RU2489711C1 - Твердоэлектролитный датчик для измерения концентрации кислорода в газах и металлических расплавах - Google Patents
Твердоэлектролитный датчик для измерения концентрации кислорода в газах и металлических расплавах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2489711C1 RU2489711C1 RU2011153216/28A RU2011153216A RU2489711C1 RU 2489711 C1 RU2489711 C1 RU 2489711C1 RU 2011153216/28 A RU2011153216/28 A RU 2011153216/28A RU 2011153216 A RU2011153216 A RU 2011153216A RU 2489711 C1 RU2489711 C1 RU 2489711C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- solid electrolyte
- current collector
- electrode
- oxygen
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
Изобретение относится к аналитической технике, в частности к датчикам, предназначенным для анализа газовых сред и металлических расплавов на кислородосодержание. Твердоэлектролитный датчик для измерения концентрации кислорода в газах и металлических расплавах содержит выполненный в виде пробирки твердый электролит, эталонный электрод, внутренний токосъемник с эталонного электрода, снабженный контактным кольцом защитный чехол, служащий наружным токосъемником. Датчик согласно изобретению снабжен дополнительным измерительным электродом с токосъемником, электрод расположен в средней части наружной поверхности твердо-электролитной пробирки, а защитный чехол имеет сквозные окна для прохождения анализируемого газа к поверхности измерительного электрода. Изобретение обеспечивает возможность измерения как окисленности металлического расплава, так и кислородосодержания газовой фазы над расплавом, а также упрощение конструкции датчика и повышение точности измерения. 1 ил.
Description
Изобретение относится к аналитической технике, в частности к датчикам, предназначенным для анализа газовых сред и металлических расплавов на кислородосодержание.
Известны потенциометрические датчики для измерения концентрации кислорода в газовых средах, изготовленные с использованием твердых электролитов, обладающих кислородно-ионной проводимостью. Так, известен электрохимический датчик для непрерывного измерения концентрации кислорода в газовых средах (А.с. СССР №1203427, публ. 07.01.1986 г.) [1]. Датчик содержит пробирку из твердого окисного электролита, закрытую эластичной головкой. На внешней и внутренней поверхностях пробирки размещены измерительный и эталонный электроды с токосъемниками, а также направляющая трубка, расположенная по оси пробирки в ее внутренней полости. Кроме того, датчик содержит камеру, которая вместе с трубками подачи и сброса эталонного газа и полостью датчика образует замкнутою систему. На трубке сброса эталонного газа установлен побудитель циркуляции эталонного газа. Известный датчик способен анализировать на содержание кислорода только газовые смеси.
Известен датчик для определения содержания в расплавленной меди (патент РФ 2062460, публ. 20.06.1996 г.) [2]. Датчик представляет собой графитовый стержень, снабженный упругой пластиной с прикрепленным к ней тензорезистором, нижний конец которой соединен с графитовым стержнем, верхний конец выполнен с возможностью неподвижного закрепления, и на часть боковой поверхности по всей длине графитового стержня нанесено защитное огнеупорное покрытие на основе безуглеродистых материалов. Работа известного датчика [2] основана на принципе: чем больше содержание кислорода в расплаве, тем интенсивнее будет протекать реакция окисления углерода и тем сильнее будет отклонение графитового стержня, изгиб упругой пластины и растягивающие напряжения в тензорезисторе. Датчик [2] характеризуется сложностью и ненадежностью конструкции, необходимостью калибровки и низкой точностью измерения, обусловленной зависимостью от качества и состава графитового стержня.
Известен датчик окисленности металлического расплава (А.с. СССР №830228, публ. 14.01.1981 г.) [3]. Датчик содержит твердый электролит, выполненный в виде пробирки, эталонный электрод, внутренний токосъемник с эталонного электрода, защитный чехол, служащий наружным токосъемником, при этом чехол снабжен контактным кольцом, расположенным в нижней части чехла и выполненным из инертного материала состава, вес.%:
CrO | 40-50 |
RO | 20-35 |
CaO | 20-35, |
где R - лантаноиды.
Возможности известного датчика [3] ограничены измерением концентрации кислорода только в металлических расплавах.
Заявлен твердоэлектролитный датчик для измерения концентрации кислорода в газах и металлических расплавах, содержащий выполненный в виде пробирки твердый электролит, эталонный электрод, внутренний токосъемник с эталонного электрода, снабженный контактным кольцом защитный чехол, служащий наружным токосъемником. Датчик отличается тем, что он снабжен дополнительным измерительным электродом с токосъемником, при этом электрод расположен в средней части наружной поверхности твердоэлектролитной пробирки, а защитный чехол имеет сквозные окна для прохождения анализируемого газа к поверхности измерительного электрода.
Сущность заявленного изобретения заключается в следующем. Снабжение датчика дополнительным измерительным электродом с токосъемником, притом, что электрод расположен в средней части наружной поверхности твердоэлектролитной пробирки, а защитный чехол имеет сквозные окна для прохождения анализируемого газа к поверхности измерительного электрода, приводит к интенсивному газообмену между атмосферой и наружной поверхностью датчика, и на электроде устанавливается кислородный потенциал, соответствующий кислородосодержанию газовой атмосферы над расплавом. Кислородосодержание газовой атмосферы в значительной степени определяет и Кислородосодержание самого расплава. 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 разность потенциалов Е1, а между эталонным электродом и дополнительным измерительным электродом возникает разность потенциалов Е2. Измерив значения Е1 и Е2, можно определить как активность кислорода в расплавленном металле, так и кислородосодержание газовой атмосферы над расплавом.
Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в возможности измерения как окисленности металлического расплава, так и кислородосодержания газовой фазы над расплавом, а также в упрощении конструкции датчика и повышении точности измерения.
Изобретение иллюстрируется рисунком, где изображен заявляемый датчик. Датчик, содержит твердоэлектролитную пробирку 1, эталонный электрод 2, внутренний токосъемник с эталонного электрода - 3, дополнительный измерительный электрод 4, расположенный в средней части наружной поверхности твердоэлектролитной пробирки 1, токосъемник с него - 5, защитный металлический чехол 6, являющийся одновременно наружным токосъемником потенциала анализируемого расплава. Чехол 6 снабжен контактным кольцом 7. Твердоэлектролитная пробирка 1 герметично соединена с защитным чехлом 6 термостойким герметиком 8. Чехол 6 имеет сквозные окна 9 для прохождения анализируемого газа к поверхности измерительного электрода 4. Датчик, погруженный в анализируемый металлический расплав 10, имеет два измерителя напряжения - ИН-1 и ИН-2 для измерения разности потенциалов соответствующих электрохимических цепей, а именно: ИН-1 - для измерения разности потенциалов между токосъемником эталонного электрода 3 и металлическим расплавом 10, а ИН-2 - между токосъемником эталонного электрода 3 и токосъемником измерительного электрода 4. Датчик находится в рабочем режиме в высокотемпературном поле, которое создается анализируемой газовой средой и металлическим расплавом.
Для проведения измерений датчик погружают в анализируемый расплав металла, над которым находится соответствующая газовая атмосфера (защитная, восстановительная, окислительная). Как отмечено выше, в значительной степени кислородосодержание газовой атмосферы определяет и кислородосодержание самого расплава. Т.к. газовая атмосфера и сам расплав находятся при повышенных температурах, то датчик прогревается соответственно до температуры расплава. На эталонном электроде датчика устанавливается равновесный кислородный потенциал, соответствующий парциальному давлению кислорода:
где:
φ (э.э.) - потенциал эталонного электрода;
R - газовая постоянная (1,9873 кал/град*моль);
Т - температура расплава в градусах Кельвина;
ρO2 - парциальное давление кислорода на эталонном электроде, Па.
Кислородный потенциал анализируемого расплава можно выразить уравнением:
где:
φ (а.р.) - потенциал анализируемого расплава;
ао - активность кислорода в анализируемом расплаве.
Между эталонным электродом и расплавом устанавливается разность потенциалов:
где:
Е1 - разность потенциалов (Мв);
n - валентность кислорода, равная 2;
F - постоянная Фарадея (96496 К).
Величина (Е1) определяется по уравнению (3) активностью кислорода в анализируемом расплаве и замеряется измерителем напряжения ИН-1.
Между эталонным электродом и измерительным электродом возникает разность потенциалов Е2:
где:
Величина (Е2) определяется по уравнению 4 парциальным давлением кислорода в анализируемом газе и измеряется измерителем напряжения ИН-2.
Таким образом, измерив значения Е1 и Е2, можно определить как активность кислорода в расплавленном металле, так и кислородосодержание газовой атмосферы над расплавом. При этом датчик характеризуется упрощенной конструкцией и повышенной точностью измерения.
Claims (1)
- Твердоэлектролитный датчик для измерения концентрации кислорода в газах и металлических расплавах, содержащий выполненный в виде пробирки твердый электролит, эталонный электрод, внутренний токосъемник с эталонного электрода, снабженный контактным кольцом защитный чехол, служащий наружным токосъемником, отличающийся тем, что датчик снабжен дополнительным измерительным электродом с токосъемником, при этом электрод расположен в средней части наружной поверхности твердоэлектролитной пробирки, а защитный чехол имеет сквозные окна для прохождения анализируемого газа к поверхности измерительного электрода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011153216/28A RU2489711C1 (ru) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | Твердоэлектролитный датчик для измерения концентрации кислорода в газах и металлических расплавах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011153216/28A RU2489711C1 (ru) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | Твердоэлектролитный датчик для измерения концентрации кислорода в газах и металлических расплавах |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011153216A RU2011153216A (ru) | 2013-07-20 |
RU2489711C1 true RU2489711C1 (ru) | 2013-08-10 |
Family
ID=48791373
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011153216/28A RU2489711C1 (ru) | 2011-12-26 | 2011-12-26 | Твердоэлектролитный датчик для измерения концентрации кислорода в газах и металлических расплавах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2489711C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU189090U1 (ru) * | 2019-02-21 | 2019-05-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Сенсор для измерения концентрации кислорода и водорода в инертных, защитных и окислительных газовых смесях |
RU2722613C1 (ru) * | 2019-05-31 | 2020-06-02 | Акционерное общество "Прорыв" | Сенсор для измерения кислородосодержания расплава LiCl-Li2O-Li и атмосферы над расплавом |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU620881A1 (ru) * | 1977-04-08 | 1978-08-25 | Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола | Устройство дл определени активности кислорода в металлургических расплавах |
SU966582A1 (ru) * | 1980-12-04 | 1982-10-15 | Институт электрохимии Уральского научного центра АН СССР | Электрохимическа чейка дл измерени концентрации кислорода и кислородсодержащих газов |
US6241865B1 (en) * | 1997-09-15 | 2001-06-05 | Heraeus Holding Gmbh | Sensor for the measurement of gas concentrations |
RU2282184C2 (ru) * | 2003-03-07 | 2006-08-20 | Хераеус Электро-Ните Интернациональ Н.В. | Измерительное устройство для определения активности кислорода в расплавах металлов или шлаков |
US7169274B2 (en) * | 2004-05-05 | 2007-01-30 | Heraeus Electro-Nite International N.V. | Measurement device for determining oxygen activity in metal or slag melts |
RU2325633C2 (ru) * | 2002-11-26 | 2008-05-27 | Спешиалти Минералз (Мичиган) Инк. | Датчик для определения активности кислорода в расплавах металлов и способ для его производства |
-
2011
- 2011-12-26 RU RU2011153216/28A patent/RU2489711C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU620881A1 (ru) * | 1977-04-08 | 1978-08-25 | Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола | Устройство дл определени активности кислорода в металлургических расплавах |
SU966582A1 (ru) * | 1980-12-04 | 1982-10-15 | Институт электрохимии Уральского научного центра АН СССР | Электрохимическа чейка дл измерени концентрации кислорода и кислородсодержащих газов |
US6241865B1 (en) * | 1997-09-15 | 2001-06-05 | Heraeus Holding Gmbh | Sensor for the measurement of gas concentrations |
RU2325633C2 (ru) * | 2002-11-26 | 2008-05-27 | Спешиалти Минералз (Мичиган) Инк. | Датчик для определения активности кислорода в расплавах металлов и способ для его производства |
RU2282184C2 (ru) * | 2003-03-07 | 2006-08-20 | Хераеус Электро-Ните Интернациональ Н.В. | Измерительное устройство для определения активности кислорода в расплавах металлов или шлаков |
US7169274B2 (en) * | 2004-05-05 | 2007-01-30 | Heraeus Electro-Nite International N.V. | Measurement device for determining oxygen activity in metal or slag melts |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU189090U1 (ru) * | 2019-02-21 | 2019-05-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Сенсор для измерения концентрации кислорода и водорода в инертных, защитных и окислительных газовых смесях |
RU2722613C1 (ru) * | 2019-05-31 | 2020-06-02 | Акционерное общество "Прорыв" | Сенсор для измерения кислородосодержания расплава LiCl-Li2O-Li и атмосферы над расплавом |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011153216A (ru) | 2013-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8152978B2 (en) | Apparatus and method for measuring hydrogen concentration in molten metals | |
JP2018533727A (ja) | 溶融金属中の水素含有量測定用センサー及び測定方法 | |
CN112129824B (zh) | 一种无损测量固体钢中氢含量的装置及方法 | |
RU2489711C1 (ru) | Твердоэлектролитный датчик для измерения концентрации кислорода в газах и металлических расплавах | |
Kaneko et al. | Performance of a miniature zirconia oxygen sensor with a Pd–PdO internal reference | |
CN107247080B (zh) | 一种用于高温熔盐中氧离子的在线检测系统 | |
JP3878875B2 (ja) | 酸素濃度計 | |
KR100943649B1 (ko) | 저산소 농도 측정용 산소센서 | |
EP3236250A1 (en) | Sensor for sensing hydrogen in gaseous media | |
US20210208099A1 (en) | Potentiometric measuring chain and method for determining the ph value | |
RU189090U1 (ru) | Сенсор для измерения концентрации кислорода и водорода в инертных, защитных и окислительных газовых смесях | |
CN105628769A (zh) | 往复式再生法连续测氧传感器 | |
RU189631U1 (ru) | Сенсор для измерения концентрации кислорода и водорода в инертных, защитных и окислительных газовых смесях | |
US10962502B2 (en) | Hydrogen detector for gas and fluid media | |
RU2779253C1 (ru) | Способ определения концентрации монооксида и диоксида углерода в анализируемой газовой смеси с азотом | |
RU2722613C1 (ru) | Сенсор для измерения кислородосодержания расплава LiCl-Li2O-Li и атмосферы над расплавом | |
RU2574423C1 (ru) | Датчик водорода в жидких и газовых средах | |
RU2563325C1 (ru) | Амперометрический способ измерения концентрации горючих газов в азоте | |
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 | |
KR100992890B1 (ko) | 고온 용융염 산소이온 센서전극 및 이를 이용한 산소이온정량법 | |
JP2023083079A (ja) | 溶銅用酸素センサ、溶銅用酸素センサ装置、溶銅の酸素濃度検出方法、及び銅線の製造方法 | |
RU55143U1 (ru) | Кислородный датчик | |
JP4718264B2 (ja) | 無酸素銅用酸素センサ | |
JP3540701B2 (ja) | 酸素濃度測定装置及びそれを適用したプラント |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151227 |