关于电化学传感器工作原理特性形成的电流转换
电化学传感器是在离子传导的基础上制成的。根据其电特性的形成,电化学传感器可分为电位传感器、电导传感器、电传感器、极谱传感器和电解传感器。电化学传感器主要用于分析气体、液体或溶解在液体中的固体成分,测量液体的pH值、电导率和氧化还原电位。
随着电子技术和检测技术的发展,各种类型的传感器越来越多地应用于各个行业。基于电化学原理的传感器已广泛应用于化工、煤炭、环保、卫生等部门的有害气体检测。电化学传感器因其结构简单、成本低廉而在有害气体检测中发挥着重要作用。
所谓电化学传感器,是指被测气体进入后,在传感器内部发生电化学反应,从而将被测气体的侧含量转化为电流(或电压)信号并输出。然而,即使传感器处于清洁的环境空气中,传感器的输出信号也常常不为零。通常,这个电流信号被称为背景电流或初始电流。这是一个随机信号,其不稳定性首先受温度变化的影响,其次与作用时间有关。该值有时比检测到的信号大几倍。因此,消除传感器背景电流的影响是提高测量精度的重要环节,必须引起重视。
消除电化学传感器背景电流影响的方法很多。在一些袖珍便携式有害气体检测仪中,通常采用硬件补偿,即在传感器的检测电路中加入适当的补偿电路。
电化学传感器通过与被测气体反应并产生与气体浓度成比例的电信号来工作。典型的电化学传感器由被薄电解层隔开的传感电极和反电极组成。
首先,气体通过微小的毛细管开口与传感器发生反应,然后是疏水阻挡层,最后到达电极表面。使用这种方法,适量的气体可以与传感器电极反应形成足够的电信号,同时可以防止电解液从传感器中泄漏出来。
通过阻挡层扩散的气体与传感器电极反应,传感器电极可以采用氧化机制或还原机制。这些反应由为被测气体设计的电极材料催化。
通过连接在电极之间的电阻器,与待测气体浓度成比例的电流将在阳极和阴极之间流动。气体浓度可以通过测量电流来确定。由于在这个过程中产生电流,电化学传感器通常被称为电流气体传感器或微型燃料电池。
在实际应用中,由于电极表面不断发生电化学反应,感应电极的电位不可能保持恒定。时间长了传感器性能会下降。为了提高传感器的性能,引入了参比电极。
参比电极安装在电解液中,与传感电极相邻。一个稳定的恒定电位作用在传感电极上。参考电极可以在感测电极上保持这个固定的电压值。参比电极之间没有电流流动。气体与传感电极反应,同时测量反电极。测量结果通常与气体浓度直接相关。施加到传感器电极的电压可以使传感器瞄准目标气体。