Устройство для измерения и контроля содержания кислорода в газах

Устройство для измерения и контроля содержания кислорода в газах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И C

ИЗОБРЕ

К АВТОРСКОМУ С

Союз Советских

Социалистических

Республик (6! ) Дополнительное к авт. (22) Заявлено 09,13..77 (2 с присоединениеее заявки РЙ (23) Приоритет

Опубликовано 25.02.

Дата опубликования йнуднретненнмВ немнтет

СССР

60 денем нэобретеннй н нтнрытнй

В. Г. Баранов и Ю. Г. Годин (72) Авторы изобретения

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженернофизический институт (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ

СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА В ГАЗАХ

1 Изобретение относится к аналитическому приборостроению, и области газового анализа, в частности к приборам для измерения и введения контролируемых количеств кислорода в газы .

Известно устройство для измерения содержания кислорода в жйдких и газовых средах, содержащее кислородноионный твердый. электролит, во внутренней полости которого находится электрод сравнения, выполненный из смеси металл-..

Ькись металла, на внешней поверхности твердого электролита имеется измерительный электрод, находящийся в контакте с анализируемой средой, потенциомет рические выводы и измерительный при- .

15 бо (Ц.

Основным недостатком этого устройства является повышенная погрешность измерения содерткания кислорода, обус« ловленная значительной проницаемостью кислорода через твердоэлектролитную . перегородку между электродом сравнения и анализируемой средой, поскольку из2 йерения величины ЭДС ячейки необходи мо проводить при температуре выше

1100 К, чтобы кислородные реакции в электроде сравнения были обратинмыыи.

При снижении температуры существенно уменьшается проницаемость кислорода через твердый электролит, но цри этом ячейка становится необратимой из-за низкой диффузионной подвижности кислорода в электроде сравнения, что приводиr к возрастанию погрешности измеренйя содержаниМ кислорода.

Известно также устройство для изме-. рения и. контроля содержания кислорода в газах, содержащее трубку из твердого электролита с глухим торцом и размещенные на этом торце снаружи и внутри трубки измерительные. электроды, подсоединенные к измерительному прибору (2)

В данном устройстве в качестве электрода сравнения используется газ с известным содержанием кислорода, например, воздух, что позволяет проводить измерения ЭДС ячейки при температуре

7640 4

20

З0

Измерительные электроды электрически изолированы от дозировочных электродов, нанесенных.на внешнюю и внутреннюю боковые поверхности трубки из твердого электролита. При измерениях содержания кислорода, IIDH кототилх величи-АО на Е лежит в интервале от 10 до 10 .. 10 Па измерительный электрод изготовливается из стабилизированной двуокиси циркония, а при значениях Ро ниже 10 Па2. из легированной двуокиси тория. Отвод газа с заданной . концентрацией кислорода осуществляется по расположен ной коаксиальной внутри твердоэлектролитной трубхи металлической трубке, касающейся пористого металлического слоя на основании сужающегося тела и являющейся одновременно потенциометрическим выводом от внутреннего измерительного элехтрода. Сужающимся телом может быть пирамида, конус и т. п. Йсйользование измерительного электрода в виде конуса, пирамиды и т. и., изготовленно3 73

700-1000 К, и тем самым существенно снизить поток кислорода от электрода сравнения в анализируемую среду за счет уменьшения проницаемости твердого электролита.

К недостаткам этого устройства следует отнести значительное увелйчение погрешностиприизмерении низких концентраций кислорода за счет потока кислорода, обусловленного электрохимической проницаемостью стенок трубки, вследствие неизбе>кного наличия неионной проводимости в любом твердом электролите даже при низких температурах, который приводит, к нарушению равновесия между измерительной электродной системой и анализируемой средой, что вызывает существенное отличие измеренных значений

ЭДС твердоэлектролитной ячейки от теоретических. Причем эта ошибка может быть значительной даже если кислородный поток через твердый электролит ничтож""Ж мал и не приводит к заметйому изменению содержания кислорода в анализируемой среде.

Цель предлагаемого изобретения - повышение точности измерения и контроля содержания кислорода в газах.

Для этого находящийся внутри трубки измерительный электрод выполнен в виде сужающегося тела из твердого электролита, основание сужающегося тела покры"-" "то пористым металлическим слоем, а вершина находйтся в контакте с поверхностью глухого торца трубки. го из твердого электролита, например, стабилизирова ной двуокиси циркония или легированной двуокиси тория, вершина которого находится в контакте с дном трубки, а основание покрыто пористым металлическим слоем, позволяет существенно повысить точность измерения содержания кислорода во всем интервале концентраций за счет исключения нарушения равновесия между измерительной электродной системой и анализируемой средой

Кроме того, устраняется погрешность, связанная с влиянием дозировочного тока, проходящего через боковую стенку трубки из твердого электролита, на величину

ЭДС, возникающей на измерительных электродах, которые расположены на внутренней и внешней поверхностях дна трубки и электрически изолированы от дозировочных электродов.

На чертеже представлен общий вид варианта предлагаемого устройства для измерения и контроля содержания кислорода в газах.

Устройство содержит полую глухую твердоэлектролитную трубку 1, выполненную, например, из стабилизированной двуокиси циркония, дозировочные электроды 2 и 3, нанесенные в виде пористого металлического слоя, выполненного, например из,пластины, йа внутреннюю и .1. внешнюю боковые поверхности твердоэлектролитной трубхи 1, внутренний измерительный электрод, выполненный в виде з» конуса 4 из стабилизированной двуокиси циркония или легированной двуокиси торна, основание конуса 4 покрыто порис- тым металлическим слоем 5, внешний измерительный электрод 6, металлическую

40 трубку 7; которая служит для отвода газа с заданной концентрацией кислорода и являетса одновременно потенциометрическим выводом, источник 8 постоянного тока, амперметр 9, вольтметр 10 и потенпиометрические выводы для подключения измерительных приборов. Температура рабочей части твердоэлектролитной трубки. 1 поддерживается на заданном уровне с помощью электрического нагреу вателя (на чертеже не показан).

Устройство работает следующим образом.;

При достижении рабочей температуры измеряют ЭЛС между измерительными электродами, величина которой прямо пропорциональна логарифму отношения концентраций или парциальных давлений кислорода в анализируемой среде и сравнительной среде в соответствии с уравнением Нернста.

5 71764

По измеренным значениям ЭЙС -и известному парциальному давлению кисло-: рода в сравнительной среде определяют концентрацию кислорода в анализируемой среде, Затем через дозировочные элект-, родь1 2 и 3 пропускают постоянный ток такой величины, чтобы поступающий кизмерительному электроду газ имел заданную концентрацию кислорода

Предлагаемое устройство позволяет 10 измерять и контролировать содержайие кислорода в интервале парциальных давлений кислорода от 1 до 1О Па при температуре 1000 К с погрешностью от

4 до 5%.

Формула изобретения

Устройство для измерения и контроля содержания кислорода в газах, содержа-, 20 о 6 щее вырубку из твердого электролита с глухим торцом R размещенные на этом торце снаружи и внутри трубки измерительные электроды, подсоединенные к измерительному прибору, о т л и ч а ющ е е с и тем, что, c ïåëüþ повышения точности измерения и контроля, находящийся внутри трубки измерительный электрод выполнен в виде сужакхцегося тела из твердого электролита, основание сужающегося тела покрыто пористым металлическим слоем, а вершина находится в контакте с поверхностью глухого торца трубки.

Источники ив юрмации, принятые во внимание IIpH экспертизе

1. Патент COLA № 3578578, кл. 2О4-195, опублик. 1971.

2. Патент ClllA № 3776831, кл. 2О4-195, оцублик. 1973, ЦНИИПИ Заказ 9831/60

Тираж 1019 Подписное

Филиал ППП "Патент», r.Óæã0ðîë,óë. Проектная,4