可燃性氣體監(jiān)測系統(tǒng)的核心部件是可燃性氣體傳感器。

所謂傳感器，就是能夠?qū)囟取穸取⒙曇簟⒐狻毫Α⒋艌觥⒁后w酸堿度pH值、射線、位置、長寬高、速度、流量、氣體的種類與濃度、甚至不容易處理的電壓值或電流值等等各種物理量、化學(xué)量，轉(zhuǎn)化為便于進(jìn)行信號處理的電壓值或電流值的器件。傳感器一詞在英語中為Sensor，俄語為Датчик，日語為センサー（也可以寫為センサ）。

所謂可燃性氣體傳感器，顧名思義，就是能夠?qū)⒖扇夹詺怏w的濃度，轉(zhuǎn)化為便于進(jìn)行信號處理的電壓值或者電流值的器件。可燃性氣體傳感器可以有多種分類方法，每種分類方法又可以分為許多種類別。

如果按照可燃性氣體傳感器的外型結(jié)構(gòu)分類，有不銹鋼絲編織而成的外罩籠罩著的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及有類似于印刷電路板形狀的厚膜結(jié)構(gòu)。一般來講，除非使用場合有特殊要求外，從性價(jià)比考慮，選擇傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的可燃性氣體傳感器會(huì)比較合適。

如果按照被檢測的可燃性氣體種類劃分，有可用于所有可燃性氣體的通用型可燃性氣體傳感器，不過當(dāng)將其用于檢測某種特定可燃性氣體時(shí)，一般還需要將這種通用型的傳感器針對被檢測的可燃性氣體種類，進(jìn)行濃度讀數(shù)的校準(zhǔn)標(biāo)定。至于那些已經(jīng)標(biāo)示明確了可供檢測的可燃性氣體種類的可燃性氣體傳感器，例如甲烷與丙烷氣體傳感器、汽車尾氣（一氧化碳）傳感器、城市煤氣（水煤氣，氫氣與一氧化碳的混合物）傳感器、天然氣傳感器、乙炔傳感器、乙醚傳感器、酒精（蒸汽）濃度傳感器、氫氣傳感器等等，則是傳感器生產(chǎn)廠家首先生產(chǎn)出通用型可燃性氣體傳感器，然后在出廠前，再針對該種可燃性氣體進(jìn)行了標(biāo)定。

另外，可燃性氣體的檢測方式本來可以有許多種形式，例如光譜法等等，但是從檢測過程的方便程度、成本、使用壽命各方面考慮，在可滿足民用與工業(yè)用途精度的情況下，可燃性氣體傳感器的功能部位，采用金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料進(jìn)行制作最為理想。因此這就又出來了一個(gè)用這種功能部位的材料名稱來命名傳感器稱謂的方法，例如二氧化錫氣體傳感器、二氧化鈦氣體傳感器、氧化鐵氣體傳感器、鈦酸鍶氣體傳感器等等。對于這個(gè)功能部位的金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷的工作原理，我們可以用二氧化錫氣體傳感器為例進(jìn)行說明，而對于其它材料類型的金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷，如二氧化鈦氣體傳感器、氧化鐵氣體傳感器、鈦酸鍶氣體傳感器等的工作原理也基本相同，就不再一一表述。二氧化錫在清潔的空氣中，表面會(huì)吸附氧原子，氧原子具有較強(qiáng)的電子親和力，在晶粒界面形成勢壘，阻礙電子的自由流動(dòng)，使得金屬氧化物半導(dǎo)體二氧化錫表現(xiàn)出較高的電阻率。如果在可燃性氣體環(huán)繞的還原性氣氛中，這些還原性氣體就會(huì)與二氧化錫表面吸附的氧原子發(fā)生反應(yīng)，造成二氧化錫表面吸附的氧原子減少，由此而造成二氧化錫晶粒表面的勢壘降低，電子的移動(dòng)也就變得容易了，傳感器（金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷二氧化錫）的電阻值也就降低了。也就是說，通過檢測可燃性氣體傳感器電阻值降低的多少，就可以知道與其對應(yīng)著的可燃性氣體濃度的高低，換句話說，就可以檢測可燃性氣體的濃度了。不過，在常溫下可燃性氣體往二氧化錫晶粒界面之間的滲透擴(kuò)散速度、以及可燃性氣體分子與二氧化錫晶粒界面被吸附的氧原子之間有效碰撞率（因?yàn)槎咧g不能保證每次碰撞都會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只有那些發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)的碰撞才叫作有效碰撞）都比較低，也就是說，傳感器在常溫下的靈敏度不高；為了提高傳感器的靈敏度，就需要在金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷二氧化錫（或者其它金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料）的燒結(jié)過程之前，就預(yù)先在其內(nèi)部埋植進(jìn)去加熱用的電阻絲（通常是鉑Pt絲）。當(dāng)將該傳感器用于測量監(jiān)控可燃性氣體濃度時(shí)，就可以用這個(gè)預(yù)植入的電阻絲將這個(gè)功能性的半導(dǎo)體陶瓷加熱到大約400℃，這樣就加速了可燃性氣體與吸附氧原子的反應(yīng)。這個(gè)階段可燃性氣體與被吸附的氧原子化學(xué)反應(yīng)過程的專業(yè)名詞，叫作化學(xué)燃燒；也就是說，這不是真正的燃燒，它比真正的燃燒低了數(shù)百度。也許有人要問，為什么不加熱到真正的燃燒溫度呢，那不是電阻值降低就更多，測量起來不就更方便了嗎？答案是，絕對不可以！因?yàn)楸粰z測對象是可燃性氣體，萬一發(fā)生燃?xì)庑孤叮敲催@種高加熱溫度的可燃性氣體傳感器起的作用就不再是可燃性氣體濃度超限報(bào)警了，而是直接就將這種高濃度的可燃性氣體點(diǎn)燃爆炸?了！

從上述金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷可燃性氣體傳感器的工作原理上看，在電（子）學(xué)結(jié)構(gòu)上，該半導(dǎo)體陶瓷體至少要有3到4個(gè)電極引出。其中2個(gè)電極用于連接加熱電源，另外測量其電阻值的變化也需要有2個(gè)電極，這樣一來就需要4個(gè)電極；如果將加熱用的一個(gè)電極與測量用的一個(gè)電極共用，則就是3個(gè)電極。這3、4個(gè)電極（含電阻加熱絲）是在燒結(jié)成陶瓷之前的金屬氧化物漿料調(diào)制階段，同時(shí)植入金屬氧化物體的內(nèi)部，然后才將金屬氧化物放入燒結(jié)爐中，用上千攝氏度的高溫?zé)Y(jié)成半導(dǎo)體陶瓷的，因此這些電極金屬絲和電阻加熱金屬絲都必須具有很高的耐熱性（所以常常選用鉑Pt絲）。

下圖1是常見的可燃性氣體敏感元件外觀圖，圖2是其功能部位的透視示意圖，圖3是其工作的電原理圖。

在選用可燃性氣體傳感器時(shí)，可以遵循所有傳感器選用時(shí)都應(yīng)當(dāng)遵循的共同原則，即要求

傳感器的參數(shù)分散性小，

重復(fù)性好、穩(wěn)定性好，

互換性好，

溫度漂移（溫度系數(shù)）小，

輸出線性度好，

輸出信號大，

耗電量小，

價(jià)格便宜，

盡可能提供數(shù)字化輸出，

最好功能部位以及電路連線部分與外殼電氣絕緣。

下述三本書對都對可燃性氣體傳感器有所涉及，可供參考。梁瑞林著，2008年5月，科學(xué)出版社出版《貼片式電子元件》；梁瑞林譯，松井邦彥著，2006年1月，科學(xué)出版社出版《傳感器應(yīng)用技巧141例》；梁瑞林譯，松井邦彥著，2005年4月，科學(xué)出版社出版《傳感器實(shí)用電路設(shè)計(jì)與制作》。

倘有傳感器研制生產(chǎn)方面更為深入性的問題要問，甚至探討包括其功能部位金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷燒結(jié)方面存在的問題等，可以長期關(guān)注我寫的文章和書籍，也可以私信我。