CS224577B1

CS224577B1 - Cennexion for oxide measurement in gases performed by hersch trielectrode cell

Info

Publication number: CS224577B1
Application number: CS246481A
Authority: CS
Inventors: Alois Rndr Vybiral
Original assignee: Alois Rndr Vybiral
Priority date: 1981-04-02
Filing date: 1981-04-02
Publication date: 1984-01-16

Description

Vynález se týká zapojení k měření obsahu kyslíku v plynech tříelektrodovým Herschovým článkem.The invention relates to a circuit for measuring the oxygen content of gases by a three-electrode Hersch cell.

Jedním ze známých zapojení k měření kyslíku v plynech je zapojení založené na principu Herschova galvanického článku. Původní Herschův článek je sestaven ze dvou elektrod ponořených do alkalického elektrolytu, např. vodního roztoku hydroxidu draselného. Katodou článku je elektroda zhotovená z ušlechtilého kovu, obvykle ze stříbra, která pracuje jako elektroda citlivá na obsah kyslíku v plynu. Anodou článku je elektroda z neušlechtilého kovu, např. z olova, který se při práci článku elektrochemicky oxiduje. Měřenou veličinou, závisející na obsah kyslíku v plynu, je elektrický proud, který je vyráběn Herschovým článkem při redukci kyslíku na katodě Herschova článku. Elektrický proud vyráběný článkem se měří nízkoohmovým měřícím přístrojem připojeným mezi elektrody článku.One known connection for measuring oxygen in gases is a connection based on the principle of Hersch galvanic cell. The original Hersch cell consists of two electrodes immersed in an alkaline electrolyte, such as an aqueous solution of potassium hydroxide. The cathode of the cell is an electrode made of a noble metal, usually silver, which acts as an electrode sensitive to the oxygen content of the gas. The anode of the cell is a non-noble metal electrode, such as lead, which is electrochemically oxidized during operation of the cell. The measured quantity, depending on the oxygen content of the gas, is the electric current produced by the Hersch cell during the reduction of oxygen at the cathode of the Hersch cell. The current produced by the cell is measured by a low ohmic meter connected between the cell electrodes.

Nevýhodou tohoto zapojení původního Herschova článku je postupná ztráta jeho citlivosti při dlouhodobém použití, zvláště při vyšší koncentraci kyslíku v plynu, následkem znečištění elektrod málo rozpustnými zplodinami anodické oxidace. Nevýhodu malé životnosti původního Herschova článku odstraňuje modifikovaný Herschův článek s třemi elektrodami ve spojení s vhodným elektronickým obvodem. Tříelektrodový Herschův článek obsahuje kromě elektrod galvanického článku pomocnou elektrodu, která je zhotovena z inertního kovu, např. z platiny, a je ponořena do elektrolytu společného všem třem elektrodám. Obsah kyslíku při měření tříelektrodovým Herschovým článkem se vyhodnocuje vhodným elektronickým obvodem, který je zapojen do vnějšího okruhu mezi elektrodami.The disadvantage of this connection of the original Hersch cell is the gradual loss of its sensitivity during long-term use, especially at higher oxygen concentration in the gas, due to contamination of the electrodes with poorly soluble products of anodic oxidation. The disadvantage of the low lifetime of the original Hersch cell is eliminated by a modified Hersch cell with three electrodes in conjunction with a suitable electronic circuit. The three-electrode Hersch cell contains, in addition to the electrodes of the galvanic cell, an auxiliary electrode which is made of an inert metal such as platinum and is immersed in an electrolyte common to all three electrodes. The oxygen content of the three-electrode Hersch cell measurement is evaluated by a suitable electronic circuit that is connected to the outer circuit between the electrodes.

Ί'Ί '

224 577224 577

Ve stávajících zapojeních je do vnějšího okruhu tříelek-fcrodového Herschová článku zapojen napěťový zesilovač s velkým vstup ním a s malým výstupním odporem. Svorkové napětí mezi anodou člán ku, která je připojena ke vstupní svorce zesilovače, a katodou článku, která je připojena ke společné svorce zesilovače, je prak ticky rovno napětí Herschová článku naprázdno. Následkem velkého vstupního odporu zesilovače teče anodou článku mnohem menší proud než katodou článku. Proto je opotřebení anody Článku mnohem menší než u původního Herschova článku a životnost Herschova článku je takto podstatně prodloužena.In the existing wiring, a voltage amplifier with a large input and a low output resistance is connected to the outer circuit of the three-wire Hersch cell. The terminal voltage between the cell anode that is connected to the amplifier input terminal and the cell cathode that is connected to the common amplifier terminal is practically equal to the Hersch cell's no-load voltage. Due to the high input resistance of the amplifier, the cell anode flows much less than the cell cathode. Therefore, the anode wear of the cell is much less than that of the original Hersch cell and the lifetime of the Hersch cell is thus substantially extended.

Nevýhodou stávajících zapojení je, že Herschův galvanický článek pracuje do velkého zatěžovacího odporu na vstupu zesilovače. Následkem toho je průběh stupnice měřícího přístroje M nelineární a odezva na změny koncentrace kyslíku pomalejší než u zapojení původního Herschova článku.The disadvantage of existing wiring is that the Hersch galvanic cell operates to a large load resistance at the amplifier input. As a result, the scale of the M meter is non-linear and the response to changes in oxygen concentration is slower than that of the original Hersch cell.

Tyto nevýhody odstraňuje zapojení k měření kyslíku v plynech tříelektrodovým Herschovým článkem podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že ve vnějším obvodu článku je zapojen zesilovač se J»aiýí4 vstupním odporem, řádově jednotky ohmů, s výstupním odporem, řádově tisíce ohmů, a s proudovým zesílením -1 Katoda článku je připojena ke vstupní svorce zesilovače, anoda článku je připojena ke společné svorce zesilovače a pomocná elektroda je připojena k výstupní svorce zesilovače.These drawbacks are eliminated by the gas-oxygen circuit of the three-electrode Hersch cell of the present invention. SUMMARY OF THE INVENTION In the outer circuit of the cell, an amplifier with an input resistance, of the order of ohms, with an output resistance of the order of thousands of ohms, and with a current gain of -1 is connected to the amplifier input terminal. connected to the common amplifier terminal and the auxiliary electrode is connected to the amplifier output terminal.

Výhodou tohoto zapojení je, že Herschův článek pracuje prakticky do zkratu vzhledem k malému vstupnímu odporu zesilovače B. Následkem toho je průběh stupnice koncentrace měřícího přístroje M lineární. Kalibrace Herschova článku je proto velmi jednoduchá a časově nenáročná. Výhodou zapojení p«dle vynálezu dále je, že zachovává původní rychlost odezvy původního Herschova článku.The advantage of this circuit is that the Hersch cell operates practically short-circuited due to the low input resistance of amplifier B. Consequently, the course of the M meter concentration scale is linear. Calibration of Hersch's cell is therefore very simple and time-saving. An advantage of the invention according to the invention is further that it maintains the original response rate of the original Hersch cell.

Známý stav techniky a zapojení podle vynálezu je znázorněno na přiloženém výkresu, kde na obr. 1 je stávající zapojení k měření kyslíku v plynech tříelektrodovým Herschovým článkem a na obr. 2 je zapojení k měření kyslíku v plynech tříelektrodovým Herschovým článkem podle vynálezu.The prior art and circuit according to the invention is illustrated in the accompanying drawing, in which Fig. 1 is an existing circuit for measuring oxygen in gases by a three-electrode Hersch cell and Fig. 2 is an circuit for measuring oxygen in gases by a three-electrode Hersch cell according to the invention.

Do vnějšího okruhu tříelektrodového Herschova článku podle obr. 1 je zapojen zesilovač A vyznačující se velkým vstupním odporem, řádově tisíce ohmů, a malým výstupním odporem, řádově desítky ohmů. Anoda článku 2 je zapojena na vstupní svorku % zesi3224 577 lovače, katoda článku £ je připojena na společnou zemněnou svorku zesilovače 6. Na výstupní svorku zesilovače 7 je připojen jeden pól měřícího přístroje M, jehož druhý pól je připojen k pomocné elektrodě 4. V tomto zapojení je na vstup zesilovače A připojeno napětí U>j Herschova článku, které závisí na koncentraci kyslíku v plynu? Vzhledem k velkému vstupnímu odporu zesilovače A je napětí prakticky totožné s napětím Herschova článku naprázdno. Z Herschova článku je odebírán pouze malý proud I- nutný pro správnou funkci zesilovače A. Z výstupní svorky zesilovače 7 teče přes měřící přístroj M pomocnou elektrodou 4 a elektrolytem do katody článku 2 proud Ig, který závisí na napětí vztahem I₂ = kU>|. Koncentrace Tiyslíku v plynu se odečítá na měřícím přístroji M, jehož stupnice je ocejchována v jednotkách koncentrace kyslíku v plynu. Protože anodou článku 2 v tomto zapojení protéká pouze proud , který je mnohonásobně menší než měřený proud I2 ^a je stejnéhčTsměru jako proud Ι2» dochází k znečišťování elektrod Herschova článku ve značné“menší míře než u původního Herschova článku a životnost Herschova článku je takto podstatně prodloužena.The external circuit of the three-electrode Hersch cell of FIG. 1 is connected to an amplifier A having a large input resistance, of the order of thousands of ohms, and a small output resistance, of the order of tens of ohms. The anode of the cell 2 is connected to the input terminal% of the amplifier 6, the cathode of the cell 6 is connected to the common ground terminal of the amplifier 6. The output terminal of the amplifier 7 is connected to one pole of the measuring instrument M, the other pole is connected to the auxiliary electrode 4. wiring is connected to the input of amplifier A connected voltage U> j Hersch cell, which depends on the concentration of oxygen in the gas? Due to the large input resistance of the amplifier A, the voltage is practically identical to the open-circuit voltage of the Hersch cell. From Herschova article is drawn only little current I- necessary for proper function of the amplifier A from the output terminal 7 of the amplifier flowing through the meter M auxiliary electrode 4 and the electrolyte in the cathode cell current Ig 2, which depends on the voltage relation of _I2 = kU> | . The concentration of Oxygen in the gas is read on a measuring instrument M whose scale is calibrated in units of oxygen concentration in the gas. Since the current of the cell 2 in this circuit is only a current that is many times smaller than the measured current I2 ^and is the same direction as the current »2 », the electrodes of the Hersch cell are polluted to a much smaller extent than the original Hersch .

Zapojení k měření kyslíku v plynech tříelektrodovým Herschovým článkem podle vynálezu je znázorněno na obr. 2. Do vnějšího okruhu tříelektrodového Herschova článku je zapojen zesilovač B vyznačující se malým vstupním odporem, řádově jednotky ohmů, a velkým výstupním odporem, řádově tisíce ohmů. Katoda článku 3 je připojena na vstupní svorku zesilovače anoda článku 2 je připojena na společnou zemněnou svorku zesilovače 6. Na výstupní svorku zesilovače 2 připojen jeden pól měřicího přístroje M, jehož druhý pól je připojen k pomocné elektrodě 4. V tomto zapojení teče do vstupu zesilovače B z Herschova galvanického článku proud úměrný koncentraci kyslíku v plynu. Vzhledem k malému vstupnímu odporu zesilovače B je proud prakticky roven zkratovému proudu Herschova článku, Z výstupná“svorky zesilovače 2 teče přes měřicí přístroj M pomocnou elektrodou 4 elektrolytem 1. do anody článku 2 proud Ig» který závisí na vstupním proudili I-, vztahem » -I-j. Koncenťřace kyslíku v plynu se odečítá přímo na měřicím přístroji M, jehož stupnice je ocejchována v jednotkách koncentrace kyslíku v plynu. Protože převodová funkce zesilovače je taková, že výstupní proud 3e roven vstupnímu proudu I.j, je však opačného směru, jsou proudy tekoucí anodou článku 2The circuit for measuring oxygen in gases by a three-electrode Hersch cell according to the invention is shown in Fig. 2. An amplifier B having a low input resistance, on the order of ohms, and a large output resistance, on the order of thousands of ohms, is connected to the outer circuit of the three-electrode Hersch cell. The cathode of the cell 3 is connected to the input terminal of the amplifier and the anode of the cell 2 is connected to the common ground terminal of the amplifier 6. One pole of the M measuring instrument is connected to the output terminal of the amplifier 2, the other pole is connected to the auxiliary electrode 4. B a current proportional to the oxygen concentration in the gas from the Hersch galvanic cell. Due to the small input resistance of amplifier B, the current is practically equal to the short-circuit current of the Hersch cell, the Z output of the amplifier 2 flows through the M meter via the auxiliary electrode 4 through electrolyte 1. -Ij. The oxygen concentration in the gas is read directly on the measuring instrument M, whose scale is calibrated in units of oxygen concentration in the gas. Since the conversion function of the amplifier is such that the output current 3e is equal to the input current Ij, but in the opposite direction, the currents flowing through the anode of cell 2

224 577 vykompenzovány. Anoda článku 2 je proudem I₂ kontinuálně regenerována ve stejném rozsahu, v jakém dochází k”její degradaci proudem při práci Herschova galvanického článku. Kontinuální regenerací anody článku je dosaženo teoreticky neomezené životnosti Herschova článku při zachování konstantní citlivosti.224 577 compensated. The anode of the cell 2 is continuously regenerated by the current I ₂ to the same extent as it is degraded by the current during the operation of the Hersch galvanic cell. Continuous cell anode regeneration achieves a theoretically unlimited lifetime of the Hersch cell while maintaining a constant sensitivity.

Zapojení k měření kyslíku v plynech^dle vynálezu je možno s výhodou uplatnit v provozech, kde je nutno průběžně sledovat 'obsah kyslíku v plynu, a to od stopových množství až do 1 % kyslíku a více. Zapojení^dle vynálezu zajišíuje přesnost tohoto měření na i 2 % po dobu nejméně 3 let bez nutnosti čištění a výměny elektrod a opětovného cejchování. Měření kyslíku se zapojením |tídle vynálezu je nenáročné na obsluhu a vyznačuje se snadným cejchováním vyplývajících z lineárního vztahu mezi koncentrací kyslíku v plynu a měřeným elektrickým signálem. Herschův článek může mít při tom jednoduchou kompaktní, popřípadě nerozebíratelnou konstrukci vhodnou pro průmyslové použití, vyplývající z jeho nepatrného opotřebení během provozu.The oxygen gas measurement circuit according to the invention can be advantageously applied in plants where the oxygen content of the gas needs to be monitored continuously from trace amounts up to 1% oxygen and more. The wiring according to the invention ensures an accuracy of this measurement of up to 2% for at least 3 years without the need to clean and replace the electrodes and re-calibrate. The oxygen measurement with the wiring of the invention is easy to operate and is characterized by easy calibration resulting from the linear relationship between the oxygen concentration in the gas and the measured electrical signal. Here, the Hersch cell can have a simple compact or non-detachable structure suitable for industrial use resulting from its low wear during operation.

Claims

Circuit for measuring oxygen in gases by a three-electrode Hersch cell, characterized in that in the outer circuit of the cell is connected an amplifier (33) with input resistance, on the order of one ohms, with output resistance, on the order of thousands of ohms, and with current amplification -1, 3) is connected to the input terminal of the amplifier (5), the anode of the cell (2) is connected to the common terminal of the amplifier (6) and the auxiliary electrode (4) is connected to the output terminal of the amplifier (7).