Метод за измерване на кислород в газообразни среди
Собственици на патент RU 2532139:
Употреба: за измерване на концентрацията на кислород в газови смеси с различен състав. Същността на изобретението се състои в това, че се използва клетка с кухина, образувана от проводящ кислород твърд електролит, електродите са разположени на противоположни повърхности на електролита, включително измервателни и референтни електроди, с помощта на електродите се измерва разликата в потенциалите на кислорода между еталонния и анализирания газ и количеството кислород в анализирания газ се изчислява от стойността на получената ЕМП. Като референтен газ се използва чист кислород, за който се използва клетка с газонепроницаема кухина, образувана от твърд електролит, на противоположни повърхности на която са разположени две двойки електроди, едната от които изпълнява функцията на кислородна помпа, а другата съдържа измервателен и референтен електрод, а референтният електрод е разположен вътре в кухината на клетката. Клетката се поставя в потока на анализирания газ, чистият кислород се изпомпва в кухината на клетката от анализирания газ чрез прилагане на постоянен ток към двойка електроди и с помощта на измервателния и референтния електрод се измерва разликата в кислородните потенциали между чистия кислород, измиващ референтния електрод, и анализирания газ, измиващ измервателния електрод, и количеството кислород в анализирания газ се изчислява от стойността на това ЕМП. ТЕХНИЧЕСКИ ДЕЙСТВИЕ: осигуряване на възможност за създаване на лесен за използване и по-точен и бърз метод за измерване на кислород в газообразни среди. 6 т.п. ф-лия, 1 ил.
Изобретението се отнася до аналитичната технология и може да се използва за измерване на концентрацията на кислород в газови смеси с различен състав.
Известен метод за определяне на състава на газа (SU 1453301,публ. 23 януари 1989 г.) [1]. Методът се осъществява с помощта на клетка с твърд електролит, съдържаща вътрешен електрод и външен електрод за контакт с референтна среда. Анализираният газ се подава към един от електродите на клетката чрез дифузионно съпротивление, положителният полюс на източника на напрежение е свързан към този електрод за време, достатъчно за запълване на вътрешния обем на клетката с кислород. Това време се определя чрез установяване на постоянна стойност на ЕМП, измерена при изключен ток. След запълване на вътрешния обем на клетката с кислород, полярността на приложеното напрежение се обръща и в същото време се измерва количеството електричество. По количеството електричество, преминаващо през клетката с твърд електролит от момента на промяна на полярността на приложеното напрежение до момента, в който токът придобие постоянна стойност, се съди за концентрацията на кислород в анализирания газ.
Известният метод се характеризира с дискретност на работата на устройството за реализирането му, както и със сложността и продължителността на самия процес на измерване. В допълнение, прилагането на метода изисква система за подготовка на газови проби преди анализ, по-специално филтриране на дифузионния канал, в който се подава анализираният газ, т.к. бързо обраства с прах.
Известният метод се осъществява по следния начин. Клетката се поставя в атмосфера от въздух, който е еталонният газ. Анализираният газ се подава в кухината на клетката с помощта на помпа, разположена извън клетката, от която се изпомпва кислород с помощта на електрохимична (кислородна) помпа, разположена в линията на захранване с анализиран газ. След това анализираният газ измива неполяризуемите и поляризуемите измервателни електроди, поставени в кухината на клетката. Измерете емф между поляризуемите идопълнителни неполяризуеми измервателни електроди, разположени в средата на този газ, и едновременно с това измерват ЕМП между същия неполяризуем измервателен електрод и референтния неполяризуем електрод, промит от референтния газ, като същевременно титруват анализирания газ. Според получените данни, използвайки уравнението на Nernst, се изчислява количеството на съдържащия кислород компонент.
Известният метод се характеризира със сложността на хардуерния дизайн, т.к. устройството за изпълнението му съдържа две помпи, едната от които е електрохимична, три електрода от материали с различна поляризуемост, имащи различни режими на нанасяне и синтероване до твърд електролит. Методът се характеризира и със сложността на измерване и работа с устройството, тъй като необходимо е едновременно измерване на ЕМП (потенциална разлика) между поляризуемия и неполяризуемия измервателен електрод и между неполяризуемия измервателен електрод и еталонния неполяризуем, промит еталонен газ. Методът има ниска точност на измерване, т.к поляризуемостта на материала на електрода се отнася до качествена характеристика и следователно няма мерни единици.
Целта на настоящото изобретение е да осигури лесен за работа и по-точен и бърз метод за измерване на кислород в газообразна среда.
За решаването на този проблем се предлага метод за измерване на кислород в газообразна среда, който се състои в използване на клетка с кухина, образувана от кислородпроводящ твърд електролит, електродите са разположени на противоположни повърхности на електролита, включително измервателни и референтни електроди, с помощта на електроди се измерва разликата в потенциалите на кислорода между еталонния и анализирания газ и от стойността на получената ЕМП съгласно уравнениетоNernst изчислява количеството кислород в анализирания газ. В този случай като референтен газ се използва чист кислород, за който се използва клетка с газонепроницаема кухина, образувана от твърд електролит, на противоположни повърхности на които има две двойки електроди, едната от които изпълнява функцията на кислородна помпа, а другата съдържа измервателен и референтен електрод, референтният електрод се намира вътре в кухината на клетката, клетката се поставя в потока на анализирания газ, в клетката се изпомпва чист кислород кухина от анализирания газ чрез прилагане на постоянно напрежение към двойка електроди, които изпълняват функцията на кислородна помпа, и чрез измервателния и референтния електрод се измерва разликата в кислородните потенциали между чистия кислород, измиващ еталонния електрод, и анализирания газ, измиващ измервателния електрод, и количеството кислород в анализирания газ се изчислява от стойността на тази ЕМП.
В този случай се използва клетка с кухина, образувана от кислородопроводим твърд електролит под формата на две мембрани, между които има капиляр, през който излишното налягане на кислород, възникващо в газонепроницаемата кухина на клетката, се изхвърля в анализирания газов поток.
В този случай се използва клетка с кухина, образувана от проводящ кислород твърд електролит под формата на две мембрани, свързани помежду си с газонепропусклив уплътнител. В конкретен случай се използва клетка с кухина, образувана от кислородпроводящ твърд електролит под формата на две мембрани, на срещуположните повърхности на едната от които има двойка електроди, изпълняващи ролята на кислородна помпа, а на противоположните повърхности на другата - измервателен и референтен електроди. Или използвайте клетка с образувана кухинакислородпроводящ твърд електролит под формата на две мембрани, на срещуположните повърхности на едната от които има двойка електроди, изпълняващи ролята на кислородна помпа, както и измервателни и референтни електроди. В този случай се използва клетка, всички електроди на която са направени от един и същи материал.
Същността на заявения метод е следната. В потока на анализирания газ се поставя клетка с газонепропусклива кухина, образувана от проводящ кислород твърд електролит. Под действието на напрежение, приложено към електродите, разположени на противоположните повърхности на твърдия електролит, които действат като кислородна помпа, кислородът се изпомпва от анализирания газ през твърдия кислород-проводящ електролит във вътрешната кухина на клетката, в която се натрупва, като постоянно поддържа атмосфера на чист кислород.
Новият технически резултат, постигнат чрез заявения метод, е намаляването на броя на измерванията между електродите, липсата на използване на електроди от различни материали с различна поляризуемост, лекотата на производство на устройства за прилагане на метода.
E = R T n F log P ' ( O 2 ) P " ( O 2 ) − ( 1 )
където E е потенциалната разлика между електроди 6 и 7 (Mv);
n е валентността на кислорода, равна на 2;
F - константа на Фарадей (96496 K);
T е температурата на анализирания газ в градуси Келвин;
R е газовата константа (1,9873 cal/deg*mol);
P'(O2) - парциално налягане на кислорода при електрод 6, равно на 1;
P”(O2) е парциалното налягане на кислорода при електрод 7, равно на концентрацията на кислород в анализирания газ.
По този начин претендираният метод за измерване на кислород в газообразна среда е по-лесен за работа, по-точен и по-бърз.
1. Метод за измерване на кислород в газообразна среда, който се състои в използване на клетка с кухина, образувана от кислородпроводящ твърд електролит, електродите са разположени на противоположни повърхности на електролита, включително измервателни и референтни електроди, с помощта на електроди се измерва разликата в потенциалите на кислорода между референтния и анализирания газ и според стойността на получената ЕМП, съгласно уравнението на Нернст, количеството кислород в анализираният газ се изчислява, характеризиращ се с това, че като референтен газ се използва чист кислород, за който клетката се използва газонепропусклива кухина, образувана от твърд електролит, на срещуположните повърхности на който има две двойки електроди, едната от които изпълнява функцията на кислородна помпа, а другата съдържа измервателен и референтен електрод, референтният електрод е разположен вътре в кухината на клетката, клетката е поставена в потока на анализирания газ, чистият кислород е изпомпва се в кухината на клетката от анализирания газ чрез прилагане на постоянен ток към двойка електроди, които действат като кислородна помпа, и разликата в кислородните потенциали между чистия кислород се измерва с помощта на измервателния и референтния електрод, промиващ референтния електрод, и анализирания газ, промиващ измервателния електрод, и количеството кислород в анализирания газ се изчислява от стойността на тази ЕМП.
2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че се използва клетка с кухина, образувана от проводящ кислород твърд електролит под формата на две мембрани, между които е разположен капиляр.
3. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че свръхналягането на кислород, възникващо в газонепроницаемата кухина на клетката, се отвежда в анализирания газов поток през капиляр.
4. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, чеизползва се клетка с кухина, образувана от проводящ кислород твърд електролит под формата на две мембрани, свързани помежду си с газонепропусклив уплътнител.
5. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че се използва клетка с кухина, образувана от кислородпроводящ твърд електролит под формата на две мембрани, на срещуположните повърхности на едната от които има двойка електроди, действащи като кислородна помпа, а на противоположните повърхности на другата - измервателен и сравнителен електроди.
6. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че се използва клетка с кухина, образувана от кислородпроводящ твърд електролит под формата на две мембрани, на срещуположните повърхности на една от които има двойка електроди, които действат като кислородна помпа, както и измервателни и референтни електроди.
7. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че се използва клетка, чиито всички електроди са направени от един и същ материал.