检测特定化学物质的电化学气体传感器工作原理
电化学传感器是一种定量检测特定化学物质作为氧化或还原电流的装置。电化学传感器具有测量程序简单、响应时间短、灵敏度和选择性足够等优点。尽管利用化学反应将目标物质转化为可检测物质的化学传感器系统(例如,通过紫外可见光谱法)已经获得了相当高的灵敏度,但由于目标物质的间接检测,它们对于原位测量是不可行的。
电化学气体传感器(有时称为电化学分析仪或电化学有毒气体探测器)旨在测量外部电路中特定气体(如氧气或一氧化碳)的浓度。在下面的文章中,我们将概述它们是如何工作的,以及电化学气体传感器的工作原理特性。
电化学气体传感器的工作原理:
电化学气体传感器通常由工作(即感测)电极、反电极和参比电极组成,所有这些电极都包含在具有气体渗透膜的外壳中。在感测操作期间,它被浸入电解液中。这些组件合在一起,使它能够执行其功能。
薄膜允许气体(而不是液体)进入传感器。当气体到达工作电极时,将发生电化学反应——氧化或还原,这取决于气体的类型。该反应引发工作电极和反电极之间的电子流(即电流)。氧化将电子从工作电极移动到反电极,而还原将电子从反电极移动到工作电极。
在任何情况下,产生的电流与目标气体的浓度成正比。然后,根据校准放大和处理电流,为用户提供百万分之一(PPM)或体积百分比的读数。如果没有检测到目标气体,大多数电化学传感器显示读数为零。然而,与催化珠传感器不同,该传感器需要平衡或调零。
虽然电化学传感器设计用于识别特定的气体,但大多数传感器都有一定程度的交叉敏感性。这种现象是指传感器对目标气体以外的气体的反应,通常是因为非目标气体的化学反应性大于目标气体。在某些情况下,非目标气体可以掩盖目标气体的存在。由于这些原因,在操作期间使用滤波器和偏置电压以最小化交叉灵敏度对读取精度的影响是很重要的。
电化学传感器所依赖的化学过程的速率与温度成正比。因此,温度变化会影响传感性能。为了在更广泛的环境条件下获得更高的读数精度,建议采用某种形式的温度补偿。