電化學(xué)傳感器

電化學(xué)傳感器用于測量各種化學(xué)成分的儀器01工作原理應(yīng)用組成壓力與溫度目錄03020405選擇性小結(jié)預(yù)期壽命目錄0706基本信息最早的電化學(xué)傳感器可以追溯到20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)用于氧氣監(jiān)測。到了20世紀(jì)80年代中期，小型電化學(xué)傳感器開始用于檢測PEL范圍內(nèi)的多種不同有毒氣體，并顯示出了良好的敏感性與選擇性。為保護(hù)人身安全起見，各種電化學(xué)傳感器廣泛應(yīng)用于許多靜態(tài)與移動(dòng)應(yīng)用場合。工作原理工作原理電化學(xué)傳感器通過與被測氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號來工作。典型的電化學(xué)傳感器由傳感電極（或工作電極）和反電極組成，并由一個(gè)薄電解層隔開。氣體首先通過微小的毛管型開孔與傳感器發(fā)生反應(yīng)，然后是疏水屏障層，最終到達(dá)電極表面。采用這種方法可以允許適量氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，以形成充分的電信號，同時(shí)防止電解質(zhì)漏出傳感器。穿過屏障擴(kuò)散的氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，傳感電極可以采用氧化機(jī)理或還原機(jī)理。這些反應(yīng)由針對被測氣體而設(shè)計(jì)的電極材料進(jìn)行催化。通過電極間連接的電阻器，與被測氣濃度成正比的電流會在正極與負(fù)極間流動(dòng)。測量該電流即可確定氣體濃度。由于該過程中會產(chǎn)生電流，電化學(xué)傳感器又常被稱為電流氣體傳感器或微型燃料電池。在實(shí)際中，由于電極表面連續(xù)發(fā)生電化發(fā)應(yīng)，傳感電極電勢并不能保持恒定，在經(jīng)過一段較長時(shí)間后，它會導(dǎo)致傳感器性能退化。為改善傳感器性能，人們引入了參考電極。參考電極安裝在電解質(zhì)中，與傳感電極鄰近。固定的穩(wěn)定恒電勢作用于傳感電極。參考電極可以保持傳感電極上的這種固定電壓值。參考電極間沒有電流流動(dòng)。氣體分子與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)測量反電極，測量結(jié)果通常與氣體濃度直接相關(guān)。施加于傳感電極的電壓值可以使傳感器針對目標(biāo)氣體。組成組成電化學(xué)傳感器包含以下主要元件：A.透氣膜（也稱為疏水膜）：透氣膜用于覆蓋傳感（催化）電極，在有些情況下用于控制到達(dá)電極表面的氣體分子量。此類屏障通常采用低孔隙率特氟隆薄膜制成。這類傳感器稱為鍍膜傳感器?；蛘撸部梢杂酶呖紫堵侍胤∧じ采w，而用毛管控制到達(dá)電極表面的氣體分子量。此類傳感器稱為毛管型傳感器。除為傳感器提供機(jī)械性保護(hù)之外，薄膜還具有濾除不需要的粒子的功能。為傳送正確的氣體分子量，需要選擇正確的薄膜及毛管的孔徑尺寸。孔徑尺寸應(yīng)能夠允許足量的氣體分子到達(dá)傳感電極?？讖匠叽邕€應(yīng)該防止液態(tài)電解質(zhì)泄漏或迅速燥結(jié)。B.電極：選擇電極材料很重要。電極材料應(yīng)該是一種催化材料，能夠執(zhí)行在長時(shí)間內(nèi)執(zhí)行半電解反應(yīng)。通常，電極采用貴金屬制造，如鉑或金，在催化后與氣體分子發(fā)生有效反應(yīng)。視傳感器的設(shè)計(jì)而定，為完成電解反應(yīng)，三種電極可以采用不同材料來制作。C.電解質(zhì)：電解質(zhì)必須能夠進(jìn)行電解反應(yīng)，并有效地將離子電荷傳送到電極。它還必須與參考電極形成穩(wěn)定的參考電勢并與傳感器內(nèi)使用的材料兼容。如果電解質(zhì)蒸發(fā)過于迅速，傳感器信號會減弱。D.過濾器：有時(shí)候傳感器前方會安裝洗滌式過濾器以濾除不需要的氣體。過濾器的選擇范圍有限，每種過濾器均有不同的效率度數(shù)。多數(shù)常用的濾材是活性炭?；钚蕴靠梢詾V除多數(shù)化學(xué)物質(zhì)，但不能濾除一氧化碳。通過選擇正確的濾材，電化學(xué)傳感器對其目標(biāo)氣體可以具有更高的選擇性。應(yīng)用應(yīng)用1、濕度傳感器濕度是空氣環(huán)境的一個(gè)重要指標(biāo)，空氣的濕度與人體蒸發(fā)熱之間有著密切關(guān)系，高溫高濕時(shí)，由于人體水分蒸發(fā)困難而感到悶熱，低溫高濕時(shí)，人體散熱過程劇烈，容易引起感冒和凍傷。人體最適宜的氣溫是18~22℃，相對濕度為35%～65%RH。在環(huán)境與衛(wèi)生監(jiān)測中，常用于濕球溫濕度計(jì)、手搖濕溫度計(jì)和通風(fēng)濕溫度計(jì)等儀器測定空氣濕度。近年來，大量文獻(xiàn)報(bào)道用傳感器測定空氣濕度。用于測定相對濕度的涂覆壓電石英晶體用傳感器,通過光刻和化學(xué)蝕刻技術(shù)制成小型石英奪電晶體,在AT切割的10MHZ石英晶體上涂有4種物質(zhì),對濕度具有較高的質(zhì)量敏感性.該晶體是振蕩電路中的共振器,其頻率隨質(zhì)量變化,選擇適當(dāng)涂層,該傳感器可用于測定不同氣體的相對濕度.該傳感器的靈敏度、響應(yīng)線性、響應(yīng)時(shí)間、選擇性、滯后現(xiàn)象和使用壽命等取決于涂層化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)。2、氧化氮傳感器氧化氮是氮的各種氧化物所組成的氣體混合物的總稱，常以NOX表示。在氧化氮中，不同形式的氧化氮化學(xué)穩(wěn)定性不同，空氣中常風(fēng)的是化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定的一氧化氮和二氧化氮，它們在衛(wèi)生學(xué)上的意義顯得較其它形式氧化氮更為重要。在環(huán)境分析中，氧化氮一般指一氧化氮二氧化氮。我國監(jiān)測氧化氮的標(biāo)準(zhǔn)方法是鹽酸萘乙二胺比色法，方法靈敏度為0.25ug/5ml,方法轉(zhuǎn)換系數(shù)受吸收液組成、二氧化氮濃度、采氣速度、吸收管結(jié)構(gòu)、共存離子及溫度等多種因素的影響，未完全統(tǒng)一。傳感器測定是近年發(fā)展起來的新方法。文獻(xiàn)報(bào)道，用交指型柵極電極場效應(yīng)晶體管的微電子集成電路與化學(xué)活性電子束蒸鍍酞花青銅薄膜相結(jié)合，獲得了新型氣體敏感微傳感器，可選擇性檢測mg/m3級二氧化氮和二惜內(nèi)基甲基膦酸鹽(DIMP)。壓力與溫度壓力與溫度電化學(xué)傳感器受壓力變化的影響極小。然而，由于傳感器內(nèi)的壓差可能損壞傳感器，因此整個(gè)傳感器必須保持相同的壓力。電化學(xué)傳感器對溫度也非常敏感，因此通常采取內(nèi)部溫度補(bǔ)償。但最好盡量保持標(biāo)準(zhǔn)溫度。一般而言，在溫度高于25°C時(shí)，傳感器讀數(shù)較高；低于25°C時(shí)，讀數(shù)較低。溫度影響通常為每攝氏度0.5%至1.0%，視制造商和傳感器類型而定。選擇性選擇性電化學(xué)傳感器通常對其目標(biāo)氣體具有較高的選擇性。選擇性的程度取決于傳感器類型、目標(biāo)氣體以及傳感器要檢測的氣體濃度。最好的電化學(xué)傳感器是檢測氧氣的傳感器，它具有良好的選擇性、可靠性和較長的預(yù)期壽命。其它電化學(xué)傳感器容易受到其它氣體的干擾。干擾數(shù)據(jù)是利用相對較低的氣體濃度計(jì)算得出。在實(shí)際應(yīng)用中，干擾濃度可能很高，會導(dǎo)致讀數(shù)錯(cuò)誤或誤報(bào)警。預(yù)期壽命預(yù)期壽命電化學(xué)傳感器的預(yù)期壽命取決于幾個(gè)因素，包括要檢測的氣體和傳感器的使用環(huán)境條件。一般而言，規(guī)定的預(yù)期壽命為一至三年。在實(shí)際中，預(yù)期壽命主要取決于傳感器使用中所暴露的氣體總量以及其它環(huán)境條件，如溫度、壓力和濕度。小結(jié)小結(jié)電化學(xué)傳感器對工作電源的要求很低。實(shí)際上，在氣體監(jiān)測可用的所有傳感器類型中，它們的功耗是最低的。因此，這種傳感器廣泛用于包含多個(gè)傳感器的移動(dòng)儀器中。它們是有限空間應(yīng)用場合中使用最多的傳感器。傳感器的預(yù)期壽命由其制造商根據(jù)他們認(rèn)為正常的條件進(jìn)行預(yù)測。然而，傳感器的預(yù)期壽命很大程度上取決于環(huán)境污染、溫度及其暴露的