甲醛的检测及甲醛气体传感器的研究
甲醛的检测及甲醛气体传感器的研究
林本助
（玉溪师范学院物理与教育技术系2002级物理学本科班云南玉溪 653100）
指导教师杨留方教授
摘要：本文介绍了甲醛的性质、危害、用途及其污染来源，综合分析了甲醛的检测方法及甲醛气体传感器的研究现状，指出了甲醛气体传感器存在的问题，并预测了其发展趋势。关键词：甲醛；检测方法；甲醛气体传感器
1.引言
甲醛是一种重要的化工原料和有机溶剂，是制造油漆、塑料、橡胶、染料等的原料。目前，应用于家庭装修的材料中不可避免的含有甲醛。另外，甲醛作为消毒剂、防腐剂、熏蒸剂等也普遍存在于人们的身边，严重的危害着人们的健康。目前，已有了很多甲醛的检测方法，但对甲醛气体传感器的研究却甚少。本文对甲醛气体传感器的有关资料进行了全面、详细的分析探讨、综合比较，把大量有用的资料浓缩于一篇文章中，并对甲醛气体传感器的研究方向提出了意见和建议，供研究者参考。
2.甲醛的性质、危害及来源
2.1.甲醛的基本性质
中文名称：甲醛；亚甲基氧化物；蚁醛
英文名称：formaldehyde; methanal; methyl aldehyde; methylene oxide; oxymethlene
化学式：HCHO
分子质量：30.03
性状：常温下为无色、有辛辣刺鼻气味的气体。
沸点：-19.5℃
熔点：-92.0℃
相对密度：0.815（-20.0℃，水=1）；1.067（空气=1）
蒸汽压：1.3kPa(-88.0℃)
溶解度：易溶于水和乙醇等多种有机溶剂，水溶液浓度可高达55%。35%～40%的水溶液称为福尔马林。
自然温度：430℃
爆炸极限：7～73℃
2.2.甲醛的危害
甲醛是一种毒性很大的气体，在我国有毒化学品优先控制名单上，甲醛高居第二位。甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。甲醛对人体呼吸道粘膜和皮肤有强烈的刺激作用，吸入过量的甲醛可导致流泪、流涕、咳嗽等症状，并引发呼吸道疾病。室内空气中甲醛浓度达到0.06～0.07mg/m3时，儿童就会发生轻微气喘；达到0.1mg/m3时，就有异味和不适感；达到0.5mg/m3时，可刺激眼睛，引起流泪；达到0.6mg/m3时，可引起咽喉不适或疼痛；浓度更高时，可引起恶心呕吐，咳嗽胸闷，气喘甚至肺水肿；达到30mg/m3时，会立即致人死亡。国家卫生标准的甲醛最高允许浓度为0.08mg/m3（60ppb）。长期接触甲醛常会引起呼吸道疾病、鼻炎癌、结肠癌、月经紊乱、白血病、智力和记忆力下降等，对儿童、孕妇、老人的伤害更为严重。
2.3.甲醛的来源
甲醛，由于其特殊的化学活性、纯度高、价格便宜，被广泛的应用于生产和生活中。全世界每年生产高达一千万吨以上，其中大量用于生产酚醛树脂、甲醛树脂和三聚氰氨-甲醛树脂，这些树脂广泛用于生产胶合板和涂染原料中。在一些日常生活用品（如：洗涤剂、肥皂、洗发水、化妆品）的化学合成中，甲醛是中间产品。另外，许多消毒剂、防腐剂和熏蒸剂中也含有甲醛。
2.3.1.来自装饰、装修材料
甲醛是一种良好的溶剂，具有较强的粘合性，同时还可以加强板材的硬度和防虫、防腐能力，被广泛用于生产脲醛树脂、含醛油漆等原料。这些树脂用作粘合剂，在各种装潢材料及家具中大量使用。以脲醛树脂为原料的各种人造板（胶合板、纤维板、刨花板等）、脲醛树脂隔热材料（UFFI）、含醛类消毒防腐剂的水溶性材料是室内甲醛的主要来源。脲醛树脂是一种由尿素和甲醛缩聚而成的氨基树脂合成剂，它会慢慢的释放甲醛，高温和高湿下脲醛树脂会加快水解，甲醛释放量增多，夏季甲醛释放量会高出平时的20%～30%。室内装修所导致室内空气中的甲醛污染具有普遍性、潜在性和长期性（日本横滨国立大学研究表明室内装修导致的甲醛污染释放期为3～15年）。
2.3.2.来自燃料和烟叶的燃烧
厨房是室内空气的另一个污染源。使用各种燃料，如木、煤、汽油、液化气等都会导致一定的甲醛及其它污染物的产生。有报道表明：北京远郊农村住宅的厨房内,若同时使用煤炉和液化气，甲醛浓度可达0.4mg/m3以上。同时发现厨房内甲醛浓度的变化曲线中峰值的出现时间与炊事时间吻合[1]。
人们吸烟产生的烟雾中也含有甲醛。吸烟时从主流烟雾和侧流烟雾中排放出大量有毒有害的化学物质。其中主流烟(mainstream smoking)是指吸烟者自己吸入的烟雾，侧流烟(sidestream smoking)是指排入空气中的烟雾。香烟主流烟雾中的甲醛平均浓度为212ug/m3，侧流烟雾的为18～58ug/m3。每一口烟容积约为40ml，甲醛浓度可高达2.025mg/m3。在30m3的室内吸两支烟，可使室内空气中的甲醛浓度高达0.1mg/m3以上[2]。
2.3.3 来自废气污染
工业废气、汽车尾气等在一定程度上均可排放或产生一定的甲醛，但是这一部分含量很少，对空气的污染不严重。
3.甲醛的检测方法
目前由甲醛造成的室内空气、大气环境和食品污染已引起了人们的高度关注。随着人们对甲醛研究的深入，分析方法也有了较大的进展。目前甲醛的测定方法主要有分光光度法、色谱法、荧光法、极谱法和传感器法。
3.1.分光光度法
3.1.1.酚试剂分光光度法
空气中的甲醛与酚试剂(MTBH)反应生成嗪，嗪在酸性溶液中被高铁离子氧化形成蓝绿色化合物。根据颜色的深浅比色定量，该方法检出下限为0.056ug,当采样体积为10L时，测定浓度范围为0.01mg/m3～0.15mg/m3。二氧化硫共存会使测定结果偏低，可将气样预先通过硫酸锰滤纸过滤器予以排除。
3.1.2.变色酸比色法
甲醛在硫酸溶液中与变色酸作用形成紫色化合物，可比色定量，检测限为0.1mg/L。醇共存时不干扰测定，乙醛在0.7mg以下时不干扰测定，量大时使溶液发黄，酚含量为0.2ug以上时测量结果偏低[3]。
3.1.3.乙酰丙酮比色法
甲醛与乙酰丙酮及乙酸铵作用生成黄色3，5-二乙酰基-1，4-二氢二甲基吡啶（DDL）。本方法操作简便，性能稳定，误差小、干扰少，比色液可稳定12小时不变，检出限为0.25mg/L。当酚含量在15mg以下和乙醛含量在3mg以下时不干扰测定[3]。
3.1.
4.副品红法
品红亚硫酸法采用品红与亚硫酸作用生成无色的希夫试剂，再与醛作用生成紫红色化合物，为总醛反应，加硫酸生成蓝色化合物，是甲醛特有的反应，其它醛与酚不干扰测定。本法的优点是简便、灵敏，缺点是腿色快。由此李万海提出了改良的副品红法，改变加入试剂的次序，先加酸性副品红，后加亚硫酸钠，反之则无颜色生成，提高了方法的稳定性及灵敏度[3]。
3.2.色谱法
3.2.1.气相色谱法
3.2.1.1.衍生化法
空气中的甲醛在酸性条件下与吸附在涂有2, 4-二肖基苯阱（DNPH）的6201单体上，生成稳定的2，4-二肖基苯腙，用二硫化碳洗脱后，经OV-1色谱柱分离，用氢火焰离子化检测器测定，检测下限为0.2mg/L(进样量为5ug时)。
3.2.1.2.顶空法
将空气采集到装有300mg氧化铝的吸附管中，然后将吸附剂转移到200ml样品瓶中，加入300ml甲苯酸作为脱附剂，将样品瓶密封后置于87℃恒温水域中加热，待达到气-液平衡后取气相进样测定[4]。
3.2.2.液相色谱法
3.2.2.1.美国EPA TO-5方法
空气中的甲醛和其它醛、酮经含DNPH、盐酸和异辛烷的溶液吸收，生成稳定的2，4-二硝基苯腙。用V（己烷）：V（二氯甲烷）=7：3混合液提取异辛烷层，提取液在氮气保护下蒸发，近干时再用甲醇溶解，用带紫色检测器的反相高效液相色谱（HPLC）测定，测定波长为370nm。该方法的相对偏差为15%～20%，回收率高于75%，检测限为1.3ug/m3～2.7ug/m3[4]。
3.2.2.2.美国EPA TO-11A方法
空气中的甲醛和其它醛类通过涂有DNPH的硅胶小柱时，与DNPH反应生成稳定的2，4-二硝基苯腙，经溶液剂萃取后以HPLC分离，用紫外检测器或二极管阵列检测器检测。采样量为180L时，检测限为0.30ug/m3[4]。
3.2.3.离子色谱法
甲醛在氢氧化钠和过氧化氢存在时，于110℃加热1h，能完全氧化成甲酸钠，可用抑制电导-离子色谱法测定[4]。
3.3.光学法
日本Nobuo Nakano和Kunio Nagashima研制的高灵敏度带式甲醛自动检测仪，利用甲醛和多孔纤维素反应后颜色发生变化的原理测定甲醛。多孔纤维带上
涂有硅胶作为吸附剂，并经过含硫酸羟胺、甲基黄（为PH指示剂，PH值从
2.9l～4.0l时，颜色由红变黄）、甘油、甲醇浸渍处理。当纤维素带置于
含有甲醛的空气中时，带的颜色由黄色变为红色，颜色变化的程度与在一定采样时间内、一定流速下的甲醛浓度成正比，可以通过测定反射光（555nm）的强度记录颜色的变化。该纤维素带可测定0.11mg/m3（WTO标准）的甲醛（采样时间为30min,流速为100ml/min）[4]。
3.4.极谱法
利用甲醛在酸性条件下能被阱还原的特性，用极谱法测定空气中的甲醛。该方法的检测限为150ng（测定池中的绝对量），线型工作范围为100ng～10ug。与光度法和HPLC法相比，极谱法的优势是可使用标准加入法测定样品，有利于消除基本干扰。
3.5.传感器法
随着现代电子技术的迅速发展，传感技术已成为一个独立的、新兴的高科技领域。传感器的高度自动化、微型化与集成化，减少了对使用环境和技术的要求，其便携式的特点尤其适合于野外、现场分析的需要。
近几年来，一系列各种不同的传感器都得到了发展，包括甲醛氧化物气体传感器、甲醛气体分子筛传感器、甲醛声表面波气体传感器、可视化荧光甲醛传感器及甲醛气体电子鼻等。
4.甲醛气体传感器
4.1.氧化物气体传感器
4.1.1.溶胶-凝胶(sol-ge1)法制备的氧化锡（SnO2）
SnO
是一种N型半导体，在N型多晶半导体材料中，相邻晶粒间的接触部分会
2
形成双肖特基势垒。若吸附氧形成表面负电荷吸附，会使接触势垒明显增高。气敏元件通常都是置于大气中工作的，空气中的氧被吸附在气敏元件上，形成高阻状态。若遇到还原性气体时，会形成表面正电荷吸附，或者说吸附的还原性气体与已经吸附的氧反应，使之脱离吸附表面，从而使接触部分的势垒下降，粒子间
能移动的电子数增加，元件的电导率增大。甲醛是一种还原性气体，当它与SnO
2
表面吸附的氧发生反应，使晶粒间接触的势垒降低，从而表面接触时，会与SnO
2
使元件的电导率增加，电阻降低。
O溶于去离子水中，按照吴娜等人应用溶胶-凝胶(sol-ge1)法，将SnCl﹒5H
2
1：15的摩尔比称取一定量的柠檬酸溶于去离子水中作为分散剂。经稀氨水滴定成凝胶，洗涤、干燥后，在450℃下焙烧2h得到SnO
纳米材料。制成的纳米
2
SnO
2
粉体为金红石结构，材料的平均粒径为15nm。元件灵敏度随着加热电压的升高而增大，加热电压为2.5V时，元件的灵敏度达到最高；元件灵敏度随着气体体积分数的增大而增大，基本成线性关系；恢复-响应特性较好，气体体积分数为30×10-6时，元件的响应时间约为25s，恢复时间约为40s。元件的灵敏度和选择性都有待进一步提高[5]。
4.1.2.Sn1-x Ti x O2甲醛气体气敏元件
刘凤敏用不同的Ti:Sn摩尔比制备甲醛气敏元件。随着Ti含量的增加，
Sn
1-x Ti
x
O
2
固溶体对甲醛的灵敏度增大。当Ti ：Sn大于1:10后，元件对300×10-6
甲醛的恢复-响应均较快，响应时间小于5秒，恢复时间为10秒。Sn
1-x Ti
x
O
2
甲醛固
溶体材料的电阻随着温度的升高而下降，表现为负温度系数，但是此种材料的电
阻随温度的变化明显比纯SnO
2的弱。制成的Sn
0.5
Ti
0.2
O
2
甲醛敏感元件具有良好的抗
湿性和长期稳定性。氨水、CO、H
2S、甲烷、CO
2
等不干扰测定，元件对甲醇的响
应比对甲醛有更高的灵敏度，所以甲醇对甲醛的测定有很大的干扰[6]。
4.1.3.ZnO-La2O3共掺杂的SnO2甲醛气体传感器
鉴于材料颗粒度对气敏元件的灵敏度有很大影响，刘凤敏选用WO
3，ZnO，ThO
2
，
La
2O
3
等作为掺杂剂对溶胶-凝胶法制备的SnO
2
材料进行掺杂，并测试其甲醛气敏
性能。结果表明ZnO,La
2O
3
的掺杂提高了SnO
2
对甲醛的气敏性。元件的灵敏度随着
ZnO的含量的增加而升高，但相差不是很大。但是ZnO的增加使SnO
2
元件对乙醇的
灵敏度升高，即乙醇的干扰增强，因此制备元件时ZnO的含量不宜太大。当La
2O 3
含量增加时，元件对甲醛气体的灵敏度随之升高。
同时掺入3%La
2O
3
和3%ZnO时，元件对300×10-6甲醛气体灵敏度为16（在110℃
时）。比单一掺杂的前两种元件都高。元件对甲醛的灵敏度随着甲醛浓度的增加而增加，在10×10-6～300×10-6范围内对甲醛有很高的灵敏度，而对乙酸、丙酮、乙醚和甲苯等干扰气体的灵敏度很低。在最佳工作温度下，元件对甲醛具有较好的响应-恢复特性，对300×10-6的甲醛响应时间为10秒，恢复时间为120秒。检测下限可达到10×10-6（其灵敏度为2.0）。乙醇对元件具有一定的干扰，但是加上
4?分子筛修饰层以后，乙醇的干扰能力有一定的下降。因此，ZnO-La
2O
3
共掺杂的
SnO
2
传感器具有较好的选择性和灵敏度，是一种良好的甲醛敏感元件[6]。
4.1.4.分解稳定的锡配合物合成氧化锡纳米晶
SnO
2
作为当今主流的气敏材料，以锡的氯化物为原料的液相合成法由于操作简单，成本低成为最常用的方法。但锡水合物表面的Cl-极其难以除去，往往洗
涤十次以上还不能完全除尽，这大大降低了SnO
2
粉体的产率。残留的Cl-会降低材料的气敏响应特性，在实际应用过程中还会对器件产生腐蚀。
张建荣、高濂采用分解稳定的锡配合物的方法合成了氧化锡纳米晶。将纯的
SnSO
4
溶解于去离子水中配成0.2mol/L的溶液，缓慢加入一定量的甘氨酸(甘氨酸与锡的物质的量之比为2)得到淡青色透明溶液。将该溶液转移至烘箱中以80℃蒸发除去水分(注意温度不能太高，否则会发生配合物的水解沉淀)，直至得到均匀稳定的透明凝胶。取少量凝胶置于一容量较大的坩埚中再以250℃恒温处理，在该过程中，凝胶逐渐膨胀，放出大量气体，同时由无色向灰色转变，最后得到大
量灰状物。将该灰状物于400～600℃热处理2h即得到纳米SnO
2
粉体。
通过热分解稳定的锡配合物的方法，制得的纳米SnO
2
粉体具有粒径小，比表面积高，不含有严重影响晶粒性能的Cl-等杂质离子，粉体对甲醛等还原性气体
具有较高的灵敏度，响应-恢复特性较好，实现掺杂离子均匀地进入SnO
2
晶格。
完全可替代以醇盐或复杂的锡化合物为基础的合成纳米SnO
2
基材料的方法 [7]。
4.1.
5.铟锡氧化物薄膜气敏元件
铟锡氧化物是很好的气敏材料，但不同铟锡比组成的氧化铟锡薄膜不但载流子浓度不同，而且导电类型也不同,也就是费米能级不同。当气体分子吸附到薄膜表面时，由于载流子种类、载流子浓度和费米能级的不同，导致电荷转移情况也不同,对气体的响应程度也就不同。由此可以鉴别气体的种类,提高传感器阵列在气体检测中的选择性。
季振国、孙兰侠等人采用无机试SnCl
2﹒2H
2
O及InCl
3
﹒4H
2
O为原料,用溶胶-
凝胶提拉法制备了铟锡比不同的氧化铟锡薄膜气敏传感器阵列。器件对甲醛具有较高的灵敏度，但苯、甲苯、二甲苯会对检测甲醛造成干扰[8]。他们又对二氧化锡薄膜气体传感器在常见室内污染气体气氛中的电阻关系进行了研究，结果发现，在相同的流量下，不同温度下吸附于传感器表面的各种气体的分子数是不同的，即电阻-温度曲线将有不同的斜率。因此，可适当利用传感器的电阻-温度特性来提高其选择性[9]。
4.1.6.CuO/Ag20复合甲醛气敏元件
候振雨等人采用化学沉淀法制备出纳米CuO气敏材料。量取100 mL的AgNO
3
2
份于400mL的烧杯中，各加入100mL的Cu(NO
3)
2
溶液，混合均匀。分别向烧杯中缓
慢加入NaOH溶液，得Cu(OH)
2
蓝色沉淀，通过水浴处理，最后得到黑色CuO纳米材料。纯CuO在加热电压为3 V时，对液化气有较高的灵敏和选择性。在制得的CuO
纳米材料中掺入Ag
20制得CuO/Ag
2
0复合甲醛气敏元件，元件对甲醛灵敏度最高。
所以，在CuO纳米材料中掺杂Ag
2
0后，可以提高元件对甲醛气体的灵敏度和选择性。但硫化氢（
H
2
S）对甲醛的检测仍具有一定的干扰[10]。
4.1.7.TiO2/Cr2O3复合陶瓷气敏元件
TiO
2是一种非化学计量比的弱N型氧化物，活性高，由于TiO
2
中存在大量的点
缺陷，使化学组成偏离化学计量比，在TiO
2
中偏离化学计量比表现为氧空位，通
过控制氧化物半导体的化学计量比偏离可以改变其电导率。通过溶胶-凝胶掺杂
方法,研制出TiO
2
半导化改性的复合功能材料，是当前的一个研究热点。
王欢等人采用溶胶-凝胶法,在TiO
2中掺入一定配比的Cr
2
O
3
,制得了TiO
2
/
Cr
2O
3
复合粉体。以钛酸四丁酯(Ti(C
4
H
9
O)
4
)和硝酸铬(Cr(NO
3
)
3
﹒9H
2
O)为试验原料,
乙二醇为试验溶剂,按照Ti与Cr原子比等于3/2的配比，采用溶胶-凝胶法制备了含有Ti4+和Cr3+的溶胶,放置形成凝胶后,在烘箱中于80℃烘干得到干凝胶。干凝
胶再经过研磨,在650℃煅烧后得到TiO
2/Cr
2
O
3
复合粉体。用制得的TiO
2
/Cr
2
O
3
复合
粉体采用传统的陶瓷传感器制备工艺，制得TiO
2/Cr
2
O
3
复合气敏陶瓷元件。
TiO
2/Cr
2
O
3
复合气敏陶瓷元件，对浓度范围为10～650ppm的甲醛和苯气体都
有较好的响应,特别在10～100ppm浓度范围具有较良好的灵敏度。在加热功率为600mW时，对甲醛气体有较高的灵敏度。元件灵敏度和初始阻值受相对湿度的影响很小，具有较好的抗湿特性[11]。
4.1.8.铟镧氧化物纳米粉体
氧化铟作为气敏材料有以下特点：(1)阻值低且易调控，适合制作低功耗元件；(2)对毒害性气体的灵敏度较高，适合于开发环境监测用传感器；(3)气敏特性可通过掺杂调控，有利于开发选择性气敏元件；(4)容易薄膜化，便于元件的小型化、集成化、多功能化；(5)工作温度低，有利于降低元件的功耗。氧化铟气敏元件的缺点是：成本较高、稳定性和选择性较低等。
徐甲强等人用微乳液法合成了纳米In
2O
3
粉体,浸渍法制备了5%(in mass)
La
2O
3
掺杂In
2
O
3
的气敏元件。用十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂,正丁醇为助表面
活性剂，以正己烷为溶剂。将分析纯的氯化铟、氨水、盐酸和十二烷基苯磺酸钠配制成溶液备用。在已配制好的pH为3～4的5%InCl
3
(质量分数)溶液中,加入适量的正己烷、正己醇、十二烷基苯磺酸钠，强烈搅拌得到透明的微乳液,然后在搅
拌下，逐滴加入6mol/L的NH
3﹒H
2
O溶液，并控制溶液的pH值为8左右，得到白色的
In(O H)
3
沉淀。沉淀物经砂芯漏斗过滤、去离子水洗涤至无Cl-后，放入烘箱中，经105℃干燥12h，磨细后在马弗炉中600℃煅烧1h，得到浅黄色的氧化铟粉体材料。称取煅烧后的氧化铟粉体材料放入玛瑙研钵中，加入分析纯硝酸镧溶液浸渍
氧化铟粉体材料，经研磨、烘干、煅烧后得到La
2O
3
掺杂In
2
O
3
粉体。
未掺杂的氧化铟气敏元件对酒精、汽油及甲醛等气体有较高的灵敏度，对苯、甲苯、丁烷、氨等气体不敏感。随着加热电压的增加，氧化铟气敏元件对敏感气体的灵敏度先增大，后下降。在4.5～5.0V范围(对应的加热温度为260～300℃)，达到最大值。对甲醛的灵敏度在300℃时达到最大，相对于空气为8.6倍，但灵敏度仍没有酒精和汽油的高。氧化镧的掺杂使氧化铟对甲醛的灵敏度有较大的提高，且具有如下两个特征：一是掺杂量为1.0%和2.0%的氧化铟对甲醛的灵敏度较高；二是氧化铟对甲醛的灵敏度在高温时较好，但仍然受酒精和汽油的干扰。因此，元件对甲醛具有很高的灵敏度，且恢复-响应特性较好，但选择性不好[12]。
4.2.可视化荧光甲醛传感器
特定化学物质的光化学传感器的发展作为一个研究领域处于相当重要的地位。光化学传感器具有尺寸小、成本低、不需要参比、分析信号不受电磁场干扰和容易远距离传输等优点。另外，它不需要借助任何光谱仪器而能进行可视化测定是其得以关注的焦点。
王胜娥采用甲醛、乙酸铵和乙酰丙酮在PH=6的条件下生成黄绿色3，5-二乙酰基-1，4-二氢二甲基吡啶（DDL）的反应作为甲醛传感器的光化学敏感反应，用原色球形硅胶作为反应的载体，制得了一种新型的可视化荧光甲醛传感器。
甲醛分子扩散到硅胶颗粒中去和Nash试剂反应生成荧光物质，并且甲醛浓度越大，反应区域越向硅胶颗粒中心扩散。因此球形硅胶颗粒对甲醛的荧光响应与Nash试剂和甲醛之间的反应密切相关。其主要原理反应方程式为
2CH
3-CO-CH
2
-CO-CH
3
+ HCHO+NH
4
+ PH=6
+ 3H2O + H+
图1 乙酰丙酮法反应示意图
荧光在λex=410nm, λem=430～600nm的条件下，用410nm的激发光激发，基于球形硅胶的甲醛传感器在505nm处有最大荧光发射峰。此传感器测定甲醛的荧光扫描时间为20min，其线性响应较好，可用于定性和半定量的可视化的检测甲醛。因为乙
英国Dart Sensors 甲醛传感器 中文数据手册
绪论 Dart sensor公司生产的电化学式甲醛气体传感器是真正能够连续监测的传感器，而不需要任何的气体采样或者采用气泵抽取。这种传感器是从我们已经成功应用的呼吸式酒精传感器基础上开发出来的。适合于绝大多数的环境（-20℃~+50℃）监测使用（如有特殊介绍，可应用于更高的温度中）。这款传感器有六大设计结构特点： 低成本 设计构造简单以及很少的部件使得其成本得到降低，从而形成更有竞争力的价格。 长寿命 它使用的是在世界范围内已经有30多年使用经验的呼吸酒精传感器的元件。而呼吸酒精传感器的精度，稳定性和长久性都是已经得到了验证的。 响应快速 一条短小且低阻抗的扩散路径使其响应时间很少 电源要求低 燃料电池原理意味着它并不需要电源激励，仅仅在信号的处理和显示时需要电能，所以仅仅一个简单的小电池单元即可。 稳定性 非常好的稳定性，允许在使用过程中非常长的校准周期 可承受高压 采用非薄膜构造，不包含在高压环境下容易破碎的元件，经验证，可以承受10个大气压力。 工作原理 传感器内部包含一个常规的两电极燃料电池传感器。工作电极通过外电路将电子释放到计数电极，并且在计数电极端随着氧的减少而消耗，内电路由电解液中的离子流来实现。 设计精良，便于电解液的消长。电解液的消长随环境温度和湿度的变化而变化，但是仍可正常工作不会影响到校准值。 传感器电路 Dart公司的甲醛传感器输出的电流值于空气中从0到高浓度的甲醛浓度呈线性关系。输出信号需要根据精确度要求进行放大和温度补偿。
信号放大 输出信号放大的首选方法是使用一个直接的电流到电压放大的运算放大器。这样的话传感器将工作在其最好的模式下。得到的信号值取决于反馈电阻的大小；比方说使用1000欧姆的电阻值，那么一个输出为5nA的信号将会转化为5mV的输出信号。 因为在开路状态传感器可能会逐渐引起偏移，虽然不会对产品有损伤，但是也要花费时间去放电。所以在储藏期间一般将输出端子进行短路处理，这样就不会出现明显的长期的偏移量。在使用过程中，为了避免在放大器被断开的时候偏移量的增加，可以在两端子之间连接一个低阻值的电阻（典型值为620欧姆）。另外，也可将放大器持续供电。 下面给出典型的应用电路： 在高精度测量中反馈电阻应为470K，同时并联一个4.7μF的钽电容在没有反向响应时间的情况下降噪。 注意：该电路使用的是双路电源，这样能得到最佳效果。在这个电路（以及类似的电路）里面，运算放大器我们推荐使用Burr-Brown的OPA177。另外，也可以选用低功率而且噪声非常微小的OPA241。这两种型号的器件本身的漂移量都很小，灵敏度又非常高，而且很容易加入到偏移整顿电路中去消除剩余的漂移量。 我们已经完成了使用类似OP90这种专用的运算放大器的单路供电电路的研究，并不推荐使用。如果采用3V供电的话，我们推荐使用诸如ICL7660这样的IC产生的负电源。 温度补偿 如果需要的测量精度很高，那么就需要给电路中加入温度补偿的部分。一般来说，在简单电路里面，我们可以通过在运算放大器的反馈回路中适当的加入一个热敏电阻来实现（该热敏电阻可以通过与其他的电阻的串并联进行修正）。如果使用微处理器电路的话，在软件的控制下，热敏电阻补偿会更加精确。标准的负温度系数热敏电阻提供的信号是比较合适的。
ppm 是体积浓度. 摘要：气体检测浓度单位ppm 与毫克/立方米的换算关系 对环境大气（空气）中污染物浓度的表示方法有两种： 1、质量浓度表示法：每立方米空气中所含污染物的质量数，即mg/m3 2、体积浓度表示法：一百万体积的空气中所含污染物的体积数，即ppm 浓度单位ppm 与mg/m3的换算： 按下式计：mg/m3=M/22.42ppm2[273/(273+T)]*（Ba/101325） 上式中：M----为气体分子量 ppm----测定的体积浓度值 T----温度 Ba----压力 (1ppm = 10^(-6)g = 10^3 mg) MS1100甲醛传感器模块 一、技术参数 1、工作电压：5V ±2%（DC ）； 2、负载电阻：1K （可调） 3、工作电流：100mA （max ）； 4、模块功耗：≤430mW； 5、响应时间：≤5S（预热3-5分钟）； 6、回复时间：＞10S ； 7、灵敏度：≥3%； 8、工作温度：-10~60°C（标称温度20°C）； 9、检测浓度范围：0-1000ppm （0-1343/m mg ）。 二、模块特点 1、具有模拟信号和电平信号同时输出 2、模拟信号输出范围0—5V ，模拟信号可以直接接AD 采集 3、数字电平信号输出，有效电平为低电平，LED 等亮，可直接接单片机的I/O 口 4、感应灵敏度可以调节，可设置感应阈值，有气体输出低电平，可直接接单片机 5、可用于空气质量定性检测 三、甲醛浓度与电压参数对照
四、传感器的灵敏度和被测气体之间的关系 五、基本电路
VH：加热电压 RS：传感器电阻
甲醛CH2O浓度检测传感器 甲醛CH2O浓度检测传感器特点： ★是款内置微型气体泵的安全便携装置 ★整机体积小,重量轻,防水,防爆,防震设计. ★高精度,高分辨率,响应迅速快. ★采用大容量可充电锂电池,可长时间连续工作. ★数字LCD背光显示，声光、振动报警功能. ★上、下限报警值可任意设定，自带零点和目标点校准功能，内置 温度补偿，维护方便. ★宽量程，最大数值可显示到50000ppm、100.00%Vol、100%LEL. ★数据恢复功能，免去误操作引起的后顾之忧. ★显示值放大倍数可以设置，重启恢复正常. ★外壳采用特殊材质及工艺，不易磨损，易清洁，长时间使用光亮如新. 甲醛CH2O浓度检测传感器产品特性： ★是款内置微型气体泵的高精度的手式安全便携装备; ★进口电化学传感器具有良好的抗干扰性能，使用寿命长达3年; ★采用先进微处理器技术，响应速度快,测量精度高，稳定性和重复性好; ★检测现场具有现场声光报警功能，气体浓度超标即时报警，是危险现场作业的安全保障; ★现场带背光大屏幕LCD显示，直观显示气体浓度/类型/单位/工作状态等; ★全量程范围温度数字自动跟踪补偿，保证测量准确性; ★半导体纳米工艺超低功耗32位微处量器; ★全软件自动校准,传感器多达6级目标点校准功能,保证测量的准确性和线性,并且具有数据恢复功能;★全中文/英文操作菜单,简单实用,带温度补偿功能; ★防高浓度气体冲击的自动保护功能; 甲醛CH2O浓度检测传感器技术参数： 检测气体：空气中的甲醛CH2O气体
检测范围：0-100ppm、500ppm、1000ppm、5000ppm、0-100%LEL 分辨率：0.1ppm、0.1%LEL 显示方式：液晶显示 温湿度：选配件，温度检测范围：-40～120℃，湿度检测范围：0-100%RH 检测方式：扩散式、流通式、泵吸式可选安装方式：壁挂式、管道式检测精度：≤±3%线性误差：≤±1% 响应时间：≤20秒（T90）零点漂移：≤±1%（F.S/年）恢复时间：≤20秒重复性：≤±1% 信号输出：①4-20mA信号：标准的16位精度4-20mA输出芯片，传输距离1Km ②RS485信号：采用标准MODBUS RTU协议，传输距离2Km ③电压信号：0-5V、0-10V输出，可自行设置 ④脉冲信号：又称频率信号，频率范围可调（选配） ⑤开关量信号：标配2组继电器，可选第三组继电器，继电器无源触点，容量220VAC3A/24VDC3A 传输方式：①电缆传输：3芯、4芯电缆线，远距离传输（1-2公里） ②GPRS传输：可内置GPRS模块，实时远程传输数据，不受距离限制（选配） 接收设备：用户电脑、控制报警器、PLC、DCS、等 报警方式：现场声光报警、外置报警器、远程控制器报警、电脑数据采集软件报警等 报警设置：标准配置两级报警，可选三级报警；可设置报警方式：常规高低报警、区间控制报警 电器接口：3/4″NPT内螺纹、1/2″NPT内螺纹，同时支持2种电器连接方式 防爆标志：ExdII CT6（隔爆型）壳体材料：压铸铝+喷砂氧化/氟碳漆，防爆防腐蚀 防护等级：IP66工作温度：-30～60℃ 工作电源：24VDC（12～30VDC）工作湿度：≤95%RH，无冷凝 尺寸重量：183×143×107mm(L×W×H）1.5Kg(仪 器净重) 工作压力：0～100Kpa 标准配件：说明书、合格证质保期：一年 甲醛CH2O浓度检测传感器简单介绍： 甲醛CH2O浓度检测传感器报警器高精度、高分辨率，响应快速，超大容量锂电充电电池，采样距离远，LCD 背光显示，声光报警功能，上、下限报警值可任意设定，可进行零点和任意目标点校准，操作简单，具
甲醛气体浓度检测传感器模组 甲醛★是款内置微型气体泵的安全便携装置 ★整机体积小,重量轻,防水,防爆,防震设计. ★高精度,高分辨率,响应迅速快. ★采用大容量可充电锂电池,可长时间连续工作. ★数字LCD背光显示，声光、振动报警功能. ★上、下限报警值可任意设定，自带零点和目标点校准功能，内置 温度补偿，维护方便. ★宽量程，最大数值可显示到50000ppm、100.00%Vol、100%LEL. ★数据恢复功能，免去误操作引起的后顾之忧. ★显示值放大倍数可以设置，重启恢复正常. ★外壳采用特殊材质及工艺，不易磨损，易清洁，长时间使用光亮如新. 甲醛气体浓度检测传感器模组产品特性： ★是款内置微型气体泵的高精度的手式安全便携装备; ★进口电化学传感器具有良好的抗干扰性能，使用寿命长达3年; ★采用先进微处理器技术，响应速度快,测量精度高，稳定性和重复性好; ★检测现场具有现场声光报警功能，气体浓度超标即时报警，是危险现场作业的安全保障; ★现场带背光大屏幕LCD显示，直观显示气体浓度/类型/单位/工作状态等; ★全量程范围温度数字自动跟踪补偿，保证测量准确性; ★半导体纳米工艺超低功耗32位微处量器; ★全软件自动校准,传感器多达6级目标点校准功能,保证测量的准确性和线性,并且具有数据恢复功能;★全中文/英文操作菜单,简单实用,带温度补偿功能; ★防高浓度气体冲击的自动保护功能; 甲醛气体浓度检测传感器模组技术参数： 检测气体：空气中的甲醛气体 检测范围：0-100ppm、500ppm、1000ppm、5000ppm、0-100%LEL 分辨率：0.1ppm、0.1%LEL 显示方式：液晶显示 温湿度：选配件，温度检测范围：-40～120℃，湿度检测范围：0-100%RH 检测方式：扩散式、流通式、泵吸式可选安装方式：壁挂式、管道式 检测精度：≤±3%线性误差：≤±1% 响应时间：≤20秒（T90）零点漂移：≤±1%（F.S/年） 恢复时间：≤20秒重复性：≤±1%
目录 摘要（中文） (1) 关键词（中文） (1) 1 引言 (1) 2 甲醛气体传感器结构、材料和敏感机理 (1) 2.1甲醛气体传感器的结构 (1) 2.2甲醛气体传感器的材料 (3) 2.3 甲醛气敏传感器的敏感机理 (3) 2.4 甲醛气敏传感器的研究现状 (4) 3 金属氧化物甲醛气体传感器 (5) 3.1 SnO2甲醛气敏元件 (5) 3.2 ZnO甲醛气敏元件 (5) 3.3 Fe2O3甲醛气敏元件..................................................................（5）3.4 掺杂对甲醛气敏元件气敏特性的改善 (5) 3.4.1 ZnO-La2O3共掺杂对SnO2甲醛气敏元件气敏性能的改善..................（6）3.4.2 ZnO中掺杂La2O3对甲醛气敏元件气敏性能的改善........................（6）4ZnO中掺杂La2O3甲醛气体传感器的性能研究 (6) 4.1 ZnO中掺杂La2O3甲醛气敏传感器的制备 (6) 4.2 ZnO中掺杂La2O3甲醛气敏传感器的性能 (6) 4.2.1 工作温度对元件灵敏度的影响 (6) 4.2.2 烧结温度对元件灵敏度的影响 (7) 4.2.3 甲醛浓度对元件灵敏度的影响 (7) 4.2.4 元件对甲醛气体的选择性 (7) 4.2.5 元件响应—恢复曲线 (8) 5 结束语 (8) 致谢 (8) 参考文献 (8) 摘要（英文） (9) 关键词（英文） (9)
甲醛气体传感器的研究 摘要：本文介绍了甲醛气体传感器的结构、材料以及敏感机理，并采用La2O3掺杂ZnO制备了旁热式甲醛气敏元件。通过WS-30A气敏元件测试仪系统分析表明：在0.05%、0.1%、0.15%、0.25%、0.5%、0.65%六种掺杂比例中，掺杂0.1% La2O3并用500℃烧结且工作温度为210℃的元件对甲醛的灵敏度有显著的效果。对体积分数为5ppm的甲醛气体，元件的灵敏度达到了3.8，响应和恢复时间分别为8s和20s。对元件气敏机理进行了分析。 关键词：ZnO； La2O3掺杂；气敏元件；甲醛 1引言 甲醛现在被各界普遍认为是室内第一杀手，它的释放期长一般为3-15年，其对人体尤其是婴幼儿、孕期妇女、老人和慢性病患者甚为严重。室内甲醛气体释放周期较长，轻微超标时居住者不易察觉。超标四五倍时，居住者才能嗅出气味[1]。可见甲醛是一种原生质毒物，毒性强而潜伏周期长。室内空气中的甲醛主要来源装修材料。随着人们生活水平和生活质量的日益提高，室内装修装修热潮越来越高，室内甲醛气体对人体健康的影响非常巨大，做甲醛检测已成为现在入住新居的一项必不可少的程序。因此，研制出甲醛气敏传感器检测仪是很有现实意义的。 目前，检测室内甲醛气体的方法有很多中，比如：分光光度法、电化学法、色谱法[2]和传感器检测法。其中分光光度发、电化学法和色谱法选材复杂，制备过程繁杂，因而成本较高，不能普及到日常生活中。然而，半导体甲醛气敏传感器制作简单，成本低，使用方便而易于交换，可以将甲醛气体浓度信号转化成电信号，在检测气体浓度方面具有一定的优势。 氧化锌和二氧化锡都是具有较宽带陷的N型半导体材料，具有气敏特性。其气敏特性决定于晶粒大小、表面态和吸附氧的量[3]。本文粗犷介绍甲醛气体传感器的结构、材料和工作机理等后利用实验室的条件制备出氧化锌纳米材料，并以氧化锌纳米材料为基底通过掺杂La2O3制备出了对甲醛有较高选择性的气敏元件，这有望开发成一款新型的甲醛敏感元件。 2 甲醛气体传感器结构、材料和敏感机理 2.1 甲醛气体传感器的结构 甲醛气体传感器主要由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。其中敏感元件是用来感受甲醛气体的元件，是传感器的核心元件。转换元件是将甲醛信号按一定规律转化成可用输出电信号的元件。为转化元件提供电能并输出的电信号转化成光信号、声音信号或数字显示信号的部分称作测量电路。 敏感元件是用来感受甲醛气体的元件，是甲醛气体传感器的核心，也是研究、设计、制作甲醛气敏传感器的关键[3]。转化元件是解决甲醛信号向电信号的转换，同时将不适于传输或测量的微弱电信号转化为适于传输或测量的可用电信号。从材料物态上看，甲醛气体传感器可分为干式气体传感器和湿式气体传感器两类。干式气体传感器构成气体传感器的材料为固体，有接触燃烧式、半导体式、固体电解质式、红外线吸收式、导热率变化式。湿式气体传感器是利用水溶液或者电解液来感知待测气体，有极谱式和原电池式。本文主要研究的是干式气体传感器中的半导体式。从组装结构上看，半导体式甲醛气敏传感器通常由气敏元件、加热器和封装体等三部分组成。从制造工艺上看，半导体式气体传感器可分为烧结型、薄膜型和厚膜型和多层结构型四类[4]（如下图1所示的（a）（b）（c）（d））。本文针对烧结型的半导体式甲醛气体传感器展开讨论和研究。
甲醛气体传感器 甲醛气体传感器产品适用于各种环境和特殊环境中的甲醛气体浓度和泄露，在线检测及现场声光报警，对危险现场的作业安全起到了预警作用，此仪器采用进口的电化学传感器和微控制器技术，具有信号稳定，精度高，重复性好等优点，防爆接线方式适用于各种危险场所，并兼容各种控制器，PLC,DCS等控制系统，可以同时实现现场报警和远程监控，报警功能，4-20mA标准信号输出，继电器开关量输出。 甲醛气体变送器产品特性： ①进口电化学传感器具有良好的抗干扰性能，适用寿命8年。 ②采用先进微处理技术，响应速度快，测量精度高，稳定性和重复性好。 ③检测现场具有具有现场声光报警功能，气体浓度超标即时报警，是危险场所作业的安全保障。 4现场带背光大屏幕LCD显示，直观显示气体浓度，类型，单位，工作状态等。 5独立气室，更换传感器无须现场标定，传感器关键参数自动识别。 6全量程范围温度数字自动跟踪补偿，保证测量准确性。 甲醛气体变送器技术参数： 检测气体：空气中的甲醛气体 检测范围：0~100ppm,0~200ppm,0~1000ppm,0~1000ppm,0~5000ppm,100%LEL可选。 分别率：0.01ppm(0~100ppm);0.1ppm(0~1000ppm);1ppm(0~10000ppm以上)；0.1LEL. 工作方式：固定式连续工作，扩散式，管道式，流通时，泵吸式可选。 检测误差：≦1%（F.S） 响应时间：≦10S 输出信号：电流信号输出4-20MA 报警方式：2路无源节点信号输出，报警点可设置。 工作环境：-20℃~50℃(特殊要求：（-40℃~+70℃) 相对湿度：≦90%RH 工作电压：DC12~30V 传感器寿命：3年 防爆形式：探头变送器及传感器均为隔爆型。 防爆等级：Exd II CT6
甲醛气体传感器 甲醛气体传感器特点： ★整机体积小,重量轻 ★专业精选进口传感器，可以搭载电化学，催化燃烧，红外原理，热导原理的传感器。★高精度,高分辨率,响应迅速快. ★本安电路设计，可带电热拔插操作。 ★数据恢复功能，免去误操作引起的后顾之忧. ★自动温湿度补偿功能，出厂精准标定，无须再使用标定。. ★模拟电压或电流和串口同事输出，方便客户调试和使用。 ★最精密的电路设计和制造工艺，生产复杂，使用简单。 ★可与电脑连接通讯，自行标定校准。
★自带零点微调功能，方便选定参照数据。 ★低功耗产品，可异动电源供电可大量用于分析仪仪器，大气，环境无人机监测。 甲醛气体传感器结构尺寸图： 甲醛气体传感器直视图和 PIN 脚定义图: 甲醛气体传感器 工作电压DC5V±1%/DC24±1%波特率9600测量气体甲醛CH2O 气体 检测原理电化学采样精度±2%F.S 响应时间<30S 重复性±1%F.S 工作湿度0-95%RH，(无冷凝)工作温度-30～50℃长期漂移≤±1%（F.S/年） 存储温度-40 ～ 70℃ 预热时间30S 工作电流≤50mA 工作气压86kpa-106kpa 安装方式8脚拔插式质保期1年输出接口8pIN 外壳材质铝合金使用寿命2年外型尺寸(引脚除外) 33.5X3121.5X31 测量范围详见选型表 输出信号 TTL(标配)0.4-2.0VDC(常规)定制RS485/4-20mA 引脚名称说明 1+5V 电源接入PIN 脚 2EN Rs485(3.3V),可接MCU Tx 3Rx/A 串口RX(3.3V),可接MCU Rx 5Scl I2C,Scl(3.3v)引脚6SDA I2C(3.3V)引脚7GND 电源GND 引脚 8 VOUT 电压输出，0-5V/0.4-2.0V
美国INTERASCAN 4160型甲醛检测仪 使用说明书
美国INTERASCAN 4160型甲醛检测仪简介美国INTERASCAN 4160型甲醛检测仪是专门用于检测空气中甲醛含量的直读式仪器,仪器有内置采样泵，检测元件是长寿命、高可靠性的电化学传感器。 操作时，样气进入传感器，气体浓度以ppm为单位直接显示。 仪器的基本部件是：传感器、电池、电路。电路包括：零点补偿、传感器偏置、放大器、采样泵和液晶显示器等。 传感器原理 美国INTERASCAN 4160型甲醛检测仪采用三电极传感器有一系列优点，INTERASCAN传感器电解质是不活动的类似于闪光灯和镍镉电池中的电解质。所以不需要考虑电池损坏或酸对仪器的损坏。游离的电解质减少将清除不希望的传感器噪音干扰，特别是低浓度测量需要高放大倍数时，传感器有一个密封的储气室，这不仅使传感器寿命更长，而且消除了参比电极污染的可能性，不象二电极传感器需要空气来操作，INTERASCAN 传感器可用于厌氧环境。 INTERASCAN传感器是高灵敏度的检测器，根据气体的类型，其灵敏度大于扩散性传感器的50~200倍。可以测量非常低的值，这对于低浓度气体测量是重要的条件。 操作原理 美国INTERASCAN 4160型甲醛检测仪采用电化学电压型传感器，是一种电化学气体检测器，它是在控制扩散的条件下运行的。样气的气体分子被吸收到电化学敏感电极，经过扩散介质后，在适当的敏感电极电位下气体分子发生电化学反应，这一反应产生一个与气体浓度成正比的电流，这一电流转换为电压值并送给仪表读数或记录仪记录。 技术参数： 显示：液晶数字显示 测量范围：0~19.99ppm 最小读数：0.01ppm 不确定度：0.03ppm (0~0.5ppm) 体积：178×102×225mm3 重量：2Kg
甲醛CH2O传感器 甲醛CH2O传感器产品描述： 甲醛CH2O传感器适用于各种环境和特殊环境中的甲醛CH2O浓度和泄露，在线检测及现场声光报警，对危险现场的作业安全起到了预警作用，此仪器采用进口的电化学传感器和微控制器技术，具有信号稳定，精度高，重复性好等优点，防爆接线方式适用于各种危险场所，并兼容各种控制器，PLC,DCS等控制系统，可以同时实现现场报警和远程监控，报警功能，4-20mA标准信号输出，继电器开关量输出。 甲醛CH2O传感器产品特性： 进口电化学传感器具有良好的抗干扰性能，适用寿命8年。 采用先进微处理技术，响应速度快，测量精度高，稳定性和重复性好。 检测现场具有具有现场声光报警功能，气体浓度超标即时报警，是危险场所作业的安全保障。 4现场带背光大屏幕LCD显示，直观显示气体浓度，类型，单位，工作状态等。 5独立气室，更换传感器无须现场标定，传感器关键参数自动识别。 6全量程范围温度数字自动跟踪补偿，保证测量准确性。 检测气体：空气中的甲醛CH2O 检测范围：0~100ppm,0~200ppm,0~1000ppm,0~1000ppm,0~5000ppm,100%LEL可选。 分别率：0.01ppm(0~100ppm);0.1ppm(0~1000ppm);1ppm(0~10000ppm以上)；0.1LEL. 工作方式：固定式连续工作，扩散式，管道式，流通时，泵吸式可选。 检测误差：≦1%（F.S） 响应时间：≦10S 输出信号：电流信号输出4-20MA 报警方式：2路无源节点信号输出，报警点可设置。 工作环境：-20℃~50℃(特殊要求：（-40℃~+70℃) 相对湿度：≦90%RH 工作电压：DC12~30V 传感器寿命：3年 防爆形式：探头变送器及传感器均为隔爆型。 防爆等级：Exd II CT6
甲醛CH2O气体传感器模组 甲醛CH2O气体传感器模组特点： ★整机体积小,重量轻 ★专业精选进口传感器，可以搭载电化学，催化燃烧，红外原理，热导原理的传感器。★高精度, 高分辨率,响应迅速快. ★本安电路设计，可带电热拔插操作。 ★数据恢复功能，免去误操作引起的后顾之忧. ★自动温湿度补偿功能，出厂精准标定，无须再使用标定。. ★模拟电压或电流和串口同事输出，方便客户调试和使用。 ★最精密的电路设计和制造工艺，生产复杂，使用简单。 ★可与电脑连接通讯，自行标定校准。
★自带零点微调功能，方便选定参照数据。 ★低功耗产品，可异动电源供电可大量用于分析仪仪器，大气，环境无人机监测。 甲醛CH2O 气体传感器模组结构尺寸图： 甲醛CH2O 气体传感器模组直视图和PIN 脚定义图:
甲醛CH2O气体传感器模组串口和电压采集接线定义图: 甲醛CH2O气体传感器模组I2C接线定义图: 甲醛CH2O气体传感器模组RS485接线定义图:
甲醛CH2O气体传感器模组交叉干扰系数 高精度的传感器检测原理决定了它有良好的一致性，重复性，温湿度补偿等特性，但也不能忽略被检测气体之间的交叉干扰，为了达到很好的检测精准度，须考虑以下气体对该检测气体的干扰系数。 甲醛CH2O气体传感器模组量程选择图表 甲醛CH2O气体传感器模组应用场所： 医药科研、学校科研、制药生产车间、烟草公司、环境检测、楼宇建设、消防报警、污水处理、石油石化、化工厂、冶炼厂、钢铁厂、煤炭厂、热电厂、锅炉房、加气站、垃圾处理厂、隧道施工、输油管道、航空航天、工业气体过程控制、室内空气质量检测、地下燃气管道检修、危险场所安全防护、军用设备检测等。
DS-HCHO简易使用指南 DS-HCHO是一款高度集成、高精度、高稳定性的数字 输出式甲醛传感器，采用电化学方法实时检测各应用场景下的甲醛含量，无须采样，具有测量精准、体积小，使用方便等特点，家居和工业均可使用，并可应用于汽车、空调、电视等多种载体。 DS-HCHO采用独特的电解质封装技术，内置高性能模拟电路和数据处理单元，集成大量的经验算法，直接输出数字浓度信息，出厂均已进行零点和标准气浓度标定，用户无需再对电化学传感器复杂的模拟电路进行信号调理，也不再需要专业的设备来进行校准标定，使用简单、方便、快捷。 模块参数 参数值单位 0-7.5 mg/m3 量程 0-10 ppm 0.01 mg/m3 分辨率 0.01 ppm 精度<±5 FS 响应时间（T90）<30 S 使用年限 5 年 工作温度0~55 ℃ 工作湿度0~95 % 相对湿度 工作电压 3.3±10% V
防护等级 IP32 直径 20 mm 高度 20 mm 数据输出 支持uart 数字输出，可外接各种转接模块（RS232\RS485\CAN 等） 线性度 线性 接口定义 1 VCC 2 GND 电压输入 3.3V 3 RESET 低电平复位 4 NC 悬空 5 NC 悬空 6 TX 串口接收管脚 7 RX 串口发送管脚
通讯协议 DS-HCHO采用P2P呼叫应答式机制 主机发送命令格式一共7个字节 起始符1 起始符2 命令符数据H 数据L 校验H 校验L 0x42 0x4d CMD DHH DLL LRCH LRCL 格式说明： 起始符1 2 为固定字符0x42 0x4d 命令符CMD位主机发送至设备命令参数 数据H L 分别为主机发送至设备数据高低字节 校验HL 分别为数据包和检验高低字节 命令说明： 序号命令说明标识字 1 查询检测值0x01 2 清零-- 3 SPAN标定-- 4 恢复出厂初始值-- 5 -- --
产品数据表：甲醛传感器
绪论 Dart sensor公司生产的电化学式甲醛气体传感器是真正能够连续监测的传感器，而不需要任何的气体采样或者采用气泵抽取。这种传感器是从我们已经成功应用的呼吸式酒精传感器基础上开发出来的。适合于绝大多数的环境（-20℃~+50℃）监测使用（如有特殊介绍，可应用于更高的温度中）。这款传感器有六大设计结构特点： 低成本 设计构造简单以及很少的部件使得其成本得到降低，从而形成更有竞争力的价格。 长寿命 它使用的是在世界范围内已经有30多年使用经验的呼吸酒精传感器的元件。而呼吸酒精传感器的精度，稳定性和长久性都是已经得到了验证的。 响应快速 一条短小且低阻抗的扩散路径使其响应时间很少 电源要求低 燃料电池原理意味着它并不需要电源激励，仅仅在信号的处理和显示时需要电能，所以仅仅一个简单的小电池单元即可。 稳定性 非常好的稳定性，允许在使用过程中非常长的校准周期 可承受高压 采用非薄膜构造，不包含在高压环境下容易破碎的元件，经验证，可以承受10个大气压力。 工作原理 传感器内部包含一个常规的两电极燃料电池传感器。工作电极通过外电路将电子释放到计数电极，并且在计数电极端随着氧的减少而消耗，内电路由电解液中的离子流来实现。
设计精良，便于电解液的消长。电解液的消长随环境温度和湿度的变化而变化，但是仍可正常工作不会影响到校准值。 传感器电路 Dart公司的甲醛传感器输出的电流值于空气中从0到高浓度的甲醛浓度呈线性关系。输出信号需要根据精确度要求进行放大和温度补偿。 信号放大 输出信号放大的首选方法是使用一个直接的电流到电压放大的运算放大器。这样的话传感器将工作在其最好的模式下。得到的信号值取决于反馈电阻的大小；比方说使用1000欧姆的电阻值，那么一个输出为5nA的信号将会转化为5mV的输出信号。 因为在开路状态传感器可能会逐渐引起偏移，虽然不会对产品有损伤，但是也要花费时间去放电。所以在储藏期间一般将输出端子进行短路处理，这样就不会出现明显的长期的偏移量。在使用过程中，为了避免在放大器被断开的时候偏移量的增加，可以在两端子之间连接一个低阻值的电阻（典型值为620欧姆）。另外，也可将放大器持续供电。 下面给出典型的应用电路： 在高精度测量中反馈电阻应为470K，同时并联一个4.7μF的钽电容在没有反向响应时间的情况下降噪。 注意：该电路使用的是双路电源，这样能得到最佳效果。在这个电路（以及类似的电路）里面，运算放大器我们推荐使用Burr-Brown的OPA177。另外，也可以选用低功率而且噪声非常微小的OPA241。这两种型号的器件本身的漂移量都很小，灵敏度又非常高，而且很容易加入到偏移整顿电路中去消除剩余的漂移量。 我们已经完成了使用类似OP90这种专用的运算放大器的单路供电电路的研究，并不推荐使用。如果采用3V供电的话，我们推荐使用诸如ICL7660这样的IC产生的负电源。 温度补偿 如果需要的测量精度很高，那么就需要给电路中加入温度补偿的部分。一般来说，在简单电路里面，我们可以通过在运算放大器的反馈回路中适当的加入一个热敏电阻来实现（该热敏电阻可以通过与其他的电阻的串并联进行修正）。如果使用微处理器电路的话，在软件的控
电化学传感器法在甲醛检测领域的应用目前用于甲醛的测定方法很多，许多分析方法也是与采样方法联合使用，相辅相成。甲醛的检测方法主要可分为光谱法、色谱法、分光光度法和电化学传感器法。 随着现代电子技术的迅速发展，传感技术已形成一个独立的新兴的高科技领域。传感器法主要基于电化学原理，具有操作简便、携带方便、快速灵敏等优点，同时还可以直接现场检测甲醛浓度，检验当时显示出结果，以满足快速检测甲醛的要求。根据甲醛气体传感器的敏感材料的不同，其类型主要分为氧化物型、聚合物型、金属纳米粒子型以及其他材料甲醛气体传感器。 1.基于氧化物的甲醛气体传感器 金属氧化物甲醛气体敏感材料是近年来研究最多，应用也最为广泛的气体敏感材料，它具有响应速度快、稳定性高、灵敏度较好、使用方便等优点。其中，基于金属氧化物的甲醛气体传感器主要集中在TiO2，SnO2，NiO，In2O3等氧化物材料上，这些金属氧化物对甲醛有较高的灵敏度，并且制备的甲醛传感器也具有良好的性能。除了金属氧化物之外，一些半导体氧化物也表现出其在甲醛传感器上的优异性能，如SiO2。 2.基于聚合物的甲醛气体传感器 随着研究的深入，利用甲醛与有机化合物之间的化学反应引起的颜色变化，然后通过色谱法进行检测的聚合物甲醛气体敏感材料也取得了较大的发展。Srinives S等人以伯胺官能化聚苯胺（PANI）纳米薄膜为基体制造了化学电阻传感器。这种聚合物材料传感器最低检测极限400×10-9，并且在丙酮和甲酸气氛下对甲醛有良好的选择。 3.基于纳米材料的甲醛气体传感器 金属纳米粒子具有良好的催化性能，对甲醛分子也表现出良好的催化氧化活性。Zhou Z L等人通过电化学沉积法将Pt-Pd纳米合金沉积到全氟磺酸薄膜修饰的玻碳电极上。通过该电极的循环伏安法和线性扫描伏安法研究其电催化行为，结果表明，甲醛的氧化和电催化活性在10 μm～1 mm范围内呈现出线性关系，宽的线性范围和高灵敏度使得它在甲醛传感器领域有很大的应用价值。 4.基于其他材料的甲醛气体传感器 除上述材料之外，石墨烯、碳纳米管以及一些生物材料也被用于甲醛气体敏感材料的制备。纳米结构的氧化物、高分子聚合物、金属纳米粒子以及石墨烯具有独特的电子结构和丰富的形貌结构，这些对提高甲醛气体检测的灵敏度和选择性有明显的促进作用。但也应该注意到，对于基于金属氧化物的甲醛气体传感器仍然存在响应时间长，电阻温度系数大等缺点。提高金属氧化物膜的制备技术和表面修饰技术，以获得性能良好的气体敏感材料是制备基于金属氧化物膜材料甲
1 外文资料翻译译文 具有高灵敏度的甲醛气体传感器的制备及其气敏特性相对甲醛混有氧化铬的氧化铟气体传感器特性已经研究过了。间接加热式气体传感器是用敏感材料进行制备的。最终的材料的状态和传感层的形态通过x射线衍射和扫描电子显微镜分别在焙烧前后观察到其特点。操作温度对传感器响应的影响氧化铬和氧化铟传感器的气体浓度特性的对比已经研究过了。结果表明，在低操作温度该传感器对于甲醛具有良好的反应性能，使他们成为甲醛气体检测最有希望的候选材料。 1介绍 作为一个重要的工业化学品，甲醛被应用于制造业，建筑板，胶合板和漆这样的材料。此外，它还是消费产品中一个中间添加物，如洗涤剂和肥皂。由于其杀菌性能也可用于药理学和药物中。然而，调查结果表明，因为它是挥发性有害化合物，所以甲醛会对人体造成许多损害。因此，需要一种有效的方法来监测甲醛进而进行气体环境测量与控制。制造气体传感器被认为是一个理想的监测气体的手段。我们目前的调查主要涉及与甲醛的检测。 虽然半导体金属氧化物气体传感器提供了对有毒气体或可燃性气体的安全检测，但是他们仍然有一定的局限性，如灵敏度，选择性，长期稳定性等等。为了克服半导体金属氧化物气体传感器的缺点，半导体金属氧化物的制备与掺杂的研究已经做过了。氧化铟是一个有希望的具有宽禁带的半导体材料（3.70电子伏特），其电子浓度主要取决于计量缺陷的浓度（如氧空位）就像其他金属氧化物半导体。就传感机制来说，颗粒的大小，缺陷，表面与界面的性能和化学计量学直接影响了传感器表面的氧化物种类的状态和数量，最后影响了金属氧化物传感器的性能。因此，为了提高并改善气体传感性能（敏感性，选择性，较好的热稳定性和较低的操作温度），氧化铟通常用于纳米结构形式或掺杂合适的贵金属和金属氧化物。作为一个单组分氧化物，由于其良好的灵敏度，氧化铟是一种很有前途的氧化性气体检测的候选者。因此，当其他金属氧化物掺杂氧化铟，对于不同的气体可调谐的气体灵敏度也不同。他们已经很好的研究了检测大部分重要气体的传感器材料，如乙醇，一氧化碳，二氧化氮，和氢气。然而，研究很少集中在甲醛传感器的材料特性。在本次调查中，用固态合成技术制备氧化镉和氧化铟的混合物，通过X射线衍射和扫描电镜图像来观察其特点。基于化镉和氧化铟的混合物的间接加热的气体传感器就被制备好了。甲醛传感器中混合物的特性也就确定了。 2实验 所有的来源于商业用于实验的化学试剂需要保证没有进一步提纯。根据我们的初步实验，氧化铟或氧化镉对于甲醛来说不具有良好的传感特性。氧化铟或氧化镉粉末是由碳酸盐和氧化铟制备的。不同阶段碳酸盐–氧化铟样品的成分已经研究过了。氧化镉：氧化铟=1 : 2.5重量比被认为是最有希望的甲醛气体的传感特性。混合蒸馏去离子水的碳
甲醛CH2O传感器 甲醛CH2O传感器特点： ★整机体积小,重量轻 ★专业精选进口传感器，可以搭载电化学，催化燃烧，红外原理，热导原理的传感器。★高精度,高分辨率,响应迅速快. ★本安电路设计，可带电热拔插操作。 ★数据恢复功能，免去误操作引起的后顾之忧. ★自动温湿度补偿功能，出厂精准标定，无须再使用标定。. ★模拟电压或电流和串口同事输出，方便客户调试和使用。 ★最精密的电路设计和制造工艺，生产复杂，使用简单。 ★可与电脑连接通讯，自行标定校准。
★自带零点微调功能，方便选定参照数据。 ★低功耗产品，可异动电源供电可大量用于分析仪仪器，大气，环境无人机监测。 甲醛CH2O 传感器结构尺寸图： 甲醛CH2O 传感器直视图和PIN 脚定义图: 甲醛CH2O 传感器 工作电压DC5V±1%/DC24±1%波特率9600测量气体甲醛CH2O 气体 检测原理电化学采样精度±2%F.S 响应时间<30S 重复性±1%F.S 工作湿度0-95%RH，(无冷凝)工作温度-30～50℃长期漂移≤±1%（F.S/年） 存储温度-40 ～ 70℃ 预热时间30S 工作电流≤50mA 工作气压86kpa-106kpa 安装方式8脚拔插式质保期1年输出接口8pIN 外壳材质铝合金使用寿命2年外型尺寸(引脚除外) 33.5X3121.5X31 测量范围详见选型表 输出信号 TTL(标配)0.4-2.0VDC(常规)定制RS485/4-20mA 引脚名称说明 1+5V 电源接入PIN 脚 2EN Rs485(3.3V),可接MCU Tx 3Rx/A 串口RX(3.3V),可接MCU Rx 5Scl I2C,Scl(3.3v)引脚6SDA I2C(3.3V)引脚7GND 电源GND 引脚 8 VOUT 电压输出，0-5V/0.4-2.0V
人人都知道甲醛浓度过高对身体有害，如果有一套中部4线城市的新装房，怎么找到靠谱的测量方法就是重要难题，国家标准支持的酚试剂分光光度计算最为准确，但是技术难度实在太高，一、二线城市有靠谱的专业机构但我们这里还是检测-治理一家包办型。为此，通过详细比较相关资料，决定用英国dart甲醛传感器为核心，DIY一款甲醛传感器。现将相关资料汇编如下，以供参考和修正 1、相关标准换算 体积浓度：ppb (part per billion)十亿分之一，相当于；ppm (part per million)百万分之一 ppm = 1000*ppb mg毫克1000 * μg 微克1000 * ng 纳克 质量浓度与体积浓度换算 1ppm = （M/22.4）mg/m^3 1ppb = （M/22.4）μg/m^3 M为分子质量，甲醛为30.03 22.4为标准状况下1mol气体的体积 1ppm = 1.341mg/ m^3 1ppb = 1.341μg/ m^3
1mg/ m^3 = 0.746 ppm 1μg/ m^3 = 0.746 ppb 2、dart传感器工作原理 Dart传感器具有两个电极：正电极和负电极。其工作原理为：正电极和负电极组成一电极对，浸在电解液中，当传感器工作时，空气中的甲醛气体分子通过圆孔进入到传感器中，具有催化性能的正电极发生氧化反应，同时负电极发生还原反应。由此产生的电流信号由正电极输出，且电流的大小与空气中的甲醛含量成正比。这样就形成了由空气中的甲醛气体浓度信号 3、电化学法测量甲醛精度问题 Dart分辨率0.001ppm(1ppb) 温度-20°C~50°C 相对湿度10%~90% 分辨围0~2ppm 国家标准甲醛测试方法为比色法(AHMT)，电化学法只有在少数事宜的环境下电化学法才能有比较准确的误差， 3.1温度：20°C电化学电池活性最好 3.2湿度：过低的湿度影响传感器电化学电池的反应，60-70%，最为理想，此时50%的概率测量误差<10%，当同时使用4组传感器测量时，测量精度<10%的概率为0.5^4 = 0.0625。过低的环境湿度影响电解液的活性，因此，需要使用加湿器进行加压，至少保证传感器探头部分空气相对湿度事宜，而且测量时需要安装温湿度传感器随时检测温湿度。
J33-CH2O 甲醛传感器使用说明书 一、产品介绍 J33-CH2O 甲醛传感器应用于空气中甲醛浓度的检测，适用于检测从建筑材料、装修、家具、吸烟、烹饪、室外污染物挥发的甲醛化合物。采用原装进口高性能电化学甲醛传感器，反应灵敏，对甲醛具有高敏感性。先进的电路设计，响应速度快，测量精度高，稳定性和重复性好，可以实现对甲醛的实时监控。性价比高，适合大量使用。 二、应用和特点 ◎用于检测环境中甲醛浓度 ◎采用进口高性能电化学传感器，反应灵敏，对甲醛具有高敏感性 ◎先进的电路设计，响应速度快，测量精度高，稳定性和重复性好 ◎结构考虑空气动力原理，实现自动实时采样，可以长期使用 ◎友好型设计使维护更简单 ◎多种输出方式可选，可选模拟电流/电压输出/RS485输出 三、技术参数： 工作参数工作温度范围0 - 50℃ 工作湿度范围0-95%RH 非冷凝 储存温度范围-20 - 60℃ 电源输入DC 24V 电流消耗< 40mA 信号输出□4-20mA □0-10V □RS485 尺寸100g/110mm*70mm*38mm 甲醛检测检测方法电化学检测 测量范围□0-2ppm □0-5ppm 精度< ±5%FS 分辨率0.01ppm 零点漂移±1%./24h 响应时间（90%）<30s 输出方式Modbus RS485 9600bps，1个起始位，8个数据位，1个停止位， 无校验位 接线红:24V+ 黑:GND 黄:输出+ 绿：输出- 四、安装及接线 ◆不要将变送器接于电压高于24V DC的地方 ◆参考图1中产品外型和尺寸图，从后面将安装 卡扣取下，卡扣取下方式（向下推拉） ◆将变送器安装在需要检测甲醛浓度的位置,应远 离发热体或蒸汽源头，防止阳光直射 ◆电气接线顺序：红:24V+ 黑:GND 黄:输出+ 绿：输出-，确保接线正确牢固 图1
甲醛传感器探头 ADL-600A-HCHO ————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————
品牌 型号ADL-600A-HCHO 检测气体甲醛 化学式HCHO 检测原理电化学 检测方式气体扩散式、管道式、泵吸式可选 安装方式靠墙面安装（离气体泄漏源靠近的地方）显示方式液晶显示（选配功能）报警方式声光报警LED灯+≥85dB（选配功能）继电器1组(1A/24VDC)（选配功能）输出信号RS485通讯信号 线制四线制（总线式2电源线2信号线） 工作电压 24VDC工作电压范围12－ 30VDC 防爆等级ExdⅡCT6Gb 工作压力86～106Kpa防护等级IP65 精度≤±3%计量证可选 响应时间≤30S（T90）外壳材质不锈钢/铝合金铸体 重复性≤±2%固定位置2处 线性误差≤±2%进线口M20*1.5 零点漂移≤±1%（F.S/年）出线口M20*1.5 工作温度-20℃～+50℃(特殊要求请咨询)设计寿命2～5年（根据传感器而定）工作湿度≤95%RH无结露出厂恢复有 功耗≤1.5W(24V DC)覆盖半径≤7.5米 尺寸175mm×140mm×95mm重量约1.5Kg 附件说明书、合格证、出货单、包装盒、各一份 设计标准GB50493-2009《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》GB12358-2006《作业场所环境气体检测报警仪通用技术要求》 执行标准GB3836.1-2010《爆炸性气体环境用电气设备第一部分：通用要求》GB3836.2-2010《爆炸性气体环境用电气设备第二部分：隔爆型“d”》Q/ADL01-2013《安德量科技有限公司企业执行标准》 ————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————