Датчик растворенного кислорода Советский патент 1985 года по МПК G01N27/28 

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к устройствам для измерения концентрЗЦии растворенного кислорода в биологических средах при проведении процесса ферментации под избыточным давлением.

Цель изобретения - повышение точности измерения концентрации растворенного кислорода за счет образования постоянного протока электролита через электрохимическую ячейку.

На фиг. 1 показан предлагаемый датчик растворенного кислорода, продольный разрез; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1 с условно снятой мембраной; на фиг.. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - - узел I на фиг. 1 для случая поджатия нерабочей стороны катода к отводному каналу; на фиг. 5 - то же, для случая отхода нерабочей стороны катода от отводного канала.

Датчик растворенного кислорода включает электрохимическую ячейку, состоящую, из корпуса 1, заполненного электролитом, и расположенных в нем катода 2 и анода 3, и отделенную от среды измерения газопроницаемой мемЬраной 4.

Компенсатор давления состоит из подвижно установленного относительно корпуса 1 эластичного элемента 5, закрепленного в его торцовой части накидной гайкой 6.В центральной части элемента 5 имеется отверстие, в котором размещен катод 2, закрепленньй на элементе 5 гайками 7 и 8. Газопроницаемая мембрана 4 жестко закреплена на рабочей поверхности катода 2 гайкой 9 при помощи уплотнительного кольца 10. Б корпусе 1 электрохимической ячейки вьтолнены подводящий 11 и отводящий 12 электролит каналы, причем канал 12 сообщен с нерабочей стороной катода 2 Катод 2 вьшолнен с отверстиями 13, расположенными по его периферии, и с рисками 14 на его рабочей поверхности для протока электролита через отверстия 13 по рискам 14 в зазор между мембраной 4 и рабочей поперхностью катода 2. К аноду 3 и катоду 2 подсоединены проводники соответственно 15 и 16 для подключения к вторичному измерительному прибору (не показан), которые выведены из

935612

электрохимической ячейки через уплотнение 17.

Датчик растворенного кислорода работает следующим образом.

5 Датчик через расположенный на аппарате патрубок вводят в среду измерения, например в культуральную жидкость в ферментере.Через мембрану 4 избирательно диффундируют раство0 ренньй в жидкости кислород и углекисльй газ, являющийся метаболитом процесса ферментации. Под действием кислорода в электрохимической ячейке возникает электрический ток, который регистрируется вторичным прибором. По величине тока судят о концентрации растворенного кислорода в культуральной жидкости..В электрохимическую ячейку электролит подается под давлением, превышающем давление в ферментере,внешним побудителем расхода (не показан) по подводящему каналу 11 и непрерывно отводится по отводящему каналу 12. Благодаря наличию отверстий 13 и рисок 14 на рабочей поверхности катода 2 электролит постоянно протекает в постоянном по величине зазоре между мембраной 4 и рабочей поверхностью катода 2, вследствие чего происходит непрерывное обновление поверхности контакта фаз.

При изменении давления в ферментере или температуры электролита выравнивание давления в электрохимической ячейке и ферментере осуществляется протоком электролита через ячейку. Например, при увеличении давления в ферментере эластичньй

элемент 3 с закрепленным на нем катодом 2 выгибается в сторону электрохимической ячейки, перекрывая тем самым канал 12, вследствие чего прекращается отток электролита в электрохимическую ячейку, в то время как приток электролита в электрохимическую ячейку по каналу 11 продолжается в результате работы внешнего побудителя расхода электролита, подающего электролит с заведомо большим давлением, чем давление ,в ферментере, в результате чего давление в электрохимической ячейке повышается и устанавливается равным

давлению в ферментере, В этот момент за счет принятия эластичным элементом 5 исходного положения открывается канал 12 и по нему вновь начинается отток электролита из электрохимической ячейки. Мембрана 4 жестко закреплена на рабочей поверхности катода 2, который имеет отверстия 13 и риски 14, через которые в зазоре между мембраной 4 и катодом 2 постоянно протекает электролит из ячейки, что обеспечивает постоянное обновление поверхности контакта фаз между электролитом и рабочими поверхностями катода 2 и мембраной 4. При изменении давле ния в ферментере и в электрохимической ячейке эластичный элемент с закрепленным на ней катодом 2 и мембра ной 4 выгибается в сторону меньшего давления, при это.м положение мембраны относительно рабочей поверхности катода остается неизменным,поскольку площадь катода существенно меньше кольцевой площади эластичного элемен та, на который действует давление среды. Благодаря постоянному по величине зазору между мембраной 4 к рабочей поверхностью катода 2 скорость диффузии растворенного кислоро да через мембрану 4 из культуральной жидкости на рабочую поверхность катода 2 не изменяется во времени,что сокращает время отклика датчика на изменение концентрации растворенного кислорода в культуральной жидкос ти. Размещение катода 2 с.жестко закрепленной на его поверхности мембр ной 4 на подвижном элементе 5 снижа 1 ; 4 т до минимума время на компенсацинное выравнивание давления в элекролите и в ферментере благодаря, ольшей поверхности эластичного элеента 5 (по сравнению с катодом 2), ередающего давление от культуральной жидкости в объем электролита в корпусе 1 электрохимической ячейки. Выполнение корпуса злектрохимической ячейки подводящего -11 и отводящего 12 электролит каналов, причем отводящий канал 12 сообщен с нерабочей стороной катода 2, позволяет обеспечить непрерывньм проток свежего электролита через зазор между мембраной 4 и рабочей поверхностью катода 2, что исключает истощение электролита вследствие его взаимодействия с COg. Таким образом, жесткое закрепление мембраны на рабочей поверхности катода, его размещение на подвижном элементе, выполнение подводящего и отводящего электролит каналов в корпусе электрохимической ячейки, сообщение отводящего канала с нерабочей поверхностью катода и выполнение катода перфорированным и с рисками на его рабочей поверхности позволяют повысить точность измерения концентрации растворенного кислорода по сравнению с известными датчиками за счет образования постоянного протока электролита через электрохимическую ячейку.

е-5

щ

Фиг.З

V

ХЧЧХХЧЧХУ

ФигМ

/2

Фиг. 5

ДАТЧИК РАСТВОРЕНРЮГО КИСЛОРОДА, содержащий корпус, снабженный газопроницаемой мембраной и заполненньп электролитом, в котором размещены анод, катод и компенсатор давления, выполненный в виде эластичного элемента, отличающийс я тем, что, с целью повьгшения точности измерения концентрации растворенного кислорода, в корпусе выполнены подводящий и отводящий каналы, газопроницаемая мембрана закреплена на рабочей поверхности катода, размещенного на подвижном элементе под отводящим каналом, а катод выполнен i перфорированным и имеет риски на 1(Л рабочей поверхности. JMxmpoMm Л