Устройство для измерения содержания газового компонента в жидкой или газовой среде

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик,щ98) 88О (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 049779 (21) 2792453/18 25 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовано 15,12.82, бюллетень Мо 46

Р1)М Ип э

6 01 и 27/46

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений н открытий (53) УДХ543. 252 (088.8) Дата опубликования описания 151282 (72) Авторы изобретения

A.A. Маширин, О.В. Кийс и Т.Т. Тенно

/

Тартуский ордена Трудового Красного Знаменн государственный университет (71) Заявитель (54) УСТРОЯСТВО ПЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ГАЗОВОГО. КОМПОНЕНТА В ЖИДКОЯ ИЛИ ГАЗОВОЯ СРЕДЕ

Ч» та 0р+0й !

25

Ча т 0О +"1 D

Изобретение относится к технике измерения содержания газового компонента газовой или жидкой среды, например к электрохимическим датчика л, и может бысть использовано в различных областях науки и производства, в частности в химии, биологии, медицине, а также в комплексах по охране природных ресурсов.

Известны устройства регулирования потенциала индикаторного электрода (катода) электрохимического датчика в области потенциалов ионизации кислорода, в которых производится суммирование потенциала вспомогательного электрода (анода) с постоянным напряжением внешнего источника питания (11 .

Однако известные устройства недостаточно стабильны, что обуслорлено влиянием величины тока датчика на потенциал катода.

Наиболее. близким техническим реше- нием к предлагаемому является устройство для измерения содержания, газового компонента в жидкой или газовой среде, содержащее гальванический датчик, состоящий из катода и анода, соединенный через источник внешнего нгчряжения с регистрирующим прибором (2) °

В устройстве осуществляется суммирование потенциала вспомогательного электрода, постоянного напря-. жения внешнего источника и напряжения на нагрузке где (»- потенциал индикаторного электрода (катода); — потенциал вспомогательного

0 электрода (анода);

U — напряжение внешнего источР ника питания;

0 Н вЂ” напряжение на нагрузкет

0р+0Н0 и — напряжение поляризации.

Потенциал вспомогательного электрода (анода) зависит от тока датчика по известной формуле,где 1о - ток датчика; 00 — потенциал анода при 1 0

К вЂ” эквивалентное электрохимил ческое сопротивление дат981880 чика, обусловленное перенапряжением электрода по току.

Напряжение на нагрузке датчика таже зависит от тока датчика

0„- (п. В8„, где Re - сопротивление входа нагрузки.

Потенциал катода в этом случае зависит от тока датчика по формуле (к 4o+" р+(R(+" 9x) (а где (R<+R((<) (g h(g - отклонение потен-15 циала, обусловлен-. ное падением напряжения во внешней цепи и изменением потенциала20 анода.

Отклонение потенциала катода от установленного значения приводит к изменению тока датчика вследствие

1-5Ъ наклона характеристики эависи- 25 мости тока датчика от потенциала катода в пределах области наименьшей зависимости тока от потенциала катода при той же концентрации измеряемого газового компонента. Это от- 3Q клонение потенциала катода резко выражено в случае больших токов датчиков, например, при сопротивлении нагрузки 100 Ом и токе датчике 100 мкА отклонение потенциала (аук) составляет 10 мВ.

Изменение потенциала индикаторного электрода при измерении изменяющейся концентрации газового компонента приводит к изменению стационарного состояния катода, сопровождающемуся переходными электрохимическими процессами в датчике, являющимися причиной динамической погрешности

-4 измерения.

Цель изобретения — повышение точности регулирования потенциала катода в области потенциалов ионизации измеряемого газового компонента.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения содер- 5О жания газового компонента в жидкой или газовой среде, содержащем гальванический датчик, состоящий иэ катода и анода, соединенный последовательно через источник внешнего напря- 55 жения с регистрирующим прибором, внешняя цепь тока датчика соединена через цепь обратной связи со входом источника внешнего напряжения, выполненного регулируемым. 60

На фиг. 1 изображена структурная схема, устройства для измерения концентрации газового компонента; на фиг. 2 - зависимости тока датчика от потенциалов. 65

Предлагаемое устройство содержит электрохимический датчик 1 концентрации газового компонента, соединен ный последовательно через источник 2 регулируемого напряжения с входом усилителя 3, регистрирующий прибор 4, соединенный с выходом усилителя 3, цепь 5 обратной связи, соединяющую выход усилителя 3 с входом источника 2 регулируемого напряжения.

Ток датчика 1, пропорциональный измеряемой концентрации, через источник 2 регулируемого напряжения поступает на вход усилителя 3, затем на регистрирующий прибор 4 и цепь 5 обратной связи, которая формирует сигнал коррекции, поступающий на вход источника 2 регулируемого напряжения. к = (g "ьк К Кос

u, = О +М„(6) где Ора — начальное значение регулируемого напряжения Ор, задаваемое источником 2;

ЬО Крб - изменение Up от сигнала коррекции U((К вЂ” коэффициент передачи источника 2 регулируемого напряжения по входу от цепи 5 обратной связи.

В результате решения уравнений (() — (6) получатот формулу зависимости потенциала индикаторного электрода „ от тока датчика (7) Як Мао+" ро+кл "вк в ° где К4 К "Ка . К +1+ — - коэффициент йх ос р влияния тока датчика на потенциал катода; — эквивалентное электрохимическое сопро тивление датчика, обусловленное

- перенапряжением электро да по току. где UR - сигнал коррекции.; (— ток датчика; и „ - сопротивление входа нагрузки (усилителя);

Х)с - коэффициент усиления усили- теля 3;

Ко - коэффициент обратной связи.

Источник 2 регулируемого напряжения, управляемый цепью 8 обратной связи, формирует свое выходное напряжение (фиг. 2) 981880

Цепь 5 обратной связи должна иметь величину коэффициента обратной связи

КОс близкую к Кос оптимальному

1 + йj

Rex ос(со ) K .K

Чс Р ь =К .Ц к электрохимическая составляющая постоянвой времени с; коэффициент зависимостй постоянной времени Й от й< к

КЧ тогда коэффициент влияния тока датчика на потенциал катода имеет достаточно малую величину 0,01-0,1, что обеспечивает уменьшение влияния тока датчика на потенциал катода не менее, чем в 10 раз. Например, при токе датчика 100 мка, сопротивлении нагрузки 100 Ом и коэффициенте влияния тока на потенциал 0,05 величина отклонения потенциала катода (Ьчк) сОставляет 0;5 мВ. Это соответствует уменьшению погрешности в измерении концентрации газового компонента по .нелинейности с 1-5 до 0,1-0,5%.

Кроме того, такая малая величина изменения -потенциала обеспечивает соответствующую стабильность состояния динамического равновесия электрохимических процессов на поверхности индикаторного электрода датчика при переменной концентрации измеряемого газового компонента среды и значительно снижает величину дннавыческой погрешности измерения.

ВЛняиие величины отклонения потенциала индикаторного электрода датчика на его динамическую погрешность в первом приближении можно характеризовать зависимостью постоянной времени датчика от вели чины изменения потенциала индикаторного электрода (дц„) ф с, »,, где t диффузионная составляющая л

IIocTGRHBoN времени 6 (ь = 5- 30 с);

К„=0,3 с/мВ для вихром-катода;

К =0 75 с/мВ для Ag-катода.

IJ

Например, уменьшение А g< с 10 до

1 мВ понижает величину электрохими5 ..ческой составляющей постоянной вре« мени " с 3 до 0,3 с для ннхром-катода и с 7,5 до 0,75 с для А9-катода.

Предлагаемое устройство по сравнению с известными позволяет на порядок (О повысить точность регулирования потен циала катода, что снижает основную погрешность по нелинейности измерения концентрации газового компонента газовой или жидкой среды в 10 раз

15 позволяет снизить в 5-10 раз динамическую погрешность.измерения расширяет возможйости применения s элек. трохимических датчиках в качестве электродов неблагородных металлов с узкой областью потенциалов ионизации газового компонента и область использования электрохим ческих датчиков для контроля и регулирования процес сов в средах со сложной динамикой, с быстрыми изменениями концентрации 5 газового компонента, а также для измерения концентрации различных га" зовых компонентов газовой нли жидкой среды.

Формула изобретения

Устройство для измерения содержания газового компонента в жидкой или газовой среде, содержащее галь-, ванический датчик, состоящий мз катода и анода, соединенный последовательно через источник внешнего напряжения с регистрирующим прибором, о т л и ч а ю щ е е с ÿ тем, что, с целью повышения то чости, внешняя цепь тока датчика соединена

4© через цепь обратной связи со входом источника внешнего напряжения, выполненного регулируемым.

Источники информации, I принятые во внимание при экспертизе

4S 1. авторскзе свидетельство СССР

М 292465, кл. 0 02 В 7/00, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

9 446822 кл, G 01 и 27/46, 1972(про:тотип). Ф

4М.2

Составитель Н. Алимова

РедактОр Н. Киштулинец ТехредМ.Гергель Корректор Г.Решетник

Заказ 9701/63 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, ®-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4