Способ измерения парциального давления окислов азота в газовой смеси

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ОКИСЛОВ АЗОТА В ГАЗОВОЙ СМЕСИ путем измерения тока, проходящего через чувствительный элемент , выполненный из твердого электролита с проводимостью по ионам анализируемого компонента, с электродами , нанесеннюш на его торцовые поверхнЬсти, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и экспрессности измерений , в качестве твердого электролита используют нитрит цезия. в (Л

asl 01) 3 @ G 01 М 27/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/,,/ н aRTOPNOMV СВИДПВВСТВУ Ф °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТЮ

4 (21) 3471306/24-25 (22) 16.07.82 (46) 23.11.84. Бюл. У 43 (72) Э.Ф.Хайретдинов, Н.Г.Хайновский, Н.Ф.Уваров и В.Г.Пономарева (71) Новосибирский государственный университет им. Ленинского комсомола и Институт химии твердого тела и переработки минерального сырья

Сибирского отделения АН СССР (53) 543.247(088.8) . (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 981880, кл. G Oi К 27/46, 1982.

2. Патент США У 3821090, кл. О 01 N 27/46, опублик. 1974 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ОКИСЛОВ АЗОТА В ГАЗОВОЙ СМЕСИ путем измерения тока, про ходящего через чувствительный элемент, выполненный иэ .твердого электролита с проводимостью по ионам анализируемого компонента, с электродами, нанесенньаки на его торцовые новерхнЬсти, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью новышения точности и экспрессности asмерений, в качестве твердого электролита используют нитрит цезия.

1125535

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может применяться в газовой, химической и других отраслях промышленности, а также в службе техники безопасности для контроля содержания окислон азота в атмосфере, Известен способ измерения парциального давления окислов азота в газовой смеси путем измерения ЭДС электрохимической системы (1), Однако такой способ не обладает достаточной точностью измерений.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения парциального давления окислов азота н газовой смеси путем измерения тока, проходящего через чувствительный элемент, выполненный из твердого электролита с проводимостью по ионам анализируемого компонента, с электродами, нанесенными на его торцовые поверхности (2) .

Недостатки известного способа заключаются в инерционности и низкой точности измерений.

Цель изобретения — повышение точ ости и экспрессности измерений, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения парциального давления окислов азота в газовой смеси путем измерения то- ка, проходящего через чувствительный элемент, выполненный из твердого электролита с проводимостью по ионам анализируемого компонента,, с электродами, нанесенными на его торцовые поверхности, в качестве твердого электролита используют нитрит цезия.

Твердый электролит, характеризующийсяся час тичн ой или пр еимуще с твенной проводимостью по ионам NO<„ длительное время поляризуют с бло,"ирующими по ионам проводимости электродами нри напряжении, не превышающем напряжение разложения электролита (обычно это не более 0„5 В). После достижения н укаэанных условиях стационарного значения тока через электролит (а это достигается через 10-20 ч после начала поляризации) ток ионов N02 (по определению блокирующего электрода) становится равным нулю. Если на такой блокирующий электрод (катод) подать газообр зныи NO(то QH будучи ильным акцептором электронов, адсорбиру— ется,на электроде и ионизируется по реакции

NO2 + е"- NO

2х т.е. на катоде происходит генерация носителей тока и он становится обратимым относительно электролита.

Внешне это должно проявиться в резком увеличении протекающего через электролит стационарного тока, По10 скольку концентрация адсорбированных молекул NO> пропорциональна давлению N02, то наблюдается линейная связь между величиной тока, проходящего через электролит, и парциальным

15 давлением NO> в газе.

Нижний предел измеряемых таким образом давлений ICO< определяется величиной стационарйого тока в отсутствии N02. Верхний предел давления

20 NÎ< определяется величиной максимальной при данных условиях проводимости электролита по ионам NO>, т.е.

phlax kd

NOz7. где P щах

МОя — максимальное значение

Р, замеряемое по данному способу — константа пропорциональ39 ности, зависящая только от температуры;

С вЂ” общая проводимость электролита," — число перекоса электро0 fL

35 лита по ионам NO, .

На чертеже показан датчик для осуществления способа.

В качестве чувствительного элемента 1 датчика выбран твердый элек40 тролит (нитрит цезия), имеющий достаточно высокую ионную проз". димость широкий интервал температур и:мерения (до 430 С) и малую величину о электронной составляющей проводимос 1 > ти. Электродами 2 служит платиновая паста на органическом связующем.

Датчик содержит источник 3 тока и амгерметр 4. Перед проведением измерений чувствительный элемент нагренао

5О ется до 400 С для увеличения электропронодности, а затем на электроды подается поляризующее напряжение величиной до 500 мВ, не превышающее напряжение разложения твердого элек55 тролита. Ток, протекающий через электролит, постепенно падает и через сутки достигает значения 2 ° !0 A.

При запуске NO с парциальным дав2

1125535

Составитель Г.Боровик

Техред Т.Маточка КорректоР Е.Сирохман

Редактор A.Ìîòûëü

Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 8532/33 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 лением Р ц, от 3 10 до 10 1торр

Ы02 величина тока за 2-3 с возрастает соответственно до 5 10 и 1,5 ° 10 А, т.е. линейно увеличивается с увелиI чением Р о . При Увеличении Рко до, 5

-Ф значений более 10 торр ток возрастает слабее, а при Р о 1 торр уже не зависит от давления NOg, Ток, протекающий через датчик при 400 С и напряжении на электро- . 1п лите 500 мВ зависит от парциального давления NOg npu P о 3 10, 1,5 ° 10, 9,6 10, 6-10", 1,1,3 торр, ток соответственно 2 10, 1.10, 6,5 ° 10, 1,8 10, 2,0it0, 2,0 10 А.15

Напряжение поляризации можно менять в пределах 0,1-500 мВ. При меньших напряжениях приходится работать с исчезающе малыми токами, при напряжении, большем чем 500 мВ, 2О превьшается напряжение разложения, ток через электролит резко растет и датчик теряет чувствительность к

И02 °

Пример 1. Датчик помещают 2S в емкость с остаточным давлением

-1 воздуха 10 торр и поляризуют от источника постоянного тока напряжением О, 1 мВ; В течение 20 ч ток, протекающий через электролит, падает от стационарного значения 3 10 А т.е. не меняется по величине в течение 1 ч более чем иа 10Х. При запуске NO с парциальным давлением

Р о =O,t торр ток за 3 с достигает чо, нового стационарного значения, 9 t0 А.

Пример 2. Датчик поляри."уется постоянным напряжением 25 мВ.

Уже через 12 ч поляризации при

400 С ток через электролит достигаэ

-9 ет стационарного значения 1,2 -10 А.

При запуске NO2 и Р1,а =0,1 торр ток за 2 с принимает новое стационарное значение 3,2-10 А.

H о и м е р 3, Датчик поляризуют постоянным напряжением 500 мВ.

Через 12 ч ток достигает стационарного значения 2.10 А. При запуске

NO< с парциальным давлением 0,1 торр ток за 2 с возрастает до нового ста- ционарного значения 6 5 10 А.

Из приведенных примеров видно, что измерение давления согласно предлагаемому способу основано на линейной зависимости тока, протекающего через него, от парциального давления NO< в широком интервале поляриэующих напряжений от 0,1 до

500 мВ. Оптимальным является напряжение 500 мВ, так как при этом напряжении ток быстрее становится стационарным и имеет достаточно большую величину (10 — 10" А), которую легко замерять стандартными лабораторными амперметрами.

Преимущества предлагаемого спосо- ба зактуочаются в том, что точность возрастает в 4-5 раэ, быстродействие составляет 2-3 с против 500600 с по сравнению с известным способом.