守護(hù)家庭空氣的氣敏傳感器

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）在家庭當(dāng)中，智能防護(hù)已經(jīng)成為關(guān)鍵的一環(huán)。除了對外的安防，對家庭中各種隱患的實(shí)時(shí)檢測，也成為安全的重要一環(huán)。在居家生活中，可燃?xì)怏w以及污染氣體是影響人們健康及生命的因素。在智能家居中，通過氣敏傳感器，可以實(shí)現(xiàn)對危險(xiǎn)氣體的分析，繼而可以采取針對性的控制策略。

氣敏傳感器的工作原理

氣敏傳感器在環(huán)境保護(hù)、安全監(jiān)督等方面起著重要作用。其類型有很多，如催化燃燒式氣敏傳感器、電化學(xué)式氣敏傳感器、紅外線氣敏傳感器、半導(dǎo)體氣敏傳感器等，不同類型的氣敏傳感器其工作原理也不相同。

比如半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用半導(dǎo)體氣敏元件作為敏感元件，當(dāng)半導(dǎo)體器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)，在氣體接觸半導(dǎo)體表面而被吸附時(shí)，半導(dǎo)體表面呈現(xiàn)電荷層，使得載流子增多，半導(dǎo)體阻值下降。電化學(xué)式氣敏傳感器則是將測量對象氣體在電極處氧化或還原而測電流，得出對象氣體濃度的探測器。

接觸燃燒式氣敏傳感器常用的檢測元件一般為鉑金屬絲（也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時(shí)對鉑絲通以電流，保持300℃-400℃的高溫，此時(shí)若與可燃性氣體接觸，則會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，使鉑絲的溫度升高，從而改變其電阻值，通過測量電阻值來確定可燃性氣體的濃度。

還有通過聲波器件表面的波速和頻率會(huì)隨外界環(huán)境的變化而發(fā)生漂移的原理來檢測的氣敏傳感器。利用這種性能在壓電晶體表面涂覆一層選擇性吸附某氣體的氣敏薄膜，當(dāng)該氣敏薄膜與待測氣體相互作用（化學(xué)作用或生物作用，或者是物理吸附），使得氣敏薄膜的膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率發(fā)生變化時(shí)，引起壓電晶體的聲表面波頻率發(fā)生漂移。

氣體濃度不同，膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率變化程度亦不同，即引起聲表面波頻率的變化也不同。通過測量聲表面波頻率的變化就可以獲得準(zhǔn)確的反應(yīng)氣體濃度的變化值。

基于這些傳感器的工作原理，在一些智能家居系統(tǒng)中使用了氣敏傳感器來檢測空氣中的有害氣體，如一氧化碳、甲醛等，以及對PM2.5進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)檢測到有害氣體或PM2.5超過一定濃度時(shí)，智能家居系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)空氣凈化器或報(bào)警器。

氣敏傳感器在智能家居中的應(yīng)用

通過氣敏傳感器，可以實(shí)現(xiàn)對危險(xiǎn)氣體的分析，繼而可以采取針對性的控制策略，保障家人健康及生命安全。這讓氣敏傳感器也可以應(yīng)用在許多智能家居產(chǎn)品中，比如空氣凈化器、智能空調(diào)、智能加濕器、智能燃?xì)庠?、智能吸油煙機(jī)等。

在這些產(chǎn)品中，氣敏傳感器將氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)這些電信號的強(qiáng)弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中的存在情況有關(guān)的信息，從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控、報(bào)警；還可以通過接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測、控制和報(bào)警系統(tǒng)。

一個(gè)很典型的應(yīng)用場景是廚房，氣敏傳感器在廚房中可以檢測煤氣、天然氣等可燃性氣體的濃度。當(dāng)濃度超標(biāo)時(shí)，可以及時(shí)報(bào)警并采取相應(yīng)措施，保障用戶安全。不僅可以通過聯(lián)網(wǎng)將報(bào)警信號及時(shí)傳遞給用戶的終端設(shè)備上，以及啟動(dòng)報(bào)警器來警告家中的成員有情況發(fā)生。

當(dāng)然，在使用一些可以檢測有毒有害氣體的氣敏傳感器時(shí)，需要注意一些問題。比如傳感器接線采用三芯或四芯屏蔽電纜，單線直徑大于1平方毫米，接線時(shí)屏蔽層應(yīng)接地。并且傳感器應(yīng)向下固定，鎖緊螺母應(yīng)徹底擰緊，探頭蓋應(yīng)徹底蓋住并擰緊，以滿意防爆要求。

同時(shí)傳感器位置應(yīng)在閥門、管道接口、氣體出口或易走漏的地方鄰近方圓1米范圍內(nèi)，但不應(yīng)影響其他設(shè)備的運(yùn)行。同時(shí)應(yīng)盡量防止高溫高濕環(huán)境，防止外界影響，如潑水、濺油和形成機(jī)械損害的可能性。并至少每年校準(zhǔn)一次，以確保檢測精度。

除了警報(bào)之外，氣敏傳感器可以與其他傳感器結(jié)合使用，以實(shí)現(xiàn)更多的功能，如自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度、濕度和空氣質(zhì)量等。同時(shí)，隨著技術(shù)的發(fā)展，氣敏傳感器的性能也將不斷提高。例如，現(xiàn)在的氣敏傳感器可以在較低的溫度下工作，并且可以檢測到更低濃度的氣體。

小結(jié)

氣敏傳感器在智能家居中可以實(shí)現(xiàn)對家庭空氣質(zhì)量的監(jiān)測和智能控制，保障家庭成員的健康和生活品質(zhì)。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測室內(nèi)空氣中的有害氣體、顆粒物和溫濕度等關(guān)鍵指標(biāo)，氣敏傳感器可以幫助用戶及時(shí)了解家庭環(huán)境狀況，并根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣凈化器、加濕器等家居設(shè)備，營造舒適、安全的居住環(huán)境。