Твердоэлектролитный датчик двуокиси углерода

(19 1)з 6 01 й 27/40 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ аИДЕТЕЛЬСт ВТОРСКО химической,физи- Вершинин арбонаты щелочектроды из серебПри температуре т концентрацию шной среде с чувкада в диапазоне 0 О чика отнори высоких водимости малых то" трод. Кротся такие материалы,снижение ние датчирабока,1(54) ТВЕРДОЭЛЕКТРОЛИТНЫЙ ДАТЧИКДВУОКИСИ УГЛЕРОДА(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к дат чикам контроля параметров газовых сред, иможет найти применение при измерении Изобретение относится к контрольноизмерительной. технике, в частности к датчикам контроля параметров окружающей . среды, и может быть использовано для определения концентрации двуокиси углерода в различных газовых средах.Известны твердоэлектролитные датчики двуокиси углерода с использованием керамического твердого электролита на основеполиалюмината натрия, работающие при 300 - 5000 С с рабочими электролитами из золотаи платины; или на основе "насикона" (йазЪг 9 гР 1 г), работающего при 8000 С с индикаторным золотым электродом.Наиболее бчйзким к предлагаемому техническому:решению является твердоэлектролитный сенсор ангидридов, содержа- щий твердый электролит с проводимостью концентрации двуокйси углерода в различных газовых смесях. Датчик содержит фторпроводящий электролит на основе фторида свинца, электрод сравнения изсмеси порошков твердого электролита и металлического свинца и индикаторный электрод, выполненный из смеси порошков твердого электролита, фторида цинка.и оксида меди состава Са-О, где 0,05 х 0,95, При исследовании газовых смесей воздух-двуокись углерода в диапазоне температур от 0 до 40 С и интервале концентраций двуокиси углерода от 100 до 0,05 об.; получены следующие технические характеристики: чувствительность при комнатной температуре изменяется по диапазону концентраций от 70 до 15 мВ/декада, быстродействие около 10 мин, 2 ил,по ионам ОЪОг-СаО, кных металлов й рабочиеэлра, золота или платины,7000 С датчик определяедвуокиси углерода в воздуствительностью 20 мВ/деот 1 до 10 этмК недостаткам укаэанного датсится то, что он работает только птемпературах из-за низкой провзятого твердого электролита иков обмена нэ границе ТЭЛ-элекме того, в датчике используюдорогостоящие и дефицитныекак золото и платина.Целью изобретения являетсячих температур и удешевлесравнения на основе металлического проводника и индикаторный электрод, индика 10 30 35 постоянного тока. 40 Датчик работает следующим образом.50 Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом датчике двуокиси углерода, содержащем твердый электрОлит, электрод торный электрод изготавливают иэ смеси поройков фторпрьводящего твердого электролита, фторйдэ"цинка и оксида меди состава Сог-х, где 0,05 х 0,95, взятых всоотношении, мол,%.ТЭЛ от 40 до 50,Лп Рвот 2 до 25, Са-х от 25 до 58,В качестве фторпроводящих ТЭЛ берут фторид свинца, легированный фторидами щелочных и щелочноземельных металлов, а электрод сравнения датчика выполняют из смеси порошков металлического свинца и фторпроводящего ТЭЛ. Снижение рабочих температур вплоть до комнатной обеспечивает выбранный состав индикаторного электрода, выполненный в виде распределенных структур с фторпроводящим ТЭЛ, фторидом цинка и оксидом меди, Исключение из конструкции датчика золотых и платиновых,электродов удешевляет датчик. Избирательность датчика к двуокиси углерода, по-видимому, связана с образованием в приэлектродном слое карбонатов переходного металла (меди).йа фиг.1 показан общий вид. Датчик содержит помещенные в изолирующую втулку 1 фторпроводящий ТЭЛ 2, с одной стороны к которому припрессованы индикаторный электрод 3 и металлическая сетка 4, а с другой - электрод сравнения 5 со свинцовым токоотводом 6, Разность потенциалов между рабочими электродами измеряется высокоомным вольтметром 7 Если в исследуемой газовой среде отсутствует двуокись углерода; то между электродэми устанавливается начальная разность потенциалов, соответствующая выбранной электрохимической системе. При взведении в исследуемую среду СОг ЗДС датчика будет изменятся пропорционально концентрации СОг, Для каждого датчика снимается калибровочная кривая, ход которой определяется типом его электродови видом исследуемой газовой смеси(воздух,аргон или др,).П р и м е р 1, В изолирующую втулку из оргстекла с внутренним диаметром 0,5 см последовательно запрессовывают: токоотвод из никелевой сетки, индикаторный электрод массой 20 мг состава: ТЭЛ 0,94 РЬГг.0,02 Сэ Рг,04 КГ 45 мол,%, Еп Гг 15 мол,%, Со 150 40 мол.%; слой фторпро 15 20 водящего ТЭЛ массой 100 мг состава 0,94 Р Ь Рг,02 Са Гг,04 КР; электрод сравнения общей массой 20 мг, содержащий 50 об,% металлического свинца и 50 об,% указанного фторпроводящего ТЭЛ; токоотвод из свинца, Исследовались смеси двуокиси углерода с атмосферным воздухом при температурах от 0 до 40 С в диапазоне концентраций СОг от 100 до 0,05 об.%. Результаты измерений зависимости ЭДС ячейки от состава смеси при комнатной (около 20 С) температуре представлены на фиг.2. Чувствительность датчика изменяется по диапазону от больших концентраций к меньшим от 70 до 15 мВ/декада, быстродействие (время установления сигнала на уровне 0,9 Е) составляет около 10 мин. При снижении температуры до 0 С быстродействие изменяется до 15 мин, а при повышении температуры до 40 С - до 8 мин. Как видно их фиг,2, калибровочные кривые, снятые через 1 сут и через 2 сут после изготовления датчика, практически совпадают.П р и м е р 2. Изготовление и испытание датчика аналогично примеру 1. Использован фторпроводящий ТЭЛ состава 0,96 РЬГг,04 КГ, Индикаторный электрод содержит: ТЭЛ 50 мол,%, ЕпГг 25 мол.%, Св 1 яО 25 мол,%. Электрод сравнения содержит ТЭЛ 60 об.%,.свинец 40 об,%, Быстродействие при 0 С 20 мин, при 20 С - 15 мин, при 40 С 10 мин. Вид калибровочной кривой близок к примеру 1,П р и м е р 3, Изготовление и испытания датчика аналогичны примеру 1, Использован фторпроводящий ТЭЛ состава 0,94 РЬЕг,023 гРг,04 КР. Индикаторный электрод содержит ТЭЛ 40 мол.%, ЯгГг 2 мол,%, Со 1,о 50 50 мол.%. Электрод сравнения содержит ТЭЛ 40 об,%, свинец боб,%, Быстродействие при 0 С 25 мин, при 20 С 16 мин, при 40 С 12 мин. Чувствительность при 20 С близка к примеру 1,П р и м е р 4. Изготовление и испытание датчика аналогичны примеру 1. Использован фторпроводящий ТЭЛ состава 0,96 РЬгг,04 КГ, Индикаторный электрод содержит, об,%; ТЭЛ 37, ЕпЕг 1, Сц 1,озО 62, Электрод сравнения содержит, об.%: ТЭЛ 30, свинец 70. Быстродействие при 0 С 40 мин, при 20 С 20 мин. при 40 С 18 мин, Чувствительность падает нэ 30% по всему диапазону.П р и м е р 5. Изготовление и испытаниедатчика аналогичны примеру 1. Использовали фторпроводящий ТЭЛ состава 0,96 РЬР,04 КР, Индикаторный электрод содержиг, мол,%: ТЭЛ 53, ЕпГг 27, Со 1.этО 20. Элек.- род сравнения об,%: ТЭЛ 70, свинец 30.Быстродействие при 0 С 45 мин, при 20 СЗаказ 4361 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская Йаб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,25 мин, при 40 С 20 мин. Чувствительность падает на 40;, Примеры показывают работоспособность датчика в диапазоне температур, близких к комнатной. Характеристики датчика ухудшаются по мере отклонения со става от формулы изобретения. Изобретение может найти применение в таких областях как приборостроение, экология и др,Формула изобретения 10 Твердоэлектролитный датчик двуокисиуглерода, содержащий твердый электролит,электрод сравнения на основе металлич- ского проводника и индикаторный электрод, отл ича ю щи й с ятем, что, с цельюснижения рабочих температур, индикаторный электрод изготавливают из смеси фторпроводящего электролита, фторида цинка и оксида меди состава Сор-хО, где 0,05х0,95; взятых в соотношении, мол. ;Твердый электролитЕпРгС О 2.х