Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование и разработка газоселективного электрохимического сенсора для анализа водорода в жидкостях и газах в теплоэнергетике Гришин Михаил Владимирович

Исследование и разработка газоселективного электрохимического сенсора для анализа водорода в жидкостях и газах в теплоэнергетике
<
Исследование и разработка газоселективного электрохимического сенсора для анализа водорода в жидкостях и газах в теплоэнергетике Исследование и разработка газоселективного электрохимического сенсора для анализа водорода в жидкостях и газах в теплоэнергетике Исследование и разработка газоселективного электрохимического сенсора для анализа водорода в жидкостях и газах в теплоэнергетике Исследование и разработка газоселективного электрохимического сенсора для анализа водорода в жидкостях и газах в теплоэнергетике Исследование и разработка газоселективного электрохимического сенсора для анализа водорода в жидкостях и газах в теплоэнергетике Исследование и разработка газоселективного электрохимического сенсора для анализа водорода в жидкостях и газах в теплоэнергетике Исследование и разработка газоселективного электрохимического сенсора для анализа водорода в жидкостях и газах в теплоэнергетике Исследование и разработка газоселективного электрохимического сенсора для анализа водорода в жидкостях и газах в теплоэнергетике Исследование и разработка газоселективного электрохимического сенсора для анализа водорода в жидкостях и газах в теплоэнергетике
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Гришин Михаил Владимирович. Исследование и разработка газоселективного электрохимического сенсора для анализа водорода в жидкостях и газах в теплоэнергетике : Дис. ... канд. техн. наук : 02.00.05 Москва, 2006 133 с. РГБ ОД, 61:06-5/3052

Содержание к диссертации

Введение

1. Литературный обзор. 12

1.1 Основы метода. 12

1.2. Принципиальная схема АЛ . 15

1.3. Транспорт в мембранах. 17

1.4. Характеристики основных элементов АП. 25

1.5. Основные методики и области применения АП. 27

2. Анализ математических моделей АП и постановка задачи исследования . 29

2.1. Исследование стационарной модели АП. 39

2.2. Исследование динамической модели АП . 60

3. Методика эксперимента. 72

4. Экспериментальные исследования и их обсуждение. 83

4.1. Влияние толщины и коэффициента диффузии газопроницаемой мембраны на статические и динамические характеристики. 83

4.2. Влияние кинетических параметров анализируемой среды на поведение АП . 91

4.3. Влияние температуры на поведение АП. 93

4.4. Влияние поляризующего напряжения на динамические характеристики АП . 99

5. Разработка АП для решения конкретных задач аналитического контроля водорода . 103

5.1. Разработка элементной базы для АП. 103

5.2. АП для измерения водорода в жидкостях и газах. 104

5.3. АП для измерения водорода на АЭС. 108

Выводы. 113

Литература. 115

Приложения 124

Введение к работе

Аналитический контроль водорода необходим для эффективного решения разнообразных научных и практических задач в различных областях народного хозяйства. В теплоэнергетике оперативный и производственный контроль водорода необходим для оценки интенсивности процессов высокотемпературной коррозии котлов и турбин, сопровождающихся отклонением его массовой концентрации от «нормы». Определение «чистоты» и обнаружение «утечек» водорода в электролизных, генераторах с водородным охлаждением и в воздухе промышленной зоны необходимо проводить с целью обеспечения пожаровзрывобезопасных условий производства. Особенно остро стоит задача определения водорода на АЭС. Циркуляция воды сопровождается высокой концентрацией водорода, доходящей до стехиометрических значений.

При аналитическом контроле Н2 считается общепризнанным его количество характеризовать парциальным давлением (рНг) или концентрацией (сН2). Создание таких средств наиболее предпочтительно осуществлять на базе электрохимических методов анализа веществ, которые в силу их высокой точности, чувствительности, селективности и экспрессности измерений в наилучшей степени отвечают данным задачам.

Основу электрохимических анализаторов водорода (ЭАВ) составляют амперометрические преобразователи (АП), которые трансформируют информацию о водородно-транспортных характеристиках (ВТХ) таких как диффузионная проводимость (Р) сред по водороду, удельный поток (Q) водорода, его коэффициенты растворимости (а) и диффузии (D) в электрические сигналы. По существу, свойствами АП определяются метрологические и эксплуатационные характеристики ЭАВ в целом. Поэтому, основное внимание при разработке ЭАВ уделяется АП.

Основу таких средств могут составить амперометрические сенсоры (АС), предложенные Кларком. Несмотря на широкое распространение АС для задач аналитического контроля кислорода в газах и жидкостях, вопросы их проектирования для определения Н2 остаются мало изученными, и на стадии их разработки используют эмпирический подход. Такой путь неэффективен и трудоемок из-за многопараметричности задачи.

Базой для разработки АП должны быть научные основы их проектирования. Исследования в этом направлении составляют предмет настоящей диссертации.

Целью данной работы является разработка научных основ проектирования амперометрических преобразователей электрохимических анализаторов водорода для определения парциального давления и концентрации водорода и создание на их базе соответствующих методик измерения и технических средств.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ структурной схемы АП и выявить влияние параметров и характеристик его основных элементов на функциональные свойства и метрологические характеристики ЭАВ.

2. Провести теоретические исследования возможностей функционирования АП в режимах определения рНг, cH2 (Q, Р) и сформулировать условия, обеспечивающие реализацию этих режимов [92].

3. Получить соотношения, связывающие систематические погрешности измерений ВТХ с конструктивными параметрами АП, физико-химическими свойствами его основных элементов и условиями проведения измерений.

4. Провести теоретические и экспериментальные исследования электрохимического поведения АП и на их основе:

а) определить кинетические параметры окисления Н2, необходимые для проведения расчетных работ на стадии проектирования АП;

б) сформулировать требования к параметрам АП, физико-химическим свойствам его основных элементов и условиям проведения измерений, обеспечивающим повышенные метрологические характеристики ЭАВ;

в) разработать рекомендации для выбора состава раствора электролита.

5. Получить динамическую модель АП и на ее основе сформулировать требования к параметрам АП, обеспечивающим заданное быстродействие ЭАВ.

6. Экспериментально проверить теоретические положения и результаты расчетов.

7. Разработать на основе полученных результатов технические средства определения рН2 и сН2 в жидких и газообразных средах. На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Стационарные модели АП для неподвижных и перемешиваемых ) сред, учитывающие кинетику окисления молекулярного Н2, и наличие конвективного и межфазных сопротивлений массопереносу Н2.

2. Влияние конструктивных параметров и физико-химических свойств основных элементов АП на функциональные свойства ЭАВ и их метрологические характеристики. Методики расчета основных параметров АП.

3. Особенности электрохимического поведения АП.

4. Динамическая модель АП с фиксированным слоем анализируемой жидкости, учитывающая скорость электрохимической реакции окисления молекулярного Н2 на поверхности ИЭ. Влияние параметров АП на динамические характеристики ЭАВ.

5. Разработка АП для анализатора водорода марки АВП.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований амперометрических преобразователей были получены следующие результаты, представляющие научную новизну:

1. Разработана стационарная модель АП. На ее основе сформулированы требования к параметрам АП, обеспечивающим заданные метрологические характеристики ЭАВ.

2. На основе модельных представлений показаны возможности практической реализации АП, работающих в режимах рН2 и сН2.

3. Получены соотношения для систематических погрешностей измерений рН2 и сН2. Проанализированы их источники и предложена методика расчета параметров АП, обеспечивающих заданные функциональные свойства и метрологические характеристики ЭАВ.

4. Получена трехслойная динамическая модель АП, учитывающая кинетику окисления молекулярного Н2, конструктивные параметры и физико-химические характеристики основных элементов АП. На ее основе сформулированы требования к параметрам АП, обеспечивающим заданное быстродействие ЭАВ.

5. В результате экспериментальных исследований АП впервые выявлены особенности их электрохимического поведения. Получены кинетические характеристики окисления Н2 на микроанодах, необходимые для проектирования АП.

И практическую ценность:

1. На основе исследований, проведенных в диссертационной работе, разработано и внедрено на производстве несколько модификаций АП для определения рН2 и сН2 в жидких и газообразных средах.

2. Возможность применения разработанных математических моделей для расчета оптимальных параметров АП с требуемыми функциональными и метрологическими характеристиками.

3. ЭАВ на основе разработанных АП нашли применение в различных областях народного хозяйства: теплоэнергетике, химической промышленности, научно-исследовательских лабораториях и других областях.

Основные положения работы и отдельные ее результаты были доложены и обсуждены:

- на VIII, IX, X международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА», Москва, 2002, 2003 и 2004 г.г.;

- на II и III научно-техническом совещании «Проблемы и перспективы развития химического и радиохимического контроля в атомной энергетике», г. Сосновый бор, 2004 и 2005 г.г.; 

Принципиальная схема АЛ

Принципиальная схема АП типа «электрод Кларка» представлена на рис. 1.3. Он состоит из корпуса 1 с раствором электролита 2, в которой погружены измерительный 4 и вспомогательный 7 электроды, расположенные соответственно в торцевой и на боковой поверхностях изолятора 3. Электродная система изолирована от анализируемой среды газопроницаемой мембраной 5. Между торцевой поверхностью изолятора 3 и газопроницаемой мембраной 5 зафиксирован тонкий слой 6 раствора электролита. АП работает следующим образом. Измерительный 4 и вспомогательный 7 электроды поляризуют напряжением достаточным для протекания электрохимической реакции окисления молекулярного Н2. Эта реакция протекает по следующей схеме [22, 23] Если разность потенциалов, приложенная к электрохимической ячейке, или разность стандартных потенциалов используемых электродов (случай гальванического элемента), соответствует участку предельного диффузионного тока, то cH2 на поверхности ИЭ падает до нуля и Н2 из анализируемой среды под действием градиента активности диффундирует сквозь газопроницаемую мембрану 5 и слой 6 раствора электролита в зону электрохимической реакции, где происходит его окисление. Это приводит к возникновению тока во внешней цепи АП, функционально связанного с потоком Н2, направленным к поверхности ИЭ. Так как величина этого потока прямо пропорциональна рН2 в анализируемой среде, то измерения проводимые с помощью АП было принято связывать с величиной рН2. Анализ известных конструкций АПрН2 показывает, что принципы их построения однотипны, а их метрологические характеристики, в основном, определяются конструктивными параметрами и физико-химическими свойствами элементов АП. Мембрану можно определить как селективно проницаемый барьер между двумя гомогенными фазами. Молекула или частица транспортируется через мембрану из одной фазы в другую, потому что на эту молекулу или частицу действует сила.

Степень действия этой силы определяется градиентом потенциала или, приближенно, разностью потенциалов до и после мембраны (АХ), деленной на толщину мембраны (I), т. е. движущая сила = АХ/1 [Н/моль] В мембранных процессах наибольшую роль играют две основные разности потенциалов: разность химических потенциалов (Ац) и разность электрических потенциалов (А) (электрохимический потенциал есть сумма химического и электрического потенциалов). Существуют и другие возможные силы, такие, как магнитные поля, центробежные поля и гравитация. При пассивном транспорте компоненты или частицы переносятся от высокого потенциала к низкому потенциалу. Движущей силой является градиент потенциала (АХ/Ах). Вместо дифференциалов часто бывает удобнее использовать разности (АХ/Ах « АХ/Ах). Средняя движущая сила (FavQ) равна разности потенциалов до и после мембраны, деленной на толщину мембраны: В отсутствие внешних сил система достигнет равновесия, когда разность потенциалов станет равной нулю. После установления стационарного состояния, когда движущая сила сохраняется постоянной, будет возникать постоянный поток через мембрану.

Между потоком (J) и движущей силой (X) существует отношение пропорциональности, т. е. (поток , J) = (коэффициент пропорциональности А)-(движущая сила X) Примером такого линейного соотношения является закон Фика, который связывает массовый поток с разностью концентраций. Транспорт через мембрану имеет место, когда движущие силы (т. е. разность химических потенциалов или разность электрических потенциалов) действуют на индивидуальные компоненты в системе. Разность потенциалов возникает как результат различия давлений, концентраций, температур или электрических потенциалов. Мембранные процессы, включающие разность электрических потенциалов, встречаются в электродиализе и связанных с ним процессах. Природа этих процессов отличается от природы процессов, включающих разность давлений или концентраций в качестве движущей силы, так как электрическое поле влияет только на заряженную молекулу или ион.Болыиинство транспортных процессов происходит вследствие разности химических потенциалов. В изотермических условиях (постоянная Т) в химический потенциал компонента і дают вклад давление и концентрация согласно уравнению Первое слагаемое правой части (и.;0) является константой. Концентрация или состав учитывается в слагаемых, содержащих активность а;. Таким образом выражается неидеальность: at = ГІХІ где уі — коэффициент активности, а Х; — мольная доля. В разности химических потенциалов Дц; - может быть выделено слагаемое, характеризующее изменения состава и давления согласно

Исследование динамической модели АП

Предлагается трехслойная модель АП, учитывающая кинетику окисления молекулярного водорода Нг на поверхности плоского ИЭ. На основе ее анализа исследуются влияния кинетического сопротивления и параметров основных элементов АП на их динамические характеристики (ДХ); разрабатываются рекомендации для выбора параметров и материалов основных элементов АП, обеспечивающих требуемые динамические свойства ЭАВ. При построении этой модели будем исходить из предпосылок принятых при построении аналогичной стационарной модели (см. п. 2.1). За основу принимается расчетная схема АП (см. рис. 2.3а) с плоской формой ИЭ. Считаем, что размер ИЭ удовлетворяет условию незначительного влияния краевых эффектов на однородность линейного диффузионного поля. Процесс массопереноса Н2 в этих условиях описывается системой дифференциальных уравнений при следующих начальных и граничных условиях: Решение этой задачи проводится операционным методом [16, 18, 33, 40]. Переходя от системы (2.44-2.50) к ее изображению по Лапласу, получим систему обыкновенных дифференциальных уравнений: с граничными условиями: где S - функция комплексного переменного. Общее решение системы (2.51), (2.52) может быть записано в виде: где А;, В; - коэффициенты, являющиеся функциями комплексной переменной (S). Из решения линейной системы уравнений, полученной в результате подстановки (2.57) и (2.58) в условия (2.53 - 2.56) находим выражения для А\ и Bi (подобное решение см. п. 2.2) d(S) - главный определитель полученной системы уравнений (см. п. 2.2)

После подстановки уравнений (2.59), (2.60) в решения (2.57) и (2.58) получим изображение распределения (рН2)х в слое раствора электролита (рН 2)х = (S diS)) 1 -а2-а3- (рН2) (ах ch{ SIDx х)+ а.-к" - sh{jS/D1 )).2.61 Учитывая что d(S) имеет только вещественные корни, переход от изображения (2.61) к оригиналу может быть выполнен по теореме разложения [33], которая с учетом подстановки л/ = і /и дает На стадии проектирования АП выбор их параметров необходимо осуществлять с учетом ограничений, обеспечивающих требуемое быстродействие ЭАВ. Полученная динамическая модель (2.63) позволяет выявить влияние физико-химических свойств основных элементов АП, их конструктивных параметров и величины кинетического сопротивления на ДХАП. Величина кинетического сопротивления изменялось по закону RKJ=10(6+J), где j=l, 2, ...5 - номер кривой на рис. 2.8 и рис. 2.9. Из анализа полученных зависимостей J/Jt=ao от т (рис. 2.8, 2.9) следует важный вывод о том, что для улучшения динамических характеристик АП необходимо обеспечить условия их работы в режиме диффузионных ограничений. Кроме того, функционирование АП в режиме диффузионных ограничений позволяет добиться высокой точности, стабильности и достоверности измерений. Наиболее сильное влияние на ДХ АП оказывают физико-химические свойства и конструктивные параметры того элементарного звена, в котором сопротивление массопереносу Н2 является лимитирующим. Так как для АПрНг и АПсНг максимальные сопротивления массопереносу Н2 сосредоточены в газопроницаемой мембране и фиксированном слое --анализируемой жидкости (см. п. 2.1), то исследования ДХ будем проводить в зависимости от параметров этих элементарных звеньев. Влияние коэффициентов диффузии Н2 в газопроницаемой мембране (АПрН2) и фиксированном слое анализируемой жидкости (АПсН2) на ДХ АП показано на рис. 2.10 и 2.11 соответственно.

Расчет ДХ проводился по уравнению (2.63). Влияние коэффициентов растворимости Н2 в газопроницаемой мембране (АПрН2) и фиксированном слое анализируемой жидкости (АПсН2) на ДХ АП показано на рис. 2.12 и 2.13 соответственно. Расчет ДХ проводился по уравнению (2.63). Из анализа полученных ДХ АП (см. рис. 2.10 - 2.13) можно сделать следующие выводы: - наиболее сильное влияние на ДХ АП оказывают коэффициенты диффузии Н2 в газопроницаемой мембране (АПрН2) и фиксированном слое анализируемой среды (АПсН2); влияние коэффициентов растворимости Н2 в этих средах на ДХ соответствующих АП незначительно; - для повышения быстродействия АПрН2 целесообразно применять относительно тонкие газопроницаемые мембраны с высоким коэффициентом диффузии Н2 и низким коэффициентом его растворимости, при этом параметры АПрН2 должны удовлетворять условиям min 5(рН2) и min(Jr-J)/J (см. п. 2.1); - для повышения быстродействия АПсН2 целесообразно фиксацию анализируемой жидкости осуществлять в тонких пористых подложках с низким значением коэффициента пористости , при этом параметры АПсН2 должны удовлетворять условию min 5(сН2) (см. п. 2.1); - на стадии проектирования АП для оценки их динамических свойств можно использовать величину характерного времени диффузии (S2/D).

Влияние кинетических параметров анализируемой среды на поведение АП

Как сообщалось в 2.1, при измерениях парциального давления водорода в жидкостях возникают диффузионные ошибки. Природа подобных объясняется тем, что диффузия водорода к сенсору в жидкостях затруднена по сравнению с газами, вследствие меньшего коэффициента диффузии. Изучение влияния кинетических параметров анализируемой среды проводится на установке, представленной на рис. 3.2. На рис. 4.5 представлена зависимость показаний вторичного преобразователя от концентрации водорода в сосуде 1 (см. рис. 3.2) в газе и в воде. Из рис. 4.5 видно, что показания вторичного преобразователя при измерениях водорода в воде ниже, чем показания в газовой фазе. Что свидетельствует о наличии диффузионной ошибки. Как показали экспериментальные данные, величина подобной ошибки зависит от параметров АП и не зависит от концентрации водорода. В данном случае в качестве газопроницаемой мембраны использовался полиэтилентерафталат толщиной 25 мкм. При таком выборе параметров АП диффузионная ошибка составляет 2%. Величина диффузионной ошибки может быть учтена Одной из важной задачей является обеспечение независимости сигнала АП от температуры. Для этого необходимо изучить влияние температуры на сигнал АП. Температурные исследования проводятся на установке, показанной на рис. 3.5. Сенсор устанавливается в сосуд 2, заполненным водородосодержащей газовой смесью и термостатируется при помощи термостата 1. Температурные исследования проводятся в диапазоне температур от 5 до 50 С. На рис. 4.6 представлена зависимость влияния температуры на ток АП - кривая 1.

Эта зависимость аппроксимируется уравнением вида После чего, при помощи вторичного преобразователя, ток АП подвергается математическому умножению зависимостью обратной 4.1. Тем самым ток АП термокомпенсируется. Эффективность работы термокомпенсации показана на рис. 4.6 кривая 2. Согласно экспериментальным данным среднеквадратичное отклонение не превышает 0,05 Об.%, что говорит о высокой эффективности работы термокомпенсации. На зависимость тока АП от температуры преимущественно влияет газопроницаемая мембрана [10, 12]. Температурный коэффициент b зависит от материала газопроницаемой мембраны и не зависит от ее толщины [10, 12]. Поэтому на стадии проектирования АП достаточно определить -температурный коэффициент для конкретного материала газапроницаемой мембраны. Вторым требованием к термостабильности АП является введение зависимости растворимости водорода в жидкости от температуры. В теплоэнергетике анализируемой средой является питательная вода. Данные по растворимости водорода в дистиллированной воде представлены в приложении 3. Эти данные аппроксимируются уравнением вида: При измерении концентрации растворенного водорода в воде, сигнал АП подвергается второй термокомпенсации. Для этого производится математическое умножение тока АП и зависимости обратной 4.2. При анализе растворенного водорода в жидкости с неизвестной растворимостью, используется АП работающий в области концентратомера (см. п. 2.1).

При анализе концентрации растворенного водорода в жидкости с известной растворимостью, ток АП подвергается термокомпенсации, с температурным коэффициентом Ьь характеризующим данную среду. Экспериментальные исследования второй термокомпенсации проводятся на установке, представленной на рис. 3.5. Для этого сосуд 2 заполняется дистиллированной водой и ставится на электромагнитную мешалку. Для насыщения воды водородом используется азотно-водородная поверочная газовая смесь. После насыщения сосуд устанавливается в термостат 1, где происходит его нагрев от 5 до 50 С. На рис. 4.7 показана эффективность работы второй термокомпенсации. Кривой 1 показана теоретическая зависимость растворимости водорода в воде от температуры. Кривой 2 показаны экспериментальные данные при --таком же парциальном давлении водорода в воде. Согласно экспериментальным данным максимальное отклонение показаний вторичного преобразователя от теоретических значений при данном парциальном давлении водорода не превышает 1 мкг/л, что говорит о высокой точности работы второй термокомпенсации. В ходе исследований температурных характеристик АП было выявлено влияние температуры на ток АП в условиях отсутствия водорода в анализируемой среде. На рис. 4.8 представлена экспериментальная зависимость тока сенсора от температуры. Как видно из графика погрешность при измерениях малых (0,1 - 0,5 06.%) концентраций водорода В условиях переменной температуры может достигать +0,4 Об.%. Поэтому, для таких условий измерений, необходимо вводить коррекцию на температурные характеристики самого АП. Такое поведение АП объясняется разложением водного раствора электролита [12, 42] соляной кислоты. В результате чего в растворе электролита образуются молекулы водорода, окисление которых приводит к возникновению тока деполяризации в цепи. В результате исследований температурных характеристик было изучено влияние температуры на ток АП при анализе, как в газах, так и в жидкостях. В ходе исследований была выявлена температурная зависимость самого АП, что особенно важно при измерении малых концентраций водорода. Одним из важных выводов является влияние на температурные характеристики АП материала газопроницаемой мембраны и отсутствие влияния ее толщины, что упрощает исследования на стадии проектирования АП.

Влияние поляризующего напряжения на динамические характеристики АП

Анализ литературных данных [22] показал, что процесс окисления водорода протекает при потенциалах от 300 до 600 мВ. Исходя из требований предъявляемых к АП работающему в режиме рН2 (см. 2.1), необходимо обеспечить работу АП в области диффузионных ограничений. Для этого поляризующее напряжение, подаваемое на ИЭ, должно обеспечивать предельный диффузионный ток. В виду широкого диапазона возможных напряжений необходимо изучить влияние поляризующего напряжения на поведение АП. Для этого используется установка, представленная на рис. 3.4.

АП устанавливается в чистый водород и изучается влияние поляризующего напряжения на динамические характеристики. Динамические характеристики АП при разных поляризующих напряжениях представлены на рис. 4.9. Определение оптимального значения поляризующего напряжения, обеспечивающего предельный диффузионный ток, производится по максимуму первой производной. В этом случае скорость нарастания сигнала АП будет лимитироваться скоростью диффузии водорода через газопроницаемую мембрану. На рис. 4.10 представлена первая производная динамической характеристики. Из графика видно, что при поляризующем напряжении 500 мВ первая производная максимальна. В результате проведенных экспериментальных исследований было изучено влияние внутренних параметров АП на статические и динамические характеристики. Результаты экспериментальных исследований показали хорошую адекватность математическим моделям. Это говорит о том, что данная математическая модель может быть применима для проектировки АП с требуемыми функциональными свойствами, как для определения --концентрации водорода, так и для определения парциального давления водорода. Кроме этого было изучено влияние температуры на поведение АП при различных условиях измерений. Для обеспечения независимости сигнала АП от температуры была предложена система термокомпенсации.

Также было выявлено, что сигнал АП не зависит от расхода анализируемой среды в широком диапазоне. Что свидетельствует о правильности выбора параметров АП и применение стабилизатора расхода не требуется. Полученные в настоящей диссертационной работе результаты были использованы при разработке АП, входящих в комплекты анализаторов АВП-01 и АВП-02, а также разработке соответствующих инструментальных методик. За основу при проектировании АПрН2 были приняты результаты, полученные в настоящей диссертационной работе. Параметры и материалы основных элементов АПрН2 выбирались исходя из расчетных соотношений, полученных при анализе математической модели АП. В качестве раствора электролита был выбран раствор соляной кислоты концентрации 0,1 моль. Раствор электролита приготавливался в виде геля, это позволило уменьшить его саморазложение. Параметры и основные технические характеристики АПрН2 приведены в табл. 5.1. ЭАВ построенные на базе АПрН2 могут использоваться для контроля микрограммовых количеств растворенного водорода, образующегося в процессах высокотемпературной коррозии технологического оборудования, обнаружения «утечек» водорода в системах охлаждения генераторов, в электролизных и в воздухе промышленной зоны. ЭАВ могут быть использованы в автоматизированных системах управления химико-технологическими процессами подготовки воды на ТЭЦ, ГРЭС, в теплосетях, котельных и других учреждениях топливно-энергетического и военно-промышленного комплексов, в химической и нефтяной промышленности. Разработанные АПрН2 имеют отличительные особенности от существующих АП: 1. Разработанная математическая модель позволила выбрать оптимальные параметры АП, что благоприятно сказалось на метрологических характеристиках 2. Благодаря оптимально выбранным параметрам АП, потребление, в процессе измерения, водорода самим АП минимально, что особенно важно при анализе низких концентраций Н2. 3. Анализ структурной схемы АП позволил исключить влияние скорости потока анализируемой жидкости или газа на показания ЭАВ.

Похожие диссертации на Исследование и разработка газоселективного электрохимического сенсора для анализа водорода в жидкостях и газах в теплоэнергетике