Устройство для измерения концентрации кислорода Советский патент 1982 года по МПК G01N27/46 

(5Ю УСТРОЙСТВО Для ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ Изобретение относится к технике измерения содержания кислорода в га зовых средах, в частности к электрохимическим датчикам, и может быть использовано в энергетике, химической и металлургической промышленности. Известна твердоэлектролитная ячейка, компенсирующая влияние паразитной термо-ЭДС, содержащая рабочий участок с переменной толщиной стенки и дополнительным измерительным электродом, подключенным через блок усиления ко Входу сумматора, к которому также подключен образцовый электрод, а измерительный электрод подключен к сумматору и блоку усилейия Cl. Однако такая ячейка сложна в изготовлении, а наличие вычислительных блоков вносит дополнительную погрешность. Кроме того, компенсация в этой ячейке не учитывает функционал ной зависимости термо-ЭДС от измеКИСЛОРОДАрения концентрации кислорода, что, в свою очередь, снижает точность измерения. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения концентрации кислорода, содержащее корпус с размещенными в нем тверйоэпектролитной ячейкой со взаимно смещенными электродами, нагревателем, расположенным вокруг твердоэлектролитной ячейки, и термопарой, включенной в измерительную схему 234 К недостаткам известного устройства следует отнести сложность реализации для получения действительного устранения паразитной термо-ЭДС и соответственно недостаточную точность В известном устройстве электроды ячейки смещают на расчетную величину, которая зависит от разности их температур и от крутизны линейно-возрастающего температурного поля на.гревателя. Для реализации известного 39 устройства необходимо измерить с дос таточной точностью разность температур по толщине стенки ячейки и крутизну температурного поля нагревателя, затем определить величину смещения электродов. Но измерение указанных параметров можно произвести с определенной погрешностью. Кроме того, достаточно точно нанести электро ды с заданным смещением трудно. В результате полностью устранить термо- ДС в известном устройстве не удается, . Целью изобретения является повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для измерений концентраций кислорода,, содержащем корпус с размещенными в нем твердоэлект ролитной ячейкой со взаимно смещенными электродами, нагревателем, расположенным вокруг твердоэлектролитнойячейки, и термопарой, включенной в измерительную схему, между нагревателем и твердоэлектролйтной ячейкой установлена трубка из теплопроводящего материала с переменной толщиной стенки по длине. На фиг. 1 изображено устройство для измерения концентрации кислорода на фиг. 2 - график изменения тeмпepa тур по толщине стенки ячейки в разных положениях трубки из теплопроводящего материала. Устройство содержит корпус 1, с размещенными в нем твердоэлектролйтной ячейкой 2 со взаимно смещенными электродами 3 и 4, нагревателем 5i расположенным вокруг твердоэлектролйтной ячейки 2, и термопарой 6, вкл ченной в измерительную схему 7 Между нагревателем 5 и твердоэлектролйтной ячейкой 2 установлена трубка из теплопроводящего материала с пере менной толщиной стенки по длине. Трубка 8 снабжена механизмом 9 перемещения. Электроды 3 и взаимно смещены так, чтобы степень перекрытия, определяемая отношением площади перекрытия к площади одного из электродов, выраженная в процентах, составила не менее 10, Нагреватель 5 выполнен таким образом, чтобы температурное поле внутри него в зоне электродов ячейки 2 было равномерным. Это достигается увеличенной длиной нагревателя или специальной намоткой винтов нагревателя с переменным шагом. Толщина стенки трубки 8 изменяется вдоль образующей трубки по экспоненциальному закону. Выводы электродов и 3 подсоединяются к измеритель ной схеме 7. Устройство работает следующим образом . При подводе к электродам 3 и А ячейки 2 газа с одинаковым содержанием кислорода, например воздуха. ЭДС, генерируемая ячейкой 2 и фиксируемая измерительной схемой 7, будет зависеть только от разности средних температур и при уменьшении этой разности будет стремиться к нулю. Устройство настраивается в таких условиях. Поскольку температурное поле нагревателя 5 в районе электродов ячейки близко к равномерному (линия I на фиг. 2), то температурное поле внутри трубки 8 в этом же районе будет определяться законом изменения толщины его стенки вдоль оси, так как тепловой поток с внешней стороны трубки 8 одинаков, а с внутренней .стороны ограничен теплопередачей от его внутренней стенки к анализируемому газу. При перемещении трубки 8 вдоль общей оси с нагревателем 5 и ячейкой 2 температурное поле внутри него и соответственно над электродаМИ смещается по линиям. ММ и . В зависимости от разности температур по толщине стенки ячейки 2 и стенки перекрытия электродов 4 и 3 выбирается такое положение трубки 8, при котором крутизна температурного поля внутри нагревателя обеспечит выравнивание средних температур смещенных электродов ячейки 2. Настройку производят с помощью механизма 9 и прекращают при установке стрелки индикатора в нулевое положение. Чем больше разность температур по толщине стенки и чем меньше электроды смещены, тем большая крутизна температурного поля (еобходима для выравнивания вредних температур электродов и тем, соответственно, больше должна быть смещена трубка. 8 вправо (линия IV на фиг. 2). При измерении настроенным устройством, т.е. при подаче анализируемого и эталонного газов к электроду 3 и ячейки .5, генерируемая ею ЭДС определяется только уравнением Нернста, так как средние температуры электродов равны и поэтому паразитная термо- ЭДС отсутствует. Рабочая температура ячейки при измерении контролируется с помощью термопары 6. Отрезки дТ , AT-j на фиг. 2 показывают каким должен быть перепад температур по толщине стенки ячейки в разных положениях элемента 8 (линии II, III и IV)- и при данном смещении электродов, чтобы средние их температуры были равны. Применение предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерения содержания кислорода в газовых средах и довести се до 0,5-1.0%. Экономический эффект от внедрения .устройства на парогенераторах составляет itS тыс. руб. в год. Формула изобретения Устройство для измерения койцентрации кислорода, содержащее корпус с размещенными в нем твердоэлектролитной ячейкой со взаимно смещенными электродами, нагревателем, расположенным вокруг твердоэлектролитной ячейки, и термопарой, включенной в измерительную схему, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, между нагревателем и твердоэлектролитной ячейкой установлена трубка из теплопроводящего материала с переменной толщиной стенки по длине. Источники информации, Р- нятые во внимание при экспертизе , Авторское свидетельство СССР ,f Г,дз719, кл. G 01 N , 1975. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке « 2795393/18-25, кл. G 01 N , 1979 (прототип).