KR20170102493A - 액체 및 가스 매체 내의 수소를 감지하는 센서 - Google Patents

액체 및 가스 매체 내의 수소를 감지하는 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR20170102493A
KR20170102493A KR1020177019580A KR20177019580A KR20170102493A KR 20170102493 A KR20170102493 A KR 20170102493A KR 1020177019580 A KR1020177019580 A KR 1020177019580A KR 20177019580 A KR20177019580 A KR 20177019580A KR 20170102493 A KR20170102493 A KR 20170102493A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensing element
ceramic sensing
ceramic
bushing
plug
Prior art date
Application number
KR1020177019580A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102199059B1 (ko
Inventor
페트르 니키포로비치 마르티노프
미하일 에피모비치 쉐르노프
알렉세이 니콜라이비치 스토로젠코
바실리 미하일로비치 쉘레메티에프
로만 페트로비치 사도프니치
Original Assignee
조인트 스탁 컴퍼니 ″아크메-엔지니어링″
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2014150468/28A external-priority patent/RU2574423C1/ru
Application filed by 조인트 스탁 컴퍼니 ″아크메-엔지니어링″ filed Critical 조인트 스탁 컴퍼니 ″아크메-엔지니어링″
Publication of KR20170102493A publication Critical patent/KR20170102493A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102199059B1 publication Critical patent/KR102199059B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/40—Semi-permeable membranes or partitions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4073—Composition or fabrication of the solid electrolyte
    • G01N27/4074—Composition or fabrication of the solid electrolyte for detection of gases other than oxygen
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4077—Means for protecting the electrolyte or the electrodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/005—H2
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4078—Means for sealing the sensor element in a housing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

본 발명의 장치는 계측 기술과 관련이 있으며, 광범위한 온도와 압력에서 유체 및 가스 매체의 수소 농도를 측정하기 위해 에너지 생산, 야금, 및 화학 산업에서 사용할 수 있다. 가스 및 유체 매체용 수소 검출기는 선택막, 내부에 전위 측정기를 갖는 하우징, 그의 공동 내에 기준전극을 갖는 고체 전해질로 제조된 세라믹 감지요소, 세라믹 감지요소의 외부층에 도포된 다공성 백금 전극, 세라믹 감지요소의 상부에서 하우징의 내부에 단단히 고정된 밀봉 도입마개, 밀봉 도입마개의 중앙홀과 하부 부싱을 통과하는 전위 측정기를 포함한다. 세라믹 감지요소는 실린더의 하부에 배치되고, 바닥과 서로 연결된 원통형 요소로서 설계된다. 세라믹 감지요소의 외부 원통면은 하우징의 내측면에 단단히 연결된다. 세라믹 감지요소의 내부 공동에는 기준전극이 배치된다. 세라믹 감지요소 바닥의 외면부는 다공성 백금 전극층으로 덮여 있다. 전위 측정기의 중앙 코어의 말단은 기준전극으로 인출된다. 튜브로서 설계된 하부 부싱은 세라믹 감지요소의 측면에서 하우징의 하부에 연결된다. 하부 부싱의 하단부은 선택막이 부착되고 중앙홀이 형성된 바닥을 갖는다. 선택막의 하부 자유단은 플러그로 단단히 폐쇄된다. 하부 부싱의 내부면, 세라믹 감지요소 바닥의 외면부와 선택막 및 플러그의 내부면에 의해 제한되는 공동은 누설 밀봉되어 있다. 검출기는 상부 부싱 및 유리-세라믹 실란트를 추가로 구비한다. 기술적인 결과는 세라믹 감지요소의 내부 공동의 누설방지 기밀성을 제공함으로써, 광범위한 작동 매체 파라미터에서 수소 검출기의 향상된 사용 수명과 작동 신뢰성을 가져온다.

Description

액체 및 가스 매체 내의 수소를 감지하는 센서 {SENSOR FOR SENSING HYDROGEN IN LIQUID AND GASEOUS MEDIA}
본 발명은 계측 기술과 관련이 있는 장치에 관한 것으로, 광범위한 온도와 압력에서 유체 및 가스 매체의 수소 농도를 측정하기 위해 에너지 생산, 야금, 및 화학 산업에서 사용할 수 있다.
가스 및 유체 매체의 수소 농도를 검출하는 전기화학 검출기가 개시되어 있다(1998년 10월 20일 공고된 발명 특허번호 RU 2120624, IPC G01N27/417의 가스 및 액체 매체의 수소 농도 전기 화학 검출기 참조).
검출기는 금속에 의해 고체 전해질 수소 검출기와 단단히 연결된 하우징을 포함한다. 고체 전해질 산소 검출기는 하부가 고체 전해질로 제조된 플러그로 폐쇄된 세라믹 절연체와, 플러그의 외측에 도포된 다공성 백금 전극과, 플러그의 내부에 놓인 액체 금속 산화물 표준전극과, 세라믹 절연체의 상단을 덮는 덮개에 부착된 전류 리드 열전대로 이루어져 있다. 하우징의 하부에는 주름 모양의 컵으로 성형된 선택막이 용접되어 있다. 선택막과 고체 전해질 플러그 사이에는 다공성 절연 산화물의 평판(tablet)이 설치된다.
상기 장치의 단점은 세라믹 감지요소의 내부 공동의 누설방지 기밀성이 비교적 낮은 점에 있는데, 이는 기준전극의 산화와 장치의 사용수명 및 그의 작동 신뢰성의 감소를 초래하는 전위 측정기와 중앙 코어 간의 갭을 통한 산소 누설로 인해 발생한다.
유체 및 가스의 수소 농도를 검출하는 또 다른 전기화학 검출기가 개시되어 있다(I.G. Dmitriev, V.L. Orlov, B.A. Shmatko, 유체 및 가스의 전기화학 수소 검출기 // Teophofizika-91 (Thermophysics-91) Intersectoral Conference, Obninsk, p. 134-136의 요약서 모음).
상기 검출기는 안정된 이산화 지르코늄으로 제조된 고체 전해질 기반의 전기화학 산소 셀, Bi+Bi2O3 혼합물의 액체 금속 기준전극, 및 수증기로 채워진 밀봉 챔버에 놓인 측정 백금 전극을 포함한다.
공지된 기술적인 해결방안의 단점은 다음과 같다.
- 검출기 구성의 복잡성으로 인해 상대적으로 낮은 신뢰도 및 짧은 사용 수명;
- 수증기에 대한 고체 전해질 산소 검출기의 상대적으로 낮은 열 내구성 및 내부식성;
- 측정 챔버 내 수증기 분압의 안정화 복잡성으로 인해 상대적으로 긴 응답 시간 및 부족한 감도;
- 온도 및 파이프의 안정성 유지가 어려움에 따라 초래되는 수소 농도 측정의 상대적으로 낮은 정확도.
다음의 러시아 특허에 개시된 가스 및 유체 매체용 수소 검출기는 본 발명에서 청구한 장치에 기술적으로 가장 가깝다 (2008년1월 20일 공고된 발명 특허 RU 2379672 IPC G01N27/417 가스 및 액체 매체용 수소 검출기 참조).
수소 검출기는 선택막, 다공성 전기 절연 세라믹 및 내부에 전위 측정기를 갖는 하우징, 그의 공동에 기준전극을 갖는 고체 전해질로 제조된 세라믹 감지요소, 세라믹 감지요소의 외부층에 도포된 다공성 백금 전극, 실리카 직물, 접합재, 세라믹 감지요소의 공동의 단면을 덮는 홀이 형성된 플러그, 세라믹 감지요소의 상부에서 하우징의 내부에 단단히 설치된 밀봉 도입마개(sealed lead-in), 밀봉 도입마개의 중앙홀을 통과하는 이중 클래드 케이블 전위 측정장치, 및 원통형 부싱을 포함한다. 밀봉 도입마개와 세라믹 감지요소 사이에서 하우징의 공동은 누설 밀봉되어 있다. 세라믹 감지요소는 실린더의 하부에 배치되는 구(sphere)의 일부와 서로 연결된 실린더로서 설계된다. 세라믹 감지요소의 외부 원통면의 상부는 접합재에 의해 케이스의 내측면에 단단히 연결된다. 기준전극은 세라믹 감지요소의 내부면과 플러그 표면 사이에서 공동 내에 배치되고 공동의 적어도 일부를 점유한다. 세라믹 감지요소의 외부 구형 부분은 다공성 백금 전극으로 덮여 있다. 세라믹 감지요소로 향하는 전위 측정기의 중앙 코어의 말단은 플러그에 있는 홀을 통해 기준전극으로 인출된다. 이것은 기준전극과 전위 측정기의 중심 코어 하부 간의 전기적인 접촉을 가능케 한다. 세라믹 감지요소의 일부가 하우징을 넘어서 돌출되어 있다. 튜브로 성형된 부싱은 세라믹 감지요소의 돌출부로부터 하우징의 하부에 연결된다. 부싱의 하단은 하나 이상의 튜브로 이루어진 선택막이 부착되는 중앙홀을 지닌 바닥을 구비한다. 선택막의 하부 자유단은 플러그로 단단히 폐쇄된다. 부싱의 내부면, 접합재, 하우징을 넘어서 돌출하는 세라믹 감지요소의 외면부 및 선택막의 내부면에 의해 제한되는 공동은 누설 밀봉되어 있다. 세라믹 감지요소의 돌출부와 부싱 바닥 사이에서 부싱의 내부 공동은 실리카 직물로 채워진다. 실린더로 설계된 다공질 전기 절연 세라믹은 선택막의 내부면에 환형 갭을 갖고서 배치된다.
공지된 장치의 단점은, 세라믹 감지요소의 내부 공동의 누설방지 기밀성이 비교적 낮은 점(단점 1)에 있으며, 이는 전위 측정기의 중심 코어와 케이싱 간의 갭을 통해 산소가 내부 공동으로 누설될 가능성이 있으며, 기준전극의 산화와 장치의 수명 및 그의 작동 신뢰성의 감소를 야기한다. 전위 측정기 상부의 신뢰성 있는 누설방지 기밀성의 부재로 인해(단점 2), 이중 클래드 케이블의 절연재에 수분이 침투하여 중앙 코어와 케이블 피복의 저항이 감소될 수 있으며, 결과적으로 유효한 신호 및 검출기 판독 오류의 손실 가능성이 있다.
본 발명은 광범위한 작동 매체 파라미터에서 그의 사용 수명 및 작동 신뢰성뿐만 아니라, 수소 검출기의 판독 안정성 및 신뢰성을 증가시키는 것을 목적으로 한다.
기술적인 결과는 검출기 기준전극의 산화 방지뿐만 아니라, 전위 측정기 상부의 신뢰성 있는 누설 방지의 결과로서, 세라믹 감지요소의 내부 공동의 누설 방지 기밀성을 제공하고, 전위 측정기의 케이싱과 중앙 코어 간의 전기 저항의 증가를 제공함으로써, 수소 검출기의 판독에 있어서 향상된 측정 정확도를 가져온다.
전술한 문제에 대한 해결방안으로, 선택막, 내부에 전위 측정기를 갖는 하우징, 및 고체 전해질로 제조된 세라믹 감지요소를 포함하는 검출기 설계를 청구한다. 세라믹 감지요소의 공동은 기준전극, 세라믹 감지요소의 외부층에 도포된 다공성 백금 전극을 포함한다. 밀봉 도입마개(sealed lead-in)는 세라믹 감지요소의 상부에서 하우징의 내부에 단단히 고정된다. 전위 측정기는 밀봉 도입마개의 중앙 코어와 하부 부싱을 통과하며, 세라믹 감지요소는 원통형 요소의 하부에 배치된 바닥과 서로 연결되는 원통 요소로서 설계된다. 세라믹 감지요소의 외부 원통면은 하우징의 내측면에 단단히 연결된다. 세라믹 감지요소의 내부 공동에는 기준전극이 배치된다. 세라믹 감지요소 바닥의 외면부는 다공성 백금 전극층으로 덮여 있다. 전위 측정기의 중앙 코어의 말단은 기준전극으로 인출되고, 기준전극과 전위 측정기의 중심 코어의 하부 사이에는 전기적인 접촉이 제공된다. 튜브로서 설계된 하부 부싱은 세라믹 감지요소의 측면에서 하우징의 하부에 연결된다. 하부 부싱의 하단은 중앙홀이 형성된 바닥을 지니며, 하나 이상의 튜브로 제조된 선택막이 부착된다. 선택막의 하부 자유단은 플러그로 단단히 폐쇄된다. 하부 부싱의 내부면, 세라믹 감지요소 바닥의 외면부와 선택막 및 플러그의 내부면에 의해 제한되는 공동은 누설 밀봉되어 있다. 검출기는 상부 부싱, 및 상부 부싱 벽의 내부면과 전위 측정기의 외부면 사이의 링형상 공동을 채우는 실란트를 추가로 구비한다. 실란트는 산화 규소(SiO2) - 45~55중량%, 산화 알루미늄(Al2O3) - 4~6중량%, 산화 붕소(B2O3) - 18~22중량%, 산화 티타늄(TiO2) - 9~12중량%, 산화 나트륨(Na2O) - 12~15중량%, 산화 칼륨(K2O) - 1~2중량% 및 산화 마그네슘(MgO) - 2~3중량%로 구성되는 글라스-세라믹이다.
산화 규소(SiO2) - 50중량%, 산화 알루미늄(Al2O3) - 5중량%, 산화 붕소(B2O3) - 20중량%, 산화 티타늄(TiO2) - 10중량%, 산화 나트륨(Na2O) - 12중량%, 산화 칼륨(K2O) - 1중량% 및 산화 마그네슘(MgO) - 2중량%로 구성되는 실란트를 사용하는 것이 바람직하다.
실란트는 상부 부싱 벽의 내부면과 전위 측정기의 외부면 사이의 링형상 공동을 채운다. 상부 부싱은 스테인리스강으로 제조된다. 수소 검출기의 선택막은 하나 이상의 튜브로 제조된다.
검출기의 기전력의 실제 값은 다음과 같은 방법으로 보조기구에 의해 개시되는 기전력과 관련이 있다.
Figure pct00001
여기서 E0는 검출기의 EMF(기전력)의 실제 값이고;
E는 보조기구에 의해 개시되는 EMF이다.
R0는 검출기(세라믹 감지요소)의 내부 전기 저항이다.
Rc는 보조 계기의 내부 저항과 전위 측정기 케이블의 케이싱인 중앙 코어의 저항을 포함한 외부 회로의 전기 저항이다.
따라서, 상기 식은 회로의 전기 저항값이 클수록 검출기의 등록된 신호가 실제 값에 보다 가까워지는 것을 나타낸다.
검출기 설계는 작동 매체의 광범위한 파라미터에서 사용 수명 및 그의 작동 신뢰성뿐만 아니라, 수소 검출기의 판독 안정성과 신뢰성을 증가시킨다.
도 1은 본 발명에 따른 검출기를 나타내는 개략적인 종방향 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 수소 검출기는 선택막(1)과 하우징(2)을 포함한다. 하우징(2)의 내부에는 전위 측정기(3), 고체 전해질로 제조된 세라믹 감지요소(4)가 배치된다. 감지요소의 공동(공간)은 기준전극(5), 세라믹 감지요소(4)의 외부층에 도포된 다공성 백금 전극(6)을 포함한다. 세라믹 감지요소(4)의 상부에서 하우징(2)의 내부에는 밀봉 도입마개(7)가 단단히 고정된다. 검출기는 상부 부싱(8) 및 하부 부싱(9), 실란트(10), 전위 측정기(11)의 중심 코어 및 플러그(12)를 포함한다.
실란트(10)는 상부 부싱 벽(8)의 내부면과 전위 측정기(11)의 중심 코어의 외부면 사이의 링형상 공간을 채운다.
전위 측정기(3)는 밀봉 도입마개(7)의 중심 코어를 통과한다.
세라믹 감지요소(4)는 검출기의 하부에 배치되며, 바닥과 서로 연결된 원통형 부품으로서 설계된다.
세라믹 감지요소(4)의 외부 원통면은 하우징(2)의 내측면에 단단히 연결된다.
기준전극(5)은 세라믹 감지요소(4)의 내부 공간에 배치된다.
세라믹 감지요소(4) 바닥의 외면부는 다공성 백금 전극(6)으로 덮여 있다.
전위 측정기(3)의 중심 코어의 말단은 기준전극(5)으로 인출된다.
기준전극(5)과 전위 측정기(11)의 중앙 코어의 하부 사이에는 전기적인 접촉이 제공된다.
튜브로서 설계된 하부 부싱(9)은 세라믹 감지요소(4)의 측면에서 하우징(2)의 하부에 연결된다.
부싱(9)의 하단은 하나 이상의 튜브로 제조된 선택막(1)이 부착되는 중앙홀이 형성된 바닥을 갖는다.
선택막(1)의 하부 자유단은 플러그(12)로 단단히 밀폐된다.
하부 부싱(9)의 내부면, 세라믹 감지요소(4) 바닥의 외면부와 선택막(1) 및 플러그(12)의 내부면에 의해 제한되는 공동(공간)은 누설되지 않게 밀봉되어 있다.
실란트(10)는 산화 규소(SiO2) - 50중량%, 산화 알루미늄(Al2O3) - 5중량%, 산화 붕소(B2O3) - 20중량%, 산화 티타늄(TiO2) - 10중량%, 산화 나트륨(Na2O) - 12중량%, 산화 칼륨(K2O) - 1중량% 및 산화 마그네슘(MgO) - 2중량%로 구성되는 글라스-세라믹이다.
실란트는 공기가 검출기의 내부 공동으로 들어가는 것을 방지하고, 기준전극(5)의 특성 변화를 회피하는데 필요하다. 실란트의 특정한 제법은 연구 중에 결정되었다. 이 실란트는 고온의 부식 환경에서 바람직하지 않은 작동 조건에 대해 증가된 저항성을 제공한다. 결과적으로, 실란트는 보다 긴 작동 수명을 위한 검출기의 누설방지를 제공하며, 밀봉 손실의 위험을 감소시켜 판독 오류의 발생이 보다 적다.
검출기의 특정 실시예에서, 상부 부싱(8)은 스테인레스 강으로 제조된다.
상부 부싱(8) 및 전위 측정기(3)의 재료는 동일한 열팽창 계수를 가지며, 이는 0-300℃ 범위 내의 온도 변화 하에서 검출기가 작동성을 유지할 수 있게 한다.
하부 부싱(9) 및 플러그(12)는 등급 NP0의 니켈로 제조된다.
밀봉 도입마개(7)와 상부 부싱(8)은 12KH18N10T 스틸로 제조된다.
세라믹 감지요소(4)는 부분적으로 안정된 이산화 지르코늄으로 제조되고, 6 mm만큼 하우징(2)을 지나서 돌출된다.
하우징(2)은 EI-852 페라이트-마르텐사이트계 강으로 제조되며, 직경 15mm, 길이 220mm의 치수를 갖는다.
다공성 백금 전극(6)의 두께는 20㎛이다.
전위 측정기(3)로서는 KNMS 2S 이중 클래드 케이블이 사용된다.
선택막(1)은 NMg0.08v 니켈로 제조된 하나의 튜브를 포함한다. 선택막(1)은 직경 6mm, 길이 40mm, 벽 두께 0.15mm의 크기를 갖는다.
기준전극(5)은 비스무트와 산화 비스무트의 혼합물로 제조된다.
선택막(1)의 내측면의 면적과 그의 공극비 간의 비는 0.4 mm-1이다.
산화 분위기에서 화학적으로 안정된 Pd 보호층이 선택막의 외면부 및 내면부를 덮는다.
수소 검출기는 고체 산화물 전해질로 제조된 산소 센서에 의해서 산소 농도를 측정할 수 있는 전기화학적 방법을 적용한다.
수소 검출기는 다음과 같이 작동한다.
수소 검출기가 테스트 매체에 놓여진 상태에서, 매체에 함유된 수소는 선택막(1)을 통해 가역적으로 증기 수소 격실 내로 확산되어 검출기의 기전력을 변화시킨다. 증기 수소 격실은 하부 부싱(9)의 내부면, 케이스(6) 및 선택막(1)의 내부면을 지나 돌출되는 세라믹 감지요소(4)의 외면부에 의해 제한되는 공동이다.
검출기의 기전력은 농도 셀의 전극에서 산소의 분압차로 인해 발생한다. 셀의 스킴(scheme)은 다음과 같은 방법으로 표현할 수 있다:
Me | 기준전극(5) || ZrO2·Y2O3|| 다공성 백금 전극(6) | H2O, H2 | 선택막 | 매체.
증기 수소 격실은 물의 고정 부분 증기압을 가지며, 수소 열역학 전위를 다공성 백금 전극(6) 상에서 증기 수소 혼합물의 산화 전위로 변환시키는 컨버터로서 기능을 한다.
총 기전력은 다음과 같은 방법으로 정의되는 수소 압력 함수이다.
Figure pct00002
여기서, T는 온도로서 K 단위이고; R은 가스 상수로서 J /(몰* K)단위이고; F는 패러데이 상수로서 J/mol 단위이고; n은 반응에 참여하는 전자의 수이고; PH2O 는 증기 수소 격실 내 물의 부분 증기압으로서 Pa 단위이며; PH2는 테스트 매체의 부분 수소 압력으로서 Pa 단위이다.
보조기구에 공급되는 전기 신호 출력은 전위 측정기(3)에 의해 제공된다. 제어 매체의 산소 농도가 변화하면, 그의 방해 받지 않는 픽업 및 처리를 보장하는 전기 신호 값에 변화를 가져온다.
검출기의 지연은 선택막(1)을 통한 수소 투과성과 관련이 있으며, 신호 지연 시간에 의해 추정할 수 있다:
Figure pct00003
여기서, d는 선택막(1)의 두께로서 m 단위이고; D는 선택막(1) 재료에서의 수소 확산 계수로서 m2/sec 단위이며, S는 선택막 표면(1)의 면적으로서 m2 단위이고, V는 선택막(1)의 내부 공극으로서 m3 단위이다.
검출기는 상업적으로 제조할 수 있다. 게다가, 제조시 특별한 장비가 필요치 않다.

Claims (4)

  1. 선택막, 내부에 전위 측정기를 갖는 하우징, 고체 전해질로 제조된 세라믹 감지요소, 기준전극을 포함하는 공동, 상기 세라믹 감지요소의 외부층에 도포된 다공성 백금 전극, 상기 세라믹 감지요소의 상부에서 하우징의 내부에 단단히 설치된 밀봉 도입마개(sealed lead-in), 하부 부싱 및 상기 밀봉 도입마개의 중앙 코어를 통과하는 전위 측정기를 포함하고, 상기 세라믹 감지요소는 실린더의 하부에 배치된 바닥과 서로 연결되는 실린더로서 설계되는 가스 및 유체 매체용 수소 검출기에 있어서,
    상기 세라믹 감지요소의 외부 원통면은 상기 하우징의 내측면에 단단히 연결되고, 상기 세라믹 감지요소의 내부 공동에는 기준전극이 배치되며, 상기 세라믹 감지요소 바닥의 외면부는 다공성 백금 전극층으로 덮여 있고, 상기 전위 측정기의 중앙 코어의 말단은 기준전극으로 인출됨으로써, 상기 기준 전극과 상기 전위 측정기의 중심 코어의 하부 사이에는 전기적인 접촉이 제공되고, 튜브로서 설계된 하부 부싱은 상기 세라믹 감지요소의 측면 상에서 상기 하우징의 하부에 연결되고, 상기 하부 부싱의 하단은 중앙홀이 형성된 바닥을 가지며 하나 이상의 튜브로 제조된 선택막이 부착되고, 상기 선택막의 하부 자유단은 플러그로 단단히 폐쇄되며, 상기 하부 부싱의 내부면, 상기 세라믹 감지요소 바닥의 외면부와 상기 선택막 및 플러그의 내부면에 의해 제한되는 공동은 누설이방지되게 밀봉되어 있고, 상기 검출기는 상기 전위 측정기의 상부에 설치된 상부 부싱을 구비하고, 상기 상부 부싱 벽의 내부면과 상기 전위 측정기의 외부면 사이의 링형상 공동은 유리-세라믹 실란트로 채워지는 것을 특징으로 하는 가스 및 유체 매체용 수소 검출기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유리 세라믹은 산화 규소(SiO2) - 50중량%, 산화 알루미늄(Al2O3) - 5중량%, 산화 붕소(B2O3) - 20중량%, 산화 티타늄(TiO2) - 10중량%, 산화 나트륨(Na2O) - 12중량%, 산화 칼륨(K2O) - 1중량% 및 산화 마그네슘(MgO) - 2중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 및 유체 매체용 수소 검출기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 부싱은 스테인리스강으로 제조되는 것을 특징으로 하는 가스 및 유체 매체용 수소 검출기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 선택막은 하나 이상의 튜브로 제조되는 것을 특징으로 하는 가스 및 유체 매체용 수소 검출기.
KR1020177019580A 2014-12-15 2015-11-16 가스 및 유체 매체용 수소 검출기 KR102199059B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014150468 2014-12-15
RU2014150468/28A RU2574423C1 (ru) 2014-12-15 Датчик водорода в жидких и газовых средах
PCT/RU2015/000789 WO2016099329A1 (ru) 2014-12-15 2015-11-16 Датчик водорода в жидких и газовых средах

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170102493A true KR20170102493A (ko) 2017-09-11
KR102199059B1 KR102199059B1 (ko) 2021-01-07

Family

ID=56127045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177019580A KR102199059B1 (ko) 2014-12-15 2015-11-16 가스 및 유체 매체용 수소 검출기

Country Status (11)

Country Link
US (1) US10962502B2 (ko)
EP (1) EP3236249B1 (ko)
JP (1) JP6921746B2 (ko)
KR (1) KR102199059B1 (ko)
CN (1) CN107209148A (ko)
BR (1) BR112017013044B1 (ko)
CA (1) CA2971131A1 (ko)
EA (1) EA032158B1 (ko)
MY (1) MY196623A (ko)
UA (1) UA121488C2 (ko)
WO (1) WO2016099329A1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR870011471A (ko) * 1986-05-26 1987-12-23 데루모 가부시끼가이샤 가스 센서
JP2000249681A (ja) * 1999-02-26 2000-09-14 Riken Corp ガスセンサ封止構造体
RU2517947C1 (ru) * 2008-09-15 2014-06-10 Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Датчик водорода в жидких и газовых средах
CN104003621A (zh) * 2014-05-23 2014-08-27 南通市中友钢化玻璃制造有限公司 一种导电玻璃纤维的生产工艺

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3865709A (en) * 1973-11-02 1975-02-11 Prodyot Roy Carbon activity meter
JPS5111494A (ko) * 1974-07-19 1976-01-29 Hitachi Ltd
TR199700198T1 (tr) * 1995-07-18 1997-08-21 Heraeus Electro Nite Int Gaz konsantrasyonlarinin ölcülmesi icin sensor.
RU2120624C1 (ru) * 1997-07-21 1998-10-20 Государственное предприятие Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина Электрохимический датчик концентрации водорода в газовых и жидких средах
DE19735559A1 (de) * 1997-08-16 1999-02-18 Bosch Gmbh Robert Gasmeßfühler
JP2000147184A (ja) * 1998-11-12 2000-05-26 Agency Of Ind Science & Technol 水質センサー
JP2000311727A (ja) * 1999-04-27 2000-11-07 Nec Kansai Ltd 絶縁封止構体
US6391809B1 (en) * 1999-12-30 2002-05-21 Corning Incorporated Copper alumino-silicate glasses
DE10222789B4 (de) * 2002-05-23 2006-12-07 Robert Bosch Gmbh Gasmeßfühler
RU2298176C2 (ru) * 2004-07-23 2007-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского" Твердоэлектролитный датчик концентрации кислорода и способ его изготовления
KR101150343B1 (ko) * 2004-08-11 2012-06-08 니폰 가야꾸 가부시끼가이샤 액정 밀봉제 및 그를 이용한 액정표시 셀
JP4035848B2 (ja) * 2005-08-12 2008-01-23 株式会社新潟Ｔｌｏ 水素ガス漏洩警報システム
KR100732816B1 (ko) * 2006-01-24 2007-06-27 삼성에스디아이 주식회사 유기전계발광 표시장치 및 그 제조방법
KR20080051756A (ko) * 2006-12-06 2008-06-11 삼성에스디아이 주식회사 유기 발광 표시 장치 및 그 제조 방법
JP2009156756A (ja) * 2007-12-27 2009-07-16 Yamaha Motor Co Ltd ガスセンサおよびそれを備えた空燃比制御装置ならびに輸送機器
JP2010243422A (ja) * 2009-04-09 2010-10-28 Denso Corp ガスセンサ及びその製造方法
RU90907U1 (ru) * 2009-09-21 2010-01-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Обнинский Центр Науки И Технологий" Твердоэлектролитный датчик водорода для жидких и газовых сред
KR101776603B1 (ko) * 2009-10-06 2017-09-08 할도르 토프쉐 에이/에스 고체 산화물 전기분해 전지(ｓｏｅｃ) 스택용 실링 글래스
US9156735B2 (en) * 2010-04-27 2015-10-13 Ferro Corporation Hermetic sealing of glass plates
US9969648B2 (en) * 2011-09-13 2018-05-15 Ferro Corporation Induction sealing of inorganic substrates
JP2013238556A (ja) * 2012-05-17 2013-11-28 Denso Corp ガスセンサ
RU2533931C1 (ru) * 2013-06-14 2014-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Твердоэлектролитный датчик концентрации водорода в газовых средах

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR870011471A (ko) * 1986-05-26 1987-12-23 데루모 가부시끼가이샤 가스 센서
JP2000249681A (ja) * 1999-02-26 2000-09-14 Riken Corp ガスセンサ封止構造体
RU2517947C1 (ru) * 2008-09-15 2014-06-10 Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Датчик водорода в жидких и газовых средах
CN104003621A (zh) * 2014-05-23 2014-08-27 南通市中友钢化玻璃制造有限公司 一种导电玻璃纤维的生产工艺

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
러시아 실용실안공보 제90907호(2010.01.20.) 1부.* *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107209148A (zh) 2017-09-26
BR112017013044B1 (pt) 2021-06-08
BR112017013044A2 (pt) 2018-01-02
EP3236249C0 (en) 2024-03-13
KR102199059B1 (ko) 2021-01-07
UA121488C2 (uk) 2020-06-10
EP3236249A1 (en) 2017-10-25
EP3236249A4 (en) 2018-06-20
WO2016099329A1 (ru) 2016-06-23
JP6921746B2 (ja) 2021-08-18
US20170322176A1 (en) 2017-11-09
EA032158B1 (ru) 2019-04-30
CA2971131A1 (en) 2016-06-23
EA201650105A1 (ru) 2017-07-31
US10962502B2 (en) 2021-03-30
MY196623A (en) 2023-04-23
JP2018501481A (ja) 2018-01-18
EP3236249B1 (en) 2024-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4061556B2 (ja) 水素量センサーおよび水素貯蔵装置
SU1142783A1 (ru) Устройство дл анализа газа с гальваническими чейками на твердом электролите
RU90907U1 (ru) Твердоэлектролитный датчик водорода для жидких и газовых сред
RU2379672C1 (ru) Датчик водорода в жидких и газовых средах
KR102278286B1 (ko) 가스 매체용 수소 검출기
RU66056U1 (ru) Устройство для измерения содержания водорода в жидкостях и газах
KR102199059B1 (ko) 가스 및 유체 매체용 수소 검출기
US20120006097A1 (en) Method and apparatus for monitoring gas concentration
RU2334979C1 (ru) Устройство для измерения содержания водорода в жидкостях и газах
RU2574423C1 (ru) Датчик водорода в жидких и газовых средах
RU2120624C1 (ru) Электрохимический датчик концентрации водорода в газовых и жидких средах
JP5035853B2 (ja) 酸素濃度センサおよびその形成方法、並びに高温高圧水中の酸素濃度測定方法
EP0335665B1 (en) Unitary gas sensors
JPS6158779B2 (ko)
RU2677927C1 (ru) Потенциометрический датчик концентрации кислорода
RU2599459C2 (ru) Электрохимический датчик концентрации водорода в газовых и жидких средах
JPS6131953A (ja) 高温高圧水用参照電極体
Bielawski et al. Flexible high-temperature pH probe

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant