Электрохимические методы. Газоанализатор МГЛ-20

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Казанский национальный исследовательский технический университет

им. А.Н. Туполева

Кафедра общей химии и экологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине:

Методы и приборы контроля окружающей среды

на тему:

Электрохимические методы. Газоанализатор МГЛ-20

Казань 2015

Аннотация

электрохимический ток электролитический газоанализатор

В данной курсовой работе рассмотрен электрохимический метод газоанализатора. Курсовая работа состоит из 5 глав. В 1 главе описана совокупность электрохимических методов исследования и анализа, основанных на изучении зависимости силы тока в электролитической ячейке. Во 2 главе приведены соответствующие ГОСТы и СНиПы, найдены и проанализированы методики. В 3 главе было изучено спектр приборов представленные на рынке сети internet (МГЛ-20, МСИГМА-1,МСОУ1, ДАХ-М, АНКАТ-7631Микро), наибольшей популярностью и спросом пользуется газоанализатор МГЛ-20. В главе 4 проанализировал технические данные, блок-схему, функциональную схему газоанализатора МГЛ-20. В главе 5 были разобрано ошибки на приборе во время работы.

Annotation

In the course of this article we consider the method of electrochemical analyzer. Coursework consists of 5 chapters. In one chapter describes the set of electrochemical methods of research and analysis based on the study of the dependence of the current in an electrolytic cell. In chapter 2 shows the corresponding state standards and building codes, found and analyzed methods. In chapter 3 was studied range of devices on the market network internet (IPF-20 MSIGMA-1 MSOU1, dah-M-ANKAT 7631Mikro), the most popular and demand is IPF-20 analyzer. Chapter 4 analyzed the technical data, a block diagram functional diagram analyzer IPF-20. In Chapter 5, were dismantled error on the device during operation.

Содержание

Введение

Глава 1. Вольтамперометрия

Глава 2. Методики анализа Вольтамперометрический метод

Глава 3. Аналитический обзор прибора на рынке продаж с помощью сети internet

Глава 4. Прибор Газоанализатор

Глава 5 Ошибки на приборе во время работы

Выводы

Литература

Введение

Актуальность работы. Электрохимические методы нужны в различных областях науки и техники в качестве эффективных методов исследования и анализа. Им присущи высокая чувствительность, экспрессность, универсальность (это методы многоэлементного анализа и позволяют определять несколько компонентов смеси одновременно) и в то же время селективность. [1]

Научная новизна. Основное назначение газоанализаторов - обнаружение наличия горючих и вредных газов в окружающей атмосфере. Некоторые модели газоанализаторов способны выявить как сам факт присутствия посторонних газов, так и определить его состав и концентрацию. Задачи. Электрохимические методы применяют в различных областях науки и техники в качестве эффективных методов исследования и анализа. Им присущи высокая чувствительность, экспрессность, универсальность (это методы многоэлементного анализа и позволяют определять несколько компонентов смеси одновременно) и в то же время селективность. В данное время создан газоанализатор типа "Сирен", в котором в качестве первичного измерительного преобразователя используют индикаторный порошок. В основу работы этого газоанализатора положен принцип многократного использования окраски поверхности индикаторного порошка под действием содержащегося в воздухе анализируемого газа или пара химического вещества. Эти газоанализаторы надежны в эксплуатации, просты в обращении и могут быть использованы в системах автоматического газового анализа. Стационарный кулонометрический газоанализатор "Палладий-М" для автоматического контроля оксида углерода в воздухе выпускается промышленностью в шести исполнениях, различающихся по числу каналов измерения и по защищенности от воздействия окружающей среды. Этот газоанализатор применяют в стационарных условиях и в условиях передвижных лабораторий. Принцип действия газоанализатора основан на методе потенциостатической амперометрии, заключающемся в измерении тока электрохимической ячейки. Термокондуктометрический газоанализатор состоит: источник стабилизированного напряжения; вторичный прибор; R1 и R3 - рабочие терморезисторы; R2 и R4 - сравнительные терморезисторы; R0 и потенциометры; вход и выход анализируемой газовой смеси показаны стрелками. Чувствительные элементы R1 и R3 (рабочие терморезисторы) омываются анализируемой смесью; сравнительные терморезисторы R2 и R4 помещены в герметичные ячейки, заполненные сравнительным газом точно известного состава. Потенциометры R0 и предназначены для установки нулевых показаний и регулировки диапазона измерения. Мера концентрации определяемого компонента - электрический ток, проходящий через, который измеряется вторичным (т.е. показывающим или регистрирующим) прибором. Систематические погрешности - такие погрешности, которые соответствуют отклонению измеряемой величины от ее истинного значения всегда в одну сторону либо в сторону завышения, либо в сторону занижения. При повторных измерениях в тех же условиях величина погрешности остается неизменной. При закономерных изменениях условий погрешность также меняется закономерно.

Приборные погрешности, связанные с точностью изготовления прибора, используемого для измерения. Они могут носить как систематический, так и случайный характер. В зависимости от того, каким способом получается значение измеряемой величины, различают погрешности прямых (непосредственных) и косвенных измерений.

Прямыми называются измерения, в результате которых значение измеряемой величины получается сразу по шкале прибора (например, измерение длины штангенциркулем) или при помощи какого- либо способа сравнения с эталоном (например, взвешивание на рычажных весах).

Косвенные - это такие измерения, когда для нахождения некоторой физической величины сначала измеряют прямыми измерениями несколько других величин, а затем по их значениям с помощью каких-либо формул вычисляют значение искомой величины. Одну и ту же величину часто можно найти путем как прямых, так и косвенных измерений.

Глава 1 Вольтамперометрия

Совокупность электрохимических методов исследования и анализа, основанных на изучении зависимости силы тока в электролитической ячейке от потенциала, погруженного в анализируемый раствор индикаторного микроэлектрода, на котором реагирует исследуемое электрохимическое активное (электроактивное) вещество. В ячейку помещают помимо индикаторного вспомогательный электрод со значительно большей повышаемостью, чтобы при прохождении тока его потенциал практически не менялся (неполяризующийся электрод). [2] Разность потенциалов индикаторного и вспомогательных электродов Е описывается уравнением Е=U -- IR, где U - поляризующее напряжение, R-сопротивление. В анализируемый резервуар вводят в большой концентрации индифферентный электролит, чтобы, во-первых, уменьшить величину R и, во-вторых, исключить миграционный ток, вызываемый действием электрического поля на электроактивные вещества. При низких концентрациях этих веществ омическое падение напряжения IR в резервуаре очень мало. Для полной компенсации омического падения напряжения применяют потенциостатирование и трех электродные ячейки, содержащие дополнительно электрод сравнения. Электрохимическая ячейка представляет собой свинцовый анод и амальгамированный медный катод, разделенные ионообменной мембраной. Электрохимические ячейки подразделяются на гальванические, или первичные, элементы, топливные элементы, электролизные, комбинированные и сепараторные ячейки и аккумуляторы. Электрохимическая ячейка выполнена из органического стекла. Последние замкнуты между собой внутри ячейки. Электрохимическая ячейка представляет собой свинцовый анод и амальгамированный медный катод, разделенные ионообменной мембраной. Электрохимическая ячейка - это электрическая цепь, проявляющая при изменении на ней потенциала нелинейные свойства. Электроды в электрохимии, электронно-проводящие фазы, контактирующие с ионным проводником (электролитом). Часто под электродом понимают лишь одну электронно-проводящую фазу. При пропускании тока от внеш. источника через систему из двух электродов, соединенных друг с другом через электролит, на электродах протекают два процесса: заряжение двойного электрического слоя и электрохимической реакции. В отличие от фазовых контактов металл-металл, металл-полупроводник, полупроводник-полупроводник и т. п. на границе фаз, составляющих электрохимическую систему, вид носителей тока меняется, т. к. в электролите ток переносится ионами, а в электронно-проводящей фазе - электронами. Непрерывность прохождения тока через границу фаз в этом случае обеспечивается электродной реакцией. Электрод называется анодом, если на его преобладает реакция, приводящая к генерированию электронов, т. е. происходит окисление вещества, содержащихся в электролите, либо ионизация металла анода. Электрод называется катодом, если с его электроны металла переходят на частицы реагирующих веществ, которые при этом восстанавливаются. К электродам первого рода относятся электроды, в уравнение Нернста которых под знаком логарифма входят активности веществ, участвующих в электродной реакции. Потенциал таких электродов меняется с изменением концентрации реагентов. Электроды второго рода представляют собой металлические электроды, покрытые слоем трудно растворимой соли того же металла. При погружении в раствор соли одноименного аниона его потенциал будет определяться активностью иона в растворе. Электроды 3 рода. Уравнение Нернста - уравнение, связывающее окислительно-восстановительный потенциал системы с активностями веществ, входящих в электрохимическое уравнение, и стандартными электродными потенциалами окислительно-восстановительных пар. Нернст изучал поведение электролитов при пропускании электрического тока и открыл закон. Закон устанавливает зависимость между электродвижущей силой ( разностью потенциалов ) и ионной концентрацией. Уравнение Нернста позволяет предсказать максимальный рабочий потенциал, который может быть получен в результате электрохимического взаимодействия, когда известны давление и температура. Таким образом, этот закон связывает термодинамику с электрохимической теорией в области решения проблем, касающихся сильно разбавленных растворов.

где: E -- электродный потенциал, E0-- стандартный электродный потенциал, измеряется в вольтах;

R -- универсальная газовая постоянная, равная 8.31 Дж/(моль·K);

T-- абсолютная температура;

F-- постоянная Фарадея, равная 96485,35 Кл·моль^?1;

n -- число электронов, участвующих в процессе;

и -- активности соответственно окисленной и восстановленной форм вещества, участвующего в полу реакции. Если в формулу Нернста подставить числовые значения констант R и F и перейти от натуральных логарифмов к десятичным, то при T=298K получим

Глава 2 Методики анализа Вольтамперометрический метод

Измерения массовых концентраций аттестована в соответствии с ГОСТ Р 8 563 (ГОСТ 8.010). [3] Аттестация осуществлена по результатам теоретического и экспериментального исследования МВИ. В результате аттестации МВИ установлено, что данная МВИ соответствует предъявляемым к ней метрологическим требованиям и обладает следующими основными метрологическими характеристиками. Диапазоны измерений, относительные значения показателей точности, повторяемости и воспроизводимости методики при доверительной вероятности Р = 0,95

Наименование определяемого компонента	Диапазон измеряемых концентраций, мг/дм3	Показатель повторяемости (среднеквадратическое отклонение повторяемости), , %	Показатель воспроизводимости (среднеквадратическое отклонение воспроизводимости), , %	Показатель точности (границы, в которых находится погрешность методики), d, %
Фенол	От 0,0004 до 0,005 включ.	15	20	40
	Св. 0 005 до 0,05 включ.	11	14	28
	Св. 0,05 до 0,4 включ.	10	12	25

Диапазон измерений, значения пределов повторяемости и воспроизводимости при доверительной вероятности P = 0,95

Наименование определяемого компонента	Диапазон измеряемых концентраций, мг/дм3	Предел повторяемости (для двух результатов параллельных определений), r	Предел воспроизводимости (для двух результатов измерений), R
Фенол	От 0,0004 до 0,005 включ.	0,42?	0,56?
	Св. 0,005 до 0,05 включ.	0,31?	0,39?
	Св. 0,05 до 0,4 включ.	0,28?	0,34?
- среднее арифметическое значение результатов параллельных определений массовой концентрации компонента. - среднее арифметическое значение результатов анализа полученных в двух лабораториях

При анализе нейтрализованного (до рН 8,5 - 9,5) элюата необходимо учитывать, что потенциал анодного пика фенола в нем смещается на 0,05 - 0,07 В в сторону его уменьшения относительно потенциала анодного пика фенола в фоновом электролите (0,2 моль/дм3 раствор натрия фосфорнокислого двузамещенного (Na2HPО4)). Например, если потенциал пика фенола в фоновом электролите составляет 0,57 В, то в нейтрализованном растворе он станет равен 0,50 - 0,52 В. В случае появления на вольтамперной кривой пробы пиков посторонних примесей, расположенных вблизи пика фенола и затрудняющих измерение его высоты, повторяют регистрацию вольтамперной кривой пробы, уменьшив при этом скорость линейной развертки потенциала до 5 - 10 мВ/с. Выполнение измерений при определении массовых концентрацийфенола в пробах вод на вольтамперометрическом комплексе СТА (спрограммным обеспечением DOS) Проведение измерений при определении массовых концентраций фенола в пробах вод на вольтамперометрическом анализаторе СТА с программным обеспечением Windows приведено в приложении Б. Проведение измерений при определении массовой концентрации фенола в анализируемой пробе воды. Для определения массовой концентрации фенола методом адсорбционной инверсионной вольтамперометрии выбирают следующие условия:

- индикаторный электрод - стекло-углеродный (марки СУ-2500) диаметром 1,2 - 1,5 мм, длиной 8 - 12 мм и сопротивлением не более 2 кОм;

- электрод сравнения - хлорсеребряный в насыщенном растворе хлористого калия.

Примечание: Рекомендуется использовать отдельный комплект электродов для определения фенола.

Подготовка и включение анализатора вольтамперометрического проводится в соответствии с «Руководством пользователя» на прибор.

Проверка стаканчиков, фонового раствора и электродов на чистоту

В три чистых кварцевых стаканчика вместимостью 20 - 25 см3 наливают по 9 - 10 см3 раствора фонового электролита.

Опускают в раствор индикаторные электроды (приготовленные по 8.3.1), электроды сравнения, азотные трубочки и подключают их к соответствующим клеммам прибора в каждой ячейке.

Загружают или создают трассу анализа со следующими параметрами:

Ячейки 1 - Вкл. 2 - Вкл. 3 - Вкл.	Тип развертки
Этапы	Время	Потенциал	УФО	Газ	Меш.	Накопительная Шаг - 4 Амплитуда - 0 Задержка 10 Задержка 2 - 5 Заполнение - 0 Потенциал - 0,0 Iрез = 11 - 12 График разв.
1.Подготовка раствора	0 с	0,000	Выкл.	Вкл.	Выкл.
2. Обработка раствора	0с	0,000	Выкл.	Вкл.	Выкл.
3. Обработка электрода	0 с Цикл мс 1:0,000200 2:0,000	Выкл.	Вкл.	Выкл.
4.Очистка электрода	0 с	+0,900	Выкл.	Вкл.	Вкл.
5.Накопление	20 с	+0,20	Выкл.	Вкл.	Вкл
6.Успокоение	5 с	+0,20	Отключено
7. Развертка	Скорость 15 мВ/с	+0,900	Отключено
Число циклов - 5 Множитель - 1?10-10 Производная - Вкл. Циклическая - Выкл. Инверсия - Выкл. Реверс - Выкл. Фильтр - 40		Сплайн-разметка Выкл. Вычитание ФОНа Выкл.
Диапазоны поиска пиков элементов:
Элемент Ph
Потенциал +0,600
Зона [+/- мВ] 100

Из команды «ВЫБОР» загружают «ФОН».

Проверка работы рабочего электрода по контрольной пробе фенола

В чистый кварцевый стаканчик наливают 10,0 см3 раствора фонового электролита. Стаканчик помещают в электрохимическую ячейку, опускают электроды и запускают команду «ФОН». Запускают команду «ПУСК» и снимают 5 вольтамперограмм. Проводят их обработку («УСРЕДНЕНИЕ»).

Проводят команду «ВЫХОД». Переходят в команду «ПРОБА».

Вносят в стаканчик с раствором фонового электролита 0,01 см3 аттестованного раствора фенола концентрации 1,0 мг/дм3. Полученный раствор является контрольной пробой с содержанием фенола 0,001 мг/дм3 при объеме пробы 10,0 см3.

Запускают команду «ПРОБА» (устанавливают курсор на «ПУСК/СТОП», щелкните левой клавишей мыши один раз), производят несколько съемок вольтамперных кривых, производят их обработку («УСРЕДНЕНИЕ») (см. «Руководство пользователя») и переходят в команду «ДОБАВКА».

Вносят в стаканчик с пробой еще одну добавку фенола объемом 0,01 см3концентрации 1,0 мг/дм3 и запускают команду «ПУСК».

Пока комплекс проводит измерения, заполняют таблицу в графе «КОЛИЧЕСТВО».

Масса навески	0,00 [г]
Объем пробы	10,0 [см3]
Объем минерализата	1,00 [см3]
Объем аликвоты	1,00 [см3]
Элемент	Объем добавки АС [см3]	Концентрация АС [мг/дм3]
Ph	0,01	1,0

После обработки вольтамперных кривых добавки («УСРЕДНЕНИЕ») смотрят «СОДЕРЖАНИЕ».

Если расхождение между результатами в ячейках составляет менее 30 %, стеклоуглеродный электрод считают пригодным к работе. После этого приступают к измерению проб в такой же последовательности. Электроды готовы к работе.

Измерения при анализе пробы на содержание фенола

Одновременно проводят анализ двух параллельных и одной резервной пробы в трех стаканчиках. Пробы, подготовленные для измерения по 8.5 настоящей методики, помещают в электрохимическую ячейку, опускают электроды. Запускают команду «ПРОБА» из колонки «ДЕЙСТВИЯ». Запускают команду «ПУСК». После каждого цикла измерений на экран выводятся очередные вольтамперограммы характерного типа. В результате выполнения серии измерений на экране должно быть по 3 - 5 вольтамперограмм в каждом из окон вывода, соответствующим ячейкам 1, 2, 3. Невоспроизводимые вольтамперограммы исключают. После измерения по пробе сигнала фенола выходят из меню ДЕЙСТВИЙ по пробе и входят в меню «ДОБАВКА». Заполняют таблицу «КОЛИЧЕСТВО» в меню действий по ДОБАВКЕ.

Масса навески	0,0 [г]
Объем пробы	10,00 [см3]
Объем минерализата	1,00 [см3]
Объем аликвоты	1,00 [см3]
ДОБАВКА
Элемент	Объем добавки АС [см3]	Концентрация АС [мг/дм3]
Ph	0,01	1,0

Вносят с помощью пипетки или дозатора добавку АС фенола с такими же параметрами в каждую ячейку и запускают измерение по ДОБАВКЕ, нажав «ПУСК» в меню действий по «ДОБАВКЕ». Если к этому моменту комплекс провел измерение и разметка кривых проведена, можно сразу посмотреть результаты анализа в таблице «СОДЕРЖАНИЕ».

После завершения всех измерений, исключения выпавших кривых и усреднения результатов - анализ пробы на содержание фенола завершен. Окончательный результат смотрят в «Содержание» и заносят в «АРХИВ».

Таблица - Рекомендуемые добавки аттестованных смесей и чувствительности прибора при регистрации вольтамперограммы фенола при анализе вод

Диапазон определяемых концентраций фенола, мг/дм3	Концентрация аттестованной смеси, мг/дм3	Рекомендуемый объем добавок, см3	Чувствительность, А/мм
0,0004 ... 0,004	0,1	0,05 ... 0,10	4?10-10
0,004 ... 0,02	0,1 ... 1,0	0,10	4?10-10 ... 8?10-9
0,02 ... 0,2	1,0	0,05 - 0,10	8?10-10 ... 2?10-9
0,2 ... 0,4	1,0 ... 10,0	0,05 ... 0,10	2?10-9 ... 8?10-9

Рисунок 1. Вольтамперограммы фенола в растворе фонового электролита(1), пробы (2) и пробы с добавкой (3)

При использовании вольтамперометрического анализатора в комплекте с компьютером регистрацию и обработку результатов измерений аналитических сигналов и расчет массовых концентраций компонента в пробе (мг/дм3) выполняет система сбора и обработки данных анализатора.

Расчет массовой концентрации компонента в пробе

Для определения фенола Комплекс рассчитывает среднее значение в пробе и в пробе с добавкой (см. Руководство пользователя «Команда ПРОБА» и «Команда ДОБАВКА»).

Программа ведет расчет концентраций по средним значениям результатов обработки полученных на настоящий момент кривых. После усреднения расчет производится только по средним кривым ФОНа, ПРОБы и ДОБАВКи.

Массовую концентрацию фенола в пробе вычисляют по формуле:

(1)

где Iпробы - высота пика фенола на кривой пробы [А];

Сдобавки - концентрация АС фенола [мг/дм3];

Vдобавки - объём добавки [см3];

Vминерализата - объём минерализата [см3];

- высота пика фенола на ВА-кривой пробы с добавкой АС фенола [А];

Vаликвоты - объём аликвоты [см3];

Vпробы - объем пробы [дм3].

Проверка приемлемости результатов измерений

Проверяют приемлемость полученных результатов параллельных определений. Расхождение между полученными результатами двух параллельных анализируемых проб не должно превышать предела повторяемости r. Значение предела повторяемости для двух результатов параллельных определений приведено в таблице 4.

Диапазон измерений, значения пределов повторяемости при доверительной вероятности Р = 0,95

Наименование определяемого компонента	Диапазон измеряемых концентраций, мг/дм3	Предел повторяемости (для двух результатов параллельных определений), r	Критический диапазон (для четырех параллельных определений), r*
Фенол	От 0,0004 до 0,005 включ.	0,42?	0,54?
	Св. 0,005 до 0,05 включ.	0,31?	0,40?
	Св. 0,05 до 0,4 включ.	0,28?	0,36?
- среднее арифметическое значение результатов параллельных определений массовой концентрации компонента

Результаты считают приемлемыми при выполнении условия

|X1 - X2| ? r. (2)

Абсолютное значение предела повторяемости рассчитывается для среднеарифметического значения результатов двух параллельных определений

(3)

При выполнении условия (2) значение принимается за результат измерения массовой концентрации определяемого компонента в пробе. При превышении предела повторяемости (r) необходимо дополнительно получить еще два результата параллельных определений. Если при этом размах (Хmax - Хmin) результатов четырех параллельных определений равен или меньше критического диапазона r^*, то в качества окончательного результата принимают среднее арифметическое значение результатов четырех параллельных определений. Значения критического диапазона (r^*) для четырех результатов параллельных определений приведены в таблице 4. Если размах (Хmax - Хmin) больше r*, выясняют причины появления неприемлемых результатов параллельных определений. При этом проводят оперативный контроль повторяемости по МИ 2335-2003 [8] или разделу А.2 приложения А настоящего документа на методику.

Числовое значение результата измерения должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и значение предела повторяемости результатов параллельных определений, и содержать не более двух значащих цифр.

Оформление результатов измерений

Результаты измерений хранят в памяти компьютера (при использовании компьютеризированного вольтамперометрического анализатора) или оформляют записью в журнале. При этом приводят сведения об анализируемой пробе, условиях измерений, дате получения результата измерений. Запись в журнале удостоверяет лицо, проводившее измерения. Результат измерения (анализа) в документах, выдаваемых лабораторией, представляют в следующих видах:

( ± D), мг/дм3, Р = 0,95

или ( ± Dл), мг/дм3, Р = 0,95, при условии Dл ? D,

где: Х - результат измерения, полученный в соответствии с настоящим документом на методику выполнения измерений;

± Dл - значения характеристики погрешности результатов измерений, установленные при реализации методики в лаборатории;

± D - значения характеристики погрешности настоящей методики выполнения измерений, которые рассчитываются по формуле

D = 0,01?d?X,

где относительное значение показателя точности (характеристики погрешности - d) методики приведено в таблице 1.

Примечание: Характеристику погрешности результатов измерений при реализации методики в лаборатории допускается устанавливать по формуле

Dл = 0,84?D

с последующим уточнением по мере накопления информации в процессе контроля стабильности результатов измерений по разделам 12.3 и 12.4 настоящего документа.

Контроль качества результатов измерений при реализации методики в лаборатории

Контроль качества результатов измерений при реализации методики в лаборатории предусматривает:

- оперативный контроль процедуры анализа (на основе оценки погрешности результатов анализа при реализации отдельно взятой контрольной процедуры);

- контроль стабильности результатов анализа (на основе контроля стабильности среднеквадратического отклонения внутрилабораторной прецизионности, погрешности, среднеквадратического отклонения повторяемости).

Оперативный контроль процедуры анализа (выполнения измерений)проводят:

- при внедрении методики выполнения измерений в лаборатории;

- при появлении факторов, которые могут повлиять на стабильность процесса анализа (например, при смене партии реактивов, после ремонта прибора, при длительном промежутке времени между анализами и т.д.).

Оперативный контроль процедуры анализа проводит сам исполнитель с целью проверки его готовности к проведению анализа рабочих проб.

Оперативный контроль процедуры анализа проводят по МИ 2335-2003 [8] или по приложению А настоящего документа на методику.

Одной из форм контроля стабильности результатов анализа является контроль стабильности результатов анализа в пределах лаборатории с использованием контрольных карт, реализуемый

- путем контроля и поддержания на требуемом уровне погрешности результатов измерений;

- путем контроля и поддержания на требуемом уровне внутрилабораторной прецизионности;

- путем контроля и поддержания на требуемом уровне повторяемости результатов параллельных определений.

Процедуры и периодичность контроля точности (контроля стабильности) получаемых результатов измерений в пределах лаборатории проводят с учетом требований раздела 6 ГОСТ Р ИСО 5725-6 или по МИ 2335-2003. Ответственность за организацию проведения контроля стабильности результатов анализа возлагают на лицо, ответственное за систему качества в лаборатории. Периодичность контроля исполнителем процедуры выполнения измерений, а также реализуемые процедуры контроля стабильности результатов выполняемых измерений регламентируют в Руководстве по качеству лаборатории.

Проверка приемлемости результатов измерений для двух лабораторий

Проверку приемлемости результатов измерений, полученных в условиях воспроизводимости (в двух лабораториях, m = 2), проводят с учетом требований 5.3.2.1 ГОСТ Р ИСО 5725-6 по отношению к пределу воспроизводимости, приведенному в таблице 5, или к критической разности для двух среднеарифметических результатов измерений в соответствии с 5.3.2.2 ГОСТ Р ИСО 5725-6. Расхождение между результатами измерений, полученных в двух лабораториях, не должно превышать предела воспроизводимости. При выполнении этого условия приемлемы оба результата измерений, и в качестве окончательного может быть использовано их общее среднее значение. Значения предела воспроизводимости приведены в таблице 5. При превышении предела воспроизводимости могут быть использованы методы оценки приемлемости результатов измерений согласно раздела 5 ГОСТ Р ИСО 5725-6.

Диапазон измерений, значения предела воспроизводимости при доверительной вероятности Р = 0,95

Наименование определяемого компонента	Диапазон измеряемых концентраций, мг/дм3	Предел воспроизводимости (для двух результатов измерений), R
Фенол	От 0,0004 до 0,005 включ.	0,56?
	Св. 0,005 до 0,05 включ.	0,39?
	Св. 0,05 до 0,4 включ.	0,34?
- среднеарифметическое значение результатов анализа, полученных в двух лабораториях

Разрешение противоречий между результатами двух лабораторий проводят в соответствии с 5.3.3 ГОСТ Р ИСО 5725-6.

Глава 3 Аналитический обзор прибора газоанализатора на рынке продаж с помощью сети internet

№	Тип прибора	Марка прибора	Применение	Достоинства/ Недостатки	Общий вид прибора	Фирмы-разработчики	Адрес в сети Internet
1	Газоанализатор электрохимический	АНКАТ-7631Микро	Предназначен для измерения остаточного О2 (например, после вытеснения его горючим газом) перед запуском газового оборудования (розжигом котлов).	- обмен данными с ПЭВМ по интерфейсу USB - степень защиты от доступа к опасным частям, попадания внутрь твердых предметов и проникновения воды - IP54;		ФГУП СПО “АНАЛИТПРИБОР”	http://www.analitpribor-smolensk.ru/products/bezopasnost_gazoanalizatory/perenosnye_gazoanalizatory/ankat7631micro/
2	Газоанализатор электрохимический	ДАХ-М	Датчики-газоанализаторы ДАХ-М предназначены для обеспечения безопасности персонала и самих объектов химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств, других отраслей промышленности, в воздухе рабочей зоны помещений и наружных установок которых возможно образование опасных концентраций токсичных газов и/или возникновение избытка/недостатка кислорода.	- диапазон рабочих температур - от минус 40 до плюс 50 оС (минус 20 до плюс 50 оС для исполнений ДАХ-М-ХХ-О2-30 и О2-10); - степень защиты от доступа к опасным частям, попадания внутрь твердых предметов и проникновения воды - IP54 (IP65) для модификаций ДАХ-М-01, -03, -04 (ДАХ-М-05 и -06); - межкалибровочный интервал - 6 месяцев;		ФГУП СПО “АНАЛИТПРИБОР	http://www.analitpribor-smolensk.ru/products/bezopasnost_gazoanalizatory/stacionarnye_gazoanalizatory/dah_m/
3	Газоанализатор электрохимический	СОУ1	стационарный автоматический прибор непрерывного действия, который предназначен для контроля ПДК рабочей зоны по оксиду углерода (СО).	- газоанализатор предназначен для использования в невзрывоопасных зонах; - уровень звукового давления - 70 дБ на расстоянии один метр; - средний полный срок службы электрохимической ячейки (ЭХЯ) - 5 лет в нормальных условиях; - диапазон рабочих температур - от минус 10 до плюс 50 оС;		ФГУП СПО “АНАЛИТПРИБОР	http://www.analitpribor-smolensk.ru/products/kom_hozyaistvo/kotelnie/sou1/
4	Газоанализатор электрохимический	СИГМА-1М [4]	Измерение и контроль довзрывных концентраций взрывоопасных газов и паров, таких как метан, пропан, пары бензина и других горючих углеводородных соединений в атмосфере воздуха или азота, с формированием аварийных световых, звуковых и управляющих сигналов при превышении концентрации контролируемого газа заданного уровня.	Информационный пульт и внешние датчики газового контроля; Программируемый порог аварийной сигнализации; Порт связи с внешними устройствами по интерфейсу RS-232, RS-485; Программное обеспечение по архивированию и графическому отображению результатов измерений; До 8-ми внешних датчиков на один пульт;		OOO «ПОЛИТЕХФОРМ-М»	http://www.ptfm.ru/katalog/gazoanaliticheskoe-oborudovanie/238-sigma-1mnew?_openstat=ZGlyZWN0LnlhbmRleC5ydTs3MzkzODcwOzIyMTUxMDg2Njt5YW5kZXgucnU6cHJlbWl1bQ&yclid=5822552431277208817
5	Газоанализатор электрохимический	МГЛ-20М	газоанализаторы модификации "МГЛ-20М", представляют собой стационарный, автоматический прибор непрерывного действия, конструктивно выполненный в виде блока первичного преобразователя (БПП) и блока обработки информации.	Прибор выполнен в пластиковом корпусе с прозрачной крышкой (пыле-, влагозащищенное исполнение), имеет крепежные элементы для настенного монтажа, имеет светодиод, показывающий наличие питания (220В, 50Гц) и два светодиода срабатывания установленных порогов сигнализации превышения концентрации анализируемого компонента.		ЗАО «ОПТЭК»	http://novohim.com/product_info.php?products_id=1772

Глава 4 Газоанализатор

Газоанализатор МГЛ-20 не представляет опасности для жизни, здоровья, имущества потребителей и для окружающей среды в процессе эксплуатации при соблюдении требований действующей эксплуатационной документации, не является источником индустриальных помех и опасных излучений, не является источником пожара, агрессивных и токсичных выделений. [5]

Описание и работа

Назначение

Газоанализаторы мод.“МГЛ-20М ХП(м)” (где Х=1ч8) представляют собой стационарные, автоматические приборы непрерывного действия, конструктивно выполненные в виде блока обработки информации (БОИ) и от 1 до 8 штук блоков первичных преобразователей (БПП) , выпускаемых в следующих модификациях:

МГЛ-20М-ХП - пластмассовый корпус; МГЛ-20М-ХПм - металлический корпус;

БОИ рассчитан на подключение до 8 штук БПП мод. МГЛ-20М-ХП(м), осуществляет вывод значений концентрации на цифровой индикатор, обеспечивает подключение коммутируемых устройств (звуковая и световая сигнализация, управление внешними исполнительными устройствами посредством контактов реле), проводит циклический последовательный опрос всех подсоединенных БПП. БПП предназначены для измерения массовых концентраций НСN в воздухе рабочей зоны во взрывобезопасных помещениях и соответствуют требованиям ГОСТ 13320-81.

Принцип действия - электрохимический.

Виды климатических исполнений: УХЛ 2* по ГОСТ 15150 для МГЛ-20М-ХП, УХЛ 4.2** по ГОСТ 15150 для БОИ и БПП МГЛ-20М-ХПм, по допускаемому углу наклона - независимый (группа НЗ по Габаритные размеры и масса БПП и БОИ представлены в таблице габаритные размеры БПП БОИ

длина, мм (не более) 180 390

высота, мм (не более) 80 155

ширина, мм (не более) 145 270

масса, кг (не более) 1,3 4

Мощность, потребляемая газоанализатором не более 30 ВА.

Время прогрева составляет не более 10 мин.

Время установления показаний концентрации измеряемых компонентов в анализируемой пробе не более 5 мин. Газоанализаторы должны иметь следующие виды выходных сигналов: цифровую индикацию (БОИ), с номинальная ценой единицы наименьшего разряда на индикаторе БОИ 0,01 мг/м3 последовательный интерфейс - RS-232 (БОИ). Токовый, аналоговый сигнал в диапазоне 4 - 20 мА МГЛ-20М-ХП(м). Двухпроводная линия служит для дистанционной передачи информации от БПП к БОИ. Максимальное удаление БПП от вторичных показывающих приборов не превышает 300 м. БПП выдерживают перегрузку, вызванную превышением содержания измеряемого компонента на 200% за пределы измерений, в течение 5 минут. Время восстановления нормальной работы после снятия перегрузки не более 60 мин. Предел допускаемой вариации показаний не превышает 0,5 долей от основной погрешности. Газоанализаторы в упаковке сохраняют свою работоспособность после воздействия: 1000 ударов со значением пикового ударного ускорения 98 м/с длительностью ударного импульса 16 мс; температуры окружающего воздуха от минус 25 єС до 55 єС; относительной влажности окружающего воздуха до 98 % при температуре 25 єС

Отбор пробы - диффузионный.

Режим работы - непрерывный.

Газоанализатор МГЛ-20 имеет установленный на БОИ порог срабатывания сигнализации, который соответствует предельно допустимой концентрации (ПДК) анализируемого газа в воздухе рабочей зоны: (HСN- 0,3 мг/м3). Газоанализатор относится к восстанавливаемым и ремонтируемым изделиям. Средняя наработка на отказ не менее 10000 часов. Параметром, по которому определяется отказ газоанализатора, является определение концентрации компонентов анализируемой пробы с погрешностью, превышающей указанную в п.2.1. Средний срок службы газоанализаторов не менее 8 лет. (Без учета времени работы электрохимического датчика). Средний срок службы электрохимического датчика не менее 3 лет. Критерием предельного состояния по сроку службы является такое состояние, когда стоимость ремонта составит более 70% стоимости газоанализаторов.

Состав газоанализатора

В состав блока первичного преобразователя газоанализатора входят:

электрохимический сенсор; усилитель; аналого-цифровой преобразователь; микроконтроллер; интерфейс передачи данных.

В состав блока обработки информации входят: преобразователь ток-напряжение;

аналого-цифровой преобразователь; блок индикации и управления сухие контакты цифро-аналоговый преобразователь.

Устройство и принцип работы бпп. В основу работы БПП положен электрохимический метод определения концентрации газа. Чувствительным элементом служит электрохимический сенсор. Измеряемый газ, путем диффузии, проникает в сенсор, инициирует на электродах датчика электрический ток, пропорциональный концентрации газа. Величина этого тока, является аналитическим сигналом для измерения концентрации анализируемого газа . Внешний вид лицевой панели БПП "МГЛ-20М-ХП" представлен на рис.1. На лицевой панели БПП расположены: клавиша включения режима градуировки «Калибровка», клавиша автоматической установки нуля “Уст. «0»” , клавиши изменения чувствительности «+» и «--», красный светодиод "Питание", мигающий режим которого свидетельствует о наличии питающего напряжения. На левой боковой панели БПП расположены кабельный ввод для подключения к БОИ. Разъем токового выхода находится под лицевой панелью, напротив кабельного ввода. Верхний контакт "+" токовой петли, нижний "--". Для подключения проводов необходимо аккуратно вынуть разъем в направлении кабельного ввода.

Блок обработки информации (БОИ) рассчитан на подключение до 8 различных БПП, осуществляет вывод значений концентрации на цифровой индикатор, обеспечивает подключение коммутируемых устройств (звуковая и световая сигнализация, управление внешними исполнительными устройствами посредством контактов реле), проводит циклический опрос всех подсоединенных БПП. Внешний вид БОИ представлен на рис.2,3.

Сухие контакты реле сигнализации БОИ обеспечивают подключение коммутируемых устройств. Максимальный коммутируемый ток - 2А, максимальное коммутируемое напряжение 120В.



Рисунок 2. Внешний вид лицевой панели БОИ.

На передней панели БОИ расположены: жидкокристаллический 4-х строчный индикатор, сетевой выключатель, 4 кнопки управления, восемь аварийных светодиодов.

Рисунок 3. Внешний вид задней панели БОИ.

На задней панели БОИ расположены: сетевой разъем ?220В, клемма заземления, разъем внешнего питания =12В, разъем интерфейса RS232, разъемы для подключения БПП, коммутируемых устройств и регистрирующей аппаратуры.

Глава 5 Расчет погрешностей при прямых и косвенных измерениях

Под измерением понимают сравнение измеряемой величины с другой величиной, принятой за единицу измерения. Измерения выполняются опытным путем с помощью специальных технических средств.

Прямыми измерениями называются измерения, результат которых получается непосредственно из опытных данных (например, измерение длины линейкой, времени - секундомером, температуры - термометром). Косвенными измерениями называются измерения, при которых искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, значения которых получают в процессе прямых измерений (например, определение скорости по пройденному пути и времени или плотности вещества по массе и объему тела ).

Всякое измерение, как бы оно тщательно не было выполнено, обязательно сопровождается погрешностью (ошибкой) - отклонением результата измерений от истинного значения измеряемой величины.

Систематические погрешности - это погрешности, величина которых одинакова во всех измерениях, проводящихся одним и тем же методом с помощью одних и тех же измерительных приборов, в одних и тех же условиях. Систематические погрешности происходят: в результате несовершенства приборов, используемых при измерениях (например, стрелка амперметра может быть отклонена от нулевого деления в отсутствие тока; у коромысла весов могут быть неравные плечи и др.); в результате недостаточно полной разработки теории метода измерений, т. е. метод измерений содержит в себе источник ошибок (например, возникает ошибка, когда в калориметрических работах не учитывается потеря тепла в окружающую среду или когда взвешивание на аналитических весах производится без учета выталкивающей силы воздуха); в результате того, что не учитывается изменение условий опыта (например, при долговременном прохождении тока по цепи в результате теплового действия тока меняются электрические параметры цепи).

Систематические погрешности можно исключить, если изучить особенности приборов, полнее разработать теорию опыта и на основе этого вносить поправки в результаты измерений. Случайные погрешности - это погрешности, величина которых различна даже для измерений, выполненных одинаковым образом. Причины их кроются как в несовершенстве наших органов чувств, так и во многих других обстоятельствах, сопровождающих измерения, и которые нельзя учесть заранее (случайные ошибки возникают, например, если равенство освещенностей полей фотометра устанавливается на глаз; если момент максимального отклонения математического маятника определяется на глаз; при нахождении момента звукового резонанса на слух; при взвешивании на аналитических весах, если колебания пола и стен передаются весам и т. д.).

Случайных погрешностей избежать нельзя. Их возникновение проявляется в том, что при повторении измерений одной и той же величины с одинаковой тщательностью получаются числовые результаты, отличающиеся друг от друга. Поэтому, если при повторении измерений получались одинаковые значения, то это указывает не на отсутствие случайных погрешностей, а на недостаточную чувствительность метода измерений. Случайные погрешности изменяют результат как в одну, так и в другую сторону от истинного значения, поэтому, чтобы уменьшить влияние случайных ошибок на результат измерений, обычно многократно повторяют измерения и берут среднее арифметическое всех результатов измерений. Заведомо неверные результаты промахи возникают вследствие нарушения основных условий измерения, в результате невнимательности или небрежности экспериментатора. Например, при плохом освещении вместо “3” записывают “8”; из-за того, что экспериментатора отвлекают, он может сбиться при подсчете количества колебаний маятника; из-за небрежности или невнимательности он может перепутать массы грузов при определении жесткости пружины и т. д. Внешним признаком промаха является резкое отличие результата по величине от результатов остальных измерений. При обнаружении промаха результат измерения следует сразу отбросить, а само измерение повторить. Выявлению промахов способствует также сравнение результатов измерений, полученных разными экспериментаторами. Измерить физическую величину это значит найти доверительный интервал , в котором лежит ее истинное значение с заданной доверительной вероятностью . Смысл доверительной вероятности таков: если выполнить очень большое число серий измерений, по измерений в каждой серии, то в случаев истинное значение измеряемой величины попадет в доверительный интервал. Величина выражается или в долях единицы, или в процентах. При большинстве измерений ограничиваются доверительной вероятностью 0,9 или 0,95. Иногда, когда требуется чрезвычайно высокая степень надежности, задают доверительную вероятность 0,999. Наряду с доверительной вероятностью часто пользуются уровнем значимости , который задает вероятность того, истинное значение не попадает в доверительный интервал. Результат измерения представляют в виде

,

где - среднее значение измеряемой величины (середина доверительного интервала), - абсолютная погрешность. Таким образом, границы интервала , . Истинное значение измеряемой величины с доверительной вероятностью лежит в пределах этого интервала. Для того чтобы найти и , выполняют серию однократных измерений. Рассмотрим конкретный пример. Пусть при измерении времени, в течение которого математический маятник совершает колебаний, получены следующие значения: ; ; ; ; ; . Значения могут и повторяться, как значения и в нашем случае. Этот набор значений называют выборочной совокупностью. Если число элементов выборки (на практике , то набор значений называется генеральной совокупностью. Пусть требуемая доверительная вероятность . Соответственно уровень значимости .

Среднее значение измеряемой величины

,

где - результат отдельного измерения, - количество измерений (размер выборки).

Относительная погрешность

.

Измерительный прибор также вносит свой вклад в погрешность измерений. Эта погрешность обусловлена конструкцией прибора (трением в оси стрелочного прибора, округлением, производимым цифровым или дискретным стрелочным прибором и пр.). По своей природе это систематическая ошибка, но ни величина, ни знак ее для данного конкретного прибора неизвестны. Приборную погрешность оценивают в процессе испытаний большой серии однотипных приборов.

Нормированный ряд классов точности измерительных приборов включает такие значения: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Класс точности прибора равен выраженной в процентах относительной ошибке прибора по отношению к полному диапазону шкалы. Паспортная погрешность прибора

,

где и - минимальное и максимальное значения шкалы прибора. Если класс точности прибора не указан, то равняется половине цены наименьшего деления шкалы стрелочного прибора с плавным движением стрелки или цене наименьшего деления шкалы цифрового прибора либо стрелочного с дискретным движением стрелки (например, секундомера).

Среднее значение результата косвенных измерений

,

где - средние значения величин , полученные в результате прямых вычислений.

Граница доверительного интервала результата косвенных измерений

,

где - частные производные от функции , найденные в точках средних значений .

Результат косвенных измерений представляем в виде:

.

Относительная погрешность

.

Вывод

В данной курсовой работе, мною был произведен обзор по электро-химическому методу. Приведены соответствующие ГОСТы и СНиПы, найдены и проанализированы методики. Изучив приборы представленные на рынки сети internet (газоанализаторы АНКАТ-7631Микро, СИГМА-1М, СОУ1, ДАХ-М, МГЛ-20М, наибольшей популярностью и спросом пользуется газоанализатор МГЛ-20М. Я проанализировал технические данные, блок-схему, функциональную схему и разобрал его ошибки. Опираясь на выше изложенный материал можно сделать вывод -газоанализатор МГЛ-20М однокомпонентный, представляют собой автоматические приборы непрерывного действия. В газоанализатор МГЛ-20М прибор автоматический, легко справляется с длительной работой в режиме непрерывного функционирования.

Литература

Введение - http://www.chem.msu.su/rus/books/prochor/all.pdf [1]

Глава 1 - http://www.xumuk.ru/encyklopedia/807.html [2]

Глава 2 - http://vsegost.com/Catalog/12/1245.shtml [3]

Глава 3 - http://www.ptfm.ru/katalog/gazoanaliticheskoe-oborudovanie/gazoanalizator [4]

Глава 4 - http://www.analitpribors.ru/tech/mgl-20m-re-mp.pdf [5]

Глава 5 [6] - http://edu.dvgups.ru/METDOC/ENF/PHIZIK/PHIZIK/METOD/IZMER_FIZ_VEL/Burkova_2.htm [6]

Размещено на Allbest.ru