RU2094793C1

RU2094793C1 - Hydrogen fluoride generator

Info

Publication number: RU2094793C1
Application number: RU94002464A
Authority: RU
Inventors: Е.Ф. Судакова; Е.А. Оксенгойт-Грузман; В.П. Топчаев; Б.Н. Борисов; В.Л. Козлов; Е.М. Рукин
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа Научно-производственная фирма "Мозаика-2"
Priority date: 1994-01-24
Filing date: 1994-01-24
Publication date: 1997-10-27

Abstract

FIELD: examination and analysis of materials. SUBSTANCE: generator has current source the output of which is connected to power supply input of effusion cell. Effusion cell is made as polycrystal or monocrystal solid-electrolyte ion-conducting member of lanthanum trifluoride alloyed with strontium difluoride with platinum anode and cathode in the form of silver wire immersed in water solution of sodium fluoride and ammonia fluoride. The latter is in contact with ion-conducting member. EFFECT: improved results of analysis. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для калибровки газоанализаторов, предназначенных для количественного определения содержания фтора и фтористого водорода в воздухе или ином газе. The invention relates to measuring technique and can be used to calibrate gas analyzers designed to quantify the content of fluorine and hydrogen fluoride in air or another gas.

Известны многочисленные установки, обеспечивающие получение эталонной смеси путем динамического волюметрического смешивания исходных компонентов (патент Германии N 290785, кл. G 01 N 1/22, 1991 или авт.св. 1339433, кл. G 01 N 1/10, 1986). Numerous installations are known for providing a reference mixture by dynamic volumetric mixing of the starting components (German patent N 290785, class G 01 N 1/22, 1991 or auth. St. 1339433, class G 01 N 1/10, 1986).

Однако подобные устройства практически не применимы в полевых условиях из-за значительных масс и габаритов. However, such devices are practically not applicable in the field due to the significant masses and dimensions.

Известен генератор фтористого водорода, содержащий источник тока, выход которого соединен с электродом эффузионной электрохимической ячейки, которая при подачи напряжения выделяет эталонный газ (см. заявку Германии N 3921536, кл. G 01 N 27/333,1991). A known hydrogen fluoride generator containing a current source, the output of which is connected to an electrode of an effusion electrochemical cell, which, when a voltage is applied, emits a reference gas (see German application N 3921536, class G 01 N 27 / 333,1991).

Если подобный генератор постоянно находится в непосредственном контакте с измерительным преобразователем газоанализатора, возникает погрешность, обусловленная неконтролируемым выделением фтора эффузионной ячейкой. В то же время периодическое подключение генератора является трудоемкой операцией. If such a generator is constantly in direct contact with the measuring transducer of the gas analyzer, an error occurs due to the uncontrolled release of fluorine by the effusion cell. At the same time, periodic connection of the generator is a time-consuming operation.

К недостаткам известного генератора следует отнести также низкую производительность и нестабильность, малый срок службы, что связано с использованием твердого электролита в качестве источника фторионов. The disadvantages of the known generator should also include low productivity and instability, short service life, which is associated with the use of solid electrolyte as a source of fluorion.

Наиболее близким к заявленному генератору является техническое решение, в котором генератор фтористого водорода выполнен в виде ячейки с твердым электролитом из трифторида лантана, легированного дифторидом стронция (Мурин В. И. и др. Твердоэлектролитные генераторы микроконцентраций фтора и фтористого водорода. Химические сепсоры-89. Всесоюзная конференция. Л. 1989. Тезисы докладов ч. II, с. 119). Closest to the claimed generator is a technical solution in which the hydrogen fluoride generator is made in the form of a cell with a solid electrolyte from lanthanum trifluoride doped with strontium difluoride (Murin V.I. et al. Solid-electrolyte generators of microconcentrations of fluorine and hydrogen fluoride. Chemical sepsors-89. All-Union Conference, L. 1989. Abstracts of Part II, p. 119).

Недостатком является малая стабильность и производительность. The disadvantage is low stability and performance.

Таким образом, техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является повышение стабильности и производительности генератора, увеличение срока его службы, уменьшение трудоемкости использования генератора и исключение помех, вносимых в измерительный тракт. Thus, the technical result expected from the use of the invention is to increase the stability and productivity of the generator, increase its service life, reduce the complexity of using the generator and eliminate interference introduced into the measuring path.

Указанная цель достигается тем, что в известном генераторе фтористого водорода, содержащем источник тока, выход которого подключен к входу питания эффузионной ячейки, последняя выполнена в виде твердоэлектролитного ионпроводящего элемента из трифторида лантана, легированного дифторидом стронция, с платиновым анодом и катодом в виде серебряной проволоки, погруженной в водный раствор фтористого натрия и фтористого аммония, контактирующий с ионпроводящим элементом. This goal is achieved by the fact that in the known hydrogen fluoride generator containing a current source, the output of which is connected to the power input of the effusion cell, the latter is made in the form of a solid electrolyte ion-conducting element of lanthanum trifluoride doped with strontium difluoride, with a platinum anode and a cathode in the form of a silver wire, immersed in an aqueous solution of sodium fluoride and ammonium fluoride in contact with the ion-conducting element.

Кроме того, концентрация раствора фтористого натрия и фтористого аммония в воде составляет 0,08-0,12 н. При этом содержание дифторида стронция в трифториде лантана лежит в диапазоне 4,35 9,64 мол. In addition, the concentration of a solution of sodium fluoride and ammonium fluoride in water is 0.08-0.12 N. The content of strontium difluoride in lanthanum trifluoride lies in the range of 4.35 to 9.64 mol.

Помимо этого генератор может быть снабжен насосом, индикатором расхода, двумя регулируемыми дросселями и выходным коммутатором, причем насос подключен к первому входу коммутатора и через индикатор расхода к входу эффузионной ячейки, выход которой подключен к второму входу коммутатора. In addition, the generator can be equipped with a pump, flow indicator, two adjustable chokes and an output switch, and the pump is connected to the first input of the switch and through the flow indicator to the input of the effusion cell, the output of which is connected to the second input of the switch.

Кроме того, источник тока может быть выполнен в виде источника опорного напряжения, двух задатчиков, двух цифроаналоговых преобразователей, двух усилителей, сумматора и преобразователя напряжения в ток, причем выход источника опорного напряжения соединен с входами питания цифро-аналоговых преобразователей, информационные входы которых соединены с выходами задатчиков, а выходы цифроаналоговых преобразователей соединены с входами соответствующих усилителей, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого соединен с входом преобразователя напряжение ток, выход которого является выходом источника тока. In addition, the current source can be made in the form of a reference voltage source, two switches, two digital-to-analog converters, two amplifiers, an adder and a voltage-to-current converter, the output of the reference voltage being connected to the power inputs of the digital-to-analog converters, the information inputs of which are connected to the outputs of the setters, and the outputs of the digital-to-analog converters are connected to the inputs of the corresponding amplifiers, the outputs of which are connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to the input m current voltage converter, whose output is the output of the current source.

На фиг. 1 представлена пневматическая схема генератора и схематично изображена эффузионная ячейка; а фиг. 2- выполнение источника напряжения. In FIG. 1 is a pneumatic diagram of a generator and a schematic representation of an effusion cell; and FIG. 2- the implementation of the voltage source.

Предлагаемый генератор содержит (фиг.1) микронасос 1, индикатор 2 расхода, регулируемые дроссели 3 и 4 и эффузионную ячейку 5 с децинормальным раствором электролита 6, твердоэлектролитным элементом 7, выводом катода 8 и выводом анода 9, а также выходной коммутатор 10. The proposed generator contains (Fig. 1) a micropump 1, a flow indicator 2, adjustable chokes 3 and 4, and an effusion cell 5 with a decormal electrolyte solution 6, a solid electrolyte element 7, a cathode terminal 8 and an anode terminal 9, and an output switch 10.

На фиг. 2 обозначено также: 11 источник опорного напряжения, 12 и 13 - задатчики, 14 и 15 -цифроаналоговые преобразователи, 16 и 17 усилители, 18 - сумматор и 19 преобразователь напряжение-ток. In FIG. 2 also denotes: 11 reference voltage source, 12 and 13 - controllers, 14 and 15 - digital-to-analog converters, 16 and 17 amplifiers, 18 - adder and 19 voltage-current converter.

Схематично ячейка 5 может быть представлена в виде: катод эффузионной ячейки 5 образован серебряной проволокой 8, контактирующей с раствором электролита указанного состава, являющийся источником фторионов. При этом имеется в виду, что концентрация как фтористого натрия, так и фтористого аммония лежит в указанном диапазоне, хотя она может достигать и 1 н. Schematically, cell 5 can be represented as: the cathode of the effusion cell 5 is formed by a silver wire 8 in contact with an electrolyte solution of the indicated composition, which is a source of fluorions. This implies that the concentration of both sodium fluoride and ammonium fluoride lies in the indicated range, although it can reach 1 N.

Проводником фторионов служит твердый раствор (поликристаллический или монокристаллический элемент 7). Анодом служит платиновое кольцо, нанесенное на другую сторону элемента 7. The fluorion conductor is a solid solution (polycrystalline or single crystal element 7). An anode is a platinum ring deposited on the other side of the element 7.

Генератор используют следующим образом. The generator is used as follows.

Один из выходов коммутатора 10 подключают к входу калибруемого датчика фтора, устанавливая коммутатор в положение, при котором на вход чувствительного элемента подается смесь с выхода ячейки 5. Помимо воздуха, расход которого регулируют дросселями 3 и 4 и устанавливают с помощью индикатора 2, в состав смеси входит строго определенное количество фторида водорода, образующегося при контакте влажного воздуха с фтором. В свою очередь фтор образуется на нижней границе элемента 7 из ионов фтора, переносимых из раствора 6, причем величина потока ионов определяется величиной тока во внешней цепи. One of the outputs of the switch 10 is connected to the input of the calibrated fluorine sensor, setting the switch in a position in which the mixture is supplied to the input of the sensing element from the output of cell 5. In addition to air, the flow rate of which is regulated by throttles 3 and 4 and set using indicator 2, the mixture a strictly defined amount of hydrogen fluoride is formed, which is formed upon contact of moist air with fluorine. In turn, fluorine is formed at the lower boundary of element 7 from fluorine ions transferred from solution 6, and the ion flux is determined by the magnitude of the current in the external circuit.

Величина тока через ячейку 5 задается задатчиками 12 (единицы) и 13 (десятые доли). Коэффициент передачи сумматора по второму входу с этой целью устанавливается в десять раз меньше, чем по первому. The magnitude of the current through cell 5 is set by the adjusters 12 (units) and 13 (tenths). The transfer coefficient of the adder on the second input for this purpose is set ten times less than on the first.

Проведенные испытания показали, что генератор обеспечивает получение смеси заданной концентрации в течении длительного времени (не менее полугода), характеризуется высокой стабильностью, прост в эксплуатации и не создает помех при измерениях, так как полностью отключается коммутатором от измерительного тракта. В то же время предлагаемый генератор может быть постоянно подключен к газоанализатору, выполняя в процессе измерений роль побудителя расхода (тракт чистого воздуха), что является дополнительным преимуществом генератора. The tests showed that the generator provides a mixture of a given concentration for a long time (at least six months), is highly stable, easy to use and does not interfere with measurements, since the switch is completely disconnected from the measuring path. At the same time, the proposed generator can be constantly connected to the gas analyzer, performing the role of a flow inducer (clean air path) during the measurement process, which is an additional advantage of the generator.

Claims

1. A hydrogen fluoride generator containing a current source, the output of which is connected to the power input of an effusion cell with a solid electrolyte ion-conducting element made of lanthanum trifluoride doped with strontium difluoride, with a platinum anode and a cathode in the form of a silver wire immersed in a liquid containing sodium fluoride and in contact with ion-conducting element, characterized in that the silver wire is immersed in an aqueous solution of sodium fluoride and ammonium fluoride, the total concentration of which in water is 0.08 0.12 N and the content of strontium difluoride in lanthanum trifluoride 4.35 9.64 mol.

2. The generator according to claim 1, characterized in that it is equipped with a pump, flow indicator, two adjustable chokes and an output switch, and the pump through the first adjustable choke is connected to the first input of the switch and through the second adjustable choke and flow indicator to the input of the effusion cell, the output of which is connected to the second switch.

3. The generator according to claim 1, characterized in that it is equipped with a pump, flow indicator, two adjustable chokes and an output switch, the pump being connected to the first input of the switch and through the flow indicator to the input of the effusion cell, the output of which is connected to the second input of the switch.

4. The generator according to claim 1, characterized in that the current source is made in the form of a reference voltage source, two adjusters, two digital-to-analog converters, two amplifiers, an adder and a voltage-to-current converter, the output of the reference voltage being connected to power inputs of the digital-to-analog converters, the information inputs of which are connected to the outputs of the setters, and the outputs with the inputs of the corresponding amplifiers, the outputs of which are connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to the input of the converter I current, the output of which is the output of the current source.