CN104165904A - 在线检测高温气相水分浓度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水分检测技术领域，具体涉及一种在线检测高温气相水分浓度的方法。本发明所述的方法是以钙钛矿型固体金属氧化物ABO3为检测单元，其中，A为钙或钡中的一种或多种，B为钛、锆或铈中的一种或多种。该检测单元的制备是将金属盐用溶胶凝胶自燃法制得前驱体，前驱体在箱式炉中进行300-500℃焙烧得到氧化物粉体，粉体再球磨筛分得到100-200目的粉末，然后在5-10MPa下压片成型，在1000-1500℃下，焙烧10-20小时，得到钙钛矿型固体金属氧化物膜片，在膜片的两侧分别连接导线，并使用绝缘胶密封一侧，将两侧导线导出，连接到电位计即可。本发明的检测单元可以将水蒸气浓度直接转化为电信号，有利于信号的传输和计算，能够实现在线检测。

Description

在线检测高温气相水分浓度的方法
技术领域
本发明涉及水分检测技术领域，具体涉及一种在线检测高温气相水分浓度的方法。
背景技术
水蒸汽是一种普遍存在的物质，广泛存在于化学工程，环境工程，能源工程，太阳能和燃料电池等相关领域中。比如火力发电厂烟道气中就含有一定量的水汽，水汽的含量对后续除尘，换热过程有很大的影响；在合成气的生产工艺中，水汽的含量对合成气的生产具有重要的影响；而在燃料电池工业中，水蒸气在气相中的含量对电势的电流具有重要影响。
因此为了能够充分的掌握生产设备，各种生产工作的状态，控制生产参数，优化生产过程，需要充分了解气相中水蒸汽的含量和浓度。气相中水蒸气的浓度对化工生产过程生产条件的控制，产品纯度的提高有重要的意义。
目前，对气相中水蒸气的检测方法主要集中在中低温条件下(-20摄氏度至250摄氏度)，如重量法，冷凝法和露点法，而对于高温(500摄氏度以上)下水汽浓度的测定缺少在线实时检测的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种在线检测高温气相水分浓度的方法，可以将水蒸气浓度直接转化为电信号，实时在线测定500-1200℃高温气相中水蒸气的含量，水蒸气分压测定范围在0-5atm，分辨率达到1pa。
本发明所述的在线检测高温气相水分浓度的方法，是以钙钛矿型固体金属氧化物ABO3为检测单元。
优选的技术方案如下：
ABO3中，A为钙或钡中的一种或多种，B为钛、锆或铈中的一种或多种。金属氧化物ABO3可以为钇和/或镓的掺杂物，掺杂量占B总摩尔数的10-25％。
所述的钙钛矿型固体金属氧化物ABO3检测单元的形状可以为片型、碗型或空心圆柱型。
钙钛矿型固体金属氧化物ABO3检测单元两侧，一侧开放，一侧绝缘密封。
进行检测时，检测单元的工作温度为500-1200℃，水蒸气分压测定范围在0-5atm。
所述检测单元可以灵敏的测定高温气相中水蒸气的含量，水蒸气分压的分辨率达到1pa。
所述检测单元具体制备步骤如下：
将金属盐用溶胶凝胶自燃法制得前驱体，对前驱体进行300-500℃焙烧得到氧化物粉体，粉体再球磨筛分得到100-200目的粉末，然后在5-10MPa下压片成型，在1000-1500℃下，焙烧10-20小时，得到钙钛矿型固体金属氧化物膜片，在膜片的两侧分别连接导线，可以使用多孔电极连接导线，并使用绝缘胶密封一侧，将两侧导线导出，连接到电位计即可。
在线检测高温气相水分浓度时，将该检测单元直接放入高温气相水分中检测即可。
本发明的有益效果如下：
与现有水蒸气检测方法相比，能够实现高温气相水分浓度的实时在线检测，其水蒸气分压测定范围大，分辨率达到1pa。本发明的检测单元可以将水蒸气浓度直接转化为电信号，有利于信号的传输和计算；本发明方法简单、使用方便、应用范围广。
附图说明
图1是检测单元结构示意图；
图2是实施例1检测单元测得的电压-时间曲线图；
图3是700℃水蒸气分压-电压曲线图；
图中：1、钙钛矿型固体金属氧化物膜片；2、绝缘胶密封层。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
1、制备膜片：
将硝酸钡、硝酸铈、硝酸钇按照摩尔比1：0.9：0.1的比例混合，用溶胶凝胶自燃法制得前驱体，前驱体于箱式炉中400℃下焙烧得到氧化物粉体，粉体在球磨筛分之后得到150目的粉体，在6MPa下压片成型。在1500℃下，焙烧15小时，得到钙钛矿型固体金属氧化物膜片。
2、组装检测单元：
在该膜片的两侧分别连接导线，并使用绝缘胶密封一侧。将两侧导线导出，并连接上电位计。如图1所示。
3、测量结果：
将组装好的检测单元，置于700℃气相中，通入一定分压的水蒸气，得到图2所示的电压-时间曲线。电压曲线的最大值为0.018伏特。根据700℃水蒸气分压-电压曲线图(图3)可知，气相中水蒸气分压为463帕，根据水蒸气分压即可计算出水蒸气浓度。
实施例2
1、制备膜片：
使用硝酸钡、硝酸铈、硝酸钇按照摩尔比1：0.8：0.2的比例混合，用溶胶凝胶自燃法制得前驱体，前驱体于箱式炉中400℃下焙烧得到氧化物粉体，粉体在球磨筛分之后得到200目粉末，在5Mpa下压片成型。在1500℃下，焙烧15小时，得到钙钛矿型固体金属氧化物膜片。
2、组装检测单元：
在该膜片的两侧分别连接导线，并使用绝缘胶密封一侧。将两侧导线导出，并连接上电位计。如图1所示。
3、测量结果：
将组装好的检测单元，置于800℃气相中，通入一定分压的水蒸气，得到类似图2所示的曲线。电压曲线的最大值为0.014伏特，根据800℃下的水蒸气分压-电压曲线图可知，气相中水蒸气分压为352帕，根据水蒸气分压即可计算出水蒸气浓度。
实施例3
1、制备膜片：
使用硝酸钡、硝酸铈、硝酸镓按照摩尔比1：0.9：0.14的比例混合，用溶胶凝胶自燃法制得前驱体，前驱体于箱式炉中400℃下焙烧得到氧化物粉体，粉体在球磨筛分之后得到200目粉末，在5MPa下压片成型。在1500℃下，焙烧15小时，得到钙钛矿型固体金属氧化物膜片。
2、组装检测单元：
在该膜片的两侧分别连接导线，并使用绝缘胶密封一侧。将两侧导线导出，并连接上电位计。如图1所示。
3、测量结果：
将组装好的检测单元，置于750℃气相中，通入一定分压的水蒸气，得到类似图2所示的曲线。电压曲线的最大值为0.016伏特，根据750℃下的水蒸气分压-电压曲线图可知，气相中水蒸气分压为382帕，根据水蒸气分压即可计算出水蒸气浓度。
实施例4
1、制备膜片：
使用硝酸钡、硝酸铈、硝酸镓，按照摩尔比1：0.8：0.2的比例混合，用溶胶凝胶自燃法制得前驱体，前驱体于箱式炉中400℃下焙烧得到氧化物粉体，粉体在球磨筛分之后得到200目粉末，在5MPa下压片成型。在1500℃下，焙烧15小时，得到钙钛矿型固体金属氧化物膜片。
2、组装检测单元：
在该膜片的两侧分别连接导线，并使用绝缘胶密封一侧。将两侧导线导出，并连接上电位计。如图1所示。
3、测量结果：
将组装好的检测单元，置于1000℃气相中，通入一定分压的水蒸气，得到类似图2所示的曲线。电压曲线的最大值为0.016伏特，根据1000℃下的水蒸气分压-电压曲线图可知，气相中水蒸气分压为456帕，根据水蒸气分压即可计算出水蒸气浓度。
实施例5
1、制备膜片：
使用硝酸钡、硝酸铈、硝酸锆，按照摩尔比1：0.8：0.2的比例混合，用溶胶凝胶自燃法制得前驱体，前驱体于箱式炉中400℃下焙烧得到氧化物粉体，粉体在球磨筛分之后得到200目粉末，在5MPa下压片成型。在1500℃下，焙烧15小时，得到钙钛矿型固体金属氧化物膜片。
2、组装检测单元：
在该膜片的两侧分别连接导线，并使用绝缘胶密封一侧。将两侧导线导出，并连接上电位计。如图1所示。
3、测量结果：
将组装好的检测单元，置于1200℃气相中，通入一定分压的水蒸气，得到类似图2所示的曲线。电压曲线的最大值为0.012伏特，根据1200℃下的水蒸气分压-电压曲线图可知，气相中水蒸气分压为174帕，根据水蒸气分压即可计算出水蒸气浓度。
实施例6
1、制备膜片：
使用硝酸钙、硝酸铈、硝酸镓按照摩尔比1：0.8：0.2的比例混合，用溶胶凝胶自燃法制得前驱体，前驱体于箱式炉中400℃下焙烧得到氧化物粉体，粉体在球磨筛分之后得到200目粉末，在5MPa下压片成型。在1500℃下，焙烧15小时，得到钙钛矿型固体金属氧化物膜片。
2、组装检测单元：
在该膜片的两侧分别连接导线，并使用绝缘胶密封一侧。将两侧导线导出，并连接上电位计。如图1所示。
3、测量结果：
将组装好的检测单元，置于900℃气相中，通入一定分压的水蒸气，得到类似图2所示的曲线。电压曲线的最大值为0.019伏特，根据900℃下的水蒸气分压-电压曲线图可知，气相中水蒸气分压为212帕，根据水蒸气分压即可计算出水蒸气浓度。
实施例7
1、制备膜片：
使用硝酸钡、硝酸锆、硝酸镓按照摩尔比1：0.8：0.2的比例混合，用溶胶凝胶自燃法制得前驱体，前驱体于箱式炉中400℃下焙烧得到氧化物粉体，粉体在球磨筛分之后得到200目粉末，在5MPa下压片成型。在1500℃下，焙烧15小时，得到钙钛矿型固体金属氧化物膜片。
2、组装检测单元：
在该膜片的两侧分别连接导线，并使用绝缘胶密封一侧。将两侧导线导出，并连接上电位计。如图1所示。
3、测量结果：
将组装好的检测单元，置于600℃气相中，通入一定分压的水蒸气，得到类似图2所示的曲线。电压曲线的最大值为0.013伏特，根据600℃下的水蒸气分压-电压曲线图可知，气相中水蒸气分压为359帕，根据水蒸气分压即可计算出水蒸气浓度。
实施例8
1、制备膜片：
使用硝酸钡、硝酸钛、硝酸镓按照摩尔比1：0.8：0.2的比例混合，用溶胶凝胶自燃法制得前驱体，前驱体于箱式炉中350℃下焙烧得到氧化物粉体，粉体在球磨筛分之后得到200目粉末，在10MPa下压片成型。在1200℃下，焙烧18小时，得到钙钛矿型固体金属氧化物膜片。
2、组装检测单元：
在该膜片的两侧分别连接导线，并使用绝缘胶密封一侧。将两侧导线导出，并连接上电位计。如图1所示。
3、测量结果：
将组装好的检测单元，置于650℃气相中，通入一定分压的水蒸气，得到类似图2所示的曲线。电压曲线的最大值为0.017伏特，根据650℃下的水蒸气分压-电压曲线图可知，气相中水蒸气分压为352帕，根据水蒸气分压即可计算出水蒸气浓度。
实施例9
1、制备膜片：
使用硝酸钡、硝酸钛、硝酸钇按照摩尔比1：0.8：0.2的比例混合，用溶胶凝胶自燃法制得前驱体，前驱体于箱式炉中500℃下焙烧得到氧化物粉体，粉体在球磨筛分之后得到200目粉末，在8MPa下压片成型。在1000℃下，焙烧20小时，得到钙钛矿型固体金属氧化物膜片。
2、组装检测单元：
在该膜片的两侧分别连接导线，并使用绝缘胶密封一侧。将两侧导线导出，并连接上电位计。如图1所示。
3、测量结果：
将组装好的检测单元，置于1100℃气相中，通入一定分压的水蒸气，得到类似图2所示的曲线。电压曲线的最大值为0.021伏特，根据1100℃下的水蒸气分压-电压曲线图可知，气相中水蒸气分压为223帕，根据水蒸气分压即可计算出水蒸气浓度。

Claims (7)

1.一种在线检测高温气相水分浓度的方法，其特征在于：以钙钛矿型固体金属氧化物ABO3为检测单元。
2.根据权利要求1所述的在线检测高温气相水分浓度的方法，其特征在于：A为钙或钡中的一种或多种，B为钛、锆或铈中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的在线检测高温气相水分浓度的方法，其特征在于：金属氧化物ABO3为钇和/或镓的掺杂物，掺杂量占B总摩尔数的10-25％。
4.根据权利要求1所述的在线检测高温气相水分浓度的方法，其特征在于：钙钛矿型固体金属氧化物ABO3检测单元的形状为片型、碗型或空心圆柱型。
5.根据权利要求4所述的在线检测高温气相水分浓度的方法，其特征在于：钙钛矿型固体金属氧化物ABO3检测单元两侧，一侧开放，一侧绝缘密封。
6.根据权利要求1所述的在线检测高温气相水分浓度的方法，其特征在于：钙钛矿型固体金属氧化物ABO3检测单元的工作温度为500-1200℃，水蒸气分压测定范围在0-5atm。
7.根据权利要求1-6任一所述的在线检测高温气相水分浓度的方法，其特征在于：钙钛矿型固体金属氧化物ABO3检测单元的制备步骤如下：
将金属盐用溶胶凝胶自燃法制得前驱体，对前驱体进行300-500℃焙烧得到氧化物粉体，粉体再球磨筛分得到100-200目的粉末，然后在5-10MPa下压片成型，在1000-1500℃下，焙烧10-20小时，得到钙钛矿型固体金属氧化物膜片，在膜片的两侧分别连接导线，并使用绝缘胶密封一侧，将两侧导线导出，连接到电位计即可。
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