電化學(xué)氣體傳感器作為氣體檢測(cè)技術(shù)中的一種核心設(shè)備，憑借其高靈敏度、選擇性和穩(wěn)定性，在氣體泄漏檢測(cè)、空氣質(zhì)量監(jiān)控、醫(yī)療診斷以及科研實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。下面就跟隨道合順傳感一起來(lái)了解電化學(xué)氣體傳感器的基本概念、工作原理、主要分類(lèi)及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)吧。
一、電化學(xué)氣體傳感器概述
電化學(xué)氣體傳感器是一種能夠檢測(cè)特定氣體濃度并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出的裝置。它基于電化學(xué)反應(yīng)原理，通過(guò)測(cè)量電極間電流的變化來(lái)間接反映氣體濃度。這類(lèi)傳感器通常對(duì)目標(biāo)氣體具有高選擇性和靈敏度，適用于多種應(yīng)用環(huán)境，包括工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、家庭安全和醫(yī)療健康等領(lǐng)域。
二、工作原理詳解
電化學(xué)氣體傳感器的工作原理涉及到一個(gè)電化學(xué)電池，這個(gè)電池包含一個(gè)工作電極（WE）、一個(gè)對(duì)電極（CE）和一個(gè)參比電極（RE）。當(dāng)目標(biāo)氣體分子到達(dá)傳感器的工作電極表面時(shí)，它們會(huì)參與氧化或還原反應(yīng)。在氧化反應(yīng)中，氣體分子失去電子；在還原反應(yīng)中，氣體分子獲得電子。這些電子的流動(dòng)形成電流，而電流的大小與氣體濃度成正比。通過(guò)對(duì)電流的測(cè)量，可以間接地測(cè)定氣體的濃度。例如，氧氣(O2)在電極上被還原成水(H2O)，或一氧化碳(CO)被氧化成二氧化碳(CO2)。這些反應(yīng)產(chǎn)生電子，電子流經(jīng)外部電路，形成電流。電流的大小與氣體濃度直接相關(guān)，因此可以通過(guò)測(cè)量電流強(qiáng)度來(lái)確定氣體的濃度。
三、電化學(xué)氣體傳感器的分類(lèi)大全
按工作原理分類(lèi):
原電池型氣體傳感器: 這類(lèi)傳感器類(lèi)似于干電池，但電極被氣體電極替代，例如氧氣傳感器中，氧氣在陰極被還原，而在陽(yáng)極金屬被氧化，電流與氣體濃度成正比。
恒電位電解池型氣體傳感器: 在這類(lèi)傳感器中，電化學(xué)反應(yīng)是由外加電壓強(qiáng)制進(jìn)行的，主要用于檢測(cè)還原性氣體，如一氧化碳、硫化氫、氫氣等。
濃差電池型氣體傳感器: 利用兩種不同濃度的氣體在電極間產(chǎn)生的電勢(shì)差來(lái)進(jìn)行測(cè)量。
極限電流型氣體傳感器: 當(dāng)氣體在電極上反應(yīng)時(shí)，電流達(dá)到一個(gè)極限值，這個(gè)值與氣體濃度有關(guān)。
按傳感器的結(jié)構(gòu)分類(lèi):
分離型傳感器: 如離子傳感器，其中液膜或固體膜具有接受器功能，膜完成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換功能，接受和轉(zhuǎn)換部位是分離的。
集成型傳感器: 所有組件，包括電極、電解質(zhì)和封裝材料，都集成在一個(gè)單元中。
按應(yīng)用領(lǐng)域分類(lèi):
爆炸性氣體傳感器：如液化氣、煤氣、甲烷等。
有毒氣體傳感器：如一氧化碳、硫化氫、氨氣、鹵化物等。
環(huán)境氣體傳感器：如氧氣、二氧化碳、水蒸氣、大氣污染物等。
工業(yè)氣體傳感器：如一氧化碳、氧氣、水蒸氣等。
乙醇?xì)怏w傳感器：如乙醇。
按電極和操作模式分類(lèi):
伽伐尼電池式傳感器: 基于自發(fā)的電化學(xué)反應(yīng)。
定電位電解式氣體傳感器: 通過(guò)控制電極電位來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)速度。
燃料電池型氣體傳感器: 利用氣體的氧化還原反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電力。
每種類(lèi)型的電化學(xué)氣體傳感器都有其特定的設(shè)計(jì)和最佳應(yīng)用范圍，選擇合適的傳感器類(lèi)型對(duì)于確保準(zhǔn)確的氣體測(cè)量至關(guān)重要。例如，原電池型傳感器適合于氧氣濃度的連續(xù)監(jiān)測(cè)，而恒電位電解池型傳感器則更適合于檢測(cè)有毒氣體。
四、結(jié)構(gòu)圖解與組件功能
電化學(xué)氣體傳感器的核心結(jié)構(gòu)主要包括：
工作電極(WE)：參與電化學(xué)反應(yīng)，是氣體分子轉(zhuǎn)化成電流的關(guān)鍵部位。
對(duì)電極(CE)：輔助工作電極完成電荷轉(zhuǎn)移，保持電荷平衡。
參比電極(RE)：提供穩(wěn)定的電勢(shì)參考點(diǎn)，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。
電解質(zhì)：連接電極，提供離子傳輸?shù)慕橘|(zhì)，使電子傳遞得以進(jìn)行。
透氣膜：允許氣體分子通過(guò)，同時(shí)阻止液體或其他雜質(zhì)進(jìn)入傳感器內(nèi)部。
