Способ определения кислородного потенциала среды и устройство для его осуществления Советский патент 1981 года по МПК G01N27/46 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА СРЕДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

I

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, служит для измерения кислородного потенциала среды, в которой находится электрохимическая ячейка с твердым окисным электролитом, и может быть использовано для измерения концентрации кислорода или кислородсодержащих газов в газообразной и жидкой средах как в лабораторной практике, так и в промышленности.

Известен способ измерения кислородного потенциала с помощью электрохимической ячейки с твердым скисным электролитом, основанный на измерении высокоомным потенциометром разности потенциалов между электродом, оьываемым исследуемым газом и электродом, герметично изолированным в трубкп или пробирке из стабилизированной двуокиси пиркония. Кислородный потенциал внутреннего электрода задаепя смесью Mi N-i О требуемом com иошерши, которая помещена внутри замкнутого объема пробирки П.

Недостатком указанных способа и устройства являются ошибки измерений из-за пористости твердого электролита, избежать которые можно лишь имея абсолютно газоплотные объемы пробирок, заполненные смесью метазтл-окись металла. Это связано с изготовлением абсолютно газоплотных

10 пробирок из твердого электролита, а также с абсолютной герметизацией смеси в пробирке путем заклеивания отверстия специальными высокотемпературными замазками и стеклами. Причем заклеивание чаще всего производится при более высокой температуре и атмосферном давлении, поэтому в результате измерений необходимо вносить поправку на понижение давления

20 в пробирке за счет более низкой рабочей температуры. Однако, даже обеспечив абсолютную газоплотиость ячеек, невозможно избежать nrrueiiHociH измерений из-за электролитического натекания кислорода из зоны с большим парциальным давлением кислорода в зону, где содержание кислорода меньше, т.е. ошибки, возникающие из-за этого эффекта, исключаются только при равенстве парциальных давлений кислорода внутри пробирки и снаружи. Ошибки возрастают при отклонении парциального давления кислорода в исследуемом газе в любую сторону. Таким образом, резко суясается диапазон достоверных значений кислородного потенциала, измеренных данным способом и ячейками. Наиболее близким к предлагаемому является способ определения кислородного потенциала газов, заключающийся в том, что твердоэлектролитную ячейку с рабочим и сравнительным электродами помещают в анализируемую среду, нагретую до рабочей температуры ячейки, пропускают через твер- дьй электролит постоянньй ток и измеряют электрические характеристики ячейки, по которым судят о кислородном потенциале среды. Устройство для осуществления этого способа содержит твердоэлектролитрую ячейку с рабочими электродами, подсоединенными к источнику постоянного тока, электрод сравнения и измеритель разности потенциалов 2,

Недостатком данных способа и устройства, кроме уже описанных, являются погрешности, вносимые электронной проводимостью.

Цель изобретения - повышение точности измерений в значительно более широких пределах парциальных давлений кислорода.

Поставленная цель достигается тем что в способе определения кислородного потенциала среды, заключающемся в том, что твердоэлектролитную ячейку с рабочим и сравнителыагм электродами помещают в анализируемую среду, нагретую до рабочей температуры ячейки, пропускают через твердый электролит постоянный ток и измеряют электрические характеристики ячейки, по которым судят о кислородном потенциале среды, после отключения тока измеряют разность потенциалов рабочего и сравнительного электродов, при которой происходит задержка спада разновти потенциалов,

В устройстве для осуществления способа, содержащем твердоэлектро|литную ячейку с рабочими электродами, подсоединнымн к источнику постоянного тока, электрод сравнения и измеритель разности потенциалов, один из электродов вьшолнен .из неблагородного металла, а измеритель разности потенциалов подключен между этим и сравнительным электродами.

Электрод из неблагородного металла может быть вьшолнен из никеля, меди, кобальта, железа и т,п.

Способ осуществляется следующим образом,

Между рабочими противоэлектрода5 ми через твердый электролит пропускают постоянный ток. Причем положительный полюс подключен к никелевому

газодиффузионному электроду. Площадь каждого рабочего электрода 0,5 см, Ячейка, помещенная в газовую среду состава 0,5 СО +0,5 СО предварительно нагревается до 900с, Величина пропускаемого анодного тока 5-15 мА, После его отключения при падении потенциала наблюдают задержку спада, ко,торая составляет около 2-х с, а сама величина разности потенциалов в момент задержки, характеризующая кислородный потенциал среда,, 235 мВ. При помещении ячейки в среду инертного газа пропускают ток величиной 1-5 мА,

В этих условиях при отключении тока задержка спада катодного потенциала 200 мс, а величина разности потенциалов 516 мВ, что соответствует содержанию кислорода 0,033 бар.

На чертеже изображено устройство для осуществления способа.

Устройство состоит из тонкой

пластинки твердого электролита состава 0,9 ZlOg 0,1 ,на одну из сторон которой нанесен платиновый электрод 2, а на противоположную сторону - платиновый электрод

5 3 срайнения и рабочий противоэлектрод 4, состоящий иа никеля, Ор/ганизованную таким способом ячейку помещают в среду с неизвестным содержанием кислорода и нагревают до рабочей температуры 600-140,0с, Для наблюдения задержки спада и измерения разности потенциалов между сравнительным и рабочим электродом из неблагородного металла подключают

55 измеритель, например осциллограф 5, К рабочим электродам подсоединяют внешний источник 6 тока, после отключения которого наблюдают на |Трубке катодного осциллографа спад потенциала, фиксируют задержку спад и определяют разность потенциалов. Использование в качестве источника генератора прямоугольных импульсой позволяет синхронизировать изображе ние спада потенциала и применить в качестве измерителя цифровой воль метр, что существенно упрощает ис.пользование способа и предоставляет возможность автоматизации процесса. Простота: ячейки,- отсутствие требований к абсолютной газоплотности, исключение дополнительных деталей или устройств.для создания эталонного парциального давления под одним из электродов, избежание благодаря заложенному принципу измерения большинства возможных ошибок, а также возможность миниатюризации и автоматизации процесса измерения кислород ного потенциала среды делают предлагаемые способ и ячейку на его основе более дешевыми, приемлемыми дпя использования в различных областях народного хозяйства, от метрологии до металлургии. Формула изобретения 1. Способ определения кислородного потенциала среды, заключающийся в том, что твердоэлектролитную ячейку с рабочим и сравнительным элект-

о родами помещают в анализируемую срег ду, нагретую до рабочей температуры ячейки, пропускают через твердый электролит постоянный ток и измеряют электрические характеристики ячейки, по которым судят о кислородном потенциале среды, отличающийс я тем, что, с целью повыщения точности определения, после отключения тока измеряют разность потенциалов рабочего и сравнительного электродов, при которой происходит задержка спада разности потенциалов. 2. Устройство для осуществлётгя способа определения кислородного потенциала среды, содержащее твердоэлектролитную ячейку с рабочими электродами, подсоединенными к источнику постоянного тока, электрод сравнения и измеритель разности потенциалов, отличающее с-я тем, что один из рабочих электродов вьшолнен из неблагородного металла а измеритель разности потенциалов подключен между этим и сравнительным электродами Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Франции № 2045064, кл. G 01 N 27/00, опублик. 26,02.71. 2,Авторское свидетельство СССР 3217435 кл. G О N 27/56, 1977 (прототип),