Способ измерения парциального давления окислов азота в газовой смеси Советский патент 1984 года по МПК G01N27/46 

у/ // /////////////у// /////////Л

Ьг 1 . Изобретение относится к аналити ческому приборостроению и может пр меняться в газовой, химической и других отраслях промышленности, а также в службе техники безопасности для контроля содержания окис лов азота в атмосфере. Известен способ измерения парциального давления окислов азота в газовой смеси путем измерения ЭДС электрохимической системы Щ , Одн.ако такой способ не обладает достаточной точностью измерений, Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения парциального давления окислов азота в газовой смеси путем измерения тока, проходящего через чувствительный элемент, выполненньм из твердого электролита с проводимостью по иона анализируемого компонента, с электродами, нанесенными на его торцовы поверхности 2 . Недостатки известного способа за ключаются в инерционности и низкой точности измерений. Цель изобретения - повышение точ ности и экспрессности измерений. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения парциального давления окислов азота в газовойсмеси путем измерения тока, проходящего через чувствительны элемент, выполненный из твердого электролита с проводимостью по иона анализируемого компонента, с электродами, нанесенными на его торцовые поверхности, в качестве твердог электролита используют нитрит цезия Твердый электролит, характеризующийся частичной или преимущественной проводимостью по ионам N62, длительное время поляризуют с блоки рующими по ионам проводимости электродами при напряжении, не превышаю щем напряжение разложения электроли та (обычно это не более 0,,5 В). Пос ле достижения в указанных условиях стационарного значения тока через электролит (а это достигается через 10-20 ч после начала поляризации) ток ионов NOn (по определению блокирующего электрода) становится равным нулю. Если на такой блокирую щий электрод (катод) подать газообразный N02 то он, будучи сильным акцептором электронов,, адсорбиру535ется ,на электроде и ионизируется по реакции N0 + т.е. на катоде происходит генерация носителей тока и он становится обратимым относительно электролита. Внешне это должно проявиться в резком увеличении протекающего через электролит стационарного тока. Поскольку концентрация адсорбированных молекул N02 пропорциональна давлению N0,2 наблюдается линейная связь между велич1 «1ой тока, проходящего через электролит, и парциальным давлением N02 в газе. Нижний предел измеряемых таким образом давлений N0 определяется величиной стационарного тока в отсутствии NOg. Верхний предел давления N02 определяется величиной максимальной при данных условиях проводимости электролита по ионам N0/ . -максимальное значение Рцд 5 замеряемое по данному способу -константа пропорциональности, зависящая только от температуры; общая проводимость электролита;число переноса электролита по ионам N0,. На чертеже пока.зан датчик для осуществления способа., В качестве чувствительного элемента 1 датчика выбран твердый электролит (нитрит цезия), имеющий достаточно высокую ионную проводимость широкий интервал температур измерения (до ) и малую величину . электронной составляющей проводимости . Электродами 2 служит платиновая паста на органическом связующем. Датчик содержит источник 3 тока и амперметр А. Перед проведением измерений чувствительный элемент нагревается до 400 С для увеличения электропроводности, а затем на электроды подается поляризующее напряжение величиной до 500 мВ, не превышающее напряжение разложения твердого электролита. Ток, протекающий через электролит, постепенно падает и через сутки, достигает значения 2-10 А, При запуске N02 парциальньв давлением от 3-10 до величина тока за 2-3 с возрастает соответственно до SftO и 1,5 10 А, т.е. линейно увеличивается с увеличением Рцс,.. При увеличении до значений более 10 торр ток возрастает слабее, а при торр уже не зависит от давления NOj.

Ток, протекающий через датчик ри и напряжении i/a электро-ите 500 мВ зависит от парциального давления N0 при . , 1,5.10-2, 9,6,10-S бПО-; 1,1,3 торр, ток соответственно 210 , tt-IO , 6,540, 1,, 2,, 2,0.

Напряжение поляризации можно менять в пределах 0,1-500 мВ. При еньших напряжениях приходится работать с исчезающе малыми токами, при напряжении, большем чем 500 мВ, превышается напряжение разложения, ток через электролит резко растет и атчик теряет чувствительность к N0.

Пример 1. Датчик помещают в емкость с остаточньм давлением воздуха 10 торр и поляризуют от источника постоянного тока напряжением 0,1 мВ. В течение 20 ч ток, протекающий через электролит;, падает от стационарного значения З-ЧСРЛ т.е. не меняется по величине в течение 1 ч более чем на 10%. При запуске N0, с парциальньм давлением 0,1 торр ток за 3 с достигает нового стационарного значения 9.10-%.

1255354

Пример 2. Датчик поляригуется постоянным напряжением 25 мВ. Уже через 12 ч поляризации при 400 С ток через электролит достига«.О

5 ет стационарного значения 1,2-10 А. При запуске N02 и Р 0,1 торр ток за 2 с принимает новое стационарное значение 3,.

Пример 3. Датчик поляризуют to постоянным напряжением 500 мВ.

Через 12 ч ток достигает стационарного значения 2-10 А. При запуске N02 с парциальным давлением 0,1 торр ток за 2 с возрастает до нового стаt5 ционарного значения 6,510 А.

Из приведенных примеров видно, что измерение давления согласно предлагаемому способу основано на линейной зависимости тока, протекающего через него, от парциального давления N0 в широком интервале поляризукицих напряжений от 0,1 до 500 мВ. Оптимальным является напряжение 500 мВ, так как при этом напряжении ток быстрее становится стационарным и имеет достаточно больпг то величину (tO - 10 А), легко замерять стандартными лабораторными амперметрами. I

Преимущества предлагаемого способа зак; чаются в том, что точность возрастает в 4-5 раз, быстродействие составляет 2-3 с против 500600 с по сравнению с известным способом.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ОКИСЛОВ АЗОТА В ГАЗОВОЙ СМЕСИ путем измерения тока, проходящего через чувствительный элемент, выполненный из твердого электролита с проводимостью по ионам анализируемого компонента, с электродами, нанесеннюш на его торцовые поверхнЬсти, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и экспрессности измерений, в качестве твердого электролита используют нитрит цезия. в (Л