DE202008002332U1 - measuring device - Google Patents

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DE202008002332U1 DE200820002332 DE202008002332U DE202008002332U1 DE 202008002332 U1 DE202008002332 U1 DE 202008002332U1 DE 200820002332 DE200820002332 DE 200820002332 DE 202008002332 U DE202008002332 U DE 202008002332U DE 202008002332 U1 DE202008002332 U1 DE 202008002332U1
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    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/4067—Means for heating or controlling the temperature of the solid electrolyte

Abstract

Messvorrichtung mit reduzierter Leistungsaufnahme zur Bestimmung einer Komponente in gasförmigen Medien, angeordnet in einem Gasraum (1), dadurch gekennzeichnet, dass in Messvorrichtung (2) Sensorelement (3), frei von erzwungener Konvektion, im Messraum (4) angeordnet ist und über zumindest ein Diffusionselement (5) in Kontakt zum Messgas (6) steht.Measuring device with reduced power consumption for the determination of a component in gaseous media, arranged in a gas space (1), characterized in that in measuring device (2) sensor element (3), free of forced convection, in the measuring space (4) is arranged and at least one Diffusion element (5) in contact with the sample gas (6).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung einer Komponente in gasförmigen Medien mit reduzierter Leistungsaufnahme, die in einem Gasraum angeordnet ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to a measuring device a component in gaseous media with reduced Power consumption, which is arranged in a gas space, after the Preamble of claim 1.

Sensoren mit in einem Gehäuse angeordnetem Sensorelement sind bekannt. Die DE 43 24 659 C1 beschreibt einen Sensor, dessen Gehäuse eine wirbelfreie Umströmung des Sensorelementes gewährleistet. Hierbei ähnelt das Sensorgehäuse im Aufbau einer Pfeife mit einem s-förmig gekrümmten Strömungskanal, der eine Eintrittsöffnung mit einer Austrittsöffnung verbindet. Das planare Sensorelement ist hierbei in einem weitgehend laminar durchströmten Abschnitt des Kanals hinter der Eintrittsöffnung angeordnet. Dadurch, dass durch den Gasstrom von dem beheizten Sensorelement ständig Energie entzogen wird, ist zur Aufrechterhaltung der notwendigen Heizleistung ein höherer bis hoher Energieeinsatz erforderlich.Sensors with arranged in a housing sensor element are known. The DE 43 24 659 C1 describes a sensor whose housing ensures a vortex-free flow around the sensor element. In this case, the sensor housing is similar in construction to a whistle with an S-shaped curved flow channel, which connects an inlet opening with an outlet opening. The planar sensor element is in this case arranged in a largely laminar flow-through portion of the channel behind the inlet opening. Due to the fact that energy is constantly withdrawn by the gas flow from the heated sensor element, a higher to high energy input is required to maintain the necessary heating power.

Weiterhin beschreibt die WO 2006/005332 A3 einen Gassensor mit Heizelement zur Eigenschaftsbestimmung eines Gases mit einer Temperatur größer als 290° Celsius auf einem Trägersubstrat in einer Messkammer.Furthermore, the describes WO 2006/005332 A3 a gas sensor with heating element for determining the properties of a gas having a temperature greater than 290 ° Celsius on a carrier substrate in a measuring chamber.

Durch den Aufbau des Gassensors und dessen Anordnung im durchströmenden Medium erfolgen auch hier ein hoher Energieverlust und damit eine höhere Leistungsaufnahme zur Kompensation der hohen Verlustenergie durch erzwungene Konvektion.By the structure of the gas sensor and its arrangement in the flowing Medium also take place here a high energy loss and thus a higher power consumption to compensate for the high energy loss by forced convection.

Die DE 199 57 991 C2 beschreibt einen Gassensor, dessen Aufgabe es ist, die Heizbahnen so anzuordnen, dass einerseits an jeder Stelle der Funktionsfläche des Sensors die gleiche Temperatur herrscht und andererseits eine exakte Temperaturbestimmung und damit verbunden eine genaue Temperaturmessung an der Funktionsfläche ermöglicht wird. Erreicht wird diese Aufgabe durch Heizleiterbahnen, die mäanderförmig zwischen dem Zuleitungsteil und der Sensorspitze verlaufen und unterschiedliche partielle Heizwiderstände aufweisen und deren Höhe vom Abstand der partiellen Heizleiterbahnen zur Sensorspitze abhängig sind.The DE 199 57 991 C2 describes a gas sensor, whose task is to arrange the heating paths so that on the one hand at each point of the functional surface of the sensor, the same temperature prevails and on the other hand, an exact temperature determination and associated accurate temperature measurement is made possible on the functional surface. This object is achieved by Heizleiterbahnen that run meandering between the supply line and the sensor tip and have different partial heating resistors and whose height depends on the distance of the partial Heizleiterbahnen to the sensor tip.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Festelektrolyse-Gassensor, der den Partialdruck einer in einem Gasgemisch enthaltenen Komponente bestimmen kann, so anzuordnen, dass dieser durch seinen miniaturisierten Aufbau für einen batteriebetriebenen Einsatz geeignet ist und durch seine schnelle Ansprechzeit für atemzugsaufgelöste Messungen verwendet werden kann.task The invention is a solid electrolysis gas sensor, the partial pressure determine a component contained in a gas mixture, to arrange so that this by its miniaturized construction is suitable for a battery-operated use and due to its fast response time for breath-resolved Measurements can be used.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei wird ein Sensorelement auf kleinstem Raum untergebracht, der sich in einem wärmeisolierenden Umfeld befindet, um die zum Betrieb notwendige Arbeitstemperatur mit minimalem Energieaufwand zu erreichen und den Energieverlust durch erzwungene Konvektion, Wärmeleitung und Wärmestrahlung weitestgehend zu vermeiden.According to the invention the problem solved by the features of claim 1. Here, a sensor element is housed in the smallest space, which is located in a heat-insulating environment the operating temperature required for operation with minimal energy consumption to achieve and the energy loss through forced convection, Heat conduction and heat radiation as far as possible to avoid.

Erreicht wird dies durch die Reduzierung des Volumens des Sensorelementes sowie des Messraumes, in dem sich das Sensorelement befindet einerseits und durch die Verwendung wärmeisolierender und wärmestrahlungsreflektierender Materialien andererseits.Reached This is achieved by reducing the volume of the sensor element and the measuring space in which the sensor element is located on the one hand and by the use of heat insulating and heat radiation reflecting On the other hand.

Die Erfindung wird beispielhaft an sechs Figuren näher erläutert und dargestellt.The The invention will be explained in more detail by way of example with reference to six figures and shown.

1 zeigt die Gesamtansicht der Messvorrichtung 1 shows the overall view of the measuring device

2 zeigt die Messvorrichtung mit dem Sensorelement und mit darunter angeordnetem thermisch isolierendem Material 2 shows the measuring device with the sensor element and disposed thereunder thermally insulating material

3 zeigt die Messvorrichtung mit dem Sensorelement und ohne darunter angeordnetem thermisch isolierendem Material 3 shows the measuring device with the sensor element and without arranged below thermally insulating material

4 zeigt das einteilige Sensorelement, in dem die Funktion des Trägerelementes integrierter Bestandteil der Funktionselemente ist 4 shows the one-piece sensor element in which the function of the carrier element is an integral part of the functional elements

5 zeigt die Gesamtansicht eines zweiteiligen Sensorelementes 5 shows the overall view of a two-part sensor element

6 zeigt ein zweiteiliges Sensorelement, bestehend aus Trägerelement und Funktionselementen 6 shows a two-part sensor element consisting of carrier element and functional elements

1 zeigt einen Gasraum (1), in dem eine Messvorrichtung (2) angeordnet ist. Das in der Messvorrichtung (2) angeordnete Sensorelement (3) steht durch das Diffusionselement (5) mit dem Messgas (6) in Verbindung. Der Teil des Messgases (6), der durch das Diffusionselement (5) in den Messraum (4) gelangt, wird als diffundiertes Messgas (6.1) bezeichnet. Das Sensorelement (3) ist derart in der Messvorrichtung (2) angeordnet, dass sich unter dem Sensorelement (3) ein gasgefüllter Raum (6.2) befindet, der weder eine Verbindung zum diffundierten Messgas (6.1) noch zum Messgas (6) besitzt. Das Diffusionselement (5) sorgt dafür, dass das Sensorelement (3) nicht durch erzwungene Konvektion, sondern nur durch Diffusion mit dem Messgas (6) außerhalb der Messvorrichtung (2) in Verbindung steht. Erzwungene Konvektion wird z. B. durch Pumpen, Gebläse oder ähnliche mechanisch wirkende Vorrichtungen hervorgerufen. 1 shows a gas space ( 1 ), in which a measuring device ( 2 ) is arranged. That in the measuring device ( 2 ) arranged sensor element ( 3 ) stands by the diffusion element ( 5 ) with the measuring gas ( 6 ) in connection. The part of the measuring gas ( 6 ) passing through the diffusion element ( 5 ) into the measuring room ( 4 ), is used as a diffused sample gas ( 6.1 ) designated. The sensor element ( 3 ) is in the measuring device ( 2 ) arranged below the sensor element ( 3 ) a gas-filled space ( 6.2 ), which has neither a connection to the diffused sample gas ( 6.1 ) to the sample gas ( 6 ) owns. The diffusion element ( 5 ) ensures that the sensor element ( 3 ) not by forced convection, but only by diffusion with the sample gas ( 6 ) outside the measuring device ( 2 ). Forced convection is z. B. by pumps, blowers or similar mechanical devices caused.

2 zeigt die Messvorrichtung (2), in dem das Sensorelement (3) im Messraum (4) angeordnet ist und an einem thermisch isolierenden Material (6.3) fixiert ist. Hierbei sind die Oberflächen (6.4) der Messvorrichtung (2) wärmereflektierend, vorzugsweise wärmestrahlungsreflektierend, ausgebildet. 2 shows the measuring device ( 2 ), in which the sensor element ( 3 ) in the measuring room ( 4 ) and on a thermally insulating material ( 6.3 ) is fixed. Here are the surfaces ( 6.4 ) of the measuring device ( 2 ) heat reflecting, preferably heat radiation reflecting, formed.

3 zeigt die Messvorrichtung (2) mit einem Sensorelement (3), welches in der Messvorrichtung (2) auf der Innengrundfläche (6.5) innerhalb des Messraumes (4) angeordnet ist. Durch diese Anordnung werden eine wesentliche Verkleinerung der Messvorrichtung (2) und gleichzeitig eine Reduzierung der zum Heizen notwendigen Energiemenge erreicht. 3 shows the measuring device ( 2 ) with a sensor element ( 3 ), which in the measuring device ( 2 ) on the inner surface ( 6.5 ) within the measuring room ( 4 ) is arranged. By this arrangement, a substantial reduction of the measuring device ( 2 ) while achieving a reduction in the amount of energy necessary for heating.

4 zeigt das Sensorelement (3), bei dem die Funktion des Trägerelementes (3.1), also das Tragen der Funktionselemente (3.2), von den Funktionselementen (3.2) übernommen wird, also in diesen integriert ist. Durch diese Funktionsintegration wird aus einem zwei- oder mehrteiligen Sensorelement ein einteiliges Sensorelement (3). 4 shows the sensor element ( 3 ), in which the function of the carrier element ( 3.1 ), ie the wearing of the functional elements ( 3.2 ), of the functional elements ( 3.2 ), so it is integrated into this. This functional integration converts a two-part or multi-part sensor element into a one-part sensor element ( 3 ).

5 zeigt die Gesamtansicht eines zweiteiligen Sensorelementes (3), bei dem die Oberflächen (3.4) zumindest teilweise wärmereflektierend, vorzugsweise wärmestrahlungsreflektierend, ausgebildet sind. 5 shows the overall view of a two-part sensor element ( 3 ), in which the surfaces ( 3.4 ) are at least partially heat-reflecting, preferably heat radiation reflecting, are formed.

6 zeigt die Teilansichten eines zweiteiligen Sensorelementes (3) mit seinen Funktionselementen (3.2) und dem Trägerelement (3.1). Hierbei ist zumindest eine der Verbindungsoberflächen (3.3) der Funktionselemente (3.2) und des Trägerelementes (3.1) wärmereflektierend, vorzugsweise wärmestrahlungsreflektierend, ausgebildet. 6 shows the partial views of a two-part sensor element ( 3 ) with its functional elements ( 3.2 ) and the carrier element ( 3.1 ). Here, at least one of the connection surfaces ( 3.3 ) of the functional elements ( 3.2 ) and the carrier element ( 3.1 ) heat reflecting, preferably heat radiation reflecting, formed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 4324659 C1 [0002] - DE 4324659 C1 [0002]
  • - WO 2006/005332 A3 [0003] - WO 2006/005332 A3 [0003]
  • - DE 19957991 C2 [0005] DE 19957991 C2 [0005]

Claims (9)

Messvorrichtung mit reduzierter Leistungsaufnahme zur Bestimmung einer Komponente in gasförmigen Medien, angeordnet in einem Gasraum (1), dadurch gekennzeichnet, dass in Messvorrichtung (2) Sensorelement (3), frei von erzwungener Konvektion, im Messraum (4) angeordnet ist und über zumindest ein Diffusionselement (5) in Kontakt zum Messgas (6) steht.Measuring device with reduced power consumption for the determination of a component in gaseous media, arranged in a gas space ( 1 ), characterized in that in measuring device ( 2 ) Sensor element ( 3 ), free from forced convection, in the measuring room ( 4 ) is arranged and via at least one diffusion element ( 5 ) in contact with the sample gas ( 6 ) stands. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (3) im Messraum (4) derart angeordnet ist, das das Sensorelement (3) mit seinem Trägerelement (3.1) auf der Innengrundfläche (6.5) der Messvorrichtung (2) angeordnet ist.Measuring device according to claim 1, characterized in that the sensor element ( 3 ) in the measuring room ( 4 ) is arranged such that the sensor element ( 3 ) with its carrier element ( 3.1 ) on the inner surface ( 6.5 ) of the measuring device ( 2 ) is arranged. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (3) im Messraum (4) derart angeordnet ist, das sich unter dem Sensorelement (3) ein nicht gasgefüllter Raum (6.2) befindet.Measuring device according to claim 1, characterized in that the sensor element ( 3 ) in the measuring room ( 4 ) is arranged such that under the sensor element ( 3 ) a non-gas-filled space ( 6.2 ) is located. Messvorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (3) im Messraum (4) derart angeordnet ist, das sich unter dem Sensorelement (3) ein gasgefüllter Raum (6.2) befindet, der nicht mit dem diffundierten Messgas (6.1) in Verbindung steht.Measuring device according to claim 1 and 3, characterized in that the sensor element ( 3 ) in the measuring room ( 4 ) is arranged such that under the sensor element ( 3 ) a gas-filled space ( 6.2 ), which does not react with the diffused sample gas ( 6.1 ). Messvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (3) an einem thermisch isolierenden Material (6.3) fixiert ist.Measuring device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the sensor element ( 3 ) on a thermally insulating material ( 6.3 ) is fixed. Messvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion des einfunktionalen Trägerelementes (3.1) integrierter Bestandteil der Funktionselemente (3.2) eines einteiligen Sensorelementes (3) ist.Measuring device according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the function of the single-functional carrier element ( 3.1 ) integrated component of the functional elements ( 3.2 ) of a one-piece sensor element ( 3 ). Messvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen (6.4) der Messvorrichtung (2), in dem das Sensorelement (3) angeordnet ist, wärmereflektierend, vorzugsweise wärmestrahlungsreflektierend, ausgebildet sind.Measuring device according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the surfaces ( 6.4 ) of the measuring device ( 2 ), in which the sensor element ( 3 ) is arranged, heat-reflecting, preferably heat radiation reflecting, are formed. Messvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (3) mit einer wärmereflektierenden, vorzugsweise wärmestrahlungsreflektierenden, und teilweise oder vollständig umschließenden Oberfläche (3.4) versehen ist.Measuring device according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the sensor element ( 3 ) with a heat-reflecting, preferably heat radiation-reflecting, and partially or completely enclosing surface ( 3.4 ) is provided. Messvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 und 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, das zumindest eine der Verbindungsoberflächen (3.3) des Trägerelementes (3.1) und der Funktionselemente (3.2) des Sensorelementes (3) wärmereflektierend, vorzugsweise wärmestrahlungsreflektierend, ausgebildet ist.Measuring device according to one or more of claims 1 to 5 and 7 to 8, characterized in that the at least one of the connecting surfaces ( 3.3 ) of the carrier element ( 3.1 ) and the functional elements ( 3.2 ) of the sensor element ( 3 ) is heat-reflecting, preferably heat radiation-reflecting, is formed.
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