電化學(xué)氣體傳感器的工作原理

　　小小的傳感器中，是被水性凝膠電解質(zhì)（一般是硫酸：H2SO4）浸濕的電極，當(dāng)所探測(cè)的氣體（比如一氧化碳：CO，或者硫化氫：H2S）進(jìn)入傳感器內(nèi)與電解質(zhì)發(fā)生氧化或者濃度變化時(shí)，工作電極在催化劑作用下產(chǎn)生微弱電流。電流經(jīng)過(guò)與傳感器相連接的放大器放大，從而顯示目標(biāo)區(qū)域的氣體濃度。

　　電化學(xué)傳感器典型結(jié)構(gòu)圖

　　大多數(shù)電化學(xué)氣體傳感器應(yīng)用于擴(kuò)散模式，在這種模式下，周圍環(huán)境中的氣體樣本通過(guò)傳感器正面的小孔進(jìn)入傳感器（通過(guò)氣體分子自然流動(dòng)）。而有些設(shè)備通過(guò)一個(gè)抽氣泵將空氣/氣體樣本抽進(jìn)傳感器內(nèi)。在氣孔部位安裝有聚四氟乙烯薄膜來(lái)阻擋水或油進(jìn)入傳感器內(nèi)。傳感器的測(cè)量范圍和靈敏度可以通過(guò)在設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)整進(jìn)氣孔尺寸隨之變化。大一些的進(jìn)氣孔可以提高設(shè)備的靈敏度和分辨率，而小一些的進(jìn)氣孔雖然降低了靈敏度和分辨率，但是可增大測(cè)量范圍。

　　氧氣傳感器的工作原理與之前所描述的電化學(xué)氧氣傳感器工作原理類似，但是，氧氣傳感器的使用年限是可預(yù)測(cè)的，所以，更換周期也可以進(jìn)行預(yù)設(shè)——一般為2~3年。與有毒氣體傳感器不同，氧氣傳感器長(zhǎng)期持續(xù)暴露在目標(biāo)氣體中。在通常的耗氧監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，傳感器工作環(huán)境的氧氣濃度為20.9%，這就會(huì)在鉛陽(yáng)極上引起化學(xué)反應(yīng)，從而造成陽(yáng)極的逐漸消耗。所以，傳感器通過(guò)與氧氣反應(yīng)持續(xù)產(chǎn)生電流的能力取決于電解質(zhì)中鉛的含量。

　　通過(guò)增加“溫度補(bǔ)償”這一關(guān)鍵機(jī)制，氣體探測(cè)設(shè)備制造商確保了傳感器的性能。氣體靈敏度（以及零基線信號(hào)）常常隨著溫度有所變化，所以當(dāng)溫度升降時(shí)，氣體靈敏度呈非線性變化。

　　在研發(fā)氣體探測(cè)設(shè)備的過(guò)程中，人們用了大量時(shí)間將相同的氣體傳感器放置于不同溫度和不同濃度氣體中（溫度在-30℃~+50℃之間）。所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后生成了一個(gè)為氣體探測(cè)器所用的溫度補(bǔ)償算法，以確保傳感器讀數(shù)在整個(gè)操作量程內(nèi)保持一致。