Sensores electroquímicos

Los sensores electroquímicos adecuados para determinar el contenido de oxígeno y constituyentes nocivos del gas, como CO, SO2 o NOx actúan basándose en el principio de la valoración potenciométrica sensible a los iones. Los sensores están rellenos con un electrolito acuoso específico para su tarea, en los que están dispuestos dos o tres electrodos, igualmente combinados específicamente, entre los que hay un campo eléctrico. En el exterior, los sensores están sellados con membranas permeables al gas.

El diseño y el funcionamiento específico de los sensores difieren con arreglo al componente gaseoso a medir, como se muestra a continuación usando dos ejemplos.

Sensores para CO, SO2 y NOx (sensor de tres electrodos):

Para componentes gaseosos tales como el CO, SO2 o NOx, se usan sensores con tres electrodos. El funcionamiento se explica basándose en el sensor de CO; cómo se aplica esto a los demás componentes se puede ver luego en las ecuaciones de reacción.

Las moléculas de monóxido de carbono (CO) pasan, a través de la membrana permeable al gas, al electrodo de trabajo donde se forman iones H+ como consecuencia de una reacción química. Estos migran en el campo eléctrico al contraelectrodo, donde se genera un flujo de corriente en el circuito externo mediante otra reacción química desencadenada por el oxígeno (O2) del aire puro también aportado. El tercer electrodo (electrodo de referencia) sirve para estabilizar la señal del sensor.

La duración operativa de este tipo de sensor es de unos 2 años.

Sensor para CO y otros gases:

Ecuaciones de reacción para el CO:

Ánodo:                 
CO + H2O       ------>        CO2 + 2H+ + 2e-

Cátodo:
1/2 O2 + 2H+ + 2e-    ---->   H2O
 
Otras ecuaciones de reacción
SO2 + 2H2O     ------>      H2SO4 + 2H+ + 2e
NO + 2H2O       ------>      HNO3 + 3H+ + 3e-
NO2 + 2H+ + 2e-  ------>   NO + H2O

Absorción infrarroja (Proceso IR) Parte 1:

La radiación infrarroja es absorbida por gases tales como el CO, CO2, SO2 o NO con una longitud de onda típica de cada componente (rango de longitud de onda de unas pocas µm). La atenuación de un determinado rango de radiación infrarroja a medida que un volumen de gas pasa a su través es, por consiguiente, una medida de las concentraciones del componente gaseoso en el gas a medir que ha pasado a su través. Hay dos métodos para incidir en solo un componente:

En el método dispersivo la radiación se descompone espectralmente mediante prismas o redes de difracción antes de que el volumen de gas pase a su través, después de lo cual solamente la radiación con la longitud de onda típica del componente que se está midiendo y es de interés atraviesa el volumen del gas (cámara de medición). Este principio se usa en particular en dispositivos de laboratorio.

En el método no dispersivo (método NDIR) se prescinde de la descomposición espectral descrita anteriormente, y una radiación de banda ancha, modulada con una rueda obturadora por todo alrededor donde sea necesario, pasa a través de la cámara de medición.

Absorción infrarroja (Proceso IR) Parte 2:

Hay pues dos métodos para verificar la absorción:

• O el propio componente a medir se usa en forma de un detector lleno con el mismo, de tal forma que el detector está lleno con el componente a medir y se mide la radiación residual aún presente después de que ha pasado a través de la cámara de medición, donde sea pertinente, comparando con la radiación sin atenuar. Las fluctuaciones de presión que se producen (debidas a las fluctuaciones en el calentamiento del volumen del gas como consecuencia de la absorción) se registran mediante un condensador de membrana o un sensor de microflujo y se convierten en una señal eléctrica.
• O, alternativamente, la radiación pasa a través de la sección de absorción y luego se contrae al rango de longitud de onda requerido para el CO2; por ejemplo, se verifica por medio de un filtro de interferencia usando un detector de radiación IR. A medida que aumenta la concentración del gas, se absorbe más radiación y la señal del detector se reduce en consonancia.