Электрохимический датчик парциального давления кислорода в газах

 

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ .ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КИС . В ГАЗАХ, содержаи ий термостат с установленными в его внутренней полости твердовлектролвггнымн ячейками и тепловыми эифавами, о т л. к ч аю ш и и с я тем, что, с целью пошдшения точности измерения в расширения фушшиональных возможностей, тепловые Э1фаны выполнены в виде установленных между днищами тв щоэлектролвтных ячеек и газопопводяшим отверстаем тер . мостата конических шайб, внешняя noBqpxность которых образует с внутренней цилиндрической поверхностью .термостегга газодинамическое сошю.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО14ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК уд 0 01.М 27/46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР 1

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Pk

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1.ъ (К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 348357 1/18-25 (22) 12.08.81 (46) 23.11.83. Вюл. l4 43 (72) А. Д. Горохов и В. Е. Прохоров (53) 543.257(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 441505, кл. G Ol Й 27/46, 1974.

2. Авторское свидетельство. СССР

% 681363, an. G Ol N 27/46, 1979

"(прототип ) ° . (54)(57) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТ„ЧИК:ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ КИС; ЛОРОДА Ъ ГАЗАХ, содержаи ий термо,SU„„10560 6 A стат с установленными в его внутренней полости твердоелектролнтными ячейками и тепловыми экранами, о т л и ч ею m и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей, тепловые экраны выполнены в виде установленных между днищами твердоелектролитных ячеек и газоиадвадятим -отверстием тер, мостата конических шайб, внешняя поверхность которых образует с внутренней цищищрической поверхностью,термостата газодинамическое сопло.

1056036

Изобретение относится к злектрохимическим устройствам газового анализа и может. найти применение при измерении парциального давления кислорода.

Известно устройство измерения парциального давления кислорода в вакууме, содержащее электроды, причем эталонный электрод, -остоящий иэ смеси чистого металла с его окисью, герметиэирован. (1 о

Недостатками этого устройства являются сложность конструкции, обусловленная герметизацией эталонно о электрода, невысокая точность измерения и функциональные воэможности в узком 15 диапазоне..

Наиболее близким техническим реше-= нием к изобретению является злектрохимический датчик парциального давления кислорода в газах„ содержащий тер- 2О мостат с установленными .в ere внутренней полости твердозлектролитными ячейками и теплОвыми экранами $2 j, Недостатками известного датчйка

HBJLGtGTctt невысОкая тОчнОсть измерения из-аа транспортного запазцывания, по длинному газоподводяшему тракту и ограниченные функциональные возможности 3 невозможность измерения давления кислорода в вакууме).

Пель изобретения -. повышение точности измерения и расширение фуцкцио-- нальиых возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в алектрохимическом датчике царциального давления кислорода в газах, содержншем термостат, с установленными в его внутренней полости твердоэлектролитными ячейками и теплОвыми экрана ми, последние выполнены в виде установ-4О ленных между днищами: твердозлектролитных ячеек tt газоподводяшим отверстием термостата конических шайб, внешняя поверхность которых образует с . внутренней цилиндрической поверхностью 45 термодгата гаэодинамическое сопло.

На чертеже изображена схема злектрохимического датчика парциального давления кислорода в газах.

Датчик состоит из термостата 1„50 выполненного в виде толстостенного цилиндра с фланцами, на внешней поверхности которого расположен нагревательный элемент 2 в виде спирали, изолированной от термостата огнеупорной об- 55 маэкой 3. Для уменьшения потери мощности потребляемой. На нагрев термостата, нат ревательный элемент дополнительно покрывается слоем теплоизоляции 4, Во внутреннюю полость термостата . установлены по его длине четыре теп-, ловых экрана 5 в виде, плоских круг лых шайб, положение которых выбирается с целью стабилизации температуры в термостатируемом обьеме и три экрана 6 в виде конических шайб между дкишами электрохимических ячеек и гаеоподводящим отверстием термостата l, Электрохимические ячейки 7 и 8 крепятся вакуумплотно при помощи гаек 9 и прокладок 10 в головке 11, которая через прокладку 12 вакуумллотно устанавливается на фланец термостата 1 так, что днища электрохимических ячеек 7 и 8 помещаются в объем, образованный внутренней полостью термостата 1 и экранами 5 и 6.

Устройство работает следующим образом.

Термостат Х разогревается нагревательным элементом 2 до требуемой температуры, при этом тепловые экраны внутри термостата 1 обеспечивают изоградиентность в обьеме, в который помещены днища ячеек 7 и 8.

Затем на внутреннюю поверхность донышек электрохимических ячеек с расположенными на них электродными покрытиями подаются газы сравнения с известным парциальным давлением кислорода„например воздух и кислород, с определенным стабилизированным секундным расхадОм Содержание кислорода в анализщзуемом газе определиют по ЭДС электрохимических ячеек 7 и 8 по закону Нерстета.

Конструкция датчика позволяет проводить измерения «ак в газовом потоке, так и в вакууме.

При работе датчика в потоке газа, содержание кислорода в котором необходимо измерить, экраны 6;.установленные между днищами злектрохимических ячеек 7 и 8 и газоподводяшим отверстием термостата 1, -выполняют функцию отбора газа для подачи его во внутреннюю полость .термостата 1.

Поток исследуемого газа встречает при движении сопротивление в виде конических экранов 6, при атом часть газа за счет скоростного напора отклоняется вверх и поднимается по кольцевому пространству, образованному внутренней полостью термостата 1 и внешней поверхностью экранов G и заполняет терЭ 10560 мостатируемый обьем, за.люченный между плоскими круглыми экранами 5 и коническими экранами 6, где расположены днища электрохимических ячеек 7 и 8 с электродными покрытиями. 5

Исследуемый газ отмывает наружные электродные покрытия донышек электрохимических ячеек 7 и 8 и эжектируется из термостатируемого обьема через отверстия в конических экранах 6 в о6- 10 ласть пониженного давления, возникающего на нижнем срезе экранов 6, поме1щенного в потоке газа, движущегося с определенной скоростью.

Применение экранов в виде коничес«ик шайб позволяет измерять парциальное давление кислорода в потоке без транспортного запаэдйвання и с более высокой точностью ввиду того, что .уэтраняется наличие неравнозначности 20 температур из-за отсутствия принуди, тельной;цодачи газа к электродным покрытиям ячеек.

При вакуумировании исследуемого обьекта возникает газовый поток, нацрав-д5 . ленный в сторону всасывания вакуумным агрегатом. При вакуумной откачке происходит эвакуация газа иэ всех сообщающихся обьемов, поэтому газ из термостатируемого объема получает на- 3(} правленное движение, омывая при этом электродные покрытия на днищах электрохимических,ячеек.

Этот механизм течения газа эвакуацией работает до того момента, пока

: сущестеует ноток.

Поток газа прекращается, когда вакуу мированный обьем и откачивающий агрегат перекрываются клапаном, или когда ow качивающий агрегат достиг верхнего предела достижимого давления и работает s.ðåæèìå поддержания этого давления.

В этом случае основную роль в обме-., не газов термостатируемого и sccaeay- 4

36 4 емого объемов играет явление тепловой эффузии, возникающей при отсутствии вязкостных процессов обмена между блйжайшими молекулами.

Явление тепловой эффузин наблюда« ется при неравномерном поле температур в вакуумном обьеме, когда возникают течения газа кз областей г высокой

:температурой в области с более низкой температурой.

Например, температура в термостати руемом обьеме электрохимического датчика по условиям его работы имеет величину 1000 К, она существенно больше той температуры, которую имеет газ .в исследуемом объеме (ЗОО400 К).

Вследствие того, что температура в термостатируемом обьеме поддерживается постоянной 1000 К, скорость . движения молекул s потоке газа вкоцящего в отверстия па плоских торцах экранов6, составляет 750-800 м /с. На место ушедших молекул газа иэ исследуемого объема в термостатируемый поступают холодные со скоростью 400-.450 м/с по кольцевой полости, образованной

: боковой новэрхностью термостата 1 и наружной поверхностью экранов 6.

Входя в объем с повышенной температуроФ, молекулы приобретают допойнительную кинематическую энергию, ускоряются, доходят до нижнего из экранов 5, отражаются и выносятся вдоль оси электрохимических ячеек эффуэионным потоком в исследуемый обьем.

Экономический эффект изобретения заключается в повышении. точности измерения и расширения его функциональных возможностей, а именно использовании его для измерения парциального давления в потоке газа и в вакууме.

1056036

Составитель Г. Боровик

Редактор С. Патрушева Техред Ж.Кастелевич Корректор И.Зрпейи

Закаэ 9281/35 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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