Устройство для измерения концентрации компонентов газовой смеси Советский патент 1989 года по МПК G01N27/46 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к устройствам для газового анализа и может быть использовано в химической, металлургической и других отраслях промьшшенности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, которое позволяет измерить одновременно концентрацию кислорода, водорода и воды.

На чертеже приведена блок-схема устройства для измерения концентрации компонентов газовой смеси.

Устройство содержит фильтр 1, реактор 2, первую и вторую твердоэлектро- литные кулонометрические ячейки 3 и 4, источники 5 и 6 напряжения постоянного тока, блок 7 введения поправки, схему 8 вычитания токов с измерителями 9 и 10. Последовательно соединенные фильтр 1, реактор 2 и твер- доэлектролитные ячейки (ТЭЯ) 3 и 4 включены в газовый тракт 11,

Выход первой ТЭЯ 3 в двухпровод;- ном подключении через источник 5 напряжения и блок 7 введения поправки соединен с первой парой входов схемы 8 вычитания токов. Выход второй ТЭЯ 4 через второй источник 6 напряжения в двухпроводном подключении соединен с второй парой входов схемы 8 вычитания токов.

Устройство работает следующим образом.

Анализируемый инертный газ, содержащий в общем случае потенциалообра- зующий компонент, компонент, взаимодействующий с потенциалообразующим компонентом, и сложное вещество, образованное первыми компонентами (например, с применением кислорододион- ных ТЭЯ эти компоненты: кислород, водород и вода), поступает с постоянной скоростью в избирательный по отношению к сложному веществу фильтр 1, в котором анализируемый газ очи- щается от сложного вещества (для из- влечеи ш воды фильтр должен содержать гигроскопическое вещество, например фосфорный ангидрид). На выходе из фильтра 1 инертный газ содержит из пр примесей только потенциалообразующий компонент и компонент, взаимодействующий с потр.нциалообразующим. Этот газ поступает в реактор 2, где происходит тззаимодействие компонентов с образованием сложного вещества, и R ре зультате реакции в газе будет содержаться сложное вещество и только один из двух других компонентов. Далее газ газ поступает в ТЭЯ 3, в которой происходит извлечение потенциалообразую- щего компонента при его избытка и дозирование при его недостатке. Та- КИМ образом, из ТЭЯ 3 идет газ. со

держащий только сложное вещество, полученное в результате соединения потенциалообразующего компонента с вторым компонентом, а по току через электроды ТЭЯ 3 и измеритель 10 можно судить о величине избытка или недостатка по отношению к стехиометрии потенциалообразующего компонента.

При попадании сложного вещества в ТЭЯ А часть его, соответствующая величине напряжения источника 6, разлагается, и потенциалообразующий компонент, полученньш в результате разложения, извлекается. Величина тока через электроды ТЭЯ 4 и измерители 10 и 9 пропорциональна степени разложения сложного вещества и его количеству и, следовательно, при известном расходе концентрации компонента, реагирующего с потенциалообразующим компонентом, в анализируемом газе.

Напряжение источника 6 напряжения выбирают исходя из принятой степени разложения воды.

Пример. Измерение концентрации кислорода и водорода.

Необходимо определить содержание кислорода ( потенциалообразующего ком

Q з 0 5

0

5

Q

5

0

5

понента и водорода (компонента, реагирующего с потенциалообразующим компонентом) в инертном газе в присутствии воды. Устройство в этом содержит дегидратор - фильтр 1 (например, с поглотителем - фосфорным ангидридом), реактор 2 и твердоэлектро,- литные ячейки 3 и 4 с кислородным - твердым электролитом (например, двуокисью циркония, стабилизированный окисью иттрия), работающим при температуре выше 600 С.

Анализируемый газ, состоящий из основного инертного компонента и примесей (кислорода, водорода и воды), поступает в дегидратор (фильтр 1) где происходит извлечение воды, и выходящий газ содержит из примесей только кислород и водород. Затем анализируемый газ поступает в реактор 2 (функции которого в данном случае совмещает ТЭЯ 3, что возможно благодаря высокой температуре ячейки), в реакторе 2 кислород и водород реагируют в стсхиометрическом соотношении, и в результате на выходе из реактора в анализируемом газе будет вода и либо кислород, либо водород.

Из реактора газ поступает в ТЭЯ 3, в который к электродам приложено на- пряже}1ие, соответствующее стехиомет- рическому соотношению между вoдop дoм и кислородом, в связи с чем при из-- бытке кислорода по сравнению со ста- хиометрическим под действием напряжения, приложенного к ТЭЯ 3, он извлекается до тех пор, пока из примесей в ячейке не останется одна вода. При этом Протекает ток I,, характеризующий количество кислорода, извлеченного в ТЭЯ 3.

Если в ТЭЯ 3 поступает водород в избыточном по сравнению со стехио- метрическим количестве, то под действием напряжения, приложенного к ТЭЯ 3, дозируется кислород до тех пор, пока в ТЭЯ 3 из примесей будет только вода. При этом через ТЭЯ 3 протекает ток If , характеризующий количество водорода, поступившего в ТЭЯ 3.

Из ТЭЯ 3, таким образом, в ТЭЯ 4 поступает из примесей только вода, из которой под действием напряжения и, приложенного к ТЭЯ 4, извлекается кислород. Напряжение и в этом случае выбируается в соответствии со

газа

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к устройствам для газового анализа, и может быть использовано в химической, металлургической и др. отраслях пром. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для измерения концентрации компонентов газовой смеси, которое позволяет измерять одновременно концентрацию кислорода, водорода и воды. Это достигается тем, что последовательно соединенные фильтр, реактор, две твердоэлектролитные ячейки включены в газовый тракт. Выход первой твердоэлектролитной ячейки в двухпроводном подключении через источник напряжения и блок введения поправки соединен с первой парой входов схемы вычитания токов. Выход второй твердоэлектролитной ячейки через второй источник напряжения в двухпроводном подключении соединен с второй парой входов схемы вычитания токов. 1 ил.

5-i

5 -L

.

да

3