Датчик окисленности жидкого металла Советский патент 1982 года по МПК G01N27/46 

Изобретение относится к аналитической технике и может быть использовано, в частности, в сталеплавильном производстве.

Известен датчик для определения бкисленностижидкого металла, содержащий твердьлй электролит Zr-ZrO -CaO и токосъемник, и эталонное вещество с известным содержанием кислорода. В качестве электрода сравнения применяют газовые кислородсодержащие смеси l .

Недостатком датчика является то, что при ТЯ600°С в стабилизированной двуокиси циркония при контакте с фазами, имеющими парциальное давление кислорода ниже наряду с ионной проводимостью появляется значительная электронная проводимость, которой нельзя пренебречь при расчете.

Величина ЭДС ячейки с учетом поправки, на электронную проводимость определяется по формуле Шмальцрида

. RT р., (1)

Е ТГ Ь f .РоГ где R,- универсальная газовая

постоянная;

Т - абсолютная температура .расплава;

F - постоянная Фарад я;

Р - парциальное давление

-З.С

кислорода с разных

сторон твердого электролита;Р - парциальное давление кислорода, при котором ионная и электронная составляющие

10 проводимости твердого электролита равны (параметр электронной проводимости).

В этом случае кроме парциального

15 давления кислорода в электролите сравнения необходимо знать величину Рр твердого электролита и ее зависимость от температуры. При зтом общая ошибка измерений окисленнос20 хи металла увеличивается, так как увеличивается число входящих в уравнение (1) переменных величин.

Наиболее близким к изобретению 25 является датчик окисленности жидкого- металла, содержащий оболочку из твердого электролита, выполненную из ст абилизированной двуокиси циркония, размещенные в ней 30 электрод сравнения и токосъемник L2J. Недостатком датчика является недостаточная точность измерений содержания кислорода в жидком металле, вследствие появления электронной проводимости в твердом элект ролите, Цель изобретения - повышение точ ности измерения содержания кислорода . Поставленная цель достигается те что датчик окисленности жидкого металла, содержащий оболочку из твердого электролита, выполненную из ст билизированной двуокиси циркония, размещенные в ней электрод сравнения и токосъемник, электрод сравнения выполнен из смеси Zr-ZrO при следующем соотношении компонентов, вес,%: Цирконий33-73 Двуокись циркония 27-67 В этом случае в расчетах по формуле Шмальцрида можно не учитывать парциальное давление кислорода в электроде сравнения (Р.) и тем самым исключить погрешность, связанную с определением этой- величины и ее температурной зависимости. Необходимая разница в величинах Pg и Рд.с определяется из условия, что погрешность в определении содер жания кислорода в жидком металле из за неучета не должна превышать заданной величины, например 10%. С учетом этого максимально допустимое значение Рд.с при ошибке 10% в опре делении содержания кислорода в жидком металле перед раскислением может быть определено из уравнения (1 РЭ.С 5,14. Pg. Между твердым электролитом и эле тродом сравнения не должно быть хим ческого взаимодействия,иначе они ме ют свои свойства,что влечет за собо ошибки в определении растворенного кислорода. Между цирконием и е двуокисью не наблюдается никакого взаимодействия, по крайней мере, до температуры, равной 1800С. Следова тельно, они не меняют своих свойств а возникающая в твердом электролите электронная проводимость учитывается благодаря использованию урав нения Шмальцрида. Электрод сравнения, представляющий собой смесь Zr-ZrO, должен содержать не менее 30 об.% циркония (эквивалентно 33 вес.%), так как при более низких его содержаниях не обеспечивается необходимая электропроводность смеси. Верхний предел содержания циркония в электроде сра нения выбран, исходя из следующих соображений. Согласно диаграмме состояния Zr-О равновесн-ое существо вание Zr и ZrOj возможно лишь при содержаниях циркония в смеси менее 73 вес.%. Поэтому контакт такой смеси с твердым электролитом из стабилизированной двуокиси циркония не приводит к распаду последней, что и является условием ее термодинамической устойчивости. Оптимальной является смесь Zr-ZrO/i, содержащая 50 вес.% и -1 50 вес.% ZrO,2. При таком соотношении компонентов обеспечивается электропроводность смеси и устойчивость твердого электролита.. На чертеже представлен датчик окисленности жидкого металла. Датчик окисленности жидкого металла содержит оболочку 1 из твердого электролита, выполненную из стабилизированной двуокиси циркония, размещенный в ней электрод 2 сравнения и токосъемник 3. Датчик работает следующим образом. При погружении датчика в металл с одной стороны оболочки 1 из твердого электролита содержание кислорода определяется величиной 1 твердого электролита, а с другой стороны - содержанием кислорода в металле. Вследствие этого на твердом электролите возникает разность потенциалов, которая может быть измерена с помощью внешнего регистрирующего прибора. По значению измеренной между токосъемником 3 и расплавом величине ЭДС и известной величине Pg, оболочки 1 из твердого электролита, используя формулу (1), можно определить содержание кислорода в расплаве. Преимущества предлагаемого устройства заключаются в том, что достигается более высокая точность измерений, так как достаточно знать величину Pg твердого электролита (парциальное давление кислорода в электроде сравнения может быть.лю-. бым, не превышающим определенного значения) и возможно изготавливать механически прочные электроды сравнения. Формула изобретения Датчик окисленности жидкого металла, содержащий оболочку из твердого электролита, выполненную из стабилизированной двуокиси циркония размещенные в ней электрод сравнения и токосъемник, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения содержания кислорода, электрод сравнения выполнен из смеси Zr-ZrO при следующем.соотношении компонентов, вес.%: Цирконий33-73 Двуокись циркония 27-67 Источники информации. лринятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 391461, кл. G 01 N 27/46, опублик. 25.08.1973. 2.Авторское свидетельство СССР № 754295, кл. G 01 N 27/46, опублик. 07.08.80 (прототип).