电化学气体传感器的运作理论

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气体通过多孔膜背面扩散入传感器的工作电极,在此气体被氧化或还原,这种电化学反应引起流经外部线路的电流。除测量外,还要放大和进行其它信号加工;外线路维持经过传感器的电压和一个二电极反向参考传感器的电压。在反向电极产生一相反的反应。这样,如工作电极是氧化,则相反电极就是还原。

扩散控制反应:

电流大小由研究对象气体在工作电极处氧化多少所控制。传感器是经过设计的,因此,气体供应受扩散限制,而传感器是正比于气体浓度的线性输出。线性输出是电化学传感器比其它技术传感器(即红外)的优点之一。其它的传感器要在输出前线性化。线性输出允许较精确地测量低浓度,并校正简单(只需校正底线和一个点)。控制扩散提供另一优点。改表扩散势垒可制造适合特别对象的气体浓度范围。再有,扩散势垒是主要的机械部份,电化学传感器一经校正后,随时间较稳定。因此,以电化学传感器为基的仪器比一些其它技术的探测器要求较少维护。原则上,灵敏度基于气体通入传感器通路的扩散性质可以计算。虽然测量扩散性质的实验误差使计算较用气体校正的精度较小。

横向零敏度:

对一些气体,如环氧乙烷的横向灵敏度可能是个问题,因为乙烷要求一个活性好的工作电极催化和氧化的高电势。因此,较易氧化气体,如酒和一氧化碳。也有类似的问题。横向灵敏度问题可通过使用化学过滤消除。例如。过滤器可使对象气体畅通,并反应,但移去普通干扰。尽管电化学传感器有许多优点,但它并不适合每一种气体。这是由于它的探测机理包括气体的氧化或还原。虽然它可间接探测电化学惰性气体,如这气体和其它样品在传感器内反应并产生回应,但电化学气体传感器一般仅适用于电化学性能活泼的气体。二氧化碳传感器是这种接近的例子(即不能用电化学气体传感器测二氧化碳),它们已商品化几年了。

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