电化学传感器的工作原理以及使用注意事项解析

作者:ag8亚洲游戏 | 2020-02-21 03:11

  主要就是来测定目标分子或者物质的电化学性质,最早的电化学传感器可以追溯到20世纪50年代,当时用于氧气监测。到了20世纪80年代中期,小型电化学传感器开始用于检测PEL范围内的多种不同有毒气体,并显示出了良好的敏感性与选择性。目前,为保护人身安全起见,各种电化学传感器广泛应用于许多静态与移动应用场合。

  电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化学传感器由传感电极(或工作电极)和反电极组成,并由一个薄电解层隔开。

  气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应,然后是疏水屏障层,最终到达电极表面。采用这种方法可以允许适量气体与传感电极发生反应,以形成充分的电信号,同时防止电解质漏出传感器。

  穿过屏障扩散的气体与传感电极发生反应,传感电极可以采用氧化机理或还原机理。这些反应由针对被测气体而设计的电极材料进行催化。

  通过电极间连接的电阻器,与被测气浓度成正比的电流会在正极与负极间流动。测量该电流即可确定气体浓度。由于该过程中会产生电流,电化学传感器又常被称为电流气体传感器或微型燃料电池。

  在实际中,由于电极表面连续发生电化发应,传感电极电势并不能保持恒定,在经过一段较长时间后,它会导致传感器性能退化。为改善传感器性能,人们引入了参考电极。

  电化学传感器的基本元件为:一个工作(或传感)电极、一个极板,通常还包括一个参考电极。上述电极附于传感器箱内,衬以液体电解质。工作电极位于一块特氟纶薄膜的内面上,有多孔供气流穿过,但电解液无法渗透。

  气体扩散后进入传感器并穿过薄膜到达电极。气体到达电极后将发生电化学反应——或为氧化,或为压缩,依气体类型而定。例如,一氧化碳可能被氧化为二氧化碳;氧可能被压缩为水。氧化反应使电子通过外电路从工作电极流向极板;与此相反,压缩反应使电子从极板流向工作电极。上述电子流构成电流,并与气体浓度互成比例。仪器内的电子根据校准对电流进行检测及放大,并对输出进行测量。仪器继而向有毒气体传感器显示气体浓度,如:有毒气体传感器以百万分浓度(PPM)显示,氧传感器以百分比含量显示。

  电化学传感器受压力变化的影响极小。然而,由于传感器内的压差可能损坏传感器,因此整个传感器必须保持相同的压力。电化学传感器对温度也非常敏感,因此通常采取内部温度补偿。但最好尽量保持标准温度。

  一般而言,在温度高于25°C时,传感器读数较高;低于25°C时,读数较低。温度影响通常为每摄氏度0.5%至1.0%,视制造商和传感器类型而定。

  电化学传感器通常对其目标气体具有较高的选择性。选择性的程度取决于传感器类型、目标气体以及传感器要检测的气体浓度。最好的电化学传感器是检测氧气的传感器,它具有良好的选择性、可靠性和较长的预期寿命。其它电化学传感器容易受到其它气体的干扰。干扰数据是利用相对较低的气体浓度计算得出。在实际应用中,干扰浓度可能很高,会导致读数错误或误报警。

  电化学传感器的寿命取决于几个因素,包括要检测的气体和传感器的使用环境条件。一般而言,规定的预期寿命为一至三年。在实际中,预期寿命主要取决于传感器使用中所暴露的气体总量以及其它环境条件,如温度、压力和湿度。

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