SU365642A1 - Высокотемпературная гальваническая ячейка - Google Patents

Description

1

Предлагаема  Езысокотемпературна  гальваническа   чейка может примеи тьс  дл  определени  ко -1цеитрации и Х1 мического потенциала к слорода в различных средах в Н1ироком диапазоне.

Нижние иределы измерени  известного датчика ограничеии сравнительно высоким иарц11а.;1ьиыы давлением и химическим иотеициалом кислорода иад электролитом и гго влеиием электрошю ироводимости.

Примеиеипе датчиков из твердых электролитов той же коиструкции иа осиове легироваииой оиислами редкоземельных элементов двуок си тори  гюзво.ч ет определ ть коицеитрацию и химический потенциал кислорода более иизкие, чем с электролитами иа оеиове двуокиси циркони .

Однако из-за возннкиовеии  дырочиой ироводимости в ториевых электролитах ири болыиих содержани х кислорода э.д.с. датчика перестает соответствовать термодинамической , и поэтому значительно возрастают иогрешиости из.мерени ; исключаетс  возможность использовать воздхх в качестве этало1И1Ого газа.

Цель изобретени  - устранение указаииых недостатков.

Отличительна  особешюсть изобретени  заключаетс  в том, что гальваническа   чейка представл ет собой два или более последовательно соедииеииых гальванических элемента из разных твердых электролитов, но обладаюидих ионной кислородной проводимостью , с одним или несколькими общими электродами, электрически последовательно соедии5:ющ1.ми элемеиты между собой. При этом электролиты, вход и.ие в гальваническую  чейк}, подбирают так, чтобы с воздухом контактирова. электролит, который имеет

лучшие характернст1)ки при больших содержани х К1 слорода, а с анализируемым газом другой электролит, имеющий лучшие характеристики при малых содержани х кислорода . В промежутке между электролитами помещают общий дл  двух  чеек электрод, например , из смеси и закиси иикел . В силу высокой электропроводности он одиовременио  вл етс  и общим электродом и проводником тока, св зывающим оба элемента . Кроме того, общий электрод одиовремеиио создает в иромежутке между элементами иеобходимый дл  работы гальванической  чейки химический потенциал кислорода, величина которого  вл етс  промежуточной

между химическими потенцпалам кислорода , и анализируемого газа.

В промежутке между электролитами Ieобходимый промежуточный потенциал может быть создан не за счет общего электрода, а

за счет материалов электролитов или другим способом. При этом общий электрод мо}кет быть выполпеп из металла или вовсе отсутствовать. С 1 ослед 1ем случае роль общего электрода выполн ет пограничный слой соприкасающихс  электролитов. Возможно большое количество вариантов гальванической  чейки с двум , трем -S более электрически последовательно включенными гальваническими элементами, в которых твердые электролиты могут быть выполнены в виде коаксиальных цилиндров, пробирок, пластин или днсков илн нметь любую другую форму.

На фиг. 1-4 показаны разные варианты предлагаемой высокотемпературной гальва 1ической  чейки.

На фиг. 1 изображен первый вариант гальваиической  чейки с общим электродом, выполненным из смеси металла с равновесиым с ним окислом, где 1 - трубка из керамики , состава: Th 0,85, La 0,15, О 1,925, длиною 200 мм, внутренним диаметром 5 мм и внешиим - 7 мм; 2 - трубка из керамики состава: Lr 0,85, Са 0,15, О 1,85, длиною 200 М.М и внутренним диаметром 12 мм; 3- внешний газопроницаемый электрод, контактирующий с эталонным газом, например воздухом; 4 - внутренний газопроницаемый электрод, коитактирующий со средой, в которой измер етс  содержание кислорода; 5 и 6 - центрирующие шайбы, выиолненные из любого материала, в частиости снрессозаниые из смеси металла н окисла того же металла , наиример из одинаковых весовых количеств иикел  и закиси никел ; 7 - промежуточный (третий) газопроницаемый электрод , состо щий 13 смеси металла с равноиесиым с ним окислом, иапример из равных частей никел  и его закиси; 8 - герметическое унлотнение.

На фиг. 2 изображен второй вариаит гальваиической  чейки с газовым электродом, i-де 1 - трубка из керамики, например состава: Th 0,85, La 0,15; О 1,925; 2 - трубка из керамики состава: Zr 0,85, Са 0,15, О 1,85; - виешиий газопроницаемый электрод, контактнрующий с эталонной смесью, напрнмер воздухом; 4 - внутреиннй газопроницаемый электрод, контактирующий со средой , в которой измер етс  содержание кислорода; 9 - резервуар дл  промежуточного газа ,  вл юихийс  одновременно и электричес -:iiM контактом между гальваническими эле .моитами, составл ющими  чейку.

На фиг. 3 изображен третий вариаит |альваиической  чейки из двух слоев, разделенных пористой пленкой металла, где /-трубка из керамики, например из легироваииой двуокиси тори ; 2 - трубка из керамики , например из легированной дв окиси 1-|.ирконн ; 5 - внешннй газонроиицасмый лектрод, коитактирующий с эталоииой смесью, иапример воздухом; 4 - внутренний газопроиицаемый электрод, коитакт1ф)Ю1ци11 с анализируемой смесью; 10 - пориста  га: опроиицаема  пленка металла,

На фиг. 4. изображен четвертый вариан двухслойной гальванической  чейки, где /- труба из керамики, нанример из легированной двуокиси тори ; 2 - трубка из керамики , например из легированной двуокиси циркони ; 3 - внешний газопроницаемый электрод; 4 - внутренний газопроницаемый электрод .

Принцип действи  гальваиической  чейки

заключаетс  в следующем.

Ячейка состоит из двух последовательно соединенных гальванических датчиков. Первый датчик образуетс  керамической трубкой 1, электродом 4 и общим электродом 7,

как изобрал ено на фиг. 1, или общим электродом 9, как изображено на фиг. 2, или пограничным слоем на стыке двух трубок, как изображено на фиг. 4.

Второй датчик образуетс  из керамической трубки, электрода и общего электрода. Во всех случа х электрод  вл етс  проводником тока и электрически последовательно соедин ет датчики между собой.

При этом э.д.с. первого датчика возникает

под действием разности парциальиых давлеиий и химических потенциалов кислорода в анализируемом газе и кислорода, контактирующего с общим электродом. У второго датчика э.д.с. возиикает под действием разиости парцпальиых давлений и химических потенциалов кислорода в эталонной среде, омывающей электрод 3, и кислорода, контактирующего с общим электродом. Суммарна  э.д.с. такого составного гальванического элемента не зависит от выбора промежуточного электрода и ко1щеитрации кислорода на нем, а определ етс  целиком разностью химических потенциалов кислорода в эталонном и анализируемом газах.

Концентраци  и химический потенциал кислорода на общем электроде создаютс  в случае гальванической  чейки, изображенной на фиг. 1, равновесным парциальным давлением кислорода и ад смесью металла is

окисью металла и определ ютс  его составом и рабочей температурой  чейки, дл  гальванической  чейки по фиг. 2 - содержанием кислорода в промежуточном газе.

Предмет и з о б р е т е и и  

1. Высокотемпературна  гальваническа   чейка дл  измереии  коицентрации и химического потенциала кислорода, содержаща 

срлвиительиый и измерительный электроды и расположенный между ннмн твердый электролит , отличающа с  тем, что, с целью расшнрени  диапазона измер емых концентраций , она содержит расположенный между

сравнительным и измерительным электродами , по меньшей мере еще одии твердый электролит, соединенный с первым последовательно по ионному потоку промежуточным электродом, причем число переиоса одиого из

электролитов близко к единице при высоких концентраци х кислорода, а второго - при малых концентраци х кислорода. 2. Ячейка по п. 1, отличающа с  тем, что в качестве промежуточного электрода служит граница раздела между двум  твердыми электролитами. 3. Ячейка по п. 1, отличающа с  тем, что в качестве промежуточного электрода непользована смесь металла с равновесным с ним окислом или равновесных окнслов металлов . 4. Ячейка но н. 1, от.п1Чи1оп{а с  тем, что S качестве промежуточного электрода нспользован резервуар с газом с заданным парцнальным давлением кислорода. 5. Ячейка по п. 1, отличаюи а с  тем, что в качестве промежхточного электрода иснользована нористал пленка металла.

Анйлизируе- мы и газ

/ /

8 Фаг I 3

Y///f///////////////7У//////у // ////// . f ///л

2

Анализируемый газ

// У7777УУу777

.fL /LZJ7Z77.

;//

Анализируемой №

ШШ

fPuK J

Риг