Способ определения содержания кислорода в металлических расплавах и парциального давления кислорода в газовых смесях Советский патент 1975 года по МПК G01N27/46 

Одним из электродов эпектрохимическо го датчика кислорода является исследуема среда, а вторым электродом - паровоздуш ная смесь переменного состава. Возникающую в концентрационном ЭДС используют для непрерывного и автоматического регулирования состава лароводородной смеси путем изменения ко 5личества кислорода, подаваемого для ее получения, с целью выравнивания окислительных потенциалов электродов, т. je. (компенсации ЭДС на нуль. Измеряют расход компонентов газовой смеси, идущей на приготовление пароводородной смеси, и I рассчитывают содержание кислорода в ана лизируемой фазе. Изобретение пояснено чертежами. На фиг. 1 приведена схема установки, при помощи которой можно реализовать предложенный способ в случае определени содержания кислорода в металлических расплавах; на фиг. 2 - в случае определения парциального давления кислорода в газовых смесях. Установка содержит кислородно-кон- центрационный элемент 1, представляющий собой чехол из твердого электролита с ионной по кислороду проводимостью. Чехо с закрытым нижним концом погружают в исследуемый расплав. Водород, получаемый в электролизере 2, подается в реакционную камеру 3, где он сгорает в пото ке смеси аргона и кислорода с образованием пароводородной смеси. Пароводородная смесь используется в качестве электрода сравнения, омывающего место контакта внутреннего токосъемника 4 с твер дым электролитом. Расход аргона и водорода поддерживают постоянным и определяют расходомерами. Изменения состава электрода сравнения обеспечивают работой дозирующей ячейки 5, представляющей собой трубку из твердого электролита с ионной по кислороду проводимостью. Трубку нагревают до 900°С. Постоянное напряжение, вьфабатываемое в одном из блоков регулятора 6, подают к токосъемникам ячейки 5 (+ - внутренний, - внещний). Ток, проходящий через ячейку 5, является мерой количества кислорода, переносимого из окружающей воздушной среды вовнутрь трубки. Изменяют состав смеси кислород - аргон, а следовательно, состав электродов сравнения изменением приложенного напряжения. Содержание кислорода в этой смеси определяют расходомером 7. Весь кислород смеси (АС + О„) расходуется на образование паров воды в реакционной камере. Водород подают заведомо с избытком. Поступая из реакционной камеры 3 вовнутрь чехла камеры 1, вода диссоциирует с образованием кислорода«2 2 Степень диссоциации определяется температурой исследуемой среды. Парциальное давление кислорода в электроде сравнения вычисляют по константе реакции диссоциации « РН,О , Рнг. : Р - соответственно парциальные давления паров воды, водорода и кислорода. Температуру исследуемой среды измеряют термопарой 8. Отклонение ЭДС от нулевого значения подают на усилитель нуль-прибора 9, откуда усиленный сигнал воздействует на регулятор 6. Регулятор 6 изменяет напряжение, прикладываемое к реакционной камере 3, вызывая изменение состава электрода сравнения до компенсации ЭДС на нуль. Содержание/кислорода в металлических расплавах рассчитывают по константе уравнения реакций i{o, , где Q°/° -. содержание кислорода в расплавах металла. - парциальное давление кислорода в электроде сравнения, .рассчитанное из выражения (2). В случае определения парциального давления кислорода в газовых смесях токосъемник 10 из тугоплавкого металла (см. фиг. 2) заменен токосъемникрм 10 выполненным из платиновой проволоки. Ниже приведены примеры реализешш способа. Пример 1. Температура расплавленного железа 4.973°К. Расход водорода QH 2О см /м Расход аргона1ОО см /мин Автоматическая система обеспечивает расход кислорода в соответствии с его с держадием в металле, т. е. 1 смЗ/мин. Согласно реакции (1) получают 2смЗ/м паров воды. Из выражения (2) в силу пропорциональности отношения парциальных давлений паров воды и водорода отl(2) 1973 нршещск) их расходрв, при 4169, получим 2 6,42 10 Из вьфажения (4) при К 1639, получим 42- 10 0,О41 Примечание: К иК - значения К, взятые из выражений (2) и (4). П р и м е р 2. Температура газовой среды 1823 К. ло QH 2О см /мин, /мин. Система обеспечивает расход кислорода 0,5 . (2) Из выражения (2) при К 1823 14790 имеем 2 (-) 10 атм 1,37 ч 14-: 14790 Следовательно, парциальное давление кислорода в исследуемой газовой фазе равно атм. Предмет изобретения . Способ определения со ержайия кислорода в металлических расплавах и napujfir ального давления кислорода в газовы} смеcsoc компенсационным методом посредством концентрационного гальванического элементта с индикаторным электродом и электродом сравнения, отличаюшийся тем, что, с целью повышения точности и расширения пределов определения содержа-г ния кислорода, в качестве электрода сравнения используют пароводородчую смесь переменного состава, получаемую сжиганием водорода в токе кислорода, причем ко- кислорода, подводимого для сжигания водорода, автоматически изменяют в зависимости от разбаланса системы.