Электрохимический датчик кислорода Советский патент 1985 года по МПК G01N27/46 

Изоб етЛ1ие относится к анапитическому приборостроению и может быт использовано при непрерывном измерении содержания кислорода в газовы средах, содержащих примеси топлива. Целью изобретения является повышение точности измерения и увеличение срока службы, На чертеже схематически изображе электрохимический датчик кислорода. Датчик-содержит твердый ионопроводящий электролит, выполненный в виде пробирки 1, эталонный электрод 2 на внутренней поверхности, из мерительНьш электрод 3 на наружной поверхности, причем оба электрода выполнены из материала, не обладающего каталитической активностью, следунлцего состава, мас.%: Ag (порошок) 4-8 РЬО10-12 Sic70-78 КанифольОстальное Датчик работает следующим образом. Пробирка 1 из ионопроводящего электролита прогревается анализируемым газом или отдельным нагревательным элементом до рабочей температуры датчика, обычно в пределах .700-1000°С. Во внутренню полость пробирки 1 на эталонньй электрод 2 подается эталонный газ с известным парциальным давлением кислорода. На ружную поверхность пробирки 1 и находящийся на ней измерительный элек род 3 омывает анализируемьй газ, со держащий примеси топлива. Так как измерительньй электрод 3 выполнен и материала, не обладающего каталитической активностью, то на поверхнос электрода 3 не будет происходить пр цесса догорания топлива, содержащег ся в анализируемом газе. Кислородны потенциалы электродов 2 и 3 будут определяться парциальными давлениям кислорода в газовой среде, омывающе даиньй электрод. Измерив разность кислородньк потенциалов эталонного и измерительного 3 электродов, можн однозначно определить фактическое парциальное давление кислорода на измерительном электроде (или в анал зируемом газе) в соответствии с ура нением Нернста: tr - RT р Роа. Е - ри где Е - разность потенциалов между эталонным и измерительным электродами; газовая постоянная; температура анализа , постоянная Фарадея; Р парциальные давления кислороОг о да на эталонном и измерительном электродах соответственно. Использование в датчике одного и того же материала для изготовления эталонного и измерительного электродов исключает возможность возникновения паразитной термо-ЭДС электродами 2 и 3, что повышает точность измерения. Предлагаемый состав материала для приготовления эталонного 2 и измерительного 3 электродов является некаталитическим, что позволяет избежать догорания топлива на поверхности измерительного электрода 3 при анализе газа. Содержание в электродном материале серебра, взятого в виде порошка, в количестве 4-8 мас.% позволяет значительно повысить электропроводность электродов, так как серебро, являясь проводником первого электрода, не обладает каталитической активностью. Кроме того, серебро хорошо прижигается к поверхности твердого электролита при 800-850 С, что способствует лучшему прижиганию всего электрода и позволяет получить датчик с малым (200-1000 Ом) внутренним сопротивлением. Снижение содержания серебра ниже 4 мас.% ухудшает электропроводность электродного материала. Увеличение содержания серебра больше 8 мас.% требует значительного расхода драгметалла, но не способствует существенному росту электропроводности. I Введение в состав электродного материала 8-12 мас.% оксида свинца позволяет обеспечить хорошее прижигание электродного материала к поверхности твердого электродита. Относительно низкая температура плавления оксида свинца (t 88бс) способствует этому. По мере эксплуатации датчика часть оксида свинца испаряется, ухудшая контакт электродного материала с твердым электролитом, поэтому количество оксида свинца не должно быть меньше 10 мас,%, что обеспечивает надежньй контакт электродного материала с твердыми

электролитами в течение 1000 ч и более непрерывной работы датчика ри 650-800 С. Увеличение содержания оксида свинца вьше 12 мас.% не улучшает качества прижигания электродного материала, а только снижает электропроводность и относительное содержание карбида кремния. Улучшению прижигания элек родного материала к электролиту способствует как оксид свинца, так и частично серебро. Оба эти материала не обадают каталитической активностью.

Канифоль способствует, с одной стороны, удобству нанесения на поерхность твердого электролита электродного материала, так как она позволяет получить устойчивую взвесь электродного материала в бензоле или спирте, а с другой сто182375 4

роны, канифоль, выгорая при прижигании электродного материала, дает пористый электрод с хорошими динамическими характеристиками. При 5 добавке канифоли менее 8 мас.% трудно получить устойчивую взвесь для нанесения электродного материала, а повьш1ение содержания свьште 10 мас.% способствует образованию неоднородto ных электродов с высокой пористоетью и низкой механической прочностью.

Содержание карбида кремния не должно быть меньше 70 мас.%. Он является наиболее химически и механически

стойким компонентом электродного материала в условиях ВЫСОК1ГХ температур и агрессивности анализируемых га-, зов.

Характеристики датчиков в зависимости от состава предлагаемой электродной массы представлены в таблице.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИК КИСЛОРОДА, соде зжащий твердьй ионрпроводящий электролит в виде пробирки с размещенными на его внешней и внутренней поверхностях соответственно измерительным и эталонным электродами, причем измерительный электрод содержит карбид кремния, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерений и увеличения срока службы, оба электрода выполнены из материала следующего состава, мас.%: Серебро (порошок) 4-8 I Оксид свинца10-12 Карбид кремния 70-78 (Л КанифольОстальное

78

10

74 70

11 12

1500

Электроды двух

из 10 датчиков

отслоились

500

Все датчики целы 200

Все датчики целы