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 transport- en energiesector leidt het grootschalige gebruik van fossiele brandstoffen tot de uitstoot van vervuilende gassen zoals koolmonoxide, stikstofoxiden, koolwaterstoffen en vluchtige organische stoffen (VOC's). Dit is gevaarlijk voor de werknemers in de sector. Het brengt ook bredere milieu- en maatschappelijke gevaren met zich mee als gevolg van luchtvervuiling. Elektrochemische sensoren bewaken deze risico's door middel van lektesten, automotive en ketelcontrole, om in realtime te detecteren welke gevaarlijke gassen worden uitgestoten en wat hun concentratie of opbouw is. Ze kunnen ook helpen om verbrandingsprocessen te optimaliseren en emissies te verminderen door de energie-efficiëntie te verbeteren en te waarschuwen voor gevaarlijke concentraties van soorten afvalgassen.
Door het gebruik van kooldioxide en ethanol in de voedingsmiddelen- en drankensector is er behoefte aan continue gasdetectie om te voorkomen dat giftige, schadelijke gassen worden ingeslikt. Aandachtspunten zijn onder andere stoomprocessen, inerte gassen voor verpakking, CO2 voor carbonatatie, giftige gassen voor sterilisatie en ammoniak voor koeling. Het is een wettelijke en ethische vereiste om de niveaus van giftige gassen in deze omgevingen te bewaken.
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 zwavelwaterstof hebben meestal een operationele levensduur van 2-3 jaar. Gassensoren voor waterstoffluoride hebben een levensduur van slechts 12-18 maanden. Het is de moeite waard om op te merken dat elektrochemische sensoren bij een stabiele temperatuur en vochtigheid van 20˚C en 60%RH en zonder verontreinigingen wel 11 jaar meegaan.
Slijtage - Langdurige blootstelling aan lage luchtvochtigheid zorgt ervoor dat de vloeibare elektrolyt in een elektrochemische sensor water verliest en water aanmaakt bij hoge luchtvochtigheid, wat lekkage en degradatie van de functionaliteit van de sensor kan veroorzaken. Hoewel sensoren na verloop van tijd kunnen uitdrogen, kan het tot een maand duren voordat ze in omgevingslucht zijn opgeslagen en bestaat de kans dat de gevoeligheid afneemt en/of de reactietijd toeneemt.
