RU25226U1

RU25226U1 - ELECTROCHEMICAL SENSOR

Info

Publication number: RU25226U1
Application number: RU2002101812/20U
Authority: RU
Inventors: А.К. Родионов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ВЗОР"
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2002-09-20

Description

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИКELECTROCHEMICAL SENSOR

Полезная модель относится к области измерительной техники, а более конкретно - к электрохимическим датчикам для определения концентрации растворенного газа, преимущественно кислорода.The utility model relates to the field of measurement technology, and more specifically to electrochemical sensors for determining the concentration of dissolved gas, mainly oxygen.

Известен электрохимический датчик растворенного кислорода 1, содержащий катод, анод, камеру для электролита и газопроницаемую мембрану, отделяющую камеру для электролита от исследуемой жидкости. Фланец газопроницаемой мембраны закреплен на торцовой части корпуса посредством кольца и накидной гайки.Known electrochemical sensor of dissolved oxygen 1, comprising a cathode, anode, an electrolyte chamber and a gas-permeable membrane separating the electrolyte chamber from the test fluid. The flange of the gas-permeable membrane is fixed to the end part of the housing by means of a ring and a union nut.

Недостатком известного датчика является относительно низкая чувствительность и нестабильность его показаний, обусловленные увеличенным зазором между мембраной и катодом и нестабильностью прижатия мембраны к рабочему участку катода, вследствие изменения ее кривизны из-за вьщавливания материала фланца мембраны к ее центру при сборке датчика.A disadvantage of the known sensor is the relatively low sensitivity and instability of its readings, due to the increased gap between the membrane and the cathode and the instability of pressing the membrane to the working section of the cathode, due to a change in its curvature due to the retraction of the membrane flange material to its center during assembly of the sensor.

В другом известном датчике растворенного кислорода 2 постоянство зазора между газопроницаемой мембраной и катодом обеспечивается вьшолнением в последнем отверстий, расположенных на его периферии, и рисок на рабочей поверхности катода. Под действием внешнего побудителя электролит постоянно протекает в указанном зазоре, обновляя поверхности контакта фаз, что повышает чувствительность датчика.In another known dissolved oxygen sensor 2, the constancy of the gap between the gas-permeable membrane and the cathode is ensured by making holes in the latter located at its periphery and notches on the working surface of the cathode. Under the influence of an external stimulator, the electrolyte constantly flows in the indicated gap, updating the contact surfaces of the phases, which increases the sensitivity of the sensor.

Данное техническое решение характеризуется сложностью конструктивного выполнения датчика. Необходимость в дополнительном устройстве - внешнем побудителе расхода электролита - ограничивает возможности его применения.This technical solution is characterized by the complexity of the structural design of the sensor. The need for an additional device - an external inducer of electrolyte consumption - limits the possibilities of its use.

МПК GO IN 27/404 IPC GO IN 27/404

ления концентрации веществ в растворах 3, содержащий корпус, заполненный электролитом, в котором расположены индикаторный электрод, смонтированный в цилиндрическом изоляторе, и сравнительный электрод, соединенные с источником поляризз ющего напряжения и регистрирующим прибором.the concentration of substances in solutions 3, comprising a housing filled with an electrolyte in which an indicator electrode mounted in a cylindrical insulator and a comparative electrode connected to a polarizing voltage source and a recording device are located.

На торце датчика закреплены посредством резинового кольца две находящиеся в контакте между собой газопроницаемые мембраны, одна из которых контактирует также с индикаторным электродом (катодом), а другая, выполненная из материала природного происхождения (стенка рыбьего воздушного пузыря, кишки овцы и т.п.), - с исследуемой средой.Two gas-permeable membranes in contact with each other are fixed at the end of the sensor via a rubber ring, one of which is also in contact with an indicator electrode (cathode), and the other is made of material of natural origin (wall of a fish air bubble, sheep intestine, etc.) , - with the test medium.

Наличие в датчике-прототипе 3 газопроницаемой пленки (мембраны), размещенной между рабочей поверхностью катода и наружной мембраной, позволяет обеспечить фиксированный зазор между указанными элементами датчика, а также присутствие тонкого слоя электролита на рабочей поверхности катода на протяжении всего срока службы датчика.The presence in the sensor prototype 3 of a gas-permeable film (membrane) located between the working surface of the cathode and the outer membrane, allows for a fixed gap between these elements of the sensor, as well as the presence of a thin layer of electrolyte on the working surface of the cathode throughout the life of the sensor.

К недостаткам известного датчика следует отнести низкую надежность и малый срок службы, обусловленные свойствами используемых мембран. Газопроницаемая полимерная мембрана не обладает необходимой упругостью, поэтому может со временем вытягиваться и отслаиваться от катода датчика (особенно при работе в среде с большими температурными перепадами). Это приводит к уменьшению скорости реакции датчика и увеличению погрешности измерения.The disadvantages of the known sensor include low reliability and short service life due to the properties of the membranes used. A gas-permeable polymer membrane does not have the necessary elasticity, therefore, it can elongate and peel off from the cathode of the sensor over time (especially when working in an environment with large temperature differences). This leads to a decrease in the reaction rate of the sensor and an increase in measurement error.

Кроме того, подобная мембрана весьма чувствительна к флуктуациям потока контролируемой среды. Механическая вибрация мембраны в нестабильном потоке приводит к нестабильному току датчика.In addition, such a membrane is very sensitive to fluctuations in the flow of a controlled medium. Mechanical vibration of the membrane in an unstable flow leads to an unstable sensor current.

функции, не решает нолностью указанных нроблем. Материал природного происхождения, из которого изготавливается наружная мембрана, также деформируется в процессе эксплуатации датчика, недолговечен и подвержен гниению.functions, does not solve by the completeness indicated by the problem. The material of natural origin from which the outer membrane is made also deforms during the operation of the sensor, is short-lived and prone to decay.

Техническим результатом полезной модели является повышение точности измерения, уменьшение времени отклика и увеличение ресурса датчика.The technical result of the utility model is to increase the measurement accuracy, reduce the response time and increase the sensor life.

Указанный технический результат достигается тем, что в электрохимическом датчике, содержащем корпус, камеру для электролита, в которой размещены анод и катод, и две контактирующие одна с другой газопроницаемые мембраны, первая из которых находится в контакте с рабочей поверхностью катода, а вторая - с контролируемой средой и закреплена на торце корпуса, согласно полезной модели вторая газопроницаемая мембрана выполнена из резиноподобного материала.The specified technical result is achieved by the fact that in the electrochemical sensor containing the housing, an electrolyte chamber in which the anode and cathode are placed, and two gas-permeable membranes in contact with one another, the first of which is in contact with the working surface of the cathode, and the second is controlled medium and mounted on the end of the housing, according to a utility model, the second gas-permeable membrane is made of rubber-like material.

Кроме того, вторая мембрана имеет больною газопроницаемость, чем первая мембрана.In addition, the second membrane has painful gas permeability than the first membrane.

В предпочтительном варианте исполнения газопроницаемость второй мембраны превышает газопроницаемость первой мембраны в 3-5 раз.In a preferred embodiment, the gas permeability of the second membrane exceeds the gas permeability of the first membrane by 3-5 times.

Охарактеризованная з азанными выше сушественными признаками полезная модель на дату подачи заявки не известна в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям условия охраноспособности новизна.The utility model described above for the natural attributes at the filing date of the application is not known in the Russian Federation and abroad and meets the requirements of the eligibility condition of novelty.

Полезная модель может быть реализована промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия промышленная применимость.The utility model can be implemented industrially using well-known technical means, technologies and materials and meets the requirements of the criterion of industrial applicability.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлен общий внд предлагаемого датчика, продольный разрез.The utility model is illustrated in the drawing, which shows the general internal pressure index of the proposed sensor, a longitudinal section.

Электрохимический датчик для определения концентрации растворенного газа, преимущественно кислорода, содержит корпус 1, камеру 2 для электролита, анод 3 и катод 4, смонтированный в стеклянном изоляторе 5.The electrochemical sensor for determining the concentration of dissolved gas, mainly oxygen, contains a housing 1, an electrolyte chamber 2, an anode 3 and a cathode 4 mounted in a glass insulator 5.

Датчик содержит также контактирующие между собой газопроницаемые мембраны 6 и 7. Мембрана 6, выполненная из полимерного материала, например фторопласта, находится в контакте с рабочей поверхностью катода 4. Мембрана 7, отделяющая камеру 2 для электролита и электродную систему от контролируемой среды, выполнена из резиноподобного материала, например силикона.The sensor also contains gas-permeable membranes 6 and 7 in contact with each other. The membrane 6, made of a polymeric material, for example fluoroplastic, is in contact with the working surface of the cathode 4. The membrane 7, which separates the electrolyte chamber 2 and the electrode system from the controlled medium, is made of rubber-like material, for example silicone.

Газопроницаемость наружной мембраны 7 в 3 - 5 раз превыщает газопроницаемость мембраны 6.The gas permeability of the outer membrane 7 is 3 to 5 times higher than the gas permeability of the membrane 6.

Электрохимический датчик работает следующим образом.The electrochemical sensor operates as follows.

Кислород (или другой растворенный газ) из контролируемой среды диффундирует через газопроницаемые мембраны 7 и 6 и тонкий слой электролита к рабочей поверхности катода 4, где происходит его электрохимическое восстановление.Oxygen (or other dissolved gas) from the controlled medium diffuses through gas-permeable membranes 7 and 6 and a thin layer of electrolyte to the working surface of the cathode 4, where it is electrochemically reduced.

Возникающий в результате этого электрический ток регистрируется измерительным прибором (на чертеже не показан).The resulting electric current is recorded by a measuring device (not shown in the drawing).

По величине тока судят о концентрации растворенного кислорода.The current value is used to judge the concentration of dissolved oxygen.

Выполнение наружной мембраны 7 из резиноподобного материала позволяет за счет упругих свойств материала обеспечить постоянное прижатие внутренней полимерной мембраны 6 к рабочей поверхности катода 4, что устраняет отмеченные выше недостатки прототипа и приводит к повьппению точности и динамических характеристик датчика, а также увеличению ресурса его работы.The implementation of the outer membrane 7 of a rubber-like material allows, due to the elastic properties of the material, to ensure constant pressing of the inner polymer membrane 6 to the working surface of the cathode 4, which eliminates the aforementioned disadvantages of the prototype and leads to an increase in the accuracy and dynamic characteristics of the sensor, as well as an increase in the resource of its operation.

Выполнение наружной мембраны из резиноподобного материала позволяет также достичь полной герметизации камеры для электролита от внешней среды.The implementation of the outer membrane of rubber-like material also allows to achieve complete sealing of the chamber for the electrolyte from the external environment.

Источники информации:Sources of information:

1.Патент США № 3785948, МПК G01N 27/46, опубл, 1974г.1. US patent No. 3785948, IPC G01N 27/46, publ., 1974

2.Авторское свидетельство СССР № 1193561, МПК G01N 27/28, опубл. 1985г.2. The author's certificate of the USSR No. 1193561, IPC G01N 27/28, publ. 1985

3.Патент СССР № 1034618, МПК G01N 27/30, опубл. 1983г. прототип.3. Patent of the USSR No. 1034618, IPC G01N 27/30, publ. 1983 prototype.

Claims

1. An electrochemical sensor comprising a housing, an electrolyte chamber in which the anode and cathode are placed, and two gas-permeable membranes in contact with one another, the first of which is in contact with the working surface of the cathode, and the second is in a controlled environment and is mounted on the end of the housing characterized in that the second gas-permeable membrane is made of rubber-like material.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that the second membrane has a greater gas permeability than the first membrane.

3. The sensor according to claim 1, characterized in that the gas permeability of the second membrane exceeds the gas permeability of the first membrane by 3-5 times.