RU223126U1 - Solid State Electrochemical Sensor for Oxygen Detection - Google Patents
Solid State Electrochemical Sensor for Oxygen Detection Download PDFInfo
- Publication number
- RU223126U1 RU223126U1 RU2023132600U RU2023132600U RU223126U1 RU 223126 U1 RU223126 U1 RU 223126U1 RU 2023132600 U RU2023132600 U RU 2023132600U RU 2023132600 U RU2023132600 U RU 2023132600U RU 223126 U1 RU223126 U1 RU 223126U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- test tube
- solid
- electrochemical sensor
- current collectors
- state electrochemical
- Prior art date
Links
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 title description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 9
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims abstract description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 5
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims description 3
- 229910001256 stainless steel alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 6
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 abstract 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical group [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNKHOVDJZALMGA-UHFFFAOYSA-N [Y].[Zr] Chemical compound [Y].[Zr] GNKHOVDJZALMGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 238000007569 slipcasting Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель может быть использована в прикладной электрохимии, металлургии, энергетике, автомобилестроении и других отраслях для определения содержания кислорода в жидких и газовых средах, также эту полезную модель можно применять в присутствии восстановительных газов, таких как диоксид серы. Сенсор подходит для измерения концентраций кислорода во многих областях применения в диапазоне от 5 частей на миллион (ppm) до 100%.The utility model can be used in applied electrochemistry, metallurgy, energy, automotive and other industries to determine the oxygen content in liquid and gaseous media, and this utility model can also be used in the presence of reducing gases such as sulfur dioxide. The sensor is suitable for measuring oxygen concentrations in many applications ranging from 5 parts per million (ppm) to 100%.
Твердотельный электрохимический сенсор для обнаружения кислорода, содержащий твердоэлектролитную ячейку из диоксида циркония, выполненную в виде пробирки, эталонный и сравнительный электроды из тетрахлородигидроксоплатината (IV) водорода, нанесенные в один слой дорожкой шириной 5 мм по всей длине пробирки изнутри и снаружи соответственно, токосъемники, установленные у основания пробирки в виде прижимных контактов, термопару, установленную внутри пробирки на расстоянии 1 мм от эталонного электрода, основание пробирки с установленными токосъемниками соединено с металлическим корпусом при помощи гайки-фиксатора, штуцера и уплотнительного кольца, при этом пространство между гайкой и уплотнительным кольцом заполнено циркониевым порошком.Solid-state electrochemical sensor for oxygen detection, containing a solid electrolyte cell made of zirconium dioxide, made in the form of a test tube, reference and comparative electrodes made of hydrogen tetrachlorodihydroxoplatinate (IV), deposited in a single layer with a 5 mm wide path along the entire length of the test tube from the inside and outside, respectively, current collectors installed at the base of the test tube in the form of clamping contacts, a thermocouple installed inside the test tube at a distance of 1 mm from the reference electrode, the base of the test tube with installed current collectors is connected to the metal body using a lock nut, a fitting and an o-ring, while the space between the nut and the o-ring is filled zirconium powder.
Технический результат - повышение процента выхода годных изделий (снижение процента брака) при производстве за счет применения не двух, а одного состава диоксида циркония. The technical result is an increase in the percentage of yield of suitable products (reduction in the percentage of defects) during production due to the use of not two, but one composition of zirconium dioxide.
Description
Полезная модель относится к аналитическому приборостроению и может быть использована в прикладной электрохимии, металлургии, энергетике, автомобилестроении и других отраслях для определения содержания кислорода в жидких и газовых средах, также эту полезную модель можно применять в присутствии восстановительных газов, таких как диоксид серы. Сенсор подходит для измерения концентраций кислорода во многих областях применения в диапазоне от 5 частей на миллион (ppm) до 100%.The utility model relates to analytical instrumentation and can be used in applied electrochemistry, metallurgy, energy, automotive and other industries to determine the oxygen content in liquid and gaseous media; this utility model can also be used in the presence of reducing gases such as sulfur dioxide. The sensor is suitable for measuring oxygen concentrations in many applications ranging from 5 parts per million (ppm) to 100%.
Известен датчик водорода с электрохимической ячейкой (ЭХЯ), чувствительный элемент (ЧЭ) которого представляет собой соединение трубчатого изолятора (керамическую трубку на основе Al2O3 и MgO) с герметично вмонтированной пробкой [керамический твердый электролит 2 состава (ZrO2)0.9⋅(Y2O3)0,1] (патент RU 2334979, МПК G01N 27/417, опубл. 27.09.2008). ЭХЯ помещена в герметичную камеру и снабжена нагревателем и теплоотводом. Герметичная камера содержит рабочую полость, расположенную в горячей зоне, и вспомогательную полость, расположенную в холодной зоне. Рабочая и вспомогательная полости соединены между собой трубопроводом. В горячей зоне с максимальной температурой расположена водородопроницаемая мембрана в виде заглушенной с одного торца трубы, которая снабжена вытеснителем, нагревателем и каналом, соединяющим ее с чувствительной поверхностью измерительного электрода.A hydrogen sensor with an electrochemical cell (ECC) is known, the sensitive element (SE) of which is a connection of a tubular insulator (ceramic tube based on Al 2 O 3 and MgO) with a hermetically mounted plug [ceramic solid electrolyte 2 composition (ZrO 2 ) 0.9 ⋅( Y 2 O 3 ) 0.1 ] (patent RU 2334979, IPC G01N 27/417, published 09/27/2008). The ECC is placed in a sealed chamber and equipped with a heater and heat sink. The sealed chamber contains a working cavity located in the hot zone and an auxiliary cavity located in the cold zone. The working and auxiliary cavities are connected to each other by a pipeline. In the hot zone with the maximum temperature there is a hydrogen-permeable membrane in the form of a pipe plugged at one end, which is equipped with a displacer, a heater and a channel connecting it to the sensitive surface of the measuring electrode.
Недостаток известного технического решения заключается в том, что имеет место малый процент выхода годных ЭХЯ из-за отсутствия герметичности соединения пробка-трубка на стадии изготовления. (Стекло герметики для газовой герметизации твердооксидных топливных элементов. В.В. Куранов, С.П. Дровосеков, И.В. Попов. Российский федеральный ядерный центр - ВНИИ технической физики имени академика Е.И. Забабахина, г. Снежинск), что практически нереально для известных материалов, применяемых в ЭХЯ. Кроме того, известно, что циркониево-иттриевый твердый раствор устойчив к действию Al2O3, что не способствует герметичному соединению трубка-пробка (А.А. Кортель, Г.М. Судиловская, Т.М. Сараева, С.А. Суворов, В.И. Страхов - Спекаемость и технические свойства циркониево-шпинельных и циркониево-корундовых огнеупоров - Огнеупоры. - 1997, - №4, - с. 22-24).The disadvantage of the known technical solution is that there is a small percentage of yield of suitable ECC due to the lack of tightness of the plug-tube connection at the manufacturing stage. (Glass sealants for gas sealing of solid oxide fuel cells. V.V. Kuranov, S.P. Drovosekov, I.V. Popov. Russian Federal Nuclear Center - All-Russian Research Institute of Technical Physics named after Academician E.I. Zababakhin, Snezhinsk), that practically unrealistic for known materials used in ECC. In addition, it is known that the zirconium-yttrium solid solution is resistant to the action of Al 2 O 3 , which does not contribute to a tight tube-plug connection (A.A. Kortel, G.M. Sudilovskaya, T.M. Saraeva, S.A. Suvorov, V.I. Strakhov - Sinterability and technical properties of zirconium-spinel and zirconium-corundum refractories - Refractories. - 1997, - No. 4, - pp. 22-24).
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели, которое выбрано в качестве прототипа, является чувствительный элемент газоанализатора кислорода (RU 2339028, опубл. 20.11.2008, МПК: G01N 27/417), содержащий твердоэлектролитную ячейку, электроизолятор, металлическую оболочку, токосъемник с эталонного электрода, на меньшее основание твердоэлектролитной ячейки и на объединенные большие основания электроизолятора и твердоэлектролитной ячейки нанесены последовательно два слоя, первый - из смеси порошка благородного металла и диоксида циркония, второй - из порошка благородного металла, на основание токосъемника в месте его касания с твердоэлектролитной ячейкой нанесена фольга из такого же благородного металла, зазор между сопряженными поверхностями металлической оболочки и электроизолятора заполнен аморфной фольгой из сплава, содержащего 25-30% титана, остальное - медь.The closest technical solution to the claimed utility model, which was selected as a prototype, is the sensitive element of an oxygen gas analyzer (RU 2339028, publ. November 20, 2008, IPC: G01N 27/417), containing a solid electrolyte cell, an electrical insulator, a metal shell, a current collector from the reference electrode, on the smaller base of the solid electrolyte cell and on the combined larger bases of the electrical insulator and solid electrolyte cell, two layers are applied sequentially, the first is from a mixture of noble metal powder and zirconium dioxide, the second is from noble metal powder, applied to the base of the current collector at the point of contact with the solid electrolyte cell foil made of the same noble metal, the gap between the mating surfaces of the metal shell and the electrical insulator is filled with amorphous foil made of an alloy containing 25-30% titanium, the rest is copper.
Недостатком данного изобретения является сложный способ изготовления чувствительного элемента. Сложность изготовления обусловлена тем, что в процессе изготовления чувствительных элементов необходимо использовать два разных состава керамики (Al2O3, MgO) и (ZrO2, Y2O3). Это влечет за собой малый процент выхода годных изделий из-за отсутствия герметичности соединения пробка-трубка на стадии изготовления.The disadvantage of this invention is the complex method of manufacturing the sensitive element. The complexity of manufacturing is due to the fact that in the process of manufacturing sensitive elements it is necessary to use two different ceramic compositions (Al 2 O 3 , MgO) and (ZrO 2 , Y 2 O 3 ). This entails a low percentage of yield of suitable products due to the lack of tightness of the plug-tube connection at the manufacturing stage.
Вторым недостатком данного изобретения является процесс нанесения платиновых электродов в 2 этапа, что является энергозатратным и трудозатратным.The second disadvantage of this invention is the process of applying platinum electrodes in 2 stages, which is energy- and labor-intensive.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемой полезной модели, является, повышение процента выхода годных изделий (снижение процента брака) при производстве за счет применения не двух, а одного состава диоксида циркония.The technical result achieved when using the claimed utility model is an increase in the percentage of yield of suitable products (reduction in the percentage of defects) in production due to the use of not two, but one composition of zirconium dioxide.
Технический результат достигается тем, что твердотельный электрохимический сенсор для обнаружения кислорода, содержит эталонный и сравнительный электрод, твердоэлектролитную ячейку, выполненную в виде пробирки из диоксида циркония.The technical result is achieved by the fact that the solid-state electrochemical sensor for detecting oxygen contains a reference and comparative electrode, a solid electrolyte cell made in the form of a test tube made of zirconium dioxide.
Эталонный и сравнительный электроды из тетрахлородигидроксоплатината (IV) водорода, нанесены в один слой дорожкой шириной 5 мм по всей длине пробирки изнутри и снаружи соответственно. В заявляемом сенсоре вместо платиновой пасты используется тетрахлородигидроксоплатинат (IV) водорода пиролитического восстановления (патент 2807403, опубл. 14.11.2023).Reference and reference electrodes made of hydrogen tetrachlorodihydroxoplatinate (IV) are applied in one layer in a 5 mm wide path along the entire length of the tube from the inside and outside, respectively. The claimed sensor uses pyrolytic reduction hydrogen tetrachlorodihydroxoplatinate (IV) instead of platinum paste (patent 2807403, published 11/14/2023).
Токосъемники установлены у основания пробирки, выполнены в виде прижимных контактов из сплава нержавеющей стали (например, 12Х18Н9Т), или из латуни (например, ЛАЖ 60-1-1).Current collectors are installed at the base of the test tube, made in the form of clamping contacts made of stainless steel alloy (for example, 12Х18Н9Т), or brass (for example, LAZH 60-1-1).
Термопара установлена внутри пробирки на расстоянии 1 мм от эталонного электрода.The thermocouple is installed inside the test tube at a distance of 1 mm from the reference electrode.
Геометрические размеры ячейки выбираются такими, чтобы минимизировать электрическое сопротивление электролита. Это достигается за счет применения состава платинового покрытия Патент на изобретение №2807403.The geometric dimensions of the cell are chosen to minimize the electrical resistance of the electrolyte. This is achieved through the use of a platinum coating composition. Patent for invention No. 2807403.
Эталонный электрод определяет постоянный атмосферный воздух, а сравнительный электрод определяет выхлопной или дымовой газ. В результате изменяется выходное напряжение мВ, которые преобразуются в концентрацию.The reference electrode detects constant atmospheric air, and the reference electrode detects exhaust or flue gas. As a result, the mV output voltage changes, which is converted into concentration.
Также в заявляемой конструкции учтено разделение двух газовых объемов (первый эталонный это определяемый атмосферный воздух, второй сравнительный это выхлопной или дымовой газ), без которого сенсор не жизнеспособен. Обеспечивается разделение газовых объемов за счет прессования сенсора в заранее приготовленный металлический корпус, выполненный в виде гайки-фиксатора и штуцера с циркониевым порошком. При закручивании штуцера, уплотнительное кольцо спрессовывает циркониевый порошок и прижимается к гайке.Also, the proposed design takes into account the separation of two gas volumes (the first reference is the determined atmospheric air, the second comparative is the exhaust or flue gas), without which the sensor is not viable. Separation of gas volumes is ensured by pressing the sensor into a pre-prepared metal case, made in the form of a locking nut and a fitting with zirconium powder. When tightening the fitting, the o-ring compresses the zirconium powder and is pressed against the nut.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется фигурой, на которой показан общий вид электрохимического сенсора, гдеThe essence of the claimed utility model is illustrated by the figure, which shows a general view of the electrochemical sensor, where
1 - эталонный электрод;1 - reference electrode;
2 - сравнительный электрод;2 - comparative electrode;
3 - твердоэлектролитная ячейка;3 - solid electrolyte cell;
4 - штуцер;4 - fitting;
5 - уплотнительное кольцо;5 - sealing ring;
6 - циркониевый порошок;6 - zirconium powder;
7 - гайка-фиксатор;7 - locking nut;
8 - термопара;8 - thermocouple;
9 - токосъемник;9 - current collector;
10 - металлический корпус.10 - metal case.
Твердотельный электрохимический сенсор для обнаружения кислорода, содержащий эталонный 1 и сравнительный 2 электроды, твердоэлектролитную ячейку 3 из диоксида циркония, при этом твердоэлектролитная ячейка, выполнена в виде пробирки, эталонный и сравнительный электроды из тетрахлородигидроксоплатината (IV) водорода, нанесены в один слой дорожкой шириной 5 мм по всей длине пробирки изнутри и снаружи соответственно, токосъемники 9 установлены у основания пробирки в виде прижимных контактов из сплава нержавеющей стали (12Х18Н9Т) или латуни (ЛАЖ 60-1-1), а термопара 8 установлена внутри пробирки на расстоянии 1 мм от эталонного электрода, вся эта конструкция собирается в корпус при помощи гайки 7 уплотнительного кольца 5 и штуцера 4. После этого сборка из деталей 3, 4, 5, 7 подвергается засыпке из циркониевого порошка 6, после чего гайкой-фиксатором 7 крепится к переходнику для металлического корпуса 10.Solid-state electrochemical sensor for oxygen detection, containing reference 1 and comparative 2 electrodes, a solid electrolyte cell 3 made of zirconium dioxide, while the solid electrolyte cell is made in the form of a test tube, the reference and comparative electrodes are made of hydrogen tetrachlorodihydroxoplatinate (IV), applied in one layer with a track 5 wide mm along the entire length of the test tube from the inside and outside, respectively, current collectors 9 are installed at the base of the test tube in the form of clamping contacts made of stainless steel alloy (12Х18Н9Т) or brass (LAZH 60-1-1), and thermocouple 8 is installed inside the test tube at a distance of 1 mm from the reference electrode, this entire structure is assembled into a housing using a nut 7, an o-ring 5 and a fitting 4. After this, the assembly of parts 3, 4, 5, 7 is filled with zirconium powder 6, after which it is attached to an adapter for a metal housing using a locking nut 7 10.
Сборка твердотельного электрохимического сенсора проводится следующим образом. Изготавливают твердоэлектролитную ячейку 3 (ТЭЯ) в виде пробирки, из стабилизированного в кубической фазе диоксида циркония, например, методом шликерного литья.The assembly of a solid-state electrochemical sensor is carried out as follows. A solid electrolyte cell 3 (SEC) is made in the form of a test tube from zirconium dioxide stabilized in the cubic phase, for example, by slip casting.
Геометрические размеры ячейки выбираются такими, чтобы минимизировать электрическое сопротивление электролита, и оптимизировать эффективную площадь электрода. В результате такого подхода может быть найдена оптимальная геометрия ячейки, которая обеспечит наивысшую производительность и эффективность работы электролитической системы.The geometric dimensions of the cell are chosen to minimize the electrical resistance of the electrolyte and optimize the effective area of the electrode. As a result of this approach, the optimal cell geometry can be found, which will ensure the highest performance and efficiency of the electrolytic system.
Далее переходят к созданию эталонного 1 и сравнительного 2 электродов.Next, they proceed to the creation of reference 1 and comparative 2 electrodes.
Для этого изнутри и снаружи наносят состав тетрахлородигидроксоплатината (IV) водорода в один слой дорожкой шириной 5 мм по всей длине пробирки, далее путем пиролитического восстановления получают эталонный 1 и сравнительный 2 электроды с помощью нагрева на воздухе до 700°С с условием, что, разогрев происходит не быстрее чем 3,5°С в минуту.To do this, the composition of hydrogen tetrachlorodihydroxoplatinate (IV) is applied inside and outside in one layer with a path 5 mm wide along the entire length of the test tube, then by pyrolytic reduction, reference 1 and comparative 2 electrodes are obtained by heating in air to 700 ° C with the condition that, after heating occurs no faster than 3.5°C per minute.
Затем, в полученную пробирку с нанесенными электродами вставляют термопару 8 и устанавливают токосъемные контакты 9, далее всю сборку вставляют путем прессования в заранее приготовленный металлический корпус 10, содержащий гайку-фиксатор 7, уплотнительное кольцо 5 и штуцер 4 с циркониевым порошком 6. При закручивании штуцера 4, уплотнительное кольцо 5 спрессовывает циркониевый порошок 6 и прижимается к гайке-фиксатору 7, тем самым достигается герметизация разделения двух газовых объемов.Then, a thermocouple 8 is inserted into the resulting test tube with applied electrodes and current-collecting contacts 9 are installed, then the entire assembly is inserted by pressing into a pre-prepared metal body 10 containing a locking nut 7, an o-ring 5 and a fitting 4 with zirconium powder 6. When the fitting is tightened 4, the sealing ring 5 compresses the zirconium powder 6 and is pressed against the locking nut 7, thereby sealing the separation of two gas volumes.
Металлический корпус изготавливают из стали 14X17H2 с коэффициентом термического расширения 10,8×10-6, совпадающим с коэффициентом термического расширения диоксида циркония, из которого выполнены твердоэлектролитная ячейка (ТЭЯ).The metal body is made of steel 14X17H2 with a thermal expansion coefficient of 10.8×10 -6 , coinciding with the thermal expansion coefficient of zirconium dioxide, from which the solid electrolyte cell (SEC) is made.
Работает твердотельный электрохимический сенсор следующим образом.A solid-state electrochemical sensor works as follows.
Твердоэлектролитная ячейка с нанесенными на ее поверхности электродами «омывается» анализируемым и эталонным газами и герметично разделяет на два газовых объема (эталонный и сравнительный). При разности концентраций (парциальных давлений), в результате электрохимических реакций на электродах меняется выходное напряжение мВ, и ячейка генерирует электродвижущую силу (ЭДС), которая при заданном содержании кислорода эталонного газа на эталонном электроде и при фиксированной температуре электрохимической ячейки позволяет рассчитать содержание кислорода на сравнительном электроде в соответствии с уравнением Нернста.A solid electrolyte cell with electrodes deposited on its surface is “washed” by the analyzed and reference gases and is hermetically divided into two gas volumes (reference and comparative). With a difference in concentrations (partial pressures), as a result of electrochemical reactions on the electrodes, the output voltage mV changes, and the cell generates an electromotive force (EMF), which, for a given oxygen content of the reference gas on the reference electrode and at a fixed temperature of the electrochemical cell, allows one to calculate the oxygen content on a comparative electrode in accordance with the Nernst equation.
E=(RT/4F)⋅Ln(Pl/P2),E=(RT/4F)⋅Ln(Pl/P2),
где R - газовая постоянная;where R is the gas constant;
F - постоянная Фарадея;F - Faraday's constant;
Т - температура ячейки, °С;T - cell temperature, °C;
Р1 и Р2 парциальные давления эталонного и сравнительного (контролируемого) газа соответственно;P1 and P2 are the partial pressures of the reference and comparative (controlled) gas, respectively;
Е - электродвижущая сила (ЭДС), Ln натуральный логарифм.E - electromotive force (EMF), Ln natural logarithm.
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU223126U1 true RU223126U1 (en) | 2024-02-01 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2075072C1 (en) * | 1994-07-12 | 1997-03-10 | Фирма "Авангард" | Oxygen sensor |
RU2298176C2 (en) * | 2004-07-23 | 2007-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского" | Solid-electrolyte oxygen concentration detector and method of making the detector |
RU2339028C1 (en) * | 2007-04-12 | 2008-11-20 | Закрытое акционерное общество "ЭКОН" | Detecting element of oxygen analyser and method of making it |
CN102608192A (en) * | 2012-03-12 | 2012-07-25 | 惠州市富济电子材料有限公司 | Tubular oxygen sensor and preparation method for same |
CN103257162A (en) * | 2013-04-25 | 2013-08-21 | 苏州禾苏传感器科技有限公司 | Pipe-type wide-area oxygen sensor and manufacture method thereof |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2075072C1 (en) * | 1994-07-12 | 1997-03-10 | Фирма "Авангард" | Oxygen sensor |
RU2298176C2 (en) * | 2004-07-23 | 2007-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского" | Solid-electrolyte oxygen concentration detector and method of making the detector |
RU2339028C1 (en) * | 2007-04-12 | 2008-11-20 | Закрытое акционерное общество "ЭКОН" | Detecting element of oxygen analyser and method of making it |
CN102608192A (en) * | 2012-03-12 | 2012-07-25 | 惠州市富济电子材料有限公司 | Tubular oxygen sensor and preparation method for same |
CN103257162A (en) * | 2013-04-25 | 2013-08-21 | 苏州禾苏传感器科技有限公司 | Pipe-type wide-area oxygen sensor and manufacture method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kalyakin et al. | Application of Solid oxide proton-conducting electrolytes for amperometric analysis of hydrogen in H2+ N2+ H2O gas mixtures | |
EP3372998B1 (en) | Sensor and method for measuring content of hydrogen in metal melt | |
CN109001284B (en) | Nitrogen oxide sensor ceramic chip | |
Fleming et al. | Sensor for on-vehicle detection of engine exhaust gas composition | |
RU223126U1 (en) | Solid State Electrochemical Sensor for Oxygen Detection | |
RU66056U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING HYDROGEN CONTENT IN LIQUIDS AND GASES | |
RU2339028C1 (en) | Detecting element of oxygen analyser and method of making it | |
CN100363740C (en) | Dual-solid electrolyte Co2 sensor and production thereof | |
RU2483299C1 (en) | Solid-electrolyte sensor for amperometric measurement of hydrogen concentration in gas mixtures | |
CN105928986A (en) | Silicon carbon based high temperature hydrogen sensor and preparation method thereof | |
WO2022259883A1 (en) | Hydrogen gas concentration sensor | |
US5556534A (en) | Electrochemical oxygen and PH sensors employing fluoride based solid-state electrolytes | |
WO2022079925A1 (en) | Fuel cell hydrogen gas concentration sensor | |
RU2120624C1 (en) | Electrochemical sensor of concentration of hydrogen in gas and liquid mixtures | |
Kocache et al. | A miniature rugged and accurate solid electrolyte oxygen sensor | |
Wang et al. | Influence of heat disturbance on the performance of YSZ based CO2 sensor with compound of Li2CO3-BaCO3-Nd2O3 as auxiliary sensing electrode | |
JP7025232B2 (en) | Gas concentration detection method and gas concentration detection device | |
EP3236250A1 (en) | Sensor for sensing hydrogen in gaseous media | |
Ohshima et al. | Study of Pd membrane electrode in solid electrolyte hydrogen (Isotopes) sensor for application to liquid blankets | |
RU2779253C1 (en) | Method for determining the concentration of carbon monoxide and dioxide in the analyzed gas mixture with nitrogen | |
CN107478702A (en) | Explosion-proof zirconium oxide Zro2Detector | |
JP2016521855A (en) | Gas sensor for measuring a plurality of different gases and associated manufacturing method | |
JPS6158779B2 (en) | ||
Swartz et al. | Excess heat is linked to deuterium loss in an aqueous nickel LANR system | |
US10962502B2 (en) | Hydrogen detector for gas and fluid media |