Способ измерения парциального давления кислорода

 

Использование в аналитическом приборостроении для определения пар цйального давления кислорода при постоянном и изменяющемся давлений ана-, лизируемой средыо Сущность изобретения: способ измерения осуществляет ся с помощью потёнцйомётри ескбй кис«- лорб ДЬЙ бн1чой твердоэлектролитной ки, имеющей сравнительный и рабочий электроды и сравнительную камеру с известным парциальным давлением лорода, наШЗя{11уйс:я при постоянно температуре.. Для создания из§ёстного парциального давлёнйя ки слорода в сравнительной камере, электрохимически заполняют сравнительную камеру кислородом, герметично закрывают нительную камеру, изменяют полярность приложенного напряжения, выдерживают время, достаточное дли полного извлечения кислорода, измеряют количество электричества, проте шего через твердоэлектролитную ячейку и рассчи тывают объем сравнительной камеры,после чего изменяют полйЭйоёТБ г11рй лджённого напряжения, пропускают Зёреэ ячейку заданное количестso электри чества. 1 ил.

(19) (! I) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 N 27/417

ГОСУДАРCTB Е Н НОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ вввеи

@ЩИ-ЖКВчВММ

К A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Р;,.1.УМ+Р Д=НЛ Ф

1 (21) 4764033/25 (22) 05,12.89 (46) 30,12.92 Бюл. р 48 (71) Ангарское опытно-конструкторс-, кое бюро автоматики научно-производственного объединения "Химавтоматика" (72) В. Г,Баженов, Г.И.Мурзин и В. Е Луравлев, . (56) Патент CIA N 3347767, кл. G 01 М 27/46, 1967 °

Авторское свидетельство СССР

Ю 486573„ кл. С 01 М 27/46, G 01 N 27/52, 1974. (54) СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО

ДАВЛЕНИЯ КИСЛОРОДА (57) Использование в аналитическом: приборостроении для определения парр» циального давления кислорода при постоянном и изменяющемся давлении ана-,:..":. лизируемой среды. Сущность изобретения: способ измерения осуществляет-.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, s частности к газовому. анализу, ;и мо-. жет быть использовано для определе.ния парциального давления кислорода при постоянном и изменяющемся давлении анализируемой среды.

Известен способ измерения парци-. ального давления кислорода,, основанный на применении потенциометрической кислородной .. увердоэлектролитной ячейки, один из электродов кото2 ся с помощью потенцйоиетрической кис" лородойоййой твердоэлектролйтной ячейки, имеющей сравнительный и рабочий электроды и сравнительную камеру с известным парциальным"давлением кислорода, находя4у6ся при постоянном температуре. Для создания известного парциального давления кислорода в сравнительной камере, электрохимически заполняют сравнительную камеру кислородом, герметично закрывают сравнительную камеру, изменяют полярность приложенного напряжения, выдерживают время, достаточное для полного извлечения кислорода, измеряют количест" во электричества, проте".шего через твердоэлектролитную ячейку и рассчитывают объем сравнительной камеры,пос- М ле него изменяют полярйосФь приложенного напряжения,,пропускают через, ячейку заданное количество электри= чества. 1 ил. О рой - сравнительный, омывается атмос= ферным воздухом, а другой - рабочий, контактирует с анализируемым газом.

Давление анализируемой среды по это- Ь му способу поддерживается постоянным . и равным давлению сравнительной сре-, ды (атмосферному давлению). Аналити-ческим сигналом прй измерении служит

ЭДС твердоэлектролитной ячейки связанная с парциальными давлениями кис. . порода в сравнительной и анализируемой средах формулой Нернста

3 1784907 4 кт Р9, Цель изобретения - повышение точ(1f ности измерения и упроцение аппаратургде Е - ЭДС твердоэлектролитной ячей- ного оФормления. ки; . - . 5 Поставленная цель достигается тем, R -. газовая постоянная; . . что для создания известного парциаль4Р - количество электричества, не- ного давления кислорода в сравнитель-.. обходимое для электрохимйчес- ной камере подают на электроды ячейкого переноса 1 моль кислоро- ки постоянное напряжение в полярносда; . :, . . jp ти . плюс на сравнительный электрод, P и. P"- соответственно парциальные выдерживают время, достаточное для давления кйслорода" в анали- заполйения сравнительной. камеры кисзируе@ой и-сравнительной сре- лордом, герметично закрывают. сравнидах.-- -:: =- .,: ... - :: " тельную камеру, изменяют полярность:

В атмосферйом воздухе постоянна и -приложенного напряжения, выдерживают концейтрация к»йслорода, поэтому для . время, достаточное для йолного извле+ расчета его парциального давления ". .:;:" чеййя кислорода, одновременно измерянеобходимо измерение атмосФерного :. ют количество электричества, протек" давления, что существенно усложйяет : шего через твердоэлектролитную ячейвппаратурное оформление.при осуществ- jg ку, и в соответствии с законами Фа" лении способа и является его недос- радея и Менделеева-Клапейрона рассчитатком, . : : — . .. ..: . тывают объем сравнительной камеры. . Известен также способ измерения " После этого изменяют полярность припарцйального давления кислорода,прй "ложенного-найряжения, пропускают чекотором в качестве сравнительной сре- 25 реэ ячейку количество электричестды выбирается гетерогенная смесь .. . ва, необходимое для создания заданно(например, металл - оксид металла), го парциального давления кислорода, парциальное давление которой зависит и приступавт к измерениям йарциальнотолько от температуры. -. ..: .. . го давления .кислорода в анализируеНедостатками этого способа являют- 30 мой среде. ся нестабильность гетерогенной среды, . Постоянное напряжение, прилагаево времени, необходимоеть примейения мое к электродам, выбирают из диапавысоких. рабочих температур (до 900 С) зона 0,5-1,2 В. Время, достаточное для ускорения установления Равновес.- . . для эайолнения сравнительной камеры ного состояния в системе электРод З кислородом рассчитывают, исходя из сравнения = гетерогенная смесь.: .. объема сравнительной камеры и ее тем- пературы, в соответствии с законами

Наиболее близкйм к йредлагаемомУ Фарадея и Иенделеева-Клапейрона, Вреспособу является способ, при котором . мя, достаточное для йолйо о изъев качестве-сравнительной среды исполь- 4О чейия кислорода, определяют но ЭДС эуется чйстый кислород, подаваемый в . на электродах при разомкнутой токо1 сравнительную камеру потенциометри" .. вой цепи, которая должна быть не ме-. ческой твердоэлектролитной ячейки иэ иее,. чем на 100 мВ большф первоначалькулонометрической твердоэлектролит- ной. Время, достаточное для полного ной ячейки; причем обе камеры (рабо" 4p "извлечения кйслорода, определяют по чая и сравнительная) последовательно . току яцейки, не превышающему 0,001 соединены между собой. Этим дости : . начального тока.

: гается равенство .давлений сРавйитель, На чертеже представлена схема -Ycyr ной и анализируемой сред. Ройства, реалйзующего предлагаемый, способ.

Существенным недостатком такого. .. Устройство Содержит потенциомет. способа является сложность аппаратур- pMAecK твердоэлектролитйую ячейку, ного оФормления, т.к. для измерения выполйенную а аиде пробйркы 3 из тверпарциального давления требуется мз-,. :" дого" кислоРМоиоиного электролита. меритель обцего давления анализируе- . На наРужнУЮ и внутреннюю поверхности мой среды. Другой недостаток способа - пробиРКи нанесены металлические элекневысокая точность измерений, что свя-. троды (5-Рабочий и 6-сравнительный). вано с наличием погрешности измерите- .К электродам через переключатель с ля давления..-.- . . положениями 11 и 12 подключены изме5, 178490 6 ритель ЭДС 9 и источник тока 10. К Способ осуществляется следующим

1 тверлоэлектролитной пробирке 3 гер- образом. метично приварен капилляр 7, который При открытом капилляре, на электиспользуется для удобства герметиза- роды подается.постоянное напряжение ции.. Объем капилляра пренебрежимо мал : (О, 7 В) от источника 1О в полярности: по сравнению с объемом сравнительной плюс к внутреннему сравнительному элеккамеры 4, Капилляр 7 можно герметич- . троду, при этом ток, протекающий через но закрывать крышкой. 8. В рабочую ка- твердый электролит, былнауровне10мА., меру 2 твердоэлектролитной ячейки 10 После выдержки в течение 3 мин (при поступает анализируемый газ. этом достигается примерно 10-кратная замена газа в сравйительной камере на . Рассмотрим работу устройства. кислород) можно .считать, что достиГ".

Возможные условия работы устройства". нуто полное заполнение камеры чистым температура от- 600 до 900 0, прилага- )5 кислородом. После этого -капилляр геремое напряжение от 0,5 до 1,2 В, При метично запирается, изменяют поляр г . экспериментах были выбраны следую» ность приложенного напряжения и запищие условия: температура 700 с; нап-, сывают значение тока на самописец с ряжение 0,7 В; материал твердоэлект- движущейся лентой, Запись ведут до ролитной пробирки. и .капилляра Лг, +..20 тех пор, пока ток не:станет менее

; + 10 моль| У Оу диаметр пробирки 0,5 0 001 от первоначального значения. см; длина,! cMj диаметр капйлляра : - При Расчете по диаграммной ленте ока 0,03 см; длина,3 см; электроды из залось, что количество электричества ,платины.:. " . . " ... . :: :.:: равно 0,596 A .с, что дает следующий

25 объем сравнительной камеры:

Ча ? Т Ра -2," 10 ° 0 596 Я7 16. 60 0,128 смэ .

4F о Р .4.96500 273,16 732 !

Следующей операцией является соз= .30 при измерении парциального давления дание в герметично закрытой сравни- в обогащенном кислородом воздухе при тельной камере заданного парциальнбго изменяющемся общем давлении, исходя, давления кислорода, для чего изменя- из условия мйнймизации погрешностей ют полярность приложенного напряжения и неравенства ЭДС ячейки нулю, выбии пропускают через ячейку. расчетное. Рают парциальное давление кислорода количество электричества. Значение 5 в сравнительной камере на уровне 106 парциального давления кислорода в: ; . мм рт.ст. Тогда, количество электрисравнительной камере выбирают в зави" чества, которое следует. пропустить симости от того, какие задачи трубу- через твердый электролит, составит

40 ется решать при измерениях. Например, Р 0) 4F-Ч.Т0 100 4 -96500 0 128 ".73 16 ! .I.ñ— — - =------ = 0,0818 А с. уО т-Ро . - 22,4 10з.973 16.760

Таким образом, в сравнительной ка- .::. где R - газовая постоянная; мере создано известное парциальное .:: 4g . Р - парциальное давление кислодавление кислорода и можно приступать " " ..: Рода в анализируемой среде. к измерениям парциального давления ... Из формулы Нернста следует кислорода в анаЛизируемой среде, как ." .:, 4FE обычно с помощью потенциометрической . " о P RT твердоэлектролитной ячейки. Для это- 50 го анализи емый газ по ают =о -,Граничные значения параметров ра

* („ ., боты, приведенньГе по формуле изобре-.

-.: тения, определены опытным путем, исанализируемыи газ), измеряют ЗДС ячей-, ходя из условия сохранения погрешнос" ти не более 2 отн.Ж. Оказалось, что и с авни r - при поддержании на электродах ячейки . давлениями кислорода в. анализируемой $5 и сравнительно1 средах формулой Нерн " и сравнительно ф Р у " " Р в пределах 0,5-1 В, отличии, ЭДС ячейРд . ки от перВоначальной IlpN извлечении

Z =. - 1a --, . кислорода не менее- fOA мВ и токе ячейки при извлечении кислорода менее

7 1784907, 8

0,001 от первоначального, погрешность мерении ЭДС кислородоионной твердо,измерения не превышала 1? отн.R.При . электролитной ячейки, имеющей сравни не соблюдении указанных условий пог- тельный и рабочий электроды и сравнирещность возрастала. Во всех экспе- тельную камеру с известным парциаль- .

5 риментах для оценки действительного ным давлением кислорода, о т л и ч а юзначения парциального-давления кисло- шийся тем, что, с целью повышения рода. в анализируемой среде йслользо- точности измерений, используют гермевали проверочные газовые смеси и изме- тичную камеру сравнения, а перед нарители давления типа САПФИР. Относи- jo чалом измерений на ячейку подают наптельная погрешность измерения в этих ряженйе 0,5-1,2 В и электрохимически случаях была в пределах +0,5-+1В. извлекают кислород из сравнительной

Использование предлагаемого спосо- камеры, причем о полноте извлечения ба измерения парциального давления кислорода судят по йадению тока .через кислорода обеспечивает по сравнению 15 ячейку не менее Чем 0,001 начального

/ с прототипом следующие преимущества: ., тока или по значению ЭДС на электроповышение точности измерения вследст- ды при размыкании цепи, которое должвие повышения точности создания и под- но быть не менее чем на 100 мВ выше

::держанйя заданного парциального Дйвле- йервоначального; затем изменяют поляр" ,ния кислорода в сравнительной среде, уп- 2О ность приложенного напряжения и пророщениеаппаратурйого оформления,;т.к.: пускают-через ячейку количество элек при измерениях не требуются дой6лнитель- тричества, необходимое для создания ные.приборы для измерения общего давле- заданйого "парциального давления кис:: / :. лорода в сравнительной камере.

Ф Р Р и у л а изобретения

Способ измерения парциального дав« ! ° * ления кислорода, заключающиися в из- .. ., ., *

1 35у д

I °

Составитель В. Баженов

Редактор Техред И.Иоргентал Корректор А.Иотыль» »

««»«» »

«««

Заказ 4362 Тираж Подписное

ВНИИПЯ Государственного комитета по изобретениям н открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/S

Пронзводственно+издательский комбинат Патент,. г.Ужгород, ул. Гагарина,1 1 р " " " . ° О.