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應(yīng)用領(lǐng)域，用以使人員和設(shè)備免受危險氣體導(dǎo)致的直接和間接威脅。無論是使用便攜式氣體報警器還是固定式氣體檢測儀，對于確保設(shè)備在其使用年限內(nèi)安全運轉(zhuǎn)有可能造成的巨大成本問題，用戶必然有著深切體會。而在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較多的是電化學(xué)氣體傳感器。下面小編就簡單介紹一下電化學(xué)氣體傳感器的相關(guān)知識。

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)所探測的氣體（比如一氧化碳：CO，或者硫化氫：H2S）進入傳感器內(nèi)與電解質(zhì)發(fā)生氧化或者濃度變化時，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入傳感器（通過氣體分子自然流動）。而有些設(shè)備通過一個抽氣泵將空氣/氣體樣本抽進傳感器內(nèi)。在氣孔部位安裝有聚四氟乙烯薄膜來阻擋水或油進入傳感器內(nèi)。傳感器的測量范圍和靈敏度可以通過在設(shè)計時調(diào)整進氣孔尺寸隨之變化。大一些的進氣孔可以提高設(shè)備的靈敏度和分辨率，而小一些的進氣孔雖然降低了靈敏度和分辨率，但是可增大測量范圍。

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)測的，所以，更換周期也可以進行預(yù)設(shè)——一般為2~3年。與有毒氣體傳感器不同，氧氣傳感器長期持續(xù)暴露在目標(biāo)氣體中。在通常的耗氧監(jiān)測應(yīng)用中，傳感器工作環(huán)境的氧氣濃度為20.9%，這就會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“溫度補償”這一關(guān)鍵機制，氣體探測設(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）常常隨著溫度有所變化，所以當(dāng)溫度升降時，氣體靈敏度呈非線性變化。

在研發(fā)氣體探測設(shè)備的過程中，人們用了大量時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為氣體探測器所用的溫度補償算法，以確保傳感器讀數(shù)在整個操作量程內(nèi)保持一致。

“常規(guī)”使用年限

檢測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個月。具體使用視環(huán)境會有相應(yīng)的延長和縮短。

在理想情況下，即溫度和濕度分別保持在20℃和60%RH左右，同時沒有污染物的侵入時，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)實耐用的導(dǎo)體，這些材料并不會因為化學(xué)反應(yīng)而輕易消耗殆盡。

傳感器也有所謂的“庫存期”或者“存貯周期”，這些時間可能會讓用戶，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，傳感器輸出的信號就有可能變得不穩(wěn)。這個周期中的一小部分時間不可避免地要用于生產(chǎn)和運輸環(huán)節(jié)。所以，對傳感器備件的采購進行詳細計劃就變得至關(guān)重要，其目標(biāo)是盡量縮短備件在倉庫中的存貯時間。

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）在短時間（1~2小時）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)生則會造成電解質(zhì)揮發(fā)，也有可能造成零基線讀數(shù)移動和反應(yīng)遲緩等情況。

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