1.電化學型氣體傳感器的結構

     電化學式氣體傳感器，主要利用兩個電（diàn）極間（jiān）的化（huà）學電位差，一個在氣體中測量氣體濃度，另一個是固定的參比電極。電化學式傳感器采用恒電（diàn）位電解（jiě）方（fāng）式和伽伐尼電池方式工作。有（yǒu）液體電解質（zhì）和固體電解質，而液體電解質有分為電位型和電流型。電位型是利用電（diàn）極電（diàn）勢和氣體濃度之（zhī）間的關係進（jìn）行測量；電流型采（cǎi）用極限電流原理，利用氣體通（tōng）過薄層透（tòu）氣膜或毛（máo）細孔擴散作為限流措施，獲得穩定的傳質（zhì）條件，產（chǎn）生正（zhèng）比於氣體濃度或分（fèn）壓的極（jí）限擴散電流。

       電化學傳感器有兩電極和三電極（jí）結（jié）構，主要區別在於有無參比電極。兩（liǎng）電極CO傳感器沒有參比（bǐ）電極，結構簡單（dān），易於設計和製造，成（chéng）本較低適用於低（dī）濃度CO的檢測和報警；三電極CO傳感器（qì）引入參比電極，使傳感（gǎn）器具有較大的量程和良好的精度，但參比電極的（de）引入增加了製造工序（xù）和材料成本，所以三電極CO傳感器的價格高於兩電極CO傳感器，主要用於工業領域。兩電極電化學CO傳感器主要由電極、電解液、電解液的保持材料、除去幹涉氣體的過濾（lǜ）材料、管腳等（děng）零部（bù）件組成。

2.電化學傳感器工（gōng）作原理

      電化學氣體傳（chuán）感器是一種化學傳感器，按（àn）照工作原理一般分為：

     a.在（zài）保持電極和電解質溶液的界麵為某恒電位時，將氣（qì）體直接氧化或還原，並將流過外電路的（de）電流作為傳感器（qì）的輸出；

     b.將溶解於電解質溶液並離子（zǐ）化的氣態物質的離子作用與離子電極，把由此產生的電動勢作為傳感器輸出；

     c.將氣體與電解質溶液反應而產生的電解電流作為（wéi）傳感器輸出；

     d.不用電解（jiě）質溶液，而用有機電（diàn）解質、有機凝膠電解質、固體電解質、固體聚（jù）合物（wù）電解質等材料製作傳感器（qì）。

2.1恒電（diàn）位電解式氣體傳感器

      恒電位電解式氣體傳感器的原理是：使電極與電解質溶液的界麵保持一定電位（wèi）進行電解，通過改變其設定（dìng）電位，有選擇的使氣體進行氧化或還原，從而能（néng）定（dìng）量檢測各種（zhǒng）氣體。對於特定氣體來說，設定電位由其固有的氧化還原（yuán）電位決定，但又隨（suí）電解時作用電極的材質、電解質的種類不同而變化。電解電流和（hé）氣體濃度之間的關係如下式表示：

I=（nfADC）/σ

式中：I-電解電流；n-1mol氣體產（chǎn）生的電子數；f-法拉第常數；A-氣體擴散麵積；D-擴散（sàn）係數；C-電解質溶液（yè）中電解的氣體濃度；σ-擴散層的厚度。

      在統一傳感器中，n、f、A、D及（jí）σ是（shì）一定（dìng）的，電解（jiě）電流與氣體濃度成正（zhèng）比。

       自20世（shì）紀50年代出（chū）現CIDK電極以來，控製電位電化學氣體傳感器在結構、性能（néng）和用途等方麵都得到了很（hěn）大的（de）發展。20世紀70年代初，市場上就有了31檢測器。有先後出現了CO、NxOY（氮氧化物）、H2S檢測儀器等產品。這些氣體（tǐ）傳感器（qì）靈敏度（dù）是（shì）不同的，一般是H2S》NO》NOb》Sq》CO，響應時間（jiān）一般為幾秒至幾十秒，大多數小於1min；他們的壽命（mìng）相差很大，短的隻有半年，有的CO監測（cè）儀實際壽命已（yǐ）近10年。影響這類傳感器壽（shòu）命的主要因素為：電極受淹、電解質幹（gàn）枯、電極催化（huà）劑（jì）晶體長大、催化劑中毒和傳感器使用方法等。

      以CO氣體監測為例來說（shuō）明這種傳感器隔（gé）膜（mó）工作電極對比電極（jí）的結構（gòu）和（hé）工作原理。在容器內的相對兩壁，安置工作電極和對比電極（jí），其內充滿電解質溶液構成一密（mì）封結構。工作電（diàn）極和對（duì）比電極之間的（de）電流（liú）是I，恒電位電解式氣體傳感器的（de）基本構造根據此電流值就可知CO氣（qì）體的濃度（dù）。這種（zhǒng）方式的傳感（gǎn）器可用（yòng）於檢測各種可燃（rán）性氣體和毒氣（qì），如H2S、NO、NOb、Sq、HCl、Cl2、PH3等，還能檢測血（xuè）液（yè）中的氧濃度。

2.2離子電極式（shì）氣（qì）體傳感器

      離子電極式氣體傳感器的工作（zuò）原理是：氣態物（wù）質溶解於電解質溶液並離解（jiě），離解生成的離子（zǐ）作用於離子電極產生電動勢，將（jiāng）此電動勢取出以代表氣體濃度。這種方式的傳（chuán）感器是有工作電極、對（duì）比電極、電解液和隔膜等構成的。

       現以（yǐ）檢測NH3傳感器（qì）為例說（shuō）明這種氣體傳感器的（de）工作原理。作用電極是可測定pH的（de）玻璃電極，參比電極是A8電極，內部溶液是NIkCE溶液（yè）。NEACt離解，產（chǎn）生銨（ǎn）離子NH4+，同時水也（yě）微弱離解，生成氫離子H+，而NH4+與H+保持平衡。將傳感器侵入NH3中，NH3將（jiāng）通過隔膜向內部滲透，NH3增加，而H+減少，即（jí）pH增加。通過玻璃電極檢測此PH的（de）變化，就能知道（dào）NH3濃度。除NH3外，這種傳（chuán）感器海能檢測HCN（氰（qíng）化氫）、H2S、Sq、C02等氣體。

      離子電（diàn）極式氣體傳感器出現得較早（zǎo），通過檢測離子極化電流（liú）來檢測氣體的體積分數，電化學式氣體傳感器主要的有點（diǎn）是檢測氣體的靈敏度高、選擇性（xìng）好。

2.3電量式（shì）氣體傳感器

      電量式氣體傳感器的原理是：被測氣體與電解質溶液反應生成（chéng）電解電流，將此電流作（zuò）為傳感器輸出，來檢測氣（qì）體濃度，其工作電極、對比電極都是Pt電極。

       現以檢測C12為例來說明這種傳感器的工作原理。將溴化物MBr（M是一價（jià）金屬）水溶液（yè）介於兩個鉑電極之（zhī）間，其（qí）離解成比（bǐ），同時水也離解成（chéng）H+，在兩鉑（bó）電極間加上（shàng）適當電壓，電流開始流動，後因H+反應產生了H2，電（diàn）極間發生極化，發生反應，其結果，電極部分的H2被極化解除，從而產生電流。該電流（liú）與H2濃（nóng）度成正比，所以檢測該電流就能檢測Cl2濃度。除Cl2外，這種方式的傳（chuán）感器還可以檢測H2S等氣體。

3.電化學傳感器的檢測

       電化學型氣體傳感器可分（fèn）為（wéi）原電（diàn）池式、可控電位電解（jiě）式、電量式和離子電極式四種類型（xíng）。

      a原電池式氣體傳（chuán）感器通過檢測電（diàn）流來（lái）檢測氣體的體積分數，市售的檢測缺氧（yǎng）的（de）儀器幾乎都配有這種傳感器。

      b可控電解式傳感器是通過檢測電解時流過（guò）的電流來檢測氣體的體積分數，和原電池式不同的是，需要由外（wài）界施（shī）加特定電壓，除了能檢測CO、NO、NO2、O2、SO2等（děng）氣體（tǐ）外，還能檢測血液中的氧體積分數。

      c電量式（shì）氣體傳感器是通過被測氣（qì）體與電解質反應產生的電流來（lái）檢測氣體的體積分數。

     d離子電（diàn）極式氣體傳感器出現（xiàn）得較早，通過檢測離子極化電流來檢測氣體的體積分數。電化學式氣（qì）體傳感器主要的優點是檢測氣體的靈敏度高、選擇性好。

       綜上所述，不同種類的氣體傳感器適用於不同氣體檢（jiǎn）測（cè）與控製的需求，隨著現代工業（yè）的發展，尤其是綠色環（huán）保理念的不（bú）斷加強，氣體傳感器技術的開發應用必將具有非常廣闊的發展前景。兩電極電化學CO傳感器，是近年來研究的熱點，屬於國際上先進（jìn）的傳感器技術，通過實驗（yàn）研究，在電極、過濾層（céng）、電解質等（děng）材料（liào）選擇和結構的設計中，攻（gōng）克了影響傳感器壽命的諸多技術難題，研製成功了具有實用意義的新型CO傳感器，它必將在CO氣（qì）體檢測領域發（fā）揮（huī）積極的作用。