Електрохімічний датчик
Номер патенту: 34543
Опубліковано: 15.03.2001
Автори: Герман Марк Самойлович, Таланчук Петро Михайлович, Каданцев Георгій Евгенович, Палій Володимир Миколайович, Глушенко Юрій Борисович, Троц Адам Адамович, Кокаровцев Валерій Васильович, Тихонович Валерій Броніславович
Формула / Реферат
Електрохімічний датчик, що містить в собі два твердоелектролітні диски з нанесеними на їх робочих поверхнях електродами з виводами, при цьому диски герметично з'єднані між собою, утворюючи опорний газовий простір еталонного електрода, який відрізняється тим, що диски з'єднані між собою за допомогою електропровідної трубки з капіляром, краї якої герметично з'єднані з їх боковими поверхнями, на які нанесений температурний демпфіруючий матеріал, при цьому трубка електрично з'єднана з електродами, що розміщуються в середині її.
Текст
Електрохімічний датчик, що містить в собі два твердоелектролітні диски з нанесений на їх робочих поверхнях електродами з виводами, при цьому диски герметично з'єднані між собою, утворюючи опорний газовий простір еталонного електрода, який відрізняється тим, що диски з'єднані між собою за допомогою електропровідної трубки з капіляром, краї' якої герметично з'єднані з їх боковими поверхнями, на які нанесений температурний демпфуючий матеріал, при цьому трубка електричне з'єднана з електродами, що розміщуються в середині її Винахід відноситься до вимірювальної техніки і може бути використаний для виміру і контролю вмісту кисню в газах, наприклад, при вимірі і регулюванні складу газового середовища в різних технологічних процесах. Аналогом винаходу є електрохімічний датчик, що містить в собі твердоелектролітну чарунку у вигляді пробірки з вимірювальним та еталонним електродами і нагрівач, який відрізняється тим, що, з метою підвищення точності вимірів і розширення діапазону вимірювальних концентрацій, він містить в собі додаткову твердоелектролітну чарунку, причому торці основної і додаткової твердоелектролітних чарунок з електродами герметично з'єднані між собою ущільненням із ізолюючого матеріалу, утворюючи замкнуте газове середовище еталонного електроду (авторське свідоцтво СРСР №1459446, кл. F 01 N27/46, 1988 p.). Найбільш близьким до винаходу є електрохімічний датчик, що містить в собі основну і додаткову твердоелектролітну чарунку з електродами, торці яких герметично з'єднані між собою ущільненням із ізолюючого матеріалу, утворюючи замкнутий газовий простір еталонного електроду, нагрівач, який відрізняється тим, що твердоелектролітні чарунки виконані у вигляді твердоелектролітних дисків з нанесеними на їх робочих поверхнях електродами з виводами, розділених твердоелектролітним кільцем і герметично з'єднані ущільненням із ізолюючого матеріалу, утворюючи замкнутий газовий простір еталонного електроду, а нагрівач виконаний у вигляді плівки, нанесеної на ізольовані бокові поверхні твердрелектролітного кільця, вільні від твердоелектролітних дисків (Патент України № 13376, wi.5G01 N27/407, 28.02 97 Бюл. №1). Недоліком даного електрохімічного датчика є недостатня точність виміру концентрації кисню, яка пов'язана з наявністю похибки обумовленої кисневою проникливістю твердоелектролітного кільця. При цьому датчик має недостатньо високу надійність і технологічність. В основу винаходу поставлено завдання створити такий електрохімічний датчик, в якому нове виконання опорного газового простору еталонного електроду дозволило б зменшити газову проникливість стінок, що обмежують його, і за рахунок цього підвищити точність виміру концентрації, парціального тиску, надійність в роботі і технологічність. Поставлене завдання досягається тим, що в електрохімічному датчику, що містить в собі два твердоелектролітні диски з нанесеними на їх робочих поверхнях електродами з виводами, при цьому диски герметично з'єднані між собою, утворюючи опорний газовий простір еталонного електроду, новим є те, що диски з'єднані між собою за допомогою електропровідної трубки з капіляром, краї якої герметично з'єднані з їх боковими поверхнями, на які нанесений температурний демпфуючий матеріал, при цьому трубка електричне з'єднана з електродами, що розміщуються всередині ЇЇ. Наявність двох дисків герметично з'єднаних з трубкою з капіляром на її краях дозволяє підвищити точність завдання концентрації кисню в опорній газовій області. Поєднання кулонометричної і потенціометричної частини датчика з опорним газовим простором, CO ю со exp(--—), (2) Епг дер п о*100% Час підготовки датчика до вимірів швидкодією кулокометричної електрохімічної зони і объемом опорного газового простору, що залежить від умов виміру, величина струму дозування визначається величиною, створюваної ним, мольної витрати кисню QN , помноемної на електричний еквівалент одного моля кисню nF ( F - стала Фарадея). i=QN*nF (3) Кількість молей Ог, перенесених в опорний простір N\> N h o*it/nF ( (4) де 1 - час переносу. Загальна мольна кількість кисню, що знахо 34543 диться в опорній області, при умові, що в ній знаходиться тільки кисень і відсутня підкачка, визначимо із рівняння стану No 2 -m/M = PoV6/RT (5) Де m - загальна маса кисню, знаходиться в опорній газовій області, \s - маса одного молю кисню, Ро - початковий тиск кисню в опорній газовій області; Ve - об'єм опорної газової області. Сумарна кількість молей Ог в області Ve протягом деякого часу t No 2 *No2 0 +No 2 k (6) Де N02 - початкова кількість молів кисню в опорній газовій області; Могк -кількість молів кисню, що закачується в опорну газову область на протязі часу, тоді новий тиск Рі * iRTt/n F V e • Ро, (7) або для ДР = Рі - Ро маємо ЛР • iRTt/nFVe. (8) звідки час підготовки t=t визначимо із умови АР = 1,2ЛРвим перепад загального середовища 1 умови 10-ти разового перевищення кількості поданого кисню в опорну газову область общему газової області Ve т = 10 n F V 6 1,2 ДРвим /і R Т (9) Умовою нормальной роботи датчика є умова ламінарного витоку газу через капіляр. Тобто кількість молів, перенесених в опорну газову область повинна відповідати оптимальному ламінарному режимові витоку газу через капіляр ІІ/nF = Norn (10) г ) Де Norrr Ke4St) (11) Norrr - оптимальна кількість прокачки молів кисню: р - густина кисню; Re -число Рейнольдса; Э -динамічна в'язкість кисню. Звідки розміри капіляру vp п р и Re* (12) де v • швидкість витоку кисню через капіляр nFNoFN тоді т * 10 (13) і Порівнявши (9) із (13) одержимо необхідний об'єм опорної газової області V NoonmR (14) \,2АРвим Де АРвим - вимірювальний період парціального тиску кисню. Метод виміру полягає в створенні високостабільного газового електроду порівняння в опорній газовій області 6 зі 100%-м вмістом кисню. Тоді вимірювальний тиск Ро/ визначається: Ро2 вЯ 100ехрі (4EF) • Де t Іонне число переносу твердого електроліту. Можливі і інші приклади виконання датчика з використанням інших матеріалів твердого електроліту, таких як Тп Ог + У 2 Оз; Th O2 • Са О*НЮг + Y Вг Оз та інших, крім того, характеристика вихідних сигналів датчика (величина струму і=0.0003 0.2; є. р. с 0.001..0.4 В; напруга живлення кулонометричної електрохімічної зони ижи8=0.5...2 В) дозволять реалізувати робочу характеристику датчика на серійних мікропроцесорах. Запропонований датчик можна використовувати для виміру парціального тиску кисню, наприклад, контролю поточного газу в промислових печах, контролю вихідних газів ТЕЦ, вихлопного газу автомобілів, в медицині. Підвищення точності виміру парціального тиску кисню відбувається за рахунок створення високостабільного газового електроду порівняння, зниження газової проникливості стінок твердоелектролітної чарунки. Похибка виміру кисню знижується до 0,5 - 1%. Крім того досягається температурна однорідність всіх електродів, підвищується швидкодія в режимі виміру, а також поліпшується надійність, підвищується ступінь ініфікації. Підвищення швидкодії, надійності І мапе енергопостачання, що обумовлені конструктивним виконанням елементів датчика і їх габаритами, в свою чергу, дозволяє підвищити якість контролюючого режиму і зменшити енерговитрати, що забезпечують працездатність датчика в температурному діапазоні (600. .900 градусів С), що визначається температурним діапазоном роботи твердого електроліту. 34543 ФІГ. 1 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюElectro-chemical indicator
Автори англійськоюTalanchuk Petro Mykhailovych, Trots Adam Adamovych, Herman Mark Samoilovych, Kokarovtsev Valerii Vasyliovych, Hlushenko Yurii Borysovych, Palii Volodymyr Mykolaiovych, Kadantsev Heorhii Yevhenovych, Tykhonovych Valerii Bronislavovych
Назва патенту російськоюЭлектрохимический датчик
Автори російськоюТаланчук Петр Михайлович, Троц Адам Адамович, Герман Марк Самойлович, Кокаровцев Валерий Васильевич, Глушенко Юрий Борисович, Палий Владимир Николаевич, Каданцев Георгий Евгеньевич, Тихонович Валерий Брониславович
МПК / Мітки
МПК: G01N 27/407
Мітки: датчик, електрохімічний
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/4-34543-elektrokhimichnijj-datchik.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Електрохімічний датчик</a>
Попередній патент: Спосіб електроконтактного наварювання
Наступний патент: Спосіб електроконтактного наварювання
Випадковий патент: Двигун-нагрівач газовий