Электрохимическая ячейка для измерения концентрации кислорода Советский патент 1983 года по МПК G01N27/46 

/

1 Jfнtfuщa „ у , /,, I

т ;..., .:.. V - .:.- ..

цДашЬа

вдТ

.

о / U

I -У .- .

L II в « . «(fftrfftri

и

VV I V

, - с i.

UccJieS. гал

-{

Изобретение относится к аналитическому приборостроению. Датчик может быть использован для измерения концентрации кислорода и кислородсодержащих соединений в газах при . температурах 600 1500°С как в лабораторной практике, так и в промышленности, например, в химической, металлургической, энергетике.

Известны устройства для измерения концентрации кислорода, содержащие твердый трубчатый электролит, открытый с одного конца и закрытый с другого, и внутри его расположена трубка из огнеупорного материала для введения вовнутрь пробирки из-электролита анализируемого газа. В рабочей зоне с противоположными стенками электролита контактируют два электрода. Внутренняя поверхность трубки и часть внутренней поверхности электролита покрыты катализатором. Катализатор необходим для полного сгорания исследуемого газа. Исследуемый способный к окислению газ в смеси с кислородом подается из вне в рабочую зону ячейки, где сгорает, и на пробирке - датчике фиксируется электродвижущая сила, определяемая парциальным давлением кислорода внутри пробирки и парциальным давлением кислорода в стандартном газе, находящемся

снаружи 1 3

Конструкция устройства имеет следующие недостатки:

ячейка данной конструкции предназначена для анализа только соединений восстановленной формы-,

в устройство необходимо подавать смесь анализируемого газа с кислородом, которую готовят отдельно вне самого устройства, тем самым усложняя технологический путь ввода анализируемого газа в датчик и всю конструкцию в целом-,

устройство для своей работы требует поддержания пониженного давления подаваемого анализируемого газа.

Кроме того, для нормальной работы ячейки рассматриваемой конструкции необходимо обязательное присутствие у внешнего электрода ячейки газа с известным содержанием кислорода, что значительно сужает возможности использования ячейки данной конструкдии.

Поскольку ячейке для работы необходим стандартный газ, которым, как правило, является воздух, то по

ряду причин и, в частности, из-за электролитической проницаемости электролита, ячейка данной конструкции не обеспечит правильное измерение малых концентраций кислорода.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является электрохимическая ячейка для измерения концентрации кислорода, содержащая твердоэлектролитный кислородный насос, выполненный в виде пробирки с расположенными по ее внутренней и внешней поверхностях электродами, подсоединенными к источнику тока,

5 с установленной внутри пробирки соосно с ней твердоэлектролитной трубкой подачи анализируемой среды, снабженная расположенными на внешней и внутренней поверхности электродами подсоединенными к измерителю ЭДС 2 .

Однако изолированное пространство с защи.тным газом между внутренней и внешней пробирками усложняет конструкцию датчика-насоса, так как

требует дополнительных ввода и вывода для защитного газа, тщательной герметизации этого простраенства.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается . тем, что в электрохимической яч.ейке для измеренияконцентрации кислорода содержащей твердоэлектролитный кисло- родный насос, выполненный в виде пробирки с расположенными на ее внутренней и внешней поверхностях электродами, подсоединенными к источнику тока, с установленной внутри 0 пробирки соосно с ней твердоэлектро, литной трубкой.подачи анализируемой среды, снабженной расположенными на внешней и внутренней поверхностях .. электродами, подсоединенными к измез рителю ЭДС, электроды кислородного насоса установлены между измерительными электродами и выходным торцом трубки подачи анализируемого гаЗа, а внутренняя полость пробирки кислоQ родного насоса разделена пористой перегородкой, установленной между измерительными электродами и электродами кислородного насоса.

На чертеже изображена электрохимид-ческая ячейка для измерения концентрации кислорода.

В пробирке 1 из твердого окисного электролита соосно расположена трубка 2, также изготовленная из твердого окисного электролита. На обеих ст0 ронах пробирки и трубки имеются элек троды 3 и 4. Трубка закреплена в пробирке с помощью пористой диафрагмы 5. К электродам трубки подсоединен источник 6 постоянного тока, а к электродам трубки - вольтметр Анализируемый газ подают через расходомер 8 в трубку-датчик 2. Газ через трубку-датчик попадает во внутреннее пространство пробирки-насоса , 1, в - котором содержание кислоро да изменяется благодаря пропусканию через электроды 3 электрического тока от внешнего источника 6. Затем анализируемый газ с измененным содер жанием кислорода через диафрагму 5 пoпaдaet на внешний электрод трубкидатчика 2, в результате чего на элек тродах возникает ЭДС, измеряемая прибором 7« Присутствие диафрагмы 5 обязатель но в предлагаемой конструкции ячейки так как анализируемый газ, поступая на внешний электрод трубки-датчика 1 3 через электрохимический насос с измененным содержанием кислорода, должен быть хорошо перемешан, в противном случае возникают дополнительные ошибки в оценке концентрации кислорода, а измеряемая ЭДС становится.весьма неустойчивой во времени. Кроме того, присутствие диафрагмы позволяет стабилизировать скорость потока анализируемого газа через ячейку, что также способствует более точному анализу. Наконец, диафрагма является элементом конструкции, закрепляющим датчик-трубку в пробирке. При изготовлении ячейки в качестве материала диафрагмы использовали спеченный глинозем с общей пористостью kQ-6Q%, поры в котором были расположены хаотично. Диаметр пор находится в пределах от 0,01 до 0,1 мм. Толщина диафрагмы составляла 10-12 мм. Электрохимическая ячейка для определения концентрации кислорода была изготовлена, испытана в лабораторных условиях и показала следующие результаты, представленные в таблице.

2,5

-||

900