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热导式气体传感器原理与结构.docx
资料介绍
热导式气体传感器
一、基本原理
热导式气体传感器是基于不同气体具有不同热导率这一物理特性实现气体检测的传感装置，核心原理是通过测量气体热导率变化，转化为可检测的电信号，从而得到待测气体的浓度信息。
气体的热导率是指气体传导热量的能力，不同气体分子的分子量、结构和运动特性不同，热导率存在明显差异：例如氢气的热导率约为空气的7倍，二氧化碳的热导率仅为空气的约60%，氦气、甲烷等常见气体的热导率也与空气存在显著区别。这种固有差异是热导式气体传感器能够区分不同气体的基础。
传感器核心结构中包含至少一个热敏感元件，常用的热敏感元件包括铂丝、钨丝、热敏电阻、MEMS热膜等，该元件会被预先通电加热到高于环境温度的恒定温度。当待测气体流过敏感元件周围时，气体会带走敏感元件的热量，带走热量的速率与气体的热导率直接相关：热导率越高的气体，带走热量速度越快，敏感元件的温度下降幅度越大；反之热导率越低，温度下降幅度越小。由于金属铂等材料的电阻值随温度变化呈现稳定的线性变化规律，因此敏感元件温度变化会直接转化为电阻值的变化，通过测量电路将电阻变化转化为电压或电流输出，即可对应得到待测气体的浓度。
实际检测中，若待测气体为二元混合气体，即背景气体为已知的一种气体，仅需检测目标气体浓度，可直接通过热导率变化计算浓度；若为多元混合气体，则需要通过温度补偿、气体预分离或者多传感器阵列算法校正，排除其他气体的干扰，得到准确的目标浓度结果。
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