Анализаторы
Другие продукты
Кроме того...
1. Общие сведения о выпускаемых приборах.
2. Подобрать анализатор.
3. Принципы проектирования.
4. Основные свойства и технологии.
5. Список обозначений.
6. Сертификаты.
Тел. (499) 685-18-65.
Ссылки по теме:
1. Вопросы и ответы
|
 Продукция ::: Кислородомеры ::: Почему наши кислородомеры лучше
Коротко о главном
Электрохимические кислородомеры (ЭАК) в силу простоты их аппаратурного оформления, высокой точности и экспрессности измерений получили широкое распространение в различных областях народного хозяйства. Главным элементом таких анализаторов является амперометрический сенсор (АС). Несмотря на то, что измерения растворенного кислорода в жидкостях и газах с помощью АС стали возможны с 1956 г. благодаря работам Л. Кларка, вопросы их проектирования остаются мало изученными. До настоящего времени продолжает дискутироваться вопрос о их функциональных свойствах: «Что измеряют АС - парциальное давление (рО2) или концентрацию (сО2) кислорода?». Более того, при разработке АС для измерения следовых количеств растворенного кислорода, необходимо учитывать результаты последних фундаментальных исследований по изучению механизмов растворимости кислорода, свидетельствующие о существовании кислорода в двух формах: физически растворенном и химически связанном со структурой воды.
Все это затрудняет разработку метрологически совершенных АС, поскольку при их проектировании, в основном, используется эмпирический подход. Такой подход неэффективен, и часто приводит к недостоверным измерениям.
Для решения задач проектирования ЭАК нами был использован иной подход. Он базировался на фундаментальных исследованиях поведения АС, которые позволили открыть новые функциональные возможности ЭАК и разработать научные основы проектирования АС с заданными функциональными свойствами и метрологическими характеристиками. Благодаря такому подходу выпускаемые фирмой «Альфа БАССЕНС» АС и ЭАК обладают превосходством в метрологических и эксплуатационных характеристиках перед лучшими отечественными и зарубежными аналогами.
Почему АС и ЭАК фирмы "Альфа Бассенс" лучше
Принцип действия АС основан на измерении тока деполяризации, возникающего в результате диффузии молекулярного кислорода из анализируемой среды к поверхности катода, где протекает реакция его электрохимического восстановления. АС преобразует поток кислорода, «потребляемого» сенсором в электрический ток. Поэтому дискутируемый в литературе вопрос: «Что измеряет АС - рО2 или сО2?» имеет однозначный ответ - поток кислорода.
В общем случае величина этого потока определяется парциальным давлением кислорода, свойствами анализируемой среды, условиями проведения измерений и параметрами основных элементов АС. Из анализа оригинальных математических моделей, описывающих все физико-химические процессы протекающие в АС, мы увидели каким образом можно синтезировать сенсоры с известными и новыми функциональными свойствами и требуемыми метрологическими характеристиками. Этот подход использован нами для создания семейства сенсоров предназначенных для решения всего спектра задач аналитического контроля кислорода.
|
Исходя из анализа математических моделей АС было показано, что в зависимости от выбора параметров его основных элементов реализуются три режима работы ЭАК: режим измерения концентрации кислород, режим измерения парциального давления кислорода и смешанный режим.
|
Режим измерения рО2 обеспечивается, когда параметры АС удовлетворяют соотношению Log(X-1) > 1, где Х - обобщенный критерий, учитывающий конструктивные параметры и физико-химические свойства всех элементов АС. Такие АС можно применять для измерений рО2 в жидкостях и газах. Их применение для измерений сО2 в жидкостях требует введения двойной температурной компенсации на свойства газопроницаемой мембраны и анализируемой жидкости. При использовании этих сенсоров для измерений сО2 в водах с солесодержанием более 1 г/л необходимо вводить коррекцию на солевой состав.
|
Режим измерения сО2 обеспечивается, когда параметры АС удовлетворяют соотношению Log(X-1) < - 1. Такие АС не требуют введения коррекции на соленость и для них достаточно одной температурной компенсации. Приоритет открытия этого режима работы и создания АСсО2 принадлежит нашей фирме. Этот режим измерения при соответствующем методическом оформлении может использоваться для определения кислородо-транспортных характеристик жидкостей таких как: удельный поток кислорода (Q), диффузионная проводимость (P) жидкостей по кислороду и его коэффициентов диффузии и растворимости.
Смешанный режим является переходной областью, в которой АС не обладают четко выраженными функциональными свойствами, поэтому для них характерны существенные погрешности измерений как рО2, так и сО2. По этой причине их применение для задач аналитического контроля кислорода в жидкостях нежелательно. Такие сенсоры требуют проведения калибровки по воде насыщенной кислородом воздуха и применения переливных устройств или стабилизаторов расхода. Более того, они не поддаются точной настройке системы температурной компенсации. Их область применения ограничивается задачами аналитического контроля кислорода в газовых средах.
|
Абсолютная селективность. Высокая селективность АС к О2 обеспечивается благодаря выбору поляризующего напряжения, материала газопроницаемой мембраны (ГМ), измерительного электрода (ИЭ) и состава раствора электролита. Однако, при измерениях кислорода на микрограммовом уровне АС становится чувствителен к молекулярному водороду. Для обеспечения абсолютной селективности АС к О2 мы применили методы химической модификации поверхности ИЭ. Благодаря этому полностью устранено перекрестное влияние водорода на сигнал АСрО2.
В тепловой и атомной энергетике при измерениях следовых количеств кислорода рекомендуется использовать сенсоры, обладающие абсолютной селективностью.
|
Неразрушающий контроль. В результате «потребления» кислорода самим сенсором, его концентрация у поверхности газопроницаемой мембраны (ГП) снижается. Для АС с большими катодами характерно значительное потребление О2, которое приводит к недостоверным результатам измерений из-за разрушающего воздействия сенсора на анализируемую жидкость. Такие АС работают в «смешанном режиме» и относятся к «разрушающим» средствам измерений.
Для обеспечения неразрушающего контроля необходимо применять АС с мини- и микрокатодами, функционирующие в режиме измерения рО2. Потребление кислорода такими сенсорами незначительно и не приводит к искажению информации об измеряемом параметре. Применение мини- и микрокатодов связано с необходимостью проведения измерений очень малых токов (10-12 - 10-15 А), что значительно усложняет технологию изготовления АСрО2 и конструкцию анализатора. Мы сознательно пошли на преодоление этих трудностей ради обеспечения достоверных и высокоточных измерений рО2 и сО2 в широком диапазоне, охватывающем шесть порядков величин (от 0,1 до 105 мкг/л).
|
Независимость показаний от скорости потока.
Пренебрежимо малое потребление кислорода, свойственное АСрО2 с мини- и микрокатодами, обеспечивает существенное снижение зависимости показаний от скорости потока.
Графическая иллюстрация этих зависимостей поясняет преимущества АСрО2 с мини- и микрокатодами.
Для аналитического контроля микрограммовых количеств О2 в тепловой и атомной энергетике целесообразно применять АСрО2 с миникатодами.
Анализаторы АКПМ на базе таких сенсоров не требуют применения стабилизаторов расхода и переливных устройств, обеспечивая при этом экономный расход анализируемой пробы.
|
Для аналитического контроля кислорода на милиграммовом уровне целесообразно использовать АСрО2 с микрокатодами. Кислородомеры на их основе позволяют проводить измерения в неподвижных пробах жидкостей и отказаться от применения магнитных мешалок.
|
Термокомпенсация. Температурные зависимости АС определяются режимом их работы и физико-химическими свойствами его основных элементов. Для автоматической компенсации этих зависимостей необходимо проводить измерения температуры анализируемой жидкости и газопроницаемой мембраны.
Экспериментальный график изменения температуры ГМ амперометрического сенсора показывает, что при калибровке по воздуху температура мембраны значительно изменяется за счет испарения влаги с ее поверхности.
Это приводит к существенным погрешностям измерений из-за ошибок при калибровке.
Для повышения точности калибровки и работы системы автоматической температурной компенсации, датчик температуры (ДТ) необходимо располагать в непосредственной близости к мембране. В АС, входящих в комплект АКПМ, датчик температуры с ювелирной точностью впаян в стеклянную гильзу на расстоянии не более чем 0,1 мм от газопроницаемой мембраны.
Благодаря такому расположению датчика температуры, снижается инерционность работы системы термокомпенсации, повышается ее точность и снижаются ошибки калибровки и измерений, обусловленные эффектом «охлаждения» мембраны.
|
Коэффициент «Жидкость-Газ», впервые введенный Грюневальдом, характеризует отклонение истинного режима работы АС от режима измерения рО2. Для АСрО2 с мини- и микрокатодами коэффициент «Жидкость-Газ» не превышает 3%. Поэтому только АС, функционирующие в режиме измерения рО2, могут калиброваться по воздуху. В анализаторах АКПМ систематическая погрешность измерений, обусловленная коэффициентом «Жидкость-Газ», автоматически компенсируется при проведении измерений сО2 в жидкостях.
|
Долговечность сенсоров прежде всего определяется материалами используемых электродов. Различают два типа АС: сенсоры гальванического типа и сенсоры типа электролитическая ячейка. В сенсорах гальванического типа в качестве материала электродов используют неблагородные металлы, которые расходуются в процессе работы. В сенсорах электролитического типа в качестве измерительного электрода используют благородные металлы, что делает их более долговечными и дорогими. В амперометрических сенсорах, выпускаемых нашим предприятием измерительные электроды выполняются из благородных металлов, которые выполняют роль катализаторов и в процессе работы не расходуются. Вспомогательный электрод АС изготавливается из серебра, которое в процессе работы «расходуется», но его массы хватает более чем на 30 лет непрерывной работы. Применение оригинальных конструкторских решений, передовых технологий и «know how» обеспечило АС высокую надежность, неограниченный срок службы, простоту в обслуживании и эксплуатации.
|
Средства метрологического обеспечения для АС, функционирующих в режимах измерения рО2 и сО2, значительно упрощаются.
В качестве средств метрологического обеспечения АС, функционирующих в режиме измерения сО2, можно использовать водные растворы солей, насыщенные кислородом воздуха. Калибровку АС, функционирующих в режиме измерения рО2, можно проводить по воздуху или по воде, насыщенной кислородом воздуха. В качестве второй точки градуировочной характеристики обычно используют чистый инертный газ или «ноль-раствор».
Выпускаемые нашим предприятием АС, благодаря высоким технологиям и культуре их производства, имеют рекордно низкие значения остаточного тока. Это позволило нам отказаться от калибровки анализатора по «нулевой точке» и существенно упростить процедуру калибровки, ограничив ее калибровкой по одной точке - атмосферному воздуху.
|
|