Устройство для анализа состава газа

Устройство для анализа состава газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Г. М. Мурзин, Ю. Н. Патрушев, P. Л. Пинхусович, Д и В. В. Филимонов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА СОСТАВА ГАЗА

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быль использовано. в газовом анализе, в частности для опреде; пения концентрации кислорода в инертных газах и азоте при изменяющемся в широком интервале давления (как при атмосферном давлении, так и при разрежении).

Известны устройства для определения состава разреженного газа — масс-спектрометрнческие и твердоэлектролитные газоанализаторы (1). !

О

Датчик масс-спектрометра состоит из трех узлов: источника ионов, анализатора и приемника ионов (коллектора). Анализируемый газ ионизируется и образовавшиеся поло15 жительные ионы разделяются по характерному для каждого иэ них отношению массы иона к его заряду, и затем поступают на коллектор и дают в его цепи ток, пропорциональный парциальному давлению.

Масс-спектрометруприсущи следующие не- . достатки.

Во-первых, для его работы необходимо создание глубокого вакуума (не менее 10 4 мм рт. ст.), что не .позволяет помещать датчик массспектрометра непосредственно в анализируемую среду, .находящуюся под большим давлением. Во-вторых, невелика точность измерения, которая еще более снижается изза необходимости отбора проб. В-третьих, массспектрометр имеет сложное аппаратурное оформление и требует высококвалифицированного обслуживания.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для анализа состава газа, содержащее установленные в анализируемой среде потенциометрическую измерительную и дополнительную твердоэлектролитные ячейки, выполненные каждая в виде обогреваемой емкости, разделенной на катодное и анодное пространства твердым электролитом, причем анодное пространство измерительной ячейки соединено с анализируемой средой, а катодное — с анодным пространством, дополнительной ячейки, снабженной источником тока для полной перекачки определяемого компонента (2).

3 911298

Это устройство имеет следующие существенные недостатки. Погрешность измерения велика из-за того, что в нем не предусмотрена компенсация погрешностей, вызванных явлениями перепада давления и противодиффузии.

Кроме того, известное устройство не пригодно для работы при меняющемся в широких пределах давления из-за попадания анализируемого газа в катодное пространство измерительной ячейки, а также оно име-. 10 ет сложное аппаратурное оформление, при применении его при давлении ниже атмосферного необходим побудитель расхода газа.

Цель изобретения — повышение точности . измерения. 1S

Поставленная цель достигается тем, что устройство для анализа состава газа, содержащее нотенциометрическую измерительную и дополнительную твердоэлектролнтные ячейки, установленные в анализируемой среде 20 и выполненные каждая в виде обогреваемой емкости, разделенной на катодное и анодиое пространства твердым электролитом, причем анодное пространство измерительной ячейки соединено .с анализируемой средой, 25 .а катодное — с анодным пространством дополнительной ячейки, снабженной источником тока для полной перекачки определяемого компонента, снабжено регулятором массового расхода газа по давлению, соединенным с катодным пространством дополнительной ячейки и выполненным в виде установленной вертикально в анализируемой среде обогреваемой емкости, открытой снизу и ограниченной - сверху пневматическим сопротивлением, а катодное пространство измерительной ячейки соединено трубопроводом с анализируемой средой.

Яа ф

КТ Ог. где R — газовая постояниая, Т вЂ” температура измерительной потенциометрической твердоэлектролитной ячейки; — число зарядов в ионизированной молекуле кислорода;

F — число Фарадея; — парциальное давление кислорода в анализируемой. среде; — парциалъное давление кислорода в катодном пространстве 17.

Парцнапьные давления кислорода Ро и и

Ðo2. можно выразить через ионные давления и объемные концентрации где P и

С02.

На чертеже представлено устройство, позволяющее определить состав газа при меняющемся в широких пределах давлении.

Регулятор массового расхода газа .по давлению, состоящий из вертикально установленной емкости 1, расположенной в нагревателе

2 и ограниченный сверху пневматическим сопротивлением 3, сообщается с катодным пр ктранством 4 дополнительной твердоэлектролитной ячейки 5 трубопроводом 6. Емкость 1 открыта снизу и контактирует с анализируемой средой. К электродам 7 и 8 дополнительной твердоэлектролитной ячейки

5 присоединен источник 9 постоянного тока со стабилизированным напряжением. Твердоэлектролитная мембрана 10 разделяет дополнительную твердоэлектролитную ячейку 5 на катодное 4 и анодное 11 пространства.

Нагреватель 12 является составной частью дополнителъной твердоэлектролнтной ячейки

5. Анодное пространство. 11 дополнительной твердоэлектролитной ячейки 5 сообщается с катодным пространством 13 измерительной потенцнометрической твердоэлектролитной ячейки 14 трубопроводом 15. Твердоэлектролитная:мембрана 16 разделяет измерительную потенциометрическую твердоэлектролитную ячейку 14 на катодное 17 и анодное 18 пространства. Катодное пространство 17 измерительной потенциометрической твердоэлектролитной ячейки 14 сообщается трубопроводом 19 с анализируемой средой. К электродам 20 и 21 измерительной потенцнометрической твердоэлектролитной ячейки 14 присоединен измеритель ЭДС. Нагреватель 12 является составной частью измерительной потенциометрической твердоэлектролитной ячейки 14. Аиодное пространство 18 измерительной цотенцнометрической твердоэлектролитной ячейки 14 контактирует с анализируемой средой.

На чертеже изображено предлагаемое устдОЙство.

Устройство работает следующим образом, ЭДС измерительной потенциометрической твердоэлектролитной ячейки 14 выражается уравнением Нернста давление анализируемой среды, которое практически равно давлению

Р в катодном пространстве 17, так как оно соединено с анализируемой средой трубопроводом 19; концентрапия кислорода в анализируемой среде; концентрация кислорода в катодном пространстве измерительной потенциометрической ячейки 14.

Представив значения Pî2 и ф, из выражения (2) и (3) в выражение (1) полуПод действием приложенного к электродам 7 и 8 дополнительной твердоэлектролитной ячейки 5 напряжения .источника 9 тока через дополнительную твердоэлектролитную ячейку, 5 переносятся, ионы кислорода, которые разряжаясь, выделяются в анодном пространстве дополнительной твердоэлектролитной ячейки 5 в виде газа, перетекающего в катодное пространство 17 потенциометрической ячейки 14; В катодном пространстве 1 создается концентрация кислорода, в объемных долях равная практически единице.

Тогда выражение (4) примет вид

11298

Формула изобретения

6 пространство дополнительной твердоэлектролитной ячейки создают конвективный поток анализируемого газа посредством регулятора массового расхода газа по давлению. Стабилизированное напряжение источника 9 тока, приложенное к электродам 7 и 8, выбрано таким, чтобы полностью перекачать кислород из поТока анализируемого газа, проходящего через катодное пространство 4 до10 полнительной твердоэлектролитной ячейки 5 в катодном пространстве 17 потеициометрической твердоэлектролитной ячейки 14.

Предлагаемое устройство имеет лучшие по сравнению с известными устройствами технические характеристики выше точность измерения и шире область его применения при более простом аппаратурном оформлении.

ЯТ

1- = — (И (5)

50 .

1. Тхоржевский В. П. Автоматический анализ химического состава газов. М., ".Химия", 1979, с. 186-191.

2..Авторское свидетельство СССР К4 486573, кл. G 01 N 27/46, 1976 (прототип) .

Выражение (5) является градуировочной характеристикой устройства. Основные со- 25 ставляющие погрешности измерения обусловлены следующим.

Ф

Поскольку количественно составы газа в катодном пространстве 17 и анализируемого газа не равны между собой, то в трубопро- З0 воде 19 имеет место взаимная диффузия компонентов анализируемого газа и газа в катодном пространстве 17, что приведет.к изменению концентрации кислорода в катодном пространстве 17, измерительной потенциомет35 рической ячейки 14 и, как следствие, к погрешности измерения. Кроме того, с уменьшением давления диффузия. газов увеличивается. Диффузию против потока газа (противодиффузию) можно сделать как угодно малой, увеличивая расход сравнительного газа. Однако увеличение расхода газа через катодное пространство 17 и трубопровода 19 вызовет перепад давления между катодным пространством 17 и анализируемой средой.

Чтобы уменьшить погрешности измерения, обусловленные противодиффузией и перепа. дом давления и получить возможность определения. состава газа при изменяющемся в широких пределах давлении, необходимо ноток газа через катодное пространство 17 и трубопровод 19 поддерживать пропорциональным давлению анализируемого газа.

Это достигается тем, что через катодное

Устройство для анализа состава газа, содержагцее установленные в анализируемой среде нотенциометрическую измерительную и дополнительную твердоэлектролитные ячейки,выполненные каждая в виде обогреваемой емкости, разделенной на катодное и анодное пространства твердым электролитом, причем анодное пространство измерительной ячейки соединено с анализируемой средой, а катодное— с анодным пространством дополнительной ячейки, снабженной источником тока для полной перекачки определяемого компонента, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено регулятором массового расхода газа по давлению, соединенным с катодным пространством дополнительной ячейкиивыполненным в виде установленной вертикально в анализируемой среде обогреваемой емкости, открытой снизу и ограниченной сверху пневматическим сопротивлением, а катодное пространство измерительной ячейки соединено трубопроводом с анализируемой средой.

Источники информации, принятые so внимание при экспертизе

911298

Составитель В. Екаев

Техред А Бабинец

Корректор С. Шекмар

Редактор Н. Пушненкова

Тираж 883

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открой

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

Подписное

Заказ 1110/29

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4