Despre senzori de gaze sau (sesizori) pentru medii gazoase

Cei mai vechi senzori electrochimici dateaza înca din anii 1950; au fost utilizati pentru monitorizarea oxigenului. Mai recent, din momentul în care OSHA (Occupational Safety and Helath Administration) a început sa ceara monitorizarea gazelor toxice si combustibile în aplicatiile din spatii închise, au început sa se dezvolte senzori noi mult mai performati.
Pe la mijlocul anilor 1980, au aparut o serie de senzori electrochimici miniaturali utilizati pentru detectarea multor gaze toxice în gama PEL, cu senzori care prezinta o buna densibilitate si selectivitate.
În prezent, o mare varietate de senzori electrochimici sunt utilizati în multe aplicatii .
Dimensiunea fizica, geometria, selectarea diferitelor componente si constructia unui sensor electrochimic de obicei depinde de utilizarea ulterioara.
În fapt, aspectul senzorilor electrochimici utilizati în determinarea diferitelor gaze poate fi similar dar functiile acestora sa fie puternic diferite. De exemplu, un sensor pentru determinarea concentratiilor scazute de gaz cu o sensibilitate foarte mare utilizeaza o membrana hidrofobica cu porozitate mare si capilaritate mai putin restrictiva pentru a permite trecerea unui numar mai mare de molecule pentru a produce un semnal mai puternic pentru o sensibiliate mai buna.
Astfel, un sensor electrochimic cu sensibilitate mai mare va avea un timp de viata releativ mai scurt datorita pierderii umiditatii prin membrane poroasa.
În mod similar, compozitia electrolitului si materialul folosit pentru electrod sunt selectate pe baza reactivitatii chimice a gazului de masurat.
Prin selectarea atenta a electrolitului si/sau a electrodului, se poate obtine o selectie adecvata pentru gazul de masurat dar sensibilitatea de masurare poate fi redusa.
Prin urmare, senzori electrochimici diferiti pot sa fie foarte asemanatori dar sa fie construiti din materiale diferite precum electrodul, compozitia electrolitului si porozitatea barierelor hidrofobe. În plus, o serie de senzori electrochimici utilizeaza energie electrica externa pentru ai face sa reactioneze cu gazul de masurat. Toate componentele senzorului joaca un rol foarte mare în determinarea tuturor caracteristicilor senzorului.

PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE
La baza senzorilor electrochimici sta utilizarea unei membrane poroase (în mod obisnuit PTFE) sau un sistem capilar care permite gazelor sa difuzeze într-o celula care contine electrolit sub forma de gel sau lichid si eletrozii.
Configurarea exacta variaza în functie de producator si de elementul masurat. Atunci când gazul vine în contact cu electrolitul, se produce o schimbare de potential între electrozi. Circuitul electronic asociat va masura, amplifica si controla semnalul electronic.
Deoarece reactia este proportionala cu concentratia gazului present (presiune partiala), semnalul este usor trades în parti pe million (PPM), procent % sau ppm/h si citit pe display sau stocat în circuitele microprocesorului pentru o citire ulterioara.
Un sensor electrochimic tipic este alcatuit dintr-un electrod de masurare (working electrod) si un electrod invers (counter electrod) separate de un strat subtitre de electrolit. Gazul care vine în contact cu senzorul trece mai întâi printr-o mica deschidere de tip capilar si apoi difuzeza printr-o bariera hidrofoba, si în cele din urma atinge suprafata electrodului. Aceasta cale este urmata pentru a permite unei cantitati adecvate de gaz pentru a reactiona cu electrodul de masurare pentru a produce un semnal electrectil suficient.
Gazul care difuzeaza prin bariera reactioneaza la suprafata electrodului de masurare implicând fie un mecanism de oxidare fie de reducere. Aceste reactii sunt catalizate de materialele electrodului dezvoltate special pentru gazul de masurat. Având o rezistenta conectata de-a lungul electrodului, un curent proportional cu concentratia gazului trece între anod si catod.
Curentul este masurat pentru a determina concetratia de gaz. Deoarece în acest proces de masurare este generat un curent, senzorul electrochimic este adesea descris ca un senzor de gaz amperometric sau ca o microcelula.
Importanta electrodului de referinta pentru un senzor care necesita o sursa de tensiune externa este important sa aiba un potential constant si stabil la electrodul senzorului.
În realitate, potentialul senszorului de masurare nu ramâne constatant datorita reactiei electrochimice continue care are loc la suprafata electrodului. Aceasta determina deteriorarea performantei senzorului peste o perioada de timp.
Pentru a îmbunatati performanta senzorului se introduce un electrod de referinta. Acest electrod este pozitionat componentele principale ale senzorului

Un senzor electrochimic consta din urmatoarele componente:
Membrana permeabila pentru gaze (membrana hidrofoba) : Aceasta este utilizata pentru a acoperi electrodul de masurare al senzorului, si în unele cazuri, pentru a controla cantitatea de molecule de gaz care ajung la suprafata electrodului. Aceste bariere sunt facute din membrane de Teflon subtiri, cu porozitate mica. Astfel de senzori sunt denumiti senzori cu membrana.
În alte cazuri, electrodul de masurare este acoperit cu membrana de teflon de mare porozitate iar cantiatea de moleculele de gaz care ating suprafata electrodului este controlata printr-un capilar. Astfel de senzori sunt denumiti senzori tip capilar.
În afara de a oferi o protectie mecanica senzorului, membrana îndepilneste o functie suplimentara de filtrare a particulelor nedorite.
Selectarea atenta a dimensiunii corecte a porilor membranei si a capilaritatii este necesara pentru a realiza transferul unei cantitati adecvate de molecule de gaz.
Dimensiunea porilor trebuie aleasa astfel încât sa permita unei cantitati suficiente de molecule de gaz sa atinga electrodul de masurare.
Dimensiunea porilor trebuie, deasemenea, sa previna scurgerea electrolitului lichid sau uscarea prea rapida a senzorului.