1、電化學(xué)傳感器的原理及應(yīng)用

基本原理

化學(xué)傳感器主要由兩部分組成：識(shí)別系統(tǒng)；傳導(dǎo)或轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

識(shí)別系統(tǒng)反待測(cè)物的某一化學(xué)參數(shù)（常常是濃度）與傳導(dǎo)系統(tǒng)連結(jié)起來(lái)。它主要具有兩種功能：選擇性地與待測(cè)物發(fā)生作用，反所測(cè)得的化學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)化成傳導(dǎo)系統(tǒng)可以產(chǎn)生響應(yīng)的信號(hào)。分子識(shí)別系統(tǒng)是決定整個(gè)化學(xué)傳感器的關(guān)鍵因素。因此，化學(xué)傳感器研究的主要問(wèn)題**是分子識(shí)別系統(tǒng)的選擇以及如何反分子識(shí)別系統(tǒng)與合適的傳導(dǎo)系統(tǒng)相連續(xù)?；瘜W(xué)傳感器的傳導(dǎo)系統(tǒng)接受識(shí)別系統(tǒng)響應(yīng)信號(hào)，并通過(guò)電極、光纖或質(zhì)量敏感元件將響應(yīng)信號(hào)以電壓、電流或光強(qiáng)度等的變化形式，傳送到電子系統(tǒng)進(jìn)行放大或進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出，終使識(shí)別系統(tǒng)的響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兯苡米鞣治龅男盘?hào)，檢測(cè)出樣品中待測(cè)物的量。

化學(xué)傳感器在環(huán)境與衛(wèi)生監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

（一）空氣檢驗(yàn)

1、濕度傳感器   濕度是空氣環(huán)境的一個(gè)重要指標(biāo)，空氣的濕度與人體蒸發(fā)熱之間有著密切關(guān)系，高溫高濕時(shí)，由于人體水分蒸發(fā)困難而感到悶熱，低溫高濕時(shí)，人體散熱過(guò)程劇烈，容易引起感冒和凍傷。人體**適宜的氣溫是18~22℃，相對(duì)濕度為35%～65%RH。 在環(huán)境與衛(wèi)生監(jiān)測(cè)中，常用于濕球溫濕度計(jì)、手搖濕溫度計(jì)和通風(fēng)濕溫度計(jì)等儀器測(cè)定空氣濕度。近年來(lái)，大量文獻(xiàn)報(bào)道用傳感器測(cè)定空氣濕度。

2、氧化氮傳感器   氧化氮是氮的各種氧化物所組成的氣體混合物的總稱，常以NOX表示。在氧化氮中，不同形式的氧化氮化學(xué)穩(wěn)定性不同，空氣中常風(fēng)的是化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定的一氧化氮，它們?cè)谛l(wèi)生學(xué)上的意義顯得較其它形式氧化氮更為重要。在環(huán)境分析中，氧化氮一般指一氧化氮

3、硫化氫氣體傳感器  硫化氫是一種無(wú)色、具有特殊腐蛋臭味的可燃?xì)怏w，具有刺激性和窒息性，對(duì)人體有較大危害。目前大多用比色法和氣相色譜法測(cè)定空氣中硫化

4、二氧化硫傳感器  二氧化硫是污染空氣的主要物質(zhì)之一，檢測(cè)空氣中二氧化硫嘗試是空氣檢驗(yàn)的一項(xiàng)經(jīng)常性工作。應(yīng)用傳感器監(jiān)測(cè)二氧化硫。從縮短檢測(cè)時(shí)間到降低檢出限，都顯示出極大的優(yōu)越性。

2、感應(yīng)器的工作原理

1.傳感器工作原理分類物理傳感器應(yīng)用物理效應(yīng)，如壓電效應(yīng)、磁致伸縮現(xiàn)象、電離、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。測(cè)量信號(hào)中的微小變化將被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

2.化學(xué)傳感器包括以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)的微小變化也會(huì)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

在特制的彈性軸上貼上特制的扭力計(jì)，形成可變電橋，就是基本的扭矩傳感器。軸上固定有:

(1)能量環(huán)形變壓器的次級(jí)線圈，

(2)信號(hào)環(huán)形變壓器的初級(jí)線圈，

(3)同軸印刷電路板，包括整流穩(wěn)壓電源、儀表放大電路、V/F轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)輸出電路。

傳感器的外殼上固定有:

(1)激勵(lì)電路，

(2)能量環(huán)形變壓器的初級(jí)線圈(輸入端),

(3)信號(hào)環(huán)形變壓器的次級(jí)線圈(輸出),

(4)信號(hào)處理電路

傳感器將一種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式。有主動(dòng)和被動(dòng)兩種。有源電感可以直接將一種能量形式轉(zhuǎn)化為另一種能量形式，無(wú)需外部能源或激勵(lì)源。

無(wú)源電感不能直接轉(zhuǎn)換能量形式，但可以控制從另一個(gè)輸入輸入的能量或激發(fā)能量。感應(yīng)器承擔(dān)著將一個(gè)物體或過(guò)程的特定特性轉(zhuǎn)化為數(shù)量的工作。它的“對(duì)象”可以是固體、液體或氣體，它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的也可以是動(dòng)態(tài)的(即過(guò)程)。物體經(jīng)過(guò)變換和量化后，可以通過(guò)多種方式進(jìn)行檢測(cè)。物體的屬性可以是物理的，也可以是化學(xué)的。它根據(jù)其工作原理，將物體特征或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電量，然后分離出電信號(hào)，送入傳感器系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估或標(biāo)記。

3、一般的傳感器有哪些？起什么作用

傳感器有哪些類型？

1、按用途分

力敏傳感器、位置傳感器、液位傳感器、能耗傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、熱敏傳感器。

2、按原理分

振動(dòng)傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器等。

3、按其制造工藝分

集成傳感器：是用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的。通常還將用于初步處理被測(cè)信號(hào)的部分電路也集成在同一芯片上。

薄膜傳感器：則是通過(guò)沉積在介質(zhì)襯底（基板）上的，相應(yīng)敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時(shí)，同樣可將部分電路制造在此基板上。

厚膜傳感器：是利用相應(yīng)材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后進(jìn)行熱處理，使厚膜成形。

陶瓷傳感器：采用標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷工藝或其某種變種工藝（溶膠、凝膠等）生產(chǎn)。

4、按測(cè)量目分

物理型傳感器：是利用被測(cè)量物質(zhì)的某些物理性質(zhì)發(fā)生明顯變化的特性制成的。

化學(xué)型傳感器：是利用能把化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的敏感元件制成的。

生物型傳感器：是利用各種生物或生物物質(zhì)的特性做成的，用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)化學(xué)成分的傳感器。

5、按其構(gòu)成分

基本型傳感器：是一種最基本的單個(gè)變換裝置。

組合型傳感器：是由不同單個(gè)變換裝置組合而構(gòu)成的傳感器。

應(yīng)用型傳感器：是基本型傳感器或組合型傳感器與其他機(jī)構(gòu)組合而構(gòu)成的傳感器。

6、按作用形式分

按作用形式可分為主動(dòng)型和被動(dòng)型傳感器。

主動(dòng)型傳感器：又有作用型和反作用型，此種傳感器對(duì)被測(cè)對(duì)象能發(fā)出一定探測(cè)信號(hào)，能檢測(cè)探測(cè)信號(hào)在被測(cè)對(duì)象中所產(chǎn)生的變化，或者由探測(cè)信號(hào)在被測(cè)對(duì)象中產(chǎn)生某種效應(yīng)而形成信號(hào)。檢測(cè)探測(cè)信號(hào)變化方式的稱為作用型，檢測(cè)產(chǎn)生響應(yīng)而形成信號(hào)方式的稱為反作用型。雷達(dá)與無(wú)線電頻率范圍探測(cè)器是作用型實(shí)例，而光聲效應(yīng)分析裝置與激光分析器是反作用型實(shí)例。

被動(dòng)型傳感器：只是接收被測(cè)對(duì)象本身產(chǎn)生的信號(hào)，如紅外輻射溫度計(jì)、紅外攝像裝置等。

傳感器作用

是把非電學(xué)量（如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等）轉(zhuǎn)化為電學(xué)量（如電壓、電流等）或電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)很方便地測(cè)量、傳輸、處理或自動(dòng)控制。傳感器的種類很多、功能各異。

4、傳感器在化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

傳感器(英文名稱:transducer/sensor)是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求，在各個(gè)領(lǐng)域中具有很大的應(yīng)用價(jià)值，在化學(xué)領(lǐng)域的主要應(yīng)用如下：

1、在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用

在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中必須對(duì)溫度、壓力和流量等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工作狀態(tài)的監(jiān)控，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高效益。目前傳感器與微機(jī)、通訊技術(shù)等的結(jié)合應(yīng)用，使工業(yè)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化更具有準(zhǔn)確、效率高等優(yōu)點(diǎn)

2、在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用

近年來(lái),溫室效應(yīng)、臭氧空洞等一系列的環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重,傳感器滿足了人們對(duì)污染物進(jìn)行連續(xù)、快速、在監(jiān)測(cè)的要求。日前，已有相當(dāng)一部分生物傳感器應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)中。生物傳感器在測(cè)定環(huán)境污染指標(biāo)BOD (即水質(zhì)受有機(jī)物污染的程度)方面得到應(yīng)用為保證飲用水質(zhì)量，有效治理被污染水源等做出了貢獻(xiàn)；微生物傳感器用于測(cè)定空氣和水中的NH3含量和濃度，在發(fā)酵工業(yè)、整治大氣污染等方面發(fā)揮功效；生物傳感器還可探測(cè)除草劑含量，應(yīng)用于植物學(xué)研究和整治農(nóng)藥污染。而有機(jī)磷農(nóng)藥的大量使用造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染甚至危及到人類的健康，電化學(xué)生物傳感器技術(shù)在有機(jī)磷農(nóng)藥(OPSD 檢測(cè)[14]領(lǐng)域的研究技術(shù)取得了很大的進(jìn)步, 測(cè)定靈敏度愈來(lái)愈高。

3、在氣體檢測(cè)方面的應(yīng)用

電化學(xué)傳感器用來(lái)測(cè)定目標(biāo)分子或物質(zhì)的電學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)，從而進(jìn)行定性和定量的分析和測(cè)量。目前成功地研制出一種微型新型S02電化學(xué)傳感器，穩(wěn)定性好、靈敏度高、價(jià)格低廉、制作簡(jiǎn)便有很大利用價(jià)值; 還有采用分布反饋式半導(dǎo)體激光器作為光源，應(yīng)用二次諧波檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)甲烷氣體的濃度檢測(cè)，檢測(cè)的靈敏度為很高的一種新型傳感器； CO既是容易讓人容易中毒的不安全氣體又是汽車尾氣中的污染物， CO濃度實(shí)施監(jiān)測(cè)技術(shù)主要依賴MOS和SE傳感器技術(shù)。