電化學傳感器在氣體傳感器中的應用

2020-11-22 騰訊網

隨著科技的發展，氣體傳感器的應用也日趨廣泛，在物聯網等泛在應用的推動下，氣體傳感器的發展方向開始向小型化、集成化、模塊化、智能化方向發展。其中電化學傳感器由於具備線性輸出、低功耗和較好的解析度等優點，在當今氣體檢測領域中較為普及。此外，電化學氣體傳感器相較於其他傳感器，擁有較好的測量重複性和精度。經過數十年來技術的發展，電化學氣體傳感器對特定氣體監測有著非常好的選擇性。

電化學傳感器在一開始的時候是用來監測氧氣濃度的，隨著科技的演化，開始出現用來監測檢測LEL範圍內的多種不同有毒氣體的電化學傳感器，並且電化學傳感器在實際應用中也展現出了良好的敏感性與選擇性，所以直到現在，電化學傳感器還是監測氣體濃度的主要傳感器。目前，電化學傳感器已經被廣泛應用在了多個靜態與移動應用場合，對場合內的多種氣體監測起到了至關重要的作用。下面小編簡單介紹下電化學氣體常感器的相關知識：

一、電化學傳感器的原理

大多數電化學氣體傳感器應用於擴散模式，在這種模式下，周圍環境中的氣體樣本通過傳感器正面的小孔進入傳感器（通過氣體分子自然流動）。而有些設備通過一個抽氣泵將空氣/氣體樣本抽進傳感器內。在氣孔部位安裝有透氣薄膜來阻擋水或油進入傳感器內。傳感器的測量範圍和靈敏度可以通過在設計時調整進氣孔尺寸隨之變化。大一些的進氣孔可以提高設備的靈敏度和解析度，而小一些的進氣孔雖然降低了靈敏度和解析度，但是可增大測量範圍。

二、電化學傳感器的組成

1、透氣膜（也稱為疏水膜）

透氣膜用於覆蓋傳感（催化）電極，在有些情況下用於控制到達電極表面的氣體分子量。此類屏障通常採用低孔隙率特氟隆薄膜製成。這類傳感器稱為鍍膜傳感器。或者，也可以用高孔隙率特氟隆膜覆蓋，而用毛管控制到達電極表面的氣體分子量。此類傳感器稱為毛管型傳感器。除為傳感器提供機械性保護之外，薄膜還具有濾除不需要的粒子的功能。為傳送正的氣體分子量，需要選擇正確的薄膜及毛管的孔徑尺寸。孔徑尺寸應能夠允許足量的氣體分子到達傳感電極。孔徑尺寸還應該防止液態電解質洩漏或迅速燥結。

2、電極

選擇電極材料很重要。電極材料應該是一種催化材料，能夠長時間執行半電解反應。通常，電極採用貴金屬製造，如鉑或金，在催化後與氣體分子發生有效反應。視傳感器的設計而定，為完成電解反應，三種電極可以採用不同材料來製作。

3、電解質

電解質必須能夠進行電解反應，並有效地將離子電荷傳送到電極。它還必須參考電極形成穩定的參考電勢並與傳感器內使用的材料兼容。如果電解質蒸發過於迅速，傳感器信號會減弱。

4、過濾器

有時候傳感器前方會安裝洗滌式過濾器以濾除不需要的氣體。過濾器的選擇範圍有限，每種過濾器均有不同的效率度數。常用的濾材是活性炭。活性炭可以濾除多數化學物質，但不能濾除一氧化碳。通過選擇正確的濾材，電化學傳感器對其目標氣體可以具有更高的選擇性。

三、電化學傳感器的工作方法

電化學傳感器的工作方法主要為，通過與被測氣體產生化學反應並產出與氣體濃度成正比的電信號來工作。典型的電化學傳感器由傳感電極和反電極組成，並由一個薄電解層隔開。氣體會通過微小的毛管型開孔與傳感器發生反應，然後通過疏水屏障層到達電極表面。採用這種方法可以允許適量氣體與傳感電極發生反應，以形成充分的電信號，同時防止電解質漏出傳感器。

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