DE2242851A1 - Vor-ort-sauerstoffwaechter - Google Patents
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Description
\Det
30, August 1972 Anw.-Aktes 27.32
161 East 42nd Street, New York, N.Y. 10017 - USA -
Diese Erfindung betrifft Verbesserungen bei Geräten für die Vor-Ort-Überwachung und kontinuierliche Messung des Sauerstoffgehalt®
in Gasen, und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Rauchgas» Überwachung, wobei die Vorrichtung eine Bezugsataosphäre besitzt,
die die eventuelle Sauerstoffwanderung begrenzt, so daß diese nur in Richtung auf die Bezugsatnosphäre erfolgt·
Wie in der US-PS 3 598 711 beschrieben, kann eine SauerstoffÜberwachungszelle direkt nach der Gleichung von Nernst geeicht werden,
welche den Spannungsausgang der Wächterzelle zu einer Funktion in Beziehung setzt, die ein Produkt der Zellenteeperatur und des Legarithaus des Verhältnisses der Sauerstoffkonzentration durch die
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Zelle hindurch ist. Indem nan eine Atmosphäre bekannter Sauerstoffkonzentration auf einer Seite der Zelle vorsieht und die Zellentemperatur sowie den Zellenspannungsausgang mißt, kann man die
Sauerstoffkonzentration auf der anderen Seite der Zelle leicht errechnen, wobei die Notwendigkeit einer Eichung mit Flaschengasen
bekannter Konzentrationen ausgeschaltet wird. Atmosphäre oder Flaschengas bekannter Konzentration ist jedoch während des Betriebs
noch erforderlich zur Verwendung als Bezugsgröße für konstanten Sauerstoff-Partialdruck auf einer Seite der Zelle. Die hierin vorgeschlagene Verbesserung sieht ein in sich geschlossenes und abgeschlossenes Metall-Metalloxyd-Bezugssystem anstelle des auf Flaschen
abgezogenen Bezugsgases vor.
Eines der Hauptprobleme bei einem abgeschlossenen Bezugssystem, das
ein Gasgemisch einschließt, liegt darin, daß es normalerweise fUr die Wanderung von Sauerstoff durch das Elektrolytrohr hindurch anfällig ist, wodurch eine Änderung in dem Bezug oder dem Probegas-Sauerstoffpartialdruck eintritt. Ein solches Problem ist bei der
Vorrichtung gegeben, die in der US-PS 3 481 855 fUr einen Flüssigmetall-Sauerstoffwächter vorgeschlagen wird.
Ein anderes Problem bei Zellen der Art, wie sie in der OB-PS 1 081
vorgeschlagen wird, besteht darin, daß das Bezugssystem mit Glasverbindungen abgedichtet wird, die bei Temperaturen aufweichen und
fließen, welche weit unter den 815 C Betriebstemperatur einiger Wächter liegen. Weiterhin reagiert das SiO. in einer Glasdichtung
mit dem Sauerstoff in dem Bezugssystem, wodurch der Bezugs-Sauerstoff port ioldruck zu« Nachteil der Zellengenauigkeit und -zuverlässigkeit geändert wird.
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Die Eichung ohne Bedarf an Atmosphäre oder Flaschengasen bekannter Sauerstoffkonzentration hängt äußerst stark von der genauen Messung der Zellenbetriebstemperatur ab, um eine genaue
Losung für die unbekannte Sauerstoffkonzentration zu erhalten. Diese Messung wird dadurch kompliziert, daß ein Teeiperaturgefälle
durch die Wandstärke des Elektrolytrohrs hindurch vorhanden ist. Eine Temperatur wird auf der Außenelektrode ermittelt und eine
andere auf der Innenelektrode. Das Problem wird weiter dadurch verschärft, daß es schwierig ist, einen guten Kontakt zwischen der
Temperaturüberwachungsvorrichtung und der zu messenden Elektroden«-
temperatur herzustellen. Ein guter Kontakt ist zwischen dem Wächter und dem Überwachten Bereich notwendig, da sonst selbst die genaueste
Temperaturmeßvorrichtung eine ungenaue Anzeige ergibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mängel der bekannten
Meßeinrichtungen auszuschalten und einen Vor-Ort-Sauerstoffwächter
zu schaffen, der eine genau© Anzeige durch Ausschließung der Wirkungen der Sauerstoff-Wanderung ermöglicht.
Hauptaufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Vor-Ort-Sauerstoffwächter zu schaffen, der fUr die Eichung oder für das Bezugssystem keines Zugangs zur Atmosphäre oder zu Flaschengas bedarf
und der lange genaue Anzeigen des Sauerstoffgehalts in einem unbekannten Gas ergibt, und zwar auf Grund verbesserter TemperaturVberwachungsmethoden und Ausschaltung von Temperaturgefällen.
Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß ein Zirkonoxydrohr mit einem verhältnismäßig niedrigen Bezugs-Sauerstoffpartialdruck gegenüber dem des Probegas vorgesehen, und ein Metall-
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Metalloxyd-Bezugssystem innerhalb des Rohres durch eine Über dem
offenen Ende angeordnete und verlötete Zirkonoxydkappe verschlossen
wird. Ein Paar Platinelektrodenstreifen - einer innerhalb und der andere Außerhalb des Rohrs - Überlappt in dem mittleren Bereich des
geschlossenen Rohrendes, um Elektroden mit begrenzter Fläche und
konstanter Temperatur zur Überwachung der durch den Elektrolyten hindurch entwickelten Spannung zu bilden.
Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Maßnahme wird die Außenelektrodentemperatur durch ein mit dem Elektrolytrohr in molekularem
Kontakt stehendes Starkschicht-Thermoelement Überwacht.
Ebenfalls werden erfindungsgemäß die Temperaturgefälle durch die
Wand des Zirkonoxydrohrs hindurch dadurch ausgeschaltet, daß man das Elektrolytrolyr so umschließt, daß nur das geschlossene Ende des
Rohrs fUr die unbekannte Sauerstoffatmosphäre zugängig ist. Eine
erste Heizvorrichtung in der Umschließung heizt einen Teil der Länge des Elektrolytrohrs in der Nähe des geschlossenen Endes, und
eine zweite in der Umschließung gegenüber dem geschlossenen Rohrende angeordnete Heizvorrichtung heizt die unbekannte Atmosphäre
sowie das geschlossene Ende des Rohrs.
Weiterhin werden erfindungsgemäß die Elektrodenbetriebstemperaturen durch zwei Starkschicht-Thermoelemente Überwacht, von denen
das eine die Außenelektrodentemperatur und das andere die Innenelektrodentemperatur Überwacht, wenn ein bedeutendes Temperaturgefälle durch die Stärke des Zirkonoxydrohrs hindurch vorhanden
ist. Die Thermoelemente werden elektrisch verbunden, um einen
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Mittelwert der beiden Überwachten Temperaturen zu ergeben, wodurch
man eine gute Anzeige der mittleren Zellenbetriebstemperatur erhält. Die Platinelektrode kann als ein Schenkel des Starkschicht-Thermoelements dienen, wodurch sie eine doppelte Aufgabe erfüllt. Der
andere Schenkel des Starkschicht-Thermoelements kann einer aus einer Anzahl von anderen Elementen sein, die aus Gold, Iridium, Palladium
und MoSi. bestehen. Eine Legierung aus Pt und Rh kann auch verwendet werden, wie z. B. 90 % Pt - 10 % Rh oder 87 % Pt - 13% Rh.
Die Erfindung weist den Vorteil auf, die Wirkungen der Sauerstoffwandung dadurch auszuschließen, daß innerhalb des Elektrolytrohrs
ein abgeschlossenes Bezugssystem vorgesehen wird, das einen niedrigeren Sauerstoffpartialdruck als außerhalb des Rohrs hat, so daß
eine Sauerstoffwanderung nur zur Bezugsseite möglich ist« Diese
Erfindung lehrt auch, daß ein freies Metall vorgesehen ist, um mit dem wandernden Sauerstoff zu reagieren und das Metalloxyd zu bilden,
wodurch ein vorher festgelegter konstanter Sauerstoffgehalt in dem
Bezugssystem aufrechterhalten wird.
Die Erfindung sieht auch einen Kochtemperaturabschluß vor, der Betriebstemperaturen von 815 C gewachsen ist. Dies wird dadurch
erreicht, daß man eine Zirkonoxydkappe auf das offene Ende des Zirkonoxyd-Elektrolytrohrs lötet, nachdem das Bezugssystem eingeführt worden ist.
Die Erfindung löst darüber hinaus das Temperaturroeßproblem, indem
•in· mittler· Anzeige der Zellenwandtemperaturen vorgesehen vird,
wenn ein Te«peraturgefälle vorhanden ist; dadurch ist es nicht
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erforderlich, ein Thermoelement innerhalb der Zellenwand anzuordnen.
Dies wird dadurch erreicht, daß die Innen- und Außenwandtemperaturen
an den Elektroden mit Thermoelementen Überwacht und elektrisch die Thermoelementausgänge parallel geschaltet werden,
um eine mittlere Anzeige der Zellenbetriebstemperatur zu erhalten.
Die Erfindung siehf auch eine Vorrichtung vor, durch die das Gefälle
durch die Wand der Elektrolytzelle hindurch ausgeschaltet wird, um die damit verbundenen thermoelektrischen Spannungsauswirkungen
aufzuheben; dies geschieht durch ein einmaliges Umschließungs- und Erhitzungssystem, das einen Satz von Erhitzern
fUr den Körper des Elektrolytrohrs beinhaltet und einen weiteren Satz von Erhitzern für das geschlossene Ende des Rohrs und die
damit in Berührung stehende Atmosphäre.
Die Erfindung löst auch das Problem der genauen Zellentemperaturmessung
durch die Verwendung eines Starkschicht-Thermoelements, das mit der Überwachten Fläche in molekularem Kontakt steht.
Die gleichzeitige Verwendung der Platinelektrode des Wächters als
Elektrode und auch als einen Schenkel des Starkschicht-Thermoelements ist weiterhin ein wichtiges Merkmol.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigern
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Vor-Ort-Sauerstoffwächter, der
ein Starkschicht-Thermoelement und eine abgeschlossene Bezugsatmosphäre verwendet;
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Fig. 2 ein Querschnitts-Aufriß entlang dem Schnitt 2-2 der Fig. 1, um 90 aus der Ebene des Papiers herausgedreht;
Fig. 3 das Schema eines Systems fUr die Steuerung der Temperatur
einer Elektrolytzelle unter Verwendung von Innen-*und
Außen-Starkschicht-Thermoelementen;
Fig. 3a eine Kurve des Spannungsausgangs eines Gold-Platin-Stnrkschicht-Thermoelements in Abhängigkeit von der Lötstellentemperatur des Thermoelements;
Fig. 4 eine Draufsicht auf einen ummantelten Vor-Ort-Sauerstoffwächter fUr Atmosphären hoher Geschwindigkeit und unterschiedlicher Temperatur; die Draufsicht ist entlang des
Schnitts 4-4 der Fig. 5 dargestellt.
Fig. 5 ein Querschnitt entlang des Schnitts 5-5 der Fig. 4, um 90 aus der Ebene des Papiers herausgedreht.
Bnter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 schließt eine in sich geschlossene Bezugswächterzelle 10 ein Zirkonoxyd-Elektrolytrohr 16,
das ein geschlossenes Ende 17 hat, dessen mittlerer Teil einen Bereich von sich Überlappenden Elektroden 34 aufweist. Die Überlappenden Elektroden bilden zusammen mit dem dazwischen liegenden
Zirkonoxydrohr eine Sauerstoffkonzentrationszelle. Die Überlappenden Elektroden schließen einen Platinelektrodenstreifen 22
auf der Außenseite des Rohrs und einen Platinelektrodenstreifen 30 innerhalb des Rohrs ein. Der Außenstreifen 22 verläuft teilweise auf der Außenseite des geschlossenen Elektrolytendes 17 und
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setzt dann seinen Weg auf der Außenlänge des Elektrolytrohrs 16
fort, um in einem elektrischen Kontakt an einem Elektrodenkontaktband 24 zu enden. Der innere Streifen 30 verläuft teilweise durch
das Innere des geschlossenen Elektrolytendes 17 und setzt dann seinen Weg Über die volle innere Länge, Über das offene Ende und
teilweise Über die Außenlänge des Elektrolytrohrs 16 fort, um in einem elektrischen Kontakt an einem Elektrodenkontaktband 32 zu
enden.
Auf der Außenseite des geschlossenen Elektrolytendes 17 ist ein
Starkschicht-Thermoelement ausgebildet, das einen aus Gold bestehenden Thermoelementschenkel 26 aufweist, der Platinelektrodenstreifen 22 wird als der andere Thermoelementschenkel ungleichen
Metalls benutzt. Das Starkschicht-Thermoelement ist in dieser beispielsweisen Ausfuhrung etwa 0,02 bis 0,002 mm stark und wird
auf der Fläche, deren Temperatur zu messen ist, als eine Paste aufgebracht, die dann in einem Ofen gebrannt wird, um metallische Eigenschaften zu erhalten.
Der aus Gold bestehende Thermoelementschenkel 26 verläuft senkrecht
und teilweise durch das geschlossene Elektrolytende 17, um sich an den äußeren Elektrodenstreifen 22 anzuschließen und dort eine
Starkschicht-Thermoelement-Letstelle 29 zu bilden. Der aus Gold
bestehende Thermoelementschenkel verläuft dann weiter auf der Außenlänge des Elektrolytrohrs 16, um elektrisch ein Goldthermoelementschenkel-Kontaktband 28 zu berühren. Eine feuerfeste Schicht,
wie z. B. SiOp, kann verwendet werden, um elektrisch den aus Gold
bestehenden Thermoelementschenkel von elektrischem Kontakt mit dem Kontaktband 24 zu trennen.
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Die Innenseite des Elektrolytrohrs 16 wird mit einem Metall-Metalloxyd-Bezugssystem 18, wie z* B. Kupfer-Kupferoxyd, durch
das offene Rohrende 19 gefüllt, das danach abgeschlossen wird, indem man eine Zirkonoxydkappe 12 auf das Elektrolytrohr 16
mit einer Hochtemperatur-Lötlegierung 14 lötet, wie z. B. Kupferoxyd-Silber, Silber-Kupfer-Palladium, Gold-Palladium, Nickel-Titan oder andere handelsübliche Nickellegierungen.
Im Betrieb wird der Wächter 10 direkt in eine konstante Hochtemperatur-Atmosphäre unbekannten Sauerstoffgehalts ©ingesetzt. Der
Wächter arbeitet als eine Sauerstoffkonzentrationszelle, deren Leerlauf-Spannungsausgang durch die folgende Gleichung von
Nernst gegeben ist:
_ RT . P0O0
E i in 2 2
~ΊΓδ—
worin : E = Leerlaufpotential (V)
. F = Faradaysche Zahl (96.500 Coulomb)
4F s Ladungsmenge, die pro Mol 0o, das durch den
Elektrolyten strömt, Übertragen wird (386.000 Coulomb/Mol)
R = Universal-Gaskonstante (8,314 Watt-sek./ °K Mol)
T e absolute Temperatur der Zelle ( K)
P.0-, P 0o s Partialdruck von Sauerstoff in den beiden Zellenkammern.
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22A2851
In den beschriebenen Wächter bilden die Überlappenden Elektroden
und das dazwischen liegende Zirkonoxyd die Sauerstoffkonzentrationszelle. Wenn also auf der Außenseite des geschlossenen Elektrolytendes 17 eine andere Sauerstoffkonzentration vorhanden ist
als auf der Innenseite des geschlossenen Endes 17, dann wird ein Spannungspotential E auf einem Spannungsanzeiger 38 ersichtlich,
der zwischen dem Elektrodenband 24 und dem Elektrodenband 32 geschaltet ist.
Eine Temperaturüberwachungsvorrichtung wird ohne Rücksicht auf ihre
Genauigkeit eine ungenaue Anzeige ergeben, wenn ein verhältnismäßig schlechter Kontakt zwischen ihr und der gemessenen Fläche besteht.
Das hierin beschriebene Gold-Platin-Starkschicht-Thermoelement hat einen molekularen Kontakt zwischen dem geschlossenen Elektrolytende 17 und den Gold- bzw. Platin-Thermoelementschenkeln 26, 22.
Infolgedessen ist die von der Thermoelement-Lötstelle 29 überwachte Temperatur eine extrem genaue Temperaturmessung, die
repräsentativ für die Zellenbetriebstemperatur T in der Gleichung von Nernst ist. Ein Temperaturanzeiger 36, der zwischen
dem Elektrodenkontaktband 24, das hier auch als das Kontaktband fUr den Platin-Thermoelementschenkel des Starkschicht-Thermoelernents dient, und einem Kontaktband 28 geschaltet ist, das an
dem aus Gold bestehenden Thermoelementschenkel 26 angeschlossen ist, bildet eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Anzeige dieser
Zellentemperatur T.
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"Ί1" 22Λ2851
einen konstanten Sauerstoffparticildruck für eine spezifische
Zellentemperatur T, wie durch das Metall-Metalloxyd-Gleichgewicht
bestimmt. Genauer gesagt, ein Kupfer-Kupferoxyd-Bezugs-
8 83 system liefert einen Sauerstoff-Partialdruck von 10 ' Atmosphären bei 800 C. Dieser Partialdruck wird aufrechterhalten,
selbst wenn eine Sauerstoffwanderung durch das Elektrolytrohr in das Bezugssystem 18 eintritt, da der wandernde Sauerstoff mit dem
Metall des Bezugssystems reagieren wird, um das Oxyd zu bilden und den Sauerstoff-Partialdruck konstant zu halten. Da der Sauerstoff-Partialdruck
des Bezugssystems 18 niedriger liegt als derjenige außerhalb des Elektrolytrohrs 16, selbst wenn in gewissen Fällen
der Differenzdruck gegenläufig sein wird, erfolgt die Sauerstoffwanderung ausschließlich in einer Richtung zu dem Bezugszeichen 18.
Die Zellenbetriebstemperatur T wird genau gemessen und der Sauerstoffpartialdruck
auf der einen Seite der Zelle wird konstant gehalten; die Spannung des Anzeigers 38 wird damit ein Direktenzeigeinstrument
für den Sauerstoffpartialdruck der unbekannten Atmosphäre außerhalb dee Elektrolytrohres 16. Jeder Bedarf an
Flaschengas bekannter Sauerstoffkonzentration wird ausgeschaltet, da es weder für die Eichung noch für die Einhaltung eines konstanten
Sauerstoffpartialdrucks auf einer Seite der Zelle erforderlich ist.
Wir beziehen uns nun auf das System der Fig. 3 und nehmen an, daß das Elektrolytrohr 16 einem bedeutenden Temperaturgefälle
durch das geschlossene Ende 17 hindurch ausgesetzt ist. Die
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von einem Thermoelement auf der Außenseite des Elektrolytrohrs Überwachte Temperatur ist hoch und ein Thermoelement auf der Innenseite zeigt einen niedrigen Wert an. Keine der Anzeigen ist, wenn
allein für sich betrachtet, eine gute Darstellung fUr die Betriebstemperatur der Sauerstoffkonzentrationszelle. Eine genaue Temperaturanzeige der Zelle ist erforderlich. Ein Starkschicht-Thermoelement 41 mit einem Platinschenkel 40 und einem Goldechenkel 39 ist
an die Außenseite des Elektrolytrohrs 16 gebunden und ein Starkschicht-Thermoelement 43 mit einem Platinschenkel 44 und einem
Goldschenkel 42 ist an die Innenseite des Elektrolytrohrs 16 gegenüber dem Thermoelement 41 gebunden. Die Ausgänge der Innen- und
Außdn-Thermoelemente sind parallel an einen Temperaturanzeiger 36'
Über Thermoelement-Ausgangsleitungen 58, 56 angeschlossen. Durch diese elektrische Verbindung ist die Anzeige des Anzeigers 36* der
Mittelwert der Temperaturen, die durch die Thermoelemente 41, 43 Überwacht werden. Diese Anzeige der mittleren Zellenbetriebstemperatur wird Über die Eingangsleitungen 54 an eine Erhitzersteuerung 48 Übertragen, die einen zusätzlichen Erhitzer 46 fUr
das Elektrolytrohr Über Erhitzerkraftleitungen 50 betätigt. Die Erhitzersteuerung 48 wird durch Kraftzuleitungen 52 versorgt.
Dieser Erhitzer wird in Atmosphären niedriger oder schwankender Temperatur eingesetzt.
Im Betrieb hat die Erhitzersteuerung eine Solltemperatur, mit der
das Signal der mittleren Temperatur der Elektrolytzelle verglichen wird. Wenn diese Temperaturanzeige der Zelle unter dem Sollwert
liegt, betätigt die Erhitzersteuerung der Erhitzer 46, bis die Temperaturen ausgeglichen sind.
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Wenn wir uns nunmehr auf Fig. 3a beziehen, dann erkennen wir, daß
die Kurve des Spannungsausgangs zur Temperatur für das GoIdplatin-rStarkschicht-Thermoelement Über 315 C hinaus praktisch
linear ist. Da die Sauerstoffkonzentrationszelle bei Temperaturen Über 315 C hinaus betrieber
art besonders geeignet und genau*·
türen Über 315 C hinaus betrieben wird, ist diese Thermoelement-
Fig. 4 und 5 zeigen einen ummantelten Fühler 67, der in einem
Wächtermantel 60 Durchtritte 62 unbekannter Atmosphäre hat. Parallels Strömungs-Drosselplatten 72 sind innerhalb der Vorrichtung 67 dargestellt und umschließen die Fühlerzelle 10. Die Fühlerzelle 10
wird innerhalb des Mantels 60 so gehalten, daß ihr geschlossenes Ende 17 der Kammer 71 unbekannter Atmosphäre ausgesetzt ist und
die Länge ihres Körpers innerhalb des Mantels 60 durch ein Labyrinth von Dichtungen 74 abgedichtet wird. Das geschlossene
Ende 17 des Elektrolytrohrs wird auf einer konstanten Temperatur durch einen Elektrolyterhitzer 66 gehalten, der am Umfang außerhalb der Mantelinnenwand 77 angeordnet ist. Dieser Erhitzer 66
wird gegen den Wächtermantel 60 durch eine im Innenraum sich befindende Kaowool-Erhitzerisolierung 64 isoliert. Die Atmosphärenkammer 71 wird auf Betriebstemperatur durch einen Enderhitzer 68
gehalten, der auch von dem Mantel 60 durch Kaowool-Isolierung 70
isoliert wird. Der Umfangserhitzer 66 und der Enderhitzer 68
werden durch eine Erhitzerstewerung 76 Über Steuerleitungen 78
bzw. 80 gesteuert. Strom zu der Erhitzersteuerung 76 wird Über
Steuerleitungen 82 zugeführt.
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In Betrieb wird die ummantelte Vorrichtung 67 in eine Atmosphäre
unbekannter Sauerstoffkonzentration eingeführt. Die Atmosphäre kann in die Atmosphärenkammer 71 Über Duchttritte 62 eintreten
und sie kann auch aus der Atmosphärenkammer 71 Über Durchtritte austreten. Innerhalb der Kammer 71 wird der eintretende luftstrom durch die Platten 72 gedrosselt, die den Luftfluß glätten
und den Luftstromkontakt mit dem geschlossenen Ende 17 des die
Sauerstoffkonzentrationszelle bildenden Elektrolytrohrs 16 vergrößern. Die LuftStromtemperatur wird durch den Enderhitzer 68
konstant gehalten, der notfalls zusätzliche Wärme liefert, um den Luftstrom auf Betriebstemperatur zu bringen. Inzwischen hält der
Umfangserhitzer 66 das geschlossene Ende 17 des Elektrolyten auf konstanter Betriebstemperatur, indem er Wärme an das Elektrolytrohr liefert, um die Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten.
Da das Elektrolytrohr isoliert ist und gleichmäßig erhitzt wird und das der in die Kammer 71 eintretende Luftstrom vorgewärmt
und gedrosselt wird, werden das Temperaturgefälle durch das geschlossene Ende 17 hindurch und die thermoeleitrischen Begleiterscheinungen im wesentlichen ausgeschaltet. Somit ist diese
Vor-Ort-Wächter-AusfUhrung gut geeignet, um den Sauerstoffgehalt in schnellen Atmosphären mit veränderlichen Temperaturen
zu Überwachen. Verschiedene Änderungen werden den Fachleuten klar werden, Wenn sie diese Spezifikation lesen. Als Beispiel einer
offensichtlichen Änderung kannte das System der inneren und äußeren
Thermoelemente abgeändert werden, um bei Erreichen einer gewissen minimalen Temperaturdifferenz ein Signal zu ergeben, wodurch angezeigt wird, daß die 0_ Zelle sich stabilisiert hat und betriebsbereit ist.
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Auch kann das TemperaturUberwachungssignal über einen Analogmultiplikator
in eine Summierschaltung eingespeist werden, wobei der Wächterzellenausgang direkt die Tetnperaturätiderungen der Wächterzelle
kompensiert.
Solche Änderungen verschiedener Art liegen ebenfalls im Rahmen
dieser Erfindung.
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Claims (12)
1.jVor-ürt-Sauerstoffwächter, gekennzeichnet
durch folgende Merkmale:
a) ein aus Zirkonoxyd bestehendes Elektrolytrohr (16), das so
ausgebildet ist, daß ein Ende offen und ein Ende (17) geschlossen ist;
b) einen ersten porösen Platinelektrodenstreifen, (22) der an die Außenseite des Rohrs (16) gelagert ist, teilweise
auf den geschlossenen Ende (17) verläuft und dann seinen Weg auf der Seite des genannten Rohrs zu einen ersten Kontaktanschluß (24) auf der Außenseite des genannten Rohrs
fortsetzt;
c) einen zweiten porösen Platinelektrodenstreifen (30), der an die Innenseite des Rohrs (16) gelagert ist, teilweise
auf den geschlossenen Ende des Rohrs verläuft, um die erste Elektrode (22) zu Überlappen, und der dann seinen
Weg im Innern Über das offene Ende hinaus und teilweise auf der Außenseite des Rohrs (16) zu einen zweiten Kontaktanschluß (32) auf der Außenseite des genannten Rohrs
fortsetzt;
d)eine Vorrichtung zum Verschließen des offenen Endes des
Rohrs (16), einschließlich einer Zirkonoxydkappe (17), sowie
e) eine in sich geschlossene Bezugsatmosphäre, die innerhalb des Rohrs durch die Verschlußvorrichtung abgeschlossen ist.
309810/0836 ...
2. Sauerstoffwächter, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Starkschicht-Thermoelement, mit
der Außenseite des Elektrolytrohrs in molekularem Kontakt steht und so angeordnet ist, daß es die Temperatur der ersten Elektrode
Überwacht.
3. Sauerstoffwächter, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Starkschicht-Thermoelement einen aus
Gold bestehenden Thermoelementschenkel einschließt, der mit der Außenseite des Elektrolytrohrs in molekularem Kontakt steht,
teilweise durch das geschlossene Ende des Rohrs verläuft und an den ersten porösen Platinelektroden-streifen anschließt,
um eine Thermoelement-Lötstelle in dem Bereich zu bilden, wo sich Platin und Gold treffen.
4. Sauerstoffwächter nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Thermoelement, auf der Außenseite
des geschlossenen Endes des genannten Elektrolytrohrs angeordnet ist', υ« die Temperatur der ersten Elektrode zu Überwachen,
und ein weites Thermoelement, auf der Innenseite des geschlossenen
Endes des genannten Elektrolytrohrs angeordnet ist, um die
Temperatur der zweiten Elektrode zu Überwachen.
5. Sauerstoffwächter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Thermoelement
Starkschicht-Thermoelemente sind.
6. Sauerstoffwächter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein· Vorrichtung zum Umschließen des
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Elektrolytrohrs dient, um das geschlossene Ende des Rohrs einer Atmosphäre unbekannten Sauerstoffgehalts ausgesetzt
zu lassen; einer ersten Vorrichtung zur Erwärmung eines Teils der eingeschlossenen Länge des genannten Elektrolytrohrs in der Nähe des geschlossenen Endes des genannten Rohrs,
wobei die genannte erste Heizvorrichtung auf der Länge des Rohrs und innerhalb der Umschließung angeordent ist; einer
zweiten Vorrichtung zum Erwärmen der unbekannten Atmosphäre und des geschlossenen Endes des genannten Rohrs, wobei diese
Vorrichtung gegenüber dem geschlossenen Ende des genannten
Rohrs angeordnet ist; und einer Vorrichtung zum Steuern der ersten und zweiten Heizvorrichtung, so daß die von dem ersten
und dem zweiten Thermoelement Überwachte Temperatur auf einer im wesentlichen gleichen Temperaturhöhe gehalten wird.
7. Sauerstoffwächter, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Elektrodenstreifen im mittleren Teil des geschlossenen Endes des Rohrs
Überlappen, um ein Elektrodenpaar zur Ionenleitung in der Mitte des geschlossenen Endes des Rohrs zu bilden.
8. Sauerstoffwächter nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η -zeichnt, daß die in sich geschlossene Bezugsatmosphäre
ein Metall-Metalloxyd-Pulver einschließt, wobei das genannte Metall mit durch das genannte Zirkonoxydrohr wandernden Sauerstoff reagiert, um das Metalloxyd zu bilden und dadurch den
Sauerstoff-Partialdruck dec Bezugsatmosphäre konstant zu halten.
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9. Sauerstoffwächter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußvorrichtung das Löten
der Zirkonoxydkappe an das Elektrolytrohr mit einer Lötlegierung
einschließt, die in der Lage ist, den gelöteten Verschluß auf 815 C Umgebungstemperatur zu halten.
10. Starkschicht-TemperaturUberwachungsvorrichtung gekennzeichnet
durch folgende Merkmale:
a) einen ersten metallischen Thermoelementschenkel in molekularem Kontakt mit einer Fläche, deren Temperatur zu
messen ist;
b) einen zweiten metallischen Thermoelementschenkel, der aus einem anderen Material als der erste Thermoelementschenkel
besteht und in molekularem Kontakt mit der genannten Fläche steht, deren Temperatur zu messen ist, wobei der erste
Thermoelementschenkel in molekularem Kontakt mit dem zweiten Thermoelementschenkel in dem Bereich der Fläche
steht, deren Temperatur zu messen ist, und van dem Kontakt mit dem zweiten Thermoelementschenkel auf der Übrigen
Länge des ersten Thermoelementschenkels getrennt ist.
11. Temperaturüberwachungsvorrichtung, nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der genannte erste Thermoelementschenkel
aus Platin besteht, das auf die Fläche gestrichen ist.
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12. TemperaturUberwachungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der zweite Thermoelementschenkel aus einem Material besteht, das aus einer Gruppe
leitfähiger Metalle und Legierungen ausgewählt wird, umfassend Gold, Iridium, Palladium, MoSi2, 90 % Pt - 10 % Rh und
87 % Pt - 13 % Rh.
309810/0B3
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|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |