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应用手册AN181223-V1.0

盛密科技（上海）有限公司

电化学传感器通用说明书

1.电化学毒气传感器的工作原理

电化学传感器是目前较为常见的有毒有害气体检测元件。与其他检测原理的气体传感器（半导体气

体传感器、催化燃烧式气体传感器、红外气体传感器等）相比较而言，电化学传感器具有选择性好、灵

敏度高、响应时间短、性能稳定、耗电低、线性和重复性较好等优点，在当前的气体快速检测领域被广

泛应用。

一般说来，电化学气体传感器包括下面几部分：可以渗过气体但不能渗过液体的扩散式防水透气膜；

酸性电解液（一般为硫酸或磷酸）槽；工作电极；对电极；参比电极（三电极设计）；有些传感器还包括

一个可以滤除干扰组份的滤膜。

图1电化学毒气传感器的结构图

扩散进入传感器的气体在工作电极表面发生氧化或还原反应，在对电极发生与之相应的逆反应，在

外部电路上形成电流。由于气体进入传感器的速度由栅孔控制，所以产生的电流与传感器外气体浓度成

比例，就可以直接测量当前毒气含量。

为了让反应能够发生，工作电极的电位必须保持在一个特定的范围内。但气体的浓度增加时，反应

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电流也增加，于是导致对电极电位改变（极化）。由于两电极是通过一个简单的负荷电阻连接起来的，虽

然工作电极的电位也会随着对电极的电位一起变化。如果气体的浓度不断地升高，工作电极的电位最终

有可能移出其允许范围。至此传感器输出信号将不再呈线性，因此两电极气体传感器检测的上限浓度受

到一定限制。

对电极的极化所受的限制可以用引进第三电极（参考电极）和利用一外部的恒电位工作电路来予以

避免。在这样一种装置中，参考电极中无电流流过，因此这两个电极均维持在一恒定的电位。对电极则

仍然可以进行极化，但对传感器而言已不产生任何限制作用。因此三电极传感器所能检测浓度范围要比

两电极大得多。

下面以一氧化碳电化学传感器为例描述一下它的检测机理。

CO在工作电极上的氧化：

+-

CO+HO→CO+2H+2e

22

对电极通过将空气或水中的氧气还原对此进行平衡。

+-

1/2O+2H+2e→HO

22

传感器中总的反应就可写成：

2CO+O→2CO

22

在检测过程中消耗的物质仅仅是CO分子、电能和氧气，这也是非消耗型传感器寿命较长的原因。

传感器的寿命同它所测量污染物无关，在检测过程中传感器本身没有任何的消耗，其它气体电化学传感

器也同样是这种非消耗型设计，包括：氯气、氢气、硫化氢、二氧化氮、磷化氢和二氧化硫等等。

有些有毒气体（如氨和氰化氢）的测定使用的是间接方法，它通过消耗传感器中的物质，比如金的

传感电极，来建立某种测量关系。

+-

2HCN+Au→HAu(CN)+H+e

2

在这种情况下，由于测量会消耗电极材料，这类传感器的寿命同它所暴露的浓度有很大的关系，所

以这一类传感器不适用于高浓度环境或者长时间暴露环境。

2.常用术语

灵敏度（Sensitivity）

气体传感器的灵敏度通常是指其输出变化量（电信号）与被测输入变化量（气体浓度）的比值。对

毒气传感器来说，最常见的单位为nA/ppm或者μA/ppm。