Электрохимический датчик диоксида углерода Советский патент 1993 года по МПК G01N27/407 

рода, согласно предлагаемому изобретению, представляет собой твердотельную электрохимическую систему

Nao.sWOs Na5LnSi40i2. Sn02-Sb02.

Твердые электролиты типа комплексных силикатов NasLnSi40i2 отличаются высокой проводимостью по ионам натрия при комнатных температурах ( 0,001 См/см при 25°С) и способностью адсорбировать частицы диоксида углерода, благодаря наличию адсорбционных центров - ионов лан- таноидов Ln3+, где Ln La, Eu, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Tb и др.

Полупроводниковые твердые растворы , существующие в интервале составов от 0,5 до 30 мол.% Sb02, также сильно адсорбируют С02. Натриевая бронза Nao.sWOa в контакте с натрий-проводящим твердым электролитом, потенциал которого определяется обменом ионами натрия и не зависит от состава газовой фазы. Поэтому бронза служит устойчивым электродом сравнения.

На фиг.1 изображен предлагаемый датчик, продольный разрез; на фиг,2 и 3 - диаграммы, поясняющие его работу.

В цилиндрическую пресс-форму 1, изготовленную, например, из фторопласта, запрессовывают последовательно слой порошка натрийвольфрамовой бронзы 2 состава №о, с металлическим контактом 3, твердый электролит Na5LnSi40i2-4 и твердый раствор Sn02 Sb02-5 также с металлическим контактом 6 в виде проволоки из нержавеющей стали. При изменении концентрации диоксида углерода в воздухе из- меняется разность электрических потенциалов Е между двумя электродами (сигнал). Эта разность потенциалов линейно зависит от логарифма концентрации диоксида углерода, но не зависит от размера датчика, площади контактов электродов с электролитом или с газовой фазой. Величину Е измеряют цифровым вольтметром, который может быть проградуирован в единицах концентрации.

Изобретение иллюстрируется следующими примерам 1.

Пример1.К таблетке твердого электролита NasGdSi40i2 припрессовывают давлением 300 МПа с одной стороны порошок Nao.sWOa, а с другой - порошок Sbo,oiSno,9902. Электролит запрессовывают в корпус из фторопласта с токоотводами из

нержавеющей стали. Измерения отклика проведены в смесях воздух-диоксид углерода при относительной влажности 26% и температуре 23°С. Зависимость измеряемой разности потенциалов Е от концентрации углекислого газа С выражается уравнением. Е 116 + 46 IgC ± 5, мВ.

Величина Е на воздухе составляет около 58 мВ и зависит от содержания в нем диок- сида углерода. Значения измеренных величин Е, рассчитанных по уравнению концентраций диоксида углерода и заданных концентраций в газовой фазе, даны в табл.1.

П р и м е р 2. Датчик изготовлен как в примере 1, но в качестве твердого электролита взято соединение NasHoSi40i2, относительная влажность среды 47%, температура 22°С. Градуировочное уравнение

Е 89+ 56 IgC ±7, мВ

Величина Е на воздухе равна 16 мВ. Результаты измерений и расчетов сигнала представлены в табл.2.

Таким образом, предлагаемый датчик позволяет определять концентрацию диоксида углерода в смесях с воздухом в пределах от 0,1 до 50 об.% путем измерения разности потенциалов на электродах. Время установления стационарного отклика около 20 с, время релаксации не более 90 с. Относительная ошибка определения концентрации составляет от 2 до 15%. Датчик сохраняет градуировку в течение длитель- 5 ного времени (не менее 3 месяцев), обладает механической и химической устойчивостью на воздухе. Рабочие температуры датчика близки к комнатным.

5

0

5

0

Формула изобретения Электрохимический датчик диоксида углерода, содержащий размещенные в изолирующем корпусе натрийпроводящий твердый электролит, электрод сравнения и рабочий электрод, отличающийся тем, что, с целью снижения рабочих температур датчика, в качестве натрийпроводящего твердого электролита использовано соединение состава NasLnSi40i2, где Ln - элемент из группы лантаноидов, причем электрод сравнения изготовлен из соединения Мао,, а рабочий электрод изготовлен из твердого раствора .

Таблица 1

Продолжение табл. 1

Использование: контрольно-измерительная техника, а именно электрохимические твердотельные датчики состава газовых сред. Датчик может найти применение в сельском хозяйстве для регулирования состава атмосферы оранжерей, теплиц и овощехранилищ с целью поддержания повышенной концентрации углекислого газа (диоксида углерода), а также в системах управления кондиционерами и в технологических процессах. Сущность изобретения: в электрохимическом датчике, состоящем из твердого электролита с натриевой проводимостью, электрода сравнения и рабочего электрода, в качестве твердого электролита использованы соединения NasLnSUOi2, где Ln - элемент из группы лантаноидов, причем в качестве электрода сравнения взята натрийвольфрамовая бронза состава Nao.sWOa, а в качестве рабочего электрода - твердый раствор Sn02-SbOa. 3 ил. fe Сущность изобретения состоит в том, что в качестве твердого натрийпроводящего электролита в датчике использован комплексный силикат, имеющий формулу Na5LnSi40i2, где Ln - элемент из группы лантаноидов, причем в качестве электрода сравнения взято соединение состава Nao.sWOa (натрийвольфрамовая бронза), а в качестве рабочего электрода взят твердый раствор оксидов олова и сурьмы Sn02 Sb02. Таким образом, датчик диоксида угле00 о k ю о 4 IS

Таблица 2

AQ I--L -1

Ф1:г. 3

Редактор

Составитель Е.Укше Техред М.Моргентал

01

4 С («А ДО

Корректор Н.Гунько