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

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быт использовано при анализе газовых смесей, содержащих примеси топ.пива. Целью изобретения является повышение точности измерения. На чертеже схематически изображе предлагаемый электрохимический датчик кислорода. Датчик содержит твердый ионопров дящий электролит, выполненный в вид пробирки 1, внутренний эталонный электрод 2, наружный измерительный электрод 3, причем оба электрода выполнены из смеси, не обладающей ка талитической активностью, следующег состава, мас.%: Платина12-16 Закись меди 12-20 Карбид кремния Остальное Датчик работает следующим образом Пробирка 1 прогревается анахшзиру мым газом или нагревательным элементом до заданной рабочей температуры обычно в пределах 700-750 С. Во внут реннюю полость пробирки 1. на эталонный электрод 2, выполнеиньй из некаталитической смеси, подается эталонньй газ с известным парциальным: давлением кислорода. Наружная поверхкость пробирки 1 с нанесенным на нее измерительным электродом 3. омывается анализируемым газом, содержащим прим си топлива. На поверхности измерительного электрода 3, выполненного из некаталитической смеси, не происходит дожигание, имеющееся в анализируемом газе топлива, кислородом. На электродах 2 и 3 устанавливаются потенциалы, соответствующие равновесным кислородным потенциалам эталонного и анализируемого газов. Разность потенциалов между эталонным 2 и измерительным 3 электродами однозначно характеризует парциапьное давление кислорода в анализируемом газе при известном парциальном давлении кислорода в эталонном газе в соответствии с уравнением Нернста RT. Роа Е --;р1 02 где Е - разность кислородных потенциалов между эталонным и измерительным электродами; 1азовая постоянная; %емпература анализа; постоянная Фарадея; Рр Рд - парциальные давления кислоро да на эталонном и измерительном электродах соответственно . Использование в датчике эталонного и измерителчзного электродов, выполненных из одной смеси, исключает возможность возникновения паразитной термо-ЭДС между электродами 2 и 3, дающую дополнительную систематическую ощибку измерения. Состав смеси для приготовления эталонного 2 и измерительного 3 электродов является некаталитическим, что позволяет избежать догорания топлива на поверхности измерительного электрода 3 при измерении кислородсодержания газа, содержащего примеси топлива. Содержание в электродной смеси платины в количестве 12 16 мас.% позволяет значительно повысить электропроводность электродов, так как платина является проводником первого рода. Кроме того, платина хорошо прижигается к поверхности твердого электролита, что способствует лучшему прижиганию всего электрода и имеет высокую температуру плавления. Введение платины в состав электродной смеси в количествах 1216 мас.% позволяет получить датчики с внутренним сопротивлением 350300 Ом при рабочей температуре 700 С. Снижение содержания платины менее 12 масо% влечет за собой значительное уменьшение электропроводности электродной смеси, А при содержании ее свыше 16 мас.% наблюдается появление каталитической активности у всего электрода. Кроме того, при этом растет потребление драгметалла. Добавка закиси меди, в количествах 12-20 мас.% улучшает прижигание электродной смеси к поверхности твердого электролита. Закись меди, не обладая каталитической активностью, способствует хорошей спекаемости всего электрода и созданию механически прочного сцепления между электродом и поверхностью твердого электролита. Уменьшение содержания закиси меди менее 12 маС.% ухудшает как спекаемость электродной смеси, так и прочность сцепления электрода с электролитом. Увеличение содержания закиси меди более 20 мас.% практически не оказывает влияния на механические свойства электродной

смеси, а только снижает электропроводность электрода и относительное содержание карбида кремния. Содержание карбида кремния lie должно, быть меньше 64 мас.%, так как он является

наиболее химически и механически стойким компонентомэлектродной смеси в условиях высоких температур и агрессивности анализируемых газов.

ЭЛЕЖТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИККИСЛОРОДА, содержащий твердый электролит, с размещеннымвнутри него эталонным электродом и размещенным снаружи измерительным электродом, от л ичающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения, оба электрода выполнены из материала следукнцего состава: платины, закиси меди и карбида кремния взятых в следующих соотношениях, мас.%: Платина12-16 Закись меди 12-20 Карбид кремния Остальное (Л с