DE102008024392A1 - Bleifreier elektrochemischer Sauerstoffsensor mit Diffusionslabyrinth - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Sauerstoffsensor (1), welcher ein Gehäuse (11) mit einer einen Elektrolyten (9) enthaltenden Kammer, mindestens eine Messelektrode (2a) zur Sauerstoffdetektion, mindestens eine Gegenelektrode (2b) und mindestens eine Bezugselektrode (7) sowie eine Öffnung mit Stoffflussbegrenzung (4) an der Messelektrode (2a) und mindestens eine Entlüftungsöffnung (5) an der Gegenelektrode (2b) und gegebenenfalls weitere Entlüftungsöffnungen (10) umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass der Sauerstoffsensor (1) einen zweiteiligen Isolator aufweist, wobei ein erster Teil (12) des Isolators mit einem zweiten Teil (6) des Isolators ein Diffusionslabyrinth zwischen der Mess- und der Gegenelektrode (2a, 2b) bildet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrochemischen Sauerstoffsensor, welcher einen zweiteiligen Isolator aufweist, wobei ein erster Teil des Isolators mit einem zweiten Teil des Isolators ein Diffusionslabyrinth zwischen der Mess- und der Gegenelektrode bildet.
  • Der Marktstandard für Sauerstoffsensoren wird zurzeit noch von Zweielektroden-Sensoren dominiert, deren Kathode ein sich verbrauchender Bleiklotz darstellt. Die Lebensdauer dieser Sensoren hängt zum einen von der Menge Blei ab, die sie enthalten, zum anderen von der Stoffflussregulierung über der Messelektrode. Sie liegt typischer Weise zwischen einem und drei Jahren. Bedenklich bei diesem Sensortyp ist neben der beschränkten Haltbarkeit der Einsatz von giftigem Blei. In den vergangenen Jahren gab es zahlreiche Ansätze, bleifreie Sauerstoffsensoren zu entwickeln. Explizit ausgeschlossen werden sollen an dieser Stelle Lösungen, die andere Metalle als Blei in einer verbrauchenden Reaktion einsetzen (z. B. modifizierte Zink-Luft-Batterien), sowie solche, die mit Metalloxidelektrolyten bei hohen Temperaturen arbeiten (z. B. Lamda-Sonden). Die Firmen Dräger und RAE Systems haben seit einiger Zeit Sauerstoffsensoren am Markt, die bei Umwelttemperaturen (–40°C bis 60°C) nach dem Prinzip der Sauerstoffpumpe funktionieren. Hierbei wird auf der Messelektrode (ME) Sauerstoff zu O2– (in Form von Wasser) reduziert und an der Gegenelektrode (GE) O2– (aus Wasser) zu Sauerstoffgas oxidiert. Die Stoffbilanz ist ausgeglichen. Der Sensor braucht eine dritte Elektrode, die das Potential der Messelektrode in einem Bereich von –300 bis –800 mV hält. Dokumentiert wird dieser Stand der Technik von zahlreichen Patenten beziehungsweise Patentanmeldungen. Eine der ersten Veröffentlichungen stellt die Offenlegungschrift US 3328277A der Firma Honeywell aus dem Jahr 1964 dar, in welcher ein bleifreier Sauerstoffsensor mit einer Abfang-Elektrode betrieben wird. Weitere Beschreibungen von Messzellen, mit denen sich auch gasförmiger Sauerstoff messen lässt, stammen von der Firma Dräger aus den 1990er Jahren ( DE 4231256 C2 und DE 1962293 C1 ). Dort wird zum einen die Verwendung unterschiedlicher Metalle in den Messelektroden beschrieben, zum anderen wird eine Platin-Sauerstoff-Elektrode als stabile Referenzelektrode (RE) thematisiert. Die Erweiterung des Metallspektums zur Sauerstoffreduktion auf andere Platinmetalle, wie z. B. Iridium, ist sinnvoll. Allerdings lässt sich die Verwendung einer Pt-Luftsauerstoff-Elektrode bereits aus dem Lehrbuch Elektrochemische Kinetik von Prof. Dr. K. Vetter aus den 1960er Jahren ableiten (K. Vetter, Elektrochemische Kinetik, Springer Verlag, 1961), in welchem dieser die O2-Reduktion an Platinoberflächen beschreibt. Eine Nernstsche Abhängigkeit zwischen dem O2-Partialdruck und dem Reduktionspotential, die das Patent DE 4231256 C2 umgehen will, lässt sich demnach für standardmäßig gebräuchliche Elektroden als unwahrscheinlich ausschließen.
  • Patente und Patentanmeldungen aus jüngerer Zeit beschäftigen sich mit der Lösung der zentralen Probleme beim Bau eines bleifreien O2-Sensors, der Aufrechterhaltung eines Sau erstoffkonzentrationsgradienten zwischen der ME und der GE, sowie der Abführung des erzeugten O2-Gases an der GE. Das Dräger Patent DE 19726453 C2 beschreibt den Schutz der ME mit einer vierten Elektrode vor der Rückdiffusion von gelöstem O2-Gas im Elektrolyten. Das Patent DE 19845318 C2 , welches eine ähnliche Richtung hat, zielt auf die Realisierung mit gesinterten Elektroden ab. Das Patent US 6666963 B1 von Industrial Scientific beansprucht, dass im Sensor entstehende Gase über ein Druckausgleichssystem abgeleitet werden. Der nötige Abstand der ME von der GE wird hier dadurch gewährleistet, dass die Elektroden an entgegengesetzten Enden des Sensors platziert sind.
  • Die neueste Richtung der Patentliteratur beschäftigt sich mit der Erhöhung der Robustheit der Sensoren. Dies erweitert zum einen deren Lebenszeit und ihre Anwendungsbreite, zum anderen eröffnet es die Möglichkeit der Miniaturisierung der Gassensoren bei gleich bleibender oder verbesserter Performance. Die Offenlegungsschrift DE 102004037 A1 von Dräger beschreibt die Konstruktion eines sehr flachen Sensors unter Verwendung von ionischen Flüssigkeiten als Elektrolyt. Im Patent DE 102004059280 B4 von Dräger wird explizit ein flacher O2-Gassensor beschrieben, der die ME mit einer Nafion-Sperrschicht vor der O2-Rückdiffusion schützt und zudem mit einem integrierten Speicherchip versehen ist. Das Patent US 7258773 B2 von RAE Systems arbeitet mit Nafion als Festkörperelektrolyten, mit dem Ziel der Leckagesicherheit. Der Schutz vor Rückdiffusion von Gas zur ME besteht auch hier. Die Patenterteilung der letzten beiden genannten Patente verwundert, da der Bau von Sauerstoffgassensoren mit Hilfe von Nafion-Membranen Lehrbuch bekannt ist (vgl. Y. Osada, D. E. DeRossi, Polymer Sensors and Actuators, Springer (2000); Original Quelle: H. Q. Yan, J. T Lu (1989) Sensors and Actuators 19:33).
  • Eine mechanisch sehr robuste Variante stellt die Offenlegungsschrift WO 2007/115801 A1 von MST-Technology vor. Dort liegen die ME und die GE auf einer Ebene im Sensor. Die ME steht über eine Gasdiffusionssperre mit der Außenwelt in Kontakt, die GE ist durch eine Vielzahl von Öffnungen zur Abführung des entstehenden Sauerstoffgases gekennzeichnet. Die ME ist von einer konzentrisch um diese gelegte Barriere umgeben. Diese konzentrische Barriere dient dazu, den Abstand zwischen ME und GE zu vergrößern, welcher zum Aufbau eines O2-Konzentrationsgradienten notwendig ist. Auf diesem Weg wird die Rückdiffusion des O2 in die Lösung verhindert.
  • Allerdings hat diese einfache konzentrische Barriere den Nachteil, dass eine hohe Anzahl an Bauteilen notwendig ist, da ME und GE nicht in einem Bauteil kombiniert werden können. Das Erfordernis mehrerer Bauteile erhöht die Fehlerwahrscheinlichkeit und verkompliziert den Aufbau, Weiterhin ist mit dieser einfachen konzentrischen Barriere nur eine relativ geringe Abstandsvergrößerung möglich. Um einen stabilen Gradienten zu garantieren, muss die Diffusionsstrecke zwischen ME und GE eine gewisse Länge haben.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war somit die Bereitstellung einer Variante, welche weniger Bauteile erfordert und somit den Aufbau einfacher und den Betrieb sicherer und robuster macht, sowie eine stärkere Vergrößerung des Abstands zwischen GE und ME ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrochemischen Sauerstoffsensor gemäß Anspruch 1. In anderen Worten wird diese Aufgabe durch einen elektrochemischen Sauerstoffsensor (1) gelöst, welcher ein Gehäuse (11) mit einer einen Elektrolyten (9) enthaltenden Kammer, mindestens eine Messelektrode (2a) zur Sauerstoffdetektion, mindestens eine Gegenelektrode (2b) und mindestens eine Bezugselektrode (7) sowie eine Öffnung mit Stoffflussbegrenzung (4) an der Messelektrode (2a) und mindestes eine Entlüftungsöffnung (5) an der Gegenelektrode (2b) und gegebenenfalls weitere Entlüftungsöffnungen (10) umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass der Sauerstoffsensor (1) einen zweiteiligen Isolator aufweist, wobei ein erster Teil (12) des Isolators mit einem zweiten Teil (6) des Isolators ein Diffusionslabyrinth zwischen der Mess- und der Gegenelektrode (2a, 2b) bildet.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Zwischen der ME und der GE muss funktionsbedingt eine Diffusionsstrecke liegen, über die sich ein Sauerstoffgradient ausbilden kann. Der Gradient hat dabei den Wert Null für die Sauerstoffkonzentration auf der ME und typischerweise > 20,9% auf der GE. Auf der ME wird hierbei gasförmiger Sauerstoff zu Wasser reduziert, an der GE das Sauerstoffanion im Wasser zu Sauerstoffgas oxidiert. Am Laufen gehalten wird die Reaktion durch eine Vorspannung, die zwischen der BE und der ME anliegt und einen Wert von –300 bis –800 mV hat. Um eine Potentialverschiebung auf der BE zu verhindern, befindet diese sich außerhalb des Gradienten zwischen ME und GE.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform trägt der erste Teil des Isolators (12) eine Membran (15) mit Mess- und Gegen elektrode (2a, 2b) in einer Ebene. Dieser Sensor hat gegenüber den meisten der eingangs beschriebenen Sensoren den Vorteil, dass, wenn ME und GE auf einer Ebene im Sensor liegen, ein Miniaturisierungspotential gegeben ist und der Ohmschen Widerstand (= Ansprechzeit des Sensors) minimiert wird. Der künstliche Abstand zwischen ME und GE, der zum Aufbau eines O2-Konzentrationsgradienten benötigt wird, wird von einem Labyrinth von halbreisförmigen, in sich verschachtelten Barrieren aufgebaut.
  • Bevorzugt sind die Messelektrode (2a) kreisförmig und die Gegenelektrode (2b) als offener oder geschlossener Ring ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet. Vorzugsweise weisen der erste Teil (12) und der zweite Teil (6) des zweiteiligen Isolators jeweils mindestens eine im Wesentlichen ringförmige, in mindestens einem Abschnitt unterbrochene Wand (13, 14) auf, welche zusammen das Diffusionslabyrinth bilden. Dabei ist es bevorzugt, dass der zweite Teil (6) des zweiteiligen Isolators mindestens eine ringförmige, in mindestens einem Abschnitt unterbrochene Wand (14) aufweist, wobei die Wände des ersten Teils (12) und des zweiten Teils (6) so ineinander angeordnet sind, dass jeweils der unterbrochene Abschnitt einer inneren Wand zu einer weiter außen liegenden benachbarten Wand des anderen Teils zeigt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des elektrochemischen Sauerstoffsensors (1) bilden die Wände (13, 14) des ersten Teils (12) und des zweiten Teils (6) zusammen im Querschnitt einen wellenförmigen Kanal [vgl. 1]. Dies ermöglicht den Druck der ME und GE auf eine Membran, was den Einbau in einem Teil möglich macht. Somit wird den Bau des Sensors vereinfacht und billiger gemacht. Gleiches gilt für die Realisierung des Sensors mit Glasfaserseparatoren oder Scheiben eines Festelektrolyten. Die Ableitung der ME muss so nicht direkt über die GE geführt werden, was wiederum die Gefahr eines elektrischen Kurzschlusses zwischen ME und GE minimiert.
  • Eine andere bevorzugte Ausführungsform ist ein elektrochemischer Sauerstoffsensor (1), bei welchem die Wände (13) des ersten Teils (12) an dem zweiten Teil und die Wände (14) des zweiten Teils (6) an dem ersten Teil des Isolators anliegen [vgl. 2].
  • Insgesamt ist es bevorzugt, dass der erste Teil (12) und der zweite Teil (6) der elektrochemischen Sauerstoffsensors (1) jeweils mindestens zwei Wände (13, 14) aufweisen [vgl. 5].
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des elektrochemischen Sauerstoffsensors (1) führt die mindestes eine Entlüftungsöffnung (5) an der Gegenelektrode (2b) seitlich aus dem Sauerstoffsensor hinaus. Dies schützt sie vor Verschluss durch Verschmutzung im Feldeinsatz. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Entlüftungsöffnungen (5) an der Gegenelektrode (2b) miteinander verbunden.
  • Die BE liegt außerhalb des O2-Konzentrationsgradienten und wird von diesem nicht berührt, was auch nach jahrelangem Einsatz für eine stabile BE sorgt.
  • Vorzugsweise werden die Materialien der Elektroden (2a, 2b, 7) aus der Gruppe von Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Palla dium und Platin oder den Oxiden dieser Metalle ausgewählt, wobei die Materialien der einzelnen Elektroden gleich oder verschieden sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Elektroden (2a, 2b, 7) Graphit-Elektroden, welche mit Materialien aus der Gruppe von Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Palladium und Platin oder den Oxiden dieser Metalle beschichtet sind, wobei die Materialien der einzelnen Elektroden gleich oder verschieden sind. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Materialien aus der Gruppe von Gold, Platin, Platinoxid und Mischungen aus Platin mit Platinoxid, wobei die Materialien der einzelnen Elektroden gleich oder verschieden sind.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des elektrochemischen Sauerstoffsensors (1) ist die Membran (15), auf welche sich Mess- und Gegenelektrode (2a, 2b) befinden, gasdurchlässig.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, wenn mindestens eine der Öffnungen (4), (5) und (10) durch eine gasdurchlässige Dichtung (3) verschlossen ist. Vorzugsweise ist mindestens eine der Öffnungen (4), (5) und (10) durch eine Folie aus Polytetrafluorethylen (PTFE) verschlossen.
  • Ebenfalls ist bevorzugt, dass die Öffnung mit Stoffflussbegrenzung (4) eine Diffusionsbarriere aufweist. Diese Diffusionsbarriere (16) ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe von Kapillaren, Membranen oder Folien. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Öffnung mit Stoffflussbegrenzung (4) als Diffusionsbarriere (16) eine Kapillare aufweist. Zur Schaffung einer Kapillare besteht die Möglichkeit, einfach ein Loch in den ersten Teil (12) des Isolators zu bohren. Mit konventionellen Bohrern wird ein minimalen Lochquerschnitt von etwa 100 μm auf einer Länge von 2 mm erzielt.
  • Die Gefahr des Abbrechens des Bohrers ist allerdings sehr hoch und die Bohrer sind verhältnismäßig teuer. Kleinere Löcher können mittels Laserbohrern erzielt werden (–40 μm), die durchaus auch tiefer als 2 mm bohren können.
  • Bestimmte Anwendungen machen es erforderlich, auf eine Stoffflusskontrolle durch eine Kapillare zu verzichten und stattdessen eine dichte Folie in Verbindung mit einer vorbereiteten Öffnung zu verwenden, um einen partialdruckabhängigen Sauerstoffsensor zu erhalten. Dieser wird vor allem in der Medizintechnik eingesetzt (die menschliche Lunge arbeitet auch O2-partialdruckabhängig). Dies hat aber teilweise den Nachteil einer exponentiellen Temperaturabhängigkeit zwischen der Empfindlichkeit des Sensors und der ihn umgebenden Raumtemperatur. Hinsichtlich der Folien, welche die Öffnung mit Stoffflussbegrenzung (4) als Diffusionsbarriere (16) aufweisen kann, sind Folien aus der Gruppe von Perfluor-Ethylen-Propylen (FEP), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyethylenterephthalat (PET) und Polyetheretherketon (PEEK) bevorzugt.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die Öffnung mit Stoffflussbegrenzung (4) als Diffusionsbarriere (16) eine Knudsen-Membran auf.
  • In einer Ausführungsform des elektrochemischen Sensors (1) ist der Elektrolyt eine wässrige Lösung, welche einen sauren oder basischen pH-Wert aufweist.
  • Bevorzugt sollte der Elektrolyt zur Gewährleistung der Funktionstüchtigkeit des Sensors, (Gradient!) sicher fixiert sein. Dazu sind mehrere Varianten möglich. Eine erfindungsgemäß bevorzugte Variante ist das Vorliegen des E lektrolyten in einem saugfähigen Medium, ausgewählt aus der Gruppe von Glasfasermatten, Kunststoffscheiben oder Kieselgel. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn der Elektrolyt als säuregetränktes Kieselgel vorliegt. Eine andere bevorzugte Ausführungsform ist das Vorliegen des Elektrolyten in Form eines sauren elektrisch leitenden Gels. Eine Alternative ist die Verwendung von mit Schwefelsäure getränkten Glasfaserfliesen.
  • Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Sensors stellt der sehr offene Aufbau des Sensors dar. Durch eine Vielzahl von Entlüftungen kann Druck aus dem Sensor leicht entweichen. Dieses ist vor allem vor dem Hintergrund wichtig, dass an der GE kontinuierlich Sauerstoff erzeugt wird, der umgehend abgeführt werden muss, um die Folgen von hohen Innendrucken-Signalschwankungen und Leckagen- von vornherein auszuschließen. Auch die Wirkung von Druckwellen bzw. schnellen Druckschwankungen sollte bei diesem Aufbau minimiert werden.
  • Die 1 bis 6 bilden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ab. Es zeigen:
  • 1 Eine schematische Querschnittsansicht eines elektrochemischen Sensors (1). Die Wände (13, 14) des ersten Teils (12) und des zweiten Teils (6) bilden zusammen im Querschnitt einen wellenförmigen Kanal.
  • 2 Eine schematische Draufsicht auf den elektrochemischen Sensor aus 1.
  • 3 Eine schematische Querschnittsansicht eines elektrochemischen Sauerstoffsensors (1), bei welchem die Wände (13) des ersten Teils (12) an dem zweiten Teil und die Wände (14) des zweiten Teils (6) an dem ersten Teil des Isolators anliegen.
  • 4 Eine schematische Draufsicht auf den elektrochemischen Sensor aus 3.
  • 5 Eine schematische Querschnittsansicht eines elektrochemischen Sensors, wobei der erste Teil (12) des elektrochemischen Sauerstoffsensors (1) zwei Wände (13) und der zweite Teil (6) des elektrochemischen Sauerstoffsensors (1) drei Wände (14) aufweisen.
  • 6 Eine schematische Draufsicht auf den elektrochemischen Sensor aus 5.
    • 1
    Elektrochemischer Sauerstoffsensor
    2a
    Messelektrode
    2b
    Gegenelektrode
    3
    Dichtung
    4
    Öffnung mit Stoffflussbegrenzung
    5
    Entlüftungsöffnung
    6
    zweiter Teil des Isolators
    7
    Bezugselektrode
    8
    Sockelscheibe
    9
    Elektrolyt
    10
    Entlüftungsöffnung
    11
    Gehäuse
    12
    erster Teil des Isolators
    13
    Wand
    14
    Wand
    15
    Membran
    16
    Diffusionsbarriere
  • 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
    • - US 3328277 A [0002]
    • - DE 4231256 C2 [0002, 0002]
    • - DE 1962293 C1 [0002]
    • - DE 19726453 C2 [0003]
    • - DE 19845318 C2 [0003]
    • - US 6666963 B1 [0003]
    • - DE 102004037 A1 [0004]
    • - DE 102004059280 B4 [0004]
    • - US 7258773 B2 [0004]
    • - WO 2007/115801 A1 [0005]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Prof. Dr. K. Vetter aus den 1960er Jahren ableiten (K. Vetter, Elektrochemische Kinetik, Springer Verlag, 1961) [0002]
    • - Y. Osada, D. E. DeRossi, Polymer Sensors and Actuators, Springer (2000) [0004]
    • - Original Quelle: H. Q. Yan, J. T Lu (1989) Sensors and Actuators 19:33 [0004]

Claims (25)

  1. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1), umfassend ein Gehäuse (11) mit einer einen Elektrolyten (9) enthaltenden Kammer, mindestens eine Messelektrode (2a) zur Sauerstoffdetektion, mindestens eine Gegenelektrode (2b) und mindestens eine Bezugselektrode (7) sowie eine Öffnung mit Stoffflussbegrenzung (4) an der Messelektrode (2a) und mindestens eine Entlüftungsöffnung (5) an der Gegenelektrode (2b) und gegebenenfalls weitere Entlüftungsöffnungen (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor (1) einen zweiteiligen Isolator aufweist, wobei ein erster Teil (12) des Isolators mit einem zweiten Teil (6) des Isolators ein Diffusionslabyrinth zwischen der Mess- und der Gegenelektrode (2a, 2b) bildet.
  2. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach Anspruch 1, wobei der erste Teil des Isolators (12) eine Membran (15) mit Mess- und Gegenelektrode (2a, 2b) in einer Ebene trägt.
  3. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Messelektrode (2a) kreisförmig und die Gegenelektrode (2b) als offener oder geschlossener Ring ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet sind.
  4. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Teil (12) und der zweite Teil (6) des zweiteiligen Isolators jeweils mindestens eine im Wesentlichen ringförmige, in mindestens einem Abschnitt unterbrochene Wand (13, 14) aufweisen, die zusammen das Diffusionslabyrinth bilden.
  5. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zweite Teil (6) des zweiteiligen Isolators mindestens eine ringförmige, in mindestens einem Abschnitt unterbrochene Wand (14) aufweist, wobei die Wände des ersten Teils (12) und des zweiten Teils (6) so ineinander angeordnet sind, dass jeweils der unterbrochene Abschnitt einer inneren Wand zu einer weiter außen liegenden benachbarten Wand des anderen Teils zeigt.
  6. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wände (13, 14) des ersten Teils (12) und des zweiten Teils (6) zusammen im Querschnitt einen wellenförmigen Kanal bilden.
  7. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wände (13) des ersten Teils (12) an dem zweiten Teil und die Wände (14) des zweiten Teils (6) an dem ersten Teil des Isolators anliegen.
  8. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Teil (12) und der zweite Teil (6) jeweils mindestens zwei Wände (13, 14) aufweisen.
  9. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die mindestes eine Entlüftungsöffnung (5) an der Gegenelektrode (2b) seitlich aus dem Sauerstoffsensor hinausführt.
  10. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Entlüftungsöffnungen (5) an der Gegenelektrode (2b) miteinander verbunden sind.
  11. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Materialien der Elektroden (2a, 2b, 7) aus der Gruppe von Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Palladium und Platin oder den Oxiden dieser Metalle ausgewählt sind, wobei die Materialien der einzelnen Elektroden gleich oder verschieden sind.
  12. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Elektroden (2a, 2b, 7) Graphit-Elektroden sind, welche mit Materialien aus der Gruppe von Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Palladium und Platin oder den Oxiden dieser Metalle beschichtet sind, wobei die Materialien der einzelnen Elektroden gleich oder verschieden sind.
  13. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Materialien aus der Gruppe von Gold, Platin, Platinoxid und Mischungen aus Platin mit Platinoxid ausgewählt sind, wobei die Materialien der einzelnen Elektroden gleich oder verschieden sind.
  14. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Membran (15), auf welche sich Mess- und Gegenelektrode (2a, 2b) befinden, gasdurchlässig ist.
  15. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei mindestens eine der Öffnungen (4), (5) und (10) durch eine gasdurchlässige Dichtung (3) verschlossen ist.
  16. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei mindestens eine der Öffnungen (4), (5) und (10) durch eine Folie aus Polytetrafluorethylen (PTFE) verschlossen ist.
  17. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Öffnung mit Stoffflussbegrenzung (4) eine Diffusionsbarriere aufweist.
  18. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Öffnung mit Stoffflussbegrenzung (4) eine Diffusionsbarriere (16) ausgewählt aus der Gruppe von Kapillaren, Membranen oder Folien aufweist.
  19. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Öffnung mit Stoffflussbegrenzung (4) als Diffusionsbarriere (16) eine Kapillare aufweist.
  20. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Öffnung mit Stoffflussbegrenzung (4) als Diffusionsbarriere (16) eine Folie aus der Gruppe von Perfluor-Ethylen-Propylen (FEP), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyethylenterephthalat (PET) und Polyetheretherketon (PEEK) ist.
  21. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Öffnung mit Stoffflussbegrenzung (4) als Diffusionsbarriere (16) eine Knudsen-Membran aufweist.
  22. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei der Elektrolyt eine wässrige Lösung ist, welche einen sauren oder basischen pH-Wert aufweist.
  23. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei der Elektrolyt in einem saugfähigen Medium, ausgewählt aus der Gruppe von Glasfasermatten, Kunststoffscheiben oder Kieselgel, vorliegt.
  24. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei der Elektrolyt als säuregetränktes Kieselgel vorliegt.
  25. Elektrochemischer Sauerstoffsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei der Elektrolyt in Form eines sauren elektrisch leitenden Gels vorliegt.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2482063A1 (de) * 2011-01-27 2012-08-01 Life Safety Distribution AG Elektrochemischer Sauerstoffsensor mit interner Sauerstoffdiffusionsbarriere
DE102016003452A1 (de) * 2016-03-23 2017-09-28 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008024392B4 (de) 2008-05-15 2011-11-17 Msa Auer Gmbh Elektrochemischer Sauerstoffsensor
CN104155355A (zh) * 2014-08-20 2014-11-19 黄崇艺 氧传感器
WO2017014764A1 (en) * 2015-07-22 2017-01-26 Honeywell International Inc. Inert corrosion barriers for current collector protection
WO2017014853A1 (en) * 2015-07-22 2017-01-26 Honeywell International Inc. Wicking channels
EP3341717A4 (de) * 2015-08-24 2019-06-26 Honeywell International Inc. Sensorelektrodensauerstoffsteuerung in einem sauerstoffsensor
EP3485267A1 (de) * 2016-07-15 2019-05-22 Unisense A/S Elektrochemischer sensor mit kleiner öffnung
US10801982B2 (en) 2017-06-29 2020-10-13 University of Pittsburgh—of the Commonwealth System of Higher Education Graphitic carbon nitride sensors
US11609207B2 (en) * 2020-03-31 2023-03-21 Analog Devices International Unlimited Company Electrochemical sensor and method of forming thereof

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3328277A (en) 1964-04-03 1967-06-27 Honeywell Inc Oxygen sensor with a scavenger electrode
GB2049952A (en) * 1979-05-17 1980-12-31 City Tech Diffusion barrier gas sensor
US4406770A (en) * 1981-02-03 1983-09-27 Coal Industry (Patents) Limited Gas sensor
WO1989009398A1 (en) * 1988-03-22 1989-10-05 Commonwealth Scientific And Industrial Research Or Oxygen probe assembly
DE4231256C2 (de) 1992-09-18 1995-12-21 Draegerwerk Ag Elektrochemischer Sauerstoffsensor mit einer Luftsauerstoffelektrode als Bezugselektrode
US5830337A (en) * 1996-07-24 1998-11-03 Gastech, Inc. Electrochemical gas sensor
DE19726453C2 (de) 1997-06-21 2000-08-10 Draegerwerk Ag Elektrochemischer Sauerstoffsensor
DE19845318C2 (de) 1998-10-01 2000-09-07 Draeger Sicherheitstech Gmbh Elektrochemischer Sauerstoffsensor
US20020070112A1 (en) * 2000-10-19 2002-06-13 Lee Dong Kwon Microchip-type oxygen gas sensor based on differential potentiometry
DE10204037A1 (de) 2002-02-01 2003-08-21 Motoren Ventilatoren Gmbh Radialgebläse mit Elektromotor
US6666963B1 (en) 2002-08-14 2003-12-23 Industrial Scientific Corporation Oxygen sensor
DE102004059280B4 (de) 2004-12-09 2007-08-16 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor
US7258773B2 (en) 2003-08-12 2007-08-21 Rae Systems, Inc. Solid polymer electrolyte oxygen sensor
WO2007115801A1 (en) 2006-04-06 2007-10-18 Mst Technology Gmbh Oxygen sensor

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH500043A (de) 1968-12-13 1970-12-15 Braecker Ag Sicherheitseinrichtung für Werkzeugmaschinen
DE2547613A1 (de) * 1975-10-24 1977-04-28 Hartmann & Braun Ag Vorrichtung zur messung von in luft enthaltenen stickoxyden
DE19533911C1 (de) 1995-09-13 1996-05-09 Draegerwerk Ag Elektrochemische Meßzelle
DE19622931C2 (de) 1996-06-07 2001-02-22 Draegerwerk Ag Elektrochemischer Mehrgassensor
US6358384B1 (en) 1997-07-10 2002-03-19 National Draeger Incorporated Electrochemical sensor for detecting a predetermined gas
US6258170B1 (en) * 1997-09-11 2001-07-10 Applied Materials, Inc. Vaporization and deposition apparatus
CH697047A5 (de) 2004-05-27 2008-03-31 Membrapor Ag Ammoniaksensor.
DE102004037312B4 (de) 2004-07-31 2015-02-05 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102008024392B4 (de) 2008-05-15 2011-11-17 Msa Auer Gmbh Elektrochemischer Sauerstoffsensor

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3328277A (en) 1964-04-03 1967-06-27 Honeywell Inc Oxygen sensor with a scavenger electrode
GB2049952A (en) * 1979-05-17 1980-12-31 City Tech Diffusion barrier gas sensor
US4406770A (en) * 1981-02-03 1983-09-27 Coal Industry (Patents) Limited Gas sensor
WO1989009398A1 (en) * 1988-03-22 1989-10-05 Commonwealth Scientific And Industrial Research Or Oxygen probe assembly
DE4231256C2 (de) 1992-09-18 1995-12-21 Draegerwerk Ag Elektrochemischer Sauerstoffsensor mit einer Luftsauerstoffelektrode als Bezugselektrode
US5830337A (en) * 1996-07-24 1998-11-03 Gastech, Inc. Electrochemical gas sensor
DE19726453C2 (de) 1997-06-21 2000-08-10 Draegerwerk Ag Elektrochemischer Sauerstoffsensor
DE19845318C2 (de) 1998-10-01 2000-09-07 Draeger Sicherheitstech Gmbh Elektrochemischer Sauerstoffsensor
US20020070112A1 (en) * 2000-10-19 2002-06-13 Lee Dong Kwon Microchip-type oxygen gas sensor based on differential potentiometry
DE10204037A1 (de) 2002-02-01 2003-08-21 Motoren Ventilatoren Gmbh Radialgebläse mit Elektromotor
US6666963B1 (en) 2002-08-14 2003-12-23 Industrial Scientific Corporation Oxygen sensor
US7258773B2 (en) 2003-08-12 2007-08-21 Rae Systems, Inc. Solid polymer electrolyte oxygen sensor
DE102004059280B4 (de) 2004-12-09 2007-08-16 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor
WO2007115801A1 (en) 2006-04-06 2007-10-18 Mst Technology Gmbh Oxygen sensor

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Original Quelle: H. Q. Yan, J. T Lu (1989) Sensors and Actuators 19:33
Prof. Dr. K. Vetter aus den 1960er Jahren ableiten (K. Vetter, Elektrochemische Kinetik, Springer Verlag, 1961)
Y. Osada, D. E. DeRossi, Polymer Sensors and Actuators, Springer (2000)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2482063A1 (de) * 2011-01-27 2012-08-01 Life Safety Distribution AG Elektrochemischer Sauerstoffsensor mit interner Sauerstoffdiffusionsbarriere
CN102818831A (zh) * 2011-01-27 2012-12-12 生命安全销售股份公司 具有氧扩散内隔障的电化学氧传感器
DE102016003452A1 (de) * 2016-03-23 2017-09-28 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor
DE102016003452B4 (de) 2016-03-23 2023-05-11 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor
US11668669B2 (en) 2016-03-23 2023-06-06 Dräger Safety AG & Co. KGaA Electrochemical gas sensor

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