天天热文：电化学气体传感器的优缺点及技术挑战

电化学气体传感器是一种验证技术，可以追溯到20世纪50年代，是为氧气监测而开发的。葡萄糖生物传感器是该技术的首次应用之一，用于测量葡萄糖中的氧气消耗量。在接下来的几十年里，该技术取得了进展，使传感器小型化，并检测到各种目标气体。

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随着无处不在的传感器世界的到来，许多行业都有无数新的气体传感器应用程序，如汽车空气质量监测或电子鼻子。不断发展的法律、法规和安全标准导致对新应用程序和现有应用程序的要求比过去更具挑战性。换句话说，未来的气体传感系统必须准确测量低浓度，更有选择性地使用目标气体，使用电池供电更长的时间，提供一致的性能，并始终保持安全可靠的操作。

电化学气体传感器的优缺点

电化学气体传感器BF247A的普及可以归因于其线性输出、功耗要求低、分辨率好。此外，一旦校准了已知浓度的目标气体，测量的可重复性和准确性也非常好。由于技术的发展，这些传感器可以为特定的气体类型提供良好的选择。

工业应用（如工人安全有毒气体检测）率先采用电化学传感器的经济运行，使区域有毒气体监测系统的部署成为可能，以确保采矿、化工、沼气工厂、食品生产、医药等行业员工的安全环境条件。

虽然传感器本身正在改进，但自电化学气体传感器早期以来，其基本工作原理和缺陷没有改变。一般来说，电化学传感器的保质期有限，通常为6个月至1年。传感器的老化也会对其长期性能产生重大影响。传感器制造商通常规定，传感器的灵敏度每年可以漂移20%以上。此外，即使目标气体的选择性显著提高，传感器仍然受到其他气体交叉敏感性的影响，这增加了测量干扰和错误读数的可能性。它们也与温度有关，必须补偿内部温度。

技术挑战

在设计先进的气体传感系统时，需要克服的技术挑战可分为三组，对应系统的不同生命周期。

首先，传感器制造存在制造可重复性、传感器表征和校准等挑战。虽然制造过程本身是高度自动化的，但它不可避免地会给每个传感器带来可变性。由于这些差异，传感器必须在生产过程中进行表征和校准。

其次，在系统的整个生命周期中存在技术挑战。包括系统架构优化；例如，考虑信号链设计或功耗。电磁兼容性在工业应用中受到高度重视（EMC）功能安全性和合规性将对设计成本和上市时间产生负面影响。工作条件在挑战所需的性能和使用寿命方面也起着重要作用。该技术的实质是电化学传感器在使用寿命内会老化和漂移，导致传感器的频繁校准或更换。如果它在恶劣环境中运行，性能变化将进一步加速，如本文所述。许多应用程序的关键要求之一是延长传感器的使用寿命，特别是当系统成本非常重要时。

第三，即使采用延长其运行的技术，当性能不再满足要求，需要更换传感器时，所有电化学传感器最终都将达到其使用寿命。有效的检测和报废是一个挑战。如果我们克服了这一挑战，我们可以通过减少不必要的传感器更换来大大降低成本。进一步预测传感器何时发生故障可以进一步降低气体传感系统的运行成本。

电化学气体传感器在所有气体传感应用中的利用率不断提高，挑战了这些系统的物流、调试和维护，增加了总成本。因此，具有诊断功能的特定应用模拟前端主要是为了保证气体传感系统的长期可持续性和可靠性。

关键词： 电化学传感器 应用程序 使用寿命