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介紹電化學(xué)氣體傳感器

電化學(xué)氣體傳感器是由膜電極和電解液灌封而成的。氣體濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號傳出。它的優(yōu)點是：反映速度快、準(zhǔn)確（可用于ppm級），穩(wěn)定性好、能夠定量檢測，但壽命較短（大于等于兩年）。它主要適用于毒性氣體的檢測，目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。

電化學(xué)氣體傳感器的分類
電化學(xué)氣體傳感器的原理
電化學(xué)氣體傳感器的技術(shù)比較
電化學(xué)氣體傳感器的保護(hù)
電化學(xué)氣體傳感器的應(yīng)用

電化學(xué)氣體傳感器的分類
電化學(xué)氣體相當(dāng)一部分的可燃性的、有毒有害氣體都有電化學(xué)活性，可以被電化學(xué)氧化或者還原。利用這些反應(yīng)，可以分辨氣體成份、檢測氣體濃度。電化學(xué)分很多子類：
(1)、原電池型氣體傳感器(也稱：加伏尼電池型氣體傳感器，也有稱燃料電池型氣體傳感器，也有稱自發(fā)電池型氣體傳感器)，他們的原理行同我們用的干電池，只是，電池的碳錳電極被氣體電極替代了。以氧氣傳感器為例，氧在陰極被還原，電子通過電流表流到陽極，在那里鉛金屬被氧化。電流的大小與氧氣的濃度直接相關(guān)。這種傳感器可以有效地檢測氧氣、二氧化硫、氯氣等。
(2)、恒定電位電解池型氣體傳感器，這種傳感器用于檢測還原性氣體非常有效，它的原理與原電池型傳感器不一樣，它的電化學(xué)反應(yīng)是在電流強(qiáng)制下發(fā)生的，是一種真正的庫侖分析的傳感器。這種傳感器已經(jīng)成功地用于：一氧化碳、硫化氫、氫氣、氨氣、肼、等氣體的檢測之中，是目前有毒有害的主流傳感器。
(3)、濃差電池型氣體傳感器，具有電化學(xué)活性的氣體在電化學(xué)電池的兩側(cè)，會自發(fā)形成濃差電動勢，電動勢的大小與氣體的濃度有關(guān)，這種傳感器的成功實例就是汽車用氧氣傳感器、固體電解質(zhì)型二氧化碳傳感器。
(4)、極限電流型氣體傳感器，有一種測量氧氣濃度的傳感器利用電化池中的極限電流與載流子濃度相關(guān)的原理制備氧(氣)濃度傳感器，用于汽車的氧氣檢測，和鋼水中氧濃度檢測。
電化學(xué)氣體傳感器的原理
是通過檢測電流來檢測氣體的濃度，分為不需供電的電池式以及需要供電的可控電位電解式。
基于電化學(xué)原理工作的傳感器其的一種型式就是兩電極系統(tǒng)。其工作電極和對電極由一薄層電解液隔開并經(jīng)由一個很小的電阻聯(lián)通外電路。當(dāng)氣體擴(kuò)散進(jìn)入傳感器后，在敏感電極表面進(jìn)行氧化或還原反應(yīng)，產(chǎn)生電流并通過外電路流經(jīng)兩個電極。該電流的大小比例于氣體的濃度，可通過外電路的負(fù)荷電阻予以測量。
為了讓反應(yīng)能夠發(fā)生，敏感電極的電位必須保持在一個特定的范圍內(nèi)。但氣體的濃度增加時，反應(yīng)電流也增加，于是導(dǎo)致對電極電位改變（極化）。由于兩電極是通過一個簡單的負(fù)荷電阻連接起來的，雖然敏感電極的電位也會隨著對電極的電位一起變化。如果氣體的濃度不斷地升高，敏感電極的電位最終有可能移出其允許范圍。至此傳感器將不成線性，因此兩電極氣體傳感器檢測的上限濃度受到一定限制。
電化學(xué)氣體傳感器的技術(shù)比較
電化學(xué)技術(shù)與催化燃燒技術(shù)的比較如下：
不同電化學(xué)氣體傳感器中所包含的不同成份決定了它可與相應(yīng)的毒氣發(fā)生反應(yīng)；測量頭可測量反應(yīng)所產(chǎn)生的電流并將其轉(zhuǎn)換成氣體濃度值(PPM或PPB)。催化傳感器在涂有催化劑的小球上“無焰燃燒”可燃性氣體；測量頭可測量電阻的變化并通過A/D轉(zhuǎn)換，顯示變化相應(yīng)的讀數(shù)。一般以爆炸下限作為滿量程。
由于電化學(xué)型和催化燃燒型測量頭相對較低的成本，它們通常被用于“源點”(即泄漏有可能發(fā)生的地方)處的測量。因而對泄漏的反應(yīng)迅速并可連續(xù)探測。另外，由于沒有可移動部件，所以不會造成機(jī)械故障。
但是，這兩種類型的傳感器也有缺點：一些氣體傳感器不但對與之相應(yīng)的氣體（即它們按照設(shè)計應(yīng)該反應(yīng)的氣體）反應(yīng)，而且對其他氣體（干擾氣體）也發(fā)生反應(yīng)，因此有必要注意在設(shè)計和安裝過程中避免將這些傳感器用在有可能有干擾氣體存在的地方。傳感器需要定期標(biāo)定，通常為三個月一次（視不同品牌，工作環(huán)境，工作狀態(tài)等因素的影響）；傳感器在使用1到3年后通常需要更換（視不同品牌，工作環(huán)境，工作狀態(tài)等因素的影響）。另外，有些品牌的傳感器使用的是電解溶液，這就需要定期填充電解液。
電化學(xué)氣體傳感器的保護(hù)
電化學(xué)氣體傳感器大都是以水溶液作為電解質(zhì)，電解質(zhì)的蒸發(fā)或污染，常會導(dǎo)致傳感器的信號下降，使用壽命短；由于在空氣中有被測物質(zhì)存在，傳感器中的有效成分被消耗，因此傳感器一旦被啟封，就視為參加了使用，即使沒用于測量，它的生命也在縮短；電化學(xué)型氣體傳感器的壽命期望值為2年，使用不當(dāng)它的壽命可能更短，而傳感器更換的費用較高。因此如何保證其使用壽命，傳感器的正確維護(hù)對煙氣分析儀的使用尤為重要。
傳感器長時間暴露在煙氣中會極大影響使用壽命，只有短時間與被測對象接觸，長期處于新鮮的空氣中即可維護(hù)其正常使用壽命。因此，儀器開機(jī)時，一定要在清潔的空氣中。測量完畢后，不要立即關(guān)機(jī)，儀器必須在清潔空氣保持運行時間5～10min，待儀器氣體顯示值降至10單位以下，保持儀器內(nèi)部處于新鮮空氣的環(huán)境，方可關(guān)機(jī)或停泵，否則，傳感器容易“中毒”并加速傳感器的損耗。
對于裝有粉塵過濾裝置的儀器，要及時更換過濾芯，避免粉塵進(jìn)入傳感器內(nèi)，污染傳感器。對于便攜式儀器，不論儀器是否經(jīng)常使用，至少每隔2～3周充電一次，且采樣時電池電量不應(yīng)低于30％。
有些廠商安裝了兩個泵：抽氣泵和內(nèi)置的清洗泵，在儀器連續(xù)監(jiān)測一段時間后，抽氣泵會關(guān)閉，在儀器內(nèi)部的清洗泵會自動開啟，抽取儀器周圍的清潔空氣，使儀器的傳感器得到充分的清洗，這樣也延長了傳感器的使用壽命。
電化學(xué)氣體傳感器的應(yīng)用
電化學(xué)氣體傳感器應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可用于化工、采礦、軍事等行業(yè)的安全檢測、環(huán)保監(jiān)測、生產(chǎn)過程控制等。這種電化學(xué)氣體傳感器具有體積小、檢測速度快、準(zhǔn)確、便于攜帶、可現(xiàn)場直接檢測和連續(xù)檢測等優(yōu)點，優(yōu)于過去在以上行業(yè)占主導(dǎo)地位的光學(xué)和光譜等氣體檢測方法。它對于改善人類的生活環(huán)境，保障人們身心健康有著重要的現(xiàn)實意義，因此具有良好的市場前景。