CS225422B1

CS225422B1 - Indicator of the oxygen concentration in gases

Info

Publication number: CS225422B1
Application number: CS176782A
Authority: CS
Inventors: Jan Ing Lukac; Ales Doc Ing Csc Koller; Jan Michalec
Original assignee: Jan Ing Lukac; Ales Doc Ing Csc Koller; Jan Michalec
Priority date: 1982-03-15
Filing date: 1982-03-15
Publication date: 1984-02-13

Description

- 1 - 22S 422- 1 - 22S 422

Vynález sa týká snímača koncentrácie kyslíka v plynoeh za-loženého na principe koncentračného galvanického článku z pev-ného elektrolytu, u ktorého sa rieši konštrukčné prevedenleumožňujúce rychle a přesné stanovenle množstva kyslíka, napr·vo vydychovanom vzduchu·BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxygen concentration sensor in a gas electrolyte based on a solid electrolyte concentration electroplating cell, in which the design of a fast and accurate amount of oxygen, e.g.

Doposial známe riešenie podobnéj konštrukcie je uvedené včasopise J ot Appl Physilogy 23, 3, 419 - 422, 1967· Pevný ele-ktrolyt tvoří Zr 02 v tvare otvorenej trubky, ktorá je z vnú-tornej i vonkajšej strany opatřená pórovitou platinou· Vonkajšípovrch trubky je vystavený porovnávací©mu plynu o známej kon-centrácli kyslíka, napr· vzduchu a vo vnútri trubky prúdi ana-lyzovaný plyn· článok je udržiavaný pri teplote 850°C i 1°·Meria sa potenciál článku, ktorého závislost od koncentráciekyslíka je udaná Nematovou rovnicou· Nevýhoda takéhoto usporia-dania spočívá v tom, že vplyvom prietoku plynu dochádza k ochla-dzovaniu pevného elektrolytu, čo vedle k vzniku tepelných gra-dientov eposobujúclch změnu elektromotorlckej sily· Pri zvýšeníprietoku v závislosti od pracovnej teploty, dížky a hrůbky pev-ného elektrolytu stává sa signál nestabilný· Udržiavanie kon-stantně j teploty za prietoku takto konstruovaného elektrolytunie je zaručené, pretože tento je zlým vodičom tepla·A prior art solution of a similar construction is described in J ot Appl Physilogy 23, 3, 419-422, 1967 · The solid electrolyte forms Zr 02 in the form of an open tube, which is provided with porous platinum on the inside and outside. subjected to a comparative gas of known oxygen concentration, e.g., air, and an anysysed gas flowing inside the tube · the cell is maintained at 850 ° C and 1 ° · The potential of a cell whose concentration dependence on oxygen is given by Nemat's equation is measured The disadvantage of such an arrangement is that the solid electrolyte cools down due to gas flow, which in addition to the formation of thermal grains causing a change in the electric motor force. When increasing the flow rate depending on the working temperature, length and ridge of the solid electrolyte the signal becomes unstable · Maintaining a constant temperature at the flow rate of the electrolyte so constructed not guaranteed because this is a bad heat driver ·

Iné známe riešenie spočívá v tom, že medzi meraným plynoma pevným elektrolytom je pevný elektrolyt vo formě, uzavřetejtrubky a meraný plyn sa privádza do jej vnútra trubkou ústiacoupri dne· Nevýhody takéhoto usporiadania sú v značnéj závislostisignálu od prietoku, náročná výroba uzavřetej trubky a zložitákonŠtrukcia snímača·Another known solution is that between the measured gas and solid electrolyte there is a solid electrolyte in the mold, closed tubes, and the measured gas is fed into the tube through the bottom of the tube.

Nevýhody popísanýoh riešení sú odstránené snímačom konoen-trácie kyslíka v plynoeh podlá vynálezu, ktorého podstatu tvořítrubkový pevný elektrolyt opatřený predohrievacou trubkou a jeumiestnený vo vyhrievacom telese· Rovnoměrné tepelné pole vy- -2 - 225 422 tvára jednak vyhrievaoie teleso a jednak koaxiálně radiačně clo-ny· Trubkový pevný elektrolyt je opatřený na jednom konci prívo-dom meraného plynu, termočlánkom a na druhom konci sběrnými kon-taktami kyslíkového článku·The disadvantages of the solutions described are eliminated by the oxygen con- densation sensor in the gas-tube according to the invention, the essence of which is a tubular solid electrolyte provided with a pre-heating tube and disposed in the heating element. The tubular solid electrolyte is provided at one end with a measured gas inlet, a thermocouple, and at the other end oxygen cell collecting contacts.

Snímač koncentrácie kyslíka podlá vynálezu je zdrojom sta-bilného signálu i pri zvýšených prietokoch analyzovaného plynu,u ktorých doposial dochádzalo k nestabilnému, alebo nekonštan-tnému signálu· Táto vlastnost umožňuje stavbu analyzátorov ky-slíka s velkou rýchlosťou odozvy pri relativné nižších praoov-nýclKteploťách. Signál snímača je nezávislý od molarného teplameraného plynu· Stúpajúcim prietokom dochádza iba k posuvu sig-nálu k nižším hodnotám podlá lineárnej závislosti od rýchlostiohriateho plynu v predohrievacej trubke. J Příklad vyhotovenia snímača koncentrácie kyslíka v plynochpodlá vynálezu je znázorněný na připoj enom obrázku·The oxygen concentration sensor of the present invention is a source of steady state signal even at elevated flow rates of the gas to be analyzed, to which an unstable or non-constant signal has been generated. The sensor signal is independent of the molar heat of the gas. • As the flow rate increases, only the signal is shifted to lower values according to the linear dependence on the accelerated gas in the preheating tube. An example of an embodiment of an oxygen concentration sensor in the gas according to the invention is shown in the attached figure.

Trubkový pevný elektrolyt 1 vytvořený například z kysličníkazirkoničitého stabilizovaného kysličníkom vápenatým je opatřený zvnútornej i vonkajšej strany pórovitou vrstvou platiny, alebostriebra· Pájkou, například mákkým sklem je k trubkovému pevnémuelektrolytu 1 uloženému vo vyhrievacom telese 2» připojený přívodmeraného plynu 2· Vývod z trubkového pevného elektrolytu 1 jesilikonovou hadičkou spojený s membránovým Čerpadlom. Vyhrieva-cie teleso £ je v dolnej časti uzavreté uzáverom 4, v ktorom jevedený jednak přívod meraného plynu 2 a jednak termočlánok J5 snátrubkom 10 opatřeným otvorom 12, Izoláciu trubkového pevnéhoelektrolytu 1 vytvárajú koaxiálně radiačně clony 6, vnútornýplášť 2 s únom 12 a vekom 1,3, ktoré sú opatřené izolačnými vlož-kami 16. Vonkajší plášť 8 so vstupom referenčného plynu 17, vý-stupom referenčného plynu 18 a vekom vonkajšieho plášťa 14 opa-třeného zbeznými kontaktami kyslíkového článku 7 je rozoberatel-ne spojený prostředníotvom nátrubku 10 s vnútorným plášťom £·For example, a tubular solid electrolyte 1 formed of, for example, calcium oxide-stabilized calcium oxide is provided with a porous layer of platinum or stainless steel on the inside and outside of the tubular solid electrolyte 1 in the heating element 2. a tubilicon tube connected to a membrane pump. The heater body 4 is closed in the lower part by a closure 4, in which the measured gas supply 2 is provided, and the thermocouple 15 is provided with a nozzle 10 provided with an opening 12. 3, which are provided with insulating inserts 16. The outer casing 8 with the reference gas inlet 17, the reference gas outlet 18 and the outer casing cover 14 embossed by the oxygen-cell 7 contacts are detachably connected by the inner sleeve 10 with the inner casing £ ·

Vstupom referenčného plynu 17 prúdiáci referenčný plyn sadostává do okolia trubkového pevného elektrolytu 1 otvorom 11v nátrubku 10* Oddelenie referenčného prostredia od okolitejatmosféry zabezpečuje vonkajší plášť 8· Hapátie z trubkovéhopevného elektrolytu 1 je vedené k voltmetru s vysokým vstupnýmodporom cez zberné kontakty kyslíkového článku £· Ak sa zvolíako referenčný plyn suohý vzduch, připoja sa k otvorom vo von-kajšom plášti 8 sušiace náplně napr. silikágel, chlorid vápe-natý a pod. Predohrievaním plynu v přívode meraného plynu 2 o — 3 - 223 422 vnútornom priemere 1,4 mu, prie toku analyzovaného plynu 0,8 až4 l/uin· a teplota 700°0 sa pri rovnakýoh plynoch, t.j· analy-zovaného a referenčného, ustáli signál prakticky na nule· Priskokovej zmene konoentráeie kyslíka v analyzovanou plyne sa za0,1 sekundy signál ustáli na 90%· Mrtvy čas je 0,05 sekundy·Hořlavý plyn naohádzajúci sa v plyne zhorí za zodpovědajúcehozní že ni a obsahu θ2·Through the inlet of the reference gas 17, the flow reference gas settles in the vicinity of the tubular solid electrolyte 1 through the orifice 11 in the sleeve 10 * The outer shell separates the reference environment from the surrounding atmosphere. For example, as the reference gas, dry air is selected as the drying gas, e.g., silica gel, calcium chloride, and the like. By preheating the gas in the measured gas inlet 2 - 3 - 223 422 with an internal diameter of 1.4 m, the gas flow rate of 0.8 to 4 l / uin · and a temperature of 700 ° C with the same gases, ie analyzed and reference, the signal stabilizes at practically zero · The shock change of the oxygen concentration in the analyzed gas is stabilized at 90% for 0.1 seconds · The dead time is 0.05 seconds · The flammable gas coming in the gas burns down to answer that ni and θ2 ·

Snímač konoentráoie kyslíka v plynoch podlá vynálezu jemožná s výhodou využit v zdravotnictva, ale aj na kontrolu spa-Zovania, alebo na stanovenie množstva kyslíka v inertných ply-noch· Ak sa pri meraní použije oitlivý voltmeter je možná.sní-mačom stanovit i vlhkost vzduchu· V případe, že sa privádza akoreferenčný plyn kyslík, umožní snímač přesné stanovit obsahkyslíka v kyslíku·The oxygen sensor in the gases according to the invention can advantageously be used in the medical sector, but also for the control of the combustion or for the determination of the amount of oxygen in inert gases. · If oxygen is supplied to the reference gas, the sensor will allow accurate determination of oxygen content in oxygen ·

Claims

- 4 - PRBDMET V X ϊ / i B. ZO · 225 422 1 · Oxygen concentration sensor based on a principle-based galvanic cell, characterized in that a solid tube electrolyte (1) is placed in a uniform heat field that coaxially irradiates (6) to which a gas flow meter is connected 2. The oxygen concentration sensor of the gases according to claim 1, wherein the measured gas inlet is a tube made of a fireproof material.