Твердотельный электрохимический газоанализатор для определения ацетилена

 

Изобретение может быть использовано в контроле за содержанием ацетилена в замкнутых и открытых пространствах, а также в парах трансформаторного масла, являющимся признаком возникающих дефектов в процессе эксплуатации трансформаторов высокого напряжения. Технический результат изобретения заключается в получении количественных результатов концентрации ацетилена, работе газоанализатора при комнатной температуре и обеспечении простоты и доступности измерений при относительно невысокой стоимости устройства. Сущность изобретения заключается в том, что в качестве рабочего электрода использовалась пористая углеродная матрица с нанесенным на нее по всему объему химическим никелем. Электродом сравнения служил порошкообразный оксид никеля, электролитом являлся протонпроводящий твердый электролит. 2 ил.

Изобретение может быть использовано в контроле за содержанием ацетилена в замкнутых и открытых пространствах, а также в парах трансформаторного масла, являющимся признаком возникающих дефектов в процессе эксплуатации трансформаторов высокого напряжения.

Сущность изобретения: электрохимический газоанализатор для определения ацетилена в замкнутых и открытых пространствах, а также в парах трансформаторного масла, позволяет работать при температурах 0 до 40^oС, содержит рабочий электрод, представляющий собой пористую углеродную матрицу с нанесенным на нее по всему объему химическим никелем, протонпроводящий твердый электролит и, в качестве электрода сравнения, оксид никеля.

Уровень техники в данной области характеризуется общедоступными сведениями, приведенными ниже.

Наиболее широкое применение для определения концентраций газов (среди которых определяемым может быть и ацетилен) в отработавших и технологических газах, а также в воздухе получили термокаталитические газоанализаторы. Применение таких газоанализаторов требует наличия вспомогательных устройств, в частности пламенной печи или камеры сгорания. Для каталитического сжигания углеводорода (например, ацетилена) служит пламенная печь с номинальной температурой от 365 до 560^oС в зависимости от температуры возгорания измерительного газа, а в качестве катализатора используется палладиевый контакт [1].

Недостатками [1] являются: а) наличие вспомогательных устройств для сжигания измерительного газа, т.е. работа газоанализатора при высокой температуре; б) использование палладия, относящегося к платиновым металлам, что существенно удорожает стоимость такого устройства.

Известны также полупроводниковые чувствительные элементы, предназначенные для работы в составе приборов контроля утечек взрывоопасных и токсичных веществ восстановительного типа (в частности углеводородов).

В способе изготовления полупроводниковых чувствительных элементов заложены следующие операции: 1) намотка термостойкой спирали из платиновой проволоки, причем эта операция контролируется с помощью измерительного микроскопа; 2) формирование на этой спирали керамического газочувствительного тела путем нанесения и прокаливания полупроводникового материала, представляющего собой гель гидроксида индия, обработанный азотной кислотой.

Для стабилизации газочувствительных свойств элементы прокаливают при 850^oС в течение 4 ч [2]. В основе работы такого устройства лежит изменение электропроводности керамического тела при определенных температурах под воздействием восстановительного газа.

Недостатками [2] являются: а) использование благородных металлов (платины), что существенно удорожает газоанализатор; б) работа данного устройства при повышенных температурах.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности (работа устройства при комнатной температуре) является устройство для непрерывного определения ацетилена, образующегося под действием тлеющих разрядов в высоковольтных устройствах с масляной изоляцией. Газообразные продукты с помощью диффузии через выполненную в виде шланговой спирали полупроницаемую мембрану из политетрафторэтилена направляют в систему трубопроводов, заполненную инертным газом. Система содержит газообразную трубку с адсорбентом для ацетилена, заполненную окрашивающимся индикатором [3]. Принцип работы такого устройства основан на изменении цвета индикатора при его контакте с ацетиленом.

Недостатком [3] является проведение лишь качественного анализа на содержание ацетилена. Предлагаемое же изобретение позволяет определять количественное содержание этого газа, в том числе и в высоковольтных устройствах.

Целью данного изобретения является получение количественных результатов концентрации ацетилена, работа газоанализатора при комнатной температуре и обеспечение простоты и доступности измерений при относительно невысокой стоимости устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что в качестве рабочего электрода использовалась пористая углеродная матрица с нанесенным на нее по всему объему химическим никелем. Электродом сравнения служил порошкообразный оксид никеля, электролитом являлась протонпроводящий твердый электролит.

На фиг. 1 представлен разрез электрохимического газоанализатора. Где на фиг. 1 обозначены: токоотводы 1, рабочий электрод 2, твердый электролит 3, корпус ячейки (фторопласт) 4, прокладка 5, электрод сравнения 6.

Новым в предложенном техническом решении является то, что в качестве рабочего электрода использовалась пористая углеродная матрица с нанесенным на нее по всему объему химическим никелем, электродом сравнения служил порошкообразный оксид никеля, электролитом являлся протонпроводящий твердый электролит.

Электрохимический газоанализатор работает в потенциометрическом режиме. Через газоанализатор получают сигнал на содержание газа в виде ЭДС в заданном интервале концентраций. Аналитический сигнал зависимости ЭДС от концентрации ацетилена использован для построения соответствующей калибровочной кривой, по которой определяется исследуемая концентрация газа (фиг.2.).

В результате аппроксимации экспериментальных данных была получена следующая формула: ΔЕ=29,92+5,25 lgC.

Список используемой литературы 1. VEB Junkalor.//JUNKALOR-Prozessgasanalysatoren. - 1985.

2. Авторское свидетельство СССР 1614646 A, G 01 N 27/12, 1989.

3. Швейцария, патент 667740, 1989.

Формула изобретения

Электрохимический газоанализатор для определения концентрации ацетилена, содержащий рабочий электрод, электрод сравнения и электролит, отличающийся тем, что работает при комнатной температуре и в качестве рабочего электрода использована пористая углеродная матрица с нанесенным на нее по всему объему химическим никелем, электродом сравнения служит порошкообразный оксид никеля, в качестве электролита использован протонпроводящий твердый электролит.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2