تطبيق المستشعر الكهروكيميائي في مستشعر الغاز

تطبيق المستشعر الكهروكيميائي في مستشعر الغاز

مع تطور العلوم والتكنولوجيا، اتسع نطاق استخدام أجهزة استشعار الغازات بشكل ملحوظ. وبفضل تطبيقاتها المنتشرة على نطاق واسع، مثل إنترنت الأشياء، اتجه تطوير هذه الأجهزة نحو التصغير والتكامل والتصميم المعياري والذكاء الاصطناعي. ومن بين هذه الأجهزة، تحظى أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية بشعبية واسعة في مجال الكشف عن الغازات، وذلك بفضل مخرجاتها الخطية، واستهلاكها المنخفض للطاقة، ودقتها العالية. إضافةً إلى ذلك، تتميز أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية بدقة وتكرار قياسات أفضل من غيرها. وبعد عقود من التطوير التكنولوجي، باتت هذه الأجهزة تتمتع بانتقائية عالية جدًا في رصد أنواع محددة من الغازات.

في البداية، استُخدمت المجسات الكهروكيميائية لرصد تركيز الأكسجين. ومع تطور التكنولوجيا، بدأت المجسات الكهروكيميائية بالظهور لرصد وكشف مجموعة متنوعة من الغازات السامة ضمن نطاق الحد الأدنى للانفجار (LEL). كما أظهرت هذه المجسات حساسية وانتقائية عاليتين في التطبيقات العملية، ولذلك لا تزال حتى الآن المجسات الكهروكيميائية هي المجسات الرئيسية لرصد تركيز الغازات. في الوقت الحاضر، تُستخدم المجسات الكهروكيميائية على نطاق واسع في العديد من التطبيقات الثابتة والمتحركة، وتلعب دورًا حيويًا في رصد الغازات المتعددة. فيما يلي، يقدم المحرر نبذة مختصرة عن المعلومات ذات الصلة بالمجسات الكهروكيميائية للغازات:

1. مبادئ أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية

تُستخدم معظم أجهزة استشعار الغاز الكهروكيميائية في وضع الانتشار. في هذا الوضع، يدخل الغاز إلى المستشعر عبر فتحة صغيرة في مقدمته (بفعل التدفق الطبيعي لجزيئات الغاز). تقوم بعض الأجهزة بسحب عينات الهواء/الغاز إلى داخل المستشعر بواسطة مضخة شفط. يُركّب غشاء نفاذ للهواء عند فتحة الهواء لمنع دخول الماء أو الزيت إلى المستشعر. يمكن تغيير نطاق القياس وحساسية المستشعر عن طريق ضبط حجم مدخل الهواء أثناء التصميم. يزيد مدخل الهواء الأكبر من حساسية الجهاز ودقته، بينما يقلل مدخل الهواء الأصغر من الحساسية والدقة، ولكنه يزيد من نطاق القياس.

ثانيًا، تركيبة المستشعر الكهروكيميائي

1. الغشاء القابل للتنفس (يسمى أيضًا الغشاء الكاره للماء)

يُستخدم الغشاء المسامي لتغطية قطب الاستشعار (الحفزي)، وفي بعض الحالات يُستخدم للتحكم في الوزن الجزيئي للغاز الواصل إلى سطح القطب. تُصنع هذه الحواجز عادةً من أغشية التفلون منخفضة المسامية. يُسمى هذا النوع من المستشعرات بالمستشعر المُغطى. بدلاً من ذلك، يمكن تغطيته بغشاء تفلون عالي المسامية، ويمكن التحكم في الوزن الجزيئي للغاز الواصل إلى سطح القطب باستخدام أنبوب شعري. يُسمى هذا النوع من المستشعرات بالمستشعر الشعري. بالإضافة إلى توفير الحماية الميكانيكية للمستشعر، يؤدي الغشاء وظيفة ترشيح الجسيمات غير المرغوب فيها. لنقل الوزن الجزيئي الموجب للغاز، من الضروري اختيار حجم المسام المناسب للغشاء والأنبوب الشعري. يجب أن يسمح حجم المسام بمرور كمية كافية من جزيئات الغاز إلى قطب الاستشعار، كما يجب أن يمنع تسرب الإلكتروليت السائل أو جفافه السريع.

2. قطب كهربائي

يُعدّ اختيار مادة القطب الكهربائي بالغ الأهمية. ينبغي أن تكون مادة القطب الكهربائي مادةً محفزةً قادرةً على إجراء تفاعل شبه إلكتروليتي لفترة طويلة. عادةً ما تُصنع الأقطاب الكهربائية من معادن ثمينة، مثل البلاتين أو الذهب، التي تتفاعل بكفاءة مع جزيئات الغاز بعد تحفيزها. وبحسب تصميم المستشعر، يمكن تصنيع الأقطاب الكهربائية الثلاثة من مواد مختلفة لإتمام تفاعل التحليل الكهربائي.

3. الإلكتروليت

يجب أن يكون المحلول الإلكتروليتي قادراً على إتمام تفاعل التحليل الكهربائي ونقل الشحنة الأيونية بكفاءة إلى القطب. كما يجب أن يشكل جهداً مرجعياً مستقراً مع القطب المرجعي وأن يكون متوافقاً مع المواد المستخدمة في المستشعر. إذا تبخر المحلول الإلكتروليتي بسرعة كبيرة، ستضعف إشارة المستشعر.

4. تصفية

أحيانًا، يُركّب مرشح تنقية أمام المستشعر لتصفية الغازات غير المرغوب فيها. خيارات المرشحات محدودة، ولكل مرشح درجة كفاءة مختلفة. المادة الشائعة الاستخدام في الترشيح هي الكربون المنشط. يستطيع الكربون المنشط تصفية معظم المواد الكيميائية، ولكنه لا يستطيع تصفية أول أكسيد الكربون. باختيار مادة الترشيح المناسبة، يمكن للمستشعر الكهروكيميائي أن يتمتع بانتقائية أعلى للغاز المستهدف.

3. طريقة عمل المستشعر الكهروكيميائي

تعتمد آلية عمل المستشعر الكهروكيميائي بشكل أساسي على التفاعل الكيميائي مع الغاز المراد قياسه، مما ينتج عنه إشارة كهربائية تتناسب مع تركيز الغاز. يتكون المستشعر الكهروكيميائي النموذجي من قطب استشعار وقطب مضاد، يفصل بينهما طبقة رقيقة من الإلكتروليت. يتفاعل الغاز مع المستشعر عبر فتحات دقيقة تشبه الأنابيب الشعرية، ثم يصل إلى سطح القطب عبر طبقة الحاجز الكارهة للماء. تتيح هذه الطريقة تفاعل كمية مناسبة من الغاز مع قطب الاستشعار لتكوين إشارة كهربائية كافية، مع منع تسرب الإلكتروليت من المستشعر.

تُعد شركة هونان ريكا للتكنولوجيا الإلكترونية المحدودة أكبر شركة مصنعة لحلول الاستشعار، وهو أحد أفضل المنتجات التي نصنعها.

إن كون شركة هونان ريكا للتكنولوجيا الإلكترونية المحدودة رائدة في الأداء يعني أنها ستحقق التميز التشغيلي، ورضا العملاء الرائد في الصناعة، والأداء المالي المتميز.

باختصار، يُعدّ هذا النظام حلاً مثالياً لأنظمة مراقبة البيئة، والاستهانة بقيمته ستكلفك أكثر من أي شيء آخر. لذا اغتنم الفرصة قبل فوات الأوان.