電化學傳感器在氣體傳感器中的應(yīng)用

隨著科技的發(fā)展，氣體傳感器的應(yīng)用也日趨廣泛，在物聯(lián)網(wǎng)等泛在應(yīng)用的推動下，氣體傳感器的發(fā)展方向開始向小型化、集成化、模塊化、智能化方向發(fā)展。其中電化學傳感器由于具備線性輸出、低功耗和較好的分辨率等優(yōu)點，在當今氣體檢測領(lǐng)域中較為普及。此外，電化學氣體傳感器相較于其他傳感器，擁有較好的測量重復(fù)性和精度。經(jīng)過數(shù)十年來技術(shù)的發(fā)展，電化學氣體傳感器對特定氣體監(jiān)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(jiān)測氧氣濃度的，隨著科技的演化，開始出現(xiàn)用來監(jiān)測檢測LEL范圍內(nèi)的多種不同有毒氣體的電化學傳感器，并且電化學傳感器在實際應(yīng)用中也展現(xiàn)出了良好的敏感性與選擇性，所以直到現(xiàn)在，電化學傳感器還是監(jiān)測氣體濃度的主要傳感器。目前，電化學傳感器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在了多個靜態(tài)與移動應(yīng)用場合，對場合內(nèi)的多種氣體監(jiān)測起到了至關(guān)重要的作用。下面小編簡單介紹下電化學氣體傳感器的相關(guān)知識：

一、電化學傳感器的原理

大多數(shù)電化學氣體傳感器應(yīng)用于擴散模式，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入傳感器（通過氣體分子自然流動）。而有些設(shè)備通過一個抽氣泵將空氣/氣體樣本抽進傳感器內(nèi)。在氣孔部位安裝有透氣薄膜來阻擋水或油進入傳感器內(nèi)。傳感器的測量范圍和靈敏度可以通過在設(shè)計時調(diào)整進氣孔尺寸隨之變化。大一些的進氣孔可以提高設(shè)備的靈敏度和分辨率，而小一些的進氣孔雖然降低了靈敏度和分辨率，但是可增大測量范圍。

二、電化學傳感器的組成

1、透氣膜（也稱為疏水膜）

透氣膜用于覆蓋傳感（催化）電極，在有些情況下用于控制到達電極表面的氣體分子量。此類屏障通常采用低孔隙率特氟隆薄膜制成。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(yīng)能夠允許足量的氣體分子到達傳感電極。孔徑尺寸還應(yīng)該防止液態(tài)電解質(zhì)泄漏或迅速燥結(jié)。

2.電極

選擇電極材料很重要。電極材料應(yīng)該是一種催化材料，能夠長時間執(zhí)行半電解反應(yīng)。通常，電極采用貴金屬制造，如鉑或金，在催化后與氣體分子發(fā)生有效反應(yīng)。視傳感器的設(shè)計而定，為完成電解反應(yīng)，三種電極可以采用不同材料來制作。

3.電解質(zhì)

電解質(zhì)必須能夠進行電解反應(yīng)，并有效地將離子電荷傳送到電極。它還必須參考電極形成穩(wěn)定的參考電勢并與傳感器內(nèi)使用的材料兼容。如果電解質(zhì)蒸發(fā)過于迅速，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。過濾器的選擇范圍有限，每種過濾器均有不同的效率度數(shù)。常用的濾材是活性炭。活性炭可以濾除多數(shù)化學物質(zhì)，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(chǎn)生化學反應(yīng)并產(chǎn)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，并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(fā)生反應(yīng)，然后通過疏水屏障層到達電極表面。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，同時防止電解質(zhì)漏出傳感器。