Хімічні сенсори
Розділ 8
Вступ
Хімічніі і і сенсори бувають дуже різнимиі
Вимірювання,і , як правило, базується на випробуваннях зразківів
Зразок реагує в деякий спосібіб з елементами датчика
Зазвичай генерується певний електричний сигнал на виходіі
Трансдукціїії можуть бути багатоступеневими іі складними(комплексними)
У деяких сенсорах відбуваєтьсяі повний аналізіз речовини
В іншихі – кінцевийі іі повний результат формується просто через наявністьі цієїі ї речовини.
Вступ
Хімічне зондування є досить поширене.
Використовується в промисловості для контролю
процесу і моніторингу, включаючи контроль за безпекою.
Важлива роль в охороні навколишнього середовища
Відстеження небезпечних матеріалів
Відстеження природних та штучних впливів
забруднення
шляхи зараження
міграція видів
прогнозування погоди і її відстеження .
Вступ
В науці і в медицині - взяття проб речовин,
таких як кисню, крові, алкоголю
У харчовій промисловості для контролю
безпеки харчових продуктів
Військові використовують хімічні сенсори
після першої Світової війни для відстеження
хімічних речовин, що використовуються в
хімічній зброї
В господарстві й для домашніх потреб
(виявлення СО, пожежна сигналізація, рН-
вимірювачі)
Класифікація
Прямі й непрямі вихідні датчики
Прямі датчики: хімічна реакція або наявність
хімічної речовини продукує певний
електричний сигнал на виході, який легко
можна виміряти.
Приклад: ємнісний датчик вологості - ємність конденсатора прямопропорційно залежить від
кількості води між його пластинами .
Класифікація
Непрямі (або комплексні) датчики грунтуються на додатковому,
непрямому зчитуванню напрямлених впливів.
Приклад: оптичний детектор диму. Оптичний сенсор, такий як фоторезистор, освітлюється джерелом, яке створює фон для
зчитування інформації.
Дим індентифікується при проходженні між джерелом світла і
датчиком і при зміні інтенсивності світла, його швидкості, його фази або іншої вимірюваної характеристики.
Деякі хімічні датчики є набагато складнішими, ніж цей, і можуть включати більше трансдукційних кроків. Фактично, деякі з них
можуть розглядатися в якості комплексних інструментів
дослідження і включати всі процеси цього дослідження.
Підхід
Уникати жорсткої класифікації
Концентруватись на хімічних сенсорах, які є найбільш важливими з практичної точки зору, в
конкретний момент часу.
Стратись охопити більшість необхідних принципів
Уникати більшості хімічних реакцій і формул,
пов'язаних з ними,
Замінити їх фізичними поясненнями, що
виражають цей процес і пояснити результати без
використання аналітичної хімії .
Підхід
Почнемо з класу електрохімічних датчиків.
Включає в себе такі датчики, які перетворять хімічні показники безпосередньо в
електричний сигнал для зчитування, відповідно до поданого вище визначення прямих
сенсорів.
Друга група датчиків, які генерують тепло і тепло є основною
вимірюваною величиною.
Ці датчики, як термооптичні сенсори в розділі 4, є непрямими сенсорами, як і
оптичнохімічні сенсори.
Наступні з найбільш поширених сенсорів - рН та газові сенсори.
Сенсори вологості включені сюди, незважаючи на те, що вони,
насправді, не є хімічними, але, метод вимірювання та
матеріали, які використовуються в них пов'язані з хімічними
сенсорами.
Електрохімічні сенсори
Очікують виявити зміни опору (провідності)
або зміни в ємності (діалектричній
проникності) через речовини або реакції.
Вони можуть мати різні імена.
Потенціометричні сенсори не включають
поточні виміри ємності і напруги.
Амперметричні сенсори призначені для
вимірювання струму
Кондуктометричні сенсори призначені для
вимірювання провідності (опору).
Електрохімічні сенсори
Це різні назви однієї і тієї ж властивості, оскільки напруга, пов'язана з струмом і опором
за законом Ома.
Електрохімічні сенсори включають велику
кількість методів вимірювання, які базуються на основі широкої області електрохімії. Багато поширених сенсорів, включаючи паливні
елементи, датчики поверхневої провідністі, ферментні електроди, датчики окислення і
датчики вологості належать до цієї категорії.