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電化學(xué)傳感器通過(guò)與被測氣體發(fā)生反應并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號來(lái)工作。典型的電化學(xué)傳感器由傳感電極（或工作電極）和反電極組成，并由一個(gè)薄電解層隔開(kāi)。

氣體首先通過(guò)微小的毛管型開(kāi)孔與傳感器發(fā)生反應，然后是疏水屏障層，最終到達電極表面。采用這種方法可以允許適量氣體與傳感電極發(fā)生反應，以形成充分的電信號，同時(shí)防止電解質(zhì)漏出傳感器。

穿過(guò)屏障擴散的氣體與傳感電極發(fā)生反應，傳感電極可以采用氧化機理或還原機理。這些反應由針對被測氣體而設計的電極材料進(jìn)行催化。

通過(guò)電極間連接的電阻器，與被測氣濃度成正比的電流會(huì )在正極與負極間流動(dòng)。測量該電流即可確定氣體濃度。由于該過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生電流，電化學(xué)傳感器又常被稱(chēng)為電流氣體傳感器或微型燃料電池。

在實(shí)際中，由于電極表面連續發(fā)生電化發(fā)應，傳感電極電勢并不能保持恒定，在經(jīng)過(guò)一段較長(cháng)時(shí)間后，它會(huì )導致傳感器性能退化。為改善傳感器性能，人們引入了參考電極。

參考電極安裝在電解質(zhì)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(méi)有電流流動(dòng)。氣體分子與傳感電極發(fā)生反應，同時(shí)測量反電極，測量結果通常與氣體濃度直接相關(guān)。施加于傳感電極的電壓值可以使傳感器針對目標氣體。