Термохимический датчик

Термохимический датчик

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: аналитическое приборостроение . Сущность изобретения: использование в качестве катализатора рабочего чувствительного элемента смеси из оксидов кобальта и алюминия, взятых при следующих соотношениях компонентов, мае. %: СозСм 89,8-97,2; А120з 2,3-10,2. Для сравнительных элементов смеси из оксидов кобальта меди и хрома, взятых при следующих соотношениях компонентов, мае. %: СозСч 47,2-61; СиО 18,8-19,3; СгсОз 19,7- 34. Так как рабочий элемент каталитически активен, а сравнительный элемент пассивен , то сгорание газов на рабочем элементе при наличии в них водорода вызывает разбаланс моста на величину, пропорциональную концентрации водорода. 1 ил., 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s G 01 N 27/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4864645/25 (22) 13.07.90 (46) 07,10,92. Бюл, Ъ 37 (71) Научно-производственный кооператив

"Химанализ" (72) Т,К.Хамракулов, К.M,Ìóðàäîâ, У.M.Норкулов, Т.Н.Кулдашев и Э,А.Абдурахманов (56) Справочник. Методы и приборы для определения водорода (газовый анализ).

А.А.Аманназаров и др„1985, с. 68.

Катализ. 8опросы теории и практики.

Г.К. Борисов, Новосибирск, "Наука", Сибирское отделение, 1987, с. 158. (54) ТЕРМОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИК (57) Использование; аналитическое приборостроение, Сущность изобретения: исИзобретение относится к средствам измерения состава газовых сред, в частности водорода, и может найти применение в анализаторах горючих газов, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является датчик — 120, который содержит блок чувствительных элементов и блок резисторов с постоянным сопротивлением, образующих электрическую схему. Чувствительный элемент представляет собой платиновый терморезистор, выполненный в виде спирали, запеченной внутри пористого материала, являющегося носителем катализатора, Ра. бочий чувствительный элемент содержит носитель с платиново-палладиевым катализатором, а сравнительный чувствительный элемент не покрыт катализатором. Ы„, 1767405 А1 пользование в качестве катализатора рабочего чувствительного элемента смеси из ог,сидов кобальта и алюминия, взятых при следующих соотношениях компонентов., мас. %: Соз04 89,8 — 97,2; AlzOa 2,8 — 10,2. Для сравнительных элементов смеси из оксидов кобальта меди и хрома, взятых при следующих соотношениях компонентов, мас, %;

Соз04 47,2 — 61; СЦО 18,8 — 19,3; Сг2ОЗ 19,7—

34. Так как рабочий элемент каталитически активен, а сравнительный элемент пассивен, то сгорание газов на рабочем элементе при наличии в них водорода вызывает разбаланс моста на величину, пропорциональную концентрации водорода. 1 ил., 4 табл, При появлении водорода в анализируемом газе происходит его каталитическое окисление на поверхности рабочего чувствительного элемента, температура его повышается, что приводит к увеличению сопротивления чувствительной спирали, Появляется сигнал разбаланса в диагонали схемы моста, значение которого пропорционально концентрации водорода.

Недостатком этого датчика является то, что он предназначен для непрерывного определения концентрации водорода только в кислороде, .Целью изобретения является повышение селективности определения водорода в присутствии горючих газов.

Поставленная цель достигается тем, что в термохимическом датчике для определе1767405 ния водорода, содержащем измерительную схему из резисторов с постоянными значениями сопротивлений, покрытого катализатором рабочего и сравнительного чувствительных элементов, выполненных 5 из нагревательной спирали, запеченной внутри пористого материала, рабочий чувствительный элемент покрыт смесью из оксидов кобальта и алюминия, взятых при следующем соотношении компонентов, 10 мас. %:

Соз04 89,8 — 97,2

АЬОз 2,8 — 10,2 а сравнительный элемент покрыт смесью из оксидов кобальта, меди и хрома, взятых при 15 следующих соотношениях компонентов, мас, %;

Соз04 47,2 — 61

Си О 18,8 — 19,3

Сг20з 19,7 — 34 20

Известно применение оксида кобальта в качестве катализатора водорода. Но в термохимических датчиках в качестве катализатора для определения горючих газов применяют платиново-палладиевые катали- 25 заторы. Поэтому предлагаемое изобретение отвечает критерию "новизна".

Оксиды меди и хрома, применяемые для нанесения на сравнительный чувствительный элемент, подавляют активность оксида 30 хрома относительно водорода. Вследствие этого изобретение отвечает критерию "существенные отличия".

На чертеже приведена схема термохимического датчика, 35

Термохимический датчик содержит рабочую камеру, внутри которой на электроизоляционных колодках расположены чувствительные элементы (1, 2), блок рези-. сторов (3, 4), блок питания, сигнальное уст- 40 ройство.

Чувствительный элемент (ЧЭ) представляет собой платиновую спираль, запеченную в окиси алюминия, являющуюся носителем катализаторов. Рабочий ЧЭ со- 45 держит носитель и катализатор из смеси оксидов кобальта и алюминия, а носитель сравнительного ЧЭ покрывают пленкой, состоящей из смеси оксидов меди, хрома и кобальта. 50

Каталитическое покрытие для измерительного термопреобразовательного элемента готовят из 10% раствора азотнокислого кобальта и 2% раствора азотнокислого алюминия при соотношении 55

1:1. Полученную смесь нагревают до 60—

80 С и осаждают 10% раствором NaOH npu рН =12 без перемешивания. Выпавший осадок промывают до полного удаления NO з ионов (качественная реакция с дифениламином) и помещают в сушильный шкаф с температурой 96-115 С на 1 ч 50 мин, Полученный порошок flpoKBJIMBGloT при температуре 440 — 500 С в течение 2 ч в потоке воздуха, измельчают до фракции 40 микрон и растворяют в воде. Раствор наносят капельным способом на спираль и медленно нагревают, пропуская электрический ток.

Операцию повторяют несколько раз до образования шарика диаметром в 1 мм;

Каталитическое покрытие сравнительного элемента готовят из 10% раствора азотнокислой меди, 10% азотнокислого кобальта и 10% азотнокислого хрома при соотношении (в мл) 50:100:35. Полученную смесь нагревают до 45 С и осаждают 10% раствором NaOH npu pH = 7,5. Выпавший осадок промывают до полного удаления ИОз

-ионов (качественная реакция с дифениламином) и помещают в сушильный шкаф с температурой 115 — 140 С на 3 ч 30 мин. Полученный порошок прокаливают при температуре 355 — 390 С в течение 5 ч в потоке воздуха. Порошок растворяют вместе с суспензией окиси алюминия при соотношении

1;3 и наносят на спираль.

Устройство работает следующим образом.

На чувствительные элементы подают напряжение, обеспечивающее одинаковую температуру нагрева платиновых спиралей

ЧЭ. При поступлении в камеру датчика горючего газа,не содержащего водород, происходит его равномерное окисление на обоих ЧЭ, при котором не возникает дополнительного теплового эффекта и разбаланса электрической цепи, При появлении водорода в анализируемом газе, он окисляется на поверхности каталитически активного рабочего элемента. Это приводит к повышению температуры ЧЭ и, следовательно, к увеличению сопротивления спирали, В диагонали объема моста возникает разбаланс, величина которого пропорциональна концентрации водорода, В табл, 1 и 2 приведены результаты испытания датчика при различных соотношениях компонентов катализаторов ЧЭ.

Как видно из данных, приведенных в табл. 1 и 2, оптимальными являются составы катализаторов ЧЭ, указанные в примерах 3, так как при этих соотношениях компонентов происходит полное сгорание СО на обоих элементах и практически идентичное сгорание метана (7,2% и 9,8%), то есть датчик не чувствителен к этим газам. Водород полностью сгорает на рабочем ЧЭ, а на сравнительном горит ничтожно малое его количество, влияние которого на результаты

1767405 показания датчика незначительны и им можно пренебречь.

В примерах 2 и 4 приведены граничные минимальные (2) и максимальные (4) значения составов катализаторов, при которых разбаланс, вызванный частичным сгоранием металла на рабочем элементе, не сказывается на чувствительности датчика к Н2.

При дальнейшем изменении соотношений компонентов (примеры 1 и 5) происходит изменение чувствительности катализаторов ЧЭ рабочего и сравнительного элементов к метану и водороду, что приводит к несбалансированному сгоранию этих газов на ЧЭ.

Таблица 1

Результаты, полученные при окислении газов на катализаторе сравнительного элемента датчика при различных соотношениях его компонентов

B табл. 3 приведены результаты испытания датчика при подаче однокомпонентной смеси при различном напряжении питания.

Из этой таблицы видно, что при подаче однокомпонентной смеси при различном напряжении наиболее высокий сигнал соответствует содержащемуся в газе водороду.

Выходные сигналы оксидов углерода и метана входят в пределы погрешностей, т.е. датчик обладает селективностью только к водороду. Самые высокие коэффициенты чувствительности при подаче однокомпонентной смеси наблюдаются при напряжении 6 — 6,5 В.

В табл, 4 даны выходные сигналы датчика при подаче многокомпонентной смеси горючих газов при различных напряжениях питания.

Как следует из табл, 4, содержание горючих газов в анализируемой смеси не влияет на выходной сигнал водорода.

Таким образом, предлагаемое изобре5 тение позволяет по сравнению с прототипом проводить селективное определение водорода в присутствии горючих газов, таких как окись углерода, метан и другие, что расширяет возможности. использования

10 термохимического датчика.

Формула изобретения

Термохимический датчик для определения водорода, содержащий измерительную схему из резисторов с постоянными значе15 ниями сопротивлений, покрытого катализатором рабочего и сравнительного чувствительных элементов, выполненных из нагревательной спирали, запеченной внутри пористого материала, о т л и ч а ю щ и й20 с я тем, что, с целью повышения селективности определения водорода в присутствии горючих газов, рабочий чувствительный элемент покрыт смесью из оксидов кобальта и алюминия, взятых при следующем соотно25 шении компонентов, мас, :

Соз04 — 89,8 — 97,2;

Alz0a — 2,8-10,2; а сравнительный элемент покрыт смесью из оксидов кобальта, меди и хрома, взятых при

30 следующем соотношении компонентов, мас. %:

Соз04 — 47,2 — 61,0;

Си0 — 18, -19,3;

Сг20з — 19,7 — 34.

1767405

Таблица 2

Результаты окисления газов на катализаторе рабочего элемента датчика при различных соотношениях компонентов

Таблица 3

Таблица 4

Результаты испытаний датчика при подаче многокомпонентной смеси

Выхо ной сигнал во о о а и и нап яжении питания, В

ММ пlп

Концентрация горючих смесей, об.

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

3

5

7

3,3 CO+1,7 СН4+0,8 Нг

1,5 CO+2,5 СН4+1,7 Н2

1,8 CO+1,5 СН4+1,8 Н2

1,7 СО+1,3 СН4+2,0 Н2

2,9 CO+3,0 СН4+2,8 Н2

2,5CO+0,8 CH4+2,5 Н2

0,9CO+1,2 СН4+3,1 Н2

1,3 CO+1,9 CH4+3,3 Н2

71,46

78,09

129

110,73

112,2

123,8

51,09

74

80,5

86,6

132

114

122

132,5

54,21

98

109

155

138,6

160

171,8

96

101

119,6

159

145,9

170

180,2

37

78,5

118,5

146,2

154,7

1767405

Г

Составитель О. Терлеева

Техред М.Моргентал Корректор И.Шмакова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 3544 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5