Os sensores amperométricos de gás também chamados sensores eletroquímicos consistem em sensores que, pelas suas características são ideais para monitoramento de emissões por longos intervalos de tempo. Dessa forma, eles são encontrados em aplicações como monitoramento em tempo real, medidas, controles de processo e também em aplicações de segurança. Nesse artigo fazemos uma análise de seu princípio de funcionamento. (2007)
Os sensores de gás encontram uma gama de aplicações cada vez maior em nosso mundo ameaçado pela poluição, principalmente pela emissão de gases tóxicos que ocorrem em diversos processos.
Existem diversas tecnologias para se fazer o sensoriamento de gás como os pelistores, os sensores semicondutores as câmaras de ionização e de absorção infravermelha. Uma dessas tecnologias é a que faz uso dos chamados sensores eletroquímicos ou amperométricos.
Esses sensores são de construção simples, seu consumo é muito baixo (na verdade eles não consomem, pois geram energia a partir da reação com o gás detectado) e são fáceis de usar com uma vida útil prolongada.
Como Funciona
Na figura 1 temos a estrutura e o símbolo normalmente usado para representar um sensor amperométrico de gases.
O que esse sensor faz é produzir uma pequena tensão elétrica a partir da reação de oxidação ou redução dos gases presentes numa atmosfera analisada.
Esses sensores podem ser usados na detecção de HS, CO, oxigênio e diversos outros gases tóxicos com eficiência.
A sensibilidade desses sensores permite que ele detecte concentrações de poucas partes por milhão em volume (ppmv) para a maioria dos gases.
Conforme mostra a estrutura da figura 1, o sensor amperométrico se assemelha a uma célula à combustível , como as usadas em veículos, satélites para gerar energia a partir de gases (um comburente e um combustível).
O eletrodo de trabalho ou sensível é feito de platina ou ouro depositado na parte de trás de uma membrana porosa, de modo que o gás sensoriado possa se difundir através dessa membrana.
Com o contacto do gás ao mesmo tempo com eletrodo e o eletrólito, uma reação de oxidação ou redução ocorre conforme as características químicas do gás sensoriado.
A reação libera elétrons que são removidos ou acrescentados ao eletrodo. O eletrodo de referência oé usado para manter o equilíbrio das cargas no processo e para controlar sua operação.
A diferença de cargas entre o eletrodo sensor e o eletrodo de referência representa uma tensão que pode estabelecer uma corrente elétrica num circuito externo.
Essa tensão/corrente é o sinal produzido pelo sensor que será então amplificado e usado pelo circuito externo, conforme mostra a figura 2.
O circuito externo não só fornece a indicação desejada de acordo com a intensidade do sinal como também é usado para manter a tensão de trabalho no eletrodo sensor num ponto que seja considerado ótimo para sua operação.
A seletividade desse tipo de sensor, ou seja, sua capacidade de diferenciar os diferentes gases que devem ser detectados depende do material usado no eletrodo catalítico.
Por exemplo, a platina e o outro são os mais usados. Os eletrodos de ouro respondem melhor ao ozônio, gases compostos de nitrogênio e enxofre, enquanto que os eletrodos de platina respondem a todos esses gases e também aos cases compostos de carbono e oxigênio como o formol, alcoóis e CO2.
Pode-se ainda modificar a seletividade dos sensores alterando-se as tensões aplicadas aos eletrodos, mas isso numa faixa não muito ampla. Outra possibilidade de se melhorar a seletividade, adotada por alguns fabricantes, consiste em se utilizar reagentes químicos que remova interferências ou ainda que produza outros gases mais fáceis de medir.
Uma tecnologia moderna que está sendo adotada para melhorar a sensibilidade consiste na supressão do ruído gerado pelo eletrodo sensor. Com essa técnica pode-se chegar a uma sensibilidade de 0,010 ppmv para NO2 e a interferência de outros gases como o ozônio e o NO podem ser eliminada com o uso de reagentes apropriados.
Conclusão
O projetista que precisa desenvolver circuitos detectores ou medidores de concentrações de determinados gases pode contar hoje com diversas tecnologias.
Um estudo apropriado das características de cada tipo de sensor é fundamental para se escolher o sensor correto para uma determinada aplicação.
