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:

Информационно-вычислительная сеть на основе архитектуры клиент-сервер, предметная область Магазин бытовой техники
Компьютерная сеть обозначает наборы связанных между собой автономных компьютеров. Два компьютера называются связанными между собой, если они могут обмениваться информацией. Связь не обязательно должна осуществляться при помощи медного провода. Могут использоваться самые разнообразные средства связи, включая волоконную оптику, ...