電化學傳感器通過與被測氣體發生反應并產生于氣體濃度成正比的電信號來工作。

一、電化學傳感器結構及工作過程

典型的電化學傳感器由傳感電極（或工作電極）和反電極組成，并由一個薄電解層隔開。

1、  被測氣通過疏水半透性的薄膜，擴散進入傳感器。這種薄膜可以允許適量的氣體進入，形成充分的電信號，且防止電解液漏出傳感器。

2、  穿過屏障擴散的氣體與傳感器電極發生反應，傳感電極可以采用氧化機理或還原機理或者只是引起PH值變換。這些反應由針對被測氣體而設計的電極材料進行催化。分子擴散通過半透膜，在電極表面發生反應，擴散過程遵循菲克定律：擴散速率與外部濃度成比例，因此傳感器信號與外部氣體濃度成比例。

3、  通過電極間連接的電阻器，與被測氣體濃度成正比的電流會在正極與負極間流動。測量該電流即可確定氣體濃度。反應產生的電流與擴散進 入的氣體濃度成比例。

4、  外部連接恒電位儀，量化輸出值。

二、電化學傳感器類型：

1、2電極傳感器。如圖1。

含鉛氧傳感器是最常見的2電極傳感器，其金屬-空氣型電池由空氣極，陰極和電解液組成。氧傳感器都是自身供電，是一種電流源。電流大小相應地取決于氧氣反應速度。如果通過傳感器的氧氣流量是完全有限擴散的，這個電信號就可以反映出氧氣濃度。氧氣傳感器是通過外接一個低阻值電阻而產生電壓信號來實現的。

2、3電極傳感器，在2電極基礎上加參考極。如圖2.

在實際中，由于電極表面連續發生化學反應，傳感器電極電勢并不能保持恒定，在經過較長一段時間后，它會導致傳感器性能退化。為改善傳感器性能，人們引入參考電極，參考電極安裝在電解質中，與傳感電極鄰近。固定的穩定恒電勢作用于傳感電極。參考電極可以保持傳感電極上的這種固定電壓值。參考電極間沒有電流流動。氣體分子與傳感器電極發生反應，同時測量反電極，測量結果通常與氣體濃度直接相關。施加于傳感電極的電壓值可以使傳感器針對目標氣體。

三、傳感器內部狀態：

圖中綠色表示傳感器前端的半透膜，黑色表示催化劑，紅色表示電解液。

1、如下圖，電解液潤濕催化劑表層，氣體擴散到達催化劑表層發生反應，電子、離子等反應產物經電解液到到電極。

2、如下圖，電解液漫過催化劑并滲透進入半透膜的孔隙中，會阻礙進氣接觸催化劑，從而造成傳感器響應時間和靈敏度等性能損失。

3、如下圖，催化劑與電解液幾乎沒有接觸，反應產物的傳遞受限，降低傳感器響應時間和靈敏度等性能指標。

電化學傳感器對工作電源的要求很低。電化學傳感器通常對目標氣體具有較高的選擇性。普通電化學傳感器內電池的電解質是一種水溶劑，用憎水屏障予以隔離，憎水屏障具有防治水溶劑泄漏的作用。然而，和其他氣體分子一樣，水蒸汽可以穿過憎水屏障。在大濕度條件下，長時間暴露可能導致過量水分蓄積并導致泄露。在低潮濕條件下，傳感器可能燥結。電化學傳感器對溫度也非常敏感，因此通常采取內部溫度補償。相比較普通電化學，固態電化學傳感器優勢更為明顯，也是未來主流的產品。