Спросить
Войти
ХИМИЧЕСКИЙ СЕНСОР ДЛЯ МОНИТОРИНГА ОКСИДА УГЛЕРОДА
ИЗ СОСТАВА ТРАНСПОРТНЫХ ВЫБРОСОВ
Абдурахманов Э., Султанов М., Даминов Г.
Сидикова Х., Эшқобилова М., Абдурахмонов Б., Холбоев О.
Самаркандский государственный университет
ergash50@yandex.ru
Аннотация: В работе приведены результаты исследования химических
сенсоров обеспечивающего экспрессное определение оксида углерода в
широком интервале концентраций в дымовых, выхлопных и технологических
газах. Разработанные химические сенсоры оксида углерода, по точности и
воспроизводимости нисколько не уступают известным отечественным и
зарубежным аналогам, сохранив при этом следующие характеристики:
экспрессность, портативность, простоту в эксплуатации и изготовлении.
элемент, точность и воспроизводимость сигнала, метрологические параметры,
выхлопные, дымовые, технологические газы.
Введение. Оксид углерода один из основных токсичных и взрывоопасных
загрязнителей атмосферного воздуха [1]. Оксид углерода способна оказывать
непосредственное токсическое действие на клетки, нарушая тканевое дыхание
и уменьшая потребление тканями кислорода. В работах [2,3] нами используя
подобранный катализатор и оптимальные условия проведения анализа газовых
систем, был изготовлен термокаталитический сенсор для селективного
определения содержания оксида углерода в выхлопных, дымовых и
технологических газах.
В конструктивном плане сенсор представляет собой пару чувствительных
элементов и резисторов, включенных в мостовую схему. Оба чувствительных
элемента находятся в реакционной камере. Анализируемая газовая смесь
подаётся на чувствительные элементы, нагретые до соответствующей
температуры и содержащие катализаторы: Рd-CdO/Al2O3 и Pd- NiO/Al2O3,
При попадании анализируемого газа на катализатор измерительного элемента, происходит полное окисление смеси оксида углерода и водорода, на
катализаторе компенсационного чувствительного элемента окисляется только
водород. В результате этого выходной сигнал чувствительного измерительного
элемента пропорционален суммарной концентрации оксида углерода и
водорода, а выходной сигнал чувствительного компенсационного элемента
пропорционален содержанию водорода В подобранных условиях на обоих
"Science and Education" Scientific Journal Volume 1 Issue 1
чувствительных элементах углеводороды практически не окисляются. В
результаты разность сигналов измерительного и компенсационного элементов
пропорциональна точной концентрации оксида углерода в смеси [4,5].
Целью данной работы являлось исследование некоторых метрологических
параметров сенсора оксида углерода.
Испытаниям подвергались образцы термокаталитических сенсоров, работающих в составе переносных автоматических анализаторов, используемых
для контроля содержания оксида углерода в дымовых, выхлопных и
технологических газах. Программа испытания сенсора включала проведение
специальных экспериментов, связанных с установлением времени готовности,
динамических, градуировочных характеристик, а также выявлением степени
его селективности и стабильности работы. Испытания проводились в обычных
и эксплуатационных режимах.
Полученные результаты и их обсуждения. Величина сигнала и
селективность термокаталитического сенсора зависят от напряжения питания,
изменение которого приводит к не постоянству температуры поверхности
катализатора чувствительных элементов сенсора. Увеличение температуры
чувствительных элементов приводит к окислению оксида углерода на
поверхности катализатора компенсационного элемента, что уменьшает
полезный сигнал сенсора по определяемому компоненту. Уменьшение
температуры катализатора, соответственно, снижает активность катализатора
измерительного чувствительного элемента сенсора. Таким образом, увеличение
и уменьшение питания сопровождается уменьшением величины полезного
аналитического сигнала сенсора. Влияние напряжения питания на сигнал
сенсора изучали в условиях: температура 2020С, давление газовой среды
использовали стандартный смесь с содержанием СО 2,5 об. %, полученные при
этом результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1
Зависимости аналитического сигнала ТКС-СО от напряжения питания сенсора (Ссо= 2,5 об.%, n= 5, Р= 0,95)
Напряжение,В Сигнал сенсора, мВ
x±x S Sr*102
"Science and Education" Scientific Journal Volume 1 Issue 1
Как следует из приведенных данных, наиболее высокий сигнал сенсора
(44,4 мВ) наблюдается при значении питания, равной 2,0 В, поэтому все последующие опыты проводились при такой величине питания.
Опыты по установления динамические характеристики сенсоров проводились при непрерывной записи переходного процесса диаграммной ленты
самопишущего прибора. Результаты определения динамических характеристик
термокаталитического сенсора при концентрации СО – 5,0 об.% приведены в
таблице 2.
Таблица 2.
Динамические характеристики сенсора оксида углерода
t0,1 - время начала
реагирования, с
t0,65 – постоянное
время, с
t0.9- время установления показаний, с
tр- полное суммарное время
измерения, с
Как видно из данных таблицы 2., у разработанных сенсоров время начала
реагирования (t0,1)- 1-2 с, постоянное время (t0,65) не более 5 с, а время
установления показаний (t0,9)- достигает до 7 с, и полное время измерения (tп) 9
с. Приведенные данные показывают возможность экспрессного определения
оксида углерода разработанными сенсорами.
Зависимость полезного аналитического сигнала сенсора от концентрации
определяемого компонента в смеси изучали в интервале концентраций оксида
углерода 0,1-10,0 об.%. Опыты проводились при нормальных условиях (То.с
измерения характеризовалась десятью значениями: пять при прямом и пять
обратном циклах изменения концентрации.
Установлено, что в исследованном интервале значений зависимость
сигнала ТКС-СО от концентрации оксида углерода имеет прямолинейный
характер (табл.4.3).
Таблица 3.
Результаты оценки зависимости сигнала ТКС-СО от концентрации оксида
углерода в смеси (n=5; Р=0,95)
Концентрация оксида
углерода
в смеси, об. %
Сигнал сенсора, мВ
x±x S Sr*102
"Science and Education" Scientific Journal Volume 1 Issue 1
Как известно, одним из основных показателей сенсоров является стабильность сигнала во времени. Проверка стабильности работы ТКС-СО
проводилась при нормальных условиях испытаний и непрерывной работе
сенсора в течение 3000 час. пропусканием анализируемой смеси оксид углерода
(1,0 об. % ) и воздуха. Испытывались 5 сенсоров с катализатором Pd-NiO/Al2O3
на измерительном чувствительном элементе и с катализатором состава Рd-CdO/
Al2O3 на сравнительном чувствительном элементе.
Испытания стабильности работы сенсора проводились при нормальных
условиях. Результаты установления стабильности работы термокаталитического сенсора (ТКС-СО) при определении оксида углерода приведены в таблице 4.
Таблица 4
Результаты установления стабильности работы термокаталитического сенсора (ТКС-СО) при определении оксида углерода (n=5; Р=0,95)
Время,
Значения параметров
газовой среды
Сигнал сенсора, мВ
Т-ра,0С Р, мм рт.ст. x±x S Sr*102
Как следует из данных приведенных в таблице 4, что величина сигнала
сенсора за регламентированной интервал времени сохраняются стабильно.
"Science and Education" Scientific Journal Volume 1 Issue 1
Изменение значения выходного сигнала за регламентированный интервал
времени (tg) оценивалось согласно ГОСТу 13320-81. Величина предела
допускаемого изменения выходного сигнала за регламентированный интервал
времени (tg) определялись по уравнению (1).
tg =(Upmax- Upmin) 100/Uшк (1).
где tg-предел допускаемого изменения выходного сигнала за
регламентированный интервал времени; Upmax, и Upmin- максимальные и минимальные расхождения сигнала; Uшк-шкалаприбора (КСП 0-50 мВ). Согласно
ГОСТу 13320-81 сенсор следует считать выдержавшим испытание, если при
этом соблюдается неравенство:t < 5.5 %
Результаты расчетов показывают, что значение tg за регламентированный
интервал времени равно 1,5 %, что вполне удовлетворяет требованиям,
предъявляемым к газоанализаторам выхлопных газов и позволяет констатировать, что созданные сенсоры оксида углерода считаются вполне выдержавшими испытания.
Селективность определения оксида углерода термокаталитическим сенсором достигалась за счет использования различных катализаторов измерительных (Рd-CdO/Al2O3) и, компенсационных (Pd-NiO/Al2O3) чувствительных
элементов.
Селективность работы разработанного сенсора по оксиду углерода определяли в присутствии водорода, паров бензина, метана, дизельного топлива,
паров воды и углекислого газа которые присутствуют с оксидом углеродом в
составе дымовых, выхлопных и технологических газах двигателей внутреннего
сгорания. Результаты приведены в таблице 5.
Таблица 5.
Результаты установления селективности ТКС-СО при определении оксида
углерода (n = 5; Р = 0,95)
Введено газовой смеси,
Найдено оксида углерода,
x±x S Sr*102
CO(1,60)+воздух(ост)воздух(ост) 1,64±0,01 0,01 0,5
CO(1,60)+воздух(ост)H2(2,00)+воздух(ост)воздух(ост) 1,68±0,03 0,02 1,4
CO(1,60)+воздух(ост)CH4(2,00)+воздух(ост)воздух(ост) 1,62±0,02 0,02 1,0
CO(1,60)+воздух(ост)диз.топл (2,00)+воздух(ост)воздух(ост) 1,65±0,04 0,03 1,9
CO(1,60)+воздух(ост)бенз,(2,00)+воздух(ост)воздух(ост) 1,61±0,03 0,02 1,5
CO(1,60)+воздух(ост)H2О(2,00)+воздух(ост)воздух(ост) 1,63±0,01 0,01 0,5
CO(1,60)+воздух(ост)СО2(2,00)+воздух(ост)воздух(ост) 1,62±0,02 0,02 1,0
Как следует из данных приведенных в таблице 5, что разработанный
сенсор позволяет селективно определять оксид углерода в многокомпонентных
газовоздушных смесях, где одновременно вместе с оксидом углерода со"Science and Education" Scientific Journal Volume 1 Issue 1
держатся также водород, пары углеводородов (бензина, дизельного топлива)
углекислый газ, пары воды и пропана - бутановый смесь углеводородов. К
таким смесям относятся газообразные выбросы отопительных систем, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, атмосферный воздух газозаправочных станций и др.
Заключение. Таким образом, в результаты проведенных опытов разработан
селективный термокаталитический сенсор, обеспечивающий экспрессное
определение оксида углерода в широком интервале их концентраций в
дымовых, выхлопных и технологических газах. На основе проведенного
исследования можно заключить, что разработанный сенсор вполне пригоден
для непрерывного автоматического контроля содержания оксида углерода в
широком интервале его концентраций в выхлопных, дымовых и
технологических газах.
Разработанные термокаталитические сенсоры оксида углерода, по
точности и воспроизводимости нисколько не уступают известным
отечественным и зарубежным аналогам, сохранив при этом следующие
характеристики: экспрессность, портативность, простоту в эксплуатации и
изготовлении. Разработанные сенсоры могут быть использованы в составе
автоматических газоанализаторов и сигнализаторов.
Использованная литература
инженеров и врачей. Т.3.Л. «Химия» , 1977. С.242
условий и разработка термокаталитического сенсора для мониторинга оксида
углерода из состава транспортных выбросов // Журнал «Экологические системы и приборы».- Москва, 2008. - № 2.- С. 34.
Обеспечение селективности термокаталитического сенсора компонентов
выхлопных газов // Экологические системы и приборы. –Москва. 2008. -№5. С.30-32.
Determination of carbon oxide in exhausts of vehicles by thermocatalytic method.//
Open Access Library (OALib) Journal. USA. Email: oalib journal@oalib.com http://
www.oalib.com/journal/204 . June . 2014 .
Technikal and Natural Scienes. Austria.-2017, № 9-10. -Р. 76-80.
