Разделы сайта

Физические основы работы потенциометрических датчиков

Суть потенциометрического электрохимического метода состоит в том, что в ячейке, заполненной электрохимическим раствором, электролиз проводится при сохранении определенного потенциала на поверхности электродов и электролитического раствора.

В датчиках на каждый конкретный вид газа устанавливают вполне определенный потенциал, избирательно сдвигающий реакции окисления или восстановления, в результате чего и оказывается возможным производить количественный анализ различных газов. При электролизе какого-либо газа используют измерительный электрод, на котором протекает реакция окисления (или восстановления) и одновременно вспомогательный электрод, на котором протекает реакция восстановления (или окисления).

Для контроля над изменениями потенциала измерительного электрода в процессе электролиза и для поддержания потенциала на определенном уровне, используется ещё один дополнительный электрод внутри датчика. Заданный потенциал для проведения электролиза какого-либо газа выбирается на основе кривых ток-потенциал. Что касается этого потенциала, то определяется собственный окислительно-восстановительный потенциал в отношении газа, и он изменяется в зависимости от различных условий при электролизе.

Для примера приведены значения окислительного потенциала для некоторых газов:

CO + H2O ↔ CO2 + 2H+ + 2е - - 0,12 V (7.1)2+ 2H2O ↔ SO4+ 4H+ + 2е - + 0,17 V (7.2) + 2H2O ↔ NO3 + 4H+ + 3е - + 0,96 V (7.3)

Если в смеси имеется, например, два электролизирующих газа А и В, но потенциал для одного, например В выше, чем для газа А, т.е. Vв > Vа, то установив на электроде потенциал Vе < Vв, мы сможем изменять концентрацию газа А по величине электролитического тока Iа, при этом влияние на этот ток присутствия в смеси газа В будет незначительным.

Зависимость между величиной электролитического тока и концентрацией газа задается формулой (7.1):

, где (7.1)

I - электролитический ток (А);

n - количество электронов, образующихся на 1 моль газа;

F - константа Фарадея;

A - размер площади диффузии газа (см2);

D - коэффициент диффузии (см2/с);

b - толщина диффузионного слоя (см);

C - концентрация газа, который электролизуется в электролитическом растворе.

В одном и том же датчике величины n, F, A, D и b - постоянные. Следовательно, электролитический ток I прямопропорционален концентрации газа С.

Конструктивно датчик (рис.7.1) состоит из геометрической ёмкости из пластика, заполненной электролитическим раствором, и трёх электродов. Измерительный электрод представляет собой тефлоновую пленку малой толщины (0,5 мм или меньше) с отверстиями (40%) и с прикрепленным к пленке катализатором из металла. Для того, чтобы между измерительным и вспомогательным электродами возникла постоянная разность потенциалов, в датчике применяют цепь постоянного напряжения. В зависимости от вида газа, материала катализатора в измерительном электроде, установленный потенциал между электродами нужно менять, определив его по кривым ток - разность потенциалов. Для датчика на СО подходит в качестве катализаторов чёрная платина (Pt), Rh, Ir и Pd .

При использовании потенциометрического электрохимического метода наиболее важным моментом является выбор потенциала и сохранение его на определённом уровне.[11-12].

Перейти на страницу: 1 2

Самое читаемое:

Модернизация микрокриогенной системы
Микрокриогенная система (МКС) - автономная электроустановка, работающая по принципу низкотемпературного теплового насоса, и являющаяся важной составной частью радиотелескопов интерферометрического комплекса "Квазар-КВО" [1]. Радиоинтерферометрический комплекс "Квазар-КВО" - специализированный комплекс для реше ...