解码气体传感器：原理、应用、技术演进与市场新风口

摘要：气体传感器是将气体特性（如成分、浓度）转换为可测量电信号的装置。其工作基于气体与敏感材料相互作用引发物理或化学变化，致使材料电学性能改变，如电阻、电容、电压或电流变化，经电路转换与处理输出对应气体信息。不同类型气体传感器工作原理有别，不同的检测需求决定了材料与

01气体传感器的工作原理

气体传感器是将气体特性（如成分、浓度）转换为可测量电信号的装置。其工作基于气体与敏感材料相互作用引发物理或化学变化，致使材料电学性能改变，如电阻、电容、电压或电流变化，经电路转换与处理输出对应气体信息。不同类型气体传感器工作原理有别，不同的检测需求决定了材料与结构的多样化，例如金属氧化物、导电聚合物、碳纳米管、光纤、MEMS等都广泛应用于传感器设计中。

02主流气体传感器类型

根据工作原理的不同，常见气体传感器可分为以下几类：

半导体型（MOS）气体传感器

工作原理：基于金属氧化物（如SnO₂、ZnO）敏感材料的导电特性，在有害气体存在时电导率会发生变化从而检测气体浓度。

优点：灵敏度较高；成本相对较低，适合大规模应用；寿命较长。

缺点：受温湿度影响大，可能导致检测偏差；需加热（通常 200-400°C）工作，增加能耗和设备复杂性。

常见应用：家用燃气报警器，监测燃气泄漏；工业安全检测，实时监测车间易燃易爆及有毒气体。

催化燃烧型气体传感器

工作原理：利用催化剂使可燃性气体燃烧，释放热量改变元件温度，导致其电阻变化，通过检测电阻变化实现气体浓度检测。

优点：对绝大多数可燃气体（如甲烷、氢气、丙烷等）响应良好；稳定性较好；响应速度快，能在短时间内检测到可燃气体浓度变化。

缺点：仅能检测可燃气体，范围较窄；功耗较高。

常见应用：用于煤气泄漏报警装置，及时发现家庭或工业场所煤气泄漏；广泛应用于化工、石油等工业安全领域。

电化学型气体传感器

工作原理：气体通过透气膜扩散到电解液中的工作电极，在工作电极上发生特定的氧化或还原反应，产生与气体浓度成正比的微弱电流信号。通过对这个电流的测量，即可确定气体浓度。

优点：精度高；选择性好，可以针对特定的目标气体进行检测；低功耗。

缺点：寿命有限；对使用环境要求相对较高。

常见应用：在煤矿、化工等行业保障工人安全；用于检测空气中有害气体浓度。

红外（NDIR）气体传感器

工作原理：传感器发射特定波长范围的红外光，当气体存在时，气体分子吸收相应波长的红外光，通过测量红外光的吸收率来确定气体浓度。

优点：精度高；抗干扰强；寿命长。

缺点：成本高；体积较大，不利于小型化设备集成。

常见应用：常用于温室气体监测、煤矿瓦斯检测、电力设备气体监测等领域发挥重要作用。

光离子化（PID）气体传感器

工作原理：利用紫外光源将气体分子电离，当气体分子吸收紫外光能量后，外层电子被激发而形成离子和电子。通过测量离子电流来确定气体浓度，离子电流大小与气体浓度成正比。

优点：检测范围广，灵敏度高。

缺点：成本高；对环境条件较为敏感，环境温湿度等变化可能影响检测准确性。

常见应用：在工业 VOC 监测中，用于监测工厂废气排放中的挥发性有机物浓度；在环境检测中，可对大气中的有害挥发性气体进行检测；在室内空气质量检测中，检测室内装修产生的甲醛、苯等有害气体。

声波型（SAW、QCM）气体传感器

工作原理：基于气敏薄膜吸附气体后的声表面波频率偏移原理，通过测量频率变化实现气体浓度检测。

优点：精度、分辨率高，抗干扰能力强，适合远距离传送；智能化，体积和重量小，携带方便。

缺点：受环境条件影响大，温湿度、振动等易干扰检测结果；检测范围较窄，不同类型声波传感器对气体种类有一定限制。

常见应用：在实验室分析中，用于对特定气体进行高精度检测。

03应用场景：从工业到生活的全域渗透

环境监测

在大气环境监测，气体传感器用于检测二氧化硫、氮氧化物、颗粒物（PM2.5、PM10）等污染物浓度。通过在城市不同区域部署各类气体传感器，构建空气质量监测网络，实时掌握城市空气质量状况，为环境管理部门制定污染防控措施提供依据。在水质监测，可检测水中溶解氧、氨氮等气体相关指标，评估水质健康状况，保障水资源安全。

工业安全

在石油化工、煤炭开采、燃气输送等行业，气体传感器用于监测可燃、有毒有害气体泄漏。如在石油炼化厂，通过安装大量可燃气体传感器，实时监测厂区内易燃易爆气体浓度，一旦发生泄漏，系统立即报警并启动应急处置措施，防止火灾、爆炸等重大安全事故发生，保障工业生产安全与人员生命财产安全。

医疗健康

在医疗领域，气体传感器应用广泛。如在呼吸检测，通过检测呼出气体中一氧化碳、一氧化氮、挥发性有机化合物等成分与浓度，辅助诊断肺部疾病、代谢性疾病等。在医疗设备消毒过程，监测消毒气体浓度与残留，保证消毒效果与医疗设备安全使用。

智能家居

在智能家居系统，气体传感器用于监测室内空气质量。如检测甲醛、苯、二氧化碳等有害气体浓度，当浓度超标时，自动开启空气净化器、通风设备，改善室内空气质量。在厨房，可监测燃气泄漏，保障家庭用气安全。通过与智能家电联动，为用户打造舒适、健康、安全的家居环境。

食品行业

在食品生产、储存与运输过程，气体传感器用于监测食品变质产生的气体。如在肉类保鲜，通过检测硫化氢、氨气等气体浓度判断肉类新鲜度。在果蔬仓储，监测乙烯气体浓度，调控仓储环境，延长果蔬保鲜期。

实验室场景

在科研与实验分析中，气体传感器是精准检测的核心工具。例如，在化学实验室中，可实时监测有毒气体（如氯气、氨气）的泄漏，保障实验人员安全；在材料科学研究中，通过声波型（SAW、QCM）气体传感器对特定气体进行高精度浓度分析，为材料性能测试提供数据支撑；在环境科学实验中，配合其他设备监测微量气体成分变化，助力污染物溯源与反应机理研究。

消防领域

在消防预警与救援中，气体传感器发挥着关键作用。在火灾预防阶段，通过监测空气中可燃气体（如甲烷、丙烷）或烟雾中的特征气体（如一氧化碳），提前预警潜在火灾风险；在火灾救援过程中，消防员携带的便携式气体传感器可快速检测现场有毒气体（如氰化氢、氯化氢）浓度，判断环境安全性，指导救援行动；在灾后评估中，通过分析气体成分变化，辅助判断火灾起因与蔓延路径。

04中国市场强劲崛起，技术革新加速推进

规模增速

在全球市场中，气体传感器产业正稳步扩张。据 Yole Development数据所示，2020 年，全球气体传感器总体规模徘徊在 11 - 12 亿美元区间，而到 2026 年，这一数值预计将攀升至 22 亿美元，年复合增长率达 10.9%。中国市场更是展现出强劲的增长活力，以远超全球平均增速的姿态迅猛发展。西南证券 2022 年报告指出，中国传感器市场年增速高达 17.4%，相较于全球 12.4% 的增速，优势显著。国内气体传感器市场规模也在持续上扬，2024 年我国气敏传感器市场规模已达 175 亿元，同比增长 16.67% ，预计 2025 年突破 200 亿元，2030 年有望触及 400 亿元，年复合增长率稳定在 15% 左右。这一增长趋势得益于国内多领域的蓬勃发展与政策推动。

技术迭代

在技术演进的浪潮中，光学传感器的占比正逐步提升。红外、激光技术凭借长寿命、卓越的抗干扰性能等优势，在高端市场中对传统产品形成快速替代之势。国内企业在技术研发上奋起直追，取得诸多突破。汉威（Hanwei gas sensors）全球市占率达 1% ，通过持续创新，在气体传感器领域崭露头角；炜盛（Winsen）以 3% 市占率展现竞争力，凭借技术积累不断拓展市场。从专利数量来看，中国企业在红外气体传感技术领域的专利数量已占全球 32%，彰显了国内企业技术实力的提升，加速了技术替代进程。不同技术路线的气体传感器凭借各自优势，在不同应用场景中并行发展，共同推动行业技术进步。

05未来展望：迈向智能感知新纪元

未来，气体传感器将与温湿度、压力等多种传感器融合，构建多参数协同体系，广泛应用于智慧工厂与智慧医疗，实现多维监测与精准诊断。同时，人工智能与边缘计算将赋能传感器自主识别干扰气体、优化检测模型，提升预警能力，推动其从数据采集迈向智能决策、降低误报，预判风险与趋势。后续我们还将带来更多行业干货，欢迎持续关注我们！