Elektrokimyasal gaz sensörlerinde çapraz duyarlılık telafisi.
Giriş
Testo emisyon ölçüm teknolojisinin güvenilirliği ve doğru¬luğu, dünya çapındaki müşterileri arasında çok iyi bir ün kazanmıştır. Tipik uygulamalar; ısıtma sistemlerinin ayarlan¬ması ve izlenmesinin yanı sıra kombine ısı ve enerji santral¬leri, motorlar veya türbinler üzerindeki ölçümlerdir. Yakıt ve tesis ayarlarına bağlı olarak, bu işlerdeki gaz matrisi oldukça iyi bilinmektedir.
Bununla birlikte, Testo’nun emisyon ölçüm cihazları, gaz bileşiminin önemli ölçüde değişebileceği çeşitli işlemleri izlemek için kullanılır. Bu doküman, burada meydana gelen gazların olası çapraz hassasiyeti ve bununla nasıl başa çıkılacağıyla ilgilidir.
Gaz sensörlerinde çapraz hassasiyetler
Çapraz duyarlılık terimi, bir sensörün yalnızca hedef para¬metreye değil, aynı zamanda diğer etkilenen parametrelere de tepki verdiğini açıklar. Başka bir deyişle: Çapraz duy¬arlılığa sahip bir sensör mükemmel seçiciliğe sahip değildir. Bu, özellikle gaz sensörleri için zordur, çünkü belirli bir gaz konsantrasyonunun ölçümü, herhangi bir karmaşıklıktaki gaz matrisinde ideal olarak mümkün olmalıdır - seçicilikle potan¬siyel olarak etkileşime girebilecek yüzlerce gaz ve buhar ile. Bu nedenle, gaz sensörlerinde kullanılan neredeyse tüm ölçüm prensiplerinin eşlik eden gazlara çapraz duyarlılık göstermesi şaşırtıcı değildir. Örneğin, oksijen için para¬manyetik ölçüm cihazları da azot dioksitle reaksiyona girer ve amonyak ile karbon dioksit azot oksitlerin belirlenmesi için kemilüminesan yöntemlerde engelleyici parametreler olarak işlev görür. Testo ölçüm cihazlarında kullanılan elek-trokimyasal gaz sensörleri de çapraz duyarlılık içermez.
Şekil 1: testo 340 ölçüm cihazındaki elektrokimyasal gaz sensörleri
Elektrokimyasal gaz sensörlerinde çapraz duy¬arlılıklar ve kompanzasyon stratejileri
Bir elektrokimyasal gaz sensörünün işlevsel prensibi, Şekil 2’deki şemada açıklanmaktadır. Ölçülecek gaz, örneğin karbon monoksit (CO), bir difüzyon bariyerinden (bir kılcal veya membran) geçmeli ve bazı sensör tiplerinde kimyasal bir filtreden geçmesi ve ardından çalışma elektroduna ulaşması gerekir. Bu bir elektrolitte “yüzer”, örn. bir asidik veya alkalin, sulu çözeltide. Gaz molekülü, çalışma elektrodunda kimyasal bir reaksiyon tetikler ve iyonlar, örneğin protonlar (H +), elektrolitte bir çözelti halinde mevcut oksijenle reaksiyona girdikleri karşı elektrotta bulunan, oluşur. Aynı zamanda, bir dış devreye yönlendirilen ve mevcut gaz konsantrasyonunun bir ölçüsü olarak hizmet eden bir elektrik akımı yaratılır. Üçüncü elek¬trot (referans elektrot) sensör sinyalini stabilize etmek için kullanılır.
Bu kimyasal reaksiyonların elektrotlarda gerçekleşmesi için, katalizör olarak asal bir metal (örneğin platin) içerme¬leri gerekir. Elektrotlar için uygun katalizör malzemelerinin seçimi sınırlıdır ve karşılık gelen malzemeler, farklı ga¬zlarla katalitik etkilerini göstermektedir. Farklı katalizörler karıştırılarak, belirli bir gaz üzerindeki seçicilik arttırılabilir. Bununla birlikte, elektrokimyasal gaz sensörlerinin çapraz hassasiyet göstermesi kaçınılmazdır. Örneğin, bir platin elektrot, yüksek katalitik bir aktiviteye sahiptir ve sulu, seyreltilmiş sülfürik asitle doldurulmuş CO için bir gaz sensöründe ayrıca çapraz gazları NO, NO, SO₂ ve H₂ gösterecektir.
Öyleyse, gaz sensörlerinde ve gaz ölçüm cihazlarındaki bu istenmeyen çapraz hassasiyetler, bilinmeyen ve karmaşık gaz karışımlarında bile güvenilir ve doğru bir gaz konsant¬rasyonu gösterimi elde etmek için nasıl en aza indirilebilir? Burada çeşitli stratejiler devreye giriyor:
Şekil 2: CO ve diğer gazlar için elektrokimyasal sensör (şematik sunum)
Katalizör malzemeleri
En önemli yaklaşım, daha önce belirtildiği gibi, elektrot ve buna uygun olarak uygun elektrolit için hedeflenmiş bir katalizör malzeme ve karışım seçimidir. Sonuçta, ticari olarak temin edilebilen elektrokimyasal gaz sensörlerindeki teknoloji çok gelişmiş bir seviyeye ulaştı. Bununla birlikte ayrıntılı olarak daha fazla ilerleme sağlanabilir. Örnek olarak, yeni kullanılabilen, CO-duyarsız bir SO₂ sensörü sayfa 5’te tanımlanmıştır.
Ön gerilim
Çalışma elektrotu için uygun bir ön gerilim voltajının seçimi de seçiciliğin gelişmesine yol açabilir. Bu yöntem örneğin NO sensörlerinde kullanılır. Çalışma elektrotu, katalizör materyal olarak grafit ve ayrıca sensöre de entegre edilen referans elektrot üzerinden 300 mV’lık ek bir ön gerilim voltajı kullanır. Burada da sulu sülfürik asit bir elektrolit olarak kullanılır. Bu sistemin elektrokimyasal potansiyeli NO göstermesine izin verir – Elektrokimyasal gaz sensörlerine nispeten yüksek bir seçicilik düzeyi sağlayan eşlik eden NO₂ ve CO gazları nerdeyse hiçtir.
Filtreler
Birçok elektrokimyasal gaz sensörü, çapraz etkilere karşı kimyasal filtreler kullanır. Filtre fonksiyonunu yerine getirmek için filtre materyali, karışan yanma gazlarını engellerken, hedef gazın engellenmeden nüfuz etmesine izin vermelidir.
Bu sadece kısa bir alıntı. Daha fazla şey öğrenmek ister misiniz? Whitepaper’ın tamamını şimdi indirin. Şu bilgilere de ulaşabileceksiniz:
Whitepaper içeriği
- H₂ düzeltmeli CO sensörü
- Çapraz hassasiyetlerin telafisi
- Testo’dan gaz ölçüm cihazları ve gaz sensörlerinin özellikleri
- Çapraz duyarlılıkların telafisinde limitler
- SO₂ sensörünün daha da geliştirilmesinde başarı
- Sonuç
