Устройство для электрохимического анализа Советский патент 1992 года по МПК G01N27/48 

Изобретение относится к газовому анализу, в частности к методам определения концентрации газообразных сред с применением электрохимических ячеек (ЭХЯ), и может быть использовано для измерения концентрации компонентов воздуха рабочей зоны и атмосферы. .

Известны устройства электрохимического анализа газов, реализуемые в электрохимических газоанализаторах, содержащих датчик в виде ЭХЯ с индикаторным, вспомогательным и сравнительным электродами, потенциостат для поддержания постоянного потенциала на измерительном электроде относительно сравнительного электрода, подключенный к одному из входов потенциостата источник установочного напряжения, и выходной измерительный преобразователь.

Недостатком таких анализаторов является сравнительно большая величина фонового тока, соизмеримая с величиной тока,

зависящей от концентрации анализируемого газового компонента. Величина фонового тока в значительной степени зависит от температуры окружающей среды, вследствие чего погрешность измерений велика.

Этого недостатка в некоторой степени лишен газоанализатор, в котором вредные газы обнаруживаются при помощи устройства ЭХЯ. имеющей пониженную величину фонового тока. Это достигается с помощью специальной технологии изготовления ЭХЯ, при которой чувствительный электрон содержит катализированный слой - частицы углерода, на поверхности которых имеется золото.

Полностью устранить фоновый ток с помощью этого способа все же не удается, поэтому величина фонового тока, а значили погрешность определяется температурой окружающей среды. Кроме того, катализированный слой с течением времени разрусл

с

VJ О CJ

чэ о сл

шается, вследствие чего погрешность измерений также увеличивается,

Наиболее близким техническим решением является устройство, которое содержит индикаторный и вспомогательный электроды, стабилизатор поляризующего напряжения, измеритель тока и термокомпенсатор. Благодаря последнему обеспечивается стабилизация фонового тока от температуры. Однако полной термокомпен- сации добиться чрезвычайно трудно, поэтому погрешность измерений в прототипе остается достаточно высокой.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит электрохимическую ячейку с индикатором, вспомогательным, сравнительным и компенсационным электродами, источник постоянного поляризую- щего напряжения, измеритель разностного тока между индикаторным и компенсационным электродами, компенсационный электрод по форме и химическому составу выполняют аналогично индикаторному электроду, располагают в его плоскости, причем поверхность компенсационного электрода покрывают пленкой, непроницаемой для анализируемого газа.

Электрод сравнения служит для стаби- лизации потенциала на индикаторном и компенсационном электродах. Температурная компенсация и компенсация переходных процессов происходит за счет того, что фоновые токи измерительного и компенса- ционного измерительного электрода вычитаются.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит ЭХЯ 1 с электро- дом 2 индикаторным, электродом 3 вспомогательным, электродом 4 сравнительным, электродом 5 компенсационным, потенци- остат 6, вычитающее устройство 7, измери- тельный усилитель 8, измерительное устройство 9 и уравнивающие резисторы 10 и 11 Электроды 2 и 5 ЭХЯ 1 соединены с уравнивающими резисторами 10 и 11 соответственно, а другие выходы уравнивающих резисторов 10 и 11 соединены с выходом потенциостата 6. Входы потенциостата 6 соединены с электродом 4 и ЭХЯ 1. Электрод 3 ЭХЯ 1 соединен с общим проводом. Электроды 2 и 5 ЭХЯ 1 соединены также с входами вычитающего устройства 7, выход которого, в свою очередь, соединен с входом измерительного усилителя 8, а выход измерительного усилителя соединен с измерительным устройством 9. Электроды 2 и 5 выполнены таким образом, что электрод 5

имеет ту же форму и размеры, изготовлен из того же материала, что и электрод 2, расположен в той же последовательности плоскости и в том же электролите Оба электрода 5 имеют покрытие со стороны поступления анализируемого газа. Покрытие не должно пропускать газ и выполняется из лака или другого материала, например полиэтиленовой пленки,устойчивой к воздействию электролита и газовых компонентов.

Электрохимический анализатор газа, изображенный на чертеже, работает следующим образом.

Потенциостат 6 поддерживает постоянную разность материалов потенциалов между электродами 2 и 5, исходя из необходимого режима работы ЭХЯ 1. Поскольку в момент включения газоанализатора либо по другим причинам, например, при подаче контрольного импульса или изменении температуры окружающей среды, фоновый ток электрода 2 может существенно отличаться от нуля, становясь соизмеримым с показаниями газоанализатора и даже превосходя их, используется в качестве компенсирующего фоновый ток электрода 5, который вычитается от тока электрода 2. При отсутствии анализируемого газа эти токи практически равны, так как форма, размеры и материалы электродов идентичны, оба электрода расположены в одной плоскости и в одном электролите, т.е на одинаковом расстоянии от сравнительного электрода. Разностный ток усиливается измерительным электродом 8 и регистрируется измерительным устройством 9. При подаче анализируемого газа электроды 2 и 5 ведут себя по-разному. Электрод 2, как обычно, изменяет свой потенциал, в результате чего изменяется величина тока в его цепи. Электрод 5 не чувствует влияния анализируемого газа, так как защитное покрытие, нанесенное на него, не пропускает анализируемый газ, и по этой причине ток через него остается неизменным, соответствующим фоновому току. После вычитающего устройства 7 от суммарного тока электрода 2, содержащего фоновую составляющую, и составляющую, несущую информацию о концентрации анализируемого газа, вычитается ток электрода 5, соответствующий только величине фонового тока, и, таким образом, величина сигнала на входе измерительного усилителя пропорциональна только величине полезного сигнала, несущего информацию о концентрации анализируемого газа и не зависит от величины фонового тока,

Заявляемое техническое решение позволяет повысить точность измерений в 510 раз за счет исключения адаптивной составляющей фонового тока.

срормула изобретения Устройство для электрохимического анализа газов, содержащее электрохимическую ячейку с индикаторным, вспомргатель- ным, сравнительным и компенсационным электродами, источник постоянного поляризующего напряжения и измеритель разностного тока между индикаторным и компенсационным электродами, отличаю - щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, компенсационный

электрод по форме и химическому составу выполнен аналогично индикаторному электроду и расположен в его плоскости, причем поверхность компенсационного электрода покрыта пленкой, непроницаемой для анализируемого газа.

Использование: электрохимический анализ газов для контроля атмосферного воздуха и воздуха рабочей зоны. Сущность изобретения: в электрохимическую ячейку добавляют компенсационный электрод, непроницаемый для определяемого газа. Поэтому при измерении разностного тока между индикаторным и компенсационным электродами в измеряемом сигнале отсутствует ток фона, что позволяет повысить точность измерения. 1 ил.

Г