Пристрій для вимірювання концентрації компонента газової суміші

1. Пристрій для вимірювання концентрації компонента газової суміші, що містить систему 3 26915 4 Пристрій включає сенсори, газові камери цих F=26,8А×год/моль - постійна Фарадея; М сенсорів, патрубки подачі і виводу і побудник молекулярна маса визначуваного компонента; z витрат газової суміші. Пристрій включає кількість електронів у реакції цього компонента на перемикач, який при прямій подачі направляє потік робочих електродах сенсорів; V - об'ємні витрати газової суміші в камеру першого сенсора, звідки газової суміші. вона надходить у камеру другого сенсора і далі по Алгоритм розрахунку визначуваної патрубку побудником витрат виводиться з концентрації газової домішки С за рівнянням (6) пристрою. При зворотній подачі аналізованого газу ґрунтується на рівняннях (2)-(5), що припускають в систему перемикач здійснює подачу газової постійність коефіцієнтів перетворення сенсорів K1 суміші спочатку в камеру другого сенсора, а потім у рівняннях (2) і (5) та K 2 у рівняннях (3) і (4). Це у камеру першого сенсора. При цьому при переході від прямої до зворотної подачі в газових можливо за умови, що напрям руху при прямій і камерах сенсорів змінюється напрям руху зворотній подачі аналізованої газової суміші в визначуваного газу відносно поверхні робочих газових камерах сенсорів не впливає на електродів сенсорів. Пристрій містить систему для коефіцієнти K1 і K 2 . реєстрації струмових сигналів кожного сенсора та У дійсності коефіцієнти K1 і K 2 є інтегралом їх розрахунку концентрації, наприклад, за допомогою дискретних значень для різних ділянок робочих мікроамперметрів та мікропроцесору. У пристрої також передбачено положення перемикача, в електродів першого та другого сенсорів. Ці якому газова суміш, минаючи газові камери дискретні значення визначаються не лише сенсорів, надходить безпосередньо в побудник швидкістю газового потоку, але й аеродинамічними неоднорідностями газових витрат. У цьому положенні перемикача може бути камер сенсорів. Не є однорідною і поверхня здійснене регулювання витрат газу V, а також визначені фонові струми за відсутності робочих електродів, на яких перебігають визначуваного компонента в газових камерах струмоутворюючі реакції. Як показано в [5], ці сенсорів. обставини обумовлюють залежність коефіцієнту Принцип роботи прототипу ґрунтується на перетворення K від напряму руху аналізованої лінійній залежності сигналів амперометричних газової суміші відносно поверхні робочого сенсорів від концентрації визначуваного електрода. компоненту газової суміші за сталих умов згідно Таким чином, зміна напрямку руху рівнянню (1). При прямій подачі аналізованої аналізованої суміші при переході від прямої до газової суміші відповідно для першого і другого зворотної її подачі в газових камерах сенсорів сенсорів вірними є співвідношення призводить до деякої невизначеності коефіцієнтів r (2) перетворення K1 у рівняннях (2) і (5) та K 2 у I1 = K1 × C , r рівняннях (3) і (4), а відтак і до збільшення похибки (3) I2 = K 2 × C1 , розрахунку концентрації визначуваного де K1 і K 2 відповідають коефіцієнтам компонента за рівнянням (6). Отже, недоліком прототипу є принципова перетворення сенсорів, C концентрація залежність коефіцієнту перетворення сенсорів від визначуваного компонента в газовій суміші, що надходить на напряму пропускання аналізованої газової суміші перший сенсор, а C1 - його концентрація в газовій суміші, відносно поверхні робочих електродів сенсорів. що надходить від першого на другий сенсор. Сталі значення В основу даної корисної моделі поставлена r r струмових сигналів I і I2 вимірюють експериментально. задача створити пристрій для визначення 1 компонента газової суміші двома некаліброваними При зворотній подачі газової суміші, за сенсорами амперометричного типу, у якому аналогією з рівняннями (2) і (3) при тій же витраті напрям руху аналізованої газової суміші відносно газової суміші V вірними є співвідношення s поверхні робочих електродів сенсорів (4) I2 = K 2 × C , залишається постійним при її прямій та зворотній s подачі, що підвищує точність вимірювань. (5) I1 = K1 × C2 . Поставлена задача вирішується тим, що s s Сталі значення струмових сигналів I2 і 1 , як і I пристрій для вимірювання концентрації компонента газової суміші містить систему двох в попередньому випадку, знаходять сенсорів амперометричного типу, газові камери експериментально. яких з'єднані вхідними й вихідними каналами, і З матеріального балансу для системи при триходовий перемикач подачі аналізованого газу у прямій та зворотній подачі газової суміші з прямому напрямку на перший і другий та у урахуванням закону Фарадея слідує рівняння для зворотному напрямку на другий і перший сенсори, визначення концентрації газового компонента [4] r s який виконаний у вигляді циліндра зі наскрізним I × I ×М æ 1 1 ö отвором і двома шліцами в одній площині з C= 1 2 × ç r s + s r ÷, (6) 2 × z × F × V ç I - I1 I2 - I2 ÷ газовими каналами сенсорів, причому ширина è1 ø r r шліців дорівнює діаметру отвор у. де 1 та I2 - сталі струми при прямій подачі I Таким чином, на відміну від прототипу [4], у газу на перший і другий сенсори; якому аналізована газова суміш подається в газові s s камери сенсорів послідовно через один, а потім I2 та 1 - сталі струми при зворотній подачі газу на I через інший канал, у даній корисній моделі подача другий і перший сенсори; 5 26915 6 й виведення газової суміші проводиться завжди містить два однотипних електрохімічних сенсора через ті самі канали без зміни напряму руху озону амперометричного типу. На робочих відносно поверхні робочих електродів, а отже й електродах цих сенсорів перебігає відновлення без спотворення коефіцієнту перетворення озону за реакцією сенсорів за умови сталих витрат аналізованого О3+2Н++2е=Н2О+О2, газу. причому для озону у рівнянні (6) М=48г/моль, z На Фіг.1 представлена схема пропонованого =2. При подачі V =0.020м 3/ч газової суміші, що пристрою при прямому, а на Фіг.2 - при містить 1.0мг/м 3 озону, у камеру першого, а потім зворотному пропусканні газоповітряної суміші другого сенсорів через 100с зареєстровані сталі у r через вимірювальну систему з двох часі значення струмових сигналів I1 = 4.95 × 10-6 A і некаліброваних сенсорів. На Фіг.3 показано r положення (холостий хід) триходового перемикача I2 = 3. 52 ×10-6 A . Після подачі газової суміші в газового потоку (далі у тексті - перемикач), за камеру другого, а потім першого сенсорів якого газова суміш не потрапляє на робочі s зареєстрували струмові сигнали I2 = 4.53 ×10-6 A і електроди сенсорів. На Фіг.4, 5 показана зміна в s часі струмових сигналів сенсорів 1 і 2 при I1 = 3.94 × 10-6 A . Розраховане за рівнянням (6) положенні холостого ходу перемикача та при r r значення концентрації озону склало 0.000994г/м 3 прямій (сигнали I і I2 ) і зворотній подачі газової суміші 1 або 0.994мг/м 3, що відповідає відносній похибці s s вимірювань 0.6%. ( I2 і 1 ). I Приклад 2. Пристрій містить два Представлений на Фіг.1 пристрій включає однотипних електрохімічних сенсори хлору однотипні електрохімічні газові сенсори 1 і 2, амперометричного типу, на робочих електродах струмові сигнали яких реєструються яких перебігає реакція мікроамперметрами 7 і 8 та можуть бути Сl2+2е =2Сl-, обраховані за рівнянням (6) мікропроцесором 10. причому для хлору у рівнянні (6) М Сенсори 1 і 2 та перемикач 4 розміщені у корпусі =70.9г/моль, z =2. При подачі V =0.010м 3/ч газової 3. Перемикач 4 реалізовано у вигляді циліндра з суміші в порядку, зазначеному в прикладі 1, при одним діаметральним отвором 5 і двома шліцами вмісті хлору 12мг/м 3 отримано струмові сигнали: 6, які знаходяться в одній площині з отвором 5 і r r s I1 = 47 × 10-6 A , I2 = 25 × 10-6 A , I2 = 51× 10- 6 A , мають ширину рівну діаметру цього отвору. s Взаємне розташування отворів у корпусі 3 та I1 = 20 × 10-6 A . Розраховане значення концентрації отвору 5 і шліців 6 у перемикачі 4 виконане таким хлору в газовій суміші за рівнянням (6) склало чином, що у положеннях Фіг.1 і Фіг.2 при 0.0119г/м 3 або 11.9мг/м 3, що відповідає відносній відповідно прямій і зворотній подачах газової похибці вимірювань 0.8%. суміші до сенсорів 1 і 2 напрям руху газового Джерела інформації: потоку відносно поверхні робочих електродів 1. Каттралл Р.В. Химические сенсоры. -М.: сенсорів залишається незмінним, а відтак Научный мир, 2000. - 144с. коефіцієнти перетворення K1 у рівняннях (2) і (5) 2. Neibner R. Chemische Sensoren //Prinzipien. та K 2 у рівняннях (3) і (4) залишаються постійними величинами при заданих витратах аналізованої газової суміші, що задаються побудником витрат 9. При прямому пропусканні, як показано на Фіг.1, газова суміш через шліц 6 перемикача 4 потрапляє в газову камеру сенсора 1, далі крізь отвір 5 в газову камеру сенсора 2 і через шліц 6 відводиться зовні. При зворотному пропусканні як показано на Фіг.2, газова суміш подається через шліц 6 перемикача 4 в газову камеру сенсора 2 і крізь отвір 5 потрапляє в газову камеру сенсора 1, звідки через шліц 6 виводиться назовні. При цьому газові сенсори 1 і 2 генерують струмові сигнали, що реєструються мікроамперметрами 8 і 7. Газову суміш через камери сенсорів 1 і 2 пропускають протягом часу, достатнього для досягнення сталих r r струмових сигналів при прямій ( 1 і I2 ) і зворотніх I s s подачах ( I2 і I ), як показано на Фіг.4 і 5. При положенні 1 холостого ходу перемикача 4, що показане на Фіг.3, газова суміш на робочі електроди сенсорів не потрапляє, внаслідок чого струмові сигнали сенсорів в часі зменшуються до фонового рівня. Сталі струмові сигнали обраховують за рівнянням (6) мікропроцесором 10 і одержують шукане значення концентрації визначуваного компонента газової суміші. Приклад 1. Поданий на Фіг.1-3 пристрій Anal. Loshenb. -Berlin, 1988. - Bd.7. - S.55-87. 3. Патент Великобританії GB 21 94 693A, G01N27/46 "Gas determination method and apparatus", опубл. 11.11.1986. 4. Пат. 50458 Україна, МКИ G01N27/26. Спосіб і пристрій для вимірювання концентрації компонента газової суміші /Чвірук В.П., Букет О.І., Лінючева О.В.; Заявл. 15.01.2002; Опубл. 15.10.2002, Бюл. №10. 5. Чвирук В.П., Недашковский В.А., Линючева О.В., Букет А.И. Массоперенос в амперометрических газовых сенсорах //Электрохимия. - 2006. - Т.42, №1 -С.80-90. 7 26915 8