Газоанализатор кислорода

(19 05 6 01 й 27/409 ЕНИЯ ИСАНИЕ БРЕ К АВТОРСК ТЕЛЬСТВУ(57) Испольций кислоркислород -Сущность ижит источни ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(56) Заявка ФРГ М 3104986,кл, 6 01 й 27/50, 1987,Патент США М 4571285,кл. 6 01 й 27/46, 1988. АЛИЗАТОР КИСЛОРОДА вание: измерение концентра да в газовых смесях состава зот, кислород, - аргон и др обретения; устройство содер напряжения, измеритель тока Изобретение относится к области аналитического приборостроения, в частности к газовому анализу. Изобретение может быть наиболее эффективно использовано для измерения концентраций кислорода в газовых смесях состава кислород - азот, кислород - аргон и т.п.Известен кислородный датчик, работающий на принципе измерения предельного тока, содержащий твердоэлектролитную ячейку с электродами, источник напряжения, измеритель тока и диффузионный барьер, а диффузный барьер и катод обьединены и имеют сложный состав, в котором основная доля приходится на металл, а остальное- смесь окислов. Основным недостатком этого датчика является недостаточная стабильность во времени в связи с нагреватель и твердоэлектролитную ячейку (ТЭЯ) с твердым электролитом на основе диоксида циркония и электродами, катодное пространство которой соединено с анализируемым газом через диффузионный барьер. В качестве диффузионного барьера использован капилляр из твердого электролита на основе диоксида циркония диаметром от 0,4 до 1,5 мм и длиной от 20 до 60 мм, герметично соединенный с катодным пространством ТЭЯ неэлектропроводным стек.лом, имеющим коэффициент термического расширения (КТР), близкий к КТР твердого электролита, и температуру плавления менее 1250 С. а электроды ТЭЯ выполнены из смеси мелкодисперсных платины и твердого электролита на основе диоксида циркония при определенных соотношениях компонентов.,: тем, что диффузионное сопротивление такого состава изменяется во времени из-за его спекания с течением времени.Другой известный датчик отличается тем, что диффузионный барьер выполнен в виде керамического слоя, имеющего поры, диаметр которых менее среднего пробега молекул (0,1 мнм). Его недостатком является также нестабильность диффузионного сопротивления керамического слоя, из-за малости диаметра пор, которые легко засоряются в процессе эксплуатации. Наиболее близким к заявляемому объекту является известное устройство, содержащее твердоэлектролитную ячейку с электродами, источник напряжения, измеритель тока и диффузионный барьер, 177866320 25 30 35 40 45 50 щего состав 90% Ег 0210% У 20 з, электроды 556, катодное пространство 5. Электроды 6 Кроме этого, оно содержит катодную камеру, выполненную из материала на основе диоксида циркония, в стенке имеется отверстие диаметром 10 - 50 мм и длиной 1 - 2 мм, служащее диффузионным сопротивлением. Внутри этой камеры расположен нагревательь, поддерживающий рабочую температуру 350 - 450 С.Существенным недостатком этого устройства являются недостаточные точность измерений и воспроизводимость градуировочных характеристик устройств этого типа, что связано со сложностью изготовления единообразных отверстий. из-за их малости и расположение нагревателя внутри катодной камеры, что не позволяет создать одинаковое температурное поле для разных устройств,Целью изобретения является повышение точности и измерений и воспроизводимости при серийном их изготовлении,Поставленная цель достигается тем, что в газоаналиэаторе, содержащем источник напряжения, измеритель тока, нагреватель, твердоэлектролитную ячейку с твердым электролитом на основе диоксида циркония и электродами, катодное пространство которой соединено с анализируемым газам через диффузионный барьер, согласно изобретению в качестве диффузионного барьера использован капилляр из твердого электролита на основе диоксида циркониядиаметром от 0,4 до 1,5 мм и длиной от 20 до 60 мм, герметично соединенный с катодным пространством твердоэлектролитной ячейки незлектропроводящим высокотемпературным стеклом, имеющим коэффициент термического расширения (КТР) близкий к КТР твердого электролита и температуру плавления не ниже чем, например, 1250 С, а электроды твердоэлектролитной ячейки выполнены из смеси мелкодисперсных платины и твердого электролита на основе диоксида циркония, взятых в массовом соотношении:Платина 80 - 90%;Твердый электролит 10 - 20%,На чертеже схематично изображено заявляемое устройство,Оно содержит твердоэлектролитную ячейку, включающую твердоэлектролитную камеру 4, выполненную, например в виде закрытого с одной стороны цилиндра имеютвердоэлектролитной ячейки выполнены изсмеси мелкодисперсных платины и твердого электролита на основе диоксида циркония, взятых в массовом соотношении; 5 10 15 Платина 80 - 90%;Твердый электролит 10-20% и нанесены методом вжигания при температуре 1300 - 1500 С, К катодному пространству 5 ячейки герметично подсоединен капилляр 1 с помощью высокотемпературного стекла 3. Капилляр 1 служит диффузионным барьером, выполненным из твердого электролита на основе диоксида циркония и диаметром от 0,4 до 1,5 мм и длиной от 20 до 60 мм, герметично соединенным с катодным пространством твердоэлектролитной ячейки неэлектропроводящим высокотемпературным стеклом, имеющим коэффициент герметического расширения (КТР) близкий к КТР твердого электролита и температуру плавления не ниже, чем, например, 1250 С, Кроме того, устройство содержит источник напряжения 7 и измеритель тока 8, подсоединенные к электродам ячейки, и нагреватель 2.Анализируемый газ омывает вход в капилляр,Рассмотрим работу устройства в режиме измерений, В качестве анализируемого газа использовались поверочные газовые смеси кислород - азот с содержанием кислорода от 0,1 до 99,0%. Под действием напряжения, приложенного к электродам ячейки 6, устанавливаемого постоянным в пределах от 0,4 до 1,1 В, из катодного пространства 5 ячейки кислород переносится через твердый электролит в окружающую среду. Температура твердоэлектролитной ячейки устанавливается постоянной в пределах 600/750 С. В катодном пространстве 5 накапливается азот, который диффундирует по капилляру 1 навстречу потоку анализируемого газа, в связи с чем поменяется ток, Когда достигается стационарное состояние, устанавливается постоянный ток, называемый предельным током и зависящий при постоянных условиях только от концентрации кислорода в анализируемом газе,Формула изобретения Газоанализатор кислорода, содержащий источник напряжения, измеритель тока, нагреватель и твердозлектролитную ячейку с твердым электролитом на основе диоксида циркония и электродами, катодное пространство которой соединено с анализируемым газом через диффузионный барьер, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений и воспроизводимости характеристик, в качестве диффузионного барьера использован капилляр из твердого электролита на основе диоксида циркония диаметром 0,4 - 1,5 мм и1773663 ВХОй ГВЗЙ ВЫхО Составитель Л. ПыхтинТехред М.Моргентал Ред атрушева оррект Заказ 4189 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж-.ЗБ, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина. 101 длиной 20 - 60 мм, герметично соединенный с катодным пространством твердоэлектролитной ячейки неэлектропроводным стеклом, имеющим коэффициент термического расширения(КТР) близкий к КТР твер дого электролита и температуру плавления не ниже 1250 С., а электроды твердоэлектролитной ячейки выполнены из смеси мелкодисперсных платины и твердого электролита на основе диоксида циркония при следующем соотношении компонентов, мас. ;Платина 80-90 Указанный твердый электролит 10 - 20