DE19645694A1 - Sensor zur Messung der Zusammensetzung von Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemischen - Google Patents

Sensor zur Messung der Zusammensetzung von Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemischen

Info

Publication number
DE19645694A1
DE19645694A1 DE19645694A DE19645694A DE19645694A1 DE 19645694 A1 DE19645694 A1 DE 19645694A1 DE 19645694 A DE19645694 A DE 19645694A DE 19645694 A DE19645694 A DE 19645694A DE 19645694 A1 DE19645694 A1 DE 19645694A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor
gas
active surface
temperature
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19645694A
Other languages
English (en)
Other versions
DE19645694C2 (de
Inventor
Volker Peinecke
Paul Mohr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority to DE19645694A priority Critical patent/DE19645694C2/de
Priority to NO975100A priority patent/NO975100L/no
Priority to US08/965,108 priority patent/US5959190A/en
Publication of DE19645694A1 publication Critical patent/DE19645694A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19645694C2 publication Critical patent/DE19645694C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
    • G01N25/22Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures
    • G01N25/28Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures the rise in temperature of the gases resulting from combustion being measured directly
    • G01N25/30Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures the rise in temperature of the gases resulting from combustion being measured directly using electric temperature-responsive elements

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Messung der Zusammen­ setzung von Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemischen.
Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemische müssen ständig darauf überprüft werden, wie hoch der Anteil an Fremdgas Sauerstoff bzw. Wasserstoff im Trägergas Wasserstoff bzw. Sauerstoff ist. Liegt eine zu große Konzentration des Fremdgases vor, dann besteht Explosionsgefahr. Die untere Explosionsgrenze für Wasserstoff-Sauerstoff-Gemische liegt dabei bei einer Fremdgaskonzentration von etwa 4%. Diese Fremdgaskonzen­ tration gilt sowohl für Wasserstoff als Fremdgas in Sauer­ stoff als auch für Sauerstoff als Fremdgas in Wasserstoff.
Bei der Elektrolyse von Wasser entsteht an der Wasserstoff- Kathode Wasserstoff und an der Sauerstoff-Anode Sauerstoff. Entstehendes Wasserstoffgas ist jedoch immer mit etwas Sauer­ stoff verunreinigt und das entstehende Sauerstoffgas ist mit Wasserstoff verunreinigt. Insbesondere in diesem Fall muß die Fremdgaskonzentration darauf überwacht werden, daß sie mit genügendem Sicherheitsabstand unterhalb der unteren Explo­ sionsgrenze liegt, so daß keine Explosionsgefahr besteht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sensor bereitzustellen, durch den die Zusammensetzung von Wasser­ stoff-Sauerstoff-Gasgemischen exakt meßbar ist, der einfach aufgebaut ist und zuverlässig mit hoher Empfindlichkeit arbeitet.
Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Sensor dadurch gelöst, daß der Sensor eine aktive Fläche aufweist, an welcher Wasserstoff und Sauerstoff katalytisch zu Wasser umsetzbar sind und daß die bei dieser Umsetzung freigesetzte Wärme durch einen Temperaturfühler meßbar ist.
Dadurch, daß die katalytische Reaktion bei Temperaturen unterhalb oder bei der Raumtemperatur stattfinden kann, ist keine Zusatzheizung für den Sensor erforderlich. Es kann auf eine Gasaufbereitung verzichtet werden, da der Druck, der Durchfluß, die Temperatur und die Feuchte des Meßgases, dessen Zusammensetzung zu bestimmen ist, nicht genau auf definierte Werte eingestellt werden müssen. Da Wasserstoff einen hohen Heizwert aufweist, ist die bei der Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff freigesetzte Wärme relativ hoch, so daß auch kleine Gaskonzentrationen durch den erfindungs­ gemäßen Sensor meßbar sind und damit der Sensor eine hohe Empfindlichkeit aufweist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors ist die aktive Fläche durch eine Oberfläche eines Edelmetall-Katalysators gebildet. Bei dem Edelmetall kann es sich beispielsweise um Platin oder Palladium handeln. Die aktive Fläche weist dadurch auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, so daß die bei Wasserstoff-Sauerstoff-Umsetzung frei­ gesetzte Wärme mittels der aktiven Fläche abführbar ist.
Bei einer besonders günstigen Ausführungsform weist der Sensor eine den Gastransport zur aktiven Fläche hemmende Barriere auf. Mittels dieser gastransporthemmenden Barriere kann die Stofftransportgeschwindigkeit des Meßgases zur aktiven Fläche gesteuert werden und damit die Empfindlichkeit des Sensors festgelegt werden.
Vorteilhafterweise ist die gastransporthemmende Barriere als poröse Sperrschicht ausgebildet, so daß das Meßgas durch die poröse Sperrschicht zur aktiven Fläche diffundieren kann. Die Empfindlichkeit des Sensors läßt sich dann durch die Porösi­ tät und die Dicke der gastransporthemmenden Barriere steuern.
In einer konstruktiv besonders einfachen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors ist die gastransporthemmende Barriere so ausgebildet, daß bei der Umsetzung von Wasser­ stoff mit Sauerstoff an der aktiven Fläche entstehendes Wasser durch die gastransporthemmende Barriere abführbar ist. Dadurch müssen keine Abführkanäle in einem Gehäuse des Sen­ sors vorgesehen werden. Durch die gastransporthemmende Barriere wird dann Meßgas der aktiven Fläche zugeführt und an der aktiven Fläche entstehendes Wasser durch die gastrans­ porthemmende Barriere abgeführt. In diesem Fall ist es be­ sonders günstig, wenn die gastransporthemmende Barriere so ausgebildet ist, daß sie nicht mit Wasser benetzbar ist, indem sie hydrophob ausgebildet ist. Dadurch kann die gastransporthemmende Barriere nicht mit Wasser geflutet oder verstopft werden und die Zuführung von Meßgas zur aktiven Fläche wird nicht behindert.
Vorteilhafterweise ist die gastransporthemmende Barriere so ausgebildet, daß sie die aktive Fläche thermisch gegen einen Außenraum isoliert. Dadurch kann die an der aktiven Fläche entstehende Wärme nicht über die gastransporthemmende Barriere nach außen abgeführt werden, so daß die Wärmetönung der Umsetzungsreaktion durch den Temperaturfühler mit großer Genauigkeit meßbar ist.
In einer besonders günstigen Ausführungsform steht die aktive Fläche in Wärmekontakt mit einem Wärmeverteiler. Dadurch kann die an der aktiven Fläche freigesetzte Wärme abgeführt werden und die bei der exothermen Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff entstehende Temperaturerhöhung gemessen werden.
In einer Variante einer Ausführungsform ist die aktive Fläche beispielsweise als Schicht auf einem Träger als Schichtträger angeordnet,. welcher in Wärmekontakt mit dem Wärmeverteiler steht. Durch die Anordnung auf einem Träger ist es insbeson­ dere möglich, daß der aktiven Oberfläche auf dem Träger eine gewölbte oder plane Form gegeben wird.
Um Temperaturgradienten im Wärmeverteiler zu vermeiden, ist vorteilhafterweise der Wärmeverteiler so ausgebildet, daß er für einen radialen Temperaturausgleich bezogen auf eine Symmetrieachse des Sensors sorgt. Dadurch erreicht ein Groß­ teil der bei der Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff freigesetzten Wärme den Temperaturfühler, so daß eine exakte Zusammensetzung des Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisches meßbar ist. Dazu ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Tempe­ raturfühler in dem Wärmeverteiler angeordnet ist. In einer Variante einer Ausführungsform sitzt der Temperaturfühler in einer Ausnehmung, welche der aktiven Fläche zugewandt ange­ ordnet ist.
Günstigerweise weist der Sensor ein Gehäuse mit geringer Wärmeleitfähigkeit auf, wobei die Wärmeleitfähigkeit des Gehäuses insbesondere geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeverteilers, so daß die an der aktiven Fläche frei­ gesetzte Wärme bevorzugt in Richtung-des Wärmeverteilers ab­ geleitet wird.
Um von dem Wärmeverteiler selber Wärme abzuführen, ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse eine oder mehrere Öffnungen aufweist, welche dem Wärmeverteiler zugewandt angeordnet sind. Dadurch kann mittels eines Gasstromes und insbesondere mittels des Meßgasstromes, welcher den erfindungsgemäßen Sensor umströmt, Wärme vom Wärmeverteiler nach außen abge­ führt werden.
Ein einfach aufgebautes Gasmeßgerät zur Messung der Zusammen­ setzung von Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemischen, durch welches die Zusammensetzung exakt und mit hoher Empfindlich­ keit meßbar ist, umfaßt einen Sensor, der die oben genannten Merkmale und deren Vorteile aufweist.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Gasmeßgerät einen Referenzsensor aufweist, welcher zur Messung der Temperatur des Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemisches dient. Dadurch ist bei der Messung insbesondere der Einfluß der Temperatur des Meßgases sowie der Einfluß der Feuchte des Meßgases und der Durchfluß durch das Gasmeßgerät eliminierbar. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Sensor und der Referenzsensor symmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse des Gasmeßgerätes angeordnet sind und insbesondere, wenn die zwei Sensoren symmetrisch bezüglich einer Zuführung für Meßgas angeordnet sind. Dadurch liegen an den beiden Sensoren identische Druck- und Strömungsverhältnisse vor.
In einer günstigen Variante einer Ausführungsform ist ein Eintritt für Meßgas des Sensors einem Eintritt für Meßgas des Referenzsensors gegenüberliegend angeordnet.
Zur Bestimmung der Gemischzusammensetzung wird die Tempe­ raturdifferenz zwischen der durch den Temperaturfühler des Sensors gemessenen Temperatur und der durch einen Temperatur­ fühler des Referenzsensors gemessenen Temperatur ermittelt. Diese Temperaturdifferenz stellt die durch die Wasserstoff- Sauerstoff-Umsetzung an der aktiven Fläche des einen Sensors bewirkte Wärmetönung dar und ist weitgehend unabhängig von der Temperatur des Meßgases. Damit läßt sich die Zusammen­ setzung des Meßgases mit hoher Genauigkeit bestimmen. Insbe­ sondere ist es dann vorteilhaft, wenn der Referenzsensor gleich aufgebaut ist wie der Sensor, wobei beim Referenz­ sensor eine Komponente, welche der aktiven Fläche des Sensors entspricht, aus einem für die Wasserstoff-Sauerstoff-Um­ setzung katalytisch nicht aktiven Material angefertigt ist.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 Ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors und
Fig. 2 ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gasmeßgerätes.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors, welcher als Ganzes mit 10 bezeichnet wird, ist in Fig. 1 gezeigt. Der Sensor 10 weist ein Gehäuse 12 auf. Zwischen Gehäusewänden 13 und einem Gehäuseboden 14 ist ein Hohl­ raum 15 gebildet. Der Gehäuseboden weist in seinem Zentrum einen Öffnungskanal 16 auf. Das Gehäuse 12 ist bevorzugter­ weise aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit, bei­ spielsweise Kunststoff, angefertigt.
In dem Hohlraum 15 ist eine katalytisch aktive Fläche 18 mit einer Flächennormale parallel zu einer Achse 19 des Sensors 10 angeordnet, an der Wasserstoff und Sauerstoff zu gasför­ migem oder flüssigem Wasser umgesetzt werden. Bei der kata­ lytisch aktiven Fläche 18 handelt es sich bevorzugterweise um die Oberfläche eines Edelmetall-Katalysators wie Platin oder Palladium. Dadurch weist die aktive Fläche 18 eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Die aktive Fläche 18 ist in der gezeigten Variante einer Ausführungsform als Schicht auf einem Träger 20 angeordnet.
Der Träger 20 steht in Wärmekontakt mit einem Wärmever­ teiler 22, welcher die die bei der katalytischen Umsetzung von Wasserstoff mit Sauerstoff an der aktiven Fläche 18 ent­ stehende Wärme abführt. Der Wärmeverteiler 22 ist bevor­ zugterweise aus einem Material angefertigt, dessen Wärme­ leitfähigkeit höher ist als die des Gehäuses 12 und kleiner ist als die der aktiven Fläche 18. Dadurch wird ein Tempe­ raturgradient zwischen der aktiven Fläche 18 und einem Außen­ raum des Sensors 10 aufrechterhalten, der die Bestimmung der Wärmetönung der katalytischen Reaktion an der aktiven Fläche 18 ermöglicht.
An seinem dem Träger 20 zugeordneten Ende weist der Wärmever­ teiler 22 eine Ausnehmung 24 auf, in der ein Temperaturfühler 26, beispielsweise ein Thermoelement, sitzt. Der Temperatur­ fühler 26 mißt über die Temperatur die an der aktiven Fläche 18 durch die Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff ent­ stehende Wärme, welche über den Träger 20 an den Wärmever­ teiler 22 abgeführt wird. Vorteilhafterweise ist der Wärme­ verteiler 22 so ausgebildet, daß bezogen auf die Achse 19 des Sensors 10 eine gute radiale Gleichverteilung der Temperatur im Wärmeverteiler 22 erreichbar ist, so daß insbesondere am Temperaturfühler 26 keine radialen Temperaturgradienten auf­ treten.
Der Wärmeverteiler 22 sorgt weiterhin dafür, daß Wärme aus dem Sensor 10 abführbar ist. Dazu ist die Öffnung 16 im Gehäuse 12 dem Wärmeverteiler 22 zugewandt. Wird der Sensor 10 in einen Gasstrom gebracht, welcher den Sensor 10 um­ strömt, dann kommt der der Öffnung 16 zugewandte Teil des Wärmeverteilers 22 in Kontakt mit dem Gasstrom. Der Gasstrom kann dann Wärme am Wärmeverteiler 22 aufnehmen und aus dem Sensor 10 abführen.
Eine Leitung 30 für das Temperatursignal des Fühlers 26 führt von dem Temperaturfühler 26 durch die Öffnung 16 im Gehäuse 12 in einen Bereich außerhalb des Sensors.
An einem einer Einlaßöffnung 32 für Meßgas in den Sensor 10 abgewandten Ende des Wärmeverteilers 22 ist zwischen Wänden des Gehäuses 12 und Seitenwänden des Wärmeverteilers 22 eine Dichtung 34, beispielsweise ein O-Ring, angeordnet, so daß über die Öffnung 16 kein Gas zur aktiven Fläche 18 vordringen kann.
Auf der aktiven Fläche 18 des Sensors 10, die plan oder gewölbt sein kann, ist der Einlaßöffnung 32 zugewandt eine gastransporthemmende Barriere 36 flächig angeordnet. Vor der gastransporthemmenden Barriere 36 sitzt ein Haltegitter 38, beispielsweise in der Form eines Lochgitters, durch das der Wärmeverteiler 22, der Träger 20 mit der aktiven Fläche 18 und die gastransporthemmende Barriere 36 in dem Gehäuse 12 gehalten werden. Durch Öffnungen 40 im Haltegitter 38 gelangt Meßgas durch die gastransporthemmende Barriere 36 zur aktiven Fläche 18.
Die gastransporthemmende Barriere 36 weist eine geringere Wärmeleitfähigkeit als die aktive Fläche 18 und der Träger 20 auf, so daß die aktive Fläche 18 mittels der gastranspor­ themmenden Barriere 36 gegenüber der Einlaßöffnung 32 und damit dem Außenraum des Sensors 10 thermisch isoliert ist. Eine Dichtung 42 zwischen einer Seite der gastransporthemmen­ den Barriere 36 und einer Innenseite der Gehäusewand des Ge­ häuses 12 sorgen dafür, daß Meßgas nur mittels der gastrans­ porthemmenden Barriere 36 zur aktiven Fläche 18 gelangen kann. Das Gehäuse 12 weist ebenfalls eine geringe Wärmeleit­ fähigkeit als die aktive Fläche 18 und der Träger 20 auf, so daß sichergestellt ist, daß Wärme aus der aktiven Fläche 18 nur mittels des Wärmeverteilers 22 abgeführt werden kann.
Die aktive Fläche 18 ist insbesondere als hydrophile Fläche ausgebildet, so daß sie mit dem bei der Umsetzung von Wasser­ stoff und Sauerstoff entstehenden flüssigen Wasser oder Wasserdampf benetzbar ist. Die gastransporthemmende Barriere 36, welche insbesondere als poröse Sperrschicht ausgebildet sein kann, ist hydrophob, so daß sie nicht mit Wasser benetz­ bar ist. Dadurch kann an der aktiven Fläche 18 entstehendes Wasser mittels der Sperrschicht 36 aus dem Sensor 10 abge­ führt werden, ohne daß die Sperrschicht 36 mit Wasser ge­ flutet oder verstopft wird. Würde die gastransporthemmende Barriere 36 verstopft werden, so wäre der Gastransport zur aktiven Fläche unterbrochen.
Der Sensor arbeitet wie folgt:
Durch die Öffnungen 40 im Haltegitter 38 strömt Meßgas zur gastransporthemmenden Barriere 36. Der Stofftransport durch die Sperrschicht 36 geschieht mittels Diffusion, wobei die Transportgeschwindigkeit durch die Sperrschicht 36 um so höher ist, je höher die Konzentration an Fremdgas ist, welches das in kleinerer Konzentration vorliegende Gas im Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch ist.
Durch die Konzentration des Fremdgases in dem Trägergas, welches das Gas mit größerer Konzentration im Wasserstoff- Sauerstoff-Gemisch ist, ist die Reaktionsgeschwindigkeit der durch die aktive Fläche 18 bewirkten katalytischen Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff bestimmt. Die Wärmetönung an der katalytischen Fläche 18 wird daher durch die Zusammen­ setzung des Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisches bestimmt und mittels der durch den Temperaturfühler 26 gemessenen Tempe­ ratur, welche ein Maß für die Wärmeumsetzung ist, kann diese Zusammensetzung ermittelt werden.
Ein Sensor der oben beschriebenen Art findet insbesondere Einsatz in Gasmeßgeräten zur Messung der Zusammensetzung von Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemischen.
Ein Ausführungsbeispiel eines Gasmeßgerätes, welches als Ganzes mit 44 bezeichnet ist, ist in Fig. 2 gezeigt. Das Gas­ meßgerät 44 umfaßt ein Gehäuse 46, in welches eine Leitung 48 für Meßgas, dessen Zusammensetzung zu bestimmen ist, an einer Mündung 50 führt. Von der Mündung 50 ausgehend erweitert sich das Gehäuse 46 und in dieser Erweiterung sind ein Sensor 10 und ein Referenzsensor 56 angeordnet.
Mittels einer Leitung 52 wird der Gasstrom aus dem Gehäuse 46 abgeführt. Vorzugsweise ist das Gehäuse 46 symmetrisch, ins­ besondere axial-symmetrisch oder rotations-symmetrisch, zu einer Achse 54.
Der Sensor 10 ist wie oben beschrieben aufgebaut. Die Einlaß­ öffnung 32 des Sensors ist der Achse 54 zugewandt angeordnet.
Symmetrisch zum Sensor 10 bezogen auf die Achse 54 ist der Referenzsensor 56 angeordnet, dessen Einlaßöffnung 58 eben­ falls der Achse 54 zugewandt angeordnet ist.
Der Referenzsensor 56 ist identisch zum ersten Sensor 10 auf­ gebaut, außer daß anstatt der aktiven Fläche 18 eine Schicht 59 vorgesehen ist, die nicht katalytisch aktiv bezüglich der Wasserstoff-Sauerstoff-Umsetzung ist. Bevorzugterweise weist die Schicht 59 des Referenzsensors 56 eine ähnlich Wärmeleit­ fähigkeit auf wie die aktive Fläche 18 des Sensors 10. Da­ durch entsteht an dem Referenzsensor 56 keine Wärmetönung durch Wasserstoff-Sauerstoff-Umsetzung zu Wasser. Der Referenzsensor 56 mißt daher im wesentlichen die Temperatur im Gasstrom.
Als Meßsignal des Gasmeßgerätes 44 wird die Differenz der durch den Temperaturfühler 26 des Sensors 10 und der durch einen Temperaturfühler 60 des Referenzsensors 56 ermittelten Temperatur bestimmt. Dieses Meßsignal, welches der Konzen­ tration des Fremdgases in Trägergas proportional ist, ist weitgehend unabhängig von der Temperatur des Meßgases, welches dem Gasmeßgerät 44 über die Leitung 48 zugeführt wird.
Weiterhin kann durch die symmetrische Anordnung des Sen­ sors 10 und des Referenzsensors 56 der Einfluß des Durch­ flusses durch das Gasmeßgerät 44 und der Einfluß der Feuchtigkeit des Meßgases weitgehend eliminiert werden, da dann an beiden Sensoren gleiche Druck- und Strömungsver­ hältnisse vorliegen.
Es ist vorgesehen, daß zwischen einem der Einlaßöffnung 32 abgewandten Ende des Gehäuses 12 des Sensors 10 und einer Wand des Gehäuses 46 des Gasmeßgerätes 44 ein Zwischenraum vorhanden ist. Ein ebensolcher Zwischenraum ist zwischen dem Referenzsensor 56 und einer entsprechenden Gehäusewand des Gehäuses 46 vorgesehen. Dadurch kann der Gasstrom durch das Gehäuse 46 mittels der Öffnung 16 im Sensor 10 bzw. einer Öffnung 62 im Referenzsensor 56 von dem Wärmeverteiler 22 des Sensors 10 bzw. von einem Wärmeverteiler 64 des Referenz­ sensors 56 Wärme abführen.

Claims (21)

1. Sensor zur Messung der Zusammensetzung von Wasserstoff- Sauerstoff-Gasgemischen, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) eine aktive Fläche (18) aufweist, an welcher Wasserstoff und Sauerstoff katalytisch zu Wasser umsetz­ bar sind und daß die bei dieser Umsetzung freigesetzte Wärme durch einen Temperaturfühler (26) meßbar ist.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Fläche (18) durch eine Oberfläche eines Edel­ metall-Katalysators gebildet ist.
3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) eine den Gastransport zur aktiven Fläche (18) hemmende Barriere (36) aufweist.
4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gastransporthemmende Barriere (36) als poröse Sperr­ schicht ausgebildet ist.
5. Sensor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gastransporthemmende Barriere (36) so ausge­ bildet ist, daß bei der Umsetzung von Wasserstoff mit Sauerstoff an der aktiven Fläche (18) entstehendes Wasser durch die gastransporthemmende Barriere (36) ab­ führbar ist.
6. Sensor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gastransporthemmende Barriere (36) so ausgebildet ist, daß sie nicht mit Wasser benetzbar ist.
7. Sensor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gastransporthemmende Barriere (36) so ausgebildet ist, daß sie die aktive Fläche (18) ther­ misch gegen einen Außenraum isoliert.
8. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Fläche (18) in Wärme­ kontakt mit einem Wärmeverteiler (22) steht.
9. Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Fläche (18) auf einem Träger (20) angeordnet ist, welcher in Wärmekontakt mit dem Wärmeverteiler (22) steht.
10. Sensor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeverteiler (22) so ausgebildet ist, daß er für einen radialen Temperaturausgleich bezogen auf eine Symmetrieachse (19) des Sensors (10) sorgt.
11. Sensor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (26) in dem Wärmeverteiler (22) angeordnet ist.
12. Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (26) in einer Ausnehmung (24) sitzt, welche der aktiven Fläche (18) zugewandt angeordnet ist.
13. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) ein Gehäuse (12) mit geringer Wärmeleitfähigkeit aufweist, wobei die Wärme­ leitfähigkeit insbesondere geringer ist als die Wärme­ leitfähigkeit des Wärmeverteilers (22).
14. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) eine oder mehrere Öffnungen (16) aufweist, welche dem Wärmeverteiler (22) zugewandt angeordnet sind.
15. Gasmeßgerät zur Messung der Zusammensetzung von Wasser­ stoff-Sauerstoff-Gasgemischen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasmeßgerät (44) einen Sensor (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
16. Gasmeßgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasmeßgerät einen Referenzsensor (56) aufweist, welcher zur Messung der Temperatur des Wasserstoff- Sauerstoff-Gasgemisches dient.
17. Gasmeßgerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) und der Referenzsensor (56) symme­ trisch bezüglich einer Symmetrieachse (54) des Gasmeß­ gerätes angeordnet sind.
18. Gasmeßgerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) und der Referenzsensor (56) symme­ trisch bezüglich einer Zuführung (48) für Meßgas ange­ ordnet sind.
19. Gasmeßgerät nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Eintritt (32) für Meßgas des Sensors (10) einem Eintritt (58) für Meßgas des Referenzsensors (56) gegenüberliegend angeordnet ist.
20. Gasmeßgerät nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Gemischzusammen­ setzung die Temperaturdifferenz zwischen der durch den Temperaturfühler (26) des Sensors (10) gemessenen Tempe­ ratur und der durch einen Temperaturfühler (60) des Referenzsensors (56) gemessenen Temperatur ermittelt wird.
21. Gasmeßgerät nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzsensor (56) gleich auf­ gebaut ist wie der Sensor (10), wobei beim Referenz­ sensor (56) eine Komponente (59), welche der aktiven Fläche (18) des Sensors (10) entspricht, aus einem für die Wasserstoff-Sauerstoff-Umsetzung katalytisch nicht aktiven Material angefertigt ist.
DE19645694A 1996-11-06 1996-11-06 Sensor zur Messung der Zusammensetzung von Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemischen Expired - Fee Related DE19645694C2 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19645694A DE19645694C2 (de) 1996-11-06 1996-11-06 Sensor zur Messung der Zusammensetzung von Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemischen
NO975100A NO975100L (no) 1996-11-06 1997-11-05 Sensor for mÕling av mengdeforholdet i en H2 /O2-blanding
US08/965,108 US5959190A (en) 1996-11-06 1997-11-06 Sensor for measuring the composition of mixtures of hydrogen and oxygen gas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19645694A DE19645694C2 (de) 1996-11-06 1996-11-06 Sensor zur Messung der Zusammensetzung von Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemischen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19645694A1 true DE19645694A1 (de) 1998-05-07
DE19645694C2 DE19645694C2 (de) 2002-10-24

Family

ID=7810782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19645694A Expired - Fee Related DE19645694C2 (de) 1996-11-06 1996-11-06 Sensor zur Messung der Zusammensetzung von Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemischen

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5959190A (de)
DE (1) DE19645694C2 (de)
NO (1) NO975100L (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2794243A1 (fr) * 1999-05-28 2000-12-01 Commissariat Energie Atomique Dispositif de mesure de la concentration en hydrogene dans un melange gazeux
EP2015057A1 (de) * 2007-07-12 2009-01-14 HOPPECKE Batterien GmbH & Co. KG Vorrichtung und Verfahren zur Detektion von Wasserstoff

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002286665A (ja) * 2001-03-23 2002-10-03 Fujikin Inc 未反応ガス検出装置及び未反応ガス検出センサ
JP4024210B2 (ja) * 2001-11-15 2007-12-19 理研計器株式会社 ガスセンサ
US7089781B2 (en) * 2003-11-04 2006-08-15 Honeywell International, Inc. Detector with condenser
DE102007010875A1 (de) * 2007-03-06 2008-09-11 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Wasserstoffabtrennung aus Gasströmen mit Sauerstoffanteil
DE102007027723A1 (de) * 2007-06-15 2008-12-18 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Wasserstoffabtrennung aus Gasströmen mittels Druckwechseladsorptionsverfahren
RU2536315C1 (ru) * 2013-06-14 2014-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Устройство для определения концентрации кислорода и водорода в газовой среде

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1467911A (en) * 1920-03-31 1923-09-11 Arendt Morton Hydrogen detector
DE1176399B (de) * 1960-10-03 1964-08-20 Bendix Corp Verfahren zum Messen eines dem Sauerstoff-gehalt einer natuerlichen oder kuenstlichen Atmosphaere proportionalen Waermemengen-Messwertes und Vorrichtung zur Anzeige desSauerstoffgehaltes solcher Atmosphaeren
DE3839414A1 (de) * 1988-11-22 1990-05-23 Siemens Ag Sensoranordnung zum nachweis von gasen durch exotherme katalytische reaktionen

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA457660A (en) * 1949-06-28 Cities Service Oil Company Gas analyzer
US2631925A (en) * 1947-02-14 1953-03-17 Baker & Co Inc Apparatus for the continuous analysis of oxygen and hydrogen
US4063898A (en) * 1976-09-20 1977-12-20 Bailey Meter Company Combustible gases detector
GB2103806A (en) * 1981-08-05 1983-02-23 Detection Instr Limited Improvements relating to gas detectors
EP0321785A3 (de) * 1987-12-21 1991-04-03 Siemens Aktiengesellschaft Sensoranordnung zum Nachweis von Gasen durch exotherme katalytische Reaktionen
US5167927A (en) * 1989-10-31 1992-12-01 Karlson Eskil L Monitor for ozone, hydrogen peroxide and other gases in fluids
DE4221922C1 (de) * 1992-07-03 1994-01-13 Bosch Gmbh Robert Wärmetönungssensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1467911A (en) * 1920-03-31 1923-09-11 Arendt Morton Hydrogen detector
DE1176399B (de) * 1960-10-03 1964-08-20 Bendix Corp Verfahren zum Messen eines dem Sauerstoff-gehalt einer natuerlichen oder kuenstlichen Atmosphaere proportionalen Waermemengen-Messwertes und Vorrichtung zur Anzeige desSauerstoffgehaltes solcher Atmosphaeren
DE3839414A1 (de) * 1988-11-22 1990-05-23 Siemens Ag Sensoranordnung zum nachweis von gasen durch exotherme katalytische reaktionen

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2794243A1 (fr) * 1999-05-28 2000-12-01 Commissariat Energie Atomique Dispositif de mesure de la concentration en hydrogene dans un melange gazeux
WO2000073775A1 (fr) * 1999-05-28 2000-12-07 Commissariat A L'energie Atomique Dispositif de mesure de la concentration en hydrogene dans un melange gazeux
US6464938B1 (en) 1999-05-28 2002-10-15 Commissariat A L'energie Atomique Device for measuring the concentration of hydrogen in a gaseous mixture
EP2015057A1 (de) * 2007-07-12 2009-01-14 HOPPECKE Batterien GmbH & Co. KG Vorrichtung und Verfahren zur Detektion von Wasserstoff
US7829344B2 (en) 2007-07-12 2010-11-09 Hoppecke Batterien Gmbh & Co. Kg Method and device for the detection of hydrogen

Also Published As

Publication number Publication date
US5959190A (en) 1999-09-28
DE19645694C2 (de) 2002-10-24
NO975100D0 (no) 1997-11-05
NO975100L (no) 1998-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1809622C2 (de) Meßsonde zum Erfassen von Gasgehalten
DE102010043023B4 (de) Gasmessfühler
DE3632456C2 (de)
DE69434476T2 (de) Sensor und methode zur detektion von stickoxiden
DE4142064C2 (de) Vorrichtung zur Messung von Gaspermeation
EP0285833A2 (de) Verfahren zur Bestimmung der Gaskonzentrationen in einem Gasgemisch und Sensor zur Messung der Wärmeleitfähigkeit
WO2003025557A2 (de) Mikromechanischer wärmeleitfähigkeitssensor mit poröser abdeckung
DE3703707A1 (de) Luft/kraftstoffverhaeltnis-sensor
DE19645694C2 (de) Sensor zur Messung der Zusammensetzung von Wasserstoff-Sauerstoff-Gasgemischen
DE4109516C2 (de) Vorrichtung zum kontinuierlichen Überwachen der Konzentrationen von gasförmigen Bestandteilen in Gasgemischen
DE19916797A1 (de) Halbleiter-Gassensor mit Gehäuse und Verfahren zur Messung von Gaskonzentrationen
EP3417279A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der konzentration von gaskomponenten in einem gasgemisch
DE2719138A1 (de) Sensorvorrichtung zum messen der sauerstoffkonzentration in den auspuffgasen von verbrennungsmotoren
DE2536394C2 (de) Detektor für in einem Chromatographen getrennte Proben
DE102004047796A1 (de) Sensorelement
DE19543537C2 (de) Abgassensor und Schaltungsanordnung für den Abgassensor
EP0522118B1 (de) Vorrichtung zum kontinuierlichen überwachen der konzentrationen von gasförmigen bestandteilen in gasgemischen
EP0645621A2 (de) Sensoranordnung
DE3942664C2 (de)
EP0092022A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Eichen von Sensoren
DE3442295C2 (de) Verfahren zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes gasförmiger oder flüssiger Medien und Meßsonde zur Durchführung des Verfahrens
EP0362736A2 (de) Sauerstoffsonde für einen Wärmebehandlungsofen
DE4317568C2 (de) Wasserstoff-Sensor
DE1498695B2 (de) Detektorblock eines geraets zur anzeige einer gaskonzentration, beruhend auf der messung der waermeleitfaehigkeit
DE2528534A1 (de) Messzelle zur bestimmung von sauerstoffkonzentrationen in einem gasgemisch

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: DEUTSCHES ZENTRUM FUER LUFT-UND RAUMFAHRT E.V., 51

D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: DEUTSCHES ZENTRUM FUER LUFT- UND RAUMFAHRT E.V.

8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: DEUTSCHES ZENTRUM FUER LUFT- UND RAUMFAHRT E.V.

8339 Ceased/non-payment of the annual fee