Como funcionam os sensores eletroquímicos?

Os sensores eletroquímicos usam uma reação química para medir a concentração de um gás específico em um ambiente. Há muitas aplicações diferentes para sensores eletroquímicos, e eles continuam a desempenhar um papel importante em muitos setores. Nesta postagem do blog, discutiremos como os sensores eletroquímicos funcionam e algumas das aplicações comuns que eles servem.

A tecnologia de sensores eletroquímicos tem sido usada no setor há muitos anos. Os requisitos atuais para sensores pequenos com baixo consumo de energia e facilidade de uso permitiram o desenvolvimento contínuo da tecnologia. Os sensores eletroquímicos podem ser construídos de forma diferente, dependendo da aplicação, e, portanto, fornecem soluções personalizadas para novas aplicações emergentes.

Os sensores eletroquímicos funcionam reagindo com o gás de interesse e produzindo um sinal elétrico proporcional à concentração do gás. Composto por dois eletrodos (um eletrodo de trabalho e um contraeletrodo), o sensor opera permitindo que moléculas carregadas passem por uma fina camada de eletrólito.

Um sensor eletroquímico consiste nos seguintes componentes:

Comumente chamado de "a quarta utilidade industrial", o ar comprimido fornece a energia que aciona muitos processos e sistemas industriais diferentes, desde ferramentas pneumáticas e equipamentos de manuseio de materiais até unidades de preparação de alimentos e reciclagem de resíduos.

Dependendo dos requisitos da aplicação, os sensores eletroquímicos detectam e medem vários gases, incluindo oxigênio, monóxido de carbono, dióxido de nitrogênio, óxido de nitrogênio e dióxido de enxofre.

Na medição de O2, o oxigênio entra no sensor pelo capilar, onde entra em contato com o cátodo e é imediatamente reduzido a íons hidroxila. Os íons hidroxila então se difundem pela membrana até o ânodo, onde são oxidados a óxido de chumbo. Essa reação produz uma tensão que é proporcional à concentração de oxigênio na mistura de gases. Essa voltagem é medida pelo sensor e usada para calcular a porcentagem ou o nível de traço de oxigênio na amostra.

Os sensores eletroquímicos são muito precisos e podem medir os níveis de oxigênio até o nível de partes por milhão (ppm). Isso os torna uma tecnologia de detecção vital para muitos diferentes setores, incluindo hospitais, fábricas e monitoramento ambiental. Aplicações diferentes têm requisitos diferentes, mas, em geral, os sensores só devem operar em aplicações com 0-100mbar de pressão.

Como a reação eletroquímica resulta na oxidação do ânodo de chumbo, as propriedades elétricas/químicas da célula mudam, exigindo calibração periódica.

Quando todo o chumbo disponível tiver sido oxidado, a célula não produzirá mais uma saída e deverá ser substituída. Consequentemente, quanto menor o nível de oxigênio de oxigênio a que o sensor for exposto, mais tempo ele funcionará. A oxidação do ânodo de chumbo também significa que os sensores de oxigênio Os sensores do analisador de oxigênio têm uma vida útil limitada. Se o sensor não for substituído ou recalibrado, a precisão da saída será reduzida drasticamente.

Aplicações do sensor eletroquímico

Os sensores eletroquímicos são usados em uma variedade de aplicações e continuam a desempenhar um papel importante em muitos setores. Algumas das aplicações mais comuns aplicações mais comuns incluem:

Devido à expansão do mundo industrial, muitos países são afetados pela má qualidade do ar, principalmente em áreas urbanas. Isso representa uma ameaça à qualidade de vida, sendo que os principais contribuintes da poluição do ar são os óxidos de nitrogênio, os óxidos de enxofre, o sulfeto de hidrogênio e algumas substâncias orgânicas voláteis. Os sensores eletroquímicos de gás estão se tornando uma ferramenta essencial para monitorar e controlar as contaminações que afetam a qualidade atmosférica. Eles oferecem uma alternativa mais barata de monitoramento do ar generalizado aos monitores tradicionais e mais caros de qualidade do ar baseados em espectroscopia de infravermelho e cromatografia gasosa.

Há um foco maior na prevenção de explosões em locais perigosos nos setores de indústrias de manufatura e química. Isso se deve à presença de gases tóxicos e combustíveis. O monitoramento dessas áreas de risco ajuda a obter ambientes de trabalho mais seguros. As regulamentações governamentais e do setor, como a COSHH e a OSHA, exigem que os trabalhadores sejam limitados à exposição de gases e vapores tóxicos. Isso tem provocado um aumento no uso de sensores eletroquímicos de gás, que oferecem sensibilidade e seletividade aprimoradas para uma ampla gama de gases tóxicos.

Os sensores eletroquímicos de oxigênio são usados em muitas marcas e modelos de respiradores e ventiladores médicos usados em terapia respiratória, sistemas de suporte à vida e medicina de emergência. Quando pacientes em estado crítico correm o risco de não receber oxigênio suficiente do ar ambiente devido a problemas respiratórios, os ventiladores são usados para fornecer uma mistura rica em oxigênio e O2 de grau médico. de O2 de grau médico e ar ambiente por meio de tanques pressurizados. A porcentagem de oxigênio necessária pode depender da gravidade da doença do paciente, portanto, medir a concentração e o fluxo de oxigênio é é de vital importância para a saúde do paciente. Seu tamanho pequeno, a facilidade de implementação e a operação simples tornam o sensor eletroquímico um dispositivo de detecção e monitoramento ideal para o setor de saúde. setor de saúde.

À medida que a população mundial cresce, aumenta também a necessidade de melhorar o fornecimento, transporte e armazenamento de alimentos. O controle da qualidade dos alimentos é importante tanto para o fornecedor quanto para o consumidor. Normalmente, os sensores eletroquímicos têm sido usados para monitorar o oxigênio industrial; no entanto, seu uso em aplicações do setor alimentício está aumentando devido à confiabilidade da confiável e ao tempo de resposta rápido, além do uso generalizado devido ao tamanho compacto e ao baixo custo. O dióxido de carbono e o etanol são usados no setor de alimentos e bebidas e Portanto, há uma necessidade de detecção contínua de gás para evitar que as pessoas ingiram gases venenosos ou prejudiciais. Outras aplicações em que a detecção de gás é necessária são em processos de vapor, gases inertes gases inertes para embalagem, CO2 para carbonatação, gases tóxicos para esterilização e amônia usada em refrigeração.

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