RU2124718C1 - Analyzer for selective determination of hydrogen in air - Google Patents
Analyzer for selective determination of hydrogen in air Download PDFInfo
- Publication number
- RU2124718C1 RU2124718C1 RU97110725A RU97110725A RU2124718C1 RU 2124718 C1 RU2124718 C1 RU 2124718C1 RU 97110725 A RU97110725 A RU 97110725A RU 97110725 A RU97110725 A RU 97110725A RU 2124718 C1 RU2124718 C1 RU 2124718C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- sensor
- analyzer
- gas
- cuo
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для селективного определения содержания H2 в различных газовых смесях в космической, горно-рудной и других отраслях промышленности, в частности в криогенной технике.The invention relates to the field of gas analysis and can be used to selectively determine the content of H 2 in various gas mixtures in space, mining and other industries, in particular in cryogenic technology.
Известен [1] датчик для определения содержания H2 в газах, содержащий керамическую подложку, на которую нанесены нагреватель, металлические контакты для измерения проводимости и чувствительный слой на основе In2O3. При подаче H2 изменяется проводимость чувствительного слоя датчика в результате хемосорбции H2 на поверхности In2O3.Known [1] is a sensor for determining the content of H 2 in gases, containing a ceramic substrate on which a heater is applied, metal contacts for measuring conductivity and a sensitive layer based on In 2 O 3 . When H 2 is supplied, the conductivity of the sensor sensitive layer changes as a result of H 2 chemisorption on the In 2 O 3 surface.
Однако указанный датчик не является селективным по отношению к H2 и при попадании в смесь других газов (CO, CH4, C3H8, C4H10) также изменяет свою проводимость в результате их хемосорбции. Кроме того, поскольку датчик работает при температуре 100oC, он требует периодической регенерации.However, this sensor is not selective with respect to H 2 and when other gases (CO, CH 4 , C 3 H 8 , C 4 H 10 ) enter the mixture, it also changes its conductivity as a result of their chemisorption. In addition, since the sensor operates at a temperature of 100 o C, it requires periodic regeneration.
Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является анализатор состава газа [2], содержащий корпус, каналы для ввода и вывода газов, прерыватель потока и полупроводниковый чувствительный элемент, содержащий непроводящую подложку с нанесенными на нее нагревателем, контактами для измерения проводимости и чувствительным слоем на основе ZnO, модифицированной металлическим Zn. Однако указанный анализатор не позволяет селективно определять концентрацию H2 в смеси газов, поскольку чувствительный элемент на основе модифицированной ZnO реагирует на появление в смеси O2 и H2O, а помещенный в корпусе анализатора прерыватель газового потока пропускает как H2, так и другие газы.The closest in technical essence to the present invention is a gas composition analyzer [2], containing a housing, channels for input and output of gases, a flow interrupter and a semiconductor sensitive element containing a non-conductive substrate with a heater deposited on it, contacts for measuring conductivity and a sensitive layer on ZnO based, modified with metallic Zn. However, this analyzer does not allow selective determination of the concentration of H 2 in the gas mixture, since the sensitive element based on modified ZnO reacts to the appearance of O 2 and H 2 O in the mixture, and the gas flow interrupter placed in the analyzer body passes both H 2 and other gases .
Техническая задача настоящего изобретения состоит в повышении селективности, чувствительности и быстродействия анализатора, а также расширении динамического диапазона при определении концентрации H2.The technical task of the present invention is to increase the selectivity, sensitivity and speed of the analyzer, as well as expanding the dynamic range when determining the concentration of H 2 .
Технический результат при осуществлении заявленного устройства заключается в том, что корпус анализатора разделен на две камеры: камеру измерений и камеру анализа, между которыми размещена полимерная диффузионная мембрана, селективно пропускающая H2 и не пропускающая другие газы (O2, H2O), при этом камера измерений продувается газом, не содержащим H2, а полупроводниковый датчик выполнен на основе In2O3, модифицированной 1 -10 вес.% CuO.The technical result in the implementation of the claimed device is that the analyzer body is divided into two chambers: a measurement chamber and an analysis chamber, between which a polymer diffusion membrane is placed that selectively passes H 2 and does not pass other gases (O 2 , H 2 O), this measurement chamber is purged with a gas not containing H 2 , and the semiconductor sensor is made on the basis of In 2 O 3 , modified 1-10 wt.% CuO.
Сравнительный анализ с прототипом показал, что заявленное устройство, отличающееся признаками, включающими размещение полупроводникового датчика в отдельную камеру, изолированную от камеры анализа полимерной диффузионной мембраной, селективно пропускающей H2, и продуваемую газом, его не содержащим, а также включающий выполнение датчика на основе In2O3, модифицированной добавками CuO, соответствует критерию охраноспособности изобретения "новизна".A comparative analysis with the prototype showed that the claimed device, characterized by features including the placement of a semiconductor sensor in a separate chamber, isolated from the analysis chamber by a polymer diffusion membrane, selectively transmitting H 2 , and purged with a gas that does not contain it, and also including the implementation of the sensor based on In 2 O 3 modified with CuO additives meets the eligibility criteria of the “novelty” invention.
Сопоставление с уровнем техники показало, что в заявленном техническом решении результат получается за счет отличительных признаков, не вытекающих явным образом из известных технических решений, что соответствует критерию охраноспособности изобретения "изобретательский уровень". Comparison with the prior art showed that in the claimed technical solution, the result is obtained due to distinctive features that do not explicitly follow from the known technical solutions, which meets the eligibility criteria of the invention "inventive step".
На фиг. 1 показана схема предложенного анализатора. Корпус анализатора для селективного определения концентрации H2 в газах содержит: камеру измерений (1), селективный датчик H2 (2) на основе In2O3, модифицированный CuO (1 - 10 вес.%), полимерную диффузионную мембрану (3), размещенную между камерой измерений (1) и камерой анализа (4), снабженными патрубками (5) для подачи газов.In FIG. 1 shows a diagram of the proposed analyzer. The analyzer case for selective determination of the concentration of H 2 in gases contains: a measurement chamber (1), a selective H 2 sensor (2) based on In 2 O 3 , modified CuO (1 - 10 wt.%), A polymer diffusion membrane (3), placed between the measurement chamber (1) and the analysis chamber (4), equipped with nozzles (5) for supplying gases.
Анализатор работает следующим образом. В камеру измерений (1) со скоростью 20 см3/мин подается газ, не содержащий H2, а в камеру анализа (4) подается анализируемая смесь, содержащая H2, при этом измеряется изменение относительной проводимости датчика (σ/σo), обусловленное хемосорбцией H2.The analyzer works as follows. A gas not containing H 2 is supplied to the measurement chamber (1) at a speed of 20 cm 3 / min, and an analyzed mixture containing H 2 is supplied to the analysis chamber (4), while the change in the relative conductivity of the sensor (σ / σ o ) is measured, due to chemisorption of H 2 .
На фиг. 2 для сравнения представлены калибровочные кривые датчика на основе In2O3/CuO при подаче H2 в инертный газ в отсутствие мембраны (кривая 1) и при ее размещении между камерами измерения и анализа (кривая 2), а также при подаче в эту смесь 5,5 об.% O2 и 55 отн.% H2O (кривая 3). Подача O2 и H2O в анализируемую смесь (кривые 2 и 3) практически не влияет на сигналы датчика, что подтверждает высокую селективность анализатора.In FIG. Figure 2 shows, for comparison, the calibration curves of the sensor based on In 2 O 3 / CuO when feeding H 2 into an inert gas in the absence of a membrane (curve 1) and when it is placed between the measurement and analysis chambers (curve 2), as well as when feeding into this mixture 5.5 vol.% O 2 and 55 rel.% H 2 O (curve 3). The supply of O 2 and H 2 O to the analyzed mixture (
На фиг. 2 видно также, что в отсутствие мембраны в корпусе анализатора (кривая 1) сигналы датчика почти не разрешимы при концентрации H2 в смеси выше 1 об.%. При наличии мембраны (кривые 2 и 3) динамический диапазон измерения концентрации H2 расширяется до 41,5 об.%, т.е. до предела взрывоопасных концентраций. Таким образом, размещение мембраны в корпусе анализатора позволяет существенно расширить динамический диапазон определения концентрации H2 в смеси. Из фиг. 2 видно также, что при наличии полимерной диффузионной мембраны в анализаторе сигналы датчика от воздействия H2 уменьшаются более чем в 100 раз (кривые 1 и 2). В связи с этим при выборе материала чувствительного слоя датчика существенное значение имеет его чувствительность к H2. Использование датчика на основе In2O3, модифицированной добавками CuO (1 - 10 вес.%), позволяет повысить чувствительность и быстродействие анализатора, а также селективность самого датчика.In FIG. 2 also shows that in the absence of a membrane in the analyzer case (curve 1), the sensor signals are almost insoluble at a concentration of H 2 in the mixture above 1 vol.%. In the presence of a membrane (
На фиг. 3 представлены кинетические кривые сигналов датчиков в инертном газе и при подаче H2 и O2 при отсутствии в корпусе анализатора мембраны. Из фиг.3 видно, что модификация материала чувствительного слоя датчика добавками CuO (1 - 10 вес.%) приводит к увеличению его чувствительности более чем в 10 раз (кривые 1 и 2). Кроме того, релаксация сигнала датчика на основе In2O3/CuO к начальному значению относительной проводимости при выключении подачи H2 происходит значительно быстрее по сравнению с датчиком на основе чистого In2O3 (30 и 120 сек соответственно), т.е. модификация датчика In2O3 добавками CuO позволяет существенно повысить быстродействие анализатора.In FIG. Figure 3 shows the kinetic curves of the sensor signals in an inert gas and when H 2 and O 2 are supplied in the absence of a membrane in the analyzer case. Figure 3 shows that the modification of the material of the sensitive layer of the sensor with CuO additives (1 - 10 wt.%) Leads to an increase in its sensitivity by more than 10 times (
Из сравнения кривых 1 и 3 на фиг. 3 видно также, что предлагаемая модификация датчика существенно повышает селективность самого датчика по отношению к H2 по сравнению с O2. Величины сигналов датчика для H2 и O2 в сравнимых условиях различаются почти в 100 раз.From a comparison of
Таким образом, выбор предложенной конструкции анализатора с размещением в отдельной камере датчика, изолированной от камеры анализа полимерной диффузионной мембраной, селективно пропускающей H2, а также выбор материала самого датчика на основе In2O3, модифицированной добавками CuO (1 - 10 вес. %), позволяют повысить селективность, чувствительность и быстродействие предлагаемого анализатора и расширить его динамический диапазон в определении H2 и тем самым решить поставленную техническую задачу.Thus, the choice of the proposed analyzer design with a sensor placed in a separate chamber isolated from the analysis chamber by a polymer diffusion membrane selectively transmitting H 2 , as well as the choice of the sensor material based on In 2 O 3 modified with CuO additives (1 - 10 wt.% ), allow to increase the selectivity, sensitivity and speed of the proposed analyzer and to expand its dynamic range in the determination of H 2 and thereby solve the technical problem.
Источники информации
1. Патент Великобритании N 1526751, 1978.Sources of information
1. British patent N 1526751, 1978.
2. Авторское свидетельство СССР N 596870, G 01 N 27/00, 1976. 2. USSR author's certificate N 596870, G 01 N 27/00, 1976.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97110725A RU2124718C1 (en) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | Analyzer for selective determination of hydrogen in air |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97110725A RU2124718C1 (en) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | Analyzer for selective determination of hydrogen in air |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2124718C1 true RU2124718C1 (en) | 1999-01-10 |
RU97110725A RU97110725A (en) | 1999-05-20 |
Family
ID=20194582
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97110725A RU2124718C1 (en) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | Analyzer for selective determination of hydrogen in air |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2124718C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001079826A1 (en) * | 2000-04-14 | 2001-10-25 | Kutiev, Anatoly Anatolieivich | Method for selective determination of the concentration of detrimental impurities and device for carrying out said method |
RU2517947C1 (en) * | 2008-09-15 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Hydrogen sensor in liquid and gas media |
WO2016099330A1 (en) * | 2014-12-15 | 2016-06-23 | Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" | Sensor for sensing hydrogen in gaseous media |
RU181283U1 (en) * | 2017-11-09 | 2018-07-09 | Александр Сергеевич Ильин | SEMICONDUCTOR HYDROGEN SENSOR OPERATING AT ROOM TEMPERATURE |
-
1997
- 1997-06-25 RU RU97110725A patent/RU2124718C1/en active
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001079826A1 (en) * | 2000-04-14 | 2001-10-25 | Kutiev, Anatoly Anatolieivich | Method for selective determination of the concentration of detrimental impurities and device for carrying out said method |
RU2517947C1 (en) * | 2008-09-15 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Hydrogen sensor in liquid and gas media |
WO2016099330A1 (en) * | 2014-12-15 | 2016-06-23 | Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" | Sensor for sensing hydrogen in gaseous media |
RU2602757C2 (en) * | 2014-12-15 | 2016-11-20 | Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" | Hydrogen sensor in gaseous media |
EA032157B1 (en) * | 2014-12-15 | 2019-04-30 | Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" | Sensor for sensing hydrogen in gaseous media |
RU181283U1 (en) * | 2017-11-09 | 2018-07-09 | Александр Сергеевич Ильин | SEMICONDUCTOR HYDROGEN SENSOR OPERATING AT ROOM TEMPERATURE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5304294A (en) | Method and apparatus for sensing nox | |
GB2030305A (en) | Protective shield having omni-directional diverter for sensing means | |
JPS55166040A (en) | Air fuel ratio detector | |
US5055266A (en) | Method for detecting toxic gases | |
US4956073A (en) | Method to make microcavities and its application to an electrochemical sensor | |
RU2124718C1 (en) | Analyzer for selective determination of hydrogen in air | |
Ryce et al. | An ionization gauge detector for gas chromatography | |
EP1025438B1 (en) | Combustibility monitor and monitoring method | |
US3718434A (en) | Apparatus and method for detecting gaseous contaminants | |
SU890993A3 (en) | Method of determining content of organic substances in gases | |
US4169708A (en) | Method and apparatus for gas analysis | |
JPH07506905A (en) | Method for detecting gas components and/or gas concentration of gas mixture | |
US3771960A (en) | Gas analyzer | |
US4388155A (en) | Solid sensor for anhydrides | |
US2901329A (en) | Combustibles detector for gas chromatography | |
JPS57147049A (en) | Oxygen sensor element | |
Abdurakhmanov et al. | Metrological parameters of semiconductor sensors of hydrogen sulfide SCS-H2S with membrane coatings based on tungsten and copper oxides | |
WO1999001755A1 (en) | Apparatus and method for measuring the composition of gases using ionically conducting electrolytes | |
RU2132551C1 (en) | Gas sensor operating process | |
US4304752A (en) | Detection of tracer materials in the atmosphere | |
US4663017A (en) | Combustibles sensor | |
GB1499775A (en) | Coulometric detectors | |
Boček et al. | Effect of pressure on the performance of the flame ionization detector | |
SU1114354A3 (en) | Through-flow electrochemical analyzer for reaction gas mixture | |
JPS5690256A (en) | Oxygen density detector for exhaust gas of automobile |