Come funzionano i sensori elettrochimici?

Sensori elettrochimici utilizzano una reazione chimica per misurare la concentrazione di un gas specifico in un ambiente. Le applicazioni dei sensori elettrochimici sono molteplici, e continuano a svolgere un ruolo importante in molti settori. In questo post discutiamo di come funzionano i sensori elettrochimici e di alcune delle applicazioni più comuni.

Sensore elettrochimico è stata utilizzata nell'industria per molti anni. Le attuali esigenze di sensori di piccole dimensioni, a basso consumo energetico e facili da usare, hanno consentito un continuo sviluppo della tecnologia. Electrochemical sensorsSensori elettrochimici possono essere costruiti in modo diverso a seconda dell'applicazione e quindi fornire soluzioni su misura per le nuove applicazioni emergenti.

Sensori elettrochimici funzionano reagendo con il gas di interesse e producendo un segnale elettrico proporzionale alla concentrazione del gas. Costituito da due elettrodi (un elettrodo di lavoro e un controelettrodo), il sensore funziona permettendo alle molecole cariche di passare attraverso un sottile strato di elettrolita.

Un sensore elettrochimico è costituito dai seguenti componenti:

Comunemente chiamata "la quarta utility industriale", l'aria compressa fornisce l'energia necessaria per l'energia che alimenta molti processi e sistemi industriali diversi, dagli utensili pneumatici alle attrezzature per la movimentazione dei materiali, fino alle unità per la preparazione degli alimenti e il riciclaggio dei rifiuti.

A seconda dei requisiti dell'applicazione, i sensori elettrochimici rilevano e misurano vari gas, tra cui ossigeno, monossido di carbonio, biossido di azoto, ossido di azoto e biossido di zolfo.

Nella misurazione dell'O2, l'ossigeno entra nel sensore attraverso il capillare dove entra in contatto con il catodo e viene immediatamente ridotto a ioni idrossile. Gli ioni idrossile si diffondono quindi attraverso la membrana fino all'anodo, dove vengono ossidati in ossido di piombo. Questa reazione produce una tensione proporzionale alla concentrazione di ossigeno nella miscela di gas. Questa tensione viene misurata dal sensore e utilizzata per calcolare la percentuale o il livello di traccia di ossigeno nel campione.

Sensori elettrochimici sono molto precisi e possono misurare i livelli di ossigeno fino al livello di parti per milione (ppm). Questo li rende una tecnologia di rilevamento fondamentale per molti diversi settori, tra cui ospedali, fabbriche e monitoraggio ambientale. Le applicazioni hanno requisiti diversi, ma in genere i sensori devono funzionare solo in applicazioni con pressione compresa tra 0 e 100 mbar.

Poiché la reazione elettrochimica provoca l'ossidazione dell'anodo di piombo, le proprietà elettriche/chimiche della cella cambiano, richiedendo una calibrazione periodica.

Una volta che tutto il piombo disponibile è stato ossidato, la cella non produrrà più un output e dovrà essere sostituita. Di conseguenza, più basso è il livello di ossigeno di ossigeno a cui il sensore è esposto, più a lungo funzionerà. L'ossidazione dell'anodo di piombo significa anche che i sensori di ossigeno I sensori dell'analizzatore di ossigeno hanno una durata limitata. Se il sensore non viene sostituito o ricalibrato, la precisione dell'uscita si riduce drasticamente.

Applicazioni dei sensori elettrochimici

Sensori elettrochimici sono utilizzati in una varietà di applicazioni e continuano a svolgere un ruolo importante in molti settori. Alcune delle applicazioni più comuni applicazioni includono:

A causa dell'espansione del mondo industriale, molti Paesi sono afflitti da una scarsa qualità dell'aria, soprattutto nelle aree urbane. I principali responsabili dell'inquinamento atmosferico sono gli ossidi di azoto, gli ossidi di zolfo, il solfuro di idrogeno e alcune sostanze organiche volatili. I sensori di gas elettrochimici stanno diventando uno strumento essenziale per il monitoraggio e il controllo delle contaminazioni che influenzano la qualità dell'atmosfera. Offrono un'alternativa più economica per il monitoraggio diffuso dell'aria rispetto ai tradizionali e più costosi monitor della qualità dell'aria basati sulla spettroscopia a infrarossi e sulla gascromatografia.

L'attenzione per la prevenzione delle esplosioni nelle aree pericolose dell'industria manifatturiera e chimica è in aumento. industrie manifatturiere e chimiche. Ciò è dovuto alla presenza di gas tossici e combustibili. Il monitoraggio di queste aree pericolose contribuisce a creare ambienti di lavoro più sicuri. Le normative governative e industriali, come il COSHH e l'OSHA, impongono di limitare l'esposizione dei lavoratori a gas e fumi tossici. Ciò ha visto un aumento dell'uso di sensori di gas elettrochimici, che offrono una maggiore sensibilità e selettività per un'ampia gamma di gas tossici.

I sensori di ossigeno elettrochimici sono utilizzati in molte marche e modelli di respiratori e ventilatori medicali utilizzati nella terapia respiratoria, nei sistemi di supporto vitale e nella medicina d'emergenza. respiratori e ventilatori utilizzati nella terapia respiratoria, nei sistemi di supporto vitale e nella medicina d'emergenza. Nei casi in cui i pazienti gravemente malati rischiano di non ricevere abbastanza ossigeno dall'aria ambiente a causa di problemi respiratori, i ventilatori vengono utilizzati per fornire una miscela ricca di ossigeno di grado medico e aria ambiente attraverso serbatoi pressurizzati. di ossigeno e aria ambiente attraverso serbatoi pressurizzati. La percentuale di ossigeno necessaria può dipendere dalla gravità della malattia del paziente, pertanto la misurazione della concentrazione e del flusso di ossigeno è di vitale importanza per la salute del paziente. di ossigeno è di vitale importanza per la salute del paziente. Le dimensioni ridotte, la facilità di implementazione e la semplicità di funzionamento rendono il sensore elettrochimico un dispositivo di rilevamento e monitoraggio ideale nel settore sanitario. settore sanitario.

Con l'aumento della popolazione mondiale, cresce anche la necessità di migliorare l'approvvigionamento, il trasporto e la conservazione degli alimenti. di approvvigionamento, trasporto e conservazione degli alimenti. Il controllo della qualità degli alimenti è importante sia per i fornitori che per i consumatori. I sensori elettrochimici sono stati tipicamente utilizzati per monitorare l'ossigeno industriale, ma il loro uso nelle applicazioni dell'industria alimentare è in aumento grazie all'affidabilità della misura e ai tempi di risposta rapidi. misurazioni affidabili e tempi di risposta rapidi, e la loro diffusione grazie alle dimensioni compatte e al basso costo. L'anidride carbonica e l'etanolo sono utilizzati nell'industria alimentare e delle bevande. Pertanto, è necessario un rilevamento continuo dei gas per evitare che le persone ingeriscano gas velenosi o nocivi. Altre applicazioni in cui è richiesto il rilevamento di gas sono i processi a vapore, i gas inerti per l'imballaggio, la CO2 per la carbonificazione. gas inerti per l'imballaggio, la CO2 per la carbonatazione, i gas tossici per la sterilizzazione e l'ammoniaca utilizzata per la refrigerazione.

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