RU2124718C1 - Analyzer for selective determination of hydrogen in air - Google Patents

Analyzer for selective determination of hydrogen in air Download PDF

Info

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
Application number
RU97110725A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97110725A (en
Inventor
Н.В. Рыльцев
Л.А. Гнездилова
Э.Е. Гутман
Original Assignee
Научно-исследовательский физико-химический институт им.Л.Я.Карпова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский физико-химический институт им.Л.Я.Карпова filed Critical Научно-исследовательский физико-химический институт им.Л.Я.Карпова
Priority to RU97110725A priority Critical patent/RU2124718C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2124718C1 publication Critical patent/RU2124718C1/en
Publication of RU97110725A publication Critical patent/RU97110725A/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

FIELD: analytical technics. SUBSTANCE: application area: space, mining, and other industries, in particular, cryogenic engineering. Analyzer contains casing, gas-inlet and gas-outlet canals, and semiconductor sensor based on In2O3 modified with CuO additives. Sensor is placed in individual chamber separated from analysis chamber by polymer diffusion membrane selectively passing hydrogen and being blown with gas containing no hydrogen. EFFECT: increased selectivity with regard to hydrogen. 3 dwg

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 (curves 2 and 3) practically does not affect the sensor signals, which confirms the high selectivity of the analyzer.

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 (curves 2 and 3), the dynamic range for measuring the concentration of H 2 expands to 41.5 vol.%, I.e. to the limit of explosive concentrations. Thus, the placement of the membrane in the analyzer body allows you to significantly expand the dynamic range for determining the concentration of H 2 in the mixture. From FIG. Figure 2 also shows that in the presence of a polymer diffusion membrane in the analyzer, the sensor signals from exposure to H 2 decrease by more than 100 times (curves 1 and 2). In this regard, when choosing the material of the sensitive layer of the sensor, its sensitivity to H 2 is essential. The use of a sensor based on In 2 O 3 modified with CuO additives (1–10 wt.%) Makes it possible to increase the sensitivity and speed of the analyzer, as well as the selectivity of the sensor itself.

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 (curves 1 and 2). In addition, the relaxation of the sensor signal based on In 2 O 3 / CuO to the initial value of the relative conductivity when the H 2 feed is switched off is much faster compared to the sensor based on pure In 2 O 3 (30 and 120 sec, respectively), i.e. modification of the In 2 O 3 sensor with CuO additives can significantly increase the analyzer performance.

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 curves 1 and 3 in FIG. 3 it is also seen that the proposed sensor modification significantly increases the selectivity of the sensor itself with respect to H 2 compared to O 2 . The values of the sensor signals for H 2 and O 2 in comparable conditions differ by almost 100 times.

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)

Анализатор селективного определения водорода в газах, содержащий корпус, каналы для ввода и вывода газов и полупроводниковый датчик, содержащий непроводящую керамическую подложку с нанесенными на нее нагревателем, контактами для измерения проводимости и чувствительным слоем, отличающийся тем, что полупроводниковый датчик помещен в отдельную камеру, изолированную от камеры анализа полимерной диффузионной мембраной, селективно пропускающей водород, и продуваемую анализируемым газом, не содержащим водорода, а сам датчик выполнен на основе In2O3, модифицированной добавками CuO в количестве 1 oC 10 вес.%.An analyzer for the selective determination of hydrogen in gases, comprising a housing, channels for inputting and outputting gases, and a semiconductor sensor, comprising a non-conductive ceramic substrate with a heater deposited thereon, conductivity measuring contacts and a sensitive layer, characterized in that the semiconductor sensor is placed in a separate chamber, insulated from the analysis chamber by a polymer diffusion membrane that selectively transmits hydrogen and is purged with a hydrogen-free analyte gas, and the sensor itself is made on ove In 2 O 3, CuO-modified additives in an amount of 1 o C 10 wt.%.
RU97110725A 1997-06-25 1997-06-25 Analyzer for selective determination of hydrogen in air RU2124718C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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