Устройство для измерения парциального давления кислорода Советский патент 1985 года по МПК G01N27/46 

11

Изобретение относится к газоана литической технике, в частности к устройствам для измерения парциального давления кислорода в газовых смесях.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг. 1 изображено устройство с электродами, выполненными в виде фигур произвольной формы, вид сверху; на фиг. 2 - то же, с электродами, выполненными в виде встречных гребенок; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг.2.

Устройство для измерения парциального давления кислорода (фиг.1-4j содерта т диэлектрическую по;ц1ожку 1 , на которую последовательно нанесены пленки электрода 2 сравнения, чувствительного элемента 3 и измерительного электрода 4. Электрод 2 сравнения выполнен из смеси металла с его оксидом, например из смеси Ni и NiO. Измерительный электрод 4 выпол- мен из материала с электронной проводимостью, например Аи, Ag, Ft.

Электрод 2 сравнения и измерительный электрод 4 выполнены в виде непересекающихся в плане фигур, предпочтительнее в виде встречных гребенок (фиг.2). Ширина зуба гребенки 0,,5 мкм, расстояние между зубьями одной гребенки 0,75-1,5 мкм а расстояние в плане между соседними зубьями двух гребенок выбрано минимальным с учетом технологических возможностей и составляет 0,25-0,5 мкм.

Устройство работает следующим образом.

При помещении устройства в-газовую смесь, парциальное давление кислорода которой отлично от парциального давления кислорода на границе раздела электрод 2.сравнения - чувствительньй элемент 3, на электродах 2 II 4 устройства возникает ЭДС, обусловленная движением ионов кислорода от электрода с большим значением парциального давления кислорода к элекИО2

троду с меньшим значением. Измеряя ЭДС с помощью вольтметра с высоким входным сопротивлением, можно однозначно определить парциальное давление кислорода в газовой смеси.

ЭДС, возникающая на электродах 2 и 4 устройства, описывается уравнением HepHdja

RT

Рог 4F М

I

Oi и Р: где Р

соответственно пар02циальные давления кислорода на электроде сравнения 2 в измеряемой газовой смеси;

R универсальная газовая постоянная;

Т температура преобразователя;

F постоянная Фарадея сли в переносе заряда между элетродами 2 и 4 кроме ионов кислорода участвуют таклш электроны и дырки, то необходимо ввести ионное число переноса

i.-J, - 6,.4,. 6,

где & , 6jH б -- соответственно ионая, электронная и дырочная проводмость пленки чувствительного эле-, мента 3.

В этом случае измеряемое значение ЭДС уменьшается по сравнению с действительным

- t In 4 RT

Е 4F t. In .

Поскольку в предлагаемом устройстве электроды 2 и 4 выполнены в виде непересекающихся в плане фигур предпочтительнее, в виде встречных гребенок, электронь материала измерительного электрода 4, заполняющего поры и микpoтpeш ны пленки чувствительного элемента 3, не участвуют в переносе заряда между электродами 2 и 4 и проводимость пленки чувствителного элемента 3 обусловлена только ионами кислорода.

и

А

ir

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КИСЛОРОДА, содержащее последовательно нанесенные на диэлектрическую подложку пленки электрода сравнения,.чувствительного элемента из твердого электролита и измерительного электрода, о т л и- чающееся тем, что, с целью повыщения точности измерения, измерительный электрод и электрод сравнения расположены в параллельных плоскостях без их взаимного перекрытия, причем расстояние между плос- кЬстями выбрано в пределах от 0,25 до 0,5 мкм. с OG

X

Ч

и

фиг. 2

- uH

X

5-6

Фиг.

фиъ. J