Pierwszenstwo: „ Zgloszenie ogloszono: 30.09.1973 Opis patentowy opublikowano: 10.06.1975 78161 KI. 421,4/16 MKP G01n 27/26 [aiSUOTtKA Twórcywynalazku: Romuald Chrusciel, Zbigniew Szpetman Uprawniony z patentu tymczasowego: Ziklady Pomiarowo-Badawcze Energetyki „Energopomiar", Gliwice (Polska) Przetwornik elektrochemiczny do pomiaru gazowych zanieczyszczen powietrza Przedmiotem wynalazku jest przetwornik elektrochemiczny z krótkim czasem odpowiedzi do pomiaru malych ilosci gazowych zanieczyszczen powietrza atmosferycznego.Stosowane dotychczas analizatory gazowych zanieczyszczen powietrza wykorzystuja przetworniki che¬ miczne, fotokolorymetryczne, fotooptyczne, elektrochemiczne i elektrofizyczne. Analizatory te zawieraja z za¬ sady: uklad pobierania próbki powietrza (przewód doprowadzajacy, pompka), elementy oczyszczajace próbke ze skladników zaklócajacych pomiar (filtry pylowe, absorbery selektywne) oraz przetwornik, który wymaga pew¬ nej okreslonej objetosci powietrza dla ustalenia sie sygnalu odpowiadajacego panujacemu w powietrzu stezeniu zanieczyszczenia. Wymienione wyzej okolicznosci powoduja, ze niezaleznie od zasady dzialania czas odpowiedzi najszybciej nawet dzialajacych analizatorów utrzymuje sie powyzej 1 minuty, a przemyslowych analizatorów wynosi srednio 3 minuty.Badania mechanizmu rozprzestrzeniania sie zanieczyszczen wykazaly, ze propagacja ich w przyziemnych warstwach atmosfery czesto odbywa sie w postaci szybko przemieszczajacych sie pojedynczych klebów o du¬ zym stezeniu lokalnym. Pomiar szybko zmieniajacego sie w tych warunkach poziomu zanieczyszczenia analizato¬ rami o kilkuminutowej stalej czasowej, pozwala co najwyzej na mierzenie wartosci sredniej, nieodzwierciedlajacej wysokich wartosci stezen chwilowych.Ujemny wplyw zanieczyszczen atmosfery na wegetacje roslin zalezy m.in. od „charakteru widmowego imisji" tj. od czestotliwosci i wartosci szczytowych stezen chwilowych* Stwierdzono równiez, ze zagrozenie wegetacji roslinnej zalezy bardziej od iloczynu stezenia zanieczyszczen i panujacej wdanej chwili predkosci wiatru (a wiec od dawki) niz od stezenia bezwzglednego. Dla zmierzenia wystepujacych podczas propagacji ilosci zanieczyszczen powietrza, dostepne dotychczas analizatory nie posiadaja dostatecznie krótkich czasów odpo¬ wiedzi. Ponadto okreslanie poszczególnych ilosci przez pomiar stezen oraz równoczesny zapis panujacej w danym momencie predkosci wiatru wymagaloby rozbudowanych ukladów instrumentalno-pomiarowych, a uzyskiwanie iloczynu wartosci stezenia i predkosci stanowiloby dodatkowe utrudnianie.Celem wynalazku jest usuniecie niedogodnosci znanych przetworników oraz umozliwienie prostego po- /2 78161 miaru i niezawodnego generowania sygnalów elektrycznych, których wielkosc zalezy wprost od iloczynu chwilo¬ wego stezenia i panujacej w tym momencie predkosci wiatru. J Cel ten zostal osiagniety wedlug wynalazku dzieki temu, ze zastosowano elektrochemiczny przetwornik w postaci pionowej kapilary doprowadzajacej roztwór reakcyjny otwartym górnym koncem na swoja zewnetrzna powierzchnie, na która nawiniete sa dwie elektrody pomiarowe, a calosc umieszczona jest bezposrednio w anali¬ zowanym powietrzu. Roztwór reakcyjny splywajac po powierzchni kapilary reaguje z zanieczyszczeniem obec¬ nym w powietrzu atmosferycznym, zmieniajac swoje parametry fizykochemiczne. Zmiany parametrów mierzyc mozna bezposrednio za pomoca omywanych przez roztwór elektrod pomiarowych.Dla skrócenia odpowiedzi na spadek stezenia, ponizej elektrod pomiarowych umieszczona jest na dolnej czesci kapilary elektroda dodatkowa. Wlaczona do pomocniczego obwodu zjedna z elektrod pomiarowych, sluzy do polaryzowania elektrody, elektrochemicznego generowania w roztworze reakcyjnym czynnego sklad¬ nika, badz szybszego wyrównywania zmian parametrów wywolanych reakcja roztworu z mierzonym zanieczysz¬ czeniem. Blizej wyjasniona zostanie rola tej elektrody na przykladzie zastosowania przetwornika. Dla malych stezen zmiany wlasnosci roztworu pozostaja w prostej proporcji do ilosci zanieczyszczen przechodzacych z po¬ wietrza do filmu cieczowego. Przechodzenie to zalezy zarówno od stezenia zanieczyszczenia jak i od predkosci powietrza oplywajacego nieruchoma kapilara ijest funkcja dawki.Rozwiazanie posiada nastepujace zalety: bardzo krótki czas odpowiedzi zarówno na wzrost jak i zanik stezen, duza czulosc dzieki korzystnemu stosunkowi ilosci roztworu absorbujacego zanieczyszczenia (cienki film na scianie kapilary) do ilosci uczestniczacego w analizie powietrza, ponadto nawet w powietrzu nieruchomym dzieki grawitacyjnemu splywaniu roztworu zapewniony jest ruch cieczy wzgledem gazu, co umozliwia dzialanie przetwornika, a sygnal pozostaje proporcjonalny do stezenia danego zanieczyszczenia, nie zachodzi niebezpie¬ czenstwo zatrucia reagentu obecnymi w powietrzu pylami, poniewaz zmywane sa one w sposób ciagly ze scian kapilary swiezymi porcjami roztworu reakcyjnego, dobór wlasciwego skladu roztworu reakcyjnego, materialu elektrod oraz parametrów elektrycznych pozwala na stosowanie przetwornika do pomiaru róznego rodzaju zanie¬ czyszczen powietrza, przez nalozenie na kapilare czujnika oslony i ustabilizowanie szybkosci przeplywu po¬ wietrza wokól kapilary, mozna go latwo przeksztalcic z przyrzadu mierzacego ilosc na przyrzad mierzacy stezenia bezwzgledne.W rozwiazaniu takim zmiany wartosci sygnalu wywolane wahaniami temperatury otoczenia mozna kom¬ pensowac droga czesto elektryczna w elemencie wzmacniajacym sygnal przez odpowiednie korygowanie umiesz¬ czonym w poblizu kapilary termistorem.Przetwornik wedlug wynalazku znajdzie zastosowanie do pomiaru najbardziej rozpowszechnionych zanie¬ czyszczen powietrza atmosferycznego jak: S02, NOx, aldehydy, ozon i inne. Przedmiot wynalazku jest przedsta¬ wiony w przykladzie wykonania na rysunku ilustrujacym przetwornik dla dawek S02 - Pomiar gazowych zanieczyszczen powietrza przetwornikiem wedlug wynalazku jest nastepujace: roztwór H2S04 1 m doprowadzany jest króccem 1 do naczynia 2 wypelnionego krysztalami chemicznie czystego jodu.Roztwór H2S04 przeplywajac przez zloze krysztalów nasyca sie jodem do stanu równowagi, okreslonej aktu¬ alna temperatura otoczenia. Na filtrze 3 z waty szklanej zatrzymywane sa male krysztalki jodu unoszone ewen¬ tualnie strumieniem przeplywajacego roztworu reakcyjnego. Dalej roztwór przeplywa wewnetrznym przewodem kapilary 4 i wyplywa na zewnatrz górnym koncem 5. Nastepnie scieka grawitacyjnie cienkim filmem po ze¬ wnetrznej powierzchni kapilary 4', omywajac równoczesnie znajdujace sie na jej powierzchni platynowe elek¬ trody pomiarowe 6, a w dolnej czesci platynowa elektrode dodatkowa 7. Splywajac ostatecznie do naczynka 12, króccem 13 odprowadzany jest do zbiornika roztworu zuzytego.Kwasny, nasycony roztwór jodu splywajac filmem po powierzchni kapilary reaguje z S02 obecnym w po¬ wietrzu otaczajacym przetwornik wydzielajac równowazna ilosc jonu jodkowego. Wydzielajaca sie wedlug reak¬ cji: S02+J2+2H20 2J + S04" + 4H równowazna ilosc jonu jodkowego powoduje przeplyw pradu miedzy elektrodami pomiarowymi (mierzonego wskaznikiem mikroamperometrycznym 9), wprost proporcjonalnego do dawki S02 w powietrzu. Przylozone bowiem do tych elektrod stale napiecie 0,28 V pozwala na elektrochemiczne utlenienie na anodzie tylko jonu jodkowego. Utlenieniu na dodatniej elektrodzie pomiarowej towarzyszy redukcja na ujemnej elektrodzie pomia¬ rowej równowaznej ilosci jodu do jodku. Zanik pradu pomiarowego przy malejacej dawce S02 nastepuje wskutek wymiany splywajacego po elektrodach roztworu na roztwór swiezy nie zawierajacy jonów jodkowych.Dla dodatkowego skrócenia czasu odpowiedzi przetwornika w dolnej czesci kapilary 4 znajduje sie platy¬ nowa elektroda dodatkowa 7. Twoizy ona pomocniczy obwód z dodatnia elektroda pomiarowa. Zewnetrzna czesc tego obwodu sklada sie ze zródla stalego napiecia 1,5 V — 11 i regulowanego opornika 10. Zadaniem tego78161 3 obwodu jest przyspieszenie wyczerpania przez elektroutlenianie do jodu wydzielonego przez S02 jonu jodko- wego. Dzieki temu rozwtór reakcyjny wraca szybciej do poczatkowego stanu (bez jonów jodkowyeh) niz byloby to mozliwe wskutek przeplywowejwymiany filmu cieczy na powierzchni kapilary czujnika. PL