Чувствительный элемент датчика для измерения парциального давления двуокиси азота

 

ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДАТЧИКА , ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ДВУОКИСИ АЗОТА, содержащий твердый электролит с нанесенными на него электродами, отличающийся тем, ЧТО, с целью расширения рабочего диапазона давлений и температур, в качестве твердого электролита используют смесь нитрата цезия и двуокиси алюминия в следующих количественных соотношениях, мае.%: 20-40 Нитрит цезия Двуокись алюОстал ьное миния

СОЮЗ COBETCHHX

РЕСПУЬЛИН

Зев G 01 N 27/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ASTOPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Нитрит цезия

Двуокись алюминия

20-40 б

Остальное Ф .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЬПИЙ (21) 3507628/18-25 (22) 01. t1.82 (46) 15.07.84. Бюл. У 26 (72) Э.Ф.Хайретдинов, Н.Г.Хайновский, Н.Ф.Уваров, В.Ф.Сысоев и P.À.Çèãàí шин (71) Новосибирский государственный университет им. Ленинского комсомола и Институт химии твердого тела и переработки минерального сырья

СО АН СССР. (S3) 543.247 (088.8) (56) 1. Gauthier М. "Partial .Ionic

Couclucfivities in the Interface

Ва(NOy)2 — ZnNO àt variablе Ашь1cuts" „ J. Electrochem. Soc . 1977, 124, р. 1584.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 93471306, кл. G 01 М 27/46, 16.07.82 (прототип) . (54) (57) ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДАТЧИКА, ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ДВУОКИСИ АЗОТА, содержащий твердый электролит с нанесенными на него электродами, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона давлений и температур, в качестве твердого электролита используют смесь нитрата цезия и двуокиси алюминия в следующих коли 1ественньм соотношениях, мас.7:

1103140

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может применяться в газовой, химической и других отраслях промышленности, а также в службе техники безопасности для контроля содержания окислов азота в атмосфере.

Известно устройство д .я измерения парциального давления двуокиси азота в присутствии кислорода воздуха, to содержащее твердый электролит-и электроды (1) .

Недостатки данного устройства заключаются в малой чувствительности, инерционности (время срабатывания составляет 5-10 мин) и низкой точности измерений.

Наиболее близким к изобретению является чувствительный элемент датчика для измерения парциального дав- 2п ления двуокиси азота, содержащии твердый электролит с нанесенными г-1 на него электродами Ц .

Однако с помощью известного устройства можно измерять парциальное 2S давление двуокиси азота в узком интервале (максимальное надежно замеряемое значение парциального пса х давления двуокиси азота Pgp 10 торр)

Кроме того, твердый электролит при рабочей температуре быстро разруша.ется.

Цель изобретения — расширение

;рабочего диапазона давлений и температур .

Поставленная цель достигается тем, что в чувствительном элементе датчика для измерения парциального давления двуокиси азота, содержащем твердый электролит с нанесенными на 4О него электродами, в качестве твердого электролита используют смесь нитрита цезия и двуокиси алюминия в следующих количественных соотношениях, мас. :

20-40

Нитрит цезия

Двуокись алюминия Остальное

В табл . 1 приведены данные по зависимости величины стационарного 50 тока, протекающего через электролит, имеющий различный состав.

Как видно из табл. 1 только образец 1 увеличивает верхний предел измерения давления NOg почти на по- 55 рядок по сравнению с прототипом (образец 4). При изменении содержания компонент в образцах 2 и 3 значительно снижаются показатели верхнего предела почти до уровня известного (на порядок) при одинаково о высоких температурах (400 С) работы чувствительных элементов датчиков.

В связи с этим можно ожидать, что, понизив температуру чувствительного элемента с высокопроводящим электролитом, можно существенно повысить

его термостойкость без заметного (по сравнению с базовым) ухудшения характеристик.

В табл. 2 приведены результаты подобного сравнения характеристик различных модификаций предлагаемого и известного объектов.

Как видно из табл. 1 (строка 3) все 4 датчика в интервале давлений

-3 -(NO 3 10 — 1,3.10 торр ведут себя примерно одинаково. При увеличении

Р о с 1, 3 10 до 4 10 торр ток в датчике с электролитом модификации

4 (известный) возрастает менее, чем в 1,5 раза, тогда как в датчике 3 ток возрастает более, чем в

2 раза, а в датчиках 1 и 2 почти в

3 раза. Датчик 1 сохраняет линейную зависимость тока от давления NOg даже до P p = 1,2 торр. Таким

МО образом, применение композиционного электролита, состоящего из, вес.%:

СзИО 20-40; Af20 80-60, в составе чувствительного элемента датчика позволяет расширить интервал измеряемых давлений ИО2 в область более высоких значений..Сопутствующим положительным эффектом при этом является возможность понижения рабочей температуры чувствительного элемента. а следовательно, и времени безотказной работы по сравнению с прототипом.

Для доказательства обоснования оптимальности выбранных параметров, служат следующие примеры.

Пример 1. Берут электролит состава, вес.% . CsNO 15, А120 85.

При запуске NO с Р о = 1,2 ° 10 торр

-l стационарный ток увеличивается до

5,1 10 А, т.е. примерно до такого же уровня, как в прототипе. При увеличении давления до Р о = 3,6

3 6 к 10 " торр стационарный ток в датчи-6 ке составляет 8 10 А, что даже хуже, чем в прототипе.

Таким образом, уменьшение количества CsNOg в составе электролита до уровня, меньше 20 по весу, ухудшает свойства датчика. э 1103140 4

Пример 2. Используют состав, составляет 1,2i10 А, т.е. несколько вес.X: CsNC 2 45, А120 55. При запус- меньше, чем в прототипе, ке NO с Ряо = 3 6i 10 торр стацио- Таким образом увеличение содержа-6

Э нарныи ток составляет 9110 А, при- ния CsN02 в электролите выше 40Х мерно столько же, как в прототипе. по весУ не приводит к улучшению рабо-!

При давлении Р ц = 9 8" 10 торр ток

2 ты датчика.

Таблица

I, А для датчиков различных модификаций при Р„, торр

Образец, У

3 0 1,2" 10 6,0 10 1,3 10 4 10 1,2 3,2

7,2 10 2,2 10

6,5 ° 10

3,6 10

2,2 10

1,6 10

6,2 ° 10

6,2 10

3,4 10

3,4 10

6,2 10

3,3. 10

3,2 . 10-6

6,1 ° 10

Таблица 2

Т, С

Образец, Ф

ГL

250 300 350 так торр

3,6 ° 10

Верхний предел давления NO

3,1 10

1 2 ° 10 9,6 ° 10

3 8 10

1 9 ° 10

Предлагаемый

2 8 10

4 5 10

7,2 ° 10 3,9 ° 10

2 1 ° 10

1,3 ° 10

4 8 ° 10

1 0 10

0„,0 3

Известный

Время безотказной работы t; ч

51

252

Предлагаемый 1

248

50

52

255

49

240

Известный

ВКИИПИ Заказ 4971/33 Тираж 823 Подписное

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

1,7 ° 10

1,7 ° 10

1,7 10

1,7 10

7,2 10

7,0 10

6,8 10

2,0 10

1,5 10

1,0 ° 10

1,3 10

4,3 -10

2,6 10 .

1,8 "10