СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Советский патент 1971 года по МПК G01N25/22 

Изобретение относится к способам приготовления чувствительных элементов для датчиков термохимических (термокаталитнческих) газоанализаторов.

Известные чувствительные элементы термохимических газоанализаторов представляют собой либо платиновую спираль, нагреваемую электрическим током до 700-750°С, либо сочетание платиновой спирали с каталитически активной массой. В большинстве известных чувствительных элементах последнего типа платиновая спираль либо наматывается на тело каталитически .активной массы, либо вставляется в отверстие в теле каталитически активной массы, либо на спираль наносится каталитически активная масса и, сцементировавшись с витками спирали, образует единую конструкцию в виде тонкой пленки на спирали, бусинки (шарика) или иной другой формы с размеш,енной внутри спиралью.

В первом случае для наматывания спирали на каталитически активную массу необходимо на наружной поверхности последней, имеющей, как правило, форму цилиндрика, делать резьбу, в канавки которой укладывать витки спирали. Помимо трудоемкости, связанной с необходимостью нарезки резьбы и ухищрениями с заделкой концов спирали, такой способ крепления спирали на каталитически активной массе недостаточно надежен.

витки сннрали, перемещаясь, нрпводят к нпрущеппю параметров датчика.

Во втором случае, когда платиновая спираль вставляется в отверстие в теле каталитически активной массы, существенным недостатком являются межвитковые замыкания при монтаже чувствительных элементов и при их работе. В третьем случае, когда каталитически активная масса наносится на спираль в виде насты с последующим прокаливанием ее или путем накапыванпя из насыщенных водных растворов некоторых солей с последующей прокалкой и осаждением на спирали, практически невозможно сохранить идентичность чувствительных элементов вследствие перемещения и перемыкания витков при прессовке пасты или при осаждении водных растворов из-за интенсивного кипения раствора при прокаливании.

Предлагаемый способ позволяет получить чувствительные элементы с жесткой фиксацией плати1швой сниралн относительно каталитически активной массы п заключается в

том, что сначала на снпраль наносится суспензия наполнителя (размельченная до определенной фракцнн окись алюминия) в легколетучем, например метаноловом, ненасыщенном растворе азотнокислого алюминия, при

быстрому улетучшзапик) метанола происходит равномерное зало.аненне межвит1 ового пространства наполнителем (без характерного для водных растворов кипения и смещения витков) н цементирование за счет связующих качеств азотнокислого алюминия. Последующее формирование носителя осунхествляется нутем нанесения и нрокаливания суспензии нанолиителя в не11асын;енном водном растворе азотнокислого алюминия. При этом получается поверхность носителя, полностью отвечающая условиям геометрической правильности и необходимой пористости. Если вместо водиого раствора применять метаноловый, который используется для цементации спирали, то новерхность элемента нолучается мелкопористой, и активность элемента существенно снижается.

Растворы солей платины и палладия наносятся отдельно и мпогократно с соблюденнем последовательпости, при которой сначала наносится налладий, затем платина.

Ниже приводится пример осуществлеиия предполагаемого изобретения путелг выполпепия указаппой последовательности операций с соблюдением рекомендуемых режимов.

Для приготовления чувствительных элементов доллсны примепяться следующие реактивы и материалы:

-илатиновая проволока ГОСТ 8588-64;

-гранулированцая активная окись алюминия марки А-1 ГОСТ 8136-56;

-азотнокислый алюминий ГОСТ 3757-47;

-хлорная платина «Х4 ТУ-ВЗ;

-хлористый палладий «Х4 МРТУ 6-09;

- - спирт метиловый «Х4 ГОСТ 6995-54;

-дистиллированная вода ГОСТ 6709-53. Приготовление начи)ииот с намотки сниралей из платиновой проволоки на специальном приспособлении. Для получения шаровой поверхности чувствительных элементов диаметр спирали и ее длина должпы быть соизмеримы. Из гранул активной окиси алюминия готовят мелкозернистый порощок путем измельчепия и просеивания через сито с ячейками 40 мк. Приготавливают два вида суспензий. Первый вид суспензии получают, помещая 4 г норощка AlgOs в 12 мл 50%-ного раствора азотнокислого алюминия в .метиловом спирте. Второй вид| суспензии готовят аналогично первому, только вместо метилового спирта берут дистиллированную воду. Спираль из платииовой проволоки закрепляют в специальных , к которым подводят переменное напряжение. Затем на спираль при помощи пипетки наносят одну каплю суспензии первого вида и осторожно подогревают пропускапием через нее тока, равномерно увеличивая ток до такого значения, при котором температура на спирали должна составить 600- 700°С (ярко-красное свечение). При тако.м пагреве спираль выдерживают в течение 15-20 сек. На скрепленную первой каплей спираль паносят в четыре-пять приемов аналогичным снособом суспензию второго вида.

Покрытую иос ггелом сиираль вынимают из зажнмов, но.мещают в муфсп ную н прокаливают нри 800-700 С в теченне щести часов с последующим медленны.м их охлаждеиием в течеиие 12-15 час (на этой стадии ириготовлепия чувствительные элементы .могут быть испол1 зованы в качестве сравнительных в дифференцнопальных электрических схемах термохимических газоанализаторов).

Чувствительные элементы, предназначенные для применения в качестве рабочих, покрывают каталитически активиым слоем, для чего используют растворы хлорной платины

п хлористого палладия. Эти растворы готовят следующим образом: в отдельные бюксы берут навески по 0,0125 г солей PtCU и PdCb. В каждый бюкс добавляют по 0,75 мл дистиллированной воды, в бюкс с PdCls дистиллированную воду добавляют слегка подкисленпую (из расчета па 10 мл воды одна капля концентрированной соляной кислоты). Растворы тщательно перемещивают до нолного растворения солей.

Нанесение приготовленных растворов солей на поверхность элемента производят в следующей последовательности: чувствительный элемент концами проволочек закрепляют в специальных зажимах, к которым подводят

перемениое напряжение; нинеткой наносят одну каплю раствора PdCb и производят ирокаливание электрическим током; паносят пипеткой каплю раствора PtCU и производят прокаливание электрическим током; вновь ианосят каплю раствора PdCl2 и т. д. Всего наносят 5 капель PdCl2 и 5 капель PtCLi. После наиесеиия каждой капли раствора прокаливание производят также, как и при покрытии спирали посителем.

Готовые сравнительные и рабочие чувствительные элементы приваривают на сварочной мащине ТКМ-7 отводящими концами проволочек к копструктивиым элементам датчика. После сборки чувствительные элементы проходят старение. Процессы старения преследуют своей целью снять остаточные напряжения в платиновой спирали и стабилизировать каталитический эффект чувствительного элемента...Старение осуществляют нри пропускаИНН через снираль электрического тока, обеспечивающего нагрев чувствительного элемента до 500°С в проточной метано-воздущной с.меси с концентрацией 10% СН4 в течение 4 час и с концентрацией 2% СН4 в течеиие

150 час.

Предлагаемый способ позволяет изготавливать чувствительные элементы, пригодные для иснользоваиия в термохимических газоанализаторах и хроматографах, нредназначенных

для анализа любых горючих газов и паров в довзрывных концентрациях. ров, заключающийся в том, что проволочную спираль покрывают носителем, на который наносят тонкую пленку мелкодисперсного катализатора, отличающийся тем, что, с целью жесткой фиксапги витков спирали, иеред по-5 крытпсм носителем cniiiuLib обрабатывают суснензиеи окнсн алюмнння н ненасыщенном растворе азотнокислого алюмнння в легколетучем растворителе, например метаноле, н затем прокалт1ва1ог.