電化學(xué)傳感器基礎(chǔ)知識科普

最早的電化學(xué)傳感器可以追溯到20世紀(jì)50年代，當(dāng)時用于氧氣監(jiān)測。到了20世紀(jì)80年代中期，小型電化學(xué)傳感器開始用于檢測PEL范圍內(nèi)的多種不同有毒氣體，并顯示出了良好的敏感性與選擇性。

電化學(xué)傳感器通過與被測氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號來工作。

（電化學(xué)傳感器結(jié)構(gòu)圖）

  電化學(xué)傳感器的分類  

1、原電池型氣體傳感器

示例：ME2-CO傳感器

工作電極和對電極由電解液隔開并經(jīng)由一個很小的電阻與外電路連通，當(dāng)氣體進(jìn)入傳感器后，在工作電極表面進(jìn)行氧化或者還原反應(yīng)，產(chǎn)生電流通過外電路流經(jīng)兩個電極。電流的大小與氣體濃度成正比，可通過電路中的負(fù)載電阻予以測量。

若使反應(yīng)能夠發(fā)生，工作電極的電位必須維持在一定范圍內(nèi)。隨著氣體濃度的增大，反應(yīng)產(chǎn)生的電流增大，對電極極化程度增強(qiáng)，電位增加，導(dǎo)致工作電極電位升高。

工作電極：2CO+2H2O→2CO2+4H++4e-

對電極：O2+4H + →2H2O-4e-

總反應(yīng)：CO+O2 →CO

2、定電位電解型氣體傳感器

定電位電解型傳感器又分為無偏壓傳感器（零偏壓傳感器）和帶偏壓傳感器

◆ 無偏壓傳感器

由于原電池型傳感器工作電極易隨對電極極化而極化，故引入了參比電極，通過外電路維持工作電極和參比電極之間電勢恒定，參比電極無電流流過，克服了原電池型傳感器線性范圍窄等缺點。

示例：ME3-CO

工作電極：2CO+2H2O→2CO2+4H++4e-

對電極：O2+4H + →2H2O-4e-

總反應(yīng)：CO+O2 →CO2

遇到還原性氣體（如硫化氫、二氧化硫等）時，反應(yīng)信號為正

遇到氧化性氣體（如氯、二氧化氮、臭氧）時，反應(yīng)信號為負(fù)

◆ 帶偏壓傳感器

示例：ME3-ETO

工作電極：C2H4O+2H2O→C2H4O3+4H++4e-

對電極：O2+4H + →2H2O+4e-

總反應(yīng)：C2H4O+O2→C2H4O3

二者區(qū)別：

1）無偏壓傳感器工作電極與參比電極之間偏壓為0mv；

2）帶偏壓傳感器工作電極與參比電極之間偏壓為300mv；

所以，在儲存時，無偏壓傳感器工作電極與參比電極需短路儲存，而帶偏壓傳感器三個電極之間不短路

3、濃差電池型氣體傳感器

濃差電池型傳感器是基于固體電解質(zhì)兩邊氧分壓的差異而產(chǎn)生濃差電勢的原理制成的氣體傳感器。通過濃差電勢的大小反應(yīng)氧氣濃度。

  電化學(xué)傳感器主要性能與影響因素  

● 靈敏度

影響靈敏度因素主要有：催化劑活性、進(jìn)氣量、電解液導(dǎo)電能力、環(huán)境溫度等

● 響應(yīng)恢復(fù)

影響響應(yīng)恢復(fù)速度的因素主要有：催化劑活性、電解液導(dǎo)電能力、氣室結(jié)構(gòu)、氣體特性等

● 選擇性/交叉干擾

影響選擇性的因素有：催化劑種類、電解液、偏置電壓、過濾器等

● 重復(fù)性/長期穩(wěn)定性

影響重復(fù)性的因素有：電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電解液穩(wěn)定性、氣路穩(wěn)定性等

● 高低溫性能

影響高低溫穩(wěn)定性的因素有：催化劑活性、電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、氣體特性

  電化學(xué)傳感器應(yīng)用領(lǐng)域  

為保護(hù)人身安全起見，各種電化學(xué)傳感器廣泛應(yīng)用于許多靜態(tài)與移動應(yīng)用場合。

電化學(xué)傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用領(lǐng)域的氣體檢測，可檢測臭氧、甲醛、一氧化碳、氨氣、硫化氫、二氧化硫、二氧化氮、氧氣等多種氣體，常用于便攜式儀表和氣體在線監(jiān)測儀表中。