說到電化學(xué)傳感器可能很多人不太熟悉。但是,電化學(xué)傳感器其實(shí)在20世紀(jì)50年代就出現(xiàn)了。那時(shí)的電化學(xué)傳感器用來對(duì)氧氣進(jìn)行檢測(cè)。到了80年代中期,電化學(xué)傳感器被用于檢測(cè)毒氣。
電化學(xué)傳感器通過與被測(cè)氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號(hào)來工作。
電化學(xué)傳感器的分類
1、原電池型氣體傳感器
工作電極和對(duì)電極由電解液隔開并經(jīng)由一個(gè)很小的電阻與外電路連通,當(dāng)氣體進(jìn)入傳感器后,在工作電極表面進(jìn)行氧化或者還原反應(yīng),產(chǎn)生電流通過外電路流經(jīng)兩個(gè)電極。電流的大小與氣體濃度成正比,可通過電路中的負(fù)載電阻予以測(cè)量。
若使反應(yīng)能夠發(fā)生,工作電極的電位必須維持在一定范圍內(nèi)。隨著氣體濃度的增大,反應(yīng)產(chǎn)生的電流增大,對(duì)電極極化程度增強(qiáng),電位增加,導(dǎo)致工作電極電位升高。
工作電極:
2CO+2H2O→2CO2+4H++4e-
對(duì)電極:O2+4H + →2H2O-4e-
總反應(yīng):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(duì)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(shì)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(diǎn)。
工作電極:
2CO+2H2O→2CO2+4H++4e-
對(duì)電極:O2+4H + →2H2O-4e-
總反應(yīng):CO+O2 →CO2
遇到還原性氣體(如硫化氫、二氧化硫等)時(shí),反應(yīng)信號(hào)為正
遇到氧化性氣體(如氯、二氧化氮、臭氧)時(shí),反應(yīng)信號(hào)為負(fù)
帶偏壓傳感器
工作電極:
C2H4O+2H2O→C2H4O3+4H++4e-
對(duì)電極:O2+4H + →2H2O+4e-
總反應(yīng):C2H4O+O2→C2H4O3
二者區(qū)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(chǔ)存時(shí),無偏壓傳感器工作電極與參比電極需短路儲(chǔ)存,而帶偏壓傳感器三個(gè)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(zhì)兩邊氧分壓的差異而產(chǎn)生濃差電勢(shì)的原理制成的傳感器。通過濃差電勢(shì)的大小反應(yīng)氧氣濃度。
電化學(xué)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(jìn)氣量、電解液導(dǎo)電能力、環(huán)境溫度等
響應(yīng)恢復(fù)影響響應(yīng)恢復(fù)速度的因素主要有:催化劑活性、電解液導(dǎo)電能力、氣室結(jié)構(gòu)、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(fù)性/長(zhǎng)期穩(wěn)定性影響重復(fù)性的因素有:電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電解液穩(wěn)定性、氣路穩(wěn)定性等
高低溫性能影響高低溫穩(wěn)定性的因素有:催化劑活性、電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、氣體特性
電化學(xué)傳感器應(yīng)用領(lǐng)域
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(dòng)應(yīng)用場(chǎng)合。
電化學(xué)傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用領(lǐng)域的氣體檢測(cè),可檢測(cè)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(jiān)測(cè)儀表中。
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