Применение электрохимических сенсоров в системах автоматизации химических производств

Содержание 6
Введение 8
1 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ 9
1.1. Электрохимические датчики 9
1.2 Классификация электрохимических датчиков 11
1.2.1 Потенциометрические датчики 11
1.2.2 Амперометрические датчики 12
1.2.3 Кондуктометрический датчики 12
1.3 Область применения электрохимических датчиков 12
2 ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ 14
2.1 Потенциометрический твердотельный электрохимический газоанализатор 14
2.2 Амперометрический твердотельный электрохимический газоанализатор 17
2.3 Принцип работы твердотельного амперометрического датчика 17
2.4 Модель датчика 18
3 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ В МЕДИЦИНЕ 21
3.1 Электрохимическое зондирование 21
3.2 Электрохимические методы анализа лекарственных средств 24
3.2.1 Амперометрический датчики 25
3.2.2 Потенциометрические датчики 26
3.2.3 Вольтамперометрические датчики 27
3.2.4 Импедиметрические датчики 28
3.2.5 Кондуктометрические датчики 28
3.3 Технология изготовления электрохимических датчиков 29
3.3.1 Капельное литье 30
3.3.2 Напыляемое покрытие 31
3.3.3 Нанесение покрытий методом отжима и электроформование 31
3.3.4 Трафаретная и 3D-печать 32
3.3.5 Способы электрохимического происхождения 33
4 ПРИМЕНЕНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ГАЗОАНАЛИЗАТОРОВ 34
4.1 Электрохимические сенсоры ООО «АНАЛИТХИМАВТОМАТИКА» 34
4.2 Электрохимические сенсоры АО «Оптэк» 35
4.3 Электрохимические сенсоры ООО «АналитТеплоКонтроль» 37
4.3.1 Электрохимический датчик кислорода 2E-O2 38
4.3.2 Электрохимический датчик угарного газа 3E-CO 39
4.3.3 Электрохимический датчик сероводорода 3E-H2S 40
4.4 Электрохимические сенсоры ФГУП «СПО Аналитприбор» 42
4.4.1 Сигнализатор горючих газов «СГГ-20Микро» 42
4.4.2 Многокомпонентные газоанализаторы «АНКАТ-63М3» 43
4.4.3 Датчики газа 44
4.5 Электрохимический сенсор «СИГМА-03М» 44
Заключение 47
Список использованных источников 48

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность темы
За последние годы в технике измерения и регулирования парамет-ров различных процессов в самостоятельную отрасль выделилось изго-товление и применение датчиков. Эта отрасль, постоянно развиваясь, слу-жит основой создания разнообразных вариантов систем автоматического регулирования [1].
Датчик — это преобразователь измеряемой (контролируемой) фи-зической величины в величину, удобную для дальнейшего преобразования или измерения. Датчик является обязательным элементом измерительных приборов, систем контроля и регулирования и т.п. Собственно, без датчи-ков невозможны ни измерение, ни контроль, ни регулирование.
Развитие, совершенствование датчиков в значительной степени определяется достижениями в области физики, химии, физической химии, механики, радиотехники и других наук. Особое место в развитии датчиков занимают достижения и возможности современных технологий [2].
Одним из наиболее распространённых типов датчиков, используе-мых в системах контроля и управления технологических процессов, явля-ются датчики-газоанализаторы.
Датчики газоанализаторы – это измерительные приборы, которые используются для контроля объема и количественного состава газа и сме-сей, соприкасающихся с датчиками устройства.
Газоанализаторы бывают разных видов: тепловые, магнитные, оп-тические, фотоколометрические, хроматографические, электрохимические, ионизационные и массспектрометрические.

Весь текст будет доступен после покупки

1 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ
Электрохимические газовые датчики представляют собой сложное технологическое решение для обнаружения опасных токсичных газов в промышленности, окружающей среде и приложениях, критически важных для безопасности. Эти усовершенствованные датчики используют преци-зионные электрохимические реакции для преобразования концентрации газа в измеряемые электрические сигналы, что позволяет осуществлять мониторинг в режиме реального времени и системы раннего предупре-ждения о потенциально опасных для жизни газах в различных секторах, включая производство, горнодобывающую промышленность, нефтехимию и мониторинг окружающей среды [3].
1.1. Электрохимические датчики
Электрохимические газовые датчики представляют собой специали-зированные устройства, предназначенные для обнаружения специфиче-ских токсичных газов с помощью сложных электрохимических процессов окисления. Эти датчики работают путем измерения электрического тока, генерируемого при взаимодействии молекул целевого газа со специализи-рованными электродами в электролитической ячейке [3].

Рисунок 1 – Принцип действия датчика газоанализатора
Основной принцип работы электрохимического датчика включает в себя: рабочий электрод, электрод сравнения, противоэлектрод и электро-лит
Таблица 1 – Ключевые компоненты электрохимических газовых сен-соров
Компонент Функция Характеристики
Рабочий электрод Площадка взаимодействия с первичным газом Катализирует окисле-ние/восстановление газов
Электрод сравнения Поддерживает стабильный электрический потенциал Обеспечивает стабильную работу датчика
Противоэлектрод Комплектация электриче-ской цепи Облегчает перенос элек-тронов
Электролит Проводит ионные реакции Обеспечивает точное изме-рение концентрации газа

Преимуществом электрохимических датчиков является:
- высокая чувствительность – может обнаружить очень низкие кон-центрации аналитиков;
- быстрое время ответов – обеспечивает мониторинг в режиме ре-ального времени;
- компактный и портативный – многие электрохимические датчики небольшие и легко интегрируются в устройства;
- низкое энергопотребление – подходит для носимых и батарейных приложений;
- экономическая эффективность – более доступно по сравнению с некоторыми оптическими или спектроскопическими методами обнаруже-ния.
Недостатком электрохимических датчиков является:
- ограниченный срок службы – электроды могут ухудшаться с тече-нием времени, снижая точность;
- проблемы селективности – некоторые датчики могут реагировать на несколько веществ, что приводит к помехам;
- требования к калибровке – регулярная калибровка необходима для поддержания точности;

Весь текст будет доступен после покупки

1 Виглеб Г. Датчики. Устройство и применение. Москва. Издатель-ство «Мир», 1989 192с.
2 Харкевич А.А. Избранные труды – М. Наука, 1973. Т 1-400с.
3 Полное руководство по электрохимическому газовому датчику токсичных газов: обнаружение, производительность и применение [Элек-тронный ресурс] \\ Режим доступа: https://sensor.wiki/electrochemical-gas-sensor-for-toxic-gases/
4 Электрохимические датчики [Электронный ресурс] \\ Режим до-ступа: https://sensor1stop.com/ru/knowledge/electrochemical-sensors/
5 Аш. Ж и др. Датчики измерительных систем. – М. Мир – 1992 – 500с.
6 Никольская Е.Ю. Портативные электрохимические сенсоры для газового анализа // Научно-технический вестник информационных техно-логий, механики и оптики. – 2004. – №1. – С. 237–241.
7 RU38231U1_20040527.pdf
8 T. Ritter, G. Hagen, J. Lattus, R. Moos, Solid state mixed-potential sensors as direct conversion sensors for automotive catalysts, Sens. Actuators B: Chem. (2017), https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.09.126.
9 T. Liu, X. Wang, L. Li, J. Yu, Electrochemical NOx gas sensors based on stabilized zirconia, J. Electrochem. Soc. 164 (13) (2017) B610–B619, https://doi.org/10. 1149/2.0501713jes.
10 M. Aliramezani, C.R. Koch, R. Patrick, Phenomenological model of a solid elec trolyte NOx and O2 sensor using temperature perturbation for on-board diagnostics, Solid State Ionics 321 (2018) 62–68
11 T. Nakamura, Y. Sakamoto, K. Saji, J. Sakata, NOx decomposi-tion mechanism on the electrodes of a zirconia-based amperometric NOx sen-sor, Sens. Actuators B: Chem. 93 (1) (2003) 214–220, https://doi.org/10.1016/S0925-4005(03)00203-X.

Весь текст будет доступен после покупки