Электрохимическая ячейка для измерения концентрации кислорода

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК с р о 01 ч 27/46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г

l Ю (21) 3367564/18-25 (22) 22. 12. 81 (46) 23.04.83. Бюл. М 15 (72) М.В. Глумов (71) Институт электрохимии Уральского научного центра АН СССР (53 ) 543. 274 (088.8) (56) 1. Патент США и 3597345 кл.G 01 М 27/46, опублик. 3.08.71.

2. I. Fouletier, Н. Seinera, М ICLeitz "Measurement and reguj.ation

of oxygen content in selected gases".

"Aypl. Е ес г hem" 1977-197, 1975 5, И 3: (прототип)» (54)(57) ЗЛЕКТРОХИИИЧЕСМАЯ ЯЧЕЙКА

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕКТРАЦИИ КИСЛОРОДА, содержащая твердоэлектролитный кислородный насос, выполненный. в виде пробирки с расположенными на ее внутренней и внешней поверхностях электродами, подсоединенными к источнику токв1 с установленной внутри пробирки соосно с ней твердоэлектролитной трубкой подачи анализируемой среды, снабженной расположенными на внешней и внутренней поверхностях электродами, подсоединенными к измерителю ЭДС, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерений, электроды кислородного насоса уста"

HoBJIeHbl между измерительными электродами и выходным торцом трубы подачи анализируемого газа, в внутренняя полость пробирки кислородного насоса разделена пористой перегородкой, установленной между измерительными Е электродами и электродами кислородного насоса.

1013833

Изобретение относится к аналити- ческому приборостроению. Датчик может быть использован для измерения концентрации кислорода и кислородсодержащих соединений в газах при температурах 600-1500 С как в лабораторной практике, так и в промышленности, например, в химической, металлургической, энергетике.

Известны устройства для измерения концентрации кислорода, содержащие. твердый трубчатый электролит, открытый с одного конца и закрытый с дру- . гого, и внутри его расположена труб. ка из огнеупорного материала для введения вовнутрь пробирки из электролита анализируемого газа. В рабочей зоне с противоположными стенками электролита контактируют два электрода. Внутренняя поверхность трубки и часть внутренней поверхности электролита покрыты катализатором. Катализатор необходим для полного cгорания исследуемого газа. Исследуемый спо-. собный к окислению газ в смеси с кислородом подается из вне в рабочую зону ячейки, где сгорает, и на пробирке - датчике фиксируется электро.движущая сила, определяемая парциаль" ным давлением кислорода внутри пробирки и парциальным давлением кислорода в стандартном газе, находящемся снаружи $1 1 .

Конструкция устройства имеет следующие недостатки: ячейка данной конструкции пред" назначена для анализа только соеди" нений восстановленной формы; в устройство необходимо подавать смесь анализируемого газа с кислородом, которую готовят отдельно вне самого устройства, тем самым услож" няя технологический путь ввода анализируемого газа в датчик и всю констру- кцию в целом устройство для своей работы требует поддержания пониженного давления подаваемого анализируемого газа.

Кроме того, для нормальной работы ячейки рассматриваемой конструкции необходимо обязательное присутствие Ф) у внешнего электрода ячейки газа с известным содержанием кислорода, что значительно сужает возможности использования ячейки данной конструкции.

Поскольку ячейке для работы необ" ходим стандартный газ, которым, как правило, является воздух, то по ряду причин и, в частности, из-эа электролитической проницаемости электролита, ячейка данной конструкции не обеспечит правильное измерение малых концентраций кислорода.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является электрохимическая ячейка для измерения концентрации кислорода, содержащая твердоэлектролитный кислородный насос, выполненный в виде пробирки с расположенными по ее внутренней и внешней поверхностях электродами, подсоединенными к источнику тока, с установленной внутри пробирки соосно с ней твердоэлектролитной трубкой подачи анализируемой среды, снабженная расположенными на внешней и внутренней поверхности электро20 дами подсоединенными к измерителю

ЭДС 1.2 1, Однако изолированное пространство с защитным газом между внутренней и внешней пробирками усложняет конс25 трукцию датчика-насоса, TBK как требует дополнительных ввода и вывода для защитного газа, тщательной герметизации этого пространства.

Целью изобретения является повы30 шение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в электрохимической ячейке для измерения концентрации кислорода, содержащей твердоэлектролитный кислородный насос, выполненный в виде пробирки с расположенными на ее внутренней и внешней поверхностях электродами, подсоединенными к источнику тока, с установленной внутри

4О пробирки соосно с ней твердоэлектролитной трубкой, подачи анализируемой среды, снабженной расположенными на внешней и внутренней поверхностях . электродами, подсоединенными к измерителю ЭДС, электроды кислородного насоса установлены между измерительными электродами и выходным торцом трубки подачи анализируемого газа, а внутренняя полость пробирки кислородного насоса разделена пористой перегородкой, установленной между измерительными электродами и электродами кислородного насоса.

На чертеже изображена электрохими° ческая ячейка для измерения концентрации кислорода.

В пробирке 1 из твердого окисного электролита соосно расположена трубка

2, также изготовленная из твердого

Объемная концентрация кислорода в газе, Анализируе мый гаэ

Скорость подачи г,аза, л/ч

Электрический ток эл. хим насоса, А

ЗДС мв

8,5

2I.Î

900

3,. 0

9. 0 воздух

6 9

«(!»

2 5

21,0

«(!»

9.0

21,0

9.0

900

5,2

Воздух

2.0 аргсу+ кислородд (! !

0.5

12 ° 5

0.1

10. 5

40 5.0 5

«(!

10 5

Злектрохимическая ячейка не имеет Если через ячейку пропускать газ изолированных пространств, что исклю- с известным содержанием кислорода, чает необходимость в использовании ее.можно применять для измерения

;защитного и стандартного газов, упро- скорости расхода газа, т.е. в этом щает изготовление ячейки, и повы- случае ее можно использовать в кашает точность измерений, честве расходомера.

ВНИИПИ Заказ 3007/52 Тираж 871 Подписное

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

3. 10138 окисного электролита. На обеих сто° ронах пробирки и трубки имеются электроды 3 и 4, Трубка закреплена в пробирке с помощью пористой диафрагмы 5. К электродам трубки подсоединен источник 6 постоянного тока, а к электродам трубки - вольтметр

Анализируемый гаэ подают через расходомер 8 в трубку-датчик 2. Газ . 1ф через трубку"датчик попадает во внутреннее пространство проби рки" насоса,1, в -котором содержание кислорода изменяется благодаря пропусканию через электроды 3 электрического >s тока от внешнего источника б. Затем анализируемый газ с измененным содержанием кислорода через диафрагму 5 попадает на внешний электрод трубкидатчика 2, в результате чего на элек- щ тродах 4 возникает ЭДС, измеряемая прибором 7.

Присутствие диафрагмы 5 обязатель-но в предлагаемой конструкции ячейки, так как анализируемый газ, поступая 2s на внешний электрод трубки-датчика

33 ф .через электрохимический насос с измененным содержанием кислорода, должен быть хорошо перемешан, в противном случае возникают дополнительные ошибки в оценке концентрации кислорода, а измеряемая ЗДС становится. весь" ма неустойчивой во времени.Кроме того, присутствие диафрагмы позволяет стабилизировать скорость потока анализируемого газа через ячейку, что также способствует более точному анализу. Наконец; диафрагма является элементом конструкции, закрепляющим датчик-трубку в пробирке.

При изготовлении ячейки в качестве материала диафрагмы использовали спе- ченный глинозем с общей пористостью

40-б03, поры в котором были расположены хаотично. Диаметр пор находится в пределах от 0 01 до 0,1 мм. Толщи", на диафрагмы составляла 10«12 мм.

Электрохимическая ячейка для определения концентрации кислорода была изготовлена, испытана в лабораторных условиях и показала следующие результаты, представленные в таблице,