Способ измерения концентрации газа в газовой смеси, а также электрохимический чувствительный элемент для определения концентрации газа

 

Изобретение касается способа, а также электрохимического чувствительного элемента для измерения концентрации по меньшей мере одного заранее заданного газа в газовой смеси с помощью оснащенного нагружаемыми первым и вторым электродами электролита, который вместе с подключенными к источнику напряжения электродами подвергается воздействию газовой смеси, причем источник напряжения вызывает протекающий через электроды и электролит электрический ток, который зависит от концентрации ионов и измеряется в виде сигнала концентрации газа. Газообразные молекулы адсорбируются в зоне первого каталитически активного электрода и электролита, которые затем расщепляются на атомы и затем преобразуются или в ионы, или после этого принимают участие в химической реакции, причем образующиеся в обоих случаях концентрации ионов зависят от каталитического действия по меньшей мере одного электрода и от измеряемой концентрации газа. Технический результат изобретения - снижение стоимости измерительных систем и способов измерения, исключение загрязнения отработанными газами, возможность измерений концентрации различных газов простым способом. 2 c. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение касается способа измерения концентрации по меньшей мере одного заранее заданного газа в газовой смеси посредством оснащенного неподвижными первым и вторым электродами электролита, который вместе с подключенными к источнику напряжения электродами подвергается воздействию газовой смеси, причем источник напряжения вызывает протекающий через электроды и электролит ток, который зависит от концентрации ионов и измеряется в виде сигнала концентрации газа, а также электрохимического чувствительного элемента.

Из патента США N 4190499 известен способ определения горючего в газовой смеси с избытком кислорода, причем газовая смесь первого и второго электродов с противоположных сторон подводится к твердому электролиту с кислородноионной проводимостью, причем электроды из различных материалов снабжены различной каталитической активностью относительно газовой смеси для заранее заданной температуры; различие в потенциалах выделения кислорода, которое создается на соответствующих электродах как результат различной каталитической активности, образует кислородноионную проводимость в ячейке с твердым электролитом, которая вырабатывает сигнал такой интенсивности, который является характерным для мгновенного сгорания в смеси, т.е. для метана, кислорода, углерода и моноокисей; выделенный по причине различных материалов электродов термоэлектрический потенциал оценивается или по напряжению, или по току. Если в газовой смеси имеются топливо или сжигаемые материалы, создается разность потенциалов.

Способ оказывается проблематичным относительно сравнительно дорогостоящей его структуры для образования термоэлектрического потенциала и при необходимости для регулирования температуры.

Кроме того, из Европейской выложенной заявки N 0019731 известен полярографический чувствительный элемент датчика для определения содержания кислорода в газах, в частности, в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, который имеет корпус в виде твердого электролита с кислородноионной проводимостью, который оснащен анодом и катодом, к которым может быть приложено постоянное напряжение; катод покрыт содержащим поры или каналы слоем в качестве диффузионного барьера и оснащен относительно установления термодинамического газового баланса каталитически активным материалом, в то время как анод состоит из каталитически активного материала; оба электрода в работающем по принципу диффузионного предельного тока чувствительном элементе датчика подвержены воздействию измеряемого газа.

При этом проблематичным оказывается ограничение тока по причине диффузионного барьера и ограниченного диапазона измерения.

Кроме того, из патента США N 5344549 известен способ определения парциального давления кислорода и чувствительный элемент для измерения парциального давления кислорода; твердый электролит с изменяемой электронной проводимостью оснащен двумя электродами, из которых только один электрод, который выполнен пористым, подвержен воздействию измеряемого газа, в то время как другой электрод в виде так называемого блокинг-электрода не подвергается воздействию измеряемого отработавшего газа. Протекание ионов кислорода внутри твердого электролита не предусмотрено.

По причине специальных мер по герметизации твердого электролита представляется сравнительно дорогостоящей конструкция чувствительного элемента.

Из патента США N 4199425 известен чувствительный элемент с твердым электролитом для измерения отработавшего газа с двумя платиновыми электродами, который предусмотрен для измерения кислорода и окислов азота в отработавшем газе; наружный платиновый электрод оснащен содержащим родий керамическим защитным слоем (окись алюминия), причем добавление родия должно сохранять химическое равновесие и обеспечивать измерение окиси азота.

Из выложенной заявки ФРГ N 3737215 известен электрохимический чувствительный элемент датчика для определения содержания кислорода в газах, в частности, в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, с твердым электролитом и, по меньшей мере, одним электродом в качестве чувствительного элемента датчика, который расположен на твердом электролите со стороны, подверженной воздействию измеряемого газа, причем чувствительный элемент датчика содержит пористый керамический защитный слой из окиси алюминия и/или магниевую матрицу типа шпинели с включенными в нее частицами двуокиси циркония. В качестве каталитически активного материала в матрицу защитного слоя добавлены частицы платины или платинового сплава, при этом электрод подвержен воздействию измеряемой газовой смеси, в то время как другой электрод подвержен воздействию дополнительного эталонного газа.

Из патента США N 4221650 известен чувствительный элемент для контроля содержания кислорода в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, который содержит твердый электролит с двуокисью циркония с кислородноионной проводимостью, 15-50 объемных процентов которого диспергировано в содержащем окись алюминия окисном соединении, причем твердый электролит имеет контакт с удаленными друг от друга электродами; чувствительный элемент выполнен в виде закрытой с одной стороны цилиндрической трубки, причем в закрытом скругленном конце двуокись циркония стабилизирована с помощью окиси иттрия. Электроды расположены с обеих сторон твердого электролита, причем наружная поверхность чувствительного элемента оснащена пористым изолирующим слоем, как, например, магнием по типу шпинели.

Кроме того, патент США N 3960693 описывает электрохимическое устройство для измерения концентрации кислорода в отработавших газах, в частности, в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, причем трубчатый твердый электролит выполнен с проходом, который состоит из двух удаленных друг от друга открытых концов, причем внутренний круговой уступ расположен между этими концами; трубчатая часть из ионопроводящего твердого электролита имеет закрытую первую зону, которая выступает от одного из открытых концов, и вторую зону, которая простирается через сквозной проход и оснащена круговым наружным фланцем; как на наружной поверхности, так и на внутренней поверхности трубчатая часть оснащена электронно-проводящим каталитическим слоем, который может состоять, например, из платины; нанесенный наружный слой, который подвержен воздействию окружающей атмосферы, служит при этом в качестве измерительного электрода.

Из патента США N 3152234 известен кислородный чувствительный элемент с трубчатым твердым электролитом, один конец которого закрыт; в этой концевой зоне находится внутренний электрод на платиновой основе и наружный каталитически активный, электроннопроводящий электрод, который также содержит платину и нанесен на наружной поверхности спеченного твердого электролита из двуокиси циркония путем напыления, катодного распыления, газопламенного напыления или с помощью толстопленочной технологии.

Из Европейской заявки на патент N 0294085 BI известен электрохимический элемент с твердым электролитом, который состоит из плотного прочного тела электролита и пористого прочного слоя электролита, причем нанесенный в наружной зоне закрытого конца металлокерамический электрод образуется предпочтительно путем смешивания порошка из металла платиновой группы, как, например, платина, родий, палладий, иридий, рутений или осмий или из металла, как, например, золото или никель, с керамическим порошком, как, например, окись циркония, гидрия или алюминия, а именно таким образом, что металлический порошок составляет менее 40 об.%. На внутренней стороне закрытого конца также нанесен электрод в качестве эталонного электрода, который подвержен воздействию воздуха, служащего в качестве эталонного газа. Таким образом можно определять парциальное давление кислорода в измеряемом газе с помощью электрохимической силы, которая создается между первым и вторым электродами.

Проблематичным оказывается использование диффузионных отверстий или диффузионных слоев, которые при использовании в отработавших газах могут загрязняться; кроме того, эталонные измерения с помощью эталонного газа или эталонного электрода приводят к сравнительно дорогостоящим измерительным системам или способам измерения.

Изобретение ставит перед собой задачу определения концентрации по меньшей мере одного газа в газовой смеси с помощью электрохимической ячейки с нагруженными напряжением электродами, причем необходимо отказаться от эталонных измерений, например, с помощью эталонного газа или эталонного электрода. Необходимо также отказаться от диффузионных отверстий или диффузионных слоев, которые могут загрязняться от отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, с помощью изменения приложенного напряжения и/или его полярности и применения различных материалов электродов должно обеспечиваться определение концентрации различных газов.

Задача с точки зрения способа измерения концентрации решается с помощью отличительных признаков пункта 1 формулы изобретения.

При этом особенно предпочтительным оказывается то, что сравнительно простым образом можно проводить определение концентрации одного газа при одном измерении, или концентрации нескольких газов соответственно при нескольких измерениях.

Предпочтительные варианты выполнения способа указаны в пунктах 2-5 формулы изобретения.

Задача с точки зрения электрохимического чувствительного элемента для определения концентрации газа в газовой смеси решается с помощью признаков пункта 6 формулы изобретения.

При этом предпочтительным оказывается сравнительно простое изготовление и возможность измерения концентраций различных газов простым способом.

Предпочтительные варианты выполнения электрохимического чувствительного элемента указаны в пунктах 7-12 формулы изобретения.

Особенно предпочтительным можно рассматривать сравнительно простое изготовление чувствительного элемента планарного типа, который основывается данным изобретением. Такой планарный вариант выполнения позволяет производить систему из нескольких чувствительных элементов за одну единственную технологическую операцию.

Другое преимущество можно видеть в возможности зависящей от температуры оценки концентрации газа с помощью регулирования температуры чувствительного элемента.

Кроме того, использование рения особенно предпочтительно с точки зрения его удельной каталитической активности при обнаружении углеводородов.

Ниже предмет изобретения более подробно поясняется с помощью фиг. 1-7; фиг.1 показывает основной принцип физического действия настоящего изобретения, фиг. 2 показывает практический вариант выполнения чувствительного элемента с контактированием электролита с помощью нанесенных электродов, фиг. 3 показывает возможный вариант выполнения чувствительного элемента планарной конструкции в соответствии с настоящим изобретением, фиг. 4a показывает продольный разрез корпуса чувствительного элемента в соответствии с фиг.3, фиг. 4b показывает поперечный разрез вдоль линии A-B в соответствии с фиг.4a, фиг. 5 показывает диаграмму характеристик тока в виде функции приложенного напряжения для различных концентраций кислорода при температуре 900oC, причем в качестве электролита использована двуокись циркония, стабилизированная с помощью окиси иттрия, фиг. 6 показывает на диаграмме характеристики дифференциального тока в виде функции концентрации кислорода для различных высоких приложенных напряжений в случае стабилизированного с помощью окиси иттрия электролита из двуокиси циркония, причем дифференциальный ток получается путем изменения полярности пары электродов из планарного золота и платины; температура составляет 900oC, фиг.7 показывает вариант выполнения чувствительного элемента, содержащего более двух электродов, который базируется на настоящем изобретении.

В соответствии с фиг.1 чувствительный элемент 2 подвержен воздействию газовой фазы 1; он имеет электролит 3, который предпочтительно выполнен в виде твердого электролита. Электролит 3 имеет электрический контакт с первым электродом 4, а также со вторым электродом 5, причем первый электрод выполнен в виде каталитически активного элемента. Поверхность первого электрода 4 состоит по меньшей мере из платины или металла платиновой группы. Второй электрод 5 состоит из золота. Электролит состоит из стабилизированной с помощью иттрия двуокиси циркония.

Электроды 4, 5 чувствительного элемента 2 соединены с помощью выводов 6, 7 со схемой последовательного включения источника 8 напряжения и амперметра 9.

Практический вариант выполнения чувствительного элемента пояснен с помощью фиг. 2. В соответствии с показанным там вариантом выполнения электролит контактирует с электроламп 4, 5, по меньшей мере контактная поверхность которых состоит из различных материалов. Первый электрод состоит предпочтительно из платины, второй электрод - из золота; электролит соответствует известному из фиг.1 электролиту; при этом электроды 4, 5 и электролит 3 расположены в изотермической зоне 24, причем электроды 4, 5 с помощью соединительных проводников 6, 7 выведены из термически изолированной зоны 24 и контактируют снаружи; при этом очень важным является то, что соединительные проводники 6, 7 не соединены с электролитом; предпочтительно соединительные проводники 6, 7 состоят из одинакового материала, например из платины, так что благодаря наличию изотермической зоны 24 можно избежать термического напряжения.

В соответствии с фиг.1 и 2 для измерения газовой фазы 1 электроды 4 и 5, а также электролит 3 типичным образом подвергаются воздействию анализируемого газа 1 или анализируемой фазы; во время процесса измерения один или несколько газовых компонентов адсорбируются и десорбируются на отрицательном электроде 4; первая возможность заключается в том, что молекула газа адсорбируется на материале электрода; затем адсорбированная молекула разделяется на отдельные атомы, в то время как они адсорбируются на материале электрода. Адсорбированные молекулы или адсорбированные атомы перемещаются в дальнейшем к контактной зоне между электродом 4, газовой фазой 2 и твердым электролитом 3. Такая контактная зона, в которой встречаются три фазы, называется тройной точкой; в данном случае она обозначена позицией 12. Линия, которая образуется тройными точками, называется тройной линией.

Вторая возможность заключается в том, что газообразные компоненты адсорбируются непосредственно в тройной точке. В любом из этих двух случаев один из этих адсорбированных газообразных компонентов может быть измеряемым газом.

В тройных точках для адсорбированных молекул или атомов имеются две возможности; первая возможность заключается в том, что они преобразуются в анионы, а именно, с помощью поглощения электронов, которые имеются в материале электродов. В этом случае электролит 3 должен быть проводником для этих анионов, и измеряемый газ должен был бы составляться из молекул, которые соответствуют анионам. Материал электрода 4 выбирается таким образом, что эта реакция ускоряется; это означает, что материал электрода 4 служит в качестве катализатора реакции ионизации. Типичный пример можно видеть в том, что молекулы кислорода преобразуются в атомы кислорода и эти атомы кислорода преобразуются в тройной точке 12 в ионы O2- в результате поглощения двух электронов электрода 4. В качестве надлежащего электролита можно рассматривать двуокись циркония, так как двуокись циркония является хорошим проводником ионов O2- при высоких температурах. Пригодным материалом для первого электрода 4 оказалась платина, в то время как второй электрод 5 состоит из золота. Вторая возможность заключается в том, что в тройной точке возникает реакция между двумя или большим количеством веществ. По меньшей мере одно из веществ должно было бы быть в наличии в адсорбированной форме и по меньшей мере одно из веществ должно было бы быть измеряемым газом. Если при этой реакции атом типа X обменивается между вступающими в реакции веществами, тогда электролит должен был бы быть проводником ионов типа X. Пример такой реакции представлен ниже: 2CO+2NO --- 2CO2+N2
В этом случае два атома кислорода обмениваются между азотом и углеродом. Поэтому в этом случае электролит должен был бы быть проводником ионов кислорода, как это соответствует двуокиси циркония. В этом случае ионом типа X является ион кислорода. Важной является концентрация этих ионов кислорода вблизи тройной точки, так как это влияет на равновесие между вступающими в реакцию веществами. Материал электрода 4 выбирается таким образом, чтобы реакция ускорялась. Это означает, что материал электрода 4 действует для реакции в качестве катализатора. Количество ионов, которые направляются от электрода 4 через электролит 3 к электроду 5, зависит от концентрации анионов, которые имеются в распоряжении на электроде 4. Эта концентрация определяется химической реакцией вблизи тройной точки электрода 4 и в соответствии с этим концентрацией газообразного вещества, которое должно быть определено.

В общем и целом на долю потока ионов в электролите влияют различные факторы. Одним из этих факторов является величина катализа реакции с помощью материала электрода 4; другим фактором является концентрация измеряемого газа. Другие факторы включают напряжение источника 8, температуру, величину поверхности электродов 4 и 5. Так как доля потока ионов через электролит непосредственно пропорциональна электрическому току, который измеряется амперметром 9, то этот ток также оказывает влияние через концентрацию измеряемого газа.

Если предположить, что анионы перемещаются через электролит от электрода 4 к электроду 5, то эти ионы рекомбинируются на электроде 5, причем они нейтрализуются и рекомбинируются в газовые молекулы, которые в последующем отпускаются в атмосферу газа 1. Эта реакция называется дисперсной реакцией.

Определяющий долю скорости в адсорбции, реакции, перемещении и десорбции шаг может быть также связан с электродом 5, вместо электрода 4, как это было изложено в предыдущих абзацах. В этом случае электрический ток I определяется каталитическим действием электрода 5. Материал электрода 5 в этом случае очень важен, важнее материала электрода 4. Относительные размеры электродов 4 и 5 также определяют, возникнет ли определяющий долю скорости шаг на электроде 4 или электроде 5.

При этом не требуется, чтобы материалы электродов 4 и 5 обязательно были различными. В случае, когда для электродов выбираются материалы различного типа, можно повышать или понижать чувствительность чувствительного элемента с помощью переполюсовки электродов. При условии, что, например, ток I измеряется с помощью амперметра 9 с использованием электрической полярности в соответствии с фиг. 1, это означает, что электрод 4 соединен с отрицательным полюсом, а электрод 5 - с положительным полюсом электрического источника напряжения 8. Если ионы электролита являются отрицательными ионами, ионный ток протекает в соответствии со стрелкой 11 на фиг. 1, показывающей направление переноса ионов. При этом предполагается, что определяющий скорость шаг образования ионов и десорбционной реакции, как она упомянута выше, связана с электродом 4. В этом случае каталитическая активность электрода 4 определяет силу электрического тока I. При переполюсовке электрического напряжения протекает другой ток I, так как электрод 5 состоит из материала, отличного от электрода 4. С помощью выбора материалов электродов 4 и 5 можно сделать различие между двумя измеренными токами настолько большим, насколько это возможно, вследствие чего повышается чувствительность измеряемого газа. В большинстве случаев желательна высокая чувствительность. В случае, когда зона концентрации газа, которую необходимо измерить, очень велика, желательно иметь в распоряжении различные зоны чувствительности. Это можно реализовать также с помощью различных материалов электродов, причем каждый получается по удельной чувствительности измеряемого газа.

Практический вариант выполнения чувствительного элемента настоящего изобретения представлен на фиг. 3. Фиг.3 является примером планарного чувствительного элемента для определения кислорода. Планарный электролит 3 нанесен на инертную подложку 10; электролит 3 состоит из стабилизированной с помощью окиси иттрия или магния двуокиси циркония, подложка состоит из окиси алюминия. Электролит 3 покрывается планарными электродами 4, 5. Электрод 4 состоит из платины, а электрод 5 - из золота. В этом случае длина тройной линии настолько велика, насколько это возможно, чтобы увеличить поток ионов через электролит, откуда получается высокая чувствительность.

Фиг. 4a представляет примерный практический вариант выполнения чувствительного элемента в соответствии с фиг.3, который ориентирован на использование в области высоких температур, например, в системах отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Подложка 10 чувствительного элемента расположена в головной зоне 13 металлического корпуса 15. Головная зона 13 ввинчена в оснащенное резьбой отверстие. Головная зона 13 состоит из жаропрочного материала. Выводы электродов 4, 5 контактируют с помощью соединительных проводов 6, 7 (см. также фиг. 2 и 3).

Эти соединительные провода 6, 7 напрессованы на подложку чувствительного элемента с помощью жаростойкой и электроизолирующей прессованной детали 25. Прессованная деталь 25 состоит из окиси алюминия, однако она может состоять также из кордиерита или дихроита. Прессованная деталь 25 прижимается к соединительным проводам 6, 7 с помощью термостойкой пружины 16. Металлический корпус 15 состоит из термостойкого металла и его головная зона 13 заваривается в краевой зоне 17; сваривание осуществляется герметично. Чтобы предотвратить утечку газа через соединительные провода 6, 7, используется термостойкое уплотнение 19.

На фиг. 4b можно видеть в поперечном разрезе вдоль линии AB на фиг.4a прессованную деталь 25, а также соединительные провода 6, 7. Диаграмма характеристик на фиг. 5 ориентирована на вариант выполнения, в котором чувствительность повышена благодаря применению двух различных материалов электродов; вариант выполнения ориентирован на чувствительный элемент, в котором в качестве электролита использована стабилизированная с помощью окиси иттрия двуокись циркония; измеряемым газом является кислород и электроды 4 и 5 состоят соответственно из платины и золота. Температура газа и чувствительного элемента составляет 900oC. При этом посредством переполюсовки электродов определяется разница между током, при котором платиновый электрод включен как положительный полюс, и током, при котором золотой электрод включен как положительный полюс, откуда получается более высокая чувствительность с точки зрения содержания кислорода, как в случае, когда полярность не изменяется. Это соответствует факту, что, если золотой электрод включен как положительный полюс, ток I с возрастающей концентрацией кислорода уменьшается, в то время как ток I при положительно включенном платиновом электроде увеличивается. При этом необходимо обратить внимание на то, что такой чувствительный элемент может применяться также без изменения полярности источника напряжения.

В соответствии с фиг. 5 характеристики A, B и C справедливы для положительно подключенного платинового электрода, причем для характеристики A содержание кислорода составляет 0%, для характеристики B - 1% и для характеристики C - 20%; при этом можно видеть, что при приложенном напряжении 6 В в соответствии с характеристикой A достигается ток около 1,90 мА, в соответствии с характеристикой B - около 2,44 мА и в соответствии с характеристикой C - около 2,56 мА; при изменении полярности золотой электрод подключается положительно, причем характеристика D справедлива в отношении содержания кислорода 0%, характеристика E - в отношении содержания кислорода 1% и характеристика F - в отношении содержания кислорода 20%; это означает, что при приложенном напряжении 6 В в соответствии с характеристикой D получается ток около 1,67 мА, причем отличие от характеристики A составляет 0,23 мА; для характеристики E ток равен примерно 2,28 мА, так что отличие от соответствующей характеристики B находится в пределах 0,16 мА; в соответствии с характеристикой F сила тока составляет порядка 2,21 мА, откуда получается отличие от характеристики C в 0,35 мА (20% доли кислорода).

Фиг. 6 представляет в виде диаграммы характеристик разницу между обоими токами I для положительного платинового электрода и положительного золотого электрода в виде функции созданной концентрации кислорода "c", которая может быть выведена непосредственно из экспериментального результата в соответствии с фиг.5. Как можно видеть из этой фигуры с помощью семейства кривых, чувствительность кислорода зависит также от уровня электрического напряжения.

Фиг. 7 представляет вариант выполнения чувствительного элемента с более чем двумя электродами, в котором используется способ в соответствии с изобретением. Как видно из этой фигуры, чувствительный элемент выполнен планарным. Электролит 3 покрыт тремя электродами 4, 5 и 20; электроды 4, 5, 20 изготовлены из аналогичных или различных материалов, что однако зависит от определяемого газа. При измерении содержания кислорода электрод 4 состоит, например, из платины, электрод 5 - из золота и электрод 20 - из платины; в качестве электролита 3 используется стабилизированная с помощью окиси иттрия или магния двуокись циркония. Первый измеряемый ток I протекает через электроды 4 и 5; второй измеряемый ток I' протекает через электроды 4 и 20. Для представленного на фиг. 7 случая полярность и уровень электрического напряжения не изменяются. Альтернативу можно видеть в том, что полярность и/или уровень напряжения меняется или изменяется между положением 26 и/или положением 27 переключателя 28. На основании этих измерений тока можно рассчитать одну или несколько концентраций газа. При этом важным является то, что количество определяемых концентраций газа не может превышать количество измеренных токов.


Формула изобретения

1. Способ измерения концентрации, по меньшей мере, одного заранее указанного газа в газовой смеси с помощью оснащенного нагружаемыми первым и вторым электродами электролита, который вместе с подключенными к источнику напряжения электродами подвергается воздействию газовой смеси, причем источник напряжения вызывает протекающий через электроды и электролит электрический ток, который зависит от концентрации ионов и измеряется в виде сигнала концентрации газа, отличающийся тем, что газообразные молекулы адсорбируются в зоне первого каталитически активного электрода и электролита, затем расщепляются на атомы и после этого преобразуются в ионы или затем принимают участие в химической реакции, причем образующаяся в обоих случаях концентрация ионов зависит от каталитического действия, по меньшей мере, одного электрода и измеряемой концентрации газа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что каталитическая активность первого или второго электрода определяет поток ионов в электролите и электрический ток.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что напряжение на электродах переключается от двух до нескольких различных величин, причем следствием каждой из различных величин напряжения является другой ток, как мера концентрации газа.

4. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что переключается полярность на электродах, причем следствием каждой полярности является другой ток, как мера концентрации газа.

5. Способ по одному из пп.1 - 4, отличающийся тем, что регулируется температура чувствительного элемента.

6. Электромеханический чувствительный элемент для определения концентрации газа в газовой смеси, в частности доли кислорода в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, причем электролит вместе с нанесенными на него электродами подвержен воздействию газовой смеси и причем к электродам приложено электрическое напряжение, которое вызывает протекающий через электролит ток, отличающийся тем, что первый каталитически активный электрод (4, 5, 20) предусмотрен для адсорбции, преобразования ионов и/или химической реакции, причем протекающий через электролит (3) и электроды (4, 5, 20) электрический ток предусмотрен в качестве величины измерения концентрации газа.

7. Электрический чувствительный элемент по п.6, отличающийся тем, что предусмотрен, по меньшей мере, второй каталитически активный электрод (4, 5, 20) для адсорбции, преобразования ионов и/или химической реакции.

8. Чувствительный элемент по одному из п.6 или 7, отличающийся тем, что первый и, по меньшей мере, второй электроды (4, 5, 20) имеют различную каталитическую активность.

9. Электрохимический чувствительный элемент по одному из пп.6 - 8, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два электрода (4, 5, 20) состоят из различных материалов.

10. Электрохимический чувствительный элемент по одному из пп.6 - 9, отличающийся тем, что на электролит (3) нанесено более двух электродов (4, 5, 20), которые предусмотрены для определения концентрации нескольких газов.

11. Электрохимический чувствительный элемент по одному из пп.6 - 10, отличающийся тем, что величину и/или полярность напряжения или напряжений на электродах (4, 5, 20) можно изменять.

12. Электрохимический чувствительный элемент по одному из пп.6 - 11, отличающийся тем, что электроды (4, 5, 20), как основная составная часть, имеют благородный металл или сплав, основой которого является благородный металл.

13. Электрохимический чувствительный элемент по п.12, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из электродов содержит золото, платину, родий или палладий.

14. Электрохимический чувствительный элемент по п.12 или 13, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из электродов (4, 5, 20) имеет, по меньшей мере, один окисел металла.

15. Электрохимический чувствительный элемент по одному из пп.6 - 14, отличающийся тем, что для определения окислов азота, по меньшей мере, один из электродов (4, 5, 20) содержит окись церия или родий.

16. Электрохимический чувствительный элемент по одному из пп.6 - 15, отличающийся тем, что электролит (3) выполнен в виде твердого электролита.

17. Электрохимический чувствительный элемент по п.16, отличающийся тем, что в качестве электролита (3) используется двуокись циркония.

18. Электрохимический чувствительный элемент по п.17, отличающийся тем, что двуокись циркония стабилизирована с помощью окиси иттрия.

19. Электрохимический чувствительный элемент по п.17, отличающийся тем, что двуокись циркония стабилизирована, по меньшей мере, с помощью иттрия, магния, кальция, церия или самария.

20. Электрохимический чувствительный элемент по п.12, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из электродов содержит золото.

21. Электрохимический чувствительный элемент по одному из пп.6 - 20, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из электродов содержит рений.

22. Электрохимический чувствительный элемент по одному из пп.6 - 21, отличающийся тем, что, по меньшей мере, подверженная воздействию газовой смеси часть электродов (4, 5, 20) оснащена пористой каталитически неактивной защитной оболочкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7



 

Похожие патенты:

Датчик // 2141651
Изобретение относится к датчику согласно ограничительной части пп

Изобретение относится к электрохимическому измерительному зонду для определения содержания кислорода в газах, в частности для определения содержания кислорода в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания с потенциально свободно расположенным чувствительным элементом

Изобретение относится к гиперболоидной масс-спектрометрии и может быть использовано при разработке приборов данного вида с высокой чувствительностью и разрешающей способностью

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, касается чувствительного электрода датчика окислов серы и может быть использовано в различных отраслях промышленности и энергетики, а также для мониторинга окружающей среды

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к чувствительному элементу электрохимического датчика парциального давления водорода в газовых смесях, состоящему из твердого композитного электролита и двух электродов, один из которых изготовлен из Pt или Pd, а другой из Ag и промежуточного слоя из смеси Ag- Ag2SO4, при этом твердый композитный электролит состоит из смеси одной из кислых солей сульфата щелочного металла MeHSO4 и мелкодисперсного порошка SiO2, взятых в соотношении, мол.%: MHSO4 20-70; SiO2 остальное

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для калибровки газоанализаторов, предназначенных для количественного определения содержания фтора и фтористого водорода в воздухе или ином газе

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для количественного определения содержания фтора и фтористого водорода в воздухе или ином газе

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для количественного определения содержания фтора и фтористого водорода в воздухе или ином газе

Датчик // 2170424

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно - к электрохимическим датчикам для определения концентрации растворенного газа, преимущественно кислорода

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к электрохимическим датчикам для определения концентрации растворенного газа, преимущественно кислорода

Датчик // 2212659

Изобретение относится к способам изготовления твердоэлектролитных электрохимических датчиков-газоанализаторов для многократного использования при определении серосодержащих газов, например, в форме H2S в потоке газообразной смеси, например в потоке азота, аргона или конверсированных продуктах сгорания светлых нефтепродуктов

Изобретение относится к комбинированным датчикам для измерения содержания в газе кислорода и окислов азота
Изобретение относится к аналитической химии и приборостроению и может быть использовано как в лабораторной практике, так и в различных отраслях промышленности, в частности, в водородной энергетике: в системах получения, хранения и транспортировки водорода, топливных элементах и других объектах

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к датчикам измерения состава окружающей среды, и может быть использовано для определения содержания водорода в воздухе и в других газовых средах

Способ измерения концентрации газа в газовой смеси, а также электрохимический чувствительный элемент для определения концентрации газа

Наверх