Чувствительный элемент газоанализатора кислорода и способ его изготовления

Изобретение может быть использовано в прикладной электрохимии, металлургии, энергетике, автомобилестроении и других отраслях для определения содержания кислорода в жидких и газовых средах. Чувствительный элемент газоанализатора кислорода содержит твердоэлектролитную ячейку 1, электроизолятор 2, металлическую оболочку 3, токосъемник с эталонного электрода 4, на меньшее основание твердоэлектролитной ячейки 1 и на объединенные большие основания электроизолятора 3 и твердоэлектролитной ячейки 1 нанесены последовательно два слоя 5, первый - из смеси порошка благородного металла и диоксида циркония, второй - из порошка благородного металла, на основание токосъемника 4 в месте его касания с твердоэлектролитной ячейкой нанесена фольга 6 из такого же благородного металла, зазор 7 между сопряженными поверхностями металлической оболочки и электроизолятора заполнен аморфной фольгой из сплава, содержащего 25-30% титана, остальное - медь. Также предложен способ изготовления данного чувствительного элемента. Изобретение обеспечивает возможность проведения измерений при более высоких температурах и повышение точности измерения концентрации кислорода путем снижения утечки ионов с твердоэлектролитной ячейки. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к средствам для исследования или анализа газов, а точнее к системам, определяющим содержания кислорода, использующим твердоэлектролитные ячейки, и может быть использовано в прикладной электрохимии, металлургии, энергетике, автомобилестроении и других отраслях для определения содержания кислорода в жидких и газовых средах.

Известен чувствительный элемент газоанализатора кислорода и способ его изготовления [RU 1752069 А1, кл. G01N 27/411, 1989], содержащий твердоэлектролитную ячейку из стабилизированного оксида циркония, выполненную в виде усеченного конуса и герметично размещенную в керамическом электроизоляторе, из смеси оксидов.

Использование такого чувствительного элемента позволяет повысить точность измерений, но технология его изготовления очень трудоемка и длительна (процесс длится 40-50 часов).

Известен способ изготовления чувствительного элемента (ЧЭ) твердоэлектролитного датчика кислорода [патент РФ N 1804623 А1, кл. G01N 27/417, 1990] путем совместного горячего прессования в графитовой пресс-форме спеченной пробки твердого электролита и заготовки изоляционной трубки, последующего нагрева и охлаждения чувствительного элемента датчика на воздухе со скоростью 100°С/ч в интервале температур 500-1000°С.

Недостатком этого способа является большая трудоемкость и низкая производительность, а также невысокий выход кондиционных изделий. Чувствительные элементы, полученные таким способом, ненадежны при эксплуатации в рабочих средах. При высоких температурах, выше 500°С, после длительной эксплуатации происходит разгерметизация соединения твердый электролит - изоляционная трубка вследствие ухода углерода, внедрившегося в оксиды при горячем прессовании в графитовой форме.

Известен чувствительный элемент зонда для измерения концентрации кислорода [RU 2107906, кл. G01N 27/409, 1993], содержащий цилиндрический корпус, удлиненный цилиндрический элемент, закрытый отдельным наконечником, выполненный из стабилизированной двуокиси циркония, при этом цилиндрический элемент выполнен из термостойкого материала, отличного от двуокиси циркония, при этом наконечник из двуокиси циркония выполнен с кольцеобразной деталью, охватывающей конец цилиндрического элемента и которой наконечник герметически прикреплен к удлиненному цилиндрическому элементу с помощью стеклокерамики.

Это устройство предназначено для определения концентрации кислорода в стеклопризводстве и устойчиво работает при обработке стеклянных лент во флоат-ваннах при температуре не более 700°С.

Использование таких устройств для контроля концентрации кислорода во многокомпонентных агрессивных средах, например, в отходящих газах котлоагрегатов теплоэлектростанций, при температурах до 1000°С проблематично. При таких высоких температурах вероятна разгерметизация тведоэлектролитной ячейки за счет размещения при таких температурах стеклокерамики, соединяющей наконечник с цилиндрическим элементом. Неизбежно нарушение электрических контактов рабочего электрода при больших потоках контролируемых газов и вибрационных нагрузках.

Задачей изобретения является расширение возможности использования чувствительного элемента для определения концентрации кислорода в различных агрессивных средах, путем обеспечения возможности проведения измерений при более высоких температурах, и повышения точности измерения концентрации кислорода путем снижения утечки ионов с твердоэлектролитной ячейки.

Поставленная задача решается тем, что в чувствительном элементе газоанализатора кислорода, содержащем эталонный и измерительный электрод, твердоэлектролитную ячейку из диоксида циркония в виде усеченного конуса и электроизолятор из керамики на основе алюмомагнезиальной шпинели, электроизолятор выполнен в виде усеченного конуса, центральный угол которого не более чем в 3 раза больше центрального угол усеченного конуса твердоэлектролитной ячейки, с фаской со стороны большего основания и сквозным центральным отверстием, половина которого по высоте выполнена цилиндрической с диаметром, соответствующим диаметру меньшего основания конуса твердоэлектролитной ячейки, а вторая часть отверстия выполнена в виде усеченного конуса с размерами, соответствующими размерам твердоэлектролитной ячейки, которая герметично установлена в это отверстие, электроизолятор вместе с твердоэлектролитной ячейкой вставлен в металлическую оболочку, выполненную в виде цилиндрической емкости, развальцованной на уровне электроизолятора в усеченный конус подобно усеченному конусу электроизолятора, завальцованную на его большее основание и изготовленную при этом из материала с коэффициентом линейного термического расширения, совпадающим с коэффициентом линейного термического расширения в области рабочих температур материала, из которого выполнены твердоэлектролитная ячейка и электроизолятор, кроме того, зазор между сопряженными конусными поверхностями металлической оболочки и электроизолятора заполнен аморфной фольгой из сплава, содержащего 25-30% титана, остальное - медь, на меньшее основание твердоэлектролитной ячейки и на объединенные большие основания твердоэлектролитной ячейки и электроизолятора нанесены последовательно два слоя с пористостью 15-20%, первый - из благородного металла, в порах которого диоксид циркония, а второй - из такого же чистого металла.

Наилучшие результаты были получены, если усеченный конус твердоэлектролитной ячейки выполнен с центральным углом 1-3° из стабилизированного в кубической фазе диоксида циркония, а конус электроизолятора - с центральным углом 3-7°, выполненный из керамического материала, представляющего смесь оксидов в следующих количественных соотношениях (мас.%):

алюмагнезиальная шпинель MgAL2O469.2÷58.8
окись магния MgO30÷40
смесь окислов кальция и галлия1,2÷0,8,

при этом использованы смеси порошка окиси магния с удельной поверхностью 0,8÷1,0 м/г и порошка алюмомагниевой шпинели с удельной поверхностью 15-30 м2/г, металлическая оболочка выполнена из стали с коэффициентом линейного термического расширения (8,6÷10,1)1061/°C в области рабочих температур 300÷900°С

Наиболее целесообразно использовать в качестве благородного металла или платину, или серебро, или золото.

Поставленная задача решается также тем, что изготавливают твердоэлектролитную ячейку в виде усеченного конуса из диоксида циркония и электроизолятор из керамики на основе алюмомагнезиальной шпинели в виде усеченного конуса, центральный угол которого не более чем в 3 раза больше центрального угла усеченного конуса твердоэлектролитной ячейки, с фаской со стороны большего основания, во внутренней полости электроизолятора выполняют сквозное центральное отверстие, половина которого по высоте - цилиндр с диаметром, соответствующим диаметру меньшего основания конуса твердоэлектролитной ячейки, а вторая половина отверстия - в виде усеченного конуса с размерами, соответствующими размерам твердоэлектролитной ячейки, размещяют в этом отверстии твердоэлектролитную ячейку и диффузионо соединяют ее с электроизолятором путем термообработки при максимальной температуре 1750° до образования вакуум-герметичного соединения, далее на меньшее основание твердоэлектролитной ячейки и на объединенные большие основания твердоэлектролитной ячейки и электроизолятора наносят последовательно два слоя с пористостью 15-20%, при этом первый слой наносят из смеси порошков благородного металла и оксида циркония, нагревают сборку на воздухе до 1530-1560°С, далее выдерживают при этой температуре в течение 8-10 часов, после чего наносят второй слой из порошка только благородного металла, нагревают сборку на воздухе до 1450-1500°С и выдерживают в течение двух часов, затем наружную коническую поверхность электроизолятора покрывают аморфной фольгой из сплава, содержащего 25-30% титана, остальное - медь, и далее всю сборку вставляют в металлическую оболочку, выполненную в виде цилиндрической емкости из материала с коэффициентом линейного термического расширения, совпадающим с коэффициентом линейного термического расширения в области рабочих температур материалов, из которых выполнены твердоэлектролитная ячейка и электроизолятор, развальцовывают ее на уровне электроизолятора в усеченный конус подобно усеченному конусу электроизолятора и завальцовывают ее на большее основание электроизолятора, изготовленный таким образом чувствительный элемент нагревают в вакууме до температуры 1020-1030°С, которую поддерживают в течение 10-15 мин.

Сравнение заявленного технического решения с известными решениями из уровня техники не выявило аналогичных решений, что позволяет установить его соответствие критерию новизна.

Предложенное устройство и способ его изготовления являются промышленно применимыми и разработанные технические средствами соответствуют критерию изобретательский уровень, так как они явным образом не следуют из уровня техники.

При этом из последнего не выявлено каких-либо преобразований, характеризуемых отличительными существенными признаками, для достижения указанного технического результата.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема чувствительного элемента газоанализатора кислорода, который содержит твердо-электролитную ячйку 1, электроизолятор 2, металлическую оболочку 3, токосъемник с эталонного электрода 4, на меньшее основание твердоэлектролитной ячейки 1 и на объединенные большие основания электроизолятора 3 и твердоэлектролитной ячейки 1 нанесены последовательно два слоя 5, первый - из смеси порошка благородного металла и диоксида циркония, второй - из порошка благородного металла, зазор 6 между сопряженными поверхностями металлической оболочки и электроизолятора заполнен аморфной фольгой из сплава, содержащего 25-30% титана, остальное медь.

Сборка чувствительного элемента (ЧЭ) проводится следующим образом. Изготавливают твердоэлектролитную ячейку (ТЭЯ) в виде усеченного конуса с центральным углом 1-3°, из стабилизированного в кубической фазе диоксида циркония, например, методом шликерного литья. Геометрические размеры ячейки (высота, конусность) выбираются такими, чтобы минимизировать электросопротивление электролита и создать герметичное при рабочих температурах соединение ТЭЯ с электроизолятором.

Экспериментально было установлено, что минимально возможное сопротивление обеспечивается тогда, когда центральный угол усеченного конуса ТЭЯ от 1 до 3°.

Далее изготавливают электроизолятор в виде усеченного конуса, центральный угол которого не более чем в 3 раза больше центрального угол усеченного конуса ТЭЯ, с фаской со стороны большего основания, во внутренней полости которого выполняют сквозное центральное отверстие, половина которого по высоте - цилиндрическая с диаметром, соответствующим диаметру меньшего основания конуса ТЭЯ, вторая половина отверстия - в виде усеченного конуса с размерами, соответствующими размерам ТЭЯ. Изготавливают электроизолятор такой формы также методом шликерного литья из керамики на основе алюмомагнезиальной шпинели.

Форма и геометрические размеры электроизолятора выбираются из расчета обеспечения целостности и герметичности его соединения с твердоэлектролитной ячейкой, а также минимазациии размеров, технологичности и универсальности ЧЭ.

В результате длительных многократных экспериментов было определено, что наилучшие результаты получаются, если центральный угол конуса электроизолятора превышает центральный угол усеченного конуса ТЭЯ не более чем в 3 раза. Дальнейшее увеличение угла не позволяет обеспечить надежную герметичность между ними.

Вставляют в сквозное отверстие электроизолятора ТЭЯ и диффузионо их соединяют путем термообработки при максимальной температуре 1750° до образования вакуум-герметичного соединения.

Далее переходят к созданию рабочего и эталонного электродов.

Для этого на меньшее основание ТЭЯ и на объединенные большие основания ТЭЯ и электроизолятора наносят смесь порошков благородного металла и оксида циркония в пропорции, обеспечивающей в процессе термообработки образование на поверхности ТЭЯ сплошного слоя с пористостью 15-20%. Для чего нагревают сборку на воздухе до температуры 1530-1560°С и выдерживают при этой температуре в течение 8-10 часов. Затем наносят второй слой из порошка только чистого такого же благородного металла, нагревают сборку на воздухе до 1450-1500°С и выдерживают в течение двух часов. В результате получается надежное сцепление с меньшим основанием ТЭЯ и объединенным большим основанием ТЭЯ - электроизолятор.

Таким образом образуется рабочий электрод на объединенных больших основаниях электроизолятора и ТЭЯ и эталонный электрод на меньшем основании ТЭЯ.

Наружную коническую поверхность электроизолятора покрывают аморфной фольгой из сплава, содержащего 25-30% титана, остальное - медь.

Далее всю сборку вставляют, например, путем прессования в заранее приготовленную металлическую оболочку, выполненную в виде цилиндрической емкости, развальцованную на уровне электроизолятора в усеченный конус подобно его усеченному конусу.

Металлическую оболочку изготавливают из материала с коэффициентом линейного термического расширения, совпадающим с коэффициентом линейного термического расширения в области рабочих температур материала, из которого выполнены ТЭЯ и электроизолятор.

После этого завальцовывают металлическую оболочку на большее основание электроизолятора, изготовленный таким образом чувствительный элемент нагревают в вакууме до температуры 1020-1030°С, которую поддерживают в течение 10-15 мин.

Пример конкретного использования.

В качестве примера конкретного использования представлен ЧЭ, разработанный для определения концентрации кислорода в отходящих газах котлоагрегатов теплоэлектростанций.

ТЭЯ изготавливают в виде усеченного конуса из стабилизированного диоксида циркония в кубической фазе, полученного методом шликерного литья. Кубическая структура электролита обеспечивает максимальное число переноса ионов кислорода.

Геометрические размеры ТЭЯ (высота, конусность) выбраны следующие: центральный угол 3°, высота 4,5-5,0 мм.

Далее изготавливают электроизолятор методом шликерного литья из смеси порошков (мас.%):

алюмагнезиальная шпинель MgAL2O469,2÷58,8
окись магния MgO40÷30
смесь окислов кальция и галлия1,2÷0,8.

Окись магния добавляется в количестве, необходимом для согласования коэффициента линейного термического расширения сопрягаемых керамик, окислы кальция и галлия - для образования жидкой фазы при совместной термообработке двух керамик.

Наружная поверхность электроизолятора выполняется в виде усеченного конуса с центральным углом 7°, высота - 10 мм, максимальный наружный диаметр - 10,5 мм, у большего основания электроизолятора выполнена фаска с радиусом 1,0-1,5 мм. Электроизолятор имеет сквозное отверстие, одна половина которого выполнена цилиндрической с диаметром 4,8-5,0 мм, а вторая - в виде усеченного конуса с размерами, адекватными усеченному конуса ТЭЯ.

Далее вставляют в сквозное отверстие электроизолятора ТЭЯ, сопрягая их конусными поверхностями, и диффузионо их соединяют путем термообработки при максимальной температуре 1750°С до образования вакуум-герметичного соединения.

Далее переходят к созданию рабочего и эталонного электродов.

Рабочий электрод создают на объединенном большем основании ТЭЯ и электроизолятора, а эталонный электрод - на меньшем основании ТЭЯ. Электроды изготавливаются в два приема.

Для этого на меньшее основание ТЭЯ и на объединенные большие основания ТЭЯ и электроизолятора наносят смесь порошков платины и оксида циркония в пропорции, обеспечивающей в процессе термообработки образование на поверхности ТЭЯ сплошного слоя с пористостью 15-20%. Для этого нагревают сборку на воздухе до температуры 1500°С и выдерживают при этой температуре в течение 8-10 часов. Затем наносят второй слой из порошка только чистой платины, нагревают сборку на воздухе до 1400°С и выдерживают в течение двух часов. В результате получается надежное сцепление двухслойного электродного покрытия с наружной поверхностью электроизолятора и наружной поверхностью меньшего и объединенных больших оснований ТЭЯ - электроизолятор. Толщина двухслойного покрытия 15-20 мкм, пористость 10-15%, причем рабочий электрод выполнен так, чтобы он перекрывал по площади большее основание электроизолятора, фаску и частично его боковую поверхность.

По проведенным метрологическим исследованиям, полученное таким образом электродное покрытие является оптимальным для данной конструкции ЧЭ, обеспечивает число переноса ионов кислорода при температуре 750°, равное 0,985.

Наружную коническую поверхность электроизолятора покрывают аморфной фольгой из сплава, содержащего 25-30% титана, остальное - медь.

Далее всю сборку впрессовывают в заранее приготовленную металлическую оболочку из ферритно-мартенситной стали, коэффициент линейного термического расширения которой (8,6÷10,1)1061/°С в области рабочих температур 300-900°С совпадает с коэффициентом линейного термического расширения в области этих температур диоксида циркония, из которого выполнены твердоэлектролитная ячейка и керамический материал электроизолятора.

Металлическая оболочка перед установкой в нее сборки ТЭЯ и электроизолятора с электродами была выполнена в виде цилиндрической емкости, развальцованной на уровне электроизолятора в усеченный конус подобно его усеченному конусу, так чтобы его высота была на 1,5-2,0 мм больше высоты конуса электроизлятора.

После этого выступающий край металлической оболочки завальцовывается на большее основание электроизолятора, и изготовленный таким образом чувствительный элемент помещают в вакуумную печь и нагревают в вакууме до температуры 1020-1030°С, которую поддерживают в течение 10-15 мин.

Затем устанавливают над ТЭЯ в электроизоляторе токосъемник с эталонного электрода.

Работает устройство следующим образом.

Твердоэлектролитная ячейка с нанесенными на ее поверхности электродами «омывается» анализируемым и эталонным газами и герметично разделяет на два газовых объема (эталонный и рабочий). При разности концентраций (парциальных давлений), в результате электрохимических реакций на электродах, ячейка генерирует ЭДС, которая при заданном содержании кислорода эталонного газа на эталонном электроде и при фиксированной температуре электрохимической ячейки позволяет рассчитать содержание кислорода на рабочем электроде в соответствии с уравнением Нернста.

Е=(RT/4F)·Ln(P1/P2),

где R - газовая постоянная;

F - постоянная Фарадея;

Т - температура ячейки, °С;

P1 и P2 - парциальные давления эталонного и контролируемого газа соответственно.

Точность измерения ЭДС во многом зависит от следующих параметров:

- сопротивление твердого электролита прохождению ионного тока, так как в этой конструкции при температурах (730÷760)°С сопротивление ячейки составляет ˜(400÷600) Ом, что в совокупности с другими характеристиками позволяет получить точность измерения кислорода на уровне ±0,1%,

- возможность перехода ионов кислорода непосредственно, например, с эталонного электрода на токовывод рабочего электрода, так как в заявляемой конструкции обеспечивается высокотемпературной пайкой двух оксидных керамик (электролит - алюмомагнезтальная шпинель) и керамики с металлом (алюмомагнезиальная шпинель - металлическая оболочка) с помощью высокотемпературного припоя (аморфная фольга из сплава Cu Ti), a также двухслойными пористыми электродами;

- возможность перехода ионов кислорода непосредственно, например, с эталонного электрода на токовывод рабочего электрода, так как в заявляемой конструкции функцию блокирования этих переходов выполняет электроизолятор из алюмомагнезиальной шпинели.

Таким образом, заявляемая конструкция и способ изготовления позволяют создать высокотехнологичный, надежный при высоких температурах до 900°С, универсальный чувствительный элемент для датчиков кислорода различных модификаций и направлений использования.

1. Чувствительный элемент газоанализатора кислорода, содержащий эталонный и измерительный электрод, твердоэлектролитную ячейку из диоксида циркония в виде усеченного конуса и электроизолятор из керамики на основе алюмомагнезиальной шпинели, выполненный в виде усеченного конуса, центральный угол которого не более чем в 3 раза больше центрального угла усеченного конуса твердоэлектролитной ячейки, с фаской со стороны большего основания и сквозным центральным отверстием, половина которого по высоте выполнена цилиндрической с диаметром, соответствующим диаметру меньшего основания конуса твердоэлектролитной ячейки, а вторая часть отверстия выполнена в виде усеченного конуса с размерами, соответствующими размерам твердоэлектролитной ячейки, которая герметично установлена в это отверстие, а над ней размещен токосъемник эталонного электрода, электроизолятор вместе с твердоэлектролитной ячейкой вставлены в металлическую оболочку, выполненную в виде цилиндрической емкости, развальцованной на уровне электроизолятора в усеченный конус с фаской подобно усеченному конусу электроизолятора, завальцованную на его большее основание, и изготовленную из материала с коэффициентом линейного термического расширения, совпадающим с коэффициентом линейного термического расширения в области рабочих температур материалов, из которого выполнены твердоэлектролитная ячейка и электроизолятор, зазор между сопряженными поверхностями металлической оболочки и электроизолятора заполнен аморфной фольгой из сплава, содержащего 25-30% титана, остальное медь, на меньшее основание твердоэлектролитной ячейки и на объединенные большие основания твердоэлектролитной ячейки и электроизолятора нанесены последовательно два слоя с пористостью 15-20%, первый - из благородного металла, в порах которого диоксид циркония, а второй - из такого же.

2. Чувствительный элемент по п.1, отличающийся тем, что усеченный конус твердоэлектролитной ячейки выполнен с центральным углом 1-3°, а конус электроизоляционной емкости - с центральным углом 3-7°.

3. Чувствительный элемент по п.1, отличающийся тем, что твердоэлектролитная ячейка выполнена из стабилизированного диоксида циркония в кубической фазе.

4. Чувствительный элемент по п.1, отличающийся тем, что электроизолятор выполнен из керамического материала, представляющего смесь оксидов в следующих количественных соотношениях, мас.%:

алюмомагнезиальная шпинель MgAL2O469,2÷58,8
окись магния MgO 40÷30
смесь окислов кальция и галлия 1,2÷0,8,

которая сформована из смеси порошка окиси магния с удельной поверхностью 0,8÷1,0 м/г и порошка алюмомагниевой шпинели с удельной поверхностью 15÷30 м/г.

5. Чувствительный элемент по п.3 или 4, отличающийся тем, что металлическая оболочка выполнена из стали с коэффициентом линейного термического расширения (8,6÷10,1)1061/°С в области рабочих температур 300÷900°С.

6. Чувствительный элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве благородного металла использована платина.

7. Чувствительный элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве благородного металла использовано золото.

8. Чувствительный элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве благородного металла использовано серебро.

9. Способ изготовления чувствительного элемента газоанализатора кислорода, заключающийся в том, что изготавливают твердоэлектролитную ячейку в виде усеченного конуса из диоксида циркония и электроизолятор из керамики на основе алюмомагнезиальной шпинели в виде усеченного конуса, центральный угол которого не более чем в 3 раза больше центрального угла усеченного конуса твердоэлектролитной ячейки, с фаской со стороны большего основания, во внутренней полости электроизолятора выполняют сквозное центральное отверстие, половина которого по высоте - цилиндрическое с диаметром, соответствующим диаметру меньшего основания конуса твердоэлектролитной ячейки, а вторая половина отверстия - в виде усеченного конуса с размерами, соответствующими размерам твердоэлектролитной ячейки, размещают в этом отверстии твердоэлектролитную ячейку и диффузионно соединяют ее с электроизолятором путем термообработки при максимальной температуре 1750° до образования вакуумгерметичного соединения, далее на меньшее основание твердоэлектролитной ячейки и на объединенные большие основания твердоэлектролитной ячейки и электроизолятора наносят последовательно два слоя с пористостью 15-20%, при этом первый слой наносят из смеси порошков благородного металла и оксида циркония, нагревают сборку на воздухе до 1530-1560°С, далее выдерживают при этой температуре в течение 8-10 ч, после чего наносят второй слой из порошка только благородного металла, нагревают сборку на воздухе до 1450-1500°С и выдерживают в течение двух часов, затем наружную коническую поверхность электроизолятора покрывают аморфной фольгой из сплава, содержащего 25-30% титана, остальное медь, и далее всю сборку вставляют в металлическую оболочку, выполненную в виде цилиндрической емкости из материала с коэффициентом линейного термического расширения, совпадающим с коэффициентом линейного термического расширения в области рабочих температур материалов, из которого выполнены твердоэлектролитная ячейка и электроизолятор, развальцовывают ее на уровне электроизолятора в усеченный конус с помощью стеклокерамики подобно усеченному конусу электроизолятора и завальцовывают ее на большее основание электроизолятора, и изготовленный таким образом чувствительный элемент нагревают в вакууме до температуры 1020-1030°С, которую поддерживают в течение 10-15 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в энергетике, ядерной технике, химической технологии, металлургии, газовом анализе для измерения содержания водорода в расплавах щелочных металлов и их парах, инертных газах и водяном паре.

Изобретение относится к области газового анализа и может быть применено в аналитическом приборостроении. .

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, в частности к газовому анализу. .

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, в частности к газовому анализу. .

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, в частности к газовому анализу, и может быть использовано при разработке газоанализатора, предназначенного для измерения парциального давления кислорода в обогащенном кислородом воздухе, применяемом для дыхания экипажей высотных самолетов и в барокамерах.
Изобретение относится к области газового анализа и аналитическому приборостроению, в частности к технологии изготовления электродов на твердом электролите из стабилизированного диоксида циркония, и может быть использовано при производстве кислородных датчиков с электрохимической твердоэлектролитной ячейкой.

Изобретение относится к области контроля состава газовых смесей, содержания газов в жидкостях и может быть использовано преимущественно для измерения концентрации анализируемых газов в атмосфере производственных цехов промышленных предприятий, например в помещениях под защитной оболочкой атомных электростанций (АЭС), и для контроля содержания газов в жидкометаллических теплоносителях.

Изобретение относится к области приборостроения в аналитической химии и предназначено для контроля содержания органических загрязнений в объектах окружающей среды, в частности в природных и сточных водах или технологических растворах.

Изобретение относится к аналитической химии и приборостроению и может быть использовано для контроля органических загрязнений в объектах окружающей среды, в частности в природных и сточных водах и технологических растворах.

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к области анионпроводящих неорганических твердых электролитов, а именно к керамическим твердым электролитам, обладающим высокой проводимостью по сульфид-ионам в области температур (300-500°С), и может быть использовано для исследования кристаллических и аморфных полупроводниковых сульфидов методом ЭДС, в составе электрохимических ячеек для кулонометрического изменения состава нестехиометрических соединений и для газового анализа серосодержащих сред, в твердоэлектролитных источниках тока

Изобретение относится к аналитической химии и приборостроению, может быть использовано для различных анализов жидкой пробы и направлено на уменьшение времени анализа и увеличение воспроизводимости результатов анализа за счет автоматизации забора жидкой пробы перед ее перемещением в реактор, а также возможности забора пробы как из одиночной емкости, так и из множества емкостей, проходящих точку забора пробы, а также из потока анализируемой жидкости

Изобретение относится к аналитической технике, в частности к датчикам для анализа газовых сред

Изобретение относится к устройствам для контроля параметров газовых сред, в частности к контролю газовых смесей, содержащих кислород и водород, и может быть использовано в атомной энергетике, транспортном, химическом машиностроении и других отраслях техники, например, для контроля водородной взрывобезопасности. Система контроля кислорода и водорода в газовых средах содержит канал, входной сенсор водорода, расположенный во входной части полости канала, входной каталитически активный элемент, установленный в поперечном сечении средней части полости канала за входным сенсором водорода, выходной сенсор водорода и сенсор кислорода, расположенные в выходной части полости канала после входного каталитически активного элемента, причем сенсоры подключены к системе регистрации и управления. Система дополнительно снабжена выходным каталитически активным элементом, установленным в поперечном сечении выходной части полости канала за выходным сенсором водорода и сенсором кислорода, причем входной и выходной каталитически активные элементы снабжены автономными нагревателями для поддержания коэффициента рекомбинации водорода на каталитически активных элементах равным 1. Изобретение обеспечивает возможность непрерывного контроля кислорода и водорода в газовой смеси в объеме помещения с высокой степенью точности и надежности. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность изобретения: датчик водорода в жидких и газовых средах включает селективную мембрану (11), пористую электроизоляционную керамику (7) и корпус (5) с потенциалосъемником (9), керамический чувствительный элемент (4) с эталонным электродом (14), пористый платиновый электрод (8), кремнеземную ткань (6), соединительный материал (12), пробку (10) с отверстием, гермоввод (2), цилиндрическую втулку (1). Полость корпуса (5) между гермовводом (2) и керамическим чувствительным элементом (4) герметична. Керамический чувствительный элемент (4) выполнен в виде сопряженных между собой цилиндрического элемента и части сферы, расположенной в нижней части цилиндрического элемента. Верхняя часть наружной цилиндрической поверхности керамического чувствительного элемента (4) герметично соединена с корпусом (5) посредством соединительного материала (12). Эталонный электрод (14) расположен в полости, образованной внутренней поверхностью керамического чувствительного элемента (4) и поверхностью пробки (10). Наружная сферическая часть керамического чувствительного элемента (4) покрыта слоем пористого платинового электрода (8). Конец центральной жилы (13) выведен через отверстие в пробке (10) в объем эталонного электрода (14). Втулка (1) соединена с нижней частью корпуса (5). Технический результат изобретения состоит в расширении функциональных возможностей, снижении стоимости и увеличении быстродействия датчика. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство для определения концентрации кислорода и водорода в газовой среде относится к средствам измерительной техники и может быть использовано для контроля параметров газовых сред, в частности содержащих кислород и водород. Устройство состоит из канала (7), расположенного под углом к горизонту, входного сенсора водорода (2) и входного сенсора кислорода (3), расположенных во входной части полости канала (7), входного каталитически активного элемента (1), установленного в полости канала (7) над выходными сенсорами водорода (2) и кислорода (3), выходного сенсора водорода (5) и выходного сенсора кислорода (6), расположенных в полости канала (7) между входным (1) и выходным (4) каталитически активными элементами. Причем входной (2) и выходной (4) каталитически активные элементы выполнены из высокопористых ячеистых материалов с нанесенным на их поверхность платиновым покрытием. В качестве входного сенсора водорода (5) и выходного сенсора водорода (7) использованы твердоэлектролитные датчики концентрации водорода с керамическим чувствительным элементом, выполненным из кислородпроводящей керамики. Технический результат заключается в повышении быстродействия и чувствительности устройства, обеспечении защиты от ошибочных показаний устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к аналитической технике и может быть использовано для измерения кислородосодержания и влажности газов. Способ измерения кислородосодержания и влажности газа. В поток анализируемого газа помещают электрохимическую ячейку с полостью, образованную двумя дисками из кислородпроводящего твердого электролита, на противоположных поверхностях дисков расположена пара электродов, к электродам дисков подают напряжение постоянного тока. При напряжении величиной 500-700 мВ откачивают свободный кислород, находящийся во внутренней полости ячейки, и по величине предельного тока, соответствующего содержанию свободного кислорода в анализируемом газе, определяют кислородосодержание. При дальнейшем увеличении напряжения до 1300-1500 мВ из полости ячейки откачивают связанный кислород и по величине предельного тока, соответствующего суммарному содержанию свободного кислорода в анализируемом газе и связанного кислорода, полученного в результате электролиза паров воды, определяют влажность анализируемого газа. Техническим результатом является расширение арсенала средств для измерения влажности анализируемого газа и возможность дополнительно определять кислородосодержание в нем, а также повышение надежности способа. 2 ил.

Электрохимическая ячейка относится к устройствам для определения концентраций серосодержащих газов в газовых смесях с применением твердотельных датчиков газа. Устройство предназначено для качественного и количественного определения серосодержащих газов (сероводорода и диоксида серы) в отходящих газах химических производств, теплоэлектростанций, для анализа светлых и темных нефтепродуктов и может быть использовано для определения предельно допустимых концентраций (ПДК) серосодержащих газов в химической, нефтехимической, медицинской и пищевой отраслей промышленности. Электрохимическая ячейка для анализа серосодержащих газов включает трубку из кварцевого стекла с расположенными внутри нее штуцерами для подачи и отвода газа, токоподводящими графитовым и нихромовыми проводниками, графитовым электродом, сульфидпроводящей мембраной, электродом сравнения, расположенным в графитовом проводнике и выполненным из сульфида висмута с добавкой порошкообразного металлического висмута, и рабочим электродом. При этом согласно изобретению в качестве сульфидпроводящей мембраны электрохимической ячейки используют твердый электролит (CaY2S4-х мол.% Yb2S3) при следующем соотношении, мол.%: тиоиттрат кальция (CaY2S4) - 84-100%, полуторный сульфид иттербия (Yb2S3) - остальное. Изобретение обеспечивает уменьшение нижнего порога определяемых концентраций сероводорода и диоксида серы, повышение чувствительности и понижение рабочей температуры чувствительного элемента. 3 ил., 1 табл.

Изобретение может быть использовано в энергетике, металлургии, химической промышленности для определения концентрации водорода в жидких и газовых средах в широком интервале температур и давлений. Датчик водорода в жидких и газовых средах включает селективную мембрану и корпус, внутри которого расположен потенциалосъемник, керамический чувствительный элемент из твердого электролита, в полости которого размещен эталонный электрод, пористый платиновый электрод, нанесенный на наружную поверхность керамического чувствительного элемента, гермоввод, расположенный герметично внутри корпуса над керамическим чувствительным элементом, потенциалосъемником, проходящим через центральное отверстие гермоввода, и нижней втулкой. Керамический чувствительный элемент выполнен в виде сопряженных между собой цилиндрического элемента и днища, расположенного в нижней части цилиндрического элемента. Наружная цилиндрическая поверхность керамического чувствительного элемента герметично соединена с внутренней боковой поверхностью корпуса. Эталонный электрод расположен во внутренней полости керамического чувствительного элемента. Наружная часть днища керамического чувствительного элемента покрыта слоем пористого платинового электрода. Конец центральной жилы потенциалосъемника выведен в объем эталонного электрода. Нижняя втулка, выполненная в виде трубки, соединенной с нижней частью корпуса со стороны керамического чувствительного элемента. Нижний конец нижней втулки имеет дно с центральным отверстием, к которому прикреплена селективная мембрана. Нижний свободный конец селективной мембраны герметично закрыт заглушкой, а полость, ограниченная внутренней поверхностью нижней втулки, внешней частью днища керамического чувствительного элемента и внутренними поверхностями селективной мембраны и заглушки, выполнена герметичной. Вверху потенциалосъемника установлена верхняя втулка, при этом кольцевая полость между внутренней поверхностью стенки верхней втулки и наружной поверхностью потенциалосъемника заполнена ситаллом. Изобретение обеспечивает повышение ресурса и надежности работы датчика водорода в широком диапазоне параметров рабочей среды, посредством обеспечения герметичности внутренней полости керамического чувствительного элемента. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх