Устройство для измерения кислородного потенциала Советский патент 1981 года по МПК G01N27/46 

1

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к устройствам непрерывного контроля процессов,протекающих в футеровочных материалах на границе жидкий металл - футеровка,а также в расплаве при выплавке, на промежуточных стадиях обработки расплава или при разливке и затвердевании его в форме.

Известно устройство для определения содержания кислорода, где измерение производится при помощи гальванического элемента с твердым окисным электролитом на основе двуокиси циркония. В качестве электрода сравнения используется смесь металла с его окислом. Устройство имеет датчик с огнеупорным корпусом, в котором сделано продольное отверстие под трубу из плавленного кварца. На конец трубки, соприкасающейся с жидкостью, наг плавлен твердый электролит.

Данное устройство предназначено .для мгновенного определения концентрации кислорода. При выдержках более 20 с кварц расплавляется и разрушается устройство 1.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения кислородного потенциала, содержащее помещенный в выполненную из инертного по отношению к рабочей среде материала оболочку твердый ионопроводящий окисный электtoролит в ,:i,e пробирки с двумя электродами, подсоединенными к измерительному прибору 2.

Данная конструкция устройства при

ts работе в условиях резких перепадов температур и связанных с ними динамическими нагрузками с различного рода перекосами является ненадежной. В результате подвижных футеровочных

20 материалов возможно разрушение датчика.. Устройство сложено в изготовлении и служит для одноразового использования. Цель изобретения - увеличение сро ка службы устройства. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для измерения 1сисло родного потенциала, содержащем помещенный в выполненную из инертного по отношению к рабочей среде материала оболочку твердый ионопроводящий окис ный электролит в виде пробир.:и с дву мя электродами, подсоединенными к из мерительному прибору, между оболочкой и пробиркой установлена дополнитель ная оболочка, причем пространство между оболочками заполнено термомеханическим компенсирующим материалом, а во внутренней оболочке помещен пористь1Й наполнитель, в котором размещена рабочая часть пробирки, причём дополнительная оболочка выпол нена из инертного по отношению к пористому наполнителю материала. с На чертеже показан один из вариан тов изготовления устройства для изме рения кислородного потенциала в материалах, работающих при высоких.тем пературах. Устройство состоит из внешней 1 и внутренней 2 термостойких оболочек. Полость между оболочками заполнена компенсатором 3 внешних напря);(ений, которым, в частности, может служить каолиновая вата или алундовая крошка. Оболочки жестко соединяются цирконовой или -электрокорундовой замазкой А. Соединение выполнено в виде усеченного конуса. Полость внутренней оболочки 2 заполняется пористым наполнителем - химически инертным веществом или веществом 5, свойства которого необходимо изучить . В это вещество помещается твердый электролитический датчик 6 из стабилизированной двуокиси циркония, представляющий закрытую с одного конца керамическую пробирку. В качестве металлических электродов используется лучший из известных обратимых по кислороду электродов - платиновая чернь 7 с токосъемниками 8 из плати. ны или другого-благородного металла, которые подсоединяются к измерительному прибору (не показан). Для увеличения длины рабочего участка устройства при одновременном сохранении термоустойчивости рабочее пространство между датчиком и внутренней защитной обфлочкой заполняется термостойким веществом 9- Для предотвращения высыпания засыпки исполь 6 .4 зуется каолиновая вата 10. Измерение температуры в рабочей части датчика осуществляется платинородиевыми термопарами 11 и 12. Оболочка 1 выполнена из инертного по отношению к рабочей среде материала, а оболочка 2из инертного по отношению к пористому наполнителю. Работа устройства осуществляется следующим образом. При перемещении устройства в объект, окислительный потенциал которого необходимо определить, через определенный промежуток времени устройство принимает температуру, равную температуре объекта и, если последняя превышает нижний температурный предел применимости твердого окисного электролита 6, то в нем возникает ионная (кислородная) проводимость. Температуру объекта измеряют при помощи термопары 11, осуществляя фиксацию самописцем или любым другим прибором, предназначенным для подобных измерений При отличии давлений кислорода ПС- обеим сторонам электролита 6 в его объеме возникает градиент ионной концентрации кислорода, в результате которого поверхности элект ролита приобретают неодинаковый элект рический заряд. При замыкании поверхностей через знешний проводник с электронной проводимостью в нем возникает направленный поток электронов, при.водящий к переносу и выравниванию электрического заряда в объеме электролита. Однако, если в эту цепь включить источник тока с равным, но обратно направленным потоком заряженных частиц, то при силе тока в цепи, равной нулю, напряжение этого эталонного источника тока равно разности потенциалов на поверхностях электролита. Такой метод измерения электродвижущих сил получил название компенсационного. Этот принцип измерения .заложен в основе большинства потенциометров реохордного типа, цифровых и ручных вольтметров. Подсоединив электрические проводники 8 к одному из высокоомных потенциометров или вольтметров, производят запись 5ДС во времени от температуры. При измерениях в активных средах, типа расплава, наблюдается разрушение внешней оболочки 1 и размыв с торцовой пове.рхности вещества 5. При измерениях в затвердевающих средах в результате усадки мате5риала объекта возможно растрескивани внешней защитной оболочки 1. Однако в обоих случаях датчик 6 сохраняется и при замене внешней оболочки 1 и частично вещества 5 в последующем может быть вновь использован. Из плотных сред, таких как слиток метал ла или формовочный материал, датчик можно извлечь за выступающую часть защитной облочки 2. По измеренным парам значений температуры и ЭДС рассчитывают параметры, характеризующие окислительный потенциал изучаемого объекта. Преимущества данного устройства заключаются в его надежности при работе в условиях высоких температур и давлений, многократном использовании, быстром срабатывании на изменение парциального давления кисло рода в зоне реакции, большой информативности, что позволяет использовать его для оценки реакционной спо собности материалов в условиях высо котемпературного нагрева и физико.химического взаимодействия с распла вами черных и цветных металлов и сплавов. б Формула изобретения Устройство для измерения кислородного потенциала, содержащее помещенный в выполненную из инертного по отношению к рабочей среде материала оболочку твердый ионопроводящий окисный электролит в виде пробирки с двумя электродами, подсоединенными к.измерительному прибору, отличающееся тем, что, с целью увеличения срока службы, между оболочкой и пробиркой установлена дополнительная оболочка, причем пространство между оболочками заполнено термомеханическим компенсирующим материалом, а во внутренней оболочке помещен пористый наполнитель, в котором размещена рабочая часть пробирки, причем дополнительная оболочка выполнена из инертного по отношению к пористому наполнителю материала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3758397, кл. 324-29,опублик. 1973. 2.Пашкеев И.Ю. и др. Метод исследования процесса образования пригары на отливках. - Литейное производство, 1977, № 10, с. 07-28 (прототип).