Термокаталитические сенсоры
Работают на эффекте изменения электрофизических свойств чувствительного элемента в процессе нагрева за счёт энергии выделяющейся в результате каталитической реакции. В данном классе устройств наиболее распространённым являются моноэлектродные сенсоры (пеллисторы), представляющие собой спираль из платиновой проволоки толщиной 5-25 мкм, покрытую слоем керамики (Al2O3) поверх которой нанесён слой катализатора (Pt,Ni).
Принцип работы основан на тепловом эффекте каталитического окисления газа, сопровождается изменением температуры сенсора и следственно сопротивление платиновой спирали. В пеллисторах вместо керамического покрытия используют полупроводниковые покрытия (SnO2, In2O3).
Массочувствительные сенсоры
В качестве МС используют приборы на повторных акустических волнах на основе пьезоэлектриков, в которых деформации наводят поверхностный заряд. Периодические напряжения связанные с механическим резонансом плотно создавать при помощи переменного тока той же частоты, что и резонанс. Механический резонанс определяется массой структуры, разрешение метода 10-12г.
На подложке из пьезоэлектрика 1 формируется четыре системы, тонкоплёночных и встречноштырьевых электродов. Подложка должна иметь поверхность отполированную до оптической точности, т.к. неровности вызывают значительные акустические потери. Одна пара электродов 2 служит для инициирования поверхностно акустической волны путём подачи на них переменного напряжения. Сформированная волна распространяется по поверхности пьезоподложки ко второй паре электродов 3, которая служит для детектирования волны и преобразования её в переменный электрический сигнал. В области распространения волны нанесён слой 4 селективно сорбирующий молекулы детектированного вещества, что сопровождается уменьшением скорости распространения поверхносто-акустичекой волны и следовательно частоты колебаний. Электрические сигналы по двум линиям усиливаются усилителем 5 и поступают на счётчик смешанной частоты 6. Разность в частотах пропорциональна количеству сорбированного вещества, а селективность определяется типом используемого чувствительного слоя.
Сенсор на основе твёрдых электролитов
Применяются для определения тех газообразных веществ, чьи ионы при диссоциации обуславливают проводимость твёрдых электролитов (ионы проводников).
Схема керамического сенсора кислорода.
Принцип работы сенсоров состоит в том, что поступающий газ диффундирует через пористый рабочий электрод к границе раздела электрод - твёрдый электролит, где происходит его диссоциация с образованием ионов, которые под действием электрического поля диффундируют через чувствительный элемент сенсора к другому электроду.
Принцип действия керамического сенсора кислорода: со стороны катода выполненного либо перфорированным либо в виде растровой системы, происходит сорбция молекул кислорода, которая диссоциирует с образованием заряжённых ионов. Диффундирует через чувствительный элемент к аноду, где разрежается с образованием молекулярного кислорода. Ток в измерительной цепи пропорционален содержанию кислорода в исследуемой атмосфере. Поскольку подвижность ионов не велика для её увеличения чувствительные элементы сенсоров нагревают до 750-1100 oC. Так же есть сенсоры чувствительные к водороду, аммиаку. В них чувствительный элемент изготавливается из протонного проводника Sb2O5*2H2O.