Электрод сравнения электрохимического датчика кислорода Советский патент 1982 года по МПК G01N27/46 

Изобретение относится к аналитй ческому приборостроению и может использоваться в устройствах электрохи мического определения кислорода в ра плавленных металлах. Известна конструкция электрода сравнения датчика актинометра для оп ределения содержания кислорода в ста ли, включающая в себя твердый электролит, эталонное вещество и токосъемник tl. Недостатком данного электрода сравнения является то, что имеющийся электрод сравнения не дает требуемой точности анализа. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является электрод сравнения электрохимическог датчика, содержащий многофазную систему, одной из фаз которой является железо 2, Недостатком такого электрода срав нения является то, что свойства эталонной многофазной системы могут необратимо изменяться при изменении окислительного потенциала среды, в которой он находится, что приведет к большим погрешностям при измерении содержания кислорода в расплаве. Цель изобретения - повышение точности определения кислорода. Поставленная цель достигается тем, что в электроде сравнения электрохимического датчика кислорода, содержащий многофазную систему, одной из фаз ,которой является железо, в качестве дополнительных фаз использованы ванадит железа и окись ванадия, составляющие с железом равновесную систему. На фиг. 1 приведена интересующая нас часть фазовой диаграммы состояний Fe-V-0. На фазовой диаграмме обозначены области сосуществования равнроесных фаз. Интересующая нас область 1 отвечает равновесию трех фазванадита железа , окиси ванадия Уор J и железа Ре. 39 Окислительный потенциал смеси FeVr2 04V 2 Ofj-Fe в области ке зависи от валового состава смеси, например окислительные потенциалы веществ, составы которых соответствуют фигуративным точкам 1, 2, 3, диаграммы, одинаковы. Согласно правилу фаз для трехком понентной системы , имеющей тр конденсировзниые фазы FeV находятся 8 равновесии .с газовой фа зой, число степеней свободы равно С К-Ф-«-2-3 г,2-1, где С - число степеней своб&ды - называется число независимых параметров (Р, Т состав), ко - торыми однозначно опреде- . лпется состояние системы пои равновесии., ипи, иначе говоря, число параметров, кото рне можно менять в определен ных пределах без изменения числа и природы фаз; Ф - число фаз. Таким образом, для предлагаемого эталонного вещества число степеней свободы С 1. Это означает, что пои заданной температуре (Т Const) окислительный потенциал вещества(pas новесное давление кислорода) будет постоянным независимо от его валового состава. Однако наиболее технологичным яв ляется эталонное вещество, содержащее, мас.%: Железо (Fe) 5-90 Ванадит железа () 5-90 Окись ванадия (VnOa) Остальное Это позволяет всегда получить трехфазную равновесную смесь, даже случае окисления эталонного веществ остаточным кислородом, адсорбирован ным на материалах датчика. Удобнее всего эталонное вещество изготовить из простых веществ: металлического « елеза, окиси железа (FenO) и окис ванадия (VgOg). Их количество можно рассчитать по формулам: %Fe а + 0.,0867Ь о. -,, d + 0,68b, где а, b, d содержания в массовых, процентах соответственно Fe, и VfjOy Эти формулы легко получить если учесть, что FeVfjOц, содержит: Fe 0,0857b; friQ Q, t ,, 0,68b. Изготовление эталонного вещества роводят следующим образом,, Взвешивают в соответствующих пропорциях порошки Ге и FepOn и тщательно усредняют в ступке, заитем прессуют в таблетки и производят спекание сначала в вакууме -10 мм рт.ст. при IOOO-ПООС 2530 ч и окончательно в атмосфере очии нного аргона при . В результате протекания твердофазной реакции образуется вещество,содержащее три находящиеся в равновесии фазы Ре, FeV(. и . Окислительный потенциал предлагаемого эталонного вещества при температурах сталеварения близок к окислительному потенциалу стали. На фиг. 2 приведена зависимость ЭДС датчика от активности кислорода в стали при Т 1бОО°С для разных электродов сравнения. Из фиг. 2 следует, что при Т 1бОО°С ЭДС датчика активометра с предлагаемым электродом сравнения в широком интервале активностей кислорода (О, НО,002) близка к нулю. На фиг. 3 показана схема электрода сравнения электрохимического датчика содержания кислорода. Электрод сравнения содержит корпус I, твердый электролит 2, эталонное вещество- 3, токосъемник k, засыпку из 5, огнеупорный цемент 6. В корпус 1 из огнеупорного материала закрепляется твердый электролит 2. В полость корпуса-засыпается эталонное вещество 3 в которое погружается токосъемник k из тугоплавкого материала, например из молибдена. Свободная часть в полости корпуса над эталонным веществом заполняется прокаленной окисью алюминия 5 и закрыта огнеупорным цементом 6. Электрод сравнения электрохимического датчика позволяет повысить точность измерений активности кислорода в расплавленной стали с содержанием 0,1-0,002 на 301 по сравнению с применяемыми смесями Сг и и Мо, MoOfji, В металлургии стали это способствует более эффективному ведению процесса и рациональному использованию элементов раскислителей и легирующих элементов. Эталонное вещество используется . в активометрах для исследования процессов раскисления железа ванадием, хромом, алюминием, ниобием, т ант алом. а также испытано на предмет эталонного вещества при электрохимическом раскислении. Формула изобретения Электрод сравнения электрохимического датчика кислорода, содержащи многофазную систему, одной из фаз которой является железо, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения кисло 6 рода, в качестве дополнительных фаз спользованы ванадит железа и окись ванадия, составляющие с железом равновесную систему. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Явойский В.И., ЛуЗгин В.П., Вишкарев А.Ф. Окисленность стали и методы ее контроля. М., .Металлургия, 1970, с. 287. 2.Патент Великобритании № 13527 3, кл. G 01 N 27/30, опублик,, 08.05.7 (прототип).