ГДРОпубликовано 10.VIII.1973. Бюллетень № 33 Дата опубликования описания 13.11.1974М. Кл. G 01п 27/46УДК 543.251(08.8.8) Советский патент 1973 года по МПК G01N27/417 G01N27/46 

1

Изобретение относится к -гальваническим ячейкам с твердым электролитом, предназначенным для измерения содержания кислорода в газах, расплавах или твердых веществах.

Известные гальванические ячейки для из мерения содержания .кислорода имеют твердый, проводящий ионы кислорода электролит, состоящий, например, из смеси окиси циркония или тория с окисью металла 2- главной группы и 3-й лодгруплы периодической системы. Электролит отделяет электродное пространство со сравнительной системой и электродам от второго электрода, находящегося в среде, содержание кислорода в которой определяют. Соответственно разности 1па1рциального давления кислорода на обоих сторонах электролита устанавливается разность напряжения, которое подводится через электроды к измеряющему напряжение устройству.

Известны гальвапичеокие ячейки с твердым Т8блет1кообразны1м электролитам, плотно расположенным в отверстии стенки металлического полого тела, внутри которого находится сравнительная система. Недостатками этих ячеек являются возмож.ност1.- отклонения И31меряемого напряжения от теоретического из-за наличия металлического полого тела и возможность перехода кислорода от обогащенной кислородом стороны твердого электролита к го обедненной (кислородом стороне. Электронна-я проводимость металлического полого тела обуславливает возвращение электронов в электронное пространство с высоким содержанием кислорода в такой степени, в какой ионы кислорода подвижны в твердом электролите. Поэтому, несмотря на протекающий ионный поток, получается постоянная равновесная нагрузка.

Ионный поток, вызванный хорошей поверхностной проводимостью твердого электролита, Может вести к поляризации на электродах, если расстояние между металлическим полым телом и электродом маленькое. В результате снижается э. д. с. Для предотвращения этого яеобходжмо соблюдать соотношение сечен,ия твердого электролита и его толщины примерно 6: 1 при газовой цепи и 10:1 при других гальванических цепях. По хорошее соединение /между металлически|М полым ,и твердым электролитам предполагает минимальную толщину примерно 2 мм, так что минимальное сечение твердого электролита должно составЛять 12 мм. Однако для режима напряжения связи металл - твердый электролит и герметичности ячейки выгодно применять твердый электролит меньщего сечения.

Цель изобретения - повышение точности из мерения содержания кислорода в газах, расплавах или твердых веществах. Задача сводится к созданию ячейки с твердым электролитом, укрепленным в отверстии стен.ки металлического .полого тела, снижению Н(рохождення электрол.итичеакого тока через .металличеокое полое тело и « (границе раздела полое тело - твердый электрол-ит.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что твердый электролит составлен из двух зон с высокой и низкой электропроводностью, причем зона высокой проводимости контактирует с электродами ячейки, а зона низкой проводимости - с полым телом.

Зоны состоят из материала основы твердого электролита с различной степенью легирования: зона ловышенной ировадвмости состоит из смеси окисей тория и итрия, а зоиа низкой проводимости - ИЗ чистой окиси тория, в зоне низ-кой проводимости может содержаться небольшое .количество .

Описанная ячейка с твердым электролитом имеет незначительную величину расхождения между теоретическим и измеряемым напряжения.ми, вызываемого металлическим полым телом, TaiK «ак .гранича HI а я с .металлическим полым телом зона твердого электролита обладает очень низкой проводимостью и сильно сокращает транспортировку кислоро.да. Это преимущество проявляется и в случае применения твердого электролита с небо. сечением.

На чертеже доказана предложенная гальваническая ячейка.

Галъваничеокая ячейка, лредназиаченная для измерения содержания кислорода в расплаве .металла, содержит таблеткоо-бразный твердый электролит 1, .герметично укупоривающий металлический ци,ли1ндр 2, «.нутри которого расположена сравнительная система ячейки. Твердый электролит закреплен в цилиндре с помощью па.яного или сварного соединения 3. Цилиндр через фланец 4 соединен болтами с 1мета.ллическим сосудо.м 5, в котором находится расплав металла. В качестве сравнительной системы в ячейке применен водород с 0Пределен.ным содержа-ниам водяного 1Пара и электрод 6. Э. д. с. ячейки измеряется с помощью ВЫС01КООМНОГО измерительного прибора, В:КЛ1Юче(нНого между ал.ектродом 6 и расплавам металла, ;который является вторьим электродом. Твердый электролит состоит из зоны 7 с высокой электропроводностью, и

зоны 8 с низкой электропроводностью. Зона 7 состоит, например, из о.кисей тория и итрия, а .зона 8 - из чистой окиси тория. Д.ля улучшения а гломерационных свойств зоны 8 она может содержать небольшое количество

АЬОз. Для твердных электролитов яа основе окиси циркония для зоны 8 не может применяться чистый ZrOz, так как последний при рвбочей температуре ячейки пе существует в клбич€С.кой решетке плавикового шната. Целесообразно в этом случае при1менять стабилизированную окись циркония со снижающи1МИ электропрово.д1ность добавками, например АЬОз.

Пред.мет и.з обретен и я

Гальваническая ячейка с тве|рдым электролитом для анализа 1кислоро.да, содержащая металлический цилиндр, в котором расположен твердый электролит, отличающаяся тем, ЧТО, с- целью повышения точности измерения,

1между боково.й поверхностью цилиндра и твердым электролитом располо.жен дооолн.ительный слой с низкой электропроводностью, выполненный треимушественно из материала основы твердого электролита с другой степенью легирования.