CS219495B1

CS219495B1 - Heated probe to measure oxygen content in gaseous atmospheres

Info

Publication number: CS219495B1
Application number: CS317480A
Authority: CS
Inventors: Ales Koller; Jan Zalesky; Karel Paul; Vladimir Antonin; Miroslav Strnad
Original assignee: Ales Koller; Jan Zalesky; Karel Paul; Vladimir Antonin; Miroslav Strnad
Priority date: 1980-05-07
Filing date: 1980-05-07
Publication date: 1983-03-25

Abstract

Vyhřívaná sonda je určena na měření obsahu kyslíku v plynných atmosférách. Pracuje na principu vyhřívaného koncentračního článku s pevným elektrolytem. Uvnitř tělesa sondy je umístěn tepelný zdroj spolu s teplotním čidlem. Teplota pevného elektrolytu je udržována na konstantní výši.The heated probe is designed to measure the oxygen content in gaseous atmospheres. It works on the principle of a heated concentration cell with a solid electrolyte. A heat source is located inside the probe body together with a temperature sensor. The temperature of the solid electrolyte is maintained at a constant level.

Description

Předmětem· vynálezu je vyhřívaná sonda na měření obsahu kyslíku v plynných atmosférách pracující na principu vyhřívaného koncentračního článku s pevným elektrolytem.The object of the invention is a heated probe for measuring the oxygen content in gaseous atmospheres operating on the principle of a heated solid electrolyte concentration cell.

Dosud známé sondy na měření obsahu kyslíku, pracující na principu koncentračního článku s pevným elektrolytem jsou opatřeny obvykle elektrickým vyhříváním. Jejich pracovní teplota je různá podle použitého elektrolytu. Při použití pevného elektrolytu na bázi kysličníku zirkoničitého ZnOz je minimální teplota 600 °C, u elektrolytu n-a bázi kysličníku vizmutitého. B12O3 300 ^CC, u elektrolytu =na bázi kysličníku thoričitého 400 °C, u elektrolytu na bázi mullitu 800 °C, .na bázi kysličníku hlinitého AI2O3 900 °C atd. Při měření je třeba udržovat teplotu elektrolytu ha hodnotě konstantní, ale vyšší než jsou uvedené minimální provozní teploty. Výše teploty se řídí termočlánkem jako čidlem ovládajícím regulátor teploty. Tento způsob regulace je užit u sond například fy Westinghouse nebo fy Kent. Regulace teploty termočlánkem má nevýhody, které spočívají ve značném kolísání regulované teploty a posouváním na jinou hladinu. Další nevýhodou je stárnutí termočlánků a jejich malá odolnost vůči analyzovanému prostředí, například spalovacím zplodinám. Také nutnost používání kompenzačního- vedení,, termostate vání srovnává^ cích Třónčů á malý výstupní signál ovlivňují a komplikují absolutní přesnost a stálost regulované teploty, a tím i přesnost měření obsahu kyslíku.Oxygen content probes known to date, operating on the principle of a solid electrolyte concentration cell, are usually provided with an electric heater. Their operating temperature varies according to the electrolyte used. When using a solid zirconium oxide electrolyte ZnOz, the minimum temperature is 600 ° C, for a bismuth oxide electrolyte. B12O3 300 ^C C, for electrolyte = thorium oxide 400 ° C, for mullite-based 800 ° C, for aluminum oxide AI2O3 900 ° C, etc. During measurement, the electrolyte temperature h should be kept constant but higher than the minimum operating temperatures are given. The temperature is controlled by a thermocouple as a sensor controlling the temperature controller. This control method is used with probes such as Westinghouse or Kent. Temperature control by a thermocouple has the disadvantages of varying the controlled temperature and moving it to another level. Another disadvantage is the aging of the thermocouples and their low resistance to the analyzed environment, such as combustion products. Also, the necessity of using a compensating line, thermostating the comparing Tons and a small output signal affects and complicates the absolute accuracy and stability of the controlled temperature, and hence the accuracy of the oxygen content measurement.

Uvedené nedostatky regulace teploty jsou odstraněny vynálezem, jehož podstata -spočívá v tom·, že uvnitř tělesa sondy z tepelně vodivého materiálu opatřeného elektrickým topením je společně s koncentračním článkem na měření obsahu kyslíku umístěno i teplotní čidlo.The above-mentioned drawbacks of temperature control are overcome by the invention which consists in the fact that a temperature sensor is placed inside the probe body of thermally conductive material provided with electric heating, together with a concentration cell for measuring the oxygen content.

Výhodou vynálezu je zvýšená přesnost měření dosažená stálostí regulované teploty. Teplotní čidlo na principů fázové přeměny je charakterizováno strmou změnou odporu velikou několik řádů ve velmi úzkém teplotním intervalu, zpravidla menším než 10 °C při určité teplotě, která je dána fyzikálními vlastnostmi příslušné látky jako například teplotou tání nebo změnou krystalické modifikace. Využitím této skokové změny elektrického odporu čidel jako> vstupního signálu pro· vhodný elektronický regulátor se dosáhne velmi přesné a časově stálé regulace teploty, která je určena fyzikálními vlastnostmi použitého čidla. Protože tato čidla jsou přesná, časově stálá a odolná vůči spalinám, dosáhne se i zvýšené přesnosti měření obsahu kyslíku sondami.An advantage of the invention is the increased measurement accuracy achieved by the controlled temperature stability. A temperature sensor based on the principles of phase transformation is characterized by a steep change in resistance of several orders of magnitude within a very narrow temperature range, typically less than 10 ° C at a certain temperature, which is determined by the physical properties of the substance, such as melting point or crystalline modification. By utilizing this step change in the electrical resistance of the sensors as an input signal for a suitable electronic controller, a very accurate and time-stable temperature control is achieved, which is determined by the physical properties of the sensor used. Because these sensors are accurate, time-stable and flue gas-resistant, increased oxygen measurement accuracy with probes is also achieved.

Vynález bude blíže vysvětlen a popsán pomocí výkresu znázorňujícího možný příklad sondy, přičemž výkres představuje schematický řez sondou.The invention will be explained and described in more detail by means of a drawing showing a possible example of a probe, the drawing being a schematic cross-section of the probe.

V příkladu konkrétního provedení sonda podle vynálezu má koncentrační článek 1 z pevného elektrolytu, v jehož blízkosti je umístěno teplotní čidlo 2 pracující na principu fázové změny. Oba elementy 1, 2 jsou uloženy uvnitř tělesa sondy 3 z tepelně dobře vodivého materiálu nesoucího elektrické topení 4. Signál z koncentračního článku 1 je vyhodnocen elektronickým zařízením 5 na obsah kyslíku. Signál z teplotního čidla je veden do regulátoru teploty 6.In an example of a particular embodiment, the probe according to the invention has a solid electrolyte concentration cell 1, in the vicinity of which is a phase change temperature sensor 2. Both elements 1, 2 are housed inside the probe body 3 of a thermally conductive material carrying an electric heater 4. The signal from the concentration cell 1 is evaluated by an electronic oxygen-containing device 5. The signal from the temperature sensor is routed to the temperature controller 6.

Claims

A probe for measuring the oxygen content in gaseous atmospheres operating on the principle of a solid electrolyte concentration galvanic cell, characterized in that, within the probe body (3) of the thermally conductive matrix of the electrically heated heating element (4), temperature sensor (2).