电流型传感器的性能指标

文章来源:本站 发布时间:2018-04-16

电流型气体传感器既可以用于无机气体的检测,例如SO2、H2S、NO、NO2等,也可应用于有机小分子的检测如乙醇、乙烯及乙烯基氧化物等。

考察一个传感器性能的好坏主要是看它产生的响应信号所显示的各种参数指标,如灵敏度、准确性、选择性、测量范围、响应时间、温度系数、底电流和噪声、使用寿命以及对工作环境的要求等。对于低浓度气体的检测,灵敏度、选择性、底电流和噪声等是一些比较重要的指标。

1、灵敏度

灵敏度是电化学传感器的一个重要特性指标,一些特殊行业,如室内空气监测、海关检查走私、违禁物品(药品、炸弹或其他易燃易爆品)时,要求能检测10-9、10-12级甚至更低检测下限浓度的物质。电化学传感器的灵敏度受以下多种因素的影响:

待测物在检测系统中的传质速度;

电化学活性;

反应过程中每1单位物质的量物质传递的电流;

待测物在电解液中的溶解性和流动性;

工作电极产生的噪声信号大小;

传感器的几何形状和样品进入的方法。

将以上几种因素进行最优化组合,可以得到最大信噪比。一般来说,电流型传感器的信号很大。

2、选择性

从本质上讲,研究影响传感器选择性的因素主要应从两方面考虑,即系统的热力学和动力角度。从热力学角度考虑:在NO和NO2共存条件下检测 NO2气体,可以选择NO2的热力学电势为工作电势,使得在该电势下NO2气体发生反应而NO气体不反应。从动力学角度考虑:以H2S气体传感器为例,H2S在Pt、Au电极上反应都很快,但由于CO在Au电极上的反应速度比在Pt电极上反应要慢103~106倍,所以,在H2S和CO气体共存的环境中,用Au电极检测H2S气体就可以获得很好的选择性。因此,可得出结论:传感器工作时的电极电势和电极上的催化剂的选择直接影响传感器的选择性。除此之外,选择合适的电解液和操作方法,外加一个过滤器或有选择性透过的膜也可以提高传感器的选择性。

3、响应时间

在安全测试过程中,要求传感器能对环境成分(尤其是有毒气体)作出快速响应,以确保生命和财产安全。多数情况下,气体传感器的响应时间都是由经验公式给出。电流型气体传感器的响应时间在很大程度上取决于工作电极与参比电极间的电阻,即溶液电阻。另外,气室的体积和电极反应速率也有很大影响。因此,减小膜的厚度是缩短响应时间的一个方法。为了缩短传感器的响应时间多采用多孔的透气膜来研制气体扩散电极。目前90%该类型传感器的响应时间可在30s以内。

4、底电流和噪声

噪声与底电流的存在都对传感器的灵敏度产生不利影响。如果能大程度地降低底电流和噪声,传感器的灵敏度将显著提高。通常情况下,电流型气体传感器的底电流的产生有以下几种原因:

电解液或电极上的杂质,如微量的溶解氧或金属。

电极的腐蚀,即在阳极电势范围内,贵金属电极催化剂表面缓慢生成氧化层。

反应物或对电极上的反应产物的扩散。

近年来,关于电流型气体传感器的噪声产生原因有多种推测。有人认为噪声与电极面积成正比,另外,温度的变化也是产生噪声的原因之一。

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