способ включения в работу кулонометрической ячейки

Формула изобретения

Способ включения в работу кулонометрической ячейки, конструктивно состоящей из двух частей: рабочей и контрольной, расположенных во внутреннем канале стеклянного корпуса, трех проволочных платиновых или родиевых геликоидальных электродов, один из которых является общим, а два других электрода расположены между витками общего с зазором между витками, пленки сорбента, покрывающего электроды и внутренний канал корпуса, и выводов от электродов к наружной поверхности корпуса, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы кулонометрической ячейки и увеличения верхнего предела диапазона измерений, анализируемый газ подается со стороны контрольной части ячейки, а к электродам кулонометрической ячейки подводится разное постоянное напряжение, причем на контрольную часть подводится меньшее напряжение, чем на рабочую.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в кулонометрических гигрометрах, применяющих кулонометрические ячейки.

Для измерения влажности газов широкое распространение получили кулонометрические гигрометры. Относительная простота и высокая надежность способствовали их массовому внедрению в промышленность. Как правило, измеряемой величиной в этих гигрометрах является объемная доля влаги (ОДВ), а для измерения ОДВ используются кулонометрические ячейки с равномерным распределением поглотителя влаги по длине.

Известна кулонометрическая ячейка (А.с. № 448774, G01n 27/02, патент № 2228520), состоящая из двух частей: рабочей и контрольной, расположенных во внутреннем канале стеклянного корпуса, трехпроволочных платиновых или родиевых геликоидальных электродов, один из которых является общим, а два других электрода расположены между витками общего электрода с зазором между витками, пленки сорбента, покрывающей электроды и внутренний канал корпуса, выводов к наружной поверхности корпуса.

Условно принято, что электрод наибольшей длины называется общим, а два других электрода, имеющих длину по отношению к длине общего электрода, например, 75% и 25%, соответственно называются рабочим и контрольным. Та часть ячейки где расположен рабочий электрод называется рабочей частью, а та где расположен контрольный электрод - контрольной частью.

В качестве пленки сорбента применяется пленка частично гидратированного фосфорного ангидрида Р₂О₅ К электродам через выводы, расположенные на наружной поверхности корпуса подводится электрическое напряжение постоянного тока.

Анализируемый газ пропускается по внутреннему каналу корпуса со стороны рабочей части. В ячейке непрерывно происходит два процесса:

практическое полное поглощение влаги пленкой сорбента с образованием фосфорной кислоты и электролиз воды на кислород и водород под действием приложенного напряжения к электродам и регенерации фосфорного ангидрида, описываемые соотношениями:

P₂O₅+H₂O 2HPO₃

2HPO₃ H₂+½O₂+P₂O₅

При известном расходе газа согласно закону Фарадея ток электролиза воды является мерой влагосодержания газа.

Известно, что при равномерном распределении сорбента по длине ячейки ОДВ в газе, проходящем по каналу, уменьшается в соответствии с естественным для подобных случаев экспотенциальным законом

Be=Bo e^{- 1}

где Be - ОДВ в газе на расстоянии 1 от входа ЧЭ;

Во - ОДВ в газе на входе в чувствительный элемент.

коэффициент в показателе экспоненты зависит от диаметра канала в ячейке, качества заполнения его сорбентом, межэлектродного напряжения, коэффициента диффузии, связанного с родом газа, его расхода.

Для выполнения условия полного поглощения влаги из анализируемого газа и электролиза кулонометрической ячейкой во время проведения анализа на электроды подается постоянное напряжение, во много раз превышающее потенциал разложения воды и составляет порядка 45-60 В.

Ввиду большой активности применяемого сорбента процессы поглощения влаги и электролиза проходят на начальном участке кулонометрической ячейки. Это выражается так, что плотность тока электролиза на первых витках будет намного выше чем во всей ячейки, что ведет к нагреванию начального участка ячейки и появлению перемычек между электродами. Все это уменьшает срок службы ячейки и ограничивает верхний предел измерений диапазона измерений ОДВ.

Целью настоящего изобретения является увеличение срока службы и увеличение верхнего предела диапазона измерений ОДВ кулонометрической ячейки.

На фигуре 1 представлена схема включения в работу кулонометрической ячейки.

Кулонометрическая ячейка конструктивно состоящая из двух частей: рабочей (l_р) и контрольной (l _к), расположенных во внутреннем канале стеклянного корпуса (1), трех проволочных платиновых или родиевых геликоидальных электродов (2, 3, 4), один из которых является общим, а два других электрода расположены между витками общего с зазором между витками, пленки сорбента (5), покрывающий электроды и внутреннюю поверхность корпуса, и выводов (6, 7, 8) от электродов к наружной поверхности корпуса, отличается от способа включения в работу прототипа тем, что газ подается со стороны контрольной части, а к электродам подводится разное постоянное напряжение, причем на рабочую часть подается большее напряжение (GP, 70-80B), а на контрольную часть меньшее (GK, 10-15 В), следовательно коэффициент ( ) и в контрольной и рабочей частей чувствительного элемента будет разный, и в соответствии с формулой, приведенной выше, распределение ОДВ в контрольной и рабочей части будет разное. В контрольной части будет уменьшена поглощаемость влаги, а в рабочей части поглощаемость влаги будет увеличена. В результате этого будет выполнено условие полного поглощения влаги кулонометрической ячейкой. Ввиду того, что поглощаемость в контрольной части кулонометрической ячейки уменьшается и, соответственно, уменьшается ток электролиза. Следовательно, контрольная часть кулонометрической ячейки будет меньше нагреваться, что позволит увеличить верхний предел измерений, а уменьшение плотности тока в контрольной части кулонометрической ячейки ведет к увеличению срока службы ячейки. Использование предлагаемого способа включения в работу кулонометрической ячейки обеспечивает по сравнению с существующим способом следующие преимущества:

- использование данной кулонометрической ячейки в кулонометрических гигрометрах позволяет расширить верхний диапазон измерений;

- увеличить срок службы кулонометрического гигрометра.