第一节 电化学气体传感器市场现状分析及预测

人类文明的高度发展造成的环境破坏是21世纪所面临的一个严肃而尖锐的问题。为了自身的生存发展，对大气环境中污染物的排放进行严格控制成为全世界人民的共同呼声。因此，开发有效的气体检测设备已成为当务之急。

目前，人们对气体的检测手段主要方法有以下几种：热导分析（常用于气相色谱分析）、磁式氧分析、电子捕获分析、紫外吸收分析、光纤传感器、半导体气敏传感器、化学发光式气体传感器、化学分析、电化学式传感器。在众多的分析设备中，一些设备，如化学发光式气体分析仪等，虽然具有检测灵敏度高、准确性强等优点，但由于体积庞大，不能用于现场实时监测，而且价格昂贵，超出一般检测用户的承受能力，所以其应用受到很大限制；其它一些分析设备，如半导体气敏传感器（如SnO2，ZnO等），灵敏度虽然比较高，但稳定性较差，工作温度大数在300℃以上，需要加热装置，一般只能用作报警器。相对而言，电化学式传感器既能满足一般检测中对灵敏度和准确性的需要，又具有体积小、操作简单、携带方便、可用于现场监测且价格低廉等优点，所以，在目前已有的各类气体检测设备中，电化学传感器占有很重要的地位。

目前，应用十分广泛的是可燃性气体气敏元件传感器。气体传感器发展迅速的主要原因是人们安全意识的增强、对环境安全性要求的提高和政府相关安全法规的推动。在美国。日本等发达国家，早在上世纪80年代，就已经立法要求安装燃起泄漏报警器。现在各类报警器已经大量应用于一般家庭、集体住宅、饮食餐店、医院、学校、工厂等场所。不过，现阶段的技术水平下的气体传感器，与一些大型仪器设备相比，在低浓度等级的条件下，仍有灵敏度不足、抗干扰性差以及稳定性不佳等有待改善的缺点。

相信伴随着新材料、新工艺和新技术的应用，气体传感器的性能更趋完善也能够满足人们小型化、多功能性的综合要求。相信随着纳米技术、薄膜技术等新材料研制成功，微机械与微电子技术、计算机技术等的综合应用，具备多种气体监测功能的高性能智能化气体传感器将会在不远的将来出现在我们身边。

随着人类对工业生产、家庭安全、环境监测和医疗等领域对气体传感器的精度、性能、稳定性方面的要求越来越高，气体传感器的研究和开发也越来越重要，气体传感器将会向微型化、智能化和多功能化方向发展。

 

第二节 电化学气体传感器产品产量分析及预测

2007年电化学气体传感器生产量是1.5-2百万支，产值达15-20亿元，各行业对电化学传感器的需求量基本接近其他气体传感器的总和，电化学气体传感器占据气体传感器50%的巨大市场份额。

电化学传感器如果单独销售，利润微小，若开发成检测仪器、分析仪器销售可创产值几十亿元，

电化学传感器销售渠道分析

从图中可以看出，传感器如果单独销售所占的比重只有10%，可见检测仪器、分析仪器销售是主要的市场销售渠道，建议企业将电化学气体传感器开发成检测仪器、分析仪等成品，以赚取更大的利润。

2008年，奥运商机无限，给企业创造了极大的发展机遇与空间，体育场馆和周边设施都需要大量的检测设备，2008年底电化学传感器产量将达到3亿只。

传感器单独销售、传感器随便携式和固定式检测器（报警仪器）销售、传感器随分析仪器销售

第三节 电化学气体传感器市场需求分析及预测

电化学气体传感器具有广泛的用途，的主要应用领域有：消防和民用市场，包括家用煤气报警，工业安全、职业安全，军事、国防、海关、公安，楼宇和室内空气质量监控，环境监测，工业过程控制和泄漏检测和医学领域等，这些领域构成了对电化学气体传感器的市场需求。

未来，电化学气体传感器将更加广泛的应用于其他领域，市场需求量不断增加。

一、工业生产

1、用于可燃气体监测报警

目前，气敏材料的发展使得气体传感器的灵敏度高、性能稳定、结构简单、体积小、价格便宜，并提高了传感器的选择性和敏感性。现有的燃气报警器，多采用氧化锡加贵金属催化剂气敏元件，但选择性差，并且因催化剂中毒而影响报警的准确性。半导体气敏材料对气体的敏感性与温度有关。常温下敏感度较低，随着温度的升高，敏感度增加，在一定温度下达到峰值。由于这些气敏材料在需要在较高温度下(一般大于100℃)达到敏感度最好，这不仅要消耗额外的加热功率，还会引发火灾。

气体传感器的发展解决了这一问题。例如，氧化铁系气敏陶瓷所制的气体传感器，不需要添加贵金属催化剂就可造成灵敏度高、稳定性好、具有一定选择性的气体传感器。降低半导体气敏材料的工作温度，大大提高它们在常温下的灵敏度，使其能在常温下工作。目前，除了常用的单一金属氧化物陶瓷外，又开发了一些复合金属氧化物半导体气敏陶瓷和混合金属氧化物气敏陶瓷。

将气体传感器安装在易燃、易爆、有毒有害气体的生产、储运、使用等场所中，及时检测气体含量，及早发现泄漏事故。并将气体传感器与保护系统联动，使保护系统在气体到达爆炸极限前动作，将事故损失控制在最低。同时，气体传感器的小型化和价格的降低，使之进入家庭成为可能。

二、泄漏检测

1、检测气体种类及特性

在气体泄漏事故发生后，事故处置将围绕采样检测、确定警戒区域、组织危险区域内群众撤离、抢救中毒人员、堵漏、洗消等方面展开。进行处置的第一个方面应该是尽量减少泄漏对人员的伤害，这就要求了解泄漏气体的毒性。气体的毒性指泄漏使物质能够扰乱人们机体的正常反应，因而降低人在事故中制订对策和减轻伤害的能力。美国消防协会将物质的毒性分为以下几类：

NH=0火灾时除一般可燃物危险外，短期接触没有其它危险的物质。

NH=1短期接触可引起刺激，致人稍微伤害的物质。

NH=2高浓度或短期接触可致人暂时失去能力或残留伤害。

NH=3短期接触可致人严重的暂时或残留伤害。

NH=4短暂接触也能致人死亡或严重伤害。[ZK)]

注：以上毒性系数N\-H值只是用来表示人体受害的程度，不能用于工业卫生和环境的评价。

由于有毒气体可通过人的呼吸系统进入人体造成伤害，在处置有毒气体泄漏事故时的安全防护必须迅速完成。这就要求事故处置人员在到达事故现场后，在最短的时间内能够了解气体的种类、毒性等特性。

将气体传感器阵列与计算机技术相结合，组成智能气体探测系统，能够做到迅速准确识别气体种类，从而测出气体的毒性。智能气体传感系统由气敏阵列、信号处理系统和输出系统组成。采用多个具有不同敏感特性的气敏元件组成阵列，利用神经网络模式识别技术对混合气体进行气体识别和浓度监测。同时，将常见有毒、有害、易燃气体的种类、性质、毒性输入计算机，并根据气体的性质编制事故处置预案输入计算机。当泄漏事故发生后，智能气体探测系统将按下面程序工作：

进入现场→吸附气体样品→气敏元件产生信号→计算机识别信号→计算机输出气体种类、性质、毒性及处置方案

由于气体传感器的灵敏度较高，在气体浓度很低的时候就可以进行检测，而不必深入事故现场，以避免不了解情况而造成不必要的伤害。使用计算机处理，以上过程可以迅速完成。这样，可以迅速准确地采取有效的防护措施，实施正确的处置方案，将事故损失降低到最低程度。另外，由于系统中存储常见气体的性质及处置预案等信息，假如知道泄漏事故中气体的种类，可直接在这套系统中查询气体性质和处置方案。

2、寻找泄漏点

当泄漏事故发生后，迅速寻找泄漏点，采取适当的堵漏措施是防止事故进一步扩大的必要条件。在有些情况下，由于管线较长、容器较多、泄漏点较隐蔽等原因，非凡是泄漏较轻时，泄漏点的寻找比较困难。由于气体的扩散性，气体从容器或管线中泄漏出以后，在外部风力和内部浓度梯度的作用下，开始向四面扩散，即离泄漏点越近，气体的浓度越高。根据这一特点，使用智能气体传感器可解决这一问题。与检测气体种类的智能传感系统不同的是，这种系统的气敏阵列选用若干敏感性部分重叠的气敏元件组成，使传感系统对某一种气体的敏感性增强，利用计算机处理气敏元件的信号变化，可以很快检测出气体的浓度变化，然后根据气体浓度变化找到泄漏点。

目前，气敏元件集成化使传感器系统的微型化成为可能。例如，日本松下公司研制的一种集成化超微粒传感器，可探测氢气、甲烷等气体，集中在2mm见方的硅片上。同时，计算机技术的发展可以使这种系统的探测速度更快。因此，可以开发小型易于携带的智能传感器系统。将这一系统和合适的图像识别技术相结合，利用遥控技术可以使它自动进入隐蔽空间、有毒有害等人员不宜进入的地点工作，查找泄漏点的位置。

三、环境监测

1、概述

随着社会经济发展，各种化工厂、炼钢厂、煤气厂等厂矿林立，机动运输车辆不断涌现，人们接触到各种有害气体日益增多。例如在城镇中，人多车多，由各种机动车辆排放的CO、CO2、SO2、H2S、NO、NO2……等气体，都对人体有极大的伤害。若人体吸收了浓度为2000×10－6CO气体，2小时就会窒息死亡；吸收了50×10－6NO2或SO2，1小时就会要命。再如现在人们在工作与生活中广泛使用液化气、煤气、天然气等各种燃气，这些燃气主要成份为甲烷（CH4）与一氧化碳（CO），它们是一种易燃易爆的有害气体，不慎泄漏，也会给人们造成极大伤害。因此在8小时工作环境中根据人身防护规定（OEL）对各种有害气体在大气中的浓度作出限制，如表1所示。

空气污染物三级标准浓度限制

污染物名称	浓度限值（mg/m3）
	取值	一级标准	二极标准	三级标准
总悬浮微粒	日平均	0.15	0.30	0.50
	任何一次	0.30	1.00	1.50
SO2	日平均	0.05	0.15	0.25
	任何一次	0.15	0.50	0.70
氮化物	日平均	0.05	0.10	0.15
	任何一次	0.10	0.15	0.30
CO	日平均	4.00	4.00	6.00
	任何一次	10.00	10.00	20.00

注：一级标准—为保护自然生态和人群健康在长期接触情况下，不发生任何有害影响的空气质量要求。

二级标准—为保护人群健康和城市，乡村的动、植物，在长期和短期接触情况下，不发生伤害的空气质量要求。

三级标准—为保护人群不发生急、慢性中毒和城市一级动植物（敏感者除外）正常生长的空气质量要求。

从上述法规，我们不难了解，监控和监测各种有害气体是十分重要的。过去监控和监测各种有害气体都用光谱分析，色谱分析，或化学滴定等方法。这些检测方法较复杂，同时有的还需取样，不能测出瞬时数据。近年来使用各种化学式气体传感器与电化学气体传感器，使监控和监测各种有害气体有了不少改进和提高。采用各种化学式气体传感器制成的各种有害气体监控装置与监测仪，能即时检测出有害气体的浓度，且使用方便,成本低廉，但测量精度不高，误差较大，对CO与CH4气体进行检测还需对敏感源加热，不能满足严格防爆要求。定电位电化学气体传感器工作时无需加热，功耗小，抗干扰，灵敏度高，线性特性好，用这种传感器制成的监控装置和监测仪，不仅精度高、响应快、选择性好，而且重量轻、体积小、性能稳定可靠。不足之处是这类传感器寿命较短（一般为2～3年），且价格昂贵，须待改进。

四、石油化工

根据危害，将有毒有害气体分为可燃气体和有毒气体两大类。

由于它们性质和危害不同，其检测手段也有所不同。

可燃气体是石油化工等工业场合遇到最多的危险气体，它主要是烷烃等有机气体和某些无机气体：如一氧化碳等。可燃气体发生爆炸必须具备一定的条件，那就是：一定浓度的可燃气体，一定量的氧气以及足够热量点燃它们的火源，这就是爆炸三要素（如上左图所示的爆炸三角形），缺一不可，也就是说，缺少其中任何一个条件都不会引起火灾和爆炸。当可燃气体（蒸汽、粉尘）和氧气混合并达到一定浓度时，遇具有一定温度的火源就会发生爆炸。我们把可燃气体遇火源发生爆炸的浓度称为爆炸浓度极限，简称爆炸极限，一般用%表示。实际上，这种混合物也不是在任何混合比例上都会发生爆炸而要有一个浓度范围。

当可燃气体浓度低于LEL（最低爆炸限度）时（可燃气体浓度不足）和其浓度高于UEL（最高爆炸限度）时（氧气不足）都不会发生爆炸。不同的可燃气体的LEL和UEL都各不相同（参见第八期的介绍），这一点在标定仪器时要十分注意。为安全起见，一般我们应当在可燃气体浓度在LEL的10%和20%时发出警报，这里，10%LEL称。作警告警报，而20%LEL称作危险警报。这也就是我们将可燃气体检测仪又称作LEL检测仪的原因。

需要说明的是，LEL检测仪上显示的100%不是可燃气体的浓度达到气体体积的100%，而是达到了LEL的100%，即相当于可燃气体的最低爆炸下限，如果是甲烷，100%LEL=4%体积浓度（VOL）.在工作中，以LEL方式测量这些气体的检测仪是我们常见的催化燃烧式检测仪。它的原理是一个双路电桥（一般称作惠斯通电桥）检测单元。在这其中的一个铂金丝电桥上涂有催化燃烧物质，不论何种易燃气体，只要它能够被电极引燃，铂金丝电桥的电阻就会由于温度变化发生改变，这种电阻变化同可燃气体的浓度成一定比例，通过仪器的电路系统和微处理机可以计算出可燃气体的浓度。直接测量可燃气体的体积浓度的热导式VOL检测器也可以在市场上得到，同时，也已经有了LEL/VOL合二为一的检测器。VOL可燃检测器特别适合于在缺氧（氧气不足）的环境中测量可燃气体的体积（VOL）浓度。

有毒气体既可以存在于生产原料中，如大多数的有机化学物质（VOC），也可能存在于生产过程的各个环节的副产品中，如氨、一氧化碳、硫化氢等等。它们是对工作人员造成危害最大的危险因素。这种危害不仅包括立即的伤害，如身体不适、发病、死亡等等，而且包括对于人体长期的危害，如致残、癌变等等。对于这些有毒有害气体的检测是我们发展中国家应当开始引起充分重视的问题

五、燃气报警

1、在燃气生产利用过程中对气体检测仪的需求

近年来,全国燃气行业发展迅猛,液化气、天然气、煤制气等城市燃气作为清洁能源已在工商业和城镇居民用户中得到广泛应用,特别是随着“西气东输”工程的快速进展,燃气行业发展潜力巨大。城市燃气的普及与应用无疑对改善城市的环境质量和提高居民的生活质量发挥了巨大的作用。但是随着燃气的广泛应用,由于可燃、有毒气体泄漏所引发的爆炸、中毒和火灾事故也时有发生,这在某种程度上增加了城市的不安全和不稳定因素。为了使燃气更好地造福于民,造福于社会,减少并杜绝各种因燃气泄漏而引发的爆炸及火灾事故,各燃气使用单位及居民用户选择一种适合的气体检测仪实为必要之举。

国家标准规定的气体检测仪的种类可分为气体检漏仪（简称“检漏仪”）,气体检测控制器（简称“控制器”）、气体探测器（简称“探测器”）、家用可燃气体检测仪（简称“报警器”）四大系列产品。

2、目前市场现状

目前中国对生产过程中对可燃气体进行检测，由于经济条件与技术所限，气体的检测大都出于安全考虑，对气体直接造成的危害的考虑大于间接危害的考虑，即主要考虑气体的爆炸与急性中毒事件。但随着经济的发展和人民生活水平的提高，人们不但要求上班后平安的回家，而且还追求退休后能有健康的生活。即人们愈来愈重视工业卫生方面的问题。我国政府也充分意识到了这一点，不但成立了专门的政府机构，而且还从法律的角度提供了保障，相继出台并实施的《安全生产法》与《职业病防治法》体现了这一点。所以对目前条件下气体检测的技术与气体检测仪的应用有了更大的发展空间。由于中国在这一部分起步比较晚，市场上的检测仪都是直接从国外直接进口，市场的反馈的就是价格特贵，操作复杂，因为中国大部分操作使用人员的文化水平不高，而国外产品全是英文操作，对国外产品很难接收，中国目前在这方面的投资不大，技术落后，市场上急需要一种能操作简单，成本低廉的检测仪器，在这种背景下，实现国产检测仪的目的从市场着角出发是可行的，在技术方面，由于这几年燃气行业的发展也造就了一些专业人才，在技术上也有了很大的突破，加上对中国市场上用户的需求非常了解，开发出一种针对中国市场的检测仪从技术是可行的。但由于起步比较晚，市场资本很少对这方面的投入。

利用电化学性质的气体传感器：如定电位电解式、迦伐尼电池式、隔膜离子电极式、固定电解质式等。

六、医疗领域

医疗领域应用最广泛的是呼吸器检测仪，呼吸器检测仪，主要用于各种类型的正压、负压式氧气呼吸器及其部件低压系统各项性能的检测，即校验；若有配套的仿人呼吸机及其相关的附具也可检测正、负压式空气呼吸器及其部件低压系统的各项性能。

七、室内空气质量检测

人的一生有70％的时间在室内度过。室内空气质量正引起人们高度重视，游离甲醛、氡、氨、苯和总挥发性有机化合物等5项指标明确列入了室内空气质量的验收项目。这5项内容涉及居住者的人身健康和安全，所以被列为A类项目。也就是说，如果在验收时有一项不合格，那么室内空气质量就等于不“健康”。

随着人们对室内空气质量要求的不断提高，电化学气体检测仪市场需求量将不断增加。

 

第四节 电化学气体传感器消费状况分析及预测

电化学传感器寿命一般是空气中两年，个别厂家的某些型号产品可以达到三年或更长，有的只有一年半或更短。

一般性情况下，在较为恶劣的环境下，或经常有较高浓度目标气体的环境下，电化学传感器寿命会明显减少，有的甚至不到一年，这种况并不是传感器的质量问题。

各种电化学式气体传感器的比较

污染物名称	浓度限值（mg/m3）
	取值	一级标准	二极标准	三级标准
总悬浮微粒	日平均	0.15	0.30	0.50
	任何一次	0.30	1.00	1.50
SO2	日平均	0.05	0.15	0.25
	任何一次	0.15	0.50	0.70
氮化物	日平均	0.05	0.10	0.15
	任何一次	0.10	0.15	0.30
CO	日平均	4.00	4.00	6.00
	任何一次	10.00	10.00	20.00

第五节 电化学气体传感器价格趋势分析

稳定的电化学气体传感器，传感器寿命:3年，价格在1480元左右。

未来，各种因素共同作用，促进市场的发展，这些因素包括：稳定的经济发展，高科技和特殊传感器价格的下降。其中，传感器最大的进步来自于新技术的提高，几乎所有类型的传感器在技术上都在提高，成本都在降低，新的市场空间正在扩大。

因此，电化学气体传感器的价格将会降低。

 

第六节 电化学气体传感器进出口量值分析

国内生产的工业用气体浓度变送监测装置，大都采用电化学式气体传感器，且电化学传感器主要依靠进口。

我国电化学气体传感器进口产品种类分布图

从图中我们可以看出，我国的电化学气体传感器产品高端、中高端产品占据了整个产品进口的80%，份额巨大，这说明了我国在高端产品的研发上能力不足，国内对于高端产品的需求量也非常巨大。进口的产品中，低端产品只是占据了5%，说明我国国内企业生产的电化学气体传感器可以满足国内需求，需要进口的数量很少。



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