Способ измерения примесей восстановителей в инертных газах и азоте

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

00 Sl9624

Союз Советских

Социалистических

Реслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23,05.74 (21) 2028116/26-25 с присоединением заявки Ме (23) Приоритет (51) М. Кл.е 6 01N 27/46

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 543.253(088,8) Опубликовано 30.06.76. Бюллетень Ко 24 по делам изобретений и открытий

Дата опубликования описания 14.09.76 (72) Авторы изобретения Ю. Б. Емельянов, Г. М. Мурзин, P. Л. Пинхусович и Д. П. Подругии (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ

П P ИМЕСЕЙ ВОССТАНО В ИТЕЛ ЕЙ

В ИНЕРТНЫХ ГАЗАХ И АЗОТЕ

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для определения микроконцентрации газообразных веществ, вступающих во взаимодействие с кислородом при температуре 400 — 1000 С (восстановителей), например, водорода, метана, СО, углеводородов и других органических веществ в инертных по отношению к кислороду средах, например инертных газах, азоте.

Известен способ измерения концентрации восстановителей с помощью устройства, включающего твердоэлектролитную электрохимическую ячейку (ТЭЯ), обладающую кислородоионной проводимостью. В основе этого способа лежит свойство ТЭЯ с высокой степенью точности регистрировать наличие избыточного кислорода или избыточного восстановителя в анализируемом газе по резкому изменению э. д. с. на ее электродах.

Недостатком этого способа является сложность автоматического анализа, для осуществления которого необходимо специальное устройство, автоматически регулирующее количество добавляемого кислорода в зависимости от э. д. с. ячейки.

Цель изобретения — повышение точности измерения и упрощение аппаратурного оформления.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что на электродах ячейки поддерживают постоянное напряжение, определяемое из уравнения:

2Ро / U+ CFMgfi nF l

5 С, 44800Э ) RT)

„, " E "- "") "1 для двух значений С, взятых на границах измеряемого диапазона, и по величине измеряемого тока переноса судят о содержании восстановителя, причем расход анализируемого газа и температуру ячейки поддерживают по15 стоянными, где:

Po, — парциальное давление кислорода в сравнительной среде, кг/см, С вЂ” концентрация восстановителя (в объемных долях);

U — напряжение источника, В;

F — 96500 к/г экв (число Фарадея);

n=4 — число электронов, участвующих в электрохимической реакции;

R — 8,314 дж/моль град (газовая постоянная);

Т вЂ” абсолютная температура ячейки, К;

r — омическое сопротивление ячейки, ом;

Q — расход газа, смз/сек;

30 - =8 — эквивалент кислорода;

519624 о

Ъ

Ф) Составитель А. Сырченков

Техред А. Камышникова

Редактор П. Кононович

Корректор H. Стельмах

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1790/6 Изд. М 1549 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретен:;i; и открытий!

13035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4 5

519624 где

Уравнение (8) показывает, что количество кислорода, переносимое через твердый электролит и приходящееся на 1 объем анализируемого газа, находится в стехиометрическом по реакции (4) соотношении с количеством водо- 10 рода в анализируемом газе с точностью до 6.

После упрощения уравнения (9) при условии

Способ измерения примесей восстановителей в инертных газах и азоте с помощью твердоэлектролитной электрохимической ячейки, к электродам которой прикладывают постоянное напряжение от внешнего источника и измеряют величину проходящего через ячейку тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, на электродах

20 ячейки поддерживают постоянное напряжение, определяемое из уравнения:

С ехР 44800 Э КТ двух значений С, взятых на границах измеряемого диапазона, где

30 Po, — парциальное давление кислорода в сравнительной среде, кг/c» ;

С вЂ” концентрация восстановителя (в объемных долях);

U — напряжение источника;

à — 96500 к/r-экв (число Фарадея);

n=4 — число электронов, участвующих в электрохимической реакции;

R=8,314 дж/моль. град (газовая постоянная);

Т вЂ” абсолютная температура ячейки, К;

40 r — омич еское сопротивление ячейки, ом;

Π— расход газа, см /сек;

3=8 — эквивалент кислорода;

M=32 — моль. вес. кислорода;

К вЂ” константа равновесия; б — погрешность измерения, 35

44800. Э

РМЯх и по величине измеренного тока переноса определяют содержание восстановителя, причем

50 расход анализируемого газа и температуру ячейки поддерживают постоянными, 2Ро, (1+ KPo,) C (1 — î,) .), (9)

2 о, (1 + KPo ) + CKPo (1 — Po ) Ро, ((1 и КР,)) 1

2Ро, 3= = ——

КР о., Из совместного решения уравнений (2), (8), (10) получаем: - " " (-(" "".") ."1-„„

KPo,1 44800 Э R7

Анализ уравнения (11) показывает, что при определенных параметрах ячейки (сопротивление, расход газа, температура) может быть найдено такое значение напряжения U, при котором ошибка 6 остается незначительной в широком диапазоне измеряемых концентраций.

Так, например, при 6=3 ома, Q=1 смз/сек.

950 К (при этом К=10") и U=0,4 в, в диапазоне измеряемых концентраций от

1.10 †до 1 ° 10 †об. долей (от 0,001 до

1 об. %) ошибка не превышает 0,015%, т. е. пренебрежимо мало по сравнению с реальными погрешностями, связанными с измерением тока ячейки и расхода анализируемого газа.

Из уравнения (8) и (3), пренебрегая ошибкой б, следует т. е. при постоянном расходе анализируемого газа концентрация водорода в анализируемом газе может быть найдена по измеренному току ячейки.

Очевидно, что в общем случае

С 22400 э 1

FAf Qx где С вЂ” концентрация восстановителя (в объемных долях);

Х вЂ” стехиометрический коэффициент реакции окисления восстановителя.

Формула изобретения