Датчик водорода в жидких и газовых средах



Датчик водорода в жидких и газовых средах

 


Владельцы патента RU 2517947:

открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность изобретения: датчик водорода в жидких и газовых средах включает селективную мембрану (11), пористую электроизоляционную керамику (7) и корпус (5) с потенциалосъемником (9), керамический чувствительный элемент (4) с эталонным электродом (14), пористый платиновый электрод (8), кремнеземную ткань (6), соединительный материал (12), пробку (10) с отверстием, гермоввод (2), цилиндрическую втулку (1). Полость корпуса (5) между гермовводом (2) и керамическим чувствительным элементом (4) герметична. Керамический чувствительный элемент (4) выполнен в виде сопряженных между собой цилиндрического элемента и части сферы, расположенной в нижней части цилиндрического элемента. Верхняя часть наружной цилиндрической поверхности керамического чувствительного элемента (4) герметично соединена с корпусом (5) посредством соединительного материала (12). Эталонный электрод (14) расположен в полости, образованной внутренней поверхностью керамического чувствительного элемента (4) и поверхностью пробки (10). Наружная сферическая часть керамического чувствительного элемента (4) покрыта слоем пористого платинового электрода (8). Конец центральной жилы (13) выведен через отверстие в пробке (10) в объем эталонного электрода (14). Втулка (1) соединена с нижней частью корпуса (5). Технический результат изобретения состоит в расширении функциональных возможностей, снижении стоимости и увеличении быстродействия датчика. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано в энергетике, металлургии, химической промышленности для определения концентрации водорода в жидких и газовых средах в широком интервале температур и давлений.

Известен электрохимический датчик концентрации водорода в жидкостях и газах [Дмитриев И.Г., Орлов В.Л., Шматко Б.А. Электрохимический датчик водорода в жидкостях и газах // Сб. тезисов докладов Межотраслевой конференции «Теплофизика-91». Обнинск, 1993. С.134 - 136.].

Датчик включает электрохимическую кислородную ячейку на базе твердого электролита из стабилизированного диоксида циркония, жидкометаллического электрода сравнения из смеси Bi+Bi2O3, измерительного платинового электрода, который помещен в герметичную камеру, заполненную водным паром.

Недостатками известного технического решения являются:

- относительно низкая надежность и малый ресурс работы устройства из-за сложности конфигурации датчика;

- относительно низкая термическая и коррозийная стойкость твердоэлектролитического датчика кислорода к парам воды;

- относительно высокая инерционность устройства и недостаточная чувствительность из-за сложности стабилизации парциального давления паров воды в измерительной камере;

- относительно низкая точность измерения концентрации водорода, которая является следствием сложного поддержания стабильности температуры и трубопроводов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является электрохимический датчик концентрации водорода в газовых и жидких средах [Патент на изобретение РФ №2120624 под названием «Электрохимический датчик концентрации водорода в газовых и жидких средах». Опубл. 20.10.1998]. Датчик включает корпус, герметично соединенный с помощью металла с твердоэлектролитным датчиком кислорода. Твердоэлектролитный датчик кислорода состоит из керамического изолятора, закрытого в нижней части пробкой из твердого электролита, пористого платинового электрода, нанесенного на внешнюю сторону пробки, жидкого металлооксидного эталонного электрода, размещенного с внутренней стороны пробки, термопары-токоподвода, закрепленного в крышке, закрывающей сверху керамический изолятор. К нижней части корпуса приварена селективная мембрана, выполненная в виде гофрированного стакана. Между селективной мембранной и пробкой твердого электролита установлена таблетка из пористого электроизоляционного оксида. Недостатками известного устройства являются:

- относительно низкий ресурс и надежность работы, особенно при работе в условиях значительных внешних давлений, термокачек и температур выше 450°C из-за нарушения герметичности селективной мембраны при высоких внешних давлениях вследствие отсутствия опоры с ее внутренней стороны;

относительно высокая вероятность нарушения герметичности соединения твердоэлектролитная пробка - керамический изолятор и (или) пробки из твердого электролита при циклических термоударах вследствие низкой термостойкости материала пробки;

- относительно высокая инерционность датчика вследствие увеличенного времени диффузии водорода с внешней стороны мембраны к платиновому электроду, что связано с малым отношением площади поверхности мембраны к внутреннему свободному объему внутри селективной мембраны;

- относительно высокая сложность и стоимость изготовления датчика.

Предложенное техническое решение позволяет:

- повысить ресурс и надежность работы в широком диапазоне параметров рабочей среды;

- понизить вероятность нарушения герметичности соединения твердоэлектролитная пробка - керамический изолятор и (или) пробки из твердого электролита;

- снизить инерционность датчика;

- упростить конструкцию датчика.

Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей, снижении стоимость и увеличении быстродействия датчика.

Для исключения указанных ранее недостатков в датчик водорода в жидких и газовых средах, включающем селективную мембрану, пористую электроизоляционную керамику и корпус, внутри которого расположен потенциалосъемник, керамический чувствительный элемент из твердого электролита, в полости которого размещен эталонный электрод, пористый платиновый электрод, нанесенный на наружную поверхность керамического чувствительного элемента, предлагается:

- датчик дополнительно снабдить кремнеземной тканью и соединительным материалом, пробкой, имеющей отверстие и перекрывающий поперечное сечение полости керамического чувствительного элемента, гермовводом, расположенным герметично внутри корпуса над керамическим чувствительным элементом, потенциалосъемником в виде двухоболочечного кабеля, проходящего через центральное отверстие гермоввода, пустотелой цилиндрической втулкой;

- полость корпуса между гермовводом и керамическим чувствительным элементом обеспечить герметичной;

- керамический чувствительный элемент выполнить в виде сопряженных между собой цилиндрического элемента и части сферы, расположенной в нижней части цилиндрического элемента;

верхнюю часть наружной цилиндрической поверхности керамического чувствительного элемента герметично соединить с внутренней боковой поверхностью корпуса посредством соединительного материала;

- эталонный электрод расположить в полости, образованной внутренней поверхностью керамического чувствительного элемента и поверхностью пробки, и заполнить, по меньшей мере, ее часть;

- наружную сферическую часть керамического чувствительного элемента покрыть слоем пористого платинового электрода;

- конец центральной жилы потенциалосъемника, обращенный в сторону керамического чувствительного элемента, вывести через отверстие в пробке в объем эталонного электрода;

- обеспечить электрический контакт между эталонным электродом и нижней частью центральной жилы потенциалосъемника;

- часть керамического чувствительного элемента вывести за пределы корпуса;

- втулку, выполненную в виде трубки, соединить с нижней частью корпуса со стороны выступающей части керамического чувствительного элемента;

- на нижнем конце втулки установить дно с центральным отверстием, к которому прикрепить селективную мембрану, выполненную, по меньшей мере, из одной трубки;

- нижний свободный конец мембраны герметично закрыть заглушкой;

- полость, ограниченную внутренней поверхностью втулки, соединительным материалом, внешней выступающей за корпус частью керамического чувствительного элемента и внутренней поверхностью селективной мембраны выполнить герметичной;

- внутреннюю полость втулки между выступающей частью керамического чувствительного элемента и дном втулки заполнить кремнеземной тканью;

- пористую электроизоляционную керамику выполнить в виде цилиндра и разместить с кольцевым зазором по отношению к внутренней поверхности селективной мембраны.

В частных случая реализации устройства предлагается: - на внешней и внутренней части селективной мембраны выполнить химически стойкую в окислительной среде защитную пленку из палладия;

- пористую электроизоляционную керамику выполнить из Al2O3, из аэрогеля AlOOH или аэросила- аэрогеля на основе оксида кремния;

- использовать кремнеземную ткань типа КТ-11;

- в качестве соединительного материала использовать ситалл, состоящий из оксида кремния (SiO2) 20-30 мас.%, оксида алюминия (Al2O3)- 6-7 мас.%, оксида бора (В2O3)-20-21 мас.%, пероксида цинка (ZnO2) - 10-12 мас.%, оксида циркония (ZrO2)- 5-6 мас.%, оксида олова (SnO2)- 5-7 мас.%, оксида кальция (СаО)- 15-21 мас.%, оксида натрия (Na2O)- 3-4 мас.% и оксида калия (К2О) - 3-4 мас.%.;

- керамический чувствительный элемент выполнить из частично стабилизированнго диоксида циркония или оксида гафния;

- эталонный электрод выполнить из смеси висмута и оксида висмута, смеси свинца и оксида свинца, смеси индия и оксида индия или смеси галлия и оксида галлия;

- втулку выполнена из никеля;

- селективную мембрану выполнена из никеля.

- пробка выполнить из диоксида циркония или оксида алюминия;

- корпус выполнить из ферритно-мартенситной стали ЭИ-852 (Х13М2С2) или из ферритно-мартенситной стали ЭИ-823 (16Х12МВСФБР).

Сущность изобретения поясняется рисунком, на котором представлено продольное осевое сечение датчика. На рисунке приняты следующие обозначения: 1 - втулка; 2 -гермоввод; 3 - заглушка; 4 - керамический чувствительный элемент; 5 - корпус; 6 -кремнеземная ткань; 7 - пористая электроизоляционная керамика; 8 - пористый платиновый электрод; 9 - потенциалосъемник; 10 - пробка; 11 - селективная мембрана; 12 - соединительный материал; 13 - центральная жила потенциалосъемника; 14 -эталонный электрод.

Датчик водорода в жидких и газовых средах включает селективную мембрану 11, пористую электроизоляционную керамику 7, корпус 5, потенциалосъемник 9, расположенный внутри корпуса 5, керамический чувствительный элемент 4 из твердого электролита, эталонный электрод 14, размещенный в полости керамического чувствительного элемента 4, пористый платиновый электрод 8, нанесенный на наружную поверхность керамического чувствительного элемента 4, кремнеземную ткань 6, соединительный материал 12, пробку 10, имеющую отверстие и перекрывающую поперечное сечение полости керамического чувствительного элемента 4, гермоввод 2, расположенный герметично внутри корпуса 5 над керамическим чувствительным элементом 4, потенциалосъемником 9 в виде двухоболочечного кабеля, проходящего через центральное отверстие гермоввода 2, цилиндрической втулкой 1.

Полость корпуса 5 между гермовводом 2 и керамическим чувствительным элементом 4 является герметичной. Это необходимо для предотвращения попадания кислорода из воздуха внутреннюю полость датчика и изменения свойств эталонного электрода 14.

Керамический чувствительный элемент 4 выполнен в виде сопряженных между собой цилиндрического элемента и части сферы, расположенной в нижней части цилиндрического элемента.

Верхняя часть наружной цилиндрической поверхности керамического чувствительного элемента 4 герметично соединена с внутренней боковой поверхностью корпуса 5 посредством соединительного материала 12.

Материалы корпуса 5 керамического чувствительного элемента 4 и соединительного материала 12 имеют одинаковый коэффициент температурного расширения, что позволяет сохранять работоспособность датчика при скоростях изменения температур (термоударах) в исследуемой среде до 100°C/с в диапазоне температур 300-650°C.

Эталонный электрод 14 расположен в полости, образованной внутренней поверхностью керамического чувствительного элемента 4 и поверхностью пробки 10, и занимает, по меньшей мере, ее часть.

Пробка 10 предназначена для фиксирования эталонного электрода 14 во внутренней полости керамического чувствительного элемента 4.

Наружная сферическая часть керамического чувствительного элемента 4 покрыта тонким слоем пористого платинового электрода 8.

Конец центральной жилы потенциалосъемника 13, обращенный в сторону керамического чувствительного элемента 4, выведен через отверстие в пробке 10 в объем эталонного электрода 14.

В датчике обеспечен электрический контакт между эталонным электродом 14 и нижней частью центральной жилы потенциалосъемника 13.

Часть керамического чувствительного элемента 4 выступает за пределы корпуса 5.

Втулка 1, выполненная в виде трубки, соединена с нижней частью корпуса 5 со стороны выступающей части керамического чувствительного элемента 4.

Нижний конец втулки 1 имеет дно с центральным отверстием, к которому прикреплена селективная мембрана 11, выполненная, по меньшей мере, из одной трубки.

Нижний свободный конец селективной мембраны 11 герметично закрыт заглушкой 3.

Полость, ограниченная внутренней поверхностью втулки 1, соединительным материалом 12, внешней выступающей за пределы корпуса 5 частью керамического чувствительного элемента 4 и внутренней поверхностью селективной мембраны 11 герметична.

Внутренняя полость втулки 1 между выступающей частью керамического чувствительного элемента 4 и дном втулки 1 заполнена кремнеземной тканью 6.

Пористая электроизоляционная керамика 7 выполнена в виде цилиндра и размещена с кольцевым зазором по отношению к внутренней поверхности селективной мембраны 11.

Кремнеземная ткань 6 и пористая электроизоляционная керамика 7 играют роль стабилизаторов парциального давления паров воды в герметичной полости, ограниченная внутренней поверхностью втулки 1, соединительным материалом 12, внешней выступающей за пределы корпуса 5 частью керамического чувствительного элемента 4 и внутренней поверхностью селективной мембраны 11.

Одновременно, пористая электроизоляционная керамика 7 играет роль вытеснителя паразитного объема внутри селективной мембраны 11, что приводит к уменьшению инерционности датчика, и упрочнителя селективной мембраны 11 против внешних давлений, воздействующих на ее поверхность.

В частных случаях выполнения устройства используют следующее.

На внешней и внутренней части селективной мембраны 11 выполняют химически стойкую в окислительной среде защитную пленку из палладия.

Пористую электроизоляционную керамику 7 выполняют из Al2O3, из аэрогеля AlOOH или аэросила- аэрогеля на основе оксида кремния.

В качестве кремнеземной ткани 6 используют ткань типа КТ-11.

Соединительный материал 12 представляет собой ситалл, состоящий из оксида кремния (SiO2)- 20-30 мас.%, оксида алюминия (Al2O3)- 6-7 мас.%, оксида бора (В2О3)-20-21 мас.%, пероксида цинка (ZnO2) - 10-12 мас.%, оксида циркония (Z1O2)- 5-6 мас.%, оксида олова (SnO2)- 5-7 мас.%, оксида кальция (СаО)- 15-21 мас.%, оксида натрия (Nа2О)- 3-4 мас.% и оксида калия (К2О) - 3-4 мас.%.

Керамический чувствительный элемент 4 выполняют из частично стабилизированнго диоксида циркония или оксида гафния, эталонный электрод 14 - из смеси висмута и оксида висмута, смеси свинца и оксида свинца, смеси индия и оксида индия или смеси галлия и оксида галлия; втулку 1 и селективную мембрану 11 -выполняют из никеля; пробку 10 - из диоксида циркония или оксида алюминия, а корпус 5 - из ферритно-мартенситной стали ЭИ-852 (Х13М2С2) или из ферритно-мартенситной стали ЭИ-823 (16Х12МВСФБР).

Датчик работает следующим образом.

Принцип действия датчика основан на использовании электрохимического метода определения концентрации кислорода с использованием сенсора кислорода на основе твердого оксидного электролита.

При размещении датчика в исследуемой среде, водород, содержащийся в среде, через селективную мембрану 11 датчика водорода обратимо диффундирует в паро-водородную камеру (полость, ограниченная внутренней поверхностью втулки 1, соединительным материалом 12, внешней выступающей за пределы корпуса 5 частью керамического чувствительного элемента 4 и внутренней поверхностью селективной мембраны 11), изменяя ЭДС датчика.

ЭДС датчика возникает за счет разности парциальных давлений кислорода на электродах гальванического концентрационного элемента, схема которого может быть представлена в виде:

Ме|эталонный электрод (14) ||ZrO2· Y2 O3||пористый платиновый электрод (8)|Н2О, H2 селективная мембрана| среда.

Паро-водородная камера имеет фиксированное парциальное давление паров воды и функционирует как преобразователь термодинамического потенциала водорода в окислительный потенциал паро-водородной смеси на пористом платиновом электроде (8).

Результирующая ЭДС является функцией давления водорода и записывается следующим образом:

E = E 0 R T n F ln P H 2 O P H 2 ,

где: Т - температура, К; R - универсальная газовая постоянная; F- число Фарадея; n - число электронов, участвующих в реакции; P H 2 O - парциальное давление паров воды в паро-водородной камере; P H 2 - парциальное давление водорода в исследуемой среде.

Вывод электрического сигнала для подачи его на вторичную аппаратуру обеспечивается потенциалосъемником 9. Изменение концентрации водорода в контролируемой среде приводит к изменению величины электрического сигнала, что позволяет осуществлять непрерывный его съем и обработку.

Для обеспечения стабильности парциального давления паров воды внутри паро-водородной камеры датчика размещаются высокотемпературные сорбенты: кремнеземная ткань 6 и пористая электроизоляционная керамика 7.

Инерционность датчика связана с проницаемостью водорода через селективную мембрану (11) и может быть оценена с помощью времени запаздывания сигнала:

τ зап ~ dV SD ,

где d - толщина селективной мембраны (11); D - коэффициент диффузии водорода в материале селективной мембраны (11), S - площадь поверхности селективной мембраны (11) и V - ее внутренний объем.

Для уменьшения инерционности датчика пористая электроизоляционная керамика 7 выполняется в виде цилиндра и помещается внутри селективной мембраны 11 с небольшим кольцевым зазором, что приводит к увеличению отношения площади поверхности селективной мембраны (S) к ее внутреннему объему (V) и уменьшению паразитного объема.

Одновременно, такое размещение пористой электроизоляционной керамики 7 приводит к упрочнению конструкции против внешних давлений, действующих на поверхность селективной мембраны 11.

Пример конкретного выполнения датчика

Втулка 1 и заглушка 3 выполнены из никеля НП0.

Гермоввод 2 выполнен из стали 12Х18Н10Т.

Керамический чувствительный элемент 4 выполнен из частично стабилизированнго диоксида циркония и выступает за пределы корпуса на расстояние 6 мм.

Корпус 5 изготовлен из ферритно-мартенситной стали ЭИ-852. Размеры корпуса 5: диаметр - 15 мм, длина - 220 мм.

Используется кремнеземная ткань типа КТ-11-04.

Пористая электроизоляционная керамика 7 выполнена из γ-Al2O3. Ее пористость составляет 30%.

Пористый платиновый электрод 8 имеет толщину 20 мкм.

В качестве потенциалосъемника 9 использован двухоболочечный кабель типа КНМС 2 С.

Пробка 10 выполнена из диоксида циркония.

Селективная мембрана 11 состоит из одной трубки, выполненой из никеля НМг0.08в. Размеры селективной мембраны: диметр - 6 мм; длина - 40 мм, толщина стенки - 0,15 мм.

Соединительный материал 12 представляет собой ситалл, состоящий из оксида кремния (SiO2)- 25 мас.%, оксида алюминия (Al2O3)- 6 мас.%, оксида бора (В2О3)- 20 мас.%, пероксида цинка (ZnO2) - 10 мас.%, оксида циркония (ZrO2)- 5 мас.%, оксида олова (SnO2)- 5 мас.%, оксида кальция (СаО)- 21 мас.%, оксида натрия (Na2O)- 4 мас.% и оксида калия (К2О) - 4 мас.%.)

Эталонный электрод 14 выполнен из смеси висмута и оксида висмута.

Отношение площади внутренней боковой поверхности селективной мембраны 11 к ее внутреннему свободному объему составляет 0,4 мм-1.

На внешней и внутренней части селективной мембраны 11 выполнена химически стойкая в окислительной среде защитная пленка из Pd.

1. Датчик водорода в жидких и газовых средах, включающий селективную мембрану, пористую электроизоляционную керамику и корпус, внутри которого расположен потенциалосъемник, керамический чувствительный элемент из твердого электролита, в полости которого размещен эталонный электрод, пористый платиновый электрод, нанесенный на наружную поверхность керамического чувствительного элемента, отличающийся тем, что датчик дополнительно снабжен кремнеземной тканью и соединительным материалом, пробкой, имеющей отверстие и перекрывающей поперечное сечение полости керамического чувствительного элемента, гермовводом, расположенным герметично внутри корпуса над керамическим чувствительным элементом, потенциалосъемником в виде двухоболочечного кабеля, проходящего через центральное отверстие гермоввода, цилиндрической втулкой, причем полость корпуса между гермовводом и керамическим чувствительным элементом является герметичной, керамический чувствительный элемент выполнен в виде сопряженных между собой цилиндрического элемента и части сферы, расположенной в нижней части цилиндрического элемента, верхняя часть наружной цилиндрической поверхности керамического чувствительного элемента герметично соединена с внутренней боковой поверхностью корпуса посредством соединительного материала, эталонный электрод расположен в полости, образованной внутренней поверхностью керамического чувствительного элемента и поверхностью пробки, и занимает, по меньшей мере, ее часть, наружная сферическая часть керамического чувствительного элемента покрыта слоем пористого платинового электрода, конец центральной жилы потенциалосъемника, обращенный в сторону керамического чувствительного элемента, выведен через отверстие в пробке в объем эталонного электрода, при этом обеспечен электрический контакт между эталонным электродом и нижней частью центральной жилы потенциалосъемника, часть керамического чувствительного элемента выступает за пределы корпуса, втулка, выполненная в виде трубки, соединена с нижней частью корпуса со стороны выступающей части керамического чувствительного элемента, нижний конец втулки имеет дно с центральным отверстием, к которому прикреплена селективная мембрана, выполненная, по меньшей мере, из одной трубки, нижний свободный конец селективной мембраны герметично закрыт заглушкой, полость, ограниченная внутренней поверхностью втулки, соединительным материалом, внешней выступающей за пределы корпус частью керамического чувствительного элемента и внутренней поверхностью селективной мембраны герметична, внутренняя полость втулки между выступающей частью керамического чувствительного элемента и дном втулки заполнена кремнеземной тканью, пористая электроизоляционная керамика выполнена в виде цилиндра и размещена с кольцевым зазором по отношению к внутренней поверхности селективной мембраны.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что на внешней и внутренней части селективной мембраны выполнена химически стойкая в окислительной среде защитная пленка из палладия.

3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что пористая электроизоляционная керамика выполнена из Al2O3, из аэрогеля AlOOH или аэросила-аэрогеля на основе оксида кремния.

4. Датчик по п.1, отличающийся тем, что используется кремнеземная ткань типа КТ-11.

5. Датчик по п.1, отличающийся тем, что соединительный материал представляет собой ситалл, состоящий из оксида кремния (SiO2) - 20-30 мас.%, оксида алюминия (Al2O3) - 6-7 мас.%, оксида бора (В2О3) - 20-21 мас.%, пероксида цинка (ZnO2) - 10-12 мас.%, оксида циркония (ZrO2) - 5-6 мас.%, оксида олова (SnO2) - 5-7 мас.%, оксида кальция (СаО) - 15-21 мас.%, оксида натрия (Na2O) - 3-4 мас.% и оксида калия (К2О) - 3-4 мас.%.

6. Датчик по п.1, отличающийся тем, что керамический чувствительный элемент выполнен из частично стабилизированнго диоксида циркония или оксида гафния.

7. Датчик по п.1, отличающийся тем, что эталонный электрод выполнен из смеси висмута и оксида висмута, смеси свинца и оксида свинца, смеси индия и оксида индия или смеси галлия и оксида галлия.

8. Датчик по п.1, отличающийся тем, что втулка выполнена из никеля.

9. Датчик по п.1, отличающийся тем, что селективная мембрана выполнена из никеля.

10. Датчик по п.1, отличающийся тем, что пробка выполнена из диоксида циркония или оксида алюминия.

11. Датчик по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из ферритно-мартенситной стали ЭИ-852 (Х13М2С2) или из ферритно-мартенситной стали ЭИ-823 (16X12МВСФБР).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для контроля параметров газовых сред, в частности к контролю газовых смесей, содержащих кислород и водород, и может быть использовано в атомной энергетике, транспортном, химическом машиностроении и других отраслях техники, например, для контроля водородной взрывобезопасности.

Изобретение относится к аналитической технике, в частности к датчикам для анализа газовых сред. .

Изобретение относится к аналитической химии и приборостроению, может быть использовано для различных анализов жидкой пробы и направлено на уменьшение времени анализа и увеличение воспроизводимости результатов анализа за счет автоматизации забора жидкой пробы перед ее перемещением в реактор, а также возможности забора пробы как из одиночной емкости, так и из множества емкостей, проходящих точку забора пробы, а также из потока анализируемой жидкости.

Изобретение относится к области анионпроводящих неорганических твердых электролитов, а именно к керамическим твердым электролитам, обладающим высокой проводимостью по сульфид-ионам в области температур (300-500°С), и может быть использовано для исследования кристаллических и аморфных полупроводниковых сульфидов методом ЭДС, в составе электрохимических ячеек для кулонометрического изменения состава нестехиометрических соединений и для газового анализа серосодержащих сред, в твердоэлектролитных источниках тока.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к средствам для исследования или анализа газов, а точнее к системам, определяющим содержания 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.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в энергетике, ядерной технике, химической технологии, металлургии, газовом анализе для измерения содержания водорода в расплавах щелочных металлов и их парах, инертных газах и водяном паре.

Изобретение относится к области газового анализа и может быть применено в аналитическом приборостроении. .

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, в частности к газовому анализу. .

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, в частности к газовому анализу. .

Устройство для определения концентрации кислорода и водорода в газовой среде относится к средствам измерительной техники и может быть использовано для контроля параметров газовых сред, в частности содержащих кислород и водород. Устройство состоит из канала (7), расположенного под углом к горизонту, входного сенсора водорода (2) и входного сенсора кислорода (3), расположенных во входной части полости канала (7), входного каталитически активного элемента (1), установленного в полости канала (7) над выходными сенсорами водорода (2) и кислорода (3), выходного сенсора водорода (5) и выходного сенсора кислорода (6), расположенных в полости канала (7) между входным (1) и выходным (4) каталитически активными элементами. Причем входной (2) и выходной (4) каталитически активные элементы выполнены из высокопористых ячеистых материалов с нанесенным на их поверхность платиновым покрытием. В качестве входного сенсора водорода (5) и выходного сенсора водорода (7) использованы твердоэлектролитные датчики концентрации водорода с керамическим чувствительным элементом, выполненным из кислородпроводящей керамики. Технический результат заключается в повышении быстродействия и чувствительности устройства, обеспечении защиты от ошибочных показаний устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к аналитической технике и может быть использовано для измерения кислородосодержания и влажности газов. Способ измерения кислородосодержания и влажности газа. В поток анализируемого газа помещают электрохимическую ячейку с полостью, образованную двумя дисками из кислородпроводящего твердого электролита, на противоположных поверхностях дисков расположена пара электродов, к электродам дисков подают напряжение постоянного тока. При напряжении величиной 500-700 мВ откачивают свободный кислород, находящийся во внутренней полости ячейки, и по величине предельного тока, соответствующего содержанию свободного кислорода в анализируемом газе, определяют кислородосодержание. При дальнейшем увеличении напряжения до 1300-1500 мВ из полости ячейки откачивают связанный кислород и по величине предельного тока, соответствующего суммарному содержанию свободного кислорода в анализируемом газе и связанного кислорода, полученного в результате электролиза паров воды, определяют влажность анализируемого газа. Техническим результатом является расширение арсенала средств для измерения влажности анализируемого газа и возможность дополнительно определять кислородосодержание в нем, а также повышение надежности способа. 2 ил.

Электрохимическая ячейка относится к устройствам для определения концентраций серосодержащих газов в газовых смесях с применением твердотельных датчиков газа. Устройство предназначено для качественного и количественного определения серосодержащих газов (сероводорода и диоксида серы) в отходящих газах химических производств, теплоэлектростанций, для анализа светлых и темных нефтепродуктов и может быть использовано для определения предельно допустимых концентраций (ПДК) серосодержащих газов в химической, нефтехимической, медицинской и пищевой отраслей промышленности. Электрохимическая ячейка для анализа серосодержащих газов включает трубку из кварцевого стекла с расположенными внутри нее штуцерами для подачи и отвода газа, токоподводящими графитовым и нихромовыми проводниками, графитовым электродом, сульфидпроводящей мембраной, электродом сравнения, расположенным в графитовом проводнике и выполненным из сульфида висмута с добавкой порошкообразного металлического висмута, и рабочим электродом. При этом согласно изобретению в качестве сульфидпроводящей мембраны электрохимической ячейки используют твердый электролит (CaY2S4-х мол.% Yb2S3) при следующем соотношении, мол.%: тиоиттрат кальция (CaY2S4) - 84-100%, полуторный сульфид иттербия (Yb2S3) - остальное. Изобретение обеспечивает уменьшение нижнего порога определяемых концентраций сероводорода и диоксида серы, повышение чувствительности и понижение рабочей температуры чувствительного элемента. 3 ил., 1 табл.

Изобретение может быть использовано в энергетике, металлургии, химической промышленности для определения концентрации водорода в жидких и газовых средах в широком интервале температур и давлений. Датчик водорода в жидких и газовых средах включает селективную мембрану и корпус, внутри которого расположен потенциалосъемник, керамический чувствительный элемент из твердого электролита, в полости которого размещен эталонный электрод, пористый платиновый электрод, нанесенный на наружную поверхность керамического чувствительного элемента, гермоввод, расположенный герметично внутри корпуса над керамическим чувствительным элементом, потенциалосъемником, проходящим через центральное отверстие гермоввода, и нижней втулкой. Керамический чувствительный элемент выполнен в виде сопряженных между собой цилиндрического элемента и днища, расположенного в нижней части цилиндрического элемента. Наружная цилиндрическая поверхность керамического чувствительного элемента герметично соединена с внутренней боковой поверхностью корпуса. Эталонный электрод расположен во внутренней полости керамического чувствительного элемента. Наружная часть днища керамического чувствительного элемента покрыта слоем пористого платинового электрода. Конец центральной жилы потенциалосъемника выведен в объем эталонного электрода. Нижняя втулка, выполненная в виде трубки, соединенной с нижней частью корпуса со стороны керамического чувствительного элемента. Нижний конец нижней втулки имеет дно с центральным отверстием, к которому прикреплена селективная мембрана. Нижний свободный конец селективной мембраны герметично закрыт заглушкой, а полость, ограниченная внутренней поверхностью нижней втулки, внешней частью днища керамического чувствительного элемента и внутренними поверхностями селективной мембраны и заглушки, выполнена герметичной. Вверху потенциалосъемника установлена верхняя втулка, при этом кольцевая полость между внутренней поверхностью стенки верхней втулки и наружной поверхностью потенциалосъемника заполнена ситаллом. Изобретение обеспечивает повышение ресурса и надежности работы датчика водорода в широком диапазоне параметров рабочей среды, посредством обеспечения герметичности внутренней полости керамического чувствительного элемента. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к аналитической технике и может быть использовано для измерения влажности воздуха. Способ измерения влажности воздуха заключается в том, что помещают в поток анализируемого воздуха электрохимическую ячейку с полостью, образованной диском из протонпроводящего электролита и диском из кислородопроводящего электролита, на противоположных поверхностях каждого из дисков расположено по паре электродов, и капилляром, соединяющим полость с потоком газа. К электродам диска из кислородопроводящего электролита прикладывают напряжение постоянного тока, и по величине ЭДС, установившейся на электродах диска из протонпроводящего электролита, рассчитывают влажность анализируемого воздуха, при этом напряжение постоянного тока прикладывают к электродам диска, выполненного из кислородопроводящего твердого электролита, с подачей положительного полюса на электрод, находящийся внутри ячейки, а величину напряжения выбирают из условия обеспечения в цепи постоянного тока величиной 10-15 мА. 4 ил.

Изобретение относится к средствам для исследования или анализа газов и может быть использовано в энергетике, металлургии, нефте- и газодобывающей отраслях, автомобилестроении и других отраслях для определения содержания кислорода и химического недожога в газовых средах. Предложен чувствительный элемент газоанализатора кислорода и химнедожога, включающий эталонный электрод и два измерительных электрода, выполненные из пористого материала, обладающего каталитической активностью. Предлагаемый чувствительный элемент состоит из двух твердоэлектролитных электрохимических ячеек, герметично закрепленных в общем термоизоляционном чехле при помощи металлической шайбы. Причем каждая электрохимическая ячейка содержит твердый электролит из диоксида циркония, герметично соединенный с электроизолятором из керамики на основе алюмомагнезиальной шпинели и выполненный в виде усеченного конуса, герметично установленного в конические отверстия металлических трубок из феррито-мартенситной стали. Каждая из электрохимической ячейки снабжена термопарой, совмещенной с потенциалосъемником, расположенными коаксиально внутри каждой электрохимической ячейки. При этом обе ячейки содержат эталонный и измерительный электрод, нанесенные на наружную и внутреннюю поверхности каждой электрохимической ячейки. Термопары с потенциалосъемниками имеют электрический контакт с соответствующими эталонными электродами, при этом в термоизоляционном чехле размещен первый электронагреватель, Изобретение обеспечивает повышение точности и представительности измерений, повышение быстродействия, увеличение межповерочного интервала и ресурса работы. 11 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх