Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитические методы и приборы для определения углеводородов 10
1.1. Хроматографические методы 12
1.2. Оптические методы 18
1.3. Электрохимические методы 22
1.4. Газоанализаторы и сенсоры горючих газов 24
1.5. Метрологические характеристики термокаталитического метода и разработанных на его основе сенсоров 29
Глава 2. Реактивы, растворы, материалы и приборы 35
2.1. Устройство и принцип работы термокаталитического сенсора углеводородов 36
Глава 3. Разработка способов приготовления и аттестации газовых и парогазовых смесей 38
3.1. Приготовление и аттестация газовых смесей 38
3.2. Приготовление и аттестация парогазовых смесей 41
Глава 4. Разработка селективных термокаталитических сенсоров для автоматического непрерывного определения углеводородов 47
4.1. Исследование активности и селективность окислов металлов в процессе окисления горючих газов 47
4.2. Технология изготовления термокаталитического сенсора для определения углеводородов 66
Глава 5. Метрологические характеристики селективного термокаталитического сенсора метана и паров бензина 70
5.1. Исследование основных аналитических характеристик автоматических газоанализаторов метана и паров бензина 80
Глава 6. Автоматический контроль содержания углеводородов в атмосферном воздухе и технологических газах термокаталитическим методом 93
6.1. Определение содержания углеводородов в атмосферном воздухе бензо- и газозаправочных предприятиях 94
6.2. Определение углеводородов в составе выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания 99
6.3. Конкурентоспособность разработанных термокаталитических газоанализаторов паров углеводородов 102
Выводы 104
Литература 106
- Оптические методы
- Устройство и принцип работы термокаталитического сенсора углеводородов
- Приготовление и аттестация парогазовых смесей
- Технология изготовления термокаталитического сенсора для определения углеводородов
Введение к работе
Актуальность работы. Одной из задач в области охраны окружающей среды и борьбы за сохранение чистоты биосферы является систематический контроль за изменением содержания в ней загрязнителей. Зная содержание основных загрязнителей, можно оценить их воздействие на флору и фауну, предупредить накопление вредных компонентов в окружающей среде.
Природный газ (метан) и (например, бензин, керосин) углеводороды -одни из самых распространенных загрязнителей атмосферного воздуха, а источники этих соединений чрезвычайно распространены. К ним относятся процессы испарения и горения нефтепродуктов, выбросы предприятий нефтехимии, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания и многие другие промышленные и природные процессы. Наряду с необходимостью контроля за содержанием горючих газов в атмосфере не меньшую опасность представляет утечка их из топливных баков различных транспортных средств, пары которого с воздухом могут создавать взрывоопасные смеси. Поэтому задача контроля критических довзрывоопасных концентраций углеводородов в атмосфере представляет одну из важных задач в технике безопасности эксплуатации автотранспорта и летательных аппаратов, а также при экономии нефтепродуктов и решении различных противопожарных мероприятий.
Существующие селективные газоанализаторы и первичные измерительные преобразователи аналитического сигнала обеспечивающие необходимый нижний предел пожаро-, взрывобезопасности и требуемые диапазоны определяемых концентраций метана и других углеводородов малодоступны, имеют большие габариты и массу, высокую стоимость, требуют высокой квалификации оператора. Они позволяют проводить анализ чаще всего в стационарных условиях. С помощью стационарных газоанализаторов трудно получить достоверную непрерывную информацию о газообразных загрязнителей в атмосфере. Эти проблемы могут быть успешно решены при
разработке экспрессного автоматического метода непрерывного определения метана и углеводородов. В связи с этим большую актуальность приобретают исследования, направленные на создание новых высокоэффективных и совершенствование существующих методов и средств определения метана, бензина, керосина и других углеводородов в газовых и парогазовых средах.
В настоящее время в анализе горючих компонентов воздуха широкое распространение получают термокаталитические методы. Основным преимуществом подобных методов и созданных на их основе приборов является простота эксплуатации, портативность, значительный ресурс работы, высокая точность и быстродействие, что позволяет легко автоматизировать технологический процесс и способствовать сбору и накоплению аналитической информации. Данная работа является частью исследований, выполненных по плану научно-исследовательских работ. Исследование природной среды, геофизических процессов, интегрированных систем «Человек - машина -среда», их влияния на свойства сложных технических задач, для решения проблем обороноспособности, информационной, сейсмической, экологической и экономической безопасности, согласно Постановлению Президента Российской академии наук и Федерального агентства Правительственной связи и информации при президенте Российской Федерации №25/21 от 27 июня 2000 г., номер государственной регистрации 01.200.202.360.
Цель работы. Оптимизация условий, разработка, создание, испытание и внедрение термокаталитических сенсоров и на их основе газоанализаторов для автоматического определения углеводородов метана и бензина и их смесей в газовых средах.
В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи:
- Исследование каталитических свойств оксидов металлов кобальта, марганца,
никеля, цинка, хрома, меди, ванадия и разработка селективных каталитических
систем для термокаталитического сенсора метана и бензина и их смесей, в
присутствии других газообразных соединений.
- разработка автоматических методик, создание сенсоров и газоанализаторов с
улучшенными метрологическими характеристиками (селективность,
воспроизводимость и др.) для непрерывного автоматического определения
метана и бензина;
- разработка методов приготовления поверочных газовых, парогазовых смесей
метана и бензина в воздухе;
изучение кинетики и механизма окисления углеводородов на поверхности катализатора термокаталитического сенсора;
изготовление и испытание термокаталитических сенсоров паров бензина и природного метанового газа;
- повышение чувствительности, селективности, стабильности работы,
определение времени готовности и других метрологических характеристик
термокаталитических сенсоров;
- влияния различных факторов (температуры, давления, влажности и др.) на
основные метрологические характеристики автоматического газоанализатора
метана и бензина.
Научная новизна. Разработан способ изготовления селективных термокаталитических сенсоров определения метана и паров бензина, основанный на использовании термочувствительных элементов (измерительного и компенсационного), содержащих катализаторы, обладающих переменной активностью к разным компонентам газовой смеси. Установлены активность и селективность катализаторов при окислении на их поверхности горючих веществ. Оптимизированы условия окисления индивидуальных углеводородов и их смесей на поверхности катализатора термокаталитического сенсора. С использованием подобранных катализаторов разработаны селективные термокаталитические сенсоры и автоматические газоанализаторы для определения метана и паров бензина. Установлено влияние различных фаісгоров (температуры, давления, содержания мешающих
компонентов, влажности, угла наклона прибора и др.) на метрологические, эксплуатационные и другие характеристики термокаталитического сенсора.
Вклад автора. Автору принадлежит подбор катализаторов и условий термокаталитического определения метана и паров бензина. В работах, выполненных в соавторстве, вклад автора заключался в его непосредственном участии на всех этапах разработки и создания сенсоров от поставленной цели, задачи и проведения эксперимента, до обсуждения конечных результатов и формулирования окончательных выводов.
Практическая ценность. Разработанные селективные сенсоры метана и бензина нашли применение при создании газоаналитических приборов;
Селективный термокаталитический сенсор и автоматический газоанализатор бензина успешно прошли лабораторные ведомственно-приемочные испытания, рассмотрена возможность их применения в качестве контрольно-измерительного приборов метана и бензина в выхлопных газах автотранспорта, хранилищах топлива и других газовых средах.
Основные положения, выносимые на защиту. Количественные данные по изучению активности, стабильности и селективности каталитических смесей при окислении углеводородов в присутствии других горючих веществ.
Данные по выявлению закономерностей окисления углеводородов на поверхности катализатора термокаталитического сенсора, а также результаты автоматического контроля содержания метана и бензина в воздухе, технологических и выхлопных газах.
Способ приготовления и аттестации поверочных стандартных газовых и парогазовых смесей в широком диапазоне их концентраций с целью оценки:
-метрологических характеристик разработанных сенсоров;
-работоспособности малогабаритных автоматических газоанализаторов метана и паров бензина, а также определения результатов их метрологической аттестации.
Данные автоматического количественного определения содержания углеводородов в выхлопных газах и технологических газовых средах.
Апробация работы. Материалы диссертации изложены на Международном конгрессе по аналитической химии «ICAS-2006», VI Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика-2006», конференции молодых ученых Сочинского научно-исследовательского центра РАН (г. Сочи).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 3 статьи.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 117 страницах компьютерного текста, содержит 6 рисунков 22 таблицы.
Первая глава содержит обзор работ, освещающих современное состояние и перспективы развития аналитических методов и приборов для определения углеводородов. Завершается раздел выбором основных направлений экспериментальных исследований.
В главах 2-6 изложено основное содержание диссертации.
Оптические методы
Основную массу оптических абсорбционных газоанализаторов составляют инфракрасные приборы, которые по способам выделения необходимого спектрального участка можно разделить на следующие группы [37, 38]: 1. с использованием избирательного приемника излучения; 2. с использованием избирательного источника излучения; 3. с использованием узкополосого фильтра. В абсорбционных газоанализаторах со светофильтрами используются различные оптические схемы, которые в случае однокомпонентного прибора можно свести к трем типам: 1. двулучевая одноволновая схема; 2. однолучевая двухволновая схема; 3. двулучевая двухволновая схема.
Разработаны газоанализаторы, построенные на однолучевой двухволновой схеме и предназначенные для измерения содержания двуокиси углерода в глубоководных водолазных комплексах, газоанализатор метана и ряда других углеводородов.
Инфракрасная спектроскопия (ИКС) особенно эффективна при обнаружении тех или иных функциональных групи в органической молекуле. С ее помощью можно получить представление о струїаурньгх элементах углеводородной молекулы, заключенных в нафтеновых кольцах нефтяной фракции [39]. Для контроля количества авиационного топлива использовали портативный ИК-спектрометр, работающий в области 700 - 1100 нм в полевых условиях. Сбор и обработку данных, включая статистический анализ и оценку качества пробы, осуществляет компьютер [40]. Освоен и внедрен [41] в аналитическую практику метод определения нефтепродуктов в природных водах в инфракрасной области спектра с нижним пределом обнаружения 0,05 мг/дм3. Разработан ИК-адсорбционный газоанализатор дм селективного контроля довзрывоопасных концентраций метана, пропан-бугановых смесей в шахтах и химических производствах [42]. Чувствительность газоанализатора к метану, пропану, бутану пропорциональна их нижним пределам взрываемости (5,0% об. и 2,0% об.) с погрешностью 10%о. Это позволяет градуировать шкалу прибора непосредственно в долях нижнего предела взрываемости смесей. Масса газоанализатора 1 кг.
Разработан многокомпонентный фотометрический инфракрасный газоанализатор метана [43]. Принцип действия прибора состоит в измерении значений функции поглощения газовой смеси на нескольких спектральных интервалах, выделяемых набором фильтров, последующем вычислении искомых концентраций согласно принятой линейной модели функции поглощения. Описанный газоанализатор способен определять метан в диапазоне КГЧО"4 % об. концентраций.
Определение микрокоицентраций метана в азоте возможно спектрометром ИКС-29 [44,45]. Анализ проводился с помощью кюветы высокого давления, длиной 92 см. Основные положения алгоритма измерения при исследовании газовых смесей метана с азотом, предварительно аттестовывали на образцовом лазерном газоанализаторе. Метод дает возможность определения концентрации метана в диапазоне от 10"3 до 10% с погрешностью до 5%. Предложен способ [46] спектрофотометрического определения количественного состава смесей углеводородных топлив, включающих измерение оптической плотности смеси при 440 и 660 нм, по величинам которой устанавливают наличие остаточного топлива в смеси. Диапазон определяемых содержаний остаточного топлива составляет 0,1-1,0%.
Предложен [47] метод определения нефтепродуктов в почве. Метод основан на экстракции нефтепродуктов из почвы четыреххлористым углеродом и определения элюата в ИК-области спектра на приборе АН-1. Относительная ошибка 20%. Минимальная определяемая концентрация нефтепродуктов в почве равна 5 мг/кг. Определение нефтепродуктов [48] в сточных, оборотных и речных водах производится анализатором нефтепродуктов в воде, принцип работы которого не отличается от вышеописанной методики.
Если измерение проводится в условиях спектрального чистого монохроматического света, то такой метод называется спектральной фотометрией [49] и относится к первому поколению измерительной аппаратуры степени загрязнения атмосферного воздуха. Исследуемый газ (неорганические пары топлива, углеводороды) в таком приборе пропускают через раствор, содержащий специальный реагент. При взаимодействии вредного вещества с реагентом раствор изменяет свой цвет: измеряя интенсивность цвета визуально или фотоэлектрическим путем, определяют концентрацию того или иного вредного вещества в пробе газа.
Точность оптических методов газового анализа в большой степени зависит от качества обработки оптического сигнала [50]. В интерференционных преобразователях важным является высокоточное детектирование интерференционной картины.
Обработка выходных сигналов интерферометра дает возможность значительно повысить точность измерений в устройствах с полупроводниковыми когерентными источниками излучения и оптическими элементами низкого качества. Эффективность фильтрации шумов для интерферометров с плоскими волноводами может достигать 20-30 дБ для амплитудного и 20-40 дБ фазового шумов.
При излучении процессов микробиологической деструкции нефтяных углеводородов авторами [51 ] получены экспериментальные данные изменения группового состава нефтяных углеводородов. Парафино-нафтеновые структуры анализировали по ИК-спектрам после поглощения метальных групп. По ним оценивали содержание метильных групп на частотах и рассчитывали содержание метильных и метиленовых групп в пяти и шестичленных кольцах. Данный подход продемонстрировал возможность применения ИК-спектроскопии для выяснении механизма биодеструкции нефтяных углеводородов. Описаны [52] способы дистанционного определения углеводородов на поверхности морской воды.
Устройство и принцип работы термокаталитического сенсора углеводородов
Принцип действия сенсора основан на измерении концентрации определяемого компонента газовой смеси по количеству тепла, выделяющегося при химической реакции каталитического окисления. На рис. 2.1 представлена принципиальная электрическая схема термокаталитического сенсора. В конструктивном плане сенсор представляет собой пару чувствительных элементов и пару резисторов, включенных в мостовую схему. Оба чувствительных элемента находятся в реакционной камере.
При попадании горючего компонента (например, паров бензина или метана) в реакционную камеру происходит его сгорание на обоих чувствительных элементах, но на элементе, покрытом каталитическим слоем, горение происходит с большей скоростью, что приводит к более сильному разогреванию данного элемента, и соответственно, в большей степени изменению его сопротивления, следствием чего является разбаланс мостовой схемы и возникновения сигнала. Количество выделившегося тепла зависит от количества углеводорода, участвующего в реакции.
Таким образом, аналитическим сигналом сенсора является выходное напряжение, пропорциональное концентрации углеводорода в анализируемой смеси. Чувствительные элементы в зависимости от назначения подразделяют на измерительный и компенсационный. Общим в конструкции обеих видов чувствительных элементов является спираль литого платинового микропровода в стеклоизоляции, на которую нанесен слой оксида алюминия в форме шарика. В рабочем чувствительном элементе на поверхность шарика наносят каталитическое покрытие. Слой из оксида алюминия выполняет роль пористого носителя для катализатора. цепь
При разработке методов определения вредных веществ в воздухе, при создании газоаналитических приборов важным этапом является приготовление газо-воздушных смесей. Это достаточно трудная работа, связанная с необходимостью точного измерения газообразных веществ, расхода воздуха, идущего на разбавление и его очистку. При этом желательно иметь компактную и простую аппаратуру, позволяющую получать воспроизводимые и стабильные концентрации исследуемого вещества в воздухе.
Известны статические и динамические способы получения стандартных газовых смесей [106]. Одни основаны на изменении параметров состояния (объемов и давлений), вторые - на измерении параметров потоков (расхода смешиваемых компонентов) или параметров газоносительных устройств (конструїсгивньїх и режимных факторов). Независимо от способа приготовления газовых смесей требуется, чтобы газ, используемый в качестве исходного, имел чистоту не менее 99,5%.
При приготовлении газовых смесей статическими методами составляющие вводят различными приемами в замкнутую емкость (баллон или ампулы). Наиболее удобны в обращении газовые смеси, приготовленные под давлением в стальных баллонах. Такой способ прост и достаточно точен. С его помощью можно получить стабильные концентрации кислорода, водорода, метана, оксида и диоксида углерода, аммиака и других газов в воздухе и азоте. Используемые в работе газо-воздушные смеси метана были приготовлены статическим методом [107], заключающимся в постепенном дозировании в баллон отдельных компонентов газа, содержание которых в газовой смеси прямо пропорционально отношению изменения давления после дозировки соответствующего компонента к общему давлению смеси. Для приготовления градуировочных смесей использовали смесительную установку повышенного давления состоящую из баллона с воздухом, манометров, вентилей, баллона для калибровочной смеси, баллона с исходным чистым газом, вакуумного насоса, вакуумметра и медных трубок.
После отключения вакуумного насоса установку проверяли на герметичность. При вакуумировании вентили манометров должны быть закрытыми, чтобы исключить возможность повреждений диафрагмы манометров.
Дозирование начинали с того, что компоненты газовой смеси из баллонов попадали в смесительную установку в количестве, соответствующем отношению их парциальных давлений. Остальные компоненты дозировали последовательно. Дозировку проводили под давлением, превышающем давление в баллоне со смесью, чтобы не допустить утечки компонентов из смеси. После дозировки каждого компонента измеряли давление даже тогда, когда не происходит его изменение. Некоторое изменение давления смеси может происходить в процессе смешивания вследствие более низкого коэффициента сжимаемости смеси по сравнению с ее компонентами в индивидуальном состоянии. Готовую градуировочную смесь хранили при температуре 20±5 С, когда парциальное давление каждого компонента составляло РІ 0,7Р, где Pi - парциальное давление і-го компонента, кПа.
Приготовление и аттестация парогазовых смесей
Наиболее надежными и правильными методами приготовления образцовых парогазовых смесей углеводородов являются динамические методы [106,107], основанные на установлении динамического равновесия между сорбирующей поверхностью и дозируемым веществом. Дозаторы, основанные на равномерном испарении жидкости при соблюдении ряда условий, имеют много достоинств: они просты, дают достаточную воспроизводимость и надежны в работе. Существуют диффузионные дозаторы трех модификаций. В первой модификации диффузия осуществляется через цилиндрическую трубку, во второй через пористую перегородку, а в третьей - через полимерную мембрану.
Нами при приготовлении парогазовых смесей паров смеси углеводородов (паров бензина) был использован диффузионный дозатор с полимерной мембраной. Содержание определяемого компонента в парогазовой смеси при использовании дозатора с полимерной мембраной зависит от состава и размера (толщина и площадь) мембраны, температуры и скорости потока газа разбавителя.
Дозатор состоит из стеклянной емкости, объемом 0,5 литра, снабженной штуцером для входа газа носителя - воздуха и выхода парогазовой смеси углеводорода в воздухе. Герметизация дозагора осуществлялась с помощью тефлоновой прокладки. Внутри дозатора находится емкость (склянка, объемом 10 мл) с дозируемой жидкостью. Крышка емкости снабжена мембраной из фторопласта толщиной 10 мкм и общей площадью 2,0 см". Дозируемая жидкость испаряется через мембрану в камеру дозатора. В дозатор из баллона через редуктор посредством крана тонкой регулировки и системы очистки поддается воздух, предварительно подогретый до температуры дозатора. Контроль за скоростью потока воздуха осуществляли с помощью ротаметра. Блок очистки газа состоял из емкости с последовательно соединенных между собой патронов, заполненных цеолитом NaA, аскаритом, активированным углем БАУ и крупнопористым силикагелем КСК.
Подогрев воздуха осуществлялся путем его пропускания через латунный змеевик, установленный в термостате. В дозаторе происходило смешение дозируемой жидкости с газом-носителем и через выходной штуцер выходила парогазовая смесь, которую при необходимости дополнительно разбавляли с помощью воздуха, выходящего из нагревателя. Необходимая часть парогазовой смеси через трехходовой кран подавалась к потребителю или выбрасывали в атмосферу.
В качестве дозируемой жидкости мы использовали, бензин. Дозируемые жидкости обезвоживали свежепрокаленным хлоридом кальция, очищали от механических примесей с размером частиц более 5 мкм, через сетчатый фильтр тонкой очистки [ПО]. Температуру термостата-дозатора, варьировали в пределах 30-70 С с точностью ±0,1 С, скорость потока воздуха была в пределах 13,740,0 л/ч. Время выхода дозатора на режим не превышало 30 мин.
Массу испарившейся дозируемой жидкости экспериментально определяли гравиметрическим методом, путем взвешивания емкости с дозируемой жидкостью через каждые 8 часов опыта. Данные таблицы 3.2 показывают, концентрация паров дозируемой жидкости (бензин) зависит от расхода газа-носителя и температуры дозатора. В работе путем изменении расхода воздуха через испарительную камеру в диапазоне от 13,8 до 40,0 л/ч получили концентрации паров бензина АИ-92 в смеси от 55-1410 мг/м . Диапазон дозируемых концентраций бензина можно значительно расширить изменением температуры и расхода газа-носителя. Получаемые концентрации полностью удовлетворяли требованиям, предъявляемым к газоанализаторам, предназначенным для определения паров бензина (для автотранспорта и в производственных помещениях) согласно условиям техники безопасности. Разработанный дозатор отличался от существующих простотой эксплуатации и улучшенными метрологическими параметрами.
При разработке селективных термокаталитических сенсоров горючих газов широко используются способы подбора соответствующих катализаторов, которые обеспечивают селективное окисление отдельных компонентов смеси горючих веществ.
С целью разработки селективного термокаталитического сенсора для автоматического непрерывного определения углеводородов (природного метанового газа и паров бензина) в присутствии оксида углерода и водорода изучали закономерности окисления этих веществ на различных катализаторах.
Эксперименты проводили на установке проточного типа со стационарным слоем катализатора. Контроль за степенью окисления горючего компонента осуществляли по хроматограммам смеси до и после прохождения слоя катализатора. Дополнительный контроль за окислением углеводородов осуществляли определением диоксида углерода образующегося в процессе реакции. Определение диоксида углерода проводили титриметрическим методом с потенциометрической индикацией КТТ. В качестве поглотительного раствора использовали 0,2 М раствор гидрооксида калия. Скорость пропускания продуктов реакции через поглотительный раствор составлял - 5 л/ч. Непрореагировавший гидрооксид калия титровали 0,1 Н раствором НС1, титр которой, устанавливали по стандартному раствору тетрабората натрия.
Технология изготовления термокаталитического сенсора для определения углеводородов
Термокаталитический сенсор, используемый для определения в газовой фазе углеводородов должен быть выполнен во взрывобезоиасном исполнении и позволять непрерывно автоматически контролировать содержание паров углеводородов в широком диапазоне концентраций и температур окружающей среды.
Именно на решение этих задач были направлены наши усилия при разработке селективного сенсора и изучении его аналитических характеристик. Конструкция разработанного нами термокаталитического сенсора, представлена на рис. 4.2. Сенсор состоит из ячейки (1), корпуса и электрического кабеля. Кабель (3) одним концом соединен с ячейкой, а его другой конец заканчивается электрическим разъемом (4). На рис. 4.2(6) показано устройство сенсора, состоящего из двух термокаталитических чувствительных элементов (ТЧЭ) (5,6) и двух резисторов (7), установленных на плато (8) из стеклотекстолита. Чувствительные элементы подпаяны к верхней плоскости плато, а резисторы - к нижней, соответственно. Один чувствительный элемент является измерительным, а другой - компенсационным. Чувствительный элемент представляет спираль из литого остеклованного платинового микропровода, на которую в форме шарика нанесена суспензия из оксида алюминия. Такой же формы шарик наносится на компенсационный элемент. Далее суспензия оксида алюминия чувствительного элемента дополнительно иммобилизовывается раствором катализатора. Слой оксида алюминия выполняет роль пористого носителя для каталитически активного покрытия измерительного чувствительного элемента термокаталитического сенсора. Для компенсационного - сохранение равновесия в мостовой схеме достигается обеспечением идентичности конструкции элементов. Измерительный и компенсационный термокаталитический элементы связаны между собой согласно схеме, приведенной на рис. 4.2.
При поступление к поверхности ТЧЭ паров углеводородов, измерительный и компенсационный элементы находятся в состоянии равновесия. В результате прохождения электрического тока, налагаемого от внешнего источника через элементы, происходит их нагрев. Поступающие через титановую сетку к поверхности элементов пары углеводородов или другого горючего газообразного вещества каталитически окисляются на измерительном элементе. Тепловая энергия, образующаяся за счет сгорания горючего вещества на поверхности катализатора, уменьшает его электросопротивление. В то же время электросопротивление компенсационного элемента остается практически неизменным, т.к. на его поверхности не происходит окисление горючего вещества из-за отсутствия катализатора. В результате подобного разбаланса величина разности сопротивления в измерительной цепи сенсора регистрирует дополнительное приращение величины тока по сравнению с фоновым. Эта величина является пропорциональным концентрации горючего газа (полезный сигнал сенсора) в анализируемой газовой смеси.
Изготовление термокаталитического элемента включает в себя следующие операции - перемотка остеклованного платинового микропровода (ОПМ), изготовление спиралей из ОПМ, вытравление поправки, приварка спиралей к стойкам транзисторной колодки, нанесение на спираль носителя из оксида алюминия, нанесение активной компоненты на носитель, подбор чувствительных элементов, изготовление колпачков чувствительного элемента, сборка термокаталитического элемента. Изготовление печатного плато включает в себя: - изготовление непосредственно самого плато для монтажа; - подбор резисторов; - электромонтаж мостовой схемы. Изготовление термокаталитического чувствительного элемента включает в себя: - установка чувствительных элементов в корпус термокаталитического элемента; - сборка и монтаж электрического разъема. После разработки и выбора основных составляющих параметров термокаталитической методики был изготовлен селективный термокаталитический сенсор метана (ТКС-СГ14) и паров бензина (ТКС-Б), включающий в себя два чувствительных элемента (измерительный и компенсационный) и два постоянных резистора, подключенных в мостовую схему. В качестве катализатора измерительного чувствительного элемента селективного термокаталитического сенсора метана использовали смесь оксидов хрома (74,5%), меди (25,0%) и металлического платины (0,5%) нанесенный на у-оксид алюминия. Катализатор измерительного чувствительного элемента сенсора паров бензина состоял из смеси оксидов ванадия (74,9%), никеля (25,0%) и металлического платины (0,1 %) нанесенный на у-оксид алюминия.
В ходе проведения экспериментов нами были выбраны оптимальные величины напряжения, питания сенсора, изучены динамические, градуировочные характеристики, селективность и стабильность работы сенсора. Испытаниям подвергли пять и более созданных термокаталитических сенсоров.
