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盛密科技(上海)有限公司
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SemeaTech (Shanghai) Co., Ltd.
电化学毒气传感器通用说明书
1. 电化学毒气传感器的工作原理
电化学传感器是目前较为常见的有毒有害气体检测元件。与其他检测原理的气体传感器(半导体气
体传感器,催化燃烧式气体传感器,红外气体传感器等)相比较而言,电化学传感器具有选择性好,灵
敏度高,响应时间短,性能稳定,耗电低、线性和重复性较好等优点,在当前的气体快速检测领域被广
泛应用。
一般说来,电化学气体传感器包括下面几部分:可以渗过气体但不能渗过液体的扩散式防水透气膜;
酸性电解液(一般为硫酸或磷酸)槽;工作电极;对电极;参比电极(三电极设计);有些传感器还包括
一个可以滤除干扰组份的滤膜。
图1. 电化学毒气传感器的结构图
扩散进入传感器的气体在工作电极表面发生氧化或还原反应,在对电极发生与之相应的逆反应,在
外部电路上形成电流。由于气体进入传感器的速度由栅孔控制,所以产生的电流与传感器外气体浓度成
比例,就可以直接测量当前毒气含量。
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为了让反应能够发生,工作电极的电位必须保持在一个特定的范围内。但气体的浓度增加时,反应
电流也增加,于是导致对电极电位改变(极化)。由于两电极是通过一个简单的负荷电阻连接起来的,虽
然工作电极的电位也会随着对电极的电位一起变化。如果气体的浓度不断地升高,工作电极的电位最终
有可能移出其允许范围。至此传感器输出信号将不再呈线性,因此两电极气体传感器检测的上限浓度受
到一定限制。
对电极的极化所受的限制可以用引进第三电极 (参考电极)和利用一外部的恒电位工作电路来予以
避免。在这样一种装置中,参考电极中无电流流过,因此这两个电极均维持在一恒定的电位。对电极则
仍然可以进行极化,但对传感器而言已不产生任何限制作用。因此三电极传感器所能检测浓度范围要比
两电极大得多。
下面以一氧化碳电化学传感器为例描述一下它的检测机理。
CO 在工作电极上的氧化:
CO + H2O →CO2 + 2 H+ + 2 e-
对电极通过将空气或水中的氧气还原对此进行平衡。
+ -
1/2 O + 2 H + 2 e →H O
2 2
传感器中总的反应就可写成:
2CO + O2 →2CO2
在检测过程中消耗的物质仅仅是CO 分子、电能和氧气,这也是非消耗型传感器寿命较长的原因。传
感器的寿命同它所测量污染物无关,在检测过程中传感器本身没有任何的消耗,其它气体电化学传感器
也同样是这种非消耗型设计,包括:氯气、氢气、硫化氢、二氧化氮、磷化氢和二氧化硫等等。
有些有毒气体(如氨和氰化氢)的测定使用的是间接方法,它通过消耗传感器中的物质,比如金的
传感电极,来建立某种测量关系。
2 HCN + Au →HAu(CN)2 + H+ + e-
在这种情况下,由于测量会消耗电极材料,这类传感器的寿命同它所暴露的浓度有很大的关系,所
以这一类传感器不适用于高浓度环境或者长时间暴露环境。
2. 常用术语
灵敏度 (Sensitivity )
气体传
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