Устройство для измерения и контроля содержания кислорода в газах

ОП"ИСАИЗОВРЕК АВТОРСКОМУ С Союз Советских Социалистических 6) Дополнительное к а 1.77 ((22) Заявлено 09 явки РЙ с присоедииеии (23) Приоритет 3 Ъаудар ото енн комн СССРеяам нэобретенн Опубликовано 25.02 Дата о вани Г. Баранов 72) Авторы изобретения Годин(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРО СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА В ГАЗАХ 2ерения величины ЭДС ячейки необходи о проводить при температуре выше 1100 К, чтобы кислородные реакциив лектроде сравнения были обратиимыыи. ри снижении температуры существенноеньшается проницаемость кислорода ерез твердый электролит, но цри этомейка становится необратимой из-за изкой диффузионной подвижности кислода в электроде сравнения, что привоиг к возрастанию погрешности измеретйя содержаии, кислорода,Извеетно также устройство для изме- ения и. контроля содержания кислородагазах, содержащее трубку из твердого лектролита с глухим торцом и размещеные на этом торце снаружи и внутри рубки измерительные электроды,подсоеиненные к измерительному прибору 2В данном устройстве в качестве элекрода сравнения используется газ с изестным содержанием кислорода, наприер, воздух, что позволяет проводить изерения ЭДС ячейки при температуреИзобретение относится к аналитичес-м кому приборостроению, и области газово- м го анализа, в частности к приборам для измерения и введения контролируемых ко- э личеств кислорода в газы. . . ПИзвестно устройство для измерения .ум содержания кислорода в жйдких и газо- ч выхсредах,содержащеекислородноиоиный яч твердый,электролит, во внутренней по- н лости которого находится электрод срав-" ро кения, выполненный из смеси металл-;, " д Ькись металла, на внешней поверхности твердого электролита имеется измерительный электрод, находящийся в контак- Р те с анализируемой средой, потенциометрические выводы и измерительный при-.15 бор 13,нОсновным недостатком этого устройства является повышенная погрешность д измерения содерткания кислорода, обус ловленная значительной пронипаемостью т кислорода через твердоэлектролитную . в перегородку между электродом сравнениям и анализируемой средой, поскольку из- м Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно физический институт.7640 4го из твердого электролита, например,стабилизированной двуокиси циркония илилегированной двуокиси тория, вершина которого находится в контакте с дном трубки, а основание покрыто пористымметаллическим слоем, позволяет существенно повысить точность измерения содержания кислорода во всем интервалеконцентраций за счет исключения наруше 10 ния равновесия между измерительной электродной системой и анализируемой средой.Кроме того, устраняется погрешность,связанная с влиянием дозировочного тока,проходящего через боковую стенку трубки из твердого электролита, на величинуЭДС, возникающей на измерительных электродах, которые расположены на внутренней и внешней поверхностях дна трубки иэлектрически изолированы от дозировочр 0 ных электродов,На чертеже представлен общий видварианта предлагаемого устройства дляизмерения и контроля содержания кислорода в газах,25 Устройство содержит полую глухуютвердоэлектролитную трубку 1, выполненную, например, из стабилизированнойдвуокиси циркония, дозировочные электроды 2 и 3, нанесенные в виде пористогоЗ 0 металлического слоя, выполненного, налпример из,пластины, йа внутреннюю ивнешнюю боковые поверхности твердоэлектролитной трубхи 1, внутренний измерительный электрод, выполненный в видез конуса 4 из стабилизированной двуокисициркония или легированной двуокиси тория, основание конуса 4 покрыто порис-тым металлическим слоем 5, внешний измерительный электрод 6, металлическую40 трубку 7; которая служит для отвода газас заданной концентрацией кислорода иявляется одновременно потенциометрическим выводом, источник 8 постоянноготока, амперметр 9, вольтметр 10 ипотенциометрические выводы для подключения измерительных приборов. Температура рабочей части твердоэлектролитнойтрубки. 1 поддерживается на заданномуровне с помощью электрического нагреу вателя на чертеже не показан),Устройство работает следующим образом.;При достижении рабочей температуры измеряют ЭДС между измерительными электродами, величина которойпрямо пропорциональна логарифму отношения концентраций или парциальных давлений кислорода в анализируемой средеи сравнительной среде в соответствии суравнением Нернста,Измерительные электроды электрически изолированы от дозировочных электродов, нанесенных.на внешнюю и внутреннюю боковые поверхности трубки из твердого электролита. При измерениях содержания кислорода, пои котовых величина Г лежит в интервале от 10 до 10 ., 10 Па измерительный электрод изготовливается из стабилизированной двуокиси уркония, а при значениях Ро ниже 10 Пайиз легированной двуокиси тория. Отвод газа с заданной концентрацией кислорода осуществляется по расположен ной коаксиальной внутри твердоэлектролитной трубхи металлической трубке, касающейся пористого металлического слоя на основании сужающегося тела и являющейся одновременно потенциометрическим выводом от внутреннего измерительного элехтрода. Сужающимся телом может быть пирамида, конус и т. и. Йсйользование измерительного электрода в виде конуса, пирамиды и т. и., изготовленно 3 73700-1000 К, и тем самым существенноснизить поток кислорода от электродасравнения в анализируемую среду засчет уменьшения проницаемости твердогоэлектролита.К недостаткам этого устройства следует отнести значительное увелйчениепогрешностиприизмерении низких концентраций кислорода за счет потока кислорода, обусловленного электрохимическойпроницаемостью стенок трубки, вследствие неизбежного наличия неионной проводимости в любом твердом электролитедаже при низких температурах, которыйприводит, к нарушению равновесия междуизмерительной электродной системой ианализируемой средой, что вызывает существенное отличие измеренных значенийЭДС твердоэлектролитной ячейки от теоретических, Причем эта ошибка можетбыть значительной даже если кислородныйпоток через твердый электролит ничтож "Жмал и не приводит к заметйому изменению содержания кислорода в анализируемой среде.Цель предлагаемого изобретения - повышение точности измерения и контролясодержания кислорода в газах,Для этого находящийся внутри трубкиизмерительный электрод выполнен в видесужающегося тела из твердого электролита, основание сужающегося тела покрыто пористым металлическим сл 6 ем, а вершина находйтся в контакте с поверхностьюглухого торца трубки.5 71764По измеренным значениям ЭЙС.и известному парциальному давлению кисж-:рода в сравнительной среде определяютконцентрацию кислорода в анализируемойсреде, Затем через дозировочные элект-,родь 1 2 и 3 пропускают постоянный токтакой величины, чтобы поступающий кизмерительному электроду газ имел заданную концентрацию кислородаПредлагаемое устройство позволяет 10измерять и контролировать содержайиекислорода в интервале парциальных давлений кислорода от 1 до 1 ОПа притемпературе 1000 К с погрешностью от4 до 8%,15 формула изобретения Устройство для измерения и контроля содержания кислорода в газах, содержа-, 20о 6щее вырубку из твердого электролита сглухим торцом и размещенные на этомторце снаружи и внутри трубки измерительные электроды, подсоединенные к измерительному прибору, о т л и ч а ющ е е с и тем, что, сцелью повышенияточности измерения и контроля, находящийся внутри трубки измерительный электрод выполнен в виде сужающегося телаиз твердого электролита, основание сужающегося тела покрыто пористым металлическим слоем, а вершина находится вконтакте с поверхностью глухого торцатрубки,Источники ивюрмации,принятые во внимание "йри экспертизе1. Патент США3578578,кл, 2 О 4-195, опублик, 1971.2. Патент США3776831,кл. 2 О 4-195, оцублик. 1973,