Исследование чувствительности и селективности термокаталитического сенсора водорода

Исследование чувствительности и селективности термокаталитического сенсора водорода

Автор: И. И. Иванов, А. М. Баранов, А. Н. Лямин, С. М. Миронов

Журнал: Научное приборостроение @nauchnoe-priborostroenie

Рубрика: Физика приборостроения

Статья в выпуске: 2 т.32, 2022 года.

Бесплатный доступ

Впервые показана высокая селективность термокаталитических сенсоров водорода к другим углеводородам (метану, пропану, гексану, бутану, этану и этилену) при рабочей температуре менее 70 С. В качестве измерительной схемы использовались схема делителя напряжения и мостовая измерительная схема. Показано, что селективность сенсоров водорода зависит от температуры чувствительного элемента термокаталитического сенсора. Исследования селективности сенсоров водорода проведены в диапазоне температур 66–130 С. Было показано, что сенсоры имеют высокую чувствительность, порядка 30 мВ/%, и низкую потребляемую мощность, порядка 8.6 мВт. Показано, что максимальные значения селективности и чувствительности имеют место при использовании мостовой измерительной схемы. Полученные результаты могут быть использованы для разработки газоанализаторов водорода.

Еще

Термокаталитический сенсор водород, низкотемпературные измерения, селективность, чувствительность, потребляемая мощность

Короткий адрес: https://sciup.org/142234345

IDR: 142234345   |   УДК: 53.087.92   |   DOI: 10.18358/np-32-2-i4254

INVESTIGATION OF THE SENSITIVITY AND SELECTIVITY OF A THERMOCATALYTIC SENSOR OF HYDROGEN

For the first time the study demonstrates the high selectivity of catalytic hydrogen sensors to other hydrocarbons (methane, propane, hexane, butane, ethane and ethylene) at an operating temperature less than 70 ºС. Two circuits were used to measure the response of sensors: a Wheatstone bridge circuit and a divider circuit. The hydrogen measurement was conducted at the temperatures ranging from 66 to130 ºС. It is shown that the sensors have a high sensitivity of 25–35 mV/% and a low power consumption of approximately 8.6 mW. The Wheatstone bridge circuit was observed to have the maximum value of selectivity and sensitivity

Еще

Список литературы Исследование чувствительности и селективности термокаталитического сенсора водорода

  • EA G20 Hydrogen report: Assumptions. Report prepared by the IEA for the G20. IEA Publication, Japan, June 2019. URL: https://iea.blob.core.windows.net/assets/a02a0c80-77b2-462e-a9d5-1099e0e572ce/IEA-The-Future-of-HydrogenAssumptions-Annex.pdf
  • Hübert T., Boon-Brett L., Black G., Banach U. Hydrogen sensors — a review // Sens Actuators B: Chemical. 2011. Vol. 157. P. 329–352. DOI: 10.1016/j.snb.2011.04.070
  • Tashi W., Joseph R.S., William J.B., Vinay P., David P. Characterization of a selective, zero power sensor for distributed sensing of hydrogen in energy applications // International Journal of Hydrogen Energy. 2021. Vol. 46, is. 61. P. 31489–31500. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.07.015
  • Deepak P., Manoranjan K., Saurabh K.P. A new type low-cost, flexible and wearable tertiary nanocomposite sensor for room temperature hydrogen gas sensing // Scientific Reports. 2020. Vol. 10. P. 1–11. Art. number 2151. DOI: 10.1038/s41598-020-58965-w
  • Podlepetsky B., Samotaev N., Kovalenko A. Responses’ parameters of hydrogen sensors based on MISFET with Pd(Ag)-Ta2O5-SiO2-Si structure // Sensors and Actuators B: Chemical. 2019. Vol. 290, P. 698–705. DOI: 10.1016/j.snb.2019.03.083
  • Иванов И.И., Баранов А.М., Талипов В.А., Миронов С.М., Колесник И.В., Напольский К.С. Разработка эффективных сенсоров обнаружения довзрывоопасных концентраций H2 // Научное приборостроение. 2021. Т. 31, № 3. C. 25–36. URL: http://iairas.ru/mag/2021/abst3.php#abst4
  • Shaposhnik A.V., Moskalev P.V., Chegereva K.L., Zviagin A.A., Vasiliev A.A. Selective gas detection of H2 and CO by a single MOX-sensor // Sensors and Actuators B: Chemical. 2021. Vol. 334. Id. 129376. DOI: 10.1016/j.snb.2020.129376
  • Trochimczyk A.H., Chang J., Zhou Q., Dong J., Pham Th., Worsley M.A., Maboudian R., Zettl A., Mickelson W. Catalytic hydrogen sensing using microheated platinum nanoparticle-loaded graphene aerogel // Sensors and Actuators B: Chemical. 2015. Vol. 206. P. 399–406. DOI: 10.1016/j.snb.2014.09.057
  • Lee E.-B., Hwang I.-S., Cha J.-H., Lee H.-J., Lee W.-B., Pak J.J., Lee J.-H., Ju B.-K. Micromachined catalytic combustible hydrogen gas sensor // Sensors and Actuators B: Chemical. 2011. Vol. 153. P. 392–397. DOI: 10.1016/j.snb.2010.11.004
  • Ivanov I.I., Baranov A.M., Talipov V.A., Mironov S.M., Akbari S., Kolesnik I.V., Orlova E.D., Napolskii K.S. Investigation of catalytic hydrogen sensors with platinum group catalysts // Sensors and Actuators B: Chemical. 2021. Vol. 346. Id.130515. DOI: 10.1016/j.snb.2021.130515
  • Diéguez P.M., Urroz J.C., Marcelino-Sádaba S., PérezEzcurdia A., Benito-Amurrio M., Sáinz D., Gandía L.M. Experimental study of the performance and emission characteristics of an adapted commercial four-cylinder spark ignition engine running on hydrogen-methane mixtures // Application Energy. 2014. Vol. 113. P. 1068–1076. DOI: 1016/j.apenergy.2013.08.063
  • IEC 60079-1-2013 Explosive atmospheres. Part 1. Equipment protection by flameproof enclosures "d". URL: https://www.en-standard.eu/iec-ts-60079-32-1-2013-explosive-atmospheres-part-32-1-electrostatic-hazardsguidance/
  • Karelin A., Baranov A.M., Akbari S., Mironov S., Karpova E. Measurement Algorithm for Determining Unknown Flammable Gas Concentration Based on Temperature Sensitivity of Catalytic Sensor // IEEE Sensors Journal. Vol. 19, is. 11. P. 4173–4180. DOI: 10.1109/JSEN.2019.2897626
  • Del Orbe D.V., Yang H., Cho I., Park J., Choi J., Woo Hang S., Park I. Low-power thermocatalytic hydrogen sensor based on electrodeposited cauliflower-like nanostructured Pt black // Sensors and Actuators B: Chemical. 2021. Vol. 329. DOI: 10.1016/j.snb.2020.129129
  • EN 1127-1: 2019 Explosive atmospheres. Explosion prevention and protection. Part 1: Basic concepts and methodology. URL: https://www.en-standard.eu/bs-en-1127-1-2019-explosive-atmospheres-explosion-prevention-andprotection-basic-concepts-and-methodology/
  • Талипов В.А., Баранов А.М., Иванов И.И., Миронов С.М. Низкотемпературные методики селективного определения концентрации водорода в газоаналитической технике // Научное приборостроение. 2022. Т. 32, № 1. C. 35–47. URL: http://iairas.ru/mag/2022/abst1.php#abst4
  • ООО НТЦ ИГД. Производство термокаталитических сенсоров горючих газов [Электронный ресурс]. URL: http://karpov-sensor.com/ (14.03.2022).
  • Somov A., Baranov A., Spirjakin D., Passerone R. Circuit design and power consumption analysis of wireless gas sensor nodes: one-sensor versus two-sensor approach // IEEE Sensors. 2014. Vol. 14. DOI: 10.1109/JSEN.2014.2309001
  • Darmadi I., Anggoro F., Nugroho A., Langhammer C. High-Performance Nanostructured Palladium-Based Hydrogen Sensors – Current Limitations and Strategies for Their Mitigation // ACS Sens. 2020. Vol. 5. P. 3306–3327. DOI:10.1021/acssensors.0c02019.
  • Wu R.-J., Tian X.-M., Hua Zh.-Q., Lu N., Wanga P. Low temperature catalytic combustible gas sensor based on Ru supported zeolite catalyst films // Chinese Journal of Analytical Chemistry. 2021. Vol
Еще
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp