Твердоэлектролитный датчик окиси углерода

(5 САНИЕ Я ВТОРСКОМУ С ЕЛЬ Т Изоб рительно контроля может б концентр газовых Изве углерода с отборо химическ требуютГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Отделение Института химической физики АН СССР(54) ТВЕРДОЭЛЕКТРОЛИТНЫЙ ДАТЧИКОКИСИ УГЛЕРОДА(57) Изобретение относится к электроизме рительной технике, в частности к датчикам ретение относится к электроизмей технике, в частности к датчикам параметров окружающей среды, и ыть использовано для измерения ации окиси углерода в различных средах,стные способы определения окиси (СО) в газовых средах, связанный м проб и дальнейшим их анализом ими или спектральными методами, много времени и не могут быть исконтроля параметров газовых сред, и может быть использовано для измерения концентрации окиси углерода в различных газовых смесях. Датчик содержит фторпроводящий твердый электролит, электрод сравнения из смеси порошков свинца и фторида свинца и индикаторный электрод из оксифторида никеля состава ЮОхР 2-2 х (где 0,6х 0,95) с добавками 2 - 15 об.о платиновой черни. При исследовании газовых смесей воздух - окись углерода при комнатной температуре и влажности среды около 30 отн. о получены следующие технические характеристики; диапазон измеренных концентраций СО 10 - 1 10 об.о, чувствительность во всем диапазоне около 50 мВ/декаду, время установления сигнала вдиапазоне 10 - 1 об.% составляет 50 с и пуи уменьшении концентрации СО до 1 10 увеличивается до 200 с, время полной релаксации - соответственно 160 и 600 с,2 ил. пользованы для дистанционных измерений, Более перспективными являются твердотельные датчики с электрическим выходом, в частности потенциометрические датчики на твердых электролитах.Известны твердоэлектролитные датчики СО, использующие в качестве ТЭЛ кислородпроводящие материалы на основе ЕГ 02-СаО или Р-глинозема.Недостаток этих датчиков в том, что они работают только при высоких (более 300 С)температурах,что связано с низкой ионной проводимостью взятых материалов. Есть варианты создания датчиков СО для работы при температурах окружающей среды. В этих случаях используют протонные ТЭЛ типа ЯЬ 205 п Н 20, полимерные ТЭЛ или фторпроводящие твердые электролиты типа РЬЯпГ 4, Этот тип датчиков имеет при комнатной температуре весьма низкое быстродействие и неширокий интервал измеряемых концентраций.Наиболее близким к изобретению является датчик окиси углерода, содержащий фторпроводящий ТЭЛ на основе аГз, электрод сравнения из смеси фторида олова с металлическим оловом и чувствительный электрод из порошкообразной платины, При комнатной температуре датчик практически неработоспособен из-за низкой чувствительности и малого быстродействия, но при 100 С он имеет следующие характеристики; чувствительность около 30 мВ/декаду, время установления сигнала на уровне 0,9 Еуст, порядка 10 мин и нижний предел измерения концентраций СО 1 10 атм, Таким образом, к недостаткам прототипа можно отнести его низкое быстродействие и ограниченный диапазон измеряемых концентраций.Целью изобретения является повышение быстродействия и расширение диапазона измеряемых концентраций СО при работе в области комнатных температур,Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом датчике окиси углерода содержащем фторпроводящий твердый электролит и электрод сравнения из смеси металла с его фторидом, индикаторный электрод изготавливают из оксифторида никеля состава ЮОхГ 2-2 х(где 0,6 х 0,95) с добавками 2 - 15 об,% платиновой черни. Электрод сравнения изготавливают из смеси порошков свинца и фторида свинца,На фиг. 1 приведен предлагаемый датчик окиси углерода; на фиг,2 - калибровочная кривая для одного из датчиков,Датчик содержит металлический корпус 1 в виде полого цилиндра с сетчатым дном, в который вставлена изолирующая втулка 2. На дно стакана последовательно зайрессовывают токоотвод из металлической сетки 7, индикаторный электрод 3, фторпроводящий ТЭЛ 4, электрод 5 сравнения и токоотвод 6, залитый герметиком 9. Между токоотводами 6 и 7 включается вольтметр 8 постоянного тока,Принцип таботы предлагаемого датчика заключается в следующем.10 15 20 25, отн. Ополучают следующие технические ха 50 55 30 35 40 45 Если в измеряемой газовой среде отсутствует окись углерода, то между индикаторным электродом и электродом сравнения устанавливается начальная ЭДС, соответствующая выбранной электрохимической системе, При наличии в газовой системе СО происходит изменение ЭДС, пропорциональное ее концентрации,Калибровочная кривая для одного из датчиков при измерении смесей воздух-СО при комнатной температуре приведена нафиг. 2. П р и м е р 1, В изолирующую втулку изоргстекла с внутренним диаметром 0,5 см последовательно запрессовывают токоотвод из никелевой сетки, электрод сравнения из смеси металлического свинца и РЬГ 2 (по 50 мас,каждого) общим весом 10 мг, слой фторпроводящего ТЭЛ состава 094 Рьг 2 0,02 саг 2 - 0,04 кр весом 100 мг и индикаторный электрод весом 10 мг, состоящий из оксифторида никеля состава %00,8 Г 0,4 с добавкой 8,0 об,% платиновой черни, При исследовании смесей воздуха с окисью углерода при 20 С и влажности около 30 рактеристики: диапазон измеряемых концентраций СО 10 - 1 10 5 об. О , чувствительность около 50 мВ/декаду, время установления сигнала на уровне 0,9 Е (быстродействие) 50 с, время релаксации 160 с (для концентрации СО 1 - 10 об.%). При малых концентрациях быстродействие и время релаксации увеличиваются в несколько раз (так для концентрации СО около 1 10 об,% эти величины составляют соответственно 200 и 600 с). Градуировочная кривая этого датчика приведена на фиг,2.П р и м е р 2, Изготовление датчика и его испытание аналогичны примеру 1,В качестве ТЭЛ используют состав 0,96 РЬГ 2 - 0,04 КГ. Индикаторный электрод выполняют из оксифторида никеля состава й 00,95 Г 0,1 с добавкой 15 об.,оплатиновой черни, Технические характеристики для смесей воздух - СО: диапазон измеренных концентраций 10 - 1 10 об. . Чувствительность 40 м В/декаду, быстродействие 60 с, время релаксации 200 с (для диапазона от10 до 1 об,% СО). П р и м е р 3, Изготовление датчика и его испытание аналогично примеру 1.Состав взятого ТЭЛ0,94 Рьр 2 - 0,02 саг 2 0,04 КР, ИнДикаторный электроД выполнен из оксифторида никеля состава %00,5 Г 0,8 с добавкой 2 об.оплатиновой черни, Технические характеристики для смесей воздух - СО: диапазон исследуемых концентраций 10 - 1 10 об,%, чувстви.517498 16 1 тельность 45 мВ/декаду, быстродействие винтервале 10-1 об.СО 55 с., время релаксации 180 с,П р и м е р 4, Изготовление датчика и егоиспытание аналогичны примеру 1. 5Состав твердого электролита 0,96 РЬЕг- 0,04 КЕ. Индикаторный электрод выполнениз оксифторида никеля состава ЙЮ 0,45 Е 1,1 сдобавкой 20 об. платиновой черни. Технические характеристики: диапазон измеренных концентраций СО 10 - 1 10 об.%,чувствительность 30 мВ/декаду, быстродействие 5 мин, время релаксации 20 мин.. П р и м е р 5. Изготовление датчика и егоиспытание аналогичны примеру 1. 15Состав твердого электролита 0,96 еьгг -0,04 КЕ. Индикаторный электрод выполнениз оксифторида никеля состава ЮОо,ввГо,огс добавками 0,5 об.,( платиновой черни.Технические характеристики: диапазон измеряемых концентраций 10 - 5 10 об.(,чувствительность 20 мВ/декаду, быстродействие 10 мин.Таким образом, из приведенных примеров видно, что предлагаемый твердоэлект ролитный датчик окиси углерода имеет по сравнению с прототипом более высокое(более, чем на порядок) быстродействие даже без учета разницы в рабочих температурах (в прототипе измерения ведут при 100 С), а конкретно 50-60 с, Предлагаемый датчик имеет более широкий (на два порядка) диапазон измерений концентраций СО в воздухе (до 1 10 об.%). Изобретение может найти применение в таких областях народного хозяйства как теплоэнергетика, экология,Формула изобретения Твердоэлектролитный датчик окиси углерода, содержащий помещенные в изолирующий корпус фторпроводящий твердый электролит, электрод сравненйя из смеси металла с его фторидом и индикаторный электрод, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения диапазона измеряемых концентраций, индикаторный электрод изготовлен из порошкообразного оксифторида никеля состава М ОхЕ 2-2 х (где 0,6 ( х 0,95) с добавкой от 2 до 15 об.платиновой черни..Шаро Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2592 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5