Высокотемпературная гальваническая ячейка

 

О П И С А Н И-Е 365642

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

С01е3 Севетск1!х

Срцивлнетическнх

Рфиублнк

Зависимое от явт. свидетельства ¹ ——

М.. Кл. G 01п 27/40

Заявлено 17.XI1.1969 (№ 1385832/26-25) с присоединением заявки Xo.—

1тв1витвт по делан

Веобрвтвний и: вткрытий при Саветв Министров

СССР

Приоритет—

Опубликовано 08.1.1973. Бюллетень ¹ 6

Дата опубликования описания 13.IV.1973

УДК 543.257 (088.8) Л вторы

A. А. Вечер, Д. В. Вечер, А. С. Гузей, В. П. Коломыйцев, изобретения В. И. Лаврентьев, Г. М. Мурзин, Ю. H. Патрушев, P. Л. Пинхас!сович и Л. 3. Савкун

Заяиггель

8blCQKOTEMHEPATYPHA5I ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ Я IEAKA

Предлягясмя51 Высокотеыперят рная гя;1ь ваническая ячеика может применяться для оирсделеиия концентрации и химического потенциала к: слорода в различ! ых средах в иироком диапазоне.

Нижние пределы измерения известного датчика ограничены cðBBIIIITåëû о ьысоким

Il3 PIIIf If,:1Ь1! Ь1 М Да! Г5Л CII IIOi!f II X ff nf ИЧЕСКИМ НOтеициалом кислорода няд электролитом и

И05!ВЛЕ!1ИЕМ ЭЛЕКТPOIIIIOIf и!ЭОВОДИМОС i il.

Применение, ятчиков из тверды: элсктроЛИТОВ ТОИ ?КЕ К01!СТРУКЦИН IIB CIClfOBC ЛЕГIIPOВянно"! окислами редкоземельных элементов I,BK Окис:1 торин ИОЗВО;!яст Определять концентрацию и химический потенциал кислорода более !1изкие, чем с электролитами на основе двуокиси циркония.

Однако из-за возникновения дырочиой проводимости B ториевых электролитах при больш их содержаниях кислорода э.д.с. датчика псрестает соответствовать термодинамической, и поэтому значительно возрастают погрешности измерени51; исключается возможность использовать воздух в качестве эта1oflffol.о газа.

Цель изобретения -- устранение указяиИЬIХ IIC, (ОСТЯТКОВ.

Отличительная особенность изобретения заключается в том, что гальваническая ячейка представляет собой два или более последоватсльно соединенных гальванических элсмента из разных твердых электролитов, но обладающих ионной кислородной проводимостью, с од!шм или несколькими общими электродами, электрически последовательно соедиияющи;ill элементы между собой. При этом электролиты, входяц,не В гальваничесК 10 5I!ICl!BX Г!ОДОИРЯ!От т<1К, IT0641 C ВОЗ «ХОМ конт!!ктирсвал электролит, который имеет

1п л шие хяряктерист1 ки нри больших содержан11ях к1.слоро.!!1, 1 с анализируемым газом другOil электро IBT, имеющий лучшие характеристшти при малых содержаниях кислородa. .В про .!e?жу-ке ме?Кдх эле1 тролllтами по-!

5 вещают общий для двух ячеек электрод, например, из смеси никеля и закиси никеля. В силу высокой электропроводности он одновременно является и общим электродом и проводником тока, сьязывающим оба элемеп2?п та. Кроме того, общ1гй электрод одноврсмснИО СОЗДЯЕТ В 11IPOIIIC?lih ТIСЕ MCÆÄ Э,1ЕМЕНТЯМИ необходимый для работы гальванической ячейки химический потенциал кислорода, величина которого является промежуточной между химическими поте! циалами кислорода, воздуха и анализируемого газа.

В промежутке в!ежду электролитав!и необходимый промежуточный потенциал может быть создан не за счет общего электрода, а зо за счет материалов электролитов нли дру365642

5,? (0

3 гпм способом. При этом оощпй электрод можст Оыть !lb!I!0;IIIeI! Нз мстялля или Вовсе

OTCX TCTI!OBQTI>. C IIOC;IC«,IICN C !BC po;Ib 06щего электрода выполняет пограничный слой соприкасающихся электролитов. Возможно большое количестго вариантов гальванической ячеш и с двумя, тремя:Й более электрически последовательно ьключенными raëbûàíèчсскпми элементами, в которых твердые электролиты могут быть выполнены в виде коаксиальпых цилиндров, пробирок, пластин плп дисков или иметь любую другую форму.

I la фиг. 1 — 4 показаны разные варианты предлагаемой высокотемпературной гальванической ячейки.

1-1я фиг. 1 изображен первый вариант гальванической ячейки с обшим электродом, выпол1!енньв| из смеси металла с равновесным с пим окислом, где 1 — трубка из керамики, состава: Th 0,85, 1 а 0,15, 0 1,925, дли: ою 200 1!.11, внутренним диаметром 5 лглг и ьчгешнпм — 7,1глг; 2 — трубка пз керамики состава: Lr 0,85, Са 0,15, 0 1,85, длиною

200 лглг и внутренним диаметром 12 лглг; 8— внешний газопронпцаемый электрод, контактиру!Ощиг! с эталонным газом, например воздухом; 4 — внутренний газопроницаемый

;лектрод, контактирующий со средой, в котоpoll измеряется содержание кислорода; 5 ll

6 — - центрирующие шайбы, выполненные пз любого материала, в частности спрессован11ые из смеси металла и окисла того же металла, например из одинаковых весовых количеств пикеля ll закиси никеля; 7 — промежуточный (третий) газопроницасмый электрод, состоящий нз смеси металла с равпо«сспым с ним окислом, например из равных

;астей никеля и его закнси; 8 — герметическое уплотнение.

На фпг. 2 изображен второй вариант

l я IbBBIIII«cñllOII ячейки с гязОВЫМ электродоы, где 1 — трубка из керамики, например состава: Th 0,85, La 0,15; 0 1,925; 2 — трубка

1:з керамики состава: Z;. 0,85, Са 0,15, 0 1,85;

8 — внешний газопронпцаемый электрод, контактирующий с эталонной смесью, например воздухом; 4 — внутреншгй газопронпцаемьш электрод, контактирующий со средои, в которои измеряется содержание кислОрода; 9 — рсзервуар для промежуточного ra"I1, являющийся одновременно и электрическим контактом между гальваническими эле:. сптамн, составляющими ячейку.

На фиг. 3 пзобра?кен третий вариант гальванигеског1 ячейки из двух слоев, разделенных пористой пленкой металла, где

1 — трубка из керамики, например пз легироВшшой двуокиси тория; 2 — трубка пз керамики, например пз легированной двуокиси

1и:ркония; 8 — внешний газопроницасмый

b. ICllTP0Ä, КОНТЯКТИР? Iощпй С Эl ЯЛОП Ной смесью, шгпример воздухом; 4 — внутрешпш

I язопроницаемый электрод, контактирующий с анализируемой смесью; 1() — пористая газопропицаемая пленка металла.

З5

4

На фиг. 4. изображен четвертьш вариант двухслойной гальванической ячейки, где 1— труба из керамики, например из легированной двуокиси тория; 2 — трубка пз керамики, например из легированной двуокиси цирконпя; 8 — внешний газопроницаемый электрод; 4 — внутренний газопроницаемый электрод.

Принцип действия гальванической ячейки заключается в следующем.

Ячейка состоит из двух последовательно соединенных гальванических датчиков. Первый датчик образуется керамической трубкой 1, электродом 4 и общим электродом 7, как изображено на фиг. 1, или общим элекгродом 9, как изображено на фиг. 2, или пограничным слоем на стыке двух трубок, как изображено на фиг. 4.

Второй датчик образуется из керамической трубки, электрода и общего электрода.

В0 всех случаях электрод является проводником тока и электрически последовательно соединяет датчики между собой.

При этом э.д.с. первого датчика возникает под действием разности парциальных давлений и химических потенциалов кислорода в анализируемом газе и кислорода, контактирующего с общим электродом. У второго датчика э.д,с. Возникает под действием разности парцпальных давлений и х!!мических потенциалов кислорода в эталонной среде, омывающей электрод 8, и кислорода, контактирующего с общим электродом. Суммарная э.д.с. такого составного гальванического элемента не ЗЯВисит 0Т B«160pQ проме?к? To«11010 электрода и концентрации кислорода на нем, а определяется целиком разностью химических потенциалов кислорода в эталонном и анализируемом газах.

Конце!1трация и химический потенциал кислорода на общем электроде создаются в случае гальванической ячейки, изображешгой на фп1.. 1, равновесным парциальным давлением кислорода над смесью металла и окисью металла и определяются el о составом и рабочей температурой ячейки, для гальванической ячейки по фиг. 2 — содержанием кислорода в проме?куточном газе.

Предмет изобретения

1. Высокотемпературная гальваническая я 1ейка для измерения концентрации и химп«ecкого потенциала кислорода, содержашая сравнительный и измерительный электроды и

1?ясполо?кенныЙ ме:кду ними твердый электрол IT, от гггчггюгг1аяся тем, что, с целью расширения диапазона измсряемых концентраци11, Оня содер?Кнт располо:кенный между сравнительным и измерительным электродамн, по меньшей мере eLI!c . од!ш твердый электролит, соединенный с первым последоВательно по ионному потоку промежуточным электродом, причем число перенося одного из электролигов близко к единице при высок!!х

365642

6 Z

А НалиЗиРу алый 2аЗ

Фиг. /

А нализи мый га3

П омс купт нь!й гаЗ Риг 2

5 концентрациях кислорода, а второго — при малых концентрациях кислорода.

2. Ячейка ио п. 1, отличпюгцаяся тем, что в качсстве промежуточного электрода служит граница раздела между двумя твердыми электролитами.

3. Ячейка по п. 1, от гачаюгааяся тем, что в качестве промежуточного электрода использована смесь металла с равновесным с иим окислом или равновесных окислов металлов.

:-1. Ячейка по и. 1, итяачаюцаяся тем, что и и lчеcтве проме-.;1л To IHQI о электрода использован резервуар с газом с заданным парциальным давлением кислорода.

5. Ячейка по п. 1, от.гичаюцаяся тем, что в качестве промежуточного электрода использована пористая пленка металла.

365642

Редактор Е, Хорина

Заказ !296 Изд. ¹ 1 093 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Загорская типография

Аиапизируеиы газ

Анализируем:

863

Составитель Н. Алимова

Тсхред Л. Грачева Корректор E. Михеева