Les capteurs de gaz électrochimiques sélectifs permettent de déceler la plupart des gaz toxiques classiques, tels que le CO, le H2S, le Cl2, le SO2, dans de nombreuses applications. Les capteurs électrochimiques sont compacts, requièrent peu d’énergie et procurent une excellente linéarité et constance. Ils bénéficient en outre d’une longue durée de vie (généralement 3 ans). Les temps de réponse, notés T90 (c’est-à-dire le temps pour atteindre 90 % de la réponse finale), sont habituellement de 30 à 60 secondes. Ces capteurs offrent par ailleurs des plages de détection de 0,02 à 50 ppm selon le type de gaz cible.
Il existe de nombreux modèles commerciaux de cellules électrochimiques, mais ils partagent tous les caractéristiques suivantes :
Trois électrodes de diffusion de gaz actives sont immergées dans un même électrolyte, généralement une solution saline ou un acide aqueux concentré pour une bonne conductivité des ions entre l’électrode de travail et la contre-électrode.
Selon la cellule spécifique, le gaz cible est oxydé ou réduit à la surface de l’électrode de travail. Cette réaction altère le potentiel de l’électrode de travail par rapport à l’électrode de référence. La fonction première du circuit de commande électronique connecté à la cellule est de réduire cette différence de potentiel par le passage de courant entre l’électrode de travail et la contre-électrode, le courant mesuré étant proportionnel à la concentration de gaz cible. Le gaz entre dans la cellule par une barrière de diffusion externe perméable au gaz mais pas au liquide.
De nombreux modèles intègrent une barrière de diffusion capillaire pour limiter la quantité de gaz en contact avec l’électrode de travail et donc maintenir le fonctionnement « ampérométrique » de la cellule.
En raison de la concentration minimale d’oxygène nécessaire au fonctionnement normal de toutes les cellules électrochimiques, ces dernières ne conviennent pas à certaines applications de surveillance de processus. Bien que l’électrolyte contienne de l’oxygène dissolu, permettant ainsi la détection du gaz cible dans un environnement sans oxygène sur une courte durée (minutes), il est fortement recommandé que tous les flux de gaz d’étalonnage incluent de l’air comme principal constituant ou diluant.
La sélectivité au gaz cible s’obtient par une optimisation électrochimique, c’est-à-dire le choix du catalyseur et de l’électrolyte, ou par l’intégration de filtres dans la cellule absorbant physiquement ou réagissant chimiquement avec certaines molécules de gaz interférentes. Il est essentiel de consulter le manuel du produit afin de connaître les effets des différents gaz interférents sur la réponse de la cellule.
L’inclusion d’électrolytes aqueux dans les cellules électrochimiques donne un produit sensible aux conditions environnementales (température et humidité). Pour solutionner ce problème, la technologie SurecellTM comprend deux réservoirs d’électrolyte destinés aux phénomènes de « reprise » et de « déperdition » d’élecrolyte qui se produisent dans les environnements à haute ou faible température/humidité.
La durée de vie des capteurs électrochimique est généralement garantie 2 ans, mais leur durée de vie réelle est souvent supérieure. Toutefois, cette règle ne s’applique pas aux capteurs d’oxygène, d’ammoniac et de cyanure d’hydrogène dont les composants de cellule sont nécessairement consommés dans le cadre du mécanisme de réaction de détection.