Твердоэлектролитный датчик двуокиси углерода

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к датчикам контроля параметров газовых сред, и може.т найти применение при измерении концентрации двуокиси углерода в различных газовых смесях. Датчик содержит фторпроводящий электролит на основе фторида свинца, электрод сравнения из смеси порошков твердого электролита и металлического свинца и индикаторный электрод, выполненный из смеси порошков твердого электролита, фторида цинка и оксида меди состава Cu2-xO, где 0.,95. При исследовании газовых смесей воздух-двуокись углерода в диапазоне температур от 0 до 40°С и интервале концентраций двуокиси углерода от 100 до 0,05 об.% получены следующие технические характеристики: чувствительность при комнатной температуре изменяется по диапазону концентраций от 70 до 15 мВ/декада, быстродействие около 10 мин, 2 ил. СО с

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) П Ц (я)з G 01 и 27/406

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

10 мин, 2 ил, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4868634/25 (22) 25.09.90 (46) 30.12;92. Бюл, М 48 (71) Отделение института химической физики (72) А.H,Àëåéíèêîâ, Н.H,Вершинин и Ю.И.Малов (56) Патент Великобритании В 2119933, кл. G 02 и 27/46, 1983.

Зойд state tonics, 1988, v,28/30, р.1641—

1647. патент США М 4388155, кл, G 01 N 27/46, 1983. (54) ТВЕРДОЭЛЕКТРОЛИТНЫЙ ДАТЧИК

ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, s частности к датчикам контроля параметров газовых сред, и может найти применение при измерении

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к датчикам контроля параметров окружающей . среды, и может быть использовано для определения концентрации двуокиси углерода в различных газовых средах.

Известны твердоэлектролитные датчики двуокиси углерода с использованием керамического твердого электролита на основе полиалюмината натрия, работающие при 300 — 5000С с рабочими электролитами из золота и платины; или на основе "насикона" (NaaZr2Sl2Pn), работающего при 8000С с индикаторным золотым электродом.

Наиболее блйзким к предлагаемому техническому:решению является твердоэлектролитный сенсор ангидридов, содержащий твердый электролит с проводимостью

2 концентрации двуокйси углерода в различных газовых смесях. Датчик содержит фторпроводящий электролит на основе фторида свинца, электрод сравнения из смеси порошков твердого электролита и металлического свинца и индикаторный электрод, выполненный из смеси порошков твердого электролита, фторида цинка.и оксида меди состава CU2-õÎ, где 0,05 =х «0,95, При исследовании газовых смесей воздух-двуокись углерода в диапазоне температур от 0 до 40 С и интервале концентраций двуокиси углерода от 100 до 0,05 об. g, получены следующие технические характеристики: чувствительность при комнатной температуре изменяется по диапазону концентраций от 70 до

15 мВ/декада, быстродействие около

2° вевЪ по ионам О ЕГ02-СаО, карбонаты щелоч- с 1 ных металлов и рабочие электроды из сереб- 0р ра, золота или платины. При температуре

700 С датчик определяет концентрацию двуокиси углерода в воздушной среде с чувствительностью 20 мВ/декада в диапазоне от 1 до 10 атм (Л

К недостаткам укаэанного датчика относится то, что он работает только при высоких температурах из-за низкой проводимости взятого твердого электролита и малых токов обмена на границе ТЭЛ-электрод. Кроме того, в датчике используются такие дорогостоящие и дефицитные материалы, как золото и платина.

Целью изобретения является снижение рабочих температур и удешевление датчика, 1784905

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом датчике двуокиси углерода, содержащем твердый электрОлит, электрод сравнения на основе металлического проводника и индикаторный электрод, индикаторный электрод изготавливают иэ смеси пороШков фторпрьводящего твердого электролита, фторйщй цинка и оксида меди состава Cuz-<, где 0,05 х<0,95, взятых в соотношении, мол,%:

ТЭЛ от 40 до 50, 2п Рвот 2 до 25, Cez-X от 25до 58, В качестве фторпроводящих ТЭЛ берут фторид свинца, легированный фторидами щелочных и щелочноземельных металлов, а электрод сравнения датчика выполняют из смеси порошков металлического свинца и фторпроводящего ТЭЛ. Снижение рабочих температур вплоть до комнатной обеспечивает выбранный состав индикаторного электрода, выполненный в виде распределенных структур с фторпроводящим ТЭЛ, фторидом цинка и оксидом меди, Исключение из конструкции датчика золотых и платйновых,электродов удешевляет датчик.

Избирательность датчика к двуокиси углерода, по-видимому, связана с образованием в приэлектродном слое карбонатов переходного металла (меди).

На фиг.1 показан общий вид. Датчик содержит помещенные в изолирующую втулку 1 фторпроводящий ТЭЛ 2, с одной стороны к которому припрессованы индикаторный электрод 3 и металлическая сетка

4, а с другой — электрод сравнения 5 со свинцовым токоотводом 6, Разность floтенциалов между рабочими электродами измеряется высокоомным вольтметром 7 постоянного тока.

Датчик работает следующим образом. „

Если в исследуемой газовой среде отсутствует двуокись углерода; то между электродами устанавливается начальная разность потенциалов, соответствующая выбранной электрохимической системе.

При взведении в исследуемую среду СОг

ЗДС датчика будет изменятся пропорционально концентрации COz, Для каждого датчика снимается калибровочная кривая, ход которой определяется типом его электродов и видом исследуемой газовой смеси (воздух, аргон или др,).

Пример 1. В изолирующую втулку из оргстекла с внутренним диаметром 0,5 см ....: последовательно запрессовывают: токоотвод из никелевой сетки, индикаторный электрод массой 20 мг состава: ТЭЛ

0,94РЬГр-0,02CaF2-0,04KF 45 мол., 2nFg

15 мол,%, Cu>,дО 40 мол.%; слой фторпроводящего ТЭЛ массой 100 мг состава

0,94РbF2-0,02CaF2-0,04KF; электрод сравнения общей массой 20 мг, содержащий

50 об.% металлического свинца и 50 об,%

5 указанного фтсрлроводящего ТЭЛ; токоотвод из свинца. Исследовались смеси двуокиси углерода с атмосферным воздухом при температурах от 0 до 40 С в диапазоне концентраций С02 от 100 до 0,05 об.%. Ре10 зультаты измерений зависимости ЭДС ячейки от состава смеси при комнатной (около

20 С) температуре представлены на фиг.2.

Чувствительность датчика изменяется по диапазону от больших концентраций к

15 меньшим от 70 до 15 мВ/декада, быстродействие (время установления сигнала на уровне 0,9Е) составляет около 10 мин. При снижении температуры до 0 С быстродействие изменяется до 15 мин, а при повыше20 нии температуры до 40 С вЂ” до 8 мин. Как видно их фиг,2, калибровочные кривые, снятые через 1 сут и через 2 сут после изготовления датчика, практически совпадают.

Пример 2. Изготовление и испыта25 ние датчика аналогично примеру 1. Использован фторпроводящий ТЭЛ состава

0,96PbFz-0,04KF, Индикаторный электрод содержит: ТЭЛ 50 мол.%, ZnFz 25 мол.%, Си1,950 25 Moil,%. Электрод сравнения со30 держит ТЭЛ 60 об., .свинец 40 o6,%, Быстродействие нр 0 С 20 мин, при 20ОС—

15 мин, при 40 С 10 мин. Вид калибровочной кривой близок к примеру 1, Пример 3, Изготовление и испытания

35 датчика аналогичны примеру 1, Использован фторпроводящий ТЭЛ состава

0,94PbFz-0,02SrFz-0,04KF. Индикаторный электрод содержит ТЭЛ 40 мол., Ягор

2 мол,%. Cul,agO 50 мол.%. Электрод

40 сравнения содержит ТЭЛ 40 об,%, свинец боб,, Быстродействие при 0 С 25 мин, при

20 C 16 мин, при 40 С 12 мин. Чувствительность при 20 С близка к примеру 1, Пример 4. Изготовление и испыта45 ние датчика аналогичны примеру 1. Использован фторпроводящий ТЭЛ состава

0,96РЬг2-0,04KF, Индикаторный электрод содержит, об.%: ТЭЛ 37, 2пЕ2 1, Cu>,oçO 62, Электрод сравнения содержит, об.%: ТЭЛ

50 30. свинец 70. Быстродействие при 0 С

40 мин, при 20 С 20 мин. при 40ОС 18 мин, Чувствительность падает на 30% по всему диапазону.

Пример 5. Изготовление и испытание датчика аналогичны примеру 1. Использовали фторпроводящий ТЭЛ состава 0,96PbF 0,04KF. Индикаторный электрод содержиг, мол.%: ТЭЛ 53, 2пГг 27, Си>.этО 20. Элек."род сравнения об.%: ТЭЛ 70, свинец 30.

Быстродействие при 0 С 45 мин, при 20ОС

1784905

40 — 50

2 — 25

25 — 58

АОО

100

01 кюиц. О, gg ay

10 фиг. 2

Составитель Н. Вершинин

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор А. Козориз

Редактор Т. Егорова

Заказ 4361 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская Йаб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

25 мин, при 40 С 20 мин. Чувствительность падает на 40%, Примеры показывают работоспособность датчика в диапазоне температур, близких к комнатной. Характеристики датчика ухудшаются по мере отклонения со- 5 става от формулы изобретения. Изобретение может найти применение в таких областях как приборостроение, экология и др, Формула изобретения 10

Твердоэлектролитный датчик двуокиси углерода, содержащий твердый электролит, электрод сравнения на основе металлич»вЂ” ского проводника и индикаторный электрод, отличающийся тем, что, с целью снижения рабочих температур, индикаторный электрод изготавливают из смеси фторпроводящего электролита. фторида цинка и оксида меди состава Си2-х0, где 0,05 х 0,95, взятых в соотношении, мол.%;

Твердый электролит

ZnF2

С 02-х

Твердоэлектролитный датчик двуокиси углерода Твердоэлектролитный датчик двуокиси углерода Твердоэлектролитный датчик двуокиси углерода 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к датчикам контроля параметров газовых сред, и может быть использовано для определения концентрации хлора в различных газовых смесях Изобретение повышает быстродействие датчика при работе в области комнатных температур

Изобретение относится к аналитическому приборостроению

Изобретение относится к электрохимическому датчику для определения концентрации газа, содержащему корпус, измерительный электрод, содержащий каталитически активный материал, который обладает способностью вызывать превращение анализируемого газа, противоэлектрод, содержащий углеродный материал с электрохимически активными поверхностными соединениями, которые могут обратимо окисляться или восстанавливаться, и электролит, находящийся в контакте с измерительным электродом и противоэлектродом, при этом углеродный материал в противоэлектроде имеет удельную поверхность по меньшей мере 40 м2/г

Изобретение относится к потенциометрическим измерениям концентрации ионов в растворах, а именно к сравнительному рН-электроду, содержащему корпус, расположенные в корпусе электролит, ионопроводящую мембрану, разделяющую электролит и исследуемую среду, и помещенный в электролит чувствительный элемент, при этом электролит выполнен в виде кристаллогидрата NH4Ca(NO3)3nH2O, полученного реакцией обмена Ca(OН)2 с насыщенным раствором NH4NO3

Изобретение относится к области промышленной теплоэнергетики, в частности, к топкам котельных агрегатов и промышленных печей

Изобретение относится к ионоизбирательным мембранам, более конкретно к ионоизбирательной керамической мембране с протонной проводимостью, способной к работе в условиях высоких температур

Изобретение относится к высокотемпературной электрохимии, а более конкретно к конструкциям газодиффузионных ячеек электрохимических устройств с твердым электролитом, и может быть использовано в конструкциях топливных элементов, в электролизерах, датчиках активности кислорода

Изобретение относится к высокотемпературной электрохимии, а более конкретно к конструкциям газодиффузионных ячеек электрохимических устройств с твердым электролитом, и может быть использовано в конструкциях топливных элементов, в электролизерах, датчиках активности кислорода

Изобретение относится к газовому анализу и может быть применено в аналитической химии для определения ароматических аминов в воздухе

Изобретение относится к технике проведения анализа газовой фазы и может быть использовано при анализе качества порошкообразных, твердых веществ (например, чая, кофе, табака, табачных изделий)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в металлургии, энергетике, химической промышленности для определения активности кислорода в различных средах

Изобретение относится к аналитической химии и приборостроению и может быть использовано как в лабораторной практике, так и в различных отраслях промышленности, в частности на тепловых электростанциях, где остро встают проблемы экологии, энергосбережения и экономии топлива, в других случаях, где требуется оптимизация процессов горения с минимальными выбросами окиси углерода
Наверх