Устройство для измерения концентрации компонентов газовой смеси Советский патент 1979 года по МПК G01N27/46 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТР АЦЙИ КОМПОНЕНТОВ ГАЗОВОЙ СМЕСИ

Изобретение относится к области .ана.лити 1еского приборостроения, в частности, и устройствам для анализа газовых смесей, содержащих кислород и йодород, и можетбыть использовано для технологического при получении инертЯых газов на возду хора3делительных установках и дай контроля чистоты газа по кйслЪродУ и водороду после каталитической очистки. . . . , Известно устрцйство для определения кислорода или веДорода/ содержащихся в газовой смеси состоящее из электролитического дозато ра, кислоро да либо водорода, осушителя ipeaKTopa с катализатороми электролитической ячейки для разложенйяводн 1. Анализируемы газ поступает в дозатор, где в поток газа добавляет ся кислород либо водород. Далее поток газа проходит.через осушители и поступает в.реактор, где пройСхрДйт взаимодействие определяемого коШЮнента с добавлением. Образовавшаяся результате -реакции вода п6двёрГЖё%ся электролизу В электролй йЧгёШоЙ ячейке. Ток электролиза позволяет судить о концентраций кислорода либо водорода. Основными недостатками устройства являются периодачно.ст.ь анализаи невозможность бпрёйеления обоих компонентов в их совместной присутствии. . Наиболее близким техническим решением является известный прибор для определения кислорода или водорода в пробе, который содержит дегидратор/ хроматографическую колонку, дозатор, реактор: и лёктрблитическу ячейку для определения воды. Проба, поступающая на вход прибора, смешивается с rasoH-HocHtejfeM и очищается от паров в6;йй с дегидратора. В хроматографической колонке происходит разделёйие Кислорода и водорода. После; хро атографической колонки в газЬвуй смесь дозируется либо кислород (при определении водорода) , либо водород (при определении кислорода). Вода, полученная ;В результате, реайцййпрбз бдйщёй в реакторе, подвергается электролизу в электролитической ячейке. По току Электролиза судит 6 концентрации.

оп ёделяемого компонента 2 . .Таким образом /известное устройство п йг6дно только для периодического аНализа и требует участке оператора или применение сложных устройств Дляввода пробы и поочередйого дозирования кислорода и водорода при совместиом присутствии этих «ойпонентов. Кроме того, xak и у всех хроматографических методов велико время анализа по сравнению с непрерывными методами

Целыо изобретения является устраненное периодичности анализа, уменьШёиие В1 емёни анализа и автоматизация процесса измерения. Кроме того. Изобретение позволяет проводить одновременное непрерывное измерение киЬлорбда и водорода, что невозможно U помощью известных устройств ;

Поставленнг я цель достигается тем, Ifb предлагаемое устройство снабжено тйёрдоэлектролитной ячeЙkoJR Нос гШШюго напряженй г и йзмерителем dKei/ расположенной после электро

литической ячейки и соединенной с последней газовым трактом, причем Электроды твердоэлектролитной и элек рбйитической ячеек с источниками

йапряЖенйя включены в противоположные Диагонали моста, образованного

измерителями тока и двумя элеКтрическими вентилями, имеющими величину прямого падения напряжения не более 0,2 В.. ,

На чертёйе изображена структурная схема устройства- - - Устройство для измерения концеЕ стращ и кислорода и водорода содерж г дёгидратбр 1/ реактор 2, электролитическую ячейку 3 для разЛО- жё19ия воды с источником напряжения 4, 1гвердоэлектролитную ячейку (ТЭЯ) 5 с ИСТОЧНИКОМ напряжения б, измезрители Тока 7, 8 и электрйЧесКие Мен тили 9/10. л Устройство функционирует образом. Анализируемый газ с постоянной скоростью поступает в дегидpatop 1, выполненный, н прийер,1в виде: трубки, заполненной гигроскопи 4Hbw веществом (например, фосфорным ангидридом). Осущенный газ проходит 1ереэ реактор 2, работающий при темnepatyiJe достаточной . для быстрого взаимодействия кислорода с водородом (выше ). Из реактора jras

поступает s электролитич еск ую ей-

. ку 3,Jв которой происходит разложениеводы, образовавшейся в реакторе. Ток -электролиза 3 эл. при постоянном расходе газа пропорционален концентрации водорода и кислорода; прореагировавших в реактъй ;/.:-::.-./:-,.;:.:,:V,:-.. . :..;;- .

Из электролитической ячейки 3 газ в ТЭЯ 5, работающую при .температуре BbEiie . Работа этой

ячейки происходит следующим образом. Чувствительный элемент выполнен. Например, в виде пробки из твердого электролита на основе двуокиси циркония. На стенки и донышко пробирки с На расстоянии 50 мм от донышка нанесены газопроницаемые электроды из металла, не окислякицегося при рабочей температуре ТЭЯ. Рабочая температура поддерживается нагреватеQ лем. Внутрь чувствительного элемента подае±ся айалийируемый газ, снаружи чувствительный элемент бмывается атмосферным воздухом. К электродам чувствительного элемента подключен источник напряжения б, -задаю- щий напряжение определённого значе- ния и токоизмёрительный прибор. Задаваемое Напряжение по численному зйа ению и йолярности выбирается такйм, при поступлении в ТЭЯ

0 кислорода про 1сходило его практически полное извлечение, а при поступлении з ТЭЯ водорода дозировалось эквивалентное количество кислорода. Численное значение этого

5 напряжения Может быть определено, если учесть, что наибольшая точность ;измерения 6б(5их Компонентов достигается, если на выходе Из ТЭЯ не будет избыточных, по сравнению со

0 стехиометрическим, кислорода и водорода, т. е. при соблюдении соотношения;

V4, (i

5 где PJ - парциальное давление кислорода на выходе из ТЭЯ;

Рц - парциальное давление во дорода на выходе из ТЭЯ,

При УС ЯОВИИ достижения термодинамического равновесия и с учетом

(1), а также, если пренебречь явлениями поляризации и падения напряжения на омическом сопротивлении твердого электролита и элементах электроизмерительной схемы, заданное напряжение может быть вычислено из следующего соотношения, получен, известной формулы Нерйстаг

.- -Sf 7, т

vl де R - газовая постоянная;

Т - температура рабочей зоны ТЭЯ;

п - число зарядов в ионизированной молекуле кислорода, . -- F - число Фарадея;

парциальное давление кислорода в сравнительной среде; парциальное давление воды на ыходе из ТЭЯF г

константа равновесия реакции образования воды