電化學(xué)傳感器通過與被測氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生于氣體濃度成正比的電信號來工作,。

一,、電化學(xué)傳感器結(jié)構(gòu)及工作過程

典型的電化學(xué)傳感器由傳感電極（或工作電極）和反電極組成,，并由一個薄電解層隔開。

1,、  被測氣通過疏水半透性的薄膜,，擴散進入傳感器。這種薄膜可以允許適量的氣體進入,，形成充分的電信號,，且防止電解液漏出傳感器。

2,、  穿過屏障擴散的氣體與傳感器電極發(fā)生反應(yīng),，傳感電極可以采用氧化機理或還原機理或者只是引起PH值變換。這些反應(yīng)由針對被測氣體而設(shè)計的電極材料進行催化,。分子擴散通過半透膜,，在電極表面發(fā)生反應(yīng)，擴散過程遵循菲克定律：擴散速率與外部濃度成比例,，因此傳感器信號與外部氣體濃度成比例,。

3,、  通過電極間連接的電阻器，與被測氣體濃度成正比的電流會在正極與負極間流動,。測量該電流即可確定氣體濃度,。反應(yīng)產(chǎn)生的電流與擴散進 入的氣體濃度成比例。

4,、  外部連接恒電位儀,，量化輸出值。

二,、電化學(xué)傳感器類型：

1,、2電極傳感器,。如圖1,。

含鉛氧傳感器是最常見的2電極傳感器，其金屬-空氣型電池由空氣極,，陰極和電解液組成,。氧傳感器都是自身供電，是一種電流源,。電流大小相應(yīng)地取決于氧氣反應(yīng)速度,。如果通過傳感器的氧氣流量是完全有限擴散的，這個電信號就可以反映出氧氣濃度,。氧氣傳感器是通過外接一個低阻值電阻而產(chǎn)生電壓信號來實現(xiàn)的,。

2、3電極傳感器,，在2電極基礎(chǔ)上加參考極,。如圖2.

在實際中，由于電極表面連續(xù)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),，傳感器電極電勢并不能保持恒定,，在經(jīng)過較長一段時間后，它會導(dǎo)致傳感器性能退化,。為改善傳感器性能,，人們引入?yún)⒖茧姌O，參考電極安裝在電解質(zhì)中,，與傳感電極鄰近,。固定的穩(wěn)定恒電勢作用于傳感電極。參考電極可以保持傳感電極上的這種固定電壓值,。參考電極間沒有電流流動,。氣體分子與傳感器電極發(fā)生反應(yīng)，同時測量反電極,，測量結(jié)果通常與氣體濃度直接相關(guān),。施加于傳感電極的電壓值可以使傳感器針對目標氣體,。

三、傳感器內(nèi)部狀態(tài)：

圖中綠色表示傳感器前端的半透膜,，黑色表示催化劑,，紅色表示電解液。

1,、如下圖,，電解液潤濕催化劑表層，氣體擴散到達催化劑表層發(fā)生反應(yīng),，電子,、離子等反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)電解液到到電極。

2,、如下圖,，電解液漫過催化劑并滲透進入半透膜的孔隙中，會阻礙進氣接觸催化劑,，從而造成傳感器響應(yīng)時間和靈敏度等性能損失,。

3、如下圖,，催化劑與電解液幾乎沒有接觸,，反應(yīng)產(chǎn)物的傳遞受限，降低傳感器響應(yīng)時間和靈敏度等性能指標,。

電化學(xué)傳感器對工作電源的要求很低,。電化學(xué)傳感器通常對目標氣體具有較高的選擇性。普通電化學(xué)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,，憎水屏障具有防治水溶劑泄漏的作用。然而,，和其他氣體分子一樣,，水蒸汽可以穿過憎水屏障。在大濕度條件下,，長時間暴露可能導(dǎo)致過量水分蓄積并導(dǎo)致泄露,。在低潮濕條件下，傳感器可能燥結(jié),。電化學(xué)傳感器對溫度也非常敏感,，因此通常采取內(nèi)部溫度補償。相比較普通電化學(xué),，固態(tài)電化學(xué)傳感器優(yōu)勢更為明顯,，也是未來主流的產(chǎn)品。