電化學型氣體傳感器是具有兩個電極的電流型燃料電池。雙電極氣體傳感器的基本組件是工作(感應)電極、反電極和它們之間的離子導體。當一氧化碳(CO)等有毒氣體與工作電極接觸時,CO氣體會通過與空氣中的水分子發(fā)生化學反應在工作電極上發(fā)生氧化(見公式1)。
CO+H 2 O→CO 2+2H++2e…(1)
通過短路連接工作電極和對電極將使工作電極上產(chǎn)生的質(zhì)子(H+)通過離子導體流向?qū)﹄姌O。此外,產(chǎn)生的電子通過外部布線移動到對電極。與空氣中的氧氣反應將發(fā)生在對電極上(見公式2)。
?。?/2)O 2+2H++2e→H 2 O…(2)
整個反應如方程式3所示。Figaro電化學型氣體傳感器像電池一樣工作,氣體是整個電池反應的活性材料。
CO+(1/2)O 2→CO 2…(3)
通過測量工作電極和對電極之間的電流,我們可以測量等效的測量氣體讀數(shù)。所以這種電化學電池可以用作氣體傳感器。
一氧化碳檢測的理論方程
為了測量傳感器的輸出電流,它必須連接到外部電路。通過用擴散膜控制氣體流向工作電極,流過外電路的輸出電流將與氣體濃度成正比(見公式4和右圖)。氣體濃度與傳感器輸出的線性關(guān)系使該技術(shù)成為氣體傳感應用的理想選擇。
I=F×(A/σ)×D×C×n…(4)
其中:
I:傳感器輸出
F:法拉第常數(shù)
A:擴散膜的表面積
σ:擴散膜的厚度
D:氣體擴散系數(shù)
C:氣體濃度
n:反應電子數(shù)