RU2724892C1 - Способ контроля паров компонентов жидкого ракетного топлива в воздухе на основе полупроводниковых газочувствительных сенсоров - Google Patents
Способ контроля паров компонентов жидкого ракетного топлива в воздухе на основе полупроводниковых газочувствительных сенсоров Download PDFInfo
- Publication number
- RU2724892C1 RU2724892C1 RU2019103522A RU2019103522A RU2724892C1 RU 2724892 C1 RU2724892 C1 RU 2724892C1 RU 2019103522 A RU2019103522 A RU 2019103522A RU 2019103522 A RU2019103522 A RU 2019103522A RU 2724892 C1 RU2724892 C1 RU 2724892C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sno
- sensors
- air
- components
- gas
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 239000003380 propellant Substances 0.000 title abstract 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 17
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical compound C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000002760 rocket fuel Substances 0.000 claims abstract description 14
- RHUYHJGZWVXEHW-UHFFFAOYSA-N 1,1-Dimethyhydrazine Chemical compound CN(C)N RHUYHJGZWVXEHW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- WFPZPJSADLPSON-UHFFFAOYSA-N dinitrogen tetraoxide Chemical compound [O-][N+](=O)[N+]([O-])=O WFPZPJSADLPSON-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 40
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 26
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 5
- ADCOVFLJGNWWNZ-UHFFFAOYSA-N antimony trioxide Inorganic materials O=[Sb]O[Sb]=O ADCOVFLJGNWWNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 12
- YEAUATLBSVJFOY-UHFFFAOYSA-N tetraantimony hexaoxide Chemical compound O1[Sb](O2)O[Sb]3O[Sb]1O[Sb]2O3 YEAUATLBSVJFOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 12
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 19
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 16
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 6
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 5
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical class NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 244000309464 bull Species 0.000 description 4
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WTDHULULXKLSOZ-UHFFFAOYSA-N Hydroxylamine hydrochloride Chemical compound Cl.ON WTDHULULXKLSOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 125000003187 heptyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KJPRLNWUNMBNBZ-QPJJXVBHSA-N (E)-cinnamaldehyde Chemical compound O=C\C=C\C1=CC=CC=C1 KJPRLNWUNMBNBZ-QPJJXVBHSA-N 0.000 description 1
- 229910021580 Cobalt(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 229940117916 cinnamic aldehyde Drugs 0.000 description 1
- KJPRLNWUNMBNBZ-UHFFFAOYSA-N cinnamic aldehyde Natural products O=CC=CC1=CC=CC=C1 KJPRLNWUNMBNBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L cobalt dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Co+2] GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt(II) nitrate Inorganic materials [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000335 cobalt(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- NBZBKCUXIYYUSX-UHFFFAOYSA-N iminodiacetic acid Chemical compound OC(=O)CNCC(O)=O NBZBKCUXIYYUSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229940046892 lead acetate Drugs 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- NDNVSJIXYFNRDR-UHFFFAOYSA-N n-methyl-n-(methylideneamino)methanamine Chemical compound CN(C)N=C NDNVSJIXYFNRDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000740 n-pentyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 238000005375 photometry Methods 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- QYHFIVBSNOWOCQ-UHFFFAOYSA-N selenic acid Chemical compound O[Se](O)(=O)=O QYHFIVBSNOWOCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013076 target substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
- G01N31/22—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using chemical indicators
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/22—Fuels; Explosives
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к cпособу контроля паров компонентов жидкого ракетного топлива в воздухе на основе полупроводниковых газочувствительных сенсоров, заключающемуся в том, что устанавливают для каждой примеси несимметричного диметилгидразина и тетраоксида азота соответствующую мощность нагрева газочувствительных сенсоров, через камеру с установленными аналитическими каналами с заданными мощностями нагрева пропускают определенный объем воздуха, измеряют напряжение на каждом сенсоре, обрабатывают результаты измеренных напряжений, определяют содержание паров компонентов жидких ракетных топлив в воздухе, характеризующемуся тем, что идентифицируют компоненты жидких ракетных топлив с помощью набора сенсоров в составе SnO:SbO:Ag, SnO:SbO:Ni, SnO:SbO:Fe и SnO:SbO:Zn, скомпонованных в мультисенсорную систему, управление которой осуществляется с помощью микропроцессора, нагревают сенсоры SnO:SbO:Ag, SnO:SbO:Zn, которые реагируют на наличие примеси тетраоксида азота в воздушном потоке, при подаче тока с мощностью 150 мВт, а сенсоры SnO:SbO:Ni, SnO:SbO:Fe, которые обнаруживают примеси несимметричного диметилгидразина при подаче тока с мощностью 350 мВт. Технический результат заключается в повышении достоверности контроля, чувствительности, селективности, стабильности за счет применения системы газочувствительных сенсоров (SnO:SbO:Ag, SnO:SbO:Ni, SnO:SbO:Fe и SnO:SbO:Zn), отсутствия дополнительных мероприятий, отсутствия использования расходных материалов при проведении контроля. 3 ил.
Description
Изобретение относится к ракетной технике, а именно к способам измерения паров компонентов жидкого ракетного топлива в воздухе, в частности, с использованием газоаналитических систем.
Толкование терминов, используемых в заявке.
Чувствительность - способность улавливать, отражать внешние воздействия, изменения (Ожегов С.И., Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка: 80000 слов и фразеологий выражений / РАН; Российский фонд культуры; - 2-е изд., испр. и доп. - М.: АЗЪ, 1994. - 928 с. стр. 876).
Достоверность - верность полученных значений, не вызывающая сомнений (Ожегов С.И., Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка: 80000 слов и фразеологий выражений / РАН; Российский фонд культуры; - 2-е изд., испр. и доп. - М.: АЗЪ, 1994. - 928 с. стр. 173).
Селективность - свойство восприятия, характерное избирательным выделением в поле сенсорном неких отдельных признаков (Словарь практического психолога. - Минск: ACT, Харвест, С.Ю. Головин. 1998. - 626 с. стр. 463).
Селективность - способность различать различные вещества одним детектором или системой первичных преобразователей (www.dic.academic.ru).
Стабильность - прочность, устойчивость, постоянность (Ожегов С.И., Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка: 80000 слов и фразеологий выражений / РАН; Российский фонд культуры; - 2-е изд., испр. и доп. - М.: АЗЪ, 1994. - 928 с. стр. 750).
Идентификация - установление совпадения, идентичности (Ожегов С.И., Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка: 80000 слов и фразеологий выражений / РАН; Российский фонд культуры; - 2-е изд., испр. и доп. - М.: АЗЪ, 1994. - 928 с. Стр. 231).
Под мультисервисной системой понимается система, состоящая из полупроводниковых газочувствительных сенсоров SnO2:Sb2O3:Ag, SnO2:Sb2O3:Ni, SnO2:Sb2O3:Fe и SnO2:Sb2O3:Zn. Принцип работы полупроводниковых газочувствительных сенсоров основан на измерении изменения электропроводности полупроводника при хемосорбции молекул из газовой фазы при заданной температуре. Основу газочувствительного слоя составляет диоксид олова - полупроводник, обладающий широкой запрещенной зоной и проводимостью n-типа (1. С.З. Эль-Салим // Обнаружение примесей паров компонентов ракетного топлива в воздушной среде/ Химическая безопасность, №2, 2007, с. 12-19. 2. С.З. Эль-Салим // Применение полупроводниковых газочувствительных сенсоров для предупреждения террористической деятельности / Оборонные стратегии, №12, 2015 г.).
Известен способ, реализованный в изобретении «Способ экспрессного определения углеводородов в компонентах жидких ракетных топлив на основе производных гидразина», патент РФ №2101268, С06В 47/08, опубл. 10.01.1996. Способ заключается в том, что пробу компонентов жидких ракетных топлив смешивают с водным раствором уксусной кислоты при массовом соотношении воды, компонентов жидких ракетных топлив и уксусной кислоты, равном 1:(0,33°С0,89):(0,10°С0,33) соответственно, через 5°С 7 мин измеряют оптическую плотность рассеяния света образовавшейся эмульсии на фотоколориметре при длине волны λ 400 нм, по градуированному графику определяют содержание углеводорода в ракетном топливе.
Известен способ, реализованный в изобретении «Способ определения стабильности углеводородных ракетных горючих и устройство для его осуществления», патент РФ №2319144, G01N 33/22, опубл. 10.03.2008, бюл. №7. Способ заключается в измерении диэлектрической проницаемости эталонного и контролируемого горючего и сравнении их фактических параметров за счет того, что измерение диэлектрической проницаемости осуществляют при частоте от 300 до 450 кГц.
Известен способ, реализованный в изобретении «Способ определения наличия несимметричного диметилгидразина», патент РФ №2117935, G01N 21/78, опубл. 20.08.1998. Способ заключается в возможности индикации, включающей контактирование несимметричного диметилгидразина с реагентом с переходом окраски. Контактирование осуществляют на поверхности путем распыления реагента и использованием аэрозольной упаковки, выполненной в виде герметичного корпуса, заправленного реагентом, с распылительной головкой, в качестве реагента используют растворы хлорида, нитрата или сульфата кобальта (II) в воде, при этом аэрозольную упаковку могут заправлять реагентом многократно.
Известен способ, реализованный в изобретении «Способ фотоколометрического определения несимметричного диметилгидразина в водных растворах», патент РФ №2114417, G01N 21/78, опубл. 27.06.1998. Способ заключается в том, что в анализируемое вещество вводят гидроксиламин солянокислый и гидроксид натрия, полученную смесь продувают инертный газом при кипячении, выделившийся при этом несимметричный диметилгидразин пропускают через смесь раствора n-нитробензальдегида в этиленгликоле и уксусной кислоты с последующим фотометрированием полученного раствора. Данный способ позволяет определять несимметричный диметилгидразин с чувствительностью 0,02 мг/дм3.
Известен способ, реализованный в изобретении «Способ определения несимметричного диметилгидразина в водных растворах», патент РФ №2276350, G01N 21/78, опубл. 10.05.2006, бюл. №13. Способ заключается в том, что в пробу аналита вводят 500-1000-кратный избыток коричного альдегида до количественного связывания несимметричного диметилгидразина в диметилгидразон, нагревают полученный раствор, экстрагируют образовавшийся диметилгидразон хлороформом, фотометрируют диметилгидразон.
Известен способ, реализованный в изобретении «Индикаторный элемент для обнаружения утечки гидразиновых ракетных горючих», патент РФ №2622026, G01N 31/22, опубл. 08.06.2017, бюл. №16. Способ заключается в том, что состоит из бумаги-основы для экспресс-тестов, импрегнированной индикатором, в качестве которого содержит калия тетрагидро-12-молибдосиликат в диапазоне 10-28 мас. % и иминодиуксусную кислоту в диапазоне 1-5 мас. %, причем импрегнированная бумага дублирована с гидроизоляционной подложкой.
Наиболее близким по своей технической сущности и выполняемым функциям аналогом-прототипом к заявленному, является способ, реализованный в изобретении «Способ определения диметилгидразона формальдегида в воздухе линейно-колористическим методом», патент РФ №2305835, G01N 31/22, G01N 21/78 опубл. 10.09.2007, бюл. №25. Способ заключается в том, что: пропускают определенный объем анализируемого воздуха через индикаторную трубку, заполненную инертным носителем силикагелем зернением 0,25-0,4 мм, смоченным реактивным 0,1-1% раствором вещества, высушенным до сыпучего состояния и выбранного из группы: селенистая кислота, азотнокислое серебро, уксуснокислый свинец, нагревают индикаторную трубку до 50-60°С в течение 2-3 мин, определяют длины окрашенного слоя индикаторного порошка.
Технической проблемой в данной области является: низкие достоверность контроля, чувствительность, селективность и стабильность вследствие химических и адсорбционных свойств анализируемых веществ, многокомпонентного состава воздуха (как минимум присутствует пара топливо - окислитель, представленные несимметричным диметилгидразином (НДМГ), тетраоксидом азота (AT), либо другими компонентами). Кроме этого, существующие методы контроля требуют применения дополнительных материалов (реактивов) для приготовления реакционных растворов, как для калибровки, так и для проведения измерений. Высокая адгезия, характерная для веществ, относящихся к ракетным топливам, определяет высокое время последействия (более 60 минут), что требует либо замены аналитической части, либо применения методов, необходимых для подготовки к дальнейшим измерениям. Устройства, известные сегодня для контроля компонент ракетных топлив, позволяют проводить одновременное определение только одного компонента - либо топлива, например, НДМГ, либо соответствующего окислителя, например, AT.
Техническая проблема решается созданием способа контроля паров компонентов жидкого ракетного топлива в воздухе на основе полупроводниковых газочувствительных сенсоров, обеспечивающего повышение достоверности контроля, чувствительности, селективности, стабильности за счет применения мультисенсорной системы, состоящей из газочувствительных элементов в составе (SnO2:Sb2O3:Ag, SnO2:Sb2O3:Ni, SnO2:Sb2O3:Fe и SnO2:Sb2O3:Zn), отсутствия дополнительных мероприятий, отсутствия использования расходных материалов при проведении контроля, повышения достоверности обнаружения (за счет мультисенсорной системы - микросборки) и стабильности измерений (повышение воспроизводимости).
Техническая проблема решается тем, что способ контроля паров компонентов жидкого ракетного топлива в воздухе на основе полупроводниковых газочувствительных сенсоров, заключающийся в том, что устанавливают для каждой примеси НДМГ и AT соответствующую мощность нагрева газочувствительных сенсоров, через камеру с установленными аналитическими каналами с заданными мощностями нагрева пропускают определенный объем воздуха, измеряют напряжение на каждом сенсоре, обрабатывают результаты измеренных напряжений, определяют содержание паров компонентов жидких ракетных топлив в воздухе согласно изобретению дополнен следующими действиями: идентифицируют компоненты жидких ракетных топлив с помощью набора сенсоров в составе SnO2:Sb2O3:Ag, SnO2:Sb2O3:Ni, SnO2:Sb2O3:Fe и SnO2:Sb2O3:Zn, скомпонованных в мультисенсорную систему, управление которой осуществляется с помощью микропроцессора, нагревают сенсоры SnO2:Sb2O3:Ag, SnO2:Sb2O3:Zn, которые реагируют на наличие примеси AT в воздушном потоке, при подаче тока с мощностью 150 мВт, а сенсоры SnO2:Sb2O3:Ni, SnO2:Sb2O3:Fe, которые обнаруживают НДМГ при подаче тока с мощностью 350 мВт.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие изобретения условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
«Промышленная применимость» способа обусловлена наличием элементной базы, на основе которой могут быть выполнены устройства, реализующие данный способ.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:
- фиг. 1 - алгоритм обнаружения и определения компонентов жидкого ракетного топлива в воздухе;
- фиг. 2 - алгоритм управления на основе микропроцессора;
- фиг. 3 - непрерывные нормированные спектры НДМГ и AT.
Реализовать заявленный способ можно в виде последовательности действий, проводимых при контроле паров компонентов жидкого ракетного топлива в воздухе на основе полупроводниковых газочувствительных сенсоров, а именно:
1. Устанавливают для каждой примеси НДМГ и AT соответствующую мощность нагрева газочувствительных сенсоров, при этом мультисенсорная система, после подготовительного этапа, выходит в рабочий режим, которому соответствуют мощности нагрева, установленные для каждого аналитического канала. Время длительности каждого этапа при подготовке аналитической системы к работе задается в протоколе конфигурации и остается постоянным при каждом измерении (1. А.И. Белозерцев, О.В. Черемисина, С.З. Эль-Салим, В.В. Манойлов. Развернутые газоаналитические приборные комплексы для обнаружения компонент ракетных топлив в окружающей среде / Научное приборостроение. - 2017. - Том 27(2). - С. 91-102; 2. А.В. Николаев, С.З. Эль-Салим. К проблеме макетирования полупроводниковых газочувствительных сенсоров / Надежность и качество сложных систем. - 2017. - 4(20). - С. 13-18; 3. С.З. Эль-Салим // Применение полупроводниковых газочувствительных сенсоров для предупреждения террористической деятельности / Оборонные стратегии, №12, 2015 г.).
2. Через камеру с установленными аналитическими каналами с заданными мощностями нагрева пропускают определенный объем воздуха, содержащего примеси компонентов жидких ракетных топлив для расчета их концентраций. По завершению подготовительного этапа аналитическая система переходит в режим мониторинга или единичных измерений (1. А.И. Белозерцев, О.В. Черемисина, С.З. Эль-Салим, В.В. Манойлов. Развернутые газоаналитические приборные комплексы для обнаружения компонент ракетных топлив в окружающей среде / Научное приборостроение. - 2017. - Том 27(2). - С. 91-102; 2. А.В. Николаев, С.З. Эль-Салим. К проблеме макетирования полупроводниковых газочувствительных сенсоров / Надежность и качество сложных систем. - 2017. - 4(20). - С. 13-18; 3. С.З. Эль-Салим // Применение полупроводниковых газочувствительных сенсоров для предупреждения террористической деятельности / Оборонные стратегии, №12, 2015 г.).
3. Идентифицируют компоненты жидких ракетных топлив в воздухе - НДМГ и AT. Идентификация компонент жидких ракетных топлив проводится с помощью набора сенсоров в составе: SnO2:Sb2O3:Ag, SnO2:Sb2O3:Ni, SnO2:Sb2O3:Fe и SnO2:Sb2O3:Zn, скомпонованных в мультисенсорную систему, управление которой осуществляется с помощью микропроцессора по заданному алгоритму (фиг. 1). При этом, микропроцессор управляет работой побудителя расхода, формирует нагрев сенсоров, обеспечивает измерения, считывание и обработку результатов (фиг. 2). Микропроцессор содержит информацию по времени длительности подготовительного этапа и этапа измерений, алгоритмы необходимых преобразований и коэффициенты для расчета концентраций примесей компонентов ракетных топлив.
4. Сенсоры SnO2:Sb2O3:Ag, SnO2:Sb2O3:Zn, которые реагируют на наличие примеси AT в воздушном потоке, нагревают при подаче тока с мощностью 150 мВт, а сенсоры SnO2:Sb2O3:Ni, SnO2:Sb2O3:Fe, которые обнаруживают НДМГ, нагревают при подаче тока с мощностью 350 мВт.
5. При подаче воздуха, содержащего примеси компонентов жидких ракетных топлив, измеряют напряжение на каждом сенсоре. Измерение производят путем сбора, накопления и уточнения статистических данных напряжения на каждом сенсоре с использованием соответствующей контрольно-измерительной аппаратуры (1. Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка: 80000 слов и фразеологий выражений / РАН; Российский фонд культуры; - 2-е изд., испр. и доп. - М.: АЗЪ, 1994. - 928 с. Стр. 236. 2. А.И. Белозерцев, О.В. Черемисина, С.З. Эль-Салим, В.В. Манойлов. Развернутые газоаналитические приборные комплексы для обнаружения компонент ракетных топлив в окружающей среде / Научное приборостроение. - 2017. - Том 27(2). - С. 91-102; 3. А.В. Николаев, С.З. Эль-Салим. К проблеме макетирования полупроводниковых газочувствительных сенсоров / Надежность и качество сложных систем. - 2017. - 4(20). - С. 13-18).
6. Обрабатывают результаты измеренных напряжений. Представляют аналитический сигнал сенсора в виде изменения падения напряжения на каждом канале вследствие хемосорбции примеси. Каждый сенсор, входящий в состав детектора, может отличаться по составу и значением рабочей мощности. При этом, используется Z-преобразование, порядок которого состоит в следующем (1. А.И. Белозерцев, О.В. Черемисина, С.З. Эль-Салим, В.В. Манойлов. Развернутые газоаналитические приборные комплексы для обнаружения компонент ракетных топлив в окружающей среде / Научное приборостроение. - 2017. - Том 27(2). - С. 91-102; 2. А.В. Николаев, С.З. Эль-Салим. К проблеме макетирования полупроводниковых газочувствительных сенсоров / Надежность и качество сложных систем. - 2017. - 4(20). - С. 13-18; 3. С.З. Эль-Салим // Перспективы применения полупроводниковых мультисенсорных устройств в газовом анализе / Нанотехнологии. Изд. Руда и металлы. №1, 2008. С. 6-21; 4. Эль-Салим С.З. / Система обнаружения отравляющих и других токсичных веществ в воздухе / С.З. Эль-Салим, О.В. Черемисина // Химическая безопасность, №5, 2013, с. 24-38.):
- измеряют U(t);
- сглаживают U(t) по закону: U(t)=pU(t+1)+(1-p)U(t);
- рассчитывают накопленное среднее: 
- преобразовывают: |U(t)-<U(t)>|2.
8. По заданным в конфигурации коэффициентам перехода аналитического сигнала к концентрациям определяют содержание компонентов жидких ракетных топлив - НДМГ и AT по уравнениям связи, полученным методом наименьших квадратов с помощью результатов массивов градировочных проб (1. Математическая энциклопедия: Гл. ред. И.М. Виноградов, т. 3 Коо - Од - М.: Советская Энциклопедия, 1982. - 1184 стб. Стб. 876-882; 2. А.И. Белозерцев, О.В. Черемисина, С.З. Эль-Салим, В.В. Манойлов. Развернутые газоаналитические приборные комплексы для обнаружения компонент ракетных топлив в окружающей среде / Научное приборостроение. - 2017. - Том 27(2). - С. 91-102; 3. А.В. Николаев, С.З. Эль-Салим. К проблеме макетирования полупроводниковых газочувствительных сенсоров / Надежность и качество сложных систем. - 2017. - 4(20). - С. 13-18).
9. После определения концентраций мультисенсорная система переходит на подготовительный этап для очистки поверхности сенсоров и состоянию готовности к следующим измерениям. Указанные операции проводятся в циклическом режиме до момента завершения количества заданных циклов или остановки оператором (фиг. 1).
Осуществление способа подтверждается проведенным экспериментом. Использовались пробы воздуха с примесями НДМГ и AT, при этом концентрация паров гептила (НДМГ) - 0,1 мг/м3, концентрация паров амила (AT) - 0,1 мг/м3, расход потока - 1000 мл/мин, мощность нагрева 150 мВт для примеси амила (AT); мощность нагрева 350 мВт для примеси гептила (НДМГ). Одним из основных результатов эксперимента являются непрерывные нормированные спектры НДМГ и AT (фиг. 3). При этом, при хемосорбции тетраоксида азота (AT) электропроводность полупроводникового сенсора с проводимостью n-типа уменьшается (соответственно растет омическое сопротивление), что соответствует веществу - акцептору, а при адсорбции НДМГ - электропроводность растет, то есть, омическое сопротивление уменьшается, что соответствует веществу - донору.
Для обнаружения примесей компонентов жидких ракетных топлив применяется набор сенсоров в составе: SnO2:Sb2O3:Ag, SnO2:Sb2O3:Ni, SnO2:Sb2O3:Fe и SnO2:Sb2O3:Zn, скомпонованных в мультисенсорную систему. При этом сенсоры SnO2:Sb2O3:Fe и SnO2:Sb2O3:Ni нагреваются при мощности нагрева 350 мВт и обнаруживают примеси НДМГ (реакция на AT слабая или полностью отсутствует), сенсоры SnO2:Sb2O3:Ag, SnO2:Sb2O3:Zn нагреваются при мощности 150 мВт и обнаруживают AT (реакция на пары НДМГ слабая или полностью отсутствует).
На основании измерений с помощью мультисенсорной системы формируются как спектры топлива, так и спектры окислителя. В первую очередь формируются дискретные спектры, которые с помощью дисперсных преобразований переводятся в непрерывный вид (фиг. 3), который позволяет сравнивать целевые вещества с их последующей идентификацией. По амплитудам полученных спектров рассчитывается корреляционная матрица, состоящая из коэффициентов совпадения - если Ccorr<0,5, то спектры не совпадают, если 0,5<Ccorr<0,75, то спектры имеют слабое соответствие, если Ccorr>0,75, то спектры совпадают.
Повышение достоверности контроля осуществляется за счет изменения мощности нагрева применяемых сенсоров и соответствия этим мощностям поверхностным реакциям. Компоненты жидкого ракетного топлива, представленные окислителями (AT), реагируют с сенсором при мощности нагревания от 100 до 250 мВт, топливные составляющие компонентов жидкого ракетного топлива, реагируют с сенсором при мощности нагревания от 350 до 450 мВт. Таким образом, аналитическая система, состоящая не менее чем из 2-х сенсоров, нагреваемых при мощностях, например, 150 мВт и 350 мВт, позволяет одновременно определить НДМГ и AT (фиг. 3).
Чувствительность повышается за счет применения газочувствительного материала, обладающего полупроводниковыми свойствами и синтезированного модифицированным золь-гель способом. Применяемый материал обладает высокой дисперсностью (размеры формирующих газочувствительный слой элементов не превышают 5 нм), значение энергии запрещенной зоны 3,5-3,7 эВ, что определяет развитую реакционную поверхность и количество активных (реакционных) центров более 1025-1027. Газочувствительные сенсоры позволяют обнаруживать в воздушной среде компоненты ракетных топлив от 10-3 мг/м3 для окислителей и топливных составляющих.
Селективность повышается за счет расширения количества аналитических каналов сенсорами с введенными в их состав различных катализаторов.
Стабильность нагревательного элемента (отклонение от технологического параметра для каждого элемента не превышает 5%) и стабильность индикационного эффекта (отклонение от среднего значения не превышает 20%), что позволяют судить о правильно выбранной технологии изготовления газочувствительных сенсоров. Действительно, для активного окислителя (AT) и сильного основания (НДМГ) влияние среды и условия измерений не меняют электрофизических и аналитических характеристик полупроводниковых газочувствительных сенсоров.
Повышение стабильности обеспечивается технологическим процессом изготовления сенсоров, физическим алгоритмом работы и первичной обработкой результатов измерений с помощью дисперсионных преобразований и дальнейшими спектральными расчетами. На этапе десорбции поверхность газочувствительного слоя, нагретая при мощности 850 мВт, очищается от посторонних примесей, на этапе контроля состояния сенсора (мощность нагрева 0 мВт) определяется исходная электропроводность газочувствительного слоя. Если разброс значений измеренной электропроводности сенсора не превышает 10% от исходной величины, то состояние сенсора рабочее и измерения продолжаются. На этапе выхода в рабочий режим кислород, содержащийся в анализируемом воздухе, адсорбируется на поверхность газочувствительного слоя, выводя сенсор в рабочий режим. Подготовительные этапы проводятся при прокачке воздуха через фильтр очистки, установленный перед сенсорами. По завершению подготовительного этапа, проводится переключение потоков и начинается этап измерений в соответствии с установленными значениями мощности нагрева и временем экспозиции. Проведение очистки поверхности и контроля состояния сенсоров обеспечивают стабильность каждого последующего измерения (разброс значений индикационного эффекта не превышает 10-15%).
Дисперсионные Z-преобразования, проводимые в реальном масштабе времени, сглаживают физические и аппаратные шумы, обусловленные молекулярными флуктуациями и качеством применяемых электронных компонент, тем самым снижая погрешность текущих измерений.
Таким образом, решается техническая проблема.
Claims (1)
- Способ контроля паров компонентов жидкого ракетного топлива в воздухе на основе полупроводниковых газочувствительных сенсоров, заключающийся в том, что устанавливают для каждой примеси несимметричного диметилгидразина и тетраоксида азота соответствующую мощность нагрева газочувствительных сенсоров, через камеру с установленными аналитическими каналами с заданными мощностями нагрева пропускают определенный объем воздуха, измеряют напряжение на каждом сенсоре, обрабатывают результаты измеренных напряжений, определяют содержание паров компонентов жидких ракетных топлив в воздухе, отличающийся тем, что идентифицируют компоненты жидких ракетных топлив с помощью набора сенсоров в составе SnO2:Sb2O3:Ag, SnO2:Sb2O3:Ni, SnO2:Sb2O3:Fe и SnO2:Sb2O3:Zn, скомпонованных в мультисенсорную систему, управление которой осуществляется с помощью микропроцессора, нагревают сенсоры SnO2:Sb2O3:Ag, SnO2:Sb2O3:Zn, которые реагируют на наличие примеси тетраоксида азота в воздушном потоке, при подаче тока с мощностью 150 мВт, а сенсоры SnO2:Sb2O3:Ni, SnO2:Sb2O3:Fe, которые обнаруживают примеси несимметричного диметилгидразина при подаче тока с мощностью 350 мВт.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019103522A RU2724892C1 (ru) | 2019-02-07 | 2019-02-07 | Способ контроля паров компонентов жидкого ракетного топлива в воздухе на основе полупроводниковых газочувствительных сенсоров |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019103522A RU2724892C1 (ru) | 2019-02-07 | 2019-02-07 | Способ контроля паров компонентов жидкого ракетного топлива в воздухе на основе полупроводниковых газочувствительных сенсоров |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2724892C1 true RU2724892C1 (ru) | 2020-06-26 |
Family
ID=71136206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019103522A RU2724892C1 (ru) | 2019-02-07 | 2019-02-07 | Способ контроля паров компонентов жидкого ракетного топлива в воздухе на основе полупроводниковых газочувствительных сенсоров |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2724892C1 (ru) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4241438C2 (de) * | 1992-06-27 | 1995-06-14 | Draegerwerk Ag | Sensor zum Nachweis von Analyten in einem fluiden Medium |
| RU2542604C1 (ru) * | 2013-10-14 | 2015-02-20 | Федеральное казенное предприятие "Научно-испытательный центр ракетно-космической промышленности" (ФКП "НИЦ РКП") | Способ испытаний на быстродействие газоаналитических датчиков с временем отклика менее 4 секунд |
-
2019
- 2019-02-07 RU RU2019103522A patent/RU2724892C1/ru active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4241438C2 (de) * | 1992-06-27 | 1995-06-14 | Draegerwerk Ag | Sensor zum Nachweis von Analyten in einem fluiden Medium |
| RU2542604C1 (ru) * | 2013-10-14 | 2015-02-20 | Федеральное казенное предприятие "Научно-испытательный центр ракетно-космической промышленности" (ФКП "НИЦ РКП") | Способ испытаний на быстродействие газоаналитических датчиков с временем отклика менее 4 секунд |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| А.В.Николаев, С.З.Эль-Салим "К проблеме макетирования полупроводниковых газочувствительных сенсоров" Надежность и качество сложных систем. 2017. 4 (20) стр.13-18 DOI 10.21685/23017-4205-2017-4-2. * |
| А.И.Белозерцев, О.В.Черемисина, С.З.Эль-Салим, В.В.Манойлов "Развернутые газоаналитические приборные комплексы для обнаружения компонент ракетных топлив в окружающей среде", Научное приборостроение, 2017, том 27 (2) с.91-102. * |
| А.И.Белозерцев, О.В.Черемисина, С.З.Эль-Салим, В.В.Манойлов "Развернутые газоаналитические приборные комплексы для обнаружения компонент ракетных топлив в окружающей среде", Научное приборостроение, 2017, том 27 (2) с.91-102. А.В.Николаев, С.З.Эль-Салим "К проблеме макетирования полупроводниковых газочувствительных сенсоров" Надежность и качество сложных систем. 2017. 4 (20) стр.13-18 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4670405A (en) | Sensor array for toxic gas detection | |
| KR101110358B1 (ko) | 유해물질 검출 방법 및 테스트 시스템 | |
| CN105136958B (zh) | VOCs浓度在线监测装置 | |
| US4818348A (en) | Method and apparatus for identifying and quantifying simple and complex chemicals | |
| US20180172635A1 (en) | Methods and devices for moisture-based calibration | |
| CN105136992A (zh) | VOCs浓度在线监测装置及其VOCs浓度在线监测方法 | |
| CN110940651A (zh) | 一种化学爆炸物的检测方法 | |
| Murray et al. | Sensors for chemical weapons detection | |
| RU2724892C1 (ru) | Способ контроля паров компонентов жидкого ракетного топлива в воздухе на основе полупроводниковых газочувствительных сенсоров | |
| US4201634A (en) | Method for the detection of hydrazine | |
| Vaihinger et al. | Detection of halogenated and other hydrocarbons in air: response functions of catalyst/electrochemical sensor systems | |
| GB2451160A (en) | Determining an analyte or mixture of analyte substances in the presence of a mixture of dopants using an ion mobility spectrometer. | |
| Rabenecker et al. | A look behind electrochemical detection of explosives | |
| Frank et al. | Chemical analysis with tin oxide gas sensors: choice of additives, method of operation and analysis of numerical signal | |
| CN103884770B (zh) | 一种爆炸物的检测方法 | |
| Mallin | Increasing the selectivity and sensitivity of gas sensors for the detection of explosives | |
| CN112098502B (zh) | 利用多离子峰标定离子迁移谱仪的检测方法 | |
| Gebicki | Application of ionic liquids in electronic nose instruments | |
| Kannan et al. | Detection of landmine signature using SAW-based polymer-coated chemical sensor | |
| Ratchapakorn et al. | Development of a low-cost explosive vapor detector using metal oxide gas sensors | |
| WO2001067095A1 (en) | Method and apparatus for rapid screening of volatiles | |
| RU173647U1 (ru) | Полупроводниковый сенсорный модуль с легированным газочувствительным слоем | |
| RU2716163C1 (ru) | Способ контроля веществ в водных растворах | |
| CN110895266A (zh) | 一种测定硫化氢和磷化氢含量的分析装置及其方法 | |
| Lewis et al. | Array-based vapor sensing using chemically sensitive carbon black-polymer resistors |