ТАБИИЙ ГАЗ (МЕТАН) НИ АНИҚЛОВЧИ СЕНСОР (ЯЎС-СН4) НИНГ СИГНАЛИНИНГ БАРҚАРОРЛИГИ ВА СЕЛЕКТИВЛИГИНИ ТЕКШИРИШ

Ишда SiO2/ZnO-10%CoO+ПЭГ таркибли газсезгир материал асосида ишлаб чиқилган метанни аниқловчи яримўтказгичли сенсор ЯЎС-СН4 нинг ишлаш ресурси ва сигналининг селективлиги текширилган. Ўтказилган синовларда сенсор сигнали қисқа оралиғда ўзгарган ва бу ўзгариш натижасида юзага келган хато қиймати жуда кичик бўлиб таҳлил натижаларига сезиларли таъсир кўрсатмайди. Табиий газ учун ишлаб чиқилган сенсорларнинг селективлиги табиий газ билан бирга турли манбаларнинг атмосфера ҳавоси таркибида бирга учрайдиган Н2 ва СО иштирокида аниқланган. Ишлаб чиқилган сенсор, углерод оксиди ва водород иштирокида табиий газни селектив аниқлашга имкон беради

ТАБИИЙ ГАЗ (МЕТАН) НИ АНИҚЛОВЧИ СЕНСОР (ЯЎС-СН4) НИНГ СИГНАЛИНИНГ БАРҚАРОРЛИГИ ВА СЕЛЕКТИВЛИГИНИ ТЕКШИРИШ Эшқобилова М.Э1., Эрданов Ф. Ф., Равшанов М. И2. Самарқанд давлат медицина университети. Ўзбекистон Филландия педагогика институти https://doi.org/10.5281/zenodo.13866098 Аннотация: Ишда SiО2/ZnO-10%CoO+ПЭГ таркибли газсезгир материал асосида ишлаб чиқилган метанни аниқловчи яримўтказгичли сенсор ЯЎС-СН4 нинг ишлаш ресурси ва сигналининг селективлиги текширилган. Ўтказилган синовларда сенсор сигнали қисқа оралиғда ўзгарган ва бу ўзгариш натижасида юзага келган хато қиймати жуда кичик бўлиб таҳлил натижаларига сезиларли таъсир кўрсатмайди. Табиий газ учун ишлаб чиқилган сенсорларнинг селективлиги табиий газ билан бирга турли манбаларнинг атмосфера ҳавоси таркибида бирга учрайдиган Н2 ва CО иштирокида аниқланган. Ишлаб чиқилган сенсор, углерод оксиди ва водород иштирокида табиий газни селектив аниқлашга имкон беради. Калит сўзлар: табиий газ, сенсор, сенсор сигналининг барқарорлиги, сигнални селективлиги рух ва кобольт оксидлари. асосий хато, қушимча хато.

ПРОВЕРКА СТАБИЛЬНОСТИ И СЕЛЕКТИВНОСТИ СИГНАЛА ДАТЧИКА ОБНАРУЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА (МЕТАНА) (СН4) Аннотация: В работе исследован ресурс работоспособности и селективность сигнала метанодетекторного полупроводникового датчика ЯО'С-СН4, разработанного на основе газоинертного материала, содержащего SiO2/ZnO-10%CoO+ПЭГ. В проведенных тестах сигнал датчика менялся на коротком интервале, а величина ошибки, вызванная этим изменением, очень мала и существенно не влияет на результаты анализа. Селективность разработанных сенсоров природного газа определена в присутствии N2 и CO, которые встречаются вместе с природным газом в атмосферном воздухе различных источников. Разработанный датчик позволяет избирательно обнаруживать природный газ в присутствии угарного газа и водорода. Ключевые слова: природный газ, датчик, стабильность сигнала датчика, селективность сигнала, оксиды цинка и кобальта. основная ошибка, дополнительная ошибка.

CHECKING THE STABILITY AND SELECTIVITY OF THE SIGNAL OF THE NATURAL GAS (METHANE) DETECTING SENSOR (СН4) Abstract: In the work, the performance resource and signal selectivity of methanedetecting semiconductor sensor YaO'S-SN4, developed on the basis of gas-inert material containing SiO2/ZnO-10%CoO+PEG, was investigated. In the conducted tests, the sensor signal changed in a short interval, and the error value caused by this change is very small and does not significantly affect the analysis results. The selectivity of the sensors developed for natural gas was determined in the presence of N2 and CO, which occur together with natural gas in the atmospheric air of various sources. The developed sensor allows selective detection of natural gas in the presence of carbon monoxide and hydrogen. Keywords: natural gas, sensor, sensor signal stability, signal selectivity zinc and cobalt oxides. basic error, additional error.

КИРИШ Бутун дунёда саноат ва қишлоқ хужалигини жадал ривожланиши натижасида вужудга келган экологик муаммоларни ҳал этишда, айниқса, атмосфера ҳавоси мониторинги муаммосини ҳал этишда селектив усуллар ва сезгир кимёвий сенсорларни қўллаш муҳим аҳамият касб этиб бормоқда [1-3]. Айниқса бу борада нанотехнологияларни қўллаш орқали кичик ўлчамли, ишлаш ресурси катта, юқори аниқлик ва тезкорликни таъминловчи сенсорлар ишлаб чиқариш ва уларни қўлланиш соҳасини кенгайтириш муҳим илмий-амалий аҳамиятга эга[4-7]. Атроф-муҳитга ташланадиган заҳарли ва портловчан бирикмаларни, жумладан табиий метан газини назоратида кимёвий сенсорлар кенг қўлланилиб келинмоқда. Шу сабабли табиий газни сезгир ва селектив яримўтказгичли сенсорларини ишлаб чиқиш ва бу сенсорлар учун газсезгир материал (ГСМ) ларнинг мақбул таркибини танлаш бўйича тадқиқотлар олиб борилмоқда. Бу борада металл оксидларидан фойдаланган ҳолда золь-гель технология асосида селектив ГСМ лар ҳосил қилиш жараёнлари қонуниятларини аниқлаш ва оптимал шароитларини топиш ҳамда юқори эффектив яримўтказгичли сенсорлар (ЯЎС) ишлаб чиқиш ва уларнинг метрологик тавсифини ўрганиш алоҳида аҳамият касб этади. Ўтказилган тадқиқотлар натижасида метанни селектив аниқловчи термокаталитик ва яримўтказгичли сенсорлар ишлаб чиқилган [2, 3]. АСОСИЙ ҚИСМ Ушбу ишнинг мақсади SiО2/ZnO-10%CoO+ ПЭГ таркибли газсезгир материал асосида ишлаб чиқилган метанни аниқловчи яримўтказгичли сенсор ЯЎС-СН4 нинг ишлаш ресурси ва сигналининг барқарорлигини текширишдан иборат. Узлуксиз ишлаш жараёнида сигналнинг барқарорлиги газсезгир сенсорларнинг энг муҳим кўрсатгичларидан биридир. Сенсорнинг ресурси унинг сигналини барқарорлиги билан чамбарчас боғлиқ. Табиий газ сенсорини реал ишлаб чиқариш шароитларида ишлаш ресурсини (хизмат қилиш муддатини) ва амалиётда қўлланиш имкониятини аниқлаш учун узоқ муддатли тажрибалар ўтказилди. Ўтказилган тадқиқотларда SiО2/ZnO-10%CoO+ ПЭГ асосида тайёрланган сенсорни сигналини тажриба давомийлигига боғлиқлиги ўрганилди. Тадқиқот жараёнида СН4 концентрацияси 1500 мг/м3 га тенг бўлган газ-ҳаво аралашмаси ишлатилди. Тажрибалар ҳароратнинг 280 0С ва намликнин 60 дан 98% гача бўлган қийматларида олиб борилди. SiО2/ZnO-10%CoO+ПЭГ асосида тайёрланган сенсор сигналларининг барқарорлиги 1000 соат давомида узлуксиз тажрибаларда текширилди. Ушбу эксперимент натижалари 1-жадвалда келтирилган. 1-жадвал. SiО2/ZnO-10%CoO+ ПЭГ асосида тайёрланган сенсорни сигналини тажриба давомийлигига боғлиқлиги (n=5, P=0,95, табиий газни концентрацияси 1500 мг/м3) Вақт, Сенсорнинг сигнали, мг/м3 Т/р соат х± Δх S Sr∙102 1 1 1490±18 14,5 0,97 2 24 1495±13 10,5 0,70 3 240 1510±16 12,9 0,85 4 400 1486±17 12,5 0,90 5 500 1491±16 12,9 0,86 6 600 1481±19 15,3 1,03

7 700 1493±11 8,8 0,59 8 800 1485±16 13,0 0,91 9 900 1480±18 14,5 0,98 10 1000 1493±10 8,54 0,52 Икки ой давомида ўтказилган синовларда сенсорга ҳар куни 16 соат давомида СН4 гази юборилди. Бундай тажрибалар натижасида сенсорнинг сигнали 1490-1510 мг/м3 оралиғида ±15 мг/м3 га ўзгарди. Сенсор параметрларининг бундай ўзгариши натижасида юзага келган хато қиймати жуда кичик бўлиб таҳлил натижаларига сезиларли таъсир кўрсатмайди. Белгиланган вақт учун tg – вариация қиймати 3,9 % ни ташкил этади (2- жадвал). Жадвал 2. Табиий газ сенсори сигналини максимал четланишини аниқлаш натижалари Сенсор Umax,, мВ Umin, мВ tg ГОСТ бўйича ССН4=1500 мг/м 3 1510 1480 2 5,0 гача рухсат этилган Шундай қилиб, SiО2/ZnO-10%CoO+ ПЭГ асосида ишлаб чиқилган яримўтказгичли сенсор сигналини барқарорлиги билан ажралиб туради. Табиий газни аниқловчи ЯЎС нинг селективлигини аниқлаш. Газ-ҳаво муҳитидан газларни аниқлашнинг имкониятлари уларнинг селективлиги билан белгиланади. Шу сабабли, газ сенсорларининг селективлиги, бир томондан, ушбу қурилмалар учун асосий параметрлардан бири бўлса, иккинчи томондан эса энг қийин технологик муаммоларидан бири бўлиб қолади, чунки турли қайтарувчи газлар таъсирида юзага келувчи сигналлар ўхшаш. Табиий газ концентрациясини назорат қилиш зарур бўлган манбаларда СH4 га қўшимча равишда водород ва ис гази ҳам мавжуд бўлади. Тажрибалар давомида табиий газ учун ишлаб чиқилган сенсорларнинг селективлиги табиий газ билан бирга ички ёнув двигателлари, иситиш тизимлари, саноат ва ишлаб чиқариш корхоналари чиқинди газлари, шунингдек, маъдан қазиб олинадиган шахталар ва ёқилғи қуйиш шохобчалари атмосфера ҳавоси таркибида табиий газ гази билан бирга учрайдиган Н2 ва CО иштирокида аниқланди. Таҳлил қилинаётган газ аралашмаси таркибида бўлиши мумкин бўлган ёнувчи компонентларнинг (СО ва Н2) ЯЎС-СН4 чиқиш сигналига таъсири қуйидагича ўрганилди: Сенсорга маълум бир концентрацияли табиий газ юборилди ва унинг аналитик сигнали (қаршилиги) қайд этилди, кейин табиий газ билан бошқа ёнувчи компонентнинг аралашмаси юборилди ва тегишли сигнал қайд этилди. Водород ва ис гази иштирокида табиий газни аниқлаш жараёнининг селективлигини таъминлаш мақсадида, SiO2-ZnO асосида тайёрланган газсезгир қатламга кобальт оксидини турли миқдорларда қўшиб ҳосил қилинган яримўтказувчи SiO2-ZnO+CoO таркибли плёнкаларининг электр ўтказувчанлиги ўрганилди. Сенсорнинг юқори селективлигини таъминловчи оптимал ҳарорат сенсорни аниқланувчи газга нисбатан максимал сезувчанлигига қараб аниқланди. ГСМ ни турли газлар учун турлича ўтказувчанликка эга бўлиши уларни температурага мос турлича адсорбцияланиши ва турлича таъсирлашиш механизмига эга бўлиши билан тушунтирилади. Сенсорни синашлари ҳар бир газ аралашмаси учун 5 тадан такрорий тажрибалар билан амалга оширилди. Ўтказилган тажриба натижалари 3- жадвалда келтирилган. 3-жадвал. Сенсорни табиий газни водород ва ис гази иштирокида аниқлаш жараёни селективлигини ўрганиш натижалари

Сенсорнинг сигнали, мВ омпонентни газ+ҳаво SiO2/(90ZnO+10CoO)+ПЭГ SiO2/(90ZnO+10CoO) Т/р аралашмасидаги миқдори, мг/м3 қўшим х ± Δх асос. қўшим. х ± Δх асос. .

2 95СН4+150 Н2 95,8±0,4 0,8 0,4 97,1±0,4 2,1 1,5

3 95СН4+150 СО 95,7±0,3 0,7 0,3 96,9±0,3 1,9 1,3

4 95СН4+150Н2+150СО 97,7±0,3 1,7 1,3 98,1±0,7 3,1 2,1

3-жадвалдан полиэтиленгликол иштирокида олинган SiO2/ZnO+10%CoO таркибли сенсорни водород ва ис гази иштирокида табиий газ учун энг юқори селективликни таъминлашини кўрамиз. Ўтказилган тадқиқот натижаларига кўра, ишлаб чиқарилган сенсор, ёниш жараёнлари ва автомобиль воситалари чиқинди газлари таркибидан концентрациянинг кенг диапазонида табиий газ миқдорини углерод оксиди ва водород иштирокида доимий равишда автоматик аниқлашга имкон беради. Шундай қилиб ишлаб чиқилган, табиий газни аниқлашда ишлатиладиган яримўтказичли сенсорларнинг (ЯЎС-СН4) асосий метрологик хусусиятлари баҳоланди. ЯЎС-СН4 тезлиги, экспресслиги ва аниқланиш чегараси жиҳатидан мавжуд бўлган аналоглардан кам эмас ва айрим параметрлари (масса -ўлчамлари, энергия киймати, тезкорлиги, селективлик ва бошқалар) бўйича амалиётда кенг қўлланиладиган шу типдаги анализаторлардан устун. Табиий газни аниқловчи яримўтказгичли сенсорларни қўллаш соҳаси иссиқлик энергетика тармоқлари, нефть-газ саноати, уй-жой коммунал хўжалиги ва бошқалар ҳисобланади.

Кейинги тадқиқотлар давомида SiO2/(ZnO+CoO)+ПЭГ асосидаги яримўтказгичли сенсорни табиий газни аниқлаш жараёнидаги асосий хато қийматларини ва шу сенсорнинг турли температура ва босимларда табиий газни аниқлашнинг хатоси ўрганилди. Ўшбу тадқиқот натижалари 4 ва 5 жадвалларда келтирилган.

4-жадвал. SiO2/(ZnO+CoO)+ПЭГ асосидаги яримўтказгичли сенсорни табиий газни аниқлаш жараёнидаги асосий хато қийматларини аниқлаш натижалари (n=5, p=0,95).

Табиий газнинг газ Аниқланган Асосий мутлоқ Асосий келтиаралашмасидаги миқдори, табиий газ, хато,() рилган хато,() ҳаж. %. x±x ҳаж. %. 0,10 0,11±0,01 0,01 0,33 0,50 0,52±0,01 0,02 0,67 1,00 0,97±0,02 0,03 1,00 1,50 1,53±0,02 0,03 1,00 2,00 1,94±0,03 0,06 2,00 2,50 2,54±0,03 0,04 1,33 3,00 2,95±0,04 0,05 1,67 Жадвал 4дан концентрациянинг ўрганилган 0,1-3,0%га тенг диапазонида SiO2/(ZnO+CoO)+ПЭГ асосидаги яримўтказгичли сенсорни табиий газни аниқлаш жараёнидаги асосий мутлоқ ва асосий келтирилган хатонинг энг юқори қийматлари тегишлича 0,06 ва 2,0 %дан ошмайди. Жадвал 5. Турли температура ва босимларда ЯЎС ёрдамида табиий газни аниқлашнинг хатоси (n=5;P=0,95, газни аралашмадаги концентрацияси, 2,85 хаж.%) Босим Аниқланган таб- Хато қий- Аниқланган таб- Хато қий-Ҳаро- Р, мм. иий газ, хаж.% мати иий газ, хаж.% мати рат, С см.уст x±x Sr*10 *асос. қўшим. x±x Sr*10 асос қушим.

. SiO2/(ZnO+CoO) SiO2/(ZnO+CoO)+ПЭГ 20 760 2,81±0,06 1,70 0,04 - 2,80±0,05 1,43 0,05 - -10 760 2,79±0,07 2,01 0,06 0,02 2,81±0,05 1,43 0,04 0,01 10 760 2,88±0,07 1,95 0,03 0,01 2,81±0,07 1,99 0,04 0,01 35 760 2,82±0,08 2,28 0,03 0,01 2,82±0,07 2,00 0,03 0,02 50 760 2,87±0,07 1,95 0,02 0,02 2,87±0,07 1,96 0,02 0,03 20 600 2,79±0,09 2,58 0,06 0,02 2,81±0,08 2,29 0,04 0,01 20 700 2,82±0,08 2,28 0,03 0,01 2,82±0,08 2,27 0,03 0,02 20 800 2,88±0,06 1,68 0,03 0,01 2,88±0,05 1,40 0,03 0,02 20 900 2,86±0,05 1,41 0,01 0,02 2,88±0,05 1,40 0,03 0,02 *асос.-асосий мўтлоқ хато қиймати, қўшим.- ташқи параметрлар таъсирида юзага келувчи қўшимча хато қиймати. Тегишли давлат стандарти талабига кура ташқи факторлар таъсирида юзага келган қўшимча хато қиймати асосий хатонинг 50% тидан ошмаслиги керак. Жадвал 5 да келтирилган натижалардан ЯЎС нинг табиий газни аниқлашда турли температура ва босимнинг ўзгариши натижасида юзага келувчи кўшимча хатоси барча холларда асбобнинг асосий хатосидан кам эканлигини курамиз. Шундай қилиб, ишлаб чиқилган СН4 ни аниқловчи ЯЎС-СН4 нинг асосий метрологик тавсифи ўрганилди. Ушбу сенсорлар СН4 ни концентрациянинг кенг оралиғида аниқлайди ҳамда яхши метрологик ва эксплуатацион тавсифга эга. ЯЎС-СН4 экспресслиги, такрорланувчанлиги, ҳамда аниқлаш чегараси бўйича мавжуд анологларидан қолишмаган ҳолда, айрим (массаси, ўчламлари, тезкорлиги, селективлиги ва бошқа) кўрсаткичлари билан амалда кўп қўлланиладиган углеводородларни аниқловчи сенсорлардан устун (жадвал 6). Жадвал 6. Табиий газ миқдорини аниқлашда яримўтказгичли ва газохроматографик усулларда олинган натижаларни қиёсий баҳолаш (n=5 P=0,95) Аниқланган табиий газ % ҳаж. СН4 “Яримўтказгичли сенсор.SiO2/ “Газохром 3101”. Газ нинг (ZnO+CoO)+ПЭГ таркибли ГСМ. хроматография усули. миқ-Асосий Асосий Асосий Асосий дори, x±x Sr*10 мутлоқ келтирилx±x Sr*10 мутлоқ келтирил мг/м3. хато ган хато хато -ган хато 45 47±0,3 2,2 2 4,3 42±0,5 1,9 3 7,14 285 281±2,4 0,8 4 1,4 276±2,3 1,0 9 3,26 500 491±4,0 0,5 9 1,8 489±4,4 0,5 11 2,25 Ишлаб чиқилган сенсорларнинг таклиф этиладиган қўлланилиш соҳалари иссиқлик энергетикаси, нефть ва газ саноати, ҳамда коммунал хўжалик соҳаларидан иборатдир. ЯЎС-СН4 дан фойдаланиш натижасида табиий газни ўз вақтида аниқлашга; ёнғин хавфини олдини олишга; ишлаб чиқаришда хавфли ҳолатларни камайтиришга; автоматлашган газ хавфсизлиги системасини қуришга; микроклимат тизимини яратишга эришилади. Хулоса. Ушбу ишда SiО2/ZnO-10%CoO+ПЭГ таркибли газсезгир материал асосида ишлаб чиқилган метанни аниқловчи яримўтказгичли сенсор ЯЎС-СН4 нинг ишлаш ресурси ва сигналининг барқарорлиги текширилган. Икки ой давомида ўтказилган синовларда сенсор сигнали қисқа оралиғда ўзгарган ва бу ўзгариш натижасида юзага келган хато қиймати жуда кичик бўлиб таҳлил натижаларига сезиларли таъсир кўрсатмайди. Тажрибалар давомида табиий газ учун ишлаб чиқилган сенсорларнинг селективлиги табиий газ билан бирга турли манбаларнинг атмосфера ҳавоси таркибида бирга учрайдиган Н2 ва CО иштирокида аниқланди. Ўтказилган тадқиқот натижаларига кўра, ишлаб чиқарилган сенсор, ёниш жараёнлари ва автомобиль воситалари чиқинди газлари таркибидан концентрациянинг кенг диапазонида табиий газ миқдорини углерод оксиди ва водород иштирокида доимий равишда автоматик аниқлашга имкон беради. Шундай қилиб ишлаб чиқилган, табиий газни аниқлашда ишлатиладиган яримўтказичли сенсорларнинг (ЯЎС-СН4) асосий метрологик хусусиятлари баҳоланди.