Elektrochemische sensoren worden gebruikt voor de detectie van zuurstof en giftige gassen. Zij doen dit door meting van de concentratie van een stroom in een extern circuit. Er zijn vele types die zijn afgestemd op de bewaking van zowel toxische als niet-toxische gassen in verschillende concentratiebereiken, en zij zijn alle bestand tegen veeleisende omgevingen met soms een hoge vochtigheidsgraad en een hoge temperatuur.
De sensoren worden gebruikt in de diffusiemodus, waarbij gas uit de omgeving door een gat in het oppervlak van de cel binnenkomt. Sommige instrumenten gebruiken een pomp om lucht of gasmonsters naar de sensor te voeren, waar de diffusie het overneemt en het gas naar de meetgedeelten van de sensor transporteert. Over het gat is een PTFE-membraan aangebracht om te voorkomen dat water of olie de cel binnendringt.
Het bereik en de gevoeligheid van de sensor kunnen bij het ontwerp worden gevarieerd door gaten van verschillende grootte te gebruiken. Grotere gaten geven een hogere gevoeligheid en resolutie, terwijl kleinere gaten de gevoeligheid en resolutie verminderen maar het bereik vergroten.
Zij zijn populair in industriële omgevingen waar de noodzaak van toezicht op waterstofsulfide, koolmonoxide en andere industriële gassen een wettelijke en veiligheidseis is. Zij hebben vele zeer gunstige kenmerken, zoals hun grote robuustheid, het feit dat zij geen noemenswaardig vermogen vergen, het feit dat zij gemakkelijk intrinsiek veilig kunnen worden verklaard, en het feit dat zij over het algemeen (maar niet altijd) een redelijk prijskaartje hebben.
Gevaar
In de sectoren vervoer en energie leidt het grootschalige gebruik van fossiele brandstoffen tot de uitstoot van verontreinigende gassen zoals koolmonoxide, stikstofoxiden, koolwaterstoffen en vluchtige organische stoffen (VOS). Dit is gevaarlijk voor de werknemers in de sector. Ook brengt de luchtverontreiniging ruimere milieu- en maatschappelijke gevaren met zich mee. Elektrochemische sensoren bewaken deze risico's door middel van lektests, automotive en ketelcontrole, om in real time te detecteren welke gevaarlijke gassen worden uitgestoten en wat hun concentratie of opbouw is. Zij kunnen ook helpen verbrandingsprocessen te optimaliseren en emissies te verminderen door de energie-efficiëntie te verbeteren, en waarschuwen voor gevaarlijke concentraties van soorten afvalgas.
Door het gebruik van kooldioxide en ethanol in de levensmiddelen- en drankensector is er behoefte aan voortdurende gasdetectie om te voorkomen dat giftige, schadelijke gassen worden ingeslikt. Tot de probleemgebieden behoren stoomprocessen, inerte gassen voor verpakking, CO2 voor carbonatie, giftige gassen voor sterilisatie en ammoniak voor koeling. Het is een wettelijke en ethische verplichting om de niveaus van giftige gassen in deze omgevingen te bewaken en het is van vitaal belang om de beste sensor te kiezen.
Omdat elektrochemische sensoren lage niveaus van giftige gassen, zoals waterstofsulfide, kunnen detecteren, zijn zij bijzonder nuttig voor de bescherming van mensen die in de olie- en gassector werken. Hun robuustheid komt hen ook van pas in omgevingen op offshoreplatforms en boorplatforms, doordat zij beschikbaar blijven om gaslekkages te melden.
Ze zijn te vinden in petrochemische en chemische fabrieken, aardgasfabrieken en raffinaderijen, gasopslag- en laadfaciliteiten, en pijpleidingen en compressorstations. Petrochemische verwerkingsinstallaties zijn meestal groot en hebben een compacte indeling met apparatuur, leidingen en tanks. Verwerkingsgebieden waar gasdetectie nodig is, kunnen zich gedeeltelijk of geheel buiten bevinden, waardoor gasmonitoren bestand moeten zijn tegen zonlicht, hitte, vochtigheid, mist, regen, wind en soms zand. De veelzijdigheid en robuustheid van elektrochemische sensoren voldoet aan de behoeften van deze installaties en helpt de complicaties te overwinnen die de verschillende gasrisico's met zich meebrengen.
Drie belangrijke factoren die de levensduur van een elektrochemische sensor beïnvloeden zijn temperatuur, blootstelling aan extreem hoge gasconcentraties en vochtigheid. Andere factoren zijn de sensorelektroden en extreme trillingen en mechanische schokken.
Variabele levensduur - De levensduur van een elektrochemische sensor is afhankelijk van de omgeving waarin hij wordt gebruikt, met inbegrip van de omgevingsomstandigheden, vochtigheid, warmte en gasconcentraties.
Sensoren voor gewone gassen zoals koolmonoxide of waterstofsulfide hebben doorgaans een operationele levensduur van 2-3 jaar. Gassensoren die worden gebruikt voor waterstoffluoride hebben soms een levensduur van slechts 12-18 maanden. Het is vermeldenswaard dat elektrochemische sensoren bij een stabiele temperatuur en vochtigheidsgraad in de buurt van 20˚C en 60%RH, en zonder verontreinigingen, een levensduur van wel 11 jaar hebben.
Slijtage - Langdurige blootstelling aan een lage luchtvochtigheid veroorzaakt dat de vloeibare elektrolyt in een elektrochemische sensor water verliest en bij een hoge luchtvochtigheid water wint, wat lekkage en degradatie van de functionaliteit van de sensor tot gevolg kan hebben. Hoewel sensoren na verloop van tijd kunnen uitdrogen, kan het tot een maand duren om ze in de omgevingslucht te bewaren, en bestaat de kans dat de gevoeligheid afneemt en/of de responstijd toeneemt.
