SU1046668A1 - Устройство дл измерени объемной доли компонентов газовой смеси - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ ДОЛИ КОМПОНЕНТОВ ГАЗОВОЙ ,СМЕСИ, содержащее реактор, электролитическую и твердоэлектролитную 1. чейки, причем  чейки снабжены источниками напр жени  и измерител ми тока , отличающеес  тем, что, с целью увеличени  точности из , мерений, электролитическа   чейка и реактор выполнены в виде трех .элек-. тродов, закрепленных в общем канале корпуса, а  чейка выполнена в виде двух ступеней, при этом один, электрод  вл етс  общим, а два других расположены соответственно в первой и второй ступени  чейки, часть общего электрода между двум  ступен ми служит нагревателем реактора. 2. Устройство по п.1,отличающеес  тем, что соотношение длин первой и второй ступени не менее 1:2..§

Description

УЗ г i

4;:

о

о:) да оо Изобретение относитс  к аналитическому приборостроению, в частности к устройствам дл  анализа газовых смесей/, содержащих кислород, водород и воду, и может быть использовано дл технологического контрол  при получении инертных газов на воздухоразде лительных установках, контрол  чисто ты газа по кислороду, водороду и вод после каталитической очистки,, а такж дл  контрол  сод ержани  кислорода, воды в йодороде и водорода, воды в кислороде криогенных технологических систем. Известно устройство дл  определени  кислорода или водорода, содержащихс  в газовой смеси, состо щее из электролитического дозатора кислорода либо водорода, осушител , реактор с катализатором и электролитической  чейки дл  разложени  воды. Анализируемый газ поступает в дозатор, где в поток газа добавл ютс  кислород ли бо водородi Далее поток газа проходи через осушитель и поступает в реактор , где .происходит взаимодействие . определ емого компонента с добавлением . Образовавша с  в результате реакции вода подвергаетс  электролиз в электролитической   1ейке. Ток элек тролита  вл етс  мерой объемной доли кислорода либо водорода Сij. Основными недостатками газоанали ,затора  вл ютс  периодичность а.нализа , невозможность определени  всех трех компонентов в их совместном при сутствии и его громоздкость. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство дл  измерени  Объемной доли компонентов с зовой смеси, содержащее реактор, электролитическую и твердоэлектролитную  чейки, причем  чейки снабжены источниками напр жени  и измерител ми тока 21. . Недостаток известного ..устройства заключаетс  в том, что оно не позвол ет вести одновременно измерени  кислорода, водорода и воды как в инертных газах и азоте, так и измерени  кислорода, воды в водороде и водорода, водыв кислороде, а также требует применени  достаточно сложных устройств: дегйдратора - дл  проведени  предварительной осушки анализируемого газа (с наличием процесса его регенерации) и реактора дл  проведени  реакции окислени , ко торые в сочетании с соединительным газовым трактом (особенно между реак тором и электролитической  чейкой) .привод т к увеличению инерционности устройства, обусловленной процессами сорбции влаги на их повергсност х. Цель изобретени  - повышение точности измерени . Поставленна  цель достигаетс  тем что в.устройстве дл  измерени  объем ной доли компонентов газовой смеси, содержащем реактор., электролитическую и твердоэлектролитную  чейки, причем  чейки снабжены источниками напр жени  и измерит;ел ми тока, электролитическа   чейка и реактор выполнены в виде трех электродов, закреплённых в общем канале , корпуса, а  чейка выполнена в виде двух ступеней , при этом один электрод  вл ет-.с  общим, а два других расположены соответственно в первой и второй ступени  чейки, часть общего электрода между двум  ступен ми служит нагревателем реактора. Кроме того, соотношение длин первой , и второй ступени не менее 1:2. На чертеже приведена функциодальна  схема устройства. Устройство содержит электролитическую - чейку , состо щую из двух сту-пеней и 2, дл  разложени  воды, с источниками 3 и 4 напр жений, реактор 5, размещенный между ступен ми  чейки, с реакционной камерой-б, на-. гревателем 7 и выводами 8, твердоэлектролитную  чейку 9 дл  дозировани - ( откачки) кислорода в анализируемый газ с источником 10 напр жени , измерители 11-13 тока и электрические вентили 14 и. 15. - . Обе ступени  чейки и реактор могут быть выполнены например, в виде трех несоприкасающихс  галикоидально намотанных.платиновых или радиевых электродов 16-18, размещенных в канале 19 толстостенной сте-кл нной трубки 20. Трубка 20  вл етс  одновременно корпусом  чейки и реактора.- Электрод 16  вл етс  общим дл  обоих ступеней  чейки и нагревател  реактора и навит по Геликоидальной кривой по всей длине канала. Ме.жду витками общего электрода 16 по общей геликоидальной линии расположены электроды 17 и18. между электродами 16 и 1.7 составл ет первую ступень  чейки, и участок между электродами 16 и 18 составл ет вторую ступень  чейки. На поверхность канала и электродсзв  чейки нанесен слой 21 гигроскопического вещества, например фосфорного ангидрида. Перва  ступень  чейки, предназначена дл  разложени  воды, содержащейс  в анализируемом газе под действием напр жени , подаваемого на электроды16 и 17 от источника 3 посто нного напр жени , а втора  ступень  чейки предназначена дл  разложени  водал, образовавшейс  в реакторе в результате взаимодействи  кислорода и водорода , под действием напр жени , подаваемого наэлектроды 16 и 18 отисточника 4 посто нного напр жени .Контроль тока электролиза воды первой ступени  чейки осуществл етс  измерителем 11 тока, включенным в разрыв цепи электрода 17. Соединение общего электрода 16 и двух противоположных полюсов источников. 3 и 4 напр жений в.обЫую точку А, а электродов 17 и . 18 соответственно .с их другими полюсами позвол ет измер ть разность тот ков электролиза между второй и перво ступен г-та  чейки с помощью измерителей 12 (13} тока образующими с электрическими вентил ми 14 и 15 мостову схему. В одну диагсэналв схемы подсое динены обща  точка А и второй электрод второй ступен-и  чейки, а в другую - электроды твердоэлектролитной  чейки 9. Устройство работает следующим образом . 4 Анализируемый газ с посто нн-ой скоростью поступает в первую ступень  чейки. Вода, содержаща с  в газе, полностью извлекаетс  из него первой ,ступенью  чейки и под действием напр жени ,- приложенного к электродам 16 и 17 от источника 3 напр жени , подвергаетс  электролизу. При этом продукты электролиёа воды -гкислород и водород выдел ютс  в анализируемый газ. Ток электролиза . , измер емый токоизмерительным прибором 11, при посто нном расходе газа пропорционален объемной доле воды, содержащейс  в ансьлизируемом газе, определ емой по соотношению - г - iO -(А) - ,. -объемна  дол  в rase гДе ИгО -электрохимический эквивален т воды; -расход газа, -ток электролиза. Далее газ с примес ми кислорода и во дорода,, содержащимис  в анализируемом /газе и выделенными первой ступенью .  чейки/ проходит через реактор 5, ра ботающий при температуре выше 350°С (или 170-200°С)при покрытии нагревател  платиновой чернью, который одно временно служит катализатором}, дос-таточнай дл  быстрого и полного взаимодействи  кислорода с водородом. Из реактора 5 газ поступает во вторую. ступень  чейки, в которой происходит электролиз воды, образовавшейс  в .реакторе , под действием напр жени , приложенного к электродам 16. и 18 от источника 4 .напр жени . Ток электролиза Dg, при посто нном расходе газа пропорционален суммарной объемной доле водорода и кислорода, содержащейс  в анализируемом газе и выделенной в него первой ступенью  чейки. Электрическое соединение источников 3 и 4 напр жений с электродами 5-7 . обеих ступеней  чейки и измерителей 12 и 13 тока позвол ет измер ть ток il TtOi-D-i I характеризующий объемные доли водорода и кислорода, содержащиес  в анализируемом газе. Из второй ступени  чейки газ поступает в твердоэлектролитную  чеЯку 9, работающую при 700°С. Чувствительный элемент выполнен, например, в виде пробирки из твердого электролита на оснрве двуокиси циркони . На стенки и донышки пробирки на рассто нии 50 dT донышка нанесены газонепроницаемые электроды из металла, не окисл ющегос  при рабочей температуре твердоэлектролитной  чейки. Рабоча  температура поддерживаетс  нагревателем . Внутрь чувствительного элемента подаетс  анализируемый газ, снар.ужи чувствительный элемент смываетс  атмосферным воздухом. К электродам чувствительного э.лемента подключен источник 10 напр жени , задающий напр жение определенного з.начени , и измеритель 13 тока. Задаваемое, напр жение по численному значению и пол р-ности выбираетс  таким, чтобы припоступлении в твердоэлектролитную  чейку кислорода происходило его практически полное извлечение, а при поступлении в твердоэлектролитную  чейку водорода дозировалось эквиваЛентное количество кислорода. Отмеча  что поступающий в твердоэлектролитную - чейку .газ содержит только кислород или водород, так как один из. этих компонентов полностью переходит в воду/ то твердоэлектролитна   чейка работает либо в режиме кулонометрического и.звлечени  кислорода, при этом будет протекать ток :) , либо в per жиме кулонометрического дозировани  кислорода, при этом будет протекать ток 3 , Тогда объемн-а  дол  кислорода в анализируемом газе определ етс  из соотношени  г - / -1 n Оч 0 O. а объемна  дол  водорода будет равна . .о4), () ( , где . , Сц - объемные доли кисло- рода и водорода, Oai Hi электрохимические эк Биваленты кислорода и водорода; - расход .газа. Благодар  тому, что ток , протекает через оба измерител  12 и 13 тока, а ток через твердоэлектролитную  чейку в пол рности, соответствующей определению кислорода ( извлеение его из потока анализируемого газа), .протекает только, через измеитель 13 тока, и в пол рности, .сответствующей определению водорода дозирование кислорода в поток анаизируемого газа), протекает только ерезизмеритель 12 тока, устройство позвол ет определ ть раздельно токи Э и 17,2.

Устройство применительно к измерению объемной доли кислорода, воды в водороде либо к измерению объемной доли водорода, воды в кислороде работает следунхдим образом. Твердоэлектролитна   чейка 9 исключаетс  . из работы (выключением источника 10 напр жени ). Анализируемый водород (кислород)- поступает в первую с-тупень  чейки, в которой происходит электролиз воды, содержащейс  в нем Объемна  дол  воды определ етс  по форглуле (1). Затем водород (кислород ) проходит через реактор 5. Из реактора газ поступает во вторую ступень  чей-ки, в которой происходит электролиз воды, образовавшейс  в реакторе .в результате взаимодействи  примеси кислорода с содержащим ее водородом ( примеси водорода с содержащим ее кислородом и той части воды , котора  образовалась в реакторе в результате взаимодействи  примесей кислорода и водорода ранее выделенных в анализируемый газ первой ступенью  чейки при электролизе воды, содержащейс  в анализируемом газе). С учетом разности тока )-, электролиза воды, измеренного, токоизме-.

Зрительным прибором 12 (13, между током электролиза воды второй ступени  чейки и током Л электролиза воды первой ступени  чейки Э объемна  дол  кислорода в водороде определ етс  по соотношению

объемна  дол  водорода в кислороде определ етс  по соотношению

с«..2,, « .

Предлагаемое устройство позвол ет одновременно автоматически и непрерывно вести контроль за содержанием кислорода, водорода и воды в инертных газах и азоте в технологических лини х при получении, осуществл ть контроль за чистотой готовой продукции в диапазоне объемных долей измер емых KONmoHeHTOB от 1 -10 до 0,1% (воды от IlO до 0,1%), а также вести контроль за содержанием зоды, кислорода и водорода и воды, водорода в кислороде в криогенных технологических системах в диапазоне объёмных долей измер емых компонентов от 1-10 до 0,1% с погрешностью не более t 1,5 отн.%. Посто нна  времени не более О,5 мин.

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ Ъбьемной ДОЛИ КОМПОНЕНТОВ ГАЗОВОЙ СМЕСИ, содержащее реактор, электролитическую и твердоэлектролитную (ячейки, причем ячейки снабжены источ никами напряжения и измерителями тока, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерений , электролитическая ячейка и реактор выполнены в виде трех электродов, закрепленных в общем канале корпуса, а ячейка выполнена в виде двух ступеней, при этом один, электрод является общим, а два других расположены соответственно в первой и второй ступени ячейки, часть общего электрода между двумя ступенями служит нагревателем реактора,

2. Устройство по п.1,отличающее ся тем, что соотношение длин первой и второй ступени не ме- нее 1:2. <g