CC BY
47
7universum.com
№ 2 (47)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2018
ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ОКСИДА УГЛЕРОДА
Султонов Марат Мирзаевич
канд. хим. наук, доцент кафедры химии Джизакского государственного педагогического института,
708000, Узбекистан, г. Джизак, улица Рашидова, 42
Абдурахманов Эргашбой
д-р хим. наук, профессор, зав. кафедрой аналитическая химия Самаркандского государственного университета, 703004, Узбекистан, г. Самарканд, Университетский бульвар, 15
Email: [email protected]
THERMOCATALYTIC GAS ANALYZER TO IDENTIFY CARBONIC OXIDE
Marat Sultonov
Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor of Chemistry Chair, Jizzakh State Pedagogical Institute,
708000, Uzbekistan, Jizzakh, Rashidov Street, 42
Ergashboy Abdurakhmanov
Doctor of Chemistry, Professor, Head of Analytical Chemistry, Samarkand State University, 703004, Uzbekistan, Samarkand, Universitetskiy bulvar Street, 15
АННОТАЦИЯ
В работе предложен способ обеспечения селективности термокаталитического определения оксида углерода, основанный на использовании двух термочувствительных элементов сенсора, подключенных в единый блок и содержащих катализаторы обладающих неадекватной активностью к компонентом анализируемой смеси. С использованием разработанного сенсора изготовлен автоматический термокаталитический газоанализатор оксида углерода «АГ-СО». Газоанализатор «АГ-СО» предназначен для измерения концентраций оксида углерода в атмосферном воздухе, дымовых и выхлопных газах.
ABSTRACT
A method to ensure the selectivity of a thermocatalytic determination of carbonic oxide is proposed based on the use of two temperature sensitive sensor elements connected in a single unit and containing catalysts with inadequate activity to the component of the analyzed mixture. Using the developed sensor, an automatic thermocatalytic gas analyzer of carbonic oxide "AG-SO" has been produced. The gas analyzer "AG-SO" is meant to measure carbonic oxide concentrations in atmospheric air, smoke and exhaust gases.
Ключевые слова: оксида углерода, селективность термокаталитический сенсор, газоанализатор, дымовые и выхлопные газы, чувствительный элемент, водород, пары углеводородов, атмосферный воздух, технологический газ.
Keywords: carbonic oxide; selectivity of a thermocatalytic sensor; gas analyzer; smoke and exhaust gases; sensitive element; hydrogen; hydrocarbon vapors; atmospheric air; process gas.
Для контроля содержания оксида углерода наиболее широко используются следующие электрохимические, оптические, хроматографичекие, термо-кондуктометрические и термокаталитические методы [1, 2]. В результате проведенных опытов нами был предложен и экспериментально подтвержден селективный способ термокаталитического определения оксида углерода в дымовых и выхлопных газах основанный на использовании катализаторов на основе палладий содержащих оксидов металлов (Рd-CdO/Al2Oз и Pd-NiO/Al2Oз), характеризующихся высокой стабильностью к действиям каталитических
ядов [3]. Полученные результаты позволили разработать селективный термокаталитический сенсор и автоматический газоанализатор оксида углерода «АГ-СО».
Селективность определения оксида углерода термокаталитическим сенсором достигалась за счет использования различных катализаторов измерительных (Рd-CdO/Al2Oз) и, компенсационных (Pd-NiO/Al2O3) чувствительных элементов. Результаты определение селективность работы разработанного
Библиографическое описание: Султанов М.М., Абдурахманов Э. Термокаталитический газоанализатор для определения оксида углерода // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2018. № 2(47). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/5521
№ 2 (47)
февраль, 2018
сенсора по СО в присутствии водорода, паров бензина, метана, дизельного топлива, паров воды и углекислого газа приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Результаты установления селективности термокаталитического сенсора при определении оксида
углерода (п = 5; Р = 0,95)
Введено газовой смеси, об. %. Найдено оксида углерода, об. %
х±Дх 8 8г*102
СО( 1,60)+воздух(ост) 1,64±0,01 0,01 0,5
СО( 1,60)+Н2(2,00)+воздух(ост) 1,68±0,03 0,02 1,4
СО( 1,60)+СН4(2,00)+воздух(ост) 1,62±0,02 0,02 1,0
С0(1,60)+диз.топл (2,00)+воздух(ост) 1,65±0,04 0,03 1,9
С0( 1,60)+бенз,(2,00)+воздух(ост) 1,61±0,03 0,02 1,5
С0( 1,60)+Н2О(2,00)+воздух(ост) 1,63±0,01 0,01 0,5
С0( 1,60)+ТО2(2,00)+воздух(ост) 1,62±0,02 0,02 1,0
Как следует из данных таблицы 1, разработанный сенсор позволяет селективно определять оксид углерода в многокомпонентных газовоздушных смесях, где одновременно вместе с оксидом углерода содержатся также водород, пары углеводородов (бензина, дизельного топлива и метан) углекислый газ и пары воды. К таким смесям относятся газообразные выбросы отопительных систем, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, атмосферный воздух газозаправочных станций и др. На основе проведенного исследования можно заключить, что разработанный сенсор вполне пригоден для непрерывного автоматического контроля содержания оксида углерода в широком интервале его концентраций в выхлопных, дымовых и технологических газах. Сенсор может работать в непрерывном режиме в комплекте автоматического газоанализатора выхлопных газов.
Диапазон измерений созданного газоанализатора «АГ-СО»: 0-250 мг/м3 и 0-4,0 об. %, предел допускаемого времени установления показаний не более 15 сек; время прогрева не более 10 мин; габаритные размеры 200х150х140 мм; масса не более 1,2 кг. Сигнал с первичного преобразователя поступает на дифференциальный преобразователь, который регулирует и усиливает сигнал до 250 раза. Затем сигнал поступает на АЦП, работающий по принципу двойного интегрирования. Дешифратор АЦП выдает семисег-ментный код, поступающий на светодиодные индикаторы, шкала созданного прибора - трёхзарядная. Полученную информацию о содержании неизвестной концентрации газовых компонентов в газоанализаторе представляют в цифровом виде на встроенном в прибор индикаторе (или на мониторе компьютера). Условия эксплуатации газоанализатора: температура 0 - 60 0С, атмосферное давление 650-900 мм рт.ст.; напряжение питания от сети переменного тока 220 В, постоянного тока 12 В.
«АГ-СО», состоит из двух блоков, размещенных внутри корпуса. В первом блоке смонтированы: цифровой преобразователь, стабилизатор напряжения, усилитель сигнала от первичного преобразователя (термокаталитического сенсора). Во втором блоке находятся: компрессор для автоматического отбора
газовой пробы, фильтры для очистки газа от механических примесей и термокаталитический сенсор. В ходе экспериментов установлены диапазоны определяемых концентраций газов, найдены основные погрешности, области вариации выходного сигнала. Газоанализаторы подвергались испытаниям в диапазонах концентрации оксид углерода 0-250 мг/м3 и 0-4,0 % об., в лабораторных условиях и эксплуатационных режимах работ. Лабораторные условия работы: температура испытуемой газовой среды 20+50С; давление испытуемой газовой среды 760+30 мм рт. ст; относительная влажность испытуемой газовой среды 40-60 %; температура анализируемой газовой смеси 20+5 0С; напряжение питания прибора-переменный ток 220+10В. Режимы эксплуатационных условий работы: температура газовой смеси +5 -+50 0С; давление газовой среды 600-800 мм рт. ст.; относительная влажность газовой среды 25-95 %; угол наклона датчика - до 30 %.
Проверку диапазона измерений и основной погрешности газоанализатора «АГ-СО» при концентрационном диапазоне 0-250 мг/м3 и 0-4,0 об. % проводили подачей на вход газоанализатора поверочных смесей в последовательности: 1-3-5-3-1-5, где номер ГС соответствует содержанию измеряемого компонента и диапазону измерений (%): №1=10+5; №3= 50+5; №5 = 95+5.
Основная абсолютная погрешность газоанализатора в точках проверки определялась по формуле:
Д= А - Л0. (1)
где Ai- концентрация измеряемого компонента в проверяемой точке измерений, индуцируемая на индикаторе; Л0- истинная концентрация измеряемого компонента в проверяемой точке измерения, указанная в паспорте к ГС. Основная погрешность определялась разностью между показаниями газоанализатора и истинными значениями концентрации, отнесенные к диапазону измерения:
Т=А1 - Ас/ Ск - Сн (2)
№ 2 (47)
февраль, 2018 г.
где Ск-Сн начальный и конечный пределы измерения концентрации определяемых компонентов газовых сред, мг/м3 (%). Результаты проверки диапазона измерений и основной погрешности газоанализатора с
пределами измерений 0-250 мг/м3 представлен в таблице 2.
Таблица 2.
Результаты проверки диапазона измерений и основной погрешности газоанализатора «АГ-СО» с
диапазоном измерения 0-250 мг/м3 (п=5,Р=0,95.)
Содер. СО в смеси, мг/м3 Найдено СО (x±Ax), мг/м3 S Sr*102 Основ. приведенной погрешность,Y %
28 30±0,9 0,241 2,0 1,0
135 130±1,5 0,402 0,8 2,0
245 240±2,0 0,804 0,8 2,0
135 140±1,8 0,804 1,4 2,0
28 30±0,8 0,241 2,0 1,0
245 247±2,5 0,724 0,7 1,0
Как следует из приведенных данных, в изученных интервалах зависимость аналитического сигнала газоанализатора от концентрации оксид углерода имеет прямопропорциональный характер. Основная приведенная погрешность газоанализаторов с диапазонами 0-250 мг/м3 и 0-4,0 % об., составила 2,0 и 1,0 % соответственно.
Вариации показаний АГ-СО проводились при трёхкратном пропускании газовой смеси через газоанализатор с содержанием оксид углерода 1,64 % 2,23% и 2,86%. Вариации (В) показаний газоанализаторов определялись по формуле:
B Amax - Amin (3)
где Amax (Amin) - показание (содержание компонента, определяемое по выходному сигналу) при подходе к точке проверки со стороны больших (меньших) значений содержания. Газоанализатор считают выдержавшим испытание, если в каждой из точек проверки соблюдаются неравенство: B<Bg (Bg-допускаемая вариация сигнала).
Таблица 3.
Результаты определения вариации сигнала газоанализатора (n=5, P=0,95)
Содержание оксид углерода в смеси, % об. Найдено оксид углерода (x±Ax ), % об Осн. абсолют. погрешность. (A) Вариация, %
Amax Amin
1,75 1,72±0,02 1,71±0,02 0,04 0,01
2,39 2,34±0,03 2,32±0,04 0,07 0,02
3,06 3,01±0,04 2,97±0,03 0,09 0,04
Из таблицы 2 следует, что значение вариации газоанализатора не превышает 0,5 долей абсолютного значения предела допускаемой основной погрешности на каждом из диапазонов измерения. Вариации выходного сигнала (показаний) прибора согласно ГОСТу 13320-81 не более 50 % от основной погрешности.
Таким образом, в результате проведенного исследования предложен способ обеспечения селективности термокаталитического определения оксида уг-
лерода, основанный на использовании двух термочувствительных элементов сенсора, подключенных в единый блок и содержащих катализаторы обладающих неадекватной активностью к компонентом анализируемой смеси. С учетом специфики решаемой задачи, используя разработанный сенсор, изготовлен автоматический термокаталитический газоанализатор СО «АГ-СО». Газоанализатор «АГ-СО» выполнен в виде переносного прибора и предназначен для измерения концентраций оксида углерода в атмосферном воздухе, дымовых и выхлопных газах.
Список литературы:
1. Амбарцумян В.В., Носов В.Б., Тагасов В.И. Экологическая безопасность автомобильного транспорта.// - М.: ООО Изд. Научтехлитизд. -1999. - 244 с.
2. Грузное В.М. и др. Экспрессный анализ объектов окружающей среды с применением портативных газовых хроматографов и поликапилярных колонок // Журн. аналит. химии. -1999. -№ 9 (54). -С. 957.
3. Султанов М.М., Абдурахманов Э. Разработка катализатора для термокаталитического сенсора оксида углерода.// Научный вестник СамГУ. -2017. - № 5 (105). - С. 144-148.
