電化學(xué)傳感器分類(lèi)
按傳感方式,化學(xué)傳感器可分為接觸式與非接觸式化學(xué)傳感器?;瘜W(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)形式有兩種:一種是分離型傳感器。如離子傳感器,液膜或固體膜具有接受器功能,膜完成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換功能,接受和轉(zhuǎn)換部位是分離的,有利于對(duì)每種功能分別進(jìn)行優(yōu)化;另一種是組裝一體化傳感器。如半導(dǎo)體氣體傳感器,分子俘獲功能與電流轉(zhuǎn)換功能在同一部位進(jìn)行,有利于化學(xué)傳感器的微型化。
按檢測(cè)對(duì)象,化學(xué)傳感器分為氣體傳感器、濕度傳感器、離子傳感器和氣體傳感器的傳感元件多為氧化物半導(dǎo)體,有時(shí)在其中加入微量貴金屬作增敏劑,增加對(duì)氣體的活化作用。對(duì)于電子給予性的還原性氣體如氫、一氧化碳、烴等,用N型半導(dǎo)體,對(duì)接受電子性的氧化性氣體如氧,用P型半導(dǎo)體。將半導(dǎo)體以膜狀固定于絕緣基片或多孔燒結(jié)體上做成傳感元件。
氣體傳感器又分為半導(dǎo)體氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器、接觸燃燒式氣體傳感器、晶體振蕩式氣體傳感器和電化學(xué)式氣體傳感器。
電化學(xué)傳感器的特點(diǎn)
1.在三電極傳感器上,通常由一個(gè)跳線來(lái)連接工作電極和參考電極。如果在儲(chǔ)存過(guò)程中將其移除, 則傳感器需要很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)保持穩(wěn)定并準(zhǔn)備使用。某些傳感器要求電極之間存在偏壓,而且在這種情況下,傳感器在出廠時(shí)帶有九伏電池供電的電子電路。傳感器穩(wěn)定需要30分鐘至24小時(shí),并需要三周時(shí)間來(lái)繼續(xù)保持穩(wěn)定。
2.多數(shù)有毒氣體傳感器需要少量氧氣來(lái)保持功能正常。傳感器背面有一個(gè)通氣孔以達(dá)到該目的。建議在使用非氧氣背景氣應(yīng)用場(chǎng)合中與制造商執(zhí)行復(fù)檢。
3.傳感器內(nèi)電池的電解質(zhì)是一種水溶劑,用憎水屏障予以隔離,憎水屏障具有防止水溶劑泄漏的作用。然而,和其它氣體分子一樣,水蒸汽可以穿過(guò)憎水屏障。在大濕度條件下,長(zhǎng)時(shí)間暴露可能導(dǎo)致過(guò)量水分蓄積并導(dǎo)致泄漏。在低潮濕條件下,傳感器可能燥結(jié)。設(shè)計(jì)用于監(jiān)控高濃度氣體的傳感器具有較低孔率屏障以限制通過(guò)的氣體分子量,因此它不受濕度影響,和用于監(jiān)控低濃度氣體的傳感器一樣,這種傳感器具有較高孔率屏障并允許氣體分子自由流動(dòng)。
電化學(xué)傳感器結(jié)構(gòu)組成
電化學(xué)傳感器包含以下主要元件:
A. 透氣膜(也稱(chēng)為疏水膜):透氣膜用于覆蓋傳感(催化)電極,在有些情況下用于控制到達(dá)電極表面的氣體分子量。此類(lèi)屏障通常采用低孔隙率特氟隆薄膜制成。這類(lèi)傳感器稱(chēng)為鍍膜傳感器?;蛘撸部梢杂酶呖紫堵侍胤∧じ采w,而用毛管控制到達(dá)電極表面的氣體分子量。此類(lèi)傳感器稱(chēng)為毛管型傳感器。除為傳感器提供機(jī)械性保護(hù)之外,薄膜還具有濾除不需要的粒子的功能。為傳送正確的氣體分子量,需要選擇正確的薄膜及毛管的孔徑尺寸。孔徑尺寸應(yīng)能夠允許足量的氣體分子到達(dá)傳感電極??讖匠叽邕€應(yīng)該防止液態(tài)電解質(zhì)泄漏或迅速燥結(jié)。
B. 電極:選擇電極材料很重要。電極材料應(yīng)該是一種催化材料,能夠執(zhí)行在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)執(zhí)行半電解反應(yīng)。通常,電極采用貴金屬制造,如鉑或金,在催化后與氣體分子發(fā)生有效反應(yīng)。視傳感器的設(shè)計(jì)而定,為完成電解反應(yīng),三種電極可以采用不同材料來(lái)制作。
C. 電解質(zhì):電解質(zhì)必須能夠進(jìn)行電解反應(yīng),并有效地將離子電荷傳送到電極。它還必須與參考電極形成穩(wěn)定的參考電勢(shì)并與傳感器內(nèi)使用的材料兼容。如果電解質(zhì)蒸發(fā)過(guò)于迅速,傳感器信號(hào)會(huì)減弱。
D. 過(guò)濾器:有時(shí)候傳感器前方會(huì)安裝洗滌式過(guò)濾器以濾除不需要的氣體。過(guò)濾器的選擇范圍有限,每種過(guò)濾器均有不同的效率度數(shù)。多數(shù)常用的濾材是活性炭,如圖5所示?;钚蕴靠梢詾V除多數(shù)化學(xué)物質(zhì),但不能濾除一氧化碳。通過(guò)選擇正確的濾材,電化學(xué)傳感器對(duì)其目標(biāo)氣體可以具有更高的選擇性。
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