Электрохимический датчик кислорода Советский патент 1984 года по МПК G01N27/46 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано при непрерывном измерении кислорода в газах и расплавленньп ; металлазс. Известен датчик кислорода, содержащий пробирку из твердого электролита, обладающего ионной проводимо с ть го f эталонный электрод, выпол ненный из смеси порошков - металлического никеля и его оксида, BiiyTренний и наружный токосъемники JT . Недостатком датчика является то что в ходе его эксплуатации происходит спекание порошка эталонного электрода,что ведет к нарушению электрического контакта между эталонным электродом и внутренней,поверхностью твердоэлектролитной про бирки. Это, в свою очередь, ведет к резкому росту внутреннего сопротивления датчика и снижает значител но точность измерения. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электрохимический датчик кислорода содержащий герметично закрытый контейнер из твердого электролита с ионной проводимостью, с распело-, женным внутри него эталонным электродом с токосъемником и измерительным электродом с токосъемником размещении; на наружной стороне кон тейнера 2 . Недостатком известного датчика является его малый срок службы (1-2 теплосмены) вследствие того, что толстостенный твердоэлектролитный контейнер обладает низкой термостойкостью и выдерживают не боле 1-2 циклов нагрев - охла} ление. Эта лонный электрод, меняя свое агрега ное состояние (расплав-слитокI, ра рушает изнутри контейнер из твердо го электролита вследствие различия коэффициентов линейного расширения что также ведет к выходу измерител из строя и его механическому разру шению. Кроме того, датчик обладает невысокой точностью измерения вслед ствие того, что внутреннее сопроти ление датчик определяется толщиной стенки контейнера и может достичь величины в сотни кОм, Целью изобретения является шение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в электрохимическом датчике кислорода, содерхсащем контейнер из твердого электролита с ионной проводимостью, с расположенными вну ри него эталонным электродом с токо съемником и измерительным электродом с токосъегчником, размещенным на наружной стороне контейнера, на вн реннюю поверхность контейнера из твердого электролита дополнительно нанесен слойнепрокаленного шликера, из твердого электролита, а в состав эталонного электрода дополнительно введены металл, его оксид и крошка твердого электролита, при следу1ацих количественных соотношениях коьФю- нентов, мае.%: Крошка30,5-31,5 Оксид мет;.-лла 7, 5-16; О МеталлОстальное, причем тольдана слоя непрокаленного шликера равна толщине стенки JCOHтейнера из твердого электролита. Содержание оксида металла в пределах 7,5--16,0 является оптт-мальНБП 1, так как обеспечивает быстрое установление равновесного кислородного потенциала на электроде. Увеличение содержания более 7,5 может привести к пре)х,цевременному ВЕДХоду из строя датчика, так как большинство расплавленных оксидов быстро пропитывают твердый электролит, что приводит к появлению электронной составля;. проводимости у электролитов . Содержание крошки твердого электролита меньше указанного нижнего предела снижает ее эффективность как средства, воспринима}ощего термомеханические на.грузки, а ее содержание вьш:е верхнего предела значительно увеличива€:т объем эталонного электрода, что при наличии температурного градиента приводит к появлению допрлнительной ошибки измерения „ На чертеже схематически изображен предлагаемый электрохимический датчик кислорода. Датчик содержит контейнер 1 из твердого электролита, стенки которого выполнены тонкими (1,5-2 мм), дно и часть внутренн€;й поверхности контейнера 1 покрыты слоем непрокаленного шликера 2, толщина слоя 1 равна толщине стенки контейнера 1, высота слоя равна -о высоты эталонного электрода 3, Эталонный электрод 3, выполненный из смеси порошков металла и его оксида с добавлением крошки из твердого электролита, расположен внутри контейнера 1. Токосъем с эталонного электрода 3 осуществляется посредством проволочного токосъемника 6. Таблетки 4 из твердого элек-i тролита, а также газоплотная 3aivia3ка 5 герметизируют внутренний объем контейнера 1, На наружной поверхности контейнера 1 расположен измерительный электрод 8 и наружный токосъ& ник 1, Датчик работает следу аиим образом;

При погружении датчика в анализируемую среду (расплавленный металл или газ) металлическая и оксидная компоненты смеси, из которой выполнен эталонный электрод, переходят в жидкое состояние. Возникающие при этом термомеханические напряжения между тонкостенным контейнером 1 и эталонным электродом 3 воспринимаются крошкой прокаленного твердого электролита, входящей в состав смеси эталонного электрода 3, и слоем шликера 2, что значительно снижает скорость разрушения стенок контейнера 1. Контакт эталонного электрода 3 с контейнером осуществляется непосредственно или через слой

2

шликера 2 (на

высоты эталонного

3

электрода), что обеспечивает.малую величину внутреннего Сопротивления всего датчика. Кроме того, малая величина внутреннего сопротивления обеспечивается тонкими стенками твердоэлектролитного контейнера, что ведет к повышению точности измерений Расплавленный эталонный электрод 3 обеспечивает при конкретной температуре анализа стабильную величину парциального давления кислорода. На измерительном электроде 8 устанавливается парциальное давление кислорода анализируемой среды.

Использование изобретения позволит получить годовую экономическую эффективность 100-150 тыс. руб.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИК КИСЛОРОДА, содержащий герметично закрытый контейнер из твердого электролита с ионной проводимостью, с расположенным внутри него эталонным электродом с токосъемником и измерительным электродом с токосъемникр 1, размещенным на наружной стороне контейнера, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью noBfciiieiiHH точности измерений, на внутреннюю поверхность контейнера из твердого электролит9 дополнительно нанесен слой непрокаленного шликера, из твердого электролита, а в состав эталонного электрода дополнительно введены металл, его оксид и крошка твердого электролита, при следу1Х их количественных соотношениях компонентов, . %: Крошка 30,5-31,5 Ш 7,5-16,0 Оксид металла Металл Остальное, причем толщина слоя непрокаленного шликера равна толщине стенки контейнера из твердого электролита. 41 сл :