目前，氣體傳感器的應(yīng)用日趨廣泛，在物聯(lián)網(wǎng)等泛在應(yīng)用的推動(dòng)下，其技術(shù)發(fā)展方向開始向小型化、集成化、模塊化、智能化方向發(fā)展。其中工業(yè)領(lǐng)域就是氣體傳感器一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，用以使人員和設(shè)備免受危險(xiǎn)氣體導(dǎo)致的直接和間接威脅。無論是使用便攜式氣體報(bào)警器還是固定式氣體檢測(cè)儀，對(duì)于確保設(shè)備在其使用年限內(nèi)安全運(yùn)轉(zhuǎn)有可能造成的巨大成本問題，用戶必然有著深切體會(huì)。而在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較多的是電化學(xué)氣體傳感器。下面小編就簡(jiǎn)單介紹一下電化學(xué)氣體傳感器的相關(guān)知識(shí)。

電化學(xué)氣體傳感器的工作原理

小小的傳感器中，是被水性凝膠電解質(zhì)（一般是硫酸：H2SO4）浸濕的電極，當(dāng)所探測(cè)的氣體（比如一氧化碳：CO，或者硫化氫：H2S）進(jìn)入傳感器內(nèi)與電解質(zhì)發(fā)生氧化或者濃度變化時(shí)，工作電極在催化劑作用下產(chǎn)生微弱電流。電流經(jīng)過與傳感器相連接的放大器放大，從而顯示目標(biāo)區(qū)域的氣體濃度。

電化學(xué)傳感器典型結(jié)構(gòu)圖

大多數(shù)電化學(xué)氣體傳感器應(yīng)用于擴(kuò)散模式，在這種模式下，周圍環(huán)境中的氣體樣本通過傳感器正面的小孔進(jìn)入傳感器（通過氣體分子自然流動(dòng)）。而有些設(shè)備通過一個(gè)抽氣泵將空氣/氣體樣本抽進(jìn)傳感器內(nèi)。在氣孔部位安裝有聚四氟乙烯薄膜來阻擋水或油進(jìn)入傳感器內(nèi)。傳感器的測(cè)量范圍和靈敏度可以通過在設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)整進(jìn)氣孔尺寸隨之變化。大一些的進(jìn)氣孔可以提高設(shè)備的靈敏度和分辨率，而小一些的進(jìn)氣孔雖然降低了靈敏度和分辨率，但是可增大測(cè)量范圍。

氧氣傳感器的工作原理與之前所描述的電化學(xué)氧氣傳感器工作原理類似，但是，氧氣傳感器的使用年限是可預(yù)測(cè)的，所以，更換周期也可以進(jìn)行預(yù)設(shè)——一般為2~3年。與有毒氣體傳感器不同，氧氣傳感器長(zhǎng)期持續(xù)暴露在目標(biāo)氣體中。在通常的耗氧監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，傳感器工作環(huán)境的氧氣濃度為20.9%，這就會(huì)在鉛陽極上引起化學(xué)反應(yīng)，從而造成陽極的逐漸消耗。所以，傳感器通過與氧氣反應(yīng)持續(xù)產(chǎn)生電流的能力取決于電解質(zhì)中鉛的含量。

通過增加“溫度補(bǔ)償”這一關(guān)鍵機(jī)制，氣體探測(cè)設(shè)備制造商確保了傳感器的性能。氣體靈敏度（以及零基線信號(hào)）常常隨著溫度有所變化，所以當(dāng)溫度升降時(shí)，氣體靈敏度呈非線性變化。

在研發(fā)氣體探測(cè)設(shè)備的過程中，人們用了大量時(shí)間將相同的氣體傳感器放置于不同溫度和不同濃度氣體中（溫度在-30℃~+50℃之間）。所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后生成了一個(gè)為氣體探測(cè)器所用的溫度補(bǔ)償算法，以確保傳感器讀數(shù)在整個(gè)操作量程內(nèi)保持一致。

“常規(guī)”使用年限

檢測(cè)一氧化碳或硫化氫等普通氣體的電化學(xué)傳感器的使用年限通常為2~3年。而一些特殊氣體，如氟化氫氣體的傳感器的使用年限僅僅只有12~18個(gè)月。具體使用視環(huán)境會(huì)有相應(yīng)的延長(zhǎng)和縮短。

在理想情況下，即溫度和濕度分別保持在20℃和60%RH左右，同時(shí)沒有污染物的侵入時(shí)，已知有的電化學(xué)傳感器工作超過11年！周期性地暴露在目標(biāo)氣體環(huán)境中并不會(huì)限制傳感器的使用年限，優(yōu)質(zhì)的傳感器通常都裝備充足的催化劑和結(jié)實(shí)耐用的導(dǎo)體，這些材料并不會(huì)因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)而輕易消耗殆盡。

傳感器也有所謂的“庫(kù)存期”或者“存貯周期”，這些時(shí)間可能會(huì)讓用戶，服務(wù)公司和制造商都感到困惑和沮喪。電化學(xué)傳感器在生產(chǎn)后通常都有六個(gè)月的存貯周期（假定存貯條件為理想的20℃）。在超出這一周期后，傳感器輸出的信號(hào)就有可能變得不穩(wěn)。這個(gè)周期中的一小部分時(shí)間不可避免地要用于生產(chǎn)和運(yùn)輸環(huán)節(jié)。所以，對(duì)傳感器備件的采購(gòu)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)劃就變得至關(guān)重要，其目標(biāo)是盡量縮短備件在倉(cāng)庫(kù)中的存貯時(shí)間。

影響傳感器壽命的因素

極端溫度可以影響傳感器壽命。通常，制造商所宣稱的設(shè)備操作溫度范圍通常在-30℃到+50℃之間變化。然而，高質(zhì)量的傳感器能夠在短時(shí)間內(nèi)承受突破此范圍的溫度。比如，傳感器（如H2S或CO）在短時(shí)間（1~2小時(shí)）暴露于60℃到65℃是沒有問題的。但是，如果極端情況重復(fù)發(fā)生則會(huì)造成電解質(zhì)揮發(fā)，也有可能造成零基線讀數(shù)移動(dòng)和反應(yīng)遲緩等情況。

溫度過低時(shí)，傳感器的靈敏度會(huì)降低。也許傳感器可以在-40℃的低溫工作，但是對(duì)氣體的靈敏度會(huì)大幅度下降（靈敏度甚至可能降低高達(dá)80%），而且反應(yīng)時(shí)間也會(huì)延長(zhǎng)許多，另外，當(dāng)溫度降到-35℃以下時(shí)，電解質(zhì)還有結(jié)冰的危險(xiǎn)。