固态电化学气体传感器

1技术说明

德国固态传感器公司（SECS） O2传感器是基于电化学气体检测原理的。这种技

术可以用来检测在化学反应中可以被氧化或分解的化学品或者气体。

当O2扩散进入传感器时会发生后续反应。

O2会在测量电极和电解质接触的地方会发生反应。这个地方被称为临界点。

在这个电化学反应中下面的成分反应会很活跃：

电子（电流）的大小是直接与氧气的浓度成正比的。

为了降低氧气在测量电极和参考电极之间的压降，需要调节电压400-500mV。

在测量电极电解质中的O2和自由质子（H+）形成水。这个反应将产生一个负电流。

扩散孔可以减少氧气的量，大量的氧气达到测量电极而21%的氧气将产生7-11微安的电流。

4.尺寸示意图

尺寸：10 x 12×6（+/- 0,1）mm（宽×高×厚）

触电间距：2.5mm

触电尺寸：2×1mm（长×宽）

触电材料：金

5.结构示意图

被测气体将从传感器背面的扩散孔进入传感器。备注：传感器应该使用一个灰尘过滤器。过滤器可以防止扩散孔被灰尘堵塞。

左侧电极为参考电极（R）。

中间电极为测量电极（M）。

右侧电极为负电极（C）。

终层为电解质和保护层。

单个的传感器是一个陶瓷基板的一部分，这个陶瓷基板包含了48个传感器。这种类型的陶瓷基板很容易订货并且可以即时发货。每个陶瓷基板在出厂装运之前都是经过标准气体测试的。

这些传感器在生产加工的时候用打断的线分隔开，如下面的图片所示。如果你按照顺序操作，把每个传感器分开就很容易了。所以按照下面的顺序把传感器从陶瓷基板上分割出来就很重要了。

6.与以前的电化学传感器的差异

由固体电解质取代酸性电解液，例如H2SO4。

1. 首先沿着红线把陶瓷基板断开（先沿哪条红线断开都可以）。

2. 然后再沿着绿线断开陶瓷基板。

传统电化学传感器：

1. 由于处在有腐蚀性的酸性电解液中，标准传感器需要有密封外壳保护。

2. 由于酸吸放水，标准传感器始终有在潮湿大气中泄漏或在干燥大气中变干的风险。因此，此类传感器的部分为储酸罐来盛装电解液。

3. 由于需要大的储酸罐，此类传感器体积较大。

4. 酸性电解液从传感器中的泄露对电路来说存在潜在的危害。

5. 传感器的生产过程很复杂。

6. 酸性电解液危险性很大。

与固体电解质的差别是什么：

1. 固体电解质没有危险，并且更易操作。

2. 无需外壳。

3. 无需储罐。

4. 数据读取非常快，并且对环境中的气体泄漏反应很灵敏，对不同湿度或温度的调节也很迅速。

5.无需塑料外壳。在陶瓷基板上构造传感器。

这对传统电化学传感器意味着什么：

1. 塑料外壳需要密封或粘在一起。酸和温度变化随时间会损坏塑料。

2. 接触管脚接线通过外壳接到电极的传感器的构造过程复杂，这个过程本身有风险而且会缩短使用寿命并导致质量下降。

固态电化学传感器的优势是什么：

1. 在一个生产工步中可以同时生产多个传感器。

2. 陶瓷电极和电解质可以分层构造。

3. 生产完全自动化，提高了质量和稳定性。

4. 触点处理不同

传统电化学传感器生产工艺：

1. 电极分开生产。

2. 用铂丝连接。

3. 需要将铂丝接到触点管脚上。

4. 触点管脚必须与酸性电解液隔离开。

固态电化学传感器生产工艺：

1. 分层印制接线和电极。

2. 后一层是金，可以直接焊接。

7. 温度相关性

对温度相关性与普通的电化学传感器不同。

通常，温度变化也会改变空气中的相对湿度。固体电解质传感器对湿度变化的调节很迅速。

传感器非常小，因而在几分钟内就适应新温度了。

O2传感器所用所有材料适用于高达50oC低至-20oC下的传感器。

基于下图的数据得出的温度系数是0.3%/℃。

8. 湿度相关性

固态电化学传感器的标准湿度范围为15%-90%相对湿度之间，无冷凝。

在万一有冷凝的情况下，扩散孔会被堵塞一小段时间。这种情况下由于没有氧气扩散到测量电极传感器测出的氧气浓度是零。

传感器本身不会发生湿度变化。

8. O2传感器的使用寿命

这种传感器由没有使用时间限制的的材料制作而成。

对硅类材料不会中毒。

没有消耗性的材料。

由于在传感器的结构中使用了持续时间长的材料，因此传感器的使用年限不是问题

9. 线性测试

这种传感器仅用来检测0-21%的氧气。在这个范围内传感器是线性的。

10. 灵敏度和反应时间

由于传感器体积很小所以反应很灵敏。T90可以达到5秒以内