Электрохимический датчик для контроля горючих газов в кислородсодержащей среде

 

ЭЛЕКТРОШМИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ В КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩЕЙ СРЕДЕ, содержащий нагревательный элемент, внутри которого размещен штабик-сопротивление с нанесенными на его противоположные поверхности каталитически активньми электродами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и упрощения конструкции, штабик-сопротивление выполнен из смеси оксидов кальция, неодима и титана в следующих количественных соотношениях, мас.%: Оксид кальция 42-45 i Оксид неодима 8-10 Оксид титана Остальное (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК з(5о С 01 И 27/46

)м

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М АВТОРСМОЬЮ CBMQETEllbCTBY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И OTHPbtTMA (21) 3377436/24-25 (22) 07.01.82 (46) 15.11.84. Бюл. В 42 (72) А.Н.Волков и В.А.Сосновский (71) Уральский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института "Цветметавтома тика" (53) 543.247(088.8) (56) 1. Патент США Ф 4005001, кл. С 01 И 27/46, опублик, 1977.

2. Патент США В 4134818, кл. С 01 N 27/46, опублик. 1979 (прототип).

„„SU„„1124218 А (54) (57) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ В КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩЕЙ СРЕДЕ, содержащий нагревательный элемент, внутри которого размещен штабик-сопротивление с нанесенными на его противоположные поверхности каталитически активными электродами, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерений и упрощения конструкции, штабик-сопротивление выполнен нз смеси оксидов кальция, неодима и титана в следующих количественных соотношениях, мас.%:

Оксид кальция 42-45

Оксид неодима 8-10

Оксид титана Остальное

il i 24218 ми (21.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для непрерывного контроля содержания горючих газов в кислородсодержащей среде. 5

Известен датчик контроля горючего газа, содержащий нагревательный элемент, штабик-сопротивление и два каталитически активных электрода, расположенных на противополож- 10 ных поверхностях штабика, причем электроды выполнены из материалов, обладающих разной каталитической активностью 1 1 1.

Недостатком данного датчика явля- 15 ется значительная ошибка измерения, .обусловленная тем, что на электроде, имеющем более высокую активность, процессы окисления идут более активно, что ведет к локальному повыше- 20 нию температуры данного электрода и непосредственно прилегающего к нему слоя штабика. Разность температур на противоположных поверхностях штабика приводит к появлению паразит-25 ной термоЭДС, величина которой . зависит от перепада температур на .электродах, материала электрода и концентрации горючих газов.

Наиболее близок к предлагаемому электрохимический датчик для контроля горючих газов в кислородсодержащей среде, содержащий нагревательный элемент, внутри которого размещен штабик-сопротивление с нанесенными на его противоположные поверхности каталитически активными электродаНедостатком известного датчика является низкая точность при измере. киях на потоянном токе, так как на электродах из штабика-сопротивления е при температурах анализа около 300 С всегда генерируется паразитная ЭДС вследствие того, что штабик выполнен из материала, обладающего ионной проводимостью. Это обусловлено тем, что при относительно низких рабочих температурах невозможно 50 достичь термодинамического равнове" сия в системе: кислород в газовой фазе — кислород на электродах штабика-сопротивления, а возникающая на электродах величина ЭДС вслед- 55 ствие характера проводимости материала штабика не постоянна, а носит случайных характер.

Цель изобретения — повышение точ- ности измерений и упрощение конструкции °

Поставленная цель достигается тем„ что в электрохимическом датчике для контроля горючих газов в кислородсодержащей среде, содержащем нагревательный элемент, внутри которого размещен штабик-сопротивле- . ние с нанесенными на его противоположные поверхности каталитически активными электродами, штабик-сопротивление выполнен из смеси оксидов кальция, неодима и титана в следующих количественных соотношениях, мас. :

Оксид кальция 42-45

Оксид чеодима 8-10

Оксид титана Остальное

На. фиг.1 схематически изображен электрохимический датчик для контроля горючих -азов в кислородсодержащей среде; на фиг,2 — графическая зависимость изменения сопротивления датчика от температуры.

Датчик содержит нагревательный элемент 1, штабик-сопротивление 2 из смеси оксидов титана, неодима и кальция, обладающих электронным хаактером проводимости и значительным изменением сопротивления от температуры, каталитически активные электроды 3 и 4, термопары 5, токосъемники 6 и 7, корпус 8 со штуцерами входа и выхода газа, автоматический омметр 9 и терморегулятор 10.

Датчик работает следующим образом. Нагревательный элемент 1 прогревает штабик-сопротивление 2, а также подараемьпг через штуцер входа газа в корпусе 8 анализируемый газ до рабочей температуры. Температура в рабочем объеме датчика измеряется термопарой 4 и поддерживается автоматически терморегуля-ором 10. Сопротивление цепи: токосъемник 6 — электрод 4 — штабик 2 - электрод 3— токосъемник 7, лимитируется сопротивлением штабика 2, которое падает с ростом температуры. Суммарное сопротивление цепи измеряется автоматически омметром 9. Горючий газ, присутствующий в анализируемой газовой среде, догорает на поверхности каталитически активного электрода 3.

Выделяемое при сгорании тепло нагревает каталитически активные электроды 3 и 4 и штабик-сопротив3 1 ление 2. В результате суммарное сопротивление цепи падает, причем наиболее резкое изменение сопротивления от температуры находится в области низких температур, как показано на фиг.2, что упрощает эксплуатацию датчика.

Наличие чистой электронной проводимости у материала штабика-сопротивления исключает возможность появления паразитной ЭДС во всем диапазоне температур, что повышает точность измерения.

Состав смеси оксидов для изго,товления штабика-сопротивления 2 обеспечивает наряду с чисто электронным характером проводимости и оптимальную абсолютную величину сопротивления штабика 2, например, при площади штабика 50 мм, толщине 3 мм в температурном интервале

40-100 С, сопротивление меняется от до 2 Ом. Содержание оксида неодима в пределах 8-10 мас.Ж обеспечи124218 вает необходимую крутизну зависимос.ти сопротивления штабика 2 от температуры. Содержание оксида кальция в данных пределах обеспечивает оптимальную абсолютную величину сопротивления штабика..увеличение содержания оксида кальция более

45 мас.Х снижает сопротивление штабика, а уменьшение содержания ниже

1О (42 мас.7) увеличивает сопротивление штабика.

Датчик повышает точность измерения горючих газов в кислородсодержащей среде по сравнению с известным, так как в штабике-сопротивлении, выполненном из смеси оксидов предлагаемого состава, не генерируется паразитная ЭДС, которая снижает точность измерения. Использование в датчике одного штабика-сопротивления вместо двух, предусмотренных в прототипе, значительно упрощает конструкцию датчика.

1124218 бв m Во я аВ

Фиг.г

Составитель Г.Боровик

Техред Ж.Кастелевич

Корректор А.Зимокосов

Редактор Л. Пчелинская

Подписное

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

Заказ 827?/34 Тираж 822

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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