Elektrochemiczna - EC

Sensor elektrochemiczny sklada sie z dwóch lub trzech elektrod i przewodzacego jony elektrolitu. W celu pomiaru gazu uszczelnia sie sensor membrana ( np. folia PTFE) zabezpieczajaca wyciek elektrolitu. Elektrody skladaja sie najczesciej z membran powlekanych platyna lub zlotem. Próbka gazu przenika przez bariere do elektrody roboczej, na której mierzalne komponenty gazu sa elektrochemicznie przetwarzane. W procesie tym uwalniaja sie elektrony, które dyfunduja do elektrody przeciwnej. Miedzy elektroda robocza a przeciwna zaczyna plynac prad, którego wartosc jest proporcjonalna do ilosci gazu przetworzonego na elektrodzie roboczej.

Elektrochemiczna jednostka pomiarowa Aby utrzymac stale napiecie miedzy elektroda robocza i przeciwna potrzebna jest elektroda referencyjna. Wiele gazów reaguje tylko przy scisle okreslonym napieciu referencyjnym. Sensory elektrochemiczne stosowane sa dla szeregu róznych gazów jak np. H2S, HCN, CO, Cl2, SO2, H2, NO i NO2.

Typowe przyklady mechanizmów reakcji:

Gaz Elektroda robocza Elektroda przeciwna H2S H2S + 4 H2O —> H2SO4 + 8 H+ + 8e- O2 + 4 H + 4e- —> 2 H2O HCN 2 HCN —>2 H + 2 CN- O2 + 2 H + 2e- —> H2O CO CO + H2O —> CO2 + 2 H+ + 2e- O2 + 4 H + 4e- —> 2 H2O Cl2 2 H2O —> O2 + 4 H+ + 4e- 2 H+ + Cl2 + 2e- —> 2 HCl SO2 SO2 + 2 H2O —> H2SO4 + 2 H+ + 2e- O2 + 4 H + 4e- —> 2 H2O H2 H2 —> 2 H+ + 2e- O2 + 4 H + 2e- —> H2O NO NO+ 2 H2O —> HNO3+ 3 H+ + 3e- O2 + 4 H + 4e- —> 2 H2O NO2 2 H2O —> O2 + 4 H+ + 4e- NO2 + 2 H + 2e- —> NO + H2O

Aby osiagnac optymalna selektywnosc i niska czulosc skosna sensorów elektrochemicznych stosowane sa rózne katalizatory, elektrody, rozpuszczalniki elektrolitu i rózne napiecie referencyjne. Sensory elektrochemiczne stosowane sa przede wszystkim do kontroli otaczajacego powietrza na okreslonym gaz. Mozliwosci ich stosowania w mieszaninach wielu gazów sa ograniczone ze wzgledu na czulosci skosne oraz koniecznosc wystepowania tlenu przy niektórych reakcjach.

Sensory elektrochemiczne do tlenu

Do pomiaru tlenu stosuje sie m.in. elektrochemiczna zasade pomiaru. Komory elektrochemiczne sa zbudowane sa podobnie jak element galwaniczny z 2 lub 3 elektrodami z róznych metali i z rozpuszczalnika elektrolitu. W sensorach do pomiaru tlenu stosowane sa zlote i olowiowe elektrody. Tlen przenika przez przepuszczajaca gaz membrane (np. PTFE-membrana) do srodka elektrochemicznej komory.

Sensory elektrochemiczne do tlenu

Miedzy elektroda robocza i przeciwna wytwarza sie odpowiednio proporcjonalne do koncentracji gazu napiecie elektryczne zgodnie z równaniem reakcji.

Mechanizm reakcji Elektroda robocza: 4 OH- + 2 Pb —> 2 PbO + 2 H2O + 4 e- Elektroda przeciwna: O2 + 2 H2O + 4 e- —> 4OH-

W elektrochemicznych sensorach tlenowych rozróznia sie sensory mierzace %objetosci i cisnienie czastkowe. Sensory GfG mierza bezposrednio w %obj., tak np. czyste suche powietrze zawiera 20,93% obj. tlenu. Cisnienie czesciowe jest definiowane jako cisnienie, jakie wywieralby gaz, gdyby zastosowano taka sama objetosc mieszanki gazu przy jednakowej temperaturze. Cisnienie czastkowe tlenu w czystym suchym powietrzu np. przy cisnieniu 1atmosfery wynosiloby 0,2093 atm.. Zawartosc gazu w %obj. jest niezalezna od cisnienia calkowitego. Cisnienie czastkowe zmienia sie w równym stopniu jak cisnienie calkowite. Dla czystego suchego powietrza przy cisnieniu calkowitym 2 atm.wartosc wynosi:

Volumen in % O2 Partialdruck von O2 20,93 Vol% 0,419 atm.

Sygnal wyjsciowy komory pomiarowej mierzacej cisnienie czastkowe zmienia sie proporcjonalnie do zmian cisnienia calkowitego. W przypadku sensora mierzacego w %obj. sygnal wyjsciowy nie zmienia sie.