电化学传感器原理及实例
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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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5
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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11
氧传感器
电流型氧传感器的结构
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
12
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
如气体。电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正 比的电信号来工作。气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应，然 后是憎水屏障，最终到达电极表面。采用这种方法可以允许适量气体与传感 电极发生反应，以形成充分的电信号，同时防止电解质漏出传感器。
穿过屏障扩散的气体与传感电极发生反应，传感电极可以采用氧化机理
A. 透气膜（也称为憎水膜）：透气膜用于覆盖传感 （催化）电极，在有些情况下用于控制到达电极表面的 气体分子量。此类屏障通常采用低孔隙率特氟隆薄膜制 成。这类传感器称为镀膜传感器。或者，也可以用高孔 隙率特氟隆膜覆盖，而用毛管控制到达电极表面的气体 分子量。此类传感器称为毛管型传感器。除为传感器提 供机械性保护之外，薄膜还具有滤除不需要的粒子的功 能。为传送正确的气体分子量，需要选择正确的薄膜及 毛管的孔径尺寸。孔径尺寸应能够允许足量的气体分子 到达传感电极。孔径尺寸还应该防止液态电解质泄漏或 迅速燥结。
咖瓦尼电池式氧传感器（利用电池反应而非外部电源） 阴极：Pt 阳极：Pb 电解液：KOH溶液 电解方程式，阴极：O2+2H2O+4e →4OH-
阳极：Pb+2OH-→Pb(OH)2+2e
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13
主要应用
汽车发动机燃烧比控制 钢铁精炼—氧化锆氧传感器 燃烧控制—锅炉、工业用炉 环境监测—水质监测、BOD缺氧检测 系统检测—发酵系统的氧气检测 医疗检测 化学研究 生化研究
按工作方式分：电导型传感器，电势型传感 器，电流型传感器。
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3
各式各样的电化学传感器
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4
电化学传感器 - 工作原理
将待测物质以适应形式置于电化学反应池中，测其电化 学性质（如电流、电位、电量等）变化则可实现物质组
成及含量的测定。典型的电化学传感器由传感电极（或 工作电极）和反电极组成，并由一个薄电解层隔开。
一般而言，在温度高于25°C时，传感器读数较高； 低于25°C时，读数较低。温度影响通常为每摄氏度0.5% 至1.0%，视制造商和传感器类型而定。
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选择性及寿命
电化学传感器通常对其目标气体具有较高的选择性。选 择性的程度取决于传感器类型、目标气体以及传感器要 检测的气体浓度。最好的电化学传感器是检测氧气的传 感器，它具有良好的选择性、可靠性和较长的预期寿命。 其它电化学传感器容易受到其它气体的干扰。干扰数据 是利用相对较低的气体浓度计算得出。在实际应用中， 干扰浓度可能很高，会导致读数错误或误报警。
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1
两类导体形成的接界面上所发生的带电及电子转 换变化的科学。
1、电子导体（金属导体，半导体）
2、离子导体（电解质溶液）
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2
电化学传感器
概念：是基于待测物的电化学性质并将待测 物化学量转变成电学量进行传感检测的一种 传感器。
分类：
按检测对象分：生物传感器，气体传感器， 离子传感器。
具有更高的选择性。
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7
电化学传感器 - 共有特性
1．在三电极传感器上，通常由一个跳 线来连接工作电极和参考电极。如果在储 存过程中将其移除， 则传感器需要很长时 间来保持稳定并准备使用。某些传感器要 求电极之间存在偏压，而且在这种情况下 ，传感器在出厂时带有九伏电池供电的电 子电路。传感器稳定需要30分钟至24小时 ，并需要三周时间来继续保持稳定。
量水分蓄积并导致泄漏。在低潮湿条件下
，传感器可能燥结。设计用于监控高浓度
气体的传感器具有较低孔率屏障以限制通
过的气体分子量，因此它不受湿度影响，
和用于监控低浓度气体的传感器一样，这
种传感器具有较高孔率屏障并允许气体分
子自由流动。
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9
压力与温度
影响因素
电化学传感器受压力变化的影响极小。然而，由于传感 器内的压差可能损坏传感器，因此整个传感器必须保持 相同的压力。电化学传感器对温度也非常敏感，因此通 常采取内部温度补偿。但最好尽量保持标准温度。
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6
电化学传感器 - 组成部分
B. 电极：选择电极材料很重要。电极材料应该是一 种催化材料，能够执行在长时间内执行半电解反应。通
常，电极采用贵金属制造，如铂或金，在催化后与气体
分子发生有效反应。视传感器的设计而定，为完成电解 反应，三种电极可以采用不同材料来制作。
C. 电解质：电解质必须有够促进电解反应，并有效 地将离子电荷传送到电极。它还必须与参考电极形成稳
定的参考电势并与传感器内使用的材料兼容。如果电解 质蒸发过于迅速，传感器信号会减弱。
D. 过滤器：有时候传感器前方会安装洗涤式过滤器
以滤除不需要的气体。过滤器的选择范围有限，每种过
滤器均有不同的效率度数。多数常用的滤材是活性炭。
活性炭可以滤除多数化学物质，但不能滤除一氧化碳。
通过选择正确的滤材，电化学传感器对其目标气体可以
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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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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
如气体。电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正 比的电信号来工作。气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应，然 后是憎水屏障，最终到达电极表面。采用这种方法可以允许适量气体与传感 电极发生反应，以形成充分的电信号，同时防止电解质漏出传感器。
穿过屏障扩散的气体与传感电极发生反应，传感电极可以采用氧化机理
A. 透气膜（也称为憎水膜）：透气膜用于覆盖传感 （催化）电极，在有些情况下用于控制到达电极表面的 气体分子量。此类屏障通常采用低孔隙率特氟隆薄膜制 成。这类传感器称为镀膜传感器。或者，也可以用高孔 隙率特氟隆膜覆盖，而用毛管控制到达电极表面的气体 分子量。此类传感器称为毛管型传感器。除为传感器提 供机械性保护之外，薄膜还具有滤除不需要的粒子的功 能。为传送正确的气体分子量，需要选择正确的薄膜及 毛管的孔径尺寸。孔径尺寸应能够允许足量的气体分子 到达传感电极。孔径尺寸还应该防止液态电解质泄漏或 迅速燥结。
咖瓦尼电池式氧传感器（利用电池反应而非外部电源） 阴极：Pt 阳极：Pb 电解液：KOH溶液 电解方程式，阴极：O2+2H2O+4e →4OH-
阳极：Pb+2OH-→Pb(OH)2+2e
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主要应用
汽车发动机燃烧比控制 钢铁精炼—氧化锆氧传感器 燃烧控制—锅炉、工业用炉 环境监测—水质监测、BOD缺氧检测 系统检测—发酵系统的氧气检测 医疗检测 化学研究 生化研究
按工作方式分：电导型传感器，电势型传感 器，电流型传感器。
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各式各样的电化学传感器
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电化学传感器 - 工作原理
将待测物质以适应形式置于电化学反应池中，测其电化 学性质（如电流、电位、电量等）变化则可实现物质组
成及含量的测定。典型的电化学传感器由传感电极（或 工作电极）和反电极组成，并由一个薄电解层隔开。
一般而言，在温度高于25°C时，传感器读数较高； 低于25°C时，读数较低。温度影响通常为每摄氏度0.5% 至1.0%，视制造商和传感器类型而定。
精选课件ppt
10
选择性及寿命
电化学传感器通常对其目标气体具有较高的选择性。选 择性的程度取决于传感器类型、目标气体以及传感器要 检测的气体浓度。最好的电化学传感器是检测氧气的传 感器，它具有良好的选择性、可靠性和较长的预期寿命。 其它电化学传感器容易受到其它气体的干扰。干扰数据 是利用相对较低的气体浓度计算得出。在实际应用中， 干扰浓度可能很高，会导致读数错误或误报警。
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1
两类导体形成的接界面上所发生的带电及电子转 换变化的科学。
1、电子导体（金属导体，半导体）
2、离子导体（电解质溶液）
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电化学传感器
概念：是基于待测物的电化学性质并将待测 物化学量转变成电学量进行传感检测的一种 传感器。
分类：
按检测对象分：生物传感器，气体传感器， 离子传感器。
具有更高的选择性。
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7
电化学传感器 - 共有特性
1．在三电极传感器上，通常由一个跳 线来连接工作电极和参考电极。如果在储 存过程中将其移除， 则传感器需要很长时 间来保持稳定并准备使用。某些传感器要 求电极之间存在偏压，而且在这种情况下 ，传感器在出厂时带有九伏电池供电的电 子电路。传感器稳定需要30分钟至24小时 ，并需要三周时间来继续保持稳定。
量水分蓄积并导致泄漏。在低潮湿条件下
，传感器可能燥结。设计用于监控高浓度
气体的传感器具有较低孔率屏障以限制通
过的气体分子量，因此它不受湿度影响，
和用于监控低浓度气体的传感器一样，这
种传感器具有较高孔率屏障并允许气体分
子自由流动。
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压力与温度
影响因素
电化学传感器受压力变化的影响极小。然而，由于传感 器内的压差可能损坏传感器，因此整个传感器必须保持 相同的压力。电化学传感器对温度也非常敏感，因此通 常采取内部温度补偿。但最好尽量保持标准温度。
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电化学传感器 - 组成部分
B. 电极：选择电极材料很重要。电极材料应该是一 种催化材料，能够执行在长时间内执行半电解反应。通
常，电极采用贵金属制造，如铂或金，在催化后与气体
分子发生有效反应。视传感器的设计而定，为完成电解 反应，三种电极可以采用不同材料来制作。
C. 电解质：电解质必须有够促进电解反应，并有效 地将离子电荷传送到电极。它还必须与参考电极形成稳
定的参考电势并与传感器内使用的材料兼容。如果电解 质蒸发过于迅速，传感器信号会减弱。
D. 过滤器：有时候传感器前方会安装洗涤式过滤器
以滤除不需要的气体。过滤器的选择范围有限，每种过
滤器均有不同的效率度数。多数常用的滤材是活性炭。
活性炭可以滤除多数化学物质，但不能滤除一氧化碳。
通过选择正确的滤材，电化学传感器对其目标气体可以