Diagrammi schematici di sensore di gas di tipo elettrochimico e reazioni chimiche
Figaro Sensore di gas di tipo elettrochimico sono celle a combustibile amperometriche con due elettrodi. I componenti di base di due sensori di gas elettrodo sono un lavoro (sensing) elettrodo, un elettrodo contatore, e un conduttore di ioni tra di loro. Quando il gas tossico come il monossido di carbonio (CO) entra in contatto con l’elettrodo di lavoro, l’ossidazione del gas CO si verificherà sull’elettrodo di lavoro attraverso una reazione chimica con molecole d’acqua nell’aria (vedi Equazione 1).
CO + H2O → CO2＋ 2H+ + 2e- …（1）
Il collegamento dell’elettrodo di lavoro e del controelettrodo attraverso un cortocircuito consentirà ai protoni (H+) generati sull’elettrodo di lavoro di fluire verso il controelettrodo attraverso il conduttore ionico. Inoltre, gli elettroni generati si spostano verso il contatore elettrodo attraverso il cablaggio esterno. Una reazione con l’ossigeno nell’aria si verificherà sul contatore elettrodo (vedi Equazione 2).
(1/2)O2 + 2 H+ + 2e – → H2O …（2）
La reazione complessiva è mostrata nell’equazione 3. Il sensore di gas di tipo elettrochimico Figaro funziona come una batteria con il gas che è il materiale attivo per questa reazione complessiva della batteria.
CO + (1/2) O2 → CO2 …（3）
Misurando la corrente tra l’elettrodo di lavoro e l’elettrodo contatore, questa cella elettrochimica può essere utilizzata come sensore di gas.
Equazione teorica per il rilevamento di CO
Per misurare la corrente di uscita del sensore, deve essere collegato a un circuito esterno. Controllando il flusso di gas verso l’elettrodo di lavoro con pellicola di diffusione, la corrente di uscita che scorre attraverso il circuito esterno sarà proporzionale alla concentrazione di gas (vedere l’equazione 4 e il grafico a destra). La relazione lineare tra concentrazione di gas e uscita del sensore rende questa tecnologia ideale per applicazioni di rilevamento del gas.
I = F × (A/σ) × D × C × n …（4）
dove:
I: Sensore di uscita
F: costante di Faraday
A: Superficie area di diffusione film
σ：Spessore di diffusione film
D: coefficiente di diffusione del Gas
C: concentrazione di Gas
n: Numero di reazione elettroni
Caratteristiche
Il potenziale di ossidazione di CO gas (come espresso nell’Equazione 1) è inferiore al potenziale di ossidazione dell’elettrodo（2H+ + 2e- ⇔ H2), cioè l’ossidazione di CO ha meno nobile potenziale di “disossidazione”. Poiché questa reazione si verifica facilmente, non è necessaria alcuna energia esterna per stimolare la reazione chimica del sensore, a differenza dei sensori a tre elettrodi. Di conseguenza, questo sensore a due elettrodi offre caratteristiche superiori per resistenza alle interferenze, ripetibilità e consumo energetico.