Твердотельный датчик парциального давления двуокиси серы (SO @ ) в воздухе Советский патент 1991 года по МПК G01N27/416 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для непрерывного контроля загрязнения атмосферы двуокисью серы на металлургических и химических предприятиях.

Целью изобретения является упрощение конструкции и снижение рабочих температур.

На чертеже представлена схема твердотельного датчика парциального давления двуокиси серы.

Схема содержит твердый электролит 1 в виде таблетки, платиновые электроды 2, объем с анализируемым газом 3, трубка 4 соединена с системой откачки газа (на чертеже не представлен), милливольтметр 5, печь 6.

Датчик работает следующим образом.

Выражение для ЭДС ячейки описывается следующим выражением

И -RTln

E-2-pln

Г yPsi02+/ Ko I

} Psio2(1 -a)+ЈKo

сь

00

fo

hO GO

где PSIO.- парциальное давление;

а - параметр, характеризующий степень откачки газа 0 а 1, а О соответствует случаю отсутствия откачки, а 1 соответствует идеальной откачке, когда давление исследуемого газа вблизи откачиваемого электрода близко к нулю;

Ко- константа электрохимической реакции;

у И/S - геометрические параметры ячейки, связанные со взаимным расположением элементов ячейки, их размерами;

R - универсальная газовая постоянная;

F - число Фарадея;

Датчик будет работать, если:

У Psoa fi Ко, т.е. при определенных значениях константы скорости электрохимической реакции, которая определяется физическими и химическими свойствами как электрода, так и твердого электролита;

а/0, т.е. для того, чтобы датчик работал, необходима откачка газа из электродной области одного из электродов.

Если оба условия удовлетворяются, то при а - 1 ЭДС ячейки будет связано с давлением S02 в воздухе выражением

In yPsoa/ Ko ,

т.е. датчик будет работать. В противном случае у Psoa Ј или,когда а ячейки будет равна нулю при любом давлении 502.

В конструкционном плане нами был вы- бран оптимальный вариант откачки одного из электродов, когда трубка, из которой производится откачка газа (тип откачивающего устройства не имеет значения, интенсивность его откачки должна быть такой, чтобы удовлетворялось условие у PSOZ (1 -&) Р К0 л рижата достаточно плотно (но не герметично) к торцевой части таблетки твердого электролита , Прижимной электрод подводится к по- верхности таблетки, внутри этой трубки, ЗДС ячейки измеряется между электродом, находящимся в среде исследуемого газа на другой стороне таблетки, и электродом, помещенным внутри трубки (см чертеж). Регулируя скорость откачки и давление прижима трубки к таолетке, можно подобрать условия, при которых датчик будет

5

(J п

реагировать на изменение парциального давления S02 в исследуемой газовой (воздушной) среде.

В качестве твердого электролита ячейки композитных электролитов использованы сульфат щелочного металла 20-70; у-оксид алюминия - остальное.

Проводимость композитов указанного состава выше, чем у чистых сульфатов щелочных металлов, так как она определяется поверхностью контакта двух фаз M2S04 и y-AlaOa. При уменьшении содержания у - AiaOs ниже 20 и при увеличении его выше 70 об. % проводимое ь электролитов резко уменьшается, так как значения 20 и 70% у -AlzOa соответствуют нижнему и верхнему перколяционному пределам для проводимости композитных систем. Более высокая электропроводность композитных электролитов по сравнению с известными и обуславливает снижение рабочих температур датчика.

Формула изобретения

1.Твердотельный датчик парциального давления двуокиси серы (SCte) в воздухе, состоящий из твердого электролита на основе сульфата щелочного металла с добавками оксида и электродов, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и снижения рабочих температур, в качестве оксидной добавки использован при следующих соотношениях компонентов: сульфат щелочного металла - 30- 80 об.,у-А120з - остальное.

2.Датчик по п. 1,отличающийся тем, что один из электродов снабжен системой откачки исследуемого газа.

6

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может применяться для непрерывного контроля загрязнения атмосферы двуокисью серы на металлургических, химических предприятиях, тепловых электростанциях. Решается задача снижения рабочих температур, стоимости и упрощения конструкции датчика путем введения со стороны одного электрода системы откачки исследуемого газа и использования в качестве твердого электролита композита состава, об. %: сульфат щелочного металла 30-80; -остальное 1 з.п.ф-лы, 1 ил. Ј w Ј