Princíp detekcie elektrochemického senzora CO pre detektory plynov
Elektrochemický senzor oxidu uhoľnatého je navrhnutý s uzavretou štruktúrou, ktorá sa skladá z elektród, filtrov, priedušnej membrány, elektrolytu, elektródových vodičov (kolíkov) a krytu.
Senzor oxidu uhoľnatého a alarm podporujúci použitie alarmov, je jadrom alarmu v detekčnom prvku, je to elektrolýza s pevným potenciálom ako základný princíp. Keď oxid uhoľnatý difunduje do snímača plynu, jeho výstupná svorka generuje prúdový výstup, ktorý je dodávaný do vzorkovacieho obvodu v alarme a hrá úlohu premeny chemickej energie na elektrickú energiu. Pri zmene koncentrácie plynu sa proporcionálne mení aj výstupný prúd plynového senzora, ktorý je prevedený a zosilnený medziobvodom alarmu, aby poháňal rôzne ovládacie zariadenia na dokončenie detekčných a alarmových funkcií, ako sú akustické, optické a elektrické, ktoré spolu s príslušnými riadiacimi zariadeniami tvoria environmentálny detekčný alebo monitorovací poplašný systém.
Keď plynný oxid uhoľnatý difunduje na povrch pracovnej elektródy cez vzduchové otvory na plášti cez priepustnú membránu, pod katalytickým účinkom pracovnej elektródy sa oxid uhoľnatý oxiduje na pracovnej elektróde. Vzorec chemickej reakcie je:
CO+H2O→CO2+2H++2e-
Ióny a elektróny H+ generované oxidačnou reakciou na pracovnej elektróde sa cez elektrolyt prenesú na protielektródu, ktorá je udržiavaná v určitom intervale od pracovnej elektródy a dochádza k redukčnej reakcii s kyslíkom vo vode. Vzorec chemickej reakcie je:
1/2O2+2H++2e-→H2O
Vo vnútri senzora teda nastáva reverzibilná oxidačno-redukčná reakcia. Rovnica chemickej reakcie je:
2CO+2O2 →2CO2
Táto reverzibilná oxidačno-redukčná reakcia vždy prebieha medzi pracovnou elektródou a protielektródou a vytvára potenciálny rozdiel medzi elektródami.
Keďže však reakcia na oboch elektródach polarizuje elektródy, je ťažké udržať konštantný medzielektródový potenciál, a preto obmedzuje rozsah koncentrácie oxidu uhoľnatého, ktorý možno detegovať.
Aby sa udržal konštantný interpolárny potenciál, pridáva sa referenčná elektróda. V trojelektródovom elektrochemickom senzore plynu jeho výstup odráža zmenu potenciálu medzi referenčnou elektródou a pracovnou elektródou, pretože referenčná elektróda sa nezúčastňuje oxidačnej ani redukčnej reakcie, takže môže vytvoriť potenciál medzi pólmi na udržanie konštantný (tj konštantný potenciál), keď zmena potenciálu priamo súvisí so zmenou koncentrácie oxidu uhoľnatého. Keď snímač plynu produkuje výstupný prúd, jeho veľkosť je úmerná koncentrácii plynu. Meraním veľkosti výstupného prúdu snímača externým obvodom cez elektródový vodič je možné zistiť koncentráciu oxidu uhoľnatého a existuje široký lineárny rozsah merania. Týmto spôsobom, pripojením obvodu na získavanie signálu a zodpovedajúcich konverzných a výstupných obvodov k senzoru plynu, je možné detekovať a monitorovať plynný oxid uhoľnatý.
