DE1773110A1

DE1773110A1 - Element zur Bestimmung des Sauerstoffpartialdruckes

Info

Publication number: DE1773110A1
Application number: DE19681773110
Authority: DE
Inventors: Dr Haerdtl Karl Heinz
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1968-04-02
Filing date: 1968-04-02
Publication date: 1971-09-23
Also published as: NL6904795A; FR2005414A1; GB1200439A; US3611243A

Description

"Element zur Bestimmung des Saueretoffpartialdruckes"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Element für ein Gerat zur Bestimmung des Saueretoffpartialdruckes»

Es ist ein derartiges Qerät bekannt (z.B. aus einen Artikel von H. Schaalaried in der Z.f·Elektrochemie 6£, 572-57^ ( bei dem Gebrauch gemacht wird von der Eigenschaft von Zirkonoxyd, dass es cine revereibeIe Reaktion mit Sauerstoff aufweist, wobei die elektrische Leitung mittels Sauere to !..'ionen stattfindet· Die EMK zwischen einem Elektrodenpaar, das beiderseits an die Oberflächen eines aus ZrO_? bestehenden Körpers angebracht ist, ist dem Logarithmus das Part ial druckverhäl trusses von Sauerstoff in der den beiden Elektroden umringenden Atmosphäre proportional· Dieses Gerät eignet

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sich nicht nur zur Messung des Sauerstoffpartialdruckes In einer Oasataoephäre, sondern auch zu Dotierung von kleinen Mengen Sauerstoff, wenn man zwieohen den obengenannten Elektroden eine definierte EMK anliegt. Bas Gerat eignet sich für Messungen in den Bereioh von 1-10"^ Atm. und ist sogar für einige arOssenordnungen darunter genügend empfindlich. Die Messgenauigkeit und die Einatellgesehwindigkeit sind gross.

In der ohenisohen Technologie besteht Bedarf an einem Gerät, das nioht zu kompliziert ist und womit man sohnell die Orofessnordnung eines Sauerstoffpartialdruoks ermitteln kann* Das oben beschriebene Gerät hat für diesen Zweck einen su kleinen Messbereich und ist dafür zu kompliziert· Das Ziel der Erfindung ist ein solches Gerat.

Bs ist weiter (aus einem Artikel von R.H.HLuraenthal es. in der "J.Phys.Chem. Solide" 2J, 643-654 (1966) bekannt, das· nichtstöchionetrisohes Titandioxyd elektrisches Leitvermögen besitzt» dass reversibel von dem Sauerstoffpartialdruck abhangig ist* Bei Temperaturen über 100O⁰C let die Einstellgeschwindigkeit gross genug, dass man aus TiO. bestehende Körper verwenden kSnnte sur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Gasgemischen mittels Messung des elektrischen Leitvermögens der Körper· Leider stellte es sieh bei Untersuchungen in dieser Richtung heraus, dass sioh in der Kurve, die die elektrische Leitfähigkeit in Abhängigkeit von dem Sauerstoff partial druck darstellt, ein Minimum befindet, z.B. in dsm Gebiet swiaohen 1 und 10~ Atm. 0-. Dies bedeutet, dass es in diesem Gebiet eine Reihe von Leitfähitfkeitswerten gibt, die für je zwei Sauerstoffpartialdruckwertβ geften»

Aus näheren Untersuchungen ging hervor, dass das Auftreten des LeitffthigkeitsminimuoB verursaoht wurde durch die Anwesenheit von p-Leitung hervorrufende! Verunreinigung«, des Titandioxyds, wie Al

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Fe⁺ ι Co oder Ni . Ss wurde gefunden, dass ee durch Zueats von Verbindungen, die η-Leitung hervorrufcndai Metallionen enthalten, m«£lich ist eine geradlinige oder nahezu geradlinige Abhängigkeit des Logarithmus der Leitfähigkeit vom Logarithmus des Sauerstoffpartialdruokee zu erhalten· Dazu ist erforderlich, dass die Zusatz- ; onzentration einen bestimmten Wert hat. Dieser Wert kann leicht in einer Versuchreihe ermittelt werden. Zu bemerken ist, dasβ die Abhängigkeit der Leitfähigkeit von dem Sauerstoffpartialdruofc auoh nooh von dor Temperatur abhangig ist. Zuvor muss also die Keeetemperatur festgelegt werden·

Eine UeberdotLerung der Verbindung, die η-Leitung hervorrufende Metallionen enthalt, bringt mit sich, dass in der Kurve, die die Abhängigkeit der Leitfähigkeit von dem Sauerstoffpartialdruck darstellt, ein alt dem Absziss paralleler Teil auftritt.

Das Floment für die Bestimmung von Saueretoffpartialdrucken in Gasgemischen mittels Messung der Leitfähigkeit und einer Eiohkurve ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass es besteht aus Titandioxid, dem eine solche Menge einer Verbindung, die n-Leitung hervorrufende Me tallionen enthalt, zugegeben wurde, dass die Abhängigkeit des Logarithmus der Leitfähigkeit vom Logarithmus des Sauerstoffpartij-ldruckes geradlinig oder nahezu geradlinig, ohne Auftreten eines Mini-ioas oder eines mit dea Absziss parallelen Teiles, ist·

Ein Beispiel einer solchen Verbindung, die η-Leitung hervorrufende Hotallionen enthält, ist Niobiumpentoxyd.

Zur Erläuterung der ^findung wird ein Element für ein Gerät für die Messung von Sauerstoffpartialdrucken anhand einiger Abbildungen beschrieben. Titandioxydpulver wurde mit 0,05 hzw. 0,2 Mol.ft Kiobiumpentoxyd vermengt) mit einen Bindemittel gepresst und gesintert· Die .Lamit erhaltenen Keramikkörper hatten eine Abmessung von 15 ι 5 ι 0,8 as und rinen mittleren Korndurcnrnesser vor. 30-^0 na. Ks wurde auch eine

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Probe ohne Zusatz hergestellt.

Abbildung 1 zeigt einon Schnitt durch die Messapparatur. Die Temperatur wurde nit Hilfe einee Pt/Pt-Rh-Thermoelementes zwischen 800 und 1000 C auf + 2 C konstant erhalten· Die Messung erfolgt in diesem Gerät mit der üblichen Vierpunktmethode, zur Eliminierung der Fehler die dadurch auftreten, dass die Kontaktwlderstttnde der ntromzuführunjen "ber den gesamten Mocsbereich einen endlichen Wert haben. Die Messung wird mit 'iechcelepannung ausgeführt, weil sonet bei hohen Dauerstoffdrücken, d.h. bei hohem Widerstand der Meesproben, Ionenleitung auftritt·

Durch dao Hohr 1 wird das Gasgemisch dem Hesselement 3 entlang geführt. Mit den Heizuneeelenient 2 wird die erforderte Temperatur eingestellt. Mit 4 sind die elektrischen Zufuhrleitungen für die Leitfähigkeitsmessung bezeichnet und mit 5 die fur das Thermoelement. Abbildung 2 zeigt die Messonde in Draufsicht.

I¹Ur die Bestimmung der Eiohkurve werden im Messbereich· 1-1O~» Atm. 0 Saueretoff-Argon-Mischungcn verwendet. Das Argon iot von reinstem Qualität mit einem Sauerstoffgehalt von 1-2 ppm. Zur Einstellung niedriger Sauerstoffpartialdrücken dienen H„ + Ar (oder N_?) HpO-Gasgemische, wouit je nach Temperatur Säuerntoffpartialdrücke zwiecuen 10 und 10 Atm· erzeugt worden kennen. Bei den niedrigsten Sauerstoffdrücken enthält die Oasmischung I90 Torr. Π_ + 570 Torr N„ + 4,8 Torr II_0. Bei einer weiteren WaeserstoffdruakerhOhung sollte dftr Hess bereich zu noch niedrigeren Sauerstoffpartialdrücken ausgedehnt werden kSnnen. Die ilaueratoffpartialdrücke werden nit Hilfe dee Maosonwirkungsgesdtzea berechnet.

In Abbildung 3 sind die Meesergnbnisso zusamaengefaast. Kurve ", din nahezu geradlinig ist, gilt für die Prcbo TiO + 0,05 % Wb_?C bei 1000 C* Kurve 2 <j;il$ f^r ein Element, daa aus handelsüblichem TiO,,

besteht, e er,falle b.i IÜQO°C 2nd Kurve 3 für ein Element, dass aus

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BAD ORIGINAL

TiO + 0,2 $> tfb„O besteht, wobei die Nb_O_t.-Dotierung zu grooe ist. In dem Kurvenblatt ist die elektrische Leitfähigkeit <T in j_Qom] aufgetr igen eegen den Logarithmus des Sauerstoffpartialdimckes in Ata.

Mit einem handelsübllohen Milliohmneter und einer Temperature ins teilung von + 2 C kann ein Oesatntfehlor in der Leitfähigkeitsmessung; von + 4^ abgeschätzt werden, der sioh in einem Fehler von + 20^ in der Saueretoff-Bestimmung Sussert«

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Claims

- 1Ϊ7Λ110 PATENT mrs PRUECHE;

1. Element fQr tile Bestimmung von Sau«, rs toff partial drücken in Gasgemischen mittels Messung der Leitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass es besteht aus Titandioxyd, dem eine solche Menge einer Verbindung, die η-Leitung hervorrufende Ketallionen enthält, zugegeben wurde, das· die Abhängigkeit des Logarithmus der Leitfähigkeit vom Logarithmus dee Sauerstoffpartial druckes geradlinig oder nahezu geradlinig verläuft, ohne Auftreten eines Minimums oder eines mit dem Abeziae parallelen Teiles.

2· Element nach Patentanmeldung 1^ dadurch gekennzeichnet, daee die η-Leitung hervorrufende Metallionen fUnfwertije Niobiumionen sind·

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