電(diàn)化學毒氣傳(chuán)感器的工作原理

電(diàn)化學毒氣傳(chuán)感器的工作原理

電化學傳(chuán)感器是目前較爲常見的有毒有害氣體檢測(cè)元件。與其他檢測(cè)原理的氣體傳(chuán)感器（半導體氣體傳(chuán)感器、催化燃燒式氣體傳(chuán)感器
、紅外氣體傳(chuán)感器等）相比較而言，電化學傳(chuán)感器具有選擇性好、靈敏度高、響應時間短、性能穩定、耗電低、線性和重複性較好等優點，在當前的氣體快速檢測(cè)領域被廣泛應用。

 

一般說來，電化學氣體傳(chuán)感器包括下面幾部分：可以滲過氣體但不能滲過液體的擴散式防水透氣膜；酸性電解液（一般爲硫酸或磷酸）槽；工作電極；對電極；參(cān)比電極（三電極設計）；有些傳(chuán)感器還包括一個可以濾除幹擾組份的濾膜。

擴散進入傳感器的氣體在工作電極表面發生氧化或還原反應，在對電極發生與之相應的逆反應，在外部電路上形成電流。由於(yú)氣體進入傳感器的速度由栅孔控制
，所以産生的電流與傳感器外氣體濃度成比例，就可以直接測(cè)量當前毒氣含量。

 

爲瞭(le)讓反應能夠發生，工作電極的電位必須保持在一個特定的範圍内。但氣體的濃度增加時，反應電流也增加，於導緻對電極電位改變（極化）。由於兩電極是通過一個簡單的負荷電阻連接起來的，雖然工作電極的電位也會随著(zhe)對電極的電位一起變化。如果氣體的濃度不斷地升高，工作電極的電位 很終有可能移出其允許範圍。至此傳感器輸出信号将不再呈線性，因此兩電極氣體傳感器檢測的上限濃度受到一定限制。

 

對電極的極化所受的限制可以用引進第三電極（參(cān)考電極）和利用一外部的恒電位工作電路來予以避免。在這樣一種裝置中，參(cān)考電極中無電流流過，因此這兩個電極均維持在一恒定的電位
。對電極則仍然可以進行極化，但對傳感器而言已不産生任何限制作用。因此三電極傳感器所能檢測(cè)濃度範圍要比兩電極大得多。

 

下面以一氧化碳電化學傳(chuán)感器爲例描述一下它的檢測(cè)機理。

CO 在工作電(diàn)極(jí)上的氧化：

CO + H2O → CO2 + 2H+ + 2e對(duì)電(diàn)極通過将空氣或水中的氧氣還原對(duì)此進行平衡。

1/2 O2 + 2H+ +2 e- → H2O

傳(chuán)感器中總的反應就可寫(xiě)成：

2CO + O2 → 2CO2

 

在檢測(cè)過程中消耗的物質僅僅是 CO 分子、電能和氧氣，這也是非消耗型傳感器壽命較長(zhǎng)的原因。傳感器的壽命同它所測(cè)量污染物無關，在檢測(cè)過程中傳感器本身沒有任何的消耗，其它氣體電化學傳感器也同樣是這種非消耗型設計，包括：氯氣、氫氣、硫化氫、二氧化氮、磷化氫和二氧化硫等等。有些有毒氣體（如氨和氰化氫）的測(cè)定使用的是間接方法，它通過消耗傳感器中的物質，比如金的傳感電極，來建立某種測(cè)量關系。

 

2HCN + Au → HAu(CN)2 + H+ + e在這種情況下，由於(yú)測(cè)量會消耗電極材料，這類傳感器的壽命同它所暴露的濃度有很大的關系，所以這一類傳感器不适用於(yú)高濃度環境或者長時間暴露環境。