РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина Разработка методики анализа состава газовых сред с применением компактного интерактивного электрофлуктуационного газоанализатора нового поколения

Цель Цель работы - Разработка методики анализа состава газовых сред с применением компактного интерактивного электрофлуктуационного газоанализатора нового поколения.

Типичный спектр низкочастотного токового шума в полупроводниках Спектр фликкер-шума в полупроводниковых материалах удобно описывать с помощью эмпирического соотношения Хоуге: где S U (f) –спектральная плотность флуктуаций образца, N = nWLt – полное число носителей заряда (НЗ) в образце; n – концентрация НЗ; W, L, t – ширина, длина и толщина образца, соответственно; - подвижность НЗ; q – заряд электрона. R =,

Конструкция ФШГС Сенсор представляет собой пластину из высокоомного кремния марки БДМ с ориентацией р-типа проводимости, полученного методом бестигельной зонной плавки в вакууме размером 2,8х2,8 мм и толщиной 0,24 мм с нанесенным контактами из золота толщиной 1 мкм и шириной 0,75 мм Сенсор смонтирован на поверхность однокаскадного термоэлектрического охладителя (ТЭО) Температурные режимы работы сенсора контролировались с помощью платинового термометра сопротивления (R ном =100 Ом, Δt=0,1С) Установлены два светодиода - имеется возможность облучения газочувствительной поверхности в видимом световом диапазоне

Схема экспериментальной установки 1. 1-блок питания 2. 2-электромагнитный натекатель 3. 3-вакуумметр 4. 4-блок управления напуском газа 5. 5-регулятор температуры 6. 6-блок обработки данных АЦП форвакуумный насос турбомолекулярный насос вакуумная измерительная камера газовый сенсор зарядочувствительный усилитель датчик температуры светодиод блок управления светодиодами 16. ТЭО

Схема устройства газового анализатора с бисенсорным синхронным дифференциально температурным датчиком 1. Газовый сенсор 1 2. Газовый сенсор 2 3. Светодиоды 4. Датчики температуры 5. Двухкаскадный ТЭО 6. Усилители зарядочувствительные 7. АЦП 8. Компьютер 9. Исполнительное устройство 10. Регулятор температуры 11. Источник питания ТЭО 12. Источник питания и управления светодиодами 13. Реле вакуумное 14. Клапан напуска 15. Вакуумный насос 16. Вакуумная камера 17. Анализируемый газ

Схема устройства газового бисенсорного датчика 1- Корпус 2- Кольцо установочное 3- Цоколь монтажный 4- Элемент Пельтье 2-х каскадный 5(1)- Сенсор кремниевый газовый 1-й каскад 5(2)- Сенсор кремниевый газовый 2- й каскад 6(1)- Термосопротивление Pt 1-й каскад 6(2)- Термосопротивление Pt 2-й каскад 7- Прокладка изолирующая 8- Пластина металлическая 9- Винт из диэлектрика 10- Вентилирующее отверстие 11- Выводы электрические 12- Уплотнение вакуумное витоновое

Способ отбора пробы Схема пробоотборного устройства: 1 - колба Бунзена, 2 - пробка резиновая, 3 - игла инъекционная, 4- трубка присоединительная, 5 - трубка буферная.

Блок схема программы вычислений идентифицирующих признаков различных газов

Температурные зависимости S u (f) и штрих-коды (Δγ) полученные для гептана при различных значениях температуры

Интенсивность проявления характеристических пиков анализируемых веществ (алканов) с ростом концентрации. Температура сенсора +5оС и 0оС (С 7 Н 16 and C 8 H 18 ) T=268KT=273K

Типичный спектр для дуплетного фликкер-шумового сенсора при дискретных температурах Т=-15оС до Т=+15оС для атмосферного воздуха

Спектр паров гексана для дуплетного фликкер- шумового сенсора при различных температурах на каскадах ТЭО

Спектр паров гептана для дуплетного фликкер- шумового сенсора при различных температурах на каскадах ТЭО

Спектр паров смеси гексана+гептана для дуплетного фликкер-шумового сенсора при различных температурах на каскадах ТЭО

Изменение среднего параметра спектральной плотности напряжения от дискретных значений температуры

Реализация функций управления и сигнализации в среде LabView

Наименование полученных научных результатов Методика измерений на основе синхронного дуплета твердотельных электрофлуктуационных (фликкер-шумовых) наносенсоров в режиме дифференциальных параметров температуры, давления, фотостимуляции, электрической и магнитной фильтрации Программное обеспечение к установке электрофлуктуационной спектрометрии (ЭФС) с использованием современных методов математической обработки сигналов.

Макет газового анализатора