Wykorzystanie metody elementów skończonych do symulacji czujników elektrochemicznych na bazie elektrolitów stałych

• Autorzy: Jasiński G. , Wolnik Ł.

Warianty tytułu

EN

Application of the finite element method to simulation of electrochemical sensors based on solid state electrolytes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono budowę i działanie oprogramowania wykorzystującego metodę elementów skończonych przeznaczonego do symulacji czujników elektrochemicznych na bazie elektrolitów stałych. Program pozwala na graficzne konstruowanie siatki, określanie warunków brzegowych oraz analizę uzyskiwanych wyników symulacji. Program został wykorzystany do określenia rozkładu potencjału zespolonego w spolaryzowanej strukturze czujnika zbudowanego na bazie cienkiej warstwy elektrolitu stałego.

EN

Sensors modeling and simulation allow better understanding of the principle of sensor operation. As a result, optimisation of sensor construction and working conditions is possible without costly and time consuming technological investigations. Equations describing operation of electrochemical sensors are usually complex and have form of differential equations which ,generally, cannot be solved in an analytical way. Hence, there is the need to utilize numerical methods to solve equations characterising sensors. The paper presents construction and operation of the software for simulation of electrochemical sensors based on solid electrolytes. The software was developed with use of the finite element method. The program Visual C++ was used for implementation. The developed program allows arranging the graphical grid geometry, defining the boundary conditions and analyzing the obtained simulation results. The program was used for determining the complex potential distribution in the polarised structure of the sensor built on the basis of a solid electrolyte thin layer. Exemplary simulations show that an asymmetry in the position of electrodes as in Figure 2 can lead to large inaccuracies in determining the electrode overvoltage. The results do not differ from the results of similar studies presented in [6]. It is possible to obtain impedance spectra of simulated structures.

Słowa kluczowe

PL

metoda elementów skończonych; czujniki gazów; elektrolity stałe; modelowanie

EN

finite element method; gas sensors; solid state electrolytes; modelling

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 56, nr 6
• Strony: 552--554
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., wzory

Twórcy

autor

Jasiński G.

autor

Wolnik Ł.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektroniki,Ttelekomunikacji i Informatyki, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk,

Bibliografia

• [1] Feldberg S. W.: Electroanalytical Chemistry, A. J. Bard (Ed.), Dekker, New York, Vol. 3, 1969, 199-269.
• [2] Jasiński P., Jasiński G., Chachulski B., Nowakowski A.: Com-puter simulation of current voltage response of elektrocatalytic sensor. Proceedings SPIE. Vol. 5124, 2003, 338-345.
• [3] Jasiński G., Jasiński P., Chachulski B., Nowakowski A.: Zastosowanie metody różnic skończonych do symulacji czujników elektrokatalitycznych. Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania. Nr 6, 2008, 247-249.
• [4] Wolnik L.: Modelowanie zjawisk fizycznych z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych. Praca dyplomowa. Politechnika Gdańska. 2009.
• [5] Winkler J., Hendriksen P. V., Bonanos N., Mogensen M.: Geometric Requirements of Solid Electrolyte Cells with a Reference Electrode. Journal of the Electrochemical Society, Vol. 145, 1998, 1184-1192.
• [6] Adler S. B.: Reference Electrode Placement in Thin Solid Electrolytes. Journal of the Electrochemical Society, Vol. 149, 2002, 166-172.