способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред
Классы МПК: | G01N27/407 для исследования или анализа газов |
Автор(ы): | Леушина А.П. (RU), Маханова Е.В. (RU) |
Патентообладатель(и): | Вятский государственный университет (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-02-19 публикация патента:
27.05.2004 |
Использование: для определения серосодержащих газов, например Н2S, в потоке газообразной смеси. Технический результат изобретения заключается в увеличении чувствительности и воспроизводимости (т.е. восстановление свойств датчика за счет постоянства состава измерительного электрода), а также в увеличении быстродействия при работе датчика и его многократном использовании. Сущность: материалы измерительного электрода, твердого электролита, включающего смесь хлоридов свинца и кальция, и электрода сравнения последовательно припрессовываются друг к другу. После этого боковая поверхность электролита и боковая и торцевая поверхность электрода сравнения герметизируются, а в качестве измерительного электрода используется нестехиометрический сульфид свинца в пределах области гомогенности. 1 табл., 6 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6
Формула изобретения
Способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих газовых сред, включающий прессование измерительного электрода, твердого электролита, содержащего смесь хлоридов свинца и кальция, и электрода сравнения, причем материалы последовательно припрессовывают друг к другу, отличающийся тем, что после последовательного припрессовывания боковую поверхность электролита и боковую и торцевую поверхность электрода сравнения герметизируют, а в качестве измерительного электрода используют нестехиометрический сульфид свинца в пределах области гомогенности со сверхстехиометрическим избытком свинца![способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред, патент № 2229706](/images/patents/239/2229475/948.gif)
![способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред, патент № 2229706](/images/patents/239/2229597/247.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к способам изготовления твердоэлектролитных электрохимических датчиков-газоанализаторов для многократного использования при определении серосодержащих газов, например, в форме H2S в потоке газообразной смеси, например в потоке азота, аргона или конверсированных продуктах сгорания светлых нефтепродуктов. Датчик может быть использован в отходящих газах продуктов сгорания светлых нефтепродуктов, а также в отходящих газах печей отжига сырья металлургического производства.Известен способ изготовления электрохимической ячейки для анализа серосодержащих сред по а.с. СССР №364886 "Электрохимическая ячейка для анализа газов". Данный способ заключается в использовании чувствительного элемента датчика, включающего серебряную пластину в качестве электрода сравнения, солевой твердый электролит AgJ и измерительный электрод - нестехиометрический сульфид серебра, причем твердый электролит и измерительный электрод использованы в виде таблеток.Рассматриваемый способ изготовления чувствительного элемента датчика-газоанализатора имеет следующие недостатки:- ненадежность контактов;- свойства солевого твердого электролита существенно зависят от условий проведения анализа, примесей в газовой фазе, квалификации реактива AgJ, что влияет на воспроизводимость и чувствительность датчика при многократном использовании;- возможна самодиффузия серебра и серы, что влияет на работу датчика;- ускоренное старение материалов чувствительного элемента при многократном использовании.Известен способ изготовления чувствительного элемента согласно [A.П.Леушина, Н.Е.Токарева "Селективность датчика с сульфидным измерительным электродом для определения сероводорода". - В сб. Тез. докл. Второй Всесоюзной конференции по анализу неорганических газов. - Ленинград, 1990, с.78] (рассматривается в качестве прототипа), где материалы измерительного электрода - нестехиометрический сульфид свинца, твердого электролита (состоящего из смеси хлоридов свинца и кальция) и электрода сравнения (свинец) последовательно припрессовывались друг к другу. Последовательное припрессовывание таблеток друг к другу увеличивает надежность и воспроизводимость измерений за счет более прочного, надежного и постоянного во времени контакта между электродами. Эта операция также увеличивает долговременность использования электрохимической ячейки, так как практически исключает контакт агрессивной среды с материалом электролита и электрода сравнения, которые изолированы от газового пространства, а также на границах между электродами.К недостаткам данного способа можно отнести следующие:- отсутствует воспроизводимость сигналов датчиков при использовании сульфидного электрода с различным отклонением от стехиометрии, поэтому необходима калибровка каждого датчика отдельно при использовании сульфида свинца из разных партий или из одной партии с различными сроками хранения и временем отжига;- не контролировалось влияние скорости пропускания газа-носителя (аргона) на воспроизводимость и чувствительность при работе датчика;- возможен контакт газовой среды с торцевой поверхностью электродов и электролита, что влияет на воспроизводимость при многократном использовании датчика.Таким образом, перед разработчиками была поставлена задача создания датчиков, которые ранее не производились, позволяющие:1) исключить калибровку каждого датчика в отдельности при подготовке к эксплуатации;2) исключить побочные процессы восстановления материалов чувствительного элемента, что способствует восстановлению свойств;3) создать возможность эксплуатации датчика при любой скорости пропускания анализируемой газовой смеси.Целью настоящего изобретения является увеличение чувствительности и воспроизводимости (т.е. восстановления свойств датчика за счет постоянства состава измерительного электрода), а также увеличение быстродействия при работе датчика и его многократном использовании.Данная задача решается путем контроля за стехиометрией измерительного электрода и использованием составов измерительного электрода с избытком свинца, которые характеризуются высокой чувствительностью при многократном использовании, для которых калибровочную зависимость характеризовал практически нернстовский наклон (0,055 В) при изменении концентрации на один порядок в области концентраций 10-2–10-5 об.% анализируемого газа, что приводит к высокой чувствительности датчика, работающего в потоке.Поставленная цель достигается тем, что в заявляемом способе в качестве измерительного электрода используют нестехиометрический сульфид свинца со сверхстехиометрическим количеством свинца (3-5)![способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред, патент № 2229706](/images/patents/239/2229706/8727.gif)
![способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред, патент № 2229706](/images/patents/239/2229475/948.gif)
![способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред, патент № 2229706](/images/patents/239/2229706/8727.gif)
![способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред, патент № 2229706](/images/patents/239/2229437/177.gif)
![способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред, патент № 2229706](/images/patents/239/2229475/948.gif)
![способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред, патент № 2229706](/images/patents/239/2229475/948.gif)
![способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред, патент № 2229706](/images/patents/239/2229535/963.gif)
![способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред, патент № 2229706](/images/patents/239/2229475/948.gif)
![способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред, патент № 2229706](/images/patents/239/2229706/8727.gif)
![способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред, патент № 2229706](/images/patents/239/2229706/8727.gif)
![способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред, патент № 2229706](/images/patents/239/2229475/948.gif)
![способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред, патент № 2229706](/images/patents/239/2229706/8727.gif)
![способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред, патент № 2229706](/images/patents/239/2229475/948.gif)
![способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред, патент № 2229706](/images/patents/239/2229706/8727.gif)
![способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред, патент № 2229706](/images/patents/239/2229475/948.gif)
![способ изготовления чувствительного элемента датчика для анализа серосодержащих сред, патент № 2229706](/images/patents/239/2229706/2229706-2t.gif)
Класс G01N27/407 для исследования или анализа газов