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电化学传感器的影响因素与原理

精讯畅通    2021-12-20

背景:

目前,关于气体传感器的应用案例日趋增多。在物联网等技术被广泛应用的推动下,气体传感器的技术发展方向开始向小型化、集成化、模块化、智能化方向发展。其中工业领域就是气体传感器的应用领域之一,目的是使人员和设备免受危险气体导致的直接和间接威胁。无论是使用便携式气体检测仪还是固定式气体报警器,对于确保设备在其使用年限内安全运转有可能造成的巨大成本问题,用户必然有着深切体会。而在工业领域应用较多的其实是电化学气体传感器。

电化学气体传感器的工作原理:

小小的电化学气体传感器中,是被水性凝胶电解质浸湿的电极,当所探测的气体进入传感器内与电解质发生氧化或者浓度变化时,工作电极在催化剂作用下产生微弱电流。电流经过与传感器相连接的放大器放大,从而显示区域的目标气体浓度。

大多数电化学传感器应用于扩散模式,在这种模式下,周围环境中的气体样本通过传感器正面的小孔进入传感器。而有些设备则是通过一个抽气泵将空气/气体样本抽进传感器内。在气孔部位安装有聚四氟乙烯薄膜来阻挡水或油进入传感器内。传感器的测量范围和灵敏度可以通过在设计时调整进气孔尺寸随之变化。大一些的进气孔可以提高设备的灵敏度和分辨率,而小一些的进气孔虽然降低了灵敏度和分辨率,但是可增大测量范围。

氧气传感器的工作原理与之前所描述的电化学氧气传感器工作原理类似,但是,氧气传感器的使用年限是可预测的,所以,更换周期也可以进行预设——一般为2~3年。与有毒气体传感器不同,氧气传感器长期持续暴露在目标气体中。在通常的耗氧监测应用中,传感器工作环境的氧气浓度为20.9%,这就会在铅阳极上引起化学反应,从而造成阳极的逐渐消耗。所以,传感器通过与氧气反应持续产生电流的能力取决于电解质中铅的含量。

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