電化學(xué)傳感器的影響因素與原理

背景：

目前，關(guān)于氣體傳感器的應(yīng)用案例日趨增多。在物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)被廣泛應(yīng)用的推動下，氣體傳感器的技術(shù)發(fā)展方向開始向小型化、集成化、模塊化、智能化方向發(fā)展。其中工業(yè)領(lǐng)域就是氣體傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域之一，目的是使人員和設(shè)備免受危險氣體導(dǎo)致的直接和間接威脅。無論是使用便攜式氣體檢測儀還是固定式氣體報警器，對于確保設(shè)備在其使用年限內(nèi)安全運(yùn)轉(zhuǎn)有可能造成的巨大成本問題，用戶必然有著深切體會。而在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較多的其實(shí)是電化學(xué)氣體傳感器。

電化學(xué)氣體傳感器的工作原理：

小小的電化學(xué)氣體傳感器中，是被水性凝膠電解質(zhì)浸濕的電極，當(dāng)所探測的氣體進(jìn)入傳感器內(nèi)與電解質(zhì)發(fā)生氧化或者濃度變化時，工作電極在催化劑作用下產(chǎn)生微弱電流。電流經(jīng)過與傳感器相連接的放大器放大，從而顯示區(qū)域的目標(biāo)氣體濃度。

大多數(shù)電化學(xué)傳感器應(yīng)用于擴(kuò)散模式，在這種模式下，周圍環(huán)境中的氣體樣本通過傳感器正面的小孔進(jìn)入傳感器。而有些設(shè)備則是通過一個抽氣泵將空氣/氣體樣本抽進(jìn)傳感器內(nèi)。在氣孔部位安裝有聚四氟乙烯薄膜來阻擋水或油進(jìn)入傳感器內(nèi)。傳感器的測量范圍和靈敏度可以通過在設(shè)計(jì)時調(diào)整進(jìn)氣孔尺寸隨之變化。大一些的進(jìn)氣孔可以提高設(shè)備的靈敏度和分辨率，而小一些的進(jìn)氣孔雖然降低了靈敏度和分辨率，但是可增大測量范圍。

氧氣傳感器的工作原理與之前所描述的電化學(xué)氧氣傳感器工作原理類似，但是，氧氣傳感器的使用年限是可預(yù)測的，所以，更換周期也可以進(jìn)行預(yù)設(shè)——一般為2~3年。與有毒氣體傳感器不同，氧氣傳感器長期持續(xù)暴露在目標(biāo)氣體中。在通常的耗氧監(jiān)測應(yīng)用中，傳感器工作環(huán)境的氧氣濃度為20.9%，這就會在鉛陽極上引起化學(xué)反應(yīng)，從而造成陽極的逐漸消耗。所以，傳感器通過與氧氣反應(yīng)持續(xù)產(chǎn)生電流的能力取決于電解質(zhì)中鉛的含量。