PL80559B1 - - Google Patents

Description

Uprawniony z patentu: Kent Instruments Limited, Luton (Wielka Brytania) Sposób mierzenia zawartosci procentowej lub cisnienia czastkowego skladnika mieszaniny gazów lub mierzenia potencjalu chemicznego skladnika mieszaniny gazów oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób mierzenia zawartosci procentowej lub cisnienia czastkowego jednego ze skladników mieszaniny gazów lub mie¬ rzenia potencjalu chemicznego skladnika mieszani¬ ny gazów za pomoca elektrochemicznego ogniwa stezeniowego (detektora), oraz urzadzenie do stoso¬ wania tego sposobu. Pomiar taki, na przyklad po¬ miar zawartosci tlenu w mieszaninie, moze stano¬ wic wskaznik wydajnosci procesu, na przyklad pro¬ cesu spalania.Elektrochemiczne ogniwa stezeniowe (detektory) mierza bezposrednio potencjal chemiczny jednego ze skladników mieszaniny gazów, przy czym po¬ tencjal ten dla pewnych reakcji gazu z cialem sta¬ lym, zwlaszcza dla reakcji gazu z metalem, ma wieksze znaczenie niz cisnienie czastkowe. Poten¬ cjal chemiczny moze byc okreslony jako entalpia swobodna na mol skladnika mieszaniny przy stalej temperaturze, cisnieniu i liczbie moli wszystkich pozostalych skladników mieszaniny.Dla i-tego skladnika mieszaniny potencjal che¬ miczny moze byc wyrazony zaleznoscia. dF LH= ani T, P, nj Dla gazu idealnego wielkosc ta jest zwiazana z cisoieniem czastkowym Pi przez zaleznosc |.i i=M°+RT leg Pi gdzie R jest stala gazowa, T jest temperatura w skali absolutnej a ui° potencjalem chemicznym w warunkach normalnych przy cisnieniu jednej atmo¬ sfery i temperaturze T.Znane sa elektrochemiczne ogniwa stezeniowe na przyklad z brytyjskiego opisu patentowego nr 1 073 099 jak równiez ochrona elektrod ogniwa.Dla dzialania ogniwa wymagana jest odpowied¬ nia temperatura gazu, wyzsza od pewnego mini¬ mum, wynoszacego zwykle 400—500°C, a gdy po¬ miar nie moze byc dokonany na mieszaninie we wlasciwej jej temperaturze, z mierzonej mieszaniny pobiera sie próbke w celu ogrzania jej przed doko¬ naniem pomiaru. Niezbednie potrzebne jest zatem urzadzenie do pobierania próbek.Celem i zadaniem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu i urzadzenia do przeprowa¬ dzenia opisanego pomiaru w gazie, którego tempe¬ ratura jest mniejsza od minimum potrzebnego do zapewnienia wlasciwej pracy ogniwa.Zadanie postawione przed wynalazkiem zostalo osiagniete w rozwiazaniu sposobu mierzenia za¬ wartosci procentowej lub cisnienia czastkowego jednego ze skladników mieszaniny gazów lub mie- izenia potencjalu chemicznego jednego ze sklad¬ ników mieszaniny gazowej przez wystawienie ele¬ ktrochemicznego ogniwa stezeniowego na dzialanie próbki mieszaniny gazów, charakteryzujacych sie tym, ze wymusza sie przeplyw próbki mieszaniny gazów przez kanal prób, zawierajacy ogniwo usy¬ tuowane w mieszaninie, przy czym próbke miesza- 80 55980 559 niny ogrzewa sie w kanale prób do temperatury potrzebnej do wlasciwego dzialania ogniwa.Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug wy¬ nalazku charakteryzuje sie tym, ze zawiera kanal prób, elementy do osadzenia tego kanalu prób w mieszaninie gazów w celu umozliwienia przeply¬ wu próbki tej mieszaniny poprzez ten kanal, grzej¬ nik dó ogrzewania próbki w kanale prób, oraz elektrochemiczne ogniwo stezeniowe tak, by od¬ dzialywala na nie próbka mieszaniny gazów.Urzadzenie wedlug wynalazku jest usytuowane w mieszaninie gazów, w której dokonywany jest pomiar, na przyklad w kanale, przez który ta mie¬ szanina gazów przeplywa. Czesc mieszaniny gazów przechodzi przez kanal prób albo na skutek natu¬ ralnego przeplywu albo ze wzgledu na istnienie pradów konwekcyjnych spowodowanych dzialaniem grzejnika. Jesli predkosc przeplywu próbki jest nie¬ wystarczajaca, przeplyw przez kanal prób moze byc wspomagany za pomoca rury wylotowej przylaczo¬ nej do zewnetrznej pompy.Przedmiot wynalazku jest dokladniej objasniony w przykladzie wykonania przedstawionym na za¬ laczonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urzadzenie wedlug wynalazku w przekroju wraz z przylaczonymi do niego obwodami elektrycznymi, fig. 2 przedstawia inny przyklad wykonania urza¬ dzenia wedlug wynalazku, a fig. 3A i 3B przed¬ stawiaja trzeci przyklad wykonania urzadzenia we¬ dlug wynalazku w widoku z boku i w widoku z góry.Jak podano na fig. 1 elektrochemiczne ogniwo stezeniowe 10 w ksztalcie rury 11 zamknietej scian¬ ka czolowa 12 osadzone jest wspólosiowo wewnatrz metalowej rury wsporczej 14.Na kazdej stronie scianki czolowej 12 przymoco¬ wana jest elektroda. Zamkniety koniec ogniwa 10 wystaje z jednego konca rury wsporczej 14, ^której drugi koniec jest osadzony w sciance 15 kanalu, przez który przeplywa mieszanina gazów, tak, ze rura wsporcza 14 wystaje do wnetrza tego kanalu.Wewnetrzna strona scianki czolowej 12 jest wysta¬ wiona zatem na dzialanie powietrza lub innego ga¬ zu porównawczego lub mieszaniny gazów.Na wolnym koncu rury wsporczej 14 osadzony jest lacznik rurowy 16 w ksztalcie litery T. Lacz¬ nik 16 zawiera stopke 18, w której jest osadzony wolny koniec rury wsporczej 14 i czesc przeplywo¬ wa, której os tworzy kat prosty z osia stopki 18, przy czym ta czesc przeplywowa stanowi ogrzewa¬ ny kanal prób 19. L-' \ * W przedstawionym urzadzeniu os kanalu prób 19 jest skierowana zgodnie z kierunkiem przeplywu gazu, oznaczonym strzalka 20. Scianka czolowa ogniwa 10 wystaje do wnetrza kanalu prób 19, w którego sciance jest umiszczone elektryczne uzwo¬ jenie grzejne 21.Uklad elektryczny urzadzenia wedlug wynalazku zawiera czujnik temperatury 22, umieszczony w og¬ niwie 10 obok scianki czolowej 12 i polaczony z urzadzeniem sterujacym 24, usytuowanym na zew¬ natrz kanalu, przez który przeplywa mierzona mie¬ szanina gazów, za pomoca przewodu.25. Urzadze¬ nie sterujace 24 jest polaczone z uzwojeniem grzei- nym 21 za pomoca przewodu 26 i jest przeznaczone dc sterowania pradu przeplywajacego przez to uzwojenie, tak aby gaz wewnatrz kanalu prób 19 byl ogrzewany do temperatury wystarczajacej do 5 wlasciwego dzialania ogniwa, zwykle do tempera¬ tury powyzej 500°C. Elektryczne polaczenie elektro¬ dy usytuowanej na wewnetrznej stronie scianki czo¬ lowej 12 jest wykonane za pomoca przewodu 28, usytuowanego wewnatrz rury wsporczej 14, a po- io laczenie drugiej elektrody jest wykonane za pomo¬ ca przewodu 29, usytuowanego wewnatrz kanalu prób i polaczonego galwanicznie ze scianka rury wsporczej, do której przylaczony jest równiez prze¬ wód zewnetrzny 30. 15 Sygnal wyjsciowy z detektora jest podawany przez przewody 28 i 30 na wzmacniacz 31, polaczo¬ ny z urzadzeniem odczytu 32, umieszczonym na ze¬ wnatrz kanalu, poprzez który przeplywa mierzona mieszanina gazów. 20 Pokazane na fig. 1 usytuowanie urzadzenia, ta¬ kie ze os kanalu prób jest pionowa i jest zgodna z kierunkiem przeplywu jest odpowiednie tylko wtedy gdy predkosc przeplywu jest wieksza od okreslonego minimum. Gdy predkosc przeplywu jest 25 mniejsza od tego minimum mozna zmienic poloze¬ nie lacznika 16 przez obrócenie go wokól osi ru¬ ry wsporczej tak, ze os kanalu prób bedzie usytu¬ owana prostopadle do kierunku przeplywu. Prze¬ plyw gazów przez kanal prób jest wówczas powo- 30 dowany pradami konwekcyjnymi, spowodowanymi przez ogrzewanie gazów w tym kanale.Na fig. 2 pokazana jest odmiana urzadzenia z fig. 1, przeznaczona do dokonywania pomiarów w bardzo zanieczyszczonych gazach spalinowych. 35 Uklad elektryczny oraz konstrukcja ogniwa 10 jak równiez rura wsporcza 14 i kanal prób 19 sa nie¬ zmienione. Wlot kanalu prób jest jednak zaopa¬ trzony w odpowiedni filtr 41, a wylot tego kana¬ lu jest polaczony z rura 42, zagieta pod katem pro- 40 stym tak, ze na wiekszej czesci swej dlugosci prze^ biega ona równolegle do rury wsporczej 14. Rura 42 wychodzi przez scianke 15 na zewnatrz do pompy 44. Gazy przeplywajace we wnetrzu kana¬ lu spalinowego sa zatem poddawane analizie przez 45 przeciaganie ich czesci przez filtr 41 i kanal prób 19.Pompa 44 jest zaleznie od potrzeby skonstruo¬ wana tak, aby odprowadzac zbadana próbke albo do atmosfery, albo z powrotem do glównego prze- 50 plywu gazów wewnatrz kanalu spalinowego. Po¬ niewaz przeplyw gazów poprzez kanal prób 19 jest wymuszony za pomoca pompy 44 usytuowanie osi tego kanalu w stosunku do kierunku przeplywu gazów jest nieistotne. 55 Na fig. 3 pokazane jest inne wykonanie urzadze¬ nia z fig. 1 nadajace sie do zastosowania w przy¬ padku zanieczyszczonej mieszaniny gazów, prze¬ plywajacej z duza predkoscia. Urzadzenie to rów¬ niez zawiera lacznik rurowy 16 w ksztalcie litery 60 T, ogniwo 10 i rure wsporcza 14 wraz z ukladem elektrycznym takie jak poprzednio opisane. Kanal prób 19 jest usytuowany pionowo a jego os tworzy z kierunkiem przeplywu, oznaczonym przez strzal¬ ke 51, kat prosty tak, ze poddawany analizie gaz 65 jest przeciagany przez kanal prób na zasadzie kon-80 559 wekcji. Wlot i wylot kanalu prób 19 sa wyposa¬ zone odpowiednio w rure wlotowa 52 i w rure wylotowa 54, które sa zagiete pod katem prostym tak, ze ich wolne konce odchodza od kanalu prób w kierunku przeplywu gazu. Duze czastki zanie¬ czyszczen maja wystarczajaco duzy prad by przejsc w pradzie przeplywajacych gazów otwarte konce rur, a tylko drobne czastki zmieniaja swój kieru¬ nek i dostaja sie do wnetrza kanalu prób przez rure wlotowa 52. W pewnych przypadkach korzystne jest pominiecie rury wylotowej 54. Dzialanie opi¬ sanych rur jest polepszone przez ich odpowiednie korzystne uksztaltowanie, przy czym przyklad od¬ powiedniego ich uksztaltowania przedstawiony jest w brytyjskim opisie patentowym nr 796 010.Szczególna korzyscia sposobu i urzadzenia we¬ dlug wynalazku jest to, ze próbka jest analizowa¬ na w stanie niezmienionym a do szybkiego otrzy¬ mania wyników pomiaru wystarcza w zupelnosci mala predkosc przeplywu, oraz to, ze przy bardzo malych przeplywach, urzadzenie wedlug wynalaz¬ ku ma duza zywotnosc i nie jest klopotliwe w konserwacji. Wielkosc pobieranej próbki jest przy tym wystarczajaco mala by móc ja wyprowadzic na zewnatrz bez dalszego wykorzystywania i bez obróbki. PL PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób mierzenia zawartosci, procentowej lub cisnienia czastkowego skladnika mieszaniny gazów lub mierzenia potencjalu chemicznego skladnika mieszaniny gazów, przez poddanie elektrochemicz¬ nego ogniwa stezeniowego (detektora) z elektroli¬ tem w postaci ciala stalego, dzialaniu próbki mie¬ szaniny gazów o podwyzszonej temperaturze, zna¬ mienny tym, ze wymusza sie przeplyw próbki przez kanal prób zawierajacy ogniwo umieszczone w mie¬ szaninie gazów, przy czym próbke mieszaniny pod¬ grzewa sie w kanale prób do temperatury potrzeb¬ nej do dzialania ogniwa.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze próbke zmusza sie do przeplyniecia przez kanal prób o usytuowaniu ukierunkowanym przeplywem mieszaniny gazów.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze próbke zmusza sie do przeplyniecia przez kanal prób na zasadzie konwekcji spowodowanej przez ogrzewanie próbki.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze próbke zmusza sie do przeplyniecia przez kanal prób przez zasysanie pompa przylaczona do wylo¬ tu kanalu prób.

5. Sposób wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze próbke przepuszcza sie przez filtr przylaczony do wlotu kanalu prób.

6. Sposób wedlug zastrz. 4 lub 5, znamienny tym, ze próbke odprowadza sie za pomoca pompy do atmosfery. 10 15 20 7. Sposób wedlug zastrz. 4 lub 5 znamienny tym, ze próbke za pomoca pompy zawraca sie do mieszaniny. 8. Sposób wedlug zastrz. 1—7, znamienny tym, ze ogrzewanie próbki steruje sie w zaleznosci od temperatury wyczuwanej w ogniwie. 9. Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze ma kanal prób, ele¬ menty do osadzenia tego kanalu prób w miesza¬ ninie gazów dla przeplywu próbki mieszaniny ga¬ zów przez kanal prób, grzejnik do ogrzewania próbki w kanale prób, oraz elektrochemiczne ogni¬ wo stezeniowe (10) z elektrolitem w postaci ciala stalego, wystawione na reakcje próbki, ogrzanej w kanale prób. 10. Urzadzenie wedlug zastrz. 9 znamienne tym, ze ogniwo zawiera rure posiadajaca scianke czo¬ lowa, zamykajaca jeden koniec tej rury, przy czym na kazdej stronie tej scianki czolowej osadzona jest elektroda, a ogniwo wystajace przez otwór w scian¬ ce kanalu prób 19 wystawia zewnetrzna strone scianki czolowej ogniwa na dzialanie próbki. 11. Urzadzenie wedlug zastrz. 10, znamienne tym, ze elementem wspórczym przeznaczonym do osa- dzehigi ogniwa 10 w mieszaninie gazów jest rura wsporcza 14 umieszczona w jednej linii z otwo- 30 rem scianki kanalu 19, przy czym ogniwo 10 jest umieszczone wewnatrz rury (14). 12. Urzadzenie wedlug zastrz. 11, znamienne tym, ze kanal prób (19) stanowi czesc przeplywowa 35 lacznika rurowego (16) w ksztalcie litery T, które¬ go stopka (18) jest polaczona z rura wsporcza (14), przy czym stopka (18) zawiera otwór. 13. Urzadzenie wedlug zastrz. 11—12, znamien- 40 ne tym, ze rura wsporcza (14) jest wykonana z metalu i stanowi czesc polaczenia elektrycznego elektrody zewnetrznej z obwodem elektrycznym, usytuowanym poza mieszanina gazów. 45 50 60 14. Urzadzenie wedlug zastrz. 9—13, znamienne tym, ze grzejnik stanowi elektryczne uzwojenie grzejne (21), umieszczone w kanale prób a obwód zasilania tego uzwojenia umozliwia sterowanie pra¬ dem zasilajacym uzwojenie grzejne (21) w zalez¬ nosci od temperatury odpowiedniego elementu w ogniwie. 15. Urzadzenie wedlug zastrz. 9—14, znamienne 55 tym, ze zawiera rure wlotowa, wystajaca z wlotu kanalu prób (19) pod katem prostym do osi kana¬ lu prób (19). 16. Urzadzenie wedlug zastrz. 15, znamienne tym, ze ma rure wylotowa wystajaca z wylotu kanalu prób równolegle do rury wlotowej. 17. Urzadzenie wedlug zastrz. 9—14, znamienne tym, ze kanal prób jest osadzony w kanale, przez 65 który przeplywa mieszanina gazów i jest usytuo-80 559 wariy zgodnie z kierunkiem przyjmowania miesza¬ niny gazów, plynacej w kanale. 8 zewnatrz kanalu, przez który przeplywa miesza¬ nina gazów. 18. Urzadzenie wedlug zastrz. 17, znamienne tym, ze os kanalu jprob jest usytuowana zgodnie z kie¬ runkiem przeplywu mieszaniny ' gazów. 21. Urzadzenie wedlug zastrz. 20, znamienne tym, 5 ze ma filtr (41) usytuowany przy wlocie kanalu prób (19). 19. Urzadzenie wedlug zastrz. 17, znamienne tym, zs""os kanalu prób jest usytuowana poprzecznie do kierunku przeplywu mieszaniny gazów. 20. Urzadzenie wedlug zastrz. 17, znamienne tym, ze ma fure wylotowa, wystajaca z wylotu kanalu prób i polaczona z pompa ssaca, usytuowana na 22. Urzadzenie wedlug zastrz. 15—16, znamienne tym, ze ma kanal prób osadzony w kanale, przez który przeplywa mieszanina gazów w polozeniu umozliwiajacym przyjecie mieszaniny gazów, przy czym kanal prób ma rure wlotowa, odchodzaca od kanalu prób w kierunku przeplywu mieszaniny gazów. FIG.3B U-/4 FIG.3A LDA — zaklad 2 — Typo, zam. 793/75 — 125 egz. Cena 10 zl PL PL