Датчик водорода и способ его изготовления

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ для определения концентрации различных газовых средах. Су бретения: для расширения диап рений и увеличения интерв температур электрод сравнения из вол ьфрамводородной брон Н%0 з, где 01х05. ность таблетки твердого элект сят пасту на канифольнооснове с определенным ссютнош и В 20 з при нагреве до 600- следующим отжигом в атмосфе в течение 1 - 2 ч при 400 и. ф-лы, 2 ил. водорода в ность изозона изметута химической фи-Еомитет Российской Федераци по патентам и товарным знакам торскому свидетельстВу 21) 4890538/25 (22) 17.12.90 46) 27,02.96 Бюл.6 72) Алейников Н.Н., Бакаев В.А., МаловЮИ(71) Отделение Инст зики АН СССР(56) Патент ВеликобО 01 Х 27/56, 1982.Использование НзО+ определения водоросенсоры - 89, Л., 19 (54) ДАТЧИК ВОДЕГО ИЗГОТОВЛЕНИ(57) Изобретение отной технике и мож ритании Х 2119933, кл.Корсаков И.Е. и др.- Р/ Р" - А 120 з для да, Сб.: Химические 9, с.177.ОРОДА И СПОСОБ Яносится к измерительет быть использовано ала рабочихвыполняют зы состава На поверхролита нано- скипидарной ением %03 650 С с поре водорода 500 С, 2 с.Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к датчикам контроля состава газовых сред, и может быть использовано для определения концентрации водорода в различных газовых средах,Цель изобретения - расширение диапазона измерений и увеличение интервала рабочих температур.Общий вид предлагаемого, датчика водорода приведен на фиг.1. Он содержит помещенные в изолирующий корпус 1 слой твердого электролита 2, чувствительный электрод 3 и электрод 4 сравнения, Разность потенциалов между рабочими электродами измеряется вольтметром 5.Принцип работы предлагаемого датчика состоит в следующем, При отсутствии в контролируемой среде водорода на измерительном приборе устанавливается начальная ЭДС, зависящая от типа выбранной электрохимической системы, состава газовой среды (инертный газ, воздух и др,) и температуры. С введением в контролируемую среду водорода ЭДС между электродами изменяется пропорционально его обьемному содержанию. Так как вид концентрационной зависимости ЭДС зависит от ряда факторов, то необходимо снимать серию калибровочных кривых, соответствующих различным условиям измерений, что и показано на фиг,2,Изобретение иллюстрируется следующими примерами.П р и м е р 1, Из твердого электролита на основе глинозема прессуют таблетку диаметром 1 см и толщиной около 1 мм. Давление прессования около 300 МПа. Чувствительный электрод толщиной порядка 0,01 см изготавливают из смеси платиновой черни и порошок твердого электролита с соотношение компонентов по 50 об.%, Эта смесь вжигается в поверхность таблетки в процессе высокотемпературного спекания. Электрод сравнения изготавливают из вольфрамводородной бронзы состава Но,зЯОз, которая получается следующим образом. Предварительно изготавливают пасту на канифольно-скипидарной основе, содержащую смесь 95 об.% 905 и 5 об,% ВгОз, где ВгОз играет роль связующего. Полученную пасту наносят на противоположную от чувствительного электрода сторону таблетки ТЭЛ и нагревают от 600 - 650 С до полного удаления канифольно-скипидарной фракции и вжигания ЯОз в поверхность таблетки. Затем таблетку с нанесенными электродами помещают в атмосферу водорода и отжигают в течение 1 ч при 450 С, В результате получают электрод сравнения состава Но,зй/Оз. Толщина электрода порядка 0,01 см. Приготовленную таким образом таблетку помещают в изолирующийкорпус с токоотводами, соединенным с вы 5 ходным прибором (вольтмером или самописцем). Испытание датчика приводили насмесях водород-аргон в интервале концентраций водорода от 10 до 1 10 об.%, а диа-зпазон температур - 20 - 210 С, а также насмесях водород-воздух в интервале концентраций от 10 до 1 10 об.% при 20 ОС. Результаты измерений представлены на фиг.2,Быстродействие датчика зависит от температуры и диапазона измерений. Например,при 20 С время установления сигнала науровне 0,9 от установившегося значения изменяется по диапазону от 3 до 5 мин, а при100 С и выше оно составляет 5 - 10 с.П р и м е р 2, Датчик изготовлен ииспытан аналогично примеру 1. Отличие состоит в том, что электрод сравнения имеетсостав Но,5 ИОз, который получают путем отжига в атмосфере водорода в течение 2 чпри 500 С, а содержание ВгОз в смеси составляет 2 об,% (соответственно ЯОз 98%).В этом случае рабочая температура снижается до 180 С, а верхний предел измеренийпо водороду уменьшается до 5 об,%,П р и м е р 3. Датчик изготовлен и30 испытан аналогично примеру 1. Отличие состоит в том, что электрод сравнения имеетсостав Но,1 ИОз, который получен путем отжига в атмосфере водорода в течение 1,5 чпри 400 С. Содержание ВгОз в смеси со 35 ставляло 10 об,%, ЯОз - 90 об.%. Нижнийпредел измерений по водороду в этом случае составлял при 20 С 5 10. об,%. Быстродействие по сравнению с примером 1ухудшалось примерно в 2 раза.П р и м е р 4. Датчик изготовлен ииспытан аналогично примеру 1,.Отличие состоит в том, что электрод сравнения имеетсостав Но,6 Оз, который получен путем отжига в атмосфере водорода в течение 2,5 ч45 при 550 С. Содержание ВгОз в смеси составляло 1 об.%, а И(Оз - 99 об.%. Из технических характеристик заметно снизиласьрабочая температура (до 140 С) и снизилсяверхний предел измерений до 1 об,%. Кро 50 ме того ухудшились стабильность и воспроизводимость результатов,П р и м е р 5. Датчик изготовлен ииспытан аналогично примеру 1, Отличие состоит в том, что электрод сравнения имеетсостав Но,о 5 ЮОз, который получен путем отжига в атмосфере водорода в течение 0,5 ч при 300 С, Содержание ВгОз в смеси составляло 12 об,%, а ЮОз - 88 об,%, Из технических характеристик уменьшилсянижний предел измеряемых концентраций при температурах 20-50 С до 1 10 об,; и ухудшилось быстродействие до 2-5 мин даже при 150 С.Таким образом, из приведенных примеров видно, что предлагаемый датчик водорода, изготовленный по вышеописанному способу, по сравнению с прототИпом имеет Формула изобретенияДАТЧИК ВОДОРОДА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ1, Датчик водорода, содержащий твердый электролит на основе Р -глинозема, чувствительный электрод на основе платины и электрод сравнения, отличающиися тем, что, с целью расширения диапазона измерений и увеличения интервала рабочих температур, электрод сравнения выполняют из вол ьфоамоводо родной бронзы состава НхЮОз, где 0,1 с х0,5.2, Способ изготовления датчика водорода, включающий в себя нанесения слоев чувствительного электрода и электрода сравнения на поверхность таблетболее широкий диапазон измерений до 1 10 об.о в интервале темпеоагур 20- 210 ОС.Предлагаемый датчик может найти применение в таких областях народного хозяйства, как химическая промышленность, атомная энергетика, экология, металлургия и др.ки твердого электролита на основе 7 -глинозема, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений и увеличения интервала рабочих температур изготавливаемых датчиков, 15 электрод сравнения изготавливают путем нанесения на поверхность таблетки твердого электролита пасты на канифольно-скипидарной основе, содержащей О/Оз и В 20 з при следующем 20 соотношении компонентов, об.о,ИОз 90 - 98 В 203 2 - 10нагрева до 600 - 650 С и последующего отжига в атмосфере водорода в течение 1 - 2 ч при 400 - 500 С до получения вольфрамоводородной бронзы состава НМОз, где 0,1х0,5.1814382 Составитель В.БакаевТехред М,Моргентал Корр Петра ш едактор С,Кулаков Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 1614 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101