Устройство для анализа газов Советский патент 1982 года по МПК G01N27/46 

ометрическую ячейку с измерителем ЭДС 2, Анализируемый газ с постоянным расходом подают в устройство, котор может работать в двух режимах. В первом случае на электроды электроЛИЗера подают напряжение, величина которого позволяет откачать только свободный кислород. Если в анализируемом газе имеется свободный кис лород, он откачивается, и по величи не тока, протекающего в цепи питания электролизера, определяют содер жание свободного кислорода. По вели чине ЭДС потенциометрической ячейки определяют величину пардиального Давления паров воды. Однако если анализируемый газ содержит сво бодный водород, на электродах элект ролизера возникает ЭДС, которая при водит к натеканию кислорода, которы в свою очередь, соединяется с избыточным водородом с образованием воды, что приводит к ошибке измерения отношения парциальных давлений паров воды и водорода. В этом режиме работы ус-тройство может измерять только содержание свободного кислорода и величину . Во втором случае на электроды элект ролизера подают постоянное напряжение, величина которого больше напряжения диссоциации паров воды. Если анализируеиый газ содержит избыточный водород, в электролизере диссоциирует часть паров воды, и откачивается Обязанный кислород/ при этом увеличивается Р и уменьшается . Т«аким образом, определение отношения РнаО/ Иа производится с ошибкой. Если анализируемый газ содержит свободный кислород, в электролизере наряду со свободньнд кислородсзм откачивается и часть свя занного кислорода, при этом также уменьшается величина увеличива ется Р . В этом случае устройство с ошибкой измеряет содержание свободного кислорода и отношение Следовательно, устройство имеет низкую точность анализа газа. Цель изобретения - повышение точности анализа газа. Поставленная цель достигается те что в устройстве для анализа газов, содержащем электролизер для удаления свободного кислорода из анализи емой смеси с подключенным к его электродам источником постоянного напряжения и измерителемтока, подсоединенную последовательно к элект ролизеру твердоэлектролитную потенциометрическую ячейку с измерителем ЭДСр за потенциометрической ячейкой по ходу саза устан-овлен дополнитель ный электролизер для удаления связанного кислорода, а электролизер для удаления свободного кислорода снабжен установленным в цепи питания вентильным элементом, препятствующим прохождению тока в направлении, обратном направлению тока откачки. Устройство обеспечивает автоматическое изменение режима работы электролизера для удаления свободного кислорода в Зависимости от состава анализируемого газа, что устраняет натекание кислорода и, тем самым,обеспечивает повышение точности анализа. Кроме того, обеспечивается не только измерение количества свободного кислорода и парциального давления паров воды, но и водорода, т.е. повышает точность анализа газа. На чертеже изображено предлагаемое устройство. Устройство для анализа газов содержит электролизер 1 для удаления свободного кислорода из анализируемой смеси, подсоединенную последовательно к электролизеру 1 твердоэлектролитную потенциометрическую ячейку 2 и дополнительный электролизер 3 для удаления связанного кислорода, установленный последовательно за потенциометрической ячейкой 2. Для регулировки расхода газа устройство содержит вентиль 4. К электродам электролизеров 1,и 3 соответственно подключены источники 5 и 6 постоянного напряжения и измеЕ)ители 7 и 8 тока. Электролизер 1 снабжен ycтaнoвлeнны i в цепи питания вентильным элементом 9, препятствукнцим прохождению тока в направлении, обратном направлению тока откачки. К электродам ячейки 2 подключен, измеритель 10 ЭДС. Устройство работает следующим образом. На электроды электролизера 1 подают постоянное напряжение, обеспечивакндее откачку свободного кислорода, близкое, но не превышающее напряжения диссоциации паров воды (примерно 600 мБ ПРИ ), а На электроды электролизера 3 - напряжение, величина которого больше напряжения диссоциации паров воды {примерно 1200 мВ при 900 С). Анализируемый газ с постоянным расходом подают в устройство и пропускают, последовательно через электро- , лизер 1, потенциометрическую ячейку 2 и электролизер 3. Если анализируемый газ .на входе в устройство имеет избыточный водород, то поступающая в электролизер 1 газовая смесь вызывает возникновение на его электродах ЭДС, направленной встречно по отношению к напряжению источника 5 и превышающей его по абсолютной величине. При этом

вентильный элемент 9-, установленный, в цепи питания электролизера 1, препятствует прохождению тока в направлении, обратном направлению тока откачки, что вызывает автоматическое изменение режима работы элект ролизера 1. Электролизер 1 в этом случае работает только как высокотемпературный контактный аппарат в котором происходит образование паров воды из кислорода и водорода.Пос ле электролизера 1 газовая смесь поступает в ячейку 2. По величине ЭДС определяют отношение Р). /Р . Затем по величине тока откачки электролизером 3 связанного кислорода, измеряемого измерителем 8 тока, определяют величину . По значениям РнаО /РИ. НаО определяют содержание Рц, - свободного водорода в анализируемом газе.

Если анализируемый газ имеет избыточный свободный кислород, то автоматически в электролизере 1 устаналивается другой режим работы - электролизер работает и как высокотемпературный контактный аппарат, в котором происходит образование паров воды из кислорода и водорода, и как кислородный насос, в котором происходит откачка свободного кислорода Ток откачки ионов кислорода в элект ролизере 1 измеряют измерителем 7 тока и по его величине определяют содержание свободного кислорода. Ве тильный элемент 9 обеспечивает прохождение тока в направлении откачки кислорода. Затем анализируемый газ в котором отсутствует свободный кислород поступает в ячейку 2. ЭДС ячейки 2 измеряют измерителем 10 и по ее ве.личине определяют содержание в га.зе паров воды. С помощью электролизера 3 в этом случае также измеряют содержание паров воды путем измерения тока откачки ионов кислорода, образовавшихся в результате диссоциации паров воды. Содержание паров воды, определяемое с помощью ячейки 2, в этом случае совпадает с содержанием паров воды, определяемым с помощью электролизера 3. Таким образом, устройство позволяет определить содержание основных компонентов высокотемпературных газовых смесей: свободного кислорода, свободного водорода и влаж ности, независимо от того, является ли анализируемая газовая смесь окислительной или восстановительной. Точность определения содержания отдельных компонентов анализируемой смеси также не зависит от анализируемой среды.

Устройство автоматически изменяет режим работы при изменении характера анализируемой среды, что позволяет успешно применять его для непрерывного контроля в технологическом процессе.

Устройство для анализа газов применимо для анализа состава высокотемпературных пароводородных смесей являющихся рабочей средой при производстве таблеток ядерного топлива, позволяет контролировать содержание компонентов рабочей среды, подерживать их в оптимальных количествах и, тем,самым, обеспечить более высокий таблеток с заданной стехиометрией. Выход качественных таблеток .за счет поддержания оптимального количества компонентов рабочей среды может быть повышен на 10-15%.

Предлагаемое устройство также найдет применение в различных областях .металлургии для контроля защитной атмосферы печей. Формула изобретения Устройство для анализа газов, содержащее электролизер для удаления свободного кислорода из анализируемой смеси с подключенным к его электродам источником постоянного напряжения и измерителем тока, подсоединенную последовательно к электролизеру твердоэлектролитную потенциометрическую ячейку с измерителем ЭДС, отличающееся тем, что, с целью повышения точности анализа, за потенциометрической ячейкой по ходу газа установлен дополнительный электролизер для удаления связанного кислорода, а электролизер для удаления свобод ного кислорода снабжен установленным в цепи питания вентильным элементом, препятствующим прохождению тока в направлении, обратном направлению тока откачки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США 3860498, кл. G 01 N 27/46, опублик. 1975. 2.Авторское свидетельстйо СССР по заявке 2606388/18-25, кл. G 01 N 27/46, 1978.

Oxoff гуза

fffJO