CO传感器
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2023年3月19日发(作者：男孩的名字大全)CO电化学传感器检测原理
CO电化学传感器检测原理
电化学一氧化碳气体传感器采用密闭结构设计，其结构是由电极、过滤器、透气膜、电解液、电
极引出线（管脚）、壳体等部分组成。详见结构示意图。
CO气体传感器与报警器配套使用，是报警器中的核心检测元件，它是以定电位电解为基本原理。
当一氧化碳扩散到气体传感器时，其输出端产生电流输出，提供给报警器中的采样电路，起着将
化学能转化为电能的作用。当气体浓度发生变化时，气体传感器的输出电流也随之成正比变化，
经报警器的中间电路转换放大输出，以驱动不同的执行装置，完成声、光和电等检测与报警功
能，与相应的控制装置一同构成了环境检测或监测报警系统。
如结构示意图所示，当一氧化碳气体通过外壳上的气孔经透气膜扩散到工作电极表面上时，在工
作电极的催化作用下，一氧化碳气体在工作电极上发生氧化。其化学反应式为：
CO+H2O→CO2+2H++2e-
在工作电极上发生氧化反应产生的H+离子和电子，通过电解液转移到与工作电极保持一定间隔
的对电极上，与水中的氧发生还原反应。其化学反应式为：
1/2O2+2H++2e-→H2O
因此，传感器内部就发生了氧化-还原的可逆反应。其化学反应式为：
2CO+2O2→2CO2
这个氧化-还原的可逆反应在工作电极与对电极之间始终发生着，并在电极间产生电位差。是由
于在两个电极上发生的反应都会使电极极化，这使得极间电位难以维持恒定，因而也限制了对一
氧化碳浓度可检测的范围。
为了维持极间电位的恒定，我们加入了一个参比电极。在三电极电化学气体传感器中，其输出端
所反应出的是参比电极和工作电极之间的电位变化,由于参比电极不参与氧化或还原反应，因此，
它可以使极间的电位维持恒定（即恒电位），此时电位的变化就同一氧化碳浓度的变化直接有关。
当气体传感器产生输出电流时，其大小与气体的浓度成正比。通过电极引出线用外部电路测量传
感器输出电流的大小，便可检测出一氧化碳的浓度，并且有很宽的线性测量范围。这样，在气体
传感器上外接信号采集电路和相应的转换和输出电路，就能够对一氧化碳气体实现检测和监控。
电化学传感器检测原理
[明耀科贸][原创][2009-07-10]
电化学毒气传感器是微燃料元件，不必保养而可以有长期的稳定性。他们对气体的浓度有直
接反映而不是对部份压力。电化学毒性传感器的最简单的构造包括两个电极：感应电极和
逆电极，由电解质薄层分离。电极由一个塑料模型包括，顶部的小细孔允许气体进入传感电
极，底部的触角便于将传感器与其他外部设备相连。两个触角可以被连接到允许电压下落起
因于任一当前的流程被测量的一条简单的电阻器电路（图1）。气体进入传感器后被氧化、
或在传感电极因作用而减少，在另一电极发生与之对应的（但逆）逆反应，在外部电路上形
成电流。由于气体进入传感器的速度由细孔控制，所以产生的电流与传感器外当前气体浓度
成比例，并能直接测量当前毒气含量。
该设计的重点是气体扩散障碍，它限制了气体进入传感电极。电极因此而能对到达它的表面
的所有目标气体进行反应，并且仍然有储备的电化学活动。这种高活动储备保证CiTiceL
产品的长使用寿命和温度稳定性。
发生在一氧化碳传感器的电极反应是:
Sensing:CO+H2O=CO2+2H++2e-
Counter:½O2+2H++2e-=H2O
Andtheoverallreactionis:CO+½O2=>CO2
类似的反应也发生在能被氧化或电化学上被减少的所有其它毒气。
逆电极发生的反应来看，氧气显然是当前反应发生的必需气体。通常被至传感器的前部，或
通过传感器的两边扩散（通常几千ppm已经足够了）。但是，持续暴露在绝氧样品气体中可
能导致信号不定，不管氧气进入的途径怎样，我们建议不要将毒性传感器与树脂一起放置或
完全地被浸没在绝氧气体混合物中。
在特定情况下，如果传感器必须经常地暴露于高浓度电解质中，例如废气分析，也许应当保
证氧气从另外的通道进入逆电极。CiTiceL®5系列产品中恰恰满足了这个需要。
能量储备
在设计任何电化学气体传感器时很重要的一点是,应限制速率的是气体扩散通过障
碍（细孔），而其它各阶段速率应该有显著的增加。所以，为保证传感器电化学反应的速度，
必须使用具有高催化作用的电极材料。
所有CiTiceLs®产品具有高度活跃电极，给予传感器与非常高的能量储备，这就保证传感器
的长期稳定性。
三及四电极传感器
双电极传感器是毒气传感器的最简单形式。但逆电极的极化限制了它的测量范围。
但如果在设计传感器时再使用一个电极，就能使电极稳定。在这些传感器里传感电极与一个
固定的潜在相对电极连接（不产生电流），这样两个电极都能保持稳定。逆电极仍会极化，
但不对传感电极产生任何作用，也不会影响传感器工作。
三电极传感器在电化学传感器中被最广泛地应用于毒气监测，尽管这样，仍有一些应用表明
三电极设计并非完全合理。例如互扰气体或零抵消温度可能减弱其整体表现。以下介绍的第
四种辅助精确传感器可以维持其传感表现，又能同时测量两种气体。
克服互相干扰
第四种辅助电极能帮助克服其它气体造成的干扰。通常，一氧化碳传感器对氢气有很
大的反应，所以当存在氢气时，就会对一氧化碳的测量造成困难。但是，如果使用一个有第
四个辅助电极的传感器，就能使所有一氧化碳和部分氢气在传感电极反应，而只有氢气与辅
助电极反应。一旦各电极获得各反应的比率，传感电极就会发出减少辅助电极反应以补充氢
气的信号。而这个过程是由一个模拟电路或一个微处理软件来完成的。
控制温度影响
大多数电化学传感器在温度变化时底线信号会成指数地增加，大约是温度每上升
10°C，信号加一倍。大多数情况下这不代表有问题，但如果该应用涉及到浓度极低的气体，
譬如O3或监测CO，任何一个因温度引起的底线变化都可能严重影响气体测量的准确性。在
温度变化时，从传感电极和辅助电极发出的信号会显示出类似的变化，但因为辅助电极没有
暴露于易反应气体，它的信号可以被简单地从传感电极的信号上忽略掉。这是通常用来计算
因温度变化而造成底线信号变化的有效方法，但不是理想的方法。
废气传感器
四电极技术能用使得我们能够使用一个传感器来测量一氧化碳和硫化氢。内置便携式
的安全设备对仪器设计师来说是大好消息。四COSH传感器与其它标准传感器运作相同，除
了它包括两个传感电极：一为一氧化碳，另一个为硫化氢。当一氧化碳扩散进来并被第二个
电极氧化的时候，第一个传感电极就会完全地将硫化氢氧化。这种四电极设计使得一个传感
器能够测量两种气体并且发出两种不同的信号。