电化学气体传感器中三电极与二电极的优缺点对比

扫地僧

电化学气体传感器中，三电极结构相比二电极结构的核心优势，在于引入独立的参比电极实现精准电位控制，同时分离对电极的配对反应功能，具体优点如下：
1. 精准控制工作电极电位，大幅提升检测选择性
二电极结构只有工作电极和对电极，两极间电位会随被测气体浓度、环境温湿度、电解液状态变化而漂移，无法维持工作电极的最佳反应电位，很容易受到干扰气体的影响。三电极结构新增的参比电极不参与电流传导，仅提供稳定的参考电位，配合恒电位仪可将工作电极电位精准固定在目标值。这一设计能确保只有目标气体在工作电极上发生氧化或还原反应，有效排除干扰气体的交叉响应，比如检测一氧化碳时可避免氢气、酒精等气体的干扰。

2. 抑制零点漂移，提升检测稳定性与精度
二电极结构在工作过程中，电解液极化、电极表面污染或钝化会直接导致电位漂移，表现为明显的零点漂移，长期使用后检测精度会显著下降。三电极结构中，参比电极的稳定电位可实时补偿工作电极的电位变化，从根源上抑制零点漂移；同时独立的对电极可高效完成与工作电极的配对反应，避免了二电极结构中对电极反应对工作电极电位的干扰，让输出信号更稳定，检测精度可提升一个数量级。


3. 延缓电极损耗，延长传感器使用寿命
二电极结构的工作电极与对电极反应相互制约，当电极表面钝化或电解液干涸时，两极反应效率会同步下降，传感器寿命通常只有数月到 1 年。三电极结构的电位精准控制，可减少工作电极表面的过度氧化或还原，延缓电极钝化速度；独立的对电极能更好地维持电解液的化学平衡，减缓电解液消耗；部分三电极传感器的参比电极采用 Ag/AgCl 等不溶性材料，进一步提升稳定性，使传感器寿命延长至 2-3 年。


4. 降低背景噪声，适配低浓度气体检测
二电极结构需要施加较高极化电压才能驱动目标气体反应，容易引发电解液自身分解（如水电解产生氢气、氧气），产生额外背景电流干扰检测信号。三电极结构通过精准电位控制，可将工作电极电位维持在仅触发目标气体反应的最低值，避免电解液分解，降低背景噪声，提升信噪比，特别适合 ppm 级低浓度气体的精准检测。


5. 响应与恢复速度更快，动态性能更优
三电极结构的恒电位控制电路响应更灵敏，当目标气体浓度变化时，工作电极的反应电流能实时跟踪浓度变化；在气体消失后，电位可快速恢复至初始状态，不会出现二电极结构常见的 “信号残留” 问题，响应时间（T90）和恢复时间更短。
典型应用场景差异

三电极传感器凭借上述优势，多用于工业安全监测、医疗诊断、环境监测等高精度定量检测场景；二电极传感器则适用于家庭燃气泄漏报警等低成本、低精度的定性检测场景。