1.電化學型氣體傳感（gǎn）器的結構

     電化學式氣體傳感器（qì），主要利用兩個電極間的化學電位差，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（cǎi）用恒電位電解方式和伽伐尼電池方（fāng）式（shì）工作。有液（yè）體電解質（zhì）和固體電解質，而液體電解質有分為電（diàn）位型和電流型。電位型（xíng）是利（lì）用電極電勢和氣體（tǐ）濃度之間的關係進行測量；電流型采用極限電流原理，利用氣體（tǐ）通過薄層透氣膜或毛（máo）細孔擴散作為限（xiàn）流措施，獲得穩定的（de）傳質條件，產生正比於氣（qì）體濃度或分壓的極限擴散電（diàn）流。

       電化（huà）學傳感器有兩電極和三電極結構，主要（yào）區別（bié）在於有（yǒu）無參比電極。兩電極CO傳感器沒有參比電極，結構簡（jiǎn）單，易於設計和製造，成本較（jiào）低適用於低（dī）濃度CO的檢測和報警；三電極CO傳感器（qì）引（yǐn）入參比電（diàn）極（jí），使傳感器具有較大的（de）量程和良好的精度，但參比電極的引入增加了製造（zào）工序和（hé）材料成本，所（suǒ）以三電極CO傳感器的價格高於兩電極CO傳（chuán）感器，主（zhǔ）要用於（yú）工業領域。兩電極電（diàn）化學CO傳感器主（zhǔ）要由（yóu）電極、電解液、電解液的保持材料、除去幹涉氣（qì）體的過濾材料、管腳等零部件組成。

2.電化學（xué）傳感器工作原理

      電化學氣體（tǐ）傳感器是一種化學傳（chuán）感（gǎn）器，按照工作原（yuán）理一般分為：

     a.在保持電（diàn）極和電解質（zhì）溶液的界麵為某恒電位（wèi）時，將氣體（tǐ）直接（jiē）氧（yǎng）化或還原，並將流過外電路（lù）的電流作（zuò）為傳感器（qì）的輸出；

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

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

     d.不用電解質溶液，而用有機電解質、有機凝（níng）膠電解質、固體電（diàn）解質、固體（tǐ）聚合物（wù）電解質等材料（liào）製作傳感器。

2.1恒電位電解式氣體傳感器

      恒（héng）電位電解式氣體傳感器的原理（lǐ）是：使電極與電解質溶液的界麵保持一定電位進（jìn）行電解，通過改變其設定電位，有選擇的使氣體（tǐ）進行氧化或還原，從而能定量檢測各種氣體。對於（yú）特（tè）定氣體來說，設定電位由其固有的氧化還原電位（wèi）決定，但又隨電（diàn）解時作用電（diàn）極的材質、電解質的種類不同而變化。電解電流和氣體濃度之（zhī）間的關係如下（xià）式表示：

I=（nfADC）/σ

式中：I-電解（jiě）電流（liú）；n-1mol氣體產生的電子數；f-法（fǎ）拉第常數；A-氣體擴散麵積；D-擴散（sàn）係數；C-電解質溶液中電解的（de）氣體濃度；σ-擴（kuò）散（sàn）層的厚（hòu）度。

      在統一傳感器中，n、f、A、D及（jí）σ是一（yī）定的，電解電流與氣體濃度成正比。

       自20世紀50年（nián）代出（chū）現（xiàn）CIDK電極以來（lái），控製電位電化（huà）學氣（qì）體傳感器（qì）在結構、性能和用途（tú）等（děng）方麵都得到了很大的（de）發展（zhǎn）。20世紀70年代（dài）初（chū），市（shì）場上就有了31檢測器。有先後出（chū）現了CO、NxOY（氮氧化（huà）物）、H2S檢測儀器等產品。這些氣體傳感器（qì）靈敏度是不同的，一般是H2S》NO》NOb》Sq》CO，響應時間一般為幾秒（miǎo）至幾十秒，大多數小於1min；他們的壽命相差很大，短的隻有（yǒu）半年，有的（de）CO監測儀實際壽命已近10年。影響這類傳感器壽命的主要因素（sù）為（wéi）：電極受淹、電解（jiě）質幹枯、電極催化劑晶體（tǐ）長大、催化劑中毒和傳感器使用方法等。

      以CO氣體監測為例來說明這種傳感器隔膜工作電極對比電（diàn）極的結構和工作（zuò）原理。在容器內的相對兩壁，安置工作（zuò）電極和（hé）對比電極，其內充滿電解質溶液構成一密封結（jié）構。工作電極和對比（bǐ）電極之（zhī）間的（de）電流是I，恒電位電解式氣體（tǐ）傳感器（qì）的基本構造根據此電流值就可知CO氣體的濃度。這種方式的傳感器可用於檢測（cè）各種可燃性氣體和毒氣，如H2S、NO、NOb、Sq、HCl、Cl2、PH3等，還能檢測血液中的氧濃度。

2.2離子電極式氣體（tǐ）傳感器

      離子電（diàn）極式氣體傳感器的工作原理是：氣態物質溶解於電解質溶液並離解，離解生成的離子作用於離（lí）子電極產生電動勢，將此電動勢（shì）取出以代表氣體濃（nóng）度。這種方式（shì）的傳感器是有工作電極、對比電（diàn）極、電解液和隔膜等構成的。

       現以檢測NH3傳感器為例說（shuō）明這種氣體傳感器的工作原（yuán）理。作用電極是可測定pH的玻璃電極，參比（bǐ）電極是A8電極，內部溶液是NIkCE溶（róng）液。NEACt離解，產（chǎn）生銨離子NH4+，同（tóng）時水也微弱離（lí）解（jiě），生（shēng）成（chéng）氫離（lí）子H+，而NH4+與H+保持平衡。將傳（chuán）感器（qì）侵入（rù）NH3中，NH3將通過隔膜向內部滲（shèn）透，NH3增加，而（ér）H+減少，即pH增加（jiā）。通過玻璃電極（jí）檢測此PH的（de）變化（huà），就（jiù）能知道NH3濃度。除NH3外，這種傳感器海能檢測HCN（氰化氫（qīng））、H2S、Sq、C02等氣體。

      離子（zǐ）電極式氣體傳感器出現得較早，通過檢測離子極化電（diàn）流來檢測氣體的體積分數，電化學式氣體傳感器主要的有點是檢測氣體的靈敏度（dù）高、選擇性好。

2.3電量式氣體傳（chuán）感器

      電量式氣體（tǐ）傳感器（qì）的原理是：被測氣體與電（diàn）解（jiě）質（zhì）溶液反應生成電解電流，將此電流作為傳（chuán）感器輸出，來檢測氣體濃（nóng）度，其工作電極、對比電極都是Pt電極（jí）。

       現以檢（jiǎn）測C12為例來說明這（zhè）種傳感器的工作原理。將溴（xiù）化物（wù）MBr（M是一價金屬）水溶液介於（yú）兩個鉑電極之間，其離解成比，同時水（shuǐ）也（yě）離解成（chéng）H+，在兩鉑電極間加上適當電（diàn）壓，電流（liú）開始流動（dòng），後因H+反應產生了H2，電極間發生極化，發生反應，其結果，電極部分的H2被極化解除，從而產生電流。該電流與（yǔ）H2濃度成正比，所以檢測該電流就能（néng）檢測Cl2濃度。除Cl2外，這種方式（shì）的傳感器還可以檢測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為原電（diàn）池式、可控電位電解式、電量式和離子電極式四種類型。

      a原電池式氣體傳感（gǎn）器通過檢測電流來（lái）檢測氣（qì）體的體積分數，市（shì）售的檢測缺氧的儀器幾乎都配有這種傳感器。

      b可控電解式傳感器是通（tōng）過檢測電解時流過（guò）的（de）電流（liú）來（lái）檢測氣（qì）體的體積分數，和原電池式不同的是，需要由外界（jiè）施加特定電壓，除（chú）了能（néng）檢測CO、NO、NO2、O2、SO2等氣體外，還能檢測血液中的氧體積分數（shù）。

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

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

       綜上所述，不同種類的氣體傳（chuán）感器適用於不同氣體檢測（cè）與控製的需求，隨著現（xiàn）代工業的發（fā）展，尤其是綠色環保理念的不（bú）斷加強，氣體傳感（gǎn）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，屬於國際上先進的傳感器技術，通過（guò）實驗研究，在電極、過濾層、電解（jiě）質等材料選擇和結構（gòu）的設計中，攻克了影響傳感器壽命的諸多技術難題，研製成功了（le）具有實用意義（yì）的新型CO傳感器，它（tā）必將在CO氣體檢測（cè）領域發揮積（jī）極的作用。