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电化学气体传感器技术综述.docx
资料介绍
电化学气体传感器技术综述
一、技术概述
电化学气体传感器是一种基于电化学反应原理将目标气体浓度转化为电信号的传感器件。与半导体气体传感器相比，电化学传感器具有高灵敏度、良好选择性、低功耗（微瓦级）和线性输出等优势，在工业安全、环境监测和医疗诊断等领域得到广泛应用。2025年，全球电化学气体传感器市场规模约28亿美元，占气体传感器市场总量的46%，出货量约0.94亿颗。
1.1 发展历程
电化学气体传感技术自20世纪60年代开始应用于氧气（O₂）、一氧化碳（CO）和氢气（H₂）的检测。经过六十余年的发展，从早期的两电极体系演变为三电极恒电位体系，从液态电解质发展到固态电解质，从大型仪器缩小到芯片级器件。2025年，德国FaradaIC公司开发了基于MECS™技术的芯片级电化学传感器，将电化学传感器微型化到微芯片级别，标志着电化学传感器进入芯片化时代。
二、工作原理
2.1 三电极体系
现代电化学气体传感器采用三电极体系：工作电极（WE）、对电极（CE）和参比电极（RE）。工作电极是气体电化学反应发生的场所，目标气体在电极表面发生氧化或还原反应，产生与浓度成正比的电流信号。对电极提供电子转移通道，完成电流回路。参比电极建立稳定电位基准，维持工作电极电位恒定。
以CO检测为例，电化学反应如下：
工作电极：CO + H₂O → CO₂ + 2H⁺ + 2e⁻
对电极：1/2O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → H₂O
2.2 恒电位电路
恒电位仪电路持续监测工作电极与参比电极间的电位差，动态调节工作电极与对电极间的电压，确保工作电极电位恒定。这种设计有效消除了因对电极极化、电解液浓度变化和温度波动引起的测量误差。
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