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

• Автор: Гришин, Михаил Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

Введение.

1. Литературный обзор.

1.1 Основы метода.

1.2. Принципиальная схема АП.

1.3. Транспорт в мембранах.

1.4. Характеристики основных элементов АП.

1.5. Основные методики и области применения АП.

2. Анализ математических моделей АП и постановка задачи

исследования.

2.1. Исследование стационарной модели АП.

2.2. Исследование динамической модели АП.

3. Методика эксперимента.
4. Экспериментальные исследования и их обсуждение.
4.1. Влияние толщины и коэффициента диффузии газопроницаемой мембраны на статические и динамические характеристики.
4.2. Влияние кинетических параметров анализируемой среды на поведение АП.
4.3. Влияние температуры на поведение АП.
4.4. Влияние поляризующего напряжения на динамические характеристики АП.
5. Разработка АП для решения конкретных задач аналитического 3 контроля водорода.
5.1. Разработка элементной базы для АП.
5.2. АП для измерения водорода в жидкостях и газах.
5.3. ЛП для измерения водорода на АЭС. Выводы.
Литература


Основу электрохимических анализаторов водорода ЭАВ составляют амперометрические преобразователи АП, которые трансформируют информацию о водороднотранспортных характеристиках ВТХ таких как диффузионная проводимость Р сред по водороду, удельный поток 3 водорода, его коэффициенты растворимости а и диффузии О 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 изза 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. Провести анализ структурной схемы АП и выявить влияние параметров и характеристик его основных элементов на функциональные свойства и метрологические характеристики ЭАВ. Провести теоретические исследования возможностей функционирования АП в режимах определения рН2, сН2 О, Р и сформулировать условия, обеспечивающие реализацию этих режимов . Получить соотношения, связывающие систематические погрешности измерений ВТХ с конструктивными параметрами АП, физикохимическими свойствами его основных элементов и условиями проведения измерений. Получить динамическую модель АП и на ее основе сформулировать требования к параметрам АП, обеспечивающим заданное быстродействие ЭАВ. Экспериментально проверить теоретические положения и результаты расчетов. Разработать на основе полученных результатов технические средства определения рН2 и сН2 в жидких и газообразных средах. Стационарные модели АП для неподвижных и перемешиваемых сред, учитывающие кинетику окисления молекулярного Н2, и наличие конвективного и межфазных сопротивлений массопереносу Н2. Влияние конструктивных параметров и физикохимических свойств основных элементов АП на функциональные свойства ЭАВ и их метрологические характеристики. Методики расчета основных параметров АП. Особенности электрохимического поведения АП. 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. Разработка АП для анализатора водорода марки АВП. Разработана стационарная модель АП. На ее основе сформулированы требования к параметрам АП, обеспечивающим заданные метрологические характеристики ЭАВ. На основе модельных представлений показаны возможности практической реализации АП, работающих в режимах рН2 и сН2. Н2 и сН2. ЭАВ. Н2, конструктивные параметры и физикохимические характеристики основных элементов АП. ЭАВ. В результате экспериментальных исследований АП впервые выявлены особенности их электрохимического поведения. Получены кинетические характеристики окисления Н2 на микроанодах, необходимые для проектирования АП. АП для определения рН2 и сН2 в жидких и газообразных средах. Возможность применения разработанных математических моделей для расчета оптимальных параметров ЛП с требуемыми функциональными и метрологическими характеристиками. ЭАВ на основе разработанных АП нашли применение в различных областях народного хозяйства теплоэнергетике, химической промышленности, научноисследовательских лабораториях и других областях. VIII, IX, X международных научнотехнических конференциях студентов и аспирантов РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА, Москва, , и г. II и III научнотехническом совещании Проблемы и перспективы развития химического и радиохимического контроля в атомной энергетике, г. Сосновый бор, и г.