Электрод сравнения электрохимического датчика кислорода

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (»928218 (61) Дояолнительное к авт. свид-ву (5I)М. Кл.

{22) Заявлено 07. 07.80 (21) 2952396/18-25 с присоединением заявки М

G 01 N 27/46

Гааударстесииый кеиитет

СССР ао делам изабретеиий и етнрытий (23) Приоритет

Опубликовано 15.05 ° 82. 61оллетень И 18 (53) УДК 543. ,274(088.8) Дата опубликования ояисания 18.05.82 (72) Авторы изобретения

Н.С. Забейворота, А.А. Лыкасов и Г.Г. Миха

Челябинский политехнический институт им. Л, pс) комсомола 4 Ь» (71). Заявитель (54) ЭЛЕКТРОД СРАВНЕНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО

ДАТЧИКА КИСЛОРОДА

Изобретение относится к аналити= ческому приборостроению и может использоваться в устройствах электрохимического определения кислорода в расплавленных. металлах.

Известна конструкция электрода сравнения датчика активометра для определения содержания кислорода в стали, включающая в себя твердый электролит, эталонное вещество и токосъемник (11.

Недостатком данного электрода сравнения является то, что имеюцийся электрод сравнения не дает требуемой точности анализа.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является электрод сравнения электрохимического датчика, содержащий многофазную систему, одной из фаз которой является железо (2)Недостатком такого электрода сравнения является то, что свойства эта- лонной многофазной системы могут необратимо изменяться при изменении окислительного потенциала среды, в которой он находится, что приведет к большим погрешностям при измерении содержания кислорода в расплаве.

Цель изобретения — повышение точности определения кислорода.

Поставленная цель достигается тем, что в электроде сравнения электрохимического датчика кислорода, содержащий многофазную систему, одной из фаз,которой является железо, в качестве дополнительных фаз исполь3oваны ванадит железа и окись ванадия, составляющие с железом равновесную систему..

На фиг. 1 приведена интересующая нас часть фазовой диаграммы состояний Fe-V-О. На фазовой диаграмме обозначены области сосуществования равновесных фаз. Интересуюц1ая нас oGласть I отвечает равновесию трех фазванадита железа FeU(104, окиси ванадия

Vg0 у и железа Fe.

92821

Окислительный потенциал смеси

FeV@04-V 0 -Fe в области 1 не зависит от валового состава смеси, например окислительные потенциалы веществ составы которых соответствуют фигуративным точкам 1 2, 3, диаграммы, одинаковы, Согласно правилу фаз для трехкомпонентной системы Fe-Ч"О, имеющей три конденсированные фазы Ге; V A>, FeVQ< находятся в равновесии,с газовой фазой, число степеней свободы равно

С = К- ф+2= 3- 4+2=1 с где С вЂ” число степеней свободы — наэыьается число независимых параметров (Р, Т состав), которыми однозначно определяется состояние системы при равновесии, или, иначе говоря, число параметров, которые можно менять в определенных пределах бвз изменения числа и природы фаз;

Ф - число фаз.

Таким образом, для предлагаемого эталонного вещества число степеней свободы С = 1. Это означает, что пои заданной температуре (Т = Const) окислительный потенциал вещества(равновесное давление кислорода} будет постоянным независимо от его валового состава..

Однако наиболее технологичным является эталонное вещество, содержащее, мас.4:

Железо (Fe) 5-90

Ванадит железа (FeVg04) 5-90

Окись ванадия (V О )

Остальное

Это позволяет всегда получить трехфазную равновесную смесь, даже в случае окисления эталонного вещества остаточным кислородом, адсорбированным на материалах датчика. Удобнее всего эталонное вещество изготовить

45 из простых веществ: металлического железа, окиси железа (FeqO ) и окиси ванадия (V<0>). Их количество можно рассчитать по формулам;

4Feg0g = 0,2343Ь

ZV„О = d+0 68Ü, где а, Ь, d содержания в массовых. процентах соответственно Fe ЕеУ004 и V/0 gi

Эти формулы легко получить если учесть, vxo FeVq04 содержит: Fe

0,0857b; F 0> 0,2343Ь и ЧОО 0,68b.

8 4

Изготовление эталонного вещества проводят следующим образом„

Взвешивают в соответствующих пропорциях порошки Ге и Fe 10 и V Î и тщательно усредняют в ступке, затем прессуют в таблетки и производят спекание сначала в вакууме

10 мм рт.ст. при 1000» 1100оС 2530 ч и окончательно в атмосфере очи HHoIo аргона при 1600 С 3-4 ч. В ,результате протекания твердофаэной реакции образуется вещество, содержащее три находящиеся в равновесии фазы Fe, FeV 04 и V<0>. Окислительный потенциал предлагаемого эталонного вещества при температурах сталеваре«ния близок к окислительному потенциалу стали.

На фиг. 2 приведена зависимость

ЭДС датчика от активности кислорода в стали при Т = 1600 С для разных электродов сравнения.

Из фиг. 2 следует, что при T =

1600оС ЭДС датчика активометра с предлагаемым электродом сравнения в широком интервале активностей кисло.рода (0,1-0,0024) близка к нулю.

На фиг. 3 показана схема электрода сравнения электрохимического датчика содержания кислорода.

Электрод сравнения содержит корпус 1, твердый электролит 2, эталонное вещество 3, токосъемник 4, засыпку иэ А0 0 5, огнеупорный цемент 6.

В корпус 1 из огнеупорного материала закрепляется твердый электролит 2.

В полость корпуса-засыпается эталонное вещество 3, в которое погружается токосъемник 4 из тугоплавкого материала, например иэ молибдена. Свободная часть в полости корпуса над эталонным веществом заполняется прокаленной окисью алюминия 5 и закрыта огнеупорным цементом 6.

Электрод сравнения электрохимического датчика позволяет повысить

;точность измерений активности кислорода в расплавленной стали с содержанием 0,1-0,0024 на 304 по сравнеЕ, нию с применяемыми смесями Cr и Cr O> и Ио, ИоО . В металлургии стали это способствует более эффективному ведению процесса и рациональному использованию элементов раскислителей и легирующих элементов.

Эталонное вещество используется в активометрах для исследования процессов раскисления железа ванадием, хромом, алюминием, ниобием,танталом, 92821 а также испытано на предмет эталонного вещества при электрохимическом раскислении, Формула изобретения

Электрод сравнения электрохимического датчика кислорода, содержащий многофазную систему, одной из фаз в которой является железо, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения кисло8 6 рода, в качестве дополнительных фаз использованы ванадит железа и окись ванадия, составляющие с железом равновесную систему.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Явойский В.И., Лузгин В.П., Виакарев А.ф. Окисленность стали и методы ее контроля. И., !Металлургия", 1970, с. 287.

2. Патент Великобритании

W 1352743, кл. G 01 11 27/30, опублик, 08.05.74 (прототип).

928218

Составитель Г. Боровик

Редактор В. Бобков Техред E. Харитончик

Корректор Г. Огар

Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3227/55

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