电化学式气体传感器

   相当一部分的可燃性的、有毒有害气体都有电化学活性，可以被氧化或者还原。电化学气体传感器便是利用这些反应分辨气体成分、检测气体浓度。

   电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生于气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化学传感器由传感电极（或工作电极）和反电极组成，并由一个薄电解层隔开。气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应，然后是憎水屏障，最终到达电极表面。采用这种方法可以允许适量气体与传感器电极发生反应，以形成充分的电信号，同时防止电解质漏出传感器。

   穿过屏障扩散的气体与传感器电极发生反应，传感电极可以采用氧化机理或还原机理。这些反应由针对被测气体而设计的电极材料进行催化。通过电极间连接的电阻器，与被测气体浓度成正比的电流会在正极与负极间流动。测量该电流即可确定气体浓度。由于该过程中会产生电流、电化学传感器又被称为电流气体传感器或者微型燃料电池。在实际中，由于电极表面连续发生化学反应，传感器电极电势并不能保持恒定，在经过较长一段时间后，它会导致传感器性能退化。

   为改善传感器性能，人们引入参考电极，参考电极安装在电解质中，与传感电极邻近。固定的稳定恒电势作用于传感电极。参考电极可以保持传感电极上的这种固定电压值。参考电极间没有电流流动。气体分子与传感器电极发生反应，同时测量反电极，测量结果通常与气体浓度直接相关。施加于传感电极的电压值可以使传感器针对目标气体。

   电化学传感器对工作电源的要求很低。电化学传感器通常对目标气体具有较高的选择性。传感器内电池的电解质是一种水溶剂，用憎水屏障予以隔离，憎水屏障具有防治水溶剂泄漏的作用。然而，和其他气体分子一样，水蒸汽可以穿过憎水屏障。在大湿度条件下，长时间暴露可能导致过量水分蓄积并导致泄露。在低潮湿条件下，传感器可能燥结。电化学传感器对温度也非常敏感，因此通常采取内部温度补偿。

电化学传感器拥有很多子类：

原电池型气体传感器

这种传感器也被称为加伏尼电池型气体传感器，或燃料电池型气体传感器、自发电池型气体传感器。他们原理与我们日常使用的干电池相同，只不过电池碳锰电极被气体电极替代了。以氧气传感器为例，氧阴极被还原，电子电流表流到阳极，那里铅金属被氧化。因此电流大小与氧气浓度直接相关。这种传感器可以有效检测氧气、二氧化硫、氯气等气体。

恒定电位电解池型气体传感器

这种传感器用于检测还原性气体非常有效，它原理与原电池型传感器不一样，电化学反应是电流强制下发生，是一种真正库仑分析传感器。这种传感器已经成功用于一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼等气体检测之中，是目前有毒有害气体检测主流传感器。

注：库仑分析是指根据电解过程中消耗的电量，由法拉第定律来确定被测物质含量的方法。

浓差电池型气体传感器

这种传感器具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧，会自发形成浓差电动势，电动势的大小与气体的浓度有关，这种传感器的成功实例就是汽车用氧气传感器、固体电解质型二氧化碳检测仪。

极限电流型气体传感器

这是一种测量氧气浓度的传感器，工作原理是基于稳定氧化锌固体电解质的氧泵作用，通过气体扩散控制供给阴极的氧而得到极限电流。这种传感器目前主要用于锅炉的燃烧控制、钢水中氧气浓度检测，以及汽车的氧气检测。