1、电化学传感器的原理及应用

基本原理

化学传感器主要由两部分组成：识别系统；传导或转换系统。

识别系统反待测物的某一化学参数（常常是浓度）与传导系统连结起来。它主要具有两种功能：选择性地与待测物发生作用，反所测得的化学参数转化成传导系统可以产生响应的信号。分子识别系统是决定整个化学传感器的关键因素。因此，化学传感器研究的主要问题**是分子识别系统的选择以及如何反分子识别系统与合适的传导系统相连续。化学传感器的传导系统接受识别系统响应信号，并通过电极、光纤或质量敏感元件将响应信号以电压、电流或光强度等的变化形式，传送到电子系统进行放大或进行转换输出，终使识别系统的响应信号转变为人们所能用作分析的信号，检测出样品中待测物的量。

化学传感器在环境与卫生监测中的应用

（一）空气检验

1、湿度传感器   湿度是空气环境的一个重要指标，空气的湿度与人体蒸发热之间有着密切关系，高温高湿时，由于人体水分蒸发困难而感到闷热，低温高湿时，人体散热过程剧烈，容易引起感冒和冻伤。人体**适宜的气温是18~22℃，相对湿度为35%～65%RH。 在环境与卫生监测中，常用于湿球温湿度计、手摇湿温度计和通风湿温度计等仪器测定空气湿度。近年来，大量文献报道用传感器测定空气湿度。

2、氧化氮传感器   氧化氮是氮的各种氧化物所组成的气体混合物的总称，常以NOX表示。在氧化氮中，不同形式的氧化氮化学稳定性不同，空气中常风的是化学性质相对稳定的一氧化氮，它们在卫生学上的意义显得较其它形式氧化氮更为重要。在环境分析中，氧化氮一般指一氧化氮

3、硫化氢气体传感器  硫化氢是一种无色、具有特殊腐蛋臭味的可燃气体，具有刺激性和窒息性，对人体有较大危害。目前大多用比色法和气相色谱法测定空气中硫化

4、二氧化硫传感器  二氧化硫是污染空气的主要物质之一，检测空气中二氧化硫尝试是空气检验的一项经常性工作。应用传感器监测二氧化硫。从缩短检测时间到降低检出限，都显示出极大的优越性。

2、感应器的工作原理

1.传感器工作原理分类物理传感器应用物理效应，如压电效应、磁致伸缩现象、电离、极化、热电、光电、磁电等效应。测量信号中的微小变化将被转换成电信号。

2.化学传感器包括以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号的微小变化也会转化为电信号。

在特制的弹性轴上贴上特制的扭力计，形成可变电桥，就是基本的扭矩传感器。轴上固定有:

(1)能量环形变压器的次级线圈，

(2)信号环形变压器的初级线圈，

(3)同轴印刷电路板，包括整流稳压电源、仪表放大电路、V/F转换电路和信号输出电路。

传感器的外壳上固定有:

(1)激励电路，

(2)能量环形变压器的初级线圈(输入端),

(3)信号环形变压器的次级线圈(输出),

(4)信号处理电路

传感器将一种形式的能量转换成另一种形式。有主动和被动两种。有源电感可以直接将一种能量形式转化为另一种能量形式，无需外部能源或激励源。

无源电感不能直接转换能量形式，但可以控制从另一个输入输入的能量或激发能量。感应器承担着将一个物体或过程的特定特性转化为数量的工作。它的“对象”可以是固体、液体或气体，它们的状态可以是静态的也可以是动态的(即过程)。物体经过变换和量化后，可以通过多种方式进行检测。物体的属性可以是物理的，也可以是化学的。它根据其工作原理，将物体特征或状态参数转换成可测量的电量，然后分离出电信号，送入传感器系统进行评估或标记。

3、一般的传感器有哪些？起什么作用

传感器有哪些类型？

1、按用途分

力敏传感器、位置传感器、液位传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器。

2、按原理分

振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等。

3、按其制造工艺分

集成传感器：是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。

薄膜传感器：则是通过沉积在介质衬底（基板）上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。

厚膜传感器：是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。

陶瓷传感器：采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺（溶胶、凝胶等）生产。

4、按测量目分

物理型传感器：是利用被测量物质的某些物理性质发生明显变化的特性制成的。

化学型传感器：是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转化成电学量的敏感元件制成的。

生物型传感器：是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器。

5、按其构成分

基本型传感器：是一种最基本的单个变换装置。

组合型传感器：是由不同单个变换装置组合而构成的传感器。

应用型传感器：是基本型传感器或组合型传感器与其他机构组合而构成的传感器。

6、按作用形式分

按作用形式可分为主动型和被动型传感器。

主动型传感器：又有作用型和反作用型，此种传感器对被测对象能发出一定探测信号，能检测探测信号在被测对象中所产生的变化，或者由探测信号在被测对象中产生某种效应而形成信号。检测探测信号变化方式的称为作用型，检测产生响应而形成信号方式的称为反作用型。雷达与无线电频率范围探测器是作用型实例，而光声效应分析装置与激光分析器是反作用型实例。

被动型传感器：只是接收被测对象本身产生的信号，如红外辐射温度计、红外摄像装置等。

传感器作用

是把非电学量（如力、温度、光、声、化学成分等）转化为电学量（如电压、电流等）或电路的通断，从而实现很方便地测量、传输、处理或自动控制。传感器的种类很多、功能各异。

4、传感器在化学领域的应用

传感器(英文名称:transducer/sensor)是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，在各个领域中具有很大的应用价值，在化学领域的主要应用如下：

1、在化学工业生产过程中的应用

在化学工业生产过程中必须对温度、压力和流量等参数进行检测，从而实现对工作状态的监控，保证产品质量，提高效益。目前传感器与微机、通讯技术等的结合应用，使工业监测自动化更具有准确、效率高等优点

2、在环境监测方面的应用

近年来,温室效应、臭氧空洞等一系列的环境污染问题日益严重,传感器满足了人们对污染物进行连续、快速、在监测的要求。日前，已有相当一部分生物传感器应用于环境监测中。生物传感器在测定环境污染指标BOD (即水质受有机物污染的程度)方面得到应用为保证饮用水质量，有效治理被污染水源等做出了贡献；微生物传感器用于测定空气和水中的NH3含量和浓度，在发酵工业、整治大气污染等方面发挥功效；生物传感器还可探测除草剂含量，应用于植物学研究和整治农药污染。而有机磷农药的大量使用造成了严重的环境污染甚至危及到人类的健康，电化学生物传感器技术在有机磷农药(OPSD 检测[14]领域的研究技术取得了很大的进步, 测定灵敏度愈来愈高。

3、在气体检测方面的应用

电化学传感器用来测定目标分子或物质的电学和电化学性质，从而进行定性和定量的分析和测量。目前成功地研制出一种微型新型S02电化学传感器，稳定性好、灵敏度高、价格低廉、制作简便有很大利用价值; 还有采用分布反馈式半导体激光器作为光源，应用二次谐波检测技术，实现对甲烷气体的浓度检测，检测的灵敏度为很高的一种新型传感器； CO既是容易让人容易中毒的不安全气体又是汽车尾气中的污染物， CO浓度实施监测技术主要依赖MOS和SE传感器技术。