Устройство для анализа газов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сок э Советских

Социалнстнческих

Республик

< 949475 (6i) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.01.81 (21)3229916/18-25 (51) М. Кл.з с присоединением заявки ¹

G 01 N 27/46 (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 543. 274.(088.8) Опубликовано 07,0882. Бюллетень ¹ 29

Дата опубликования описания 07.08.82

72 Авторы

Л.В.Долгов, В.М.Стасевич, A.Ä.Íåóéìèí (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ГАЗОВ

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, конкретно, к устройствам для определения состава газовой смеси, (далее газа), с помощью твердоэлектролитных электрохимических ячеек и предназначено для определения состава высокотемпературных газов, и может быть использовано при анализе газовой атмосферы в процессе производства таблеток ядерного топлива, а также в металлургии для контроля газоврй атмосферы печей.

Известно устройство для определения состава газа, содержащее два последовательно соединенных твердоэлектролитных электролизера с подключенными к их электродам источниками постоянного напряжения и измерителями тока. На электроды первого электролизера подают постоянное напряжение, величина которого позволяет откачать только свободный кислород из анализируемого газа, а на электроды второго электролизера подают постоянное напряжение, большее напряжения диссоциации паров воды. Анализируемый газ подают в устройство. Измеряют ток откачки первого злектролизера, и по

его величине определяют концентрацию свободного кислорода. После этого измеряют ток откачки второго

5 электропизера и по его величине определяют концентрацию паров воды в газе fl ).

Однако если анализируемый газ содержит избыточный водород, то

ЭДС, возникающая на электродах первого электролизера, приводит к протеканию через него ионного тока, обратного току откачки кислорода, в результате чего в анализируемый газ поступает кислород, вступающий в сое15 динение с водородом с образованием паров воды, что приводит к ошибке. измерения концентрации паров воды, а также исключает возможность определения содержания свободного водорода.

20 Точность анализа газа низкая.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для анализа газов, содержащее электролизер для удаления сво25 бодного кислорода из анализируемой смеси с подключенным к его электродам источником постоянного напряжения и измерителем тока, подсоединенную последовательно к электро30 ливеру твердоэлектролитную потенци949475 ометрическую ячейку с измерителем

ЭДС (2 ).

Анализируемый газ с постоянным расходом подают в устройство, которое может работать в двух режимах. В первом случае на электроды электро- 5 лизера подают напряжение, величина которого позволяет откачать только свободный кислород. Если в анализируемом газе имеется свободный кислород, он откачивается, и по величи- 10 не тока, протекающего в цепи питания электродизера, определяют содержание свободного кислорода. По величине ЭДС иотенциометрической ячейки определяют величину Рн o — парциального давления паров воды. Однако если анализируемый газ содержит свободный водород, на электродах электролизера возникает ЭДС, которая приводит к натеканию кислорода, который, 0

l в свою очередь, соединяется с избыточным водородом с образованием воды, что приводит к ошибке измерения отношения Р> о/P> — парциальных давлений паров воды и водорода.

В этом режиме работы устройство может измерять только содержание свобоДного кислоРоДа и величинУ Р а.

Во втором случае на электроды электролизера подают постоянное напряжение, величина которого больше напряжения диссоциации паров воды. Если анализируемый газ содержит избыточный водород, в электролизере диссоциирует часть паров воды, и откачивается связанный кислород, при этом увеличивается Р> и уменьшается P> . Таким образом, определение отношения Р О /Ри производится с ошибкой. Если анализируемый газ содержит свободный кислород, в

4О электролизере наряду со свободным кислородсм откачивается и часть связанного кислорода, при этом также уменьшается величина Ри О и увеличивается Р„ . В этом случае устройство 45 с ошибкой измеряет содержание свободного кислорода и отношение Р„ /)

Следовательно, устройство имеет низкую точность анализа газа.

Цель изобретения — повышение точ- 5О ности анализа газа.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для анализа газов, содержащем электролизер для удаления свободного кислорода из анализиру. емой смеси с подключенным к его электродам источникам постоянного напряжения и измерителем тока, подсоединенную последовательно к электролизеру твердоэлектролитную потенциометрическую ячейку с измерителем

ЭДС, за потенциометрической ячейкой по ходу газа установлен дополнительный электролизер для удаления связанного кислорода, а электролизер 65 для удаления свободного кислорода снабжен установленным в цепи питания вентильным элементом, препятствующим прохождению тока в направлении, обратном направлению тока откачки.

Устройство обеспечивает автоматическое изменение режима работы электролизера для удаления свободного кислорода в зависимости от состава анализируемого газа, что устраняет натекание кислорода и, тем самым,обеспечивает повышение точности анализа.

Кроме того, обеспечивается не только измерение количества свободного кислорода и парциального давления паров воды, но и водорода, т.е. повышает точность анализа газа.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство для анализа газов содержит электролизер 1 для удаления свободного кислорода из анализируемой смеси, подсоединенную последовательно к электролизеру 1 твердоэлектролитную потенциометрическую ячейку 2 и дополнительный электролизер 3 для удаления связанного кислорода, установленный последовательно за потенциометрической ячейкой 2.

Для регулировки расхода газа устройство содержит вентиль 4. K электродам электролизеров 1 и 3 соответственно подключены источники 5 и 6 постоянного напряжения и измерители 7 и 8 тока. Электролизер 1 снабжен установленным в цепи питания вентильным элементом 9, препятствующим прохождению тока в направлении, обратном направлению тока откачки. К электродам ячейки 2 подключен измеритель 10 ЭДС.

Устройство работает следующим образом.

Иа электроды электролизера 1 подают постоянное напряжение, обеспечивающее откачку свободного кислорода, близкое, но не превышающее напряжения диссоциации паров воды (примерно 600 мВ при 800 С), а на электроды электролизера 3 - напряжение, величина которого больше напряжения диссоциации паров воды (примерно 1200 мВ при 900 С). Анализируемый газ с постоянным расходом подают в устройство и пропускают. последовательно через электро-, лизер 1, потенциометрическую ячейку 2 и электролизер 3.

Если анализируемый газ .на входе в устройство имеет избыточный водород, то поступающая в электролизер

1 газовая смесь вызывает возникновение на его электродах ЭДС, направленной встречно по отношению к напряжению источника 5 и превышающей его по абсолютной величине. При этом

949475 вентильный элемент 9-, установленный в цепи питания электролизера 1, препятствует прохождению тока в направлении, обратном направлению тока откачки, что вызывает автоматическое изменение режима работы элект- 5 ролизера 1. Электролизер 1 в этом случае работает только как высокотемпературный контактный аппарат в котором происходит образование паров воды из кислорода и водорода.Пос- 0 ле электролизера 1 газовая смесь поступает в ячейку 2. По величине ЭДС определяют отношение Рн о /Р„ . Затем нто н по величине тока откачки электролизером 3 связанного кислорода, из- 15 меряемого измерителем 8 тока, определяют величину Р„, По значениям

Рн,о /Рн H P„ O определяют содержа ние P — своЪодного водорода в анализируемом газе. 20

Если анализируемый газ имеет избыточный свободный кислород, то автоматически в электролизере 1 устанавливается другой режим работы — электролизер работает и как высокотемпературный контактный аппарат, в котором происходит образование паров воды из кислорода и водорода, и как кислородный насос, в котором происходит откачка свободного кислорода..

Ток откачки ионов кислорода в электролизере 1 измеряют измерителем 7 тока и по его величине определяют содержание свободного кислорода. Вентильный элемент 9 обеспечивает прохождение тока в направлении откачки кислорода.

Затем анализируемый газ; в кото. ром отсутствует свободный кислород, поступает в ячейку 2. ЭДС ячейки 2 измеряют измерителем 10 и по ее ве- 40 .личине определяют содержание в га.зе паров воды. С помощью электролиэера 3 в этом случае также измеряют содержание паров воды путем измерения тока откачки ионов кисло- 45 рода, образовавшихся в результате диссоциации паров воды. Содержание паров воды, определяемое с помощью ячейки 2, в этом случае совпадает с сОдержанием парОВ ВОды, Опреде- 0 ляемым с помощью электролиэера 3.

Таким образом, устройство позволяет определить содержание основных компонентов высокотемпературных газовых смесей: свободного кислорода, свободного водорода и влажности, независимо от того, является ли анализируемая газовая смесь окислительной или восстановительной. Точность определения содержаний отдельных компонентов анализируемой смеси также не зависит от анализируемой среды.

Устройство автоматически изменяет режим работы при изменении характера анализируемой среды, что позволяет успешно применять его для непрерывного контроля в технологическом процессе.

Устройство для анализа газов применимо для анализа состава высоко- . температурных пароводородных смесей, являющихся рабочей средой при про— изводстве таблеток ядерного топлива, позволяет контролировать содержание компонентов рабочей среды, поддерживать их в оптимальных количествах и, тем самым, обеспечить более высокий выход таблеток с заданной стехиометрией. Выход качественных таблеток за счет поддержания оптимального коли ества компонентов рабочей среды может быть повышен на 10-15Ъ.

Предлагаемое устройство также найдет применение в различных областях металлургии для контроля защитной атмосферы печей.

Фсрмула изобретения

Устройство для анализа газов, содержащее электролизер для удаления свободного кислорода из анализируемой смеси с подключенным к его электродам источником постоянного напряжения и измерителем тока, подсоединенную последовательно к электролизеру твердоэлектролитную потенциометрическую ячейку с измерителем ЭДС, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности анализа, за потенциометрической ячейкой по ходу газа установлен дополнительный электролизер для удаления связанного кислорода, а электролизер для удаления свобод ного кислорода снабжен установленным в цепи питания вентильным элементом, препятствующим прохождению тока в направлении, обратном направлению тока откачки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент. США Р 3860498, кл. G 01 N 27/46, опублик. 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2606388/18-25, кл. С 01 К 27/46, 1978.

Юб/А РР маг

Составитель Н.Преображенская

Редактор О.Юрковецкая Техред А.Бабинец КорректорС.Шекмар

Заказ 5735/30 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная,