Гальванический датчик для измерения концентрации кислорода в потоке

Гальванический датчик для измерения концентрации кислорода в потоке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социапмстмческих

Республик (61) Дополнительное к авт, свил-.ву (22) Заявлено 07.07,76 (21) 238081 О/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (5В) М. Кл.

Cj О1 И 27/46

Гкудерствееевй «аетет

Севетв Меяктрее СССР ее делам еэабретехее я етхрмтей (43} Опубликовано 05.12.78.Бюллетень № 45 (53) УДК 543. 257 (088.8) (45) Дата опубликования описания 06.12.78 (72) Авторы изобретении

Н, А. Ульянов, Ю. К, Колупаев и В„Д. Мазурик

Всесоюзный научно-исследовательский институт медицинского приборостроения (7е) Завввтель (5 Ф} ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КОНиЕН ГРАФИНИ КИСЛОРОДЛ В ПатОКЕ

Изобретение относится к технике измерения нарпионального. давления кислоро да в потоках жидкостей, а именно к гальваническим датчикам кислорода, и найдет применение в измерительной технике, преимущественно в медицине для непрерывного контроля содержания кислорода в системе аппарата искусственного кровообращения, Известен гальванический датчик кислорода, содержащий герметичный корпус и электрохимическую ячейку с электродами, закрытую газопроницаемой мембраной И.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является электрохими- >> ческий датчик для определения напряжения кислорода в жидких средах, содержащий электрохимическую ячейку в герметичном корпусе с жесткими, массивными электродами, отделенными от анализируе мой жидкости гаэопроницаемой мембраной

И

Из-за большого влияния диффузионного слоя над поверхностью мембраны, имеющей значительные размеры, возникает искажение связи между содержанием кислорода и величиной тока датчика при изменениях скорости ламинарного потока жидкости. Это приводит к тому, что. датчик в аппаратах искусственного кровообращения правильно работает, начиная лишь со скоростей ламинарных потоков 2 л/мин и выше, Учитывая, что в этих аппаратах верхний предел скорости потока крови

5 л/мин, диапазон измерений кислорода с указанным нижним пределом сокращается на 40%. Регионарное.искусственное кровообращение, как правило, осуществляется в диапазоне до 3 л/мин.

Для снижения нижнего предела измеряемых потоков в конструкции этого датчика применены установленные под углом к плоской мембране патрубки подвода и отвода жндкос ж. Одновременно с этим, бпа годара уменьшению проходного сечения, увеличивают скорость потока над мембраной. С помощью указанных конструктивнык решений достигают уменьшения влияния диффузионного слоя за счет турбулнзацим

636523 потока и увеличеш я гидродинамического сопротивления датчика, Это приводит к дополнительной травме элементов крови и не позволяет использовать датчик в венозных магистралях аппарата, в которых переме- у щение крови происходит в результате гравитационного оттока иэ организма.

Таким образом, указанный датчик не обеспечивает измерений содержания кислорода на нижнем пределе диапазона ла- 16 минарных потоков жидкости, применяемом в аппаратах искусственного крово- обращенияя.

Цель изобретения - расширение диапазона измерения скоростей потоков жид- И кости в области ламинарного течения.

Поставленная цель достигается тем, что датчик снабжен контактирующей с газопроницаемой мембраной решеткой из газонепроницаем ого материала, например, 29 фольги, с системой щелевых отверстий, расположенных последовательно и ориентированных шириной по ходу потока, Причем ширина щелевого отверстия от носится к толщине мембраны как 1:6. И

На чертеже представлена конструктив ная схема предлагаемого гальванического датчика, Датчик содержит корпус 1, газопроницаемую мембрану 2, электрохимичес- И кую ячейку 3 с электродами: свинцовым анодом 4 и катодом 5, выполненным в виде напыленного на внутреннюю поверхность мембраны слоя драгоценного метал ла (золота или серебра).

33

Анод 4 и катод 5 изолированы друг от друга целлофановой прокладкой 6, являющейся одновременно ионообменником, Датчик снабжен маской 7 из газонепроницаемого материала, например фольги, с системой отверстий 8, при этом маска

7 контактирует с газопроницаемой мембраной 2. Отверстия 8 на маске 7 ориентированы минимальными размерами в направлении потока жидкости.

Датчик работает следующим образом.

Катод 5 из напыленного на внутреннюю поверхность мембраны 2 тонкого слоя драгметалла пропускает внутрь ячейки 3 кислород, поступающий из исследуе- © мой жидкости через отверстия 8 на газонепроницаемой маске, Количество кислорода, поступившее внутрь электрохимической ячейки 3, пропорционально его парциальному давлению.

При этом на катоде 5 происходит апектрохимическое восстановление мо- . пекулярного кислорода до ОН-ионов, а на аноде 4 — окисление свинца и обраэование гидроокиси.

Поток кислорода вызывает поток ОН-ионов в 25% растворе щелочи КОН, которой пропитана прокладка 6 — иоцообменник. В результате окислительно-восстановительной реакции при замыкании через сопротивление во внешней цепи протекает электрический ток, пропорциональный диффузии кислорода внутрь датчика, Диффузионный слой в потоке жидкости над поглощаемой поверхностью начинается с ее передней кромки и имеет наибольшую толщину на конце, В зависимости от изменения диффузионного слоя величина диффузионного потока кислорода также изменяется на единицу длины в направлении потока жидкости.

При уменьшении линейного размера газопрокщаемого отверстия вдоль потока жидкости уменьшается толщина диффузионного слоя и возрастает независимость диффузионного потока от скоростей движения жидкости. Наибольшая степень независимости от диффузионного слоя достигается при соотношении минимального размера отверстия к толщине мембраны 1:6, Шаг между отверстиями 8 определяется расстоянием, на котором отсутствует влияние потребления кислорода из набегающего потока, вследствие чего уменьшается влияние диффузионного слоя на результаты измерений, Благодаря тому, что электрическая ячейка 3 размещена в мембране 2 и электрод - катод 5 напылен на внутреннюю поверхность мембраны 2, общая толщина ячейки составляет не более 0,8 мм.

В результате установки тонкостенной ячейки 3 в осевой плоскости корпуса 1 в виде проточной трубы устраняется, по сравнению с прототипом, необходимость в дополнительной турбулиэации, снижается гидродинамическое сопротивление и не нарушается ламинарный характер течения жидкости. Расположение по центру потока ячейки 3 улучшает обмывание чувствительной поверхности и тем самым повышает точность измерений.

B настоящее время изготовлен макет гальванического датчика кислорода, имеющий .диаметр проточной трубы 10 мм, с электрохимической ячейкой толщиной

0,8 мм, загерметизированной в стенке корпуса, При толщине мембраны 120 мк, мини»альном размере отверстия 60 мк, шаге между отверстиями 3 мм уменьшен ниж

636523

Составитель И. Фузеина

Редактор М Рожкова Техред О, Андрейко Корректор Л. Макаревич

Заказ 6931/34 Тираж 1070 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал HIIH Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ний предел диапазона измеряемых потоков .до 0,5 л/мин, При работе с кровью маска с отверстиями покрывается силиконом, обладающим высокой газонепроницаемостью и антитромбогенными свойствами. Пере- ф пад гидродинамического давления на датчике снижен до 10 мм водного столба.

Формула изобретения

39

1, Гальванический датчик для измерения концентрации кислорода в потоке, содержащий корпус, газопроницаемую мембрану, анод, катод, выполненный в виде нвпыленного слоя металла на внутреннюю Я поверхность мембраны, и электролит, о т".,л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения скоростей потоков жидкости в области паминврного течения,. датчик снабжен контактирующей с гвзопроницаемой мембраной решеткой из газонепроницаемого материала, например, фольги с системой щелевых отверстий, расположенных последовательно и ориентированных шириной по ходу потока, 2. Гальванический датчик по и. 1, отличающийся тем, что ширина щелевого отверстия относится к толщине мембраны как 1:6.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 277290, кл. 5 01 Й 27/46, 1970, 2, Авторское свидетельство СССР

¹ 299794, кл G 01 и 27/46 1972.