科普|電化學傳感器基礎知識

較早的電化學傳感器可以追溯到20世紀50年代，當時用于氧氣監測。到了20世紀80年代中期，小型電化學傳感器開始用于檢測PEL范圍內的多種不同有毒氣體，并顯示出了良好的敏感性與選擇性。

電化學傳感器通過與被測氣體發生反應并產生與氣體濃度成正比的電信號來工作。

（電化學傳感器結構圖）

  電化學傳感器的分類  

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由一個很小的電阻與外電路連通，當氣體進入傳感器后，在工作電極表面進行氧化或者還原反應，產生電流通過外電路流經兩個電極。電流的大小與氣體濃度成正比，可通過電路中的負載電阻予以測量。

若使反應能夠發生，工作電極的電位必須維持在一定范圍內。隨著氣體濃度的增大，反應產生的電流增大，對電極極化程度增強，電位增加，導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：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：CO+O2 →CO2

遇到還原性氣體（如硫化氫、二氧化硫等）時，反應信號為正

遇到氧化性氣體（如氯、二氧化氮、臭氧）時，反應信號為負

◆ 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：C2H4O+O2→C2H4O3

二者區別：

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兩邊氧分壓的差異而產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氧氣濃度。

  電化學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、進氣量、電解液導電能力、環境溫度等

● 響應恢復

影響響應恢復速度的因素主要有：催化劑活性、電解液導電能力、氣室結構、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

● 重復性/長期穩定性

影響重復性的因素有：電極結構穩定性、電解液穩定性、氣路穩定性等

● 高低溫性能

影響高低溫穩定性的因素有：催化劑活性、電極結構穩定性、氣體特性

  電化學傳感器應用領域  

為保護人身安全起見，各種電化學傳感器廣泛應用于許多靜態與移動應用場合。

電化學傳感器廣泛應用于工業和民用領域的氣體檢測，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測儀表中。