Elektrochemische Sensoren werden für den Nachweis von Sauerstoff und toxischen Gasen eingesetzt. Sie tun dies durch die Messung der Konzentration eines Stroms in einem externen Stromkreis. Es gibt viele Typen, die für die Überwachung von giftigen und ungiftigen Gasen in verschiedenen Konzentrationsbereichen geeignet sind, und alle sind in der Lage, anspruchsvollen Umgebungen mit teilweise hoher Feuchtigkeit und Temperatur standzuhalten.
Die Sensoren werden im Diffusionsmodus verwendet, bei dem Gas aus der Umgebung durch eine Öffnung in der Stirnseite der Zelle eintritt. Einige Geräte verwenden eine Pumpe, um dem Sensor Luft oder Gasproben zuzuführen, wo die Diffusion einsetzt und das Gas in die Messteile des Sensors transportiert wird. Eine PTFE-Membran ist über der Öffnung angebracht, um das Eindringen von Wasser oder Ölen in die Zelle zu verhindern.
Reichweite und Empfindlichkeit der Sensoren können durch die Verwendung unterschiedlich großer Löcher variiert werden. Größere Löcher bieten eine höhere Empfindlichkeit und Auflösung, während kleinere Löcher die Empfindlichkeit und Auflösung verringern, aber die Reichweite erhöhen.
Sie werden gerne in Industrieumgebungen eingesetzt, in denen die Überwachung von Schwefelwasserstoff, Kohlenmonoxid und anderen Industriegasen gesetzlich vorgeschrieben und sicherheitsrelevant ist. Und sie haben viele sehr vorteilhafte Eigenschaften, wie z. B. sehr robust zu sein, keinen großen Stromverbrauch zu haben, leicht als eigensicher zu zertifizieren und im Allgemeinen (wenn auch nicht immer) preisgünstig zu sein.
Gefährdung
Im Verkehrs- und Energiesektor führt die weit verbreitete Nutzung fossiler Brennstoffe zur Emission von Schadgasen wie Kohlenmonoxid, Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und flüchtigen organischen Verbindungen (VOC). Dies ist eine Gefahr für die Beschäftigten in diesem Sektor. Außerdem birgt die Luftverschmutzung weitere Gefahren für die Umwelt und die Gesellschaft. Elektrochemische Sensoren überwachen diese Risiken durch Dichtheitsprüfungen, Fahrzeug- und Kesselkontrolle, um zu erkennen, welche gefährlichen Gase in Echtzeit emittiert werden und in welcher Konzentration sie sich bilden. Sie können auch dazu beitragen, Verbrennungsprozesse zu optimieren und Emissionen zu verringern, indem sie die Energieeffizienz verbessern, und vor gefährlichen Konzentrationen von Abgasarten warnen.
Aufgrund der Verwendung von Kohlendioxid und Ethanol in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie ist eine kontinuierliche Gasdetektion erforderlich, um die Einnahme von giftigen, schädlichen Gasen zu vermeiden. Zu den problematischen Bereichen gehören Dampfprozesse, Inertgase für die Verpackung, CO2 für die Karbonisierung, toxische Gase für die Sterilisierung und Ammoniak für die Kühlung. Die Überwachung des Gehalts an toxischen Gasen in diesen Umgebungen ist eine gesetzliche und ethische Verpflichtung, und die Wahl des besten Sensors für diese Aufgabe ist von entscheidender Bedeutung.
Da sie in der Lage sind, geringe Mengen toxischer Gase wie Schwefelwasserstoff zu erkennen, sind elektrochemische Sensoren besonders vorteilhaft für den Schutz von Personen, die in der Öl- und Gasbranche arbeiten. Ihre Robustheit kommt ihnen auch in Umgebungen auf Offshore-Plattformen und Bohrinseln zugute, da sie immer verfügbar sind, um Gasfreisetzungen zu melden.
Sie finden sich in petrochemischen und chemischen Anlagen, Erdgasanlagen und Raffinerien, Gasspeicher- und -verladeanlagen sowie Pipelines und Verdichterstationen. Petrochemische Verarbeitungsanlagen sind in der Regel groß und verfügen über kompakte Anlagen, Rohrleitungen und Tanks. Verarbeitungsbereiche, in denen eine Gasdetektion erforderlich ist, können sich teilweise oder vollständig im Freien befinden, so dass die Gaswarngeräte Sonnenlicht, Hitze, Feuchtigkeit, Nebel, Regen, Wind und manchmal auch Sand standhalten müssen. Die Vielseitigkeit und Robustheit elektrochemischer Sensoren entspricht den Anforderungen dieser Anlagen und trägt dazu bei, die Komplikationen zu überwinden, die sich aus den unterschiedlichen Gasrisiken ergeben.
Die drei wichtigsten Faktoren, die die Lebensdauer eines elektrochemischen Sensors beeinflussen, sind Temperatur, extrem hohe Gaskonzentrationen und Feuchtigkeit. Weitere Faktoren sind Sensorelektroden sowie extreme Vibrationen und mechanische Stöße.
Variable Lebensdauer - Die Lebensdauer eines elektrochemischen Sensors hängt von der Umgebung ab, in der er betrieben wird, einschließlich Umgebungsbedingungen, Feuchtigkeit, Wärme und Gaskonzentrationen.
Sensoren für gängige Gase wie Kohlenmonoxid oder Schwefelwasserstoff haben in der Regel eine Lebensdauer von 2-3 Jahren. Gassensoren für Fluorwasserstoff haben möglicherweise nur eine Lebensdauer von 12-18 Monaten. Es ist erwähnenswert, dass elektrochemische Sensoren bei stabiler Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Bereich von 20 °C und 60 % relativer Luftfeuchtigkeit und ohne das Auftreten von Verunreinigungen eine Lebensdauer von bis zu 11 Jahren erreicht haben.
Abnutzung - Wenn ein elektrochemischer Sensor über längere Zeit einer niedrigen Luftfeuchtigkeit ausgesetzt ist, verliert der flüssige Elektrolyt Wasser und nimmt bei hoher Luftfeuchtigkeit Wasser auf, was zu Leckagen und einer Beeinträchtigung der Sensorfunktionalität führen kann. Obwohl Sensoren im Laufe der Zeit austrocknen können, kann es bis zu einem Monat dauern, bis sie an der Luft gelagert werden, und es besteht die Möglichkeit, dass sich die Empfindlichkeit verringert und/oder die Ansprechzeit verlängert.
