有害氣體傳感器

電化學有害氣體傳感器是一種微燃料電池元件，不必保養(yǎng)而可以有長期的穩(wěn)定性。它是在原有的氧氣傳感器的基礎(chǔ)上改進而得，它可以直接反映出氣體濃度而不必通過分壓來反映。

又由一個低阻抗外部電路連通。擴散進入傳感器的氣體在感應(yīng)電極表面發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，在兩電極間產(chǎn)生一個內(nèi)部電流，電流值對應(yīng)于氧氣濃度，在外部電路中接入一只負載電阻就可以對其進行檢測了。

從電化學概念上來說，傳感器包括兩個電極—感應(yīng)電極和負電極，它們被一層電解質(zhì)薄膜分離開來，它們被一個塑料殼密封起來，只留有一個小孔允許氣體進入感應(yīng)電極，傳感器內(nèi)的電極通過引腳被連接到所應(yīng)用的設(shè)備上。引腳還可以與外部的電阻電路相連，這樣當有電流通過是就可以測出電勢差（圖1）。擴散進入傳感器的氣體在感應(yīng)電極表面發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，在另一電極發(fā)生與之相對的逆反應(yīng)，在外部電路上形成電流。由于氣體進入傳感器的速度由柵孔控制，所以產(chǎn)生的電流與傳感器外氣體濃度成比例，就可以直接測量當前有害氣體含量了。

Figure 1 - Toxic Gas Sensor

其主要特征設(shè)計部件是氣體擴散柵欄，它可以限制進入感應(yīng)電極的氣流，使所有目標氣體都可以到達電極表面與之反應(yīng)，并且具有持續(xù)的化學活性，使得傳感器具有長使用壽命和良好的溫度穩(wěn)定性。

一氧化碳傳感器的電極發(fā)上發(fā)生的反應(yīng)是:

感應(yīng)電極: CO + H₂O  CO₂ + 2H⁺ + 2e^-

逆電極: ½O₂ + 2H⁺ + 2e^-  H₂O

總反應(yīng)方程式: CO + ½O₂  CO₂

類似的反應(yīng)也發(fā)生在能被氧化或還原的所有其它有害氣體。

逆電極發(fā)生的反應(yīng)來看，氧氣顯然是當前反應(yīng)發(fā)生的必需氣體，這些氧氣通常由被空氣混合傳輸至傳感器的前部或通過傳感器兩側(cè)的樣品氣體提供（通常幾千ppm已經(jīng)足夠了）。但是，持續(xù)暴露在無氧氣體樣品中可能導致信號漂移，我們建議不要將有害氣體傳感器與樹脂一起放置或*地浸沒在絕氧氣體混合物中。

在特定情況下，如果傳感器必須經(jīng)常地暴露于高濃度電解質(zhì)中，例如廢氣分析，也許應(yīng)當保證氧氣從另外的通道進入逆電極。CiTiceL?5系列產(chǎn)品中恰恰滿足了這個需要。

能量儲備

設(shè)計任何電化學傳感器時都應(yīng)通過柵板（薄膜或細孔）來限制氣體通過速率，而其它各階段速率都明顯的快得多。所以，為保證電化學反應(yīng)速度，必須使用具有高催化活性的電極材料。

所有CiTiceLs?產(chǎn)品都使用高活性電極，使傳感器具有高活性儲備，保證了傳感器的長期穩(wěn)定性和低漂移性。

三及四電極傳感器

雙電極傳感器是有害氣體傳感器的zui簡單形式。但逆電極的極化限制了它的測量范圍。這時我們再接入一個外部穩(wěn)壓電路加入一個參考電極就可穩(wěn)定感應(yīng)電極電動勢，且參考電極上無電流通過，保持了各自電壓的穩(wěn)定，這樣即使負電極持續(xù)極化下去也不會對感應(yīng)電極有任何影響。

三電極傳感器在電化學傳感器中被zui廣泛地應(yīng)用于有害氣體監(jiān)測。盡管如此，仍有一些應(yīng)用表明三電極設(shè)計并非*合理，例如交叉干擾氣體或溫度引起的零點偏移可能減弱其性能。以下介紹的第四種加入輔助電極的傳感器可以同時測量兩種氣體。

排除交叉干擾

第四種輔助電極能幫助排除其它氣體造成的干擾。通常，一氧化碳傳感器對氫氣有很大的反應(yīng)，所以當存在氫氣時，就會對一氧化碳的測量造成困難。但是，如果使用一個有輔助電極的傳感器，就能使一氧化碳和氫氣在感應(yīng)電極發(fā)生反應(yīng)，不過一氧化碳反應(yīng)*而氫氣只部分反應(yīng)，剩余氫氣分流至輔助電極，這樣感應(yīng)電極上產(chǎn)生的信號反映得的是兩種氣體的濃度，而輔助電極上產(chǎn)生的信號只反映了氫氣的濃度，這樣將它們相減就可得出一氧化碳濃度。而這個過程是由一個模擬電路或一個微處理軟件來完成的。

排除溫度影響

大多數(shù)電化學傳感器在溫度變化時基線信號會成指數(shù)地上升，大約是溫度每上升10°C，信號翻一倍。多數(shù)情況下可以忽略，但如果該應(yīng)用涉及到濃度極低的氣體，譬如O3或監(jiān)測CO，任何一個因溫度引起的基線變化都可能嚴重影響氣體測量的準確性。溫度變化時，感應(yīng)電極和輔助電極的輸出信號會顯示出相應(yīng)的變化，但因為輔助電極沒有暴露于反應(yīng)氣體中，它的輸出與感應(yīng)電極的輸出相減就可以排除溫度影響。這是通常用來計算因溫度變化而造成基線信號變化的有效方法。

廢氣傳感器

四電極技術(shù)使得我們能夠使用一個傳感器來測量一氧化碳和硫化氫。內(nèi)置便攜式的安全設(shè)備對儀器設(shè)計師來說是大好消息。四COSH傳感器與其它的傳感器運作相同，除了它包括兩個傳感電極：一個一氧化碳的，一個硫化氫的。當*個傳感電極*地將硫化氫氧化時一氧化碳擴散進來并被第二個電極氧化。這種四電極設(shè)計使得一個傳感器能夠同時測量兩種氣體并且輸出兩種不同的信號。