2．2 检测技术原理

考虑到目前的实际应用效果，重点以电化学甲醛传感器的检测机理进行描述：

目前的甲醛传感器检测甲醛时发生如下的电化学反应：

阳极（工作电极）：HCHO＋H2O→CO2＋4H＋＋4e

阴极（对电极）：O2＋4H＋＋4e－→2H2O

整个反应方程式为：HCHO＋O2→CO2＋H2O

电化学传感器结构比较简单，测量范围和分辨率基本能达到室内环境检测的要求，但缺点是所受干扰物质多。由于电解质与被测甲醛气体发生不可逆化学反应而被消耗，故其工作寿命短。

对于甲醛传感器的组合模块，也有相似的甲醛检测过程，但是因为增加上了VOC进行干扰气体的判断（程序逻辑算法优化），可以一定程度上降低其他气体的干扰导致的甲醛突变，同时通过温湿度传感器检测周边温度的变化，调整甲醛传感器零点漂移和温度补偿问题。

2．3 电化学甲醛传感器的组成

电化学甲醛组成一般如下图所示

1．上塑胶外壳

2．下塑胶外壳

3．透气防水过滤膜（一般有聚四氟乙烯等共聚物等制成，具有优异的防水透气性）

4．透气孔

5．电解质液（一般为硫酸磷酸等酸性电解质的一种或几种混合，也有的是以氢氧化钠、氢氧化钾等碱性电解质的一种或几种混合，也有的是用氯化钠、醋酸钾等中性电解质的一种或几种混合而成。）

6．电极（包括正负电极，目前批量化成熟产品多为两电极类产品）

7．电解基片（目前国内的一些甲醛传感器厂家通过购买达特基片进行封装而成）

8．PCBA

当气体通过扩散方式进入到传感器中时，测其化学性质（如电流，电位，电量等）的变化则可实现物质及含量的测定，传感器的正电极和负电极由一个电解质液隔开，电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作，气体通过微小的透气孔与传感器产生反应，然后再经过透气防水过滤膜，到达电极表面，气体与传感器电极发生反应，以产生充分的电信号，同时防止电解质液出传感器，通过透气防水过滤膜扩散的气体与传感器电极发生反应，传感的电极可以采用氧化反应和还原反应的机理，这些反应由针对备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，与被测气浓度成正比的电流会在正电极与负电极之间流动，通过测量该电流的大小即可确定气体浓度。

2．3 传感器的性能技术指标

电化学甲醛传感器的技术指标，各厂家标称的参数差别不大，如下图炜盛的为例：

MEMS 微结构气体传感器发展速度迅猛，目前主流设计结构有三种，即封闭膜式结构（Closed membrane）、桥式结构（Bridge type）和悬臂梁式结构（Suspended type），其核心部件为信号电极、加热电极和气敏材料。对于甲醛传感器的选择，主要关注如下几个指标，从下述指标的优劣确认最合适的传感器。

1． 分辨率 在相同的检测条件下，通入与甲醛浓度相同的干扰气体，传感器电阻在甲醛和干扰气体中，相对稳态时阻值的变化量之比，即：

α ＝ ΔR1／ ΔR2

式中ΔR1为检测甲醛气体元件电阻值的变化量，ΔR2为检测其他气体的电阻值变化量。

传感器的分辨阈值一般在0．05mg／m。

2． 响应时间 处于稳态下的 N 型半导体气体传感器接触到被测气体后，输出的电压值为其稳定值的90％时，所花费的时间为气体传感器的响应时间。T90 ：传感器暴露在稳定甲醛浓度下 4T90（4 倍响应时间）时间后，可以认为传感器示数达到稳定。一般为30s左右

3． 恢复时间 当被测气体被迅速排空后，N型半导体气体传感器输出的电压值回复到初态时的10％时，所花费的时间为气体传感器的恢复时间。 T10一般比响应时间长一半左右，大概为45s左右。

4． 一致性 同种材料、同种工艺制作的多个气体传感器在检测同浓度的被测气体时，所输出的信号曲线的相似性。

5． 重复性 同一个传感器对被测气体进行反复多次检测后，检测同浓度的被测气体时，每次检测结果的一致性。

6．甲醛传感器的温湿度影响：电化学甲醛受温度和湿度影响较大，温度越高，输出的A／D值信号越小，对应的输出值越低；湿度越高，信号越强，对应的输出值越高。但相对来说在使用温度范围内0－40℃内，整体数据的影响大概在50％左右，而在一定的湿度范围内，相对应该比例在10％左右，所以温度对甲醛传感器的影响干扰问题必须重点考虑。

7．灵敏度：灵敏度一般是指单位气体浓度对应的被检测量（如：电阻）的变化。它的单位一般是A／ppm，Ω／ppm，1／ppm等。灵敏度和响应度（Response）既有区别又有联系。响应度通常是指一定浓度气氛下，被测量的变化值，它对应的单位是Ａ、Ｑ等。一般来说，相同的气体浓度下，响应度越大，灵敏度越高。

通过对电化学甲醛传感器响应与恢复时间、灵敏度、检出限、分辨力、有效量程、使用寿命和不确定度全面的测试调研，分析其离散程度，求得各指标客观权重及各层级分项指标的隶属度。

其中传感器的不确定度是通过分析具体实验结果，采用相应的不确定度分量评定方法进行估算的。

2．4 甲醛传感器推荐

TB600B 系列甲醛检测模组汇集了诸多来自德国的高精度检测技术，以及德国团 队的设计理念，核心传感器采用全球电化学领域体积最小的德国 EC yense 固态聚合物甲醛传感器。可以替代我们的鼻子去精准嗅出甲醛浓度， 实现精准甲醛气体的监测。 UART 数字式信号输出，省去了客户对传感器应用的了解，以及校准的繁琐工作。