RU189090U1 - Сенсор для измерения концентрации кислорода и водорода в инертных, защитных и окислительных газовых смесях - Google Patents
Сенсор для измерения концентрации кислорода и водорода в инертных, защитных и окислительных газовых смесях Download PDFInfo
- Publication number
- RU189090U1 RU189090U1 RU2019104921U RU2019104921U RU189090U1 RU 189090 U1 RU189090 U1 RU 189090U1 RU 2019104921 U RU2019104921 U RU 2019104921U RU 2019104921 U RU2019104921 U RU 2019104921U RU 189090 U1 RU189090 U1 RU 189090U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- measuring
- gas
- tube
- hydrogen
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к аналитической технике, в частности к сенсорам для анализа газовых сред, и может быть использована для измерения концентрации кислорода, водорода в инертных и защитных газовых смесях. Сенсор для измерения содержания кислорода и содержания водорода в газовых смесях состоит из протонной и кислородной электрохимических ячеек, каждая из которых имеет измерительный и эталонный электроды, протонная ячейка выполнена в виде трубки из протонопроводящего твердого электролита с электродами, нанесенными на ее стенки внутри и снаружи, трубка газоплотным стеклом приклеена к твердоэлектролитной пробирке из кислородопроводящего электролита, являющейся кислородной электрохимической ячейкой, при этом внутри пробирки расположен эталонный электрод из смеси металл-металлоксид, а снаружи – измерительный электрод. Предложенная полезная модель обеспечивает расширение эксплуатационных возможностей электрохимических твердоэлектролитных сенсоров. 1 ил.
Description
Полезная модель относится к аналитической технике, в частности к сенсорам для анализа газовых сред и может быть использовано для измерения концентрации кислорода, водорода в инертных и защитных газовых смесях.
Наиболее близким по конструкции к заявляемому сенсору является твердоэлектролитный датчик для измерения кислорода в газах и металлических расплавах, известный из RU № 2489711, публ.10.08.2013. Этот датчик содержит твердоэлектролитную пробирку из кислородопроводящего твердого электролита, внутренний эталонный электрод с токосъемником, наружный газовый измерительный электрод, расположенный в средней части наружной поверхности пробирки, при этом пробирка герметично присоединена термостойким герметиком к защитному чехлу со сквозными окнами для прохождения анализируемого газа к поверхности измерительного электрода, служащему наружным токосъемником.
Перед погружением в расплав, датчик прогревается в газовой среде и достигает температуры анализируемого расплава. На эталонном электроде датчика устанавливается равновесный кислородный потенциал, соответствующий парциальному давлению кислорода в эталонном газе, например, воздухе. Между эталонным электродом и расплавом устанавливается, а между эталонным электродом и дополнительным измерительным электродом возникает разность потенциалов, измерив которую можно определить, как активность кислорода в расплавленном металле, так и кислородосодержание газовой атмосферы над расплавом.
Таким образом, известный датчик представляет собой кислородную электрохимическую ячейку с эталонным и измерительным электродами, который можно использовать для измерения кислорода в анализируемых смесях. Однако для контроля инертных, защитных и окислительных атмосфер необходимо контролировать в них и величину парциального давления водорода.
Задача настоящей полезной модели заключается в создании сенсора, способного одновременно измерять, как содержание кислорода, так и содержание водорода в газовых смесях.
Для этого предложен сенсор, который, как и прототип, содержит твердоэлектролитную пробирку из кислородопроводящего твердого электролита, а также измерительный и эталонный электроды. Сенсор отличается тем, что состоит из протонной и кислородной электрохимических ячеек, каждая из которых имеет измерительный и эталонный электроды, при этом водородная ячейка выполнена в виде трубки из протонопроводящего твердого электролита с электродами, нанесенными на ее стенки внутри и снаружи, трубка газоплотным стеклом приклеена к твердоэлектролитной пробирке, являющейся кислородной электрохимической ячейкой, при этом внутри пробирки расположен эталонный электрод из смеси металл-металлоксид, а снаружи – измерительный электрод.
Таким образом, заявленный сенсор состоит из протонной и кислородной электрохимических ячеек, работающих в потенциометрическом режиме. Обе ячейки склеены газоплотным стеклом и представляют конструкцию сенсора с разделенными газовыми пространствами. Эталонный электрод кислородной ячейки выполнен из смеси Ме+МехОу, заменяющей эталонный газ и обеспечивающей стабильное значение парциального давления кислорода на эталонном электроде при стабильной температуре в соответствии с уравнением:
ХМе + УО2 = МехОу (1)
трубки из протонопроводящего твердого электролита подается эталонный газ, представляющий собой газовую смесь водорода и инертного газа с известной и стабильной величиной парциального давления водорода. Таким газом является поверочная газовая смесь – ПГС. Наружные электроды электрохимических ячеек являются измерительными электродами и омываются анализируемым газом.
Электрохимическая цепь протонной ячейки имеет вид:
Pt/ПГС/протонопроводящий твердый электролит/анализ. газ/Pt.(2)
Электрохимическая цепь кислородной ячейки имеет вид:
Pt/Ni,NiO/кислородопроводящий твердый электролит/анализ. газ/Pt. (3).
В рабочем режиме, при погружении сенсора анализируемый газ с температурой в диапазоне от 600÷750оС и подаче в полость протонной ячейки эталонного газа в виде газовой смеси водорода и инертного газа с известной и стабильной величиной парциального давления водорода, генерируемая протонной ячейкой сенсора ЭДС1, в соответствии с уравнением Нернста будет:
где: Е1 – ЭДС протонной ячейки сенсора (В),
2F – количество электричества, необходимое для переноса одного моля водорода (Кулон/моль);
T – температура анализируемого газа в градусах Кельвина;
R – газовая постоянная ( 1,9873 кал/град *моль);
Р – парциальное давление водорода на эталонном электроде, равное парциальному давлению водорода в ПГС,%.
Уравнение (4) позволяет однозначно рассчитать величину Р , т.е парциальное давление водорода в анализируемом газе.
Для кислородной ячейки эталонный газа не требуется, т.к. его функцию выполняет смесь Ме+МехОу, имеющая при конкретной температуре определенную величину парциального давления кислорода. Так для смеси Ni+NiO при температуре 600оС парциальное давление кислорода составляет 6,5Е-18%, а при 750оС давление 8,5Е-14 %О2. Уравнение Нернста для кислородной ячейки будет иметь вид:
Таким образом, используя один эталонный газ, можно измерять содержание кислорода и водорода в анализируемой газовой смеси.
Новый технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в расширении эксплуатационных возможностей электрохимических твердоэлектролитных сенсоров.
Полезная модель иллюстрируется рисунком, на котором представлен заявляемый сенсор. Сенсор содержит пробирку 1 из кислородопроводящего твердого электролита с нанесенным на ее наружную поверхность измерительным электродом 2, эталонным электродом 3 и стеклом – герметиком 4, изолирующим эталонный электрод 3 от воздействия окружающей среды. В конструкции предусмотрено керамическое кольцо 5 для электроизоляции ячеек между собой. К пробирке 1 газоплотным стеклом приклеена трубка 6 из протонопроводящего твердого электролита с измерительным электродом 7 и эталонным электродом 8. Сенсор имеет трубку 10 для подачи эталонного газа в полость трубки 6 протонной ячейки.
Измерение кислородного потенциала ЭДС2 кислородной ячейки между измерительным электродом 2 и эталонным электродом 3 кислородной ячейки обеспечивает потенциометр U2, а измерение водородного потенциала ЭДС1 между измерительным электродом 7 и эталонным электродом 8 протонной ячейки обеспечивает потенциометр U1.
Для работы сенсора его необходимо поместить в термостат с температурой 600-750оС. В полость 9 протонной ячейки нужно подать эталонный газ заданного состава, а именно азотно-водородную смесь с известным и стабильным содержанием водорода.
Анализируемый газ омывает наружную поверхность сенсора, в том числе, измерительные электроды 2 и 7. При этом между электродами 7 и 8 будет генерироваться ЭДС 1, соответствующая концентрации водорода в анализируемом газе, а между электродами 2 и 3 будет генерироваться ЭДС 2, соответствующая концентрации кислорода в анализируемом газе.
Заявленный сенсор может использоваться для одновременного измерения, как содержания кислорода, так и содержания водорода в газовых смесях.
Claims (1)
- Сенсор для измерения концентрации кислорода и водорода в газовых смесях, содержащий твердоэлектролитную пробирку из кислородопроводящего электролита, а также измерительный и эталонный электроды, отличающийся тем, что сенсор состоит из протонной и кислородной электрохимических ячеек, каждая из которых имеет измерительный и эталонный электроды, при этом протонная ячейка выполнена в виде трубки из протонопроводящего твердого электролита с электродами, нанесенными на ее стенки внутри и снаружи, трубка газоплотным стеклом приклеена к твердоэлектролитной пробирке, являющейся кислородной электрохимической ячейкой, при этом внутри пробирки расположен эталонный электрод из смеси металл-металлоксид, а снаружи – измерительный электрод.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019104921U RU189090U1 (ru) | 2019-02-21 | 2019-02-21 | Сенсор для измерения концентрации кислорода и водорода в инертных, защитных и окислительных газовых смесях |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019104921U RU189090U1 (ru) | 2019-02-21 | 2019-02-21 | Сенсор для измерения концентрации кислорода и водорода в инертных, защитных и окислительных газовых смесях |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU189090U1 true RU189090U1 (ru) | 2019-05-13 |
Family
ID=66549650
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019104921U RU189090U1 (ru) | 2019-02-21 | 2019-02-21 | Сенсор для измерения концентрации кислорода и водорода в инертных, защитных и окислительных газовых смесях |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU189090U1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07167833A (ja) * | 1993-12-14 | 1995-07-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ガスセンサ |
RU2483298C1 (ru) * | 2011-11-22 | 2013-05-27 | Учреждение Российской академии наук Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН | Твердоэлектролитный датчик для амперометрического измерения концентрации водорода и кислорода в газовых смесях |
RU2489711C1 (ru) * | 2011-12-26 | 2013-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Твердоэлектролитный датчик для измерения концентрации кислорода в газах и металлических расплавах |
RU2536315C1 (ru) * | 2013-06-14 | 2014-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Устройство для определения концентрации кислорода и водорода в газовой среде |
-
2019
- 2019-02-21 RU RU2019104921U patent/RU189090U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07167833A (ja) * | 1993-12-14 | 1995-07-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ガスセンサ |
RU2483298C1 (ru) * | 2011-11-22 | 2013-05-27 | Учреждение Российской академии наук Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН | Твердоэлектролитный датчик для амперометрического измерения концентрации водорода и кислорода в газовых смесях |
RU2489711C1 (ru) * | 2011-12-26 | 2013-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Твердоэлектролитный датчик для измерения концентрации кислорода в газах и металлических расплавах |
RU2536315C1 (ru) * | 2013-06-14 | 2014-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Устройство для определения концентрации кислорода и водорода в газовой среде |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3981785A (en) | Electrochemical sensor for reactive gas mixtures | |
JP3272215B2 (ja) | NOxセンサ及びNOx測定方法 | |
KR100474223B1 (ko) | 공연비 검출 장치 | |
CA1040264A (en) | Solid state sensor for anhydrides | |
JPH0342425B2 (ru) | ||
Demin et al. | Sensors based on solid oxide electrolytes | |
RU189090U1 (ru) | Сенсор для измерения концентрации кислорода и водорода в инертных, защитных и окислительных газовых смесях | |
Ramı́rez-Salgado et al. | Feasibility of potentiometric oxygen gas sensor based on perovskite and sodium titanate measuring electrode | |
US3974054A (en) | Measuring cell for determining oxygen concentrations in a gas mixture | |
RU2483298C1 (ru) | Твердоэлектролитный датчик для амперометрического измерения концентрации водорода и кислорода в газовых смесях | |
RU2483299C1 (ru) | Твердоэлектролитный датчик для амперометрического измерения концентрации водорода в газовых смесях | |
RU2654389C1 (ru) | Амперометрический способ измерения концентрации кислорода в газовых смесях | |
Park et al. | The origin of oxygen dependence in a potentiometric CO2 sensor with Li-ion conducting electrolytes | |
US4814062A (en) | Membrane reference electrode | |
RU189631U1 (ru) | Сенсор для измерения концентрации кислорода и водорода в инертных, защитных и окислительных газовых смесях | |
US20220173443A1 (en) | Electrochemical cell for testing a solid-state battery with simultaneous measurement of the gases generated | |
RU2490623C1 (ru) | Твердоэлектролитный датчик для потенциометрического измерения концентрации водорода в газовых смесях | |
RU2489711C1 (ru) | Твердоэлектролитный датчик для измерения концентрации кислорода в газах и металлических расплавах | |
JPS62190459A (ja) | ガスセンサ | |
JPH04320956A (ja) | βアルミナとジルコニア固体電解質よりなる結合型ガスセンサー | |
RU2750136C1 (ru) | Способ определения ионного числа переноса твердых электролитов с протонной проводимостью | |
RU2779253C1 (ru) | Способ определения концентрации монооксида и диоксида углерода в анализируемой газовой смеси с азотом | |
RU2755639C1 (ru) | Амперометрический способ измерения содержания монооксида углерода в инертных газах | |
Kalyakin et al. | Stability and reproducibility of the amperometric sensors for oxygen concentration analysis in the nitrogen gas mixtures | |
RU2780308C1 (ru) | Потенциометрическая твердоэлектролитная ячейка |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20210222 |