Экология/6. Экологический мониторинг

К.х.н. Саттарова М.Д., Абдурахманов Э.

Самаркандский государственный университет, Узбекистан

Метрологические характеристики термокаталитических сенсоров аммиака

Изготовлен селективный термокаталитический сенсор аммиака (ТКС-NH₃ ), включающий в себя два чувствительных элемента (рабочий и компенсационный) и два резистора, подключенных в мостовую схему[1].

Рабочий чувствительный элемент сенсора содержит каталитическое покрытие, состоящее из Со₃О₄-Al₂O₃  и обеспечивающее полное окисление смеси аммиака, водорода, оксида углерода и гидразина, а сравнительный чувствительный элемент изготовлен с использованием катализатора, состоящего из оксида меди, висмута и молибдена (Сu₂O, Bi₂ O₃, MoO₃) обеспечивающего 100%-ное окисление оксида углерода, гидразина и водорода. В присутствии данного катализатора при температуре 250⁰С окисление аммиака составляет всего лишь около 4%. На катализаторах рабочего и сравнительного элементов при этой же температуре метан практически не окисляется. Выходной сигнал рабочего элемента ТКС-NH₃ пропорционален суммарной концентрации горючих газов (CO, H₂, NH₃) и гидразина, выходной сигнал сравнительного элемента пропорционален концентрации смеси без селективно определяемого компонента.

Испытаниям подвергалась партия (5шт) селективный ТКС-NH₃, работающих в составе автоматического анализатора аммиака.

Методика испытаний ТКС-NH₃  включает в себя полный объем контрольных и специальных испытаний, связанный с подбором оптимального питания сенсора, изучены динамические, градировочные характеристики, селективность и стабильность работы сенсора.

Все эксперименты проводились на метрологических аттестованных установках.

Учитывая предполагаемые области применения ТКС-NH₃, основным и удовлетворяющим условием должно быть время быстрого реагирования. То есть, сенсор должен иметь хорошие динамические характеристики.

Проверку динамических характеристик сенсоров аммиака проводили согласно требованию ГОСТ 20220-74. Опыты проводили трехкратно при нормальных условиях, изменяя концентрацию аммиака, как в сторону увеличения, так и уменьшения. В опытах использовали газовую смесь с концентрацией аммиака 1.85 % об, скорость подачи которой поддерживали постоянно 20±2 л/ч.

Проверка динамических характеристик сенсора сопровождалась непрерывной записью переходного процесса на диаграммной ленте самопишущего прибора, скорость движения которой была выбрана таким, образом, чтобы график переходного процесса укладывался на отрезке диаграммной ленты длиной 15 см. Момент изменения концентрации на входе сенсора отмечался на диаграммной ленте и был взят как начало отсчета времени. Из полученных динамических характеристик определяли время начала реагирования (Т₀,₁) – 2 с, постоянную времени (Т₀,₆₃) -3 с, и полное время установления показаний (Т_п) -9 с. При переходе к другим температурным режимам наблюдается изменение динамических параметров ТКС-NH₃. Например, уменьшение Т_п до 10 с наблюдается при температуре t = 50⁰С и увеличение Т_n  до 30 с отмечено при t = 5 ⁰C.

Изменение расхода газовой смеси в исследуемом интервале (от 5 до 50 л/ч) не оказывает влияния на значение выходного сигнала сенсора аммиака.

Выходной сигнал сенсоров также не зависит от положения в прос-транстве и наклонов, что позволяет отнести разработанные сенсоры (согласно ГОСТ-13320-82) к типу независимых.

Градировочная характеристика термокаталитического сенсора аммиака определялась на поверочных стандартных газовых смесях аммиака с воздухом. Опыты производились при нормальных условиях путем подачи на вход сенсора поверочных газовых смесей, в которых концентрация аммиака варьировалась от 0.34 до 3.84 % об. Результаты определения градировочной характеристики сенсора аммиака представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты определения градуировочной характеристики сенсора аммиака. (n=5, Р=0,95)

Концент. аммиака в ГС, %об	Сигнал сенсора, МВ
	ТКС- NH3 -1		ТКС- NH3-2		ТКС- NH3-3
	±Dх	Sr *10^2	±Dх	Sr *10^2	±Dх	Sr*10^2
0,34	12,5±0,2	1.3	12.6±0,2	1,2	12,8±00,2	1,3
1,16	38,8±0,2	0,5	41,2±0,3	0,6	37,5±0,3	0,6
1,85	63,5±0,2	0,3	65,7±0,3	0,6	62,5±0,2	0,3
2,43	82,4±0,3	0,5	86,5±0,4	0,5	80,0±0,3	0,3
3,84	129,6±0,4	0,4	136,4±0,4	0,5	127,6±0,3	0,6
2,43	84,5±0,4	0,4	86,0±0,4	0,4	83,0±0,3	0,6
1,85	64,4±0,3	0,4	64,4±0,2	0,3	63,0±0,3	0,4
1,16	39,0±0,2	0,9	39,0±0,2	0,5	41,2±0,3	0,6
0,34	12,0±0,2	1,3	12,7±0,2	1,1	13,5±0,2	1,0
3,84	136,5±0,4	0,4	135,0±0,4	0,4	130,5±0,4	0,4

Как следует из приведенных данных, в изученном интервале зависимость сигнала ТКС от концентрации аммиака в газовой смеси имеет прямолинейный характер.

Литература:

1. Абдурахманов Э.А., Саттарова M.Д., Насимов А.М.Анализатор для селективного контроля аммиака в промышленных выбросах в атмосферу //Заводская лаборатория.-2000.-№ 5 .-С.8.