Электрохимический датчик для определения кислорода

О П И С А Н И Е З 228 ДВИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Соеетсииз Социелистическиз Респу 0 линК ПАТЕНТУ М, Кл. 6 01 п 27/46 Зависимый от патента-Заявлено 14,111,1969 ( 1313780/26-25)Приоритет 14,1113795/68, ШвейцарияОпубликовано 30.Х 1.1971, Бюллетень36Дата опубликования описания 29 Х.1972 Комитет оо делам изооретений и открытий ори Совете Министров СССР(Венгрия Ин олр анн ая зельшафт цур фердерунг Ейдгеноссишен Технифирмадерр форшшеи Хохшя) ганд Э явитель ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДА ерхности тела иерхности цилин Изобретение относится х электрохимическим устройствам для определения содержания иислорода в жидкостях.Известен электрохимический датчик гальваничестоого типа, состоящий из двух электродов, изготовленных из разных металлов и погруженных в анализируемый раствор,В устройствах указанного типа происходит очень быстрое образование покровного слоя на поверхностях электродов, и этот слой оказывает сильное отрицательное влияние на чувствительность измерений устройства,В известном устройстве для предовтращения образования покровного слоя имеется вращающийся металлический электрод, на активной поверхности которого закреплен ползунок, сделанный из тото же металла, Этим достигается некоторый эффект очистки. Но активная поверхность электрода в результате износа изменяется со временем так, что необходимо часто делать,выверку устройства.Цель изобретения - сохранить активные поверхности алектродов.В предлагаемом датчике это достигается тем, что электроды помещены полностью в изолирующее тело из пластмассы, например термореактивной смолы, а в казачестве приспособления для очистки электродов использован сплифовальный брусок, связанный с приводным механизмом и обращенный шлифующей поверхностью к частям пов з пластмассы и к торцовой пов дрических электродов.На фиг. 1 показан продольный .разрез пред лагаемого устройства для,электрохимического определения содержания кислорода в жидкости; на фиг, 2 - разрез по А - А на фиг, 1.Устройство, изображенное на чертеже, имеет цилиндрическую опорную трубу 1, которая, 10 в свою очередь, снабжена на нижнем концесравнительно толстой, направленной внутрь, фланцеобразной частью 2. На фланцевой части посажено полое цилиндрическое, электрически изолирующее тело 3 из пластмассы, кото рое при помощи пальцеобразных креплений 4,вцепляющихся в выемки 5 или в прорезь 6 фланцеобразной части 2, жестко соединено с опорной трубой 1. В полом цилиндрическом пластмассовом теле 3 коаксиально с ним встав лены в качестве электродов катод 7 и анод 8,которые имеют форму отрезков трубы с кольцевым поперечным сечением.Электроды 7, 8 (кроме направленных внизповерхностей 9, 10) помещены полностью в тело 3 из пластмассы, Торцовые поверхности 9, 10 вместе с прилегающими х ним частям поверхности 11 пластмассового тела 3 лежат в одной плоскости, расположенной вертикально к оси опорной трубки 1 и к оси пластмассового Зс тела 3. Для соединения электродов 7, 8, рас 322898положенных в радиальном направлении и,на определенном друг от друга расстоянии, с индикатором или самопищущим регистрирующим прибором предусмотрены два провода 12, 13, которые проходят внутри опорной трубы 1.Внутри опорной трубы 1 коаксиально с нейрасположен вал 14, связанный с приводным механизмом (не показан). Этот вал проходит через фланцеобразную часть 2 опорной трубы 1. На нижнем конце вала находится цилиндрический держатель 15, расположенный частично во фланцевой части 2 и частично в коакоиальной выемке 16 пластмассового тела 3 и имеющий поперечное отверстие 17, в котором помещен регулируемый шлифовальный брусок 18. Шлифовальный брусок представляет собой продольно разрезанный цилиндр с поперечным сечением в форме полукруга, шлифующая гладкая поверхность 19 которого имеет прямоугольную форму и расположена в одной плоскости со свободными торцовыми поверхностями 9, 10, 11 электродов 7, 8 и тела 3. Для прижима шлифовального бруска 8 к торцовым поверхностям 9, 10, 11 (которые необходимо отшлифовать) внутри опорной трубы 1 находится винтовая нажимная пружина 20, которая охватывает коа:иально вал 14. Один конец винтоой нажимной пр 1 жины 20 опирается на фланцеооразную .инОл часть опорной трубы 1, а другой конец находится на вращающемся отн;,сительно вала 14 кольце 21, прилегающем к буртику 22 вала 14,Сводные торцовые поверхности 9, 10, 11электродов 7, 8 и тела 3 из пластмассы образовывают ограничивающую поверхность испытательного пространства 23 для заполнения его исследуемой жидкостью, Остальные ограничивающие испытательное пространства 23 поверхности образовываются, в основном, полой цилиндрической стенкой 24 и дном 25 чашеобразного станка 2 б, который расположен коаксиально к пластмассовому телу 3. При этом тело 3 погружается полностью в стакан 2 б, остается свободной только кольцевая щель 27 между внешней окружающей поверхностью тела 3 и внутренней окружающей поверхностью стенки 24 стакана 2 б.Дно стакана имеет сквозное цилиндрическое отвврсвие 28, в котором:находится уиреплвнная вращающе конечная часть держателя 15.Стакан 2 б может перемещаться в продольном направлении относительно тела 3 из пластмассы и относительно опорной трубы 1, но оно не может вращаться. Для этой цели в верхней конечной части стенки 24 стакана имеются Три резьбовых болта 29, смещенных по отношению друг к другу под углом в 120 и направленных радиально. Внутренний конец каждото болта входит в зацепление с продольным пазом 30 опорной трубы 1. Конечная часть держателя 15, которая помещена в сювозном отверстии 28 на дно 25 стакана 2 б, снабжена круговым пазом, замкнутым в окружности кольцом, развертка которого имеет приблизи 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 тельно форму одного периода синусоидальной кривой, т. е. очертания развертки кругового паза по кольцу 31 хоть отчасти направлены косо к образующей цилиндрического держателя 15. В круговой паз, замкнутый в кольце 31 держателя 15, вставлен как направляющая деталь внутренний конец резьбового болта 32, который ввинчен в соэ-,ветсвенное отверстие 33, прооверленное в дне стакана 2 б.В описанном устройстве стакан 2 б и опорная труба 1 со своей нижней фланцеобразной частью 2 изготовлены из поливинилхлорида, а тело 3 отлито из термореактивной эпоксидной смолы. При этом был влит в пластмассовое те. ло 3 анодный отрезок трубы из цинка, и после отвердевания пластмассового тела в нем был расточен кольцевой паз для катода. Материалом для последного был выбран з результате многочисленных эксперименто 1 в сплав из серебра и ртути (так называемая амальгама серебра), который набивается в выточенный кольцевой паз в пластмассовом теле 3. Самым,подходящим для катода этой конструкции оказался сплав, который содержит 5 вес. ч. ртути и 1 вес. ч. серебра. Можно применять в качестве катодного материала также золото, платину, серебро и,никель в чис-Ом виде. Но эти металлы имеют по сравнению с амальгамой один существенный недостаток: во время отшлифовки свободных поверхностей катода на них появляется дополнительный, со временем затухающий, остаточный ток, который нарушает желательную пропорциональность между током и содержанием кислорода в жидкости. Благодаря применению катода из амальгамы удается полностью избежать этого.Внешний и внутренний диаметры электродов в настоящем эксперименте составляют соответственно около 35 и 29 мм у анода 8 и ,приблизительно 25 и 21 мм у катода. При определении размвров установки диаметр не имеет большого значения, но лучше сохранить достаточно малое расстояние между катодом 7 и анодом 8 и выбрать радиальную толщину катода примерно равной расстоянию между электродами.Шлифовальный брусок в этом приспособлении содержит в качестве абразивного материала мелкозернистый корунд. Благодаря этому при вращении шлифовального бруска 27 безупречно очищаются торцовые поверхности электродов 7 и 8 и части поверхности пластмассового тела, изготовленного из эпоксидной смолы, и со временем рагномерно снимается покров с поверхностей. Благ даря форме обоих элекгродов их активные поверхности 9, 10 остаются все время одинаковыми по размеру и неизменными в овоей первоначальной,конфигурации. Прижимное усилие шлифовального бруска составляет приблизительно 1 кг/см.Цилиндрический держатель 15, вал 14 и .винтовая нажимная,пружина 20 изготовлены из нержавеющей стали; так:как"эти части, вовремя работы устройства находятся постоянно в соприкосновении с жидкостью. Вместо указанного могут найти применение также и другие материалы, обладающие достаточно большой механической твердостью и стойкостью против коррозии.Принцип действия описанного устройства заключается в следующем. Устройство опускается в испытуемую жидкость до полного покрытия чашеобразного стакана 2 б. Провода 12 и 13 соединяются с хорошо выверенными и урегулированными индикатором тока или регистрирующим прибором. От приводного механизма (не показан на чертеже) передается постоянная скорость вращения валу 4. При эксперименте было установлено, что наиболее выгодное число оборотов - около 10 об(мин. Благодаря вращению вала 14 с одной стороны постоянно очищаются и шлифуются торцовые поверхности пластмассового тела 3 и активные поверхности электродов, а с другой стороны, благодаря периодическому передвижению стакана 26 вверх и вниз, испытательное пространство 23 периодически уменьшается и увеличивается относительно тела 3, Так как жидкость в испытательном пространстве 23 соединена посредством кольцевой щели 27 с жидкостью, находящейся,вне стакана 2 б, то происходит постоянное перемешивание жидкости в испытательном пространстве камеры с другой жидкостью, которая находится вне стакана.Из-за сравнительно медленного подъема и спуска стакана скорость втекающей в испытательное пространство или вытекающей из него жидкости становится очень малой и не зависит от того, неподвижна жидкость вне стакана или течет с болыдой скоростью, Для измерения важен слой жидкости, который прилегает к активным поверхностям электродов, - это постоянный поток в попраничном слое, который вращается с малой скоростью вращения шлифовального бруска, Такое свойство устройства имеет большое значение, так как текущий по внешней электрической цепи между электродами ток и при постоянном содержании кислорода в жидкости сильно зависит от потока 5 жидкости, прилегающей к активным поверхностям электродов, и только прои сравнительно высоких скоростях потока достигается насыщение тока, Этот эффект насыщения может быть использован, если при помощи насоса 10 создать достаточно высоку 1 о скорость потокажидкости, протекающей вдоль активных поверхностей электродов. Но в этом случае меняется не только электропроводимость жидкости, но и ток. Кроме того, вмонтирование в 15 устройство насоса связано с дальнейшими издержками. Предлагамое устройство имеет то преимущество, что при вращении шлифовального бруска со скоростью в 10 об 1 мин измеряемое значение тока не зависит ни от величины 20 скорости потока жидкости, находящейся внестакана, ни от электропроводимости жидкости, если эта электропроводимость больше, чем 50 сименс(см, Это нижнее предельное значение электропроводимости испытуемой жидкости практически не является недостатком, так как электропроводимость исследуемых жидкостей (чистой воды, стоячей воды) в практике значительно выше.30 Предмет изобретенияЭлектрохимический датчик для определениякислорода, состоящий из двух электродов, представляющих собой коаксиально расположенные цилиндры, отличающийся тем, что, с 35 целью сохранения активных поверхностейэлектродов, они помещены полностью в изолирующее тело из,пластмассы, например термореактивной смолы, а в качестве приспособления для очистки электродов испольэовали шли фовальный брусок, связанный с приводным механизмом и обращенный шлифующей поверхностью к частям поверхности тела из пластмассы и к торцовой поверхности электродов322898 Риг13,2Составитель Л. Жаркова Редактор Ю, Полякова Техред Т. Ускова Корректор С. СатагуловаЗаказ 878 Изд.1746 Тираж 473 Подписное ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5пография24 Главполиграфпрома. Москва, Г, ул. Маркса-Энгельса, 14