Способ определения кислородного потенциала среды и устройство для его осуществления

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сотоэ Советсиых

Социалистических

Республыи

«i 868528 (51) Дополнительное к авт. свил-ву— (22)Заявлено 11.01.78 (21) 2568437/18 25 с Присоединением заявки М— (23) Приоритет— (51)М. Кл.

G 01 N 27/46 (Ьеудерстеениый кемитет

СССР ио делам иаабретений и открытий

Опубликовано 30.09. 81. Бюллетень hh 36

Дата опубликования онисания 30.09.81 (53у УДК 543.25 (088. 8) : а.

N. В. Глумов, А. С. Липилин и Б. В. Кузьмитт т

Институт электрохимии Уральского научного ц итра--АН СССР (72) Авторы изобретения (71). Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИСЛОРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА

СРЕДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, служит для измерения кислородного потенциала среды, в которой находится электрохимическая ячейка с твердым окисным

5 электролитом, и может быть использовано для измерения концентрации кислорода или кислородсодержащих газов в газообразной и жидкой средах как в лабораторной практике, то так и в промышленности.

Известен способ измерения кислородного потенциала с помощью электрохимической ячейки с твердым скисным электролитом, основанный на измерении высокоомным потенциометром разности потенциалов между электродом, омываемым исследуемым газом и электродом, герметично изолированным в трубке или пробирке из стабилизированной двуокиси пиркония. Киспородный потенциал внутреннего элект" рода задается смесью hler + Й1 О . требуемом соотношении, которая помещена внутри замкнутого объема пробирки Ell.

Недостатком указанных способа и устройства являются ошибки измерений из-за пористости твердого электролита, избежать которые можно лишь имея абсолютно газоплотные объемы пробирок, заполненные смесью металл-окись металла. Это связано с изготовлением абсолютно газоплотных пробирок из твердого электролита, а также с абсолютной герметизацией смеси в пробирке путем заклеивания отверстия специальными высокотемпературными замазками и стеклами. Причем заклеивание чаще всего производится при более высокой температуре и атмосферном давлении, поэтому в результате измерений необходимо вносить поправку на понижение давления в пробирке за счет более низкой рабочей температуры. Однако, даже обеспечив абсолютную газоплотность ячеек, невозможно избежать поггешносчи из868528 4 мерений из-за электролитического натекания кислорода из зоны с большим парциаЛьным давлением кислорода в зону, где содержание кислорода меньше, т. е. ошибки, возникающие из-за этого эффекта, исключаются только при равенстве парциальных давлений кислорода внутри пробирки и снаружи. Ошибки возрастают при отклонении парциального давления кислорода в исследуемом газе в любую сторону. Таким образом, резко сужается диапазон достоверных значений кислородного потенциала, измеренных данным способом и ячейками.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения кислородного потенциала газов, заключающийся в том, что твердоэлектролитную ячейку с рабочим и сравнительным электродами помещают в анализируемую среду, нагретую до рабочей температуры ячейки, пропускают через твердый электролит постоянный ток и измеряют электрические характеристики ячейки, по которым судят о кислородном потенциале среды. Устройство для осуществления этого способа содержит твердоэлектролитрую ячейку с рабочими электродами, подсоединенными к источнику постоянного тока, электрод сравнения и измеритель разности потенциалов (2).

Недостатком данных способа и устройства, кроме уже описанных, являются погрешности, вносимые электронной проводимостью.

Цель изобретения — повышение точности измерений в значительно более широких пределах парциальных давлений кислорода.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения кислородного потенциала среды, заключающемся в том, что твердоэлектролитную ячейку с рабочим и сравнительным электродами помещают в анализируемую среду, нагретую до рабочей температуры ячейки, пропускают через твердый электролит постоянный ток и измеряют электрические характеристики ячейки, по которым судят о кислородном потенциале среды, после отключения тока измеряют разность потенциалов рабочего и сравнительного электродов, при которой происходит задержка спада раз- ноети потенциалов.

В устройстве для осуществления .способа, содержащем твердоэлектро5

20

1литную ячейку с рабочими электродами, подсоединными к источнику постоянного тока, электрод сравнения и измеритель разности потенциалов, один из электродов выполнен .из неблагородного металла, а измеритель разности потенциалов подключен между этим и сравнительным электродами.

Электрод из неблагородного металла может быть выполнен из никеля, меди, кобальта, железа и т.п.

Способ осуществляется следующим образом.

Между рабочими противоэлектродами через твердый электролит пропускают постоянный ток. Причем положительный полюс подключен к никелевому газодиффузионному электроду. Площадь каждого рабочего электрода 0,5 см .

Ячейка, помещенная в газовую среду состава 0,5 СО +0,5 CO предварительно нагревается до 900 С. Величина о пропускаемого анодного тока 5-15 мА.

После его отключения при падении потенциала наблюдают задержку спада, которая составляет около 2-х с, а сама величина разности потенциалов в момент задержки, характеризующая кислородный потенциал среды, 235 мВ.

При помещении ячейки в среду инертного газа пропускают ток величиной

1-5 мА.

В этих условиях при отключении тока задержка спада катодного потенциала 200 мс, а величина разности потенциалов 516 мВ, что соответствует содержанию кислорода 0,033 бар.

На чертеже изображено устройство для осуществления способа.

Устройство состоит из тонкой пластинки 1 твердого электролита состава 0,9 ZIO + 0,1 Y ОЕ на одну

2 8) из сторон которой нанесен платиновый электрод 2, а на противоположную сторону - платиновый электрод

45 3 сравнения и рабочий противоэлектрод 4, состоящий as, никеля. Организованную таким способом ячейку по.мещают в среду с неизвестным содержанием кислорода и нагревают до ра50 бочей температуры 600-1400 С. Для наблюдения задержки спада и измерения разности потенциалов между сравнительным и рабочим электродом из неблагородного металла подключают

55 измеритель, например осциллограф

5. К рабочим электродам подсоединяют внешний источник 6 тока, лосле отключения которого наблкдают на

868528

Формула изобретения

Составитель В. Екаев

Редактор Т. Мермелштайн Техред А. Дч Корректор Н, Стец

Заказ 83ll 60 ТМраж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного.комитета:СССР по делам изобретений и открытий- .

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

Филиал ППП атент, г, Ужгород, ул. Проектная. 4

1трубке катодного осциллографа спад потенциала, фиксируют задержку спада и определяют разность потенциалов.

Использование в качестве источника генератора прямоугольных импульсов позволяет синхронизировать изображение спада потенциала и применить в качестве измерителя цифровой вольтметр, что существенно упрощает ис,пользование способа и предоставляет lq возможность автоматизации процесса.

Простота. ячейки, отсутствие требований к абсолютной газоплотности,. исключение дополнительных деталей или устройств для создания эталонного парциального давления под одним из электродов, избежание благодаря заложенному принципу измерения большинства возможных ошибок, а также возможность миниатюризации и автоматизации процесса измерения кислород" ного потенциала среды делают предлагаемые способ и ячейку на его основе более дешевыми, приемлемыми для использования в различных областях народного хозяйства, от метрологии до металлургии.

1 ° Способ определения кислородноЗО

ro потенциала среды, заключающийся в том, что твердоэлектролитную ячей ку с рабочим и сравнительным электродами помещают в анализируемую сре-, ду, нагретую до рабочей температуры ячейки, пропускают через твердый электролит постоянный ток н измеряют электрические характеристики ячейки, по которым судят о кислородном потенциале среды, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности определения, после отключения тока измеряют разность потенциалов рабочего и сравнительного электродов, при которой происходит задержка спада разности потанциалов.

2. Устройство для осуществлейия способа определения кислородного по" тенциала среды, содержащее твердоэлектролитную ячейку с рабочими электродами, подсоединенными к источнику постоянного тока, электрод сравнения и измеритель разности потенциалов, отличающее с я тем, что один из рабочих электродов выполнен из неблагородного металла, а измеритель разности потенциалов подключен между этим и сравнительным электродами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции У 2045064, кл. G 01 и 27/00, опублик. 26.02.71 °

2. Авторское свидетельство СССР

9 321743, кл. 6 01 И 27/56, 1977 (прототип).