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电化学传感器在气体传感器中的应用

发布时间:2020-10-28 08:37 人气: 来源:仁科风速风向传感器
随着科技的发展,气体传感器的应用也日趋广泛,在物联网等泛在应用的推动下,气体传感器的发展方向开始向小型化、集成化、模块化、智能化方向发展。其中电化学传感器由于具备线性输出、低功耗和较好的分辨率等优点,在当今气体检测领域中较为普及。此外,电化学气体传感器相较于其他传感器,拥有较好的测量重复性和精度。经过数十年来技术的发展,电化学气体传感器对特定气体监测有着非常好的选择性。
电化学传感器在一开始的时候是用来监测氧气浓度的,随着科技的演化,开始出现用来监测检测LEL范围内的多种不同有毒气体的电化学传感器,并且电化学传感器在实际应用中也展现出了良好的敏感性与选择性,所以直到现在,电化学传感器还是监测气体浓度的主要传感器。目前,电化学传感器已经被广泛应用在了多个静态与移动应用场合,对场合内的多种气体监测起到了至关重要的作用。下面小编简单介绍下电化学气体常感器的相关知识:
一、电化学传感器的原理
大多数电化学气体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(通过气体分子自然流动)。而有些设备通过一个抽气泵将空气/气体样本抽进传感器内。在气孔部位安装有透气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。
二、电化学传感器的组成
1、透气膜(也称为疏水膜)
透气膜用于覆盖传感(催化)电极,在有些情况下用于控制到达电极表面的气体分子量。此类屏障通常采用低孔隙率特氟隆薄膜制成。这类传感器称为镀膜传感器。或者,也可以用高孔隙率特氟隆膜覆盖,而用毛管控制到达电极表面的气体分子量。此类传感器称为毛管型传感器。除为传感器提供机械性保护之外,薄膜还具有滤除不需要的粒子的功能。为传送正的气体分子量,需要选择正确的薄膜及毛管的孔径尺寸。孔径尺寸应能够允许足量的气体分子到达传感电极。孔径尺寸还应该防止液态电解质泄漏或迅速燥结。
2、电极
选择电极材料很重要。电极材料应该是一种催化材料,能够长时间执行半电解反应。通常,电极采用贵金属制造,如铂或金,在催化后与气体分子发生有效反应。视传感器的设计而定,为完成电解反应,三种电极可以采用不同材料来制作。
3、电解质
电解质必须能够进行电解反应,并有效地将离子电荷传送到电极。它还必须参考电极形成稳定的参考电势并与传感器内使用的材料兼容。如果电解质蒸发过于迅速,传感器信号会减弱。
4、过滤器
有时候传感器前方会安装洗涤式过滤器以滤除不需要的气体。过滤器的选择范围有限,每种过滤器均有不同的效率度数。常用的滤材是活性炭。活性炭可以滤除多数化学物质,但不能滤除一氧化碳。通过选择正确的滤材,电化学传感器对其目标气体可以具有更高的选择性。
三、电化学传感器的工作方法
电化学传感器的工作方法主要为,通过与被测气体产生化学反应并产出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和反电极组成,并由一个薄电解层隔开。气体会通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应,然后通过疏水屏障层到达电极表面。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。

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