ГОСТ Р МЭК 61207-2-2009

     
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Газоанализаторы

ВЫРАЖЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Часть 2

Измерение содержания кислорода в газовых средах (использование высокотемпературных электрохимических датчиков)

Gas analyzers. Expression of performance. Part 2. Measurement of oxygen concentration in gas (utilizing of high-temperature electrochemical sensors)

ОКС 17.060

71.040.40

Дата введения 2011-01-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом "Научно-производственное объединение "Химавтоматика" (ОАО "НПО "Химавтоматика") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 288 "Приборы для определения состава и свойств газов и жидкостей"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 декабря 2009 г. N 684-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК 61207-2:1994* "Выражение эксплуатационных характеристик газоанализаторов. Часть 2. Кислород в газе (использование высокотемпературных электрохимических датчиков)" [IEC 61207-2:1994 "Expression of performance of gas analyzers - Part 2: Oxygen in gas (utilizing high-temperature electrochemical sensors)", IDT]. Поправка к указанному международному стандарту, принятая после его официальной публикации, внесена в текст настоящего стандарта и выделена двойной вертикальной линией, расположенной на полях напротив соответствующего текста, а обозначение и год принятия поправки приведены в скобках после соответствующего текста.

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2019 г.

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Настоящий стандарт устанавливает термины, определения, требования к технической информации об изделии, предоставляемой изготовителями, и методы испытаний для газоанализаторов кислорода, использующих высокотемпературные электрохимические датчики.

Газоанализаторы кислорода, использующие электрохимические датчики, работающие при температуре свыше 600°С, имеют широкий диапазон применений при измерении содержания кислорода в образцах газовых сред. Такие образцы - типичный результат процесса горения.

Существуют два главных типа газоанализаторов: газоанализатор "на месте", датчик которого размещен в рабочем пространстве контролируемого процесса, и "экстракт-газоанализатор", в соответствии с принципом действия которого образец отбирают из рабочего пространства контролируемого процесса и направляют к датчику через систему пробоотбора.

Типичный газоанализатор включает в себя: соединенные кабелем выносную часть датчика, установленную на технологическом агрегате контролируемого процесса, и блок управления, размещенный в отдалении.

Примечание - В отечественной технической литературе вместо термина "газоанализатор "на месте" принято использовать термин "газоанализатор с погружным датчиком", а вместо термина "экстракт-газоанализатор" - термин "газоанализатор с проточным датчиком".

Международный стандарт МЭК 61207-2:1994 подготовлен подкомитетом N 65D "Аналитическое оборудование" технического комитета N 65 "Контроль и измерение в производственных процессах" Международной электротехнической комиссии.

     1 Область применения

Настоящий стандарт применим ко всем эксплуатационным характеристикам газоанализаторов, использующих высокотемпературный электрохимический датчик для измерения содержания кислорода в газовых средах (далее - газоанализаторы). Настоящий стандарт следует использовать совместно с МЭК 61207-1.

Настоящий стандарт распространяется на газоанализаторы "на месте" и "экстракт-газоанализаторы", устанавливаемые в закрытом помещении и на открытом воздухе.

Цели настоящего стандарта:

- установление терминов с соответствующими определениями, связанных с функционированием газоанализаторов, использующих высокотемпературный электрохимический датчик и предназначенных для непрерывного измерения концентрации кислорода в образце газовой среды;

- объединение методов, используемых при нормировании и подтверждении соответствия эксплуатационных характеристик газоанализаторов;

- определение видов испытаний для подтверждения эксплуатационных характеристик газоанализаторов и методов проведения таких испытаний;

- обеспечение соответствия требований основных нормативных и технических документов на газоанализаторы требованиям стандартов в области менеджмента качества ИСО 9001, ИСО 9002 и ИСО 9003.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие международные стандарты:

IEC 60654*, Operating conditions for industrial-process measurement and control equipment (Эксплуатационные режимы для оборудования контроля, управления и измерений в производственном процессе)

________________

* Серия стандартов.

IEC 61207-1:1994, Expression of performance of gas analyzers - Part 1: General (Выражение эксплуатационных характеристик газоанализаторов. Часть 1. Общие положения)

     3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 Высокотемпературный электрохимический датчик

Высокотемпературный электрохимический датчик может быть реализован в двух канонических формах:

a) гальваническая концентрационная ячейка;

b) потоковая ионная 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)*

________________

* Формула соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

,                                         (3)

где - парциальное давление кислорода в газе сравнения;

- парциальное давление кислорода в измеряемом газе;

- электродвижущая сила ячейки, В (поправка N 1:1994);

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

- абсолютная температура, К;

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

- коэффициент Нернста (коэффициент наклона).

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

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 - потенциал асимметрии, мВ.

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

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

3.1.2 потоковая ионная ячейка* (ion pump cell): Ячейка, представляющая собой ионный насос, принцип действия которого заключается в следующем. Если постоянный ток получен между электродами ячейки, содержащей воздух в одной части и инертный газ в другой, протекающий ток вызовет перекачку молекул кислорода из одной части ячейки в другую. Явление подчиняется закону Фарадея, и количество кислорода, перешедшего в инертный газ, определяют по формуле:

_______________

* В отечественной технической литературе используют термин "кулонометрическая ячейка" или термин "амперометрическая ячейка".     

,                                                         (6)

где - количество кислорода, моль·с;

- ток, А;

- постоянная Фарадея (96484, 56 Кл/моль).