Химические датчики




НазваниеХимические датчики
страница1/9
Дата публикации26.03.2014
Размер0.83 Mb.
ТипДокументы
uchebilka.ru > Химия > Документы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9
ГЛАВА 17

ХИМИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

Химические датчики реагируют либо на определенные химические веще­ства, либо на химические реакции. Их назначение - идентификация и количе­ственное определение химических реагентов в газовой и жидкой фазах (хими­ческие датчики для твердых веществ практически не используются).

В научных и прикладных исследованиях химические датчики используются во многих областях: от мониторинга загрязнения атмосферы до обнаружения взрывчатых веществ. Такие датчики применяются для проведения регулярных анализов образцов газов в лабораторных условиях и для определения распрост­ранения пятен опасных химических реагентов в почве или водоемах. Новые сфе­ры применения химических датчиков — обнаружение местоположения насеко­мых - переносчиков опасных заболеваний, например, термитов по выделению ими газов в процессе переваривания клетчатки, а также мониторинг менстру­ального цикла у коров для повышения эффективности искусственного оплодот­ворения.

В промышленности химические датчики используются для контроля за тех­нологическими процессами при производстве пластмасс, а также при литье ме­таллов, где количество диффундированных газов влияет на некоторые парамет­ры металлов, например, на их прочностные характеристики. Они применяются для мониторинга среды в рабочих помещениях, для определения концентраций опасных для здоровья людей компонентов. Сфера применения химических дат­чиков постоянно растет: тестирование и контроль за качеством продуктов пита­ния, за распространением пестицидов в сельском хозяйстве и т.д.

В медицине химические датчики применяются для тестирования состояния здоровья людей по анализам состава крови и газов, находящихся в легких. Такие датчики также используются при определении уровня алкоголя в крови и для диагностирования проблем пищеварения.

В военных областях химические датчики используются для обнаружения топ­ливных складов и ядовитых веществ в воздухе, применяемых при проведении военных операций. Такие датчики используются для мониторинга подземных вод на территории военных баз, а также для контроля за токсичностью многих производств, особенно ядерных, с целью исследования влияния тех или иных компонентов на окружающую среду и здоровье людей.
^

17.1. Характеристики химических датчиков


Для описания большинства химических датчиков используются общие для всех детекторов характеристики: стабильность, воспроизводимость, линейность, гис­терезис, насыщение, время реакции и диапазон измерений (см. главу 2). Но так­же существуют два параметра, характерные только для этой группы датчиков: из­бирательность и чувствительность к определенному химическому реагенту, вхо­дящему в состав сложных композиций.

Избирательность — это способность детектора реагировать только на опре­деленное химическое вещество и не реагировать на все остальные. Чувствитель­ность характеризуется либо минимальной концентрацией детектируемого ве­щества, либо минимальным изменением его концентрации (этот параметр час­то называют разрешающей способностью), достаточных для надежного детекти­рования датчиком. Следует отметить, что если в предыдущих разделах синони­мом термина «чувствительность» был наклон линейной передаточной функции, то для химических датчиков аналогом чувствительности является разрешающая способность.

Избирательность является самой важной характеристикой химических дат­чиков. На практике обычно проверяют реакцию датчиков на увеличение концен­траций исследуемых реагентов, поскольку гораздо проще повышать концентра­цию веществ в эталонном образце, чем уменьшать ее. Очевидно, что химических датчиков с идеальной селективностью не существует.
^

17.2. Проблемы химических датчиков


Основная проблема химических датчиков заключается в том, что исследуемые хи­мические реакции меняют сам датчик, к сожалению, часто необратимо. Напри­мер, электрохимические элементы на основе жидких электролитов (материалов, проводящих электрический ток не за счет электронов, а при помощи ионов) при каждом измерении теряют небольшое количество электролита, поэтому надо либо постоянно доливать его, либо использовать датчики другого типа, такие как хи­мические детекторы на основе полевых транзисторов.

Другой проблемой является то, что химические датчики могут подвергаться воздействию неограниченного количества различных комбинаций химических реагентов, все из которых просто невозможно смоделировать. При этом за счет загрязнений различных типов, либо забивающих поры пленочных детекторов, либо изменяющих чувствительную поверхность (например, кремний в циркони­евых датчиках создает неудаляемую пленку) могут происходить серьезные изме­нения рабочих параметров датчиков, определенных в процессе калибровки.

В каталитических датчиках, используемых для детектирования углеводоро­дов, платиновые электроды и нагревательные элементы начинают испаряться при повышении температуры выше 1000°С, что сильно ограничивает их срок службы и снижает долговременную стабильность [1]. Скорость испарения возрастает в присутствии газов некоторых горючих веществ. Потери платины приводят к из­менению сопротивления проводов, что вызывает смещение показаний датчиков, а также прогар нагревательных платиновых катушек.

Химическое загрязнение является проблемой многих датчиков, например, в детекторах каталитического типа кремний и тетраэтилсвинец, осаждаясь на по­верхности чувствительных элементов, замедляют процесс окисления углеводоро­дов, что ведет к занижению показаний. Иногда для предотвращения попадания загрязняющих реагентов в химические датчики встраивают специальные фильт­ры, задерживающие ненужные вещества, не оказывая при этом никакого влия­ния на исследуемые компоненты.

Химические датчики на основе поверхностных акустических волн (ПАВ), подвергаются механическому загрязнению чувствительных адсорбирующих пле­нок исследуемыми реагентами, что приводит к необратимому изменению их мас­сы, а, следовательно, и уходу от калибровочных параметров. То же самое проис­ходит и с чувствительными покрытиями оптоволоконных детекторов, постоянно загрязняемых неудаляемыми компонентами, снижающими их отражательную способность, что приводит к ложному детектированию исследуемых реагентов.

Существует еще одна проблема, характерная только для химических датчи­ков, заключающаяся в том, что большинство химических реакций протекают толь­ко при условии использования стехиометрических смесей со сбалансированны­ми уровнями концентраций реагентов. Например, в реактивных углеводородных детекторах для проведения измерений необходимо, чтобы концентрация углево­дородов соответствовала концентрации кислорода в смеси. При большой концен­трации углеводородов (или недостаточной концентрации кислорода) в реакцию вступит только часть углеводородов, что приведет к занижению результатов из­мерений.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Химические датчики iconДатчики сапфир-22мт 4 датчики сапфир-22мп 8
Датчики просты, надежны и удобны в эксплуатации. Применяются для измерения давления пара, жидкостей и газообразных сред. Пользуются...

Химические датчики iconСкорость и ускорение
Гц) довольно хорошую точность измерений обеспечивают датчики положения и пе­ремещения объектов. В зоне средних частот (менее 1 кГц)...

Химические датчики iconТема. Физические и химические явления. Химические реакции
Цель. Сформировать знания о физических и химических явлениях, их отличия; рассмотреть внешние эффекты, которые сопровождают химические...

Химические датчики iconНаучно-педагогический проект «Росток»
Цель: изучить химические свойства воды на примере ее взаимодействия с металлами, основными и кислотными оксидами, реакцию разложения...

Химические датчики iconОсновные физико-химические свойства
Основные физико-химические свойства: прозрачная вязкая жидкость коричнево — оранжевого цвета со специфическим запахом

Химические датчики iconМедицинские датчики

Химические датчики iconE-mail: metro55@rambler ru Плазменный способ генерации тепла. Лаборатории...
Предварительный анализ показывает, что полное описание плазмоэлектролитического процесса не может базироваться на чисто физических...

Химические датчики iconКурсовая работа по схемотехнике тема: «полупроводниковые датчики температуры»

Химические датчики iconТема: предмет и задачи биохимии. Ферменты: химическая природа, структура...
Вых организмов, химические преобразования, которые лежат в основе функционирования живых систем. Ферментам, как биокатализаторам,...

Химические датчики iconПрограмма «Element» ибаза данных "Химические элементы и соединения,...
Компьютерная программа «Element» и база данных Химические элементы и соединения

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<