气体传感器指的是能够采集气体的某些信息(如浓度、种类)并将采集到的信息转化为人们更易识别的信号(如电信号、声信号、光信号、数字信号等)的装置。半导体式气体传感器是根据由金属氧化物或金属半导体氧化物材料制成的检测元件,与气体相互作用时产生表面吸附或反应,引起载流子运动为特征的电导率或 伏安特性或表面电位变化而进行气体浓度测量的。
半导体式气体传感器可检测百分比浓度的可燃气体,也可检测ppm级的有毒有害气体。具有结构简单、检测灵敏度高、反应速度快等诸多实用性优点,但其主要不足是测量线性 范围较小,受背景气体干扰较大,易受环境温度影响等。
质量型检测器测量的是气体中某组分进入检测器的速度变化,即检测器的响应值和单位时间进入检测器某组分的量成正比。最常用的检测器有TCD热导检测 器、FLD氢火焰离子化检测器、HCD电子捕获检测器、FPD火焰光度检测器等。其中TCD检测器、HCD检测器属于浓度型,FLD检测器、FPD检测器 属于质量型。
气体传感器是传感器领域的重要组成部分,在工业节能、环境监测、智慧家居、医疗健康等各方面都有广泛应用。国家在大气污染治理、工业转型升级、物联网及人工智能、健康中国行动等多方面鼓励性政策的推出,为气体传感器行业发展营造了良好的市场环境。
半导体气体传感器在安全领域可用于家用燃气报警器、工业用燃气探测器、便携式燃气探测器、燃料电池用燃气报警器等;在舒适方面可用于空气清洁机、微波炉、抽油烟机、空气质量控制等;在健康方面可用于酒精检测器、口臭检测器等;在计量方面可用于气象色谱仪、酒精分析仪等。
光学技术开发时间较晚、技术难度较高,但因其具有测量精度高、抗干扰能力强、寿命长、稳定性好的优点,适合于检测CO2、HC、NOx、SO2等气体及粉尘,在暖通制冷与室内空气质量监控、新风系统、工业过程及安全防护监控、农业及畜牧业生产过程监控等领域具有广泛应用,具有良好的发展前景。
值得关注的是:气体传感器作为汽车空气净化系统、尾气后处理系统的重要感知元件,对实现车舱内外气体的实时监测监测、促进汽车节能减排意义重大,在汽车工业快速发展、汽车消费市场持续升级的带动下,我国车用气体传感器迎来巨大应用市场。
我国作为汽车大国,汽车使用及需求量位居全球第一,近五年我国汽车保有量以超过10%的年均复合增速快速增长,2019年已达2.6亿辆,我国汽车累计产量达2552.8万辆,可见我国车用气体传感器拥有广阔的需求市场。
随着国内企业技术不断取得突破,外资垄断格局逐渐被打破,但是与发达国家相比,我国车用气体传感器在市占率、生产规模方面仍存在较大不足,整体需求市场存在较大缺口,车用气体传感器拥有巨大的潜在发展空间。
从气体传感器技术类型市场份额分布来看,2020年全球气体传感器市场中,电化学技术占比最高,达到52.9%,较2017年提升8.7个百分点;红外技术占比第二,为24.1%,较2017年提升9个百分点,红外技术的市场份额快速提升;催化燃烧、半导体、光电离子探测技术占比分别为11%、8.2%、3.9%。
当前,国内气体传感器研究和产业化相对成熟的领域主要是半导体和催化燃烧传感器,上述两类气体传感器在国内市场的占有率较高,并具有较强的国际竞争力,但国内厂商在电化学气体传感器、红外气体传感器等领域起步相对较晚,缺乏系统、深入的研究,相较于城市技术、安费诺、森尔、等国际厂商而言品牌影响力较弱。
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