CS247408B1

CS247408B1 - Apparatus for determining the moisture content of solid or gaseous substances

Info

Publication number: CS247408B1
Application number: CS748383A
Authority: CS
Inventors: Ales Koller; Bohumil Bernauer; Jiri Svoboda
Original assignee: Ales Koller; Bohumil Bernauer; Jiri Svoboda
Priority date: 1983-11-14
Filing date: 1983-11-14
Publication date: 1986-12-18

Abstract

Zařízení ke stanovení vlhkosti tuhých nebo plynných látek obsahuje čidlo z kyslíkových tuhých elektrolytů. Pro tento účel nebyly dosud tyto elektrolyty použity. Podstata řešení spočívá v tom, že na vstupní čidlo z kyslíkových elektrolytů, zabudované v termostatu s regulátorem teploty, je napojen mikroreaktor s programovatelným regulátorem teploty, přes konvertor vodní páry, naplněný hybridy, karbidy, organokovy nebo alkalickými kovy, na výstupní čidlo z kyslíkových, pevných elektrolytů, umístěné v termostatu, přičemž k vstupnímu čidlu a výstupnímu čidlu je připojen zapisovač nebo vyhodnocovací integrátor. Vstupní čidlo může tvořit i primární galvanický článek o stejném napětí jako elektromotorické napětí vstupního koncentračního článku.The device for determining the humidity of solid or gaseous substances contains a sensor made of oxygen solid electrolytes. These electrolytes have not been used for this purpose yet. The essence of the solution lies in the fact that a microreactor with a programmable temperature controller is connected to the input sensor made of oxygen electrolytes, built into a thermostat with a temperature controller, via a water vapor converter filled with hybrids, carbides, organometals or alkali metals, to the output sensor made of oxygen solid electrolytes, placed in the thermostat, while a recorder or an evaluation integrator is connected to the input sensor and the output sensor. The input sensor can also be formed by a primary galvanic cell with the same voltage as the electromotive voltage of the input concentration cell.

Description

Vynález se týká zařízení ke stanovení vlhkosti tuhých nebo plynných látek, obsahující čidlo z kyslíkových pevných elektrolytů.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for determining the moisture content of solid or gaseous materials, comprising an oxygen solid electrolyte sensor.

Stanoveni nízkých koncentrací vodní páry v plynech není dosud uspokojivě řešeno. Používané analytické postupy, kupříkladu infračervená spektroskopie, absorpční metody a podobně obvykle vyžadují větší množství vzorku a náročnou aparaturu. Pevné elektrolyty pro tento účel dosud nebyly využity a zatím našly uplatněni pro zjištování koncentrace kyslíku v plynech. Určování vodní páry se provádí tak, že průchodem plynů čidlem z pevného elektrolytu se určuje obsah kyslíku v plynu a podruhé se plyn nechává projít reakční trubicí naplněnou karbidem vápníku nebo jinými látkami uvolňujícími vodní parou spalitelný plyn, který při průchodu čidlem reaguje s kyslíkem. Ze sníženého 'obsahu kyslíku při druhém průchodu se počítá obsah vodní páry.The determination of low water vapor concentrations in gases is not yet satisfactorily solved. The analytical procedures used, for example infrared spectroscopy, absorption methods and the like, usually require a larger sample volume and a demanding apparatus. Solid electrolytes have not yet been used for this purpose, and have so far found use in detecting the oxygen concentration in gases. The determination of water vapor is accomplished by passing the gas through the solid electrolyte sensor to determine the oxygen content of the gas, and for the second time passing the gas through a reaction tube filled with calcium carbide or other water vapor releasing substances. The water vapor content is calculated from the reduced oxygen content in the second pass.

Nevýhody současného stavu techniky jsou odstraněny vynálezem zařízeni ke stanovení vlhkosti tuhých nebo plynných látek obsahující vstupní čidlo z tuhých kyslíkových elektrolytů a výstupní čidlo z tuhých kyslíkových elektrolytů v podobě jednoho diferenčního čidla že na vstupní čidlo zabudované společně s výstupním čidlem v termostatu je napojen mikroreaktor s programovatelným regulátorem teploty přes konvertor vodní páry naplněný látkou ze skupiny hydridů, karbidů, organokovů nebo alkalických kovů a konvertor je napojen na výstupní čidlo umístěné v termostatu, přičemž k vstupnímu čidlu a výstupnímu čidlu je připojen zapisovač nebo vyhodnocovací integrátor.Disadvantages of the prior art are eliminated by the invention of a solid or gaseous moisture determination device comprising a solid oxygen electrolyte input sensor and a solid oxygen electrolyte output sensor in the form of a single differential sensor that a programmable microreactor is connected to the input sensor integrated with the thermostat output sensor. a temperature controller via a water vapor converter filled with a hydride, carbide, organometallic or alkali metal substance, and the converter is connected to an output sensor located in a thermostat, with a recorder or evaluation integrator connected to the input sensor and output sensor.

Vstupní čidlo může tvořit primární galvanický článek o stejném napětí jako elektromotorické napětí vstupního koncentračního článku.The input sensor may be a primary galvanic cell of the same voltage as the electromotive voltage of the input concentration cell.

Výhodou vynálezu je jednoduchá konstrukce, reprodukovatelnost a přesnost stanovení. To je umožněno tím, že je použito diferenční zapojení dvou koncentračních galvanických článků se stejnou referenční látkou za shodných podmínek. Tím jsou eliminovány vlivy změny obsahu kyslíku v nosném plynu, změny, jeho tlaku nebo velikosti průtoku nebo kolísání teploty v termostatu na výsledky stanovení. Další předností je, že je možné stanovit i velmi malé množství vody. Samotné uspořádání je tak jednoduché, že se v laboratoři snadno sestaví.The advantage of the invention is the simple construction, reproducibility and precision of the assay. This is made possible by using a differential connection of two concentration galvanic cells with the same reference substance under the same conditions. This eliminates the effects of a change in the oxygen content of the carrier gas, a change, its pressure or flow rate, or temperature fluctuations in the thermostat on the assay results. Another advantage is that it is possible to determine a very small amount of water. The arrangement itself is so simple that it is easy to assemble in the laboratory.

Princip zařízení spočívá v tom, že se použijí dvě trubice z tuhého elektrolytu, které jsou propojeny za sebou a napětí se snímá diferenčně, přičemž obě trubice jsou umístěny v jedné termostatované pícce. Voda uvolněná ze vzorku do nosného plynu zreaguje v konvertoru na spalitelné plyny, tj. vodík nebo uhlovodíky, které se pak v měrné detekční trubici zoxidují, přičemž úbytek kyslíku se projeví významnou změnou potenciálu měrné trubice. Pro kvantitativní měření je třeba sestavit kalibrační graf, kde se vynáší plocha píku proti odpovídajícímu známému množství uvolněné vody do nosného plynu. Závislost jé v širokém rozsahu koncentrací lineární. Neznámý obsah vlhkosti v měřeném vzorku je pak odečítán z kalibračního grafu.The principle of the device consists in using two tubes of solid electrolyte, which are connected in series and the voltage is sensed differently, both tubes being placed in one thermostatic furnace. The water released from the sample into the carrier gas is converted into a combustible gas converter, i.e., hydrogen or hydrocarbons, which are then oxidized in the specific detection tube, with the oxygen drop resulting in a significant change in the specific measurement tube potential. For quantitative measurements, a calibration graph should be constructed where the area of the peak is plotted against the corresponding known amount of water released into the carrier gas. The dependence is linear over a wide range of concentrations. The unknown moisture content of the measured sample is then read from the calibration graph.

Vynález bude blíže vysvětlen a popsán na příkladu možného provedeni s použitím dvou výkresů, kde představuje obr. 1 schéma zařízení pro měření vlhkosti tuhých látek a obr. 2 graf desorpce vodní páry z 2,2 mg práškového pentahydrátu síranu mědnatého, nosný plyn dusík s 2 . 10“⁶ obj. % kyslíku, průtok 4 ml/s, konvertor hydrid litný. Pro studium kinetiky rozkladu CuSO^ . 5HjO bylo sestaveno zařízení tímto způsobem:BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram of a solid moisture measurement device; and FIG. . 10 ^{6 6} vol% oxygen, flow rate 4 ml / s, lithium hydride converter. To study the kinetics of CuSO4 decomposition. The 5H 10 was assembled as follows:

Dvě trubice z tuhého elektrolytu, například kysličníku zirkoničitého s 15 mol % kysličníku vápenatého, tvoří vstupní čidlo 2 ^a výstupní čidlo 2 ^a jsou umístěny v termostatu 2 tvořeném píckou a udržovány na teplotě 800 °C. Teplota je měřena termočlánkem 10, ^na konstant ní hodnotě je udržována regulátorem 2 teploty.Two tubes of solid electrolyte, for example zirconia with 15 mol% calcium oxide, form the inlet sensor 2 ^{and the} outlet sensor 2 ^and are placed in a thermostat 2 formed by an oven and maintained at 800 ° C. The temperature is measured by thermocouple 10, maintained ^{at a} constant value by the temperature controller 2.

••

Vstupním čidlem .1 byl veden nosný plyn dusík rychlostí 4 ml/s s koncentrací kyslíku . 10 θ obj. %. Nosný plyn byl pak veden do mikroreaktoru 2, kde se.prováděl rozklad CuSO^ .Nitrogen carrier gas was passed through inlet sensor 1 at a rate of 4 ml / s with oxygen concentration. 10% vol. The carrier gas was then fed to a microreactor 2 where CuSO4 decomposition was performed.

. 5 H^O. Vnitřní objem reakčního prostoru mikroreaktoru 2. byl 5 ml a objem spojovacích trubic mezi mikroreaktorem 2_ a měrnou trubicí činil 3 ml. Teplota mikroreaktoru 2_ lineárně stoupala a byla řízena programovatelným regulátorem T_ s termočlánkem jj. Vodní pára vzniklá rozkladem se vedla do konvertoru 3, naplněného 1 ml práškového LiH a udržována na pokojové teplotě proudem vzduchu. Reakcí mezi vodní párou a hydridem litnatým (LiH) vznikl vodík, který se převáděl nosným plynem do výstupního čidla 2 umístěného společně se vstupním čidlem 2 ^v termostatu ji. Elektrický výstup elektromotorické napětí EMN z obou čidel 2» A 6yl zapojen diferenčně. Zapisovačem 8 se zaznamenával pouze rozdíl elektromotorického napětí, který je mírou přítomnosti vodní páry. Jak vyplývá z obr.2, průběh změny diference elektromotorického napětí detektoru vykazuje v případě dehydratace CuSO^. 5 HgO dvě ostrá maxima, která naznačují, že v pentahydrátu CuSO^ je voda vázána různými energiemi.. 5 H 2 O. The internal volume of the reaction space of the microreactor 2 was 5 ml and the volume of the connecting tubes between the microreactor 2 and the measuring tube was 3 ml. The temperature of the microreactor 2 increased linearly and was controlled by a programmable controller T with a thermocouple. The water vapor produced by the decomposition was fed to a converter 3 filled with 1 ml of LiH powder and kept at room temperature with an air stream. The reaction between water vapor and lithium hydride (LiH) produced hydrogen, which was transferred by the carrier gas to the outlet sensor 2 located together with the inlet sensor 2 ^{in the} thermostat. The electrical output of the EMN from both sensors 2 »A 6yl is connected differently. Only the difference in electromotive force, which is a measure of the presence of water vapor, was recorded with the recorder 8. As can be seen from FIG. 2, the change in the electromotive voltage difference of the detector shows CuSO4 in case of dehydration. 5 HgO two sharp maxima, which indicate that in the pentahydrate CuSO4, water is bound by different energies.

Vynález může být použit při stanovení vodní páry v plynech, a to i v malých množstvích, které byly uvolněny do nosného plynu z látek, kde byly chemicky nebo fyzikálně vázány. Je však také možné dávkování i jiných plynů do nosného média. Uvolnění vody může být provedeno termickým rozkladem látek nebo chemickou reakcí. Metoda je vhodná i pro určování absorbované vlhkosti. V praxi to znamená možnost využití nejen sledování kinetiky chemických reakcí látek, ale i pro určování vlhkosti tuhých látek a stanovení ztráty vlhkosti žíháním.The invention can be used to determine water vapor in gases, even in small amounts that have been released into the carrier gas from substances where they have been chemically or physically bound. However, it is also possible to meter other gases into the carrier medium. Water can be released by thermal decomposition or by chemical reaction. The method is also suitable for determining absorbed moisture. In practice this means the possibility to use not only the kinetics of chemical reactions of substances, but also for determination of moisture of solids and determination of moisture loss by annealing.

Claims

Apparatus for determining the moisture content of solid or gaseous substances comprising a solid oxygen electrolyte inlet sensor and a solid oxygen electrolyte outlet sensor in the form of a single differential sensor, characterized in that a thermistor (6) is mounted on the inlet sensor (1) together with the outlet sensor (4). ) the microreactor (2) is connected to the programmable controller. (7) temperature, via a converter (3) water vapor filled with a hydride, carbide, organometallic or alkali metal substance and the converter is connected to an output sensor located in the thermocouple (6), and to an input sensor (1j and output sensor (4)) a recorder or evaluation integrator (8) is connected.