Устройство для измерения активности углерода в потоке жидкости

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ви 678398 (61) Дополнительное к авт. свид-ву- .. (22) Заявлено08.01.76 (21) 2310702/18-25 (23) Приоритет- (82) 13.01.75 (3I ) WPG 01n/183 { 3«) ГДР

On ублико вано О 5. 087 Бюллетень,% 29 (51)М. Кл.2

G 01 N 27/52

Гесударстксн мы к квинтет

СССР ю ам ам нзобретекв я к открытка (53) УДК 543 257 (088.8) Дата опубликования описания 05Р879

Иностранцы

Клаус Теске, Дитер Реттиг и Вилли Витке (ГДР) ((с) Авторы изобретени»

Иностранное предприятие Академия дер Виссеншафтен дер ДДР (ГДР) (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЭМЕРЕНИЯ АКТИВНОСТИ

УГЛЕРОДА В ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к устройс твам для измерения углеродной активности в протекающих средах. Подобные измерения, например в материалах карбидного типа, необходимо производить с целью контроля науглероживания или обеэуглероживания различных сред, например при процессах твердения в металлургии, а также для определения углеродной активности жидкого натрия, применяемого в качестве охлаждающего агента и теплоносителя в ядерных реакторах.

Известно устройство для измерения углеродной активности протекающих сред, которое состоит иэ находящейся в контакте с подвергающимся исследованию веществом и проницаемой для углерода камеры, внутри которой расположен» гальваническая твердоэлектролитическая кислородная измерительная ячейка (1). Кислородная измерительная ячейка выполнена и рас положена таким образом, что между ней и внутренней стенкой металлической камеры образовано маленькое промежуточное пространство, в котором йаходится газовая смесь, состоящая иэ двуокиси углерода и моноокиси углерода, или которое омывается этой смесью. Прн измеряемом изменении давления или объема эта газовая смесь находится в равновесии с углеродной активностью, причем изменяются соотношение ларциальних давлений двуокиси углерода и моноокиси углерода и находящееся во взаимосвязи с ним парциальное давление кислорода. При определенных условиях в результате измерения парциального давления кислорода, что может бить осуществлено с помощью кислородной измерительной ячейки, можно определить углеродную активность в подвергаемом исследованию веществе.

Однако это устройство обладает двумя. существенными недостатками: во-первых, любой твердый электролит в малой степени проницаем для кислорода, так mo кислород из системы отсчета измерительной ячейки может попадать в маленькое промежуточное пространство или, наоборот, иэ промежуточного пространства в систему отсчета, в результате чего соотношение парциальных давлений моноокиси углерода и двуокиси углерода изменяется нежелательным образом. Необходимая для поддержания равновесия углеродной- активности диффузия углерода че.678398 реэ камеру, и реакции на поверхности камеры протекают, по сравнению с нарушающим проникновением кислорода, медленно. В результате этого измерения производятся не н равновесном состоянии, а лишь в стационарном сос- 5 тоянии, зависимом от конструкции ячейки. Во-вторых, н результате описанных. медленных скоростей диффузии и реакций углерода, стационарное состояние, после внезапного изменения активности в подвергаемой исследонанию среде, вновь устанавливается лишь спустя несколько часон или дней.

Цель изобретения — повышение точности и экспрессности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно снабжено твердоэлектролитной ячейкой для доэиронания кислорода и регулятором тока, причем доэирующая ячейка расположена перед зондом и регулятором тока, а измерительная ячейка расположена после зонда по ходу газового потока. углеродная активность подаваемой дозирующей ячейкой газовой смеси ле" жит вблизи единицы. В качестве газовой смеси применяют инертный газ, содержащий от 0,03 до 10Ъ моноокиси углерода и от 0,001 до 10% двуокиси углерода. Количество подаваемого к ЗО электроду сраннения кислородной измерительной ячейки газа составляет от 0,5 до 5 л/ч, а количество газа, подаваемого в камеру, составляет от

0 005 до 0,05 л/ч. 35

Камера выполнена в виде тонкостенной металлической трубки из железа или никеля ° Ко второму дифференциальному выходу напряжения регулятора приложено н качестве напряжения,фЯ сравнения напряжение Ч=О. Кислородная измерительная ячейка расположена последовательно со второй гальванической кислородной измерительной ячейкой; содержащей твердый электролит, с воздушным или металл (металлокислым электродом сравнения, причем место входа газа для измерительного электрода соединено с местом выхода газа электрода сравнения первой кислородной измерительной ячейки. Электроды доэирующей ячейки соединены друг с другом через способное регулироваться сопротивление, причем применяется газовая смесь с большей активностью, чем активность подвергаемой исследованию среды.

Несмотря на медленную диффузию углерода через стенку камеры и иа заторможенную реакцию на внутренней стенке камеры, при различии активностей в 66 газовой смеси и в исследуемой среде быстро вызывается сильное изменение соотношения между окисью углерода и двуокисью углерода. Активность оки,си углерода н газовом потоке при этом 65 с помощью дозирующей ячейки доводится до такого же значения, как и углеродная активность в исследуемой среде.

При равенстве активностей в газовой смеси доэирующей ячейки и в исследуе" мой среде не изменяется также состав протекающей через камеру газовой смеси, и кислородная измерительная ячейка дает напряжение, равное нулю.

Несмотря на имеющуюся кислородную проницаемость твердого электролита кислородной измерительной ячейки, давление кислорода в протекающей через измерительную ячейку газовой смеси не искажается. Кислородной проницаемостью твердого электролита дозирующей ячейки, которая перекрывается дозированным кислородом, можно пренебречь нследстнии большого количества последнего и в"eA газовой смеси, протекающей через дозирующую ячейку. Кроме того, при дозировании кислорода уменьшается напряжение ячейки, и, таким образом, действующая сила для проникновения кислорода в результате проницания.

На чертеже схематически изображено устройство в разрезе. устройство состоит иэ доэирующей ячейки 1, измерительной кислородной ячейки 2, промежуточно подключенной проницаемой для углерода камеры 3, выполненной в форме тонкостенной никелевой трубки, и регулятора 4. Газовая смесь с активностью окиси углерода несколько ниже единицы, состоящая на 2,3% иэ окиси углерода, на

0,06% из двуокиси углерода и на

97,64Ъ из аргона, отбирается через клапан 5 из стального баллона 6.

Поток газовой смеси после прохождения дозирующей ячейки 1 раэделяется в месте разветвления трубопровода 7 на малый газовый поток, составляющий

0,01 л/ч и на большой газовый поток, составляющий 1 л/ч, которые устанавливаются клапанами 8, 9 и измеряются потокомерами 10, 11. Давление газовой смеси определяется V-образным трубчатым дифференциальным манометром 12.

После разветвления трубопровода

7 большой газоный поток направляется к электроду сравнения кислородной измерительной ячейки 2, а малый газовый поток подается в камеру 3.

Камера 3 погружена н протекающую среду 13, углеродная активность которой должна быть измерена. Протекаю-. щая среда 13 проходит через сосуд 14.

С маленьким потоком возникшая в камере активность окиси углерода поступает на измерительный электрод кислородной измерительной ячейки 2.

При данной подаче газа к электроду сравнения и измерительному электроду кислородной измерительной ячейки 2, эта ячейка работает как диф678398

Формула изобретения

Составитель И. Фузеина

Редактор И. Марховская Техред С.Мигай Корректор И. Михеева

Заказ 4 548/33 Тираж 1090 Подписное цНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4. ференциальная измерительная ячейка, т.е. напряжение на выходе появляется только в том случае, если подводимые к электроду сравнения и измерительному электроду газовые потоки имеют различные парциальные давления кислорода.5

При этом происходит изменение углеродной активности благодаря диффундирующему в камеру 3 углероду. Напряжение кислородной измерительной ячейки 2 сравнивается в регуляторе 4 с напряжением сравнения V--0, и разность напряжений после cobraетствующего усилия используется для регулирования величины тока электролиза, который может быть определен амперметром 1 5 и подается в дозирующую ячейку 1. Если электроды дозирующей ячейки 1 связаны друг с другом через способное регулироваться сопротивление, и применяется газовая смесь с большей активностью, чем активность подвергаемой исследованию среды 13, для дозирующей ячейки от применения источника питающего напряжения можно отказаться.

Устройство для измерения активности углерода в потеке жидкости, содержащее измерительную твердоэлектролитную ячейку и зонд, выполненный из проницаемого для углерода материала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с .целью повышения точности и экспрессности измерений, устройство дополнительно снабжено твердоэлектролитной ячейкой для дозирования кислорода и регулятором тока, причем доэирующая ячейка расположена перед зондом и регулятором тока, а измерительная ячейка расположена после зонда по ходу газового потока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка ФРГ 91954178, кл. 42 6 2/53 ° опублик. 1973.