Elektrochemische Gassensoren

Elektrochemische Gassensoren sind Gasdetektoren, die zur Messung der Konzentration eines Zielgases verwendet werden, indem das Gas an einer Elektrode oxidiert oder reduziert und der resultierende Strom gemessen wird. Die ersten elektrochemischen Sensoren wurden in den 1950er Jahren zur Überwachung von Sauerstoff entwickelt.

Mitte der 1980er Jahre entstanden miniaturisierte elektrochemische Sensoren zum Nachweis verschiedener toxischer Gase. Derzeit wird eine breite Palette elektrochemischer Sensoren für verschiedene Anwendungen eingesetzt.

Aufbau

Der Sensor besteht aus zwei oder drei Elektroden, die mit einem Elektrolyten in Kontakt stehen. Die Elektroden bestehen aus einer porösen hydrophoben Membran, die mit einem Edelmetall mit hoher Oberfläche fixiert ist.

Der am häufigsten verwendete Elektrolyt ist eine Mineralsäure. Die Elektroden befinden sich üblicherweise in einem Kunststoffgehäuse, das aus einem Gaseintrittsloch und elektrischen Kontakten besteht.

In einigen Fällen ist auch ein Waschfilter vor dem Sensor angebracht, um unerwünschte Gase zu filtern. Das am häufigsten verwendete Filtermedium ist eine Aktivkohle.

Bildnachweis: Photos.com

Arbeitsprinzip

Elektrochemische Sensoren werden basierend auf der Diffusion von interessierendem Gas in den Sensor betrieben, was zur Erzeugung eines elektrischen Signals führt, das proportional zur Gaskonzentration ist.

Gas, das mit dem Sensor in Kontakt kommt, gelangt über eine kleine kapillarartige Öffnung und diffundiert über eine hydrophobe Barriere zur Elektrodenoberfläche. Als Ergebnis wird eine ausreichende Menge an Gas an der Sensorelektrode reagieren gelassen, um ein ausreichendes elektrisches Signal zu erzeugen. Das diffundierte Gas wird wiederum an der Sensorelektrode oxidiert oder reduziert.

Mit Hilfe eines zwischen die Elektroden geschalteten Widerstandes kann der zwischen Anode und Kathode fließende Strom gemessen werden, um die Gaskonzentration zu bestimmen.

Anwendungen

Elektrochemische Sensoren benötigen für ihren Betrieb nur minimale Leistung. Tatsächlich ist der Stromverbrauch dieses Sensors der niedrigste aller Gasüberwachungssensoren. Aus diesem Grund werden elektrochemische Sensoren häufig in Anwendungen auf engstem Raum wie der Überwachung der Raumluftqualität und von Gaslecks sowie bei tragbaren Instrumenten, die aus mehreren Sensoren bestehen, eingesetzt.

Quellen und weiterführende Literatur

• Electrochemical sensors – International Sensor Technology
• Electrochemical Gas Sensors – SGX Sensortech

Zitate