PT813056E - Dispositivo para a realização de medições electroquímicas em vidro ou sais fundidos - Google Patents

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Description

1
DESCRIÇÃO
"DISPOSITIVO PARA A REALIZAÇÃO DE MEDIÇÕES ELECTROQUIMICAS EM VIDRO OU SAIS FUNDIDOS" A presente invenção refere-se a um dispositivo para a realização de medições electroquímicas em vidro ou sais fundidos, com pelo menos um eléctrodo de medição e um sistema de eléctrodos de referência.
Existem múltiplos dispositivos deste género, por exemplo conhecidos da GB 2 057 695 A. Neste caso realiza-se uma medição da pressão parcial do oxigénio por meio de uma célula de medição electroquímica, também designada como sistema de eléctrodos de referência, ligada por meio de um dispositivo indicador e/ou processador (sistema de medição) a um contra-eléctrodo (também designado eléctrodo de medição) . Utiliza-se como eléctrodo de medição um fio de platina, que é introduzido através de um corpo de óxido de alumínio. Na ponta do corpo de óxido de alumínio o fio de platina fica solto de modo a poder entrar em contacto com a massa fundida assim que o contra-eléctrodo é imerso nesta. O corpo de óxido de alumínio é fixado num tubo de óxido de alumínio. Na prática verificou-se que é impossível conseguir uma introdução estanque aos gases entre o eléctrodo de platina e o corpo de óxido de alumínio. Assim, o oxigénio penetra na atmosfera por sobre a massa fundida até à parte do eléctrodo de medição que fica em contacto com a massa fundida, de modo que os valores medidos nesse ponto não correspondem às reais proporções no interior da massa fundida, falseando assim a medição. 2 São conhecidos sistemas de medição semelhantes, por exemplo na DE 38 11 915 AI. Também neste caso o eléctrodo de medição é feito de platina.
Por exemplo, em "Glastechnische Berichte" 68 (1995) N°. 9, P. 273 ss. é conhecida a determinação em vidro fundido por meio de análise voltamétrica com três eléctrodos de ferro, enxofre ou crómio. Também neste caso ocorrem problemas. Por exemplo, é necessário conhecer com exactidão o tamanho da superfície do eléctrodo no vidro. T.H. Etsell, determina o oxigénio em metia fundido por voltametria (Etsell, T.H., J. Electrochem. Soc.: Electrochemical Science and Technology, Fev. 1972, p. 198-208) . O objectivo da presente invenção consiste em aperfeiçoar a exactidão da medição de, por exemplo, medições de pressão parcial em vidro ou sais fundidos, a partir dos dispositivos conhecidos do estado da técnica.
De acordo com a presente invenção, o objectivo é atingido por meio de uma ponta do eléctrodo de medição, destinada a ser imersa na massa fundida, constituída por um metal nobre e com uma ponta que é fundida num tubo de vidro de sílica de modo estanque aos gases, sendo o eléctrodo de medição introduzido no tubo de vidro de sílica (desde a massa fundida até ao sistema de medição). Uma junta estanque aos gases significa que não pode entrar oxigénio através do tubo, do exterior para a massa fundida que se deseja medir em quantidade suficiente para influenciar a medição. Adequadamente, o metal nobre é um metal do grupo do irídio, platina, paládio ou ródio ou uma liga de pelo menos um 3 destes metais com pelo menos um outro metal nobre (eventualmente deste mesmo grupo). É concebível empregar este dispositivo principalmente para medições rápidas. É adequado que a união entre o eléctrodo de medição e o tubo de vidro de sílica, na ponta do tubo de vidro de sílica destinada a ser imersa na massa fundida seja fundida de modo estanque ao gás. Para trás, na parte que sobressai da massa fundida, o tubo de vidro de sílica pode ficar aberto. É adequado que a ponta do eléctrodo de medição feito de um metal nobre fique unida dentro do tubo de vidro de sílica a um fio de medição, constituído preferencialmente por molibdénio, volfrâmio ou uma liga de crómio-níquel (p. ex. Cronix). Deste modo o comprimento do fio de metal nobre, utilizado como eléctrodo pode ser reduzido a fim de poupar metal nobre.
No caso da elaboração do fio de medição em molibdénio ou volfrâmio é possível inserir entre as pontas feitas de metal nobre do eléctrodo de medição e o fio de medição uma tira metálica de molibdénio. A ligação entre o metal nobre e o fio de medição pode ser fundida no tubo de vidro de sílica. Especialmente, uma tira metálica, fundida, de molibdénio assegura uma estanqueidade aos gases quase absoluta.
Um fio de crómio-níquel não pode ser pura e simplesmente fundido no tubo de vidro de sílica visto que existe o perigo de fundir à temperatura necessária. 0 ponto de ligação fica, assim, localizado preferencialmente por trás do ponto de fusão com o tubo de vidro de sílica. 4 É vantajosa para uma elevada exactidão da medição a existência de um eléctrodo de referência num tubo do electrólito sólido, fechado de um dos lados, cuja ponta do lado contrário à ponta fechada é mantida num tubo de cerâmica, através do qual é introduzido o eléctrodo de referência, e o envolvimento da ponta do eléctrodo de referência, dentro do tubo do electrólito sólido, com um material de referência, constituído por uma mistura de metal-óxido metálico em pó, de preferência mistura de níquel-óxido de níquel em pó, sendo o próprio eléctrodo de referência constituído de modo adequado por uma liga de crómio-níquel. É ainda adequado que o tubo de vidro de sílica e o tubo de cerâmica sejam cheios de corindo. Além disso é vantajoso que o tubo de vidro de sílica e o tubo de cerâmica sejam mantidos num tubo de suporte comum, constituído preferencialmente por cerâmica e com uma peça de união de tipo vulgar na ponta do lado oposto à ponta que é imersa para união mecânica e para ligação de eléctrodos de medição e eléctrodos de referência com um sistema de medição. 0 tubo de suporte pode ser feito de óxido de alumínio e ser preenchido por corindo esférico.
Seguidamente passa-se a explicar detalhadamente um exemplo de concretização da presente invenção por meio de uma figura.
Na figura vê-se
Figura 1 uma representação do dispositivo de acordo com a presente invenção,
Figura 2 um corte longitudinal, através do dispositivo de acordo com a presente invenção, 5
Figura 3 um corte longitudinal através do eléctrodo fundido no tubo de vidro de sílica e Figura 4 um corte através de um dispositivo com três eléctrodos. 0 dispositivo representado na figura 1 apresenta um tubo de suporte 1, feito de óxido de alumínio. Na ponta do lado oposto à ponta que é imersa encontra-se uma peça de união 2 no tubo de suporte 1, que é inserida num suporte que não está representado na figura, por exemplo uma lança metálica. Os fios introduzidos através do tubo de suporte 1, o fio de medição 3 e o eléctrodo de referência 4 são ligados pela peça de união 2 a um sistema de medição, isto é com uma unidade indicadora e/ou processadora vulgar. No interior do tubo de suporte 1 encontra-se o fio de medição 3 e o eléctrodo de referência 4, introduzido através do tubo de vidro de sílica 5 e incorporado no corindo esférico 6.
Na ponta do tubo de suporte 1 exposta à imersão do dispositivo encontram-se o sistema de eléctrodos de referência 7 e o tubo de vidro de sílica 8. 0 sistema de eléctrodos de referência 7 apresenta um tubo de cerâmica 9 de óxido de alumínio, através do qual é inserido o eléctrodo de referência 4 até ao tubo do electrólito sólido 10. O tubo do electrólito sólido 10 de óxido de zircónio apresenta no seu interior, como material de referência, uma mistura de níquel-óxido de níquel em pó, onde é fixado o eléctrodo de referência 4, feito de uma liga de crómio- níquel (Cronix) . O eléctrodo de medição com o fio de medição 3 é introduzido através do tubo de vidro de sílica 8, a ponta 11 do eléctrodo de medição é feita de fio de iridio. No entanto, pode também ser feito de platina, 6 paládio, ródio ou uma liga contendo principalmente iridio ou outros metais do grupo mencionado e ainda outros metais nobres. A ponta 11 de iridio sobressai até dentro do tubo de vidro de silica 8. A ponta 11 é fundida na ponta 12 do tubo de vidro de silica 8 de modo estanque aos gases, numa extensão de cerca de 2 cm. Em seguida muda o material do eléctrodo de medição. A fim de poupar o fio de iridio, relativamente caro, o resto do eléctrodo de medição é um fio de medição 3 de Cronix (uma liga de crómio-níquel). Em vez de Cronix é também possível utilizar, por exemplo, molibdénio ou volfrâmio como fio de medição 3.
Uma outra possibilidade de elaboração do eléctrodo de medição encontra-se representado na figura 3. Neste caso, a ponta 11 de iridio é fixa dentro do tubo de vidro de sílica 8 com uma tira de molibdénio 13, a qual está unida pela sua outra ponta ao fio de medição 3. 0 fio de medição 3 pode, neste caso, ser constituído por exemplo por molibdénio ou volfrâmio. A tira de molibdénio 13, no exemplo apresentado, está completamente fundida na ponta 12 do tubo de vidro de sílica 8. Deste modo consegue-se atingir uma estanqueidade aos gases perfeita. Não está representada nas figuras a possibilidade de retirar as tiras de molibdénio 13 das pontas fundidas 12 do tubo de vidro de sílica 8 e unir directamente no tubo aberto com o fio de medição 3. Num caso destes seria também possível Cronix como fio de medição 3. 0 tubo de vidro de sílica 8 e o tubo de cerâmica 9 possuem um enchimento de corindo que estabiliza a posição do fio no interior do tubo. 7 0 dispositivo representado na figura 4 destina-se à medição voltamétrica p. ex. do teor de ferro, enxofre ou crómio em vidro fundido. Este processo encontra-se descrito por exemplo em "Glastechnische Berichte" 68 (1995) N°. 9, p. 273 ss. No tubo de suporte 1 de óxido de alumínio encontra-se um eléctrodo de medição e um eléctrodo de referência 4. A ponta 11 do eléctrodo de medição é feito de irídio e é fundido num tubo de vidro de sílica 8. 0 eléctrodo de referência 4, de platina, encontra-se num tubo de cerâmica 9 e na ponta do tubo de suporte 1, destinada a ser imersa, encontra-se um contra-eléctrodo 14 de platina. A medição com o dispositivo descrito possibilita resultados muito fidedignos, principalmente em serviço temporário. Uma vez que o dispositivo pode ser fabricado de modo muito económico é possível a sua concretização como sonda unidireccional.
Lisboa, 23 de Março de 2009

Claims (13)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo para a realização de medições electroquimicas em vidro ou sais em fusão, com pelo menos um eléctrodo de medição e um sistema de eléctrodos de referência, caracterizado por a ponta própria para imersão na massa fundida (11) do eléctrodo de medição ser constituída por um metal nobre e estar fundida num tubo de vidro de sílica (8) de forma estanque ao gás, sendo o eléctrodo de medição introduzido através do tubo de vidro de sílica (8).
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o metal nobre ser um metal do grupo constituído por irídio, platina, paládio ou ródio ou uma liga de pelo menos um destes metais com pelo menos um outro metal nobre.
3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por estar fundida uma ligação entre o eléctrodo de medição e o tubo de vidro de sílica (8) à ponta (12) destinada a ser imersa na massa fundida do tubo de vidro de sílica (8).
4. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a ponta (11) de metal nobre do eléctrodo de medição estar ligada dentro do tubo de vidro de sílica (8) a um fio de medição (3).
5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por existir entre a ponta (11) de metal nobre do eléctrodo de medição e o fio de medição (3) uma tira de metal (13) de molibdénio. 2
6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o fio de medição (3) ser feito de molibdénio ou de volfrâmio.
7. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado por a ligação entre o metal nobre e o fio de medição (3) ser fundida no tubo de vidro de sílica (8) .
8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o fio de medição (3) ser feito de uma liga de crómio-níquel.
9. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por existir um eléctrodo de referência (4) num tubo do electrólito sólido, fechado de um lado, que é mantido com a sua ponta do lado oposto à ponta fechada num tubo de cerâmica (9), através do qual é introduzido o eléctrodo de referência (4) e por a ponta do eléctrodo de referência (4) no tubo do electrólito sólido (10) estar envolta num material de referência constituído por uma mistura de metal-óxido metálico em pó, preferencialmente níquel-óxido de níquel em pó.
10. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por o eléctrodo de referência (4) ser feito de uma liga de crómio-níquel.
11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado por o tubo de vidro de sílica (8) e o tubo de cerâmica (9) serem cheios de corindo. 3
12. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado por o tubo de vidro de sílica (8) e o tubo de cerâmica (9) serem mantidos num tubo de suporte (1) comum, constituído preferencialmente por cerâmica e ter a peça de união (2) na ponta do lado oposto à ponta que é imersa para união mecânica e para ligação do eléctrodo de medição e eléctrodo de referência (4) com um sistema de medição.
13. Dispositivo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o tubo de suporte (1) ser feito de óxido de alumínio e estar cheio de corindo esférico. Lisboa, 23 de Março de 2009
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