Электрохимические ячейки (сенсоры). Принцип измерения
Принцип действия электрохимических газоаналитических приборов (газоанализаторов) основывается на электрохимическом методе определений массовых концентраций вредных токсичных веществ, а также кислорода в газовоздушной среде. В качестве чувствительного элемента тут выступает электрохимический сенсор (ячейка), предназначенный для обнаружения утечек и контроля токсичных, инертных и других газов, кислорода, органических веществ и паров кислот.
Общий внешний вид и состав электрохимической ячейки (ЭХЯ)
Контролируемый газ через противопылевой фильтр (также выполняющий функцию селективного (избирательного) фильтра) и гидрофобную мембрану диффундирует на измерительный (рабочий) электрод, выполненный из одного из благородных металлов (платина, золото, палладий либо другого драгметалла). Высвобождающиеся при этом электроны проходят через электролит и эталонный электрод, и формируют во внешней цепи сигнал постоянного тока. Величина этого сигнала прямо пропорциональна концентрации детектируемого газа. Благодаря контрэлектроду, потенциал электродов остаётся на неизменном уровне, значительно повышая стабильность ЭХЯ и улучшая её измерительные свойства. Датчики нового поколения имеют в своём составе внутреннюю память (EEPROM), с сохранёнными на ней настроечными константами сенсора. При применении такого электрохимического сенсора с FLASH-памятью и подключении его к измерительной головке газоанализатора необходимая информация из него автоматически сканируется, и прибор готов к работе. Встроенный датчик температуры на основе NTC-резистора компенсирует влияние температуры на датчик. В результате ЭХЯ может стабильно и устойчиво работать с необходимой точностью при определённой температуре окружающей среды.
Избирательный фильтр предназначен для исключения эффекта перекрёстной чувствительности газов, находящихся в атмосфере воздуха.
Например, присутствие 40 ppm (млн-1) диоксида азота (NO2) в атмосфере вызвало бы отрицательные показания до - 30 ppm (млн-1) в электрохимическом сенсоре кислорода (O2), предназначенного для измерения низких концентраций.
Селективные фильтры пропитаны особым веществом, соединяющим с помощью химической реакции установленные газы, к которым имеется перекрёстная чувствительность у электрохимического датчика. Поэтому данные фильтры имеют ограниченный рабочий ресурс и являются индивидуальными для различных датчиков. Кроме того, при наличии избирательного фильтра растёт время измерения целевого газа и снижается чувствительность сенсора.
Схема включения электрохимического сенсора
Электрохимические (ЭХ) сенсоры можно сравнить с обычной аккумуляторной батарейкой. Средний срок службы либо хранения составляет 9 - 36 месяцев, но стоит учитывать, что ресурс сенсора расходуется в независимости от того, используется он или нет. Чем больше размеры газочувствительного сенсора и больше в нём электролита, тем выше его стабильность работы, рабочий ресурс и чувствительность к газу.
Как правило, наименьший срок службы имеет электрохимический сенсор на кислород (O2). Некоторые ЭХ сенсоры формируют выходной электрический сигнал, соответствующий текущему содержанию детектируемого газа, только при подаче на них напряжения питания. Другие электрохимические датчики способны создавать его самостоятельно, без каких-либо дополнительных источников питания.
При установке в помещениях газоанализаторов с ЭХЯ также, как и в случае с термохимическими газоанализаторами следует учитывать характеристики измеряемого газа - тяжелее он воздуха или легче. Не рекомендуется размещать газоанализаторы с электрохимическими датчиками в местах циркуляции мощных тепловых потоков либо возле тепловых агрегатов, поскольку нагрев ЭХ сенсора часто приводит к увеличению показаний измеренной концентрации и ложным аварийным включениям звуковой сигнализации и светового оповещения. При невозможности монтажа газоанализатора в другом месте можно обезопасить его от воздействия высоких температур размещением перед ним, со стороны теплового агрегата, небольшого защитного экрана.