Электрохимический преобразовательный элемент Советский патент 1988 года по МПК G01N27/22 

00 00

со

00

ИэсЗбретение относится к электрохимическим устройствам, изменяющим Свое сопротивление, емкость и ЭДС под действием газов н паров, и может быть использовано в качестве чувствительных элементов течеискателей для обнаружения утечек газов NHg, N02, SO, Clj, F, HCl, C10,j, Cl,jO, , . паров роды, спиртов, лродуктов . сгора- кия различных топлив и других химически активных веществ.

Цель изобретения - повышение чувствительности к газам и парам и снижение инерционности при течеискании.

На фиг.1 представлен электрохимический преобразовательный элемент, вид; на фиг.2 - то же, с электродами в виде гребенок;.на фиг.З - то же, с электродами в виде гребенок, имеющих криволинейную форму; -на фиг.4 - то же, с электродами в виде лент, свернутых в рулон.

Электрохимический преобразовательный элемент, содержит электродные пластины 1 и 2, выполненные на электротехнической нелегированной стали. Электродные пластины 1 и 2 могут быть изготовлены и из других марок стали, а также меди, алюминия и т.п. недоро- гих металлов и сплавов. Электродные пластины 1 и 2 размещены параллельно одна напротив другой. Обращенные од- на к другой боковые поверхности элек- тродньпс пластин 1 и 2 имеют диэлект-:, рическое покрытие 3, например оксидирование. Благодаря этому зазор между пластинами равномерный, составляет единицы микрон (1-5 мкм) и это покрытие позволяет исключить короткое за- мыкание между электродными пластинами. Электродные пластины 1 и 2 склеены между собой твердым диэлектриком 4, найример эпоксидным клеем марки К-136. Торцовые поверхности электрод.ных пластин 1 и 2 являются рабочими поверхностями и имеют коррозионно- стойкие электропроводные покрытия 5 и 6 из металлов с разной электроот- . рицательностью. Так, коррозионно-с стойкое электропроводное покрытие 5 электродной пластины 1 вьшолнено из серебра (электроотрицательностью 1,9), а коррозионно-стойкое покрытие 6 электродной пластины 2 выполнено из золота (электроотрицательность 2,4) .

При работе с неагрессивными средами защитное покрытие необязательно

i Q

15

20

25 30 с д

0

5

С уменьщением межэлектродного зазора и увеличением длины электродов чувствительность электрохимического элемента к газам и парам увеличивается. Электрохимический преобразовательный элемент может иметь более двух пластин каждого электрода 1 и 2 (фиг.2). Эти пластины путем металлизации торцов 7 и 8 сгруппированы в Гребенки так, что пластины каждого электрода расположены во впадинах между пластинами другого электрода. Пластины гребенок между собой склееныдиэлект-, риком, например эпоксидным клеем. Электрохимический преобразовательный элемент может также иметь более двух пластин каждого электрода 1 и 2 (фиг.З). Эти пластины сгруппированы в гребенки, имеющие криволинейную форму. Пластины склеены между собой диэлектриком, например эпоксидным клеем.

В преобразовательном электрохимическом элементе с криволинейными гребенками используются две рабочие поверхности в одной плоскости, что позволяет увеличить надежность обнаружения места течи путем, получения двух сигналов от одного элемента над течью, кодированных определенным временем запаздывания между первым и вторым сигналами.

Кромке того, электрохимический преобразовательный элемент может иметь электродные ..пластины 1 и 2, выполненные в виде двух лент, склеенных диэлектриком между собой и свернутых в рулон (фиг.4). При этом витки рулона также склеены диэлектриком между собой. В качестве диэлектрика использован эпоксидный клей марки К-136. Этот элемент позволяет увеличить чувствительность путем уменьшения толщины электродов (до фольги) и увеличения их длины до нескольких метров при сохранении габаритов элемента.

Электрохимический преобразователь-; ный элемент изготавливают следующим образом. Из металлического листа или ленты изготавливают электродные пластины. На одну из плоскостей этих пластин наносят диэлектрическое покрытие, например, оксидированием. Затем на плоскости с диэлектрическим покрытие.м наносят клеющий диэлектрик, например эпоксидный клей холодного отверждения марки К-136. Склеивают пластины, совмещая плоскости с диэлектрическим покрытием. Склеивание проводят при давлении 0,05-0,1 кг/см После отверждения клея измеряют сопротивление между пластинами. Сопротивление должно быть не менее 10 Ом при относительной влажности воздуха 50%. После этого механически обрабатывают торцы пластин. В процесс механической обработки торцовых поверхностей электроды становятся коротко- замкнутыми из-за образования заусенцев, перекрывающих диэлектрический зазор. Для восстановления начального сопротивления между электродами торцовые поверхности обрабатывают посредством химического травления. На рабочие торцы электродных: пластин электрохимического преобразовательного элемента, предназначенного для работы с агрессивными газами и парами, наносят коррозионно-стойкое электропроводное покрытие из металлов с разной электроотрицательностью. Например, на один электрод электролитически наносят серебро (электроотрицательность 1,9), на другой электрод электролитически наносят золото (электроотрицательность 2,4),

Предлагаемый элемент работает следующим образом.

I Воздух, в котором находится элемент, определяет его начальные параметры: сопротивление R, емкость Со и электродвижущую силу ЭДС.

При воздействии на рабочую электродную поверхность 7 или на некоторую ее часть газообразной течи, имеющей большую влажность, чем у окружающего воздуха или содержащее в своем составе химически активный газ (NHo, SO,, NOj, Cl,, J, HCl и т.ц.), параметры элемента изменяются пропорционально количеству молекул утечки ,

Внещняя электрическая цепь поклю-. чается к контактам 4 и 5 с целью регистрации одного из параметров.

Переносчиком электрического заряда между электродами 1 и 2 являются ионы проводимости адсорбированного слоя атмосферной влаги, являющейся слабьм электролитом.

Все газообразные элементы и веще- ства, взаимодействующие с водой с образованием ионов проводимости, вызывают изменение сопротивления, емкости и ЭДС преобразователя. Около 50 газообразных веществ (только не органического происхождения) отвечает этому

5

0

5

0

5

0

5

0

5

условию, в том числе токсичные, ядовитые, пожаро- и взрьшоопасные. Это существенно снижает селективность элемента и расширяет перечень обнаруживаемых газов.

Рабочая электродная поверхность преобразователя состоит из компактных материалов (металл и диэлектрик). Процессы сорбции и особенно десорбции на поверхности компактных материалов протекают с больщей скоростью, чем на рыхлых. Поэтому предлагаемый преобразовательный элемент имеет лучшие динамические характеристики по сравнению с известным и датчиками со структурой металл-диэлектрик-металл, применяемыми вовлагометрии, в которых один или оба компонента поверхности (электроды или диэлектрик) напылены и являются рыхлой структурой.

Инерционность преобразователя в режиме течеискания составляет 5 - 10 мс, а у известного устройства с рыхлыми компонентами единицы и десятки секунд.Это позволяет соответственно увеличить скорость перемещения преобразователя при контроле герметичности.

у Предлагаемое устройство обеспечивает чувствительность к газам и па-; рам, понижает (инерционностьдо 5- 10 мс, вместо секунд у известного, позволяет выполнять чувствительные элe Jeнты, по ширине соизмеримые с размерами контролируемых на герметичность швов соединений, и обеспечи-i вать контроль проход. Формула изобретения

1.Электрохимический преобразовательный элемент, содержащий электроды, между которыми расположен слой диэлектрика, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности к газам и парам и снижения инерционности при течеискании, электроды выполнены в виде пластин, имею- щях на обращенных одна к другой сторонах дополнительное диэлектрическое покрытие и склеены диэлектриком, слой которого расположен заподлицо с рабочими торцами пластин. ,

2,Элемент поп.1, отличающийся тем, что торцовые рабочие поверхности электродных пластин имеют коррозионностойкие электропроводные покрытия из металлов с разной электроотрицательностью .

Фиг.1

Фиг.г

. Изобретение может быть использовано в качестве чувствительных элементов течеискателей для обнаружения утечек газов и паров воды, спиртов, продуктов сгорания различных топлив и других химически активных веществ. Цель изобретения - повышение чувствительности к газам и парам и снижение инерционности при течеискании. Поставленная цель достигается за счет того, что электрохимический преобра- зовательньй элемент содержит электродные металлические пластины, размещенные параллельно и одна напротив другой. Обращенные одна к другой боковые поверхности электродных пластин имеют диэлектрическое покрытие. Электродные пластины склеены между собой твердым диэлектриком, который наносят на поверхности с диэлектри- ; ческим покрытием. Торцовые поверхности являются рабочими поверхностями и имеют электропроводные покрытия, нанесенные на рабочие торцы из металлов с разной электроотрицательностью. Предложенное устройство позволяет повысить чувствительность и понизить инерционность определения газов и паров при течеискании. 1 з.п.ф-лы, 4 ил. S

Фиг. Ч