гальваническая концентрационная ячейка

3.1.1 гальваническая концентрационная ячейка^* (galvanic concentration cell): В наиболее коммерчески доступных газоанализаторах это - ячейка, состоящая из двух газовых камер, отделенных твердым электролитом, проводящим ионы кислорода, с пористыми электродами на каждой его стороне.

____________

^* В отечественной технической литературе, как правило, используют термин «потенциометрическая ячейка».

Примечания

1 Для изготовления электродов часто используют платину. Твердый (керамический) электролит - это электролит, который, как правило, состоит из оксида циркония, полностью или частично легированного оксидом иттрия, негашеной известью или оксидом тория, и при нагревании свыше 600 °С обладает проводимостью иона кислорода.

2 После того как температуру датчика установят на уровне, при котором твердый электролит проводит ионы кислорода, измеряют электродвижущую силу между двумя электродами. Выходной сигнал ячейки будет связан с логарифмом отношения парциального давления кислорода на каждом из электродов в соответствии с уравнением Нернста:

                                                                                     (1)

                                                                                  (2)

                                                                              (3)

где Р₁ - парциальное давление кислорода в газе сравнения;

Р₂ - парциальное давление кислорода в измеряемом газе;

Е - электродвижущая сила ячейки, В (поправка № 1:1994);

R - газовая постоянная (8,3144 кДж/моль);

Т - абсолютная температура, К;

F - постоянная Фарадея (96484,56 Кл/моль);

k - коэффициент Нернста (коэффициент наклона).

Таким образом, если парциальное давление кислорода известно на одном электроде (Р₁), тогда разность потенциалов между двумя электродами позволяет определить неизвестное парциальное давление кислорода на другом электроде (Р₂).

Уравнение Нернста для высокотемпературного электрохимического керамического датчика охватывает очень широкий диапазон парциального давления кислорода, и выходной сигнал датчика связан линейно с логарифмом изменения парциального давления кислорода при данной температуре. Выходной сигнал датчика пропорционален температуре. Следовательно, для количественного анализа температура ячейки должна быть постоянна или ее следует измерять, чтобы вводить необходимые поправки в соответствии с уравнением (1).

3 Смещение нуля.

Теоретически выходной сигнал (ЭДС) датчика, когда парциальные давления анализируемого газа и газа сравнения равны, должен быть нулевым. В некоторых датчиках смещение нуля измеряют и рассматривают как связанное в значительной степени с термоэлектрическим эффектом и тепловыми градиентами поперек электродов. Это смещение допускается рассмотреть теоретически как дополнительную константу (потенциал асимметрии).

                                                                          (4)

                                                                   (5)

где U_T - потенциал асимметрии, мВ.

Неидеальную проводимость иона кислорода допускается компенсировать, вводя поправки в градуировочный коэффициент k.

Практически изготовители, датчики которых проявляют эффект смещения нуля, могут предоставлять средние значения U, чтобы помочь в калибровке. Современное оборудование автоматически скомпенсирует потенциал асимметрии в результате калибровки по воздуху (т.е. при наличии воздуха в обеих частях ячейки).

Источник: ГОСТ Р МЭК 61207-2-2009: Газоанализаторы. Выражение эксплуатационных характеристик. Часть 2. Измерение содержания кислорода в газовых средах (использование высокотемпературных электрохимических датчиков) оригинал документа