电化学式气体传感器

相当一部分的可燃性的、有毒有害气体都有电化学活性，可以被电化学氧化或者还原。电化学式气体传感器便是利用这些反应分辨气体成分、检测气体浓度[15-17]。

在20世纪50年代，便已经出现了用于氧气监测的电化学式气体传感器的雏形。到了20世纪80年代中期，小型电化学传感器开始用于检测PEL范围内的多种不同有毒气体，并显示出了良好的敏感性与选择性。

电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化学传感器由传感电极（或工作电极）和反电极组成，并由一个薄电解层隔开。气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应，然后是憎水屏障，最终到达电极表面。采用这种方法可以允许适量气体与传感电极发生反应，以形成充分的电信号，同时防止电解质漏出传感器。

穿过屏障扩散的气体与传感电极发生反应，传感电极可以采用氧化机理或还原机理。这些反应由针对被测气体而设计的电极材料进行催化。通过电极间连接的电阻器，与被测气浓度成正比的电流会在正极与负极间流动。测量该电流即可确定气体浓度。由于该过程中会产生电流，电化学传感器又常被称为电流气体传感器或微型燃料电池。在实际中，由于电极表面连续发生电化发应，传感电极电势并不能保持恒定，在经过较长一段时间后，它会导致传感器性能退化。

为改善传感器性能，人们引入了参考电极。参考电极安装在电解质中，与传感电极邻近。固定的稳定恒电势作用于传感电极。参考电极可以保持传感电极上的这种固定电压值。参考电极间没有电流流动。气体分子与传感电极发生反应，同时测量反电极，测量结果通常与气体浓度直接相关。施加于传感电极的电压值可以使传感器针对目标气体。

电化学传感器对工作电源的要求很低。实际上，在气体监测可用的所有传感器类型中，它们的功耗是最低的。因此，这种传感器广泛用于包含多个传感器的移动仪器中。它们是有限空间应用场合中使用最多的传感器。

电化学传感器通常对其目标气体具有较高的选择性。选择性的程度取决于传感器类型、目标气体以及传感器要检测的气体浓度。

最好的电化学传感器是检测氧气的传感器，它具有良好的选择性、可靠性和较长的预期寿命。其他电化学传感器容易受到其他气体的干扰。干扰数据是利用相对较低的气体浓度计算得出。在实际应用中，干扰浓度可能很高，会导致读数错误或误报警。

传感器内电池的电解质是一种水溶剂，用憎水屏障予以隔离，憎水屏障具有防止水溶剂泄漏的作用。然而，和其他气体分子一样，水蒸汽可以穿过憎水屏障。在大湿度条件下，长时间暴露可能导致过量水分蓄积并导致泄漏。在低潮湿条件下，传感器可能燥结。电化学传感器对温度也非常敏感，因此通常采取内部温度补偿。

目前电化学传感器的主要供应商遍布全世界，主要在德国（IT公司）、日本（FIGARO费加罗公司）、美国，最近新加入几个欧洲供应商有英国（Alpha）、瑞士（membrapor）等。中国在这个领域起步很早，但是产业化进程效果不佳。