EA 032158B1 20190430 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2019\PDF/032158 Полный текст описания [**] EA201650105 20151116 Регистрационный номер и дата заявки RU2014150468 20141215 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок RU2015/000789 Номер международной заявки (PCT) WO2016/099329 20160623 Номер публикации международной заявки (PCT) EAB1 Код вида документа [PDF] eab21904 Номер бюллетеня [GIF] EAB1\00000032\158BS000#(364:1094) Основной чертеж [**] ДАТЧИК ВОДОРОДА В ЖИДКИХ И ГАЗОВЫХ СРЕДАХ Название документа [8] G01N 27/417 Индексы МПК [RU] Мартынов Петр Никифорович, [RU] Чернов Михаил Ефимович, [RU] Стороженко Алексей Николаевич, [RU] Шелеметьев Василий Михайлович, [RU] Садовничий Роман Петрович Сведения об авторах [RU] ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "АКМЭ-ИНЖИНИРИНГ Сведения о патентообладателях [RU] ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "АКМЭ-ИНЖИНИРИНГ Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea000032158b*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Датчик концентрации водорода в жидких и газовых средах, включающий селективную мембрану и корпус, внутри которого расположен потенциалосъемник, керамический чувствительный элемент из твердого электролита, в полости которого размещен эталонный электрод, пористый платиновый электрод, нанесенный на наружную поверхность керамического чувствительного элемента, гермоввод, расположенный герметично внутри корпуса над керамическим чувствительным элементом, потенциалосъемником, проходящим через центральное отверстие гермоввода, и нижней втулкой, причем керамический чувствительный элемент выполнен в виде сопряженных между собой цилиндрического элемента и днища, расположенного в нижней части цилиндрического элемента, наружная цилиндрическая поверхность керамического чувствительного элемента герметично соединена с внутренней боковой поверхностью корпуса, эталонный электрод расположен во внутренней полости керамического чувствительного элемента, наружная часть днища керамического чувствительного элемента покрыта слоем пористого платинового электрода, конец центральной жилы потенциалосъемника выведен в объем эталонного электрода, при этом обеспечен электрический контакт между эталонным электродом и нижней частью центральной жилы потенциалосъемника, нижняя втулка, выполненная в виде трубки, соединена с нижней частью корпуса со стороны керамического чувствительного элемента, нижний конец нижней втулки имеет дно с центральным отверстием, к которому прикреплена селективная мембрана, выполненная по меньшей мере из одной трубки, нижний свободный конец селективной мембраны герметично закрыт заглушкой, а полость, ограниченная внутренней поверхностью нижней втулки, внешней частью днища керамического чувствительного элемента и внутренними поверхностями селективной мембраны и заглушки, выполнена герметичной, отличающийся тем, что вверху потенциалосъемника установлена верхняя втулка, при этом кольцевая полость между внутренней поверхностью стенки верхней втулки и наружной поверхностью потенциалосъемника заполнена герметиком, представляющим собой ситалл.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что ситалл состоит из оксида кремния (SiO 2 ) - 50 мас.%, оксида алюминия (Al 2 O 3 ) - 5 мас.%, оксида бора (В 2 О 3 ) - 20 мас.%, оксида титана (TiO 2 ) - 10 мас.%, оксида натрия (Na 2 O) - 12 мас.%, оксида калия (K 2 O) - 1 мас.% и оксида магния (MgO) - 2 мас.%.

3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что верхняя втулка выполнена из нержавеющей стали.

4. Датчик по п.1, отличающийся тем, что селективная мембрана, выполнена по меньшей мере из одной трубки.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

1. Датчик концентрации водорода в жидких и газовых средах, включающий селективную мембрану и корпус, внутри которого расположен потенциалосъемник, керамический чувствительный элемент из твердого электролита, в полости которого размещен эталонный электрод, пористый платиновый электрод, нанесенный на наружную поверхность керамического чувствительного элемента, гермоввод, расположенный герметично внутри корпуса над керамическим чувствительным элементом, потенциалосъемником, проходящим через центральное отверстие гермоввода, и нижней втулкой, причем керамический чувствительный элемент выполнен в виде сопряженных между собой цилиндрического элемента и днища, расположенного в нижней части цилиндрического элемента, наружная цилиндрическая поверхность керамического чувствительного элемента герметично соединена с внутренней боковой поверхностью корпуса, эталонный электрод расположен во внутренней полости керамического чувствительного элемента, наружная часть днища керамического чувствительного элемента покрыта слоем пористого платинового электрода, конец центральной жилы потенциалосъемника выведен в объем эталонного электрода, при этом обеспечен электрический контакт между эталонным электродом и нижней частью центральной жилы потенциалосъемника, нижняя втулка, выполненная в виде трубки, соединена с нижней частью корпуса со стороны керамического чувствительного элемента, нижний конец нижней втулки имеет дно с центральным отверстием, к которому прикреплена селективная мембрана, выполненная по меньшей мере из одной трубки, нижний свободный конец селективной мембраны герметично закрыт заглушкой, а полость, ограниченная внутренней поверхностью нижней втулки, внешней частью днища керамического чувствительного элемента и внутренними поверхностями селективной мембраны и заглушки, выполнена герметичной, отличающийся тем, что вверху потенциалосъемника установлена верхняя втулка, при этом кольцевая полость между внутренней поверхностью стенки верхней втулки и наружной поверхностью потенциалосъемника заполнена герметиком, представляющим собой ситалл.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что ситалл состоит из оксида кремния (SiO 2 ) - 50 мас.%, оксида алюминия (Al 2 O 3 ) - 5 мас.%, оксида бора (В 2 О 3 ) - 20 мас.%, оксида титана (TiO 2 ) - 10 мас.%, оксида натрия (Na 2 O) - 12 мас.%, оксида калия (K 2 O) - 1 мас.% и оксида магния (MgO) - 2 мас.%.

3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что верхняя втулка выполнена из нержавеющей стали.

4. Датчик по п.1, отличающийся тем, что селективная мембрана, выполнена по меньшей мере из одной трубки.


Евразийское ои 032158 (13) В1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента (51) Int. Cl. G01N27/417 (2006.01)
2019.04.30
(21) Номер заявки 201650105
(22) Дата подачи заявки
2015.11.16
(54) ДАТЧИК ВОДОРОДА В ЖИДКИХ И ГАЗОВЫХ СРЕДАХ
(31) 2014150468
(32) 2014.12.15
(33) RU
(43) 2017.07.31
(86) PCT/RU2015/000789
(87) WO 2016/099329 2016.06.23 (71)(73) Заявитель и патентовладелец:
ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "АКМЭ-ИНЖИНИРИНГ" (RU)
(72) Изобретатель:
Мартынов Петр Никифорович, Чернов Михаил Ефимович, Стороженко Алексей Николаевич, Шелеметьев Василий Михайлович, Садовничий Роман Петрович (RU)
(74) Представитель:
Черных И.В. (RU)
(56) RU-C1-2379672 RU-C1-2517947 RU-U1-90907 RU-C1-2533931 RU-C1-2120624
(57) Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано в энергетике, металлургии, химической промышленности для определения концентрации водорода в жидких и газовых средах в широком интервале температур и давлений. Датчик водорода в жидких и газовых средах включает селективную мембрану и корпус, внутри которого расположен потенциалосъемник, керамический чувствительный элемент из твердого электролита, в полости которого размещен эталонный электрод, пористый платиновый электрод, нанесенный на наружную поверхность керамического чувствительного элемента, гермоввод, расположенный герметично внутри корпуса над керамическим чувствительным элементом, потенциалосъемником, проходящим через центральное отверстие гермоввода, и нижней втулкой. Керамический чувствительный элемент выполнен в виде сопряженных между собой цилиндрического элемента и днища, расположенного в нижней части цилиндрического элемента. Наружная цилиндрическая поверхность керамического чувствительного элемента герметично соединена с внутренней боковой поверхностью корпуса. Эталонный электрод расположен во внутренней полости керамического чувствительного элемента. Наружная часть днища керамического чувствительного элемента покрыта слоем пористого платинового электрода. Конец центральной жилы потенциалосъемника выведен в объем эталонного электрода. Нижняя втулка выполнена в виде трубки, соединенной с нижней частью корпуса со стороны керамического чувствительного элемента. Нижний конец нижней втулки имеет дно с центральным отверстием, к которому прикреплена селективная мембрана. Нижний свободный конец селективной мембраны герметично закрыт заглушкой, а полость, ограниченная внутренней поверхностью нижней втулки, внешней частью днища керамического чувствительного элемента и внутренними поверхностями селективной мембраны и заглушки, выполнена герметичной. Датчик дополнительно снабжен верхней втулкой и герметиком, представляющим собой ситалл. Технический результат состоит в повышении ресурса и надежности работы датчика водорода в широком диапазоне параметров рабочей среды посредством обеспечения герметичности внутренней полости керамического чувствительного элемента.
Область техники
Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано в энергетике, металлургии, химической промышленности для определения концентрации водорода в жидких и газовых средах в широком интервале температур и давлений.
Предшествующий уровень техники
Известен электрохимический датчик концентрации водорода в газовых и жидких средах (патент на изобретение РФ № 2120624, МПК G01N 27/417 "Электрохимический датчик концентрации водорода в газовых и жидких средах", опубл. 20.10.1998).
Датчик включает корпус, герметично соединенный с помощью металла с твердоэлектролитным датчиком кислорода. Твердоэлектролитный датчик кислорода состоит из керамического изолятора, закрытого в нижней части пробкой из твердого электролита, пористого платинового электрода, нанесенного на внешнюю сторону пробки, жидкого металлооксидного эталонного электрода, размещенного с внутренней стороны пробки, термопары-токоподвода, закрепленного в крышке, закрывающей сверху керамический изолятор. К нижней части корпуса приварена селективная мембрана, выполненная в виде гофрированного стакана. Между селективной мембранной и пробкой твердого электролита установлена таблетка из пористого электроизоляционного оксида.
Недостатком известного устройства является относительно низкая герметичность внутренней полости керамического чувствительного элемента, возникающая из-за натечек кислорода через зазор между центральной жилой и оболочкой потенциалосъемника, что приводит к окислению эталонного электрода и снижению ресурса и надежности работы устройства в целом.
Известен электрохимический датчик концентрации водорода в жидкостях и газах (Дмитриев И.Г., Орлов В.Л., Шматко Б.А. Электрохимический датчик водорода в жидкостях и газах//Сб. тезисов докладов межотраслевой конференции "Теплофизика-91". Обнинск, 1993, с. 134-136).
Датчик включает электрохимическую кислородную ячейку на базе твердого электролита из стабилизированного диоксида циркония, жидкометаллического электрода сравнения из смеси Bi+Bi2O3, измерительного платинового электрода, который помещен в герметичную камеру, заполненную водным паром.
Недостатками известного технического решения являются
относительно низкая надежность и малый ресурс работы устройства из-за сложности конфигурации датчика;
относительно низкая термическая и коррозийная стойкость твердоэлектролитического датчика кислорода к парам воды;
относительно высокая инерционность устройства и недостаточная чувствительность из-за сложности стабилизации парциального давления паров воды в измерительной камере;
относительно низкая точность измерения концентрации водорода, которая является следствием сложного поддержания стабильности температуры и трубопроводов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является датчик водорода в жидких и газовых средах (патент на изобретение РФ № 2379672, МПК G01N 27/417"Датчик водорода в жидких и газовых средах", опубл. 20.01.2008).
Датчик водорода включает селективную мембрану, пористую электроизоляционную керамику и корпус, внутри которого расположен потенциалосъемник, керамический чувствительный элемент из твердого электролита, в полости которого размещен эталонный электрод, пористый платиновый электрод, нанесенный на наружную поверхность керамического чувствительного элемента кремнеземной тканью и соединительным материалом, пробкой, имеющей отверстие и перекрывающей поперечное сечение полости керамического чувствительного элемента, гермоввод, расположенный герметично внутри корпуса над керамическим чувствительным элементом, потенциалосъемник в виде двухоболочечного кабеля, проходящего через центральное отверстие гермоввода, цилиндрической втулкой. Полость корпуса между гермовводом и керамическим чувствительным элементом является герметичной. Керамический чувствительный элемент выполнен в виде сопряженных между собой цилиндрического элемента и части сферы, расположенной в нижней части цилиндрического элемента. Верхняя часть наружной цилиндрической поверхности керамического чувствительного элемента герметично соединена с внутренней боковой поверхностью корпуса посредством соединительного материала. Эталонный электрод расположен в полости, образованной внутренней поверхностью керамического чувствительного элемента и поверхностью пробки, и занимает по меньшей мере ее часть. Наружная сферическая часть керамического чувствительного элемента покрыта слоем пористого платинового электрода. Конец центральной жилы потен-циалосъемника, обращенный в сторону керамического чувствительного элемента, выведен через отверстие в пробке в объем эталонного электрода. Обеспечен электрический контакт между эталонным электродом и нижней частью центральной жилы потенциалосъемника. Часть керамического чувствительного элемента выступает за пределы корпуса. Втулка, выполненная в виде трубки, соединена с нижней частью корпуса со стороны выступающей части керамического чувствительного элемента. Нижний конец втулки имеет дно с центральным отверстием, к которому прикреплена селективная мембрана, выполненная по меньшей мере из одной трубки. Нижний свободный конец селективной мембраны герметично закрыт
заглушкой. Полость, ограниченная внутренней поверхностью втулки, соединительным материалом, внешней, выступающей за пределы корпуса частью керамического чувствительного элемента и внутренней поверхностью селективной мембраны, герметична. Внутренняя полость втулки между выступающей частью керамического чувствительного элемента и дном втулки заполнена кремнеземной тканью. Пористая электроизоляционная керамика выполнена в виде цилиндра и размещена с кольцевым зазором по отношению к внутренней поверхности селективной мембраны.
Недостатком известного устройства является относительно низкая герметичность (недостаток 1) внутренней полости керамического чувствительного элемента, что может привести к натечкам во внутреннюю полость кислорода через зазор между центральной жилой и оболочкой потенциалосъемника и, в конечном результате, к окислению эталонного электрода и снижению ресурса и надежности работы устройства в целом. Также вследствие отсутствия надежной герметизации верхней части потенциалосъмни-ка (недостаток 2) возможно попадание влаги внутрь изоляции двухоболочечного кабеля, что приводит к уменьшению сопротивления центральной жилой и оболочкой кабеля и, как следствие, к потере полезного сигнала и искажению показаний датчика.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения заключается в повышении стабильности и достоверности показаний датчика водорода, а также ресурса и надежности его работы в широком диапазоне параметров рабочей среды.
Технический результат
Технический результат состоит в повышении точности показаний датчика водорода за счет обеспечения герметичности внутренней полости керамического чувствительного элемента и увеличения электросопротивления между центральной жилой и оболочкой потенциалосъемника вследствие обеспечения надежной герметизации верхней части потенциалосъемника, а также в исключении окисления эталонного электрода датчика.
Для решения поставленной задачи предложена конструкция датчика, включающего селективную мембрану и корпус, внутри которого расположен потенциалосъемник, керамический чувствительный элемент из твердого электролита. В полости керамического чувствительного элемента размещен эталонный электрод, пористый платиновый электрод, нанесенный на наружную поверхность керамического чувствительного элемента. Гермоввод расположен герметично внутри корпуса над керамическим чувствительным элементом.Потенциалосъемник проходит через центральное отверстие гермоввода и нижнюю втулку, причем керамический чувствительный элемент выполнен в виде сопряженных между собой цилиндрического элемента и днища, расположенного в нижней части цилиндрического элемента. Наружная цилиндрическая поверхность керамического чувствительного элемента герметично соединена с внутренней боковой поверхностью корпуса. Эталонный электрод расположен во внутренней полости керамического чувствительного элемента. Наружная часть днища керамического чувствительного элемента покрыта слоем пористого платинового электрода. Конец центральной жилы потенциалосъемника выведен в объем эталонного электрода, при этом обеспечен электрический контакт между эталонным электродом и нижней частью центральной жилы потенциалосъемника. Нижняя втулка выполнена в виде трубки и соединена с нижней частью корпуса со стороны керамического чувствительного элемента. Нижний конец нижней втулки имеет дно с центральным отверстием, к которому прикреплена селективная мембрана, выполненная по меньшей мере из одной трубки. Нижний свободный конец селективной мембраны герметично закрыт заглушкой, а полость, ограниченная внутренней поверхностью нижней втулки, внешней частью днища керамического чувствительного элемента и внутренними поверхностями селективной мембраны и заглушки, выполнена герметичной. Датчик отличается тем, что дополнительно снабжен верхней втулкой и герметиком, заполняющим кольцевую полость между внутренней поверхностью стенки верхней втулки и наружной поверхностью потенциалосъемника. Герметик представляет собой ситалл, состоящий из оксида кремния (SiO2) - 45+55 мас.%, оксида алюминия (Al2O3) - 4+6 мас.%, оксида бора (В2О3) - 18+22 мас.%, оксида титана (TiO2) - 9+12 мас.%, оксида натрия (Na2O) - 12+15 мас.%, оксида калия (K2O) - 1+2 мас.% и оксида магния (MgO) - 2+3 мас.%.
Предпочтительным является ситалл, состоящий из оксида кремния (SiO2) - 50 мас.%, оксида алюминия (Al2O3) - 5 мас.%, оксида бора (В2О3) - 20 мас. %, оксида титана (TiO2) - 10 мас. %, оксида натрия (Na2O) - 12 мас.%, оксида калия (K2O) - 1 мас.% и оксида магния (MgO) - 2 мас.%.
При этом герметик заполняет кольцевую полость между внутренней поверхностью стенки верхней втулки и наружной поверхностью потенциалосъемника, верхняя втулка выполнена из нержавеющей стали. Селективная мембрана датчика водорода, выполнена по меньшей мере из одной трубки.
где Е0 - истинное значения ЭДС датчика;
Е - ЭДС, индицируемая вторичным прибором;
R0 - внутреннее электросопротивление датчика (керамического чувствительного элемента);
Истинные значения ЭДС датчика связаны с ЭДС, индицируемым вторичным прибором, следующим образом:
Ru - электросопротивление внешней цепи, включая внутреннее сопротивление вторичного прибора и сопротивление центральная жила-оболочка кабеля потенциалосъемника.
Таким образом, из данной формулы видно, что чем больше электросопротивление цепи, тем ближе регистрируемый сигнал датчика к истинному.
Конструкция датчика позволяет повысить стабильность и достоверность показаний датчика водорода, а также ресурс и надежность его работы в широком диапазоне параметров рабочей среды.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлено продольное осевое сечение датчика, общий вид.
Осуществление изобретения
Датчик водорода включает селективную мембрану 1 и корпус 2. Внутри корпуса 2 расположен по-тенциалосъемник 3, керамический чувствительный элемент 4 из твердого электролита. В полости чувствительного элемента размещен эталонный электрод 5, пористый платиновый электрод 6, нанесенный на наружную поверхность керамического чувствительного элемента 4. Гермоввод 7 расположен герметично внутри корпуса 2 над керамическим чувствительным элементом 4. Датчик содержит верхнюю 8 и нижнюю 9 втулки, герметик 10, центральную жилу потенциалосъемника 11 и заглушку 12.
Герметик 10 заполняет кольцевую полость между внутренней поверхностью стенки верхней втулки 8 и наружной поверхностью центральной жилы потенциалосъемника 11.
Потенциалосъемник 3 проходит через центральное отверстие гермоввода 7.
Керамический чувствительный элемент 4 расположен в нижней части датчика и выполнен в виде сопряженных между собой цилиндрической частии донышка.
Наружная цилиндрическая поверхность керамического чувствительного элемента 4 герметично соединена с внутренней боковой поверхностью корпуса 2.
Эталонный электрод 5 расположен во внутренней полости керамического чувствительного элемента 4.
Наружная часть днища керамического чувствительного элемента 4 покрыта слоем пористого платинового электрода 6.
Конец центральной жилы потенциалосъемника 3 выведен в объем эталонного электрода 5.
Между эталонным электродом 5 и нижней частью центральной жилы 11 потенциалосъемника 11 обеспечен электрический контакт.
Нижняя втулка 9, выполненная в виде трубки, соединена с нижней частью корпуса 2 со стороны керамического чувствительного элемента 4.
Нижний конец нижней втулки 9 имеет дно с центральным отверстием, к которому прикреплена селективная мембрана 1, выполненная по меньшей мере из одной трубки.
Нижний свободный конец селективной мембраны 1 герметично закрыт заглушкой 12.
Полость, ограниченная внутренней поверхностью нижней втулки 9, внешней частью днища керамического чувствительного элемента 4 и внутренними поверхностями селективной мембраны 1 и заглушки 12, выполнена герметичной.
Герметик 10 представляет собой ситалл, состоящий из оксида кремния (SiO2) - 50 мас.%, оксида алюминия (Al2O3) - 5 мас.%, оксида бора (В2О3) - 20 мас.%, оксида титана (TiO2) - 10 мас.%, оксида натрия (Na2O) - 12 мас.%, оксида калия (K2O) - 1 мас.% и оксида магния (MgO) - 2 мас.%.
Герметик необходим для предотвращения попадания кислорода из воздуха во внутреннюю полость датчика и изменения свойств эталонного электрода 5. Указанный состав герметика был определен в ходе исследований и обеспечивает большую устойчивость к неблагоприятным условиям эксплуатации в агрессивной среде при повышенной температуре, а значит обеспечивается герметичность датчика на более длительном сроке эксплуатации и снижаются риски разгерметизации и ухудшения погрешности показаний.
В частном случае исполнения датчика верхняя втулка 8 выполнена из нержавеющей стали.
Материалы верхней втулки 8 и потенциалосъемника 3 имеют одинаковый коэффициент температурного расширения, что позволяет сохранять работоспособность датчика водорода при изменении температуры окружающей среды в диапазоне температур 0-300°С.
Нижняя втулка 9 и заглушка 12 выполнены из никеля марки НПО.
Гермоввод 7 и верхняя втулка 8 изготовлены из стали 12Х18Н10Т.
Керамический чувствительный элемент 4 выполнен из частично стабилизированного диоксида циркония и выступает за пределы корпуса 2 на расстояние 6 мм.
Корпус 2 изготовлен из ферритно-мартенситной стали ЭИ-852 и имеет следующие размеры: диаметр - 15 мм, длина - 220 мм.
Пористый платиновый электрод 6 имеет толщину 20 мкм.
В качестве потенциалосъемника 3 использован двухоболочечный кабель типа КНМС 2 С. Селективная мембрана 1 состоит из одной трубки, выполненной из никеля марки НМг0.08в. Размеры селективной мембраны 1: диметр - 6 мм; длина - 40 мм, толщина стенки - 0,15 мм. Эталонный электрод 5 выполнен из смеси висмута и оксида висмута.
Отношение площади внутренней боковой поверхности селективной мембраны 1 к ее внутреннему
свободному объему составляет 0,4 мм-1.
На внешней и внутренней частях селективной мембраны 1 выполнена химически стойкая в окислительной среде защитная пленка из Pd.
Принцип действия датчика водорода основан на использовании электрохимического метода определения концентрации кислорода с использованием сенсора кислорода на основе твердого оксидного электролита.
Датчик водорода работает следующим образом.
При размещении датчика водорода в исследуемой среде водород, содержащийся в ней, через селективную мембрану 1 обратимо диффундирует в пароводородную камеру (полость, ограниченная внутренней поверхностью нижней втулки 9, внешней выступающей за пределы корпуса 6 частью керамического чувствительного элемента 4 и внутренней поверхностью селективной мембраны 1), изменяя ЭДС датчика.
ЭДС датчика возникает за счет разности парциальных давлений кислорода на электродах гальванического концентрационного элемента, схема которого может быть представлена в виде
Ме|эталонный электрод ^ЦЕЮгУ^^пористый платиновый электрод (6)|Н2О, Н2|селективная мембрана|среда.
Пароводородная камера имеет фиксированное парциальное давление паров воды и функционирует как преобразователь термодинамического потенциала водорода в окислительный потенциал пароводо-родной смеси на пористом платиновом электроде 6.
Результирующая ЭДС является функцией давления водорода и записывается следующим образом:
Е=Е0--
n-F Рщ >
где Т - температура, К;
R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль-К);
F- число Фарадея, Дж/моль;
п - число электронов, участвующих в реакции;
н'° - парциальное давление паров воды в пароводородной камере, Па; Р
н* - парциальное давление водорода в исследуемой среде, Па. Вывод электрического сигнала для подачи его на вторичную аппаратуру обеспечивается потенциа-лосъемником 3. Изменение концентрации водорода в контролируемой среде приводит к изменению величины электрического сигнала, что позволяет осуществлять непрерывный его съем и обработку.
Инерционность датчика связана с проницаемостью водорода через селективную мембрану 1 и может быть оценена с помощью времени запаздывания сигнала
где d - толщина селективной мембраны 1, м;
D - коэффициент диффузии водорода в материале селективной мембраны 1, м2/с;
S - площадь поверхности селективной мембраны 1, м2;
F - внутренний объем селективной мембраны 1, м3.
Промышленная применимость
Датчик может быть изготовлен в промышленных масштабах и не требует для своего производства специального оборудования.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Датчик концентрации водорода в жидких и газовых средах, включающий селективную мембрану и корпус, внутри которого расположен потенциалосъемник, керамический чувствительный элемент из твердого электролита, в полости которого размещен эталонный электрод, пористый платиновый электрод, нанесенный на наружную поверхность керамического чувствительного элемента, гермоввод, расположенный герметично внутри корпуса над керамическим чувствительным элементом, потенциало-съемником, проходящим через центральное отверстие гермоввода, и нижней втулкой, причем керамический чувствительный элемент выполнен в виде сопряженных между собой цилиндрического элемента и днища, расположенного в нижней части цилиндрического элемента, наружная цилиндрическая поверхность керамического чувствительного элемента герметично соединена с внутренней боковой поверхностью корпуса, эталонный электрод расположен во внутренней полости керамического чувствительного элемента, наружная часть днища керамического чувствительного элемента покрыта слоем пористого платинового электрода, конец центральной жилы потенциалосъемника выведен в объем эталонного электрода, при этом обеспечен электрический контакт между эталонным электродом и нижней частью центральной жилы потенциалосъемника, нижняя втулка, выполненная в виде трубки, соединена с нижней частью корпуса со стороны керамического чувствительного элемента, нижний конец нижней втулки имеет дно с центральным отверстием, к которому прикреплена селективная мембрана, выполненная по
меньшей мере из одной трубки, нижний свободный конец селективной мембраны герметично закрыт заглушкой, а полость, ограниченная внутренней поверхностью нижней втулки, внешней частью днища керамического чувствительного элемента и внутренними поверхностями селективной мембраны и заглушки, выполнена герметичной, отличающийся тем, что вверху потенциалосъемника установлена верхняя втулка, при этом кольцевая полость между внутренней поверхностью стенки верхней втулки и наружной поверхностью потенциалосъемника заполнена герметиком, представляющим собой ситалл.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что ситалл состоит из оксида кремния (SiO2) - 50 мас.%, оксида алюминия (AI2O3) - 5 мас.%, оксида бора (В2О3) - 20 мас.%, оксида титана (ТЮ2) - 10 мас.%, оксида натрия (Na2O) - 12 мас.%, оксида калия (K2O) - 1 мас.% и оксида магния (MgO) - 2 мас.%.
3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что верхняя втулка выполнена из нержавеющей стали.
4. Датчик по п.1, отличающийся тем, что селективная мембрана, выполнена по меньшей мере из одной трубки.
032158
- 1 -
032158
- 1 -
032158
- 4 -
032158