电化学气体传感器的工作原理

最近几年，气体传感器的应用越来越广泛，电子技术的发展，如物联网，它的技术也逐渐向小型化、集成化、模块化和智能化方向发展。在工业领域，气体传感器是一种可以保护人和设备不受有害气体的直接或间接威胁的领域。不管是便携式可燃气体报警器，还是固定式气体传感器，都是为了保证装置在使用寿命中的安全运行而带来的巨额费用，使用者一定很清楚。其中，电化学气体传感器广泛用于工业，农业。

电化学气体换能器

硫化氢、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳等易燃性有毒有害气体中，都具有电化学活性，能通过电化学方法氧化或还原。通过这些反应，可以分辨出气体成分，检测气体的浓度。电化学气体传感器就是以此为基础的。

就拿一氧化碳来说，一氧化碳是在工作电极上经过一个气孔而进入工作电极表面时，由于工作电极的催化作用，一氧化碳在工作电极上发生了氧化。该反应过程为： CO+H2O→CO2+2H++2e-

工作电极上的 H+和电子被氧化后，被电解质转移到与工作电极相距一定距离的电极上，使其与水中氧发生还原反应。它的化学反应是：1/2O2+2H++2e-→H2O

所以，在感测器中，可以进行一种可逆的氧化还原反应。它的反应是：2CO+O2 →2CO2

这种可逆的氧化-还原反应总是在工作和对两个电极之间进行，并且在两个电极之间形成电位差异。但由于两个电极之间的反应都会导致电极极化，因此很难保持恒定的极间电势，从而限制了一氧化碳浓度的可探测范围。

半导体气体换能器

这种方法是通过改变感光元件的电阻，使其在半导体表面上的氧化还原反应而得到的。当半导体装置被加热至稳定状态后，在与半导体表面发生气体接触时，被吸收的分子会先在目标表面自由地扩散，然后失去动能，一部分被汽化，剩下的分子会通过热分解吸附在目标表面。如果半导体的工作效率低于其所具有的吸附性，那么该材料上的电子就会被吸附到具有电荷层的半导体上。比如，像氧这样的有可能会吸收负离子的气体叫做氧化气体。当半导体的能量比所吸收的能量大时，它就会将电子发射到器件上，形成正的离子。氢气、一氧化碳等是一种被称作“还原气”的气体。

在 n型半导体上吸附了氧化气体，而在 P型半导体上则会被还原气体所吸收，从而减小了半导体的载流子，增加了电阻。在 n型半导体上吸附了还原型气体，而在 p型半导体上吸附了氧化气体，使载流子增加，半导体电阻降低。




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