ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК Российский патент 1994 года по МПК G01N27/407 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в качестве датчика в экологических и производственных устройствах сигнализации, контроля и измерения концентраций определенных газов в воздухе, в частности, хлор-газа, сероводорода и других.

Известен электрохимический газовый датчик, входящий в состав сигнализатора и содержащий измерительную ячейку с электролитом с буферным раствором и пару полупогруженных в электролит с буферным раствором электродов, расположенных параллельно основной оси измерительной ячейки и электрически соединенных с первой и второй клеммами датчика соответственно. При этом в крышке измерительной ячейки находятся подводящий и отводящий воздухопроводы, причем подводящий воздухопровод расположен таким образом, что струя исследуемой воздушной смеси попадает на поверхность электролита с буферным раствором между электродами, контролируемый газ насыщает эту поверхность и возникающий в ходе электрохимических процессов разбаланс на электродах фиксируется электронной схемой.

Недостатком известного устройства является пониженная чувствительность из-за шунтирующего действия объемной проводимости электролита с буферным раствором.

Известен электрохимический газовый датчик, который содержит электролит и два электрода с электрическими проводами, расположенными внутри корпуса. Корпус соединен с основанием и имеет защитную крышку с отверстиями для подачи анализируемого газа в рабочую полость, ограниченную корпусом и крышкой. Датчик содержит мембрану, гидрофильный фитиль для подпитки электрода электролитом и крепежные элементы.

Недостатком известного устройства является пониженная чувствительность, обусловленная использованием жидкого электролита.

Целью изобретения является повышение чувствительности.

Электрохимический газовый датчик содержит электролит и два электрода с электрическими проводами. Корпус, внутри которого расположены электролит и два электрода, соединен с основанием. Рабочая полость ограничена корпусом и защитной крышкой с отверстиями для подачи анализируемого газа. Датчик также содержит гидрофильный фитиль для подпитки электродов электролитом, мембрану, крепежные элементы, съемный технологический стакан, клеммы и фиксирующую пробку. Последняя поджимает электролит, расположенный на оси корпуса, выполненного в виде стакана с фланцами с двух сторон и утолщенным дном. В основании корпуса расположены клеммы, которые соединены электрическими проводами с электродами, расположенными на боковой поверхности корпуса, имеющего сквозной радиальный канал, соединяющий рабочую полость с электролитом. Внутри канала расположен гидрофильный фитиль, соединяющий последовательно электролит с электродами и мембраной, расположенной на поверхности одного из электродов. Корпус расположен внутри крышки, выполненной в виде стакана, и неподвижно соединен крепежными элементами с крышкой и с основанием датчика, выполненного в виде кольца с посадочным местом для корпуса. Геометрические размеры технологического стакана таковы, что обеспечивают перекрытие отверстий в крышке при помещении датчика внутрь технологического стакана.

Электролитный элемент выполнен в виде "таблетки" и содержит химические элементы собственно электролита, буферные составляющие и пропитан химическим составом, впитывающим влагу из окружающей газовоздушной смеси (например, хлористым литием LiCl) для поддержания электролита во влажном состоянии. Защитная мембрана выполнена из гигроскопического материала, например, на тканевой натуральной основе. В корпусе расположены каналы для электрических проводов, соединяющих электроды с клеммами.

На фиг.1 приведена конструкция электрохимического газового датчика; на фиг. 2 - радиальное сечение секции в плоскости сквозного радиального канала и цепи подпитки электродов электролитом.

Электрохимический газовый датчик (фиг.1) содержит корпус 1, углубление 2 цилиндрическое с пробкой 3 фиксирующей; крышку 4 защитную с перфорациями 5; основание 6 датчика, стакан 7 технологический; канал 8 сквозной радиальный; каналы 9 вывода электрических проводников; 10 и 11 - электроды первый и второй датчика соответственно; 12 и 13 - клеммы первую и вторую датчика соответственно; элемент 14 электролитный; цепь 15 подпитки электродов электролитом; мембрану 16 защитную; штырь 17 крепежный; электрические провода 18; элементы 19 крепежные. Рабочая полость 20 ограничена корпусом и защитной крышкой.

Химический состав, впитывающий влагу из окружающей газовоздушной смеси (например, хлористый литий LiCl), обеспечивает поддержание во влажном состоянии электролита. Этот электролит посредством цепи 15 подпитки электродов электролитом через канал 8 поступает последовательно к первому 10 электроду и второму 11 электроду, закрытому мембраной 16 защитной, осуществляя смачивание первого 10 электрода, второго 11 электрода и защитной мембраны 16.

Состав электролитного элемента и металл электродов определяются видом контролируемого газа в воздухе. В частности, в электрохимическом датчике избирательно реагирующем на хлоргаз в воздухе электролитный элемент 14 выполнен в виде "таблетки" методом порошкового прессования и содержит 88% порошка KBr (твердого электролита, избирательно реагирующего на хлор-газ), 10% LiCl (для поддержания электролита во влажном состоянии) и 2% порошка уксусной кислоты (буферные составляющие для обеспечения стабильности фона на катоде). Электроды выполнены из никелевых пластин, причем открытый первый 10 электрод имеет большую площадь S₁₀, чем площадь S₁₁ второго 11 электрода, закрытого защитной мембраной 16, т.е. S₁₀ > S₁₁.

Датчик обеспечивает чувствительность 0,05 мг/м³ при анализе хлор-газ. Датчик характеризуется простотой эксплуатации и высокой надежностью.

Использование: для контроля и измерения концентраций определенных газов в воздухе. Сущность изобретения: датчик содержит электролит в виде таблетки и гидрофильный фитиль для подпитки электродов электролитом. Электролит содержит химические элементы собственно электролита, буферные составляющие и пропитан химическим составом, впитывающим влагу из окружающей среды, для поддержания электролита во влажном состоянии. Мембрана, закрывающая один из электродов, выполнена из гигроскопического материала. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК, содержащий электролит и два электрода с электрическими проводами, расположенные в корпусе, соединенном с основанием, защитную крышку с отверстиями для подачи анализируемого газа в рабочую полость, ограниченную корпусом и крышкой, мембрану, гидрофильный фитиль для подпитки электродов электролитом и крепежные элементы, отличающийся тем, что он дополнительно содержит съемный технологический стакан, клеммы и фиксирующую пробку, поджимающую электролит, расположенный на оси корпуса, выполненного в виде стакана с фланцами с двух сторон и утолщенным дном, в основании корпуса расположены клеммы, которые соединены электрическими проводами с электродами, расположенными на боковой поверхности корпуса, имеющего сквозной радиальный канал, соединяющий рабочую полость с электролитом, причем в канале расположен гидрофильный фитиль, соединяющий последовательно электролит с электродами и мембраной, расположенной на поверхности одного из электродов, а корпус расположен в крышке, выполненной в виде стакана, и неподвижно соединен крепежными элементами с ней и с основанием датчика, выполненного в виде кольца с посадочным местом для корпуса, при этом геометрические размеры технологического стакана таковы, что обеспечивают перекрытие отверстий в крышке при помещении датчика в технологический стакан. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что электролит выполнен в виде таблетки и содержит химические элементы собственно электролита, буферные составляющие и химические компоненты, впитывающие влагу из газовой смеси. 3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что мембрана выполнена из гигроскопического материала на тканевой натуральной основе. 4. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в корпусе расположены каналы для электрических проводов, соединяющих электроды с клеммой.