SU1712859A1

SU1712859A1 - Electrochemical gas analyzer

Info

Publication number: SU1712859A1
Application number: SU884427658A
Authority: SU
Inventors: Юрий Леонидович Внуков; Михаил Ефимович Рабинович; Игорь Олегович Воронежский
Original assignee: Специальное конструкторско-технологическое бюро Морского гидрофизического института АН УССР
Priority date: 1988-05-19
Filing date: 1988-05-19
Publication date: 1992-02-15

Description

крышки 9 выполнена из пластмассы, набух .ающей в воде. Ширина зазора между крышкой 9 и стойкой 5 равна 2-6 толщинам мембраны. Катод 4 и анод 3 присоединены к регистратору 13. Набухающий в воде слойthe cover 9 is made of plastic swelling in water. The width of the gap between the cover 9 and the pillar 5 is 2-6 thicknesses of the membrane. The cathode 4 and the anode 3 are attached to the recorder 13. The layer swelling in water

пластмассы облегчает сборку и разборку устройства , улучшает его герметичность при эксплуатации, а следовательно, повышаетс надежность и стабильность характеристик . 3 ил.plastics facilitates the assembly and disassembly of the device, improves its tightness during operation, and therefore increases the reliability and stability of the characteristics. 3 il.

Изобретение относитс к приборостроению , а именно к электрохимическим датчикам , способным определ ть концентрацию некоторых газов (кислорода, водорода, углекислого газа) в водных растворах, и преимущественно может быть использовано при гидрохимических исследовани х Мирового океана, в частности дл определени растворенного s морской воде кислорода.The invention relates to instrumentation, namely, electrochemical sensors capable of determining the concentration of certain gases (oxygen, hydrogen, carbon dioxide) in aqueous solutions, and can be mainly used in hydrochemical studies of the oceans, in particular for determining dissolved s seawater oxygen .

Известен электрохимический датчик кислорода, содержащий корпус с кольцевой камерой, заполненной электролитом, катод, анод тороидальной формы, расположенный в камере, селективно-проницаемую мембрану и прижимную гайку. Селективно-проницаема мембрана выполненг- в виде сферического сегмента с плоским фланцем.Known electrochemical oxygen sensor, comprising a housing with an annular chamber filled with electrolyte, a cathode, a toroid-shaped anode located in the chamber, a selective-permeable membrane and a pressure nut. Selectively permeable membrane made in the form of a spherical segment with a flat flange.

Герметизаци объема кольцевой камеры , заполненной электролитом, и прижатие мембраны к катоду осуществл ютс одновременно . Это происходит при навинчивании на корпус датчика прижимной гайки за счет-деформации (сжати ) фланца селективно-проницаемой мембраны между верхним термом корпуса и буртиком гайки. При раздавАизаним фланца селективно-проницаемой мембраны его материал выдавливаетс как к периферии фланца, так и к центру мембраны. Это приводит к изменению кривизны мембраны, т. е. к увеличению зазора, а следовательно, и сло электролита между мембраной и катодом, в результате чего снижаетс стабильность прижати мембраны к рабочей поверхности катода. При увеличении сло электролита между мембраной и катодом происходит увеличение показател инерции и снижение чувствительности датчика, а нестабильность прижати мембраны к рабочей поверхности катодом обусловливает нестабильность чувствительности датчика в процессе эксплуатации . Кроме того, к недостаткам датчика относ тс сложность и высока стоимость изготовлени мембраны, так как технологически трудно обеспечить толщину сферической рабочей зоны мембраны а пределах 4-25 мкм при толщине фланца 0,5-3 мм и таких материалах мембраны, как тефлон, полиэтилен и т. п., причем наиболее сложно обеспечить равнотолщинность сферической рабочей зоны. Сложность и высока стоимость изготовлени мембраны повышают стоимость всего датчика и его эксплуатации , так как мембрана работает лишь одинThe sealing of the volume of the annular chamber filled with electrolyte and the pressing of the membrane to the cathode are carried out simultaneously. This happens when the clamping nut is screwed onto the sensor body due to the deformation (compression) of the flange of the selectively permeable membrane between the upper term of the body and the collar of the nut. Upon dispensing the flange of the selectively permeable membrane, its material is squeezed out both to the periphery of the flange and to the center of the membrane. This leads to a change in the curvature of the membrane, i.e., an increase in the gap, and hence the electrolyte layer between the membrane and the cathode, as a result of which the stability of pressing the membrane to the working surface of the cathode is reduced. With an increase in the electrolyte layer between the membrane and the cathode, an increase in the inertia index and a decrease in the sensitivity of the sensor occur, and the instability of pressing the membrane to the working surface of the cathode causes an instability of the sensitivity of the sensor during operation. In addition, the disadvantages of the sensor include the complexity and high cost of manufacturing the membrane, since it is technologically difficult to ensure the thickness of the spherical working area of the membrane within 4-25 microns with a flange thickness of 0.5-3 mm and membrane materials such as Teflon, polyethylene and etc., and the most difficult to ensure equal thickness of the spherical working area. The complexity and high cost of manufacturing the membrane increases the cost of the entire sensor and its operation, since the membrane only works

цикл между двум заправками датчика электролитом .the cycle between the two refueling sensor electrolyte.

Известен пол рографический элемент, содержащий корпус, анод, катод, камеру, заполненную электролитом, узел баротермокомпенсации , селективно-проницаемую мембрану и узел ее креплени . Форма мембраны пол рографического элемента аналогична форме мембраны вышеуказанного датчика. Но введение в конструкцию узлаA polarographic element is known, comprising a housing, an anode, a cathode, a chamber filled with electrolyte, a barter-temperature compensation unit, a selectively permeable membrane and its attachment unit. The shape of the membrane of the polarographic element is similar to the shape of the membrane of the above sensor. But an introduction to the design of the site

креплени мембраны двух профилированных прО1{ладок и резинового уплотнительноге кольца позв:0л ет обеспечить стабильность прижати мембрайы к катоду и герметизацию объема электролита.fastening the membrane of two profiled pro1O1s and a rubber sealing ring allows: to ensure stability of the membrane against the cathode and to seal the electrolyte volume.

Недостатками известного пол рографического элемента вл ютс сложность изготовлени профилированной селективнопроницаемой мембраны, сложность и иетехнологичность конструкции с большимThe disadvantages of the known polarographic element are the complexity of manufacturing a profiled selectively permeable membrane, the complexity and technological design of a large

числом конструкти1зных элементов, а также низка надежность в эксплуатации, что обусловлено значительным числом сопр гаемых профилированных деталей узла креплени и прижати мембрань1 следствиемthe number of structural elements, as well as low reliability in operation, which is due to the significant number of matched profiled parts of the mount and press the membrane 1 consequence

чего вл етс высока стоимость изготовле ни И: экс-плуатации пол рографического элемента. Кроме того, малые толщины Профилированных кОлец и фланца мембраны не позвол ют простым прижатием надежноwhich is the high cost of fabrication of the AND: exploitation of the polarographic element. In addition, the small thicknesses of the profiled end and the membrane flange do not allow simple pressing reliably.

герметизировать мембранный узел и внутренний объем камеры с электролитом в широких диапазонах изменени температуры и давлени исследуемой среды, а при гидрохимических исследовани х Мирового океана температура исследуемой среды может мен тьс от 270 до 3tO К, давление от О до 765КГ-СМ .seal the membrane assembly and the internal volume of the chamber with electrolyte in wide ranges of temperature and pressure of the test medium, and during hydrochemical studies of the World Ocean, the temperature of the test medium can vary from 270 to 3 o K, pressure from 0 to 765 KG-CM.

Известен мембранный аппарат, предназначенный дл определени количестваA membrane apparatus is known for determining the amount of

глюкозы в пробе крови/ Конструкци мембранного аппарата состоит из металлического корпуса, корпуса из пластмассы, цилиндрического анода, кольцеобразного катода, мембраны с кольцевым уплотнением , держател мембраны с подвод щим каналом , прижимного элe 4eнтa и гайки. В указанном мембранном аппарате мембрана выполнена из равнотолщинной пленки (толщина ее 10-40 мкм), что значительно упрощает технологию ее изготовлени и монтажа, а также существеннд снижает показатель инерции аппарата. Кроме того, значительно повышены стабильность прижати мембраны к анодно-катодному узлу и его герметизаци за счет установки между гайкой с прижимным элементом и aHOjsiHOкатодным узлом специального держател мембраны с каналом подвода жидкой пробы . Однако применение такого держател исключает возможность его использовани при гидрохимических исследовани х Мирового океана, в частности в датчиках растворенного кислорода, так как конструкци держател мембраны предусматривает принудительную прокачку исследуемой жидкой пробы через подвод щий канал и соответствующие капилл ры, что невозможно выполнить в гидрохимических датчиках кислорода.glucose in a blood sample / The membrane unit construction consists of a metal body, a plastic body, a cylindrical anode, an annular cathode, a membrane with an annular seal, a membrane holder with an inlet channel, a pressure element and a nut. In the indicated membrane apparatus, the membrane is made of an equally thick film (its thickness is 10–40 µm), which greatly simplifies the technology of its manufacture and installation, and also substantially reduces the inertia index of the apparatus. In addition, the stability of pressing the membrane to the anode-cathode assembly and its sealing is significantly increased by installing a special membrane holder with a channel for supplying a liquid sample between the nut with the clamping element and aHOJSIHO cathode assembly. However, the use of such a holder excludes the possibility of its use in hydrochemical studies of the World Ocean, in particular, in dissolved oxygen sensors, since the design of the membrane holder provides for forced pumping of the liquid sample under study through the feed channel and the corresponding capillaries, which cannot be done in hydrochemical oxygen sensors.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс электрохимический газоанализатор - амперометрический датчик кислорода, состо щий из корпуса с камерой, заполненной электролитом , расположенного в камере анода, выполненного в виде спирали, цилиндрического опорного элемента с закрепленным на нем катодом, держател с уплотнительным кольцом, селективно-проницаемой мембраны и крышки с плоским уплотн ющим элементом, прижимающим мембрану к катоду и цилиндрическому опорному элементу . Цилиндрический держатель имеет проточку дл резинового уплотнительного кольца круглого сечени . Кольцо и проточка служат дл фиксации селективно-проницаемой мембраны на держгтеле. Мембрана в форме круга, диаметр которого в 2-3 раза больше диаметра цилиндрического держател , выполнена из однородной равнотолщинной пленки из тетрафторэтилена. Толщина пленки может измен тьс в пределах 6,3-25,4 мкм. Така мембрана качественнее , дешевле и технологичнее чем профилированные мембраны вышеописанных устройств. Рабоча поверхность катода выполнена в форме шарового сегмента, выступающего над поверхностью держател мембраны. Пр.ижатие последней к рабочей поверхности катода осуществл етс при сборке датчика простым нат жением с помощьЮ крышки. Герметизаци внутреннего объема электролита обеспечиваетс плоским уплотн ющим элементом из резины за счет его раздавливани между плоскост миThe closest to the proposed technical entity is an electrochemical gas analyzer - an amperometric oxygen sensor consisting of a housing with a chamber filled with electrolyte, located in the chamber of the anode, made in the form of a spiral, a cylindrical support element with a cathode fixed on it, a holder with a sealing ring, a selectively permeable membrane and cover with a flat sealing element that presses the membrane to the cathode and the cylindrical support element. The cylindrical holder has a groove for a rubber O-ring. The ring and groove serve to fix the selectively permeable membrane on the holder. The circle-shaped membrane, whose diameter is 2-3 times the diameter of the cylindrical holder, is made of a uniform, uniformly thick film of tetrafluoroethylene. The film thickness can vary from 6.3 to 25.4 microns. Such a membrane is better, cheaper and more technological than the profiled membranes of the devices described above. The working surface of the cathode is made in the form of a spherical segment protruding above the surface of the holder of the membrane. Prisatiya last to the working surface of the cathode is carried out when assembling the sensor by simple tension with the help of the cover. Sealing the internal volume of the electrolyte is provided by a flat sealing element made of rubber due to its crushing between the planes.

крышки и держател . Крепление крышки к корпусу достигаетс путем заливки их сопр гаемых поверхностей эпоксидной смолой .covers and holder. The fastening of the cover to the body is achieved by pouring their mating surfaces with epoxy resin.

Однако амперометрический датчик кислорода «еетHowever, the amperometric oxygen sensor "has

низкую надежность герметизации внутреннего объема электролита при низких температурах и высоких давлени х исследуемой среды ас ёдствие всестороннего сжати уплотн ющего элемента,low reliability of sealing the internal volume of the electrolyte at low temperatures and high pressures of the medium under study as a result of the full compression of the sealing element,

прогрессирующее в процессе эксплуатации снижение герметизирующих свойств уплотнений вследствие старени х растрескивани резины, Потери ею эластичности,decrease in sealing properties of seals during operation due to aging of rubber cracking, loss of elasticity,

нестабильност прижати селективнопроницаемой мембраны к поверхности катода из-эа наличи клиновидного зазора между внутренней поверхностью мембраны и частью поверхности катоДа и, следовательно , возможности двухсторонних перемещений мембраны относительно катода под действием набегающего потока исследуемой среды и обусловленную этим низкую точность определени величины концентрации растворенного в морской воде кислорода при движении прибора в толще воды,the instability of pressing the selectively permeable membrane to the cathode surface due to the presence of a wedge-shaped gap between the inner surface of the membrane and part of the cathode surface and, consequently, the possibility of two-sided displacements of the membrane relative to the cathode under the action of the incident flow of the medium under investigation and the resulting low accuracy of determining the concentration of oxygen dissolved in sea water when the device moves in the water column,

невозможность перезаправки датчика электролитом вследствие неразборности конструкции (элементы которой соединены эпоксидной смолой), и следовательно, ограниченный срок службы датчика (не более мес ца при гидрохимических исследовани х океана).the inability of the sensor to be refilled with electrolyte due to the lack of disassembly of the structure (elements of which are connected with epoxy resin), and, consequently, the limited service life of the sensor (not more than a month in hydrochemical studies of the ocean).

Целью изобретени вл етс обеспечение стабильности креплени мембраны и разборки устройства.The aim of the invention is to ensure the stability of fixing the membrane and disassembling the device.

Поставленна цель достигаетс тем, что ,в электрохимическом газоанализаторе, содержащем корпус с камерой, заполненной электролитом, анод, катод, расположенный, на торце цилиндрической стойки, закрепленной на корпусе, селективно-проницаемую мембрану в виде круга, диаметр которого превышает диаметр цилиндрической стойки, и крышку, прижимающую мембрану к катоду и цилиндрической стойке, крышка выполнена двухслойной, причем внутренний слой образован набухающей в воде пластмассой, а его внутренн поверхность выполнена в форме цилиндра, диаметр Ф которого выбран удовлетвор ющим выражениюThe goal is achieved by the fact that, in an electrochemical gas analyzer comprising a housing with a chamber filled with electrolyte, an anode, a cathode located at the end of a cylindrical rack fixed to the housing, a selectively permeable membrane in the form of a circle, the diameter of which exceeds the diameter of the cylindrical rack, and the lid that presses the membrane to the cathode and the cylindrical rack, the lid is made of two-layer, with the inner layer formed by a plastic swelling in water, and its inner surface is made in the form of a cylinder, Diameter F is selected which satisfies the expression yuschim

, (1) где D - диаметр цилиндрической стойки:, (1) where D is the diameter of the cylindrical rack:

д - толщина селективно-проницаемой (Мембраны.d - thickness of the selectively permeable (Membranes.

Выполнение внутренней поверхности крышки в форме цилиндра, диаметр которого удовлетвор ет условию (1). гарантирует наличие кольцевого зазора между крышкой и цилиндрической стойкой, ширина которого может быть от полутора до трех толщин 3 мембраны. При ширине зазора мене 1,5 с каждой стороны повышаетс веро тность повреждени мембраны из-за ее раст жени при насадке крышки, Если зазор превышает 3 д , т. е. толщину трех складок по краю круговой мембраны, опасность повреждени мембраны также возрастает вследствие неравномерного складкообразовани при посадке крышки, причем практически невозможно исключить по вление морщин на рабочей (плоской) части мембраны . Таким образом, выполнение зазора в рекомендуемых пределах обусловливает при закреплении мембраны ее прижатие к катоду без складок на рабочей поверхности и без повреждений.The implementation of the inner surface of the cover is in the form of a cylinder, the diameter of which satisfies condition (1). guarantees the presence of an annular gap between the cover and the cylindrical stand, whose width can be from one and a half to three thicknesses of 3 membranes. When the gap width is less than 1.5 on each side, the likelihood of damage to the membrane due to its stretching when the cap is inserted increases. If the gap exceeds 3 d, i.e. the thickness of the three folds along the edge of the circular membrane, the risk of damage to the membrane also increases due to uneven folding when the cap is seated; it is almost impossible to eliminate the appearance of wrinkles on the working (flat) part of the membrane. Thus, the implementation of the gap in the recommended limits causes, when the membrane is fixed, its pressing to the cathode without folds on the working surface and without damage.

Покрытие внутренней поверхности крышки пластмассой облегчает насадку крышки на стойку с мембраной (а также разборку узла креплени ), обеспечивает плааное и равномерное нат жение мембраны на торец стойки с катодом, уменьша возможность разрывов благодар фрикционным свойствам пластмассы, особенно при смачивании его водой. Равномерность нат жени мембраны на торец стойки с катодом гарантирует стабильность прижати мембраны к поверхности катода.Covering the inner surface of the cover with plastic facilitates attaching the cover to a rack with a membrane (as well as disassembling the mount), ensures the membrane is stretched and evenly stretched to the end of the rack with a cathode, reducing the possibility of ruptures due to the friction properties of the plastic, especially when wetted with water. The uniform tension of the membrane at the end of the stand with the cathode ensures stability of the membrane against the surface of the cathode.

Использование пластмассы/ набухающей в воде, позвол ет герметизировать зазор между стойкой и крышкой независимо от числа складок мембраны путем заполнени всего свободного пространства в зазоре и одновременно жестко фиксировать положение мембраны. При длительной эксплуатации устройства в водных растворах герметичность не только не ухудшаетс , но даже возрастает за счет набухани пластмассового сло , что однако не затрудн ет процесса сн ти крышки при необходимости , поскольку склеивани крышки, мембраны и стойки не происходит. Слой набухшей пластмассы сохран ет упругие свойства при длительных баротёмпературных воздействи х внешней среды на газоанализатор, гарантиру надежность герметизации.The use of plastic / water swelling makes it possible to seal the gap between the stand and the lid, regardless of the number of folds of the membrane, by filling all the free space in the gap and at the same time firmly fixing the position of the membrane. During long-term operation of the device in aqueous solutions, the tightness not only does not deteriorate, but even increases due to the swelling of the plastic layer, which, however, does not make it difficult to remove the cover if necessary, since the bonding of the cover, membrane and stand does not occur. A layer of swollen plastic retains its elastic properties during prolonged barotemperatures of the environment on the gas analyzer, ensuring reliable sealing.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый электрохимический газоанализатор - датчик кислорода; на фиг. 2 - узел креплени мембраны, разрез; на фиг. 3 внешний вид складок, образуемых материалом мембраны при установке крышки.FIG. 1 schematically shows the proposed electrochemical gas analyzer - oxygen sensor; in fig. 2 - membrane attachment unit, section; in fig. 3 appearance of the folds formed by the material of the membrane when installing the cover.

Электрохимический газоанализатор (датчик кислорода) состоит из корпуса 1, выполненного из ситалла или органического стекла. Внутри корпуса имеетс камера 2 дл электролита, ограниченна с одной стороны анодом 3, выполненным из алюмини в форме сферического сегмента, а с другойThe electrochemical gas analyzer (oxygen sensor) consists of a housing 1 made of sitall or organic glass. Inside the housing there is an electrolyte chamber 2, bounded on one side by the anode 3 made of aluminum in the shape of a spherical segment, and on the other

стороны - конической поверхностью корпуса . Катод 4 изготовлен из серебра в виде кольца и расположен на торце цилиндрической стойки 5, вл ющейс продолжением корпуса 1. Гальваническа св зь анода 3 иsides - conical surface of the housing. The cathode 4 is made of silver in the form of a ring and is located at the end of the cylindrical stand 5, which is a continuation of the case 1. The galvanic connection of the anode 3 and

катода 4 осуществл етс через канал 6, заполненный электролитом, например раствором KCI. Селективно-проницаема мембрана 7 прижимаетс к катоду 4 с помощью двухслойной крышки, внутреннийthe cathode 4 is carried out through the channel 6 filled with an electrolyte, for example a KCl solution. The selectively permeable membrane 7 is pressed against the cathode 4 by means of a two-layer cover, the inner

цилиндрический слой 8 которой выполнен из пластмассы - эпоксидного компаунда, например из компаунда марки К-115 (без наполнител ), толщина сло которого не менее 1 мм, а Наружный слой 9 - из нержавеющей стали или ситалла. Прижатие крышки осуществл етс с помощью накидной гайки 10 (из нержавеющей стали). Выходной сигнал снимаетс с анода и катода посредством двух проводников 11 и 12, подключенных к прецизионному амперметру 13.The cylindrical layer 8 of which is made of plastic - an epoxy compound, for example, a compound of the K-115 grade (without a filler), the layer thickness of which is not less than 1 mm, and the outer layer 9 is made of stainless steel or a sitalall. The cover is pressed with the cap nut 10 (stainless steel). The output signal is removed from the anode and cathode via two conductors 11 and 12 connected to a precision ammeter 13.

Мембрана 7 выполнена из полипропиленовой пленки толщиной 6 8-10 мкм в форме круга, диаметр которого примерно в три раза больше диаметра D цилиндрической стойки 5. Диаметр Ф внутренней цилиндрической поверхности крышки, образованной слоем 8 компаунда, выбран в соответствии с выражением D+ 3д Ф D + 6(5. Например, при . мм иThe membrane 7 is made of polypropylene film 6-8-10 microns thick in the form of a circle, the diameter of which is about three times the diameter D of the cylindrical rack 5. The diameter F of the inner cylindrical surface of the lid formed by the compound layer 8 is selected in accordance with the expression D + 3d F D + 6 (5. For example, at. Mm and

д 0,08 мм .d 0.08 mm.

Высоту И цилиндрической стойки выполн ют приблизительно равной ее диаметру D, т. е. мм. Такие соотношени Н, О и диаметра круга мембраны (равногоThe height And of the cylindrical column is made approximately equal to its diameter D, i.e. mm. Such ratios H, O and the diameter of the circle of the membrane (equal to

ЗО) способствуют наилучшему закреплению мембраны.ZO) promote the best fixing of the membrane.

Двухслойную крышку изготавливают по известной технологии; заливают компаундом К-115 (без наполнител ) внутреннююThe two-layer cover is made by known technology; poured compound K-115 (without filler) internal

поверхность металлической крышки 9, после затвердени (полимеризации) компаунда растачивают внутреннкэю цилиндрическую поверхность В под нужный диаметр Ф. Заправку газоанализатора и сборку егоthe surface of the metal cover 9, after hardening (polymerization) of the compound, bores the inside of the cylindrical surface B under the desired diameter F. Refueling the gas analyzer and assembling it

мембранного узла осуществл ют следующим образом.membrane assembly is carried out as follows.

Электролит через канал 6 заливают в камеру 2 так, чтобы внутри последней не было пузырьков, а на торце цилиндрическойThe electrolyte through the channel 6 is poured into the chamber 2 so that inside the latter there are no bubbles, and at the end there is a cylindrical

стойки 5 образовалась капелька электролита . Затем на торец стойки 5 кладут селективно-проницаемую мембрану 7. Двухслойную крышку надевают на торец цилиндрической стойки 5 так, чтобы мембрана в зоне над катодом 4 не образовала складок. При этом те складки, которые образуютс в области цилиндрической части стойки (фиг. 2 и 3), создают как бы утолщение мембраны, равное максимум 3 д или 24 мкм. Коническа краева часть (фиг. 1) крышки захватывает это утолщение, и в результате происходит нат жение мембраны на торец стойки 5, что обеспечивает надежное и плотное прижатие селективно-проницаемой мембраны к катоду 4. .rack 5 formed a droplet of electrolyte. Then, a selectively permeable membrane 7 is placed on the end of the stand 5. A two-layer cover is put on the end of the cylindrical stand 5 so that the membrane in the area above the cathode 4 does not form folds. In this case, the folds that form in the region of the cylindrical part of the column (Figs. 2 and 3) create a thickening of the membrane, equal to a maximum of 3 d or 24 microns. The conical edge portion (Fig. 1) of the lid seizes this thickening, and as a result, the membrane is tensioned on the end of the pillar 5, which ensures a reliable and tight pressing of the selectively permeable membrane to cathode 4..

После этого готовый датчик помещают в дистиллированную воду на две-три надели. За это врем происходит набухание внутреннего сло 8 (компаунда К-115), так как вода проникает в зазор между стойкой 5 и крышкой 8 со стороны катода и со стороны накидной гайки 10, После такой герметизации датчик готов к эксплуатации.After that, the finished sensor is placed in distilled water for two or three put on. During this time, the inner layer 8 (compound K-115) swells as water penetrates into the gap between the pillar 5 and the lid 8 from the cathode side and from the cap nut 10. After this sealing, the sensor is ready for operation.

Предлагаемый датчик кислорода предназначен дл измерени концентрации растворённого в воде кислорода и используетс в составе зондирующих комплексов дл гидрохимического исследовани вод Мирового океана. При зондировании молекулы кислорода, растворенные в воде, через селективно-проницаемую мембрану 7 и слой электролита между мембраной 7и катодом 4 поступают к катоду 4 и под действием разности потенциалов между катодом 4 и анодом 3 восстанавливаютс до ионов гидроксильной группы ОН, которые вл ютс носител ми электрического тока. Таким образам, ток, протекающий через датчик и регистрируемый амперметром 13, пр мо пропорционален концентрации растворенного в воде кислорода.The proposed oxygen sensor is designed to measure the concentration of oxygen dissolved in water and is used as part of probing complexes for the hydrochemical study of the waters of the World Ocean. Upon probing, the oxygen molecules dissolved in water through the selectively permeable membrane 7 and the electrolyte layer between the membrane 7 and the cathode 4 are transferred to the cathode 4 and under the action of the potential difference between the cathode 4 and the anode 3 they are reduced to ions of the hydroxyl group of OH, which are carriers electric current. Thus, the current flowing through the sensor and recorded by an ammeter 13 is directly proportional to the concentration of oxygen dissolved in water.

ё процессе эксплуатации прижатие мембраны 7 к катоду 4 не измен етс и герметизаци не нарушаемс ,During operation, the pressing of the membrane 7 to the cathode 4 does not change and the sealing is not broken,

При необходимости смены электролита или мембраны двухслойна крышка легко снимаетс посредством несложного приспособлени (с использованием резьбы на корпусе датчика), которое создает усилие на фланец крышки, направленное снизу вверх (к катоду).When it is necessary to change the electrolyte or membrane, the two-layer cap is easily removed by means of a simple device (using threads on the sensor body), which creates a force on the flange of the cap, directed upwards (toward the cathode).

Прелагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами .The proposed device in comparison with the prototype has the following advantages.

Повышение долговременной герметизации .Enhance long-term sealing.

Тщательные исследовани внутренней цилиндрической поверхности 8, образованной компаундом, после длительной эксплуатации экспериментального образца газоанализатора - датчика кислорода - показали , что сжатие материала селективнопроницаемой г ембраны 7 в зазоре между этой поверхностью и/цилиндрической поверхностью стойки 5 настолько велико (изза набухани в воде компаунда), что следы клиновидных складок (фиг. 3) отпечатываютс на поверхности компаунда. Это позвол ет сделать вывод, что деформации всестороннего сжати , имеющие место при глубоководном зондировании (на глубины, превышающие 2000-3000 м), а также темпе .ратурные деформации в сравнении с набуханием не оказывают практически вли ни ни на качество герметизации внутреннего объема электролита, ни на стабильность прижати мембраны к рабочей поверхности катода, что подтверждаетс стабильностью показаний газоанализатора при работе в услови х высокого гидростатического давлени . Кроме того, экспериментальна проверка показала настолько высокую эффективность герметизации от набухани , что электрическое шу ти рование между внутренним объемом электролита камеры 2 и окружающей морской водой по сравнению с первоначальным (т, е. при первом погружении газоанализатора в воду) или по сравнению с гаэоанализатором, имеющим металлическую крышку без сло компаунда, снижаетс в 4-6 раз. Это вление способствует улучшению метрологических характеристик газоанализатора, а именно повышению его временной стабильности.Careful studies of the inner cylindrical surface 8 formed by the compound, after long-term operation of an experimental sample of a gas analyzer — an oxygen sensor — have shown that the compression of the material of the selectively permeable membrane 7 in the gap between this surface and the cylindrical surface of the stand 5 is so great (due to the swelling in the compound water), that traces of wedge-shaped folds (Fig. 3) are imprinted on the surface of the compound. This allows us to conclude that deformations of all-round compression occurring during deep-sea sounding (at depths exceeding 2000–3000 m), as well as temperature deformations compared with swelling, have practically no effect on the sealing quality of the internal electrolyte volume, nor on the stability of pressing the membrane to the cathode working surface, which is confirmed by the stability of the gas analyzer readings when operating under conditions of high hydrostatic pressure. In addition, an experimental test showed such a high efficacy of sealing against swelling that electrical noise between the internal electrolyte volume of chamber 2 and the surrounding seawater compared to the original (that is, when the gas analyzer was first immersed in water) or compared to a gas analyzer, having a metal cover without a layer of compound, decreases 4-6 times. This phenomenon contributes to the improvement of the metrological characteristics of the gas analyzer, namely to increase its temporal stability.

Повышение стабильности закреплени мембраны.Increased membrane fixing stability.

Это обусловлено исключением клиновидных двухсторонних зазоров между-мембраной и катодом, имеющихс в прототипе. Равномерное и плотное прилегание мембраны к катоду, задаваемое в предлагаемом устройстве при сборка, не измен етс при длительной эксплуатации, В результате обеспечиваетс высока стабильность меТ: роло/ических характеристик.This is due to the exception of the wedge-shaped double-sided gaps between the membrane and the cathode, which are present in the prototype. The uniform and tight fit of the membrane to the cathode, which is set in the proposed device during assembly, does not change during long-term operation. As a result, a high stability of the MET: rotary characteristics is ensured.

Обеспечение возможности многократной перезаправки устройства благодар разборности конструкции.Ensuring the possibility of repeated refilling of the device due to disassembly of the design.

Упрощение устройства за счет исключени опорного и уплотн ющего элементов, что обеспечивает его надежность.Simplification of the device by eliminating support and sealing elements, which ensures its reliability.

Использование изобретени обеспечивает повышение срока службы электрохимического газоанализатора в дес тки раз в услови х значительных перепадов давлений (от О до 765 кг/см и температур (от 270 до 310 К) внешней среды.The use of the invention provides an increase in the service life of the electrochemical gas analyzer ten times under conditions of significant pressure differences (from 0 to 765 kg / cm and temperatures (from 270 to 310 K) of the external environment.

Claims

Claims of the invention: An electrochemical gas analyzer comprising a housing with a chamber filled with electrolyte, an anode, a cathode located at an end of a stand fixed on the case, a selectively permeable circular-shaped membrane whose diameter exceeds the diameter of the end of the stand and a lid that presses the membrane to the cathode and stand , in order to ensure the stability of the membrane mounting and disassembly of the device, the cover is made of two layers, the inner layer being formed with a plastic that swells in water, and the surface is made in the form that repeats the shape of the stand, and the diameter F in any cross section is chosen to satisfy the expression

D + 3 d F D + 6 d, where D is the diameter of the stand;

d - thickness of the selectively permeable membrane.

srig, 2