ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДА Советский патент 1971 года по МПК G01N27/416 

Изобретение относится к электрохимическим устройствам для определения содержания кислорода в жидкостях.

Известен электрохимический датчик гальванического типа, состоящий из двух электродов, изготовленных из разных металлов и погруженных в анализируемый раствор.

В устройствах указанного типа происходит очень быстрое образование покровного слоя на поверхностях электродов, и этот слой оказывает сильное отрицательное влияние на чувствительность измерений устройства.

В известном устройстве для предовтращения образования TioKpOBHoro Слоя имеется вращающийся металлический электрод, на активной поверхности которого закреплен ползунок, сделанный из того же металла. Этим достигается некоторый эффект очистки. Но активная поверхность электрода в результате износа изменяется со временем так, что необходимо часто делать выверку устройства.

Цель изобретения - сохранить активные поверхности электродов.

В Предлагаемом датчике это достигается тем, что электтроды помещены полностью в изолирующее тело из пластмассы, например термореактивной смолы, а в качестве приспособления для очистки электродов использован шлифовальный брусок, связанный с приводным механизмом и обращенный шлифующей

поверхностью к частям поверхности тела из пластмассы и к торцовой поверхности цилиндрических электродов.

На фиг. 1 показан продольный разрез предлягаемого устройства для электрохимического определения содержания кислорода в жидкости; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1.

Устройство, изображенное на чертеже, имеет цилиндрическую опорную трубу /, которая,

в свою очередь, снабжена на нижнем конце сравнительно толстой, направленной внутрь, фланцеобразной частью 2. На фланцевой части посажено полое цилиндрическое, электрически .изолирующее тело 5 из пластмассы, кЬторое при помощи пальцеобразных креплений 4, вцепляющихся в выемки 5 или в прорезь 6 фланцеобразной части 2, жестко соединено с опорной трубой /. В полом цилиндрическом пластмассовом теле 3 коаксиально с ним вставлены в качестве электродов катод 7 и анод 8, которые имеют форму отрезков трубы с кольцевым поперечным сечением.

Электроды 7, 8 (кроме направленных вниз поверхностей 9, 10) помещены полностью в

тело 3 из пластмассы. Торцовые поверхности 9, 10 вместе с прилегающими к ним частям поверхности 11 пластмассового тела 3 лежат в одной плоскости, расположенной вертикально к оси опорной трубки / и к оси пластмассового

положенных в радиальном направлении и на определенном друг от друга расстоянии, с инДикатором или самопищущим1регистрирую1цим прибором 1предусмотрены два провода 12, 13, которые проходят внутри опорной трубы /.

Внутри опорной трубы / коаксиально с ней расположен вал 14, связанный с приводным механизмом (не показан). Этот вал П|роходит через фланцеобразную часть 2 опорной трубы /. На нижнем конце вала находится цилиндрический держатель 15, расположенный частично -во фланцевой части 2 и -частично в коаксиальной |выемке 16 пластмассового тела 3 и имеющий поперечное отверстие 17, з котором помещен регулируемый шлифовальный брусок 18. Шлифовальный брусок представляет собой продольно разрезанный цилиндр с поперечным сечением в форме полукруга, щлифующая гладкая иов фхность 19 которого имеет пря-моугольную форму и ра Ъположена в одной Плоскости со свободными торцовыми поверхностями 9, 10, 11 эл:ектродов 7, 8 и тела 3. Для прижима шлифовального бруска 18 к торцовым поверхностям 9, 10, 11 (которые необходимо отшлифовать) внутри опорной трубы / находится винтовая нажимная пружина 20, которая охватывает коаксиально вал 14. Один конец винтовой нажимной пружины 20 опирается на фланцеобразную ик/кнюю часть 2 опорной трубы /, а другой конец находится на вращающемся относительно вала 14 кольце 21, прилегающем к буртику 22 вала 14.

Сводные торцовые поверхности 9, 10, 11 электродов 7, 8 и тела 3 из яластмассы образовывают ограничивающую поверхность испытательного пространства 23 для заполнения его исследуемой жидкостью. Остальные ограничивающие испытательное пространства 23 поверхности образовываются, в основном, полой цилиндрической стенкой 24 и дном 25 чашеобразного станка 26, который расположен коакоиальио к пластмассовому телу 3. При этом тело 3 погружается полностью в стакан 26, остается свободной только кольцевая щель 27 между внешней окружающей поверхностью тела 3 и внутренней окружающей поверхностью стенки 24 стакана 26.

Дно стакана имеет сквозное цилиндрическое отвврст)ие 28, в «отором находится укрепленная вращающе конечная часть дерлсателя 15. Стакан 26 может перемещаться в продольном направлении относительно тела 3 из пластмассы и относительно опорной трубы /, но оно не -может вращаться. Для этой цели в верхней конечнОй части стенки 24 стакана имеются тр|И резьбовых болта 29, смещенных по отношению друг к другу под углом в 120° и направленных радиально. Внутренний конец каждого болта входит в зацепление с продольным пазом 5( опорной трубы /. Конечная часть держателя 15, которая помещена в сквозноим отверстии 28 на дно 25 ctaKaHa 26, снабжена круговым, пазом, замкнутым- в окружности кольцом, развертка которого имеет приблизительно фо1рму одного периода синусоидальной кривой, т. е. очертания развертки кругового паза по кольцу 31 хоть отчасти направлены косо к образующей цилиндрического держателя 15. В Круговой паз, замкнутый в кольце 31 держателя /5, вставлен как направляющая деталь внутренний конец резьбового болта 32, который ввинчен в со ответственное отверстие 33, просверленное в дне стакана 26. В описанном устройстве стакан 26 и опорная труба / со своей нижней фланцеобразной частью 2 изготовлены из поливинилхлорида, а тело 3 отлито из термореактивной эпоксидной смолы. При этом был влит в пластмассовое тело 3 анодный отрезок трубы из цинка, и после отвердевания пластмассового тела в нем был расточен кольцевой паз для катода 7. Материалом для Последного был выбран , результате многочисленных экспериментов сплав из серебра и ртути (так называемая амальгама серебра), который набивается в выточенный кольцевой паз в пластмассовом теле 3. Самым подходящим для катода этой конструкции оказался сплав, который -содержит 5 вес. -ч. ртути и 1 вес. ч. серебра. Можно применять в качестве катодного материалатакже золото, платину, серебро и никель в числом виде. Но эти металлы имеют ПО сравнению с амальгамой один существенный недостаток: -во 1В-ремя отшлиф-овки свободных поверхностей катода на них появляется дополнительный, со временем затухаюший, остаточ-ный ток, который нарушает желательную пропорциональность между током и содержанием кислорода в жидкости. Благодаря Применению катода из амальгамы удается полностью из-бежать этого.

Внешний и внутренний диаметры электродов в настоящем эксперименте со-ставляют соответственно около 35 и 29 мм у анода 8 и .приблизительно 25 и 21 мм у катода. Ори определении размеров установки диаметр Не имеет большого значения, но лучше сохранить достаточно малое расстояние между катодом 7 И анодом 8 и выбрать радиальную толщину катода тримерио равной расстоянию между электродами.

Шлифовальный брусок в этом приспособлении содержит в ка-честВе а-бразивного материала мелкозернистый корунд. Благодаря этому при вращении шлифовального бруска 27 безупречно очищаются торцовые поверхности электродов 7 и S и части поверхности пла1стм аосо1воро тела, изготовленного ИЗ эпоксидной смолы, и со временем равномерно сиимается покров с поверхностей. Благодаря форме Обоих электродов их активные поверхности 9, 10 остаются ©се йремя одинаковыми по размеру и неизменными в своей первоначальной конфигурации. Прижимное усилие шлифоБальногобруска составляет приблизительно 1 кг/см.

время работы устройства находятся постоян,но в сопрякосновениИ с Жидко стью. Вместо .указанного могут найти применение также и другие материалы, обладающие достаточно большой механической твердостью и стойкостью против коррозии,

Принцип действия описанного устройства заключается в следующем. Устройство опускается в испытуемую жидкость до полного покрытия чашеобразного стакана 26. Про(вода 12 и 13 соединяются с Хорошо выверенными и урегулированными индикатором тока яли регистрирующим прибором. От приводного механизма (не показан на чертеже) передается постоянная скорость вращения валу 14. При эксперименте было установлено, что наиболее выгодное число оборотов - около 10 об/мин. Благодаря вращению вала 14 с одной стороны Лостояино очищаются и шлифуются торцовые поверхности пластмассового тела 3 и активные поверхности электродов, а с другой стороны, благодаря периодическому передвил :ению стакана 26 вверх и вниз, испытательное пространство 23 периодически уменьшается и увеличивается относительно тела 3. Так как жидкость в испытательном пространстве 23 соединена посредством кольцевой щели 27с жидкостью, находящейся вне стакана 26, то происходит постоянное леремешивалие жидкости в испытательном пространстве .камеры с другой жидкостью, которая находится вне стакана.

Из-за сравнительно медленного подъема и спуска стакана скорость втекающей в испытательное пространство или вытекающей из него жидкости становится очень малой и не зависит от того, неподвижна жидкость вне стакана или течет с большой скоростью. Для измерения важен слой жидкости, который прилегает к активным поверхностям электродов, - это постоянный поток в попраничном слое, который вращается с .малой скоростью вращения щлифовального бруска. Такое свойство устройства имеет большое значение, так как текущий по внешней электрической цепи между электродами ток и ири постоянном содержании кислорода в жидкости сильно зависит от потока

жидкости, «прилегающей к активным поверхностям электродов, и только при сравнительно высоких скоростях потока достигается насыщение тока. Этот эффект насыщения может быть использован, если при помощи насоса

создать достаточно высокую скорость потока жидкости, протекающей вдоль активных поверхностей электродов. Но в этом случае меняется не только электропроводимость жидкости, но и ток. Кроме того, вмонтирование в

устройство насоса связано с дальнейшими издержками. Предлагамое устройство имеет то преимущество, что при вращении шлифовального бруска со скоростью в 10 об/мин измеряемое значение тока не зависит ни от величины

скорости потока жидкости, находящейся вне стакана, ни от электропроводимости жидкости, если эта электропроводимОсть больше, чем 50 сименс/см. Это нижнее предельное значение электропроводимости испытуемой жидкости практически не является недостатком, так как электропроводимость исследуемых жидкостей (чистой воды, стоячей воды) в практике значительно выше.

Предмет изобретения

Электрохи.мический датчик для определения кислорода, состоящий из двух электродов, представляющих собой коаксиально расположенные цилиндры, отличающийся тем, что, с

целью сохранения активных поверхностей электродов, они помещены полностью в изолирующее тело из пластмассы, например термореактивной смолы, а в качестве приспособления для очистки электродов использован шлифовальный брусок, связанный с приводным механизмом и обращенный шлифующей поверхностью к частям поверхности тела из пластмассы и к торцовой поверхности электродов.

27

15

29