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電化學(xué)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(dòng)下，氣體傳感器的發(fā)展方向開(kāi)始向小型化、集成化、模塊化、智能化方向發(fā)展。其中電化學(xué)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(diǎn)，在當(dāng)今氣體檢測(cè)領(lǐng)域中較為普及。此外，電化學(xué)氣體傳感器相較于其他傳感器，擁有較好的測(cè)量重復(fù)性和精度。經(jīng)過(guò)數(shù)十年來(lái)技術(shù)的發(fā)展，電化學(xué)氣體傳感器對(duì)特定氣體監(jiān)測(cè)有著非常好的選擇性。
電化學(xué)傳感器在一開(kāi)始的時(shí)候是用來(lái)監(jiān)測(cè)氧氣濃度的，隨著科技的演化，開(kāi)始出現(xiàn)用來(lái)監(jiān)測(cè)檢測(cè)LEL范圍內(nèi)的多種不同有毒氣體的電化學(xué)傳感器，并且電化學(xué)傳感器在實(shí)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(xué)傳感器還是監(jiān)測(cè)氣體濃度的主要傳感器。目前，電化學(xué)傳感器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在了多個(gè)靜態(tài)與移動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)場(chǎng)合內(nèi)的多種氣體監(jiān)測(cè)起到了至關(guān)重要的作用。下面小編簡(jiǎn)單介紹下電化學(xué)氣體傳感器的相關(guān)知識(shí)：
一、電化學(xué)傳感器的原理
大多數(shù)電化學(xué)氣體傳感器應(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(guò)傳感器正面的小孔進(jìn)入傳感器（通過(guò)氣體分子自然流動(dòng)）。而有些設(shè)備通過(guò)一個(gè)抽氣泵將空氣/氣體樣本抽進(jìn)傳感器內(nèi)。在氣孔部位安裝有透氣薄膜來(lái)阻擋水或油進(jìn)入傳感器內(nèi)。傳感器的測(cè)量范圍和靈敏度可以通過(guò)在設(shè)計(jì)時(shí)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(cè)量范圍。
二、電化學(xué)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(dá)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?；蛘?，也可以用高孔隙率特氟隆膜覆蓋，而用毛管控制到達(dá)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(jī)械性保護(hù)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?？讖匠叽鐟?yīng)能夠允許足量的氣體分子到達(dá)傳感電極?？讖匠叽邕€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(zhǎng)時(shí)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(jì)而定，為完成電解反應(yīng)，三種電極可以采用不同材料來(lái)制作。
3.電解質(zhì)
電解質(zhì)必須能夠進(jìn)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(shì)并與傳感器內(nèi)使用的材料兼容。如果電解質(zhì)蒸發(fā)過(guò)于迅速，傳感器信號(hào)會(huì)減弱。
4、過(guò)濾器
有時(shí)候傳感器前方會(huì)安裝洗滌式過(guò)濾器以濾除不需要的氣體。過(guò)濾器的選擇范圍有限，每種過(guò)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(xué)物質(zhì)，但不能濾除一氧化碳。通過(guò)選擇正確的濾材，電化學(xué)傳感器對(duì)其目標(biāo)氣體可以具有更高的選擇性。
三、電化學(xué)傳感器的工作方法
電化學(xué)傳感器的工作方法主要為，通過(guò)與被測(cè)氣體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)出與氣體濃度成正比的電信號(hào)來(lái)工作。典型的電化學(xué)傳感器由傳感電極和反電極組成，并由一個(gè)薄電解層隔開(kāi)。氣體會(huì)通過(guò)微小的毛管型開(kāi)孔與傳感器發(fā)生反應(yīng)，然后通過(guò)疏水屏障層到達(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(hào)，同時(shí)防止電解質(zhì)漏出傳感器。