Способ измерения парциального давления окислов азота в газовой смеси

/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬПЪ 9(71) Новосибирский государственныйуниверситет им. Ленинского комсомола и Институт химии твердого телаи переработки минерального сырьяСибирского отделения АН СССР(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 981880, кл. С 01 К 27/46, 1982.2. Патент США У 3821090,кл. 0 01 И 27/46, опублик. 1974(прототип),(54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ОКИСЛОВ АЗОТА В ГАЗОВОЙ СМЕСИ путем измерения тока, проходящего через чувствительный элемент, выполненный иэ,твердого электролита с проводимостью по ионаманализируемого компонента, с электродами, нанесенньаки на его торцовые новерхнЬсти, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью новышения точности и экспрессности измерений, в качестве твердого электролита используют нитрит цезия.Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может применяться в газовой, химической идругих отраслях промышленности,а также в службе техники безопасности для контроля содержания окислон азота в атмосфере,Известен способ измерения парциального давления окислов азота вгазовой смеси путем измерения ЭДСэлектрохимической системы 111,Однако такой способ не обладаетдостаточной точностью измерений.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ измерения парциального давления окислов азота н газовой смеси путем измерения тока,проходящего через чувствительныйэлемент, выполненный из твердогоэлектролита с проводимостью по ионаманализируемого компонента, с электродами, нанесенными на его торцовыеповерхности 2 .Недостатки известного способа заключаются в инерционности и низкойточности измерений.Цель изобретения - повышение точ ости и экспрессности измерений,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу измеренияпарциального давления окислов азотав газовой смеси путем измерения то-ка, проходящего через чувствительныйэлемент, выполненный из твердогоэлектролита с проводимостью по ионаманализируемого компонента с электродами, нанесенными на его торцовые поверхности, в качестве твердогоэлектролита используют нитрит цезия. Твердый электролит, характеризующийся частичной или преимущественной проводимостью по ионам ИО, длительное время поляризуют с бло,.ирующими по ионам проводимости электродами нри напряжении, не превышающем напряжение разложения электролита (обычно это не более 05 В), После достижения н укаэанных условиях стационарного значения тока через электролит (а это достигается через 10-20 ч после начала поляризации) ток ионов НО (по определению блокирующего электрода) становится равным нулю. Если на такой блокирующий электрод (катод) подать газообразный И 02, то он, будучи сильным акцептором электронов, адсорбиру ется,на электроде и ионизируется пореакцииМО + е" ИО2 тт.е. на катоде происходит генерацияносителей тока и он становится обратимым относительно электролита,Внешне это должно проявиться в резком увеличении протекающего черезэлектролит стационарного тока, По скольку концентрация адсорбированных молекул Ю пропорциональна давлению ИО, то наблюдается линейнаясвязь между величиной тока, проходящего через электролит, и парциальным 15 давлением 802 в газе.Нижний предел измеряемых такимобразом давлений 1102 определяетсявеличиной стационарйого тока в отсут.стнии НО 2. Верхний предел давления 20 ИО 2 определяется величиной максимальной при данных условиях проводимости электролита по ионам ИО , т.е.рваХот где РмахМ 02- максимальное значениеР , замеряемое по данному способу- константа пропорциональ 30ности, зависящая толькоот температуры;б - общая проводимость электролита,"1 -- число перекоса электро 3 Г35 лита по ионам ИО, .На чертеже показан датчик для осуществления способа,В качестве чувствительного элемента 1 датчика выбран твердыйлэлек 40тролит (нитрит цезия), имеющий достаточно высокую ионную проз". димостьширокий интервал температур и:мерения (до 430 С) и малую неличинуоэлектронной составляющей проводимос 45 ти. Электродами 2 служит платиноваяпаста на органическом связующем,Датчик содержит источник 3 тока и амгерметр 4, Перед проведением измерений чувствительный элемент нагренао50 ется до 400 С для увелнчекия электропронодности, а затем на электроды подается поляризующее напряжениевеличиной до 500 мВ, не превышающеенапряжение разложения твердого элек"55 тролита, Ток, протекающий через электролит., постепенно падает и черезсутки достигает значения 2 10 Л.7При запуске ИО с парциальным дав 21125535 Составитель Г.БоровикТехред Т.Маточка Корректор Е.Сирохман Редактор А.Мотыль Тираж 822 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб. д. 4/5Заказ 8532/33 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 3лением Р ц, от 3 10 до 10"1 торрно,величина тока за 2-3 с возрастаетсоответственно до 510 и 1,510 А,т.е. линейно увеличивается с увеличением Р . При увеличении Ро до Бфзначений более 10 торр ток возрас-тает слабее, а при Ро 1 торр ужене зависит от давления ИО,Ток, протекающий через датчикпри 400 С и напряжении на электролите 500 мВ зависит от парциального давления Ю при Ро 3 10,1, 510 , 9, 6 10, 6-10", 1, 1, 3 торр,ток соответственно 2 ф 1 О , 1 10 ,6,5 ф 10, 1,8 10, 2,010 , 2,0 в 10 А.15Напряжение поляризации можно менять в пределах 0,1-500 мВ. Применьших напряжениях приходится работать с исчезающе малыми токами, принапряжении, большем чем 500 мВ, 20превышается напряжение разложения,ток через электролит резко растет идатчик теряет чувствительность кф 2.П р и м е р 1. Датчик помещают 25в емкость с остаточным давлениемвоздуха 10 торр и поляризуют отисточника постоянного тока напряже"иием О, 1 мВ; В течение 20 ч ток,протекающий через электролит, падает от стационарного значения 310 фАт.е. не меняется по величине в течение 1 ч более чем иа 103. Призапуске Ю с парциальным давлениемР 0 =О, 1 торр ток за 3 с достигаетЧо, фнового стационарного значения, 910 А. П р и м е р 2. Датчик поляри,"уется постоянным напряжением 25 мВ. Уже через 12 ч поляризации при 400 С ток через электролит достигает стационарного значения 1,2 .10 А. При запуске ИОи Рцд =0,1 торр ток за 2 с принимает новое стационарное значение 3,2 10А.П в и м е р 3, Датчик поляризуют постоянным напряжением 500 мВ, Через 12 ч ток достигает стационарного значения 210 А. При запуске МО с парциальным давлением 0,1 торр ток за 2 с возрастает до нового ста-ционарного значения 6,510 А. Из приведенных примеров видно, что измерение давления согласно предлагаемому способу основано на ли. нейной зависимости тока, протекающего через него, от парциального давления М 02 в широком интервале поляриэующих напряжений от 0,1 до 500 мВ. Оптимальным является напряжение 500 мВ, так как при этом напряжении ток быстрее становится стационарным и имеет достаточно большую величину ( 10 - 10" А), которую легко замерять стандартными лабораторными амперметрами. Преимущества предлагаемого спосо- ба зактуочаются в том, что точность возрастает в 4-5 раэ, быстродействие составляет 2-3 с против 500- 600 с по сравнению с известным способом.