CS242147B1 - Vysokotlaká skleněná referentní elektroda - Google Patents

Abstract

Vysokotlaká skleůěná referentní ele-, ktroda, zvláště pro měření dH,s vnitřní elektrodou uspořádanou v nosné trubici vyplněné elektrolytem a uzavřené na dolním konci vnitřní porézní ucpávkou. Účelem řešení je zabránit vnikání měřené kapaliny do nosné trubice prostředky snadno vyměnitelnými, odolávajícími zvýšeným teplotám a neztrácejícími funkční způsobilost oschnutím po ukončeném měření. Účelu se dosahuje tím, že na dolním konci (4) nosné trubice (2) elektrody je suvně uložen pomocí závěsných těsnících krouž­ ků (8) trubicový kompenzační nástavec (9) který je vyplněn elektrolytem (3) stejné­ ho typu jako elektrolyt (3) v nosné trubici (2) a v jehož dně (10) je uspořádaná vnější porézní ucpávka (11). Trubicový kompenzační nástavec (9) může sestá­ vat ze dvou teleskopicky uspořádaných dí­ lů. Vynález je využitelný v oboru elektrochemie.

Description

Vynález se týká vysokotlaké skleněné referentní elektrody, zvláště pro měření pH, s vnitřní elektrodou uspořádanou v nosné trubici vyplněné elektrolytem a uzavřené na dolním konci vnitřní porézní ucpávkou. Účelem vynálezu je zabránit vnikání měřené kapaliny do nosné trubice prostředky snadno vyměnitelnými, odolávajícími zvýšeným teplotám a neztrácejícími funkční způsobilost oschnutím po ukončeném měření.

Z elektrod pro potenciometrické měření pH v prostředí vyšších tlaků a teplot se osvědčují skleněné elektrody, které na rozdíl např. od wolframových, molybdenových, iridiových, tantalových a germaniových nejlépe splňují požadavky na přesnost, reprodukovatelnost a dlouhodobou stabilitu potenciálu. Problémy však u nich působí přetlak na vnější stěny elektrod, vyvolávaný tlakem měřeného prostředí, a přetlak na vnitřní stšny elektrod, vyvolávaný teplotou měřeného prostředí. Vnitřní i vnější přetlak se vyskytuje např. při měření pH vod v hlubinných vrtech a největší nesnáze způsobuje u referentní elektrody, v jejíž stěně je upravena porézní ucpávka. Při atmosférickém tlaku prosakuje přes porézní ucpávku do měřeného prostředí elektrolyt,kterým je vnitřní elektroda vyplněna, a zajišťuje elektrické spojení mezi elektrodou a měřeným prostředím. Při vnitřním přetlaku nastává nadměrný průsak elektrolytu a při vnějším přetlaku nežádoucí vnikání měřené kapali ny do vnitřní elektrody. Elektrolyt se směšuje s měřenou kapalinou, která způsobuje změnu potenciálu elektrody₍a naměřené hodnoty jsou irelevantní.

Je známá vysokotlaká skleněná referentní elektroda s přídavným zásobníkem elektrolytu (Denki Kagaku Oyobi, 1980, č, str. 424 - 6). V přídavném zásobníku jsou uspořádány vnitřní a vnější porézní ucpávky.

242 147

Nevýhodou známé elektrody je nedostatečná zábrana směšování elektrolytu s měřenou tekutinou. Je-li skleněná referentní elektroda ponořena do tlakové měřené kapaliny, vniká tato kapalina přes vnější porézní ucpávku do přídavného zásobníku, kde se směšuje s elektrolytem,a směs kapalin proniká přes vnitřní porézní ucpávku do vnitřní elektrody, ijkdyž ovlivňování potenciálu referentní elektrody je značně omezeno, není zcela odstraněno.

Je také známá vysokotlaká skleněná referentní elektroda, jejíž nosná trubice je na konci zatavena, hrubě obroušena a opatřena vnitřním gumovým váčkem naplněným elektrolytem. Nosná trubice i s gumovým váčkem je vsazena do trubicového obalu naplněného elektrolytem a uzavřeného kompenzačním gumovým váčkem (F. Štráfelda, Měření pH za vysokých teplot a tlaků, Sborník Vysoké školy cheraicko-technologické v Praze, H 4, 1969, s. 209 - 21). U této elektrody nastává při jejím ponoření do tlakové měřené kapaliny vlivem deformace gumového váčku okamžité vyrovnání tlaku elektrolytu s tlakem měřené kapaliny. Směšování elektrolytu s měřenou) kapalinou je téměř vyloučeno.

Nevýhodou druhé známé vysokotlaké skleněné referentní elektrody je nedostatečný kontakt elektrolytu s měřenou kapalinou. Elektrolyt musí proniknout hrubě zbroušenou skleněnou t

stěnou nosné trubice a přes dva gumové váčky. Nadto při odložení elektrody po ukončeném měření kompenzační gumový váček osychá, ztrácí elasticitu, rozleptává se a přilne k obroušeným stěnám trubicového obalu tak, že jej znehodnotí , a tím se znehodnotí i celá elektroda. Nadto výměna vnitřního gumového váčku je technicky neproveditelná a výměna kompenzačního gumového váčku je obtížná, nebot se musí provádět pod hladinou elektrolytu. Elektrody se v praxi neuplatnily.

Konečně je známá vysokotlaká skleněná referentní elektroda s přídavným zásobníkem elektrolytu, uspořádaným paralelně k vnitřní elektrodě a opatřeným odpruženým pístem, na který působí tlak měřené kapaliny (USpJ 652 439). Elektrolyt je působením odpruženého pístu pod neustálým tlakem a při ponoření elektrody do tlakové kapaliny nastane okamžité zvýšení tlaku

242 147

- 3 elektrolytu, takže průnik měřené kapaliny do vnitřní elektrody přes porézní ucpávku je vyloučen.

Nevýhodou posledně uvedeného řešení je velká objemnost, pracná výroba a komplikovaná obsluha zvláště při doplňování elektrolytu. Pro velkou objemnost není elektroda způsobilá k zabudování do maloprůměrových karotážních sond. Aby nedocházelo k jejímu mechanickému poškození, vyžaduje složité ochranné pouzdro. Pružiny pístu jsou vystaveny agresivnímu působení kyselin v měřených tekutinách.

Uvedené nevýhody odstraňuje vysokotlaká skleněná referentní elektroda,zvláště pro měření pH, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na dolním konci její nosné trubice je suvně uložen pomocí závěsných těsnicích kroužků trubicový kompenzační nástavec, který je vyplněn elektrolytem stejného typu jako elektrolyt v nosné trubici a v jehož dně je uspořádána vnější porézní ucpávka.

Pro rychlé vyrovnávání tlakových rozdílů mezi elektrolytem a měřenou kapalinou, požadované např, při zapouštění elektrody do hlubinného vrtu, je výhodné , když trubicový kompenzační nástavec sestává ze závěsného dílu a koncového dílu , uspořádaných teleskopicky a spojených spojovacími těsnicími kroužky

Z hlediska kontroly stavu elektrody je praktické, když trubicový kompenzační nástavec je vyplněn elektrolytem obsahujícím směsné inertní barvivo.

Výhody vysokotlaké skleněné referentní elektrody podle vynálezu vyplývají z trubicového kompenzačního nástavce, který spolehlivě kompenzuje změny objemu elektrolytu ve vnitřní elektrodě vznikající změnami teploty a vyrovnává tlakové rozdíly mezi tlakem elektrolytu a tlakem měřené kapaliny. Kompenzací objemových změn a tlakových rozdílů se zabraňuje směšování elektrolytu ^měřenou kapalinou, a tím i nežádoucím změnám elektro trodového potenciálu. V alternativním uspořádání je trubicový kompenzační nástavec vhodný zvláště pro elektrody určené k měření v hlubinných vrtech, neboí umožňuje rychlou kompenzaci teplot a tlaků, vyhovující rychlosti zapouštění elektrody do vrtu. Trubicový kompenzační nástavec je snadno vyrobíteIný i vyměnitelný, nepodléhá rychlé degeneraci oschnutím, jeho nápln lze

242 147 pohotově měnit i v terénních podmínkách a umožňuje vizuální kontrolu čistoty elektrolytu.

Příklad provedení vysokotlaké skleněné referentní elektrody dle vynálezu je znázorněn na přiloženém výkrese, kde na obr. 1 je referntní elektroda s jednodílným trubicovým kompenzačním nástavcem v podélném řezu a na obr. 2 tatáž elektroda s dvoudílným kompenzačním nástavcem, rovněž v podélném řezu.

Vysokotlakou skleněnou referentní elektrodu podle vynálezu tvoří vnitřní elektroda 1, např, ze stříbra, uspořádaná v nosné trubici 2 vyplněné elektrolytem 2» napr. vodným roztokem chloridu draselného. V dolním konci £ nosné trubice 2 je upravená vnitřní porézní ucpávka 2 ^a horní konec 6 nosné trubice 2 je uzavřen zátkou 2» kterou prochází vnitřní elektroda 1, Na nosné trubici 2 je suvně uložený trubicový kompenzační nástavec 2» zavěšený pomocí dvou závěsných těsnicích kroužků 8 a vyplněný stejným elektrolytem 2 jako nosná trubice 2.

Ve dně 10 trubicového kompenzačního nástavce 2 uspořádána vnější porézní ucpávka 11, U alternativního provedení, obr. 2, sestává trubicový kompenzační nástavec ze závěsného dílu 12 a koncového dílu 12, které jsou uspořádány teleskopicky a spojeny spojovacími těsnicími kroužky 14. Elektrolyt uvnitř trubicového kompenzačního nástavce 2 obsahuje přídavek směsného inertního barviva l^. Skleněná referentní elektroda podle vynálezu je horním koncem 6 nosné trubice 2 vsazena do ucpávkového tělesa 16, ve kterém je uspořádán mezi nadložní tlakovou ucpávkou 1£ a podložní tlakovou ucpávkou 18 opěrný disk 12· Na opěrný disk 12 dosedá jednak nosná trubice 2 se zátkou 7, jednak zarážkový prstenec 20, upravený na vnitřní elektrodě 1, která prochází opěrným diskem 12 i nadložní ucpávkou 17 a je připojena na stíněný elektrický kabel 21. Obě tlakové ucpávky 1£, i opěrný disk 12 jsou v ucpávkovém tělese 16 upevněny trubkovou maticí 22.

Zvětší-li se působením teplotních rozdílů mezi elektrolytem 3 a měřenou kapalinou objem elektrolytu 3» trubicový kompenzační nástavec 2 ^ae P° závěsných těsnicích kroužcích 8 a popřípadě po spojovacích těsnicích kroužcích 14 vysouvá, tlaky

- 5 obou medií se vyrovnávají a průsak elektrolytu 3 přes porézní ucpávky 11 se normalizuje. Reverzibilní proces nastává při zmenšení objemu elektrolytu 3 vlivem rozdílů teplot. Působí-li na vysokotlakou skleněnou referentní elektrodu podle vynálezu vnější přetlak, nastane bezprostřední vyrovnání rozdílu tlaků mezi měřenou kapalinou a elektrolytem 2 ^v trubicovém kompenzačním nástavci 9. Zvláště u alternativního provedení podle obr. 2, kde přetlak měřené kapaliny působí na elektrolyt 3 jak přes závisné těsnicí kroužky 8, tak přes spojovací těsnicí kroužky 14, nastává vyrovnání rozdílu tlaků v krátkém časovém rozmezí. Následně nastává i vyrovnání rozdílu tlaků elektrolytu 3 v trubicovém kompenzačním nástavci 9 a v nosné trubici 2 tím, že část elektrolytu 3 z trubicového kompenzačního. nástavce 9 pronikne přes vnitřní porézní ucpávku 2 do nosné trubice 2, kde je zpravidla stlačitelná vzduchová bublina. Trubicový kompenzační nástavec 9 se mírné posune po těsnicích kroužcích 8, 14 a potenciál vnitřní elektrody 1 se nezmění, neboť do nosné trubice 2 k vnitřní elektrodě 1 pronikne kapalina stejného chemického složení. Vzhledem k možnostem kontaminace elektrolytu 2 ^v trubicovém kompenzačním nástavci 9 měřenou tekutinou vlivem netěsnosti těsnicích krouž ků 8, 14 je do elektrolytu 2 ^v trubicovém kompenzačním nástavci 9 aplikován přídavek směsného inertního barviva 12, takže je možná vizuální kontrola stavu elektrolytu 3 v nosné trubici 2. Vniknutí přetlakové měřené kapaliny do nosné trubice 2 netěsností zátky 7, zabraňuje podložní tlaková ucpávka 18. Vytláčení vnitřní elektrody 1 z nosné trubice 2 je zamezeno zarážkovým prstencem 20.

Vynález je využitelný v oboru elektrochemie, v potenciometrii, nejen pro měření pH za vyšších teplot a tlaků, ale i pro měření redoxních potenciálů a iontových aktivit.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT

   VYNALEZU

   242 14

   Vysokotlaká skleněná referentní elektroda, zvláště pro měření pH, a vnitřní elektrodou uspořádanou v nosné trubici vyplněné elektrolytem a uzavřené na dolním konci vnitřní porézní ucpávkou, vyznačená tím, že na dolním konci (4) nosné trubice (2) je suvně uložen pomocí závěsných těsnicích kroužků (8) trubicový kompenzační nástavec (9), který je vyplněn elektrolytem (3) stejného typu jako elektrolyt (3) v nosné trubici (2) a v jehož dně (10) je uspořádaná vnější porézní ucpávka (11).

   Vysokotlaká skleněná referentní elektroda podle bodu 1, vyznačená tím, že trubicový kompenzační nástavec (9) sestává ze závěsného dílu (12) a koncového dílu (13), uspořádaných teleskopicky a spojených spojovacími těsnicími kroužky (14).

   Vysokotlaká skleněná referentní elektroda podle bodů 1 a 2 vyznačená tím, že trubicový kompenzační nástavec (9) je vy plněn elektrolytem (3) obsahujícím směsné inertní barvivo (15).