แบบจำลองนี้แทนอะไร
เซลล์ amperometric แบบ 3 ขั้วในหัวเซ็นเซอร์ทรงกระบอก มีแผ่นกรอง ชั้นจำกัดการแพร่ ขั้วพรุน อิเล็กโทรไลต์ และขาสัญญาณ โครงสร้างภายใน วัสดุ และตำแหน่งขาถูกจัดเพื่อสื่อการทำงาน ไม่ใช่ภาพตัดจากผู้ผลิต ECS-NH₃
ฟิสิกส์ของการจำลอง
dCₛ/dt = (Cᵢₙ − Cₛ) / τ
τ = t₉₀ / ln(10) = 26.06 s
I = I₀ + S × Cₛ
Vout = Vmid − I × Rf
ppm = (Vmid − Vout) / (Rf × S)
เลือก S = 40 nA/ppm, I₀ = 0, t₉₀ = 60 s, Rf = 200 kΩ และ Vmid = 2.5 V เป็นค่าตัวอย่าง ระบบ ADC จำลอง 16 บิต ช่วง 0–5 V ค่าที่อ่านผ่านการ quantize ก่อนคำนวณ ppm การเปลี่ยนความเร็ว 1×/3×/10× เปลี่ยนเวลาเสมือนด้วย
ใช้ระบบอันดับหนึ่งและให้เวลาขาขึ้น/ลงเท่ากันเพื่ออธิบายความหน่วง ไม่จำลอง adsorption, hysteresis, อายุเซ็นเซอร์ หรือการชดเชยสภาพแวดล้อมจริง
สมการตัวอย่างในอิเล็กโทรไลต์ด่าง
WE: 2NH₃ + 6OH⁻ → N₂ + 6H₂O + 6e⁻
CE: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻
รวม: 4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O
สมการข้างต้นสมดุลอะตอมและประจุ แต่เป็นตัวอย่างเคมีออกซิเดชันโดยตรง ไม่ยืนยันว่า ECS-NH₃ ใช้เคมีนี้ เซ็นเซอร์เชิงพาณิชย์อาจใช้อิเล็กโทรไลต์ ตัวเร่ง หรือสาร mediator ต่างกัน ขั้ว RE ก็ไม่จำเป็นต้องเป็น Ag/AgCl ทุกรุ่น
สิ่งที่แก้จากภาพอ้างอิง
- สมการ WE ต้องมี 2NH₃ จึงจะสมดุล
- อิเล็กตรอนไม่วิ่งผ่านสารละลาย; ไอออนนำประจุระหว่าง WE และ CE
- RE มีหน้าที่วัดศักย์โดยมีกระแสเกือบศูนย์ วงจร potentiostat เป็นตัวควบคุมผ่าน CE
- เมมเบรนไม่เลือกเฉพาะ NH₃ ด้วยขนาดรูเพียงอย่างเดียว ความไวต่อก๊าซอื่นขึ้นกับเคมีและตัวกรอง
- ค่า 3 s, 9.60 µA ที่ 20 ppm และช่วง −20 ถึง 153 °C ในภาพ ไม่ถือเป็นสเปกที่ยืนยันแล้ว
เอกสารอ้างอิง
01 · Membrapor — Electrochemical gas sensor working principle ↗02 · Analog Devices CN0425 — Potentiostat, TIA, ADC ↗03 · Alphasense NH3-B1 — ตัวอย่างสเปกจากผู้ผลิต ↗04 · Gerischer & Mauerer (1970) — Ammonia oxidation on platinum ↗ตัวอย่าง NH3-B1: ช่วง 0–100 ppm, sensitivity 20–60 nA/ppm, t₉₀ < 150 s ที่ 50 ppm ตามหน้าผู้ผลิตที่ตรวจสอบ ไม่ใช่สเปกของ ECS-NH₃ และไม่ได้นำมาเป็น digital twin