Устройство для измерения концентрации кислорода

 

Союз Советсимн, Социапмстмчвскмк

Рес убп

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1957087 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 31.12.80 (21) 3229832/18-25 (5l)M. Кл.

G 01 N 27/46 с присоединением заявки М

9кудвретевнны11 квинтет

СССР ао делам нзаеретеннй н еткрытнй (23) Приоритет (53) УДК 243.27 (088. 8) Опубликовано 07.09 82 Бюллетень,% 33

Дата опубликования описания 1 1 . 09 . 82

И.И. Просветов, О.Н. Мирошников, Л.И. Cyprak, .A,Ä, Сергеев и Л.С. Садов

-(° (72) Авторы изобретения

Научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт автоматизации черной металлургии (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

КИСЛОРОДА

Изобретение относится к технике измерения содержания кислорода в газовых средах, в частности к электрохимическим датчикам, и может быть использовано в энергетике, химической и металлургической промышленнос" ти.

Известна твердоэлектролитная ячейка, компенсирующая влияние паразитной термо-ЭДС, содержащая рабочий участок с переменной толщиной стенки и дополнительным измерительным электродом, подключенным через блок усиления ко Входу сумматора, к которому также подключен образцовый электрод, а измерительный электрод подключен к сумматору и блоку усиления (1), Однако такая ячейка сложна в изготовлении, а наличие вычислительных 2о блоков вносит дополнительную погрешность. Кроме того, компенсация в этой ячейке не учитывает функциональ" ной зависимости термо-ЭДС от измерения концентрации кислорода, что, в свою очередь, снижает точность измерения, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения концентрации кислорода, содержащее корпус с размещенными в нем твердозлектролитной ячейкой со взаимно смещенными электродами, нагревателем, расположенным вокруг твердоэлектролитной ячейки, и термопарой, включенной в измерительную схему (2 я

К недостаткам известного устройства следует отнести сложность реализации для получения действительного устранения параэитной термо-вДС и соответственно недостаточную точность

В известном устройстве электроды ячейки смещают на расчетную величину, которая зависит от разности их температур и от крутизны линейно-возрастающего температурного поля нагревателя. Для реализации известного

087

957 устройства необходимо измерить с достаточной точностью разность температур по толщине стенки ячейки и кру» тизну температурного поля нагревателя, затем определить величину смещения электродов. Но измерение указанных параметров можно произвести с определенной погрешностью, Кроме того, достаточно точно нанести электроды с заданным смещением трудно. В результате полностью устранить термо-ЭДС в известном устройстве не удается.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерений концентраций кислорода,. содержащем корпус с размещенными в нем твердоэлектролитной ячейкой со взаимно смещенными электродами, нагревателем, расположенным вокруг твердоэлектролит ной ячейки, и термопарой, включенной в измерительную схему, между нагревателем и твердоэлектролйтной ячейкой установлена трубка из теплопроводящего материала с переменной толщиной стенки по длине.

На фиг. 1 изображено устройство для измерения концентрации кислорода; на фиг. 2 - график изменения темпера" тур по толщине стенки ячейки в разных положениях трубки из теплопроводящего материала.

Устройство содержит корпус 1, с размещенными в нем твердоэлектролитной ячейкой 2 со взаимно смещенными электродами 3 и 4, нагревателем 5, расположенным вокруг твердоэлектролитной ячейки 2, и термопарой 6, вклю ченной в измерительную схему 7. Между нагревателем 5 и твердоэлектролитной ячейкой 2 установлена трубка 8 из теплопроводящего материала с переменной толщиной стенки по длине.

Трубка 8 снабжена механизмом 9 перемещения.

Электроды 3 и 4 взаимно смещены так, чтобы степень перекрытия, определяемая отношением площади перекрытия к площади одного из электродов, выраженная в процентах, составила не менее 103. Нагреватель 5 выполнен таким образом, чтобы температурное поле внутри него в зоне электродов ячейки 2 было равномерным. Это достигается увеличенной длиной нагревателя или специальной намоткой винтов нагревателя с переменным шагом.

Толщина стенки трубки 8 изменяется вдоль образующей трубки по экспоненциальному закону. Выводы электродов 4 и 3 подсоединяются к измеритель"ной схеме 7

Устройство работает следующим образом.

При подводе к электродам 3 и 4 ячейки 2 газа с одинаковым содержа10 нием кислорода, например воздуха.

ЭДС, генерируемая ячейкой 2 и фикси. руемая измерительной схемой 7, будет зависеть только от разности средних температур и при уменьшении этой

fs разности будет стремиться к нулю.

Устройство настраивается в таких условиях. Поскольку температурное поле нагревателя 5 в районе электродов ячейки близко к равномерному (линия

yp I на фиг. 2), то температурное поле внутри трубки 8 в этом же районе будет определяться законом изменения толщины его стенки вдоль оси, так как тепловой поток с внешней стороны трубки 8 одинаков, а с внутренней .стороны ограничен теплопередачей от

его внутренней стенки к анализируемому газу. При перемещении трубки 8 вдоль общей оси с нагревателем 5 и ячейкой 2 температурное поле внутри него и соответственно над электродами смещается по линиям ИИ и И И „

В зависимости от разности температур по толщине стенки ячейки 2 и стенки перекрытия электродов 4 и 3

35 выбирается такое положение трубки 8, при котором крутизна температурного поля внутри нагревателя обеспечит выравнивание средних температур смещенных электродов ячейки 2. о

Настройку производят с помощью механизма 9 и прекращают при установке стрелки индикатора в нулевое положение. Чем больше разность температур по толщине стенки и чем меньше электроды смещены, тем большая крутизна температурного поля необходима для выравнивания вредних температур элект-. родов и тем, соответственно, больше должна быть смещена трубка. 8 вправо о (линия IV на фиг. 2) .

При измерении настроенным устройством, т.е. при подаче айализируемого и эталонного газов к электроду 3 и 4 ячейки .5, генерируемая ею ЭДС on ределяется только уравнением Нернста, так как средние температуры электродов равны и поэтому паразитная тер,мо-.ЭДС отсутствует.

7087

0Hi9AY

5 95

Рабочая температура ячейки при измерении контролируется с помощью термопары 6.

Отрезки ЬТ, л Т, йТ на Фиг. 2 показывают каким должен быть перепад температур по толщине стенки ячейки в разных положениях элемента 8 (линии

II, III и IV). и при данном смещении электродов, чтобы средние их температуры были равны.

Применение предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерения содержания. ислорода в газовых средах и довести се до 0,5-1,04. Экономический эффект от внедрения .устройства на парогенераторах составляет 48 тыс. руб. в год.

Формула изобретения

Устройство для измерения концентрации кислорода, содержащее корпус с размещенными в нем твердоэлектролитной ячейкой со взаимно смещенными электродами, нагревателем, расположенным вокруг твердоэлектролитной ю ячейки, и термопарой, включенной в измерительную схему, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыаения точности измерения, между нагревателем и твердоэлектролитной ячей10 кой установлена трубка из теплопроводящего материала с переменной толщиной стенки по длине.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и 493719ю кл. G 01 N 27/46, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке iV 2795393/18-25, кл. С 01 N 27/46, 1979 (прототип) .

ВНИИПИ Заказ 6589/32

Тираж 887 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä,óë.Ïðoåêòíàÿ,4