Устройство для измерения состава газа Советский патент 1979 года по МПК G01N27/56 G01D1/10 

Изобретение относится к аналитическим приборам и может быть использовано для определения содержания кислорода, галогенов н других веществ в газовых средах Известно устройство, содержащее т тенциометрическую ячейку, выполненную в виде трубки из твердого электролита, на внутренней и внешней поверхностях которой нанесены электроды, нагреватель, измеритель ЭДС и измеритель температуры. Устройство предназначено для определения концентрации кислорода в газах, дл чего газовый поток, сопержание кислорода в котором нужно измерить, пропускают с одной стороны трубки, а сравнительный поток с известным содержанием кислорода - с другой стороны 1 . К недостаткам устройства относится необходимость применения сравнительного газа с точно известным содержанием кислорода, а также устройства для измерения и стабилизации температуры, так как абсолютная величина температуры входит в расчетную формулу. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения состава газа, содержащее снабженную нагревателем проточную кулонометрическую твердоэлектролитную ячейку, расположенные на ее внутренней и внешней поверхности рабочие электроды подсоединенные к регулируемому источнику тока, снабженного управляющим элементом и измерителем тока 2j . Под действием приложенного к электродам напряжения, ячейка электрохимически перекачивает практически весь кислород из точно дозируемого потока газа, проходящего внутри трубки. Концентрация кислорода определяется в соответствии с законом Фарадея. Описанное устройство позволяет с высокой точностью определять концентрацию кислорода, при этом не требуются дополнительные устройства для измерения и поддержания температуры. Однако в случае больших концентраций измеряемого компонента устройство быстро выходит из строя, так как пропускание через ячейку тока большой плотности разрушает твердый электролит. Кроме того, .в реальных условиях всегда имеет место не абсолютно полный перенос кислорода, что не учитывается при измерениях. Цель изобретения - расширение диапазона измерения, повышение точности и увеличение срока службы ячейки. Поставленная цель достигается за счет того, что 5 зоне нагревателя на внутренн поверхности трубки перед рабочими электр дами и после них установлены дополнител ные электроды, электрически соединенные через схему сравнения с управляющим элементом регулятора тока. На чертеиЬа схематически показано устройство, например, для определения концентрации кислорода. Устройство содержит регулятор 1 расхода газа, проточную кулонометрическук) твердоэлектролитную ячейку2, нагреватель 3 ячейки, электроды 4-6, расположенные на внутренней поверхности ячейки, и наружньй электрод7, измеритель 8 расхода газа, регулируемый источишс тока 9, схему сравнения 10 и камеритедь тсжа 11. Кулонометрическая твердоэлектролит ная ячейка, пропускающая ионы кислорода, но имеющая незначительную эпектродную i проводимость, предст ляет собой трубку, иэготовлеиную например, ив двуокиси цир кония, стабилизированной окисью кальция. Рабочие электроды 6,7 электрически соединены с регулируемым источником тока и измерителем . Электроды 4 и 5 {дополнительные) установлены в зоне нагревателя до и после рабочих электродов и электрически «Соединены со схемой сдавнения, которая, в свою очередь, соединена с управляющим элементов регулятора тока.. Схема сравнения Ю представляет собой, например, мостовую схему, выполнен ную ив калиброванных сопротивлений, к одной из диатчэналей которой подключен источник опорного напряжения (не показан), а к другой - электроды 4,5. Устройство работает следующим обра- зом. ,. Газовый поток, содержащий кислород, гроходит через регулятор 1 расхода газа ячейку 2 и измеритель 8 расхода газа. Под действием регулируемого источника тока 9 ячейка электрохимически пе рёкачивает часть кислорода из потока газа, при этом концентрация кислорода на выходе ячейки по сравнению с концентрацией кислорода на ее входе уменьшается. Изменение отношения концентрации кислорода на входе и выходе ячейки приводит к тому, что на электродах 4,5 возникает ЭДС, которая определяется в соответствии с законом Нёрнста. Отношение концентрации кислорода на входе к концентрации на выходе ячейки поддерживают постоянным и не равным единице путем регулирования тока перекачки через рабочие электроды, ЭДС, развиваемая на электродах 4,5, вводится в схему сравнения, где ее величина сравнивается с величиной опорного напряжения. Если величина ЭДС не равна заданной величине опорного напряжения, то разностный сигнал, выделяемый в cxev ме сравнения, воздействует на управляк щий элемент регулятора тока до тех пор, пока указанные величины не сравняются по абсолютной величине, т.е. пока разностный сигнал не станет равным нулю. В результате любое изменение концентрации кислорода на входе ячейки будет компенсировано током перекачки через рабочие электроды так, что отношение концентрации кислорода на входе к концентрации на выходе ячейки будет поддерживаться постоянным и равным заданному значению. Применение двух дополнительных электродов и схемы сравнения позволяет уменьшить ток перекачки через ячейку. Это дает возможность расширить диапазон измерения кислорода, увеличить срок службы ячейки и повысить точность и&мерения за счет учета концентрации кислорода на выходе из 5гчейки, Формула изобретения Устройство для измерения состава газа, содержащее снабженную нагревателем проточную кулонеметрическую твердоалектролитную ячейку, расположенные на ее внутренней и внешней поверхности рабочие электроды, подсоединенные к регулируемому источнику тока, снабженному управляющим элементом и измер телем тока, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения в зоне нагревателя на внутренней поверхности трубки перед рабочими электродами и после них установлен ны дополнительные электроды, электричеS6

ски соединенные через схему сравнения с1. Патент США № 3347767,

управляющим элементом регулятора тока.кл. 204-195, опубл. 1967,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

684426

2. Авторское свидетельство СССР № 500499, кл. G 01 /tf 27/46, 1971

(прототип).