• 专利附录
  • 专利说明
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  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1980001840A1
    申请号:PCT/DE1980/000021
    申请日:1980-02-29
    公开日:1980-09-04
    发明作者:F Baucke；T Frey；H Schaeffer
    申请人:Jenaer Glaswerk Schott & Gen；F Baucke；T Frey；H Schaeffer；
    IPC主号:G01N27-00
    专利说明:
    [0001] Beschreibung
    [0002] Meßsonde zur Bestimmung des Sauerstoff-Partialdruckes in Gasen
    [0003] Die Erfindung betrifft eine neuartige Meßsonde, mit welcher der Sauerstoff-Partialdruck in Gasen, insbesondere heißen Gasen, wie z.B. Abgasen einfach und zuverlässig bestimmt werden kann.
    [0004] Die Kenntnis des Sauerstoff-Partialdruckes (PQ ) in Gasen ist aus vielen Gründen von großer technischer Bedeutung, beispielsweise bei der Schaffung umweltfreundlicher Ab¬ gasanlagen.
    [0005] Man hat bereits versucht, zur Durchführung derartiger . Messungen Festkörperelektrolytsonden, die nach elektro¬ chemischen Prinzip arbeiten, einzusetzen. Derartige Sonden bestehen im Prinzip aus einem einseitig verschlossenen Rohr aus einem Festkörperelektrolyten, wie z.B. Zirkon- dioxid, in einer Festkörper-Meßkette.
    [0006] Eine Anwendung dieser bekannten, aus einseitig ge¬ schlossenen Festkörperelektrolytrohren bestehenden Meß- sonden zur Messung von sehr heißen Gasen standen bisher folgende Nachteile entgegen:
    [0007] OMPI
    [0008] WIPO - - schlechte Temperaturwechselbeständigkeit,
    [0009] - schlechte mechanische Stabilität,
    [0010] - korrosiver Angriff der Gase und damit verbundene uner¬ wünschte Korrosionsprodukte,
    [0011] 5 - kurze Standzeit,
    [0012] - hoher Preis.
    [0013] . Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine Meßsonde, welche die vorstehend geschilderten Nachteile nicht aufweist.
    [0014] Dieses Ziel wird mit einer Meßsonde gemäß den Patentan- 0 Sprüchen erreicht.
    [0015] Das Meßprinzip beruht auf der Fähigkeit einiger keramischer
    [0016] 2 Materialien (z.B. stabilisiertes ZrO~ oder ThO~ ) 0 -Ionen bei erhöhten Temperaturen zu leiten. Befinden sich näm¬ lich auf beiden Seiten eines festen Ionenleiters verschiede- 5 ne 02-Partialdrücke (z.B. P (1) in einem Bezugsgas,
    [0017] Pn (2) in einem Abgas) so entsteht nach Nernst eine elektro motorische Kraft EMK der Größe:
    [0018] RT
    [0019] EMK = In (P (D/Pn (2) zF U2 U2
    [0020] (z = Wertigkeitswechsel; hier = 4); F = Faradaykonst. ; Q E = Gaskonst.; T = abs. Temp.) .
    [0021] Die EMK wird mittels eines hochohmigen Vol eters zwischen zwei Elektroden auf beiden Seiten des Festkörperelektro¬ lyten gemessen. Die Elektroden bestehen in der Regel aus Platin. Dabei wird die Elektrode auf der Referenzseite 5 über eine poröse Pt-Schicht auf der Festkörperelektrolyt- Oberfläche kontaktiert. Die andere Elektrode wird außen am Festkörperelektrolyten kontaktiert.
    [0022] Die Meßkette sieht demnach folgendermaßen aus: Pt, 02 ( 0 ) /Zr02 (CaO) /Pt , 02 (PQ , x) .
    [0023] Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird hergestellt, indem eine Tablette aus einem sauerstoffionenleitenden Fest¬ körperelektrolyten in ein Metallrohr derart eingesetzt wird, daß diese Tablette das untere Ende dieses Metallrohres temperaturbeständig und gasdicht abschließt.
    [0024] Das Material kann aus einem Edelmetall (z.B. Platin oder Platin/Rhodium) oder z.B. aus Edelstahl bestehen.
    [0025] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Festkörperelektrolyttablette durch Heißpressen auf den durchbohrten Boden des Metallrohres aufgesintert, wobei Sinterdruck und -temperatur einander angepaßt werden können. Der Festkörperelektrolyt ist ein sauerstoffionen¬ leitendes Oxid, wie z.B. ZrO-, ThO_, HfO~ oder LaO-,, der gegebenenfalls mit einem niedrigerwertigen Oxid, wie CaO, MgO, Y2° oder Sc-,0-, dotiert ist.
    [0026] Vorzugsweise wird die Bezugselektrode über eine poröse Pt- Schicht auf der Oberfläche der Tablette kontaktiert. Da¬ bei kann der Pt-Draht auf die Schicht aufgesintert oder einfach nur aufgedrückt (Druckkontakt) werden. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, in der Tablette eine Ver¬ tiefung anzubringen und in ihr die Elektrode, die an dieser Stelle zum besseren Kontakt etwas aufgewickelt sein kann, mit Hilfe eines Pulvers bei maximal 1500°C einzu- sintern.
    [0027] Vorzugsweise wird die Bezugselektrode durch ein Ein- bzw. Mehrkapillarenrohr aus einem isolierenden Feuerfest- Material (z.B. A1-.0-) vor elektrischem Kontakt zum metallischen Außenrohr geschützt. Mit seiner Hilfe kann auch ein Thermoelement zur Messung der Temperatur bis an den Festelektrolyten herangeführt, Bezugsgas durchgeleitet und schließlich bei Druckkontakt der Druck der Bezugselek¬ trode, die um das untere Ende des Kapillarenrohres ge¬ bogen ist, auf die Metallisierungsfläche aufgebracht werden.
    [0028] Die Festkörperelektrolyt-Tablette kann auch von außen am Boden des Metallrohres befestigt werden.
    [0029] Weitere Vorteile dieser neuen Hochtemperatur-Festkörper- meßkette bestehen darin, daß dieselbe auch als Meßsonde zur Bestimmung des Sauerstoff-Partialdruckes in Schmelzen mit dem gleichen Erfolg wie oben angegeben verwendet wer¬ den kann.
    [0030] Die erfindungsgemäße Sonde wurde in Gasen mit den unter-
    [0031] -12 schiedlichsten Sauerstoff-Partialdrücken (1 atm - 10 at ) in einem Temperaturbereich von 700 bis 1500°C getes- tet. In allen Fällen erfüllte sie die Nernst-Gleichung bis auf + 2 % genau.
    [0032] OMPI
    权利要求:
    Claims Patentansprüche:
    1. Vorrichtung zur Bestimmung des Sauerstoff-Partialdruckes in Gasen, bestehend aus einer Hochtemperatur-Festkörper¬ meßkette, bei welcher eine Edelmetall-Meßelektrode von einer Edelmetall-Bezugselektrode durch einen Festkörper¬ elektrolyten getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß - der Festkörperelektrolyt eine am Boden eines Metallrohres angebrachte Tablette aus einem oxidischen Festkörperelek¬ trolyten ist, dessen Sauerstoffionen-Überführungszahl den Wert 1 hat.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tablette aus einem Festkörper besteht, der durch Dotierung mit einem anderen Oxid Sauerstoffionenleitend wird.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörperelektrolyt ZrO-, oder ThO- oder HfO- öder LaO.- und das Dotierungsmittel CaO oder MgO oder Y-0-. oder Sc^O-, ist.4.
    4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tablette aus dem Festkörperelek- trolyten an das Ende des Metallrohres angesintert ist.
    5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Rohr aus Edelmetall besteht.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugselektrode in oder an der
    Festkörperelektrolyttablette festgesintert ist.
    7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörperelektrolyttablette von außen am Ende des Rohres angesintert ist.
    8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugselektrode von einem elek¬ trisch isolierenden Rohr umgeben ist.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Rohr zugleich die Meßelektrode ist.
    O PI WIPO
    类似技术:
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    FR2451030B1|1984-07-06|
    DE2908308A1|1980-09-04|
    FR2451030A1|1980-10-03|
    JPS56500270A|1981-03-05|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1980-09-04| AK| Designated states|Designated state(s): JP US |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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