DE2532279A1

DE2532279A1 - GAS PROBE

Info

Publication number: DE2532279A1
Application number: DE19752532279
Authority: DE
Inventors: Derek Austen Rudd; Derek Arthur Slough; Haydn Wilson
Original assignee: George Kent Ltd
Current assignee: Elster Metering Holdings Ltd
Priority date: 1974-07-18
Filing date: 1975-07-18
Publication date: 1976-02-05
Also published as: FR2279097B1; FR2279097A1; GB1511845A

Description

DR. BERG DIPL-ING. STaPF 2^32279DR. BERG DIPL-ING. STaPF 2 ^ 32279

DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIRDIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02

Anwaltsakte 26 290Lawyer File 26 290 18. Juli 1975July 18, 1975

George Kent Limited Luton, Bedfordshire / Großbritannien George Kent Limited Luton, Bedfordshire / Great Britain

GassondeGas probe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sonde zum Bestimmen des Sauerstoffgehalts von Gasen.The invention relates to a probe for determining the oxygen content of gases.

Es wurden bereits Sonden zum Bestimmen des Suaerstoffgehalts von Gasen vorgeschlagen, deren Wirkung darauf beruht, daß bestimmte keramische Stoffe, wie etwa Zirkonerde, bei Erwärmung auf hohe Temperaturen die Eigenschaften eines festen Elektrolyts haben. Solche Stoffe wirken bei niedrigen Terr-There have already been probes for determining the oxygen content proposed of gases, the effect of which is based on the fact that certain ceramic substances, such as zirconia, when heated have the properties of a solid electrolyte at high temperatures. Such substances act at low terrestrial

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t (0S9) 98 82 72 g Manchen 80, Mauerkircherstraße 45 Banken: Bayerische Vereinsbank München 453100 t (0S9) 98 82 72 g Manchen 80, Mauerkircherstraße 45 Banks: Bayerische Vereinsbank Munich 453100

917043 Tetramine: BERGSTAPFPATENT München Hypo-Bank München 3892623917043 Tetramine: BERGSTAPFPATENT Munich Hypo-Bank Munich 3892623

913310 TELEX: 0524560 BERG d Postscheck Manchen 65343-801913310 TELEX: 0524560 BERG d Postscheck Manchen 65343-801

peraturen isolierend und werden bei Erwärmung auf hohe Temperaturen leitend. Diese Eigenschaften ergeben sich aus dem Vorhandensein von unbesetzten Sauerstoffstellen im Kristallgitter. Sind die Sauerstoff-Teildrücke in an beiden Seiten des Materials anstehenden Gasen einander gleich, so besteht bei hohen Temperaturen ein Gleichgewicht zwischen dem Sauerstoff im Kristallgitter und dem freien Sauerstoff. Besteht jedoch ein Unterschied zwischen dem Sauerstoffdruck an einer Seite und dem an der anderen, dann ergibt sich wirkungsmäßig eine Wanderung von Sauerstoffionen durch das Kristallgitter, indem Sauerstoff von dem Gas mit dem höheren Sauerstoffdruck aufgenommen und an das Gas mit dem niedrigeren Sauerstoffdruck abgegeben wird. Die Bewegung der Sauerstoffionen erzeugt eine elektromotorische Kraft, welche in Form eines Spannungsunterschieds zwischen an gegenüberliegenden Seiten des Materials angeordneten Elektroden meßbar ist. Die Größe des Spannungsunterschieds entspricht dem Unterschied der Sauerstoffdrücke in den beiden Gasen.temperatures and become conductive when heated to high temperatures. These properties result from the presence of unoccupied oxygen sites in the crystal lattice. Are the partial oxygen pressures in at both If the gases present in the material are equal to one another, at high temperatures there is an equilibrium between the oxygen in the crystal lattice and the free oxygen. However, there is a difference between the oxygen pressure on one side and that on the other, then there is an effective migration of oxygen ions through the Crystal lattice in which oxygen is taken up by the gas with the higher oxygen pressure and transferred to the gas with the lower Oxygen pressure is delivered. The movement of the oxygen ions creates an electromotive force, which in the form of a voltage difference between electrodes placed on opposite sides of the material is measurable. The size of the voltage difference corresponds to the difference in oxygen pressures in the two gases.

Sonden der vorstehend genannten Art sind zum Messen des Unterschieds zwischen dem Sauerstoffdruck in einem Rauchgas und dem bekannten Sauerstoffdruck in einem Bezugsgas, beispielsweise Luft, eingerichtet. Ein keramisches Element mit jeweils einer Elektrode an beiden Seiten sitzt an einem Ende eines in eine kleine Heizkammer hineinragenden Tragrohrs. Führt man die Heizkammer in einen Rauchkanal ein, dann füllt sie sich mit Rauchgasen, so daß eine Außenfläche des Elements diesen ausgesetzt ist, während eine Innen-Probes of the type mentioned above are for measuring the difference between the oxygen pressure in a flue gas and the known oxygen pressure in a reference gas such as air. A ceramic element with one electrode on each side, sits at one end of a support tube protruding into a small heating chamber. If the heating chamber is introduced into a smoke channel, it fills with smoke gases, so that an outer surface of the element is exposed to these, while an interior

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fläche des Elements von über das Tragrohr zugeführter Luft bestrichen wird. Durch Erwärmung in de^ Heiskammer wird das Element leitend. Der dabei über das Element auftretende Spannungsunterschied wird dann mittels mit den Elektroden verbundener Meßeinrichtungen gemessen.surface of the element is swept by air supplied via the support tube. This is achieved by heating in the hot chamber Element conductive. The one occurring over the element The voltage difference is then measured by means of measuring devices connected to the electrodes.

Bei der Herstellung von Sonden der beschriebenen Art ergeben sich gewisse Schwierigkeiten daraus, daß keramische Stoffe wie Zorkonerde sehr zerbrechlich, empfindlich gegenüber plötzlichen Temperaturänderungen, teuer und sehr schwer zu Körpern von einer ausreichenden Länge formbar sind. Gewöhnlich verwendet man daher ein ziemlich kurzes Element, welches auf einem festen metallenen Tragrohr, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl montiert ist. Die Verbindung zwischen dem Tragrohr und dem keramischen Element muß möglichst gasdicht sein, damit sich das im Tragrohr enthaltene Bezugsgas nicht mit dem in der Heiskammer vorhandenen Rauchgas vermischt. Wegen des sehr großen Unterschieds der Wärmedehnungskoeffizienten des keramischen Elements und des für die Halterung desselben verwendeten Metalls ist jedoch eine gasdichte Verbindung äußerst schwierig herstellbar.In the manufacture of probes of the type described, certain difficulties arise from the fact that ceramic Substances like zinc cone are very fragile, sensitive to sudden changes in temperature, expensive and very heavy can be shaped into bodies of sufficient length. A fairly short element is therefore usually used, which is mounted on a solid metal support tube, preferably made of stainless steel. The connection between the support tube and the ceramic element must be as gas-tight as possible so that the reference gas contained in the support tube does not mix with the flue gas in the hot chamber mixed. Because of the very large difference in the coefficient of thermal expansion of the ceramic element and that for the Holding the same metal used, however, a gas-tight connection is extremely difficult to produce.

Die Erfindung schafft eine Sonde zum Bestimmen des Sauerstoff gehalts eines Gases, mit einem elektrolytischen Feststoff, in welchem bei Erwärmung und bei Vorhandensein eines Unterschieds zwischen den Sauerstoffdrücken in einander entgegengesetzte Seiten des Feststoffs beaufschlagenden Gasen ein elektrischer Strom durch Wanderung von SauerstoffionenThe invention provides a probe for determining the oxygen content of a gas, with an electrolytic solid, in which when heated and in the presence of a difference between the oxygen pressures in each other opposite Gases acting on the solid face generate an electric current through migration of oxygen ions

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auftritt, und mit an den einander gegenüberliegenden Seiten des Feststoffs angeordneten Elektroden, zwischen denen ein in seiner Größe dem Unterschied der Sauerstoffdrücke entsprechender Spannungsunterschied auftritt, wobei gemäß Erfindung vorgesehen ist, daß der elektrolytische Feststoff zu einem länglichen, an einem Ende geschlossenen Hohlkörper geformt ist, daß die Elektroden an einem Teil des Hohlkörpers an oder nahe dessen geschlossenem Ende angeordnet sind, daß das betreffende Teil des Hohlkörpers so in einer Heizkammer angeordnet ist, daß eine Außenfläche davon im Gebrauch der Probe dem betreffenden Gas ausgesetzt ist, daß der Hohlkörper an einer Stelle außerhalb der Heizkammer wenigstens eine Öffnung aufweist, daß Einrichtungen für die Zufuhr und Abfuhr eines Bezugsgases mit einem vorbestimmten Sauerstoffgehalt über eine im Hohlkörper vorhandene Öffnung zu dessen Innenraum und aus diesem heraus vorhanden sind und daß ein Dichtungsmaterial zwischen dem Hohlkörper und der Zufuhreinrichtung angeordnet ist, so daß vom Innenraum des Hohlkörpers oder der Zufuhreinrichtung durch das Dichtungsmaterial hindurch diffundierendes Bezugsgas außerhalb der Heizkammer und entfernt von den Elektroden austritt.occurs, and with electrodes arranged on opposite sides of the solid, between where a voltage difference corresponding in its size to the difference in oxygen pressures occurs, according to The invention provides that the electrolytic solid form an elongated hollow body closed at one end is shaped so that the electrodes are arranged on a part of the hollow body at or near its closed end are that the relevant part of the hollow body is arranged in a heating chamber that an outer surface it is exposed to the gas in question during use of the sample that the hollow body at a point outside the heating chamber has at least one opening that means for supplying and removing a reference gas with a predetermined oxygen content via an opening in the hollow body to the interior thereof and are present out of this and that a sealing material between the hollow body and the feed device is arranged so that from the interior of the hollow body or the feed device through the sealing material diffusing reference gas exits outside the heating chamber and away from the electrodes.

Vorzugsweise weist die Zufuhreinrichtung eine Halterung für den Hohlkörper aus dem elektrolytischen Feststoff auf, mit in der Halterung gebildeten Öffnungen, so daß das Bezugsgas im Gebrauch durch die Öffnungen in der Halterung und die Öffnungen des Hohlkörpers strömt, wobei das Dichtungs-The feed device preferably has a holder for the hollow body made of the electrolytic solid on, with openings formed in the holder, so that the reference gas in use through the openings in the holder and flows through the openings of the hollow body, whereby the sealing

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material zwischen dem Hohlkörper und der Halterung angeordnet ist.material is arranged between the hollow body and the holder.

Vorzugsweise ist der elektrolytische Feststoff zu einem rohrförmigen Körper geformt, die Halterung weist ein den rohrförmigen Körper koaxial umgebendes Halterohr auf und das Dichtungsmaterial ist in einem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem rohrförmigen Körper und dem Halterohr angeordnet.Preferably the electrolytic solid is one tubular body formed, the holder has a tubular body coaxially surrounding the holding tube and the sealing material is in an annular space arranged between the tubular body and the support tube.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Zufuhreinrichtung eine Zufuhrkammer auf, der rohrförmige Körper und das Halterohr sind an dem von den Elektroden entfernten Ende offen und ragen mit diesem Ende in die Zufuhrkammer, und die Zufuhreinrichtung enthält ferner ein sich durch die Zufuhrkammer hindurch und koaxial in den rohrförmigen Körper bis nahe an dessen geschlossenes Ende hinein erstreckendes inneres Zufuhrrohr sowie einen Rückströmweg für das Bezugsgas, welcher entlang dem Zwischenraum zwisehen dem inneren Zufuhrrohr und dem rohrförmigen Körper zu den offenen Enden des rohrförmigen Körpers und des Halterohrs in der Zufuhrkammer verläuft.In a preferred embodiment, the feed device has a supply chamber, the tubular body and the holding tube are on that remote from the electrodes End open and with this end protrude into the feed chamber, and the feed device also contains a through the supply chamber and coaxially into the tubular body to near its closed end inner supply pipe extending into it and a return flow path for the reference gas which runs along the gap between the inner feed tube and the tubular one Body extends to the open ends of the tubular body and the holding tube in the supply chamber.

Vorzugsweise erstreckt sich das Halterohr koaxial mit dem rohrförmigen Körper in die Heizkammer hinein und bildet eine Halterung für diese, und im Tragrohr ist wenigstens eine v/eitere Öffnung für den Austritt von durch das Isoliermaterial hindurch diffundierendem Bezugsgas außerhalb der Heizkammer gebildet.Preferably, the holding tube extends coaxially with the tubular body into the heating chamber and forms a holder for this, and in the support tube there is at least one further opening for the exit of through the insulating material formed through diffusing reference gas outside the heating chamber.

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Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:In the following an embodiment of the invention is explained with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte SeitenansichtFig. 1 is a partially sectioned side view

einer erfindungsgemäßen Sonde und Fig. 2 eine Schnittansieht des Kopfs der in Fig. 1 gezeigten Sonde.a probe according to the invention and FIG. 2 shows a sectional view of the head of the one shown in FIG Probe.

Die in der Zeichnung dargestellte Sonde enthält ein aus elektrolytischem Feststoff, insbesondere Zirkonerde, geformtes elektrolytisches Element 1, welches an einander gegenüberliegenden Flächen metallene Elektroden aufweist. Eine Heizkammer 3 dient zum Aufheizen des Elements 1 auf eine Temperatur von 700 ⁰C, bei welcher die Zirkonerde leitend wird bzw. ist.The probe shown in the drawing contains an electrolytic element 1 formed from an electrolytic solid, in particular zirconium earth, which has metal electrodes on opposite surfaces. A heating chamber 3 serves to heat the member 1 to a temperature of 700 ⁰ C, in which the zirconia is conductive and is.

Das Zirkonerdeelement 1 und die Heizkammer 3 der Sonde sitzen an einem Ende eines Tragrohrs 5» welches an einer Wandung 7 eines Rauchkanals befestigbar ist, so daß die Heizkammer 3 und das Element 1 in den Rauchkanal hineinragen und eine Außenfläche des Elements 1 den im Rauchkanal strömenden Rauchgasen ausgesetzt ist. Durch das Tragrohr 5 hindurch wird Luft zur Innenfläche des Zirkonerdeelements 1 geleitet.The zirconia element 1 and the heating chamber 3 of the probe sit at one end of a support tube 5 »which on a Wall 7 of a smoke channel can be fastened so that the heating chamber 3 and the element 1 protrude into the smoke channel and an outer surface of the element 1 is exposed to the smoke gases flowing in the smoke channel. Through the support tube 5 air becomes the inner surface of the zirconia element 1 headed.

Bei Erwärmung des Elements 1 entsteht eine elektromotorische Kraft entsprechend der Differenz zwischen dem Sauerstoffdruck in den Rauchgasen und dem bekannten Sauerstoffdruck in der Luft. Daraus ergibt sich ein SpannungsunterschiedWhen the element 1 is heated, an electromotive force is generated corresponding to the difference between the oxygen pressure in the flue gases and the known oxygen pressure in the air. This results in a voltage difference

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an den Elektroden, welcher mittels der zur Sonde gehörigen elektrischen Meßeinrichtungen gemessen werden kann.on the electrodes, which belong to the probe by means of the electrical measuring devices can be measured.

Wie man in Fig. 2 erkennt, weist das elektrolytische Element 1 ein aus Zirkonerde geformtes kurzes Röhrchen 9 auf, welches an einem Ende offen und am anderen geschlossen ist. An dem das geschlossene Ende des Röhrchens bildenden Teil desselben ist jeweils eine Platinelektrode 11 an der Innen- und der Außenseite angebracht.As can be seen in FIG. 2, the electrolytic element 1 has a short tube 9 formed from zirconia which is open at one end and closed at the other. At the one that forms the closed end of the tube Part of the same, a platinum electrode 11 is attached to the inside and the outside.

Eine Halterung für das Element 1 ist aus einem Halterohr aus rostfreiem Stahl gebildet, welches das Röhrchen 9 koaxial umgibt und sich von dessen offenem Ende bis an eine Stelle nahe den Elektroden 11 erstreckt. An einer Stelle zwischen dem offenen und dem geschlossenen Ende des Zirkonerderohrchens 9 ist die Wandung des Halterohrs 13 von vier öffnungen 15 durchsetzt.A holder for the element 1 is formed from a holding tube made of stainless steel, which the tube 9 surrounds coaxially and extends from its open end to a point near the electrodes 11. At a The place between the open and the closed end of the zirconium tube 9 is the wall of the holding tube 13 penetrated by four openings 15.

Das Röhrchen 9 ist im Halterohr 13 mittels eines hitzebeständigen Bindemittels 17 aus Silika, Aluminium und dergl. befestigt, welches in dem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Röhrchen 9 und dem Halterohr 13 enthalten ist. Das Bindemittel 1? ist in einen ersten Abschnitt 17a, welcher sich von den Öffnungen 15 des Halterohrs 13 zum offenen Ende des Zirkonerderohrchens 9 erstreckt, und einen zweiten Abschnitt 17b unterteilt, welcher sich von den öffnungen 15 bis an eine Stelle nahe den Elektroden erstreckt.The tube 9 is in the holding tube 13 by means of a heat-resistant Binder 17 made of silica, aluminum and the like. Fixed, which in the annular space between the tube 9 and the holding tube 13 is included. The binder 1? is in a first section 17a, which extends from the openings 15 of the holding tube 13 to the open end of the zirconia tube 9, and a second section 17b divides, which extends from the openings 15 to a point near the electrodes extends.

Auf das entsprechende Ende des Halterohrs 13 ist eineOn the corresponding end of the holding tube 13 is a

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Schutzkappe 19 für das Röhrchen 9 aufgesetzt. Ihre Umfangswand ist von öffnungen 21 durchsetzt, welche den Rauchgasen Zutritt zum Zirkonerderöhrchen 9 gewähren.Protective cap 19 for the tube 9 is put on. Your perimeter wall is penetrated by openings 21, which allow the flue gases access to the zirconium earth tube 9.

An der an der Außenseite des Röhrchens 9 sitzenden Elektrode 11 ist ein isolierter Leiter 23 angeschlossen, welcher von der Elektrode aus ein Stück durch das hitzebeständige Bindemittel 17 und durch eine öffnung 25 des Halterohrs hindurch zu dessen Außenseite verläuft. Die elektrische Verbindung der inneren Elektrode 11 ist nachstehend im einzelnen beschrieben.At the seated on the outside of the tube 9 electrode 11, an insulated conductor 23 is connected, which from the electrode in one piece through the heat-resistant binding agent 17 and through an opening 25 of the holding tube runs through to its outside. The electrical connection of the inner electrode 11 is shown in FIG individually described.

Die Heizkammer 3 der Sonde enthält einen das Zirkonerderöhrchen 9 und das Halterohr 13 koaxial umgebenden Heizwendel 27. Dieser ist in einem geschweißten Metallmantel 29 eingeschlossen, welcher den Zutritt von Rauchgasen zum Heizwendel verhindert und zur Verringerung von Wärmeverlusten von einem wärmeisolierenden Material 31 umgeben ist. Um ein Verschmutzen der Elektroden 11 durch im Rauchgas enthaltene Verunreinigungen zu verhindern, ist die Heizkammer radial auswärts von einem an einem Ende geschlossenen, zylindrischen Filterelement 33 aus gesintertem Metall oder einem keramischen Werkstoff umgeben.The heating chamber 3 of the probe contains a heating coil that coaxially surrounds the zirconia tube 9 and the holding tube 13 27. This is enclosed in a welded metal jacket 29, which prevents the entry of smoke gases Prevented to the heating coil and surrounded by a heat-insulating material 31 to reduce heat losses is. In order to prevent the electrodes 11 from being soiled by impurities contained in the flue gas, the Heating chamber radially outward from a cylindrical filter element 33 made of sintered metal, closed at one end or surrounded by a ceramic material.

Das Halterohr 13 trägt nahe den Öffnungen 15 an deren dem geschlossenen Ende des Röhrchens 9 mit den Elektroden 11 zugewandten Seite eine ringförmige Haltescheibe 35 für die Befestigung der Heizkammer 3 und des Filterelements 33· Der Mantel 29 des Heizwendeis 27 ist mechanisch an derThe holding tube 13 carries close to the openings 15 at the one closed end of the tube 9 with the electrodes 11 facing side an annular retaining disk 35 for the Fixing the heating chamber 3 and the filter element 33 The jacket 29 of the Heizwendeis 27 is mechanically on the

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Haltescheibe 35 befestigt, und das Filterelement 33 hat an seinem offenen Ende einen auswärts hervorstehenden Flansch 35, welcher mittels (nicht dargestellter) Schrauben an der Haltescheibe befestigt ist.Retaining disk 35 is attached, and the filter element 33 has at its open end an outwardly projecting flange 35 which is fastened to the retaining disk by means of screws (not shown).

Die offenen Enden des Halterohrs 15 und des Zirkonerderöhrchens 9 ragen in eine an einem Ende des Tragrohrs 5 sitzende Einlaßkammer 39 hinein. Die Kammer 39 hat ein zylindrisches, an einem Ende geschlossenes Hauptteil 41 und eine Stirnwand 43, welche an einem am offenen Ende des Hauptteils 41 hervorstehenden Flansch befestigt ist.The open ends of the holding tube 15 and the zirconia tube 9 protrude into an inlet chamber 39 seated at one end of the support tube 5. The chamber 39 has a cylindrical main part 41 closed at one end and an end wall 43, which at an open end of the main part 41 protruding flange is attached.

Das Tragrohr 5 ist aus rostfreiem Stahl und hat eine Länge von etwa 0,9 bis 1,3 m. Das eine Ende des Tragrohrs 5 hat ein Außengewinde, mit welchem es in eine an der Stirnwand 43 der Kammer 39 sitzende Gewindemuffe 45 eingeschraubt ist. Am anderen Ende trägt das Tragrohr 5 ein Anschlußgehäuse für die elektrischen Verbindungen und Gasanschlüsse des elektrolytischen Elements 1 (Fig. 1). An einer Stelle zwischen den Enden hat das Tragrohr 5 einen außen hervorstehenden Befestigungsflansch 49.The support tube 5 is made of stainless steel and has a length from about 0.9 to 1.3 m. One end of the support tube 5 has an external thread with which it is screwed into a threaded sleeve 45 seated on the end wall 43 of the chamber 39. At the other end, the support tube 5 carries a connection housing for the electrical connections and gas connections of the electrolytic element 1 (Fig. 1). At a point between the ends, the support tube 5 has an outwardly protruding one Mounting flange 49.

Ein mit dem Tragrohr 5 koaxiales Innenrohr 51 aus rostfreiem Stahl erstreckt sich vom Anschlußgehäuse 47 bis in die Einlaßkammer 39· Das im Anschlußgehäuse 47 liegende Ende des Innenrohrs 51 ist mit einem Einlaßrohr 53 verbunden, welches im Gebrauch an einem (nicht gezeigten) Luftkompressor oder Gebläse angeschlossen ist. Am anderen Ende ist das Innenrohr 51 in das eine Ende eines Anschluß-An inner tube 51 made of stainless steel coaxial with the support tube 5 Steel extends from the connection housing 47 into the inlet chamber 39 End of the inner pipe 51 is connected to an inlet pipe 53, which, in use, is connected to an air compressor or blower (not shown). At the other End is the inner tube 51 in one end of a connection

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teils 55 eingepaßt, welches gegenüber den offenen Enden des Halterohrs 13 und des Zirkonerderöhrchens 9 angeordnet ist. Vom anderen Ende des Anschlußteils 55 aus erstreckt sich ein Einlaßröhrchen 57 aus keramischem Werkstoff koaxial in das Zirkonerderöhrchen 9 hinein bis nahe an dessen geschlossenes Ende.partially 55 fitted, which is arranged opposite the open ends of the holding tube 13 and the zirconia tube 9 is. From the other end of the connecting part 55 extends an inlet tube 57 made of ceramic material coaxially into the zirconia tube 9 up to close its closed end.

Über das Einlaßrohr 53» das Innenrohr 51 und das Einlaßröhrchen 57 wird Luft in das Zirkonerderöhrchen 9 geleitet. Der Rückströmweg für die Luft verläuft entlang dem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Einlaßröhrchen 57 und dem Zirkonerderöhrchen 9» durch einen Spalt 59 zwischen den offenen Enden des Halterohrs 13 und des Röhrchens 9 und dem Anschlußteil 55» durch die Kammer 39 hindurch und entlang dem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Innenrohr 51 und dem Tragrohr 5·Via the inlet tube 53, the inner tube 51 and the inlet tube 57 air is passed into the zirconia tube 9. The return path for the air runs along the annular one Space between the inlet tube 57 and the zirconia tube 9 »through a gap 59 between the open ends of the holding tube 13 and the tube 9 and the connecting part 55 »through the chamber 39 and along the annular space between the inner tube 51 and the support tube 5

Vom Anschlußgehäuse 47 verläuft ein isolierter Leiter 61 durch das Innenrohr 51 und das Einlaßröhrchen 57 hindurch zur inneren Elektrode 11. Die äußere Elektrode 11 ist, wie vorstehend angedeutet, mit dem Halterohr 13 verbunden, welches seinerseits über die Kammer 39» das Tragrohr 5 und das Anschlußgehäuse 47 mit Masse verbunden ist.An insulated conductor 61 runs from the connection housing 47 through the inner tube 51 and the inlet tube 57 to the inner electrode 11. The outer electrode 11 is, as indicated above, connected to the holding tube 13, which in turn is connected to ground via the chamber 39 ', the support tube 5 and the connection housing 47.

Weitere (nicht gezeigte) elektrische Leitungen für die Stromspeisung der Heizkammer 3 verlaufen entlang dem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Innenrohr 51 und dem Tragrohr 5 vom Anschlußgehäuse 47 zur Kammer 39 und von dieser aus durch die isolierte Bohrung eines Befestigungs-Further (not shown) electrical lines for the power supply of the heating chamber 3 run along the ring-shaped Space between the inner tube 51 and the support tube 5 from the connection housing 47 to the chamber 39 and from this from through the isolated hole of a fastening

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teils 63 aus rostfreiem Stahl zur Heizkammer 3»partly 63 made of stainless steel to the heating chamber 3 »

Zur Steuerung der Temperator in der Heizkammer 3 ist ein mit (nicht gezeigten) äußeren Steuereinrichtungen verbundener Wärmefühler 65 vorgesehen. Dieser ist nahe dem geschlossenen Ende des Zirkonerderohrchens 9 in dem ringförmigen Saum zwischen dem Halt er ohr 13 und der Innenwand der Heizkammer 3 angeordnet. Der elektrische Anschluß des Wärmefühlers erfolgt über (nicht dargestellte) Leiter, welche durch eine Öffnung in der Haltescheibe 35 und ein zylindrisches Anschlußteil 67 hindurch in die Kammer und von dieser im Tragrohr 5 entlang zum Anschlußgehäuse 4-7 geführt sind.To control the temperature in the heating chamber 3 is a heat sensors 65 connected to external control devices (not shown) are provided. This one is near that closed end of the zirconia tube 9 in the annular seam between the support he ear 13 and the inner wall the heating chamber 3 arranged. The electrical connection of the heat sensor is made via conductors (not shown), which through an opening in the retaining disk 35 and a cylindrical connecting part 67 through into the chamber and from this in the support tube 5 along to the connection housing 4-7 are led.

Im Gebrauch der beschriebenen Sonde wird das Tragrohr mit der das elektrolytische Element Λ umgebenden Heiz, kammer 3 und der Einlaßkammer 39 durch eine Öffnung 69 in der Wand 7 des Rauchkanals in diesen eingeführt, so daß der Befestigungsflansch 49 des Tragrohrs in Anlage an der Außenseite der Wand 7 kommt und mittels den Flansch durchsetzender Schrauben 71 an dieser befestigt werden kann. Die Heizkammer 3 wird von außen her mit Strom gespeist, und mittels des Wärmefühlers 65 und außen angeordneten Steuereinrichtungen wird eine konstante Temperatur von 700 ⁰C aufrechterhalten. Dem Innenraum des Zirkonerderohrchens 9 wird über das Innenrohr 51 und das Einlaßröhrchen 57 Luft unter einem geringen Überdruck von einigen cm Wassersäule zugeführt.When using the probe described, the support tube with the electrolytic element Λ surrounding heating, chamber 3 and the inlet chamber 39 through an opening 69 in the wall 7 of the smoke channel is introduced into this, so that the mounting flange 49 of the support tube in contact with the outside of the Wall 7 comes and can be fastened to this by means of screws 71 penetrating the flange. The heating chamber 3 is here fed from outside with power, and by means of the heat sensor 65 and externally arranged control devices, a constant temperature of 700 ⁰ C maintained. The interior of the zirconium tube 9 is supplied via the inner tube 51 and the inlet tube 57 with air under a slight excess pressure of a few cm of water column.

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Die entlang dem Rauchkanal strömenden Rauchgase durchdringen das Filterelement 33 und füllen den Innenraum der Heizkammer 3, in welchem das Halterohr 13 ^i t dem Zirkonerderöhrchen 9 angeordnet ist. Dadurch ist die Außenfläche des Zirkonerderohrchens 9 von einem Sauerstoffdruck beaufschlagt, welcher dem Teildruck des in den Rauchgasen enthaltenen Sauerstoffs entspricht. Die Innenfläche des Röhrchens 9 ist der über das Innenrohr 51 und das Einlaßröhrchen 57 zugeleiteten Luft ausgesetzt und somit einem bekannten Sauerstoff-Teildruck von 0,21 kp/cm unterworfen.The smoke gases flowing along the smoke channel penetrate the filter element 33 and fill the interior of the Heating chamber 3, in which the holding tube 13 ^ i t the zirconium tube 9 is arranged. As a result, the outer surface of the zirconia tube 9 is under an oxygen pressure applied, which corresponds to the partial pressure of the oxygen contained in the flue gases. The inner surface of the tube 9 is the one over the inner tube 51 and the inlet tube 57 exposed to air supplied and thus a known partial oxygen pressure of 0.21 kgf / cm subject.

Dabei ergibt sich in der eingangs erläuterten Weise ein elektrischer Spannungsunterschied zwischen den Elektroden an der Innen- und der Außenfläche des elektrolytischen Elements 1, welcher mittels mit den Elektroden verbundener äußerer Meßeinrichtungen gemessen werden kann. Aus der Größe des Spannungsunterschieds läßt sich aufgrund der bekannten Temperatur der Zirkonerde und des bekannten Teildrucks des in der Luft enthaltenen Sauerstoffs der Teildruck des in den Rauchgasen enthaltenen Sauerstoffs berechnen.This results in a manner explained at the beginning electrical voltage difference between the electrodes on the inner and outer surface of the electrolytic Element 1, which can be measured by means of external measuring devices connected to the electrodes. From the The size of the voltage difference can be based on the known temperature of the zirconia and the known Partial pressure of the oxygen contained in the air the partial pressure of the oxygen contained in the flue gases to calculate.

Die vom Innenraum des Zirkonerderohrchens 9 zur Kammer zurückströmende Luft tritt durch den Spalt 59 zwischen dem Anschlußteil 55 und den offenen Enden des Halterohrs und des Röhrchens 9. In dem Spalt 59 ist eine Stirnfläche des ersten Abschnitts 17a des hitzebeständigenThe from the interior of the zirconia tube 9 to the chamber returning air passes through the gap 59 between the connecting part 55 and the open ends of the holding tube and the tube 9. In the gap 59 is an end face of the first section 17a of the heat-resistant

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Bindemittels 17 der Luft ausgesetzt. Falls nun das Bindemittel 17 keine vollkommene Abdichtung zwischen dem Halterohr 13 und dem Röhrchen 9 bildet, dringt eine kleine Menge der Luft durch den Abschnitt 17a hindurch.Binder 17 exposed to air. If now the binder 17 does not form a perfect seal between the holding tube 13 and the tube 9, a small one penetrates Amount of air through section 17a.

Von dem Spalt 59 aus strömt die Luft durch das Bindemittel 17 bis zum Ende des ersten Abschnitts 17a desselben. An dieser Stelle kann die Luft dann über die Öffnungen 15 des Halterohrs 13 aus dem Zwischenraum zwischen diesem und dem Zirkonerderöhrchen 9 in den Raum zwischen der Einlaßkammer 39 und der Haltescheibe 35 der Heizkammer 3 austreten. Die entlang dem Rauchkanal strömenden Gase bewegen sich mit hoher Geschwindigkeit durch diesen Raum und führen dabei im wesentlichen alle Luft aus der Umgebung der Sonde ab. Selbst wenn sich an dieser Stelle eine höhere Sauerstoffkonzentration einstellt als in anderen Bereichen des Rauchkanals, wird der Zutritt des Sauerstoffs zum geschlossenen Ende des Zirkonerderohrchens 9 durch den zweiten Abschnitt 17b des Bindemittels erschwert, welcher sich von den Öffnungen 15 des Halterohrs 13 bis nahe an die Elektroden 11 heran erstreckt. Der zweite Abschnitt 17b des Bindemittels hat eine sehr viel geringere Dichtungsfunktion zu erfüllen, da zwischen den Gesamtgasdrücken an seinen beiden Enden kein Unterschied besteht und die Unterschiede in der Zusammensetzung der an den beiden Enden vorhandenen Gase gewöhnlich sehr klein sind.From the gap 59, the air flows through the binder 17 to the end of the first section 17a of the same. At this point, the air can then pass through the openings 15 of the holding tube 13 from the space between this and the zirconia tube 9 into the space between the inlet chamber 39 and the retaining disk 35 of the heating chamber 3 emerge. The gases flowing along the smoke channel move with it high speed through this space and thereby remove essentially all air from the vicinity of the probe. Even if there is a higher oxygen concentration at this point than in other areas of the smoke duct, the access of the oxygen to the closed end of the zirconia tube 9 through the second section 17b of the binding agent, which extends from the openings 15 of the holding tube 13 to close to the electrodes 11 extends towards. The second section 17b of the binding agent has to fulfill a much smaller sealing function, since there is no difference between the total gas pressures at its two ends and the differences in composition the gases present at both ends are usually very small.

Der zwischen den beiden Abschnitten 17a und 17b des hitze-The between the two sections 17a and 17b of the heat

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beständigen Bindemittels 17 vorhandene Zwischenraum verhindert also, daß die Abdichtung zwischen dem Zirkonerderöhrchen 9 und dem Halterohr 13 durchdringende Luft die Rauchgase im Bereich des geschlossenen Endes des Röhrchens 9i also an der Stelle, an welcher der Teildruck des in den Rauchgasen enthaltenen Sauerstoffs gemessen wird, verunreinigt.Resistant binder 17 existing space thus prevents the seal between the zirconia tube 9 and the holding tube 13 penetrating air, the smoke gases in the area of the closed end of the tube 9i So at the point at which the partial pressure of the oxygen contained in the flue gases is measured, contaminated.

Wie vorstehend ausgeführt, wird das geschlossene Ende des Zirkonerderöhrchens 9 auf einer Temperatur von 700 ⁰C gehalten. Die beschriebene Sonde ist daher für Rauchgase mit Temperaturen zwischen ca. 20 und 650 C verwendbar.As stated above, the closed end of Zirkonerderöhrchens 9 is maintained at a temperature of 700 ⁰ C. The probe described can therefore be used for flue gases with temperatures between approx. 20 and 650 C.

Ein anderer elektrolytischer Feststoff mit durch Sauerstoffionenwanderung bewirkter Leitfähigkeit bei hohen Temperaturen ist Yttererde-Thorerde. Dieses Material kann anstelle der Zirkonerde zum Messen von sehr niedrigen Sauerstoff-Teildrücken in der beschriebenen Sonde verwendet werden. Die Hochtemperatur-Leitfähigkeit der genannten Stoffe kann durch Zusatz verschiedener Arten und Mengen von Kalziumoxyd, Yttererde oder Magnesiumoxyd als Stabilisatoren verändert werden.Another electrolytic solid with oxygen ion migration The resulting conductivity at high temperatures is ytter earth-thore earth. This material can take place Zirconia can be used to measure very low partial pressures of oxygen in the probe described. The high-temperature conductivity of the substances mentioned can be increased by adding various types and amounts of calcium oxide, Ytter earth or magnesium oxide can be changed as stabilizers.

Die Platinelektroden 11 der beschriebenen Sonde können durch solche aus einem anderen Metall ersetzt werden, oder durch solche aus einem elektrisch leitenden Metalloxid, welches mit den Rauchgasen nicht reagiert.The platinum electrodes 11 of the probe described can be replaced by those made of a different metal, or by those made of an electrically conductive metal oxide, which does not react with the smoke gases.

In einer anderen Ausführung der Erfindung ist keine Schutzkappe 19 vorgesehen, und das Halterohr 13 mit dem zweitenIn another embodiment of the invention, no protective cap 19 is provided, and the holding tube 13 with the second

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Abschnitt 17b des Bindemittels 17 endet an einer Stelle in der Mitte zwischen den Öffnungen IS und dem elektrolytischen Element 1.Section 17b of the binding agent 17 ends at one point in the middle between the openings IS and the electrolytic Element 1.

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Claims

Claims ;

Λ.) Probe for determining the oxygen content of a gas, with an electrolytic solid, in which, when heated and when there is a difference between the oxygen pressures in the gases acting on opposite sides of the solid, an electric current occurs due to the migration of oxygen ions, and with each other electrodes arranged on opposite sides of the solid, between which there is a voltage difference corresponding in size to the difference in the oxygen pressures, characterized in that the electrolytic solid is formed into an elongated hollow body (9) closed at one end that the electrodes (11) adhere to a part of the hollow body are arranged at or near its closed end, that the relevant part of the hollow body is arranged in a heating chamber (3) that an outer surface thereof is exposed to the gas in question during use of the probe, that the hollow body is exposed at one point Inside the heating chamber has at least one opening, that there are devices for the supply and discharge of a reference gas with a predetermined oxygen content via the opening in the hollow body to and from the interior thereof, and that a sealing material (17) is arranged between the hollow body and the supply device is, so that from the interior of the hollow body or the feed device through the sealing material diffusing reference

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gas leaks outside the heating chamber and away from the electrodes.

2. Probe according to claim 1, characterized in that the feed device has a holder (13) for the hollow body (9) made of electrolytic solid, with at least one in the holder formed opening through which and the opening of the hollow body the reference gas flows during operation, and that the sealing material (17) is arranged between the holder and the hollow body.

3. Probe according to claim 1 or 2, characterized in that the electrolytic solid to a tube (9) is formed, that the holder is made of a coaxially surrounding the tube made of the electrolytic material Holding tube (13) is formed and that the sealing material (17) in the annular space between the Electrolytic material tube and the holding tube is arranged.

4. Probe according to at least one of claims 1 to 3 » characterized in that the feed device has a chamber (39) that contains the electrodes (11) facing away ends of the tube (9) made of electrolytic material and the holding tube (13) are open and into the Chamber protrude that the feeder also a extends through the chamber and coaxially with the tube of electrolytic material into this to close

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whose closed end has an inner supply pipe (5 ^ »57) extending towards it and that a return flow path for the reference gas along the gap between the inner supply tube and the tube of electrolytic material and extends through its open ends and the holding tube into the chamber.

5 · Probe according to claim 4, characterized in that the chamber (39) at one end of a Support tube (5) is attached and that the inner feed tube (51) extends along the support tube into the chamber.

6. Probe according to at least one of claims 1 to, characterized in that the holding tube (13) extending coaxially with the tube (9) of electrolytic material into the heating chamber (3) and a holder (35) for the heating chamber and that the holding tube has at least one further opening (15) through which diffusing through the sealing material (17a) Reference gas escapes from the interior of the holding tube outside the heating chamber.

7 · Probe according to claim 6, characterized in that the sealing material (17) in a first and a second section (17a or 17b) is divided, of which the first of the at least one to the at least one wider opening (15)

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of the holding tube (13) and the second of the at least one further opening into the heating chamber (3) extends.

8. Probe according to at least one of claims 1 to 7 » characterized in that the electrolytic solid is zirconia.

9. Probe according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the electrodes (11) are made of platinum.

10. Probe for determining the oxygen content of a gas, essentially as above with reference to the drawing explained and shown in this.

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