RU2614348C1 - Полярографический датчик кислорода - Google Patents
Полярографический датчик кислорода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2614348C1 RU2614348C1 RU2015148368A RU2015148368A RU2614348C1 RU 2614348 C1 RU2614348 C1 RU 2614348C1 RU 2015148368 A RU2015148368 A RU 2015148368A RU 2015148368 A RU2015148368 A RU 2015148368A RU 2614348 C1 RU2614348 C1 RU 2614348C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- cathode
- electrolyte
- sensor
- hole
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/48—Systems using polarography, i.e. measuring changes in current under a slowly-varying voltage
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/404—Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors
Abstract
Изобретение относится к области измерения значений гидрохимикофизических параметров водной среды и может быть использовано отдельно или в составе многоканального преобразователя гидрохимикофизических параметров водной среды, для измерения содержания растворенного кислорода в водной среде, в частности пресной и морской воды при проведении экологических исследований. Согласно изобретению в полярографическом датчике кислорода, содержащем наполненный электролитом корпус с отверстием в верхней части, мембрану, выполненную по меньшей мере из двух слоев газопроницаемого материала, герметично закрывающую указанное отверстие, два электрода - катод, прилегающий к мембране, и анод, размещенные в объеме электролита, нижний опорный слой мембраны выполнен из материала, обеспечивающего возможность беспрепятственного прохождения молекул растворенного в воде кислорода к катоду с прочностными характеристиками, обеспечивающими возможность сопротивления разрыву при динамических и статических нагрузках, возникающих в процессе эксплуатации, а верхний селективный слой выполнен в виде нанесенного на опорный слой полимерного покрытия. Техническим результатом изобретения является снижение постоянной времени при обеспечении необходимого ресурса работы датчика. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области измерения значений гидрохимикофизических параметров водной среды и может быть использовано отдельно или в составе многоканального преобразователя гидрохимикофизических параметров водной среды, для измерения содержания растворенного кислорода в водной среде, в частности пресной и морской воды при проведении экологических исследований.
Известен электрохимический датчик растворенного кислорода, содержащий корпус, камеру для электролита, в которой размещены анод и катод, и две контактирующие газопроницаемые мембраны, одна из которых контактирует также с катодом и выполнена из полимерного материала, например фторопласта, а другая - с контролируемой средой, выполнена из резиноподобного материала, например силикона. Наличие в датчике-прототипе дополнительной мембраны позволяет обеспечить постоянное прижатие внутренней полимерной мембраны к рабочей поверхности катода, увеличивая стабильность его показаний, уменьшает чувствительность полимерной мембраны к флуктуациям потока контролируемой среды, снижая воздействие механической вибрации мембраны на нестабильность тока датчика.
К недостаткам известного датчика следует отнести высокие значения постоянной времени датчика, обусловленные свойствами используемых мембран. Необходимо учитывать, что применение фторопластовой пленки, очень малой толщины, снижает значения постоянной времени, но при сборке датчика пленка может необратимо деформироваться и разрушаться ввиду свойств материала.
Резиноподобная мембрана, несмотря на то, что имеет газопроницаемость выше полимерной, все же представляет собой дополнительное препятствие прохождению молекул растворенного кислорода, обуславливающее увеличение постоянной времени. Кроме того, для обеспечения стойкости к механической вибрации необходимо использовать силиконовую мембрану достаточно большой толщины ввиду ее низких прочностных свойств, что приводит к существенному увеличению постоянной времени.
Техническим результатом изобретения является снижение постоянной времени при обеспечении необходимого ресурса работы датчика.
Заявленный технический результат достигается тем, что в полярографическом датчике кислорода, содержащем наполненный электролитом корпус с отверстием в верхней части, мембрану, выполненную по меньшей мере из двух слоев газопроницаемого материала, герметично закрывающую указанное отверстие, два электрода - катод, прилегающий к мембране, и анод, размещенные в объеме электролита, в соответствии с изобретением нижний опорный слой мембраны выполнен из материала, обеспечивающего возможность беспрепятственного прохождения молекул растворенного в воде кислорода к катоду с прочностными характеристиками, обеспечивающими возможность сопротивления разрыву при динамических и статических нагрузках, возникающих в процессе эксплуатации, а верхний селективный слой выполнен в виде нанесенного на опорный слой полимерного покрытия.
Преимущественно полимерное покрытие может быть выполнено из полипараксилилена.
Техническое решение поясняется приведенной на чертеже схемой, являющейся частным примером реализации изобретения, не охватывающим и тем более не ограничивающим весь объем притязаний данного технического решения.
На схеме датчика обозначено:
1 - корпус;
2 - электролит;
3 - катод;
4 - анод;
5 - изолирующий элемент;
6 - опорный слой комбинированной мембраны;
7 - селективный слой комбинированной мембраны.
Полярографический датчик кислорода содержит корпус 1 с отверстием в верхней торцевой части, выполненный, например, из оргстекла, заполненный электролитом 2. Внутри корпуса 1 в электролите 2 установлены катод 3, выполненный, например, из платиновой проволоки, и анод 4, в качестве которого может быть использована серебряная проволока, покрытая хлористым серебром. Катод 3 отделяется от анода 4 за счет его размещения внутри изолирующего элемента 5, выполненного, например, из диэлектрического стержня, например, из оргстекла. При этом торцевая поверхность катода 3 конформна к выполненной округлой торцевой поверхности изолирующего элемента 5, что обеспечивает плотное прилегание опорного слоя комбинированной мембраны к катоду 3. На боковой поверхности изолирующего элемента 5 устанавливается анод 4.
Отверстие в корпусе 1 закрыто газопроницаемой комбинированной мембраной, отделяющей электрохимическую систему от исследуемой среды и предохраняющей электроды от загрязнения, состоящей из опорного слоя 6, прилегающего к катоду 3, и селективного слоя 7, контактирующего с водной средой.
Опорный слой 6 выполнен из материала с прочностными характеристиками, обеспечивающими возможность сопротивления разрыву при динамических и статических нагрузках, возникающих в процессе эксплуатации, и с выполненными в нем микропорами, обеспечивающими беспрепятственный доступ молекул растворенного кислорода, диффундировавших через селективный слой 7, к катоду 3, что исключает влияние опорного слоя 6 на значение постоянной времени датчика. В качестве опорного слоя могут быть использованы, например, поликарбонатные трековые мембраны.
Селективный слой 7, обеспечивающий прохождение сквозь него только молекул растворенного в среде кислорода, выполнен в виде нанесенного на опорный слой 6 полимерного покрытия. Предпочтительным является выполнение селективного слоя 7 вакуумным осаждением полипараксилиленов, так как при этом может быть достигнута наименьшая толщина покрытия в силу развитости технологии его вакуумного осаждения, но селективный слой 7 также может быть выполнен, например, путем суспензионного или лакового нанесения фторопластов или электростатического осаждения полиамидов.
Толщина селективного слоя 7 в зависимости от поставленных задач, назначения датчика и требуемого быстродействия может иметь значения от долей микрон до единиц и десятков микрон.
Датчик работает следующим образом.
На поверхности катода 3 под воздействием приложенного к нему напряжения 0,75 В обеспечивается подсоединением к датчику измерительного блока (не показан), каждая молекула растворенного во внешней среде кислорода, диффундирующая последовательно сквозь селективный слой 7 и опорный слой 6 комбинированной мембраны, восстанавливается до молекулы воды, отдавая высвободившиеся в ходе восстановления свободные электроны в катод 3. Образующийся избыток электронов в катоде 3 приводит к возникновению тока в цепи катод 3 - электролит 2 - анод 4, замыкающейся на измерительный блок. Значение тока в указанной цепи пропорционально содержанию растворенного во внешней среде кислорода.
Скорость диффузии молекулы растворенного кислорода из внешней среды к катоду 3 определяет время отклика датчика на изменяющееся содержание растворенного в среде кислорода, а следовательно, постоянную времени датчика. При этом чем больше скорость диффузии, тем меньшее время затрачивается на прохождение молекул растворенного кислорода и тем меньше постоянная времени датчика. Учитывая особенности конструктивного построения полярографических датчиков растворенного кислорода, основной вклад в значение времени отклика составляет время прохождения молекулами растворенного кислорода полимерной селективной мембраны. Указанное время пропорционально толщине мембраны, а в случае заявляемого технического решения, с использованием комбинированной мембраны с опорным слоем 6, обеспечивающим беспрепятственное прохождение молекул растворенного кислорода к катоду, - толщине селективного слоя, например покрытия из полипараксилилена, которая, благодаря технологии вакуумного осаждения, может составлять доли микрона, что много меньше минимально возможной толщины фторопластовой пленки (от 5 мкм).
Таким образом, использование комбинированной мембраны с указанными свойствами обеспечивает достижение технического результата - уменьшение постоянной времени датчика при обеспечении необходимого ресурса работы датчика.
Заявляемый полярографический датчик кислорода может быть изготовлен в условиях серийного производства освоенными технологическими методами с использованием существующих материалов и оборудования.
Claims (2)
1. Полярографический датчик кислорода, содержащий наполненный электролитом корпус с отверстием в верхней части, мембрану, выполненную по меньшей мере из двух слоев газопроницаемого материала, герметично закрывающую указанное отверстие, два электрода - катод, прилегающий к мембране, и анод, размещенные в объеме электролита, отличающийся тем, что нижний опорный слой мембраны выполнен из материала, обеспечивающего возможность беспрепятственного прохождения молекул растворенного в воде кислорода к катоду с прочностными характеристиками, обеспечивающими возможность сопротивления разрыву при динамических и статических нагрузках, возникающих в процессе эксплуатации, а верхний селективный слой выполнен в виде нанесенного на опорный слой полимерного покрытия.
2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что полимерное покрытие выполнено из полипараксилилена.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015148368A RU2614348C1 (ru) | 2015-11-10 | 2015-11-10 | Полярографический датчик кислорода |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015148368A RU2614348C1 (ru) | 2015-11-10 | 2015-11-10 | Полярографический датчик кислорода |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2614348C1 true RU2614348C1 (ru) | 2017-03-24 |
Family
ID=58453175
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015148368A RU2614348C1 (ru) | 2015-11-10 | 2015-11-10 | Полярографический датчик кислорода |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2614348C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2665792C1 (ru) * | 2017-10-24 | 2018-09-04 | Общество с ограниченной ответственностью Фирма "Тритон-ЭлектроникС" | Чувствительный элемент для определения концентрации компонента газовой среды |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU532798A1 (ru) * | 1974-03-03 | 1976-10-25 | Таллинский Политехнический Институт | Электрохимический датчик концентрации кислорода |
US5030336A (en) * | 1987-06-29 | 1991-07-09 | Koch Cameron J | Polarographic oxygen sensor |
RU111671U1 (ru) * | 2011-08-12 | 2011-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет | Кислородный сенсор |
RU2469306C1 (ru) * | 2011-08-11 | 2012-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет | Устройство для определения концентрации кислорода в водных и газовых средах |
-
2015
- 2015-11-10 RU RU2015148368A patent/RU2614348C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU532798A1 (ru) * | 1974-03-03 | 1976-10-25 | Таллинский Политехнический Институт | Электрохимический датчик концентрации кислорода |
US5030336A (en) * | 1987-06-29 | 1991-07-09 | Koch Cameron J | Polarographic oxygen sensor |
RU2469306C1 (ru) * | 2011-08-11 | 2012-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет | Устройство для определения концентрации кислорода в водных и газовых средах |
RU111671U1 (ru) * | 2011-08-12 | 2011-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный университет | Кислородный сенсор |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2665792C1 (ru) * | 2017-10-24 | 2018-09-04 | Общество с ограниченной ответственностью Фирма "Тритон-ЭлектроникС" | Чувствительный элемент для определения концентрации компонента газовой среды |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3260656A (en) | Method and apparatus for electrolytically determining a species in a fluid | |
US3498899A (en) | Electrochemical electrode assembly | |
US8334024B1 (en) | Method and apparatus for single side bilayer formation | |
Sarles et al. | Physical encapsulation of droplet interface bilayers for durable, portable biomolecular networks | |
KR101868221B1 (ko) | 이온 채널 압력 센서 및 이의 제조방법 | |
WO2010024076A1 (ja) | 定電位電解式酸素センサ | |
RU2614348C1 (ru) | Полярографический датчик кислорода | |
Taurino et al. | Platinum nanopetal-based potassium sensors for acute cell death monitoring | |
CN109716121B (zh) | 具有多气体入口的电化学气体传感器 | |
Toczyłowska-Mamińska et al. | Multielectrode bisensor system for time-resolved monitoring of ion transport across an epithelial cell layer | |
Charlton | A microelectrode for determination of dissolved oxygen in tissue | |
US20180003667A1 (en) | Solid State Electrolyte | |
US20180266983A1 (en) | Electrochemical sensor | |
US7189315B2 (en) | Ion sensor and clinical analyzer using the same | |
US3394069A (en) | Electrochemical gas sensor | |
Liu et al. | Effects of water on ionic liquid electrochemical microsensor for oxygen sensing | |
US20110248731A1 (en) | APPARATUS AND METHOD FOR MEASUREMENT OF pH OVER A WIDE RANGE OF PRESSURE | |
Furusawa et al. | Electro-osmosis and streaming potential measurements | |
US20050006240A1 (en) | Field generating membrane electrode | |
JPS63234146A (ja) | Pco↓2電極の製造方法 | |
Peláez et al. | Electrochemical characterization of hydrogels for biomimetic applications | |
Bianchi et al. | Ionode detection and capillary electrophoresis integrated on a polymer micro-chip | |
Chang et al. | Study of albumin and fibrinogen membranes formed by interfacial crosslinking using microfluidic flow | |
JP6330213B2 (ja) | 定電位電解式酸素ガスセンサ | |
Zhai et al. | Real-time calcium uptake monitoring of a single renal cancer cell based on an all-solid-state potentiometric microsensor |