Schematy elektrochemicznego czujnika gazu i reakcji chemicznych
Figaro elektrochemiczny czujnik gazu to amperometryczne ogniwa paliwowe z dwiema elektrodami. Podstawowymi składnikami dwóch czujników gazu elektrodowego są elektroda robocza (czujnikowa), elektroda przeciwbieżna i przewód jonowy pomiędzy nimi. W przypadku zetknięcia się z elektrodą roboczą gazu toksycznego, takiego jak tlenek węgla (co), na elektrodzie roboczej nastąpi utlenianie gazu CO w wyniku reakcji chemicznej z cząsteczkami wody w powietrzu (zob. równanie 1).
CO + H2O → CO2＋ 2H + + 2e- …（1）
podłączenie elektrody roboczej i elektrody licznika przez zwarcie pozwoli protonom (H+) generowanym na elektrodzie roboczej przepływać w kierunku elektrody licznika przez przewód jonowy. Ponadto wytworzone elektrony poruszają się do elektrody przeciwnej przez zewnętrzne okablowanie. Reakcja z tlenem w powietrzu nastąpi na elektrodzie licznika (patrz równanie 2).
(1/2)O2 + 2h + + 2e – → H2O …（2）
ogólna reakcja jest pokazana w równaniu 3. Elektrochemiczny czujnik gazu Figaro działa jak akumulator, a gaz jest materiałem aktywnym dla tej ogólnej reakcji akumulatora.
CO + (1/2)O2 → CO2 …（3）
mierząc prąd między elektrodą roboczą a elektrodą licznika, to ogniwo elektrochemiczne może być wykorzystane jako czujnik gazu.
równanie teoretyczne do wykrywania CO
aby zmierzyć prąd wyjściowy czujnika, musi on być podłączony do zewnętrznego obwodu. Kontrolując przepływ gazu w kierunku elektrody roboczej za pomocą folii dyfuzyjnej, prąd wyjściowy przepływający przez obwód zewnętrzny będzie proporcjonalny do stężenia gazu (patrz równanie 4 i wykres po prawej stronie). Liniowa zależność stężenia gazu od wyjścia czujnika sprawia, że ta technologia jest idealna do zastosowań związanych z wykrywaniem gazu.
I = F × (A / σ) × D × C × n …（4）
skąd:
I: Wyjście czujnika
f: stała Faradaya
a: powierzchnia filmu dyfuzyjnego
σ: grubość filmu dyfuzyjnego
d: współczynnik dyfuzji gazu
C: stężenie gazu
n: liczba elektronów reakcji
cechy
potencjał utleniania gazu CO (wyrażony w równaniu 1) jest niższy niż potencjał utleniania elektrody