ROBEX Irányítástechnikai Kft.

1106 Budapest, Maglódi út 17.
C épület I. emelet 112.

E-mail: robex@robex.hu

Telefon: +36 1 431 0424

Fax: +36 1 431 0425

Társadalmi felelősségvállalás:

Gázérzékelés és légtér elemzés

Tisztelt Partnerünk!

Örömmel értesítjük, hogy elindítottuk a ROBEX Irányítástechnikai Kft. hírlevél rendszerét gázérzékelés és légtér elemzés témakörben.
Ennek segítségével szeretnénk Önt rendszeresen friss információkhoz juttatni. Terveink szerint megoldásokról, alkalmazási példákról, termékújdonságokról és az Életből vett hasznos tapasztalásokról fogunk írni.
A túlzottan marketing ízű, tolakodó hírleveleket mi sem szeretjük, így Önt sem fogjuk ilyenekkel bosszantani. Bízunk benne, hogy a jövőben hírlevelünkkel hasznos információkkal szolgálhatunk az Ön számára.
Amennyiben bármelyik hírlevelünk felkelti érdeklődését, vagy éppen valamilyen konkrét problémára szeretne megoldást találni, úgy forduljon hozzánk bizalommal elérhetőségeink bármelyikén.

Üdvözlettel: a ROBEX csapata



Az elektrokémiai (EC) gázérzékelés elve

2016.02.24.

Az elkövetkező hírlevelek során szeretnénk bemutatni a gázérzékelőkben alkalmazott különböző típusú érzékelők működési elvét, előnyeit, hátrányait, alkalmazási lehetőségeit. Bízunk benne, hogy ezzel is közelebb hozhatjuk a gázérzékelés elméletét Önhöz, és bemutathatjuk a GfG megoldásait a mindennapok kihívásaira.

 

Az elektrokémiai (EC) gázérzékelés elve

Számos gáz specifikus érzékelésére léteznek elektrokémiai érzékelő cellák, ilyenek többek között a következők: NH3, CO, SO2, Cl2, H2S, PH3. Előnyei közé tartozik a kis áramigény, a jó reprodukálhatóság és a linearitás. Mivel az érzékelők kisméretűek, így könnyen beépíthetőek hordozható készülékbe is. 

Egy elektrokémiai érzékelő cella elektrolitból és két vagy három elektródából áll, amik általában aranyból vagy platinából készülnek. A három elektródás rendszer előnye, hogy a referencia elektródát védik a reakciótól, így megbízható alapértéket ad az összehasonlításhoz. 

Az elektrokémiai érzékelők egy fontos része a diffúziós membrán, ami általában porózus PTFE fóliából készül. Ez a fólia a gázokra nézve áteresztő, viszont a folyadékokra nem. A membrán korlátozza, és szabályozza a bejutó gáz mennyiségét. Az érzékelő elektródáinak anyagától függ, hogy oxidációt vagy redukciót katalizál. Ezen reakciók hatására a munkaelektróda potenciálja megváltozik az ellenelektróda potenciáljához képest, ezáltal áram jön létre a két elektród között, ami arányos lesz a gáz koncentrációjával.

Az elektrokémiailag kevésbé aktív gázok (HCl, NO, NO2, C2H4O) detektálására előfeszültséget alkalmaznak a reakció elősegítése céljából.

Az optimális szelektivitás és az alacsony keresztérzékenység elérése érdekében különböző katalizátorokat, elektródákat, elektrolit oldatokat és referencia feszültséget használnak.

Vannak olyan gázok (HCN, NH3), amik csak érzékelőt elfogyasztó reakcióban detektálhatók. A HCN-érzékelő az arany elektródot fogyasztja, amit egy bizonyos idő után cserélni kell. Ammóniaérzékelő esetében az elektrolit fogy. 

Az elektrokémiai érzékelőket hosszú élettartam és stabil működés jellemzi, kis áramfelhasználás mellett. Stabilitásuk széles hőmérséklettartományban (-40°C .. +50°C) megmarad, viszont a mért jelre hőmérséklet kompenzációt kell alkalmazni. A jelenlévő szennyeződés függvényében felbontóképességük akár a ±0,1 ppm-et is elérheti vagy meghaladhatja.

Az 1 egységnyi (ppm vagy %tf) gázmennyiségre jutó áram erőssége széles koncentrációtartományban állandó, ami kiváló linearitást eredményez.

 

Elektrokémiai érzékelők oxigén mérésére

Az elektrokémiai érzékelőket gyakran használják oxigén mérésére. Az ilyen célú érzékelők felépítése hasonlít a galvánelemcellákhoz. Két vagy három, legtöbbször ólomból és aranyból készült elektródból állnak. A membrán itt is jellemzően PTFE.

Az elektrokémiai oxigénérzékelőben az alábbi reakció játszódik le:

A munkaelektródán: 4 OH- + 2 Pb —> 2 PbO + 2 H2O + 4 e-

Az ellenelektródán: O2 + 2 H2O + 4 e- —> 4 OH-

Vannak olyan oxigénérzékelők, melyek a parciális nyomás mérése alapján határozzák meg a koncentrációt. Ebben az esetben viszont mindig kell nyomáskorrekciót alkalmazni, mivel a parciális nyomás az abszolút nyomás függvényében változik. Az elektrokémiai érzékelők ezzel szemben közvetlenül mérik az oxigén térfogat százalékát, tehát nyomás korrekció nélkül pontos értéket szolgáltatnak. 

 

Miért képesek nagy H2S koncentrációt mérni az elektrokémiai érzékelők károsodás nélkül?

Mivel az elektrokémiai érzékelés reakción alapul, így felvetődik a kérdés, hogy az elektróda miért nem használódik el nagyobb koncentráció mellett. Ennek megértésére a H2S érzékelési reakcióját kell megvizsgáljuk: 

A munkaelektródán a H2S oxidálódik: H2S + 4 H2O = H2SO4 + 8 H+ + 8 e-

Az ellenelektródán a levegő oxigéntartalma alakul vízzé: 2 O2 + 8 H+ + 8 e- = 4 H2O

A két reakció szimultán végbemenetele adja a megfelelő mérési elvet a H2S gáz érzékelésére.

Mivel az érzékelő könnyen oxidálja a belépő H2S-t, így nagy hatásfokkal bír. A mérés hiszterézis nélküli, tehát ha nagy gázkoncentráció csökkenést kell mérni, akkor könnyen regenerálódik.

A reakcióban keletkező minden komponens felhasználódik: a keletkező kénsav a kénsavas elektrolitban halmozódik fel, a felhasznált víz pedig oxigénből regenerálódik. A reakció H2S molekulát, áramot és oxigént fogyaszt, de mivel a környezet mindig tartalmaz oxigént, így egy nem fogyó elektródát kapunk, aminek hosszú az élettartalma.

Hasonló nem fogyó érzékelőt alkalmaznak más toxikus gázok (CO, Cl2, NO2, SO2) mérésére is. Mivel az elektrolitokban is oldódik az oxigén, így bizonyos ideig oxigénmentes környezetben is képesek működni.

 

Érzékelők specifikussága, a H2S és a CO esete

Az elektrokémiai érzékelők egyik alkalmazási korlátja, a keresztérzékenység miatt, a zavaró gázok jelenléte. Az anyag specifikus érzékelők csak egy adott gázra nagyon érzékenyek, amit szelektív szűrők alkalmazásával, vagy az elektróda összetételének, illetve az elektrolit típusának változtatásával érnek el.

Az egyik tipikus példa a CO és a H2S érzékelők esete. Mivel ezek hasonló elektródot alkalmaznak, így egymás mérését zavarják. Ezt a kihívást úgy oldják meg a CO érzékelő esetében, hogy egy aktívszén szűrőt alkalmaznak az érzékelő elektród előtt, ami minden savas gázt és a H2S-t is eltávolítja, mielőtt azok az elektródához érnének. Az így kialakított érzékelőt nem zavarja a vizsgált légtér H2S tartalma. 

A négy elektródás „COSH” érzékelők mind a CO, mind a H2S pontos mérésére alkalmasak. Ebben az esetben négy elektród van egy házba építve, amiből kettő mérőelektróda: az egyik a H2S-re, míg másik a CO-ra. A specifikusságot úgy növelik, hogy a gáz először a H2S elektródon halad át, majd ezután egy aktívszén szűrőn keresztül (ami kiszűri a H2S gázokat) jut el a CO elektródához. A két jelet kombinálva pontos értéket kapunk mindkét gáz koncentrációjára. 

Zavaró hatások egyéb gázkombinációk esetén is fennállnak, így ezek pontos ismerete mindenképp fontos a mért értékek értelmezéséhez. Gázérzékelő használata előtt mindenképp tájékozódjunk a felhasználói kézikönyvből, illetve a helyes értelmezés céljából cégünkkel is felveheti a kapcsolatot.

 

Milyen megoldásokat kínál a GfG?

Hordozható személyi gázérzékelők

 

MICRO IV G223

(Ex zóna 1)

Microtector II G450

(Ex zóna 1)

Microtector II G460

(Ex zóna 1)

 

Telepített gáztávadók

 

EC22

(normál kivitel)

EC24

(Ex zóna 2)

EC28

(Ex zóna 0 vagy 1)

 

Önálló rendszerek

 

GMA36 Pro

(normál kivitel)

   

 

Forrás:

Fachartikel: Elektrochemisches Messprinzip (EC), GfG Marketing, Carsten Schmidt

Regősné Knoska Judit: Elektrokémiai érzékelők használata toxikus gázok mérésére, Munkabiztonság

Henderson, R.: Using electrochemical sensors for toxic gas measurement. = Occupational Hazards, 67. k. 2. sz. 2005. p. 60., 62–63. 

Fussell, E.: Gas detection confusion could cause chaos. = InTech, 51. k. 11. sz. 2004. p. 58.

 

Tárgyi témában felmerülő kérdéseivel forduljon hozzánk bizalommal.



Hírlevél

A ROBEX Irányítástechnikai Kft. mindig nagy hangsúlyt fektetett arra, hogy naprakészen tartsa partnereit működési területein, mint pl.:

  • villám- és túlfeszültség-védelem;
  • fázisjavítás és energia-menedzsment;
  • földelésellenőrzés és sztatikai levezetés;
  • szenny- és ivóvíz méréstechnika;
  • gázérzékelés és légtér elemzés;
  • kábelátvezető rendszerek.

 

Erre az egyik legkézenfekvőbb megoldás a rendszeres információ átadás hírlevelek formájában.

 

Iratkozzon fel bátran, nem fogjuk felesleges levelekkel traktálni!