电化学式氧传感器原理

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氧传感器工作原理

氧传感器是一种能够测量环境中氧气浓度的传感器。它广泛应用于医疗、环境监测、工业生产等领域。

氧传感器的工作原理基于电化学反应。传感器内部有一根由稳定材料制成的固体电解质管，这个电解质管被氧气渗透性良好的材料包裹。传感器的外表是一块阴阳极电极，电解质管的两端连接着这两个电极。

当氧气与传感器外表的阴阳极接触时，两个电极之间的电荷传递就会发生。一段电流被施加在传感器的极板上，这样氧气分子就会与电极反应，并导致电解质管内发生化学反应。

具体来说，氧气会在阳极上氧化成为氧离子，而电子则会在阴极上释放。而电解质管的内部则有电位差，使得氧离子存在浓度梯度。因此，氧离子会通过电解质管的扩散来平衡这个梯度。

测量这个电位差可以得到环境中氧气浓度的信息。一些氧传感器使用电流测量技术，测量电解质管两极之间流过的电流大小。而其他一些传感器则使用电位差测量技术，直接测量电解质管两极之间的电压差。

无论是哪种测量技术，最终的测量结果都可以通过一个转换器来转化为氧气浓度的数字值，提供给用户。

需要注意的是，氧传感器的稳定性是非常重要的，因为任何颗粒物或有害气体的沉积都可能干扰到电子传导。因此，定期的维护和校准是确保氧传感器准确工作的关键。

电化学传感器工作原理

电化学传感器是一种基于电化学原理的传感器，用于检测和测量化学物质的浓度和特性。其工作原理基于电化学反应，在传感器的工作电极上发生的化学反应可产生电流或电势变化，根据这些变化来推断目标化学物质的浓度或特性。

电化学传感器一般由一个工作电极和一个参比电极组成。工作电极是与目标化学物质接触的部分，其中的化学反应与目标物质有关。参比电极是一个稳定的电极，用于提供一个已知的电势作为参考。

在工作过程中，目标化学物质进入工作电极与传感器上的活性物质发生反应。反应产生的电流或电势变化与目标物质的浓度成正比。这些电化学反应可以是氧化还原反应、离子迁移反应等。

电化学传感器一般通过对电流或电势的测量来确定目标化学物质的浓度。测量电流时，传感器的工作电极与参比电极之间会建立一个电势差，电流的大小与该电势差成正比。测量电势时，传感器会测量工作电极与参比电极之间的电势差，该电势差与目标化学物质的浓度成正比。

为了提高电化学传感器的灵敏度和选择性，可以采用不同的传感器设计和材料。常见的电化学传感器包括氧气传感器、 pH

传感器、离子传感器等。这些传感器在不同的应用中起着重要的作用，如环境监测、医疗诊断、工业过程控制等。

总之，电化学传感器通过测量电流或电势的变化来检测和测量目标化学物质的浓度和特性。其工作原理基于电化学反应，在工作电极上产生的电流或电势变化与目标物质的浓度成正比。通过采取不同的传感器设计和材料，可以提高电化学传感器的性能和应用范围。

电化学法测定氧

电化学法是一种常用的测定氧含量的方法。其基本原理是在电解质中加入氧化剂，使样品中的氧被氧化成为电子，然后通过电流测定氧的含量。常用的电化学法包括极谱法、电化学滴定法以及电化学氧传感器法等。这些方法都有其优点和适用范围。例如，极谱法可以快速准确地测定溶液中氧的含量，而电化学滴定法则适用于测定低浓度的氧溶液。电化学氧传感器法则可以在线测定氧含量，适用于工业生产过程中的氧含量监测。总之，电化学法是一种可靠、精确的测定氧含量的方法，广泛应用于化学、生物、医学等领域。

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电化学传感器原理及应用

电化学传感器是一种将电化学原理应用于传感器的技术。它利用电化学反应过程中产生的电流、电势或电荷等特性来检测和测量被测物质的浓度、性质或状态。电化学传感器具有灵敏度高、响应速度快、选择性好、稳定性高等优点，广泛应用于环境监测、生物医学、食品安全等领域。

电化学传感器的原理基于电化学反应，其中最常用的反应是氧化还原反应。通过在电极表面引入一种催化剂，可以加速氧化还原反应的速率，从而增强传感器的灵敏度。电化学传感器的工作原理可以分为两种类型：电流型和电势型。

电流型电化学传感器是通过测量电极上的电流变化来间接测量被测物质的浓度。当被测物质与电极表面发生氧化还原反应时，会产生一定的电流。电流的大小与被测物质的浓度成正比，通过测量电流的变化可以确定被测物质的浓度。电流型电化学传感器通常具有快速响应、高灵敏度和较宽的测量范围等优点，常用于检测电解质浓度、氧气浓度等。

电势型电化学传感器是通过测量电极上的电势变化来直接测量被测物质的浓度或活性。当电极表面与被测物质发生氧化还原反应时，会在电极表面产生一定的电势。电势的大小与被测物质的浓度或活性成正比，通过测量电势的变化可以确定被测物质的浓度或活性。

电势型电化学传感器具有简单、快速、便携等优点，常用于检测pH 值、离子浓度等。

电化学传感器广泛应用于各个领域。在环境监测方面，电化学传感器可以检测大气中的有害气体浓度，如二氧化硫、二氧化氮等。在生物医学领域，电化学传感器可以检测体液中的生物分子浓度，如葡萄糖、乳酸等。在食品安全方面，电化学传感器可以检测食品中的有害物质，如农药残留、重金属等。此外，电化学传感器还可以应用于工业过程控制、能源管理等领域。

氧传感器的大致工作原理

氧传感器是一种用于测量气体中氧气浓度的电化学传感器。它通常由一个氧离子传导体和一个氧气电极组成。

氧离子传导体一般由氧离子电解质材料制成，常见的材料包括二氧化锆（ZrO2）和稀土氧化物。这些材料在高温下具有良好的氧离子传导性能。当氧气与传感器的氧气电极相接触时，氧分子会从气相中扩散到传感器的表面，与氧离子传导体发生化学反应。

在传感器的氧离子传导体表面上，氧分子与氧离子传导体中的氧离子相结合，形成氧离子。这些氧离子可以通过氧离子传导体向外传输。在传感器的另一端，还有一个参比电极和一个电解质，用于和氧气电极之间维持电流平衡。

当氧离子通过氧离子传导体流向参比电极时，会形成一个由氧离子流动产生的电流。这个电流与氧气浓度成正比。通过测量这个电流，就可以推断气体中氧气的浓度。

氧传感器还有一个辅助电极，用于提供传感器的工作电势。这个辅助电极通常由银和银盐组成，它们的作用是提供一个参考电势，使氧离子传导体和参比电极之间的电势差保持恒定。

整个氧传感器的测量过程可以总结为以下几个步骤：

1. 氧气扩散：氧气从气相中扩散到氧传感器的氧气电极表面。

2. 化学反应：氧分子与氧离子传导体表面的氧离子结合，形成氧离子。

3. 氧离子传导：氧离子通过氧离子传导体向外传输。

4. 电流产生：氧离子流向参比电极时，产生一个与氧气浓度成正比的电流。

5. 电信号处理：电流经过放大和滤波等处理后，转换成可读取的氧气浓度数值。

由于氧离子的扩散速率与氧气浓度成正比，因此氧传感器可以根据测量电流的大小来确定气体中氧气的浓度。常见的氧气浓度单位是百分比（%），表示氧气在气体混合物中的百分比。

电化学气体传感器工作原理及电路图

氰化氢（HCN）： 2HCN+Au→HAu(CN)2+H++e氯化氢（HCL）： HCL→1/2CL2+H++e氧化乙烯（C2HO）：C2H4O+2H2O→C2H4O3+4H++4e-
臭氧（O3）： O3+2H++2e-→O2+H2O
氨（NH3）： 12NH3+L2+6H2O→2LO3+12NH4++10e-
反应机理
气体扩散进入传感器就在敏感电极上发生反应，或则为氧化反应（大多数气体），或则为还原反应（二氧
化氮、氯和臭氧）。每一反应均可用标准化学方wk.baidu.com式的形式表示。例如，一氧化碳在敏感电极上的氧化可
用方程式表示如下：
CO+H2O→CO2+2H++2e-
根据目标气体在敏感电极上反应的不同，对于其它气体也可以导出类似的方程式：
Carbon monoxide
300
50
60(30)
30
200
35
Hydrogen sulphide
15
10
20(10)
10
15
10
Sulphur dioxide
5
2
4(5)
2

电化学式氧传感器原理

氧气传感器

概况

所有的氧气传感器都是自身供电，有限扩散，其金属-空气型电池由空气阴极，阳极和电解液组成。

氧气传感器简单来说是一个密封容器（金属的或塑料的容器），它里面包含有两个电极：阴极是涂有活性催化剂的一片PTFE（聚四氟乙烯），阳极是一个铅块。这个密封容器只在顶部有一个毛细微孔，允许氧气通过进入工作电极。两个电极通过集电器被连接到传感器表面突出的两个引脚，而传感器通过这两个触角被连接到所应用的设备上。传感器内充满电解质溶液，使不同种离子

得以在电极之间交换（参见图1）。

Figure 1 - Schematic of oxygen sensor.

进入传感器的氧气的流速取决于传感器顶部的毛细微孔的大小。当氧气到达工作电极时，它立刻被还原释放出氢氧根离子：

O2 + 2H2O + 4e- ">4OH-

这些氢氧根离子通过电解质到达阳极（铅），与铅发生氧化反应，生成对应的金属氧化物。

2Pb + 4OH- ">2PbO + 2H2O + 4e-

上述两个反应发生生成电流，电流大小相应地取决于氧气反应速度（法拉第定律），可外接一只已知电阻来测量产生的电势差，这样就可以准确测量出氧气的浓度。电化学反应中，铅极参与到氧化反应中，使得这些传感器具有一定的使用期限，一旦所有可利用的铅完全被氧化，传感器将停止运作。通常氧气传感器的使用寿命为1-2 年，但也可以通过增加阳极铅的含量或限制接触

阳极的氧气量来延长传感器的使用寿命。

毛细微孔氧传感器和分压氧传感器

城市技术生产的氧气传感器根据进入传感器的氧气的扩散方式的不同分为两种，一种是在传感器顶部设有一毛细微孔，而另一种设有一层固体薄膜允许气体通过。细孔传感器测量的是氧气浓度，而固体薄膜传感器测量的是氧气的分压。

电化学气体传感器的工作原理和结构图

目前，气体传感器的应用日趋广泛，在物联网等泛在应用的推动下，其技术发展方向开始向小型化、集成化、模块化、智能化方向发展。其中工业领域就是气体传感器一个应用领域，用以使人员和设备免受危险气体导致的直接和间接威胁。无论是使用便携式气体报警器还是固定式气体检测仪，对于确保设备在其使用年限内安全运转有可能造成的巨大成本问题，用户必然有着深切体会。而在工业领域应用较多的是电化学气体传感器。下面小编就简单介绍一下电化学气体传感器的相关知识。

电化学气体传感器的工作原理

小小的传感器中，是被水性凝胶电解质（一般是硫酸：H2SO4）浸湿的电极，当所探测的气体（比如一氧化碳：CO，或者硫化氢：H2S）进入传感器内与电解质发生氧化或者浓度变化时，工作电极在催化剂作用下产生微弱电流。电流经过与传感器相连接的放大器放大，从而显示目标区域的气体浓度。

电化学传感器典型结构图

大多数电化学气体传感器应用于扩散模式，在这种模式下，周围环境中的气体样本通过传感器正面的小孔进入传感器（通过气体分子自然流动）。而有些设备通过一个抽气泵将空气/气体样本抽进传感器内。在气孔部位安装有聚四氟乙烯薄膜来阻挡水或油进入传感器

内。传感器的测量范围和灵敏度可以通过在设计时调整进气孔尺寸随之变化。大一些的进气孔可以提高设备的灵敏度和分辨率，而小一些的进气孔虽然降低了灵敏度和分辨率，但是可增大测量范围。

氧气传感器的工作原理与之前所描述的电化学氧气传感器工作原理类似，但是，氧气传感器的使用年限是可预测的，所以，更换周期也可以进行预设——一般为2~3年。与有毒气体传感器不同，氧气传感器长期持续暴露在目标气体中。在通常的耗氧监测应用中，传感器工作环境的氧气浓度为20.9%，这就会在铅阳极上引起化学反应，从而造成阳极的逐渐消耗。所以，传感器通过与氧气反应持续产生电流的能力取决于电解质中铅的含量。

氧传感器原理

氧传感器是一种用于检测氧气浓度的传感器装置。其工作原理基于电化学反应。

氧传感器通常由两个电极组成：一个工作电极和一个参比电极。这些电极被分隔在一个氧气渗透性薄膜中，该薄膜可以允许氧气通过但阻止其他气体的进入。

工作电极上涂有一种称为电催化剂的物质，通常是白金。当氧气通过传感器的薄膜进入到工作电极处时，氧气和电催化剂发生反应，产生氧化还原反应。这个反应会导致电子的转移，产生一个电流。

参比电极用于提供一个稳定的参考电位，以确保传感器的准确性和稳定性。它不参与氧化还原反应，但它的存在可以保持电极的稳定工作条件。

通过测量电流的大小，就可以确定氧气的浓度。当氧气浓度增加时，电流也会增加，反之亦然。

由于氧传感器的工作原理基于电化学反应，所以它可以实时检测氧气浓度的变化。这使得氧传感器在许多应用中非常有用，例如汽车排放控制、室内空气质量监测等。

需要注意的是，氧传感器对温度也非常敏感。因此，在使用氧传感器时，需要保持传感器的温度恒定，以确保准确的氧气浓度测量结果。

电化学传感器的工作原理

电化学传感器是一种利用电化学原理来检测某种分子的传感器。它的工作原理是，当它接触某种物质时，它就会发生电化学反应，产生电流或电压。这些电流或电压可以用来检测物质的浓度或其他信息。

电化学传感器的工作原理是基于电化学反应的原理。当它接触到某种物质时，就会发生电化学反应。这种反应产生了电流或电压，这些电流或电压可以用来检测物质的浓度或其他信息。

电化学传感器包括电极，电极由电解质和电解质溶液组成，电极的电解质会吸收周围的物质。当它吸收到物质时，就会发生电化学反应，产生电流或电压。这些电流或电压可以用来检测物质的浓度或其他信息。

此外，电化学传感器还可以用来检测多种物质，如氧气、硫酸、硝酸等。这些传感器可以检测到这些物质的浓度，从而实现对环境的监测和控制。

总之，电化学传感器的工作原理是基于电化学反应的原理，由电极和电解质构成，当接触到物质时，就会发生电化学反应，产生电流或电压，从而可以检测物质的浓度或其他信息。

电化学氧气传感器原理

电化学氧气传感器是一种常用于测量气体中氧气浓度的传感器。其原理基于电化学反应，使用氧气还原和氧气氧化反应来测量氧气浓度。

传感器的核心是一个氧气电化学电池，通常由一个氧气还原电极和一个氧气氧化电极组成。这两个电极之间的反应通过一个电解质进行催化。当氧气分子接触到氧气还原电极时，会发生还原反应，将氧气分子转化为氧离子。这些氧离子会通过电解质传递到氧气氧化电极处。

在氧气氧化电极上，氧离子会发生氧化反应，被还原为氧气分子。这个反应的速率与氧气浓度成正比。通过测量氧气氧化反应产生的电流，可以获得氧气浓度的信息。

为了提高传感器的灵敏度和稳定性，还常常在电极表面引入催化剂。催化剂可以加速氧气的吸附和反应速率，使得传感器对氧气的响应更加迅速和准确。

总之，电化学氧气传感器通过测量氧气的还原和氧化反应来获得氧气浓度的信息。通过调整电化学电池的结构和引入催化剂，可以改善传感器的性能和灵敏度，使其在各种应用场景下都能准确可靠地测量氧气浓度。

电化学传感器的原理和应用

电化学传感器（Electrochemical Sensor）是利用化学反应过程

中的电荷转移现象，通过检测被分析物质的电化学信号来实现对

被测物质的检测和分析。它具有精度高、响应迅速、体积小、便携、易操作等优点，已经被广泛应用于生命科学、医疗、环境监测、工业制造等领域。

电化学传感器的原理

电化学传感器的原理是利用电化学反应过程中的电荷转移现象，将反应过程产生的电流或电势信号与物质的浓度相关联，通过检

测这些电学信号来实现对被测物质的检测和分析。电化学传感器

的核心部件是电极，一般包括工作电极（Working Electrode）、参

比电极（Reference Electrode）、计量电极（Counter Electrode）等

组成。

以电化学传感器检测氧气为例，电极系统包括工作电极（银或铂）、参比电极（银-氯化银参比电极）和计量电极（银-银氯化镉电极），整个系统通过电解质联系在一起，构成了一个电池。当

氧气分子进入电极表面时，会发生氧气在工作电极上的反应，反

应产生的电流信号可用于监测氧气浓度。

电化学传感器的应用

电化学传感器在生命科学、医疗、环境监测、工业制造等领域

被广泛应用。

1. 生命科学与医疗

电化学传感器在生命科学和医疗领域中得到广泛的应用，例如

通过检测人体腋下的气味，诊断患者是否患有癌症；通过检测脑

部组织中的化学物质来实现对脑功能的研究和分析。

2. 环境监测

电化学传感器在环境监测中可以检测环境中的各种污染物，如：氧气、二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物、有机物等。例如，通过

电化学传感器的原理与应用

电化学传感器是一种利用化合物在电化学反应过程中的电流、电势或荧光等性

质来检测化合物浓度的敏感元件。它具有高灵敏度、选择性好、响应速度快等特点，在环境监测、生化分析、临床诊断、工业生产等方面具有广泛的应用前景。

一、电化学传感器的原理

电化学传感器的原理基于化学之间的电化学反应。它通过在电化学电极上测量

反应中产生的电信号，来测量被检测物质的浓度。这种电化学反应的种类包括氧化还原反应、电解反应、阳极氧化、阴极还原等。电化学传感器的信号来源于化学反应过程中涉及的电离的离子和电子。

电化学传感器的组成通常包括电极、电解质、支持电解质、反应层等几个部分。其中，电极是将待测物质作用在电极表面的方法；电解质是将待测物质溶解在其中，以便反应；支持电解质是电化学反应需要的溶液；反应层是用于将待测物质与电极接触的化学物质层。

二、电化学传感器的类别

电化学传感器的类型和应用领域广泛，可分为离子选择性电极、电化学氧化还

原电池、阴极还原电极、基于荧光和表面增强拉曼散射等。

1、离子选择性电极

离子选择性电极是用分子物质选择性地响应单一离子而制成的。这种电极通常

由吸附于非活性载体上的有机高分子构成。具有高离子选择性的成分称为配合剂，化合物中的离子由这种配合剂吸附。这种电极以有机物材料为基础，响应于特定的离子，如氢离子、钾离子和钠离子等。

2、氧化还原电池

电化学氧化还原反应是一种反应产生电子和化合物的反应，也是电化学传感器

的重要原理。其中的典型应用是基于氧化还原反应的谷胱甘肽电化学传感器，以及测量血液氧气分压的氧化还原电池。

电化学传感器原理及实例

2．多数有毒气体传感器需要少量氧气来保持功能正常。传感器背面有一个通气孔以达到该目的。
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8
电化学传感器 - 共有特性
3．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，和其它气
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
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。
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电化学传感器 - 组成部分
电化学传感器包含以下主要元件：
电化学传感器的预期寿命取决于几个因素，包括要检测的气体和传感器的使用环境条件。一般而言，规定的预期寿命为一至三年。在实际中，预期寿命主要取决于传感器使用中所暴露的气体总量以及其它环境条件，如温度、压力和湿度。
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氧传感器
电流型氧传感器的结构
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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工作原理
恒电位电解式氧传感器（用外部电源进行恒电位电解）阴极：Pt 阳极：Ag/AgCl 电解液：KCl溶液电解方程式，阴极：O2+2H2O+4e →4OH阳极：4Ag+4Cl-→4AgCl+4e

电化学传感器的基本原理

电化学传感器是一种能够通过电化学反应来检测和测量目标物质的浓度或者其他性质的传感器。它利用电化学反应产生的电流或电势变化与待测物质的浓度或性质之间的关系来进行测量。电化学传感器具有高灵敏度、快速响应、广泛的测量范围以及良好的选择性和重复性等优点，已广泛应用于环境监测、生物医学、食品安全等领域。

电化学传感器的基本原理可以分为两个方面：电极过程和信号转换过程。

一、电极过程

电化学传感器的关键部分是电极。电极分为工作电极、参比电极和计量电极。工作电极是用于与待测物质进行反应的电极，参比电极用于提供一个稳定的电势参考，以确保测量的准确性，而计量电极用于测量电势变化。电化学传感器中常用的工作电极有玻碳电极、金属电极和导电聚合物电极等。

电化学传感器通常利用氧化还原反应进行测量。当待测物质与电极表面发生氧化还原反应时，可以触发电子的转移，产生电流或电势

变化。这个电极过程可以用三个主要的反应步骤来描述：吸附、转移

和反应。

在吸附步骤中，待测物质会在电极表面吸附。这个吸附过程可能

是物理吸附（范得华力）或化学吸附。物理吸附是由于静电吸引力或

由于尺寸和形状之间的相互作用所致。而化学吸附是由于化学键的形

成或解离所致。

当物质吸附在电极表面后，会发生转移过程，也就是物质与电极

之间的电子转移。在这个过程中，待测物质的电子会通过电荷传递步

骤从电极上的吸附物质转移到电解质中。此外，也可以通过以电化学

方式对待测物质供电，从而使其进行自发的电子转移。

在转移过程中，物质的电子会在电解质中传输，形成电流或电势。这个电流或电势的大小与待测物质的浓度或性质有关。

ME3-O2电化学式气敏元件产品说明书

ME3-O 2电化学式气敏元件产品说明书

ME3-O2型氧传感器是根据电化学原电池的原理工作，利用待测气体在原电池中阴极上的电化学还原和阳极的氧化过程，产生电流，并且待测气体电化学反应所产生的电流与其浓度成正比并遵循法拉第定律。这样，通过测定电流的大小就可以确定待测气体的浓度。

特点

*低功耗元件外形结构

*高精度*高灵敏度*线性范围宽*抗干扰能力强

*优异的重复性和稳定性应用

广泛适合工业、矿下及环保中氧气的检测。技术指标

基本测试电路图

基

项目

技术参数

量程0—25%vol 最大测量限30%vol 检测寿命2年

灵敏度0.15±0.05mA(空气中)温度范围﹣20℃～+50℃压力范围标准大气压±10﹪响应时间（T90）≤15S

湿度范围0—99﹪RH 无凝结稳定性（／月）＜2﹪负载电阻（推荐）100Ω重复性

＜2﹪输出值

A-左视图B-仰视图

C-管针图

灵敏度、响应恢复及输出信号特性浓度线性特征曲线图

高低温传感器零点变化

注意事项

⏹传感器避免接触有机溶剂（包括硅胶及其它胶粘剂）、涂料、药剂、油类及高浓度气体；⏹所有电化学传感器不能用树脂材料完全封装，也不能浸没在纯氧境中，否则会破坏传感器的性能；⏹所有电化学传感器不能应用于含有腐蚀性气体的环境中，腐蚀性气体可以损害传感器；⏹气体灵敏度测定时，请在洁净的大气中进行；

⏹

直接把测定气体对传感器的通气面强烈吹风的状态下测定时，对气体的灵敏度将会很高。气体灵敏度测定时，应避免测定气体从正面吹来；⏹管脚禁止折断和弯曲；

⏹气体的通气面不要阻塞、不要污染，有时孔堵塞是导致灵敏度低下的原因；⏹不可过度的撞击或震动；⏹外壳有损伤等情况下请不要使用；