Устройство для определения термоэлектродвижущей силы Советский патент 1981 года по МПК G01N25/32 

Изобретение относится к области и следования электрофизических свойств нестехиометрических оксидов, в частности, для определения термо-ЭДС оксида урана, оксида плутония и их тве дых растворов. Известно устройство для определения термо-ЭДС образцов в вакууме или нейтральной атмосфере, которое содер жит исследуемый образец в виде пластины, в рабочей зоне которого имеются два потенциометрических вывода, выполненных в виде тонких проводнико держатель, прижимающий образец к электродам, нагреватель, вaкyyмJHOплoт ный корпус, термопары и измерительную схему l. Образец в виде пластины и держатель, прижимающий образец к электродам, вносят значительную погрешность при измерениях термо-ЭДС керамических материалов из-за искривления изотермических поверхностей в поперечных сечениях образца, в которых определяется температура отнесения. В ряде случаев теплообмен с держателем, поджимом может внести больт шую ошибку в результаты измерений. Наиболее близким техническим решением является устройство для определения термо-ЭДС, содержащее вакуумноплотный корпус, держатель образца, потенциометрические выводы, термопары, нагреватели и измерительную схему . Образец закрепляется верхним концом в медном держателе, выполненном в виде втулки и помещается в экранирующий цилиндр. Пространство между образцом и экраном заполняется волокнистым изо.ляционным материалом с малой теплопроводностью. Основным недостатком указанного ,ус1;ройства является невозможность контроля химического потенциала кислорода образца и окружающей его газовой фазы, что приводит к большой погрешности определения термо-ЭДС, нестехиометрических оксидов , так как величина термо-ЭДС сильно зависит от степени отклонения от стехиометрии и от парциального давления кислорода в окружающей исследуемый образец среде, например, термо-ЭДС оксида урана изменяется на 35% при отклонении от стехиометрии всего на 0,005 единиц 0/М. Целью изобретения является повышение точности определения термо-ЭДС нестехиометрических оксидов. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для определения термо-ЭДС, содержащем корпус, держатель образца, потенциометрические выводы, термопары, нагреватели и измерительную схему, в измерительную схему введены два дополнительных электрода, выполненных в виде таблеток, обладающих ионной проводимоетью, на обеих торцовых поверхностях которых нанесены пористые металлические покрытия, а корпус устройст ва выполнен в виде твердоэлектролитного кислородного насоса. Применение двух дополнительных электродов, обладающих ионной кислородной проводимостью и выполнение ко пуса устройства в виде твердоэлектролитного кислородного насоса позволяет определять степень нестехиомефри ности исследуемого образца и поддерживать химический потенциал кислорода в окружающей образец головкой фазе,равным химическому потенциалу кислорода этого образца.Все это дает возможност исключить погрешность определения термо-ЭДС, обусловленную изменением состава образца. На чертеже изображено устройство для определения термо-ЭДС нестехиометрических оксидов. Устройство для определениятермоЭДС содержит корпус, выполненный из тзердоэлектролитной вакуумноплотной трубы 1, на внутреннюю и внешнюю поверхность которой нанесены-пористые металлические покрытия 2 и 3, являющиеся дозировочными электродами кис лородного насоса, исследуемый образец 4, твердоэлектролитные электроды 5 и 6, имеющие :платиновые пористые покрытия 7, 8 и 9, 10 соответственн термопары 11 и 12; потенциометрические выводы 13-16 нагреватели 17 и 18. Устройство работает следуквдим об разом. При нагреве исследуемого образца и вьадержке его при заданной температуре производят кулонометрическое титрование кислорода в газовой фазе, окружающей образец, с помощью твердоэлектролитного кислородного на coca,. образуемого корпусом 1 и платиновыми пористыми покрытиями 2 и 3 , таким образом, чтобы электродвижущая сила ячеек, образуемых исследуемым образцом 4, электродами 5 и 6 и платиновыми слоями 7 и 10 была вблизи нулевого значения, т.е. пгаг. (oyiBH ign Ог 2 где //02L химический потенциал кислорода. Затем с помощью дополнительного нагревателя 18 создают температурный градиент вдоль образца и с помощью потенциометрических выводов 13 и 16 проводят измерения термо-ЭДС. Измерив значения ЭДС if-lf определяют величины химических потенциалов кислорода нижней и верхней 1астей исследуемого образца и,следовательно, степень нестехиометричности образца в среднем сечении.Разность отношений атомов кислорода к атомам металла 0/М нижней и верхней частей образца определяет градиент нестехиометричности, вызванный, температурным градиентом. Предлагаемое устройство позволяет определять степень нестехиометричности исследуемого образца и поддерживать химический потенциал кислорода в окружающей образец газовой фазе, равный химическому потенциалу кислорода этого образца, за счет чего ис1рлючается погрешность определения термо-ЭДС, обусловленная изменением сос тава образца. Устройство дает возможность измерять термо-ЭДС нестехиометрических оксидов в интервалах температур 300-1800 К и отношений 0/М 1,93-2,15 с погрешностью не более «%. Формула изобретения Устройство для определения термоЭДС , содержащее корпус, держатель образца, потенциометрические выводы, термопары, нагреватели и измерительную схему,о т-л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения термо-ЭДС нестехиометрических оксидов, в измерительную схему введены два дополнительных электрода, выполненных в виде табеток, обладающих ионной проводимостью, на обеих торцевых поверхностях которых нанесены пористые металлические покрытия, а корпус устройства выолнен в виде твердоэлектролитного ислородного насоса. Источники информации, ринятые во внимание ппи экспертизе 1.S.Aronson, J.E.Rulli and B.S .Schraner, Journal of Chemical Physics, 35, 1961, p.1383. 2.J.P.Moore, R.K.Wiiliams and .S.Graves, Kev.Sci. «nstrum, v.45, .87-95, 1974 ( прототипЬ

Гв