Датчик водорода

Авторы патента:

Александров Владимир Алексеевич (RU)

G01N27/14 - электрически нагреваемого тела в зависимости от изменения температуры

Владельцы патента RU 2525643:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт механики Уральского отделения РАН (RU)

Изобретение относится к анализу материалов, в частности, для определения содержания водорода и может быть использовано при изготовлении газоанализаторов водорода в космической технике, автомобильной промышленности, химической промышленности и т.д. Сущность изобретения: предложен резистивный датчик концентрации водорода, содержащий водородочувствительный элемент, выполненный в виде толстопленочного резистора, содержащего в материале, по крайней мере, оксид палладия и нагревательный элемент, подогревающий водородочувствительный элемент. Водородочувствительный элемент может быть выполнен из серебропалладиевой резистивной пасты.Техническим результатом является создание миниатюрного датчика водорода, как атомарного, так и молекулярного, позволяющего проводить качественные и количественные измерения. Датчик может быть изготовлен по простой, дешевой и широко применяемой в промышленности технологии. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Известен водородный датчик (RU 2371708, G01N 27/00, 2008.05.05) взрывоопасных концентраций водорода, на основе сенсорного элемента в виде гибкой оболочки, в которую помещено водородочувствительное вещество с экзотермическим откликом. В качестве водородочувствительного вещества с экзотермическим откликом используется диоксид марганца палладированный. Корпус датчика обеспечивает дозированное поступление водорода к сенсорному веществу, а тепловая энергия экзотермической реакции водорода с диоксидом марганца палладированным преобразуется в электрический сигнал с помощью термопары. В зависимости от количества выделенного тепла меняется напряжение на выходе, что является показателем концентрации водорода в контролируемой емкости.

Недостатками водородного датчика является сложность в целом, обусловленная необходимостью применения специального материала корпуса, наличие термопары и промежуточный процесс преобразования выделяющегося тепла в электрический сигнал.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является быстродействующий резистивный датчик взрывоопасных концентраций водорода (RU 2221241, G01N 27/12, 2002.11.19), в котором водородочувствительный элемент выполнен с использованием тонкопленочной технологии из материала, содержащего, по крайней мере, палладий, из которого нагреванием, не доводящим до полного окисления палладия, получен окисел палладия, переходящий в металлический палладий под действием водорода взрывоопасных концентраций. При этом отсутствует возможность регистрации изменяющейся концентрации водорода в анализируемой среде.

Задача изобретения - создание компактной конструкции датчика водорода, позволяющего не только регистрировать наличие водорода на качественном уровне, но и определять его количественно, сохраняя при этом высокую чувствительность (менее 1 об.%).

Для решения поставленной задачи предлагается резистивный датчик концентрации водорода, содержащий водородочувствительный элемент, выполненный в виде толстопленочного резистора, содержащего в материале, по крайней мере, оксид палладия, и нагревательный элемент, подогревающий водородочувствительный элемент.

Водородочувствительный элемент датчика водорода может быть изготовлен из серебропалладиевой резистивной пасты, обеспечивающей содержание в материале элемента оксида палладия.

Сущность изобретения.

Свойства серебропалладивых толстопленочных резисторов определяются содержанием в них оксида палладия, который является полупроводником p-типа. При температуре более 50°C Ag-Pd толстопленочные резисторы изменяют электрофизические свойства в присутствии водорода в окружающей их среде. Это объясняется тем, что при реакции с водородом оксид палладия восстанавливается до металла. При этом проводимость материала резисторов увеличивается, а сопротивление резисторов в целом снижается. В связи с этим, оснащенный нагревательным элементом толстопленочный резистор, содержащий в материале оксид палладия, может служить в качестве резистивного датчика водорода.

Пример

Толстопленочные резисторы, содержащие в материале оксид палладия, были изготовлены на керамической подложке ВК-94 из резистивных паст ПР-100 и ПР-500, порошковая составляющая которых содержит Ag₂O, Pd и стекло С-660а. Контакты резисторов формировались из серебряной проводниковой пасты ПП-3. В процессе термообработки в функциональном составе материала резисторов образуются сплав Ag-Pd и оксид палладия PdO. Полученные резисторы имели сопротивления ~60 Ом и ~300 Ом при размере резистивной пленки, соответственно, 6×6×0,02 мм и 2×2×0,02 мм. Для определения чувствительности к водороду резисторы подвергались нагреванию в газообразном водороде и гидрированию в электролите, в процессе которых измерялось их сопротивление. В среде газообразного водорода снижение сопротивления серебропалладиевых толстопленочных резисторов происходит при их нагревании выше температуры 50°C, а в присутствии атомарного водорода уменьшение сопротивления происходит при комнатной температуре. Характерная кривая изменения сопротивления серебропалладиевого резистора при взаимодействии с водородом приведена на фиг.1. Рентгенографическими исследованиями установлено, что увеличение проводимости материала серебропалладивых толстопленочных резисторов и снижение их сопротивления обусловлено восстановлением Pd водородом из PdO. Причем изменение сопротивления датчика происходит пропорционально количеству водорода в окружающей среде.

Техническим результатом является создание миниатюрного датчика водорода, как атомарного, так и молекулярного, позволяющего проводить качественные и количественные измерения. Датчик может быть изготовлен по простой, дешевой и широко применяемой в промышленности технологии.

1. Резистивный датчик концентрации водорода, содержащий, водородочувствительный элемент и нагревательный элемент, подогревающий водородочувствительный элемент, отличающийся тем, что водородочувствительный элемент выполнен в виде толстопленочного резистора из серебропалладиевой резистивной пасты.

2. Резистивный датчик по п.1, отличающийся тем, что водородочувствительный элемент из серебропалладиевой резистивной пасты содержит оксид палладия.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля концентрации метана в атмосфере горных выработок и шахт. Предлагаемый способ измерения концентрации метана основан на использовании термокаталитического сенсора с рабочим и сравнительным элементами, размещенными в реакционной камере с диффузионным доступом анализируемой среды.

Полупроводниковый газовый сенсор // 2509303

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в газоанализаторах, газосигнализаторах и газовых пожарных извещателях для контроля довзрывных концентраций взрыво-пожароопасных газов и газовых смесей.

Способ определения аномалий на политермах свойств высокотемпературных металлических расплавов (варианты) // 2477852

Изобретение относится к технической физике, а именно к способам контроля и измерения свойств веществ, и предназначено для определения аномалий на политермах свойств высокотемпературных металлических расплавов.

Способ неразрушающего теплового контроля состояния арматуры в протяженных железобетонных изделиях // 2473892

Изобретение относится к неразрушающему тепловому контролю и может быть использовано для контроля состояния протяженных железобетонных изделий, имеющих основную металлическую продольную несущую арматуру (например: опоры линий электропередач, балки, сваи, трубы и т.п.), применяемых в различных отраслях хозяйства в процессе производства, строительства и эксплуатации.

Способ определения газочувствительных характеристик и электрофизических свойств газочувствительного элемента в частотной области // 2439547

Изобретение относится к области измерения электрических характеристик наноразмерных газочувствительных материалов, в частности к измерению комплексной проводимости газочувствительных материалов, и может быть использовано в производстве сенсоров газа, основанных на полупроводниковых неорганических материалах сложного состава, а также для синтеза структур пленки эквивалентной схемой.

Газоанализатор водорода // 2371710

Изобретение относится к области измерения концентраций водорода и может быть использовано для контроля газовой атмосферы в помещениях промышленных предприятий с опасными условиями производства, в частности для обеспечения водородной взрывобезопасности под защитной оболочкой АЭС и взрывозащитных камер.

Способ определения концентрации водорода в присутствии газообразных примесей // 2371709

Изобретение относится к измерительным средствам для исследования и анализа газов при помощи электрических средств, в частности полупроводниковых сенсорных датчиков, и может быть использовано в системах пожарной сигнализации, сигнализаторах опасных газов и газоанализаторах.

Способ определения концентрации примеси газа в воздухе // 2279066

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к области анализа газовых смесей, и может быть использовано для определения типов различных газов и их количественного содержания в воздухе.

Установка для определения водорода в топливных таблетках из двуокиси урана // 2253915

Изобретение относится к аналитической химии, в частности определению общего водорода в таблетках из двуокиси урана. .

Способ определения водорода в металлах // 2216799

Изобретение относится к аналитической химии, в частности определению водорода в металлах. .

Способ и устройство для бесконтактного измерения удельного электрического сопротивления металлического сплава методом вращающегося магнитного поля // 2531056

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ и устройство для бесконтактного измерения удельного электрического сопротивления металлического сплава методом вращающегося магнитного поля и может использоваться для анализа материалов, в частности металлов и сплавов в жидком и/или твердом состоянии, путём бесконтактного определения электрического сопротивления нагреваемого тела в зависимости от температуры. Способ состоит в том, что определяют угол поворота образца во вращающемся магнитном поле, создаваемом магнитным узлом в виде трех катушек трехфазного статора, измеряют значения тока, по значениям угла поворота и тока определяют удельное электрическое сопротивление, при этом измерение тока в одной из катушек осуществляют посредством мультиметра, а нулевые значения тока в любой из катушек используют для сигнализации о нарушении параметров магнитного поля. Устройство для реализации способа включает источник вращающегося магнитного поля с магнитной системой в виде трех катушек трехфазного статора, датчики тока, подключенные к катушкам, и компьютер, дополнительный датчик тока, мультиметр и устройство сигнализации, содержащее три вычитающих устройства, сумматор, пороговый элемент, оптический индикатор, входы мультиметра соединены с дополнительным датчиком тока, выход мультиметра соединен с одним из входов компьютера, входы каждого вычитающего устройства подключены к выходам двух датчиков тока, подключенных к катушкам, выходы вычитающих устройств соединены со входами сумматора, выход которого через пороговый элемент соединен с оптическим индикатором, выход порогового элемента является выходом устройства сигнализации и соединен с другим входом компьютера. Техническим результатом является обеспечение сокращения времени измерений, упрощение эксперимента при сохранении требуемой точности. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство для крепления электронагревателя в электропечи // 2531066

Изобретение относится к технической физике, а именно к анализу материалов путем определения вязкости и электрического сопротивления и плотности высокотемпературных металлических расплавов. Предлагается устройство для крепления электронагревателя в электропечи, содержащее, по крайней мере, два соединительных элемента электронагревателя, являющиеся и токоподводами, нижний фланец электропечи, имеющий, по крайней мере, два фланцевых узла крепления, также являющихся токоподводами, и, по крайней мере, два болтовых соединения. При этом в каждом из фланцевых узлов крепления выполнено клиновидное углубление, в клиновидном углублении каждого из фланцевых узлов крепления размещен, по крайней мере, один соединительный элемент электронагревателя, кроме того, в устройство введены, по крайней мере, два клиновидных элемента фиксации крепления, по крайней мере, один из которых размещен в клиновидном углублении каждого из фланцевых узлов крепления, а болтовые соединения осуществляют функцию зажатия клиновидных элементов фиксации крепления соединительных элементов электронагревателя во фланцевых узлах крепления. Технический результат - ускорение и упрощение замены электронагревателя, упрощение и удешевление экспериментов. 3 ил.

Способ определения удельного электросопротивления расплавов и устройство для его осуществления // 2535525

Группа изобретений относится к технической физике, а именно - к анализу материалов путем бесконтактного определения методом вращающегося магнитного поля электросопротивления образца в зависимости от температуры, в частности - к определению относительной электропроводности металлов и сплавов в жидком и/или твердом состоянии. Способ определения удельного электросопротивления расплавов, при котором тигель с расплавом подвешивают коаксиально в цилиндрической электропечи на нижнем конце рабочей части упругой проволоки, верхний конец упругой проволоки закреплен в узле фиксации. При этом перед исследованием расплава изменяют длину рабочей части упругой проволоки путем обеспечения неподвижности верхнего конца рабочей части упругой проволоки относительно узла фиксации. Устройство для определения удельного электросопротивления расплавов содержит тигель с расплавом, подвешенный коаксиально в цилиндрической электропечи на нижнем конце рабочей части упругой проволоки, верхний конец которой закреплен в узле фиксации. При этом в него введены струбцина и штифт, закрепленный некоаксиально в узле фиксации, струбцина закреплена на штифте с возможностью ее перемещения вдоль штифта и имеет средство для закрепления в струбцине верхнего конца рабочей части упругой проволоки. Технический результат - обеспечение сокращения времени экспериментов и их упрощение при определении электросопротивления различных сплавов в случае их смены. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство для измерения температурных параметров сверхпроводников // 2556273

Изобретение относится к устройствам для исследования сверхпроводников с помощью электрических и магнитных средств и позволяет обеспечить высокую точность измерения температурных параметров сверхпроводников. В корпусе устройства установлены две катушки индуктивности. Оси катушек ориентированы параллельно друг другу и поверхности образца, расположенного между катушками. Для уменьшения поля рассеяния первичной катушки и увеличения величины спада сигнала при переходе в сверхпроводящее состояние катушки индуктивности выполнены с прямоугольным поперечным сечением и установлены меньшей стороной прямоугольника параллельно поверхности образца. Механизм регулировки и фиксации расстояния между образцом и поверхностью криоагента обеспечивает исключение влияния конвекционных паров вблизи поверхности криоагента. Корпус устройства выполнен из двух половин. Образец сверхпроводника установлен в плоскости разъема корпуса для обеспечения точности фиксации положения сверхпроводника относительно катушек индуктивности и поверхности криоагента. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Полупроводниковый газовый сенсор // 2557435

Изобретение может быть использовано в газоанализаторах, газосигнализаторах и газовых пожарных извещателях. Полупроводниковый газовый сенсор содержит корпус 1 реакционной камеры 2, выполненный из коррозионно-стойкой стали. Корпус 1, с торца закрытый сеткой 3 из проволоки диаметром 0,03…0,05 мм шагом 0,05…0,07 мм из нержавеющей стали. В корпусе 1 по центру реакционной камеры 2 на контактных проводниках 4 установлен шарообразный полупроводниковый газочувствительный элемент 5 при помощи проводов нагревателя 6 и измерительного проводника 7. Внутри полупроводникового газочувствительного элемента 5 размещен нагреватель 6 в виде цилиндрический пружины, внутри которой по ее оси и по диаметру шарообразного полупроводникового элемента 5 расположен прямой измерительный проводник 7. Нагреватель 6 и измерительный проводник 7 газочувствительного элемента выполнены из платиновой проволоки диаметром 0,015…0,03 мм, при этом нагреватель выполнен 2…8 витками этой проволоки с диаметром витков 0,3…0,6 мм. Пространство вокруг прямого измерительного проводника 7 и внутри цилиндрический пружины нагревателя 6 заполнено газочувствительным составом SnO2, вокруг которого (и нагревателя 6) расположен шарообразный пористый и газочувствительный слой 5 из In2O3; внешний диаметр которого составляет 0,8…0,9 мм. Изобретение обеспечивает повышение чувствительности, а также существенное улучшение механической прочности, долговременной стабильности, быстродействия и устойчивости к воздействию внешних факторов. 8 ил., 4 табл.

Способ анализа состава газовой среды // 2586446

Изобретение относится к области газового анализа, а именно к способам распознавания состава многокомпонентных газовых смесей. Задачей изобретения является разработка способа анализа состава газовой среды путем измерения полного сопротивления (импеданса) газочувствительного полупроводникового слоя, сегментированного набором компланарных электродов в составе мультисенсорного чипа, при воздействии различных газовых сред, позволяющего проводить их качественное распознавание. Техническим результатом является увеличение точности анализа состава газовой среды с помощью мультисенсорного чипа согласно принципам работы прибора вида «электронный нос» за счет увеличения количества характеристик, используемых для построения векторного отклика, чувствительного к виду газовой среды, путем определения набора параметров, изменяющихся при воздействии газов, по измерениям спектра (или частотной зависимости) импеданса отдельных сенсорных сегментов чипа. Важной особенностью способа является применение низких частот (10-2-102 Гц), в котором изменение импеданса, обусловленное адсорбцией газов, учитывает медленные процессы токопереноса в газочувствительном полупроводниковом материале, что определяет соответствующее изменение элементов эквивалентной электрической цепи, используемое в данном способе для решения задачи анализа газового состава. При этом измерение бòльшего количества сенсорных сегментов чипа позволяет увеличить размерность анализируемого векторного сигнала и повысить точность идентификации газа. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ электрометрического измерения производной химического потенциала по температуре и устройство для его осуществления // 2617149

Изобретение относится к области электрометрического анализа химического потенциала μ c помощью модуляции температуры T и может быть использовано для исследования характеристик имеющихся и для конструирования новых элементов наноэлектроники. Предложен способ измерения ∂μ/∂T, который позволяет измерить ∂S/∂n в двумерных системах с изменяемой концентрацией n. В изобретении используется модуляция температуры структуры, изготовленной на поверхности исследуемого образца, и электрически эквивалентной плоскому конденсатору, одной из обкладок которого является исследуемое вещество, и последующее измерение возникающего тока перезарядки структуры. При этом структура (образец) размещается в экранирующем внешние электрические поля и теплопроводящем контейнере, обеспечивающем однородность температуры по площади образца. В случае если исследуемое вещество является двумерной системой с перестраиваемой концентрацией носителей заряда, то дополнительным результатом измерений является определение энтропии системы. Технический результат – повышение точности и достоверности измерения химического потенциала и энтропии. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство для определения параметров ленточных сверхпроводников // 2628452

Использование: для определения физических свойств сверхпроводников. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для определения параметров ленточных сверхпроводников включает генератор, частотозадающий элемент генератора, соединенную с генератором катушку индуктивности, приемник, частотозадающий элемент приемника и соединенную с приемником катушку индуктивности, катушки индуктивности генератора и приемника расположены с зазором, обеспечивающим возможность размещения между катушками индуктивности ленточного сверхпроводника, а полосы пропускания частот частотозадающих элементов генератора и приемника совпадают не менее чем на половине ширины полосы частот частотозадающего элемента, имеющего меньшую ширину пропускания. Технический результат: обеспечение возможности высокой точности и воспроизводимости результатов измерений. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.