Ссылки по теме:

1. Продукция.


Кислородомеры и водорода для автоматического и оперативного химконтроля для АЭС и ТЭЦ. Особенности приборного, методического и метрологического обеспечения измерений.


Албантов А.Ф., Поволяев А.Л, Гришин М.В, Албантов Д.А, Стахов А.Ю.

Оперативный и производственный контроль молекулярного кислорода (О2) и водорода (Н2) в атомной и тепловой энергетике необходим как для обеспечения безопасности АЭС и ТЭЦ, так и для эффективной работы дорогостоящего оборудования. Наиболее предпочтительно создание средств аналитического контроля О2 и Н2 проводить на базе электрохимических методов анализа веществ. Основу таких средств составляют амперометрические сенсоры (АС) [1]. Несмотря на широкое распространение АС, вопросы их проектирования остаются мало изученными, в особенности для обеспечения измерений в микро граммовой области концентраций. На стадии разработки АС, в основном, используется эмпирический подход, который трудоемок и неэффективен. Об этом, в частности, свидетельствует разнообразие методических приемов и конструкций АС для решения одних и тех же задач, а также неудовлетворительное соответствие между результатами измерений химическими методами и приборами, выпускаемыми различными фирмами. Более того, до настоящего времени дискутируется вопрос: что измеряется с помощью АС - концентрация или парциальное давление газов. Все это затрудняет разработку современных средств аналитического контроля О2 и Н2 (далее Х2), методического и метрологического обеспечения измерений и, соответственно, решение вопроса обеспечения единства и достоверности измерений.

В работах [2-3] на основе модельных представлений физико-химических процессов протекающих в АС, впервые было показано, что в зависимости от выбора параметров АС и условий проведения измерений, могут быть реализованы три режима измерений: режим измерения парциального давления (рХ2), режим измерения концентрации (сХ2) и смешанный режим. Анализ систематических погрешностей измерений рХ2 и сХ2 [2,3] характерных для смешанного режима позволил выявить их природу и получить расчетные соотношения, необходимые для выбора оптимальных параметров АС. Полученные соотношения, по существу являются основами проектирования АС с заданными функциональными свойствами и метрологическими характеристиками.

Результаты этих исследований были использованы нами при разработке ряда АС, функционирующих в режиме измерения рХ2. Реализация этого режима измерения в серийно выпускаемых анализаторах кислорода (АКПМ) и водорода (АВП) обеспечила им высокую точность и достоверность измерений при одновременном снижении «разрушающего» воздействия АС на анализируемую среду. Благодаря выбору оптимальных параметров АС снижено влияние скорости потока анализируемой жидкости на результаты измерений. Это позволило минимизировать расход пробы и оставить в прошлом традиционное применение переливных устройств и стабилизаторов расхода.

К достоинствам разработанных АС следует также отнести предельно низкое значение и стабильность остаточного тока (что особенно важно для обеспечения измерений в микро граммовой области концентраций), неограниченный срок службы и высокую надежность. Эти сенсоры по сравнению с аналогами имеют простые и доступные средства метрологического обеспечения: градуировку анализаторов кислорода проводят по атмосферному воздуху [4,5] и «ноль - раствору» (в последней версии анализаторов, благодаря предельно низкой величине остаточного тока, калибровку осуществляют по одной точке).

Другим важным достоинством разработанных АС является оригинальное расположение миниатюрного датчика температуры в непосредственной близости от мембраны и анализируемой жидкости. Это конструктивное решение позволило исключить систематические ошибки калибровки, возникающие из-за «охлаждения» мембраны при испарении влаги с ее поверхности. При этом также обеспечивается быстродействие измерений, высокая точность и синхронность автоматической температурной компенсации, вносимой на свойства газопроницаемой мембраны, анализируемой жидкости и раствора электролита (последняя для АСрН2).

В работе выполнены экспериментальные исследования электрохимического поведения АС и изучены закономерности протекания процессов восстановления молекулярного кислорода и окисления водорода на различных материалах измерительных электродов. Показано, что на измерительный сигнал АСрО2 с катодами, выполненными из платины или др. традиционно используемых материалах (графит), сильное влияние оказывает молекулярный водород. В результате экспериментальных исследований поведения АСрН2 было также обнаружено аналогичное влияние О2 на его сигнал. Выявленные эффекты перекрестного влияния О2 и Н2 соответственно на АСрН2 и АСрО2 имеют место при аналитическом контроле этих газов в микро граммовой области концентраций при автоматическом и оперативном контроле параметров ВХР на АЭС и ТЭЦ. Наличие этих эффектов свидетельствуют о недостоверности результатов измерений малых значений концентрации кислорода, получаемых с помощью АС, с измерительными электродами из платины или графита. Эти эффекты являются основной причиной расхождений между результатами измерений, выполненных химическими и приборными методами, а также объясняют отрицательные показания кислородомеров при аналитическом контроле следовых количеств кислорода в присутствии Н2.

Экспериментальные исследования электрохимического поведения АС, сочетающиеся с поиском подходящих материалов измерительных электродов и способов их химической модификации, позволили нам полностью устранить эти эффекты.

Проведенный комплекс теоретических и экспериментальных исследований АС послужил основой для разработки серии анализаторов кислорода АКПМ и водорода АВП, предназначенных для решения всего спектра задач как в области атомной и тепловой энергетики, так и в других областях народного хозяйства. По своим метрологическим и эксплуатационным характеристикам анализаторы АКПМ и АВП превосходят лучшие отечественные и зарубежные аналоги.


Список литературы.

1. Clark, L.C., Jr (1956). Monitoring and control of blood and tissue oxygen tension. Trans. Am. Artif. Internal Organs, 2, 41-48

2. Албантов А.Ф., (1982). Исследование и разработка амперометрических сенсоров электрохимических анализаторов кислорода для биологических сред, ВНТИ Центр, М., стр. 1-181

3. Albantov A.F., Levin A.L., (1994). New functional possibilities for amperometric dissolved oxygen sensors, Biosensors and Bioelectronics, 9/7. 515-526

4. Албантов А.Ф., Албантов Д.А., Поволяев А.Л. и др. (2001). Функциональные свойства и метрологические характеристики амперометрических газоселективных сенсоров. Тезисы Всероссийской конференции “Практические и методические аспекты метрологического обеспечения электрохимических измерений, Менделеево, М.О.

5. Албантов А.Ф., Албантов Д.А., Поволяев А.Л и др. (2001). Проблемы и решения вопросов измерения кислорода в микрограммовом диапазоне концентраций. Тезисы Всероссийской конференции “Практические и методические аспекты метрологического обеспечения электрохимических измерений, Менделеево, М.О.