Principio de detección del sensor electroquímico de CO para detectores de gas
El sensor electroquímico de gas de monóxido de carbono adopta una estructura herméticamente sellada, que consta de electrodos, filtros, membranas permeables a los gases, electrolito, clavijas de electrodos y una carcasa.
Combinado con los controladores de alarma, el sensor de CO sirve como componente de detección central del dispositivo de alarma y funciona según el principio fundamental de la electrólisis potenciostática. Cuando el monóxido de carbono se difunde en el sensor de gas, se genera una corriente eléctrica en el terminal de salida y se alimenta al circuito de muestreo dentro de la unidad de alarma, convirtiendo la energía química en energía eléctrica. A medida que fluctúa la concentración de gas, la corriente de salida del sensor cambia proporcionalmente. La señal es convertida y amplificada por el circuito intermedio de la alarma para accionar varios actuadores, realizando funciones de alarma y detección audible, visual y eléctrica. Junto con el equipo de control correspondiente, forma un sistema de alarma y monitoreo ambiental.
Cuando el monóxido de carbono pasa a través de los orificios de aire de la carcasa y se difunde a través de la membrana permeable a los gases hasta la superficie del electrodo de trabajo, el CO se oxida bajo el efecto catalítico del electrodo de trabajo. La ecuación de la reacción química es la siguiente:
\(\ce{CO + H2O ->CO2 + 2H+ + 2e-}\\)
Los iones de hidrógeno y los electrones generados a partir de la reacción de oxidación en el electrodo de trabajo migran a través del electrolito hasta el contraelectrodo, que está separado del electrodo de trabajo, y participan en la reacción de reducción con oxígeno disuelto en agua. La ecuación de reacción es:
\(\ce{\frac12 O2 + 2H+ + 2e- -> H2O}\)
Por lo tanto, dentro del sensor tiene lugar una reacción redox reversible, y la reacción general se escribe como:
\(\ce{2CO + O2 ->2CO2}\\)
Esta reacción redox reversible continua entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo crea una diferencia de potencial entre los dos electrodos.
Sin embargo, las reacciones que ocurren en ambos electrodos causan la polarización de los electrodos, lo que dificulta la estabilización del potencial entre electrodos y limita el rango de concentración mensurable de monóxido de carbono.
Se introduce un electrodo de referencia para mantener un potencial constante entre los electrodos. En un sensor de gas electroquímico de tres electrodos, la salida refleja la variación de potencial entre el electrodo de referencia y el electrodo de trabajo. Dado que el electrodo de referencia no participa en ninguna reacción de oxidación o reducción, estabiliza el potencial entre electrodos (estado potenciostático), por lo que la desviación del potencial se correlaciona directamente con la concentración de CO. La corriente de salida del sensor es proporcional a la concentración de gas. La concentración de CO se puede medir detectando la corriente de salida a través de un circuito externo conectado a los cables del electrodo, con un amplio rango de medición lineal. Al conectar circuitos externos de adquisición, conversión y salida de señales al sensor, se puede lograr la detección y el monitoreo continuos del gas monóxido de carbono.
