Електрохимични газови сензори

Преди да дадем описание и технически характеристики на електрохимичните сензори за кислород, произведени от CJSC "INSOVT", ще разгледаме накратко и сравним съществуващите методи за измерване на съдържанието на кислород в газови смеси. Физически, химични и структурни подробности няма да бъдат дадени в този сайт. За такива подробности вижте специализираната литература.

Хроматографският метод осигурява най-висока точност при измерване на газовия състав. Този метод обаче изисква доста обемисто и скъпо оборудване. Времето, необходимо за такъв анализ, е неприемливо голямо за много проблеми, така че такава техника може да се препоръча само като примерен инструмент за измерване.

За оперативни измервания се използват термомагнитни или електрохимични методи.

Термомагнитните сензори за кислород (сензори) се основават на промяната на магнитните свойства на кислородните молекули в зависимост от температурата. Сензорите от този тип са добри с дългия си експлоатационен живот, няма нужда от калибриране (поне нуждата от настройка на чувствителността може да възникне много рядко). Недостатъците включват по-ниска селективност от електрохимичните сензори за кислород, относително висока консумация на енергия, свързана с необходимостта от нагряване на газовата смес. И накрая, конструктивните характеристики на сензорите са такива, че генерираният от тях електрически сигнал зависи от позицията в пространството. Изброените недостатъци, към които може да се добави и голяма маса на сензора, ограничават обхвата на сензорите до стационарни газоанализатори.

Електрохимичните сензори за кислород се разделят на твърди електролитни, полярографски и галванични.

В сензор за твърд електролит като електролитс помощта на керамичен цирконий. Електролитните свойства на циркониевия диоксид се проявяват при много високи температури (от порядъка на величината).Тази функция го прави удобно да се използва циркониев сензор при измерване на съдържанието на кислород в димни газове, които имат висока температура и ниска концентрация на O2.Измерването на кислород при стайна температура е свързано с висока консумация на енергия и усложнява дизайна на сензора, което е свързано с необходимостта от нагряване на газа до високи температури.В допълнение, със значителни концентрации на кислород и такава висока температура, е много трудно да се изпълнят изискванията за пожарна безопасност.

Електрохимичните сензори за кислород с течен електролит имат най-добра селективност. Такива сензори са разделени на полярографски и галванични. Предимството на полярографския сензор е малките размери на работния електрод и следователно възможността за създаване на сензор с много малки размери. Все пак трябва да се отбележи, че колкото по-малки са размерите на сензора, толкова по-често се налага смяна на електролита по време на работа. Друг недостатък на полярографския кислороден сензор е необходимостта от прецизно поддържане на напрежението от потенциостата.

Галваничните сензори за кислород, които имат висока селективност, не се нуждаят от външен източник на захранване. Изходният сигнал на сензор за кислород от галваничен тип е право пропорционален на парциалното налягане на кислорода, така че не са необходими сложни преобразуватели за обработка на такъв сигнал. В най-простия случай микроамперметър може да бъде свързан директно към сензора за измерване на концентрацията на кислород. След като фиксира показанията на такъв "газов анализатор" в атмосферния въздух, обемната част на кислорода, в която е приблизително равна на 21%, не е трудно според показанията на микроамперметъризчислете концентрацията на кислород във всяка друга газова смес. Предимствата на електрохимичните сензори за кислород от галваничен тип също са малките им размери и независимостта на изходния сигнал от позицията в пространството, което, заедно с липсата на консумация на енергия, ги прави незаменими в преносими газови анализатори, предназначени за работа в труднодостъпни места (мини, кладенци), както и в експлозивни и пожароопасни помещения.

Сензори за кислород, произведени от CJSC "INSOVT"


ДК-16	ДК-21	ДК-28	ДК-30	ДК-32

CJSC "INSOVT" произвежда няколко модела електрохимични сензори за кислород от галваничен тип, които се различават по габаритни размери, експлоатационен живот и дизайн. Има модели, специално проектирани да заменят вносните сензори в апарати за инхалационна анестезия (IN) и изкуствена белодробна вентилация (ALV), произведени в чужбина. Тъй като са напълно взаимозаменяеми и имат сходни характеристики, сензорите, произведени от CJSC INSOVT, са значително по-евтини от вносните.

Области на използване

Медицина - ИН и вентилационни апарати, барозали и барокамери за кислородна терапия, кислородни инкубатори;
Комунални услуги, топлоенергетика, охрана на труда, газова промишленост - газанализатори и аларми за безопасност;
Биотехнология;
Хранително-вкусова промишленост - хладилници и зеленчукови складове;
Системи за пожарна безопасност;
Анализ на димни и отработени газове.

Предимства

Съвместимост с IN и IVL устройства на Siemens, Ohmeda, Dräger, Engctröm, Erica;
Способност за анализкислород в газообразна среда с концентрация на CO2 до 100% обемна част;
Дълъг експлоатационен живот на открито (до 5 години);
Устойчивост на вибрации в честотния диапазон 20 - 2000 Hz с ускорение до 20 g, както и при въздействие на единични удари с ускорение 100 g и многократни удари с ускорение 40 g и продължителност на удара 5-20 ms;
Висока селективност на измерване;
Независимост на изходния сигнал от позицията в пространството;
Възможност за работа в диапазона на налягането на анализирания газ до 9,8 MPa (DK-32);
Линейна калибровъчна характеристика в диапазона до 100% O2;
Запечатано изпълнение;
Не е необходимо допълнително захранване на сензора, т.к той е източник на ток;
Не се изисква работа по поддръжката по време на ресурса;
Ресурсът може да бъде прекъснат чрез инсталиране (премахване) на работен щепсел (джъмпер).

условия за ползване

Температура, °С	-20 ÷ +50
Относителна влажност, %	0-100
Коремни мускули. налягане, kPa DK-16, DK-21, DK-28, DK-30 DK-32	66-106.7 66-9800

Сензорите за кислород, по желание на клиента, могат да бъдат произведени в различни версии: по вид електролит, по обхват на измерване, по вид на електрическите проводници, по обхват на термокомпенсация, по скорост и други параметри.

СпецификацииИме DK-16 DK-21 DK-28 DK-30 DK-32

диапазони на измерване на pO2, kPa	0-30 0-100 -	0-30 0-100 -	0-100 - -	0-100 - -	0-30 0-100 0-250
Основна намалена грешка, %: - при налягане от 66 до 106,7 kPa - при налягане от 66 до 9800 kPa	±1 -	±1 -	±1 -	±1 -	±1 ±2,5
Изходно напрежение във въздуха, mV: - за диапазона 0-30 kPa - за диапазона 0-100 kPa - за диапазона 0-250 kPa	15-45 3-15 -	15-45 3-15 -	- - -	- 8-20 -	15-45 3-15 2,5-6
Чувствителност на нетермокомпенсирани сензори, µA/kPa	0,2-1,3	0,2-1,3	3,0-5,0	0,2-1,3	0,2-1,3
Време на установяване на изходния сигнал Т90 (при 20 °С), s	7-15	7-15	7-15	7-15	15-30
Габаритни размери, mm, не повече	16x30	21x40	30x40	28x22	32x26
Тегло, g, не повече	15	тридесет	25	40	40
Среден експлоатационен живот във въздуха, месеци	18	36	18	18	36
Гаранционен срок, години	1	1	1	1	1

Препоръки за употреба


Фиг. 1	фиг.2

Uout - необходимото напрежение на изхода на усилвателя A1; Ud - напрежение на контактите на кислородния датчик B1 (виж техническите спецификации).

Op-amp A1 трябва да има нисък входен ток и ниско нулево компенсиращо напрежение. В устройства със самостоятелно захранване, за да се намали консумацията на енергия, съпротивлението на резисторите R1 и R2 може да се увеличи с 10-50 пъти, въпреки че това може да увеличи дрейфа на напрежението на отклонение.

Не се препоръчва използването на инвертираща връзка на операционния усилвател (виж фиг. 2), т.к. при включване през сензора за кислород протича ток, равен наспоред стойността на собствения ток на датчика, което може да доведе до нестабилната му работа и намаляване на ресурса.

Когато използвате електрохимични сензори за кислород, имайте предвид, че те са сензори за парциално налягане на кислорода. Техният сигнал зависи не само от обемното съдържание на кислород, но и от абсолютното налягане. Това означава, че ако е необходимо да се получи информация за обемното съдържание на кислород при условия, когато налягането в анализираната газова среда може да се промени значително, трябва да се въведе подходяща корекция. Такава автоматична корекция се извършва в газоанализаторите на ЗАО "ИНСОВТ".