Elektrochemische Sensoren nutzen eine chemische Reaktion, um die Konzentration eines bestimmten Gases in einer Umgebung zu messen. Es gibt viele verschiedene Anwendungen für elektrochemische Sensoren und sie spielen weiterhin eine wichtige Rolle in vielen Branchen. In diesem Blog-Beitrag erläutern wir die Funktionsweise von elektrochemischen Sensoren und einige der häufigsten Anwendungen.
Elektrochemische Sensortechnologie wird bereits seit vielen Jahren in der Industrie eingesetzt. Die aktuellen Anforderungen an kleine Sensoren mit geringem Energieverbrauch und einfacher Handhabung haben die kontinuierliche Weiterentwicklung der Technologie ermöglicht. Elektrochemische Sensoren können je nach Anwendung unterschiedlich konstruiert werden und bieten daher maßgeschneiderte Lösungen für neu entstehende Anwendungen.
Elektrochemische Sensoren funktionieren, indem sie mit dem betreffenden Gas reagieren und ein elektrisches Signal erzeugen, das proportional zur Gaskonzentration ist. Der Sensor besteht aus zwei Elektroden (einer Arbeitselektrode und einer Gegenelektrode) und funktioniert, indem er geladene Moleküle durch eine dünne Elektrolytschicht passieren lässt.
Druckluft wird gemeinhin als "vierte industrielle Energiequelle" bezeichnet und liefert die Energie, um viele verschiedene industrielle Prozesse und Systeme anzutreiben, von Druckluftwerkzeugen und Materialförderungsanlagen bis hin zu Lebensmittelzubereitungs- und Abfallverwertungsanlagen.
Je nach den Anforderungen der Anwendung erkennen und messen elektrochemische Sensoren verschiedene Gase wie Sauerstoff, Kohlenmonoxid, Stickstoffdioxid, Stickstoffoxid und Schwefeldioxid.
Bei der O2-Messung gelangt der Sauerstoff durch die Kapillare in den Sensor, wo er mit der Kathode in Kontakt kommt und sofort zu Hydroxyl-Ionen reduziert wird. Die Hydroxyl-Ionen diffundieren dann durch die Membran zur Anode, wo sie zu Bleioxid oxidiert werden. Diese Reaktion erzeugt eine Spannung, die proportional zur Sauerstoffkonzentration im Gasgemisch ist. Diese Spannung wird vom Sensor gemessen und zur Berechnung des prozentualen Anteils oder der Spurenkonzentration von Sauerstoff im Analysegas verwendet.
Elektrochemische Sensoren sind sehr genau und können den Sauerstoffgehalt bis in den Bereich von Teilen pro Million (ppm) messen. Das macht sie zu einer unverzichtbaren Sensortechnologie für viele verschiedene Industriezweige, darunter Krankenhäuser, Produktionsanlagen und für Umweltüberwachung. Verschiedene Anwendungen haben unterschiedliche Anforderungen, aber in der Regel sollten die Sensoren nur in Anwendungen mit einem Überdruck von 0-100 mbar arbeiten.
Da die elektrochemische Reaktion zur Oxidation der Bleianode führt, ändern sich die elektrischen/chemischen Eigenschaften der Zelle, was eine regelmäßige Kalibrierung erfordert.
Sobald das gesamte verfügbare Blei oxidiert ist, kann die Zelle keine Leistung mehr erbringen und muss ersetzt werden. Je niedriger der Sauerstoffgehalt dem der dem Sensor ausgesetzt ist, desto länger wird er funktionieren. Die Oxidation der Bleianode bedeutet auch, dass die Sauerstoff Sauerstoffanalysesensoren haben eine begrenzte Lebensdauer. Wenn der Sensor nicht ausgetauscht oder neu kalibriert wird, nimmt die Genauigkeit der Ausgabe drastisch ab.
Elektrochemische Sensoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt und spielen nach wie vor eine wichtige Rolle in vielen Branchen. Einige der häufigsten Anwendungen sind:
1. Umweltüberwachung der LuftqualitätAufgrund der expandierenden Industrie sind viele Länder von schlechter Luftqualität betroffen, insbesondere in städtischen Gebieten. Dies stellt eine Bedrohung für die Lebensqualität dar, wobei die Hauptverursacher der Luftverschmutzung Stickoxide, Schwefeloxide, Schwefelwasserstoff und einige flüchtige organische Stoffe sind. Elektrochemische Gassensoren sind heute ein wichtiges Instrument zur Überwachung und Kontrolle von Verunreinigungen, die die Luftqualität beeinträchtigen. Sie bieten eine kostengünstige und weit verbreitete Alternative zu den traditionellen und teureren Luftqualitätsmonitoren, die auf Infrarotspektroskopie und Gaschromatographie basieren.
2. Aufspüren von explosiven Gasen und giftigen DämpfenDer Explosionsschutz an gefährlichen Standorten in der Fertigungs- und Fertigungs- und Chemieindustrie. Dies ist auf das Vorhandensein von giftigen und brennbaren Gasen zurückzuführen. Die Überwachung dieser Gefahrenbereiche trägt zu einer sichereren Arbeitsumgebung bei. Staatliche und industrielle Vorschriften wie COSHH und OSHA verlangen, dass die Exposition der Arbeitnehmer gegenüber giftigen Gasen und Dämpfen begrenzt wird. Infolgedessen werden zunehmend elektrochemische Gassensoren eingesetzt, die eine höhere Empfindlichkeit und Selektivität für ein breites Spektrum toxischer Gase bieten.
3. Sauerstoffüberwachung im medizinischen BereichElektrochemische Sauerstoffsensoren werden in vielen Marken und Modellen von medizinischen Atemgeräte und Beatmungsgeräte in der Atemtherapie, in lebenserhaltenden Systemen und in der Notfallmedizin eingesetzt. Wenn bei schwerkranken Patienten die Gefahr besteht, dass sie aufgrund von Atemproblemen nicht genügend Sauerstoff aus der Umgebungsluft erhalten, werden Beatmungsgeräte eingesetzt, um eine sauerstoffreiche Mischung aus medizinischem O2 und Umgebungsluft über Druckbehälter zuzuführen. reiches Gemisch aus medizinischem O2 und Umgebungsluft über Drucktanks zugeführt. Der Prozentsatz des benötigten Sauerstoffs kann von der Schwere der Erkrankung des Patienten abhängen, daher ist die Messung der Sauerstoffkonzentration und des Sauerstoffflusses von entscheidender Bedeutung für die Gesundheit des Patienten. Die geringe Größe, die leichte Implementierung und die einfache Bedienung machen den elektrochemischen Sensor zu einem idealen Detektions- und Überwachungsgerät im Gesundheitswesen. Sektor.
4. Kontrolle der LebensmittelqualitätMit dem Wachstum der Weltbevölkerung steigt auch der Bedarf an verbesserter Versorgung, Transport und Lagerung. Die Kontrolle der Lebensmittelqualität ist sowohl für den Lieferanten als auch für den Verbraucher wichtig. Elektrochemische Sensoren werden in der Regel zur Überwachung von Sauerstoff in der Industrie eingesetzt, doch ihre Verwendung in der Lebensmittelindustrie nimmt zu, da sie zuverlässige Messung und der schnellen Reaktionszeit sowie der weiten Verbreitung aufgrund der kompakten Größe und der niedrigen Kosten. Kohlendioxid und Ethanol werden in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie verwendet, und Daher besteht ein Bedarf an kontinuierlicher Gasdetektion, um zu verhindern, dass Menschen giftige oder schädliche Gase zu sich nehmen. Andere Anwendungen, bei denen eine Gasdetektion erforderlich ist, sind Dampfprozesse, Inertgase, Gase für die Verpackung, (MAP), CO2 für das Karbonisieren, toxische Gase für Sterilisation und Ammoniak für die Kühlung.