Устройство для измерения концентрации компонентов газовой смеси

(19) И 11 С 01 М 27/46 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1.и Г,М.Мур идетельство СССР 1 И 27/46, 1977. етельство СССР 01 М 27/46, 1980(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕ ЦЕНТРАЦЕИ КОМОНЕНТОВ ГАЗО (57) Изобретение относится тическому приборостроению, к устройствам для газового и может быть использовано ческой, металлургической и лях промышленности, Целью ИЯ ОНОЙ (ЖЕС нали- именно ализа,имитрас зобретеаналитиименно кализа иимической,траслях ся расшиностей ет измецию кисл На чертеже приве устройства для изме ции компонентов газ Устройство содер тор 2, первую и вто литные кулонометрич 4, источники 5 и 6 ного тока, блок 7 вена блок-схемаения концентравой смеси. жит фильтр 1, реакрую твердоэлектро" еские ячейки 3 инапряжения постоян ведения поправсодер- лообра- взаимоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(21) 4090249/24-2 (22) 22.05,86 (46) 07.07.89. Бю (72) В.Е.Журавлев (53) 543.274(088. (56) Авторское св 1 705320, кл. С 0Авторское свид В 046668, кл. С Изобретение относится к ческому приборостроению, а устройствам для газового ан может быть использовано в х металлургической и других о промышленности,Целью изобретения являет рение функциональных возмож устройства, которое позволя рить одновременно концентра рода, водорода и воды.ния является расширение функциональных возможностей устройства для измерения концентрации компонентов газовой смеси, которое позволяет измерять одновременно концентрацию кислорода, водорода и воды. Это достигается тем, что последовательно соединенные фильтр, реактор, две твердрэлектролитные ячейки включены в газовыйтракт. Выход первой твердоэлектролитной ячейки в двухпроводном подключении через источник напряжения и блоквведения поправки соединен с первойпарой входов схемы вычитания токов,Выход второй твердоэлектролитной ячейки через второй источник напряжения в двухпроводном подллочении соединен с второй парой входов схемы вычита- . ния.токов,ил. ки, схему 8 вычитания токов с измерителями 9 и 10. 1 оследовательно сое диненные фильтр 1, реактор 2 и твердоэлектролитные ячейки (ТЭЯ) 3 и 4 включены в газовый тракт 11.Выход первой ТЭЯ 3 в двухпровоном подклкчении через источник 5напряжения и блок 7 введения поправки соединен с первой парой вхдов схемы 8 вычитания токов, Выходвторой ТЭЯ 4 через второй источник 6напряжения в двухпроводном подключении соединен с второй парой входовсхемы 8 вычитания токов.Устройство работает следующим образом.Анализируемый инертный газжащий в общем случае потенциазующий компонент, компонент, 1492263действующий с потенциалообразующимкомпонентом, и сложное вещество, образованное первыми компонентами (например, с применением кислорододионных ТЭЯ эти компоненты: кислород,водород и вода), поступает с постоянной скоростью в избирательный поотношению к сложному веществу фильтр1, в котором анализируемый гаэ очищается от сложного вещества (для извлеченйя воды фильтр должен содержатьгигроскопическое вещество, напримерфосфорный ангидрид). На выходе изфильтра 1 инертный газ содержит из при 5примесей только потенциалообразующийкомпонент и компонент, взаимодействующий с потенциалообраэующим. Этот газпоступает в реактор 2, где происходит взаимодействие компонентов с образованием сложного вещества, и в реэультате реакции в газе будет содержаться сложное вещество и только одиниз двух других компонентов. Далее газгаз поступает в ТЭЯ 3, в которой про исходит извлечение потенциалообразующего компонента при его избытка идозирование при его недостатке. Таким образом, из ТЭЯ 3 идет газ содержащий только сложное вещество, полученное в результате соединенияпотенциалообразующего компонента свторым компонентом, а по току черезэлектроды ТЭЯ 3 и измеритель 10 можно судить о величине избытка нлинедостатка по отношению к стехиометрии потенциалообразующего компонента,При попадании сложного веществав ТЭЯ 4 часть его, соответствующаявеличине напряжения источника 6, разлагается, и потенциалообразующий компонент, полученный в результате разложения, извлекается. Величина тока через электроды ТЭЯ 4 и измерители 10 и 9 пропорциональна степениразложения сложного вещества и егоколичеству и, следовательно, при известном расходе концентрации компонента, реагирующего с потенциалообраэующим компонентом, в анализируемом газе,Напряжение источника 6 напряжениявыбирают исходя иэ принятой степени разложения воды.П р и м е р. Измерение концентрации кислорода и водсрода,Необходимо определить содержаниекислорода ( потенциалообразующего компонента) и водорода (компонента, реагирующего с потенциалообразующим компонентом) в инертном газе в присутствии воды. Устройство в этом содержит дегидратор - фильтр 1 (например, с поглотителем - фосфорным ангидридом), реактор 2 и твердоэлектро; литные ячейки 3 и 4 с кислородным твердым электролитом (например, двуокисью циркония, стабилизированный окисью иттрия), работающим при темопературе выше 600 С.Анализируемый газ, состоящий из основного инертного компонента и примесей (кислорода, водорода и воды), поступает в дегидратор (фильтр 1) где происходит извлечение воды, и выходящий газ содержит иэ примесей только кислород и водород. Затем анализируемый гаэ поступает в реактор 2 (функции которого в данном случае совмещает ТЭЯ 3, что возможно благодаря высокой температуре ячейки), в реакторе 2 кислород и водород реагируют в стехиометрическом соотношении, и в результате на выходе из реактора н анализируемом газе будет вода и либо кислород, либо водород. Из реактора газ поступает в ТЭЯ 3,в который к электродам приложено напряжение, соответствующее стехиометрическому соотношению между водородоми кислородом, в связи с чем при из-,бытке кислорода по сравнению со сте -хиометрическим под действием напряжения, приложенного к ТЭЯ 3, он извлекается до тех пор, пока из примесей в ячейке не останется одна вода.При этом протекает ток 1 характеризующий количество кислорода, извлеченного в ТЭЯ 3,Если в ТЭЯ 3 поступает водород визбыточном по сравнению со стехиометрическим количестве, то под действием напряжения, приложенного к ТЭЯ3, дозируется кислород до тех пор,пока в ТЭЯ 3 иэ примесей будет только вода. При этом через ТЭЯ 3 протекает ток 1, характеризующий количество водорода, поступившего вТЭЯ 3.Иэ ТЭЯ 3, таким образом, в ТЭЯ 4поступает иэ примесей только вода,из которой под действием напряжения 11, приложенного к ТЭЯ 4, извлекается кислород. Напряжение и в этомслучае выбирается в соответствии со92263 6 Формула изобретения степенью разложения воды, а концентрации компонентов рассчитываются по Устройство для измерения концентра"ции компонентов газовой смеси, содержащее газовый тракт с включеннымив него реактором и твердоэпектролитной ячейкой, а также схему вычитаниятоков с двумя измерителями, о т л и чающее с я тем, что, с цельюрасширения функциональных воэможностей, в него введены фильтр, втораятвердоэлектролитная ячейкаблок введения поправки и два источника на пряжения постоянного тока, причем газовый тракт содержит последовательно соединенные фильтр, реактор, первую и вторую твердоэлектролитныеячейки, причем выход первой ячейки 20 в двухпроводном подключении через источник напряжения постоянного токаи блок введения поправки соединенс первой парой входов схемы вычитания токов, вторая пара входов кото рой через второй источник напряжения постоянного тока соединена вдвухпроводном подключении с выхоДомвторой твердоэлектролитной ячейки. уравнениям ЭнаСЫ,ЭоаСОгр 1,где Ся и Сб соответственно концентрации водорода ии кислорода в анализируемом газе;соответственно элекЭн и Эо трохимические эквиваленты водорода икислорода;степень разложения сложного вещества,содержащего потенциалообразующий компонент в ТЭЯ 4;расход газа,Составитель Ю.Коршунов Редактор О,Юрковецкая Техред М,Яндык Корректор М.ВасильеваЗаказ 3870/46 Тираж 789 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101