DE2617031A1

DE2617031A1 - Electrochemical sensor for measuring fuel-air ratio - in (combustion) gas has solid electrolyte and inert and active electrodes

Info

Publication number: DE2617031A1
Application number: DE19762617031
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Dr Baukal; Alfons Ing Grad Koehling
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1976-04-01
Filing date: 1976-04-01
Publication date: 1977-11-03

Abstract

Electrochemical sensor for measuring the fuel/air ratio in (combustion) gas mixt. (I) consists of a galvanic cell with a solid 0-ion conductor (II) of the doped Zr or Ce oxide type as electrolyte and 2 electrodes, one of which is in thermodynamic equilibrium with the (I) flowing around it. Specifically both electrodes are exposed to (I) and one (III) of the electrodes consists of a material whose potential is not or only slightly affected by (I). (III) can be Au and (II) a disc, rod, hemisphere etc. of porous material or (III) a metal/metal oxide (Ni/Ni oxide) mixt. with a gastight coating and (Ii) also gastight. Both electrodes are on the same side of (II). The sensor can be made fairly cheaply and operated easily.

Description

Elektrochemischer Sensor zur Messung des Electrochemical sensor for measuring the

Brennstoff/Luftverhältnisses in Gasgemischen Die Erfindung bezieht sich auf einen elekrochemischen Sensor, der zur Messung des Brennstoff/Luftverhältnisses in Gasgemischen, vor allem in Verbrennungsabgasen, vorgesehen ist und der im wesentlichen aus einer galvanischen Kette mit einem festen, als Elektrolyt dienenden Sauerstoffionenleiter besteht, auf dem zwei Elektroden aufgebracht sind, von denen sich eine dem zu untersuchenden Gasgemisch ausgesetzte Elektrode mit diesem Gasgemisch in das thermodynamische Gleichgewicht setzt. Fuel / air ratio in gas mixtures The invention relates based on an electrochemical sensor that measures the fuel / air ratio in gas mixtures, especially in combustion exhaust gases, is provided and essentially from a galvanic chain with a solid oxygen ion conductor serving as an electrolyte consists, on which two electrodes are applied, of which an electrode exposed to the gas mixture to be examined with this gas mixture puts into thermodynamic equilibrium.

Die Kontrolle von Verbrennungsgas wird aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Emissionsbegrenzung durchgeführt.The control of combustion gas is done for reasons of economy and the emission control carried out.

Neben der Bestimmung von Verbrennungsprodukten wird dabei am häufigsten der Sauerstoffgehalt bestimmt.In addition to the determination of combustion products, the most common is the oxygen content is determined.

Für die Messung der Sauerstoffkonzentration sind viele unterschiedliche Verfahren und Meßgeräte bekannt. Für die technische Sauerstoffmessung werden jedoch heute fast nur noch Geräte eingesetzt, die den Paramagnetismus der Sauerstoffmoleküle nutzen. Der technische Aufwand für die Stromversorgung und Gasprobennahme und -reinigung ist allerdings beträchtlich, so daß die Anwendung im wesentlichen auf Großfeuerungen beschränkt ist.There are many different ones for measuring oxygen concentration Methods and measuring devices known. However, for technical oxygen measurement today almost only devices are used that control the paramagnetism of oxygen molecules to use. The technical effort for the power supply and gas sampling and cleaning is considerable, however, so that the application is essentially to large-scale firing systems is limited.

Es sind auch bereits galvanische Konzentrationsketten mit einem Sauerstoffionenleiter als Festelektrolyt zur direkten Ermittlung des Sauerstoffpartialdruckes in Gasen herangezogen worden. Eine solche Konzentrationskette hat z.B. nach Weissbart und Ruka (J. Electrochem. Soc., 109 (1962), S. 723) folgenden Aufbau: Platin / p'02 / Elektrolyt : P"02 / Platin Die an dieser Kette gemessene Spannung E ergibt sich nach der Nernst'schen Gleichung aus dem Unterschied der Sauerstoffpartialdrücke P'02 und p"02 Eine praktische Meßanordnung enthält als wesentlichen Teil ein einseitig geschlossenes Rohr aus dotiertem Zirkonoxid, das innen und außen mit je einer porösen Platinschicht, die die beiden Elektroden bilden, versehen ist. Die Elektrode im Rohrinnern ist von strömender Luft umgeben, während die äußere Elektrode vom zu messenenden abgas umspült wird.Galvanic concentration chains with an oxygen ion conductor as a solid electrolyte for direct determination of the oxygen partial pressure in gases have also already been used. According to Weissbart and Ruka (J. Electrochem. Soc., 109 (1962), p. 723), such a concentration chain has the following structure: Platinum / p'02 / electrolyte: P "02 / platinum The voltage E measured on this chain results according to the Nernst equation from the difference between the oxygen partial pressures P'02 and p'02. A practical measuring arrangement contains, as an essential part, a tube made of doped zirconium oxide, closed on one side, which is provided on the inside and outside with a porous platinum layer that forms the two electrodes. The electrode inside the tube is surrounded by flowing air, while the exhaust gas to be measured flows around the outer electrode.

Ist die Abgastemperatur hoch genug (To 500°C), kann die galvanische Kette - in der einfachsten Ausführungsform -direkt in den Gasstrom eingebaut werden0 Die Messung der Sauerstoffkonzentration erfolgt dann unmittelbar und ohne Verzögerung, und der Meßwert kann für die Regelung von beispielsweise Verbrennungskraftmaschinen verwendet werden.If the exhaust gas temperature is high enough (To 500 ° C), the galvanic Chain - in the simplest embodiment - can be installed directly in the gas flow0 The oxygen concentration is then measured immediately and without delay, and the measured value can be used for controlling, for example, internal combustion engines be used.

Weiter entfallen auch alle für die Gasprobennahme und -reinigung notwendigen Einrichtungen Nachteilig bei dieser bekannten Anordnung ist, daß die innere Elektrode über eine separate Zuleitung ständig mit einem strömenden Vergleichsgas, im allgemeinen Luft, bespült werden muß, damit an dieser Stelle ein konstanter Sauerstoffpartialdruck aufrechterhalten bleibt. Bei einem abgeschlossenen Volumen im inneren Elektrodenraum würde sich schon nach kurzer Zeit durch Undichtigkeit und/oder andere sauerstoffverbrauchende Vorgänge der Sauerstoffpartialdruck ändern, was eine Verfälschung der Meßwertanzeige zur Folge hätte.Furthermore, there is no need for anything necessary for gas sampling and cleaning A disadvantage of this known arrangement is that the inner electrode Constantly with a flowing reference gas via a separate supply line, in general Air, must be flushed so that a constant oxygen partial pressure at this point is maintained. With a closed volume in the inner electrode space would be affected after a short time by leaks and / or other oxygen-consuming Processes change the partial pressure of oxygen, what a falsification the measured value display would result.

Durch die Notwendigkeit, ständig den Innenraum spülen zu müssen, wird die Handhabung der Meßkette erschwert, da das Gas eventuell sogar in Stahlflaschen bereitgestellt werden muß.Due to the need to constantly flush the interior, will the handling of the electrode is difficult, since the gas may even be in steel bottles must be provided.

Weiter erfordert die Herstellung von geschlossenen, gasdichten Rohren aus dotiertem Zirkondioxid eine aufwendige Technologie.It also requires the production of closed, gas-tight pipes made of doped zirconium dioxide, a complex technology.

Die zuvor beschriebenen Nachteile bekannter Sensoren stehen einer breiten Anwendung solcher Meßgeräte zur Überwachung von Ölfeuerungen im Haushalt oder von Verbrennungskraftmaschinen im Wege, obwohl gerade hier aus wirtschaftlichen Gründen und zur Vermeidung der Umweltverschmutzung ein großer Bedarf entsteht.The disadvantages of known sensors described above are one wide application of such measuring devices for monitoring oil fires in the household or by internal combustion engines in the way, although precisely here for economic reasons Establishing and preventing environmental pollution, a great need arises.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrochemischen Sensor zu schaffen, der mit vergleichsweise geringerem Aufwand hergestellt und leichter betrieben werden kann. Es sollten die Voraussetzungen erfüllt sein, die einem solchen Sensor eine breite Anwendung im Alltag ermöglichen. Zu beachten ist hierbei, daß es z.B. bei der Überwachung von Ölfeuerungen und von Verbrennungskraftmaschinen weniger auf die Messung des genauen Sauerstoffgehalt es im Abgas ankommt, sondern daß hierbei das stöchiometrische Verhältnis von Luft zu Brennstoff, das den sogenannten " A -Wert" bestimnt, ermittelt und gegebenenfalls geregelt werden muß.The invention was therefore based on the object of an electrochemical To create a sensor that is manufactured with comparatively less effort and is lighter can be operated. The prerequisites for such a Enable sensor to be widely used in everyday life. It should be noted here that E.g. when monitoring oil firing and internal combustion engines The measurement of the exact oxygen content in the exhaust gas is less important than the measurement that this is the stoichiometric ratio of air to fuel, which is the so-called "A value" must be determined, determined and, if necessary, regulated.

Es hat sich nun herausgestellt, daß diese Aufgabe in technisch sehr fortschrittlicher Weise durch einen elektrochemischen Sensor der eingangs genannten Art gelöst werden kann, wenn die beiden auf dem Festelektrolyten aufgebrachten Elektroden dem Gasgemisch ausgesetzt sind und wenn eine der beiden Elektroden aus einem Material besteht, dessen Potential von dem Gasgemisch nicht oder vergleichsweise, d.ho im Vergleich zu der anderen Elektrode, nur geringfügig beeinflußbar ist.It has now been found that this task is technically very more advanced by an electrochemical sensor of the type mentioned at the beginning Kind can be solved when the two electrodes applied to the solid electrolyte are exposed to the gas mixture and if one of the two electrodes is made of one material exists whose potential of the gas mixture is not or comparatively, i.e. im Compared to the other electrode, can only be influenced slightly.

Verschiedene vorteilhafte Ausführungsarten des erfindungsgemäßen Sensors sind in den beigefügten Unteransprüchen 2 bis 8 beschrieben0 Der erfindungsgemäße Sensor kann also in nahezu jeder beliebigen Form realisiert werden. Im allgemeinen wird man bestrebt sein, ihn in Form einer flachen Scheibe, eines Ringes, einer Halbkugel oder in einer anderen sehr einfachen Form auszubilden, wodurch die Herstellung des Sensors relativ einfach und wirtschaftlich wird. Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, daß der Sensor nach der Erfindung ohne ein strömendes Vergleichsgas arbeitet.Various advantageous embodiments of the sensor according to the invention are described in the attached subclaims 2 to 8. The inventive The sensor can therefore be implemented in almost any form. In general one will strive to make it in the form of a flat disk, a ring, a hemisphere or in another very simple form, whereby the production of the Sensor becomes relatively simple and economical. Another important benefit is that the sensor according to the invention without a flowing reference gas is working.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung sowie aus der beigefügten Darstellung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung hervor Es zeigen in schematischer Vereinfachung Figur 1 im Schnitt entlang der Linie AA in Figur 2 den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Sensors nach einer Ausführungsart der Erfindung und Figur 2 eine Aufsicht von oben auf den Sensor nach Figur 1.Further details, advantages and possible uses of the invention go from the following description as well as from the attached illustration of a Embodiment of the invention emerges It show in schematic Simplification Figure 1 in section along the line AA in Figure 2, the basic Structure of the sensor according to the invention according to an embodiment of the invention and FIG. 2 shows a top view of the sensor according to FIG. 1.

Zur Herstellung des Festelektrolyten des erfindungsgemäßen Sensors, der in diesem Beispiel die Zusammensetzung Zr0,88a0, 1201,88 besitzen soll, werden Nitratlösungen entsprechend der gewünschten Zusammensetzung zur Trockene eingedampft, die Rückstände geglüht und nach sorgfältiger Mischung durch Erhitzen auf 12500C zur Reaktion gebracht.To produce the solid electrolyte of the sensor according to the invention, which in this example should have the composition Zr0.88a0, 1201.88 Nitrate solutions evaporated to dryness according to the desired composition, the residues annealed and after careful mixing by heating to 12500C brought to reaction.

Das hierbei gebildete Mischoxid wird in Mengen von 5 g in eine Preßform von 24 mm Durchmesser gefüllt und mit einem Druck von 3 Mp/cm2 zu flachen Scheiben gepreßt, die dann bei 1750 0C 15 h in Sauerstoffatmosphäre gesintert werden. Die Dicke der fertigen Scheiben beträgt 2 bis 3 mm; sie sind auf etwa 20 mm geschwunden.The mixed oxide formed in this way is put into a mold in quantities of 5 g with a diameter of 24 mm and filled with a pressure of 3 Mp / cm2 to form flat disks pressed, which are then sintered at 1750 0C for 15 h in an oxygen atmosphere. the The thickness of the finished slices is 2 to 3 mm; they have shrunk to about 20 mm.

Eine vorteilhafte Ausführungsart der Erfindung besteht darin, daß ein besonders sinteraktives Mischoxid verwendet wird, wie es beispielsweise durch die gemeinsame Ausfällung der Oxide aus den Akoholaten erhalten wird. Hierdurch kann die Sintertemperatur um etwa 2000C gesenkt werden0 Der spezifische Widerstand der Elektrolytscheiben beträgt bei 9000C etwa 40 OhmOcmO Wird das Mischoxid anstelle von Calcium mit 8 Mol.% Yttriumoxid dotiert, beträgt der spezifische Widerstand sogar nur 20 OhmOcmO Mit abnehmender Temperatur steigt der Widerstand aber sehr schnell an, Für Messungen bei tieferen Temperaturen, beispielsweise zur Überwachung von Ölfeuerungen, wird daher in einer anderen Ausführungsform des Abgassensors ein dotiertes Ceroxid, beispielsweise mit der Zusammensetzung Ce0,70 Y0,3001,85 als Festelektrolyt verwendet Bei 4080C hat dieser Elektrolyt erst einen Widerstand von 10 k OhmcmO Zur Herstellung der Elektrolytscheiben wird in diesem Fall feines CeO2-Pulver mit der entsprechenden Menge Y203-Pulver in einer Kugelmühle innig gemischt, und aus der Mischung in einer Preßform mit einem Druck von 6 Mp/em2 flache Scheiben mit einem Durchmesser von 24 mm und einer Dicke von etwa 2 mm hergestellt0 Die Proben werden nun in ein loses Pulver dieser Mischung eingebettet und im Argonstrom langsam auf 15000C aufgeheizt und etwa 16 h bei dieser Temperatur belassen. Die so erhaltenen, noch etwas porösen Elektrolytscheiben können ohne weitere Nachbehandlung in dem Abgassensor nach der Erfindung verwendet werden Elektroden mit einem guten Kontakt zum Elektrolyten erhält man, wenn die Substanzen in Pulverform mittels eines Klebers aufgetragen werden0 Hierfür können beispielsweise das Leitplatin und das Leitgold der Firma Degussa, Frankfurt/Main, verwendet werden Nach der in Figur 1 dargestellten Ausführungsart der Erfindung besitzt hier der Festelektrolyt 1 die Form einer flachen Scheibe, Sie ist mit einem hochtemperaturfesten Zement 8 auf einen Träger 9, beispielsweise auf einem Rohr aus hochwarmfesten Stahl, aufgekittetO Die Goldelektrode 3 und die Platinelektrode 2 sind auf der gleichen Seite der Elektrolytscheibe 3 aufgebracht In diesem Fall sind die beiden Elektroden in Form zweier quadratischer Plättchen ausgebildet, wobei zwischen den beiden Elektroden 2, 3 ein etwa 1 mm breiter Streifen frei blieb Hierbei ergibt sich durch die Porosität der zuvor beschriebenen Elektrolytscheiben ein weiterer Vorteil, da sie zu einer festen Verankerung zwischen den Elektroden und dem Elektrolyten führt, Durch anschliessendes Erhitzen wird der organischen Binder zersetzt und dadurch die Elektroden 2, 3 in das Elektrolytmaterial eingebrannt0 Die Kontaktstellen 7 der Elektroden 2, 3 werden in bekannter Weise ausgebildet0 Die Kontaktierung erfolgte hier mit einem Golddraht 5 und einem Platindraht 4o Zur Kosteneinsparung werden die Drähte nach 1 bis 2 cm Länge durch Kupferdrähte 10 fortgesetzt, die Kontaktstelle ist in Figur 1 symbolisch durch einen Punkt angedeutet0 Für manche Anwendungsfälle ist es vorteilhaft, nicht nur die beiden Zustände Luftüberschuß oder Luftmangel zu kennen, sondern den Luftüberschuß genauer zu bestimmen, Nach einer weiteren Ausführungsart des erfindungsgemäßen Sensors ist es daher vorgesehen, anstelle der Goldkathode eine Elektrode zu verwenden, die aus einem Metall/Metalloxidgemisch besteht, das mit einer Glasisolierung überzogen ist0 Dadurch werden Reaktionen mit der zu untersuchenden Atmosphäre ausgeschlossen0 In diesem Fall muß auch die Elektrolytscheibe gasdicht sein, damit an den nicht von der Glas isolierung überzogenen Stellen ebenfalls keine Reaktionen mit der Atmosphäre eintreten können, Als vorteilhaft hat sich die Verwendung eines Nickel/Nickeloxid-Gemisches als Elektrode erwiesen, da bei diesem System die Einstellung des Sauerstoffpartialdruckes rasch genug erfolgt, Hierzu werden gleiche Teile Reinstnickelpulver und Nickeloxidpulver mit einer Korngröße < 32 /um in einem Achatmörser innig gemischt, auf die eine Hälfte der Elektrolytscheibe aufgebracht und in Argonatmosphäre aufgesintert0 Des weiteren kann in dem erfindungsgemäßen Sensor ein Thermoelement eingebaut werden, mit dem sich die Temperatur der galvanischen Kette messen lßtc Neben einer elektronischen Temperaturkompensation im Anzeigegerät ist dieser Meßwert zur Funktionsüberwachung notwendig, Unterhalb von 4500C führt der steigende Anteil der elektronischen Leitfähigkeit zu einer immer stärkeren Verfälschung des Meßwertes, Durch eine von der Temperatur gesteuerte Relaisschaltung werden die Meßwerte erst oberhalb einer Temperatur von 4500C angezeigt, Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde die Spannung zwischen der Platinelektrode 2 und der Goldelektrode 3 mit Hilfe eines an die Drähte 10 angeschlossenen (hier nicht gezeigten) Millivoltmeters gemessen Der beschriebene Abgassensor kann direkt in den Abgasstrom eingebaut werden0 Sobald eine Temperatur von über 4000C erreicht ist, wird der Sensor betriebsbereit und zeigt Luftüberschuß oder Luftmangel der Verbrennungsgase ane Der Einbau kann stationär erfolgen, die Einrichtung ist aber auch klein und leicht genug, um damit Kontrollmessungen an verschiedenen Stellen durchführen zu können, Durch die sehr einfache Geometrie des beschriebenen Sensors wird eine wirtschaftliche Herstellung in Serienproduktion möglich, Dabei ist es von großem Vorteil, daß die Gasräume der beiden Elektroden - im Gegensatz zu bekannten Sensoren -nicht mehr voneinander getrennt sind. Außerdem entfallen die recht problematischen HochtemperaturdichtungenO Wird als Kathodenmaterial Gold verwendet, hat dies den Vorteil, daß die Elektrolytscheibe porös sein kann, wodurch sich eine weitere Vereinfachung bei der Produktion ergibt0 Das Abgas einer Verbrennungsanlage enthält bei einem Luftüberschuß immer noch in ausreichendem Maße freien, unverbrauchten Sauerstoff, Beide Elektroden nehmen dann das gleiche Potential an, und die gemessene Spannung beträgt Nullo Bei Luftmangel hingegen enthalten die Abgase neben den Verbrennungsprodukten und oxidierbaren Bestandteilen nur noch wenig freien Sauerstoff, Dieser Sauerstoffgehalt bestimmt dann das Potential der GoldkathodeO An der Anode, die aus einem katalytisch aktiven Material, wie Platin, besteht, stellt sich zwischen den Komponenten das thermodynamische Gleichgewicht ein0 Da sich bei Verbrennungsabgasen der Sauerstoff-Gleichgewichtspartialdruck beim Übergang von Luftüberschuß zu Luft mangel um mehrere Zehnerpotenzen ändert, wird zwischen den beiden Elektroden bei Luftmangel eine Spannung von mehreren 100 Millivolt entstehen Dadurch wird der erfindungsgemäße Sensor zu einem sehr empfindlichen Indikator, mit dem die beiden Zustände Luftüberschuß und Luftmangel deutlich angezeigt werden können LeerseiteAn advantageous embodiment of the invention is that a particularly active sintering mixed oxide is used, for example by the common precipitation of the oxides from the alcoholates is obtained. Through this the sintering temperature can be reduced by about 2000C0 The specific one The resistance of the electrolyte disks is about 40 OhmOcmO at 9000C. The mixed oxide doped with 8 mol.% yttrium oxide instead of calcium, the specific resistance is even only 20 OhmOcmO As the temperature decreases, the resistance increases a lot quickly, for measurements at lower temperatures, e.g. for monitoring of oil firing, is therefore in another embodiment of the exhaust gas sensor a doped cerium oxide, for example with the composition Ce0.70 Y0.3001.85 as Solid electrolyte used At 4080C this electrolyte only has a resistance of 10 k OhmcmO In this case, fine CeO2 powder is used to manufacture the electrolyte disks intimately mixed with the appropriate amount of Y203 powder in a ball mill, and from the mixture in a compression mold with a pressure of 6 Mp / cm2 flat disks with a diameter of 24 mm and a thickness of about 2 mm. The samples are now embedded in a loose powder of this mixture and slowly in an argon stream heated to 15000C and left at this temperature for about 16 hours. The thus obtained, Electrolyte disks that are still somewhat porous can be used in the Exhaust gas sensor can be used according to the invention Electrodes with Good contact with the electrolyte is obtained when the substances are in powder form can be applied using an adhesive0 For example, the conductive platinum and the conductive gold from Degussa, Frankfurt / Main, can be used The embodiment of the invention shown in FIG. 1 here has the solid electrolyte 1 The shape of a flat disc, it is made with a high temperature resistant cement 8 cemented onto a support 9, for example on a tube made of high-temperature steel The gold electrode 3 and the platinum electrode 2 are on the same side of the electrolyte disk 3 applied In this case, the two electrodes are in the form of two square ones Platelets formed, with between the two electrodes 2, 3 an approximately 1 mm wide Stripes remained free. The porosity of the previously described one results from the porosity Electrolyte disks have another advantage as they provide a firm anchorage between leads to the electrodes and the electrolyte. The organic binder decomposes and thereby the electrodes 2, 3 in the electrolyte material Burned in0 The contact points 7 of the electrodes 2, 3 are made in a known manner formed0 The contact was made here with a gold wire 5 and a platinum wire 4o To save costs, the wires are replaced by copper wires after a length of 1 to 2 cm 10, the contact point is indicated symbolically in FIG. 1 by a point For In some applications it is advantageous not only to use the two states of excess air or to know lack of air, but to determine the excess air more precisely, After Another embodiment of the sensor according to the invention is therefore provided to use an electrode made of a metal / metal oxide mixture instead of the gold cathode which is covered with a glass insulation0 This will cause reactions with excluded from the atmosphere to be examined0 In this case, the electrolyte disk must also be gas-tight, so that at the points not covered by the glass insulation as well no reactions with the atmosphere can occur, which has proven to be advantageous Use of a nickel / nickel oxide mixture as an electrode has been proven, as in this case System that the oxygen partial pressure is set quickly enough for this are equal parts of pure nickel powder and nickel oxide powder with one grain size <32 / um intimately mixed in an agate mortar on one half of the electrolyte disk applied and sintered in an argon atmosphere Sensor a thermocouple can be installed, with which the temperature of the galvanic Chain can be measured in addition to electronic temperature compensation in the display device If this measured value is necessary for function monitoring, below 4500C leads the increasing share of the electronic conductivity leads to an ever stronger falsification of the measured value, By a relay circuit controlled by the temperature the measured values are only displayed above a temperature of 4500C Embodiment of the invention described here was the voltage between the platinum electrode 2 and the gold electrode 3 connected to the wires 10 by means of a Millivoltmeter (not shown here) measured The exhaust gas sensor described can be installed directly in the exhaust gas flow as soon as a temperature of over 4000C is reached, the sensor is ready for operation and shows excess or lack of air the combustion gases ane The installation can be done stationary, the device is but also small and light enough to be able to take control measurements in different places to be able to perform, Due to the very simple geometry of the sensor described an economical production in series production is possible, it is of great advantage that the gas spaces of the two electrodes - in contrast to known Sensors - are no longer separated from each other. In addition, the rather problematic ones are no longer applicable High-temperature sealsO If gold is used as the cathode material, this has the The advantage that the electrolyte disk can be porous, which further simplifies the process in production results in 0 Contains the exhaust gas of an incinerator if there is an excess of air, there is still a sufficient amount of free, unused Oxygen, both electrodes then assume the same potential, and the measured one Voltage is zero If there is a lack of air, on the other hand, the exhaust gases contain not only the combustion products and oxidizable components only a little free oxygen, This oxygen content then determines the potential of the gold cathodeO at the anode, which consists of a catalytic active material, such as platinum, arises between the components thermodynamic equilibrium ein0 Since the oxygen equilibrium partial pressure changes by several powers of ten at the transition from excess air to lack of air, If there is a lack of air between the two electrodes, a voltage of several 100 Millivolts arise. This makes the sensor according to the invention a very sensitive one Indicator with which the two states of excess air and lack of air are clearly displayed can be Blank page

Claims

Claims 1. Electrochemical sensor for measuring the fuel / Air ratio in gas mixtures, primarily in combustion exhaust gases essentially a galvanic chain with a solid electrolyte Oxygen ion conductors in the manner of doped zirconium or cerium oxides and with two Electrodes, one of which is an electrode around which the gas mixture to be examined flows sets into thermodynamic equilibrium with this gas mixture, characterized in that that both electrodes (2, 3) are exposed to the gas mixture and that one of the two Electrodes (2) consists of a material whose potential does not depend on the gas mixture or can only be influenced to a comparatively small extent 2. Sensor according to claim 1, characterized in that the electrode (3) whose potential cannot be influenced made of gold 3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the Solid electrolyte (1) in the form of a flat disc, a short rod, a hemisphere or the like. Is formed.

4. Sensor according to one of claims i - 3, characterized in that that the solid electrolyte (1) is porous. 5 Sensor according to claim 1, characterized in that that the solid electrolyte (1) consists of a gas-tight material and that the in Electrode (3) made of a metal / metal oxide mixture, which cannot be influenced by its potential produced and covered with a gas-tight glass layer 6 sensor according to claim 5s characterized in that the electrode whose potential cannot be influenced (3) consists of a mixture of nickel and nickel oxide 7. Sensor after one of the Claims 1 - 6, characterized in that the two electrodes (2, 3) next to one another on the same side of the solid electrolyte (1) are arranged0 8. Sensor after one of claims 1 - 7, characterized in that the solid electrolyte (1) from Mixed oxides is produced, which are obtained from the metal alcoholates.