Оптэк. Сенсоры электрохимические.

Компонент в электрохимических датчиках (ЭХД) измеряется либо непосредственно на электроде, либо в толщине окружающего его слоя электрического вещества. либо инертные, химически активные, либо измененные, чтобы служить электродами. Электролиты могут быть твердыми или жидкими (например, раствор H2S04).

На разных сторонах таблеток твердого растворителя электрический датчик для обнаружения газов имеет измерительные и сравнительные электроды (рис. 3.1) Датчик позволяет измерять сразу несколько газов.

Рис.3.1. Инструмент для электрохимического датчика кислорода

Высокая селективность, чувствительность и скорость отличают эти датчики. Эти приборы используются для измерения оксидов углерода, серы и азота. Дефекты могут образовываться во время работы высоковольтных трансформаторов и приводить к опасным для жизни обстоятельствам. В дефектах присутствуют такие газы, как H2, 02, CO4 и т.д.

Твердофазный элемент HNi служит основой для датчика углеводородного газа [19].

Преобразования обнаруживаемого компонента в крошечной электролитической ячейке, которая производит аналитический сигнал, – это то, как работают электрохимические датчики.

В зависимости от типа EHS, следующие категории отличаются:

• • кондуктометрические;
• • амперометрические;
• • потенциометрические.

Если разница в электропроводности между холостым раствором и анализируемым является сигналом, то это просто аналитический сигнал. Кондуктометрические датчики измеряют электропроводность раствора, в котором происходит диссоциация при распаде углекислого газа или других ионов N.

Электрические свойства жидкости, в которой анализируется анализ газа, измеряются анализаторами электрического газа. Устройства измерения давления газа предотвращают определение его концентрации даже по самым низким значениям температуры внутри клетки, поэтому электролиз используется для оценки концентрации анализируемых газов (азон и водород), диоксид серы и хлор из тока или количестваэлектричества. Это позволяет определить содержание кислорода во всех жидкостях без исключения. Термоконкундуктометрические и химические клетки являются двумя основными разновидностями GCS.

Термически-конвонутрированная ячейка (рис. Первая из них используется для исправления температурных ошибок соответствующего температурного значения на поверхности ячейки при температуре около 460 градусов по Цельсию (за исключением тепла от нагревателя до 1000c). 3.2, a) содержит измерительные элементы – терморезисторы R и P в виде спирали платиновой или никелевой проволоки.

Рисунок 1 в рисе.3.2 изображает термохимическую ячейку.3. Он образует C02 в нем после реагирования с воздушным кислородом на активном катализаторе. Тепло, которое выделяется, согревает активную спираль, а компенсационный второй резистор покрыт пассивным катализатором. GA измеряет низкие уровни горючих концентраций газа, например, когда порог чувствительности достигает 10’4 ч / млн. Вы можете достичь определенной селективности в газах в зависимости от выбранного вами катализатора и температуры провода.

Потенциал, с помощью которого происходит электрохимическая реакция с участием проанализированного компонента, определяется амплиметрическими датчиками. В настоящее время существуют амперометрические конструкции CS для анализа газов без использования проводящих растворов электролита. Это твердые электролиты, которые содержат оксиды металлов.

Совершенно новый класс амперометрических датчиков для измерения кислорода и диоксида серы был создан на основе трехэлектродной системы [21]. Вакуумный суб-фиксера готовит рабочий электрод датчика.

На поверхности мембраны, изготовленной из микропористого тефлона и фиона, происходит отложение лимирования. Эти димерные кислоты (диметилсульфоксид) раствор электролита – приготовленные датчики, демонстрируя улучшенную чувствительность.

Рис. 3.2. Газочувствительные элементы: а – термокондуктометрический, б – химическим

Методы потенциостатической анемперометрии образуют основу газового анализатора, разработанного для измерения концентрации меркаптанов в природном газе технологических линий для газовой и химической промышленности. Потенциал рабочего электрода определяется путем сравнения его с электродом справки, который не является частью реакции. Переменный резистор, чье напряжение применяется к прямому входу эталонной схемы и импульса из сравнительного электрода – к схеме – определяет величину потенциала. Концентрация анализируемого газа отражается в выходном сигнале. Ток, протекающий через рабочие и вспомогательные провода, поддерживает потенциал рабочего электрода. Потенциальное падение рабочего электрода увеличивается с концентрацией газа образца, в то время как вспомогательный ток уменьшается. Функциональная диаграмма газового анализатора рассматриваемого типа показана на рисунке 3.3.4

За счет испарения дистиллированной воды через поры гидрофобной мембраны происходит предварительное увлажнение анализируемого газа, достигается необходимая влажность газа и увеличивается ресурс электрохимической ячейки. Очистка AG для предотвращения вмешательства в

Рис. 3.3. Функциональная схема газоанализатора

К Л1,КЛ2 – пневмоэлектрические клапаны; ЭХЯ — электрохимическая ячейка

Существуют различные типы меркаптановых компонентов. Кроме того, пневмоэлектрический клапан KL2, предназначенный для переключения потока газа, последовательно проходит АГС. Стабилизатор расхода поступает в ЭХЯ, где меркаптан, присутствующий на рабочем заряде, окисляется до “мерсептида” через уравнение DAE-PROCTOR, соединения двух электронов с отрицательным знаком (“структура атомной решетки”), для поддержания постоянных расходов газа.

Благодаря электрохимическому окислению молекул газа на поверхности каталитически активного электрода с заранее заданным потенциалом поляризации реализуется описанный принцип работы газоанализаторов серии Mage. Используя химические фильтры и изменяя полярность рабочего электрода, эти газоанализаторы могут идентифицировать конкретные компоненты газовой смеси. В связи с этим на практике были реализованы два варианта пневматической схемы газоанализатора.

Практических методов анализа того, как растворяется вода, не существует. Разработка новых сенсоров с высокой чувствительностью и селективностью по отношению к идентифицированным компонентам является еще одним важным вопросом. на основе метода вольтамперометрии, который может быть применен к границе между двумя растворами электролитов, которые не смеются. В качестве растворителей органической фазы используют нитробензол, о-нитрофенониловый эфир и другие полярные вещества.

Две пары сравнения электродов и вспомогательный электрод обнаружены в потенциостате, который является родом из этого применения (Ecotest-VA-4). Появление тока в цепочке дополнительных электродов совпадает с переходом ионов через межфазную границу, а разность потенциалов в программном обеспечении на границе фазового участка измеряется между двумя точками сравнения. Вы можете записать аналитические сигналы ионного межфазного перехода, используя вольтамерометрию на границе секции двух неинтерферных растворов электролита.

Потенциометрические датчики, соединенные с ососелективными электродами, реагируют только на то, что в растворе присутствуют определенные молекулы или частицы. Они могут содержать аналитический сигнал. Измеряя потенциалы на амперометрических поверхностях, эти датчики не нарушают электрохимическое равновесие раствора, и электрическое состояние среды также не нарушено. В целом, амперометрические датчики более чувствительны, чем потенциографические. Тем не менее, потребление определенного вещества во время анализа (так называемое образование ответа) настолько незначительно, что оно не оказывает влияния на концентрацию во многих измерениях.

К сожалению, не все вещества могут функционировать в диапазоне потенциальной активности. На электродах некоторые вещества демонстрируют чрезвычайно отрицательные или положительные реакции. Аналитический сигнал может быть искажен или обладать плохой воспроизводимостью в этой ситуации. Чтобы провести перенос электрона между электродом и компонентом, определяемым при более низких потенциалах, необходимо изменить поверхность ECS после того, как эти факторы были приняты во внимание. Иммобилизация-это процесс защиты агента передачи модификатора на поверхность химического датчика.

Модификатор либо вводится в внешнюю пленку с электрически проводящей полимером во время процесса иммобилизации, используя специализированные реагенты, либо скрытно шилен на свою поверхность. В то же время модификатор может влиять на поток жидкости, потому что он не промывается проанализированной жидкостью. Срок службы датчиков может быть продлена путем изменения их электродов [23].

Присутствие 02 может быть обнаружено при определении диоксида азота N02 с помощью ЭКС на основе модифицированного электрода. Поскольку их совместное присутствие не позволяет провести раздельное определение, молекулы этих газов восстанавливаются при близких потенциалах на обычных электродах. Когда кислород “молчит”, N02 восстанавливается на электроде, модифицированном фталоцианиновым комплексом кобальта, при низких потенциалах. Аналитический сигнал, генерируемый электрическим током электродной реакции, пропорционален количеству N02 в окружающем воздухе.

Потенциометрические и амперометрические датчики часто изготавливаются из электропроводящих полимеров. Поли(м-топулидин) и поли(о-толуидин) для ЭП. Согласно исследованиям, я-толуидин не полимеризуется при воздействии экспериментальных условий, а POT, из двух синтезированных EP, обладает наилучшими электрохимическими свойствами. В исследовании использовались результаты экспериментов, направленных на разработку газового кондуктометрического датчика, реагирующего на аммиак, и изучение его свойств. Сенсор состоит из двух палладиевых электродов, которые были впаяны в керамическую пластину размером 2×4 мм. Чувствительная часть датчика – пленка POT – была нанесена на поверхность пластины, оснащенной электродами. Аппарат для измерения электрического сопротивления датчика был подключен к электродам.

Существуют новые применения для галогеносодержащих очков в результате обнаружения переноса анионо-галида в материалах в стеклянном состоянии.

Ионочувствительные датчики, изготовленные из стеклообразных материалов, имеют ряд преимуществ по сравнению с кристаллическими, включая хорошее воспроизведение физико-химических свойств и относительно простую технологию синтеза. Используя хорошо разработанную технологию стекла или другие методы, вы можете получить части любой формы до 95% от общего объема (в том числе с помощью фторидов) благодаря возможности плавных изменений композиции с металлами.

K-25, измерение концентрации кислорода K-50 на основе жидкого электролита. Гальваническая ячейка с раствором электролита – типично водой или концентрированным калиевым щелочным раствором (CON) – является чувствительным компонентом датчиков кислорода. Тем не менее, этот электролит имеет короткий срок службы и обладает слабой устойчивостью к углекислым газе. Многокомпонентный раствор электролисиновой кислоты, используемый датчиками Figaro, делает их устойчивыми к газам, таким как CO2. Кислотный электролит имеет более длительный срок службы, чем щелочный.

Раствор электролита, пленка золота и гальваническая батарея составляют аппарат датчика кислорода (рис. 3.4)

Рис.3.4. использование второй схемы температурной компенсации и датчика кислорода

Ожоги и кислород взаимодействуют с раствором электролита на катоде. Термистор, с которого снимается напряжение, соединяет катод и анод. Величина тока, проходящего через электролит в измеряемой газовой среде, находится в обратной зависимости от содержания кислорода.

На электродах сенсора с электролитом кислотного типа происходят следующие химические реакции, приводящие к образованию оксида свинца, хорошо растворяемого как в кислотной, так и в щелочной среде:

Потенциал оксида свинца снижается, если он не растворяется. В результате чувствительность датчика снижается и в конечном итоге он выходит из строя.

Карбоновая кислота вступает в реакцию с материалом анода, если в измеряемой газовой смеси присутствует углекислый газ. Вследствие образования нерастворимого карбоната свинца (PbC03) датчик постепенно деградирует. В кислом электролите происходит такая реакция. Растворимость оксида свинца в конкретном типе электролита определяет срок службы датчика. В кислотном электролите, используемом в датчиках FEGER, можно растворить примерно на 20% больше оксида свинца, чем соединения цинка.

Твердый электролит служит основой устройства (рис. 3.5), датчик состоит из твердого электролита, зажатого между двумя контактными пластинами, а также чувствительный элемент и внутренний термистор.

Рис.3.5. Чувствительный элемент датчика размещен в устройстве со стабильной электролитной основой.

Катионы натрия (NA) являются носителями заряда. Платиновый субстрат служит строительным блоком для нагревательного элемента. Золото и карбонат лития используется для изготовления катода (электрода справки), а их сплав используется для изготовления анода. Термистор используется для компенсации чувствительности температуры датчика.

Перечисленные ниже электрохимические реакции протекают в среде, содержащей углекислый газ:

Датчик отклик – это электрохимическая реакция, которая приводит к разности потенциалов (EMF) на ячейке. Закон Нернста гласит, что закон должен действовать только в течение максимум двух месяцев.

R – универсальная газовая постоянная (f); E U – константа; и RNO – парциальное давление диоксида углерода.

Уникальный модуль измерения с микропроцессором для обработки цифровых сигналов доступен от Figaro (рис. 3.6), чтобы обеспечить самый высокий уровень точности измерения

Используя рис.3.6.7GS4160 для измерения концентрации газов

Чтобы поддерживать идеальную температуру датчика, к элементу отопления применяется напряжение. Оперативный усилитель с низким током смещения и высоким импедансом (r 100 gohm). При использовании аналогичной схемы абсолютное значение ЭДС будет колебаться, если датчик на твердом электролите имеет батарею. Но как уровень углекислого газа колеблется, то и значение ЭДС.

Рис. Зарегистрированный параметр – это разница между значениями ЭДС в концентрациях углекислого газа 350 ч / млн и текущим значением OED. Рисунок 3.7 иллюстрирует зависимость чувствительности датчика 71/54160 от различных газов. В то время как значение концентрации угарного газа или этанола не меняется, концентрация цифрового датчика 7U54160 EDR и углекислого газа имеет хорошую линейную связь (в логарифмической шкале).

Проект “Конверсия котлогенераторов”