Aplicación del sensor electroquímico en el sensor de gas

Aplicación del sensor electroquímico en el sensor de gas

Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, la aplicación de sensores de gas se ha extendido cada vez más. Impulsados ​​por aplicaciones omnipresentes como el Internet de las Cosas, el desarrollo de los sensores de gas ha comenzado a orientarse hacia la miniaturización, la integración, la modularización y la inteligencia. Entre ellos, los sensores electroquímicos son populares en el campo de la detección de gases debido a su salida lineal, bajo consumo de energía y mejor resolución. Además, los sensores electroquímicos de gas ofrecen mayor repetibilidad y precisión de medición que otros sensores. Tras décadas de desarrollo tecnológico, los sensores electroquímicos de gas ofrecen una excelente selectividad para la monitorización de gases específicos.

Inicialmente, los sensores electroquímicos se utilizaban para monitorizar la concentración de oxígeno. Con la evolución de la tecnología, comenzaron a aparecer sensores electroquímicos para monitorizar y detectar diversos gases tóxicos en el rango LIE. Además, estos sensores muestran una buena sensibilidad y selectividad en aplicaciones prácticas, por lo que, hasta la fecha, siguen siendo los principales sensores para monitorizar la concentración de gases. Actualmente, se han utilizado ampliamente en diversas aplicaciones estáticas y móviles, y han desempeñado un papel fundamental en el monitorizado de múltiples gases. A continuación, se presenta brevemente el conocimiento relevante sobre los sensores electroquímicos de gas:

1. Principios de los sensores electroquímicos

La mayoría de los sensores electroquímicos de gas se utilizan en modo de difusión. En este modo, la muestra de gas del entorno circundante en el sensor ingresa a través del pequeño orificio en la parte frontal del sensor (a través del flujo natural de las moléculas de gas). Algunos dispositivos extraen muestras de aire/gas al sensor mediante una bomba de succión. Se instala una membrana transpirable en el orificio de aire para evitar que entre agua o aceite en el sensor. El rango de medición y la sensibilidad del sensor se pueden modificar ajustando el tamaño de la entrada de aire durante el diseño. Una entrada de aire más grande puede aumentar la sensibilidad y la resolución del dispositivo, mientras que una entrada de aire más pequeña reduce la sensibilidad y la resolución, pero puede aumentar el rango de medición.

En segundo lugar, la composición del sensor electroquímico.

1. La membrana transpirable (también llamada membrana hidrofóbica)

La membrana transpirable se utiliza para cubrir el electrodo sensor (catalítico) y, en algunos casos, para controlar la llegada del peso molecular del gas a su superficie. Estas barreras suelen estar hechas de películas de teflón de baja porosidad. Este tipo de sensor se denomina sensor recubierto. Alternativamente, también puede recubrirse con una película de teflón de alta porosidad, y el peso molecular del gas que llega a la superficie del electrodo se puede controlar mediante un capilar. Este tipo de sensor se denomina sensor capilar. Además de proporcionar protección mecánica al sensor, la membrana también filtra partículas no deseadas. Para transmitir un peso molecular positivo del gas, es necesario seleccionar el tamaño de poro correcto de la membrana y el capilar. El tamaño de poro debe permitir que una cantidad suficiente de moléculas de gas llegue al electrodo sensor. El tamaño de poro también debe evitar fugas o el secado rápido del electrolito líquido.

2. Electrodo

La elección del material del electrodo es fundamental. Debe ser un material catalítico capaz de realizar una reacción semielectrolítica durante un tiempo prolongado. Generalmente, los electrodos están hechos de metales preciosos, como el platino o el oro, que reaccionan eficazmente con las moléculas de gas tras ser catalizados. Según el diseño del sensor, para completar la reacción de electrólisis, los tres electrodos pueden estar hechos de diferentes materiales.

3. Electrolito

El electrolito debe ser capaz de llevar a cabo la reacción de electrólisis y transferir eficazmente la carga iónica al electrodo. Además, debe formar un potencial de referencia estable con el electrodo de referencia y ser compatible con los materiales utilizados en el sensor. Si el electrolito se evapora demasiado rápido, la señal del sensor se debilitará.

4. Filtro

A veces se instala un filtro depurador delante del sensor para filtrar gases no deseados. La selección de filtros es limitada y cada uno tiene un grado de eficiencia diferente. El material de filtro más común es el carbón activado. Este puede filtrar la mayoría de las sustancias químicas, pero no el monóxido de carbono. Al elegir el material de filtro adecuado, el sensor electroquímico puede tener una mayor selectividad para el gas objetivo.

3. El método de funcionamiento del sensor electroquímico.

El método de funcionamiento del sensor electroquímico consiste principalmente en reaccionar químicamente con el gas medido y producir una señal eléctrica proporcional a su concentración. Un sensor electroquímico típico consta de un electrodo sensor y un contraelectrodo, separados por una fina capa electrolítica. El gas reacciona con el sensor a través de pequeñas aberturas capilares y alcanza la superficie del electrodo a través de la barrera hidrófoba. Este método permite que una cantidad adecuada de gas reaccione con el electrodo sensor para generar una señal eléctrica suficiente, a la vez que evita fugas de electrolito del sensor.

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