I sensori elettrochimici sono utilizzati per il rilevamento di ossigeno e gas tossici. Lo fanno attraverso la misurazione della concentrazione di una corrente all'interno di un circuito esterno. Ci sono molti tipi sintonizzati per monitorare sia i gas tossici che quelli non tossici di vari intervalli di concentrazione, e tutti hanno la capacità di resistere ad ambienti difficili a volte con alta umidità e temperatura.
I sensori sono utilizzati in modalità di diffusione dove il gas dell'ambiente entra attraverso un foro nella faccia della cella. Alcuni strumenti usano una pompa per fornire aria o campioni di gas al sensore dove la diffusione prende il sopravvento e trasporta il gas nelle parti di misurazione del sensore. Una membrana in PTFE è montata sopra il foro per evitare che l'acqua o gli oli entrino nella cella.
Le gamme e le sensibilità dei sensori possono essere variate nel design utilizzando fori di dimensioni diverse. Fori più grandi forniscono una maggiore sensibilità e risoluzione, mentre fori più piccoli riducono la sensibilità e la risoluzione ma aumentano la portata.
Sono popolari negli ambienti industriali dove la necessità di monitorare il solfuro di idrogeno, il monossido di carbonio e altri gas industriali è un requisito legale e di sicurezza. E hanno molte caratteristiche molto vantaggiose, tra cui l'essere molto robusti, non richiedere una potenza significativa, essere facili da certificare come intrinsecamente sicuri, e generalmente (anche se non sempre) avere un prezzo ragionevole.
Pericolo
Nei settori dei trasporti e dell'energia, l'uso su larga scala dei combustibili fossili provoca l'emissione di gas inquinanti come il monossido di carbonio, gli ossidi di azoto, gli idrocarburi e i composti organici volatili (VOC). Questo è pericoloso per la forza lavoro del settore. Pone anche più ampi pericoli ambientali e sociali a causa dell'inquinamento dell'aria. I sensori elettrochimici monitorano questi rischi attraverso il controllo delle perdite, l'automotive e il controllo delle caldaie, per rilevare quali gas pericolosi vengono emessi in tempo reale e la loro concentrazione o accumulo. Possono anche aiutare a ottimizzare i processi di combustione e ridurre le emissioni migliorando l'efficienza energetica, e avvisare di concentrazioni pericolose di tipi di gas di scarico.
A causa dell'uso dell'anidride carbonica e dell'etanolo nel settore alimentare e delle bevande, c'è bisogno di un rilevamento continuo di gas per evitare l'ingestione di gas velenosi e nocivi. Le aree di preoccupazione includono i processi a vapore, i gas inerti per l'imballaggio, la CO2 usata per la carbonatazione, i gas tossici usati per la sterilizzazione e l'ammoniaca usata nella refrigerazione. È un requisito legale ed etico monitorare i livelli di gas tossici all'interno di questi ambienti e scegliere il miglior sensore per il lavoro è vitale.
Grazie alla loro capacità di rilevare bassi livelli di gas tossici, come l'idrogeno solforato, i sensori elettrochimici sono particolarmente utili per aiutare a salvaguardare coloro che lavorano nei settori del petrolio e del gas. La loro robustezza è utile anche negli ambienti delle piattaforme offshore e degli impianti di trivellazione, mantenendo la loro disponibilità a segnalare i rilasci di gas.
Si trovano negli impianti petrolchimici e chimici, negli impianti e nelle raffinerie di gas naturale, negli impianti di stoccaggio e di carico del gas e nei gasdotti e nelle stazioni di compressione. Gli impianti di lavorazione petrolchimica tendono ad essere grandi con layout compatti che includono attrezzature, tubazioni e serbatoi. Le aree di lavorazione che necessitano di rilevamento del gas possono essere parzialmente o completamente all'aperto, il che richiede che i monitor di gas resistano a luce solare, calore, umidità, nebbia, pioggia, vento e talvolta sabbia. La versatilità e la robustezza dei sensori elettrochimici si adattano alle esigenze di questi impianti e aiutano a superare le complicazioni poste dai diversi rischi di gas.
I tre fattori principali che influenzano la vita di un sensore elettrochimico sono la temperatura, l'esposizione a concentrazioni di gas estremamente elevate e l'umidità. Altri fattori sono gli elettrodi del sensore e le vibrazioni estreme e gli shock meccanici.
Durata di vita variabile - La durata di vita di un sensore elettrochimico dipende dall'ambiente in cui sono operativi, comprese le condizioni ambientali, l'umidità, il calore e le concentrazioni di gas.
I sensori per i gas comuni come il monossido di carbonio o il solfuro di idrogeno tendono ad avere una vita operativa di 2-3 anni. I sensori di gas usati per il fluoruro di idrogeno possono avere una vita di soli 12-18 mesi. Vale la pena notare che con una temperatura e un'umidità stabili nella regione di 20˚C e 60%RH, insieme a nessuna incidenza di contaminanti, i sensori elettrochimici sono durati fino a 11 anni.
Usura - L'esposizione a lungo termine a una bassa umidità fa sì che l'elettrolita liquido in un sensore elettrochimico perda acqua e guadagni acqua ad alta umidità, il che può causare perdite e la degradazione della funzionalità del sensore. Anche se i sensori possono asciugarsi nel tempo, può essere necessario fino a un mese di conservazione in aria ambiente, e c'è la possibilità che la sensibilità si abbassi e/o il tempo di risposta aumenti.
