Способ определения кислородного потенциала среды и устройство для его осуществления

О П И С А Н И Е (п)868528ИЗОБРЕТЕН ИЯ Сотоэ СоветсимхСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУио делам изабретений и открытийфг - .М,В. Глумов, А.С. Липилин и Б.В. КузьмиттИнститут электрохимии Уральского научного ц итра -АН .СССР(71). Заявитель 54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА СРЕДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к аналитическому приборостроению, служит для измерения кислородного потенциала среды, в которой находится электро- химическая ячейка с твердым окисным5 электролитом, и может быть использовано для измерения концентрации кислорода или кислородсодержащих газов в газообразной и жидкой средах как в лабораторной практике,то так и в промышленности.Известен способ измерения кислородного потенциала с помощью электрохимической ячейки с твердым скисным электролитом, основанный на измерении высокоомным потенциометром разности потенциалов между элект. родом, омываемым исследуемым газом и электродом, герметично изолированным в трубке или пробирке из стабилизированной двуокиси пиркония, Кислородный потенциал внутреннего элект" рода задается смесью М 1 + Н 10 . требуемом соотношении, которая помещена внутри замкнутого объема пробирки 111,Недостатком указанных способа иустройства являются ошибки измерений из-за пористости твердого электролита, избежать которые можнолишь имея абсолютно газоплотные объемы пробирок, заполненные смесью металл-окись металла, Это связано сизготовлением абсолютно газоплотныхпробирок из твердого электролита,а также с абсолютной герметизациейсмеси в пробирке путем заклеиванияотверстия специальными высокотемпературными замазками и стеклами. Причем заклеивание чаще всего производится при более высокой температуреи атмосферном давлении, поэтому врезультате измерений необходимо вносить поправку на понижение давленияв пробирке за счет более низкой рабочей температуры. Однако, даже обеспечив абсолютную газоплотность ячеек,невозможно избежать погрешности из 868528 4мерений из-за электролитическогонатекания кислорода из зоны с большим парциаЛьным давлением кислородав зону, где содержание кислородаменьше, т.е. ошибки, возникающиеиз-за этого эффекта, исключаютсятолько при равенстве парциальныхдавлений кислорода внутри пробиркии снаружи, Ошибки возрастают приотклонении парциального давлениякислорода в исследуемом газе в любую сторону, Таким образом, резкосужается диапазон достоверных значений кислородного потенциала, измеренных данным способом и ячейками.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ определения кислородного потенциала газов, заключающийся в том, что твердоэлектролитную ячейку с рабочим и сравнительнымэлектродами помещают в анализируемуюсреду, нагретую до рабочей температуры ячейки, пропускают через твердый электролит постоянный ток и измеряют электрические характеристикиячейки, по которым судят о кислородном потенциале среды. Устройство для осуществления этого способасодержит твердоэлектролитрую ячейкус рабочими электродами, подсоединенными к источнику постоянного тока,электрод сравнения и измеритель разности потенциалов 1.21,Недостатком данных способа и устройства, кроме уже описанных, являют"ся погрешности, вносимые электроннойпроводимостью.Цель изобретения - повышение точности измерений в значительно болеешироких пределах парциальных давлений кислорода.Поставленная цель достигается тем,что в способе определения кислородного потенциала среды, заключающемсяв том, что твердоэлектролитную ячейку с рабочим и сравнительным электродами помещают в анализируемую среду,нагретую до рабочей температуры ячейки, пропускают через твердый электролит постоянный ток и измеряют электрические характеристики ячейки, покоторым судят о кислородном потенциале среды, после отключения тока измеряют разность потенциалов рабочегои сравнительного электродов, при которой происходит задержка спада раз ноети потенциалов.В устройстве для осуществления.Способа, содержащем твердоэлектро 51 О 20 литную ячейку с рабочими электродами, подсоединными к источнику постоянного тока, электрод сравнения иизмеритель разности потенциалов,один из электродов выполнен .из неблагородного металла, а измеритель разности потенциалов подключен между этим и сравнительным электродами.Электрод из неблагородного металла может быть выполнен из никеля,меди, кобальта, железа и т,п.Способ осуществляется следующим образом.Между рабочими противоэлектродами через твердый электролит пропускают постоянный ток. Причем положительный полюс подключен к никелевому газодиффузионному электроду. Площадь каждого рабочего электрода 0,5 смф.Ячейка, помещенная в газовую среду состава 0,5 СО +0,5 СО предварительно нагревается до 900 С. Величинаопропускаемого анодного тока 5-15 мА. После его отключения при падении потенциала наблюдают задержку спада,которая составляет около 2-х с, а сама величина разности потенциаловв момент задержки, характеризующаякислородный потенциал среды, 235 мВ.30При помещении ячейки в среду инертного газа пропускают ток величиной1-5 мА.В этих условиях при отключениитока задержка спада катодного потенциала 200 мс, а величина разностипотенциалов 516 мВ, что соответствует содержанию кислорода 0,033 бар.На чертеже изображено устройстводля осуществления способа.Устройство состоит из тонкой 40 пластинки 1 твердого электролитасостава 0,9 110 + 0,1 У ОЕ на одну2 8 уиз сторон которой нанесен платиновый электрод 2, а на противоположную сторону - платиновый электрод 45 3 сравнения и рабочий противоэлектрод 4, состоящий из, никеля. 01 ганизованную таким способом ячейку по.мещают в среду с неизвестным содержанием кислорода и нагревают до ра бочей температуры 600-1400 С. Длянаблюдения задержки спада и измерения разности потенциалов между сравнительным и рабочим электродом изнеблагородного металла подключают 55 измеритель, например осциллограф5. К рабочим электродам подсоединяют внешний источник 6 тока, лослеотключения которого набгподают на868528 Формула изобретения ставитель В. Екаевехред А, ДчКорректор Н, Ст ермелштай Редакт аказ 8311 60 ВНИИПИ Го по дел 113035, Иааж енного. етевий -35, Ра одписное смит ета:СССР ткрытий кая рс 90 а,набе у .де Проектная иал тент, г, Ужгоро трубке катодного осциллографа спад потенциала, фиксируют задержку спада и определяют разность потенциалов. Использование в качестве источника генератора прямоугольных импульсов позволяет синхронизировать изображение спада потенциала и применить в качестве измерителя цифровой вольтметр, что существенно упрощает ис,пользование способа и предоставляет О возможность автоматизации процесса.Простота ячейки, отсутствие требований к абсолютной газоплотности, исключение дополнительных деталей или устройств для создания эталонного парциального давления под одним из электродов, избежание благодаря заложенному принципу измерения большинства возможных ошибок, а также возможность миниатюризации и автоматизации процесса измерения кислород" ного потенциала среды делают предлагаемые способ и ячейку на его основе более дешевыми, приемлемыми для использования в различных областях народного хозяйства, от метрологии до металлургии. 1Способ определения кислородноЗО го потенциала среды, заключающийся в том, что твердоэлектролитную ячейку с рабочим и сравнительным электродами помещают в анализируемую сре-,ду, нагретую до рабочей температурыячейки, пропускают через твердыйэлектролит постоянный ток и измеряютэлектрические характеристики ячейки,по которым судят о кислородном потенциале среды, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью повышенияточности определения, после отключения тока измеряют разность потенциалов рабочего и сравнительногоэлектродов, при которой происходитзадержка спада разности потенциалов,2, Устройство для осуществлейияспособа определения кислородного по"тенциала среды, содержащее твердоэлектролитную ячейку с рабочимиэлектродами, подсоединенными к источнику постоянного тока, электрод сравнения и измеритель разности потенциалов, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что один из рабочих электродов выполнен из неблагородного металла, аизмеритель разности потенциалов подключен между этим и сравнительнымэлектродами.Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Патент Франции У 2045064,кл. 0 01 й 27/ОО, опублнк. 26.02.712, Авторское свидетельство СССРФ 321743, кл. О 01 И 27/56, 1977