Ӛзбекстан Республикасы Жоқары ҳәм орта арнаўлы билимлендириў министрлиги Әжинияз атындағы

 
СЕНСОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОКСИДА УГЛЕРОДА И 
УГЛЕВОДОРОДОВ В ВЫХЛОПАХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ 
 
Э.Абдурахманов, Г.Н.Даминов, З.Б.Муродова, 
М.М. Султанов, Ш.А.Матмуродов 
Самаркандский государственный университет 
Среди выбросов автотранспорта, требующих постоянного
аналитического контроля, приоритетными являются оксид углерода (СО) и
углеводороды (СnНm), обладающие ярко выраженными канцерогенными и 
раздражающими действиями. Задача контроля концентраций СО и
углеводородов может быть успешно решена при разработке экспрессного
автоматического метода их определения. В анализе горючих компонентов
воздуха широкое распространение получили термокаталитические методы.
В связи с этим, задача создания нового поколения селективных 
термокаталитических сенсоров (ТКС) и автоматических газоанализаторов,
обеспечивающих избирательное определение СО и углеводородов в
выхлопных газах автотранспортов, является актуальной.
В работе разработан селективный метод термокаталитического
определения оксида углерода и углеводородов в выхлопных газах
транспортных средств, основанный на измерении разности термоэффектов
окисления горючей смеси, получаемых с двух идентичных 
термочувствительных элементов, работающих при разных температурах. 
Принцип действия ТКС основан на измерении концентрации
определяемого компонента газовой смеси по количеству тепла,
выделяющегося при химической реакции каталитического окисления. 
Одним из возможных приемов обеспечения селективности 
термокаталитического определения горючих газов является использование
термочувствительных элементов, обладающих различной активностью к
компонентам 
газовой 
смеси. 
Неодинаковость 
активности
термочувствительных элементов к компонентам газовой смеси
обеспечивается за счет подбора состава катализатора или условий
окисления отдельных компонентов, содержащихся в исследуемой смеси.
Как известно, каждое горючее вещество имеет свою определенную 
температуру окисления кислородом воздуха. Этот параметр можно
использовать при обеспечении селективности каталитического окисления
горючих веществ на поверхности термочувствительных элементов,
изготовленных из катализаторов одного и того же состава. В связи с
этим, нами в работе обоснован и предложен способ обеспечения 
селективности термокаталитических методов, основанный на 

---

38 
использовании термочувствительных элементов - сенсоров, содержащих
катализаторы на основе Pt и обладающих разными значениями
температур окисления на поверхности каталитического слоя.
Такой способ измерения аналитического сигнала позволяет
автоматически компенсировать горючие компоненты смеси с низким
порогом их воспламенения и прокалибровать сенсор только по горючему
компоненту, обладающему высоким порогом воспламенения. Согласно 
такому методу, разность значений температур на поверхности 
катализатора двух идентичных по составу и строению 
термочувствительных элементов, достигается подбором соответствующего 
их тока питания. Величина установленного тока питания первого элемента 
такова, что на поверхности его катализатора происходит одновременное
окисление всех горючих компонентов смеси (Г1, Г2, Г3). В результате
выходной сигнал первого элемента пропорционален суммарной
концентрации всех горючих компонентов смеси вместе взятых, а второго
элемента –значительно меньше, чем первый. Соответственно,
температура второго элемента намного ниже, чем первого, и на
поверхности его катализатора окисляются горючие компоненты смеси
(Г1, Г2), кроме определяемого (Г3). В результате, выходной сигнал 
первого элемента пропорционален сумме всех компонентов концентрации
Г1, Г2 и Г3. Выходной сигнал же второго элементов пропорционален
только концентрации Г1 и Г2, а разность сигналов первого и второго
элементов будет пропорциональна только точной концентрации
определяемого компонента в смеси: (Г1 + Г2 + Г3) – (Г1 + Г2) = Г3. 
Из выхлопной газовой смеси, с помощью чувствительных элементов
установлением соответствующих токов питания, ипо величине
полученной при этом температуры сгорания Г1, Г2 и Г3 поочередно,
можно вполне легко и быстро дифференцированно измерить точное
содержание отдельных компонентов газовых смесей. Основными горючими
компонентами выхлопных газов автотранспорта являются Н
2
, СО и
углеводороды. Поэтому, опыты по обеспечению селективности сенсора
СО и углеводородов проводили в их присутствии. Эксперименты по 
подбору оптимального значения тока питания ТКС с катализатором
Pt/Al
2
O
3
проводились в интервале напряжения 1,0 –5,0 В. Было
установлено, что оптимальные значения питания сенсора с катализатором
Pt/Al
2
O
3
для Н2, СО и паров бензина равны: 1,8; 2,2 и 3,4 В, 
соответственно. Сенсор с катализатором Pt/Al
2
O
3
при напряжении
питания первого и второго чувствительных элементов 2,2 и 3,4 В, 
соответственно, обеспечивает селективность определения паров бензина в
присутствии водорода и оксида углерода. При этом, на первом
чувствительном элементе окисляются Н
2
и СО, а на втором - Н
2
, СО и
пары бензина. Следовательно, разница сигналов первого и второго
элементов соответствует концентрации паров бензина. Приведенные на
рис. 1а данные исключают возможность обеспечения селективности 
определения СО в присутствии Н
2
с использованием чувствительного 

---

39 
элемента с катализатором Pt/Al
2
O
3
. В связи с этим, в качестве
катализатора сенсора для селективного определения СО в выхлопных
газах, где одновременно содержатся Н
2
и СО, был использован Pt-
Со
3
О
4
/Al
2
O
3
. Результаты подбора оптимальных температур 
термочувствительного элемента с катализатором Pt-Со
3
О
4
/Al
2
O
3
показали, 
что сигнал сенсора на Н
2
достигает своего максимального значения (31-
35 мВ) при питании чувствительного элемента, равном 1,6-1,8 В. При
таком питании сигнал сенсора по СО равен нулю, а оптимальное 
значение питания чувствительного элемента равно 2,6–2,8 В. При таком
значении питания на поверхности катализатора полностью окисляются Н
2
и СО. Пары бензина при питании чувствительного элемента ниже 3,6 В
в присутствии Pt-Со
3
О
4
/Al
2
O
3
практически не реагируют с
кислородом воздуха. ТКС с катализатором Pt-Со
3
О
4
/Al
2
O
3
при напряжении 
питания первого и второго чувствительных элементов, соответственно,
равных 1,7 и 2,7 В, обеспечивает селективность определения СО в 
присутствии Н2 и паров бензина. При этом, на первом чувствительном
элементе окисляется Н2, а на втором -Н
2
и СО. Пары бензина при
подобранных условиях на обоих чувствительных элементах не
окисляются. Следовательно, разница сигнала первого и второго элементов
соответствует концентрации СО в выхлопном газе. Таким образом, в
результате проведенных экспериментов разработан способ обеспечения
селективности термокаталитического определения отдельных компонентов 
выхлопных газов автотранспорта, что позволяет автоматически 
компенсировать горючие компоненты смеси с низким порогом 
воспламенения и прокалибровать сенсор только по горючему компоненту, 
обладающему высоким порогом воспламенения. Используя подобранный
катализатор и оптимизированные условия, изготовлен ТКС для
определения СО и углеводородов в выхлопных газах. В конструктивном
плане сенсор представляет собой пару чувствительных элементов и пару 
резисторов, включенных в мостовую схему. В ходе проведения 
эксперимента изучены динамические, градуировочные характеристики,
селективность и стабильность работы сенсора. В результате
экспериментов установлено, что наиболее высокий сигнал сенсора по СО
(67,0 мВ на 2,5 об. %) наблюдается при значении питания первого и
второго чувствительных элементов, равных 1,7 и 2,7 В соответственно,
поэтому все последующие эксперименты проводили при такой
оптимальной величине питания.