سنسور گاز الکتروشیمیایی (Electrochemical Gas Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور گاز الکتروشیمیایی (Electrochemical Gas Sensor) :
سنسور گاز الکتروشیمیایی یک سنسور دقیق و انتخابی است که برای اندازه گیری غلظت گازهای خاص (معمولا گازهای سمی مانند CO، H₂S، SO₂، NO₂) و اکسیژن استفاده می شود. این سنسورها بر اساس واکنش الکتروشیمیایی گاز با یک الکترولیت کار می کنند که منجر به تولید جریان الکتریکی متناسب با غلظت گاز می شود. آنها شبیه یک سلول سوختی کوچک عمل می کنند.
یک سنسور الکتروشیمیایی معمولا از چهار الکترود تشکیل شده است: الکترود کار (working electrode)، الکترود شمارنده (counter electrode)، الکترود مرجع (reference electrode)، و گاهی الکترود حسگر کمکی. یک لایه نازک از الکترولیت (معمولا یک اسید یا نمک مایع) بین الکترودها قرار دارد. گاز از طریق یک غشای نفوذپذیر (ممبران) وارد سنسور می شود و در سطح الکترود کار تحت واکنش اکسیداسیون یا احیا قرار می گیرد. این واکنش باعث ایجاد جریان الکتریکی بین الکترود کار و شمارنده می شود. الکترود مرجع پتانسیل الکترود کار را ثابت نگه می دارد. جریان تولید شده (در حد نانوآمپر تا میکروآمپر) مستقیما با غلظت گاز متناسب است و توسط یک مدار تقویت کننده اندازه گیری می شود.
مثال برای تشخیص CO:
\[ CO + H_2O \rightarrow CO_2 + 2H^+ + 2e^- \](در الکترود کار).
مزایا:
انتخاب پذیری خوب (با انتخاب الکترود و پتانسیل مناسب).
دقت بالا و پاسخ خطی.
مصرف توان بسیار پایین (بدون نیاز به گرم کننده).
مناسب برای تشخیص گازهای سمی در غلظت های کم (ppm).
معایب:
عمر محدود (معمولا ۲-۳ سال) به دلیل تبخیر الکترولیت.
حساسیت به دما و رطوبت.
نیاز به کالیبراسیون دوره ای.
زمان پاسخ نسبتا کند (چند ثانیه تا چند ده ثانیه).
\[ I = n \cdot F \cdot A \cdot D \cdot \frac{C}{\delta} \]که
\[ n \]تعداد الکترون های مبادله شده،
\[ F \]ثابت فارادی،
\[ A \]سطح الکترود،
\[ D \]ضریب نفوذ گاز،
\[ C \]غلظت گاز و
\[ \delta \]ضخامت لایه نفوذ است.
کاربردها: آشکارسازهای گازهای سمی در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و معدن، پایش کیفیت هوا در محیط های بسته (پارکینگ ها، تونل ها)، تجهیزات ایمنی فردی، و پزشکی (اندازه گیری گازهای تنفسی).
