СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА ГАЗА Советский патент 1971 года по МПК G01N27/56 

Предложенный способ определения состава газа может быть использован для определения содержания кислорода, хлора, фосгена и т. д. в широком диапазоне концентрации, в частности позволит измерять концентрации газовых компонентов порядка от 100% объемных с очень высокой степенью точности.

Известен способ определения состава газа с помощью ячейки из твердого электролита, заключающийся в том, что измеряемый компонент перекачивают через электролит за счет разности потенциалов па его противоположных рабочих поверхностях. По этому способу газовый поток, содержание кислорода в ко тором нужно измерить, пропускается с одной (например, внутренней) стороны, а сравнительный поток газа с известным содержанием кислорода - с другой (иапример, BHCHIией) стороны трубки, являюгцейся твердым электролитом состава (ZrOs) 0,85+ (СаО) 0,15, иропускаюи1,его ионы кислорода. Твердый электролит имеет иезиачительиую электронную ироводимость. На внутреннюю и внешнюю поверхности трубки одии против другого нанесены электроды из металла илатиповой группы, обладающие хорошей электроироводиостью. Электроды имеют иоры для проникновения газообразного кислорода к электролиту. Трубка устанавлнвается в электропечь, мощность которой достаточна для

придания ей в месте расположення электродов температуры примерно от 650 до , т. е. такой, которая значительно повыHiaeT нонную ироводимость электролита. Наружиый и внутренний электроды выделяют электроны, которые принимают участие в электрохимической реакции с кнслородом на поверхности электролита.

Так как парциальное давлеиие кислорода на наружном электроде больше, чем иа виутреннем, чистый кислородный иоиный поток идет от наружиого к внутреннему электродх. создавая ЭДС иа их зажимах при этом рассматривается как логарифмическая концентрации кислорода в исизвестиом газе и связана с величино его иарциального давления.

Этот способ позволяет достаточно эффективно вести измере1И1я содержаиия кислорода ji газах, однако обладает весьма существеииы.ми недостатками, ириводящими к снижению точности, так как требует наличия срапнптелыюго газа с точно известным содержанием кислорода и устройств для подготовки срагиппельиого газа, иримсиения схе.мы стабилизации температуры и ее измерення, так как абсолютная велнчина темиературы электролита входнт в расчетную формулу, а также нримеиения устройств для обеспече1И1я равномерного распреде.чення темиературы во

всем межэлектродном ооъеме электролита. Кроме того, способ не всегда удобен в реализации, так как расчетная градуировка нрнбора оказывается логарифмической.

С целью повышения точности по нредложеиному способу разность потенциалов lia противоположных рабочих новерхиостях ячеГь ки создают выше э. д. с. от собственного ноиiioro потока анализируемого комнопеита, по ниже равновесного термодинамического потенциала, обусловленного собственно диссоциацией электролита, и измеряют ток перекачки, по величиие которого судят о составе газа.

На чертеже показано устройство, реализующее предложенный способ.

Устройство содержит трубку / из тверл1 ого электролита, регулятор 2 расхода i-аза, измеритель 3 расхода газа, печь -/, внутреинн о и внешней 6 электроды, источите 7 ностояииого напряжеиия и измеритель 8 тока.

Способ реализуется следуюн1,им образом.

Анализируемый газовый поток проходит через регулятор 2 расхода газа, трубку / из твердого электролита и измеритель 3 расхода газа. Трубка нз твердого электролита поменюца в печь 4. На внутреннюю и пиецииою поверхностн трубки нанесены электроды 5 и 6. Электроды, в свою очередь, связаны с источинком 7 постоянного цапряжения и измерителем 8 тока таким образом, чтобы положительный полюс источника питания был соединен с внутренним электродом 5, контактирующим с анализируемым нотоком газа.

В межэлектродпом объеме трубки, нанри.мер, состава: 0,85 (Zr02) +0,15 (СаО) устанавливается темнература в ннтервале 650- . Электроды могут быть выполнены из металла нлатиновой группы, например платиjjiji, обладаюш,ей хорошей электрорроводностью II газопроницаемость.

Величина напряже1И-1я, приложенного к электродам, пнже равновесного термодинамического нотенцпэла, обусловлен1юго собственной диссоциацией электролнта, но выше величины ЭДС, которзя может быть развита за счет кислородного ионного нотока iisiuie. Геометрические размеры трубки и электродов выбираются такими, чтобы кислород, содер 1са 1ЦИЙСЯ в анализируемом газовом потоке, мог нолиостью диссоцинровать на ннутроннем

электроде о за время нахождения газа в трубке.

При выполнении условия полиой диссоциации кислорода, проходяш,его через трубку, ,. последующей его перекачки из трубки к внен1нему электроду 6, предложенный епособ является абсолютным с расчетной характеристикой ток - концентрация.

Р1змеряемая величина концентрации кислорода ие зависит от температуры электролита, от величины папряжеиия, подаваемого и а электроды, и от концентрации кислорода в окружающей трубку атмосфере. Более того, .можно вообще не использовать сравнительиый газ, заменив его инертным газом, ivOTOрый необходим для удаления с виешней стороны ячейки выделяющегося кoJ шoиeитa. В этом случае концентрация анализируемо,. омноиента на внешней стороне ячейки будет

оиределяться скоростью переноса, расходо:м инертиого газа и условиями массонередач.

Способ может быть реализоваи в приборе для измере1И я кислорода с расчетиой градуировкой шкалы, а также ирименен для измерсиия кои(,еитрации других газов, иапример, хлора в газе. Для этого необходимо подобрать электролит такого состава, чтобы иоиный поток через электролит состоял из иоиов того компоиента аза, который подвергается ги:;;

лизу,

Это условие, однако, не исключает во::-можности анализа и более слож1и х соединсИ11Й, иаиример, фосгена.

Пред м е т и з обре т е и и и

Способ онреде,.1ения состава газа с ио.мощью ячейки из твердого электролита, заключакяцпйся в том, что измеряе.мый комно-.

иепт нерекачивают через электролит за счеч разиости потенциалов на его протцроцоложных рабочих поверхностях, отличающийся тем, что, с целью иовыщения точности, разнрсть потенциалов создают выше э. д. с. от

собстреииого ИО1ИЮГО потока анализируемого комиоиента, но ниже равновесного термодинамического иотеициала, обусловленного еобствен1юй диссоциацией электролита, и измеряют ток перекачки, ио иелмчиие которого судят

о составе аза.

w

--rzz ZZ

6