電化學氣體傳感器是一種驗證技術，可以追溯到20世紀50年代，是為氧氣監測而開發的。葡萄糖生物傳感器是該技術的首次應用之一，用于測量葡萄糖中的氧氣消耗量。在接下來的幾十年里，該技術取得了進展，使傳感器小型化，并檢測到各種目標氣體。

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隨著無處不在的傳感器世界的到來，許多行業都有無數新的氣體傳感器應用程序，如汽車空氣質量監測或電子鼻子。不斷發展的法律、法規和安全標準導致對新應用程序和現有應用程序的要求比過去更具挑戰性。換句話說，未來的氣體傳感系統必須準確測量低濃度，更有選擇性地使用目標氣體，使用電池供電更長的時間，提供一致的性能，并始終保持安全可靠的操作。

電化學氣體傳感器的優缺點

電化學氣體傳感器BF247A的普及可以歸因于其線性輸出、功耗要求低、分辨率好。此外，一旦校準了已知濃度的目標氣體，測量的可重復性和準確性也非常好。由于技術的發展，這些傳感器可以為特定的氣體類型提供良好的選擇。

工業應用（如工人安全有毒氣體檢測）率先采用電化學傳感器的經濟運行，使區域有毒氣體監測系統的部署成為可能，以確保采礦、化工、沼氣工廠、食品生產、醫藥等行業員工的安全環境條件。

雖然傳感器本身正在改進，但自電化學氣體傳感器早期以來，其基本工作原理和缺陷沒有改變。一般來說，電化學傳感器的保質期有限，通常為6個月至1年。傳感器的老化也會對其長期性能產生重大影響。傳感器制造商通常規定，傳感器的靈敏度每年可以漂移20%以上。此外，即使目標氣體的選擇性顯著提高，傳感器仍然受到其他氣體交叉敏感性的影響，這增加了測量干擾和錯誤讀數的可能性。它們也與溫度有關，必須補償內部溫度。

技術挑戰

在設計先進的氣體傳感系統時，需要克服的技術挑戰可分為三組，對應系統的不同生命周期。

首先，傳感器制造存在制造可重復性、傳感器表征和校準等挑戰。雖然制造過程本身是高度自動化的，但它不可避免地會給每個傳感器帶來可變性。由于這些差異，傳感器必須在生產過程中進行表征和校準。

其次，在系統的整個生命周期中存在技術挑戰。包括系統架構優化；例如，考慮信號鏈設計或功耗。電磁兼容性在工業應用中受到高度重視（EMC）功能安全性和合規性將對設計成本和上市時間產生負面影響。工作條件在挑戰所需的性能和使用壽命方面也起著重要作用。該技術的實質是電化學傳感器在使用壽命內會老化和漂移，導致傳感器的頻繁校準或更換。如果它在惡劣環境中運行，性能變化將進一步加速，如本文所述。許多應用程序的關鍵要求之一是延長傳感器的使用壽命，特別是當系統成本非常重要時。

第三，即使采用延長其運行的技術，當性能不再滿足要求，需要更換傳感器時，所有電化學傳感器最終都將達到其使用壽命。有效的檢測和報廢是一個挑戰。如果我們克服了這一挑戰，我們可以通過減少不必要的傳感器更換來大大降低成本。進一步預測傳感器何時發生故障可以進一步降低氣體傳感系統的運行成本。

電化學氣體傳感器在所有氣體傳感應用中的利用率不斷提高，挑戰了這些系統的物流、調試和維護，增加了總成本。因此，具有診斷功能的特定應用模擬前端主要是為了保證氣體傳感系統的長期可持續性和可靠性。

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