ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИК Российский патент 2003 года по МПК G01N27/407 

Изобретение относится к области измерительной техники, а более конкретно к электрохимическим датчикам для определения концентрации растворенного газа, преимущественно кислорода.

Известен электрохимический датчик растворенного кислорода [1], содержащий катод, анод, камеру для электролита и газопроницаемую мембрану, отделяющую камеру для электролита от исследуемой жидкости. Фланец газопроницаемой мембраны закреплен на торцевой части корпуса посредством кольца и накидной гайки.

Недостатком известного датчика является относительно низкая чувствительность и нестабильность его показаний, обусловленные увеличенным зазором между мембраной и катодом и нестабильностью прижатия мембраны к рабочему участку катода, вследствие изменения ее кривизны из-за выдавливания материала фланца мембраны к ее центру при сборке датчика.

В другом известном датчике растворенного кислорода [2] постоянство зазора между газопроницаемой мембраной и катодом обеспечивается выполнением рисок на рабочей поверхности катода и отверстий, расположенных на его периферии. Под действием внешнего побудителя электролит постоянно протекает в указанном зазоре, обновляя поверхности контакта фаз, что повышает чувствительность датчика.

Данное техническое решение характеризуется сложностью конструктивного выполнения датчика. Необходимость в дополнительном устройстве - внешнем побудителе расхода электролита - ограничивает возможности его применения.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому датчику является электрохимический датчик для определения концентрации веществ в растворах [3], содержащий корпус, заполненный электролитом, в котором расположены индикаторный электрод, смонтированный в цилиндрическом изоляторе, и сравнительный электрод, соединенные с источником поляризующего напряжения и регистрирующим прибором.

На торце датчика закреплены посредством резинового кольца две находящиеся в контакте между собой газопроницаемые мембраны, одна из которых контактирует также с индикаторным электродом (катодом), а другая, выполненная из материала природного происхождения (стенка рыбьего воздушного пузыря, кишки овцы и т.п.), - с исследуемой средой.

Наличие в датчике-прототипе [3] газопроницаемой пленки (мембраны), размещенной между рабочей поверхностью катода и наружной мембраной, позволяет обеспечить фиксированный зазор между указанными элементами датчика, а также присутствие тонкого слоя электролита на рабочей поверхности катода на протяжении всего срока службы датчика.

Недостатком известного датчика является большая погрешность при измерениях малых концентраций растворенного газа, например кислорода, обусловленная в значительной степени так называемым нулевым током, который определяется поступлением к катоду датчика кислорода, растворенного в электролите.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения малых концентраций растворенного газа.

Указанный технический результат достигается тем, что в электрохимическом датчике, содержащем корпус, камеру для электролита, в которой размещены анод и катод, смонтированный в изоляторе цилиндрической формы, и две контактирующие одна с другой газопроницаемые мембраны, первая из которых находится в контакте с рабочей поверхностью катода, а вторая - с контролируемой средой, согласно изобретению первая газопроницаемая мембрана закреплена на боковой поверхности изолятора с образованием кольцевого капиллярного канала для прохода электролита.

Кроме того, конец изолятора, на котором расположен катод, выполнен большего диаметра, чем остальная часть изолятора.

Охарактеризованное указанными выше существенными признаками изобретение на дату подачи заявки неизвестно в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия "новизна".

Изобретение может быть реализовано промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия "промышленная применимость".

Заявителем не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого изобретения, характеризующие форму выполнения связи газопроницаемой мембраны с изолятором, в связи с чем можно сделать вывод о соответствии условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен общий вид предлагаемого датчика, продольный разрез.

Электрохимический датчик содержит корпус 1, камеру 2 для электролита, в которой размещены анод 3 и катод 4, смонтированный в стеклянном изоляторе 5 цилиндрической формы с утолщением 6 на конце.

Датчик снабжен двумя газопроницаемыми мембранами 7 и 8.

Мембрана 8 является элементом конструкции камеры 2 для электролита и изолирует камеру от контролируемой среды. Мембрана 7, контактирующая одной своей поверхностью с мембраной 8, а другой - с рабочей поверхностью катода 4, плотно прижата к боковой поверхности стеклянного изолятора 5 и охватывает последний с образованием между ними кольцевого капиллярного канала для прохода электролита к рабочей поверхности катода 4.

Выполнение изолятора 5 с увеличенным диаметром на конце упрощает фиксацию мембраны 7 на боковой поверхности изолятора 5.

Электрохимический датчик работает следующим образом.

Кислород (или другой растворенный газ) из контролируемой среды диффундирует через газопроницаемые мембраны 8 и 7 и тонкий слой электролита к рабочей поверхности катода 4, где происходит его электрохимическое восстановление.

Возникающий в результате этого электрический ток регистрируется измерительным прибором (не показан).

По величине тока судят о концентрации растворенного кислорода.

Благодаря тому, что кислород, растворенный в электролите, диффундирует к поверхности катода 4 через достаточно протяженный кольцевой капиллярный канал между боковой цилиндрической поверхностью изолятора 5 и охватывающей его мембраной 7, величина тока, обусловленная поступлением кислорода из электролита, существенно меньше, чем в прототипе.

Этому же способствует выполнение конца 6 изолятора 5 большего диаметра, чем остальная его часть, что, во-первых, удлиняет канал, по которому диффундирует к катоду 4 кислород, растворенный в электролите, а, во-вторых, увеличивает торцевую поверхность изолятора 5, контактирующую с мембраной 7, т. е. площадь диффузионного контакта с контролируемой средой, что повышает чувствительность датчика и уменьшает время его реакции.

Таким образом, указанное выполнение внутренней газопроницаемой мембраны, охватывающей изолятор с образованием кольцевого капиллярного канала для прохода электролита, а также форма выполнения изолятора уменьшают погрешность измерения малых концентраций растворенного газа, а следовательно, повышают точность измерения контролируемых параметров среды.

Источники информации
1. Патент США 3785948, МПК G 01 N 27/46, опубл. 1974г.

2. Авторское свидетельство СССР 1193561, МПК G 01 N 27/28, опубл. 1985г.

3. Патент СССР 1034618, МПК G 01 N 27/30, опубл. 1983г. - прототип.

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к электрохимическим датчикам для определения концентрации растворенного газа, преимущественно кислорода. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения малых концентраций растворенного газа. Электрохимический датчик содержит корпус, камеру для электролита, в которой размещены анод и катод, смонтированный в изоляторе цилиндрической формы, и две контактирующие одна с другой газопроницаемые мембраны, первая из которых находится в контакте с рабочей поверхностью катода, а вторая - с контролируемой средой. Согласно изобретению первая газопроницаемая мембрана закреплена на боковой поверхности изолятора с образованием кольцевого капиллярного канала для прохода электролита. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электрохимический датчик, содержащий корпус, камеру для электролита, в которой размещены анод и катод, смонтированный в изоляторе цилиндрической формы, и две контактирующие одна с другой газопроницаемые мембраны, первая из которых находится в контакте с рабочей поверхностью катода, а вторая - с контролируемой средой, отличающийся тем, что первая газопроницаемая мембрана закреплена на боковой поверхности изолятора с образованием кольцевого капиллярного канала для прохода электролита. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что конец изолятора, на котором расположен катод, выполнен большего диаметра, чем остальная часть изолятора.