In einem Artikel geht es um die Klassifizierung und Funktionsprinzipien von Gassensoren 

1.Katalytischer Verbrennungssensor

Der katalytische Verbrennungssensor ist derzeit der gebräuchlichste kostengünstige Sensor für brennbare Gase. Im Inneren befinden sich zwei kleine „Kugeln“, die aus einer Platindrahtspirale bestehen und mit einer Keramikbasis beschichtet sind. Einer von ihnen ist ein empfindlicher „Ball“, der ein Erkennungselement ist; Seine Oberfläche ist mit einer Katalysatorschicht bedeckt, die mit allen vorhandenen brennbaren Gasen reagiert. Die andere ist eine inerte „Kugel“, die mit keinem Gas reagiert und lediglich als Ausgleichselement für Änderungen der Außentemperatur oder Luftfeuchtigkeit dient.

Im Normalbetrieb wird die Platindrahtwendel durch elektrischen Strom auf eine hohe Temperatur von 450°C–500°C erhitzt. Bei Kontakt mit einem brennbaren Gas kommt es auf der Oberfläche des Detektorelements zu einer katalytischen Verbrennungsreaktion, die Temperatur steigt und der Widerstand des Platindrahts im Inneren erhöht sich entsprechend. Mithilfe einer Wheatstone-Brücke kann die Widerstandsänderung des Detektionselements genau gemessen und somit die Konzentration des detektierten Gases berechnet werden.

2.Halbleiter-Gassensor

Ein Halbleiter-Gassensor wird häufig zur Erkennung brennbarer und giftiger Gase in geringen Konzentrationen eingesetzt. Sein Gassensorelement ist ein Metalloxidfilm, der auf einem Siliziumwafer abgeschieden ist. Wenn das detektierte Gas mit einem Metalloxid in Kontakt kommt, wird das Gas an seiner Oberfläche adsorbiert, was zu einer Widerstandsänderung des Metalloxids führt, und diese Widerstandsänderung geht mit einer Änderung der Gaskonzentration einher. Typischerweise wird die Oberfläche des Halbleitersensors auf eine konstante Temperatur im Bereich von 200 °C bis 250 °C erhitzt, um die Ansprechgeschwindigkeit zu erhöhen und den Einfluss von Änderungen der Umgebungstemperatur zu verringern.

3.Infrarot-Gassensor

Infrarot-Gassensoren werden hauptsächlich zur Erkennung brennbarer Gase und Kohlendioxid eingesetzt. Im Vergleich zum katalytischen Verbrennungssensor bietet er die Vorteile einer besseren Stabilität, einer hohen Genauigkeit, einer hohen Störfestigkeit, keiner Vergiftung, einer Eignung für raue Betriebsbedingungen, eines geringen Wartungsaufwands und einer langen Lebensdauer. Es gilt allgemein als High-End-Produkt zur Erkennung brennbarer Gase. Aufgrund des Preisfaktors ist seine Verwendung nicht so weit verbreitet wie der katalytische Verbrennungssensor. Mit dem kontinuierlichen Fortschritt und der Verbesserung der Produktionstechnologien für Infrarotsensoren verringert sich jedoch der Preisunterschied zwischen ihnen. Der aktuelle Trend geht dahin, katalytische Verbrennungssensoren schrittweise durch Infrarot-Gassensoren zu ersetzen und Produkte rasch zu modernisieren. Gängige Infrarot-Gassensoren gibt es in zwei Ausführungen: Punkt- und offene optische Kanalsensoren.

Der Punkt-Infrarot-Gassensor besteht aus einer Infrarotquelle, einer optischen Fokussierlinse, einer Gasprobenahmezelle und einem pyroelektrischen Sensor. Wenn von einer Infrarotquelle emittiertes Infrarotlicht eine Gasprobenahmezelle passiert, werden Infrarotstrahlen einer bestimmten Wellenlänge vom Detektionsgas in der Zelle absorbiert. Durch Vergleich der Intensität des absorbierten Infrarotlichts mit der Intensität des Referenz-Infrarotlichts kann die Konzentration des detektierten Gases ermittelt werden.

Der Infrarot-Gassensor mit offenem optischen Kanal besteht aus Sende- und Empfangsmodulen und muss paarweise installiert werden. Das Sendemodul sendet einen Infrarotstrahl an das Empfangsmodul. In Anwesenheit des detektierten Gases werden Infrarotstrahlen einer bestimmten Wellenlänge im Lichtstrahl vom Gas absorbiert. Durch den Vergleich der Intensität des absorbierten Infrarotlichts am Empfangsmodul mit der Intensität des Referenz-Infrarotlichts kann die Konzentration des detektierten Gases bestimmt werden. Die Maßeinheit eines Infrarot-Gasdetektors mit offenem Strahlengang ist LEL m, also die Gesamtgaskonzentration im Strahlengang multipliziert mit der Entfernung.

4.Gas-Photoionisationssensor

Der Photoionisationsgassensor ist in der Lage, Konzentrationen flüchtiger organischer Verbindungen und anderer giftiger Gase in extrem niedrigen Konzentrationen (parts per million und sogar parts per billion) zu erkennen. Der Photoionisationsgassensor nutzt das Prinzip der Gasionisierung durch Licht zur Erkennung von Gasen. Mithilfe einer ultravioletten Lichtquelle wird organisches Material in positive und negative Ionen zerlegt, die vom Gerät erkannt werden. Der Detektor registriert die Ladung des ionisierten Gases und wandelt sie in ein Stromsignal um. Nach der Verstärkung und Verarbeitung des Stroms wird der Gaskonzentrationswert in Teilen pro Million angezeigt. Nach der Detektion werden die Ionen wieder in das ursprüngliche Gas oder den ursprünglichen Dampf reduziert. Der Photoionisationssensor ist ein zerstörungsfreier Sensor, er „verbrennt“ nicht und verändert das erkannte Gas über einen langen Zeitraum nicht, sodass das Gas nach der Erkennung durch den Photoionisationssensor für weitere Messungen gesammelt werden kann.

5. Elektrochemischer Gassensor

Elektrochemische Gassensoren nehmen einen unverzichtbaren Platz bei der Erkennung giftiger und schädlicher Gase ein. Ein elektrochemischer Gassensor besteht aus einem Elektrolyten, Elektroden und einem Filter. Durch die Auswahl geeigneter Spannungs-, Elektrolyt- und Elektrodenmaterialien reagiert das detektierte Gas chemisch auf der Elektrodenoberfläche und erzeugt einen Mikrostrom, dessen Stärke proportional zur Gaskonzentration ist. Durch die Analyse und Verarbeitung dieses Stroms kann die Konzentration des detektierten Gases ermittelt werden.