Электрохимический датчик кислорода

 

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИК КИСЛОРОДА, содержащий герметично закрытый контейнер из твердого электролита с ионной проводимостью , с расположенным внутри него эталонным электродом с токосъемником и измерительным электродом с токосъемникр 1, размещенным на наружной стороне контейнера, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью noBfciiieiiHH точности измерений , на внутреннюю поверхность контейнера из твердого электролит9 дополнительно нанесен слой непрокаленного шликера, из твердого электролита, а в состав эталонного электрода дополнительно введены металл , его оксид и крошка твердого электролита, при следу1Х их количественных соотношениях компонентов , . %: Крошка 30,5-31,5 Ш 7,5-16,0 Оксид металла Металл Остальное, причем толщина слоя непрокаленного шликера равна толщине стенки контейнера из твердого электролита. 41 сл :

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(5D G 01 N 27 46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Крошка

30,5-31,5

Оксид металла 7,5-16,0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г21 ) 3345702/18-25 (22) 13.10.81 (46) 23.02.84. Бюл. 9 7 (72) A.Н. Волков, A.Ä. Иеуймин, A.Ã. Гаврилов и Л.N. Чвялева (71) Уральский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института "Цвечплетавто-. матика" (53) 543.247(083.8) (56) 1. Патент США Р 3576730, кл. G 01 N 27/46, опублик. 1968.

2.. Патент CIJA 9 4166019, кл G 01 N 27/46, опублик. 1977. (54) (57) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

КИСЛОРОДА, содержащий герметично закрытый контейнер из твердого электролита с ионной проводимос- . тью, с расположенным внутри него эталонным электродом с токосъемником и измерительным электродом с токосъемниког, размещенным на наружной стороне контейнера, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений, на внутреннюп поверхность контейнера из твердого электролита дополнительно нанесен слой непрокаленного шликера, из твердого электролита, а в состав эталонного электрода дополнительно введены металл, его оксид и крошка твердого электролита, при следующих количественных соотношениях компонентов, мас.4:

Металл Остальное, причем толщина слоя непрокаленного шликера равна толщине стенки контейнера из твердого электролита.

1075137

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано при непрерывном измерении кислорода в газах и рас-. плавленны>: металла::.

Известен датчик кислорода, содержащий пробирку из твердого электролита, обладающего ионной проводимостью, эталонный электрод, выполненный из смеси порошков -- металлического никеля и его оксида, внутренний и наружный токосъемники 13 .

Недостатком датчика является то, что в ходе его эксплуатации происходит спекание порошка эталонного электрода,,что ведет к нарушению - 1->

< электрического контакта между эталонным электродом и внутренней поверхностью твердоэлектролитной пробирки. Это, в свою очередь, ведет к резкому росту внутреннего сопро- Я тивления датчика и снижает значительно точность измерения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электрохимический датчик кислорода, содержащий герметично закрытый контейнер из твердого электролита с ионной проводимостью, с расположенным внутри него эталонным электродом с токосъемником и измери- 3 тельным электродом с токосъемником, размещенным на нару><ной стороне контейнера j2) .

Недостатком известного датчика является его малый срок службы (1-2 теплосмены) вследствие того, что толстостенный твердоэлектролит.ный контейнер обладает низкой терглостойкостью и выдерживают не более

1-2 циклов нагрев — охла»<дение. Эталонный электрод, меняя свое агрегат- 4О ное состояние (расплав-слиток), разрушает изнутри контейнер из твердого электролита вследствие различия коэффициентов линейного расширения, что таго<е ведет к выходу и змерителя из строя и его механическому разрушению. Кроме того, датчик обладает невысокой точностью измерения вследствие того, что внутреннее сопротивление датчик определяется толщиной стенки контейнера и гложет достичь величины в сотни кОм.

Целью изобретения является г вышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тегл, что в электрохимическом датчике кис -.эрода, содержащем контейнер из твердого электролита с ионной проводимостью, с располо><енными внутри него эталонным электродом с токо- 60 съемником и измерительным электродом с токосъемником, размещенным на наружной стороне контейнера, на внутреннюю поверхность контейнера из твердого электролита дополнительно 65 нанесен слой непрокаленного шликера, из твердого электролита, а в состав эталонного электрода дополнительно введены металл, его оксид и крошка твердого электролита, при следующих количественных соотношениях компонентов, мас.% г

Крошка

О кс ид ме т..лл а

30,5-31,5

7,5"16.,0

Датчик содержит контейнер 1 из твердого электролита, стенки которого выполнены тонкими (1,5-2 ми), дно и часть внутренней поверхности контейнера 1 покрыты слоем непрокаленного шликера 2, толщина слоя Я равна толщине стенки контейнера 1, высо2 та слоя равна - высоты эталонного

3 электрода 3. Эталонный электрод 3, выполненный из смеси порошков метал- . ла и его оксида с добавлением крошки из твердого электролита, расположен внутри контейнера 1. Токосъем с эталонного электрода 3 осуществляется посредством проволочного токосъемника г>. Таблетки 4 из твердого электролита, а также газоплотная замазка 5 герметизируют внутренний объем контейнера 1. На наружной поверхности контейнера 1 расположен измерительный электрод 8 и наружный токосъемник 7.

Датчик работает следующим образом.

Металл. Остальное, причем толщина слоя непрокаленного шликера равна толщине стенки контейнера из твердого электролита„

Содержание оксида металла в пределах 7,5--16,0 является опт>;:- альным, таг< как обесгечивает быстрое установление равновесного кислород -ого потенциал" на электроде, увеличение содержания более 7 5 может привести к прег<девременному выходу из строя датчика, так как большинство расплавленных оксидов быстро пропитывагот твердый электролит что приводит к появлению электронной составля..; ей проводимости у электролитов.

Содер><ание крошки твердого электролита меньше указанного нижнего предела снижает ее эффективность как средства, воспринимающего тер момеханические нагрузки, а ее содержа ние вьгше верхнего предела значительно увеличивает объем эталонного электрода, что при наличии температурного градиента приводит к появлению дополнительной ошибки измерения„

На черте>ке схематически изображен предлагаемый электрохимический датчик кислорода, 1075137

Составитель Г. Боровик

Редактор Т. Кугрышева Техред T.Маточка Корректорй. Тяско

Заказ .489/36 . Тираж 823 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

При погружении датчика в анализируемую среду (расплавленный металл или газ) металлическая и оксидная компоненты смеси, из которой выполнен эталонный электрод, переходят в жидкое состояние. Возникающие при этом термомеханические напряжения между тонкостенным контейнером 1 и эталонным электродом 3 воспринимаются крошкой прокаленного твердого электролита, входящей в состав смеси эталонного электрода 3, и слоем шликера 2, что значительно снижает скорость разрушения стенок контейнера 1. Контакт эталонного электрода 3 с контейнером "осуществляется непосредственно или через слой

2 шликера 2 (на 3 высоты эталонного электрода), что обеспечивает. малую величину внутреннего cîïðoòèâëåния всего датчика. Кроме того, малая величина внутреннего сопротивления обеспечивается тонкими стенками твердоэлектролитного контейнера, что ведет к повышению точности измерений.

Расплавленный эталонный электрод 3 обеспечивает при конкретной темпе () ратуре анализа стабильную величину парциальногс давления кислорода. На измерительном электроде 8 устанавливается парциальное давление кислорода анализируемой среды.

Использование изобретения позволит получить годовую зкономическую эффективность 100-150 тыс. руб.