(54) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ jВОДЯНЫХ ПАРОВ В ГАЗАХ2
Изобретение касается электрохимическогчэ способа и устройства для определения парциального давления водяных паров в газах.
Известен электрохимический способ5
дпя определения парциального давления водгщых паров в газах, созданный Кайделем (патент США № 2830945). По этому способу исследуемый газ пропускают через электрохимически-то ячейкую специальной конструкции и при этом водяные из газовой пробы абсорбируются последовательно стшьно гигроскопичесюм электролитом и разлагаются эЛзктрохимически на водород и кисло- 15 род. Расход исследуемого газа поддерживают постояша тм, парциальное давление вод5шых паров определяется по закону Фарадея.
Способ, предложенный Кайделем, да-20
ет возможность определять очень небольшие парциальные давления водяных паров в газах, анализ производится непрерывно и можс/г быть полностью автоматизирован.25
Недостатком способа является Hed6ходимость поддерж11вания постоянства потока газовой пробы через электрохимическ; тс ячейку, независимо от природы и температуры газа. Минимальное количество газа, необходимое для однократ. ного анализа имеет значительный объем. Для поддерживания и измерения газового расхода используются слоишые системы.
Известно также устройство для элек- тpoxи птчecкoгo определе1П1я парциального дгшления водяных паров в газах, предложенное Кайд(лем. Устройство состоит из посл Довательно электрически соединеш ых электрохтгмической 5гчей1Ш со спещгальной конструкШ:ей, источника тока с напряжением до 80 В и системы для измерения малых токов и последовательно соединеюсых по отношению к газовому потоку сосуда, содержащего пробу газа, системы для поддержания постоянного расхода газа, системы для измерения расхода и электрохимической 5гчейки. Элeктpoxи fflчecкaя ячейка специальной кинструкшш представляет собой дптзшук) TOHJcyjo трубу из иэошггора длиной до 80О мм и внутренним диаметром около 2 мм, с внутренней стороны которой намотаны в виде сгафаля два платинсжых провода. Диаметр проводов и расстояние между ними равно приблизительно 0,1 мм. Между проводами расположен СИЛЬНО ш роскотгческий раствор пятиокиси фосфора. Устройство, предложенное Кайдепем, является довольно сложным сложности испопьэдгемого метода. Кроме этого, большая длина специальной электрохимической клетки создает трудности при ее изготовлении и эксплуаташш и требует большего количества платины. Цель изобретения - создание способа для опредеяекия парциального давления вод5шых паров, при котором циркуляция исследуе1 юго газа не является необхоДИМОЙ и который позволяет изк ерять влажность в определенной точке пространства, а также создание устройства для определения парциального давления водяных паров, используя предлагаемый способ с удобной при работе и легкой для изготовления конструкцией. Способ для определения парциального давления водяных паров в газовой среде осуществляется посредством пр1тедения исследуемого газа в контакт с одной стороной полупроницаемой газодиффуаионной мембраны. Находящиеся в нем водяные пары диффундируют сквозь нее и последовательно абсорбируются сильногигроскопическим электролитом, находя- в замкнутом пространстве с другой стороны мембраны, и разлагаются электрохимически двумя противоположно поляризованными, инертными по отношени анализируемой среды, электродами, контактирующими с гигроскопическим электролитом, причем через эти два электро да протекает ток, пропорциональный парциальному давлению водяных паров в газовой пробе, а продукты электрохВмнчес кой реакции диффундируют сквозь газодиффузионную мембрану обратно в пространство к исследуемому газу. В устройстве для определения парциального давления водяных паров в газах, содержащем последовательно соединенные в электрическую цепь электрохимическую ячейку 1, источник 2 nocTOsniного тока, систему 3 для измерения малых токов, электрохимическая ячейка состоит из корпуса 1, в котором расположен пористый сепаратор 4, пропитанный сзиЕльношгроскопическим электролито С двух сторон которого симметрично расяолсжены два электрода 5 с сеточной структзтюй, причем между каждым из электродов и атмосферой расположены одна или несколько газодиффуаионных полупропускающих мембран 6 и 7 с определенной дефннированной газсягроницаемостью. Между корпусам электрохимической клетки 1 и газодиффузяонньши мембрянами 7 находятся ухшотшггели 8. Газодиффузионные мембраны 7 имеют пористук- структуру со средним радиусом пор в интервале 10-10 X. Способ характеризуется тем преимуществом, что не является необходимым создавать поток исследуемого газа и измерять его расход. Способ дает возможность измерять 1фобы газа, объем которого более чем на порядок меныпе, чем минимально необходимый порядок при методе Кайделя. Устройство значительно упропк но по сравнению с известными как в принципе, так и по конструкции. Электрохимическая ячейка, играющая роль датчика в приборе, характеризуется простой технологией и небольщими размерами. Маленькие размеры элeктpo anvшчecкoй ячейки дают возможность измерять влажность практически: в определенной точке пространства. Количество израсходованного инертного материала, например платины, во много раз меньше, необходимого для изготовления электрохимической ячейки Кайделя. Подобранная подходящим образом пористая структура газодифф зионной мембраны обеспечивает очень слабую зависимость тока от темпергпуры и природы газа. На чертеже изображено электрохимическое устройство для определе1Шя концентрацш водяных паров в газовой среде. Устройство состоит из последовательно связанных Б электрическую цепь электрохимической ячейки 1, источ1П1ка 2 прямого тока с напряжением 40 В и микроамперг.1стра 3. Электрохвииическая ячейка состоит из корпуса 1, в котором расположен пористый cenapaTqp 4, прошгганный концентрированным раствором пятиокиси фосфора, который расположен между платиновыми электродами 5, имеющими сеточную структуру. Меж:ду каждым из электродов и атмосферой имеются по ДЕ-е газодиффузионныо мембраны 6 и 7. Мембраны 6 высокую газопроницаемость. Газсзпрошщаемость мембран 7 точно определена и значительно слабее, чем газопрошщаемость мембран 6. При диффузная водяных паров к эпектротшту она является определяющей. Уплотнения 8 обесяечивакуг д .оступ газа к электролиту через газодаффузионные мембраны 7,
Созд/аны устройства для определения парциального давления водяных паров, комплектованные из последовательно связанных по току электрохимической ячейки, стабилизированного выпрямителя тока 30 В и микроамперметров 10 мкА, 60 мВ с системой шунтов. Электрохимические ячейки содержат корпус из полипропилена, в котором расположен полипропиленовый сепаратор толтиной 0,1 мм, пропитанный раствором пятиокнсп фосфора, платиновых электродов из платиновой сетки с диаметром нити O,Oi мм и газодиффузионных мембран из тефюноуглеродной смеси с пористой стштстурой и средшсм радиусом пор 100 Л.
Устройство работает непрерывно в течение года при составе газовой смеси содержащей кислород, азот, двуокись уг лерода, аргон, дг-уокись серы и хгюрводород.
Получены следующие результаты; зависи /;ость между током и парциальным давление /: водяных паров в диапазоне
10-5 10 ррм шшейки. Нижняя гргишца концентрации водяных паров, которая может быть померена с достаточно больщой точностью 1 ррм. Электрттческий ток не от природы газа. Температурная зависимость электрпюского тока слаба и варьирует с 0,1 до 0,15% После года непрерывной работы приборы не изменяют своей 4yBCTBHTemjHocTH.
Формула изобретения
1. Электрохимический способ для определе1Шя парциального давления во- Д5ШЫХ паров в газах, при котором вод5ш пары из газовой пробы Последователь1но
абсорбируются свльношгроскопическим эпектролвргом и разлагаются электрохимически на водород и кислород, отличающийся тем, что исследуемый газ приводится в контакт с одной стороной пояупрощшаемой газодиффузионной мембраны, причем находящиеся в газе водяные пары диффундируют через нее и последовательно абсорбируются сильногигроскопическим электролитом, находя щимся в замкнутом пространстве с друг стороны мембргшы, и разлагаются электрохимически двумя противоположно поляризованными, ннертныт от по отношению к анализируе1,гой среде, электродами, контактир тощими с гигроскопическим электролитом, причем через эт два электрода протекает ток, пропоргиональ- ный парциальному давлению водяных паров в газовой пробе, а продукты электрохимической реакции диффундируют обратн в пространство исследуемого газа.
2,Устройство для отфеделения najvпиального давле шя водяных паров в газах, содержащее последовательно соединенные в элект тическую цепь электрохимическую 1гчейку 1, истошик 2 постоянного тока, систему 3 для измерения малых токов, отличающееся тем, что электрох1гмическая ячейка 1 состоит из корпуса, в котором расположен плоский сепаратор 4, пропитанный сильногигроскошгчесгагм электролитом,
сепаратор расположен между двумя электродами 5 с сеточной структурой, причем между каждые из электродов и атмосферой распачожсно по одной гаэодкффузионной мембране 7 с определенной газопроницаемостью.
3.Устройство по п. 2, о т л и чающееся тем, что средний радиус пор газодиффузионной мембраны 7 находится в интервале 10 - Ю Л.
Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной ведомством по изобр(тате1тьству Народной Республики Болгарш.
б § f 5 6 781
N
FF
.«в
