CC BY
10Сенсоры водорода
НОВЫЕ ТВЕРДОЭЛЕКТРОЛИТНЫЕ СЕНСОРЫ ВОДОРОДА И ДРУГИХ ТОКСИЧНЫХ ГАЗОВ
Н. Н. Алейников, Н. Н. Вершинин, В. В. Шилъдин
Институт проблем химической физики Российской Академии наук Институтский проспект, 14, Черноголовка, Московская область, 142432, Россия
E-mail: аЫшк@юр.ас.ги
Разработаны сенсоры водорода на основе новых Таблица 1
протон- и фтор- проводящих твердых электролитов потенциометрического и амперометрического типа не только для работы в воздушной среде, но и в инертной среде.
В частности, потенциометрический сенсор водорода имеет следующие характеристики:
1. Диапазон измеряемых концентраций 0,1 ppm — 5 об. %;
2. Чувствительность, S в 94±6 мВ/на декаду;
3. Быстродействие 15-60 сек.
Селективность сенсора к водороду в 10 раз
выше, чем к СО (при концентрации водорода и моноокиси углерода в об. %).
В сенсорах водорода и других газов амперо-метрического типа на основе протон- и фтор- проводящих твердых электролитов протекают следующие электрохимические реакции, представленные в таблице 1.
На основе новых твердых электролитов с проводимостью по ионам фтора и протонам разработаны сенсоры водорода и других взрывоопасных и токсичных газов. На основе сенсоров разработаны пе-
Газ Электрохимическая реакция на твердом электролите ТЭЛ н+
H2 Н2-2е ^2 Н+
CO С0+Н20-2е ^ С02+2Н+
NO 2Ш+Н20-2е ^ N^3+2 Н+
NO2 ^04+2Н++2е ^ ^>03+Н20
Газ Электрохимическая реакция на твердом электролите ТЭЛр"
H2 Н2+2Б--2е ^ 2ОТ
H2O Н20+2Б--2е ^ 2НБ+202
NO да+Б--е ^ дар
NO2 да2+р--е ^ да2р
реносные (карманного типа) макеты приборов для анализа газов (аммиака, оксида углерода, оксида и диоксида азота, водорода, влажности) для низких (экологических) и высоких (промышленных) концентраций газов. Решены вопросы первичного преобразования сигнала сенсора.
Технические характеристики твердотельных сенсоров представлены в таблицах 2 и 3.
Таблица 2
Технические характеристики твердотельных сенсоров, разработанных в ИПХФ РАН (низкие концентрации)
Сенсор Диапазон измер., ppm Принцип измерения Разреш. способн., ppm Диапазон температур, 0C Время отклика t 20 0C, сек. Отн. влажн., % Дрейф за месяц, %
СО 0-20 ампером. 0,2 -10-+60 <120 10-90 <2
со 0-100 ампером. 1 -20-+60 <60 10-90 <2
N02 0-1 ампером. 0,01 0-+60 <120 10-90 <2
N02 0-20 ампером. 0,1 -10-+60 <60 10-90 <2
NH3 0-500 ампером. 5 -10-+45 <60 0-90 <2
N0x 0-50 ампером. 0,1 -20-+45 <60 0-30 <2
NH3 0-50 кондуктом. 0,1 0-+45 <120 20-90 <2
Примечание: габариты сенсоров: диаметр 6-8мм, высота 5-15 мм.
Технические характеристики твердотельных сенсоров, разработанных в ИПХФ РАН (высокие концентрации: потенциометрического типа)
Таблица 3
Сенсор Диапазон измерения, об. % Быстродействие, сек Относит. погрешн. измерения Рабочая т-ра, 0С Относит. влажн., % Гарантийный срок, мес.
CO 10-3-10 10-120 ±10 -10-+60 10-90 >12
NO2 10-3-1 10 -120 ±20 -10-+60 10-90 >12
NH3 10-3-10 10 -120 ±20 -10-+60 10-90 >12
H2 10-4-5 10 -120 ±20 -20-+45 10-90 >12
Примечание: габариты сенсоров: диаметр 6-8мм, высота 5-15 мм.
^АЕЕ Специальный выпуск (2003)
