Газоанализатор кислорода

Авторы патента:

G01N27/409 - кислородные концентрационные ячейки

Использование: измерение концентраций кислорода в газовых смесях состава кислород - азот, кислород.- аргон и др. Сущность изобретения; устройство содержит источник напряжения, измеритель тока, нагреватель и твердоэлектролитную ячейку (ТЭЯ) с твердым электролитом на основе диоксида циркония и электродами, катодное пространство которой соединено с анализируемым газом через диффузионный барьер. В качестве диффузионного барьера использован капилляр из твердого электролита на основе диоксида циркония диаметром от 0.4 до 1,5 мм и длиной от 20 до 60 мм, герметично соединенный с катодным пространством ТЭЯ неэлектропроводным стеклом , имеющим коэффициент термического расширения (КТР), близкий к КТР твердого электролита, и температуру плавления менее 1250°С. а электроды ТЭЯ выполнены из смеси мелкодисперсных платины и твердого электролита на основе диоксида циркония при определенных соотношениях компонентов. w Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s G 01 N 27/409

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21} 4878157/25 (22} 14.08.90 (46) 30.11.92. Бюл. N 44 (71) Ангарское опытно-конструкторское бюро автоматики Научно-производственного объединения "Химавтоматика" (72) В, Г. Баженов. В.Е. Журавлев и Г.M. Мурзин (56) Заявка ФРГ М 3104986, кл, G 01 N 27/50, 1987.

Патент США М 4571285, кл. G 01 N 27/46, 1988. (54) ГАЗОАНАЛИЗАТОР КИСЛОРОДА (57) Использование: измерение концентраций кислорода в газовых смесях состава кислород вЂ” азот, кислород. вЂ” аргон и др.

Сущность изобретения; устройство содержит источник напряжения, измеритель тока, Изобретение относится к области аналитического приборостроения, в частности к газовому анализу. Изобретение может быть наиболее эффективно использовано для измерения концентраций кислорода в газовых смесях состава кислород вЂ” азот, кислород вЂ” аргон и т.п.

Известен кислородный датчик, работающий на принципе измерения предельного тока, содержащий твердоэлектролитную ячейку с электродами, источник напряжения, измеритель тока и диффузионный барьер, а диффузный барьер и катод объединены и имеют сложный состав, в котором основная доля приходится на металл, а остальное- смесь окислов. Основным недостатком этого датчика является недостаточная стабильность во времени в связи с

„„5U 1778663 А1 нагреватель и твердоэлектролитную ячейку (ТЭЯ) с твердым электролитом на основе диоксида циркония и электродами, катодное пространство которой соединено с анализируемым газом через диффузионный барьер. В качестве диффузионного барьера использован капилляр иэ твердого электролита на основе диоксида циркония диаметром от 0.4 до 1,5 мм и длиной от 20до 60 мм, герметично соединенный с катодным пространством ТЭЯ неэлектропроводным стеклом, имеющим коэффициент термического расширения (КТР), близкий к KTP твердого электролита, и температуру плавления менее 1250 С. а электроды ТЭЯ выполнены из смеси мелкодисперсных платины и твердого электролита на основе диоксида циркония при определенных соотношениях компонентов. тем, что диффузионное сопротивление такого состава изменяется во времени из-за его спекания с течением времени.

Другой известный датчик отличается тем, что диффузионный барьер выполнен в виде керамического слоя, имеющего поры, диаметр которых менее среднего пробега молекул (0,1 мнм). Его недостатком является также нестабильность диффузионного сопротивления керамического слоя, из-за малости диаметра пор, которые легко засоряются в процессе эксплуатации.

Наиболее близким к заявляемому объекту является известное устройство, содержащее твердоэлектролитную ячейку с электродами, источник напряжения, измеритель тока и диффузионный барьер.

1778663

50 щего состав 90 ZrOz 10% У20з, электроды 55

6, катодное пространство 5. Электроды 6

Кроме этого. оно содержит катодную камеру, выполненную из материала на основе диоксида циркония, B стенке имеется отверстие диаметром 10 вЂ” 50 мм и длиной 1 вЂ” 2 мм, служащее диффузионным сопротивлением.

Внутри этой камеры располо>кен нагревательь, поддерживающий рабочую температуру 350 вЂ” 450 С.

Существенным недостатком этого устройства являются недостаточные точность измерений и воспроизводимость градуировочных характеристик устройств этого типа, что связано со сложностью изготовления единообразных отверстий. из-за их малости и расположение нагревателя внутри катодной камеры, что не позволяет создать одинаковое температурное поле для разных устройств.

Целью изобретения является повышение точности и измерений и воспроизводимости при серийном их изготовлении, Поставленная цель достигается тем, что в газоаналиэаторе, содержащем источник напряжения, измеритель тока, нагреватель, твердоэлектролитную ячейку с твердым электролитом на основе диоксида циркония и электродами, катодное пространство которой соединено с анализируемым газам через диффузионный барьер, согласно изобретению в качестве диффузионного барьера использован капилляр из твердого электролита на основе диоксида циркония диаметром от 0,4 до 1,5 мм и длиной от 20 до 60 мм, герметично соединенный с катодным пространством твердоэлектролитной ячейки незлектропроводящим высокотемпературным стеклом, имеющим коэффициент термического расширения (КТР) близкий к КТР твердого электролита и температуру плавления не ниже чем, например, 1250 С, а электроды твердоэлектролитной ячейки выполнены из смеси мелкодисперсных платины и твердого электролита на основе диоксида циркония, взятых в массовом соотношении:

Платина 80 вЂ” 90%;

Твердый электролит 10 вЂ” 20%.

На чертеже схематично изображено зая вляемое устройство.

Оно содержит твердоэлектролитную ячейку, включающую твердоэлектролитную камеру 4, выполненную, например в виде закрытого с одной стороны цилиндра имеютвердоэлектролитной ячейки выполнены из смеси мелкодисперсных платины и твердого электролита на основе диоксида циркония, взятых в массовом соотношении;

Платина 80 вЂ” 90 ;

Твердый электролит 10-20% и нанесены методом вжигания при температуре 1300 вЂ” 1500 С, К катодному пространству 5 ячейки герметично подсоединен капилляр 1 с помощью высокотемпературного стекла 3. Капилляр 1 служит диффузионным барьером, выполненным из твердого электролита на основе диоксида циркония и диаметром от 0,4 до 1,5 мм и длиной от 20 до 60 мм, герметично соединенным с катодным пространством твердоэлектролитной ячейки неэлектропроводящим BblcoKQTGMпературным стеклом, имеющим коэффициент герметического расширения (КТР) близкий к КТР твердого электролита и температуру плавления не ниже, чем, например, 1250 С. Кроме того, устройство содер>кит источник напряжения 7 и измеритель тока 8, подсоединенные к электродам ячейки, и нагреватель 2.

Анализируемый газ омывает вход в капилляр.

Рассмотрим работу устройства в режиме измерений, В качестве анализируемого газа использовались поверочные газовые смеси кислород вЂ” азот с содержанием кислорода от 0,1 до 99,0%. Под действием напряжения, приложенного к электродам ячейки 6, устанавливаемого постоянным в пределах от 0,4 до 1,1 В, из катодного пространства 5 ячейки кислород переносится через твердый электролит в окружающую среду. Температура твердоэлектролитной ячейки устанавливается постоянной в пределах 600/750 С. В катодном пространстве 5 накапливается азот, который диффундирует по капилляру 1 навстречу потоку анализируемого газа, в связи с чем поменяется ток, Когда достигается стационарное состояние, устанавливается постоянный ток, называемый предельным током и зависящий при постоянных условиях только от концентрации кислорода в анализируемом газе.

Формула изобретения

Газоанализатор кислорода, содержащий источник напряжения, измеритель тока, нагреватель и твердозлектролитную ячейку с твердым электролитом на основе диоксида циркония и электродами, катодное пространство которой соединено с анализируемым газом через диффузионный барьер, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и воспроизводимости характеристик, в качестве диффузионного барьера использован капилляр из твердого электролита на основе диоксида циркония диаметром 0,4 вЂ” 1,5 мм и

1773663

ВХОД ГЛЗАХ

9ЫХОй ГЛЗАХ

Составитель Л. Пыхтина

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С. Патрушева

Редактор

Заказ 4189 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина. 101 длиной 20 вЂ” 60 мм, герметично соединенный с катодным пространством твердоэлектролитной ячейки неэлектропроводным стеклом, имеющим коэффициент термического расширения (KTP) близкий к KTP твер- 5 дого электролита и температуру плавления не ниже 1250OС., а электроды твердоэлектролитной ячейки выполнень; из смеси мелкодисперсных платины и твердого электролита на основе диоксида циркония при следующем соотношении компонентов, мас. $:

Платина 80-90

Указанный твердый электролит 10 вЂ” 20

Похожие патенты:

Устройство для анализа газов // 1718096

Зонд для измерения концентрации кислорода и способ измерения концентрации кислорода (варианты) // 2107906

Способ изготовления чувствительного элемента твердоэлектролитного датчика концентрации кислорода // 2167415

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в прикладной электрохимии, металлургии, энергетике, автомобилестроении и других отраслях для определения содержания кислорода в жидких и газовых средах

Высокотемпературная электрохимическая ячейка-сенсор и способ ее изготовления // 2433394

Изобретение относится к средствам для исследования или анализа газов, а именно к системам, определяющим содержание кислорода, использующим твердоэлектролитные ячейки, и может быть использовано в прикладной электрохимии, металлургии, энергетике, автомобилестроении и других отраслях для определения содержания кислорода в жидких и газовых средах

Кислородный датчик // 2075072

Изобретение относится к области измерения содержания кислорода в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания автомобиля

Устройство для измерения парциального давления кислорода и способ его изготовления // 2092827

Изобретение относится к области газового анализа, а именно к устройству для измерения парциального давления кислорода, содержащему твердый электролит и электроды, соединенные с выводами для снятия сигнала, твердым электролитом является пленка оксида материала, из которого изготовлен первый электрод, выполненный в виде металлической матрицы и размещенный внутри пленки оксида, первый вывод для снятия сигнала подсоединен к металлической матрице в области раздела металл - оксид, при этом второй электрод расположен на поверхности пленки оксида и выполнен в виде проницаемого для кислорода электропроводящего слоя

Газоизмерительный датчик // 2092828

Изобретение относится к области газового анализа, а именно к газоизмерительному датчику, содержащему корпус с отверстиями и размещенные в нем твердоэлектролитный чувствительный элемент, контактные элементы, соединительные проводники и нагреватель, чувствительный элемент выполнен в виде пленки оксида материала, из которого изготовлен нагреватель, и полностью покрывает его поверхность, нагреватель одной стороной соединен с корпусом, а другой стороной связан с первым соединительным проводником, прикрепленным к поверхности нагревателя, при этом в качестве первого контактного элемента используют нагреватель, а второй контактный элемент закреплен на внешней поверхности чувствительного элемента и связан со вторым соединительным проводником

Электрохимический датчик кислорода // 1803848

Способ изготовления чувствительного элемента датчика концентрации кислорода или водорода // 2526231

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано в датчиках для измерения содержания кислорода или водорода в энергетических установках. Способ изготовления чувствительного элемента (ЧЭ) датчика кислорода или водорода включает изготовление пробки из твердого электролита и трубки из электроизоляционной керамики с последующим их диффузионным соединением. Перед диффузионным соединением на поверхности пробки, сопрягаемой с поверхностью трубки, выполняют профилированные канавки определенного размера. Изобретение позволяет добиться увеличения выхода годных ЧЭ, а также увеличить ресурс работы датчиков с ЧЭ за счет увеличения надежности и герметичности соединения трубки из электроизоляционной керамики (Аl2O3, MgO) и пробки из твердого электролита (ZrO2, Y2O3). 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Чувствительный элемент датчика парциального давления кислорода // 2576335

Изобретение относится к электрохимическим устройствам концентрационного типа на основе твердых электролитов с изолированным эталонным электродом, содержащим смесь металл - оксид металла. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности измерения температуры электрохимической ячейки и, как следствие, снижение погрешности измерения парциального давления кислорода и повышение вибрационной прочности датчика кислорода. Чувствительный элемент датчика парциального давления кислорода включает твердоэлектролитную пластину, уплотняющую керамическую пластину, керамический дистанционатор, расположенный между твердоэлектролитной и уплотняющей пластинами, эталонный электрод с проволочным выводом, содержащий смесь металл - оксид металла, рабочий электрод, расположенный на противоположной эталонному электроду поверхности твердоэлектролитной пластины. Твердоэлектролитная пластина выполнена с двумя эталонными электродами, дистанционатор выполнен в виде керамической пластины с двумя отверстиями, образующими две герметично изолированные друг от друга и от внешней среды полости. При этом в каждую полость загружены различные смеси металл - оксид металла, отличающиеся энтропией образования оксидов. 1 ил.

Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания // 2603997

Настоящее изобретение относится к устройству управления для двигателя внутреннего сгорания. Датчик для определения концентрации кислорода в отработавших газах или в воздушно-топливной смеси, снабженный элементом из твердого электролита, боковым электродом отработавших газов, расположенным на одной стороне элемента из твердого электролита и находящимся в контакте с отработавшими газами, атмосферным боковым электродом, расположенным на другой стороне элемента из твердого электролита и находящимся в контакте с атмосферным воздухом, и электрической цепью, подающей опорное напряжение между этими электродами, расположен в выпускной трубе двигателя. Датчик для определения концентрации кислорода в отработавших газах или в воздушно-топливной смеси воздуха имеет характеристику, согласно которой выходной ток (Iр) продолжает увеличиваться, не имея области предельного тока, когда напряжение (Vs), приложенное между электродами, увеличивается, в то время как соотношение компонентов в воздушно-топливной смеси является постоянным. Соотношением компонентов в воздушно-топливной смеси управляют на основе выходного тока (Iр) датчика для определения концентрации кислорода в отработавших газах или соотношения компонентов в воздушно-топливной смеси. Изобретение обеспечивает возможность точного регулирования компонентов в воздушно-топливной смеси. 8 з.п. ф-лы, 14 ил.