Deteksjonsprinsipp for CO-elektrokjemiske sensorer i gassdetektorer
Karbonmonoksidgasssensoren brukes i forbindelse med alarmen og er kjernedeteksjonskomponenten i alarmen. Den er basert på prinsippet om konstant potensialelektrolyse. Når karbonmonoksid diffunderer inn i gasssensoren, genererer utgangsterminalen en strømutgang, som leveres til prøvetakingskretsen i alarmen, og spiller en rolle i å konvertere kjemisk energi til elektrisk energi. Når gasskonsentrasjonen endres, endres også utgangsstrømmen til gasssensoren proporsjonalt. Alarmens mellomkrets konverterer og forsterker utgangen til å drive forskjellige utførelsesenheter, og fullfører deteksjons- og alarmfunksjonene for lyd, lys og elektrisitet. Sammen med den tilhørende kontrollenheten danner den et miljødeteksjons- eller overvåkingsalarmsystem.
Når karbonmonoksidgass diffunderer til overflaten av arbeidselektroden gjennom porene på det ytre skallet og den pustende membranen, gjennomgår den oksidasjon på arbeidselektroden under den katalytiske virkningen av arbeidselektroden. Den kjemiske reaksjonsformelen er:
CO+H2O→CO2+2H++2e-
H+ionene og elektronene som genereres av oksidasjonsreaksjonen på arbeidselektroden, overføres til motelektroden i en viss avstand fra arbeidselektroden gjennom elektrolytten, og gjennomgår en reduksjonsreaksjon med oksygen i vannet. Den kjemiske reaksjonsformelen er:
1/2O2+2H++2e-→H2O
Derfor oppstår en reversibel oksidasjons-reduksjonsreaksjon inne i sensoren. Den kjemiske reaksjonsformelen er:
2CO+2O2 →2CO2
Denne reversible oksidasjons-reduksjonsreaksjonen skjer alltid mellom arbeidselektroden og motelektroden, og genererer en potensialforskjell mellom elektrodene.
På grunn av polarisasjonen av elektrodene forårsaket av reaksjoner som forekommer på begge elektrodene, er det imidlertid vanskelig å opprettholde et konstant interelektrodepotensial, noe som også begrenser det detekterbare området for karbonmonoksidkonsentrasjon.
For å opprettholde et konstant interelektrodepotensial, la vi til en referanseelektrode. I en elektrokjemisk gasssensor med tre elektroder reflekterer utgangsterminalen potensialendringen mellom referanseelektroden og arbeidselektroden. Siden referanseelektroden ikke deltar i oksidasjons- eller reduksjonsreaksjoner, kan den opprettholde et konstant potensial mellom elektrodene (dvs. konstant potensial), og endringen i potensial er direkte relatert til endringen i karbonmonoksidkonsentrasjonen. Når en gasssensor genererer en utgangsstrøm, er størrelsen proporsjonal med konsentrasjonen av gassen. Ved å bruke en ekstern krets for å måle utgangsstrømmen til sensoren gjennom elektrodeledninger, kan konsentrasjonen av karbonmonoksid detekteres med et bredt lineært måleområde. På denne måten er det mulig å detektere og overvåke karbonmonoksidgass ved å koble en ekstern signalinnsamlingskrets og tilsvarende konverterings- og utgangskretser til gasssensoren.
