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一、工作原理
固态聚合物电化学传感技术是电化学气体检测技术领域的一次革命性技术创新。本质上,该技术基于电化学催化反应的原理。传感器采用三电极设计,可以连续进行气体浓度测量,传感器主要由三电极系统(工作电极, 对电极, 参比电极)、固态电解质组成,并在恒电位下工作,被气体通过扩散孔到达传感器的工作电极,在电极的多孔微观表面发生电化学氧化或还原反应,反应的质子通过聚合物电解质迁移到对电极,电流信号大小与被测气体浓度成正比。
由第一菲克定律表示:
i = nFDC
因此,流过的电流与目标气体的浓度成正比,参比电极与恒电位仪保持电位恒定。
例如:
一氧化碳(CO)传感器,将发生以下化学反应:
CO + H2O→CO2 + 2 H + + 2 e-
质子扩散到对电极,在该电极上,氧气还原为水:
2 H + + 2 e- + O2→H2O
二、性能特点
长寿命
采用新型固态聚合物电解质材料,无消耗,二维平面一体化封装工艺技术,确保三相界面得到长期的稳定,在空气中传感器预期寿命可达 5~10年
耐高湿
固态聚合物电解质材料吸水性很小,精密紧凑型设计使得水分子无法大量进入,可长期在95%以上湿度环境下连续正常工作,无漂移、无漏液。所有传感器在德国出厂,每一只传感器都要经过100%湿度的严酷测试。
可靠性
每只传感器Wafer出厂前均执行可靠性能测试,高温50℃,低温-20℃,高湿>80%rH在此环境下48小时连续循环测试检验,确保每只传感器在实际环境中的可靠应用。
宽温度
可在-40℃至55℃的宽温度范围内进行正常工作。
抗中毒
从微观结构设计与新型固态电解质的运用,传感器对超高浓度(50万ppm以上浓度)的气体耐受力很强,可经受过载超量程10倍以上高浓度污染气体冲击,传感器可自行恢复,不受损坏。
三、储藏寿命(断电储藏):
固态聚合物电解质传感器在湿度20-95%,温度-5-25℃ 环境下储藏时间可达到1年以上,尽可能确保储藏环境无高浓度污染气体,设备及传感器无凝露现象,传感储藏时间超过半年以上的,低量程ppb级检测第一次通电极化时间在<2小时;高量程ppm级检测第一次通电极化时间<5分钟。
四、使用寿命(持续通电):
固态聚合物传感器的特点是无电解液消耗,长时间暴露在异味气体环境中对传感器寿命影响较小,最佳工作湿度25~95%、温度-20~30℃度环境中持续工作,使用寿命可长达5年以上,并保持较稳定的工作状态,连续在高温30℃以上,低湿15%以下长时间工作,会导致传咸器使用寿命降低。
在使用过程中对寿命的影响主要来自环境的突变,比如高低温突变和高湿低湿度的突变,暴露在高浓度粉尘环境中,以及超过1年的长时间断电存放,传感器可能会失效或灵敏度下降过快而无法正常工作。
传感器正常1年一次校准,以确保现场测量数据的准确度更高。
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