Электрохимический датчик для определения содержания кислорода в газах

 

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА В ГАЗАХ, содержащий термостатированный корпус с расположенными в нем электролитом, электродами с выводами и каналами подвода и отвода анализируемого газа, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений, внутри корпуса размещены полости, разделенные перегородкой , одна из которых заполнена теплоемким материалом, а другая-воздухом , причем, каналы подвода и отвода анализируемого газа, проходящие через полость, заполненную воздухом, выполнены в виде трубок, расположенных соосно одна в другой, при этом внутренняя трубка для отвода анализируемого газа выполнена теплопроводной , а наружная трубка для подвода анализируемого газа теплоизоля-i ционной, часть канала подвода анализируемого газа, проходящая через полость, заполненную теплоемким ма (О териалом по винтовой линии, выполсл нена также из теплопроводной трубки, а выводы электродов пропущены по каналу отвода. 2. Датчик по п. 1, о т л и чающийся тем, что термостатированный корпус выполнен в виде сосуда Дьюара. ел to CD ОО 4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК 11 G 01 N 27/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3343357/18-25 (22) 22.09.81 (46) 07.11.83. Бюл. h 41 (72) П.В. Лазаренко (71) Институт клинической и экспериментальной медицины СО АИН СССР (53) 543.247(088.8) (56) 1. Альперин В.3., Конник Э.И., Кузьмин A.A. Современные электрохимические методы и аппаратура для анализа газов в жидкостях и газовых смесях. M., "Химия", 1975, с. 81-130.

2. Заявка Великобритании

1551673, кл. G 01 N 27/46, опублик.

1979 (прототип). (54)(57) ЭЛЕКТРОХИНИЦЕСКИД ДАТЦИК

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА

В ГАЗАХ, содержащий термостатированный корпус с расположенными в нем электролитом, электродами с выводами и каналами подвода и отвода анализируемого газа, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точ„„Я0„„1052984 A ности измерений, внутри корпуса размещены полости, разделенные перегородкой, одна иэ которых заполнена теплоемким материалом, а другая-воздухом, причем, каналы подвода и отвода анализируемого газа, проходящие через полость, заполненную воздухом, выполнены в виде трубок, расположенных соосно одна в другой, при этом внутренняя трубка для отвода анализируемого газа выполнена теплопроводной, а наружная трубка для подвода анализируемого газа теплоизоля ционной, часть канала подвода анализируемого газа, проходящая через полость, заполненную теплоемким материалом по винтовой линии, выполнена также из теплопроводной трубки, а выводы электродов пропущены по каналу отвода.

2. Датчик по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что термостатированный корпус выполнен в виде сосуда Дьюара.

1 1052984 а

Изобретение предназначено для измерения содержания кислорода в дыха- тельных газах и относится к электро;химическим датчикам кислорода.

Известны для измерения содержания кислорода в газах термостатированйые электрохимические датчики кислорода, содержащие электролит, электроды, электровыводы f1 g.

Недостаток указанного устройства 1Î заключается в том, что при измерении кислорода в газах он не обладает высокой точностью.

Наиболее близким к предлагаемому является электрохимический датчик 15

Кроме того, термостатированный корпус выполнен в виде сосуда Дьюара, На чертеже представлен предлагаемый датчик.

Датчик содержит термостатирован2S ный корпус 1 в виде сосуда Дьюара с расположенными в нем свинцовым анодом 2, изолятором 3 и серебряным катодом 4. Между электродами расположена ионообменная мембрана 5, пропитанная электролитом 253 КОН. Серебряный катод 4 прижат к корпусу 1 крышкой 6. Она снабжена резиновым уплотнением 7 и 8 и гайкой 9, Корпус ,датчика одновременно является токосъемником. катода. В крышке 6 имеется полость 10 с каналами подвода 11 и отвода 12 анализируемого газа. Газовые каналы 11 и 12 крышки сообщаются с соответствующими каналами 13 и !4 корпуса. Каналы корпуса снабжены штуцерами 15 и 16, являющимися фиксаторами крышки. В корпусе также имеется емкость 17, заполненная теплоемким материалом, например водой.

Она герметизирована крышкой 18, которая прижата к корпусу гайкой 19 через резиновые уплотнения 20. В емкости 17 расположена часть канала подвода анализируемого газа, проходящая по винтовой линии 21 газа. Радиально к корпусу примыкают трубки

22 и 23; Трубка 22 является продолжением канала отвода анализируемого газа. Пространство, образованное трубками 22 и 23, является началом канала подвода анализируемого газа.

Через трубку отвода газа пропущены выводы электродов 24. Концы трубок

22 и 23 снабжены коммутирующим уст для определения содержания кислорода в газах, содержащий термостатированный корпус с расположенными в нем электролитом электродами с выводами и каналами подвода и отвода анализируемого газа (2) .

В известной конструкции на теплообмен корпуса с окружающей средой, а также на доведение анализируемого газа до температуры термостатирования расходуется значительное количество энергии. Это делает необходимым применение в ней активного термостатирования — нагревателем, датчиком температуры, блоком управления и источником питания. Даже сложные по конструкции ультротермостаты позволяют реализовать точность поддержания температуры,0,1 С, при этом точность о измерения кислорода в диапазоне 1521 об.3 составляет + 0,53 температурный коэффициент датчика кислорода

5-61 на 1 C) . Таким образом, применение активного термостатирования значительно усложняет конструкцию, делает ее зависимой от источников питания и не позволяет реализовать высокую точность измерения. Кроме того, в результате смещения при закреплении в корпусе гайкой катода, выполненного в виде тонкого слоя серебра или золота на полимерной пленке, в месте его контакта с токосъемником часто наблюдается его разрушение.

Цель изобретения " повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем„ что в электрохимическом датчике для определения содержания кислорода в газах, содержащем термостатированный корпус с расположенными в нем электролитом, электродами с выводами и каналами подвода и отвода анализируемого газа, внутри корпуса размещены полости, разделенные перегородкой, одна из которых заполнена теплоемким материалом, а другая-воздухом, причем каналы подвода и отвода анализируемого газа, проходящие через полость, заполненную воздухом, выполнены в виде трубок, расположенных соосно одна в другой, при этом внутренняя трубка для .отвода анализируемого газа выполнена теплопроводной, а наружная трубка для подвода анализируемого газа — теплоизоляционной, часть канала подвода анализируемого газа, проходящая через полость, заполненную теплоемким материалом по винтовой линии, выполнена также из теплопроводной трубки, а выводы. электродов пропущены по каналу отвода .

10 2

3 ройством 25. Оно предназначено для подачи и отведения газа по каналам, а также для герметичного отведения выводов электродов. Датчик закрыт пробкой 26.

Устройство работает следующим об. разом.

Анализируемый гаэ через коммутирующее устройство 25 поступает в пространство, образованное трубками 10

22 и 23. Здесь он вступает. через теплопроводную трубку 22 в тепловой контакт с выводимым из датчика га зом и принимает его температуру.

Дальнейшее доведение анализируемого газа до температуры термостата осуществляется в части канала подвода, проходящего по винтовой линии . Роль термостата выполняет корпус 1 датчика, а также пространство 17, заполненное теплоемкой жидкостью.

Из части канала подвода, проходя" щего по винтовой линии, анализируемый газ по газовым каналам 13 и 11 поступает в полость 10 и по каналам 12 и 14 и трубке 22 через коммутирующее устройство выводится наружу. Полость

10 представляет собой объем, ограни- . ченный с одной стороны крышкой б, с другой — катодом 4, выполненным

30 путем нанесения пористого слоя серебра на защитную полимерную пленку.

Кислород анализируемого газа диффундирует через полимерную пленку к катоду, где происходит его восстановле98"

4 ние: 0 + Н 0 + 4е — — — + 4 0Н

Ф 2

Одновременно происходит растворение анода 2:

2P0 + 40Н + 4е — — - 2РЬ(ОН)

2 в результате через измерительный прибор, подключенный к выводам 24, показывает величину -тока, пропорциональную количеству кислорода в ана.лизируемом газе.

В данной конструкции за счет хорошей теплоизоляции корпуса, а также за счет теплового взаимодействия отходящего газа с газом, пюступающим на анализ, на термостатирование расходуется значительно меньше энергии, чем в известной конструкции. Экспериментальная проверка данной конструкции теплоемкостью 2 ккал, помещенной в сосуд Дьюара, при расходе анализируемого газа 100 мл/мин и колебаниях температуры окружающей среды

+ 5 С показывает, что данная конструкция обеспечивает измерения с точностью + 0,1г,. Это в g раэ превышает точность измерения известной конструкции датчика.

Кроме того, выполнение корпуса датчика токосъемником катода, отведение выводов электродов по каналу отвода газа, а также снабжение каналов корпуса штуцерами, являющимися фиксаторами крышки, значительно упрощают конструкцию и повышают ее надежность.

1052384

Составитель Г, Боровик

Редактор С. Квятковская Техред Ж,Кастелевич Корректор С. Черни

Тираж 873 Под писное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж" 35, Рэушская наб., д. 4/5

Заказ 8862/41

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1J

7b