電化學(xué)傳感器的工作原理以及使用注意事項(xiàng)解析

電化學(xué)傳感器主要就是來測定目標(biāo)分子或者物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)，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(shí)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。目前，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)傳感器的工作原理

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。典型的電化學(xué)傳感器由傳感電極（或工作電極）和反電極組成，并由一個薄電解層隔開。

氣體首先通過微小的毛管型開孔與傳感器發(fā)生反應(yīng)，然后是疏水屏障層，最終到達(dá)電極表面。采用這種方法可以允許適量氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，以形成充分的電信號，同時(shí)防止電解質(zhì)漏出傳感器。

穿過屏障擴(kuò)散的氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，傳感電極可以采用氧化機(jī)理或還原機(jī)理。這些反應(yīng)由針對被測氣體而設(shè)計(jì)的電極材料進(jìn)行催化。

通過電極間連接的電阻器，與被測氣濃度成正比的電流會在正極與負(fù)極間流動。測量該電流即可確定氣體濃度。由于該過程中會產(chǎn)生電流，電化學(xué)傳感器又常被稱為電流氣體傳感器或微型燃料電池。

在實(shí)際中，由于電極表面連續(xù)發(fā)生電化發(fā)應(yīng)，傳感電極電勢并不能保持恒定，在經(jīng)過一段較長時(shí)間后，它會導(dǎo)致傳感器性能退化。為改善傳感器性能，人們引入了參考電極。

電化學(xué)傳感器的基本元件為：一個工作（或傳感）電極、一個極板，通常還包括一個參考電極。上述電極附于傳感器箱內(nèi)，襯以液體電解質(zhì)。工作電極位于一塊特氟綸薄膜的內(nèi)面上，有多孔供氣流穿過，但電解液無法滲透。

氣體擴(kuò)散后進(jìn)入傳感器并穿過薄膜到達(dá)電極。氣體到達(dá)電極后將發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)——或?yàn)檠趸?，或?yàn)閴嚎s，依氣體類型而定。例如，一氧化碳可能被氧化為二氧化碳;氧可能被壓縮為水。氧化反應(yīng)使電子通過外電路從工作電極流向極板;與此相反，壓縮反應(yīng)使電子從極板流向工作電極。上述電子流構(gòu)成電流，并與氣體濃度互成比例。儀器內(nèi)的電子根據(jù)校準(zhǔn)對電流進(jìn)行檢測及放大，并對輸出進(jìn)行測量。儀器繼而向有毒氣體傳感器顯示氣體濃度，如：有毒氣體傳感器以百萬分濃度（PPM）顯示，氧傳感器以百分比含量顯示。

電化學(xué)傳感器操作使用注意事項(xiàng)

電化學(xué)傳感器受壓力變化的影響極小。然而，由于傳感器內(nèi)的壓差可能損壞傳感器，因此整個傳感器必須保持相同的壓力。電化學(xué)傳感器對溫度也非常敏感，因此通常采取內(nèi)部溫度補(bǔ)償。但最好盡量保持標(biāo)準(zhǔn)溫度。

一般而言，在溫度高于25°C時(shí)，傳感器讀數(shù)較高；低于25°C時(shí)，讀數(shù)較低。溫度影響通常為每攝氏度0.5%至1.0%，視制造商和傳感器類型而定。

電化學(xué)傳感器通常對其目標(biāo)氣體具有較高的選擇性。選擇性的程度取決于傳感器類型、目標(biāo)氣體以及傳感器要檢測的氣體濃度。最好的電化學(xué)傳感器是檢測氧氣的傳感器，它具有良好的選擇性、可靠性和較長的預(yù)期壽命。其它電化學(xué)傳感器容易受到其它氣體的干擾。干擾數(shù)據(jù)是利用相對較低的氣體濃度計(jì)算得出。在實(shí)際應(yīng)用中，干擾濃度可能很高，會導(dǎo)致讀數(shù)錯誤或誤報(bào)警。

電化學(xué)傳感器的壽命取決于幾個因素，包括要檢測的氣體和傳感器的使用環(huán)境條件。一般而言，規(guī)定的預(yù)期壽命為一至三年。在實(shí)際中，預(yù)期壽命主要取決于傳感器使用中所暴露的氣體總量以及其它環(huán)境條件，如溫度、壓力和濕度。
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