Електрохімічний газоаналізатор оксиду вуглецю

Електрохімічний газоаналізатор оксиду вуглецю, що містить електрохімічний сенсор амперометричного типу, який розміщений в проточній реакційній камері з пневмовходом у вигляді каліброваного отвору для надходження газу, що аналізується, та пневмовиходом для скиду газу після аналізу, а також компресор, мікропроцесорний пристрій, пневмоелектричний клапан, фільтр "нульового газу", який відрізняється тим, що фільтр "нульового газу" виконаний у вигляді термічного перетворювача оксиду вуглецю у діоксид вуглецю на паладієвому каталізаторі з вхідним отвором для надходження навколишнього повітря, U 2 (19) 1 3 34285 газоаналізатор може використовуватись в пересувних та стаціонарних лабораторіях для контролю якості повітря навколишнього середовища. Суттєвими недоліками другого відомого електрохімічного газоаналізатора оксиду вуглецю є недостатньо висока точність вимірів, що пояснюється відсутністю корегування нульових показань та чутливості, а також певна складність в експлуатації. З відомих газоаналізаторів оксиду вуглецю більш близьким за технічною суттю й прийнятим за прототип [див. інструкцію з експлуатації газоаналізатора оксиду вуглецю, модель 621ЭХ07, 2005р.] є електрохімічний газоаналізатор оксиду вуглецю, що містить електрохімічний сенсор амперометричного типу, який розміщений в проточній реакційній камері з пневмовходом у вигляді каліброваного отвору для надходження газу, що аналізується, та пневмовиходом для скиду газу після аналізу, а також компресор, мікропроцесорний пристрій, пневмоелектричний клапан, та фільтр "нульового газу". У відомому газоаналізаторі оксиду вуглецю для підвищення точності вимірів застосовується фільтр "нульового газу", який виконаний на сорбенті, що здатний поглинати молекули CO. Однак відомий газоаналізатор оксиду вуглецю має ряд недоліків, які погіршують його експлуатаційні метрологічні характеристики (особливо в режимі безперервної роботи) та суттєво обмежують можливість його застосування. Одним з цих недоліків є недостатньо висока точність вимірів, оскільки в режимі коригування нульових показів за допомогою сорбенту фільтра "нульового газу" неможливо повністю очистити повітря від молекул CO. Крім цього з часом сорбент насичується молекулами CO, і точність вимірів ще більше зменшується. Другим його недоліком є складність експлуатації, оскільки коригування нульових показів з використанням фільтра "нульового газу" проводиться один раз на тиждень за допомогою періодичного ввімкнення пневмоелектричного клапану обслуговуючим оператором. Крім цього один раз на місяць необхідно проводити регенерацію сорбенту, тобто очищення сорбенту від молекул CO. Ця процедура є досить складною, оскільки виконується при високій температурі в спеціальній термошафі ручним способом. Третій недолік полягає в недостатньо високій надійності роботи відомого газоаналізатора оксиду вуглецю, оскільки компресор одночасно з прокачкою повітря, що аналізується, відсмоктує частину вологи з проточної реакційної камери, що в свою чергу погіршує режим роботи електрохімічного сенсора і при безперервній роботі може привести до часткового або повного його висихання. В основу корисної моделі поставлена задача створення електрохімічного газоаналізатора оксиду вуглецю, в якому за рахунок суттєвого підвищення точності вимірів, зменшення похибки вимірів в режимі тривалої безперервної роботи і одночасного підвищення надійності роботи та спрощення процесу експлуатації суттєво підвищені його експлуатаційні та метрологічні характерис 4 тики, значно розширена функціональна спроможність. Поставлена задача вирішується тим, що в електрохімічному газоаналізаторі оксиду вуглецю, який містить електрохімічний сенсор амперометричного типу, що розміщений в проточній реакційній камері з пневмовходом у вигляді каліброваного отвору для надходження газу, що аналізується та пневмовиходом для скиду газу після аналізу, а також компресор, мікропроцесорний пристрій, пневмоелектричний клапан та фільтр "нульового газу", фільтр "н ульового газу" виконаний у вигляді термічного перетворювача оксиду вуглецю у діоксид вуглецю на паладієвому каталізаторі з вхідним отвором для надходження навколишнього повітря, який через розподільник газового потоку з'єднаний з пневмовиходом компресора та вихідним отвором, який через один газовий канал пневмоелектричного клапану з'єднаний з пневмовходом реакційної камери для надходження в камеру газу, очищеного від оксиду вуглецю, а через другий газовий канал пневмоелектричного клапану, розподільник газового потоку, компресор, фільтр пиловий реакційна камера з'єднана з пневмовходом газоаналізатора для надходження в камеру газу, що аналізується, при цьому для підтримання необхідних метрологічних характеристик при безперервній роботі мікропроцесорний пристрій оснащений спеціальною програмою, що забезпечує управління клапаном електромагнітним і необхідний алгоритм вимірів та їх обробку, який полягає в циклічному автоматичному коригуванні нульових показів при проходженні через реакційну камеру газу, очищеного від оксиду вуглецю, та вимірювання і розрахунок значень концентрацій при проходженні через реакційну камеру газу, що аналізується. Аналіз науково-технічної та патентної літератури не виявив аналогічних технічних рішень. На Фіг. показана структурна схема запропонованого електрохімічного газоаналізатору оксиду вуглецю. Запропонований електрохімічний газоаналізатор оксиду вуглецю складається з реакційної камери 1, яка містить електрохімічний сенсор амперометричного типу 2, пневмовхід 3, оснащений каліброваним отвором (капіляром) 4, пневмовихід 5, пневмоелектроклапана 6, розподільника газового потоку 7, фільтра пилового 8, компресора 9, термічного перетворювача оксиду вуглецю (СО) у діоксид вуглецю (СО 2) 10, блоку формування електричних сигналів 11, мікропроцесорного пристрою 12 з керуючим виходом 12.1, блоку ви хідних сигналів 13, а також з пневмовходу 14 для надходження газу, що аналізується і пневмовиходу 18 для скиду газу після аналізу. Пневмовхід 3 реакційної камери 1, в якій розміщений електрохімічний сенсор 2 через калібрований отвір (капіляр) 4, пневмоелектричний клапан 6, розподільник газового потоку 7, компресор 9, фільтр пиловий 8 з'єднаний з пневмовходом 14, що призначений для надходження газу, що аналізується, в реакційну камеру 1 безпосередньо через газовий канал 6.3-6.2, або через газовий канал 6.1-6.2, термічний перетворювач 10, в якому з су 5 34285 міші, що аналізується видаляється оксид вуглецю шляхом перетворення його у діоксид вуглецю до якого електрохімічний сенсор не чутливий. Електрохімічний сенсор 2, блок формування електричних сигналів 11, мікропроцесорний пристрій 12 та блок вихідних сигналів 13 утворюють послідовний вимірювальний тракт. Керуючий вихід 12.1 мікропроцесорного пристрою 12 сполучений з керуючим входом пневмоелектричного клапану 6. Вхідний отвір 16, що призначений для надходження газу, що аналізується до термічного перетворювача 10 з'єднаний з пневмовиходом 15 компресора 9 через розподільник газового потоку 7, а пневмовихід 17 термічного перетворювача через газовий канал 6.1-6.2 пневмоелектричного клапану 6, капіляр 4 приєднаний до пневмовходу 3 реакційної камери 1, а пневмовихід 5 реакційної камери приєднаний до пневмовиходу 18, що призначений для скиду газу після аналізу. Запропонований газоаналізатор оксиду вуглецю працює наступним чином. Компресор 9 всмоктує газ, що аналізується, через фільтр пиловий 8 і подає його через розподільник газового потоку 7 на термічний перетворювач 10 та пневмоелектричний клапан 6. Для забезпечення виконання поставленої задачі передбачається два цикли роботи запропонованого електрохімічного газоаналізатора оксиду вуглецю. У першому циклі пневмоелектричний клапан 6 відкритий по газовому каналу 6.1-6.2 на протязі 60с. Термічний перетворювач 10 перетворює молекули СО до СО2 при температурі 150°С за допомогою паладієвого каталізатора. Електрохімічний сенсор не чутливий до СO2 і таким чином очищена від СО газова суміш через капіляр 4 поступає в проточну реакційну камеру 1, де розташований електрохімічний сенсор амперометричного типу 2, що генерує стр ум, величина якого несе інформацію про рівень фонового сигналу, який після підсилення і формування у блоці 11 поступає на мікропроцесорний пристрій 12, в пам'ять якого заноситься одержане значення електричного сигналу. У другому циклі пневмоелектричний клапан 6 відкритий по газовому каналу 6.3-6.2 на протязі наступних 60с. Газова суміш (атмосферне повітря), яка містить СО, поступає по цьому каналу в реакційну камеру 1. Сенсор 2 генерує струм величина якого несе інформацію про сумарний рівень фонового сигналу та сигналу, величина якого пропорційна концентрації СО у суміші, який після підсилення і формування у блоці 11 поступає на мікропроцесорний пристрій 12, в пам'ять якого також 6 заноситься одержане значення електричного сигналу. Після математичної обробки сигналів, що одержані у двох циклах, отримуємо сигнал величина якого пропорційна масовій концентрації молекул СО в повітрі, що аналізується. Оскільки ввімкнення фільтра "нульового" газу для коригування нульових показів та уточнення результатів аналізу газу з використанням мікропроцесорного пристрою проводиться автоматично через кожні дві хвилини, а очищення об'єму сенсора від молекул СО проходить в одному з циклів, коли на сенсор подається суміш без молекул СО, забезпечується суттєве підвищення точності вимірів, значне зменшення похибки вимірів в режимі тривалої безперервної роботи та спрощення процесу експлуатації. Крім цього розміщення компресора в газовому тракті газоаналізатора безпосередньо після фільтра пилового забезпечує його роботу в режимі подачі аналізованої суміші в реакційну камеру, а не в режимі відсмоктування суміші з камери, що суттєво послаблює вимивання вологи з проточної реакційної камери та суттєво зменшує вірогідність висихання електроліта при безперервній роботі, що підвищує надійність роботи газоаналізатора. Таким чином одержаний електрохімічний газоаналізатор оксиду вуглецю, в якому завдяки автоматичному циклічному процесу вимірювання та застосування спеціальної програми обробки результатів вимірів двох циклів забезпечується суттєве підвищення точності вимірів, зменшення похибки вимірів в режимі тривалої безперервної роботи і одночасне підвищення надійності роботи та спрощення процесу експлуатації. Дані технічні переваги дозволяють суттєво підвищити експлуатаційні та метрологічні характеристики електрохімічного газоаналізатора оксиду вуглецю, значно розширити його функціональну спроможність і успішно застосовувати його в системах для автоматичного моніторингу забруднення атмосферного повітря. Експериментальні дослідження підтвердили роботоздатність та позитивні якості запропонованого електрохімічного газоаналізатора оксиду вуглецю. В порівнянні з відомим газоаналізатором оксиду вуглецю при роботі в режимі тривалої безперервної роботи у складі системи моніторингу забруднення атмосферного повітря значно підвищена стабільність вимірів, на 5% зменшена похибка вимірів, а також підвищена надійність роботи та спрощений процес експлуатації, технічного та сервісного обслуговування газоаналізатора. 7 Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 34285 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601