ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ КИСЛОРОДА

Электрохимический датчик для оцределения концентрадии
кислорода.
Полезная модель относится к области аналитического приборостроения, а именно к приборам и устройствам для измерения содержания кислорода в различных средах.
Известны гальванические датчики кислорода, работающие по принципу измерения тока восетановления кислорода, диффундирующего на катод да,тчика через полимерную мембрану, включазащие катод (индикаторный электрод), анод (вспомогательный электрод), электролит, содержащий буфер и заполняющий корпус датчика , разделенные от исследуемой среды полимерной мембраной / пат.США № 3454486, I97I, кл.204-195/.
Известен, в частности, электрохимический датчик концентрации кислорода, включающий палладиевый катод и кадмиевый анод в щелочном электрожте /а.с.СССР  291881,1971, МКИ 01 /V 27/46/.
Известны устройства для измерения кислорода в жидкостях, имеющие индикаторный электрод, отделенный от анализируемой среды полимерной мембраной, пропускающей молекулы кислорода, вспомогательный электрод и электролит между ними / Я.Ваня. Анализаторы газов и жидкостей,.,Энергия, 1979/. Регистрация осуществляется выносным фиксирующим устройством через усилитель.
Однако указанные устройства не приспособлены для стерилизации в технологических аппаратах, например, ферментере, острым паром, имеют малый ресурс ра.боты из-за экранирования поверхности индика.торного электрода продуктами окисления вследствие высокой вероятности попадания на. анод растворенного в электролите кислорода.
Прототипом заявляемого решения является датчик / а.с. СССР Л 532798,1974,кл.01 Л/ 27/46/, состоящий из колбы, содержащий корпус на нижней перфорированной части которого намотан измерительный электрод (катод), а вспомогательный электрод (анод),выполненный из прессованной кадмиевой стружки, окружен защитным
электродом в форме сетки, расположенной в непосредственном контакте с анодом. Корпус датчика, снабжен полимерной мембраной из полиэтилена, пропилена или фторош1а.ста и заполняется 27 ра.створом КОН или контактным электролитом.
Недостатком датчика является быстрый выход из строя при его стерилизации, в частности, из-за возникновения большой разницы в давлении, не обеспечивает стабильности при длительной эксплуа,тации, конструкционно сложен.
Задачей, решаемой в заявляемой полезной модели, является создание многократностерилизуемого датчика, простого в изготовлении и надежного в эксплуатации.
Задала была решена за счет выполнения вспомогательного электрода, в виде трубчатого элемента, вставляемого в перфорированщгю часть корпуса, на, которую снаружи намотан измерительный электрод, и размещения на верхней части трубчатого элемента защитного электрода, установленного таким образом, что его нижняя часть находится не ниже верхней ча.сти измерительного электрода.
Измерительный и защитный электроды выполняются из электропроводящего материала, устойчивого к воздействию кислорода и кислот цри температурах до 150° (углеволокна, металлов платиновой группы, стали, титана., серебра и т.п.), а вспомога,тельный, как правило, выполняется из свинца, хотя возможно его изготовление и из других элементов, например, кадмия, цри некотором ухудшении характеристик.
В качзг естве электролита используют ацетатный буфер, что обеспечивает повышенную устойчивость ЭДС, щ)и этом для повышения быстродействия в электролит добавляют катализаторы окислительно-восстановительных реакций, напрштер, ванадилово-порфириновый.
bloti S fЯ
Пржнцшшальная схема датчика приведена на. рисЛ,
Датчик состоит из корпуса (1),в нижней части которого расположены отверстия (2), а верхняя часть загерметизирована, пробкой (3), в кофой размещены разъемы (4), к которым подключается кабель (5) измерительного устройства..
На, перфорированной ча.сти корпуса (I) размещен измерительный электрод (ИЭ) (6), вывод которого (7) изолирован фторопластовой оболочкой. Снаружи ЭЙ отделен от внешней среды мембраной (8), удерг, живаемой на корпусе зажимом (9).
В корпусе расположен вспомогательный (ВЭ) электрод (10), выполненный в виде трубчатого элемента, соединенного изолированным выводом (II) с разъемом (4) и снабженный в нижней ча,сти отверстием (12) , через которое осуществляется соединение ИЭ (6) с выводом
Ва, верхней части ВЭ намотан коротко замкнутый защитный электрод (13), причем его нижние витки расположены,как минимум, не ниже верхних витков ИЭ (6).
Внутренняя часть корпуса (I) заливается электролитом (14), например,ацетатным буфером (5М уксусная кислота, 0.5 М уксуснокислый натрий, 0.1 М уксусно-кислый свинец), содержащим ванадиловопорфириновый катализатор.
Датчик подключается к измерительному прибору с входным сопротивлением не менее I МоМ без дополнительного усиления.
Особенностью заявляемого датчика является использование в качестве его основного элемента электрохимического генератора, позволяющего получать сигнал такой силы, что появляется возможность обойтись без усилителей и использовать в качестве регистрирующего прибора - потенциометра типа К(Ш-4.
SST04 5 §
восстанавлжвается на ИЗ (6) в кислом растворе согла,сно уравнениям: 02+2ЕГ +2е ,
+ 2Н +2е - 2Н20 (в обычных датчиках процесс происходит в одну стадию Ор + 4Н -ь 4е - гНрО),
при этом на ВЭ (10) цротекает реакция Me - 2е  , а в электрожте (14):  + 2 ОН - Ме(ОН)2.
При замыкании выводов разъема (4) на налтрузочное сопротивление последнего вдет ток, причем падение напряжения на нагрузочном сопротивлении будет пропорционально концентрации кислорода в анализирушой среде.
В случае работы да,тчика. при высоких концентрациях кислорода активируется защитный электрод (13), на котором начинается процесс, аналогичный цротекащев/гу на ИЭ (6), что предотвращает перенасыщение электролита кислородом и выравнивает линейный ЭДС датчика.
Конструктивное выполнение ВЭ в виде трубчатого элемента, через поверхность которого выполнено соединение фиксированного на корпусе Ю (6) с выводом (7) и разъемом (4), обеспечивает жесткую фиксацшо всех элементов датчика между собой и позволяет датчику выдерживать многокра,тную стерилизацию острым паром, обеспечивая сохранность конструкции при 300 гц и гравитационных нагрузках до 50.
Эксплуатационные испытания показали, что датчик выдерживает не менее 40 стерилизаций острым паром при 143° С и обеспечивает непрерывную работу ферментеров в течение по крайней мере I года. Точность показаний датчика , при этом он способен работа,ть в интервале концентраттугй кислорода от О до 100.