RU2018118C1

RU2018118C1 - Electrochemical gas sensor

Info

Publication number: RU2018118C1
Authority: RU
Inventors: Михаил Григорьевич Дубровский; Анатолий Николаевич Зеленин
Original assignee: Михаил Григорьевич Дубровский; Анатолий Николаевич Зеленин
Priority date: 1991-12-25
Filing date: 1991-12-25
Publication date: 1994-08-15

Abstract

FIELD: measurement technology, monitoring and measuring concentrations of gases in air. SUBSTANCE: sensor has electrodes, electrolyte in the form of a pellet and hydrophilic wick for supplying electrolyte to the electrodes. The electrolyte contains chemical elements of electrolyte itself, buffer components and is impregnated with chemical composition absorbing moisture from environment for maintaining the electrolyte in moist state. The sensor furthermore has a membrane covering one of the electrodes and made of hygroscopic material. EFFECT: enhanced accuracy. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в качестве датчика в экологических и производственных устройствах сигнализации, контроля и измерения концентраций определенных газов в воздухе, в частности, хлор-газа, сероводорода и других. The invention relates to analytical instrumentation and can be used as a sensor in environmental and industrial devices for signaling, monitoring and measuring the concentrations of certain gases in the air, in particular chlorine gas, hydrogen sulfide and others.

Известен электрохимический газовый датчик, входящий в состав сигнализатора и содержащий измерительную ячейку с электролитом с буферным раствором и пару полупогруженных в электролит с буферным раствором электродов, расположенных параллельно основной оси измерительной ячейки и электрически соединенных с первой и второй клеммами датчика соответственно. При этом в крышке измерительной ячейки находятся подводящий и отводящий воздухопроводы, причем подводящий воздухопровод расположен таким образом, что струя исследуемой воздушной смеси попадает на поверхность электролита с буферным раствором между электродами, контролируемый газ насыщает эту поверхность и возникающий в ходе электрохимических процессов разбаланс на электродах фиксируется электронной схемой. Known electrochemical gas sensor, which is part of the detector and containing a measuring cell with an electrolyte with a buffer solution and a pair of electrodes semi-immersed in an electrolyte with a buffer solution, located parallel to the main axis of the measuring cell and electrically connected to the first and second sensor terminals, respectively. At the same time, the inlet and outlet air ducts are located in the cover of the measuring cell, and the inlet air duct is located in such a way that the jet of the air mixture under investigation falls on the surface of the electrolyte with a buffer solution between the electrodes, the controlled gas saturates this surface and the imbalance arising during the electrochemical processes is recorded electronically scheme.

Недостатком известного устройства является пониженная чувствительность из-за шунтирующего действия объемной проводимости электролита с буферным раствором. A disadvantage of the known device is the reduced sensitivity due to the shunting action of the bulk conductivity of the electrolyte with a buffer solution.

Известен электрохимический газовый датчик, который содержит электролит и два электрода с электрическими проводами, расположенными внутри корпуса. Корпус соединен с основанием и имеет защитную крышку с отверстиями для подачи анализируемого газа в рабочую полость, ограниченную корпусом и крышкой. Датчик содержит мембрану, гидрофильный фитиль для подпитки электрода электролитом и крепежные элементы. Known electrochemical gas sensor, which contains an electrolyte and two electrodes with electrical wires located inside the housing. The housing is connected to the base and has a protective cover with holes for supplying the analyzed gas to the working cavity bounded by the housing and the cover. The sensor contains a membrane, a hydrophilic wick for feeding the electrode with electrolyte, and fasteners.

Недостатком известного устройства является пониженная чувствительность, обусловленная использованием жидкого электролита. A disadvantage of the known device is the reduced sensitivity due to the use of liquid electrolyte.

Целью изобретения является повышение чувствительности. The aim of the invention is to increase sensitivity.

Электрохимический газовый датчик содержит электролит и два электрода с электрическими проводами. Корпус, внутри которого расположены электролит и два электрода, соединен с основанием. Рабочая полость ограничена корпусом и защитной крышкой с отверстиями для подачи анализируемого газа. Датчик также содержит гидрофильный фитиль для подпитки электродов электролитом, мембрану, крепежные элементы, съемный технологический стакан, клеммы и фиксирующую пробку. Последняя поджимает электролит, расположенный на оси корпуса, выполненного в виде стакана с фланцами с двух сторон и утолщенным дном. В основании корпуса расположены клеммы, которые соединены электрическими проводами с электродами, расположенными на боковой поверхности корпуса, имеющего сквозной радиальный канал, соединяющий рабочую полость с электролитом. Внутри канала расположен гидрофильный фитиль, соединяющий последовательно электролит с электродами и мембраной, расположенной на поверхности одного из электродов. Корпус расположен внутри крышки, выполненной в виде стакана, и неподвижно соединен крепежными элементами с крышкой и с основанием датчика, выполненного в виде кольца с посадочным местом для корпуса. Геометрические размеры технологического стакана таковы, что обеспечивают перекрытие отверстий в крышке при помещении датчика внутрь технологического стакана. The electrochemical gas sensor contains an electrolyte and two electrodes with electrical wires. The housing, inside which there is an electrolyte and two electrodes, is connected to the base. The working cavity is limited by a housing and a protective cover with holes for the supply of the analyzed gas. The sensor also contains a hydrophilic wick for feeding electrodes with electrolyte, a membrane, fasteners, a removable technological glass, terminals and a fixing plug. The latter compresses the electrolyte located on the axis of the housing, made in the form of a glass with flanges on both sides and a thickened bottom. At the base of the housing are terminals that are connected by electrical wires to electrodes located on the side surface of the housing having a through radial channel connecting the working cavity to the electrolyte. A hydrophilic wick is located inside the channel, connecting the electrolyte in series with the electrodes and a membrane located on the surface of one of the electrodes. The housing is located inside the lid, made in the form of a glass, and is fixedly connected by fasteners to the lid and to the base of the sensor, made in the form of a ring with a seat for the housing. The geometric dimensions of the beaker are such that they overlap the holes in the lid when the sensor is placed inside the beaker.

Электролитный элемент выполнен в виде "таблетки" и содержит химические элементы собственно электролита, буферные составляющие и пропитан химическим составом, впитывающим влагу из окружающей газовоздушной смеси (например, хлористым литием LiCl) для поддержания электролита во влажном состоянии. Защитная мембрана выполнена из гигроскопического материала, например, на тканевой натуральной основе. В корпусе расположены каналы для электрических проводов, соединяющих электроды с клеммами. The electrolyte cell is made in the form of a "tablet" and contains the chemical elements of the electrolyte itself, buffer components and is impregnated with a chemical composition that absorbs moisture from the surrounding air-gas mixture (for example, lithium chloride LiCl) to maintain the electrolyte in a wet state. The protective membrane is made of absorbent material, for example, on a natural fabric basis. In the housing there are channels for electrical wires connecting the electrodes to the terminals.

На фиг.1 приведена конструкция электрохимического газового датчика; на фиг. 2 - радиальное сечение секции в плоскости сквозного радиального канала и цепи подпитки электродов электролитом. Figure 1 shows the design of an electrochemical gas sensor; in FIG. 2 is a radial sectional section in the plane of the through radial channel and the electrolyte electrode recharge circuit.

Электрохимический газовый датчик (фиг.1) содержит корпус 1, углубление 2 цилиндрическое с пробкой 3 фиксирующей; крышку 4 защитную с перфорациями 5; основание 6 датчика, стакан 7 технологический; канал 8 сквозной радиальный; каналы 9 вывода электрических проводников; 10 и 11 - электроды первый и второй датчика соответственно; 12 и 13 - клеммы первую и вторую датчика соответственно; элемент 14 электролитный; цепь 15 подпитки электродов электролитом; мембрану 16 защитную; штырь 17 крепежный; электрические провода 18; элементы 19 крепежные. Рабочая полость 20 ограничена корпусом и защитной крышкой. The electrochemical gas sensor (figure 1) contains a housing 1, a recess 2 cylindrical with a stopper 3 fixing; protective cover 4 with perforations 5; base 6 of the sensor, glass 7 technological; channel 8 through radial; channels 9 output electrical conductors; 10 and 11 - electrodes of the first and second sensors, respectively; 12 and 13 - terminals of the first and second sensors, respectively; cell 14 is electrolyte; an electrolyte feed circuit 15; membrane 16 is protective; pin 17 mounting; electrical wires 18; fasteners 19. The working cavity 20 is limited by a housing and a protective cover.

Химический состав, впитывающий влагу из окружающей газовоздушной смеси (например, хлористый литий LiCl), обеспечивает поддержание во влажном состоянии электролита. Этот электролит посредством цепи 15 подпитки электродов электролитом через канал 8 поступает последовательно к первому 10 электроду и второму 11 электроду, закрытому мембраной 16 защитной, осуществляя смачивание первого 10 электрода, второго 11 электрода и защитной мембраны 16. The chemical composition that absorbs moisture from the surrounding air-gas mixture (for example, lithium chloride LiCl) ensures that the electrolyte is kept moist. This electrolyte through the circuit 15 of feeding electrodes with electrolyte through channel 8 enters sequentially to the first 10 electrode and second 11 electrode, closed by a protective membrane 16, wetting the first 10 electrode, second 11 electrode and protective membrane 16.

Состав электролитного элемента и металл электродов определяются видом контролируемого газа в воздухе. В частности, в электрохимическом датчике избирательно реагирующем на хлоргаз в воздухе электролитный элемент 14 выполнен в виде "таблетки" методом порошкового прессования и содержит 88% порошка KBr (твердого электролита, избирательно реагирующего на хлор-газ), 10% LiCl (для поддержания электролита во влажном состоянии) и 2% порошка уксусной кислоты (буферные составляющие для обеспечения стабильности фона на катоде). Электроды выполнены из никелевых пластин, причем открытый первый 10 электрод имеет большую площадь S₁₀, чем площадь S₁₁ второго 11 электрода, закрытого защитной мембраной 16, т.е. S₁₀ > S₁₁.The composition of the electrolyte cell and the metal electrodes are determined by the type of gas being monitored in the air. In particular, in the electrochemical sensor selectively reacting to chlorine gas in air, the electrolyte element 14 is made in the form of a “tablet” by powder pressing and contains 88% KBr powder (solid electrolyte that selectively reacts to chlorine gas), 10% LiCl (to maintain the electrolyte during wet state) and 2% acetic acid powder (buffer components to ensure background stability at the cathode). The electrodes are made of nickel plates, and the open first 10 electrode has a larger area S ₁₀ than the area S _{11 of the} second 11 electrode, covered by a protective membrane 16, i.e. S ₁₀ > S ₁₁ .

Датчик обеспечивает чувствительность 0,05 мг/м³ при анализе хлор-газ. Датчик характеризуется простотой эксплуатации и высокой надежностью.The sensor provides a sensitivity of 0.05 mg / m ³ when analyzing chlorine gas. The sensor is characterized by ease of use and high reliability.

Claims

1. ELECTROCHEMICAL GAS SENSOR, containing an electrolyte and two electrodes with electric wires, located in a housing connected to the base, a protective cover with holes for supplying the analyzed gas to the working cavity bounded by the housing and the cover, a membrane, a hydrophilic wick for feeding electrodes with electrolyte and fixing elements, characterized in that it further comprises a removable technological glass, terminals and a fixing tube, pressing electrolyte, located on the axis of the housing, made in the form of takana with flanges on both sides and a thickened bottom, at the base of the housing are terminals that are connected by electrical wires to electrodes located on the side surface of the housing having a through radial channel connecting the working cavity to the electrolyte, and in the channel there is a hydrophilic wick connecting the electrolyte in series with electrodes and a membrane located on the surface of one of the electrodes, and the housing is located in the cover, made in the form of a glass, and is fixedly connected by fasteners s thereto and to the base of the sensor, constructed as a ring with a seat for the housing, the geometrical dimensions of technological cups are such that the overlap of the openings in the lid by placing the sensor in the technological glass.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that the electrolyte is made in the form of a tablet and contains the chemical elements of the electrolyte itself, buffer components and chemical components that absorb moisture from the gas mixture.

3. The sensor according to claim 1, characterized in that the membrane is made of a hygroscopic material on a natural fabric basis.

4. The sensor according to claim 1, characterized in that in the housing there are channels for electrical wires connecting the electrodes to the terminal.