氣體傳感器是氣體檢測系統(tǒng)的核心,通常安裝在探測頭內。從本質上講,氣體傳感器是一種將某種氣體體積分數(shù)轉化成對應電信號的轉換器。探測頭通過氣體傳感器對氣體樣品進行調理,通常包括濾除雜質和干擾氣體、干燥或制冷處理、樣品抽吸,甚至對樣品進行化學處理,以便化學傳感器進行更快速的測量。
人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)SnO2、ZnO、Fe2O3、Cr2O3、MgO、NiO2等材料都存在氣敏效應。用這些金屬氧化物制成的氣敏薄膜是一種阻抗器件,氣體分子和敏感膜之間能交換離子,發(fā)生還原反應,引起敏感膜電阻的變化。作為傳感器還要求這種反應必須是可逆的,即為了消除氣體分子還必須發(fā)生一次氧化反應。傳感器內的加熱器有助于氧化反應進程。
同體電解質在高溫下才會有明顯的導電性。氧化鋯(ZrO2)是典型的氣體傳感器的材料。純正的氧化鋯在常溫下是單斜晶結構,當溫度升到1000℃左右時就會發(fā)生同質異晶轉變,由單斜晶結構變?yōu)槎嗑ЫY構,并伴隨體積收縮和吸熱反應,因此是不穩(wěn)定結構。在ZrO2中摻入穩(wěn)定劑如:堿土氧化鈣CaO或稀土氧化釔Y2O3,使其成為穩(wěn)定的熒石立方晶體,穩(wěn)定程度與穩(wěn)定劑的濃度有關。