-
Die
Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Bestimmung
des Sauerstoffpartialdrucks in einem Gasgemisch.
-
Festelektrolytsensoren
nutzen die 1899 von W. Nernst entdeckte Eigenschaft bestimmter Verbindungen
bei erhöhter Temperatur den elektrischen Strom in Form
von Ionen zu transportieren. Grundsätzlich kann dabei in
2 verschiedene Messverfahren unterschieden werden
- – potentiometrische
Messung (stromlose Messung des elektrischen Potentials zwischen
einer Referenz- und einer Messelektrode)
- – amperometrische Messung (Messung des Ionenstroms
durch den Elektrolyten bei Anlegen einer äußeren
Spannung an die Elektroden).
-
Bezogen
auf die Messanordnung der potentiometrischen Messung, kann das Messprinzip
weiterhin nach Anzahl der an der Messelektrode stattfindenden elektrochemischen
Reaktionen unterschieden werden:
Einfache potentiometrische
Messung (an der Messelektrode findet nur eine Art elektrochemischer
Reaktion statt).
-
Bezogen
auf die Messung von Sauerstoff in brennbaren Gasen wird ein Sensor
mit einer solchen Elektrode bei einer Arbeitstemperatur von 600–700°C
betrieben, wobei es an der katalytisch aktiven Elektrode zur Bildung
des Gleichgewichts im Gas, d. h. zum Umsatz von Sauerstoff mit der
brennbaren Spezies kommt. Die sich ergebende Sauerstoffkonzentration
ist dabei durch die Partialdruckverhältnisse von Reaktionsprodukten
und -edukten bzw. durch die Temperatur vorgegeben. Die elektrochemische
Reaktion des Sauerstoffs an der Elektrode bestimmt dabei das Potential
der Messelektrode (z. B.: ½O2 +
2e– = O2-Elektrolyt).
Bei der einfachen potentiometrischen Messung wird der Sauerstoffgehalt
im zu messenden Gas anhand der NERNST'schen Gleichung ermittelt.
Dabei ist bei bekannter Temperatur und bekanntem Potential der Referenzelektrode
die Zellspannung linear vom Logarithmus des Sauerstoffpartialdrucks
abhängig.
-
-
Mit
U (Zellspannung), F-Faraday-Konstante, R-Gaskonstante, n = 4 (Anzahl
pro Sauerstoffmolekül zu übertragender Elektronen),
pO2_1-Sauerstoffpartialdruck an Messelektrode,
pO2_2-Sauerstoffpartialdruck an Referenzelektrode.
-
Potentiometrische
Messung basierend auf dem Mischpotentialprinzip (mehre elektrochemische Reaktionen
finden gleichzeitig an der Elektrode statt).
-
Das
resultierende Elektrodenpotential ist ein Mischpotential erzeugt
durch die konkurrierenden Reaktionen an der Elektrode (z. B. gleichzeitiges
Auftreten von CO, CO2 und O2 führt
zu den konkurrierenden Reaktionen: ½O2 +
2e– = O2-Elektrolyt
und CO + O2-Elektrolyt = CO2 +
2e–). Im Gegensatz zur einfachen
potentiometrischen Messung ist es i. d. R. nicht möglich
eine einfache Gleichung zur Beschreibung der Zellspannung anzugeben,
da diese von den in der Butler-Volmer-Gleichung angegebenen Austauschstromdichten
und Durchtrittsfaktoren der Teilreaktionen abhängt. Die
dargestellte Erfindung bezieht sich dabei insbesondere auf die Sauerstoffpartialdruckbestimmung
basierend auf dem Mischpotentialprinzip.
-
Laut
bisherigem Stand der Technik wurde basierend auf dem Prinzip des
potentiometrischen Messverfahrens (z. B.
EP 0861 419 B1 ) als Vorrichtung
zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration ein Sauerstoffsensor
mit folgendem Aufbau genutzt. Der Sensor ist mit einem zylindrischen
einseitig geschlossenen keramischen Rohr aus einem Festelektrolytmaterial
(dotiertes Zirkoniumoxid) gebildet. Das dotierte Zirkonoxid zeichnet
sich durch die Eigenschaft der Ionenleitfähigkeit für
Sauerstoffionen aus. Im Inneren des Festelektrolytrohres wird eine
Bezugselektrode angebracht, welche mit dem Bezugsgas (i. d. R. Luft)
in Kontakt tritt. An der Außenoberfläche des Rohres
wird die eigentliche Messelektrode angebracht die in Wechselwirkung
mit dem zu messenden Gas tritt. Das sich ergebende Sensorsignal
wird zur Ermittlung der Sauerstoffkonzentration im zu detektierenden
Messgas herangezogen. Damit sich eine entsprechende Leitfähigkeit
des Festelektrolytmaterials für Sauerstoffionen bzw. eine
entsprechende Kinetik der zu detektierenden Spezies an den Elektroden
ergibt, wird in den Innenraum des zylindrischen Rohres ein Heizstab
o. ä. eingesetzt und der Sensor so auf Betriebstemperatur
gebracht.
-
Aus
dem Stand der Technik sind insbesondere hinsichtlich der Entwicklung
von sauerstoffsensitiven Sensoren basierend auf dem Mischpotentialprinzip
mehrere technische Lösungen bekannt.
-
So
wird in
US 6,605,202
B1 ein Mischpotentialsensor basierend auf einem CeO
2-Elektrolyt mit in Drahtform eingebrachter
Mischpotential- und Referenzelektrode beschrieben. Die vorgestellten
Ergebnisse beziehen sich auf die Detektion von CO in Atmosphären
verschiedener Sauerstoffgehalte. Insbesondere wird die Notwendigkeit
der Voralterung des Sensors zur Realisierung stabiler Sensorsignale
erwähnt.
-
In
US 6,352,631 B1 ist
die Entwicklung eines Mischpotentialsensors mit verminderter Abhängigkeit des
Sensorsignals von Temperaturschwankungen beschrieben, und dabei
wird explizit auf die Problematik der starken Temperaturabhängigkeit
des Mischpotentials eingegangen. Die Lösung erfolgt durch
Positionierung eines Temperatursensors in der Nähe der Messelektrode.
-
US 2007/0193883 A1 befasst
sich mit der mangelnden Stabilität des Sensorsignals basierend auf
Veränderungen in der 3-Phasen-Grenze der Messelektrode
aufgrund von temperaturaktivierten Diffusionsprozessen. Hierzu wird
der Auftrag einer porösen dotierten Zirkonoxidschicht auf
dichten Elektroden vorgeschlagen.
-
WO 01/04616 A1 erwähnt
die Anwendung von Au als Zusatz für Mischpotentialelektroden
und stellt insbesondere die verringerte Kinetik an den Elektroden
vor.
-
Nachteile
der bekannten Sauerstoffsensoren sind insbesondere Folgende:
- – geringe Stabilität des
Sensorsignals durch Veränderungen an der 3-Phasen-Grenze
der Mischpotentialelektrode (insbesondere bei Elektroden auf Au-Basis)
- – starke Abhängigkeit des Ausgangssignals
eines Mischpotentialsensors von der Temperatur und die damit verbundene
Problematik der genauen Temperaturregelung
- – Notwendigkeit einer ausreichenden Kinetik der gasförmigen
Spezies in Wechselwirkung mit der Oberfläche der Mischpotentialelektrode
-
Es
ist daher Aufgabe der Erfindung Möglichkeiten zur Bestimmung
des Sauerstoffpartialdrucks in Gasgemischen anzugeben, die die Messgenauigkeit sowie
Empfindlichkeit erhöhen und mit denen eine hohe Stabilität
bzgl. des zu messenden Ausgangssignals möglich wird.
-
Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe mit einer Anordnung, die die Merkmale des Anspruchs
1 aufweist, gelöst. Dabei kann mit einem Verfahren nach
Anspruch 14 vorgegangen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten
Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
-
Eine
erfindungsgemäße Anordnung ist dabei so ausgebildet,
dass ein ionenleitender Festelektrolyt an einer Oberfläche
mit einer Messelektrode und an einer dieser gegenüberliegend
angeordneten Oberfläche mit einer Referenzelektrode versehen
ist. Für die beiden Elektroden können bevorzugt
unterschiedliche Werkstoffe eingesetzt werden. Mess- und Referenzelektrode
können über eine Kontaktierung an ein elektrisches
Spannungsmessgerät angeschlossen sein. Die gemessene elektrische
Spannung dient als Maß für den Sauerstoffpartialdruck.
-
Die
Mess- und die Referenzelektrode sind bei einer erfindungsgemäßen
Anordnung gemeinsam mit dem Festelektrolyten innerhalb eines in Form
eines Hohlzylinders ausgebildeten Heizelements angeordnet. Das Heizelement
ist dabei aus einem Wärme leitenden Werkstoff gebildet.
Dies kann ein Metall sein. Dabei kann die jeweilige Wirkung eines
Gasgemisches, beispielsweise der Einfluss auf die Korrosion, bei
der Auswahl berücksichtigt werden.
-
Die
Messelektrode kommt dann mit dem jeweiligen Gasgemisch und die Referenzelektrode
mit einem Referenzgas, z. B. Luft in Kontakt.
-
Am
Heizelement ist eine regelbare elektrische Widerstandsbeheizung
vorhanden, mit der eine gleichmäßige Erwärmung
des Heizelements erreicht werden soll. Mindestens eine elektrische
Leiterbahn kann dabei bevorzugt auf der äußeren
Mantelfläche in Linienform ausgebildet sein. Hierfür
kann eine Leiterbahn auf die Oberfläche aufgedruckt und
anschließend getrocknet und gesintert werden. Dabei kann ein
Metallpulver, beispielsweise Platin, in einer Suspension oder mit
einem Binder eingesetzt werden.
-
Dabei
sollte darauf geachtet werden, dass im Heizbereich ein konstanter
Leitungsquerschnitt, also in diesem Fall eine konstante Schichtdicke
und Schichtbreite sowie eine homogene Konsistenz der aufgedruckten
Masse, eingehalten wird.
-
Die
elektrische(n) Leiterbahn(en) sollten gleichmäßig
verteilt über die jeweilige Oberfläche des Heizelements
ausgebildet sein, um Temperaturgradienten möglichst zu
vermeiden. Dies betrifft beispielsweise gleiche Abstände
von beispielsweise in Mäanderform ausgebildeten Leiterbahnzügen.
Zwischen der Oberfläche des Heizelements und elektrischer
Leiterbahn sollte eine elektrisch isolierende Schicht ausgebildet
sein.
-
Zur
Regelung der Temperatur kann die elektrische Leistung mit der die
elektrische Widerstandsbeheizung betrieben wird geregelt werden.
Dabei sollte der jeweilige elektrische Widerstand bestimmt und dann
die elektrische Leistung mit einer elektronischen Regeleinheit auf
die jeweils vorgegebene Temperatur nachgeregelt werden. Die Temperatur kann
mit einem gesonderten Temperatursensor bestimmt aber auch, wie noch
nachfolgend ausgeführt, mit dem jeweils bestimmten elektrischen
Widerstand ermittelt werden.
-
Die
Mess-, Referenzelektrode und Festelektrolyt sollten bevorzugt symmetrisch
innerhalb des Heizelementes angeordnet sein. So kann die Länge eines
Heizelementes beispielsweise die Länge dieses Aufbaus berücksichtigen.
Vorteilhaft kann es aber sein, ein Heizelement in seiner Länge
so zu dimensionieren, dass an beiden Stirnseiten jeweils ein offener
Hohlraum ausgebildet ist. Innerhalb der Hohlräume ist dann
an einer Seite die Mess- und an der gegenüberliegenden
Seite die Referenzelektrode angeordnet. Dadurch können
das jeweilige Gasgemisch und das Referenzgas ebenfalls besser temperiert
werden.
-
Das
Gasgemisch kann über eine Zuleitung, beispielsweise ein
Rohr in eine innerhalb eines Gehäuses angeordnete Messkammer
zugeführt werden. Das Referenzgas kann ebenfalls von außen
in die Referenzkammer zugeführt aber auch darin abgeschlossen
enthalten sein.
-
Günstig
ist es, ein Gehäuse vorzusehen, das nicht oder nur schlecht
Wärme leitet. Es kann mit einer Wärmeisolation
versehen sein.
-
Die
elektrische Widerstandsbeheizung kann auf ein hohlzylinderförmiges
Heizelement mittels Siebdruck, z. B. auf einer Stahlhülse,
als gut Wärme leitender Werkstoff im Runddruckverfahren
realisiert werden. Dabei kann mindestens eine elektrische Leiterbahn,
die an eine externe elektrische Spannungsquelle über elektrische
Kontaktanschlüsse angeschlossen werden kann, ausgebildet
werden. Entgegen den lt. Stand der Technik eingesetzten Varianten zur
Beheizung eines Substrates (Heizwicklungen bzw. siebgedruckte Heizer
auf planarem Substrat) kommt dieser Aufbau mit einem minimalen Einsatz kostenintensiver
Werkstoffe (Platin) aus, wobei hierbei eine hohe Präzision
bzgl. des elektrischen Widerstandes und eine sehr genaue Einstellung
des elektrischen Widerstands bei der Temperierung (Sensortemperatur-Verhaltens)
möglich wird. Der Hauptvorteil des Einsatzes eines solchen
Heizelements liegt in Verbindung mit der gewählten Konstruktion
darin, dass die Heizwirkung unmittelbar am sen sorischen Bereich
erreicht werden kann und somit einerseits eine sehr gleichmäßige
Durchwärmung gewährleistet und weiterhin eine
enge Temperaturankopplung der für die Bestimmung genutzten
Elektroden zur Heizung ermöglicht. In der realisierten
Anordnung ist neben der Bestimmung der Temperatur im sensitiven Bereich über
eine separate Temperaturmesseinheit (Temperatursensor) auch die
Temperaturbestimmung über die Beziehung elektrischer Widerstand bei
der Heizung und der jeweiligen Temperatur möglich. Dadurch
kann auf die Notwendigkeit der gesonderten Temperaturmessung nach
einer ersten Kalibrierung verzichtet werden.
-
Mit
der Erfindung ist auch eine Verringerung der Betriebstemperatur
in den Bereich 450 bis 600°C, bevorzugt 450 bis 500°C
möglich. Hierbei wirkt sich auch die Verwendung eines dünnen
Festelektrolyten mit hoher ionischer Leitfähigkeit bei gleichzeitigem
Einsatz hochaktiver Elektroden vorteilhaft aus.
-
Eine
Verringerung der Betriebstemperatur hat zunächst Einfluss
auf den Umsatz von O2 mit einem reduzierenden
Gas (auftretend im freien Volumen bzw. an der Messelektrode) und
bestimmt somit die Konzentration der für die Messung vorliegenden Spezies.
Bei einer Temperatur von 600°C stellt sich bei einem im
H2-haltigem Gasgemisch vorhandenen O2 Totalumsatz (zu H2O)
ein und an der Messelektrode kann nur noch der im Gleichgewicht
(GG) vorhandene Sauerstoff gemessen werden. Prinzipiell würde das
dem Verhalten einer GG-Elektrode entsprechen.
-
Bei
Absenkung der Temperatur verringert sich insbesondere an einer Au-haltigen
Elektrode der Sauerstoffumsatz, wobei somit mehr freier Sauerstoff für
die Messung vorliegt. Der vergrößerte Anteil des freien
Sauerstoffs erzeugt damit einen stärkeren O2-Einfluss
auf das Mischpotential und somit eine höhere O2-Empfindlichkeit
des Messsignals.
-
Nachteile
der verringerten Betriebstemperatur liegen zunächst in
einer vergrößerten Gesamtimpedanz des sensorischen
Elementes der mit dem Einsatz dünner Elektrolytmembranen
aus 10Sc1CeSz mit hoher ionischer Leitfähigkeit begegnet
wird.
-
Ein
eingesetzter Festelektrolyt sollte eine maximale Dicke von 0,5 mm,
bevorzugt 0,3 mm aufweisen. Ein Festelektrolyt kann auf Scandium
dotiertem Zirkonoxid basiert sein. Die ionische Leitfähigkeit sollte
bei mindestens 2·10–3 S/cm
bei einer Temperatur von 600°C liegen.
-
Weiterhin
verringert sich die Kinetik des Sauerstoffaustauschs an der Messelektrode,
was zu Effekten wie einer Verzögerung der Ansprechzeit
führen kann. Dem kann durch den Einsatz von hochaktiven
Messelektroden, die mit bzw. aus Au/10Sc1CeSz, Au/8YSZ oder (La1-xSrx)(Cr1-yCoy)O3 oder
(La1-xCax)(Cr1-yCoy)O3 gebildet
sind, entgegnet werden (siehe 3).
-
Für
die Referenzelektrode kann ein Edelmetall gewählt werden,
dies kann bevorzugt Pt sein.
-
Ein
weiterer aus der Absenkung der Betriebstemperatur resultierender
Vorteil liegt in der erreichbaren Langzeitstabilisierung der Elektrodenmorphologie
(insbesondere in der Struktur der 3-Phasen-Grenze), wobei damit
Anforderungen, wie eine Voralterung der Elektroden (siehe
US 6,605,202 B1 ) entfallen
und daher ein dauerhaft reproduzierbares Messsignal erhalten werden
kann.
-
Es
wurde überraschend festgestellt, dass die Absenkung der
Betriebstemperatur eine Mischpotenzial-Bildung begünstigt.
Es wurde ebenfalls die Offset-Spannung zwischen Pt-Referenzelektrode
und Au-Messelektrode, auch wenn sich die beiden Elektroden an Luft
befinden, gemessen. Diese Differenz ist stark temperaturabhängig.
Die gemessene elektrische Spannungsdifferenz zwischen Mess- und
Referenzelektrode an Luft wird als Asymmetrie-Spannung bezeichnet
und addiert sich zu Änderungen im Nernst-Potential bei
entsprechenden Änderungen des Sauerstoffpartialdrucks im
jeweiligen Gasgemisch. Um die Asymmetrie-Spannung während
der Messung konstant zu halten, soll die Temperatur mit dem Heizelement
präzise geregelt werden, damit sie zumindest nahezu unverändert
bleibt. Die Regelung sollte dabei so erfolgen, dass eine Abweichung
von einer vorgegebenen Temperatur maximal 1 K beträgt.
Die vorgegebene Temperatur kann dabei unter Berücksichtigung
des jeweiligen Gasgemisches erfolgen. Dabei können die
im Gasgemisch enthaltenen einzelnen Gase und/oder die jeweils zu
berücksichtigenden Anteile der Gase im Gasgemisch berücksichtigt
werden. Letztgenanntes trifft beispielsweise auf kritische Anteile
eines Gases zu, die bei einem mit der Erfindung überwachten
Prozess nicht über oder unterschritten werden sollen. So
kann für diesen Einsatzfall eine erhöhte Messempfindlichkeit/Sensitivität
erreicht werden.
-
Nachfolgend
soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert
werden.
-
Dabei
zeigen:
-
1 eine
Schnittdarstellung eines Sensors mit ei nem Beispiel einer erfindungsgemäßen
Anordnung;
-
2 ein
Anschlussstück für einen Sensor nach 1 mit
Zuführung für ein Gasgemisch;
-
3 in
schematischer Form einen Aufbau einer Messelektrode auf einem Festelektrolyten
und auf der gegenüberliegenden Oberfläche einer
Referenzelektrode;
-
4 ein
Diagram mit dem das Verhältnis Sauerstoffumsatz in Abhängigkeit
der Temperatur bei verschiedenen Elektrodenwerkstoffen verdeutlicht werden
soll und
-
5 ein
Diagram der temperaturabhängig ermittelten elektrischen
Spannung zwischen Mess- und Referenzelektrode über der
Zeit für Sauerstoffpartialdrücke in Stickstoff,
als Trägergas, in dem 2 Vol.-% Wasserstoff enthalten sind.
-
In 1 ist
ein Sensor gezeigt, der mit einem Beispiel einer erfindungsgemäßen
Anordnung ausgebildet ist. Dabei ist ein hülsenförmiger
rotationssymmetrischer Körper 2 aus Stahl gewählt
worden. In dessen hohlem Inneren ist eine Einheit mit Referenzelektrode 4,
Festelektrolyt 9 und Messelektrode 3 fixiert angeordnet.
Innerhalb des hülsenförmigen Körpers 2 ist
eine Referenzkammer 5 ausgebildet, in der ein Referenzgas
mit der Referenzelektrode 4 in Kontakt steht.
-
Auf
der anderen Seite, also in 1 unten dargestellt
ist im hülsenförmigen Körper 2 die
Messkammer 6 ausgebildet, so dass ein zu detektierendes Gasgemisch
in Kontakt zur Messelektrode 3 gelangt.
-
Bei
dem in 1 gezeigten Beispiel ist ein Heizelement 7 unmittelbar
am hülsenförmigen Körper 2 ausgebildet.
Dabei ist auf der äußeren zylindrischen Mantelfläche
des hülsenförmigen Körpers 2 die
elektrische Widerstandsbeheizung 8, mit linienförmiger
elektrischer Leiterbahn im Bereich der Elektroden 3 und 4 sowie
des Festelektrolyten 9 ausgebildet. Dies kann, wie im allgemeinen
Teil der Beschreibung erläutert durch Aufdrucken und Sintern
erreicht worden sein. Dabei ist zwischen Oberfläche des
hülsenförmigen Körpers 2 und
der elektrischen Leiterbahn eine elektrisch isolierende Schicht
ausgebildet worden, die hier auch nicht explizit dargestellt worden ist.
-
In
nicht dargestellter Form kann ein Heizelement 7 aber auch
ein gesondertes Einzelteil sein, das mit dem gezeigten hülsenförmigen
Körper 2 oder einem anderen Einzelteil eines Sensors
verbunden werden kann.
-
Die
Verbindung kann dabei, wie auch für die Fixierung der Elektroden 3 und 4 mit
Festelektrolyten 9 mittels glasbasiertem Lot als hochtemperaturbeständige
Fügung ausgebildet sein. Die Verbindung kann aber auch
in anderer Form erreicht werden, wobei eine gute Wärmeleitung
berücksichtigt werden sollte.
-
Die
elektrisch leitende Verbindung zur Messelektrode 3 kann über
den hülsenförmigen Körper 2 und
einem zusätzlichen Draht nach außen geführt sein.
Die Referenzelektrode 4 kann mit einem elektrisch leitenden
außen isolierten Draht nach außen kontaktiert
sein.
-
Die
elektrische Leiterbahn der elektrischen Widerstandsbeheizung 8 kann über
nicht dargestellte angesinterte Metallkontakte, z. B. Silberstifte
an eine regelbare elektrische Spannungsquelle (ebenfalls nicht dargestellt)
angeschlossen werden.
-
Die
Heizeinrichtung 7 und dabei auch die elektrische Leiterbahn
der elektrischen Widerstandsbeheizung 8 sind hier so angeordnet
und ausgebildet, dass eine konstante Temperatur im Bereich der Messelektrode 3,
der Referenzelektrode 4 und dem Festelektrolyten 9 eingehalten
werden kann.
-
Der
hülsenförmige Körper 2 kann
mit einem weiteren rotationssymmetrischen Körper 13 verbunden
werden, was bevorzugt durch eine Verschraubung erreichbar ist. Der
weitere rotationssymmetrische Träger 13 ist Träger
für Festelektrolyt 9, Messelektrode 3 und
Referenzelektrode 4.
-
An
der Unterseite des in 1 gezeigten hülsenförmigen
Körpers 2 kann ein Verschlusselement 10 befestigt
werden, wie es in 2 gezeigt ist. Das Verschlusselement 10 kann
ebenfalls aus Stahl hergestellt worden sein und in gasdichter Form
mit dem hülsenförmigen Körper 2 verbunden
werden, um die Messkammer 6 gegenüber der Umgebung
zu verschließen. Das Verschlusselement 10 besitzt
dabei zwei Durchbohrungen durch die ein Gasgemisch in die Messkammer 6 hinein
und wieder heraus geführt werden kann. Dabei kann in das
Verschlusselement 10 ein Röhrchen 12 eingeschraubt
sein, durch das das Gasgemisch durch die Messkammer 6 an die
Messelektrode 3 gelangt. Das Gasgemisch kann durch die
Bohrung 11 wieder aus der Messkammer 6 austreten.
Durch den hülsenförmigen Körper 2 kann ein
Temperatursensor (nicht dargestellt) in die Nähe der Referenzelektrode 4 geführt
sein und für die Temperaturregelung genutzt werden. Die
Regelung der Temperatur kann aber auch, wie bereits erläutert durch
Bestimmung des elektrischen Widerstands der elektrischen Widerstandsbeheizung 8,
erfolgen.
-
Der
mit den 1 und 2 verdeutlichte Sensor
kann aber in ebenfalls nicht dargestellter Form vollständig
oder teilweise von einer thermischen Isolierung umschlossen sein.
-
In 3 ist
in schematischer Form ein Aufbau dargestellt, bei dem eine Referenzelektrode 4 auf
einer Oberfläche und auf der dieser gegenüberliegenden
Oberfläche eines Festelektrolyten 9 eine Messelektrode 3 ausgebildet
sind.
-
Das
in 4 angegebene Diagramm zeigt, dass der Anteil des
freien Sauerstoffs in einem wasserstoffreichen Gasgemisch vom Werkstoff
der Messelektrode 3 abhängt und bei 600°C
Totalumsatz des freien Sauerstoffs erfolgt. Somit nimmt der Anteil
des zur Mischpotentialbildung beitragenden freien Sauerstoffs bei
Annäherung an die Temperatur von 600°C deutlich
ab.
-
Das
in 5 gezeigte Diagramm liefert Aussagen bzgl. der
Abhängigkeit des Sensorsignals (elektrische Spannung zwischen
Messelektrode 3 und Referenzelektrode 4) vom Sauerstoffgehalt
in einem Trägergas von Stickstoff mit 2% Wasserstoff (Arbeitstemperatur
450°C).
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0861419
B1 [0008]
- - US 6605202 B1 [0010, 0035]
- - US 6352631 B1 [0011]
- - US 2007/0193883 A1 [0012]
- - WO 01/04616 A1 [0013]
