Электрохимический датчик газа - Electrochemical gas sensor

Электрохимические датчики газа находятся детекторы газа которые измеряют концентрацию цели газ к окисляющий или снижение целевого газа на электрод и измерение результирующего тока.

История

Начав свои исследования в 1962 году, г. Наойоши Тагучи стал первым человеком в мире, которому удалось разработать полупроводниковое устройство, которое могло обнаруживать низкие концентрации горючих и восстановительных газов при использовании с простой электрической схемой. Устройства, основанные на этой технологии, часто называют «TGS» (газовые датчики Taguchi).[1]

Строительство

Датчики содержат два или три электрода, иногда четыре, контактирующих с электролит. Электроды обычно изготавливаются путем прикрепления благородного металла с большой площадью поверхности к пористой поверхности. гидрофобный мембрана. Рабочий электрод контактирует как с электролитом, так и с окружающим воздухом, который обычно контролируется, через пористую мембрану. Чаще всего используется электролит. минеральная кислота, но в некоторых датчиках также используются органические электролиты. Электроды и корпус обычно находятся в пластиковом корпусе, который содержит отверстие для входа газа для газовых и электрических контактов.

Теория Операции

Газ диффундирует в датчик через заднюю часть пористой мембраны к рабочему электроду, где он окисляется или восстанавливается. Этот электрохимический реакция приводит к электрическому току, который проходит через внешнюю цепь. В дополнение к измерению, усилению и выполнению других функций обработки сигналов внешняя схема поддерживает напряжение на датчике между рабочим электродом и противоэлектродом для двухэлектродного датчика или между рабочим и контрольным электродами для трехэлектродной ячейки. На противоэлектроде происходит равная и противоположная реакция, так что если рабочий электрод представляет собой окисление, то противоэлектрод представляет собой восстановление.

Ответ, контролируемый диффузией

Величина тока определяется степенью окисления целевого газа на рабочем электроде. Датчики обычно проектируются так, что подача газа ограничена распространение и, таким образом, выходной сигнал датчика равен линейно пропорционально газу концентрация. Этот линейный выходной сигнал является одним из преимуществ электрохимических датчиков перед другими сенсорными технологиями (например, инфракрасными), выходной сигнал которых должен быть линеаризован, прежде чем их можно будет использовать. Линейный выход позволяет более точно измерять низкие концентрации и значительно упрощает калибровку (необходимы только базовая линия и одна точка).

Управление диффузией дает еще одно преимущество. Изменение диффузионного барьера позволяет производителю датчика адаптировать датчик к конкретному диапазону концентрации целевого газа. Кроме того, поскольку диффузионный барьер является в первую очередь механическим, калибровка электрохимических датчиков имеет тенденцию быть более стабильной с течением времени, и поэтому инструменты на основе электрохимических датчиков требуют гораздо меньшего обслуживания, чем некоторые другие технологии обнаружения. В принципе, чувствительность может быть рассчитана на основе диффузионных свойств газового тракта в датчик, хотя экспериментальные ошибки в измерении диффузионных свойств делают расчет менее точным, чем калибровка с помощью тестового газа.[2]

Перекрестная чувствительность

Для некоторых газов, таких как окись этилена перекрестная чувствительность может быть проблемой, потому что оксид этилена требует очень активного рабочего электрода. катализатор и высокий рабочий потенциал для его окисления. Следовательно, газы, которые легче окисляются, такие как спирты и монооксид углерода также даст ответ. Проблемы перекрестной чувствительности могут быть устранены путем использования химического фильтра, например фильтров, которые позволяют целевому газу беспрепятственно проходить через него, но которые реагируют и устраняют общие помехи.

Хотя электрохимические датчики обладают множеством преимуществ, они подходят не для всех газов. Поскольку механизм обнаружения включает окисление или восстановление газа, электрохимические датчики обычно подходят только для газов, которые являются электрохимически активными, хотя можно опосредованно обнаруживать электрохимически инертные газы, если газ взаимодействует с другими частицами в датчике, который затем производит отклик.[3] Датчики углекислого газа являются примером этого подхода, и они коммерчески доступны уже несколько лет.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ США 3695848  Газоанализатор
  2. ^ «Время отклика амперометрического газового датчика», П.Р. Уорбертон, М.П. Пагано, Р. Гувер, М. Логман, К. Крайцер, Йи.Дж. Уорбертон; Анальный. Chem., 70 (5), 998-1006, 1998.
  3. ^ Д. Плетчер, Дж. Эванс, П.Р. Уорбертон, Т.К. Гиббс, Патент США № 5071526, 10 декабря 1991 г. «Датчики кислого газа и способ их использования».