PL65823B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 30.XI.1972 65823 KI. 421,4/12 MKP GOln 27/04 CZYTELNIA Ui patentowego filstfifTHcniiW|icr t\ \m.:..) Wspóltwórcy wynalazku: Aleksander Stankiewicz, Janusz Szczepaniak Wlasciciel patentu: Instytut Gospodarki Wodnej, Warszawa (Polska) Czujnik do pomiaru zawartosci tlenu w cieczach Przedmiotem wynalazku jest czujnik do pomiaru zawartosci tlenu w cieczach sluzacy do oznaczania zawartosci tlenu rozpuszczonego w srodowiskach cieklych, przetwarzajacy wielkosc nieelektryczna jaka jest cisnienie czastkowe rozpuszczonego tlenu, na sygnal elektryczny proporcjonalny do cisnienia czastkowego tlenu w okreslonym zakresie zmian temperatury srodowiska.Elektrochemiczne membranowe czujniki tlenowe znajduja szerokie zastosowanie do ilosciowego oznaczania tlenu rozpuszczonego w róznych srodo¬ wiskach cieklych. Czujniki te sa komórkami elek¬ trolitycznymi w których zachodizi proces elektro¬ chemicznej redukcji tlenu dyfundujacego z bada¬ nego srodowiska do katody poprzez membrane z tworzywa sztucznego na przyklad polietylenu.W stalej temperaturze natezenie pradu elektrycz¬ nego w czujniku jest wprost proporcjonalne do cisnienia czastkowego tlenu rozpuszczonego w sro¬ dowisku w którym zanurzono czujnik. Natezenie pradu stanowi sygnal pomiarowy czujnika. Zmiany temperatury srodowiska powoduja duze zmiany natezenia pradu, dlatego konieczne jest uniezalez¬ nienie sygnalu pomiarowego czujnika od tempera¬ tury.W literaturze technicznej opisano szereg roz¬ wiazan czujników tlenowych z kompensacja wply¬ wu temperatury, jednak dokladnosc kompensacji i zakres dopuszczalnych zmian temperatury sa do¬ tad niezadawalajace. Dokladnosc pomiaru w zmien¬ nej temperaturze jest wielokrotnie mniejsza w po¬ równaniu z dokladnoscia pomiaru wykonanego tym samym czujnikiem w stalej temperaturze, badz tez zakres sprawnego dzialania kompensacji ogra- 5 niczony jest do waskiego przedzialu temperatur.Istniejace rozwiazania czujników z kompensacja zapewniaja dokladnosc pomiaru ± 1% w stalej temperaturze, natomiast w zmiennej temperaturze zaleznie od zastosowanego ukladu kompensacyj¬ nego uzyskuje sie dokladnosci: ± 5% w zakresie 15°C do 45°C, ± 10% w zakresie 5°C do 35°C, ± 3% przy zmianach temperatury o ±5°C wzgle¬ dem temperatury w której cechuje sie czujnik lub ± 1% przy zmianach temperatury o ± 5°C. 10 15 25 30 W opisywanych rozwiazaniach kompensacje wplywu temperatury uzyskuje sie dzieki zastoso¬ waniu temperaturowego czujnika termistorowego o odpowiednio dobranym wspólczynniku rezystan¬ cji, wlaczonego w zewnetrzny obwód komórki elek¬ trolitycznej, lub zastosowaniu jako obwodu zew¬ netrznego komórki elektrolitycznej mostka oporo¬ wego w ukladzie Wheatstome^ z dwoma czujnika¬ mi termistorowyimi, stanowiacymi ramiona mostka.W tym ostatnim wypadku * uzyskano dokladnosc kompensacji ± 1% przy zmianach temperatury o ±5°C wzgledem temperatury cechowania. Tym sposobem nie mozna jednak uzyskac rozszerzenia granic dopuszczalnych zmian temperatury przy za¬ chowaniu klasy dokladnosci pomiaru nawet przy •5 82365 823 precyzyjnym doborze charakterystyk elementów oporowych obwodu.Celem wynalazku jest zwiekszenie dokladnosci pomiaru elektrochemicznym membranowym czuj¬ nikiem tlenu w zmiennej temperaturze badanego srodowiska, a zadaniem wynalazku jest opracowa¬ nie elektrochemicznego membranowego czujnika tlenu, którego elektryczny sygnal pomiarowy jest praktycznie biorac niezalezny od temperatury ba¬ danego srodowiska przy zmianach temperatury w granicach od 0°C do 40°C.Cel ten zostal osiagniety przez zastosowanie od¬ powiedniego obwodu elektrycznego zlozonego z ko¬ mórki elektrolitycznej, termistorowych czujników temperatury i oporników o stalej rezystancji. Ob¬ wód zewnetrzny komórki elektrolitycznej zamk¬ nieto dwoma równolegle polaczonymi ukladami oporników o stalej rezystancji i termistorów.Pierwszy uklad sklada sie z termistora i opornika polaczonych szeregowo, a drugi uklad z termistora i dwóch oporników polaczonych szeregowo.Sygnalem pomiarowym czujnika tlenu jest su¬ maryczny spadek napiecia na termistorze i opor¬ niku bedacy czescia calkowitego spadku napiecia na obwodzie zewnetrznym komórki elektrolitycz¬ nej. Sygnal ten jest proporcjonalny do cisnienia czastkowego tlenu rozpuszczonego w srodowisku w którym zanurzono czujnik, a wplyw zmian tem¬ peratury srodowiska na wartosc sygnalu pomiaro¬ wego jest kompensowany wskutek zmiany rezy¬ stancji termistorów.Przez zastosowanie opisanego rozwiazania osiaga sie znacznie wyzsza niezaleznosc sygnalu czujnika tlenu od temperatury badanego srodowiska niz przy zastosowaniu rozwiazan opisanych w litera¬ turze. Przy zmianach temperatury w granicach 5°C — 35°C uchyb sygnalu czujnika spowodowany ta zmiana jest mniejszy niz ± 0,5%, a przy zmia¬ nach temperatury w granicach 0°C — 45°C uchyb jest mniejszy niz ± 1%. Opisywany czujnik umoz¬ liwia zatem przeprowadzenie pomiarów zawartosci tlenu z duza dokladnoscia nawet przy znacznych zmianach temperatury srodowiska.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladach wykonania na rysunku na którym fig. 1 i fig. 2 przedstawiaja schematy elektryczne czujnika, a fig. 3 przedstawia schemat konstruk¬ cyjny czujnika.Na rysunku fig. 1 przedstawia schemat elek¬ tryczny czujnika oraz sposób podlaczenia wyjscia czujnika do aparatu pomiarowego. Komórka elek¬ trolityczna 1 jest tu ogniwem 'galwanicznym w którym na katodzie zachodzi proces elektroche¬ micznej redukcji tlenu, dyfundujacego z badane¬ go srodowiska przez membrane, oddzielajaca ko¬ mórke elektrolityczna od badanego srodowiska.Natezenie pradu w komórce elektrolitycznej jest liniowa funkcja cisnienia czastkowego tlenu roz¬ puszczonego w badanej cieczy oraz ekspotencjalna funkcja jej temperatury. Obwód zewnetrzny ko¬ mórki sklada sie z dwóch termistorów 2 13 oraz trzech oporników 4, 5 i 6 o stalej rezystancji po¬ laczonych w uklad szeregowo —r równolegly.Termistory 2 i 3 sa czujnikami temperatury ba- 5 danej cieczy. Sygnalem pomiarowym czujnika tle¬ nu jest sumaryczny spadek napiecia na termisto- rze 2 i oporniku 5. Kontakty wyjsciowe czujnika 7 i 8 laczy sie z miliwoltomierzem o duzej opor¬ nosci wewnetrznej lub z kompensatorem. io Wskazania miernika sa wprost proporcjonalne do cisnienia czastkowego tlenu w badanej cieczy, praktycznie biorac niezaleznie od zmian tempera¬ tury cieczy w granicach 0°C — 40°C, jezeli rezy¬ stancje oporników 4, 5 i 6 sa dobrane odpowied- 15 nio do rezystancji i wspólczynników temperaturo¬ wych rezystancji zastosowanych termistorów.Optymalne wartosci rezystancji oporników okres¬ la sie na podstawie obliczen w oparciu o ogólnie znane zasady analizy obwodów elektrycznych. 20 Na rysunku Fig. 2 przedstawia schemat elektrycz¬ ny czujnika w wypadku zasilania komórki elektro¬ litycznej napieciem zewnetrznym. Czujnik tego typu ma trzy kontakty 9, 10 i 11.Do kontaktów 9 i 10 przyklada sie zewnetrzne 25 napiecie zasilajace U, a kontakty 10 i 11 laczy sie z miliwoltomierzem. Rozmieszczenie elementów obwodu elektrycznego w czujniku wyjasniono na schemacie konstrukcyjnym czujnika Fig. 3.Galwaniczna komórka elektrolityczna zlozona 30 z katody 12, anody 13 umieszczonych w zbiornicz¬ ku z elektrolitem 14 stanowi glowice czujnika. Na glowice nalozona jest membrana z folii polietyle¬ nowej 15. Membrane mocuje i komórke elektroli¬ tyczna uszczelnia pierscien kauczukowy 16. 35 Termistory bagietkowe 17 i 18 obsadzone sa w korpusie czujnika 19. Przewody od katody, ano¬ dy i termistorów doprowadzone sa do górnej roz¬ szerzonej czesci korpusu czujnika (tzw. puszki kon¬ taktowej czujnika) 20, gdzie sa polaczone z opor- 40 nikami. Dwuzylowy izolowany przewód 21 uszczel¬ niony w dlawicy stanowi wyjscie czujnika. 45 PL PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Elektrochemiczny czujnik membranowy do po¬ miaru zawartosci tlenu rozpuszczonego w cieczach znamienny tym, ze obwód zewnetrzny komórki elektrolitycznej (1) czujnika stanowia dwa rów- 50 nolegle polaczone uklady oporników o stalej rezy¬ stancji i termistorów spelniajacych funkcje czuj¬ ników temperatury badanej cieczy, przy czym pierwszy uklad sklada sie z termistora (2) i opor¬ nika (4) polaczonych szeregowo, drugi uklad z ter- 55 mistora (3) i dwóch oporników (5, 6) polaczonych szeregowo, a spadek napiecia na termistorze (3) i oporniku (5) ukladu drugiego bedacy czescia cal¬ kowitego spadku napiecia na obwodzie zewnetrz¬ nym komórki elektrolitycznej stanowi elektryczny w sygnal pomiarowy czujnika.KI. 421,4/12 65823 MKP GOln 27/04 1[ ~=F 3\ 6 IS- 8 -0- I FU 1 z% u T T s _] to -f2f— ff -0— I FU 2KI. 421,4/12 65 823 MKPGOln 27/04 18 Fiq. 3 Typo Lódz, zam. 643/72 — 210 egz. Cena zl 10,— PL PL