Устройство для измерения кислородного потенциала

 

Союз Советсинк

Соцналнстнчесинн

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (»)894536 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22)Заявлено 12.12.79 (21) 2880573/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)M. Кл.

6 01 N 27/46

Говудврстванный квинтет

СССР по делам нзвбрвтенвй и открытий

Онубликоваио 30. 12 81 Бюллетень Рй 48

Дата опубликования описания 30. 12. 81 (53) .УД К 543. .274(088.8) Г.A. Левшин, Г.С. Исаев, Г.В. Щербедин

А.А. Ежов и А.М. Михайлов (72) Авторы изобретения ее, (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КИСЛОРОДНОГО

ПОТЕНЦИАЛА

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к устройствам непрерывного контроля процессов, протекающих в футеровочных материалах на границе жидкий металл — футеровка,а также в расплаве при выплавке, íà промежуточных стадиях обработки распла" ва или при разливке и затвердевании его в форме.

Известно устройство для определет0 ния содержания кислорода, где измерение производится при помощи гальванического элемента с твердым окисным электролитом на основе двуокиси циркония. В качестве электрода сравнения

И используется смесь металла с его окислом. Устройство имеет датчик с огнеупорным корпусом, в котором сделано продольное отверстие под трубу из плавленного кварца. На конец трубки, соприкасающейся с жидкостью, на.плавлен твердый электролит.

Данное устройство предназначено .для мгновенного определения концент2 рации кислорода. При выдержках более

20 с кварц расплавляется и разрушается устройство (11.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения кислородного потенциала, содержащее помещенный в выполненную из инертного по отношению к рабочей среде материала оболочку твердый ионопроводящий окисный электролит в в. де пробирки с двумя электродами, подсоединенными к измеритель" ному прибору (2).

Данная конструкция устройства при работе в условиях резких перепадов температур и связанных с ними динамическими нагрузками с различного рода перекосами является ненадежной.

В результате подвижных футеровочных материалов возможно разрушение датчика.. Устройство сложено в изготовлении и служит для одноразового использования.

45

3 894)

Цель изобретения — увеличение срока службы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения кислородного потенциала, содержащем помещенный в выполненную из инертного по отношению к рабочей среде материала оболочку твердый ионопроводящий окисный электролит в виде пробир.;и с двумя электродами, подсоединенными к из- >0 мерительному прибору, между оболочкой и пробиркой установлена дополнительная оболочка, причем пространство между оболочками заполнено термомеханическим компенсирующим материалом, а во внутренней оболочке помещен пористый наполнитель, в котором размещена рабочая часть пробирки, причем дополнительная оболочка выполнена из инертного по отношению к пористому наполнителю материала.

<-, На чертеже показан один из вариантов изготовления устройства для измерения кислородного потенциала в материалах, работающих при высоких температурах.

Устройство состоит из внешней 1 и внутренней 2 термсстойких оболочек.

Полость между оболочками заполнена компенсатором 3 внешних напряжений, которым, s частности, может служить каолиновая вата или алундовая крошка. Оболочки жестко соединяются цирконовой или электрокорундовой замазкой 4. Соединение выполнено в виде усеченного конуса. Полость внутренней оболочки 2 заполняется пористым наполнителем — химически инертным веществом или веществом 5, свойства которого необходимо изучить . В это вещество помещается твердый электролитический датчик б из стабилизированной двуокиси циркония, представляющий закрытую с одного конца керамическую пробирку. В качестве металлических электродов используется лучший из известных обратимых по кислороду электродов — платиновая чернь 7 с токосъемниками 8 из плати. ны или другого. благородного металла, которые подсоединяются к измеритель50 ному прибору (не показан).

Для увеличения длины рабочего участка устройства при одновременном сохранении термоустойчивости рабочее пространство между датчиком и внутренней защитной оболочкой заполняется термостойким веществом 9. Для предотвращения высыпания засыпки исполь36 . 4 зуется каолиновая вата 10. Измерение температуры в рабочей части датчика осуцествляется платинородиевыми термспарами 11 и 12. Оболочка 1 выполнена из инертного по отношению к рабочей среде материала, а оболочка 2из инертного по отношению к пористому наполнителю.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

При перемещении устройства в объект, окислительный потенциал которого необходимо определить, через определенный промежуток времени устройство принимает температуру, равную температуре объекта и, если последняя превышает нижний температурный предел применимости твердого окисного электролита 6, то в нем возникает ионная (кислородная) проводимость. Температуру объекта измеряют при помощи термопары 11, осуществляя фиксацию самописцем или любым другим прибором, предназначенным для подобных измерений. При отличии давлений кислорода пс обеим сторонам электролита 6 в его объеме возникает градиент ионной концентрации кислорода, в результате которого поверхности элект ролита приобретают неодинаковый элек рический заряд. При замь1кании поверхностей через внешний проводник с электронной проводимостью в нем возникает направленный поток электронов, приводящий к переносу и выравниванию электрического заряда в объеме электролита. Однако, если в эту цепь включить источник тока с равным, но обратно направленным потоком заряженных частиц, то при силе тока s цепи, равной нулю, напряжение этого эталонного источника тока равно разности потенциалов на поверхностях электролита. Такой метод измерения электродвижущих сил получил название компенсационного. Этот принцип измерения .заложен в основе большинства потенциометров реохордного типа, цифровых и ручных вольтметров.

Подсоединив электрические проводники 8 к одному из высокоомных потенциометров или вольтметров, производят запись ЭДС во времени от температуры. При измерениях в активных средах, типа расплава, наблюдается разрушение внешней оболочки 1 и размыв с торцовой поверхности вещества 5. При измерениях в затвердевающих средах в результате усадки мате89453 риала объекта возможно растрескивание внешней защитной оболочки 1. Однако в обоих случаях датчик 6 сохраняется и при замене внешней оболочки 1 и частично вещества 5 в последующем может быть вновь использован. Из плотных сред, таких как слиток металла или формовочный материал, датчик можно извлечь за выступающую часть защитной облочки 2.

По измеренным парам значений температуры и ЭДС рассчитывают параметры, характеризующие окислительный потенциал изучаемого объекта.

Преимущества данного устройства заключаются в его надежности при работе в условиях высоких температур и давлений, многократном использовании, быстром срабатывании на из- рв менение парциального давления кислорода в зоне реакции, большой информативности, что позволяет использовать его для оценки реакционной способности материалов в условиях высо- и котемпературного нагрева и физикохимического взаимодействия с расплавами черных и цветных металлов и сплавов.

6

Формула изобретения

Устройство для измерения кислородного потенциала, содержащее помещенный в выполненную из инертного по отношению к рабочей среде материала оболочку твердый ионопроводящий окисный электролит в виде пробирки с двумя электродами, подсоединенными к.измерительному прибору, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью увеличения срока службы, между оболочкой и пробиркой установлена дополнительная оболочка, причем пространство между оболочками заполнено термомеханическим компенсирующим материалом, а во внутренней оболочке помещен пористый наполнитель, в котором размещена рабочая часть пробирки, причем дополнительная оболочка выполнена из инертного по отношению к пористому наполнителю материала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Патент США N 3758397, кл. 324-29,опублик. 1973.

2. Пашкеев И.Ю. и др. Метод исследования процесса образования пригары на отливках. — "Литейное производство", 1977, 11Г 10, с. 07-28 (прототип).

894536 о ь

ЬО б

bo о

0 о

0 0 о ь

6000 оооо ррррр О

+y O y о о

e nepOm а

Составитель В. Екаев

Редактор Н. Гришанова Техред А. Бабинец .Корректор, Г, Огар

Тираж 910 Подписное

ВНИЙПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Иосква, Ж-35, РаУшскаЯ набвб д. 4/5

Заказ 11475/70 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

° °

° °

° ° Ъ с

° ° ь.

Ф

° ° ° ьв Ъ\

° ь

° ° ° ° ь ° °

° 1. ° ь

Ъ ° ° °

Ъ ь

° ь ь

° в °

° ь ьь ь \ в ь, °

° ° °

° ° ъ

° ° ф

° Ь ° 1 В в ° 1 ь ьс ь в ф б

° V, ° в

° 1 в ь

1. ° вь ° 11, ° вв ° ° ь бв

° ° ° \ Ъ

° Ъ

° Ъ ° ° °

y ° °

° ° °

Ъ

Ф

Ъ ь ь Ъ

1- Ь

° ° °

t ь

Ъ ° 1 °

\ в ° ь

° с в ° ь в

ЪЪ ЪЬ

Ъ ь Ъ Ь 1 ь ь с 1 ° в

1 ° ° ° вь 1 ь

° ъ °

1

° в б ° в 1

° °

° Ввь

Ф ЪЪ ° ьl ов

0 о о о

0 о о о о

00