EA032158B1 - Датчик водорода в жидких и газовых средах - Google Patents

Датчик водорода в жидких и газовых средах Download PDF

Info

Publication number
EA032158B1
EA032158B1 EA201650105A EA201650105A EA032158B1 EA 032158 B1 EA032158 B1 EA 032158B1 EA 201650105 A EA201650105 A EA 201650105A EA 201650105 A EA201650105 A EA 201650105A EA 032158 B1 EA032158 B1 EA 032158B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
sensing element
ceramic
selective membrane
potential
ceramic sensing
Prior art date
Application number
EA201650105A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201650105A1 (ru
Inventor
Петр Никифорович МАРТЫНОВ
Михаил Ефимович ЧЕРНОВ
Алексей Николаевич СТОРОЖЕНКО
Василий Михайлович ШЕЛЕМЕТЬЕВ
Роман Петрович САДОВНИЧИЙ
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2014150468/28A external-priority patent/RU2574423C1/ru
Application filed by Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг"
Publication of EA201650105A1 publication Critical patent/EA201650105A1/ru
Publication of EA032158B1 publication Critical patent/EA032158B1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4073—Composition or fabrication of the solid electrolyte
    • G01N27/4074—Composition or fabrication of the solid electrolyte for detection of gases other than oxygen
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/40—Semi-permeable membranes or partitions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4077—Means for protecting the electrolyte or the electrodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/005—H2
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4078—Means for sealing the sensor element in a housing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

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.

Description

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 Ο01Ν 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 Βί+Βί2Ο3, 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 Ο01Ν 27/417Датчик 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 потенциалосъемника, 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
- 1 032158 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 потенциалосъмника (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. Г ермоввод 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 (8ίΘ2) - 45+55 мас.%, оксида алюминия (А12О3) - 4+6 мас.%, оксида бора (В2О3) - 18+22 мас.%, оксида титана (Т1О2) - 9+12 мас.%, оксида натрия (Ыа2О) - 12+15 мас.%, оксида калия (К2О) - 1+2 мас.% и оксида магния (МдО) - 2+3 мас.%.
Предпочтительным является ситалл, состоящий из оксида кремния (81О2) - 50 мас.%, оксида алюминия (А12О3) - 5 мас.%, оксида бора (В2О3) - 20 мас. %, оксида титана (Т1О2) - 10 мас. %, оксида натрия (Ыа2О) - 12 мас.%, оксида калия (К2О) - 1 мас.% и оксида магния (МдО) - 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.
Истинные значения ЭДС датчика связаны с ЭДС, индицируемым вторичным прибором, следующим образом:
где Е0 - истинное значения ЭДС датчика;
Е - ЭДС, индицируемая вторичным прибором;
Ко - внутреннее электросопротивление датчика (керамического чувствительного элемента);
- 2 032158
К.,, - 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 потенциалосъемник 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 (8ίΘ2) - 50 мас.%, оксида алюминия (А12О3) - 5 мас.%, оксида бора (В2О3) - 20 мас.%, оксида титана (Т1О2) - 10 мас.%, оксида натрия (Να2Ο) - 12 мас.%, оксида калия (К2О) - 1 мас.% и оксида магния (МдО) - 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
- 3 032158 свободному объему составляет 0,4 мм-1.
На внешней и внутренней частях селективной мембраны 1 выполнена химически стойкая в окислительной среде защитная пленка из Ρά.
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 (5)||2тО2-У2О3||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 пароводородной смеси на пористом платиновом электроде 6.
Результирующая ЭДС является функцией давления водорода и записывается следующим образом:
„ г К-Т Рн2о
Е= Еп--1п—— п-Р РН1 ’ где Т - температура, К;
К - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль-К);
Р- число Фарадея, Дж/моль;
η - число электронов, участвующих в реакции;
р Ηι° - парциальное давление паров воды в пароводородной камере, Па;
- парциальное давление водорода в исследуемой среде, Па.
Вывод электрического сигнала для подачи его на вторичную аппаратуру обеспечивается потенциалосъемником 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 Тзап ~ 50 ’ где ά - толщина селективной мембраны 1, м;
Ό - коэффициент диффузии водорода в материале селективной мембраны 1, м2/с;
- площадь поверхности селективной мембраны 1, м2;
Р - внутренний объем селективной мембраны 1, м3.
Промышленная применимость
Датчик может быть изготовлен в промышленных масштабах и не требует для своего производства специального оборудования.

Claims (4)

  1. 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, 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
    - 4 032158 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. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что ситалл состоит из оксида кремния (8102) - 50 мас.%, оксида алюминия (ΑΙ2Ο3) - 5 мас.%, оксида бора (В2О3) - 20 мас.%, оксида титана (Т1О2) - 10 мас.%, оксида натрия (Ка2О) - 12 мас.%, оксида калия (К2О) - 1 мас.% и оксида магния (МдО) - 2 мас.%.
  3. 3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что верхняя втулка выполнена из нержавеющей стали.
  4. 4. Датчик по п.1, отличающийся тем, что селективная мембрана, выполнена по меньшей мере из одной трубки.
EA201650105A 2014-12-15 2015-11-16 Датчик водорода в жидких и газовых средах EA032158B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014150468/28A RU2574423C1 (ru) 2014-12-15 Датчик водорода в жидких и газовых средах
PCT/RU2015/000789 WO2016099329A1 (ru) 2014-12-15 2015-11-16 Датчик водорода в жидких и газовых средах

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201650105A1 EA201650105A1 (ru) 2017-07-31
EA032158B1 true EA032158B1 (ru) 2019-04-30

Family

ID=56127045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201650105A EA032158B1 (ru) 2014-12-15 2015-11-16 Датчик водорода в жидких и газовых средах

Country Status (11)

Country Link
US (1) US10962502B2 (ru)
EP (1) EP3236249B1 (ru)
JP (1) JP6921746B2 (ru)
KR (1) KR102199059B1 (ru)
CN (1) CN107209148A (ru)
BR (1) BR112017013044B1 (ru)
CA (1) CA2971131C (ru)
EA (1) EA032158B1 (ru)
MY (1) MY196623A (ru)
UA (1) UA121488C2 (ru)
WO (1) WO2016099329A1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2120624C1 (ru) * 1997-07-21 1998-10-20 Государственное предприятие Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина Электрохимический датчик концентрации водорода в газовых и жидких средах
RU90907U1 (ru) * 2009-09-21 2010-01-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Обнинский Центр Науки И Технологий" Твердоэлектролитный датчик водорода для жидких и газовых сред
RU2379672C1 (ru) * 2008-09-15 2010-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Датчик водорода в жидких и газовых средах
RU2533931C1 (ru) * 2013-06-14 2014-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Твердоэлектролитный датчик концентрации водорода в газовых средах

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3865709A (en) * 1973-11-02 1975-02-11 Prodyot Roy Carbon activity meter
JPS5111494A (ru) * 1974-07-19 1976-01-29 Hitachi Ltd
JPS62277547A (ja) * 1986-05-26 1987-12-02 Terumo Corp ガスセンサ−
CN1158164A (zh) * 1995-07-18 1997-08-27 赫罗伊斯电气夜间有限公司 测量气体浓度的传感器
DE19735559A1 (de) * 1997-08-16 1999-02-18 Bosch Gmbh Robert Gasmeßfühler
JP2000147184A (ja) * 1998-11-12 2000-05-26 Agency Of Ind Science & Technol 水質センサー
JP2000249681A (ja) * 1999-02-26 2000-09-14 Riken Corp ガスセンサ封止構造体
JP2000311727A (ja) * 1999-04-27 2000-11-07 Nec Kansai Ltd 絶縁封止構体
US6391809B1 (en) * 1999-12-30 2002-05-21 Corning Incorporated Copper alumino-silicate glasses
DE10222789B4 (de) * 2002-05-23 2006-12-07 Robert Bosch Gmbh Gasmeßfühler
RU2298176C2 (ru) * 2004-07-23 2007-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского" Твердоэлектролитный датчик концентрации кислорода и способ его изготовления
CN101002137A (zh) * 2004-08-11 2007-07-18 日本化药株式会社 液晶用密封剂及使用该密封剂的液晶显示单元
JP4035848B2 (ja) * 2005-08-12 2008-01-23 株式会社新潟Ｔｌｏ 水素ガス漏洩警報システム
KR100732816B1 (ko) * 2006-01-24 2007-06-27 삼성에스디아이 주식회사 유기전계발광 표시장치 및 그 제조방법
KR20080051756A (ko) * 2006-12-06 2008-06-11 삼성에스디아이 주식회사 유기 발광 표시 장치 및 그 제조 방법
JP2009156756A (ja) * 2007-12-27 2009-07-16 Yamaha Motor Co Ltd ガスセンサおよびそれを備えた空燃比制御装置ならびに輸送機器
JP2010243422A (ja) * 2009-04-09 2010-10-28 Denso Corp ガスセンサ及びその製造方法
CA2774104A1 (en) * 2009-10-06 2011-04-14 Topsoe Fuel Cell A/S Sealing glass for solid oxide electrolysis cell (soec) stacks
EP2564471B1 (en) * 2010-04-27 2021-01-20 Ferro Corporation Hermetic sealing of glass plates
EP2751044B1 (en) * 2011-09-13 2020-04-22 Ferro Corporation Induction sealing of inorganic substrates
JP2013238556A (ja) * 2012-05-17 2013-11-28 Denso Corp ガスセンサ
CN104003621A (zh) * 2014-05-23 2014-08-27 南通市中友钢化玻璃制造有限公司 一种导电玻璃纤维的生产工艺

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2120624C1 (ru) * 1997-07-21 1998-10-20 Государственное предприятие Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина Электрохимический датчик концентрации водорода в газовых и жидких средах
RU2379672C1 (ru) * 2008-09-15 2010-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Датчик водорода в жидких и газовых средах
RU2517947C1 (ru) * 2008-09-15 2014-06-10 Открытое акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" Датчик водорода в жидких и газовых средах
RU90907U1 (ru) * 2009-09-21 2010-01-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Обнинский Центр Науки И Технологий" Твердоэлектролитный датчик водорода для жидких и газовых сред
RU2533931C1 (ru) * 2013-06-14 2014-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Твердоэлектролитный датчик концентрации водорода в газовых средах

Also Published As

Publication number Publication date
US20170322176A1 (en) 2017-11-09
EP3236249C0 (en) 2024-03-13
CA2971131C (en) 2024-09-10
CN107209148A (zh) 2017-09-26
BR112017013044A2 (pt) 2018-01-02
JP6921746B2 (ja) 2021-08-18
US10962502B2 (en) 2021-03-30
EA201650105A1 (ru) 2017-07-31
BR112017013044B1 (pt) 2021-06-08
KR20170102493A (ko) 2017-09-11
KR102199059B1 (ko) 2021-01-07
EP3236249A4 (en) 2018-06-20
WO2016099329A1 (ru) 2016-06-23
UA121488C2 (ru) 2020-06-10
EP3236249A1 (en) 2017-10-25
EP3236249B1 (en) 2024-03-13
JP2018501481A (ja) 2018-01-18
MY196623A (en) 2023-04-23
CA2971131A1 (en) 2016-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4061556B2 (ja) 水素量センサーおよび水素貯蔵装置
RU2379672C1 (ru) Датчик водорода в жидких и газовых средах
RU90907U1 (ru) Твердоэлектролитный датчик водорода для жидких и газовых сред
RU2602757C2 (ru) Датчик водорода в газовых средах
US20120006097A1 (en) Method and apparatus for monitoring gas concentration
RU2533931C1 (ru) Твердоэлектролитный датчик концентрации водорода в газовых средах
RU2574423C1 (ru) Датчик водорода в жидких и газовых средах
EA032158B1 (ru) Датчик водорода в жидких и газовых средах
RU2548374C2 (ru) Твердоэлектролитный датчик концентрации кислорода в газовых средах
KR100612270B1 (ko) 고온 고압 수화학 환경을 위한 외부기준전극
JPS5838746B2 (ja) 液体中の溶存酸素量を測定する為の測定装置及びそのための参照電極
JP3855010B2 (ja) 金属流体中の酸素濃度測定装置
RU164491U1 (ru) Устройство для измерения рн с ионоселективными электродами
SU1075137A1 (ru) Электрохимический датчик кислорода
RU2549254C1 (ru) Барокомпенсированный первичный измерительный преобразователь с твердотельным чувствительным элементом
JPS6131953A (ja) 高温高圧水用参照電極体
JPS6041303B2 (ja) 高温高圧環境下に設置できる照合電極及び腐食試験槽
JPH0829378A (ja) 溶融金属中の水素溶解量測定用センサ

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AZ KG TJ TM RU

TC4A Change in name of a patent proprietor in a eurasian patent