NO833886L - Fremgangsmaate og innretning for bestemmelse av hydrogen-stroemning. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og

en innretning for bestemmelse av hydrogen-strømning gjennom en metallmembran.

Teknisk bakgrunn

I noen kjemiske prosessindustrier kan stålkomponenter korroderes under betingelser som gir opphav til hydrogen-

indusert riss- eller blæredannelse. Et typisk og teknisk viktig eksempel er korrosjon på ledninger og trykkbeholdere for naturgass inneholdende en kondensert væskeformig fase som inneholder vann og hydrogensulfid (sammen med andre substanser). Dette kondensat er svakt surt og vil korrodere stål under ut-vikling av hydrogen. Tilstedeværelsen av hydrogensulfid inhi-berer dannelsen av molekylært hydrogen, og en betydelig del av hydrogenet trenger inn i stålet, hvor det kan forårsake skade i form av riss- eller blæredannelse.

Det er mulig å redusere hydrogenskaden på flere måter, eksempelvis ved unngåelse av kondensasjon, ved fjerning av hydrogensulfid eller ved tilsetning av inhibitorer som kan utføre sin funksjon på flere måter, eksempelvis ved nøytrali-sering av den væskeformige fase eller ved dannelse av en beskyttende film.

Med sikte på å kunne overvåke effekten av disse forholds-regler bør hydrogenopptaket eller hastigheten av hydrogen-opptaket i et eksponert område av angjeldende stålkomponent måles. Dette kan gjøres i henhold til flere kjente måleprinsipper, hvorav de fleste er basert på det faktum at hydrogenet som trenger inn i den eksponerte inngangsside av stålveggen, vil diffundere gjennom stålveggen og bli frigjort i gassformig (molekylær) form på den side av stålveggen som er motsatt inngangssiden. Hastigheten av hydrogenutviklingen på nevnte motsatte side av stålveggen kan måles ved hjelp av kjente teknikker, eksempelvis ved måling av utviklingen av trykk i et lukket hulrom eller ved måling av fortrengningen av en væskedråpe i et glassrør som har en kalibrert innervegg. Mengden av hydrogen kan også analyseres på forskjellige måter, eksempelvis ved gassfase-kromatografi.

For utførelse av målingen av hastigheten av hydrogen-utvikling i henhold til de ovennevnte fysikalske måle-

prinsipper er flere hydrogenmålings-sonder blitt foreslått.

Disse hydrogenmålings-sonder lider imidlertid av forskjellige ulemper. Noen av dem er heller primitive og har lav følsom-het, mens andre trenger konstant tilsyn og er ikke egnet for automatisert data-registrering. Andre er mer følsomme og nøy-aktige, men er ganske kostbare og delikate.

Et elektrokjemisk måleprinsipp basert på elektrokjemisk oksydasjon av hydrogen som trenger gjennom til den side av stålveggen som er motsatt inngangssiden, er også kjent.

Denne teknikk ble først beskrevet av N.A.V. Devanathan og

Z. Stachorski (Referanse 1). En hydrogen-sonde eller hydrogen-celle konstruert i overensstemmelse med disse prinsipper er kjent som en Devanathan-celle.

I denne celle danner en jern- eller stålplate en vegg eller membran mellom to kammere. Et første kammer utgjør et eksperimentelt kammer i hvilket jern- eller stål-materialet i veggen eksponeres for korrosive krefter eller andre eksperimentelle påvirkninger som med sannsynlighet vil pro-dusere hydrogen i jern- eller stål-materialet. Et andre kammer inneholder en avgasset alkalisk oppløsning, eksempelvis én molar kaliumhydroksyd. Den overflate av jern- eller stålveggen som vender mot det andre kammer, er dekket med et tynt belegg av elektro-avsatt palladium, som er gjennomtrengelig for hydrogen og stabilt i den alkaliske oppløsning. En platina-motelektrode anordnes overfor jern- eller stålveggen, og en referanse-elektrode anordnes også i det andre kammer med sin ende anordnet ganske nær den palladium-dekkede membran. For å opprettholde et konstant potensial på den palladium-belagte jern- eller stålvegg i den alkaliske oppløsning anvendes en potensiostat. I alminnelighet anvendes et potensial på EH= +100 mV. Ved dette potensial er palladium-belegget og jern- eller stålmaterialet i veggen passive. Passiv-strøm-tettheten er derfor ganske liten, typisk mellom 0,01 og 0,1 yA pr. cm 2. Det hydrogen som måtte diffundere gjennom jern- eller 'stålveggen og dennes palladium-belegg, oksyderes på den side av palladium-belegget som er motsatt inngangssiden av jern- eller stålveggen, i henhold til den følgende ligning:

Følgelig er en økning i anodisk strøm utover den passive bakgrunnsstrøm ekvivalent ved en hydrogen-strømning gjennom veggen. Hydrogenstrømningen gjennom et enhetsareal av jern-eller stålveggen med en gitt tykkelse er et produkt av hydrogenaktiviteten på den ytre side av veggen og diffusjonsadmittansen gjennom veggen, forutsatt at potensialet er istand til å opprettholde en hydrogenaktivitet ved ca. null på den motsatte, dvs. den innvendige palladium-belagte side

av veggen. Hvis diffusjonsadmittansen er kjent, kan hydrogen-aktiviten i det første kammer beregnes på basis av den anodiske strøm i cellen. Diffusjonsadmittansen bestemmes ved anvendelse av et regulert elektrokjemisk miljø i det første kammer eller ved innføring av en hydrogenatmosfære med kjent trykk i det første kammer, idet den ytre side av jern- eller stålveggen er belagt med palladium, som gjør cellen følsom for molekylært hydrogen.

En annen laboratorie-måleinnretning basert på Devanathan-måleprinsippet er beskrevet i Referanse 2. I denne måleinnretning utgjør en stålplate en del av en vegg i en celle inneholdende en elektrolytt-oppløsning, en referanse-elektrode og en motelektrode. Videre behøves en potensiostat for drift av innretningen.

GB-patent nr. 1 585 070 beskriver en elektrokjemisk celle for bestemmelse av konsentrasjonen av hydrogen i et fluidum, hvilken elektrokjemiske celle er basert på prinsippene ifølge Devanathan-måleteknikken. Cellen omfatter en beholder for en elektrolytt-oppløsning, en arbeidende elektrode som utgjør en vegg-del av beholderen og er innrettet til å bli eksponert for et fluidum under test, og en platina/platinaoksyd-referanseelektrode som har et med den arbeidende elektrode sammenlignbart areal og er anordnet nær og parallelt med den arbeidende elektrode. Ved en utførelsesform av cellen tilveiebringes en motelektrode, midler til å opprettholde den arbeidende elektrode ved et fiksert potensial i forhold til referanseelektroden, samt midler for bestemmelse av den strøm som flyter gjennom den arbeidende elektrode. Denne utførelses-form må anvendes i kombinasjon med elektroniske midler til å holde den arbeidende elektrode ved et fiksert potensial. Ved en annen utførelsesform av målecellen sløyfes de elektroniske midler, motelektroden og de strøm-bestemmende midler. Isteden blir den arbeidende elektrode og referanseelektroden forbundet med potensial-målende midler. I henhold til det som er åpenbaret i GB-patent nr. 1 385 070 er en potensial-differanse mellom elektrodene relatert til konsentrasjonen av hydrogen ved den arbeidende elektrode. Patentbeskrivelsen forklarer imidlertid at en stabil avlesning bare kan oppnåes ved lave hydrogen-aktiviteter.

Fra GB-patent nr. 1 524 017 er det kjent en annen hydrogen-målecelle basert på de samme måleprinsipper. Cellen (en såkalt "Patch celle") er innrettet til å være festet i fluidum-tett forbindelse med en ytre overflate av en stål-eller jernvegg, hvis indre side eksponeres for korrosjon. Cellen reagerer kvantitativt på alt hydrogen som unnviker fra den ytre overflate av stål- eller jernveggen, slik at den mengde hydrogen som dannes på den indre overflate av stål- eller jernveggen, måles.

I en artikkel av F. Mansfeld et al. (referanse 5) beskrives et målesystem basert på det ovenfor beskrevne Devanathan-måleprinsipp. Systemet omfatter en målecelle bestående av et celle-legeme som er press-tilpasset i en sylindrisk-magnet-innretning som tjener fikseringsformål ved anbringelse i kontakt med et metall-prøve-legeme. Celle-legemet inneholder et hulrom som fører inn mot siden av celle-legemet, som er innrettet til å bli brakt i kontakt med overflaten av metall-prøve-legemet. I celle-legemets hulrom er det anordnet en Ni-NiO-motelektrode sammen med en ytterligere Ni-NiO-elektrode som tjener til å kontrollere potensialet av motelektroden og tilstedeværelse av en tilstrekkelig mengde av elektrolytt. Elektrolytten er også anordnet i hulrommet og er absorbert i en cellulose-svamp som er plassert i celle-legemets hulrom. Cellulose-svampen ut-gjør et bærer-legeme for elektrolytten som for det første er i direkte kontakt med Ni-NiO-motelektroden og for det andre bringes i direkte kontakt med overflaten av metall-prøve-legemet når cellen anordnes i kontakt dermed. I denne målecelle er referanseelektroden, potensiostaten og motelektroden i den ovenfor beskrevne Devanathan-celle kombinert til en enkelt Ni-NiO-motelektrode. Målesystemet omfatter ennvidere en elektronisk måle- og tidsstyrings-krets innbefattende en strøm-følger, et instrumentpanel og fire tids- innstilte elektroniske enheter. Hele systemet drives av batterier som har en seks-timers operasjonskapasitet. Målesystemet skal anvendes for bestemmelse av hydrogenkonsentra-

sjonen i stål, basert på den elektrokjemiske permeasjons-

teknikk. Som angitt i artikkelen, inneholder den strøm som genereres i målecellen, forbigående bidrag som har sin opp-rinnelse i en passiveringsprosess umiddelbart etter at cellen er sammenstillet. Mens selve permeasjonsstrømmen er en funksjon av t -1 ' 12, avtar disse forbigående bidrag med t<-1>. Cellens følsomhet er omtrentlig 1 pA/cm 2. Mens den første og den annen elektroniske enhet i den elektroniske måle- og tidsstyrings-krets tjener det formål å eliminere de ovennevnte forbigående passiveringsbidrag, styrer den tredje og den fjerde elektroniske enhet en digital-integra-

tor som utfører en digital-integrasjon av den strøm som til-

føres fra målecellen innenfor en forhåndsbestemt tidsperiode som bestemmes av de nevnte tredje og fjerde elektroniske en-

heter. Som angitt i artikkelen, kan integrasjonen av den strøm som tilføres fra målecellen innenfor en forhåndsbestemt tidsperiode, anvendes for bestemmelse av den opprinnelige konsentrasjon av hydrogen i metall-prøve-legemet. Som det vil forståes av ovenstående, er systemet bare innrettet til å tilveiebringe en enkelt bestemmelse av en opprinnelig hydrogen-konsentrasjon i et metall-prøve-legeme og er ikke innrettet til å tilveiebringe kontinuerlig overvåkning på et gitt måle-

sted over en lang tidsperiode. Systemet må dessuten sammenstilles før bruk og er følgelig ikke et permanent lukket, klar-til-bruk-system. Systemet forutsetter også en meget omhyggelig utarbeidet elektronisk måle- og tidsstyrings-krets.

Kort beskrivelse av oppfinnelsen.

Fremgangsmåten og innretningen ifølge foreliggende oppfinnelse muliggjør en stabil og pålitelig måling av hydrogen-strømning ved hjelp av enheter som kan produseres med lave kostnader og som ikke krever vedlikehold, og anvender enkelt og pålitelig ytre måleutstyr.

Oppfinnelsen tilveiebringer en innretning for bestemmelse

av hydrogen-strømning gjennom en metallmembran, som er selek-

tivt gjennomtrengelig for hydrogen, fra en hydrogen-inngangs-

side, omfattende metallmembranen, en elektrolytt-oppløsning

kommuniserende elektrolytisk med den side av membranen som er motsatt hydrogen-inngangssiden, en metall/metalloksyd-katode kommuniserende elektrolytisk med elektrolytten,

hvor katoden er istand til å oksydere hydrogen til hydrogen-ioner, og hvor elektrolytten og katoden inneholdes i et hus i hvilket metallmembranen utgjør en vegg-del, og ledninger for elektrisk forbindelse med ytre strøm-målingsutstyr, hvilken innretning er innrettet til å holdes i en hovedsakelig kortsluttet tilstand ved direkte forbindelse mellom ledningene eller ved forbindelse med et strøm-målingssystem med lav indre impedans. Det måleprinsipp som benyttes i henhold til den foreliggende oppfinnelse, er det ovenfor beskrevne Devanathan-prinsipp. I henhold til oppfinnelsen er imidlertid referanse-elektrodens, potensiostatens og mot-elektrodens funksjoner kombinert i en enkelt komponent, dvs. metall/metalloksyd-katoden.

Måleinnretningen ifølge oppfinnelsen involverer således bare anvendelse av to elektroder, hvorav den ene utgjøres av membranen, som gjør det mulig å lage en kompakt, enkel og nøyaktig måleenhet. For utførelse av målingen er det eneste ytre utstyr som er nødvendig, et am-meter. For at innretningen ifølge oppfinnelsen skal funksjonere riktig, er det særdeles viktig at innretningen alltid holdes i en kortsluttet tilstand, hva enten den er i bruk (kortslutning gjennom am-meteret) eller ikke i bruk (kortslutning gjennom en direkte forbindelse mellom ledningene).

Et spesielt aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er

en billig og kompakt innretning for bestemmelse av hydrogen-strømning gjennom en metallmembran, som er selektivt gjennomtrengelig for hydrogen, fra en hydrogen-inngangsside, omfattende metallmembranen, en elektrolytt-oppløsning kommuniserende elektrolytisk med den side av membranen som er motsatt hydrogen-inngangssiden, og en metall/metalloksyd-katode kommuniserende elektrolytisk med elektrolytten, hvor katoden er istand til å oksydere hydrogen til hydrogenioner, og hvor elektrolytten og katoden inneholdes i et hus i hvilket membranen utgjør en vegg-del, hvilket hus er permanent forseglet. Ved dette aspekt av den foreliggende oppfinnelse kan det tilveiebringes en måleinnretning som har ytterst små dimensjoner,

innbefattende lite indre volum. På grunn av den permanente forsegling kan en permanent høy standard av renhet og re-produserbarhet oppnåes ved at måleinnretningen ferdig-

stilles i en fabrikk under kontrollerte betingelser, og intet vedlikehold er påkrevet, i motsetning til kjente hydrogen-måleinnretninger.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte til å bestemme hydrogen-strømning gjennom en metallmembran, som er selektivt gjennomtrengelig for hydrogen, fra en hydrogen-inngangsside, omfattende at:

man tilveiebringer et hus, anordner en metall/metalloksyd-

katode og en elektrolytt-oppløsning i huset, hvilken katode er istand til å oksydere hydrogen til hydrogenioner og kommuniserer elektrolytisk med elektrolytt-oppløsningen, anordner i huset metallmembranen slik at den utgjør en vegg-

del derav, bringer den side av metallmembranen som er motsatt hydrogen-inngangssiden, i kontakt med elektrolytt-oppløsningen, forsegler metallmembranen i huset, kortslutter metallmembranen ved metall/metalloksyd-katoden og måler den elektriske strøm som genereres som resultat av oksydasjon av hydrogen som passerer gjennom membranen.

Et annet aspekt ved den foreliggende oppfinnelse angår

en fremgangsmåte til å bestemme hydrogenstrømning gjennom en metallmembran, som er selektivt gjennomtrengelig for hydrogen,

fra en hydrogen-inngangsside, omfattende at:

man tilveiebringer et hus, anordner en metall/metalloksyd-

katode og en elektrolytt-oppløsning i huset, hvilken katode er istand til å oksydere hydrogen til hydrogenioner og kommuniserer elektrolytisk med elektrolytt-oppløsningen,

anordner huset i kontakt med metallmembranen slik at i det minste en del av metallmembranen utgjør en vegg-del av huset, bringer den side av metallmembranen som er motsatt hydrogen-inngangssiden, i kontakt med elektrolytt-oppløsningen, forsegler nevnte del av metallmembranen relativt til huset, kortslutter metallmembranen og metall/metalloksyd-katoden og måler kontinuerlig den elektriske strøm som genereres som resultat av at metallmembranen og metall/metalloksyd-katoden kortsluttes. Ved dette aspekt av den foreliggende oppfinnelse blir unnvikelsen av hydrogen fra den side av metallmembranen

som er motsatt hydrogen-inngangssiden, bestemt kontinuerlig ved kontinuerlig måling av den elektriske strøm. På basis av unnvikelse av hydrogen kan hydrogenstrømningen gjennom metallmembranen bestemmes.

Når man utfører fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, kan ovennevnte innretning ifølge oppfinnelsen med fordel an-

vendes og gir i høy grad reproduserbare og nøyaktige måleresultater.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen.

Den metallmembran som anvendes ifølge oppfinnelsen, bør være av et metall som er selektivt gjennomtrengelig for hydrogen. Brukbare metaller for dette formål er i praksis stål/jern og palladium. For mange formål er metallmembranen laget av et ark av stål/jern som er belagt med palladium på en eller begge sider. Tykkelsen av membranen bestemmer inn-retningens måle-respons-tid. En palladium-membran eller

-belegg er normalt i området 0,05-10 um, fortrinnsvis 0,1-

0,5 ym, mens en stålmembran kan være betydelig tykkere,

typisk fra ca. 20 ym til ca. 1 mm.

Den metall/metalloksyd-katode som anvendes i henhold

til den foreliggende oppfinnelse, bør være av en art som er istand til å oksydere hydrogen til hydrogenioner, men som ikke vil gi opphav til noen uønskede oksydasjonsreaksjoner med andre tilstedeværende komponenter. Foretrukne katoder som anvendes ifølge oppfinnelsen, har således et oksydasjonspotensial som er mellom 200 og'1200 mV over likevektspotensialet for hydrogenelektroden ved elektrolytt-oppløsningens pH, spesielt 600-100 mV over likevektspotensialet for hydrogenelektroden ved elektrolytt-oppløsningens pH. Ved de utførelses-former som for tiden foretrekkes, er katodens oksydasjonspotensial ca. 900 mV over likevektspotensialet for hydrogenelektroden ved elektrolytt-oppløsningens pH.

Underlagt dette kan katodens metalloksyd velges fra eksempelvis sølvoksyd, kvikksølvoksyd og mangandioksyd. Metallet i metall/metalloksyd-katoden tjener bare som en elektrisk leder, men bør være av en art som er hovedsakelig kjemisk inert i relasjon til metalloksydet og elektrolytt-oppløsningen. Metallet kan derfor hensiktsmessig velges fra nikkel, nikkel-belagt stål, sølv og edelmetaller såsom

gull, palladium og platina.

Metall/metalloksyd-katodens potensial kan også uttrykkes

med referanse til det område som er påkrevet for anodisk oksydasjon av hydrogen på metallmembranen, fortrinnsvis i

området -100 til +300 mV E„.

ri

Katoden bør være slik utformet at den kan tilføre strøm

til metallmembranen i tilstrekkelig mengde til å oksydere alt hydrogen som passerer gjennom membranen under normale an-vendelsesbetingelser, mens den fremdeles forblir i det akseptable potensial-område.

Videre bør katodens totale kapasitet fortrinnsvis over-

stige metallmembranens normale brukslevetid.

Den elektrolytt-oppløsning som anvendes i henhold til oppfinnelsen og kommuniserer med metallmembranen og metalloksydet hos katoden, bør være en elektrolytt som er hensiktsmessig tilpasset metalloksydets art. Som eksempler på elektrolytt-oppløsning kan det nevnes vandige alkaliske oppløsninger såsom natrium- eller kalium-hydroksyd, normalt i konsentrasjoner i området 0,1-14N. For noen anvendelser, eksempelvis når målingen skal utføres ved høye temperaturer,

kan det være foretrukket å anvende en sur elektrolytt-opp-

løsning i kombinasjon med et egnet metalloksyd, eksempelvis svovelsyre i kombinasjon med blyoksyd.

I en utførelsesform av innretningen ifølge oppfinnelsen

er metallmembranen understøttet på en plastfolie. I denne utførelsesform kan metallmembranen være en stål/jern-membran med et palladiumbelegg på en eller begge sider, eller den kan utgjøres av et palladiumbelegg på plastfolien. I denne utførelsesform kan plastfolien fordelaktig være anordnet slik at den utgjør en ytre side av innretningen og tilveiebringer en mekanisk beskyttelse av metallmembranen, og for å tilveiebringe adgang for hydrogen til metallmembranen kan plastfolien være.perforert eller laget av et hydrogen-gjennomtrengelig plastmateriale. Ved tilveiebringelse av en perforer-

ing av den understøttende plastfolie kan hvilket som helst plastmateriale som ikke påvirkes av de aktuelle korrosive krefter, anvendes, såsom en folie laget av eksempelvis Mylar ®. Alternativt kan den hydrogen-gjennomtrengelige plastfolie være laget av eksempelvis polytetrafluoretylen (Teflon ®).

I denne utførelsesform av innretningen ifølge oppfinnelsen kan metall/metalloksyd-katoden også være under-støttet på en plastfolie, fortrinnsvis en-hydrogen-ugjennomtrengelig plastfolie, som utgjør en vegg-del av huset. Den plastfolie som understøtter metall/metalloksyd-katoden, er fortrinnsvis laget av et sterkt, uelastisk og bøyelig plastmateriale, såsom Mylar ®. Når metallmembranen og metall/metalloksyd-katoden understøttet på respektive plastfolier tilveiebringes, kan de understøttende folier holdes i avstand fra hverandre ved hjelp av et skilleorgan og kan forbindes og forsegles til hverandre langs en ytre kant-del. Ved denne utførelsesform blir en såkalt "Patch Cell" tilveiebrakt som er innrettet til å monteres på en ytre overflate av en stål-eller jern-vegg, som skal undersøkes med hensyn til korrosiv påvirkning. I denne såkalte "Patch Cell" kan elektrolytt-oppløsningen være et lag av en elektrolytt-pasta som anordnes på den side av metallmembranen som er motsatt hydrogen-inngangssiden og følgelig skjult inne i det rom som defineres mellom den metallmembran-understøttende folie og den metall/- metalloksyd-katode-understøttende folie.

Ved en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen omfatter innretningen en første innretning-del og en andre innretning-del, begge med hvilke som helst av de ovennevnte karakteristika, hvori den første innretning-del utgjør et aktivt føle-element og den andre innretning-del, som er forseglet slik at hydrogen utelukkes, utgjør et referanseelement. Ved denne utførelsesform er den andre innretning-del innrettet til å reagere på hvilke som helst andre miljø-påvirkninger enn de korrosive krefter eller påvirkninger som er under måling ved hjelp av den første innretning-del. Den andre innretning-del kan således utgjøre en på temperatur reagerende føler. Når forbundet med egnet måleutstyr kan andre miljø-påvirkninger enn de korrosive påvirkninger som skal bestemmes ved hjelp av de måleresultater som tilveiebringes av den første innretning-del, kompenseres for ved hjelp av måleresultater tilveiebrakt av den andre innretning-del. Slike andre miljøpåvirkninger enn korrosive påvirkninger kan eksempelvis være temperatur-variasjoner .

Ved en viktig utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir hydrogen-strømningen generert som et resultat av en kjemisk eller elektrokjemisk reaksjon mellom membranens inngangsoverflate og et ytre fluid-medium såsom en væske eller gass med hvilken membranens overflate reagerer kjemisk eller elektrokjemisk. Dette gjør det mulig å anvende membran-materialet som en modell for hvilket som helst objekt laget av det samme materiale og underkastet kjemisk eller elektrokjemisk reaksjon, slik at den hydrogenstrømnirig som måles ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, vil være representativ for den hydrogenstrømning som objektet laget av det samme materiale vil bli utsatt for når det eksponeres for angjeldende miljø.

Ved en utførelsesform blir således inngangssiden av membranen eksponert for et fluidum som korroderer membranens overflatemetall med generering av en hydrogenstrømning inn i membranen. Et viktig eksempel på dette er når membranen er laget av en prøve av en ståltype, hvis hydrogenkorrosjon,

når den underkastes kjemiske eller elektrokjemiske behandling-

er i en renseoppløsning, i beise-, fosfaterings-, strippe-

eller metallpletterings-bad, eller i andre elektrogalvaniske prosesser, skal bedømmes. Membranen kan også være laget av stål som utslettes for korrosjon i en prosess-strøm fra et kjemisk anlegg eller et kraftanlegg, eller ved måling eller prosessering av naturgass, olje eller geotermisk vanndamp.

Det er også mulig å forsyne membranen med et ytre beskyttende belegg eller lag, hvis beskyttende effekt skal studeres under korrosive eller andre påvirkninger. Alterna-

tivt kan metallmembranen forsynes med et ytre belegg eller lag av et materiale hvis korrosive påvirkning på metall-membranen skal studeres.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan også anvendes

for bestemmelse av hydrogen-opptaket i stål som utsettes for korrosjon i naturlige omgivelser, som kan være fra atmosfærisk eksponering til naturlig vann og jord, innbefattende eksponering for eller i bygningsmaterialer, såsom betong, varmeisolerende materialer, tre etc.

I henhold til oppfinnelsen kan metallmembranen ekspo-

neres for nevnte omgivelser eller materialer, også innbefattende det tilfelle hvor faste materialer påføres på mem-

branen, og det tilfelle hvor innretningen er bygget inn i eller påført på et materiale hvis hydrogen-påvirkning på stålet skal overvåkes.

Membranen kan forsynes med overflatebelegg tilsvarende den ønskede simulering, innbefattende kjemisk korrosive lag, malinger, metallbelegg, antikorrosive beskyttende belegg,-innbefattende malinger etc., hvis hydrogen-opptak eller hvis påvirkning på membran-metallets hydrogen-opptak skal undersøkes eller overvåkes.

Størrelsen og formen av den eksponerte membran kan tilpasses angjeldende formål, eksempelvis slik at en konstruksjonskomponent funksjoner simuleres.

Membranen kan også underkastes ytterligere elektrokjemisk kontroll eller bimetallisk kontakt for å gjøre det mulig å studere effekten av katodisk beskyttelse, galvanisk virkning eller hvilket som helst andre midler for kontroll.

Videre kan fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes for kontroll (testing og/eller standardisering) av test-oppløsninger i hvilke spenningskorrosjons- eller hydrogen-forsprødnings-tester utføres.

Et meget viktig eksempel på bestemmelse av hydrogen-opptak i stål eller jern som er utsatt for korrosjon i naturlig miljø, er bestemmelsen av hydrogen-opptak i en stål-eller jern-vegg i et rør eller en beholder. I dette tilfelle blir metallmembranen anordnet nær den ytre overflate av stål- eller jern-veggen, og strømningen av hydrogen som unnviker fra en ytre overflate av stål- eller jern-veggen, bestemmes.

Kort beskrivelse av tegningen.

Oppfinnelsen skal nå beskrives ytterligere under hen-visning til tegningen, hvor

Figur 1 er et vertikalt tverrsnitt av en første ut-førelsesform- av en hydrogensonde eller hydrogen-overvåkende celle ifølge oppfinnelsen. Figur 2 er en illustrasjon av en mulig anvendelse av den hydrogen-overvåkende celle som er vist på figur 1. Figur 3 er et vertikalt tverrsnitt av en prototyp av en målecelle konstruert i samsvar med prinsippene ifølge den

foreliggende o.pfinnelse.

Figur 4 er et diagram som viser strømmen avsatt mot

tiden i en test-anvendelse av prototypen som er vist på

figur 3.

Figur 5 viser en annen utførelsesform av en hydrogen-

sonde eller hydrogen-overvåkende celle ifølge oppfinnelsen,

delvis i snitt.

Figur 6 viser en tredje utførelsesform av en hycfrogen-

sonde eller hydrogen-overvåkende celle ifølge oppfinnelsen,

delvis i snitt.

Figur 7 viser en fjerde utførelsesform av en hydrogen-

sonde eller hydrogen-overvåkende celle ifølge oppfinnelsen eller en "Patch Cell", delvis i snitt.

Figur 8 er et utspilt bilde av den utførelsesform eller

"Patch Cell" som er vist på figur 7, og

Figur 9 viser en femte utførelsesform av en hydrogen-

sonde eller hydrogen-overvåkende celle ifølge oppfinnelsen,

delvis i snitt.

Detaljert beskrivelse av tegningen.

Figur 1 viser en første utførelsesform av en hydrogen-overvåkende celle ifølge oppfinnelsen betegnet 10 som helhet. CEllen 10 er konstruert som en knapp-formet energi-celle

(et kvikksølv-batteri) av den art som vanligvis anvendes i

ur, lommeregnemaskiner, høreapparater eller lignende. Cellen 10 omfatter to hovedkomponenter, en nedre del og en øvre del betegnet henholdsvis 11 og 12. Den øvre del 12 utgjør en membran-vegg i målecellen og er laget av stål-tynnplate omfattende platemateriale av rent jern eller stål av den art som vanligvis anvendes for fabrikasjon av hvitblikk i herme-tikk-industrien. Den indre overflate av den øvre del 12, dvs.

den overflate som vender mot målecellens indre, er forsynt med et belegg av palladium. Den nedre del 11 utgjør, sammen med en metalloksyd-fylling 14, en metall/metalloksyd-katode i den hydrogen-overvåkende celle. Metall/metalloksyd-katoden kan være konstruert på flere måter under anvendelse av flere kombinasjoner av metaller og oksyder, som alle er kjent fra konstruksjon av alkaliske batterier. Den nedre del 11 er laget av et metall som ikke eller bare meget langsomt oksy-

deres i en oppløsning ved katodens potensial, såsom nikkel

eller nikkel-belagt stål, rustfritt stål, eller et edel-metall såsom sølv, gull eller palladium eller et belegg av disse metaller på stål eller en annen egnet bærer. Metalloksydet kan være mangandioksyd, sølvoksyd, kvikksølvoksyd og andre oksyder enten alene eller i kombinasjon med metall-pulvere, kvikksølv eller andre additiver som tjener til å

gi ledningsevne, til å øke det effektive areal eller til å forbedre katodens ytelse på andre måter som er kjent fra konstruksjon av katoder i alkaliske energi-genererende celler. Metalloksyd-fyllingen 14 er presspasset til den nedre del 11 slik at det oppnås god kontakt mellom metallet og metalloksydet.

De to komponenter, dvs. den nedre del 11 og den øvre

del 12, er forseglet sammen, idet en forseglingsforbindelse 15 er anordnet innenfor den innover-vendte kant av den øvre del 12. Tykkelsen av den øvre del 12 bestemmes hovedsakelig av materialets evne til å formes i den innover-vendte kant. Tykkelsen av materialet bestemmer imidlertid også måle-

cellens brukslevetid og respons-tid. Det vil forståes at et tykkere tynnplatemetall gir en lengre brukslevetid, men reduserer respons-tiden for den overvåkende celle. En tynnplate-tykkelse på 0,25 mm som vanligvis .anvendes i hermetikk-industrien, gir tilfredsstillende resultater når det gjelder disse ovennevnte faktorer. Tykkelsen av palladium-belegget på den indre overflate av den øvre del 12 kan være innenfor området 0,05-10 ym, fortrinnsvis 0,1-0,5 ym.

Inne i den hydrogen-overvåkende celle 10, i et rom definert mellom palladium-belegget 13 og den øvre overflate av metalloksyd-f yllingen 14, er det anbrakt en elektrolytt 16 og et skilleorgan 17. Elektrolytten 16 kan være en ren oppløsning av alkalihydroksyd, fortrinnsvis natrium- eller kaliumhydroksyd. i en konsentrasjon på 0,1-14 molar, fortrinnsvis 1 molar. Skilleorganet 17 tjener til å hindre partikler av metalloksyd

i å komme i kontakt med palladium-belegget og kan være laget av polymertibre, eksempelvis polypropylenfibre som vanligvis anvendes som skilleorganer i alkaliske batterier.

På figur 2 er den første utførelsesform av hydrogen-sonden eller den hydrogen-overvåkende celle vist montert ved enden av et rør 18 og i elektrisk ledende forbindelse med dette. Røret 18 kan være laget av eksempelvis stål eller jern og er forsynt med en indre flens-del 19. Den nedre del 11 i målecellen 10 er isolert i forhold til røret 18

ved hjelp av en isolerende ringformet pakning 20 som er montert i mellomrommet mellom den indre overflate av røret 18 og den ytre overflate av den nedre del 11. I en sentral-utboring 21 i flensdelen 19 er det montert en fjærkontakt 22 i en isolerende pakning 23. Gjennom en loddet forbindelse

24 er kontakten 22 forbundet med en isolert metalltråd 25

for etablering av forbindelse med utvendig strøm-målings-utstyr som også er forbundet med røret 18 (ikke vist). Et korrosjonsresistent rør 26 med en innover-vendt flens 27 er montert omgivende røret 18. Røret 26 er isolert i forhold til målecellen 10 ved hjelp av en isolerende ringformet pakning 28 som er montert mellom flensen 27 og den øvre overflate av membranen 12 i målecellen. Videre kan en isolerende pakning (ikke vist) være anordnet i rommet mellom de to rør 18 og 26 for å holde rørene i avstand fra hverandre. Målecellen montert ved enden av røret 18 kan således innsettes eller uttas fra et målemiljø på i og for seg kjent måte gjennom en eller flere kuleventiler.

På figur 3 er det vist en prototyp konstruert i henhold til prinsippene ifølge foreliggende oppfinnelse. Prototypen er betegnet 30 som helhet og omfatter et hus bestående av en nedre komponent 31 og en øvre komponent 32 laget av poly-metakrylat. De to komponenter 31 og 32 er forbundet med hverandre ved hjelp av skrueforbindelser 33 og 34 og inneslutter en membran 35 i mellomrommet mellom de to komponenter. Membranen 35 er laget av et stykke av avtynnet og finpolert tinnplate med en tykkelse på 0,25 mm og er belagt med palladium på den ene side, den side som vender mot det indre av den nedre komponent 31. Palladium-belegget er avsatt fra den følgende oppløsning:

pr. liter: 5 g PdCl2

240 g Na3P04, aq

55 g (NH4)3P04

3.5 g benzoid-syre, pH regulert til 11 med ammoniakk.

Arbeidsbetingelser: Temperatur 60-70°C,

2

strømtetthet 2 mA/cm ,

tid 2-4 minutter.

Det oppnåes således et palladium-belegg med en tykkelse

på ca. 0,1-0,2 ym. Den motsatte, ubelagte side av stål-membranen tilveiebringer et eksponert areal på 7 cm 2 innen-

for en sentral sirkulær fordypning i den øvre komponent 32. Membranen 35 er festet og forseglet i forhold til det indre

av den nedre del 31 ved hjelp av en ringformet pakning 37 montert i en ringformet fordypning 38 tilveiebrakt i topp-overflaten av den nedre komponent 31. I det indre av'den nedre komponent 31 er det tilveiebrakt to ko-aksialt anordnede hulrom eller kammere henholdsvis 39 og 40. Kammeret 40 er fyllt med en metall/metalloksyd-elektrode 41 som er forbundet med en isolert metalltråd som fører gjennom en sentral ut-boring 43 i den nedre komponent 31. Metall/metalloksyd-elektroden 41 er festet i kammeret 40 ved hjelp av en pakning 44 som også forsegler kammeret 39 i forhold til omgivelsene. Pakningene 37 og 44 er laget av alkali-resistent gummi. Metall/metalloksyd-elektroden består av et nikkel-belagt stål-skall som er fyllt med en blanding av like mengder av kvikk-sølvoksyd og et pulver av metallisk sølv. Pulverene presses inn i skallet. Metalltråden 42 er loddet til den ytre overflate eller bunnoverflaten av det nikkelbelagte stål-skall. Inne i kammeret 39 er det innesluttet en elektrolytt-opp-løsning av 1 N natriumhydroksyd av høy renhet.

Ved monteringen av cellen 30 blir cellen spylt med rent nitrogen og deretter plassert i en avgasset elektrolytt-oppløsning. Mens cellen nedsenkes i elektrolytt-oppløsningen, anvendes vakuum, hvilket hjelper til å fjerne gasser før cellen lukkes.

Fem celler av den art som er vist på figur 3, er blitt konstruert i henhold til de ovenfor beskrevne prinsipper. De ble lagret i 24 timer i en kortsluttet tilstand. Etter at cellene hadde vært kortsluttet i 24 timer, genererte de strømmer i området 0,1-0,5 yA, typisk 0,2 yA. Da det innvendige areal av membranen" er 16 cm 2, tilsvarer de således erholdte strømmer en strømtetthet på ca. 0,01-0,03 yA/cm 2.

På figur 4 er et diagram for strøm generert i en prototyp celle av den art som er vist på figur 3, vist avsatt mot tiden. Cellens nullstrøm (ikke vist på figur 4) er ca.

0,2 yA som nevnt ovenfor. Ved tiden null nedsenkes cellen

i en 0,2 molar P^SO^-oppløsning. I løpet av ca. 7 minutter stiger den strøm som genereres i cellen, til en verdi

(125 yA) på ca. 50 % av maksimal-strømmen (250 yA). Etter

å være stabilisert ved maksimal-strømmen blir cellen tatt ut fra oppløsningen ved det tidspunkt som er indikert ved en pil på figur 4. Strømmen avtar ganske hurtig. Målecellens transient gjengivelse kan imidlertid økes (eller nedsettes) ved økning (eller nedsettelse) av tykkelsen av membranen. Gjengivelser identiske med den som er vist på figur 4, ble oppnådd i tre suksessive målinger. Cellen opp-viser således ikke hysterese.

På figur 5 er en andre utførelsesform av hydrogen-målesonden eller hydrogen-detekteringscellen vist betegnet med 50 som helhet. Hydrogen-målesonden 50 omfatter et føler-element, dvs. en membran, av en kort lengde av et tynnvegget stål- eller jern-rør 51 som er lukket ved sin ene ende 51a. Den innvendige overflate av røret 51 kan være forsynt med

et palladium-belegg, skjønt dette ikke er nødvendig for at sonden skal funksjonere riktig. Sonden innbefatter også

en metall/metalloksyd-elektrode omfattende en stav av en metall/metalloksyd-pulverblanding 52 som kan være av den art som er beskrevet ovenfor i forbindelse med figur 3, og som er presset rundt en metall-leder 53 av eksempelvis nikkel.

Et skilleorgan 54 er anordnet omgivende metall/metalloksyd-elektroden 52, 53. Skilleorganet kan være laget av eksempelvis propylenfibre. Den sammenstilte enhet av metall/metalloksyd-elektroden 52, 53 og skilleorganet 54 innpasses i en plast-propp 55 som presspasses i den åpne ende av røret 51 etter at det indre rom i røret er fylt med en avgasset elektrolytt-oppløsning 56, som kan være av den art som er beskrevet ovenfor i forbindelse med figur 3. Metall-lederen 53 rager gjennom proppen 55 og er forbundet med en isolert metalltråd' 57. Røret 54 er også forbundet med en isolert metalltråd 58. Metalltrådene 57 og 58 er innrettet til å

bli forbundet med ytre strøm-målingsutstyr, eksempelvis et konvensjonelt følsomt am-meter. En plastkappe 59 varme-krympes rundt den åpne ende av røret 51 og rundt metalltrådene 57 og 58.

På figur 6 er en tredje utførelsesform av oppfinnelsen vist. Den på figur 6 viste utførelsesform av oppfinnelsen, betegnet med 60 som helhet, avviker bare ubetydelig fra den utførelsesform av oppfinnelsen som er vist på figur 5. Samme henvisningstall betegner således samme komponenter i de to utførelsesformer. Til forskjell fra sonden 50 omfatter sonden 60 et rør 61 av et metall som er ugjennomtrengelig for hydrogen, eksempelvis nikkel, jern/nikkel-legering eller rustfritt stål. Innsiden av røret 61 kan være dekket med en alkali-resistent emalje. Den ende av røret 61 som er motsatt den ende som er utstyrt med plast-proppen 55, er forsynt med en stål- eller jern-skive som er sveiset til røret 61. Skiven 62 utgjør metall-membranen i hydrogen-målesonden i henhold til prinsippene ifølge foreliggende oppfinnelse. De utførelsesformer av oppfinnelsen som er vist

på figur 5 og figur 6, tilsiktes anvendt og er innrettet til å bli anvendt når man måler in situ, eksempelvis når metallet underkastes en elektro-galvanisk prosess. Således blir sonden dyppet i den elektro-galvaniske oppløsning for å simulere den prosess som normalt utføres i badet (eksempelvis rensning, beising, fosfatering, stripping, elektro-plettering, elektro-avsetning etc.) mens røret i hydrogen-sonden, dvs. henholdsvis rører 51 i den utførelsesform som er vist på figur 5, og røret 61 i den utførelsesform som er vist på figur 6, forbindes med ytre elektro-galvaniske strøm/spenning-genererende midler.

Den lange og slanke form av den hydrogen-sonde 60 som er vist på figur 6, tilveiebringer ytterligere nyttige egenskaper. Formen på hydrogen-sonden gjør den således lett å tilpasse

til en "adkomst-anordning". Videre gjør lengden av hydrogen-sonden når den er kombinert med et rør med lav varmelednings-evne, eksempelvis et rør av rustfritt stål eller jern/nikkel-legering, det mulig å anvende kjøling på den ende av røret som er forsynt med plast-proppen 55, mens den ende av røret som er forsynt med metallskiven 62, holdes ved en betydelig høyere temperatur i det galvaniske bad. Målingens temperatur-avhengighet blir således redusert. Kombinasjonen av et hydrogen-ugjennomtrengelig me.tallrør 61 og hydrogen-gjennomtrengelig metallskive 62 gjør det mulig å utføre målinger på spesielle, eventuelt bruker-leverte jern- eller stål-materialer.

På figur 7 og 8 er en fjerde utførelsesform av hydrogen- måleinnretningen eller en såkalt "Patch Cell" vist. Den "Patch Cell" som er vist på figur 7 og 8, er betegnet med 70 og innrettet til å bli montert på en ytre overflate av en stål- eller jern-vegg som er utsatt for korrosjon. Nevnte "Patch Cell" er således innrettet til å detektere og måle hydrogen som trenger gjennom stål-veggen og frigjøres fra den ytre overflate av jern- eller stål-veggen innenfor et måleområde som bestemmes av de fysiske dimensjoner av måleinnretningen. Figur 7 er et vertikalsnitt av måleinnretningen 70 sammenstillet og klar til bruk, mens figur 8 er et utspilt bilde derav. Samme henvisningstall betegner således tilsvarende deler på figur 7 og 8. Måleinnretningen 70 omfatter en ytre beskyttende folie 71 av et egnet plastmateriale som er bøyelig, sterkt og uelastisk, eksempelvis Mylar ®. Et tynt metall-lag 72 er godt bundet til plastfolien 71 og utgjør en metallkomponent av en metall/metalloksyd-elektrode i måleinnretningen. Metall-laget 72 kan være fremstilt av hvilket som helst hensiktsmessig metall, eksempelvis nikkel eller sølv. Bortsett fra at plastfolien 71 understøtter metall-laget 72 gir den beskyttelse og isolering for metall-laget i forhold til omgivelsene. Metall-laget kan være avsatt som et tynt metall-belegg på plastfolien 71. Metalloksyd-komponenten i metall/metalloksyd-elektroden er betegnet med henvisningstallet 73. Metalloksydet kan være laget av en blanding av metalloksyd-pulver og metallpulver som presses til en intim blanding, hvilken også inneholder et binde-middel om det ønskes. Metalloksyd-komponenten påføres på metallkomponenten i metall/metalloksyd-elektroden, dvs. det metalliske lag 72, eksempelvis ved tykk- film-teknikk.

I likhet med de ovenfor beskrevne utførelsesformer av oppfinnelsen omfatter måleinnretningen 70 en metallmembran som består av en folie 77 av et metall som er gjennomtrengelig for hydrogen, eksempelvis palladium eller jern belagt med palladium på begge sider. I likhet med kombinasjonen av plastfolien 71 og metall-laget 72 er metallfolien eller membranen 77 godt bundet til en understøttende plastfolie 78. Plastfolien 78 er imidlertid forsynt med flere hull 79 for tilveiebringelse av ytre adgang til membranen 77. Alternativt kan plastfolien være laget av et materiale som er gjennom trengelig for hydrogen, eksempelvis polytetrafluoretylen (Teflon ).

Metalloksydet 73 i metall/metalloksyd-elektroden hindres i å komme i kontakt med metallmembranen 78 ved hjelp av et skilleorgan 74. Skilleorganet 74 kan være laget av et ark av alkaliresistent filterpapir, eksempelvis laget av polypropylenfibre. Kanten av skilleorganet 74 er på begge sider forsynt med lag 75 og 76 av et plastmateriale som gjennom-trenger filtermaterialet og også funksjonerer som et lim og forseglingsforbindelse når måleinnretningen sammenstiller i en varmeforseglingsprosess som skal beskrives med detaljert nedenfor. Materialet i lagene 75 og 76 må fylle to funksjoner, for det første må materialet være istand til å gjennomtrenge og fylle porene i skilleorganet, og for det andre må materialet ha klebemiddel-egenskaper for å kunne binde det metalliske lag 72 og metallmembranen 79 fast sammen og forsegle måleinnretningen .

Som det vil forståes, blir plastfolien 71, det metalliske lag 72 og metalloksyd-komponenten 73 fremstilt som en enkelt enhet som skal forbindes og forsegles med en annen enhet omfattende metallmembranen 77 og plastfolien 78 ved hjelp av det klebende kantmateriale 75 og 76 på skilleorganet 74. Før måleinnretningen sammenstilles blir en elektrolytt-oppløsning anbrakt mellom metall/metalloksyd-elektroden og metallmembranen 77. Elektrolytt-oppløsningen er en avgasset alkalisk elektrolytt som fortrinnsvis dannes til en pasta under anvendelse av teknikker som er kjent fra fremstillingen av batterier. Metalloksyd-komponenten 73 og skilleorgan-arket 74 mettes med elektrolytt-oppløsning, og videre blir et lag av elektrolytt-oppløsningen påført på metallmembranen 77. Ved sammenstilling av cellen må luft (oksygen) utelukkes fra mellomrommet mellom metall/metalloksyd-elektroden og metallmembranen. Videre må elektrolytt-oppløsningen hindres i å komme kontakt med det klebende materiale 75 og 76. Cellen sammenstilles ved hjelp av passende oppvarmet redskap omfattende to deler som bringes i kontakt med kant-delene henholdsvis 71 og 78 på plastfolien og presses sammen.

Plastfolien 71, det metalliske lag 72, metallmembranen

77 og plastfolien 78 er forsynt med fliker henholdsvis 71a,

72a, 77a og 78a. Metallfliken 72a skal foldes rundt en metalltråd 82, og metallfliken 77a er innrettet til å foldes rundt en metalltråd 83, som vist på figur 7. Plastfliken 71a og plastfliken 78a isolerer metallflikene i forhold til hverandre og i forhold til omgivelsene. Metalltrådene 82

og 83 tilsiktes å være kortsluttet når måleinnretningen lagres og å være forbundet med ytre strøm-målingsutstyr, såsom et konvensjonelt am-meter, under anvendelsen.

Et deksel laget av papir eller kartong plasseres på den ytre overflate av plastfolien 78 ved hjelp av et sammenpress-bart, bøyelig materiale 80 såsom skumgummi eller skumplast med selvklebende overflater for beskyttelse av de eksponerte overflateområder av metallmembranen 79 når målecellen ikke er i bruk. Den klebende overflate av materialet 80 som vender mot dekselet 81, tjener også til å feste måleinnretningen til et målested på en stål- eller jern-vegg.

På figur 9 er en femte utførelsesform av hydrogen-måleinnretningen ifølge oppfinnelsen vist og betegnet med 90 som helhet. Den utførelsesform av oppfinnelsen som er vist på figur 9, avviker fra de ovenfor beskrevne utførelses-former ved at innretningen omfatter to i bunn og grunn identiske deler eller halvdeler. Den første del utgjør det aktive følende element, og den annen del er nøytralisert eller in-aktiv eller innrettet til å bli nøytralisert eller inaktivert slik at den annen del utgjør et referanse-element. Ulikt den første del av måleinnretningen er den annen del eller referanse-elementet ikke tilsiktet å bli eksponert for korrosive krefter eller andre påvirkninger som skal måles. Isteden reagerer referanse-elementet bare på temperatur-variasjoner. Forbundet med hensiktsmessig kalibrert differensial-måleutstyr skaffer den første del av måleinnretningen strøm-målinger, mens den annen del eller referanse-elementet tjener temperatur-kompensasjonsformål når strøm tilføres måleutstyret.

Måleinnretningen 90 omfatter et metallark 91, eksempelvis et nikkel- eller sølv-ark. Metallarket 91 er felles for begge de ovenfor beskrevne deler av måleinnretningen og tilveiebringer understøttelse for disse og gir måleinnretningen som et hele fysisk styrke. På en første side av metallarket på hvilken den aktive følende del av måleinnretningen er konstruert, blir en metalloksyd-komponent 92 plassert i intim kontakt med metallarket 91. Sammen utgjør metallarket 91 og metalloksyd-komponenten 92 en første metall/- metalloksyd-elektrode hos den aktive del av måleinnretningen. Over metalloksyd-komponenten 92 er det anordnet et skilleorgan 93. Over skilleorganet 93 er det anordnet en metallmembran 94. Den første del av måleinnretningen omfatter ennvidere en elektrolytt-oppløsning som er innelukket i rommet mellom metall/metalloksyd-elektroden og metallmembranen 94.

De ovenfor beskrevne komponenter av måleinnretningen er i bunn og grunn identiske med de tilsvarende komponenter i den utførelsesform ifølge oppfinnelsen som er vist på figur 7 og 8. En hydrogen-gjennomtrengelig plastfolie som tjener beskyttelsesformål, kan således også være anordnet slik at den dekker metallmembranen 94.

Den annen del av måleinnretningen omfatter komponenter som i bunn og grunn er identiske med de ovenforbeskrevne komponenter, dvs. en metalloksyd-komponent 95, et skilleorgan 96, en metallmembran 97 og en elektrolytt-oppløsning innelukket i rommet mellom metall/metalloksyd-elektroden og metallmembranen 97. Den annen del av måleinnretningen 90 omfatter ennvidere en korrosjonsresistent folie 98 som full-stendig forsegler den annen del av måleinnretningen og be-skytter metallmembranen 97 når måleinnretningen utsettes for korrosive krefter. Folien 98 kan enten utgjøre en integrert del av måleinnretningen eller påføres av en bruker. Folien 98 kan således være laget av plast eller være påført som et antikorrosjonsmateriale, pasta eller lignende.

Hele måleinnretningen 90 sammenstilles i en varmeforseglingsprosess lignende den prosess som er beskrevet ovenfor i forbindelse med figur 7 og 8.

Metallarket 91, metallmembranen 94 og metallmembranen 98 er forbundet-med individuelle metalltråder henholdsvis 99, 100, 101, og trådene 99-101 er innelukket i en felles kappe 102.

Det vil forståes at de ovenfor beskrevne utførelsesformer bare er illustrerende for anvendelsen av prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse. Tallrike andre utførelsesformer kan tenkes av fagfolk på området uten avvikelse fra den foreliggende oppfinnelses idé og ramme.

Henvisninger

1. M.A.V. Devanathan og Z. Stachurski:

Proceeding of the Royal Society, 1962, Vol A270, s.90

2. M. Meron et al, Metal Progress, juli 1981, s.52

3. GB-patent nr. 1 585 070

4. GB-patent nr. 1 524 017

5. G. Mansfeld, S. Jeanjaquet og D.K. Roe,

Materials Performance, februar 1982.

Claims (25)

1. Innretning for bestemmelse av hydrogenstrømning gjennom en metallmembran, som er selektivt gjennomtrengelig for hydrogen, fra en hydrogen-inngangsside, omfattende metall-membranen, en elektrolytt-oppløsning kommuniserende elektrolytisk med den side av membranen som er motsatt hydrogen-inngangssiden, en metall/metalloksyd-katode kommuniserende elektrolytisk med elektrolytten, hvilken katode er istand til å oksydere hydrogen til hydrogen-ioner, hvor elektrolytten og katoden inneholdes i et hus i hvilket metall-membranen utgjør en vegg-del, og ledninger for elektrisk forbindelse til ytre strøm-målingsutstyr, hvilken innretning er innrettet til å holdes i en hovedsakelig kortsluttet tilstand ved direkte forbindelse mellom ledningene eller ved forbindelse til et strøm-målingssystem med lav indre impedans .

2. Innretning for bestemmelse av hydrogenstrømning gjennom en metallmembran, som er selektivt gjennomtrengelig for hydrogen, fra en hydrogen-inngangsside, omfattende metall-membranen, en elektrolytt-oppløsning kommuniserende elektrolytisk med den side av membranen som er motsatt hydrogen-inngangssiden, og en metall/metalloksyd-katode kommuniserende elektrolytisk med elektrolytten, hvilken katode er istand til å oksydere hydrogen til hydrogenioner, hvor elektrolytten og katoden inneholdes i et hus i hvilket membranen utgjør en vegg-del, og hvor huset er permanent forseglet.

3. Innretning ifølge krav 1 eller 2, hvor membranen er en palladium-membran.

4. Innretning ifølge krav 1 eller 2, hvor membranen omfatter jern eller stål med et palladium-belegg på en eller begge sider ^hvilket har en tykkelse i området 0,1-10 ym, fortrinnsvis 0,1-5 ym.

5. Innretning ifølge hvilket som helst av kravene 1-4, hvor katoden har et oksydasjonspotensial som er mellom 200 og 1200 mV over hydrogen-elektrodens likevektspotensial ved elektrolytt-oppløsningens pH.

6. Innretning ifølge krav 5, hvor katodens oksydasjonspotensial er 600-1200 mV over hydrogenelektrodens likevektspotensial ved elektrolytt-oppløsningens pH.

7. Innretning ifølge krav 5, hvor katodens oksydasjonspotensial er ca. 900 mV over hydrogenelektrodens likevektspotensial ved elektrolytt-oppløsningens pH.

8. Innretning ifølge hvilket som helst av kravene 1.-7, hvor katodens metalloksyd er valgt fra sølvoksyd, kvikksølv-oksyd og mangandioksyd, og metallet i katoden er valgt fra nikkel, nikkelbelagt stål, sølv og edelmetaller såsom gull, palladium og platina.

9. Innretning ifølge krav 8, hvor elektrolytten er en avgasset alkalisk oppløsning såsom natrium- eller kalium-hydroksyd med en konsentrasjon på 0,1-1 OM.

10. Innretning ifølge hvilket som helst av de foregående krav, hvor metallmembranen er understøttet på en plastfolie.

11. Innretning ifølge krav 10, hvor plastfolien utgjør en ytre side av innretningen og er perforert for å tilveiebringe hydrogen-adgang til metallmembranen.

12. Innretning ifølge krav 10, hvor plastfolien utgjør en ytre side av innretningen og er laget av et hydrogen-gjennomtrengelig plastmateriale.

13. Innretning ifølge hvilket som helst av de foregående krav, hvor metall/metalloksyd-katoden er understøttet på en hydrogen-ugjennomtrengelig plastfolie som utgjør en vegg-del av huset.

14. Innretning ifølge hvilket som helst av kravene 10-12 og 13, hvor den metallmembran-understøttende folie og den metall/metalloksyd-katode-understøttende folie holdes i avstand fra hverandre ved hjelp av et skilleorgan og sammen-føyet og forseglet til hverandre langs en ytre kant-del.

15. Innretning ifølge krav 14, hvor elektrolytt-oppløsningen er et lag av en elektrolytt-pasta som er anordnet på den side av metallmembranen som er motsatt hydrogen-inngangssiden.

16. Innretning ifølge hvilket som helst av de foregående krav, omfattende en første innretning-del og en andre innretning-del som begge har hvilke som helst av ovennevnte karakteristika, hvor den første innretning-del utgjør et aktivt følende element, og den andre innretning-del, som er forseglet slik at den utelukker hydrogen,utgjør et referanseelement.

17. Fremgangsmåte til bestemmelse av hydrogen-strømning gjennom en metallmembran, som er selektivt gjennomtrengelig for hydrogen, fra en hydrogen-inngangsside, omfattende: at man tilveiebringer et hus, anordner en metall/metalloksyd-katode og en elektrolytt-oppløsning i huset, hvilken katode er istand til å oksydere hydrogen til hydrogen-ioner og kommuniserer elektrolytisk med elektrolytt-oppløsningen, anordner metallmembranen i huset slik at den utgjør en vegg-del derav, bringer den side av metallmembranen som er motsatt hydrogen-inngangssiden, i kontakt med elektrolytt-oppløsningen, forsegler metallmembranen i huset, kortslutter metallmembranen og metall/metalloksyd-katoden og måler den elektriske strøm som genereres som resultat av oksydasjon av hydrogen som passerer gjennom metallmembranen.

18. Fremgangsmåte til bestemmelse av hydrogen-strømning gjennom en metallmembran, som er selektivt gjennomtrengelig for hydrogen, fra en hydrogen-inngangsside, omfattende: at man tilveiebringer et hus, anordner en metall/metalloksyd-katode og en elektrolytt-oppløsning i huset, hvilken katode er istand til å oksydere hydrogen til hydrogen-ioner og kommuniserer elektrolytisk med elektrolytt-oppløsningen, anordner huset i kontakt med metallmembranen slik at i det minste en del av metallmembranen utgjør eri vegg-del av huset, bringer den side av metallmembranen som er motsatt hydrogen-inngangssiden, i kontakt med elektroytt-oppløsningen, forsegler nevnte del av metallmembranen i forhold til huset, kortslutter metallmembranen og metall/metalloksyd-katoden og måler kontinuerlig den elektriske strøm som genereres som resultat av at metallmembranen og metall/metalloksyd-katoden kortsluttes.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 17 eller 18, hvor hydrogen-strømningen genereres som et resultat av en kjemisk eller elektrokjemisk reaksjon mellom inngangsoverflaten av membranen og et ytre fluid medium såsom en væske eller gass med hvilken overflaten av membranen reagerer kjemisk eller elektrokj emisk.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, hvor membranens inngangsside eksponeres for et fluidum som korroderer membranens overflatemetall under generering av en hydrogenstrømning inn i membranen.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 19 eller 20, hvor memb' ranen er laget av en prøve av en ståltype, hvis hydrogen-korrosjon, ved utsettelse for kjemiske eller elektrokjemiske behandlinger i en renseoppløsning, i beise-, fosfaterings-, strippe- eller metallpletterings-bad, eller i andre elektrogalvaniske prosesser, skal bedømmes.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 19 eller 20, hvor membranen er laget av stål som utsettes for korrosjon i en prosess-strøm fra et kjemisk anlegg eller et kraftanlegg eller ved måling eller prosessering av naturgass, olje eller geotermisk vanndamp.

23. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 19-22, hvor metallmembranen er forsynt med et ytre beskyttende belegg eller lag, hvis beskyttende virkning skal studeres ved utsettelse for korrosive eller andre påvirkninger.

24. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 19-22, hvor metallmembranen er forsynt med et ytre belegg eller lag av et materiale hvis korrosive påvirkning på metallmembranen skal studeres.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 17 eller18, hvor strømningen av hydrogen som unnviker fra en ytre overflate av en stål-eller jern-vegg i et rør eller en beholder bestemmes, og hvor metallmembranen anordnes tilliggende den ytre overflate av nevnte stål- eller jern-vegg.