Aplica??o de sensor eletroquímico em sensor de gás

Aplica??o de sensor eletroquímico em sensor de gás

Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, a aplica??o de sensores de gás tornou-se cada vez mais abrangente. Impulsionados por aplica??es onipresentes, como a Internet das Coisas, o desenvolvimento de sensores de gás tem se direcionado para a miniaturiza??o, integra??o, modulariza??o e inteligência. Dentre eles, os sensores eletroquímicos s?o populares na área de detec??o de gases devido à sua saída linear, baixo consumo de energia e melhor resolu??o. Além disso, os sensores eletroquímicos de gás apresentam melhor repetibilidade e precis?o de medi??o do que outros sensores. Após décadas de desenvolvimento tecnológico, os sensores eletroquímicos de gás possuem excelente seletividade para o monitoramento de gases específicos.

Inicialmente, os sensores eletroquímicos eram utilizados para monitorar a concentra??o de oxigênio. Com a evolu??o da tecnologia, come?aram a surgir sensores eletroquímicos para monitorar e detectar uma variedade de gases tóxicos diferentes na faixa do Limite Inferior de Explosividade (LIE), e esses sensores também demonstraram boa sensibilidade e seletividade em aplica??es práticas. Assim, até hoje, os sensores eletroquímicos continuam sendo os principais sensores para monitorar a concentra??o de gases. Atualmente, os sensores eletroquímicos s?o amplamente utilizados em diversas aplica??es estáticas e móveis, desempenhando um papel fundamental no monitoramento de múltiplos gases. A seguir, o editor apresenta brevemente os conhecimentos relevantes sobre sensores eletroquímicos de gás:

1. Princípios dos sensores eletroquímicos

A maioria dos sensores eletroquímicos de gás opera em modo de difus?o. Nesse modo, o gás presente no ambiente circundante entra no sensor através de um pequeno orifício na parte frontal (pelo fluxo natural das moléculas de gás). Alguns dispositivos aspiram amostras de ar/gás para dentro do sensor por meio de uma bomba de suc??o. Uma membrana respirável é instalada no orifício de entrada de ar para impedir a entrada de água ou óleo no sensor. A faixa de medi??o e a sensibilidade do sensor podem ser alteradas ajustando-se o tamanho da entrada de ar durante o projeto. Uma entrada de ar maior pode aumentar a sensibilidade e a resolu??o do dispositivo, enquanto uma entrada de ar menor reduz a sensibilidade e a resolu??o, mas pode aumentar a faixa de medi??o.

Em segundo lugar, a composi??o do sensor eletroquímico.

1. A membrana respirável (também chamada de membrana hidrofóbica)

A membrana respirável é usada para cobrir o eletrodo sensor (catalítico) e, em alguns casos, para controlar a massa molecular do gás que atinge a superfície do eletrodo. Essas barreiras s?o geralmente feitas de filmes de Teflon de baixa porosidade. Esse tipo de sensor é chamado de sensor revestido. Alternativamente, ele também pode ser coberto com um filme de Teflon de alta porosidade, e a massa molecular do gás que atinge a superfície do eletrodo pode ser controlada por um capilar. Esse tipo de sensor é chamado de sensor capilar. Além de fornecer prote??o mec?nica ao sensor, a membrana também tem a fun??o de filtrar partículas indesejadas. Para transmitir a massa molecular positiva do gás, é necessário selecionar o tamanho de poro correto da membrana e do capilar. O tamanho do poro deve permitir que uma quantidade suficiente de moléculas de gás atinja o eletrodo sensor. O tamanho do poro também deve evitar vazamentos ou secagem rápida do eletrólito líquido.

2. Eletrodo

A escolha do material do eletrodo é muito importante. O material do eletrodo deve ser um material catalítico capaz de realizar uma rea??o semieletrolítica por um longo período. Geralmente, os eletrodos s?o feitos de metais preciosos, como platina ou ouro, que reagem eficazmente com as moléculas de gás após serem catalisados. Dependendo do projeto do sensor, para que a rea??o de eletrólise se complete, os três eletrodos podem ser feitos de materiais diferentes.

3. Eletrólito

O eletrólito deve ser capaz de realizar a rea??o de eletrólise e transferir a carga i?nica para o eletrodo de forma eficaz. Ele também deve formar um potencial de referência estável com o eletrodo de referência e ser compatível com os materiais utilizados no sensor. Se o eletrólito evaporar muito rapidamente, o sinal do sensor será enfraquecido.

4. Filtrar

?s vezes, um filtro de purifica??o é instalado antes do sensor para filtrar gases indesejados. A sele??o de filtros é limitada e cada filtro possui um grau de eficiência diferente. O material filtrante mais comum é o carv?o ativado. O carv?o ativado pode filtrar a maioria das subst?ncias químicas, mas n?o o monóxido de carbono. Ao escolher o material filtrante adequado, o sensor eletroquímico pode apresentar maior seletividade para o gás alvo.

3. O método de funcionamento do sensor eletroquímico

O princípio de funcionamento do sensor eletroquímico baseia-se principalmente na rea??o química com o gás analisado, gerando um sinal elétrico proporcional à concentra??o do gás. Um sensor eletroquímico típico consiste em um eletrodo sensor e um contraeletrodo, separados por uma fina camada eletrolítica. O gás reage com o sensor através de minúsculas aberturas capilares, atingindo a superfície do eletrodo através da camada hidrofóbica. Esse método permite que uma quantidade adequada de gás reaja com o eletrodo sensor, gerando um sinal elétrico suficiente, ao mesmo tempo que impede o vazamento do eletrólito para fora do sensor.

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