Способ измерения термодинамической активности кислорода

Способ измерения термодинамической активности кислорода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1 С С. . ll ! лапаем .но-там "-ге

Союз Советскмх

Соцмапмстммеских

Респубпмн (Sl) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) ЗаявлЕно 01.07.76 (21) 2378727/25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

/46

Гкудврстееннва немхтет

СССР ее делам нзобретеннй и отнрмтнй

Опубликовано 25.02.79. Бюллетень Х

Дата опубликования описания 2S 02 (72) Авторы изобретения

В. А. Гуляев и Л. А. Маталин-Слуцкий (73) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

КИСЛОРОДА

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения в широком диапазоне термодинамической активности кислорода.

Изобретение может быть использовано в приборах для определения термодинамической активности, в которых в качестве датчика используют концентрационную гальваническую ячейку с твердым электролитом (ГКЭ), работающую как в жидкой, так и в газовой средах.

Наиболее близким к предложенному является способ измерения активности кислорода в металлургических расплавах (I I) в соответствии с зависимостью

1 Х

20 а =Си ехр А — > (2) о

2 где ах — измеряемая активность кислорода; ао — активность кислорода в первом эталоне;

Известен способ определения термодинамической активности кислорода (1), по которому термодинамическую активность кислорода определяют согласно зависимости

a„= К ехр(К- — (!) (ц где ах — измеряемая активность кислорода; ко, к — постоянные;

Š— длительность между электрическими сигналами, пропорциональная ЭДС 1 КЭ;

1(т) — функция абсолютной проводимости металла, которая учитывает изменение проводимости датчика с температурой.

По этому способу. измеряют ЭДС на электродах твердого электролита ГЭК и температуру среды, а затем вычисляют активность кислорода по формуле .

Недостатком способа является необходи-мость установки дополнительно к ГКЭ датчика температуры (термопары) в контур среды, что не всегда возможно, особенно при измерении высоких температур, а если установка термопары все же производится, это снижает надежность контура с измеряемой средой в месте врезки датчика температуры. Особенно это относится к энергетическим жидкометаллическим установкам, работающим при высоком давлении и температуре.

648897

А — постоянная;

Ег — ЭДС первого ГКЭ;

Ег — ЭДС второго ГКЭ.

Формула 2) справедлива для комбинированного датчика, состоящего из двух ГКЭ, причем твердый электролит с электродом сравнения второго ГЭК расположен в электроде сравнения первого ГКЭ. При погружении такого датчика в среду в первом ГКЭ возникает ЭДС R7 Сгх

Е = En, (""Па)г (3)

lI V О а во втором ЭДС ГКЭ

R7

2 . 2 З1 (4)

О а где а — активность кислорода во втором г эталоне;

n — доля электронной проводимости; а о

Т вЂ” абсолютная температура, С, остальные обозначения аналогичны формуле 2, Беря отношение формулы 3; к формуле 4, получают исключение ряда параметров в том

Л числе и температуры, т.е. " 1х/ Хо

Е 0и а /ц (5)

Недостатками способа являются: сложность датчика, его инерционность и большая динамическая ошибка при резких изменениях температуры измеряемой среды (формула 2 справедлива только при прогреве датчика до одинаковой температуры по всему объему), сложность герметизации контура среды в месте установки датчика вследствие его увеличившегося сечения по сравнению с датчиком, имеющим один ГКЭ.

Целью изобретения является упрощение кон,струкции датчика и повышение точности измерения.

Это достигается тем, что вместе с измерением

ЭДС на щектродах твердого электролита изме. ряют его электронное сопротивление R, соответствующее ему среднеквадратичное значение ЗДС

-z теплового шума е и вычисляют активность кислорода ах по формуле а Еи Р4kь|.7,д

01х= 8Х Р

1.- Vl .Я . Q 2 где ао — активность кислорода в эталоне; — доля электронной проводимости;

Š— ЭДС ГКЭ, В;

n — число переноса потенциалообраэующего процесса;

F — постоянная Фарадея, к/г-экв;

8 — универсальнм 33QBRH HocToKHHBR, Дж/град;

К вЂ” постоянная Больцмана,Дж/град;

ЛФ вЂ” частотная полоса, Гц;

R — электронное сопротивление твердо. а го электролита, ом;

-F е — среднекв адратичное значение теплового шума, b .

Формула 6. для вычисления неизвестной активности кислорода является следствием ос-. новного уравнения ГКЭ, по которому ЭДС на электродах твердого электролита равна (7) и уравнения Найквиста, определяющего среднеквадратичное- значение теплового шума, генерируемого электронной составляющей проводимости твердого электролита

2О

P2=4ÊÒÜ4%Ý, (8)

Объединяя уравнения (8) и (7),получают уравнение (6) . Твердый электролит ГКЭ имеет две составляющих проводимости: ионную и элект25 ронную. Спектральная плотность шума, обусловленного ионной составляющей, пропорционппна величине (А — постоянная) . Спектральная

1 плотность шума, обусловленного электронной составляющей, является постоянной величиной, 39 не зависящей от частоты, Поэтому выбирая полосу измерения М в достаточно высокочастотной области, можно получить среднеквадратичное значение только теплового шума, обусловленного электронной составляющей проводимости твер35 дого электролита, Измерение электронного сопротивления Я производят высокочастотным способом в той же полосе частот М, в которой

2 определяют среднеквадратичное значение е

На чертеже показана структурная схема при4О бора, с помощью которого осуществляют предло- . женный способ измерения активности кислорода.

Прибор содержит датчик 1 активности кислорода (ГКЭ), ключи 2 и 3, усилитель 4, блок 5

Я измерения R, блок 6 измерения мощности шума P =4 кто, аналого-цифровой нреобразователь 7, запоминающее устройство 8, вычислительное устройство 9, цифровую индикацию 10, устройство 11 управления.

Прибор работает следующим образом.

В положении I ключей 2 и 3 выходим ЭДС (Е) ГКЭ усиливается усилителем 4, преобразуется в нормированный сигнал и поступает на вход преобразователя 7, на выходе которого получается цифровой код, пропорциональный величине Е, который запоминается в устройстве 6. Затем ключи 2 и.3 переводятся в положение II u измеряется электронное сопротивление R g блоком 5, на выходе которого вырабатывается сиг648897

Составитель И Фузеина

Техред О. Андрейко

Корректор Л. Веселовская

Редактор Е. Кравцова

Заказ 546/41

Тираж 1089 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьпий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская иаб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 нал напряжения, пропорциональный величине В

Этот сигнал поступает на преобразователь 7, преобразуется в код и этот код запоминается в запоминающем устройстве 8. Затем ключи 2 и 3 переводятся в положение III н блок 6 измеряет мощность теплового шума Рш в полосе частот ЬЕ.

Сигнал напряжения на выходе блока 6, пропорциональный Рш, поступает на преобразователь, преобразуется в код и запоминйется в устройстве

8. По команде от устройства 11 управления кодовая информация о величинах Е, йв, Рш, а также коды величин ао, пв, n, I=, R, к, М передаются в устройство 7, в котором вычисляется величина ах неизвестной активности кислорода. После этого код, пропорциональный а„, выдается на цифровую индикацию 8.

Применение предложенного способа обеспечивает по сравнению с известными способами следующие. преимущества.

Измерение термодинамнческой активности кислорода можно проводить только одним дат и. ком ГКЭ, которых выдает ЭДС, величина Е которой определяется выражением (7), и его электронное сопротивление генерирует тепловой

-а шум, среднеквадратичное значение которого е определяетия выражением (8), т.е. не требуется установки отдельного датчика температуры.

Измерение термодинамической активности кислорода можно проводить датчиком, содержащим только один концентрационный элемент.

Формула изобретения

Способ измерения термодинамической активности кислорода с помощью концентрационного гальваническою элемента с твердым электролитом путем измерения ЭДС, отличающийся тем, что, с целью упрошения конструкции датчика и повышения точности измерения, одновременно измеряют его электронное сопротивление В соответствующее ему среднеквадратичное значение ЭДС теплового шума е и вычисляют активность кислорода ах по формуле где ао — активность кислорода в эталоне;

1$ n — доля электронной проводимости;

Š— ЭДС ГКЭ, В;

n — число переноса потенциалообразующего процесса

F — постоянная Фарадея, к/г-экв;

8 R — универсальная газовая постоянная, Дж/град; к — постоянная Больцмана,Дж/град;

М вЂ” частотная полоса, гц;

R — электронное сопротивление твердо25 ro электролита, ом; е — среднеквадратичное значение теплового шума, в .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

36 1. Патент Великобритании И 1408377, кл. G Ol М 27/46, 1976.

2. Авторское свидетельство Р 441595, кл. G Ol N 27/46, 1973.