库仑电量传感器和电化学传感器的对比

气体传感器在气体检测中的应用

气体检测仪是检测气体泄露浓度的仪器仪表工具，主要是指便携式/手持式气体检测仪。主要利用气体传感器来检测环境中存在的气体种类，因工作环境的差异把传感器装在不同的设备上而生产出工业用固定式可燃气体报警器，有毒气体报警器，以及便携式可燃气体检测仪和有毒气体检测仪等设备。

气体传感器是用来检测气体的成份和含量的传感器。一般认为，气体传感器的定义是以检测目标为分类基础的，也就是说，凡是用于检测气体成份和浓度的传感器都称作气体传感器，不管它是用物理方法，还是用化学方法。比如，检测气体流量的传感器不被看作气体传感器，但是热导式气体分析仪却属于重要的气体传感器，尽管它们有时使用大体一致的检测原理。

早在上个世纪70年代，气体传感器就已经成为传感器领域的一个大系，属于化学传感器的一个分支。

目前流行于市场的气体传感器大约有如下一些种类：

1、半导体式气体传感器

济南鸿安电子产品有限公司所提供它是利用一些金属氧化物半导体材料，在一定温度下，电导率随着环境气体成份的变化而变化的原理制造的。比如，酒精传感器，就是利用二氧化锡在高温下遇到酒精气体时，电阻会急剧减小的原理制备的。 半导体式气体传感器可以有效地用于：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多气体地检测。尤其是，这种传感器成本低廉，适宜于民用气体检测的需求。

下列几种半导体式气体传感器是成功的：甲烷（天然气、沼气）、酒精、一氧化碳（城市煤气）、硫化氢、氨气（包括胺类，肼类）。高质量的传感器可以满足工业检测的需要。

缺点：稳定性较差，受环境影响较大；尤其，每一种传感器的选择性都不是唯一的，输出参数也不能确定。因此，不宜应用于计量准确要求的场所。

目前这种传感器的主要供应商在日本（发明者），其次是中国，最近有新加入了韩国，其他国家如美国在这方面也有相当的工作，但是始终没有汇入主流！中国在这个领域投入的人力和时间都不亚于日本，但是由于多年来国家政策导向以及社会信息闭塞等原因，我国流行于市场的半导体式气体传感器性能质量都远逊于日本产品，相信，随着市场进步，民营资本的进一步兴起，中国产的半导体式气体传感器达到和超越日本水平已经指日可待

1、电化学氧分析仪：

相当一部分的可燃性的、有毒有害气体都有电化学活性，可以被电化学氧化或者还原。利用这些反应，可以分辨气体成份、检测气体浓度。电化学气体传感器分很多子类：

（1）原电池型气体传感器（也称：加伏尼电池型气体传感器，也有称燃料电池型气体传感器，也有称自发电池型气体传感器），他们的原理行同我们用的干电池，只是，电池的碳锰电极被气体电极替代了。以氧气传感器为例，氧在阴极被还原，电子通过电流表流到阳极，在那里铅金属被氧化。电流的大小与氧气的浓度直接相关。这种传感器可以有效地检测氧气、二氧化硫、氯气等。

（2）恒定电位电解池型气体传感器，这种传感器用于检测还原性气体非常有效，它的原理与原电池型传感器不一样，它的电化学反应是在电流强制下发生的，是一种真正的库仑分析的传感器。这种传感器已经成功地用于：一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中，是目前有毒有害气体检测的主流传感器。

（3）浓差电池型气体传感器，具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧，会自发形成浓差电动势，电动势的大小与气体的浓度有关，这种传感器的成功实例就是汽车用氧气传感器、固体电解质型二氧化碳传感器。

（4）极限电流型气体传感器，有一种测量氧气浓度的传感器利用电化池中的极限电流与载流子浓度相关的原理制备氧（气）浓度传感器，用于汽车的氧气检测，和钢水中氧浓度检测。

目前这种传感器的主要供应商遍布全世界，主要在德国、日本、美国，最近新加入几个欧洲供应商：英国、瑞士等。

2、顺磁式氧分析仪：

顺磁式氧分析仪：根据氧气的体积磁化率比一般气体高得多，在磁场中具有极高的顺磁特性的原理制成的一种测量气体中含氧量的分析仪器。 顺磁式氧分析仪，也可叫做磁效应式氧分析仪、或磁式氧分析仪，我们通常通称为磁氧分析仪。它一般分为热磁对流式、压力机械式和磁压力式氧分析仪三种。

第

13卷　第

1期

1998年

2月

库仑分析法中一个值得重视的概念

龚 琦

(广西大学化学化工学院　南宁

530004)

库仑分析法是以电量作为测量信号

,根据法拉第定律所建立起来的定量分析方法。而能

否获得准确的电量数据

,直接影响到分析结果的准确度

,因此

,无论在教学还是在科研工作中

,

对这个问题应给予足够的重视。

在控制电位库仑分析法中

,有许多测量电量数据的方法及设备。在介绍氢氧气体库仑计

的测量原理时

,有不少国内出版的教材[1-6]

中都存在着同样的一个概念问题

,即在什么条件

下

,1库仑电量析出的氢氧混合气体为

01

1741ml。教材[1-6]

似乎都认为

:在标准状态下

,每

库仑电量析出

01

1741ml氢氧混合气体。在文献

[6]p287中

,更为明确地指出

:01

1741ml是

25℃

,101325Pa条件下的数据。文献

[5]p310中

,习题

16的答案也是把

01

1741ml当成了

25℃

,101325Pa下的数据计算出来的。只要我们稍加计算就会发现

,01

1741ml混合气体的

体积是

2731

15K(

0℃)

,101325Pa条件(标准状况)下的数据。实际上

,在

2981

15K(

25℃)

,

101325Pa条件下

,1库仑电量析出的混合气体应为

01

1900ml。如果按上述教材的说法

,在

25℃

,101325Pa的条件下进行分析

,将产生

+81

37%的相对误差。

笔者认为

,产生上述错误的根本原因是上述教材的编者们混淆了“标准状况”和“标准状

态”这两个概念。我们知道

,标准状况是指温度为

2731

15K(

0℃)和压力为

101325Pa的气体

状况

,它是为了在对气体体积进行比较时

,有一个统一的标准而规定的。

1mol理想气体

,在标

准状况下的体积是

224131

6ml。而标准状态这一概念

,则是为了便于表达和计算各种系统的

热力学函数及其变化

,对物质所规定的某些特定的状态。比如在热化学中

,规定在任意温度

,

101325Pa压力下

,处于理想气体状态的气态纯物质为气体的标准状态

化学电阻气体传感器种类及特点

化学电阻气体传感器是一种常用的气体传感器，可以用于检测和测量空气中的各种气体浓度，广泛应用于环境监测、工业生产、安全防护等领域。根据其工作原理和传感材料的不同，化学电阻气体传感器可以分为几种不同的类型，每种类型都有其特点和适用范围。

1. 金属氧化物传感器（Metal Oxide Semiconductor Sensor，简称MOX）：

金属氧化物传感器是最常见的一种化学电阻气体传感器。它的工作原理是通过金属氧化物材料与气体发生化学反应，改变电阻值来检测气体浓度。金属氧化物传感器具有灵敏度高、响应快、成本低的特点，可以检测多种气体，如一氧化碳、二氧化硫、甲醛等。但是金属氧化物传感器对温度和湿度的变化较为敏感，需要进行温湿度补偿。

2. 电化学传感器（Electrochemical Sensor）：

电化学传感器是另一种常见的化学电阻气体传感器。它的工作原理是利用电化学反应测量气体浓度。电化学传感器通常由电极、电解质和反应物组成，当目标气体与电极上的反应物发生反应时，会引起电流或电压的变化。电化学传感器具有高精度、低功耗和长寿命的特点，可以检测多种气体，如氧气、一氧化碳、二氧化硫等。但是电化学传感器对温度和湿度的变化也较为敏感。

3. 半导体气体传感器（Semiconductor Gas Sensor）： 半导体气体传感器是一种基于半导体材料的化学电阻气体传感器。它的工作原理是通过半导体材料与目标气体之间的相互作用来测量气体浓度。半导体气体传感器具有灵敏度高、响应快、体积小、成本低的特点，可以检测多种气体，如甲醛、乙醇、甲烷等。但是半导体气体传感器对温度和湿度的变化较为敏感，需要进行温湿度补偿。

4. 光学气体传感器（Optical Gas Sensor）：

光学气体传感器是一种基于光学原理的化学电阻气体传感器。它的工作原理是通过光的吸收、散射或透过程度来测量气体浓度。光学气体传感器具有高灵敏度、快速响应和高选择性的特点，可以检测多种气体，如二氧化碳、氨气、二氧化硫等。光学气体传感器不受温度和湿度的影响，适用于恶劣的环境条件。然而，光学气体传感器的成本较高。