Твердоэлектролитный датчик концентрации водорода в газовых средах



Твердоэлектролитный датчик концентрации водорода в газовых средах

Владельцы патента RU 2533931:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" (RU)

Изобретение может быть использовано в энергетике, металлургии, химической промышленности для определения концентрации водорода в жидких и газовых средах в широком интервале температур и давлений. Твердоэлектролитный датчик водорода в газовых средах содержит селективную мембрану (12), керамический чувствительный элемент (7) с эталонным электродом (15), измерительный электрод (6), герметичную камеру, состоящую из соединенных между собой рабочей полости и вспомогательной полости, корпус (8), соединительный материал (13), пробку с отверстием (11), гермоввод (3), потенциалосъемник (10), втулку (1). Керамический чувствительный элемент (7) 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 (7) герметично соединена с внутренней боковой поверхностью корпуса (7) посредством соединительного материала (13). Эталонный электрод (15) расположен в полости, образованной внутренней поверхностью керамического чувствительного элемента (7) и поверхностью пробки (11). На наружную сферическую часть керамического чувствительного элемента (7) нанесен топкий слой токопроводящего покрытия из благородного металла, являющегося измерительным электродом (6). Потенциалосъемник (10) выведен через отверстие в пробке (11) в объем эталонного электрода (15). Втулка (1) соединена с нижней частью корпуса (8). Нижний конец втулки (1) имеет дно с центральным отверстием, к которому прикреплена селективная мембрана (12). Нижний свободный конец селективной мембраны (12) герметично закрыт заглушкой (5). Керамический чувствительный элемент (7) и селективная мембрана (12) снабжены общим нагревателем с системой стабилизации температуры. Вспомогательная и рабочая полости объединены в одном объеме, ограниченном внешней поверхностью керамического чувствительного элемента (7), соединительного материала (13) и внутренней поверхностью нижней части корпуса (8), втулки (1), селективной мембраны (12) и заглушки (5). Вспомогательная полость выведена из зоны действия основного нагревателя с образованием во вспомогательной полости области насыщенной парами воды, причем вспомогательная полость оборудована термоэлектрическим преобразователем (14) и дополнительным нагревателем (4). Изобретение обеспечивает уменьшение инерционности, увеличение точности, чувствительности и стабильности показаний датчика. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано в энергетике, металлургии, химической промышленности для определения концентрации водорода в жидких и газовых средах в широком интервале температур и давлений.

Известно устройство для измерения концентрации водорода в жидких и газовых средах [патент на изобретение РФ №2379672, МПК G01N 27/417, опубл. 20.01.2010], содержащее селективную мембрану, пористую электроизоляционную керамику и корпус с потенциалосъемником, керамический чувствительный элемент с эталонным электродом, пористый платиновый электрод, кремнеземную ткань, соединительный материал, пробку с отверстием, гермоввод, потенциалосъемник, цилиндрическую втулку. Полость корпуса между гермовводом и керамическим чувствительным элементом герметична. Керамический чувствительный элемент 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 герметично соединена с корпусом посредством соединительного материала. Эталонный электрод расположен в полости, образованной внутренней поверхностью керамического чувствительного элемента и поверхностью пробки. Наружная сферическая часть керамического чувствительного элемента покрыта слоем пористого платинового электрода. Конец центральной жилы выведен через отверстие в пробке в объем эталонного электрода. Втулка соединена с нижней частью корпуса. Нижний конец втулки имеет дно с центральным отверстием, к которому присоединена селективная мембрана. Нижний свободный конец селективной мембраны герметично закрыт заглушкой. Внутренняя полость втулки между выступающей частью керамического чувствительного элемента и дном втулки заполнена кремнеземной тканью. Пористая электроизоляционная керамика выполнена в виде цилиндра и размещена с кольцевым зазором по отношению к внутренней поверхности селективной мембраны.

Недостатками известного устройства являются: нестабильность показаний во времени, инерционность, недостаточная чувствительность и низкая точность измерения концентрации водорода, которые являются следствием нестабильности парциального давления паров воды в полости, ограниченной внешней поверхностью керамического чувствительного элемента, соединительного материала и внутренней поверхностью нижней части корпуса, втулки, селективной мембраны и заглушки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство для измерения водорода в жидкостях и газах [патент на полезную модель РФ №90907, МПК G01N 27/417, опубл. 20.01.2010]. Указанное устройство содержит селективную мембрану, вытеснитель, пористую керамику, керамический чувствительный элемент с эталонным электродом, измерительный электрод, герметичную камеру, состоящую из соединенных между собой соединительными каналами рабочей полости и вспомогательной полости, корпус, кремнеземную ткань, соединительный материал, пробку с отверстием, гермоввод, потенциалосъемник, втулку. Вспомогательная полость расположена в корпусе над гермовводом, выполнена герметичной и имеет терморегулируемый нагреватель с системой стабилизации температуры. Полость корпуса между гермовводом и керамическим чувствительным элементом герметична. Керамический чувствительный элемент 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 герметично соединена с внутренней боковой поверхностью корпуса посредством соединительного материала. Эталонный электрод расположен в полости, образованной внутренней поверхностью керамического чувствительного элемента и поверхностью пробки. Наружная сферическая часть керамического чувствительного элемента покрыта тонким слоем пористого платинового измерительного электрода. Конец центральной жилы потенциалосъемника выведен через отверстие в пробке в объем эталонного электрода. Втулка соединена с нижней частью корпуса. Нижний конец втулки имеет дно с центральным отверстием, к которому прикреплена селективная мембрана. Нижний свободный конец селективной мембраны герметично закрыт заглушкой. Рабочая полость выполнена герметичной. Вытеснитель выполнен в виде цилиндра и размещен с кольцевым зазором по отношению к внутренней поверхности селективной мембраны. Керамический чувствительный элемент и селективная мембрана снабжены общим нагревателем с системой стабилизации температуры.

Недостатками известного устройства являются высокая инерционность, низкая точность, чувствительность и стабильность показаний, вследствие неспособности устройства быстро изменять и стабилизировать соотношения водорода и водяного пара в рабочей камере в зависимости от концентрации водорода в анализируемой среде и поддерживать его с достаточной степенью точности в результате удаленности рабочей и вспомогательной полостей друг от друга, нестойких по отношению к пароводородной среде материалов вспомогательной полости и соединительных каналов, недостаточно развитой площади поверхности селективной мембраны.

Задачей изобретения является упрощение конструкции твердоэлектролитного датчика концентрации водорода в газовых средах, заключающейся в объединении рабочей и вспомогательной полостей герметичной камеры в одном объеме, исключающем соединительные трубопроводы, изготовление конструкционных элементов рабочей и вспомогательной полостей из материалов, инертных по отношению к пароводородной среде, или защита этих элементов инертными к пароводородной среде покрытиями.

Технический результат состоит в уменьшении инерционности, увеличении точности, чувствительности и стабильности показаний датчика.

Для решения поставленной задачи и для достижения заявленного технического результата в твердоэлектролитном датчике водорода в газовых средах, содержащем селективную мембрану, керамический чувствительный элемент с эталонным электродом, измерительный электрод, герметичную камеру, состоящую из соединенных между собой рабочей и вспомогательной полостей, корпус, соединительный материал, пробку с отверстием, гермоввод, потенциалосъемцик, втулку. Керамический чувствительный элемент 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 герметично соединена с внутренней боковой поверхностью корпуса посредством соединительного материала. Эталонный электрод расположен в полости, образованной внутренней поверхностью керамического чувствительного элемента и поверхностью пробки. Наружная сферическая часть керамического чувствительного элемента покрыта тонким слоем пористого платинового покрытия, являющимся измерительным электродом. Конец центральной жилы потенциалосъемника выведен через отверстие в пробке в объем эталонного электрода. Втулка соединена с нижней частью корпуса. Нижний конец втулки имеет дно с центральным отверстием, к которому прикреплена селективная мембрана. Нижний свободный конец селективной мембраны герметично закрыт заглушкой.

Керамический чувствительный элемент и селективная мембрана снабжены общим нагревателем с системой стабилизации температуры, предлагается:

- объединить вспомогательную и рабочую полости в одном объеме, ограниченном внешней поверхностью керамического чувствительного элемента, соединительного материала и внутренней поверхностью нижней части корпуса, втулки, селективной мембраны и заглушки, исключив соединительные трубопроводы между ними.

- за счет увеличения площади поверхности селективной мембраны вывести вспомогательную полость из зоны действия основного нагревателя, создав, таким образом, во вспомогательной полости область насыщенную парами воды;

- внутреннюю поверхность элементов полостей выполнить из материалов инертных по отношению к пароводородной среде или защитить их покрытиями инертными но отношению к пароводородной среде;

- вспомогательную и основную полости заполнить инертным по отношению к водороду материалом - вытеснителем;

- снабдить вспомогательную полость камеры термоэлектрическим преобразователем и дополнительным нагревателем с системой стабилизации температуры.

В частных случаях реализации устройства предлагается:

- в качестве соединительного материала использовать ситалл, состоящий из оксида кремния (SiO2) - 25 мас.%, оксида алюминия (Al2O3) - 6 мас.%, оксида бора (В2О3) - 20 мас.%, пероксида цинка (ZnO2) - 10 мас.%, оксида циркония (ZrO2) - 6 мас.%, оксида олова (SnO2)- 6 мас.%, оксида кальция (CaO) - 20 мас.%, оксида натрия (Na2O) - 4 мас.% и оксида калия (K2O) - 3 мас.%.;

- в качестве соединительного материала использовать углеграфитовую прокладку;

- в качестве соединительного материала использовать припой с инертным по отношению к водороду составом;

- керамический чувствительный элемент выполнить из поликристаллического или монокристаллического, по меньшей мере, частично стабилизированного диоксида циркония;

- керамический чувствительный элемент выполнить из поликристаллического или монокристаллического, по меньшей мере, частично стабилизированного диоксида гафния;

- в составе измерительного электрода использовать серебро, палладий, платину, никель или их смеси;

- изготовить конструкционные элементы рабочей и вспомогательной полостей из никеля, или защитить эти элементы химически стойкими пленками из серебра, палладия, платины, никеля или их сплавов;

- внутренний объем герметичной камеры, состоящей из основной и вспомогательной полостей, заполнить низко пористым инертным по отношению к водороду материалом.

Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой представлено продольное осевое сечение датчика. На фигуре приняты следующие обозначения: 1 - втулка; 2 - вытеснитель; 3 - гермоввод; 4 - дополнительный нагреватель; 5 - заглушка; 6 - измерительный электрод; 7 - керамический чувствительный элемент; 8 - корпус; 9 - нагреватель; 10 - потенциалосъемник; 11 - пробка; 12 - селективная мембрана; 13 - соединительный материал; 14 - термоэлектрический преобразователь; 15 - эталонный электрод.

Твердоэлектролитный датчик водорода в газовых средах содержит селективную мембрану 12, керамический чувствительный элемент 7 из твердого электролита, эталонный электрод 15, размещенный в полости керамического чувствительного элемента, измерительный электрод 6, нанесенный на наружную поверхность керамического чувствительного элемента 7, герметичную камеру, состоящую из соединенных между собой рабочей полости и вспомогательной полости, корпус 8, соединительный материал 13, пробку 11, имеющую отверстие и перекрывающую поперечное сечение полости керамического чувствительного элемента 7, гермоввод 3, расположенный герметично внутри корпуса 5 над керамическим чувствительным элементом 7, потенциалосъемником 10, цилиндрической втулкой 1.

Керамический чувствительный элемент 7 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 7 герметично соединена с внутренней боковой поверхностью корпуса 7 посредством соединительного материала 13.

Материалы корпуса 5 керамического чувствительного элемента 4 и соединительного материала 12 имеют близкий коэффициент температурного расширения, что позволяет сохранять работоспособность датчика при скоростях изменения температур (термоударах) в исследуемой среде до 100°С/с в диапазоне температур 300-650°С.

Эталонный электрод 15 расположен в полости, образованной внутренней поверхностью керамического чувствительного элемента 7 и поверхностью пробки 11, и занимает, по меньшей мере, ее часть.

На наружную сферическую часть керамического чувствительного элемента 7 нанесен тонкий слой токопроводящего покрытия из благородного металла, являющегося измерительным электродом 6. Потенциалосъемник 10 выведен через отверстие в пробке 11 в объем эталонного электрода 15. Втулка 1 соединена с нижней частью корпуса 8. Нижний конец втулки 1 имеет дно с центральным отверстием, к которому прикреплена селективная мембрана 12. Нижний свободный конец селективной мембраны 12 герметично закрыт заглушкой 5. Керамический чувствительный элемент 7 и селективная мембрана 12 снабжены общим нагревателем с системой стабилизации температуры. Вспомогательная и рабочая полости объединены в одном объеме, ограниченном внешней поверхностью керамического чувствительного элемента 7, соединительного материала 13 и внутренней поверхностью нижней части корпуса 8, втулки 1, селективной мембраны 12 и заглушки 5. Вспомогательная полость выведена из зоны действия основного нагревателя с образованием во вспомогательной полости области насыщенной парами воды, причем вспомогательная полость оборудована термоэлектрическим преобразователем 14 и дополнительным нагревателем 4.

Вытеснитель 2 уменьшает паразитный объем внутри селективной мембраны 12, что приводит к уменьшению инерционности датчика и упрочнителя селективной мембраны 12 против внешних давлений, воздействующих на ее поверхность.

Твердоэлектролитный датчик концентрации водорода в газовых средах работает следующим образом.

Принцип действия датчика основан на использовании электрохимического метода определения концентрации кислорода с использованием твердоэлектролитного чувствительного элемента.

При размещении датчика в исследуемой среде водород, содержащийся в среде, через селективную мембрану 12 датчика водорода обратимо диффундирует в рабочую и вспомогательную полости (область, ограниченная внешней поверхностью керамического чувствительного элемента 7, соединительного материала 13 и внутренней поверхностью нижней части корпуса 8, втулки 1, селективной мембраны 12 и заглушки 5), изменяя ЭДС датчика.

ЭДС датчика возникает за счет разности парциальных давлений кислорода на электродах гальванического концентрационного элемента, схема которого может быть представлена в виде:

Ме|эталонный электрод 15 ||ZrO2·Y2O3|| измерительный электрод 6|H2O, Н2| селективная мембрана 12| среда.

Рабочая полость имеет фиксированное парциальное давление паров воды и функционирует как преобразователь термодинамического потенциала водорода в окислительный потенциал пароводородной смеси на измерительном электроде 6.

Результирующая ЭДС является функцией давления водорода и записывается следующим образом:

E = E 0 − R ⋅ T n ⋅ F ln P H 2 O P H 2 ,

где: Т - температура, К; R - универсальная газовая постоянная; F - число Фарадея; n - число электронов, участвующих в реакции; P H 2 O - парциальное давление паров воды в пароводородной камере; P H 2 - парциальное давление водорода в исследуемой среде.

Вывод электрического сигнала для подачи его на вторичную аппаратуру обеспечивается потенциалосъемником 10. Изменение концентрации водорода в контролируемой среде приводит к изменению величины электрического сигнала, что позволяет осуществлять непрерывный его съем и обработку.

Для обеспечения стабильности парциального давления паров воды внутри вспомогательной полости поддерживается известная концентрация насыщенных паров воды, концентрация насыщения контролируется с помощью термоэлектрического преобразователя 14.

Инерционность датчика связана с проницаемостью водорода через селективную мембрану 12 и может быть оценена с помощью времени запаздывания сигнала:

τ з а п ~ d V S D ,

где d - толщина селективной мембраны 12; D - коэффициент диффузии водорода в материале селективной мембраны 12, S - площадь поверхности селективной мембраны 12 и V - ее внутренний объем.

Для уменьшения инерционности датчика объем, ограниченный внутренней поверхностью селективной мембраны 12, заполняется вытеснителем 2, что приводит к увеличению отношения площади поверхности селективной мембраны (S) к ее внутреннему объему (V) и уменьшению паразитного объема.

Одновременно, такое размещение вытеснителя 2 приводит к упрочнению конструкции против внешних давлений, действующих на поверхность селективной мембраны 12.

Пример конкретного выполнения датчика

Втулка 1 и заглушка 5 выполнены из никеля НПО.

Керамический чувствительный элемент 7 выполнен из частично стабилизированного диоксида циркония и выступает за пределы корпуса на расстояние 6 мм.

Корпус 8 изготовлен из ферритно-мартенситной стали ЭИ-852. Размеры корпуса 8: диаметр - 15 мм, длина - 220 мм.

Вытеснитель 2 выполнен из γ-Al2O3, его пористость составляет 30%.

Измерительный электрод 6 выполнен из пористого платиносодержащего материала.

В составе гермоввода полезного сигнала 3 использован двухоболочечный кабель типа КНМС 2 С.

Пробка 11 выполнена из диоксида циркония.

Проницаемая по водороду мембрана 12 состоит из одной трубки, выполненной из никеля НМг0.08в. Размеры проницаемой по водороду мембраны: диметр - 6 мм; длина-250 мм, толщина стенки - 0,15 мм.

Соединительный материал 13 представляет собой ситалл, состоящий из оксида кремния (SiO2) - 25 мас.%, оксида алюминия (Al2O3) - 6 мас.%, оксида бора (В2О3) - 20 мас.%, пероксида цинка (ZnO2) - 10 мас.%, оксида циркония (ZrO2) - 5 мас.%, оксида олова (SnO2) - 5 мас.%, оксида кальция (СаО) - 21 мас.%, оксида натрия (Na2O) - 4 мас.% и оксида калия (К2О) - 4 мас.%.

Электрод сравнения 15 выполнен из смеси висмута и оксида висмута.

1. Твердоэлектролитный датчик водорода в газовых средах, содержащий селективную мембрану, керамический чувствительный элемент с эталонным электродом, измерительный электрод, герметичную камеру, состоящую из соединенных между собой рабочей полости и вспомогательной полости, корпус, соединительный материал, пробку с отверстием, гермоввод, потенциалосъемник, втулку, керамический чувствительный элемент, выполненный в виде сопряженных между собой цилиндрического элемента и части сферы, расположенной в нижней части цилиндрического элемента, при этом верхняя часть наружной цилиндрической поверхности керамического чувствительного элемента герметично соединена с внутренней боковой поверхностью корпуса посредством соединительного материала, эталонный электрод расположен в полости, образованной внутренней поверхностью керамического чувствительного элемента и поверхностью пробки, на наружную сферическую часть керамического чувствительного элемента нанесен тонкий слой токопроводящего покрытия из благородного металла, являющегося измерительным электродом, жила потенциалосъемника выведена через отверстие в пробке в объем эталонного электрода, втулка соединена с нижней частью корпуса, нижний конец втулки имеет дно с центральным отверстием, к которому прикреплена селективная мембрана, нижний свободный конец селективной мембраны герметично закрыт заглушкой, керамический чувствительный элемент и селективная мембрана снабжены общим нагревателем с системой стабилизации температуры, отличающийся тем, что вспомогательная и рабочая полости объединены в одном объеме, ограниченном внешней поверхностью керамического чувствительного элемента, соединительного материала и внутренней поверхностью нижней части корпуса, втулки, селективной мембраны и заглушки, вспомогательная полость выведена из зоны действия основного нагревателя с образованием во вспомогательной полости области, насыщенной парами воды, причем вспомогательная полость оборудована термоэлектрическим преобразователем и дополнительным нагревателем.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в качестве соединительного материала использована углеграфитовая прокладка или припой с инертным по отношению к водороду составом.

3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в составе измерительного электрода использовано серебро, палладий, платина, никель или их смеси.

4. Датчик по п.1, отличающийся тем, что керамический чувствительный элемент выполнен из поликристаллического или монокристаллического, по меньшей мере, частично стабилизированного диоксида циркония.

5. Датчик по п.1, отличающийся тем, что керамический чувствительный элемент выполнен из поликристаллического или монокристаллического, по меньшей мере, частично стабилизированного диоксида гафния.

6. Датчик по п.1, отличающийся тем, что на внешней поверхности селективной мембраны выполнена химически стойкая в окислительной среде защитная пленка из палладия.

7. Датчик по п.1, отличающийся тем, что конструкционные элементы рабочей и вспомогательной полостей защищены химически стойкими пленками из серебра, палладия, платины, никеля или их сплавов.

8. Датчик по п.1, отличающийся тем, что конструкционные элементы рабочей и вспомогательной полостей изготовлены из никеля.

9. Датчик по п.1, отличающийся тем, что внутренний объем герметичной камеры заполнен низкопористым, инертным по отношению к водороду материалом.



 

Похожие патенты:

Чувствительный элемент электрохимического датчика водорода в газовых смесях. Может быть использован для измерения концентрации водорода в воздухе и в инертном газе.

Изобретение может быть использовано для измерения концентрации монооксида углерода в воздухе и в инертном газе. Чувствительный элемент электрохимического датчика монооксида углерода в газовых смесях выполнен в виде таблетки из твердого оксидного электролита, на одну из поверхностей таблетки припечен электрод сравнения, на противоположную - измерительный электрод, при этом твердый оксидный электролит выполнен на основе оксида церия состава Ce0.8(Sm0.8Ca0.2)0.2O2, электрод сравнения выполнен из манганита лантана-стронция состава La0.6Sr0.4MnO3, а измерительный электрод - из оксида цинка ZnO.

Использование: для контроля заполнения сорбентом кулонометрических чувствительных элементов после их изготовления или регенерации. Сущность: заключается в том, что с целью улучшения качества контроля заполнения сорбентом чувствительного элемента после его изготовления или регенерации количество сорбента определяют периодом времени активного поглощения влаги этим сорбентом без воздействия на электроды элемента постоянного напряжения.

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

Изобретение относится к газовым датчикам, используемым во многих областях техники для удовлетворения растущих требований по экологии и безопасности. .

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

Изобретение относится к аналитической технике, в частности к твердо-электролитным датчикам для анализа газовых сред. .

Изобретение относится к технике газового контроля и может быть использовано для калибровки газоанализаторов фтористого водорода. .

Изобретение относится к устройствам для непрерывного измерения молекулярного кислорода в потоках газа технологической цепочки. .

Изобретение относится к области сенсорных элементов, а точнее к датчикам газового состава атмосферы. .

Изобретение относится к измерительной технике. Твердоэлектролитный датчик концентрации кислорода в газовых средах содержит керамический чувствительный элемент (3), герметично размещенный в металлическом корпусе (4), электрод сравнения (8), потенциалосъемный вывод (5), измерительный электрод (2), нанесенный на внешнюю часть керамического чувствительного элемента (3). Измерительный электрод (2) представляет собой двухслойное токопроводящее покрытие, первый слой состоит из смеси порошка благородного металла и диоксида циркония, второй состоит из порошка благородного металла. Керамический чувствительный элемент (3) выполнен из твердого электролита в виде сопряженных между собой цилиндрического элемента и части сферы. Верхняя наружная цилиндрическая поверхность керамического чувствительного элемента (3) соединена с внутренней боковой поверхностью корпуса (4) посредством соединительного материала (7). Керамический чувствительный элемент (3) дополнительно снабжен пробкой (6) из оксида металла с отверстием, перекрывающей поперечное сечение полости керамического чувствительного элемента (3). Электрод сравнения (8) расположен в полости, образованной внутренней поверхностью керамического чувствительного элемента (3) и поверхностью пробки (6), занимает ее часть и контактирует с внутренней частью сферы и, по меньшей мере, с частью внутренней цилиндрической поверхности керамического чувствительного элемента (3). Электрод сравнения (8) состоит из нижнего и, по меньшей мере, одного последующего слоя, обращенный в сторону части сферы свободный конец потенциалосъемного вывода (5) выведен в объем электрода сравнения (8) через отверстие в пробке (6), при этом обеспечен электрический контакт между потенциалосъемным выводом (5) и нижним слоем электрода сравнения (8). Обращенный в сторону части сферы свободный конец потенциалосъемного вывода (5) выведен в объем электрода сравнения (8) через отверстие в пробке (6). При этом обеспечен электрический контакт между потенциалосъемным выводом (5) и нижним слоем электрода сравнения (8). По меньшей мере, часть сферы керамического чувствительного элемента (3) выступает за пределы корпуса (4). Материалы корпуса (4), керамического чувствительного элемента (3) и соединительного материала (7) имеют близкий коэффициент температурного расширения. Свободная часть корпуса (4) соединена с гермовыводом полезного сигнала (1) с помощью сварки, полость, образованная керамическим чувствительным элементом (3), корпусом (4) и гермовыводом полезного сигнала (1), является герметичной по отношению к внешней среде. Изобретение обеспечивает возможность расширения области применения и уменьшения стоимости датчика. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение направлено на возможность измерения горючего газа в смеси с азотом или другим инертным газом. Способ заключается в том, что в поток анализируемого горючего газа помещают электрохимическую ячейку с полостью, образованной герметично соединенными между собой двумя дисками из твердого электролита, на противоположных поверхностях одного из которых расположена пара электродов, к электродам подают напряжение, необходимое для получения предельного тока, протекающего через ячейку, по величине которого определяют концентрацию горючего газа в анализируемой газовой смеси. При этом используют ячейку с полостью, образованной дисками из кислородпроводящего твердого электролита с электродами из каталитического материала, для получения предельного тока к электродам подают напряжение постоянного тока в пределах 300-500 мВ с подачей положительного полюса на электрод, находящийся внутри ячейки, и по величине возникающего при этом предельного тока определяют концентрацию горючего газа в анализируемой газовой смеси. Изобретение обеспечивает возможность достаточно просто и надежно измерить содержание различных горючих газов в смеси с азотом. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электрохимическим устройствам с твердым оксидным электролитом и может быть использовано в качестве кислородного электрода в электрохимических датчиках кислорода, работающих в окислительных средах в интервале температур 700-1000°C. Согласно изобретению, материал содержит оксид иттрия, оксид кальция, оксид хрома и оксид кобальта при следующих соотношениях по формуле: Y1-xCaxCr1-yCoyO3, где x=0,1; y=0,4. Максимальная электропроводность материала достигается при температуре от 700°C до 1000°C. Повышение электропроводности материала указанного состава, является техническим результатом изобретения. 2 табл.

Изобретение относится к датчикам выхлопных газов. Датчик (100, 200) выхлопных газов сконфигурирован для определения концентрации кислорода или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси в составе выхлопных газов. Датчик выхлопных газов содержит чувствительный элемент (10) и реакционный слой (20) для марганца. Чувствительный элемент определяет концентрацию кислорода или соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси. Реакционный слой для марганца нанесен, по меньшей мере, на часть чувствительного элемента и образован веществом, содержащим элемент, который образует сложный оксид, содержащий марганец, в ходе реакции с оксидом марганца в составе выхлопных газов. Датчик выхлопных газов сконфигурирован для определения концентрации кислорода или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, который работает на топливе с содержанием Mn выше 20 ppm. Техническим результатом является обеспечение возможности эффективно предотвращать задержку сигнала датчика, а следовательно, повышение точности определения концентрации кислорода. 7 з.п. ф-лы, 15 ил., 2 табл.

Датчик (100) отработавших газов выполнен с возможностью измерения концентрации кислорода или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания. Датчик отработавших газов включает чувствительный элемент (10) и стеклянное пленочное покрытие (20). Чувствительный элемент выполнен с возможностью измерения концентрации кислорода или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси в датчике отработавших газов. Стеклянное пленочное покрытие (20) сформировано, по меньшей мере, на части поверхности чувствительного элемента и способно к поглощению компонента с Mn, содержащегося в отработавших газах, при температуре 700°C. В двигателе внутреннего сгорания используют топливо, имеющее концентрацию Mn свыше 20 ppm. Изобретение обеспечивает возможность снижения задержки сигнала датчика за счет предотвращения режима накопления кислорода. 4 з.п. ф-лы, 9 ил., 2 табл.

Изобретение относится к устройству для определения концентрации газа, которое способно получать точную концентрацию оксида серы (SOX), содержащуюся в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания. Устройство для определения концентрации газа включает в себя элемент определения концентрации газа и электронный блок управления. Элемент определения концентрации газа включает в себя первый электрохимический элемент. Электронный блок управления сконфигурирован для определения концентрации оксида серы, содержащегося в исследуемом газе, на основе первого определенного значения, согласованного с током, текущим через первый электрохимический элемент, полученного, когда первое заданное напряжение приложено к первому электрохимическому элементу. Первое заданное напряжение представляет собой напряжение, при котором вода и оксид серы, содержащиеся в исследуемом газе, разлагаются на первом электроде первого электрохимического элемента. Изобретение обеспечивает создание устройства для определения концентрации газа, которое способно определять концентрацию оксида серы, содержащегося в выхлопных газах, являющихся исследуемым газом, с высокой степенью точности при использовании газоанализатора предельного тока. Изобретение обеспечивает создание устройства для определения концентрации газа, которое способно определять концентрацию оксида серы, содержащегося в выхлопных газах, являющихся исследуемым газом, с высокой степенью точности при использовании газоанализатора предельного тока. 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в газоанализаторах при контроле инертных газов по кислороду. Предложено ввести дополнительную термопару в газоанализатор, использующий ПТЭЯ для измерения концентрации кислорода в инертных газах и азоте. Дополнительная термопара своим спаем установлена рядом с закругленной частью пробирки ПТЭЯ, а электрически соединена последовательно с термопарой, установленной по центру возле наружного электрода ПТЭЯ. Технический результат – устранение термоЭДС ПТЭЯ. 1 ил.

Изобретение относится к области газового анализа. Способ измерения содержания углекислого газа в азоте согласно изобретению заключается в том, что в поток анализируемого газа помещают электрохимическую ячейку с полостью, образованной двумя дисками из протонопроводящего твердого электролита состава La0,9Sr0,1ΥΟ3-σ, на противоположных поверхностях одного из дисков расположены электроды, на которые подают напряжение постоянного тока в пределах 400-500 мВ с подачей отрицательного полюса на внутренний электрод, посредством чего осуществляют электролиз паров воды, находящихся в анализируемом газе, и накачку полученного в результате электролиза водорода из потока анализируемого газа в полость ячейки по электрохимической цепи диска с электродами: наружный электрод - твердый электролит - внутренний электрод, в процессе достижения стационарного состояния, когда диффузионный поток продуктов восстановления углекислого газа из полости ячейки станет равным поступающему потоку анализируемого газа, измеряют протекающий через ячейку предельный ток и по величине предельного тока, соответствующего содержанию водорода, потраченного на восстановление углекислого газа, определяют концентрацию углекислого газа в азоте. Изобретение обеспечивает возможность просто и надежно измерять содержание углекислого газа в азоте. 3 ил.

Изобретение относится к технике безопасности на предприятиях, а именно к автоматическим средствам измерения концентрации газов. Техническим результатом является повышение эффективности контроля параметров атмосферы за счет увеличения количества измеряемых значений и снижения их погрешности. Устройство контроля параметров атмосферы, содержащее корпус, дисплей, модуль сбора и обработки информации, содержащий базу предельных значений концентрации опасных газов, модуль измерения газового состава с датчиками опасных газов, звуковую и световую сигнализацию. Корпус выполнен во взрывозащитном исполнении, и устройство дополнительно содержит модуль передачи информации, модуль измерения температуры, давления, влажности, а модуль измерения газового состава снабжен пробоотборным насосом, измерительной камерой и датчиком расхода газовой смеси, передающим сигналы на модуль сбора и обработки информации и контролирующим работу пробоотборного насоса, датчики опасных газов встроены в измерительную камеру. Второй вариант устройства содержит выносной измерительный блок с модулем измерения газового состава и модулем измерения температуры, давления, влажности и работает без пробоотборного насоса. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к метрологии, в частности к средствам контроля газа. Устройство содержит узел передатчика и узел датчика. Узел передатчика содержит дисплей, элемент памяти, процессор, схему расширения, интерфейс источника питания, схему контроля, схему для программирования и тестирования передатчика, схему искрозащиты на базе диода Зенера, интерфейс PCB. Датчик содержит схему памяти, процессор, чувствительные элементы датчика, схему нормирования сигналов. Также устройство содержит схему регулирования питания, снабженную двумя потенциометрами, предназначенными для регулирования высокого и низкого напряжения соответственно. Процессор передатчика выполнен с возможностью сравнения напряжения на датчике с эталонным напряжением для определения необходимости регулирования напряжения на датчике. Также устройство включает усилитель, связанный с датчиком для создания установок усиления, используемых для оптимизации разрешения датчика изменением значения усиления для датчика. Это обеспечивает использование одного датчика для множества различных диапазонов концентрации. Технический результат - обеспечение увеличенного диапазона изменения чувствительности. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 21 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2014-11-27 2014-11-26T19:08:00
Наверх