CC BY
3ТАБИИЙ ГАЗ (МЕТАН) НИ АНЩЛОВЧИ СЕНСОР (ЯУС-СН4) НИНГ СИГНАЛИНИНГ БАРЦАРОРЛИГИ ВА СЕЛЕКТИВЛИГИНИ ТЕКШИРИШ Эшкобилова М.Э1., Эрданов Ф. Ф., Равшанов М. И2.
Самарканд давлат медицина университети.
2Узбекистон Филландия педагогика институти https://doi.org/10.5281/zenodo.13866098 Аннотация: Ишда SiО2/ZnO-10%CoO+ПЭГ таркибли газсезгир материал асосида ишлаб чикилган метанни аникловчи яримутказгичли сенсор ЯУС-СН4 нинг ишлаш ресурси ва сигналининг селективлиги текширилган. Утказилган синовларда сенсор сигнали киска оралигда узгарган ва бу узгариш натижасида юзага келган хато киймати жуда кичик булиб тах,лил натижаларига сезиларли таъсир курсатмайди. Табиий газ учун ишлаб чикилган сенсорларнинг селективлиги табиий газ билан бирга турли манбаларнинг атмосфера хдвоси таркибида бирга учрайдиган Н2 ва СО иштирокида аникланган. Ишлаб чикилган сенсор, углерод оксиди ва водород иштирокида табиий газни селектив аниклашга имкон беради.
Калит сузлар: табиий газ, сенсор, сенсор сигналининг баркарорлиги, сигнални селективлиги рух ва кобольт оксидлари. асосий хато, кушимча хато.
ПРОВЕРКА СТАБИЛЬНОСТИ И СЕЛЕКТИВНОСТИ СИГНАЛА ДАТЧИКА
ОБНАРУЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА (МЕТАНА) (СН4) Аннотация: В работе исследован ресурс работоспособности и селективность сигнала метанодетекторного полупроводникового датчика ЯО'С-СН4, разработанного на основе газоинертного материала, содержащего SiO2/ZnO-10%CoO+ПЭГ. В проведенных тестах сигнал датчика менялся на коротком интервале, а величина ошибки, вызванная этим изменением, очень мала и существенно не влияет на результаты анализа. Селективность разработанных сенсоров природного газа определена в присутствии N2 и CO, которые встречаются вместе с природным газом в атмосферном воздухе различных источников. Разработанный датчик позволяет избирательно обнаруживать природный газ в присутствии угарного газа и водорода.
Ключевые слова: природный газ, датчик, стабильность сигнала датчика, селективность сигнала, оксиды цинка и кобальта. основная ошибка, дополнительная ошибка.
CHECKING THE STABILITY AND SELECTIVITY OF THE SIGNAL OF THE
NATURAL GAS (METHANE) DETECTING SENSOR (СН4) Abstract: In the work, the performance resource and signal selectivity of methane-detecting semiconductor sensor YaO'S-SN4, developed on the basis of gas-inert material containing SiO2/ZnO-10%CoO+PEG, was investigated. In the conducted tests, the sensor signal changed in a short interval, and the error value caused by this change is very small and does not significantly affect the analysis results. The selectivity of the sensors developed for natural gas was determined in the presence of N2 and CO, which occur together with natural gas in the atmospheric air of various sources. The developed sensor allows selective detection of natural gas in the presence of carbon monoxide and hydrogen.
Keywords: natural gas, sensor, sensor signal stability, signal selectivity zinc and cobalt oxides. basic error, additional error.
КИРИШ
Бутун дунёда саноат ва кишлок хужалигини жадал ривожланиши натижасида вужудга келган экологик муаммоларни х,ал этишда, айникса, атмосфера хдвоси мониторинги муаммосини х,ал этишда селектив усуллар ва сезгир кимёвий сенсорларни куллаш мух,им ахдмият касб этиб бормокда [1-3]. Айникса бу борада нанотехнологияларни куллаш оркали кичик улчамли, ишлаш ресурси катта, юкори аниклик ва тезкорликни таъминловчи сенсорлар ишлаб чикариш ва уларни кулланиш сохдсини кенгайтириш мух,им илмий-амалий ахдмиятга эга[4-7].
Атроф-мух,итга ташланадиган захдрли ва портловчан бирикмаларни, жумладан табиий метан газини назоратида кимёвий сенсорлар кенг кулланилиб келинмокда. Шу сабабли табиий газни сезгир ва селектив яримутказгичли сенсорларини ишлаб чикиш ва бу сенсорлар учун газсезгир материал (ГСМ) ларнинг макбул таркибини танлаш буйича тадкикотлар олиб борилмокда. Бу борада металл оксидларидан фойдаланган х,олда золь-гель технология асосида селектив ГСМ лар х,осил килиш жараёнлари конуниятларини аниклаш ва оптимал шароитларини топиш хдмда юкори эффектив яримутказгичли сенсорлар (ЯУС) ишлаб чикиш ва уларнинг метрологик тавсифини урганиш алох,ида ахдмият касб этади. Утказилган тадкикотлар натижасида метанни селектив аникловчи термокаталитик ва яримутказгичли сенсорлар ишлаб чикилган [2, 3]. АСОСИЙ ЩСМ
Ушбу ишнинг максади SiО2/ZnO-10%CoO+ ПЭГ таркибли газсезгир материал асосида ишлаб чикилган метанни аникловчи яримутказгичли сенсор ЯУС-СН4 нинг ишлаш ресурси ва сигналининг баркарорлигини текширишдан иборат.
Узлуксиз ишлаш жараёнида сигналнинг баркарорлиги газсезгир сенсорларнинг энг мух,им курсатгичларидан биридир. Сенсорнинг ресурси унинг сигналини баркарорлиги билан чамбарчас боглик. Табиий газ сенсорини реал ишлаб чикариш шароитларида ишлаш ресурсини (хизмат килиш муддатини) ва амалиётда кулланиш имкониятини аниклаш учун узок муддатли тажрибалар утказилди. Утказилган тадкикотларда SiО2/ZnO-10%CoO+ ПЭГ асосида тайёрланган сенсорни сигналини тажриба давомийлигига богликлиги урганилди. Тадкикот жараёнида СН4 концентрацияси 1500 мг/м3 га тенг булган газ-х,аво аралашмаси ишлатилди. Тажрибалар хдроратнинг 280 0С ва намликнин 60 дан 98% гача булган кийматларида олиб борилди. SiО2/ZnO-10%CoO+ПЭГ асосида тайёрланган сенсор сигналларининг баркарорлиги 1000 соат давомида узлуксиз тажрибаларда текширилди. Ушбу эксперимент натижалари 1-жадвалда келтирилган.
1-жадвал. SiО2/ZnO-10%CoO+ ПЭГ асосида тайёрланган сенсорни сигналини тажриба давомийлигига боFликлиги (п=5, Р=0,95, табиий газни концентрацияси
1500 мг/м3)
Т/р Вакт, Сенсорнинг сигнали, мг/м3
соат х± Ах S Sr102
1 1 1490±18 14,5 0,97
2 24 1495±13 10,5 0,70
3 240 1510±16 12,9 0,85
4 400 1486±17 12,5 0,90
5 500 1491±16 12,9 0,86
6 600 1481±19 15,3 1,03
7 700 1493±11 8,8 0,59
8 800 1485±16 13,0 0,91
9 900 1480±18 14,5 0,98
10 1000 1493±10 8,54 0,52
Икки ой давомида утказилган синовларда сенсорга х,ар куни 16 соат давомида СН гази юборилди. Бундай тажрибалар натижасида сенсорнинг сигнали 1490-1510 мг/м3 оралигида ±15 мг/м3 га узгарди. Сенсор параметрларининг бундай узгариши натижасида юзага келган хато киймати жуда кичик булиб тах,лил натижаларига сезиларли таъсир курсатмайди. Белгиланган вакт учун Atg - вариация киймати 3,9 % ни ташкил этади (2-жадвал).
Жадвал 2. Табиий газ сенсори сигналини максимал четланишини аниклаш
натижалари
Сенсор Umax,, мВ Umin, мВ Atg ГОСТ буйича
Ссн4=1500 мг/м3 1510 1480 2 5,0 гача рухсат этилган
Шундай килиб, SiО2/ZnO-10%CoO+ ПЭГ асосида ишлаб чикилган яримутказгичли сенсор сигналини баркарорлиги билан ажралиб туради.
Табиий газни аникловчи ЯУС нинг селективлигини аниклаш. Газ-х,аво мух,итидан газларни аниклашнинг имкониятлари уларнинг селективлиги билан белгиланади. Шу сабабли, газ сенсорларининг селективлиги, бир томондан, ушбу курилмалар учун асосий параметрлардан бири булса, иккинчи томондан эса энг кийин технологик муаммоларидан бири булиб колади, чунки турли кайтарувчи газлар таъсирида юзага келувчи сигналлар ухшаш. Табиий газ концентрациясини назорат килиш зарур булган манбаларда СН га кушимча равишда водород ва ис гази х,ам мавжуд булади. Тажрибалар давомида табиий газ учун ишлаб чикилган сенсорларнинг селективлиги табиий газ билан бирга ички ёнув двигателлари, иситиш тизимлари, саноат ва ишлаб чикариш корхоналари чикинди газлари, шунингдек, маъдан казиб олинадиган шахталар ва ёкилги куйиш шохобчалари атмосфера хдвоси таркибида табиий газ гази билан бирга учрайдиган Н2 ва СО иштирокида аникланди. Тах,лил килинаётган газ аралашмаси таркибида булиши мумкин булган ёнувчи компонентларнинг (СО ва Н2) ЯУС-СН4 чикиш сигналига таъсири куйидагича урганилди: Сенсорга маълум бир концентрацияли табиий газ юборилди ва унинг аналитик сигнали (каршилиги) кайд этилди, кейин табиий газ билан бошка ёнувчи компонентнинг аралашмаси юборилди ва тегишли сигнал кайд этилди. Водород ва ис гази иштирокида табиий газни аниклаш жараёнининг селективлигини таъминлаш максадида, SiO2-ZnO асосида тайёрланган газсезгир катламга кобальт оксидини турли микдорларда кушиб х,осил килинган яримутказувчи SiO2-ZnO+CoO таркибли плёнкаларининг электр утказувчанлиги урганилди. Сенсорнинг юкори селективлигини таъминловчи оптимал хдрорат сенсорни аникланувчи газга нисбатан максимал сезувчанлигига караб аникланди. ГСМ ни турли газлар учун турлича утказувчанликка эга булиши уларни температурага мос турлича адсорбцияланиши ва турлича таъсирлашиш механизмига эга булиши билан тушунтирилади. Сенсорни синашлари х,ар бир газ аралашмаси учун 5 тадан такрорий тажрибалар билан амалга оширилди. Утказилган тажриба натижалари 3- жадвалда келтирилган.
3-жадвал. Сенсорни табиий газни водород ва ис гази иштирокида аниклаш жараёни селективлигини урганиш натижалари
Т/р омпонентни газ+^аво аралашмасидаги мик-дори, мг/м3 Сенсорнинг сигнали, мВ
SiO2/(90ZnO+10CoO)+n3r SiO2/(90ZnO+10CoO)
х ± Ах Аасос. Дкушим. х ± Ах Аасос. Акушим
1 95 СН4 95,4±0,7 0,4 - 95,6±0,3 0,6 -
2 95СН4+150 Н2 95,8±0,4 0,8 0,4 97,1±0,4 2,1 1,5
3 95СН4+150 СО 95,7±0,3 0,7 0,3 96,9±0,3 1,9 1,3
4 95СН4+150Н2+150СО 97,7±0,3 1,7 1,3 98,1±0,7 3,1 2,1
3-жадвалдан полиэтиленгликол иштирокида олинган SiO2/ZnO+10%CoO таркибли сенсорни водород ва ис гази иштирокида табиий газ учун энг юкори селективликни таъминлашини курамиз. Утказилган тадкикот натижаларига кура, ишлаб чикарилган сенсор, ёниш жараёнлари ва автомобиль воситалари чикинди газлари таркибидан концентрациянинг кенг диапазонида табиий газ микдорини углерод оксиди ва водород иштирокида доимий равишда автоматик аниклашга имкон беради. Шундай килиб ишлаб чикилган, табиий газни аниклашда ишлатиладиган яримутказичли сенсорларнинг (ЯУС-СН4) асосий метрологик хусусиятлари бах,оланди. ЯУС-СН4 тезлиги, экспресслиги ва аникланиш чегараси жихдтидан мавжуд булган аналоглардан кам эмас ва айрим параметрлари (масса -улчамлари, энергия киймати, тезкорлиги, селективлик ва бошкалар) буйича амалиётда кенг кулланиладиган шу типдаги анализаторлардан устун. Табиий газни аникловчи яримутказгичли сенсорларни куллаш сохдси иссиклик энергетика тармоклари, нефть-газ саноати, уй-жой коммунал хужалиги ва бошкалар х,исобланади.
Кейинги тадкикотлар давомида SiO2/(ZnO+CoO)+ПЭГ асосидаги яримутказгичли сенсорни табиий газни аниклаш жараёнидаги асосий хато кийматларини ва шу сенсорнинг турли температура ва босимларда табиий газни аниклашнинг хатоси урганилди. Ушбу тадкикот натижалари 4 ва 5 жадвалларда келтирилган.
4-жадвал. SiO2/(ZnO+CoO)+ПЭГ асосидаги яримутказгичли сенсорни табиий газни аниклаш жараёнидаги асосий хато кийматларини аниклаш натижалари (n=5,
p=0,95).
Табиий газнинг газ аралашмасидаги микдори, х,аж. %. Аникланган табиий газ, х±Ах х,аж. %. Асосий мутлок хато,(А) Асосий келти-рилган хато,(у)
0,10 0,11±0,01 0,01 0,33
0,50 0,52±0,01 0,02 0,67
1,00 0,97±0,02 0,03 1,00
1,50 1,53±0,02 0,03 1,00
2,00 1,94±0,03 0,06 2,00
2,50 2,54±0,03 0,04 1,33
3,00 2,95±0,04 0,05 1,67
Жадвал 4дан концентрациянинг урганилган 0,1-3,0%га тенг диапазонида 8Ю2/^пО+СоО)+ПЭГ асосидаги яримутказгичли сенсорни табиий газни аниклаш
жараёнидаги асосий мутлок ва асосий келтирилган хатонинг энг юкори кийматлари тегишлича 0,06 ва 2,0 %дан ошмайди.
Жадвал 5. Турли температура ва босимларда ЯУС ёрдамида табиий газни аниклашнинг хатоси (n=5;P=0,95, газни аралашмадаги концентрацияси, 2,85 хаж.%)
Х,аро- рат, 0С Босим Р, мм. см.уст Аникланган табиий газ, хаж.% Хато кий-мати Аникланган табиий газ, хаж.% Хато кий-мати
х±Ах Sr*102 А* А асос. Акушим. х±Ах Sr*102 Аасос Акушим.
SiO2/(ZnO >+CoO) SiO2/(ZnO+CoO)+ror
20 760 2,81±0,06 1,70 0,04 - 2,80±0,05 1,43 0,05 -
-10 760 2,79±0,07 2,01 0,06 0,02 2,81±0,05 1,43 0,04 0,01
10 760 2,88±0,07 1,95 0,03 0,01 2,81±0,07 1,99 0,04 0,01
35 760 2,82±0,08 2,28 0,03 0,01 2,82±0,07 2,00 0,03 0,02
50 760 2,87±0,07 1,95 0,02 0,02 2,87±0,07 1,96 0,02 0,03
20 600 2,79±0,09 2,58 0,06 0,02 2,81±0,08 2,29 0,04 0,01
20 700 2,82±0,08 2,28 0,03 0,01 2,82±0,08 2,27 0,03 0,02
20 800 2,88±0,06 1,68 0,03 0,01 2,88±0,05 1,40 0,03 0,02
20 900 2,86±0,05 1,41 0,01 0,02 2,88±0,05 1,40 0,03 0,02
*Аасос.-асосий мутлок хато киймати, Акушим.- ташки параметрлар таъсирида юзага келувчи кушимча хато киймати.
Тегишли давлат стандарти талабига кура ташки факторлар таъсирида юзага келган кушимча хато киймати асосий хатонинг 50% тидан ошмаслиги керак. Жадвал 5 да келтирилган натижалардан ЯУС нинг табиий газни аниклашда турли температура ва босимнинг узгариши натижасида юзага келувчи кушимча хатоси барча холларда асбобнинг асосий хатосидан кам эканлигини курамиз.
Шундай килиб, ишлаб чикилган СН4 ни аникловчи ЯУС-СН4 нинг асосий метрологик тавсифи урганилди. Ушбу сенсорлар СН4 ни концентрациянинг кенг оралигида аниклайди хамда яхши метрологик ва эксплуатацион тавсифга эга. ЯУС-СН4 экспресслиги, такрорланувчанлиги, хамда аниклаш чегараси буйича мавжуд анологларидан колишмаган холда, айрим (массаси, учламлари, тезкорлиги, селективлиги ва бошка) курсаткичлари билан амалда куп кулланиладиган углеводородларни аникловчи сенсорлардан устун (жадвал 6).
Жадвал 6. Табиий газ микдорини аниклашда яримутказгичли ва
газохроматографик усулларда олинган натижаларни киёсий бах,олаш (n=5 P=0,95)
СН4 нинг мик-дори, мг/м3. Аникланган табиий газ % х,аж.
"Яримутказгичли сенсор^Ю2/ (ZnO+CoO)+ror таркибли ГСМ. хр 'Газохром 3101". Газ эоматография усули.
х±Ах Sr*102 Асосий мутлок хато Асосий келтирил-ган хато х±Ах Sr*102 Асосий мутлок хато Асосий келтирил -ган хато
45 47±0,3 2,2 2 4,3 42±0,5 1,9 3 7,14
285 281±2,4 0,8 4 1,4 276±2,3 1,0 9 3,26
500 491±4,0 0,5 9 1,8 489±4,4 0,5 11 2,25
Ишлаб чикилган сенсорларнинг таклиф этиладиган кулланилиш сохалари иссиклик
энергетикаси, нефть ва газ саноати, хдмда коммунал хужалик сохаларидан иборатдир. ЯУС-
СН4 дан фойдаланиш натижасида табиий газни уз вактида аниклашга; ёнгин хавфини олдини олишга; ишлаб чикаришда хавфли х,олатларни камайтиришга; автоматлашган газ хавфсизлиги системасини куришга; микроклимат тизимини яратишга эришилади.
Хулоса. Ушбу ишда SiО2/ZnO-10%CoO+ПЭГ таркибли газсезгир материал асосида ишлаб чикилган метанни аникловчи яримутказгичли сенсор ЯУС-СН4 нинг ишлаш ресурси ва сигналининг баркарорлиги текширилган. Икки ой давомида утказилган синовларда сенсор сигнали киска оралигда узгарган ва бу узгариш натижасида юзага келган хато киймати жуда кичик булиб тах,лил натижаларига сезиларли таъсир курсатмайди.
Тажрибалар давомида табиий газ учун ишлаб чикилган сенсорларнинг селективлиги табиий газ билан бирга турли манбаларнинг атмосфера хдвоси таркибида бирга учрайдиган Н2 ва СО иштирокида аникланди. Утказилган тадкикот натижаларига кура, ишлаб чикарилган сенсор, ёниш жараёнлари ва автомобиль воситалари чикинди газлари таркибидан концентрациянинг кенг диапазонида табиий газ микдорини углерод оксиди ва водород иштирокида доимий равишда автоматик аниклашга имкон беради. Шундай килиб ишлаб чикилган, табиий газни аниклашда ишлатиладиган яримутказичли сенсорларнинг (ЯУС-СН4) асосий метрологик хусусиятлари бах,оланди.
Фойдаланилган адабиётлар
1. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Бушмелев П.Е. Мобильная система диагностического обслуживания и мониторинга газопроводных систем //Фундаментальные исследования. - 2006. - №1. - С. 61 - 63.
2. Sidikova Kh G, Abdurakhmanov I E, Mumunova N I, Kholboev O N., Abdurakhmanov Е. Development and research of metrological characteristics of selective thermocatalytic methane (natural gas) sensor //IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 862(2020) 062102 IOP Publishing doi:10.1088/1757-899X/862/6/062102
3. Бушмелева К.И., Плюснин И.И., Увайсов С.У. Анализ методов и средств диагностирования магистральных газопроводов //Контроль. Диагностика. -2010. - №7.
- С. 29 - 37.
4. Мирзоев, А.М. Обзор подходов и методов оценки технического состояния линейной части магистральных газопроводов //Электронный науч. журнал «Нефтегазовое дело».
- 2012. - № 4. - С. 111-123.
5. Халиков, В.Д. Оценка пожарной опасности транспорта нефтепродуктов в зависимости от площади пролива / В.Д. Халиков, Ф.Ш. Хафизов // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. - 2015. -№ 5. - С. 132-136.
6. Eshkabilova М.Е., Abdurakhmanov I. E,, Muradova Z, Abdurakhmanov E., Abdurakhmanova Z Development of selective gas sensors using nanomaterials obtained by sol-gel process //Journal of Physics: Conference Series 2388 (2022) р.2-8. 012155 doi:10.1088/1742-6596/2388/1/012155
7. Авдиенко В.В., Белов М.Л. и др. Мониторинг многокомпонентных газовых смесей с помощью лазерного оптико-акустического полигазоанализатора //Журнал прикладной спектроскопии, 1996. Т.63, №5. -С. 755-759.
8. Керимов, М.З. Трубопроводы нефти и газа. М.: Олимп-Бизнес, 2002. -256 с.
9. Макаэлян Э.А. Повышение качества, обеспечение надежности и безопасности магистральных газопроводов для совершенствования эксплуатационной пригодности. М.: Топливо и энергетика, 2001. - 638 с.
