Устройство для измерения объемной доли компонентов газовой смеси

Устройство для измерения объемной доли компонентов газовой смеси

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ ДОЛИ КОМПОНЕНТОВ ГАЗОВОЙ ,СМЕСИ, содержащее реактор, электролитическую и твердоэлектролитную 1.ячейки, причем ячейки снабжены источниками напряжения и измерителями тока , отличающееся тем, что, с целью увеличения точности из , мерений, электролитическая ячейка и реактор выполнены в виде трех .элек-. тродов, закрепленных в общем канале корпуса, а ячейка выполнена в виде двух ступеней, при этом один, электрод является общим, а два других расположены соответственно в первой и второй ступени ячейки, часть общего электрода между двумя ступенями служит нагревателем реактора. 2. Устройство по п.1,отличающееся тем, что соотношение длин первой и второй ступени не менее 1:2..§

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (U) ,дн G 01 N 27/46

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР .

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2975905/18-25 (22) 10.06.80 (46) 07.10.83. Бюл. М 37 (72) В.И.Смирнов, Ю.Н.Патрушев, В.М.Сопов и Л.Ф.Носенко (53) 543.247(088.8) (56) 1. Патент ФРГ 9 1200575., кл. G 01 N 27/46, 1963.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 705320, кл. G 01 N 27/46, 1979 (прототип).

1 (54)(57) 1. уСтРОЙстВО для измеРЕния .ОБЬЕМНОЙ ДОЛИ КОМПОНЕНТОВ ГАЗОВОЙ

СМЕСИ, содержащее реактор, электро.литическую и твердоэлектролитную !.ячейки, причем ячейки снабжены источниками напряжения и измерителями тока, отличающееся тем, что, с целью .увеличения точности из.мерений, электролитическая ячейка и реактор выполнены в виде трех .элек-. тродов, закрепленных в общем канале корпуса, а ячейка выполнена в виде двух ступеней, при этом один. электрод является общим, а два других расположены соответственно в первой и второй ступени ячейки, часть общего электрода между двумя ступенями. служит нагревателем реактора.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что соотношение длин первой и второй ступени не менее 1:2.

1046668

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к устройствам для анализа газовых смесей, . содержащих кислород, водород и воду, и может быть использовано для технологического контроля при полу чении инертных газов на воздухоразделительных установках, контроля чистоты газа по кислороду, водороду и воде после каталитической очистки, а также для контроля содержания кислорода, воды в водороде и водорода, воды в кислороде криогенных технологических систем.

Известно устройство для определения кислорода или водорода, содержа- 15 щихся в газовой смеси, состоящее из электролитического дозатора кислорода либо водорода, осушителя, реактора с катализатором и электролитической ячейки для разложения aozpa. Анализи- О руемый газ поступает в дозатор, где в поток газа добавляются кислород либо водород. Далее поток газа проходит через осушитель и поступает в реак-. тор, где .происходит взаимодействие определяемого компонента с добавлением. Образовавшаяся в результате реакции вода подвергается электролизу в электролитической ячейке. Ток электролита является мерой объемной доли кислорода либо водорода (1).

Основными недостатками газоанали,затора являются периодичность анали-. за, невозможность определения всех трех компонентов в их совместном присутствии и .его громоздкость.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения объемной доли компонентов газовой смеси, содержащее реактор, электролитическую и 40 твердоэлектролитную ячейки, причем ячейки снабжены источниками напряжения и измерителями тока (2 J.

Недостаток известного .устройства заключается в том, что оно не позво- 45 ляет вести одновременно измерения кислорода, водорода и воды как в инертных газах и азоте, так и измерения кислорода, воды в водороде и водорода, воды .в кислороде, а также требует применения достаточно сложных устройств: дегидратора — для проведения предварительной осушки анализируемого газа (с наличием процесса его регенерации) и реактора— для проведения реакции окисления, которые в сочетании с соединительным газовым трактом (особенно между реактором и электролитической ячейкой) приводят к увеличению инерционности устройства, обусловленной процессами 60 сорбции влаги на их поверхностях.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения объем-Я ной доли компонентов газовой смеси, содержащем реактор, электролитическую и твердоэлектролитную ячейки, причем ячейки снабжены источниками напряжения и измерителями тока,электролитическая ячейка и реактор выполнены в виде трех электродов, закрепленных в общем канале корпуса, а ячейка выполнена в виде двух ступеней, при этом один электрод являет- .. ся общим, а два других распрложены соответственно в первой и второй ступени ячейки, часть общего электрода между двумя ступенями служит нагревателем реактора.

Кроме того, соотношение длин первой.и второй ступени не менее 1:2.

На чертеже приведена функциональная схема устройства.

Устройство содержит электролитическую-ячейку, состоящую из двух ступеней 1 и 2, для разложения воды, с источниками 3 и 4 напряжений, реактор 5, размещенный межцу ступенями ячейки, с реакционной камерой 6,. на-. гревателем 7 и выводами 8, твердоэлектролитную ячейку 9 для дозирования (откачки) кислорода в анализируемый газ с источником 10 напряжения, измерители 11 -13 тока *и электрические вентили 14 и 15.

Обе ступени ячейки и реактор могут быть выполнены например, в виде трех несоприкасающихся галикоидально намотанных "платиновых или радиевых электродов 16-18, размещенных а канале 19 толстостенной стеклянной трубки 20. Трубка 20 является одновременно корпусом ячейки и реактора.. Электрод 16 является общим для .обоих ступеней ячейки и нагревателя реактора и навит по геликоидальной кривой по всей длине канала. Между витками общего электрода 16 по общей геликоидальной линии расположены электроды

17 и 18. Участок между электродами

16 и 1.7 составляет первую ступень ячейки, и участок между электродами

16 и 18 составляет вторую ступень ячейки. На поверхность канала и электродбв ячейки нанесен слой 21 гигроскопического вещества, например фосфорного ангидрида.

Первая ступень ячейки,предназначена для разложения воды, содержащейся в анализируемом газе под действием напряжения, подаваемого на электроды.

16 и 17 от источника 3 постоянного напряжения, а вторая ступень ячейки предназначена для разложения воды, образовавшейся в реакторе в результате взаимодействия кислорода и водорода, под действием напряжения, подаваемого на электроды 16 и 18 от источника 4 постоянного напряжения.Контроль тока электролиза воды первой ступени ячейки осуществляется измерителем 11 тока, включенным в разрыв

1046668 цепи электрода 17. Соединение общего Из второй ступени ячейки газ поэлектрода 16 и двух противоположных ступает н твердоэлектролитную ячейку полюсон источников 3 и 4 напряжений 9, работающую при 700 С. Чувствительв общую точку А, а электродов 17 и ный элемент выполнен, например, н ви 18 соответственно .с их другими полю- де пробирки из твердого электролита сами позволяет измерять разность то . на основе двуокиси циркония. На стен5 ков электролиза между второй и первой - ки и донышки пробирки на расстоянии ступенягли ячейки с помощью измерите- 50 мм от донышка нанесены газонепролей 12 (13) тока образующими с элвк- - ницаемые электроды из металла,. не трическими вентилями 14 и 15 мостовую окисляющегося при рабочей температуре схему. В одну диагональ схемы подсое- 0 твердоэлектролитной ячейки. Рабочая динены общая точка А и второй элек- температура поддерживается нагреватрод второй ступени ячейки, а в дру- телегл. Внутрь чувствительного элемен - гую — электроды тнердоэлектролитной та подается анализируемый газ, снаруячейки 9. жи чувствительный элемент смывается

Устройство работает следующим об- 15 атмосФерным воздухом. K электродам

В разогл. чувствительного элемента подключен

Анализируемый газ с постоянной источник 10 напряжения, задающий на- скоростью поступает в первую ступень- . пряжение определенного значения, и ячейки. Вода, содержащаяся в газе, . измеритель 13 тока. Задаваемое напряполностью извлекается из него первой 20 жение по численному значению и поляр-. ступенью ячейки и под действием на- ности выбирается таким, чтобы при. .пряжейия, приложенного к электродам поступлении в твердоэлектролитную

16 и 17 от источника 3 напряжения, -. ячейку кислорода про исходило его подвергается электролизу. При этом практически полное извлечение, а при продукты электролиза воды †. кислород 5 поступлении в тнердоэлектролитную и водород выделяются в анализируемый ячейку водорода дозировалось эквивагаз. Ток электролиза J, измеряемый лентное количество кислорода. Отмечая, токоизмерительным прибором 11, при - что поступающий в твердоэлектролитпостоянном расходе газа пропорциона- .ную ячейку .газ содержит только кислолен объемной доле воды, содержащейся род или водород TcRK, как один из, этих

I в анализируемом газе, определяемой компонентон полностью переходит в вопо соотношению ду, то твердоэлектролитная ячейка ра Эн 0 .(1 ботает либо в режиме кулонометричесн. о кого изнлечения кислорода, при этом где С вЂ” объемная доля воды в газе, будет протекать ток g, либо в ре.-.

Э „ - электрохимический эквива- 35 жиме кулонометрического дозирования лен,т воды, кислорода, при этом будет протекать л — расход газа .ток 3< ток электролиза. 3 Тогда объемная доля кислорода в

Далее газ с примесями кислорода и во- анализируемом газе определяется из дорода, содержащимися в анализируемом40 соотношения ,газе и выделенными первой ступенью 3 ОЯ 1 ячейки, проходит через реактор 5, ра- о = (3S+ л) ботающий при температуре выше 350 ОС (или 170-200 С)при покрытии нагрева- а объемная доля водорода будет равна теля платиновой чернью, котоРый одно-45 временно служит катализатором), дос Сн= (,, ) < ) Н . таточнай для быстрого и полного взаи2. модействия кислорода с водородом. Из где .С С вЂ” объемные доли кис реактора 5 газ поступает во вторую. ступень ячейки. в которой происходит 50 Эо Э вЂ” электрохимическ электролиз воды, образовавшейся в .Ре- виваленты кислорода и акторв, под действием напряжения, приложенного к электродам 16. и 18 от @ — расход газа. источника 4 .напряжения. Ток электрОлиза 3< при постоянном расходе газа

Благодаря тому что ток 3 про пропорционален суммарной объемной кает через оба измерителя 12 и 13 доле водорода и кислорода, содержа- тока, à ток через твердоэлектролитщвйся в анализируеглом газе и выделен-е ную ячейку в полярности, соответстной в него первой ступенью ячейки. вующей определению кислорода (извлеЭлектрическое соединение источников чение его из потока анализируемого

3 и 4 напряжений с электродами 5-7 . 60 газа), протекает только через измеобеих ступеней ячейки и измерителей ритель 13 тока, и в полярности, со 12 и 13 ток а позволяет измерять ток, ответствующей определению водорода

3 gz- 3„, характеризующий объемные (дозирование кислорода в поток анадоли водорода и кислорода, содержащи- лиэируемого газа), протекает только еся в анализируемом газе. Д5 через измеритель 12 тока, устройст1046668

Составитель Г. Боровик

Редактор П.Макаревич Техред N.Tenep КоРректор О. Тимор

Заказ 7721/43 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4 во позволяет определять раздельно

ToRH Зл H Э .

Устройство применительно к измерению объемной доли кислорода, воды в водороде либо к измерению объемной доли водорода, воды в кислороде работает следующим образом. Твердоэлектролитная ячейка 9 исключается из работы (выключением источника 10 напряжения). Анализирувмый водород (кислород ), поступает в первую сту«о пень ячейки, в которой происходит электролиз воды, содержащейся в нем.

Объемная доля воды определяется по формуле (1). Затем водород (кислород) проходит через реактор 5. Из !5 реактора газ поступает во вторую ступень ячейки, в которой происходит электролиз воды, образовавшейся в реакторе в результате взаимодействия примеси кислорода с содержащим ее -gp водородом (примеси водорода с содержащим ее кислородом и той части воды, которая образовалась в реакторе в результате взаимодействия примесей кислорода и водорода ранее выделенных в анализируемый газ первой ступенью ячейки при электролизе воды, содержащейся в анализируемом газе).

С учетом разности тока J электролиза воды, изглеренного токоизме- рительным прибором 12 (13), между током 3 электролиза водя второй ступени ячейки и током.Зл электролиза воды первой ступени ячейки 71 объемная доля кислорода в водороде определяется по соотношению объемная доля водорода в кислороде определяетея по соотношению — 3 IS)

9Н ь

Предлагаемое устройство позволяет одновременно автоматически и непрерывно вести контроль за содержанием кислорода, водорода и воды в инертных газах и азоте в технологических линиях при получении, осуществлять контроль за чистотой готовой продукции в диапазоне объемных долей измеряемых компонентов от 1 10 до

0,1% {воды от 1 ° 10 до 0,1%), а также вести контроль за содержанием воды, кислорода и водорода и воды, водорода в кислороде в криогенных технологических системах в диапазоне объемных долей измеряемых компонентов от 1 10 до .0,1Ъ с погрешностью не более + 1,5 отн.Ъ. Постоянная времени не более 0,5 мин.