电化学气体传感器是一种电池，称为气体燃料电池。

最常见的电池是一堆导电化学品插入到两种不同材料的电极上，这两种材料是由电线连接产生的。以铅酸蓄电池为例，硫酸水溶液是一种导电化学品.把铅放进去会在铅和硫酸接触的地方产生电(界面)。如果加入氧化铅，界面上也会有电，两个界面之间的电也会有差别。如果有电压，电子会从铅流向氧化铅，铅变成氧化铅，氧化铅变成氧化铅。电与化学量和反应过程有关。

这里有一个最重要的概念：首先，导体插入导电化学物质会在界面产生电位，不同导体在同一材料中的插入会产生不同的电位。另一种是不同的电位相互连接，并在界面上作出反应。第三，导电电路由电池和外部导体两部分组成。电池的外部是连接线内的电子，电池是离子。这就是说，导电过程是由电子运动和离子运动完成的。

电化学CO气体传感器是一种化学电池，即CO燃料电池。其中：Co是提供电子的电极(工作电极)，氧是获得电子的极，硫酸水溶液是电解质。与铅酸蓄电池最大的区别是电极材料。电化学气体传感器(CO)电极材料是气体，铅酸电池是固体。电化学气体传感器的电极称为气体电极。在电化学CO气体传感器中，工作电极CO被用作电子供给电极。只有CO与硫酸溶液的接触才能释放、收集和传导电子。第一种是要求CO提供电子的过程，即在电催化条件下降低了CO提供电子的难度。在实践中，这种条件是由多孔铂电极(或其他电催化导电电极)提供的。第二，CO提供的电子需要用多孔铂电极收集和传导导体。

同样，多孔铂电极也需要帮助获得电子作为电极的氧电极。铂电极实际上是一个反应平台。虽然电化学传感器的传感原理简单，但很难实现可靠、准确的传感：首先，铂电极需要一个稳定的多孔结构，足够的孔数，硫酸溶液进入孔内，一氧化碳(或氧气)也可以进入孔内，在气体(一氧化碳)固(铂)液(硫酸溶液中的水)中tion)公共接触位置，即三相接口，完成电子电源。因此，如何在硫酸长期浸泡、电化学反应和电泳驱动的影响下保持三相界面的稳定性是可靠、准确传感的核心。其次，硫酸水溶液应稳定、不挥发、不吸水、不渗漏。任何硫酸水溶液的质量变化都会引起传感器内部压力的变化，进而引起三相界面的变化。第三，电极与硫酸溶液之间的接触应力由包装和材料物理性能决定，应稳定。

目前，电化学传感器的主要问题主要是由于上述因素造成的。电化学传感器的核心技术和工艺之一是如何构建一个合理、稳定、可靠的孔洞物理结构电极，这与电化学传感器的灵敏度、响应、恢复寿命和温度特性密切相关。另一个是封装。电化学传感器存在干燥脱水、高湿度下漏水、长期接触被测气体引起中毒、失活、电极孔结构解体等问题。其性能是漏液，寿命短(与其他原理相比)，体积大。它体现在设计、工艺复杂、制造成本高等方面。

电化学传感器的发展方向是电解质在室温下的固态状态，并在此基础上实现MEMS。固态电化学传感器和MEMS电化学传感器的实现，不仅可以克服包括制造在内的诸多问题，而且可以刺激企业的新应用，为企业带来新的发展。此时，电化学传感器将是高度集成，易于集成，小型电子系统。然而，这样的结果仍然不能克服传感器的性能变化，造成长期接触高浓度或被测气体与传感器。

PID由紫外光源和气室组成。紫外发射原理与荧光管相同，但频率高、能量高。当被测气体到达气室时，紫外线灯发出的紫外光电离产生电荷流。气体浓度与充电电流的大小呈正相关，气体浓度可以通过测量电荷流来测量。

特殊气体：各种物理形态、复杂的化学过程和反应产物。包括氨气等无机气体。甲苯等有机气体。

上述各种气体传感器在检测复杂气体方面面临着巨大的挑战。例如，红外吸收原理在有机蒸气的检测中是很难克服的：(A)有机蒸气由于分子量大，具有吸收波长、灵敏度低的特点。长分子链的有机蒸气容易被吸附，它会附着在探测器上，破坏光的传输。c，无法检测到voc的总量。如果要评估红外系统的总数量，就需要滤波器、探测器和全光谱红外光源的全光谱响应。这一要求不仅难以实现，即使实现了，无机气体和水的干扰在整个光谱范围内也是自然的。化学传感器中的半导体易受无机气体、温湿度、漂移、低浓度分辨率的干扰，虽然其检测范围广，涵盖多种气体，但仍适用于低端应用。在此背景下，锁相环检测是工业领域的一种较好的检测方法。

与其他传感器相比，PLD只对少量无机气体(如氨、膦等)敏感。其原因是大多数无机气体具有较高的电离能(大于11.7ev)。目前，PLD灯的最大紫外辐射能量仅为11.7ev。因此，在石化园区，PID的响应可以看作是VOC的响应。

PID工作原理

1.高纯度的稀有气体如氩和氪被填充到真空玻璃腔中。

2。氟化镁晶体用于密封玻璃腔体，玻璃腔体对紫外线透明。

3.所述电极设置在所述玻璃室的外壁上。

4.在氟化镁的窗口加入电极和电场作为气室，这是一种完全可电离的VOC紫外线灯。在玻璃室外加上高频电场，紫外线灯中的稀有气体被外加电场电离产生电子和离子。紫外线辐射能以电子和离子的形式发射。紫外线通过氟化镁窗口进入气室。在腔内测量的气体被紫外光电离产生电子和离子，电荷在电场作用下产生电流，这是可以测量的。

稳定PLD需要：

1。PID必须辐射足够的能量使被测气体电离。

2.产生紫外光的高频电场必须是稳定的。

3.玻璃腔中不存在杂质气体，杂质气体会导致额外的电离，从而影响紫外发光效率。

紫外光谱稳定均匀。

5。紫外光向气室的传输稳定均匀，不与形成气室的金属电极材料相互作用，导致重金属沉积。重金属在紫外线辐射窗中的沉积将阻止紫外线到达气体室。

这就要求：紫外线灯内充满发光物质，必须是气体照射和均匀传输。室内不得有杂质气体，以防止额外的电离。这些要求决定了发光气体的选择只能是稀有气体。窗户材料必须是透明的紫外线，并具有稳定的物理和化学性质。事实上，紫外线窗材料的选择是极其有限的。这些限制条件最终决定了PID应用的局限性。

为什么现在的PID不测量丙烷，乙烷，甲烷和大多数无机物?

PID的本质是测量被测物质电离后的电荷电流，电离需要能量。目前，PID最常用的紫外辐射能量为8.3ev1.9.8ev1.10.6ev。电离甲烷所需的能量为12.6ev。乙烷为11.56ev。丙烷为10.95ev。二氧化碳是13 ev，依此类推。事实上，人们渴望开发更高的能量PID，但条件是稀有气体种类极其有限。紫外波长(能量)由稀有气体本身的电子能级决定。另一个限制条件是紫外光透过窗口材料的比波长、紫外光透过波长取决于窗口材料的晶格常数，而在当前材料体系中，选择也是非常有限的。虽然11.7ev发光材料已经研制成功，但唯一合适的窗口材料是LiF(LiF)，而且氟化锂易于吸水，因此11.7ev的PID寿命仅为2个月。也就是说，目前的紫外线灯由于输出能量有限，仍然不能检测到甲烷等具有较高电离能的物质。

为什么PID不是选择性的?

如果PID的紫外辐射能为10.6ev，则意味着电离能小于10.6ev的环境中的所有气体分子都是电离的，我们测量的电荷电流是所有电离气体的电荷电流之和。不是某种气体的电荷流。PID的非选择性是由此决定的。

当PID工作时，气体室中的电离物质会发生复合还原，以及长链分子、尘埃等。会沉积在窗户的表面上。传感器产生的离子电流也会使重金属沉积在窗口表面，这会明显影响紫外光的传输，从而导致零漂移和低灵敏度，从而影响检测结果。事实上，除了PID灯的制备技术、气室设计外，PID灯紫外窗口清洗技术也是其中的核心技术之一。

PID的未来

(1)PID作为理想的非放射性离子源将永远存在;

2。改善充电前真空度和PID灯充气纯度，提高发光效率和稳定性;

3.开发新的窗口材料和加工精度，以提高透光率、均匀性、封装质量、稳定性和寿命;

4.防止因分散性而在窗户内沉积重金属，延长窗户使用寿命;

(5)窗户清洗技术，防止大分子有机物和小颗粒的沉积;

6。研制了高输出能量的长寿命PID灯;

7、小体积。

气体传感器的研究涉及范围广泛、难度大、多学科的研究内容。为了提高传感器在各个方面的性能，有必要与多个领域和学科的研究人员合作。气体传感材料的发展和传感器结构的合理设计，一直受到研究者的关注。气体传感器的未来发展将集中在这两个方面。具体表现如下：

随着气敏材料的进一步发展，一方面寻找新的添加剂，进一步提高所开发的气敏材料的性能;另一方面，充分利用纳米薄膜等新材料的制备技术，寻找更优越的气敏材料性能。

根据气敏材料和气敏材料的不同作用，设计了新型气敏元件。近年来，声表面波气体传感器、光学气体传感器、石英振荡器气体传感器等新型传感器的发展进一步拓宽了设计者的视野。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，见证了新型气体传感材料和传感器的出现，有必要从理论上深入研究它们的传感机理。只有当机制明确时，下一步才会少走弯路。

随着气体传感器的智能化生产和生活的快速发展，对气体传感器提出了更高的要求。智能气体传感器是气体传感器发展的必由之路。在充分利用微电子技术、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、模糊理论等多学科集成技术的基础上，开发智能气体传感器。

仿生气体传感器的迅速发展警犬的鼻子是一种理想的气体传感器，具有优良的灵敏度和选择性。将仿生技术与传感器技术相结合，研究与犬鼻相似的“电子鼻”将是气体传感器发展的重要方向之一。