Электрохимический датчик диоксида углерода
Использование: контрольно-измерительная техника, а именно электрохимические твердотельные датчики состава газовых сред. Датчик может найти применение в сельском хозяйстве для регулирования состава атмосферы оранжерей, теплиц и овощехранилищ с целью поддержания повышенной концентрации углекислого газа (диоксида углерода), а также в системах управления кондиционерами и в технологических процессах. Сущность изобретения: в электрохимическом датчике, состоящем из твердого электролита с натриевой проводимостью , электрода сравнения и рабочего электрода, в качестве твердого электролита использованы соединения NasLnSUOi2, где Ln - элемент из группы лантаноидов, причем в качестве электрода сравнения взята натрийвольфрамовая бронза состава Nao.sWOa, а в качестве рабочего электрода - твердый раствор Sn02-SbOa. 3 ил. fe Сущность изобретения состоит в том, что в качестве твердого натрийпроводящего электролита в датчике использован комплексный силикат, имеющий формулу Na5LnSi40i2, где Ln - элемент из группы лантаноидов, причем в качестве электрода сравнения взято соединение состава Nao.sWOa (натрийвольфрамовая бронза), а в качестве рабочего электрода взят твердый раствор оксидов олова и сурьмы Sn02 Sb02. Таким образом, датчик диоксида угле00 о k ю о 4 IS
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (st)s G 01 N 27/407
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К ПАТЕНТУ (21) 4945455/25 (22) 14,06,91 (46) 07,03;93, Бюл. ¹ 9 (71) Институт новых химических проблем АН
СССР (72) Л, С,Л ео нова, Ю.А.Доб ро вол ьская и
Е.А,Укше (73) Л.С.Леонова, Ю.А.Добровольский и
Е.А,Ушке (56) 1, Патент Канады N. 1119249, кл. G 01 N
27/407, опублик. 1982.
2. Gauthier М. и др, Solid state detectors
for the potentiometric determination of
gaseous oxide // J.Electrochem. Soc, 1977.
Т.124, N 10. С.1579 — 1583.
3, M,Gauthier и др. Solid carbonate
electrolytes for the potentiometric measurement of carbon oxides // In: Chemical
Sensors. — Amsterdam; Elsevier,.1983. С.63—
67.
4, lmanaka N. и др, А carbon dioxode gas
sensor, based on lithium ionic conductor //
Chem. Letters. 1990. ¹ 4, С,497 — 502.
5. Патент ЕР ¹ 0182921, 1985, Saito Y., Маruyamа Т. Recent
developments of the sensor for carbon oxides
using solid electrolytes // Solid State Ionics.
1988. Т.28/30, ч.ll. С.1644-1649.
Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к электрохимическим сенсорным датчикам состава газов, и может быть использовано для определения содержания диоксида углерода (углекислого газа) в воздухе с целью технологического или экологического контроля и в системах управления.
Цель изобретения — снижение рабочих температур датчика.
„„5U„„1801204 А3 (54) ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДИОКСИДА УГЛЕРОДА (57) Использование: контрольно-измерительная техника, а именно электрохимические твердотельные датчики состава газовых сред. Датчик может найти применение в сельском хозяйстве для регулирования состава атмосферы оранжерей, теплиц и овощехранилищ с целью поддержания повышенной концентрации углекислого газа (диоксида углерода), а также в системах управления кондиционерами и в технологических процессах. Сущносгь изобретения; в электрохимическом датчике, состоящем из твердого электролита с натриевой проводимостью, электрода сравнения и рабочего электрода, в качестве твердого электролита использованы соединения NaLnSI4012, где
Ln — элемент из группы лантаноидов, причем в качестве электрода сравнения взята натрийвольфрамовая бронза состава йа0,5В/Оз, а в качестве рабочего электрода— твердый раствор SnOz — SbOg. 3 ил.
Сущность изобретения состоит в том, что в качестве твердого натрийпроводящего электролита в датчике использован комплексный силикат, имеющий формулу
NasLnSI40>z, где Ln — элемент из группы лантаноидов, причем в качестве электрода сравнения взято соединение состава
Мао,БИОз (натрийвольфрамовая бронза), а в качестве рабочего электрода взят твердый раствор оксидов олова и сурьмы SnOzSbO . Таким образом, датчик диоксида угле1801204
Таблица 1 рода, согласно предлагаемому изобретению, представляет собой твердотельную электрохимическую систему йаод0/Оз NaslnSI401z! Яп02 — ЯЬ02.
Твердые электролиты типа комплексных силикатов МаьЫЯ401г отличаются высокой проводимостью по ионам натрия при комнатных температурах (0,001 См/см при 25 С) и способностью адсорбировать частицы диоксида углерода, благодаря наличию адсорбционных центров — ионов лантаноидов Ln, где Ln = La, Eu, Sm, Gd, ТЬ, Dy, Но, ТЬ и др, Полупроводниковые твердые растворы
Sn0z — SbOz, существующие в интервале составов от 0,5 до 30 мол,% SbOz, также сильно адсорбируют СОг. Натриевая бронза
Nao,дФ/Оз в контакте с натрий-проводящим твердым электролитом, потенциал которого определяется обменом ионами натрия и не зависит от состава газовой фазы, Поэтому бронза служит устойчивым электродом сравнения.
На фиг.1 изображен предлагаемый датчик, продольный разрез; на фиг,2 и 3 — диаграммы, поясняющие его работу.
В цилиндрическую пресс-форму 1, изготовленную, например, из фторопласта, запрессовывают последовательно слой порошка натрийвольфрамовой бронзы 2 состава Nao,gWOg с металлическим контактом
3, твердый электролит NagLnSip01z — 4 и твердый раствор ЯпОг — SbOz — 5 также с металлическим контактом 6 в виде проволоки из нержавеющей стали, При изменении концентрации диоксида углерода в воздухе изменяется разность электрических потенциалов Е между двумя электродами (сигнал). Эта разность потенциалов линейно зависит от логарифма концентрации диоксида углерода, но не зависит от размера датчика, площади контактов электродов с электролитом или с газовой фазой, Величину Е измеряют цифровым вольтметром, который может быть проградуирован в единицах концентрации.
Изобретение иллюстрируется следующими примераьЬ, Пример 1. К таблетке твердого электролита NasGdSI40>z припрессовываютдавлением 300 МПа с одной стороны порошок
Nao,sWOa, а с другой — порошок
Sboo SnoэяОг, Электролит запрессовывают в корпус из фторопласта с токоотводами из
35 нержавеющей стали. Измерения отклика проведены в смесях воздух-диоксид углерода при относительной влажности 26% и температуре 23 С. Зависимость измеряемой разности потенциалов Е от концентрации углекислого газа С выражается уравнением.
Е = 116+46 igC 5, мВ.
Величина Е на воздухесоставляетоколо
58 м B и зависит от содержания в нем диоксида углерода. Значения измеренных величин Е, рассчитанных по уравнению концентраций диоксида углерода и заданных концентраций в газовой фазе, даны в табл,1.
Пример 2. Датчик изготовлен как в примере 1, но в качестве твердого электролита взято соединение NagHoSI40 Е = 89 + 56 I g С - 7, м В Величина Е на воздухе равна 16 мВ, Результаты измерений и расчетов сигнала представлены в табл.2. Таким образом, предлагаемый датчик позволяет определять концентрацию диоксида углерода в смесях с воздухом в пределах от 0,1 до 50 об.% путем измерения разности потенциалов на электродах, Время установления стационарного отклика около 20 с, время релаксации не более 90 с. Относительная ошибка определения концентрации составляет от 2 до 15%. Датчик сохраняет градуировку в течение длительного времени (не менее 3 месяцев), обладает механической и химической устойчивостью на воздухе. Рабочие температуры датчика близки к комнатным. Формула изобретения Электрохимический датчик диоксида углерода, содержащий размещенные в изолирующем корпусе натрийпроводящий твердый электролит, электрод сравнения и рабочий электрод, отличающийся тем, что, с целью снижения рабочих температур датчика, в качестве натрийпроводящего твердого электролита использовано соединение состава NagLnSI40>z, где Ln — элемент из группы лантаноидов, причем электрод сравнения изготовлен из соединения Nap,üWÎç, а рабочий электрод изготовлен из твердого раствора ЯпОг — ЯЬОг. 1801204 0.9 0.47 О. 13 25,9 1,9 0.22 10,0 4,7 -0,1 — 0,05 + 0,02 + 0,03 + 0,9 - 0,3 -0,1 С (расчет), % Л С (ошибка, 0 Продолжение табл. 1 Таблица 2 1801204 >Е, мВ 100 20 200 120 Составитель Е,Укше Техред М.Моргентал Корректор Н.Гунько Редактор Заказ 1190 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 Воздух а Соа т 20 Но Всзд х+Со С (ob. ) 
