Измерение концентрации газов, растворенных в воде и паре

С задачей измерения концентрации растворенных в воде газов встречаются как в промышленности, например при контроле теплоносителя на тепловых и атомных электростанциях, так и при анализе состояния вод в водоемах и отстойниках.

Измерение растворенного в воде кислорода. В зависимости от концентрации растворенного в воде кислорода для его измерения используется несколько методов. Для анализа микроконцентраций растворенного кислорода применяются амперометрические, кондуктометрические и колориметрические методы. При концентрациях, составляющих мг/л, используется термокондуктометрический метод.

Амперометрические кислородомеры относятся к электрохимическим анализаторам, принцип действия которых основан на измерении тока, протекающего через поляризованную электродную систему при наличии деполяризатора — кислорода.

Действующее напряжение Е в цепи, содержащей погруженные в раствор электроды, может создаваться за счет внешнего или внутреннего источника, последним служит гальваническая пара электродов. В кислородомерах этот источник сигнала используется чаще. Поляризованным электродом в приборах служит твердый катод, на котором происходит восстановление кислорода. В качестве материала катода используются золото, серебро, палладий, платина. Для сохранения постоянства характеристик прибора электроды не должны загрязняться продуктами электролиза. Для защиты электродов от анализируемой среды и обеспечения малого сопротивления электролита между электродами последние помещаются в фоновый электролит, индифферентный по отношению к электродам.

В промышленных кислородомерах применяются открытые электродные системы или закрытые полимерной мембраной. В первом случае кислород из анализируемой воды передается фоновому электролиту с помощью газопередающей системы. Во втором случае анализируемая вода омывает защищенную мембраной электродную систему. В качестве фонового электролита используется щелочной буферный раствор с рН = 8... 10. В таких средах скорость восстановления кислорода на катоде на три порядка выше, чем в кислом электролите.

Схема мембранного амперметрического кислородомера КМА-08М.З, выпускаемого НПП «Техноприбор», представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема мембранного амперметрического кислородомера:

1,2 — цинковый и угольный электроды; 3 — буферный раствор; 4 — анализируемая вода; 5 мембрана; 6 — медное сопротивление; 7 — напорная трубка

Гальванический элемент образуется цинковым 1 (анод) и угольным 2 (катод) электродами. Угольный электрод поляризован. Пространство между электродами заполнено буферным раствором 3. Кислород из анализируемой воды 4 диффундирует через мембрану 5 в буферный раствор 3. При этом кислород восстанавливается на катоде, образуя ионы ОН^- и Н⁺. Величина тока, протекающего во внешней цепи преобразователя, пропорциональна концентрации кислорода. Для коррекции влияния температуры на сигнал преобразователя используется медный термопреобразователь сопротивления 6. Анализируемая вода поступает в измерительную ячейку под постоянным давлением, создаваемым напорной трубкой 7. Кислородомер имеет четыре диапазона измерения. При нижнем пределе 0 верхние пределы составляют 19,99; 199,9; 1999; 19990 мкг/л. Прибор имеет автоматическое переключение диапазонов измерения, предел основной приведенной погрешности составляет ±4 %.

Растворенный в воде кислород измеряют анализаторы серии SIPAN (ф. Siemens); 871 DO, 873DO (ф. Foxboro); 7021, 7022 (ф. Honeywell) и др.

Измерение растворенного в воде водорода. Концентрация водорода в свежем паре на выходе пароперегревателей котлов характеризует интенсивность протекания процесса коррозии поверхностей нагрева. В связи с этим автоматические водородомеры получают все более широкое распространение на тепловых электрических станциях. Водородомер АВ-09 (НПП «Техноприбор») включает мембранный преобразователь, совпадающий по конструкции с представленным на рис. 1 преобразователем кислородомера. Различие состоит в материале электродов и типе буферного раствора. Водородомер имеет пределы измерения 0...20; 20...200; 200...2000 мкг/л при погрешности измерения ±4%. Прибор имеет цифровой индикатор и токовый выходной сигнал 0...5 (4...20) мА.