Термохимический датчик

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 5 цб 601 И 27 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ЗОБРЕТ ОПИСА К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о- к- ри ов., ля ов ов, К.М,М шев и Э,А Методы и орода (га и др 19 росы тео осибирск 987, с. 15 ИЧЕСКИЙ ие; анали щность и урадов, У.М.НорАбдурахмановприборы для опзовый анализ)85, с, 68.рии и практики,7 - ски си- енает ио 8,ДАТЧИКтическое прзобретения: Изобретение 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, Рабочий чувствительный элемент содержит носитель с платиново-палладиевым катализатором, а сравнительный чувствительный элемент не покрыт катализатором. ия является пов еделения водор азов,ь достигается те атчике для опре ыш од что ле(21) 4864645/25%37одственный кооперати пользование в качестве катализатора ра чего чувствительного элемента смеси из сидов кобальта и алюминия, взятых и следующих соотношениях компонент мас. 0: Соз 04 89,8 - 97,2; А 20 з 2 8 - 10,2. Д сравнительных элементов смеси из оксид кобальта меди и хрома, взятых при следу щих соотношениях компонентов, мас, Соз 04 47,2 - 61; СВО 18,8 - 19,3; Сг 20 з 19 34. Так как рабочий элемент каталитиче активен, а сравнительный элемент пас вен, то сгорание газов на рабочел; элем те при наличии в них водорода вызыв разбаланс л 4 оста на величину, пропорц нальную концентрации водорода, 1 ил табл,При появлении во мом газе происходит окисление на поверхн вительного элемента,вышается, что прив сопротивления чувст Появляется сигнал раз схемы моста, значение нально концентрации Недостатком этог что он предназначен ределения концентрац кислороде,Целью изобретен ние селективности опр присутствии горючих г Поставленная цел в термохимическом ддорода в анализируеего каталитическое ости рабочего чувст- температура его поодит к увеличению вительной спирали, баланса в диагонали которого пропорциоводорода.о датчика является то, для непрерывного опии водорода только вния водорода, содержащем измерительнуюсхему из резисторов с постоянными значениями сопротивлений, покрытого катализатором рабочего и сравнительногочувствительных элементов, выполненных 5из нагревательной спирали, запеченнойвнутри пористого материала, рабочий чувствительный элемент покрыт смесью из оксидов кобальта и алюминия, взятых приследующем соотношении компонентов, 10мас. %:Соз 04 89,8 - 97,2А 20 з 2,8 - 10,2а сравнительный элемент покрыт смесью изоксидов кобальта, меди и хрома, взятых при 15следующих соотношениях компонентов,мас, %;Соз 04 47,2 - 61СцО 18,8 - 19,3Сг 20 з 19,7 - 34 20Известно применение оксида кобальтав качестве катализатора водорода. Но в термохимических датчиках в качестве катализатора для определения горючих газовприменяют платиново-палладиевые катализаторы. Поэтому предлагаемое изобретение отвечает критерию "новизна",Оксиды меди и хрома, применяемые длянанесения на сравнительный чувствительный элемент, подавляют активность оксида 30хрома относительно водорода. Вследствиеэтого изобретение отвечает критерию "существенные отличия".На чертеже приведена схема термохимического датчика, 35Термохимический датчик содержит рабочую камеру, внутри которой на электроизоляционных колодках расположенычувствительные элементы (1, 2), блок резисторов (3, 4), блок питания, сигнальное устройство.Чувствительный элемент(ЧЭ) представляет собой платиновую спираль, запеченную в окиси алюминия, являющуюсяносителем катализаторов. Рабочий ЧЭ содержит носитель и катализатор из смесиоксидов кобальта и алюминия, а носительсравнительного ЧЭ покрывают пленкой, состоящей из смеси оксидов меди, хрома икобальта, 50Каталитическое покрытие для измерительного термопреобразовательного элемента готовят из 10% раствораазотнокислого кобальта и 2% раствораазотнокислого алюминия при соотношении 551:1. Полученную смесь нагревают до 60 -80 С и осаждают 10% раствором МаОН прирН =12 без перемешивания. Выпавший осадок промывают до полного удаления МО зионов (качестве н ная реа кция с дифениламином) и помещают в сушильный шкаф с температурой 96-115 С на 1 ч 50 мин, Полученный порошок прокаливают 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 КаОН при рН = 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 и ропорционал ь на кон центрации 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 результаты1767405 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 Н 2.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. 35 Таблица 1 Результаты, полученные при окислении газов на катализаторе сравнительного элемента датчика при различных соотношениях его компонентовВ 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 изобре 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 значе 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 й 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 соотно шении компонентов, мас, о:Соз 04 - 89,8 - 97,2;А 20 з - 2,8-10,2;а сравнительный элемент покрыт смесью из оксидов кобальта, меди и хрома, взятых при 30 следующем соотношении компонентов,мас. ф 4:Соз 04 - 47,2 - 61,0;Сц 0 - 18,8-19,3;Сг 20 з - 19,7 - 34.8 1767405 Таблица 2 Результаты окисления газов на катализаторе рабочего элемента датчика при различных соотношениях компонентовТаблица 3 л езультаты испытаний датчика при подаче многокомпонентной смеси ыхо ной сигнал во о о а и и нап яжении питания, В онцентрация горючих см сей, об.1767405 Составитель О. ТерлееваТехред М. Моргентал орректор И,Шмаков акто аказ 3544 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10