Электрохимический датчик кислорода

 

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИК КИСЛОРОДА, соде зжащий твердьй ионрпроводящий электролит в виде пробирки с размещенными на его внешней и внутренней поверхностях соответственно измерительным и эталонным электродами, причем измерительный электрод содержит карбид кремния, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерений и увеличения срока службы, оба электрода выполнены из материала следующего состава, мас.%: Серебро (порошок) 4-8 I Оксид свинца10-12 Карбид кремния 70-78 (Л КанифольОстальное

СОКИ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

5 А (19) (11) (Sl)4 G 01 N 27/46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3710398/24-25 (22) 13.01.84 (46) 30.09.85. Вюл. № 36 (72) А.Н.Волков, Г.Н.Мижирицкий, Т.Е.Колышева, А.Г.Гаврилов и А.Д.Неуймин (71) Институт электрохимии Уральского научного центра АН СССР (53) 543.247(088.8) (56) Патент США № 3941673, кл. G 01 N 27/46, опублик. 1976.

Патент Великобритании № 1512347, кл. С 01 N 27/56, опублик. 1978. (54) (57) ЭЛЕКТРОХИИИЧЕСКИЯ ДАТЧИК

КИСЛОРОДА, содержащий твердый ионопроводящий электролит в виде пробирки с размещенными на его внешней и внутренней поверхностях соответственно измерительным и эталонным электродами, причем измерительный электрод содержит карбид кремния, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и увеличения срока службы, оба электрода выполнены из материала следующего состава, мас.7.:

Серебро (порошок) 4-8

Оксид свинца 10-12

Карбид кремния 70-78

Канифоль Остальное

II82375

Изобретение относится к анапитическому приборостроению и может быть использовано при непрерывном измерении содержания кислорода в газовых средах, содержащих примеси топлива.

Целью изобретения является повышение точности измерения и увепичение срока службы.

На чертеже схематически изображен электрохимический датчик кислорода.

Датчик. содержит твердый ионопроводящий электролит, выполненный в виде пробирки 1, эталонный электрод 2 на внутренней поверхности, измерительный электрод 3 на наружной 15 поверхности, причем оба электрода выполнены из материала, не обладающего каталитической активностью, следующего состава, мас.7.:

Ag (порошок) 4-8

PbO 10-12

SiC 70-78

Канифоль Остальное

Датчик работает следующим образом. 25

Пробирка 1 из ионопроводящего электролита прогревается анализируемым газом или отдельным нагревательным элементом до рабочей темпе- 30 ратуры датчика, обычно в предепах .700-1000 С. Во внутренню полость о пробирки 1 на эталонный электрод 2 подается эталонный газ с известным парциальным давлением кислорода. На35 ружную поверхность пробирки 1 и находящийся на ней измерительный электрод 3 омывает анализируемый газ, содержащий примеси топлива. Так как измерительный электрод 3 выполнен из материала, не обладающего каталитической активностью, то на поверхности электрода 3 не будет происходить процесса догорания топлива, содержащегося в анализируемом газе. Кислородные потенциалы электродов 2 и 3 будут определяться парциальными давлениями кислорода в газовой среде, омывающей данный электрод. Измерив разность кислородных потенциалов эталонного 2 и измерительного 3 электродов, можно однозначно определить фактическое парциальное давление кислорода на измерительном электроде (ипи в анализируемом газе) в соответствии с уравнением Нернста:

RT Роа

Е = Рп г

4F Рог где Š— разность потенциалов между эталонным и измерительным электродами;

R — газовая постоянная;

Т вЂ” температура анализа, F — - постоянная Фарадея, !!

Р P — парциальные давления кислороо о да на эталонном и измерительном электродах соответственно.

Использование в датчике одного и того же материала для изготовления эталонного и измерительного электродов исключает возможность возникновения паразитной термо-ЭДС электродами 2 и 3, что повышает точность измерения.

Предлагаемый состав материала для приготовления эталонного 2 и измерительного 3 электродов является некаталитическим, что позволяет избежать догорания топлива на поверхности измерительного электрода 3 при анализе газа. Содержание в электродном материале серебра, взятого в виде порошка, в количестве 4-8 мас.7 позволяет значительно повысить электропроводность электродов, так как серебро, являясь проводником первого электрода, не обладает каталитической активностью. Кроме того, серебро хорошо прижигается к поверхности тверо дого электролита при 800-850 С, что способствует лучшему прижиганию всего электрода и позволяет получить датчик с малым (200-1000 Ом) внутренним сопротивлением. Снижение содержания серебра ниже 4 мас.7 ухудшает электропроводность электродного материала. Увеличение содержания серебра больше 8 мас.7. требует значительного расхода драгметалла, но не способствует существенному росту электропроводности.

Введение в состав электродного материала 8-12 мас.7. оксида свинца позволяет обеспечить хорошее прижигание электродного материала к поверхности твердого электродита. Относительно низкая температура плавления оксида свинца (t = 886 С) споо собствует этому. По мере эксплуатации датчика часть оксида свинца испаряется, ухудшая контакт электродного материала с твердым электролитом, поэтому количество оксида свинца не должно быть меньше 10 мас.7., что обеспечивает надежный контакт электродного материала с твердыми

182375 4 роны, канифоль, выгорая при прижигании электродного материала, дает пористый электрод с хорошими динамическими характеристиками. При добавке канифоли менее 8 мас.Е трудно получить устойчивую взвесь для нанесения электродного материала, а повышение содержания свьппе 10 мас.X способствует образованию неоднород1О ных электродов с высокой пористостью и низкой механической прочностью.

Содержание карбида кремния не должно быть меньше 70 мас.Ж. Он является наиболее химически и механически стойким компонентом электродного материала в условиях высоких температур и агрессивности анализируемых га-, зов.

Характеристики датчиков в зависимости от состава предлагаемой электродной массы представлены в таблице °

Пример Состав материала электрода, мас.Ж

Pb0 SiC Канифоль

1500

10

Электроды двух из 10 датчиков отслоились

Все датчики целы

500

200

10

Все датчики целы

Составитель С.Постнов

Техред Л.Микеш . Корректор С.Черни

Редактор А.Лежнина

Заказ 6097/41 Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 з 1 электролитами в течение 1000 ч и более непрерывной работы датчика при 650-800 С. Увеличение содержания оксида свинца выше 12 мас.% не улучшает качества прижигания электродного материала, а только снижает электропроводность и относительное содержание карбида кремния. Улучшению прнжигания электродного материала к электролиту способствует как оксид свинца, так и частично серебро. Оба эти материала не обладают каталитической активностью.

Канифоль способствует, с одной стороны, удобству нанесения на по.верхность твердого электролита электродного материала, так как она позволяет получить устойчивую взвесь электродного материала в бензоле или спирте, а с другой стоСопротивле- Целостность ние датчика датчиков через при 700 С,Ом 100 ч работы