Τι ξέρεις για τους ηλεκτροχημειωτικούς αισθητήρες

Το ηλεκτροχημικό αισθητήρας είναι μια τύπος αισθητήρα που βασίζεται στις ηλεκτροχημικές ιδιότητες του αναλυτή για να μετατρέψει τη χημική ποσότητα σε μια ηλεκτρική ποσότητα για αίσθηση και ανίχνευση.

Οι πρώτοι ηλεκτροχημικοί αισθητήρες υπάγονται στα μέσα της δεκαετίας 1950, όταν χρησιμοποιούνταν για την παρακολούθηση του οξυγόνου. Και στη δεκαετία του '80, όταν χρησιμοποιούνταν για την παρακολούθηση ενός ευρέως φάσματος δηλητηρίων αερίων και εμφανίζονταν καλή αισθητικότητα και επιλογικότητα.

ι. Λειτουργικός αρχή του ηλεκτροχημικού αισθητήρα

Οι ηλεκτροχημικοί αισθητήρες λειτουργούν αποδραστικά με το αέριο που μετριέται και παράγουν ένα ηλεκτρικό σήμα ανάλογο με την συγκέντρωση του αερίου. Οι περισσότεροι ηλεκτροχημικοί αισθητήρες αερίων παράγουν ρεύμα που είναι γραμμικά ανάλογο με την συγκέντρωση του αερίου.

Ένας ηλεκτροχημειωδής αισθητήρας αερίου λειτουργεί ως εξής: Τα μόρια στόχου αερίου που κάνουν επαφή με τον αισθητήρα περνάνε πρώτα από ένα διάφραγμα που κωλύει τη συμπύκνωση και λειτουργεί επίσης ως φίλτρο για τον κονιοβόλο. Στη συνέχεια, τα μόρια του αερίου διαχωρίζονται μέσω ενός καπιλλοειδούς αγωγού, πιθανώς μέσω ενός επόμενου φίλτρου, και μετά μέσω μιας υδροφοβικής μεμβράνης στην επιφάνεια του ηλεκτρόδου αίσθησης. Εκεί τα μόρια αποτελούνται άμεσα ή αποκαταστάνται, παράγοντας ή καταναλώνοντας ηλεκτρόνια και παράγοντας μια ηλεκτρική ροή.

Είναι σημαντικό να τονιστεί ότι η ποσότητα μορίων αερίου που εισέρχεται στον αισθητήρα με αυτόν τον τρόπο περιορίζεται από τη διάδοση μέσω της καπιλλού. Με τη βελτιστοποίηση της μονοπάτιας, λαμβάνεται ένας κατάλληλος ηλεκτρικός σήμας σύμφωνα με την επιθυμητή γεωμετρική έκταση μέτρησης. Η σχεδιασμός του αισθητήρα ηλεκτρών είναι ουσιώδης για να επιτευχθεί υψηλή ανταπόκριση στο στόχο αέριο και για να παρατηρείται η καταπίεση απεπιθυμητών ανταποκρίσεων σε διαłóγιστικα αέρια. Περιλαμβάνει ένα τριστάδιο σύστημα για τα στερεά, τα υγρά και τα αέρια, και όλα αυτά περιλαμβάνουν χημική αναγνώριση του αέριου αναλυτή. Η ηλεκτροχημειακή κύτταρος ολοκληρώνεται από τον ούτως λεγόμενο αντισταθμιστικό ηλεκτρώνα, τον ηλεκτρώνα Cont, ο οποίος ισορροπεί την αντίδραση στον αισθητήρα ηλεκτρών. Το ιονικό ρεύμα μεταξύ του ηλεκτρώνα Cont και του ηλεκτρώνα Sen μεταφέρεται από το ηλεκτρολύτη μέσα στο σώμα του αισθητήρα, ενώ η μονοπάτια του ρεύματος παρέχεται μέσω ενός καλαμιού που τερματίζεται με ένα συνδετικό καλάμι. Συνήθως περιλαμβάνεται ένας τρίτος ηλεκτρώνας στους ηλεκτροχημειακούς αισθητήρες (3-ηλεκτρώνοι αισθητήρες). Χρησιμοποιείται ένας ούτως λεγόμενος ηλεκτρώνας αναφοράς για να διατηρείται ο δυναμικός του αισθητήρα ηλεκτρών σε σταθερή τιμή. Για αυτό και συνήθως για τη λειτουργία των ηλεκτροχημειακών αισθητήρων, απαιτείται ένα κύκλωμα σταθερού δυναμικού.

ⅱ. Συστατικά ενός ηλεκτροχημειωδού αισθητήρα

Ο ηλεκτροχημειωδής αισθητήρας αποτελείται από τα εξής τέσσερα κύρια συστατικά:

1. Αναπνευστικές μεμβράνες (γνωστές επίσης ως υδροφοβικές μεμβράνες): Αυτές οι μεμβράνες χρησιμοποιούνται για να καλύπτουν τα αισθητικά (καταλυτικά) ηλεκτρόδια και, σε ορισμένες περιπτώσεις, να διαχειρίζονται το μοριακό βάρος των αερίων που φθάνουν στην επιφάνεια του ηλεκτρόδιου. Γενικά, αυτές οι μεμβράνες κατασκευάζονται από ταινίες Teflon με χαμηλή πορωδιότητα. Όταν αυτές οι μεμβράνες χρησιμοποιούνται για να καλύπτουν τα ηλεκτρόδια, οι αισθητήρες ονομάζονται ως καλυμμένοι αισθητήρες. Εναλλακτικά, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια ταινία Teflon με υψηλή πορωδιότητα, μαζί με έναν καπιλλάριο, για να ελέγχει το μοριακό βάρος του αερίου που φτάνει στην επιφάνεια του ηλεκτρόδιου. Αυτή η διάταξη ονομάζεται ως αισθητήρας τύπου καπιλλάριου. Εκτός από την παροχή μηχανικής προστασίας για τον αισθητήρα, η ταινία λειτουργεί επίσης ως φίλτρο, εξαλείφοντας απεπιθυμητά σωματίδια. Για να εξασφαλιστεί ότι το κατάλληλο μοριακό βάρος του αερίου επιτρέπεται να περάσει, είναι κρίσιμο να επιλεγεί η κατάλληλη μέγεθος απερήμωσης για τόσο τη μεμβράνη όσο και το καπιλλάριο. Η μέγεθος απερήμωσης πρέπει να επιτρέπει αρκετά μοριά αερίου να φθάνουν στο αισθητικό ηλεκτρόδιο ενώ παράλληλα να εμποδίζει την καταρροή ή την γρήγορη ξηρασία του υγρού ηλεκτρολύτου.

2. Ηλεκτρόδιο: Είναι κρίσιμο να επιλεγεί με προσοχή το υλικό του ηλεκτροδίου. Το υλικό θα πρέπει να είναι καταλυτικό, ικανό να διεξάγει μια ημι-ηλεκτρολυτική αντίδραση για μεγάλο διάστημα. Συνήθως, τα ηλεκτρόδια φτιάχνονται από αξιότιμα μέταλλα, όπως το πλατύνιο ή το χρυσό, τα οποία αντιδρούν αποτελεσματικά με μόρια αερίου μέσω κατάλυσης. Ανάλογα με τη σχεδίαση του αισθητήρα, τα τρία ηλεκτρόδια μπορεί να κατασκευαστούν από διαφορετικά υλικά για να επιτρέπουν την αντίδραση ηλεκτρολύσεως.

3. Ηλεκτρολύτης: Ο ηλεκτρολύτης πρέπει να είναι σε θέση να επιτρέπει ηλεκτρολυτικές αντιδράσεις και να μεταφέρει αποτελεσματικά την ιονική φορτιογραφία στο ηλεκτρόδιο. Πρέπει επίσης να δημιουργεί μια σταθερή δυναμική αναφοράς με το ηλεκτρόδιο αναφοράς και να είναι συμβατό με τα υλικά που χρησιμοποιούνται μέσα στον αισθητήρα. Επιπλέον, η γρήγορη αποψύχωση του ηλεκτρολύτη μπορεί να οδηγήσει σε ανεπάρκεια της σήματος του αισθητήρα, με την πιθανότητα να επηρεάσει την ακρίβειά του και την αξιοπιστία του.

4. Φίλτρα: Περιοδικά, τα φίλτρα σκουπιδιών τοποθετούνται μπροστά από τον αισθητήρα για να εξαλείψουν μη επιθυμητές αέριες ουσίες. Η επιλογή φίλτρων είναι περιορισμένη, με κάθε τύπο να παρουσιάζει διαφορετικό επίπεδο αποτελεσματικότητας. Το ενεργοποιημένο άνθρακας είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο υλικό φίλτρου, αποτελεσματικά φιλτράροντας τις περισσότερες χημικές ουσίες, εκτός από το μονοξείδιο του άνθρακα. Με την προσεκτική επιλογή του κατάλληλου υλικού φίλτρου, οι ηλεκτροχημειωτικοί αισθητήρες επιτυγχάνουν μεγαλύτερη επιλεκτικότητα προς τα στόχο-άερια τους.

ιΙΙ. Ταξινόμηση Ηλεκτροχημειωτικού Αισθητήρα

Υπάρχουν πολλοί τρόποι να ταξινομηθούν οι ηλεκτροχημειωτικοί αισθητήρες. Βάσει των διαφόρων εξωτερικών σημάτων τους, μπορούν να χωριστούν σε ποτεντιομετρικούς αισθητήρες, αμπερομετρικούς αισθητήρες και διαγωγιμετρικούς αισθητήρες.

Σύμφωνα με τις ουσίες που ανιχνεύουν οι ηλεκτροχημειωτικοί αισθητήρες, μπορούν να ταξινομηθούν κυρίως σε ιονικούς αισθητήρες, αισθητήρες αερίων και βιοαισθητήρες.

ιV. Κύριε Ιδιότητες και Παράγοντες Επίδρασης

1. Αισθητικότητα

Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την ευαισθησία περιλαμβάνουν: δραστηριότητα καταλύτη, εισαγωγή αέρα, ηλεκτρολυτική διεξοδικότητα και περιβαλλοντική θερμοκρασία.

2. Απόκτηση απάντησης

Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα απόκτησης απάντησης είναι η δραστηριότητα καταλύτη, η ηλεκτρολυτική διεξοδικότητα, η δομή του αεριού χώρου, οι ιδιότητες του αερίου κλπ.

3. Επιλεκτικότητα/Διασταυρωμένη παρεμβολή

Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την επιλεκτικότητα περιλαμβάνουν το είδος του καταλύτη, του ηλεκτρολύτη, την προκατάληψη φορτίου, το φίλτρο κλπ.

4. Επαναληπτικότητα/Μακροχρόνια σταθερότητα

Παράγοντες που επηρεάζουν την επαναληπτικότητα περιλαμβάνουν: σταθερότητα της δομής ηλεκτρόδων, σταθερότητα ηλεκτρολύτη, σταθερότητα κυκλώματος αερίου κλπ.

5. Απόδοση υψηλών και χαμηλών θερμοκρασιών

Παράγοντες που επηρεάζουν τη σταθερότητα υψηλών και χαμηλών θερμοκρασιών περιλαμβάνουν: δραστηριότητα καταλύτη, σταθερότητα δομής ηλεκτρόδων και ιδιότητες αερίου.

Ε. Τέσσερις κύριες εφαρμογές ηλεκτροχημειωδών αισθητήρων

Οι ηλεκτροχημειακές αισθητήρες χρησιμοποιούνται ευρέως σε βιομηχανικές και κιβωτιώδεις περιοχές ανίχνευσης αερίων, μπορούν να ανιχνεύσουν όζον, φόρμαλδευδ, μονοξείδιο του άνθρακα, αμμωνία, θειοειδές υδρογόνο, διοξείδιο της θείας, διοξείδιο του αζώτου, οξυγόνο και άλλα αέρια, χρησιμοποιούνται συνήθως σε περιφερειακή υπολογιστική έξισως και σε υπολογιστική παρακολούθησης αερίων online.

1. Αισθητήρας υγρασίας

Η υγρασία είναι ένας σημαντικός δείκτης του αεριού περιβάλλοντος, η υγρασία του αέρα και του ανθρώπινου σώματος έχει στενή σχέση με τη θερμοκρασία της εξάτμισης. Υψηλή θερμοκρασία και υψηλή υγρασία, λόγω των δυσκολιών στην εξάτμιση νερού από το ανθρώπινο σώμα, προκαλούν την αίσθηση συμφόρησης. Χαμηλή θερμοκρασία και υψηλή υγρασία, ο προ cess της αποβολής θερμοκρασίας από το ανθρώπινο σώμα είναι έντονος, εύκολοι να προκαλέσουν κρύο και ψυχράπεια. Η πιο επιτυχημένη θερμοκρασία για το ανθρώπινο σώμα είναι 18~22℃, η σχετική υγρασία είναι 35%~65% RH. Στην παρακολούθηση του περιβάλλοντος και της υγείας, χρησιμοποιούνται συνήθως όργανα όπως ο θερμο-υγρομέτρος με βάλλο, ο χειροκίνητος υγρομέτρος και ο εναέριος υγρομέτρος για να καθοριστεί η υγρασία του αέρα.

Στα τελευταία χρόνια, έχουν εμφανιστεί πολλές εκθέσεις στη βιβλιογραφία για τη χρήση αισθητήρων για την απόδοση της υγρασίας του αέρα. Οι καταπλύκτες πιεζοηλεκτρικές πέτρες φθάλιου που χρησιμοποιούνται για την απόδοση της σχετικής υγρασίας κατασκευάζονται σε μικρές πιεζοηλεκτρικές πέτρες φθάλιου με τεχνικές φωτολιθογραφίας και χημικής εξωμολόγησης, και τέσσερα υλικά καταπλύσσονται στις πιέτρες φθάλιου 10 MHz AT-κοπής, οι οποίες έχουν υψηλή αισθητικότητα μάζας στην υγρασία. Η πέτρα είναι ο ανακλητικός σε έναν κύκλο στροβιλισμού ο οποίος η συχνότητα του διαφέρει με τη μάζα, και επιλέγοντας το κατάλληλο κατάπλυσμα, ο αισθητήρας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να καθοριστεί η σχετική υγρασία διαφορετικών αερίων. Η αισθητικότητα, η γραμμικότητα απόκρισης, ο χρόνος απόκρισης, η επιλεκτικότητα, η υστέρηση και η διάρκεια ζωής του αισθητήρα εξαρτάται από τη φύση των χημικών του καταπλύσματος.

2, Αισθητήρας διοξειδίου του αζώτου

Το διωξείδιο αζώτου είναι μια ποικιλία διοξειδίων αζώτου που αποτελούνται από μίγμα αερίων, συχνά έκφραση ως NOX. Στο διωξείδιο αζώτου, η χημική σταθερότητα διαφορετικών μορφών του διωξειδίου αζώτου είναι διαφορετική, και στον αέρα διαιρείται συχνά σε διοξείδιο μονοαζώτιου και διοξείδιο αζώτου με σχετικά σταθερές χημικές ιδιότητες, η σημασία τους στην υγειονομική φαίνεται να είναι πιο σημαντική από άλλες μορφές διωξειδίων αζώτου.

Στην περιβαλλοντική ανάλυση, το διοξείδιο του άζωτου συνήθως αναφέρεται στο διοξείδιο του άζωτου. Η κανονική μέθοδος της Κίνας για την επιβλέψη των διοξειδίων του άζωτου είναι η χρωμομετρική μέθοδος του ναφθαληνικού ηθυλενοδιαμινοχλωρίδιου, η λεπτοφάνεια της μεθόδου είναι 0.25μγ/5ml, η μέθοδος του συντελεστή μετατροπής επηρεάζεται από τη σύσταση της λύσης απορρόφησης, την πυκνότητα του διοξειδίου του άζωτου, την ταχύτητα συλλογής του αέρα, τη δομή του αγγείου απορρόφησης, την συνεξιστορία κατιόντων και τη θερμοκρασία και πολλά άλλα παράγοντες, όχι εντελώς ενοποιημένη. Η αισθητική ανάγνωση είναι μια νέα μέθοδος που αναπτύχθηκε τα τελευταία χρόνια.

3, Αισθητήρας Αερίου Διοξειδίου Τιτανίου

Το διθυμίειον είναι ένα αδράνες, καυστό αέριο με ιδιαίτερη οσφύσιμη υποδήλωση τρελών αυγιών, το οποίο είναι ιριτικό και απνοϊκό και βλαβερό για τον ανθρώπινο οργανισμό. Οι περισσότερες μεθόδοι χρησιμοποιούν καλοριμετρία και αεριογραφία για να προσδιορίσουν το διθυμίειον στον αέρα. Η προσδιορισμός αεριών ρύπανσης του αέρα, το οποίο είναι συχνά ως το επίπεδο mg/m³, είναι μία από τις κύριες εφαρμογές των αισθητήρων αερίων, αλλά οι αισθητήρες αερίων με πρωτεύον διάθεμα δεν μπορούν να καλύψουν τις απαιτήσεις αισθησιακότητας και επιλεκτικότητας για την παρακολούθηση ορισμένων αερίων ρύπανσης σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Ο πίνακας αισθητήρων λεπτού φιλμ με επαλλοτροπή ασήμιου αποτελείται από τέσσερις αισθητήρες που καταγράφουν ταυτόχρονα τις συγκεντρώσεις διοξειδίου θείου και διθυμίειου χρησιμοποιώντας έναν κοινό αναλυτή με βάση την κουλομετρική τιτροσύντηση και τα σήματα από τον πίνακα αισθητήρων αερίων με πρωτεύον διάθεμα. Η πράξη έχει δείξει ότι οι αισθητήρες λεπτού φιλμ με επαλλοτροπή ασήμιου που χρησιμοποιούνται σε 150 °C με σταθερή θερμοκρασία είναι αποτελεσματικοί για την παρακολούθηση της περιεκτικότητας διθυμίειου στον αστικό αέρα.

4. Αισθητήρας Διοξειδίου Καλύβας

Το διοξείδιο καλύβας είναι μία από τις βασικές ουσίες που ρυπαίνουν τον αέρα, και η ανίχνευση διοξειδίου καλύβας στον αέρα είναι μια κανονική μέριμνα των δοκιμαστικών για τον αέρα. Η εφαρμογή αισθητήρων στην παρακολούθηση του διοξειδίου καλύβας έχει εμφανίσει μεγάλη προτεραιότητα, από τη συντόμευση του χρόνου ανίχνευσης μέχρι τη μείωση του ορίου ανίχνευσης. Χρησιμοποιούνται στερεά πολυμερά ως μεμβράνες αντιμετάθεσης ιόντων, με μια πλευρά της μεμβράνης να περιέχει εσωτερικά ηλεκτρολύτα για τους αντισταθμιστικούς και συγκριτικούς ηλεκτρόδους, και έναν ηλεκτρόδο πλατινού να εισαγόταν στην άλλη πλευρά για να δημιουργηθεί ο αισθητήρας διοξειδίου καλύβας. Ο αισθητήρας εγκαθίσταται σε ένα ροή-κύτταρο και οξειδεύει το διοξείδιο καλύβας σε ένταση 0,65V. Μετά αποδεικνύεται η περιεκτικότητα διοξειδίου καλύβας. Το συστήμα αίσθησης εμφανίζει υψηλή αισθητικότητα τρέχουσας ισχύος, μικρό χρόνο απόκρισης, καλή σταθερότητα, χαμηλό φόντο θορύβου, γραμμικό πεδίο 0,2 mmol/L, ορίο ανίχνευσης 8*10-6 mmol/L, και λόγο σήματος-θορύβου 3.

Ο αισθητήρας μπορεί όχι μόνο να ανιχνεύσει διωξείδιο θείου στον αέρα, αλλά και να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση διωξειδίου θείου σε υγρό με χαμηλή ηλεκτρική διεξοδικότητα. Η αεριοστοιχειοσensitive επιβλάστηση του αισθητήρα διωξειδίου θείου λεπτού φιλμ με οργανικά τροποποιημένο σιλικάτο κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας τη διαδικασία sol-gel και τεχνολογία περιστροφής. Αυτή η επιβλάστηση εμφανίζει εξαιρετική αναπαραγωγικότητα και αναστρεψιμότητα στην ανίχνευση διωξειδίου θείου, με γρήγορο χρόνο απόκρισης μικρότερο από 20 δευτερόλεπτα. Επιπλέον, εμφανίζει ελάχιστη αλληλεπίδραση με άλλα αέρια και επηρεάζεται ελάχιστα από τις αλλαγές της θερμοκρασίας και της υγρασίας.