Потенциометрическая твердоэлектролитная ячейка
Владельцы патента RU 2780308:
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие ОКБА" (ООО "НПП ОКБА") (RU)
Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в газоанализаторах при контроле инертных газов по кислороду. Потенциометрическая твердоэлектролитная ячейка представляет собой пробирку из циркониевой керамики, внутреннего пористого платинового электрода, наружного пористого платинового электрода, электрического контакта внутреннего пористого платинового электрода, электрического контакта наружного пористого платинового электрода, при этом площадь наружного пористого платинового электрода сравнения уменьшена, а именно наружный электрод не полностью покрывает торцевую часть пробирки ПТЭЯ. Техническим результатом является возможность устанавливать датчик температуры по торцевой поверхности ПТЭЯ, и повышение точности поддержания и измерения температуры, и повышение точности измерения концентрации кислорода в анализируемом газе. 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в газоанализаторах при контроле инертных газов по кислороду.
В качестве чувствительного элемента используется потенциометрическая твердоэлектролитная ячейка (ПТЭЯ), работающая при температуре (634±2)°С.
Чувствительный элемент газоанализатора выполнен в виде пробирки из циркониевой керамики, обладающей при высокой температуре чисто кислородной проводимостью. Рабочей частью элемента является его донышко, на которое с обеих сторон методом вжигания нанесены пористые платиновые электроды. Рабочим электродом является его внутренний электрод, электрод сравнения - наружный. Токоотводы от электродов выполнены в виде платиновых дорожек. С наружной стороны чувствительный элемент омывается за счет естественной конвенции воздухом, который является сравнительной средой. Объемная концентрация кислорода в воздухе принимается равной 20.7%.
Сущность работы потенциометрической твердоэлектролитной ячейки заключается в следующем. Если твердый электролит имеет на поверхности металлический электрод, то благодаря подвижности ионов кислорода на границе "металл - твердый электролит" в газовой фазе устанавливается равновесие по кислороду, которое характеризуется определенным электродным потенциалом. Величина этого потенциала будет зависеть от концентрации кислорода в газовой фазе. Так как потенциал электрода непосредственно измерить невозможно, измеряют разность потенциалов двух электродов, один из которых является рабочим, а другой - сравнительным.
Разность электродных потенциалов связана с концентрацией кислорода в анализируемом газе и сравнительной среде уравнением Нернста:
где Е - разность электродных потенциалов (ЭДС ячейки), В;
R - газовая постоянная Больцмана, Дж/моль*К;
Т - температура, К;
4F=4*96500 - количество электричества, необходимого для переноса одного моля кислорода, кл/моль;
и 
- концентрация кислорода в сравнительной и анализируемой средах соответственно, %.
Недостатком данной ПТЭЯ является то, что при ее использовании между наружным и внутренним электродами ПТЭЯ существует небольшой температурный градиент, что приводит к возникновению термоэлектродвижущей силы (ТЭДС).
Учитывая ТЭДС и содержание кислорода в сравнительной среде номинальная статическая характеристика преобразования принимает вид:
где ЕТ - ТЭДС ПТЭЯ, В.
Целью настоящего изобретения является устранение ТЭДС ПТЭЯ.
Поставленная цель достигается тем, что уменьшена площадь наружного электрода сравнения, а именно наружный электрод сравнения не полностью покрывает торцевую часть пробирки ПТЭЯ. Это позволяет электродам находиться при одной и той же температуре, что и устраняет ТЭДС ПТЭЯ.
На Фиг. изображена ПТЭЯ. Она представляет собой пробирку из циркониевой керамики 1, внутренний пористый платиновый электрод 2, наружный пористый платиновый электрод 3. электрический контакт внутреннего пористого платинового электрода 4, электрический контакт наружного пористого платинового электрода 5.
Для использования ПТЭЯ в газоанализаторах при контроле газов по кислороду необходимо ее установить в нагревателе, где устанавливается рабочая температура, датчик температуры должен касаться торцевой части пробирки ПТЭЯ (например, термопара), анализируемый газ должен поступать во внутреннею часть ПТЭЯ и контактировать с внутренним пористым платиновым электродом, наружный пористый платиновый электрод ПТЭЯ должен омываться за счет естественной конвенции воздухом, который является сравнительной средой. После выполнения этих условий измеряют разность электродных потенциалов между электрическим контактом внутреннего пористого платинового электрода и электрическим контактом наружного пористого платинового электрода. Расчет концентрации кислорода в анализируемом газе определяется с использованием формулы (1)
Потенциометрическая твердоэлектролитная ячейка (ПТЭЯ), представляющая собой пробирку из циркониевой керамики, внутреннего пористого платинового электрода, наружного пористого платинового электрода, электрического контакта внутреннего пористого платинового электрода, электрического контакта наружного пористого платинового электрода, отличающаяся тем, что уменьшена площадь наружного пористого платинового электрода сравнения, а именно наружный электрод не полностью покрывает торцевую часть пробирки ПТЭЯ.
