DE2656895A1

DE2656895A1 - SENSOR FOR REDUCING GASES AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

Info

Publication number: DE2656895A1
Application number: DE19762656895
Authority: DE
Inventors: Michio Matsuoka; Seiichi Nakatani; Hikofumi Oido; Hideyuki Okinaka; Masatsugu Yamaguchi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1975-12-17
Filing date: 1976-12-13
Publication date: 1977-06-30
Also published as: FR2335841B1; FR2335841A1

Description

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leitenden Rahmen mit einem geraden Basisteil und zwei Paaren vorstehender Teile, die aus der gleichen Seite des geraden Basisteils vorstehen, herstellt, die "beiden Enden einer Drahtwendel an einem der "beiden Paare vorstehender Teile und ein Paar Elektroden in einem Reduziergasfühlelement an dem anderen Paar vorstehender Teile so "befestigt, daß das Reduziergasfühlelement in einem Mittelteil des Innenraums des hohlrohrförmigen Heizelements liegt, daß man weiterhin zwei Paare leitender Zuleitungsstifte an den laminaren Rahmen an den beiden Paaren vorstehender Teile entsprechenden Stellen anbringt und dann den geraden Basisteil des laminaren leitenden Rahmens so aufteilt, daß man die "beiden Paare vorstehender Teile voneinander trennt. Nach diesem Verfahren läßt sich leicht ein Reduziergassensor mit den oben genannten Torteilen herstellen.conductive frame with a straight base part and two pairs of protruding Parts protruding from the same side of the straight base part makes the "two ends of a wire helix on one." of "two pairs of protruding parts and a pair of electrodes in a reducing gas sensing element on the other pair of protruding parts so "attached that the reducing gas sensing element lies in a central part of the interior of the hollow tubular heating element that one furthermore has two pairs of conductive lead pins on the laminar frame on the two pairs of protruding parts corresponding to them Attaches posts and then the straight base part of the laminar conductive Frame so that the "two pairs of protruding parts are separated from each other. This procedure is easy to make a reducing gas sensor with the door parts mentioned above.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reduziergassensor und insbesondere einen Reduziergassensor mit einem Reduziergasfühlele- ' ment aus einem Metalloxid sowie ein Verfahren zur Herstellung eines¹ Reduziergassensors.The present invention relates to a Reduziergassensor and particularly to a Reduziergassensor with a Reduziergasfühlele- 'ment of a metal oxide and a method for producing a ¹ Reduziergassensors.

Man hat vor einiger Zeit verschiedene Stoffe auf ihren Einsatz zur Feststellung reduzierender Gase hin untersucht. Unter diesen haben sich Metalloxide wie SnO₂, Fe₂O₅, ZnO, TiO₂ und WO₅ mit einem Zu- . satz eines Metalls der Platingruppe wie Pt und Pd oder eines Oxids , dieser Metalle als Aktivatorkatalysator als vorteilhaftes Reduziergasfühlelement herausgestellt. Bei der Erfassung von ReduziergasenSome time ago, various substances were examined for their use in the detection of reducing gases. Among these, metal oxides such as SnO ₂ , Fe ₂ O ₅ , ZnO, TiO ₂ and WO ₅ with an additive. Set of a metal of the platinum group such as Pt and Pd or an oxide, these metals as an activator catalyst as an advantageous reducing gas sensing element. When detecting reducing gases

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wird das Müllelernent auf eine geeignete Temperatur (bspw. 200 ... 500⁰C) erwärmt und kann dann verschiedene Reduziergase (einschließlich brennbarer Gase) wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan, Propan, Alcohol und Ammoniak unter Ausnutzung des Phänomens erfassen, daß das Gasfühlelement seinen elektrischen Widerstand (Leitfähigkeit) ändert, wenn ein Reduziergas in die Oberfläche des Reduziergasfühlelements eindringt oder an der Oberfläche des Reduziergasfühlelements verbrennt.the Müllelernent is heated to a suitable temperature (e.g. 200 ... 500 ⁰ C) and can then detect various reducing gases (including flammable gases) such as hydrogen, carbon monoxide, methane, propane, alcohol and ammonia using the phenomenon that the gas sensing element its electrical resistance (conductivity) changes when a reducing gas penetrates the surface of the reducing gas sensing element or burns on the surface of the reducing gas sensing element.

Ein solches Reduziergasfühlelement ähnelt nach seiner baulichen Ausführung einem Metallschichtwiderstand, einem Kohleschichtwiderstand oder einem Massewiderstand. Im Fall eines Reduziergasfühlelements ist es jedoch erforderlich, dieses zu erwärmen, um eine geeignete Adsorption des Reduziergases auf dem Reduziergasfühlelement bzw. ein ausreichendes Abbrennen des Reduziergases auf der Oberfläche des Reduziergasfühlelements zu erreichen. Bei einem her-* kömmlichen Reduziergasfühlelement ist daher ein Heizdraht wie bspw. aus Ni-Cr, Fe-Cr und Pt-Ir oder ein Thermistor oder ein Metallglasurwiderstand auf dem Reduziergasftihlelement angebracht.Such a reducing gas sensing element is structurally similar Execution of a metal film resistor, a carbon film resistor or a ground resistor. In the case of a reducing gas sensing element however, it is necessary to heat it in order to properly adsorb the reducing gas on the reducing gas sensing element or to achieve sufficient burning of the reducing gas on the surface of the reducing gas sensing element. With a her- * Conventional reducing gas sensing element is therefore a heating wire such as Ni-Cr, Fe-Cr and Pt-Ir or a thermistor or a metal glaze resistor attached to the reducing gas sensor.

Insbesondere ist nach einer herkömmlichen Ausführung ein Heizelement in ein Reduziergasfühlelement aus Metalloxid eingebettet. Nach einer weiteren herkömmlichen Ausführung befindet sich ein Heizelement in der Höhlung eines Reduziergasfühlelements, das in Form eines Hohlrohrs ausgeführt ist. Nach diesen herkömmlichen Ausführungen läßt sich das Reduziergasfühlelement nicht in «einer GänzeIn particular, according to a conventional embodiment, a heating element is embedded in a reducing gas sensing element made of metal oxide. According to a further conventional embodiment, a heating element is located in the cavity of a reducing gas sensing element which is designed in the form of a hollow tube. According to these conventional designs, the reducing gas sensing element cannot be integrated as a whole

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gleiehmäßg erwärmen, so daß sich, keine hochzuverlässige Erfassung der Konzentration eines umgebenden Reduziergases erreichen läßt. Wenn weiterhin die Umgebungstemperatur sich plötzlich ändert (bspw. bei einer Änderung der umgebenden Luftströmung), ist es sehr schwierig, das Reduziergasfühlelement auf einer geeigneten Temperatur zu halten, so daß die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Reduziergaserfassung weiter beeinträchtigt werden.Warm up equally, so that there is no highly reliable detection the concentration of a surrounding reducing gas can be achieved. If the ambient temperature continues to change suddenly (For example, when there is a change in the surrounding air flow), it is very difficult to place the reducing gas sensing element on a suitable one To maintain temperature, so that the accuracy and reliability of the reducing gas detection are further impaired.

Es ist ein Ziel der -vorliegenden Erfindung, einen Reduziergassensor anzugeben, der die Konzentration eines umgebenden Reduziergases genau und zuverlässig auch, bei Schwankungen der Umgebungstemperatur erfassen kann.It is an object of the present invention to provide a reducing gas sensor indicate that the concentration of a surrounding reducing gas is accurate and reliable even in the event of fluctuations in the ambient temperature can capture.

Dieses Ziel läßt sich nach, der vorliegenden Erfindung erreichen mit einem Reduziergassensor mit einem hohlrohrförmigen Heizelement aus einer zu einer langgestreckten Höhlung aus einer Vielzahl von Windungen gewickelten Drahtwendel, mit einem wärmefesten Material, das so auf mindestens einen Teil jeder Windung der" Drahtwendel aufgebracht ist, daß die einzelnen Windungen einander nicht berühren können, und mit einem Reduziergasfühlelement, das im Mittelteil der langgestreckten Höhlung und von der Drahtwendel beabstandet angeordnet ist und mit teilweise in es eingelassenen Elektrodenzuleitungen versehen ist, wobei jeder Querschnitt des Reduziergasfühlelements in einer rechtwinklig zur Achse der langgestreckten Höhlung verlaufenden Ebene jeweils innerhalb des Querschnitts der langgestreckten Höhlung in der gleichen Ebene liegt und jederThis object can be achieved according to the present invention with a reducing gas sensor with a hollow tubular heating element from a wire coil wound into an elongated cavity made of a large number of turns, with a heat-resistant material, which is applied to at least a part of each turn of the "wire coil, that the individual turns do not touch each other and with a reducing gas sensing element spaced in the central portion of the elongated cavity and from the wire helix is arranged and is provided with electrode leads partially embedded in it, each cross section of the reducing gas sensing element in a plane running at right angles to the axis of the elongated cavity, each within the cross section the elongated cavity lies in the same plane and each

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Querschnitt des Reduziergasfühlelements in einer zur Achse der langgestreckten Höhlung parallelen Ebene ebenfalls innerhalb des Schnitts der langgestreckten Höhlung in der gleichen Ebene liegt, wobei das Heizelement dazu dient, das Reduziergaselement mit Strahlungswärme zu beaufschlagen. Das wärmefeste Material kann auf zwei Teile jeder Windung der Drahtwendel aufgebracht sein, um wirkungsvoll zu verhindern, daß die einzelnen Windungen einander berühren. Das wärmefeste Material kann auch vollständig auf jede Windung der Drahtwendel aufgebracht sein, damit die Windungen einander nicht berühren können und das wärmefeste Material an sich die Hohlrohrgestalt ausbildet. i*är die Drahtwendel kann Draht aus einer Pt-Ir-Legierung oder aus einer JPe-Cr-Legierung verwendet werden. Als wärmefestes Material läßt sich ein anorganischer Kleber einsetzen. Als Reduziergasfühlelement dient ein bekanntes Metalloxid, das seinen Widerstand bei der Berührung mit dem Reduziergas ändert.Cross section of the reducing gas sensing element in a to the axis of FIG elongated cavity parallel plane also lies within the section of the elongated cavity in the same plane, wherein the heating element serves to apply radiant heat to the reducing gas element. The heat-resistant material can be applied to two parts of each turn of the wire coil in order to effectively prevent the individual turns from interfering with each other touch. The heat-resistant material can also be applied completely to each turn of the wire coil, so that the turns cannot touch each other and the heat-resistant material per se forms the hollow tube shape. i * är the wire helix can wire out a Pt-Ir alloy or a JPe-Cr alloy is used will. An inorganic adhesive can be used as the heat-resistant material. A known one serves as the reducing gas sensing element Metal oxide that changes its resistance when it comes into contact with the reducing gas.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur leichten Herstellung eines Reduziergassensors anzugeben, der die Konzentration eines umgebenden Reduziergases sehr zuverlässig und genau auch bei schwankender Umgebungstemperatur angeben kann.It is another object of the present invention to provide a method to specify the easy production of a reducing gas sensor, which the concentration of a surrounding reducing gas very reliably and can specify precisely even when the ambient temperature fluctuates.

Dieses Ziel läßt sich nach der vorliegenden Erfindung erreichen mit einem Verfahren zur Herstellung eines Reduziergassensors, demzufolge man einen laminaren leitenden Rahmen mit einem geradenThis object can be achieved according to the present invention with a method for manufacturing a reducing gas sensor, accordingly get a laminar conductive frame with a straight one

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Basisteil und zwei Paaren aus der gleichen Seite des geraden Basisteils vorstehender Teile herstellt, ein Reduziergasfühlelement mit einem Paar teilweise in dieses eingebetteten Elektrodenzuleitungen herstellt, ein hohlrohrförmiges Heizelement aus einer aus einer Vielzahl von Windungen aufgewickelten zu einer langgestreckten Höhlung aufgewickelten Drahtwendel herstellt, auf mindestens einen Teil jeder Windung der Drahtwendel ein wärmefestes Mate-rial aufbringt, damit die einzelnen Windungen einander nicht berühren können, die Elektrodenzuleitungen des Reduziergasfühlelements an einem Paar der beiden Paare der vorstehenden Teile des leitenden Rahmens und die beiden Enden der Drahtwendel am anderen Paar der beiden Paare vorstehender Teile befestigt, so daß das hohlrohrförmige Heizelement und das Reduziergasfühlelement auf dem leitenden Rahmen mit in der Mitte der Drahtwendel befindlichem und zu dieser überall beabstandeten Reduziergasfühlelement gelagert ist, wobei jeder Querschnitt des Reduziergasfühlelements in einer zur Achse der langgestreckten Höhlung rechtwinkligen Ebene innerhalb des Querschnitts der langgestreckten Höhlung in der gleichen Ebene und jeder Schnitt des Reduziergasfühlelements in einer zur Achse der langgestreckten Höhlung parallelen Ebene ! innerhalb des Schnitts der langgestreckten Höhlung in der gleichen Ebene sich befinden, wobei weiterhin das Heizelement vorgesehen ist,-um das Reduziergasfühlelement mit Strahlungswärme zu beaufschlagen, daß man den leitenden Rahmen am geraden Basisteil anBase part and two pairs from the same side of the straight base part above, a reducing gas sensing element having a pair of electrode leads partially embedded therein produces a hollow tubular heating element from a plurality of turns wound into an elongated one Cavity wound wire helix produces a heat-resistant one on at least part of each turn of the wire helix Material applies so that the individual windings do not overlap can touch the electrode leads of the reducing gas sensing element on one pair of the two pairs of the protruding parts of the conductive frame and the two ends of the wire coil on other pair of the two pairs of protruding parts attached so that the hollow tubular heating element and the reducing gas sensing element on the conductive frame with in the middle of the wire coil and is journalled to this reducing gas sensing element spaced apart, each cross section of the reducing gas sensing element in a plane perpendicular to the axis of the elongated cavity within the cross-section of the elongated cavity in FIG the same plane and each section of the reducing gas sensing element in a plane parallel to the axis of the elongated cavity! are in the same plane within the section of the elongated cavity, with the heating element still provided - to apply radiant heat to the reducing gas sensing element, that you attach the conductive frame to the straight base part

ι zwei Paaren leitender Zuleitungsstifte befestigt, die jeweils an Stellen entsprechend den beiden Paaren vorstehender Teile des leitenden Rahmens vorgesehen sind, und den geraden Basisteil desι two pairs of conductive lead pins attached, each attached to Places corresponding to the two pairs of protruding parts of the conductive frame are provided, and the straight base part of the

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leitenden Rahmens so schlitzt, daß die "beiden Paare von vorstehenden Teilen des leitenden Rahmens voneinander getrennt werden. Die leitenden Zuleitungsstifte können vorläufig in ihrer Mitte in ein isolierendes Stützelement eingebettet werden. Das wärmefeste Material kann an zwei Stellen jeder Windung der Drahtwendel aufgebracht werden, damit jede Windung wirkungsvoller daran gehindert wird, die neben ihr liegende Windung zu berühren. Das wärmefeste Material kann auch auf jede Windung der Drahtwendel insgesamt aufgebracht werden, damit die Windungen einander nicht berühren können und das wärmefeste Material selbst eine Hohlrohrgestalt annimmt. Als wärmefestes Material läßt sich ein anorganischer Binder und als Reduziergasfühlelement ein bekanntes Metalloxid verwenden, dessen Widerstand sich bei .der Berührung eines Reduziergases ändert.conductive frame so that the "two pairs of protruding Parts of the conductive frame are separated from each other. The conductive lead pins can be temporarily in their center in a insulating support element are embedded. The heat-resistant material can be applied to two places on each turn of the wire coil so that each turn is prevented more effectively from touching the turn next to it. The heat-resistant one Material can also be applied to each turn of the wire helix as a whole, so that the turns do not touch one another and the heat-resistant material itself can have a hollow pipe shape accepts. An inorganic binder can be used as the heat-resistant material and a known metal oxide can be used as the reducing gas sensing element the resistance of which changes when a reducing gas is touched changes.

Diese und andere Ziele und Besonderheiten der vorliegenden Erfindung sollen nun anhand der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert werden.These and other objects and features of the present invention will now be explained with reference to the following description with reference to the accompanying drawings.

Eig. 1 ist ein Diagramm des Zusammenhangs zwischen der Temperatur eines Reduziergasfühlelements mit SnO_? als Hauptbestandteil und dem Widerstand des Reduziergasfühlelements;Prop. 1 is a diagram showing the relationship between the temperature of a reducing gas sensing element with SnO _? as the main component and resistance of the reducing gas sensing element;

Fig. 2 ist eine schematisierte, teilweise aufgebrochene Perspektivansicht eines herkömmlichen ReduziergasfühlelementsjFigure 2 is a schematic, partially broken away perspective view a conventional reducing gas sensing element j

Pig·.- 3 ist eine schematisierte, teilweise weggebrochene Schnittdarstellung eines weiteren herkömmlichen Reduziergaesensors; Pig · .- 3 is a schematic, partially broken away sectional view another conventional reducing gas sensor;

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Pig. 4 ist eine teilweise weggekrochene, schematisierte Perspektivansicht eines Reduziergassensors nach der vorliegenden Erfindung;Pig. Figure 4 is a partially broken away, schematic perspective view a reducing gas sensor according to the present invention;

Fig. 5 ist eine teilweise weggebrochene schematisierte Perspektivansicht eines weiteren Beispiels eines Reduziergassensors nach der vorliegenden Erfindung;Fig. 5 is a partially broken away schematic perspective view another example of a reducing gas sensor according to the present invention;

!"ig. 6a ist eine Draufsicht eines Beispiels einer Drahtwicklung mit aufgebrachtem wärmefesten Material an zwei Stellen der Drahtwendel;Fig. 6a is a top plan view of an example of a wire winding with applied heat-resistant material at two points of the wire coil;

Hg. 6b ist eine Seitenansicht des Drahtwendeis der Fig. 6a; undFigure 6b is a side view of the wire reverser of Figure 6a; and

Fig. 7a bis 7f sind schematisierte Darstellungen, die zeigen, wie ein Reduziergassensor nach einem Beispiel der vorliegenden Erfindung nach einem Beispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.7a to 7f are schematic representations showing how a reducing gas sensor according to an example of the present invention Invention is made according to an example of the method of the present invention.

Um ein Reduziergas quantitativ und mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit zu erfassen, muß das Reduziergasfühlelement auf einer vorbestimmten geeigneten Temperatur und die Wärmeverteilung im Reduziergassensor gleichmäßig gehalten werden, da der Widerstandswert des Reduziergaselements beim Auftreten eines Reduziergases sich mit der Temperatur des Reduziergaselements ändert. Die Funktion des Reduziergaselements ist also temperaturabhängig. Die Fig. 1 zeigt den Zusammenhang zwischen der Temperatur des Reduziergasfühlelements aus SnO₀ als Hauptbestandteil und dem Wider-In order to detect a reducing gas quantitatively and with high accuracy and reproducibility, the reducing gas sensing element must be kept at a predetermined suitable temperature and the heat distribution in the reducing gas sensor must be kept uniform, since the resistance value of the reducing gas element when a reducing gas occurs changes with the temperature of the reducing gas element. The function of the reducing gas element is therefore temperature-dependent. Fig. 1 shows the relationship between the temperature of the reducing _{gas sensing element made of SnO 0} as the main component and the resistance

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stand des Reduziergasfüiilelements in luft mit 0,1 %, 0,2 % "bzw. 0,3 % Propangas als Reduziergas. Wenn, wie sich aus der Fig. 1 ergibt, sich die Temperatur des Reduziergasfühlelements ändert, schwankt "bei gleichbleibender Konzentration des Reduziergases der Widerstand des Fühlelements erheblich. Sofern man also die Änderung der Temperatur des Fühlelements nicht kompensiert, um seine Temperatur konstant zu halten, ist eine quantitative Erfassung der Konzentration des Reduziergases nicht möglich. Weiterhin wird ein Element dieser Art im Vergleich zu anderen allgemein verwendeten elektrischen Wandlerelementen oder elektronischen Bauteilen in einem Bereich sehr hoher Temperaturen eingesetzt, so daß die Ausbildung der Heizanordnung sehr sorgfältig zu erfolgen hat.Was the reducing gas filling element in air with 0.1 %, 0.2% "or 0.3% propane gas as reducing gas. If, as can be seen from FIG Reducing gas significantly reduces the resistance of the sensing element. If one does not compensate for the change in the temperature of the sensing element in order to keep its temperature constant, a quantitative determination of the concentration of the reducing gas is not possible. Furthermore, an element of this type is used in an area of very high temperatures compared to other generally used electrical transducer elements or electronic components, so that the design of the heating arrangement has to be carried out very carefully.

Typische Beispiele von Konstruktionen herkömmlicher Reduziergassensoren sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt. In der Fig. 2 sind zwei Drähte 1, 1· aus Ni-Cr oder Pt-Ir, die zu Wendeln aufgewickelt sind, parallel zueinander angeordnet; sie werden mit einem Metalloxidmaterial 2 (Halbleiter) beschichtet, wie gezeigt, und die Anordnung dann gesintert. Eine der beiden Wicklungen 1, 1¹ dient als Heizelement, und die beiden Wicklungen dienen auch als Elektrodenzuleitungen, umjdie Widerstandsänderungen des Metalloxidhalbleiters 2 zu erfassen.Typical examples of constructions of conventional reducing gas sensors are shown in Figs. In FIG. 2, two wires 1, 1 made of Ni-Cr or Pt-Ir, which are wound up to form coils, are arranged parallel to one another; they are coated with a metal oxide material 2 (semiconductor) as shown, and the assembly is then sintered. One of the two coils 1, 1 ¹ serves as a heating element, and the two windings serve as electrode leads, umjdie changes in resistance of the metal oxide 2 to be detected.

Die Fig. 3 zeigt eine Drahtwendel im Innern eines Röhrchens 3 aus wärmefestem Isoliermaterial. Zwei Zuleitungsdrähte 5, 5', die als3 shows a wire helix in the interior of a tube 3 made of heat-resistant insulating material. Two lead wires 5, 5 ', which as

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Elektroden dienen, sind auf die Seite des Isolierstoffröhrchens 3 nahe dessen Enden aufgewickelt, während das Isolierstoffröhrchen 3, wie dargestellt, auch mit einem Metalloxidhalbleiter 6 beschichtet ist. Die Drahtwendel 4 wird durch die Zuführung eines elektrischen Stromes erwärmt, um den Metalloxidhalbleiter 6 zu erwärmen; die Widerstandsänderung zwischen den Metallzuleitungen 5, 5¹ wird erfaßt und ausgewertet.Electrodes are used, are wound on the side of the insulating tube 3 near its ends, while the insulating tube 3, as shown, is also coated with a metal oxide semiconductor 6. The wire coil 4 is heated by the supply of an electric current in order to heat the metal oxide semiconductor 6; the change in resistance between the metal leads 5, 5 ¹ is detected and evaluated.

Nach diesen herkömmlichen Konstruktionen sind der Metalloxidhalbleiter 2 bzw. 6, eine Betriebsstromversorgung (nicht gezeigt) und ein Widerstand (nicht gezeigt) in Reihe geschaltet. Die Widerstandsänderung des Metalloxidhalbleiters 2 bzw. 6 infolge des Yorliegens eines Reduziergases wird gewöhnlich durch Erfassen der Änderung des Spannungsabfalls über dem Widerstand ausgewertet.According to these conventional constructions, they are metal oxide semiconductors 2 and 6, respectively, an operating power supply (not shown) and a resistor (not shown) connected in series. The change in resistance of the metal oxide semiconductor 2 or 6 due to the presence of a reducing gas is usually obtained by detecting the The change in the voltage drop across the resistor is evaluated.

Im Pail der Fig. 2 wird einer der beiden Drähte 1, 1¹ als Heizelement verwendet. Der Nachteil hierbei ist, daß der Metalloxid- , halbleiter nahe dem Heizelement stärker gewärmt wird als der vom Heizelement entfernt liegende, so daß sich der Metalloxidhalbleiter als Ganzes nicht gleichmäßig erwärmt. Im Pail der Pig. 3 ist nachteilig, daß zwischen dem Mittelteil und den Endteilen des Isolierröhrchens 3 ein Temperaturunterschied auftritt. In den beiden Fällen der Pig. 2 und 3 tritt weiterhin der wesentliche Nachteil auf, daß, wenn die Umgebungstemperatur plötzlich sich ändert, wie wenn .bspw. eine Änderung der Strömung der umgebenden Luft auftritt, es sehr schwierig ist, das Gasfühlelement (Metalloxid- ^! Pail in FIG. 2, one of the two wires 1, 1 ¹ is used as a heating element. The disadvantage here is that the metal oxide semiconductor close to the heating element is warmed more strongly than that located away from the heating element, so that the metal oxide semiconductor as a whole does not heat up uniformly. In the Pail the Pig. 3 is disadvantageous in that a temperature difference occurs between the central part and the end parts of the insulating tube 3. In both cases the pig. 2 and 3 also has the major disadvantage that if the ambient temperature suddenly changes, as if .bspw. a change in the flow of the surrounding air occurs, it is very difficult to detect the gas sensing element (metal oxide ^!

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halbleiter) auf einer geeigneten Temperatur zu halten, so daß eine hochzuverlässige quantitative Gaserfassung nicht mehr möglich ist.semiconductors) at a suitable temperature, so that a highly reliable quantitative gas detection is no longer possible is.

Die Erfindung eliminiert diese Nachteile. Die Besonderheit eines der Beispiele eines Reduziergassensors nach der vorliegenden Erfindung ist, daß man ein hohlrohrförmiges Heizelement in Form einer mit einem wärmefesten Material bedeckten Drahtwendel vorsieht und als Reduziergasfühlelement einen Metalloxidhalbleiter in die Mitte der langgestreckten Höhlung einbringt, die von dem Heizelement gebildet wird, wobei dieses Fühlelement mit einem Paar teilweise in dieses eingebetteter Zuleitungsdrähte versehen ist und in Durchmesser und Länge kleiner ist als die langgestreckte Höhlung des Heizelements. Pur die Drahtwendel lassen sich bspw. Ni-Cr, Pe-Cr und Pt-Ir verwenden, für das wärmefeste Material der Beschichtung bspw. Glas und Keramik. Das Reduziergasfühlelement wird abgestützt in das Innere des hohlen Heizelements eingebracht.The invention eliminates these disadvantages. The feature of one of the examples of a reducing gas sensor according to the present invention is that one provides a hollow tubular heating element in the form of a wire coil covered with a heat-resistant material and introducing a metal oxide semiconductor as a reducing gas sensing element in the center of the elongated cavity formed by the heating element is formed, this sensing element is provided with a pair of lead wires partially embedded therein and is smaller in diameter and length than the elongated cavity of the heating element. The wire helix can be used, for example. Use Ni-Cr, Pe-Cr and Pt-Ir for the heat-resistant material of the coating, for example glass and ceramic. The reducing gas sensing element is introduced into the interior of the hollow heating element in a supported manner.

Hiernach sollten unter Bezug auf die Pig. 4 die baulichen Einzelheiten eines Beispiels eines Reduziergassensors nach der vorliegenden Erfindung ausführlich erläutert werden.Hereafter, referring to the Pig. 4 the structural details an example of a reducing gas sensor according to the present invention will be explained in detail.

In der Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 11 eine Drahtwendel, die mit einem wärmefesten Isoliermaterial 12 beschichtet ist. Das wär-ί mefeste Isoliermaterial 12 ist vorzugsweise aus einem nichtalkalischen Glas oder einem Aluminiumoxidglas oder noch besser aus ;In FIG. 4, the reference numeral 11 designates a wire coil which is coated with a heat-resistant insulating material 12. The heat-resistant insulating material 12 is preferably made of a non-alkaline glass or an aluminum oxide glass, or even better;

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einem anorganiseilen Binder mit SiOp. oder AIpO, als Hauptbestandteil hergestellt. Das Isoliermaterial 12 wird in geringer Dicke auf die Drahtwendel aufgebracht und gesintert, damit die einzelnen Windungen der Wendel einander nicht "berühren können. Auf diese Weise entsteht ein hohlzylindrisches Heizelement HE. Das Bezugszeichen 13 "bezeichnet einen Metalloxidhalbleiter als Reduziergasfühlelement, dessen Abmessungen geringer als der Durchmesser und die Länge des von der Drahtwendel 11 gebildeten Hohlzylinders sind, damit das Reduziergasfühlelement im hohlen Inneren des Heizelements HE angeordnet werden kann. Der als Reduziergasfühlelement eingesetzte Metalloxidhalbleiter wird vorzugsweise durch Druckformen und Sintern eines Metalloxidpulvers wie bspw. SnO₂, FepO-, ZnO, TiOp und WO^ oder einer Metalloxidpulvermischung aus diesen Metalloxiden mit anderen Bestandteilen hergestellt. Das so hergestellte Reduziergasfühlelement ist porös, so daß das umströmende Gas leicht durch es hindurchtreten kann. Beim Druckformen werden zwei ZuIeitungsdrähte bspw. aus Pt-Ir-Draht mit einem Durchmesser von 0,05 ... 0,2 mm in das Pulver eingebettet, so daß der resultierende Metalloxidhalbleiter (Reduziergasfühlelement) eingebettet zwei Elektrodenzuleitungen 14, 14' enthält. Das Bezugszeichen SE bezeichnet das so hergestellte Reduziergasfühlelement. an inorganic rope binder with SiOp. or AIpO, made as the main ingredient. The insulating material 12 is applied to the wire helix in a small thickness and sintered so that the individual turns of the helix cannot "touch one another. In this way, a hollow cylindrical heating element HE is created The diameter and length of the hollow cylinder formed by the wire helix 11 are so that the reducing gas sensing element can be arranged in the hollow interior of the heating element HE. The metal oxide semiconductor used as a reducing gas _{sensing element is preferably produced by pressure molding and sintering a metal oxide powder such as SnO 2} , FepO, ZnO, TiOp and WO ^ or a metal oxide powder mixture from these metal oxides with other components. The reducing gas sensing element thus produced is porous so that the gas flowing around it can easily pass through it. During compression molding, two lead wires, for example made of Pt-Ir wire with a diameter of 0.05 ... 0.2 mm, are embedded in the powder so that the resulting metal oxide semiconductor (reducing gas sensing element) contains two electrode leads 14, 14 'embedded. The reference symbol SE denotes the thus manufactured reducing gas sensing element.

Das Bezugszeichen 15 bezeichnet ein isolierendes Lagerelement, das vorzugsweise aus einem wärmefesten Kunstharz, Glas oder einer Keramik hergestellt ist. Zwei Paar leitender Zuleitungsstifte 16, 16», 17, 17' sind teilweise fest in das Lagerelement 15 einge-Reference numeral 15 denotes an insulating bearing element, which is preferably made of a heat-resistant synthetic resin, glass or a Ceramic is made. Two pairs of conductive lead pins 16, 16 », 17, 17 'are partially firmly integrated into the bearing element 15.

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bettet und durchdringen dieses. Die beiden Enden der Drahtwendel 11 des Heizelements HE sind an die Zuleitungsstifte 16, 16' angeschlossen, wie dargestellt, und werden von diesen abgestützt. Die Elektrodenzuleitungen 14, 14' des Reduziergasfühlelements SE sind an die Zuleitungsstifte 17, 17* angeschlossen, wie dargestellt, und werden von ihnen abgestützt.embeds and penetrate this. The two ends of the wire coil 11 of the heating element HE are connected to the lead pins 16, 16 ', as shown, and are supported by them. The electrode leads 14, 14 'of the reducing gas sensing element SE are connected to lead pins 17, 17 * as shown, and are supported by them.

Ein Schutznetz 18 ist vorzugsweise an dem Lagerelement 15 befestigt, um gemeinsam mit diesem die Anordnung aus dem Heizelement HE und dem Reduziergasfühlelement SE zu überdecken. Das Schutznetz 18 ist vorzugsweise ein Drahtnetz mit einer Mesh-Größe ύοώ. 100 oder eine Sintermetallkappe mit einer Vielzahl durchgehender Poren. Es verhindert mögliche Explosionen beim Einsatz des Reduziergassensors beim Einsatz zur Erfassung explosiver Reduziergase sowie eine Verschmutzung der Oberfläche des Reduziergasfühlelements SE mit bspw. Staub oder Rauch.A protective net 18 is preferably attached to the bearing element 15 in order, together with this, to cover the arrangement of the heating element HE and the reducing gas sensing element SE. The protective net 18 is preferably a wire net with a mesh size ύοώ. 100 or a sintered metal cap with a large number of continuous pores. It prevents possible explosions when the reducing gas sensor is used when it is used to detect explosive reducing gases as well as contamination of the surface of the reducing gas sensing element SE with, for example, dust or smoke.

Nach der oben beschriebenen Konstruktion des Reduziergassensors ist das Reduziergasfühlelement SE im hohlzylindrischen Heizelement HE angeordnet und wird vom Heizelement durch Strahlungswärme aufgeheizt. Selbst wenn sich also die Umgebungstemperatur bspw. infolge einer Änderung der umströmenden Luft ändert, wird das Reduziergasfühlelement SE von dieser temperaturänderung nicht beeinflußt, da das Heizelement HE als Schutzwand wirkt und eine Tem-< peraturänderung des Reduziergasfühlelements verhindert. Weiterhin läßt die Temperaturverteilung des Reduziergasfühlelements SEAccording to the construction of the reducing gas sensor described above, the reducing gas sensing element SE is in the hollow cylindrical heating element HE arranged and is heated by the heating element by radiant heat. Even if the ambient temperature is, for example, changes due to a change in the surrounding air, the reducing gas sensing element SE is not influenced by this temperature change, because the heating element HE acts as a protective wall and a tem- < temperature change of the reducing gas sensing element prevented. Furthermore, the temperature distribution of the reducing gas sensing element SE

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•Λ'• Λ '

sich sehr gleichmäßig machen; im Prinzip kann kein Temperaturgefälle auftreten, wie es für herkömmliche Reduziergassensoren typisch ist. Wenn man weiterhin den Reduziergassensor so anordnet, daß die Längsachse des hohlzylindrischen Heizelements HE vertikal steht, findet eine natürliche Konvektion der in den Zwischenraum des Heizelements HE und des Reduziergasfühlelements SE von unten nach oben strömenden Luft statt, die einen Schornsteineffekt "bewirkt. Infolge dieses Schornsteineffekts wird das umgehende Gas fortwährend von der unteren Öffnung des Heizelements HE in dieses eingezogen, vom Heizelement HE erwärmt und aktiviert und reagiert dann schnell mit der Oberfläche des Reduziergasfühlelements 13. Der Reduziergassensor spricht also sehr schnell an, so daß eine quantitative Erfassung des Reduziergases in sehr kurzer Zeit möglich ist. Will man diesen Schornsteineffekt ausnutzen, ordnet man das Reduziergasfühlelement SE vorzugsweise am oberen Ende des Mittelteils des Inneren des hohlzylindrischen Heizelements HE an.make yourself very even; in principle there can be no temperature gradient occur as is typical for conventional reducing gas sensors. If you continue to arrange the reducing gas sensor so, that the longitudinal axis of the hollow cylindrical heating element HE is vertical, natural convection takes place in the space of the heating element HE and the reducing gas sensing element SE instead of air flowing from the bottom upwards, which causes a "chimney effect". As a result of this chimney effect, the bypassing gas is continuously from the lower opening of the heating element HE into this is drawn in, heated and activated by the heating element HE, and then reacts quickly with the surface of the reducing gas sensing element 13. The reducing gas sensor responds very quickly, so that quantitative detection of the reducing gas is possible in a very short time is. If you want to take advantage of this chimney effect, the reducing gas sensing element SE is preferably placed at the upper end of the Central part of the interior of the hollow cylindrical heating element HE.

In der oben beschriebenen Konstruktion ist das Reduziergasfühlelement SE aus einem zylindrischen Metalloxidhalbleiter 13 mit den Elektrodenzuleitungen 14, 14' hergestellt, die in diesen teilweise eingebettet sind. Die Gestalt des Reduziergasfühlelements SE ist jedoch nicht auf eine zylindrische Form beschränkt; sie kann ein rechteckiger Stab oder auch eine Kugel sein. Wenn das hohlrohrförmige Heizelement HE hohlzylindrisch gestaltet ist, ist dasIn the construction described above, the reducing gas sensing element is SE made of a cylindrical metal oxide semiconductor 13 with the electrode leads 14, 14 ', which are partially are embedded. However, the shape of the reducing gas sensing element SE is not limited to a cylindrical shape; she can be a rectangular rod or a sphere. If the hollow tubular Heating element HE is designed as a hollow cylinder, that is

Reduziergasfühlelement vorzugsweise als zylindrischer Stab ausgeführt, wie oben erläutert. D.h., daß man vorzugsweise den AbstandReducing gas sensing element preferably designed as a cylindrical rod, as explained above. That is, the distance

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zwischen jedem Punkt der Oberfläche des Reduziergasfühlelements SE und den jeweils nächsinliegenden Punkt auf der Innenfläche des hohlrohrförmigen Heizelements HE konstant hält.between each point on the surface of the reducing gas sensing element SE and the closest point on the inner surface of the Hollow tubular heating element HE keeps constant.

Die Elektrodenzuleitungen 14,14' sind nicht notwendigerweise gradlinig, wie dargestellt, sondern können auch verdrillt oder aufgewickelt sein. Die Elektrodenzuleitungen 14,14' sind vorzugsweise aus einem oxidationsfesten Material wie Au und Pt hergestellt. Da die Elektrodenzuleitungen auf das Reduziergasfiüilelement SE im Innern des hohlrohrförmigen Heizelements HE abstützen sollen, verwendet man für sie vorzugsweise Pt-Ir-Draht, da Pt-Ir-Draht verhältnismäßig elastisch und hart ist und dem Reduziergassensor Festigkeit gegenüber mechanischen Stoßen erteilt.The electrode leads 14,14 'are not necessarily straight, as shown, but can also be twisted or coiled. The electrode leads 14, 14 'are preferred made of an oxidation-resistant material such as Au and Pt. Since the electrode leads to the reducing gas filter SE in the interior of the hollow tubular heating element HE are to be supported, preferably Pt-Ir wire is used for them, since Pt-Ir wire is relatively elastic and hard and gives the reducing gas sensor resistance to mechanical impacts.

Das wärmefeste Isoliermaterial 12 auf der Drahtwendel 11 ist vorgesehen, damit die Drahtwendel 11 nicht oxidieren kann und um mögliche Schwierigkeiten zu vermeiden, die auftreten können, wenn das Reduziergasfühlelement SE das Heizelement HE berührt - bspw. bei starken mechanischen Stoßen, denen der Reduziergassensor ausgesetzt sein kann. Das Isoliermaterial kann porös sein. Vorzugsweise verwendet man als Isoliermaterial jedoch einen Stoff, der |The heat-resistant insulating material 12 on the wire coil 11 is provided, so that the wire coil 11 cannot oxidize and to avoid possible difficulties that may arise when the reducing gas sensing element SE touches the heating element HE - e.g. in the event of strong mechanical impacts to which the reducing gas sensor is exposed can be. The insulating material can be porous. Preferably, however, a material is used as the insulating material, which |

ι bei Erwärmung kein Reduziergas freisetzt. !ι does not release any reducing gas when heated. !

Wie oben bereits ausgeführt, ist in dem Reduziergassensor nach detf vorliegenden Erfindung das Reduziergasfühlelement vom Heizelement umgeben und kann daher nicht von Änderungen der UmweltbedingungenAs already stated above, in the reducing gas sensor according to detf present invention, the reducing gas sensing element surrounded by the heating element and can therefore not be affected by changes in environmental conditions

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- außer der Konzentration des Reduziergases selbst - "beeinflußt werden. Wenn daher bspw. die Umgebungstemperatur sich ändert, weil bspw. die Umluftströmung schwankt, ist die Temperaturänderung des Reduziergasfühlelements vernachlässigbar und die Wärmeverteilung des Reduziergasfühlelements läßt sich sehr gleichmäßig halten. Weiterhin kann das Reduziergasfühlelement mit hohem Wärmewirkungsgrad erwärmt werden, so daß hierzu nur wenig elektrische Energie erforderlich ist und zur Leistungsversorgung des Heizelements bspw. eine kleine Trockenbatterie ausreicht. - except for the concentration of the reducing gas itself - "are influenced. If, for example, the ambient temperature changes because, for example, the circulating air flow fluctuates, the temperature change of the reducing gas sensing element is negligible and the heat distribution of the reducing gas sensing element can be kept very even high thermal efficiency, so that only little electrical energy is required for this purpose and a small dry battery, for example, is sufficient to supply the heating element with power.

Die Pig. 5 zeigt ein weiteres Beispiel eines Reduziergassensors nach der vorliegenden Erfindung, der gegenüber dem der Fig. 4 verbessert ist. Im folgenden soll nun der Reduziergassensor der ]?ig. 5 beschrieben werden, dessen Leistungsfähigkeit bei der Feststellung von Reduziergasen besser ist.The Pig. FIG. 5 shows a further example of a reducing gas sensor according to the present invention which is improved over that of FIG is. In the following, the reducing gas sensor of the]? Ig. 5, its performance in determining of reducing gases is better.

Die Besonderheit des Reduziergassensors der Fig. 5 ist, daß bei einem Reduziergassensor mit einem hohlrohrförmigen Heizelement aus einer Drahtwendel und einem Reduziergasfühlelement mit einem Paar Elektrodenzuleitungen, die teilweise in dieses eingebettet sind und dessen Abmessungen geringer als der Durchmesser und die Länge der von dem hohlrohrförmigen Heizelement gebildeten Höhlung sind, ein wärmefestes Isoliermaterial auf nur einen Teil jeder Windung der Drahtwendel aufgebracht ist, um nur zu verhindern, daß die Windungen der Wendel einander berühren. Der Aufbau der Fig. 5 entspricht daher dem der Fig. 4 in einem allgemeinen Sinn,The peculiarity of the reducing gas sensor of FIG. 5 is that at a reducing gas sensor with a hollow tubular heating element made of a wire coil and a reducing gas sensing element with a Pair of electrode leads that are partially embedded in this and whose dimensions are less than the diameter and the Length of the cavity formed by the hollow tubular heating element, a heat-resistant insulating material on only a part of each Turn of the wire helix is applied, just to prevent the turns of the helix from touching each other. The structure of the FIG. 5 therefore corresponds to that of FIG. 4 in a general sense,

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daß ein wärmefestes Isoliermaterial auf mindestens einen Teil jeder der Windungen der Drahtwendel aufgebracht ist, damit die Windungen der Wendel einander nicht berühren können. Der Aufbau der ]?ig. 5 unterscheidet sich jedoch von dem nach Pig. 4» in dem das wärmefeste Isoliermaterial auf die gesamte Drahtwendel aufgebracht ist.that a heat-resistant insulating material on at least part of each of the turns of the wire helix is applied so that the turns the filament cannot touch each other. The structure of the]? Ig. 5, however, differs from that according to Pig. 4 »in which the heat-resistant insulating material is applied to the entire wire coil.

In der Fig. 5 "bezeichnet das Bezugszeichen 11 eine Drahtwendel. Ein wärmefestes Material 12 (I2^f) ist an den "beiden Teilen 12 und 12' jeder Windung der Drahtwendel aufgebracht, wie dargestellt, damit die Windungen einander nicht berühren könnenj auf diese Weise entsteht ein hohlrohrförmiges Heizelement HE. Im Fall der Fig. 5 ist der von dem Heizelement HE gebildete Innenraum zylindrisch. Die Art und Weise, in der das Isoliermaterial 12, 12' auf die Drahtwendel 11 aufgebracht ist, ist deutlicher in den Fig. 6a und 6 b gezeigt. Das Isoliermaterial läßt sich auf nur einen Teil 12 oder 12' aufbringen, wird vorzugsweise jedoch auf mindestens zwei Teile 12 und 12¹ aufgebracht, wie dargestellt, um jede Windung gut abzustützen, ohne daß die Windungen einander berühren. Da der Draht 11 durch Zufuhr elektrischen Stroms erwärmt wird, sind die für diesen bevorzugten Stoffe solche mit niedrigem spezifischen Widerstand, deren Oberfläche in üblicher Luftatmosphäre nicht oxidationsanfällig ist (bspw. Pt-Ir-Draht) bzw. die bei einer Oxidation eine nur geringe Änderung des spezifischen Widerstands erfahren (bspw. Fe-Cr-Al-Iegierung wie der Kantal-Draht der Fa. Eantal Company, Schweden). Als Isoliermaterial 12,In FIG. 5, "11, reference numeral a wire helix. A heat-resistant material 12 (I2 ^f) is at the" applied 12 and 12 'of each turn of the wire coil two parts, as shown, so that the windings do not touch each könnenj in this way a hollow tubular heating element HE is created. In the case of FIG. 5, the interior space formed by the heating element HE is cylindrical. The manner in which the insulating material 12, 12 'is applied to the wire coil 11 is shown more clearly in FIGS. 6a and 6b. The insulating material can be reduced to only a part 12 or 12 'will apply, but preferably applied to at least two parts 12 and 12 ^1, as shown to support good to each coil without the windings touch each other. Since the wire 11 is heated by supplying an electric current, the substances preferred for this are those with a low specific resistance, the surface of which is not susceptible to oxidation in a normal air atmosphere (e.g. Pt-Ir wire) or which only changes slightly when oxidized the specific resistance (for example Fe-Cr-Al alloy such as the Kantal wire from Eantal Company, Sweden). As insulating material 12,

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12^f setzt man ein Glas mit hohem Schmelzpunkt oder einen anorganischen Binder aus SiO₀. Al_nO, und ZrO_n ein, den man auf die Wendel aufbringt und dann sintert.12 ^f , a glass with a high melting point or an inorganic binder made of SiO _{0 is used} . Al _n O, and ZrO _n , which are applied to the filament and then sintered.

In der Pig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen SE ein Reduziergasfühlelement aus einem Metalloxidhalbleiter mit kleinen Abmessungen, wie oben erwähnt, so daß er in die langgestreckte Höhlung (zylindrische Höhlung in Pig. 5) des Heizelements HE ohne direkte Berührung zwischen dem hohlrohrförmigen Heizelement HE und dem Reduziergasfühlelement SE eingesetzt werden kann, das aus einem Metalloxidhalbleiter 13 mit teilweise eingebetteten Elektrodenzuleitungen 14, 14' besteht. Der Metalloxidhalbleiter 13 ist vorzugsweise durch Druckformen und Sintern eines Metalloxidpulvers wie SnO₂, Fe₂O,, ZnO, !DiOp und WO, oder einer Metalloxidmischung aus einem dieser Metalloxide mit anderen Bestandteilen hergestellt. Der auf diese Weise hergestellte Metalloxidhalbleiter ist porös. Beim Druckformen wird ein Paar Zuleitungsdrähte bspw. aus Pt, Ph, Ir, Pt oder Legierungen derselben mit einem Durchmesser von 0,05 ... 0,2 mm in das Pulver eingebettet, so daß der resultierende gesinterte Metalloxidhalbleiter eingebettet ein Paar Elektrodenzuleitungen 14* 14* enthält.In the pig. 5, the reference symbol SE denotes a reducing gas sensing element made of a metal oxide semiconductor with small dimensions as mentioned above so that it can be inserted into the elongated cavity (cylindrical cavity in Pig. 5) of the heating element HE without direct contact between the hollow tubular heating element HE and the reducing gas sensing element SE can, which consists of a metal oxide semiconductor 13 with partially embedded electrode leads 14, 14 '. The metal oxide semiconductor 13 is preferably produced by pressure molding and sintering a metal oxide _{powder such as SnO 2} , Fe ₂ O, ZnO, DiOp and WO, or a metal oxide mixture from one of these metal oxides with other components. The metal oxide semiconductor produced in this way is porous. During compression molding, a pair of lead wires made of, for example, Pt, Ph, Ir, Pt or alloys of the same with a diameter of 0.05 ... 0.2 mm are embedded in the powder, so that the resulting sintered metal oxide semiconductor is embedded a pair of electrode leads 14 * 14 * contains.

Nunmehr werden die beiden Enden 11a und 11'a der Wendel 11 des Heizelements HE und die beiden Enden 14a und 14·a der Elektroden-The two ends 11a and 11'a of the helix 11 of the Heating element HE and the two ends 14a and 14a of the electrode

Zuleitungen 14, 14' jeweils an eines der vier Enden 16a, 16'a, ' 17a, 17'a eines elektrisch leitenden Rahmens (mit den Elementen jSupply lines 14, 14 'each at one of the four ends 16a, 16'a,' 17a, 17'a of an electrically conductive frame (with the elements j

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(vorstehenden Teilen) 16A, 16¹A, 17A, 17¹A, die zunächst unmittelbar beieinander liegen) befestigt, der aus einer durch chemisches Ätzen oder mechanisches Pressen hergestellten laminaren Metallplatte gefertigt ist. Dieses Befestigen geschieht so, daß man das Reduziergasfühlelement SE vom leitenden Metallrahmen abgestützt in einen Mittelteil der zylindrischen Höhlung des hohlen Heizelements HE einbringt, wie in Pig. 5 gezeigt. Mr diesen leitenden Rahmen wird bevorzugt eine Metallplatte mit niedriger Wärmeleitfähigkeit - bspw. eine Pe-Ni-Co- oder eine Pe-Or-Legierung (nichtrostend) - verwendet, um die Verluste an aus dem Heizelement HE und aus dem Reduziergasfühlelement SE über die Zuleitungsstifte 16, 16', 17, 17' austretender Wärme gering zu halten. Die anderen Enden 16b, 16'b, 17b und 17'b des leitenden Rahmens werden jeweils mit den Enden der Metallzuleitungsstifte 16, 16¹, 17, 17' verbunden, die teilweise in einer Isolierstütze 15 aus wärmefestern Kunstharz, Glas oder Keramik eingebettet sind. Der leitende Rahmen ist zunächst ein einzelnes durchgehendes Blech in einer modifizierten kammartigen Gestalt. D.h., die Elemente (vorstehende Teile) 16A, 16¹A, 17A und 17 ¹A sind zunächst über einen geraden Basisteil (nicht in Pig. 5, aber in den Pig. 7a bis 7d gezeigt) miteinander verbunden, wie durch die gestrichelten Linien P₁ und P₂ gezeigt. Der gerade Basisteil wird teilweise eingeschlitzt, um die Elemente (vorstehende Teile) 16A, 16¹A, 17A und 17¹A rückzulassen, nachdem der leitende Rahmen dem Drahtverbindungsschritt ("wire bonding") ausgesetzt wurde. Dann deckt man die so hergestellte Anordnung auf einer Seite mit einem Schutznetz (Abschir- j (protruding parts) 16A, 16 ¹ A, 17A, 17 ¹ A, which initially lie directly next to each other), which is made of a laminar metal plate produced by chemical etching or mechanical pressing. This fixing is done by inserting the reducing gas sensing element SE supported by the conductive metal frame in a central part of the cylindrical cavity of the hollow heating element HE, as in Pig. 5 shown. For this conductive frame, a metal plate with low thermal conductivity - for example a Pe-Ni-Co or a Pe-Or alloy (stainless) - is preferably used to reduce the losses from the heating element HE and from the reducing gas sensing element SE via the lead pins 16, 16 ', 17, 17' to keep escaping heat low. The other ends 16b, 16'b, 17b and 17'b of the conductive frame are connected to the ends of the metal lead pins 16, 16 ¹ , 17, 17 ', respectively, which are partially embedded in an insulating support 15 made of heat-resistant synthetic resin, glass or ceramic . The conductive frame is initially a single continuous sheet of metal in a modified comb-like shape. That is, the elements (protruding parts) 16A, 16 ¹ A, 17A and 17 ¹ A are first connected to each other via a straight base part (not shown in Pig. 5 but shown in Pig. 7a to 7d) as shown by the broken lines P ₁ and P ₂ shown. The straight base part is partially slit to leave the elements (protruding parts) 16A, 16 ¹ A, 17A and 17 ¹ A after the conductive frame is subjected to the wire bonding step. Then the arrangement produced in this way is covered on one side with a protective net (shielding j

mung) 18 in Kappenform aus Maschendraht in einer Maschenweite von bspw. 100 mesh oder aus Sintermetall mit durchgehenden Poren al·). Das Schutznetz 18 wird an der TJmfangsfläche der Isolierstütze 15 "befestigt. Das Schutznetz verhindert mögliche Explosionen, wenn man den Reduziergassensor zur Erfassung explosiver Reduziergase einsetzt, und verhindert eine Verschmutzung des Reduziergassensors an der Oberfläche durch bspw. Staub oder Ölrauch.mung) 18 in the form of a cap made of wire mesh with a mesh size of, for example, 100 mesh or made of sintered metal with continuous pores al ·). The protective net 18 is attached to the circumferential surface of the insulating support 15 ". The protective net prevents possible explosions if the reducing gas sensor for detecting explosive reducing gases begins, and prevents the reducing gas sensor from being contaminated by, for example, dust or oil smoke.

Die Verwendung des leitenden Rahmens ist vorteilhaft, um die Wärmeverluste gering zu halten, wie oben erwähnt, und um eine Herstellung der Reduziergassensoren in einer Massenproduktion zu ermöglichen. Dieser letztere Vorteil soll nun unter Bezug auf die Hg. 7a bis 7f ausführlich erläutert werden.The use of the conductive frame is beneficial to the heat loss to keep low, as mentioned above, and to enable the reducing gas sensors to be mass-produced. This latter advantage will now be explained in detail with reference to Figures 7a to 7f.

Die Hg. 7a zeigt zwei nebeneinanderliegende laminare Rahmen aus einer Vielzahl leitender laminarer Rahmen, die nebeneinander aus einem laminaren Blech durch chemisches Ätzen oder Pressen ausgearbeitet worden sind. Jeder laminare Rahmen besteht aus einem geraden Basisteil 20, einem Paar laminarer Elemente 16A, 16¹A (vorstehende Teile) und einem weiteren Paar laminarer Elemente 17A, 17¹A. Die beiden Paare von Elementen (vorstehenden Teilen) 16A, 16¹A, 17A und 17¹A stehen aus der gleichen Seite des geraden Basisteils 20 vor, wie dargestellt. Der laminare Rahmen sieht also wie ein modifizierter Kamm aus, wie er unter Bezug auf Fig. 5 beschrieben wurde und dort gezeigt ist. Als nächster Schritt vergl. Fig. 7b - wird ein Reduziergasfühlelement SE an den EndenFig. 7a shows two laminar frames lying next to one another from a multiplicity of conductive laminar frames which have been worked out next to one another from a laminar sheet metal by chemical etching or pressing. Each laminar frame consists of a straight base part 20, a pair of laminar elements 16A, 16 ¹ A (protruding parts) and another pair of laminar elements 17A, 17 ¹ A. The two pairs of elements (protruding parts) 16A, 16 ¹ A, 17A and 17 ¹ A protrude from the same side of the straight base 20 as shown. The laminar frame thus looks like a modified comb, as described with reference to FIG. 5 and shown there. The next step, see Fig. 7b, is a reducing gas sensing element SE at the ends

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des Elementenpaares 17A, 17¹A (vorstehenden Teilen) "befestigt, wie gezeigt, während in Pig. 7c die "beiden Enden einer Drahtwendel 13 für das Heizelement HE an den "beiden Enden des Elementenpaares (vorstehenden Teilen) 16A und 16¹A befestigt werden. Auf die Drahtwendel 11 wird ein wärmefestes Isoliermaterial aufgebracht, wie in !"ig. 5 gezeigt und dort beschrieben. In der Fig.7d wird der leitende laminare Rahmen mindestens am geraden Basisteil 20 mit den Zuleitungsstiften 16, 16', 17 und 17' verbunden, die zunächst mindestens teilweise in einer Isolierstütze 15 eingebettet sind, und zwar an Stellen, die den beiden Paaren von Teilen 16A, 16¹A, 17A und 17¹A entsprechen, wie dargestellt. In der Pig. 7e werden unnötige Teile des geraden Basisteils 20 geschlitzt, um die beiden Paare von vorstehenden Teilen voneinander zu trennen, wie dargestellt. Die gestrichelten Linien stellen die Lage des geraden Basisteils 20 vor dem Schlitzen dar. Schließlich wird in Pig. 7f eine Seite der so hergestellten Anordnung mit einem Schutznetz 18 abgedeckt, das man mittels eines Metallbandes 19, wie gezeigt, auf der Umfangsflache der Isolierstütze 15 festlegt. Auf diese Weise läßt sich eine beispielhafte Ausführungsform eines Reduziergassensors nach der vorliegenden Erfindung herstellen.of the pair of elements 17A, 17 ¹ A (protruding parts) "attached, as shown, while in Pig. 7c, the" secured both ends of a helical wire 13 for the heating element HE to the "both ends of the pair of elements (protruding parts) 16A and 16 ¹ A A heat-resistant insulating material is applied to the wire coil 11, as shown in FIG. 5 and described there. In Figure 7d, the conductive laminar frame is connected at least on the straight base part 20 to the lead pins 16, 16 ', 17 and 17', which are initially at least partially embedded in an insulating support 15, namely at points that the two pairs of Parts 16A, 16 ¹ A, 17A and 17 ¹ A correspond as shown. In the pig. 7e, unnecessary portions of the straight base 20 are slit to separate the two pairs of protruding portions from each other as shown. The dashed lines represent the location of the straight base 20 prior to slitting. Finally, Pig. 7f one side of the arrangement produced in this way is covered with a protective net 18, which is fixed on the circumferential surface of the insulating support 15 by means of a metal band 19, as shown. In this way, an exemplary embodiment of a reducing gas sensor according to the present invention can be produced.

Wie aus der vorgehenden Beschreibung ersichtlich ist, trägt die Verwendung eines leitenden laminaren Rahmens zu einer leichten Massenproduktion der Reduziergassensoren und damit zu deren billiger Herstellung bei. Was die Punktion des Reduziergassensors der Pig. 5 oder Pig. 7f anbetrifft, weist diese gegenüber dem SensorAs can be seen from the foregoing description, the use of a conductive laminar frame contributes to ease of use Mass production of the reducing gas sensors and thus to their cheap production. As for the puncture of the reducing gas sensor Pig. 5 or Pig. 7f is concerned, this points towards the sensor

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der Pig. 4 einige Vorteile auf. In der Pig. 4 ist zunächst die gesamte Drahtwendel mit wärmefestem Isoliermaterial bedeckt. In diesem Pail muß man in den meisten Fällen den Schornsteineffekt ausnutzen, um das Umgebungsgas in den Innenraum des Heizelements einzuführen. Zur Ausnutzung des Schornsteineffekts ist es erforder lich, den Reduziergassensor so anzuordnen, daß die Achse der langgestreckten Höhlung des Heizelements vertikal liegt. Demgegenüber kann bei der Konstruktion nach der Pig. 5 das Umgebungsgas frei durch den Raum zwischen aufeinanderfolgenden Windungen der Drahtwendel strömen. Es läßt sich also eine wirksame GFasfeststellung unabhängig von der Richtung der Achse der langgestreckten Höhlung des Heizelements erzielen und das zu erfassende Gas wird von dem Heizelement leichter erwärmt, da hler eine größere Berührungsfläche vorliegt als im Pail der Pig. 4. Polglich spricht das Reduziergasfühlelement schneller auf ein Reduziergas an und ist die Genauigkeit einer quantitativen Reduziergaserfassung höher. Infolge der Verwendung des leitenden laminaren Rahmens mit niedriger Wärmeleitfähigkeit lassen sich die Wärmeverluste über die Zuleitungsstifte gering halten, wie bereits erwähnt, so daß das Element eine ausreichende und gleichmäßige Wärme beibehält, die mögliche Änderungen der Umgebungstemperatur gut ausgleichen kann, so daß sich eine sehr genaue Gaserfassung ergibt. Schließlich erteilt der laminare Rahmen dem Reduziergassensor eine hohe mechanische Pestigkeit, die sich allein mit den Elektrodenzuleitungen des Reduziergasfühlelements und den Enden der Drahtwendel ■ nicht erreichen läßt.the pig. 4 have some advantages. In the pig. 4 the entire wire coil is initially covered with heat-resistant insulating material. In In most cases, the chimney effect has to be used in this pail to allow the ambient gas into the interior of the heating element to introduce. To take advantage of the chimney effect, it is required Lich to arrange the reducing gas sensor so that the axis of the elongated cavity of the heating element is vertical. In contrast can be used in the construction according to the Pig. 5 the ambient gas freely through the space between successive turns the wire coil flow. So it can be an effective GFas determination achieve regardless of the direction of the axis of the elongated cavity of the heating element and the gas to be detected is more easily heated by the heating element because there is a larger contact area than in the pig's pail. 4. Pollich speaks the reducing gas sensing element reacts to a reducing gas more quickly, and the accuracy of quantitative reducing gas detection is higher. As a result of the use of the conductive laminar frame with low thermal conductivity, the heat losses can be omitted keep the lead pins small, as already mentioned, so that the element retains sufficient and even heat, which can compensate for possible changes in the ambient temperature, so that there is a very precise gas detection. In the end The laminar frame gives the reducing gas sensor a high level of mechanical resistance, which can only be achieved with the electrode leads of the reducing gas sensing element and the ends of the wire coil ■ can not be achieved.

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Claims

1 B E R LI N 3 3 8MUNCHEN80 Auguste-Viktoria-Strasse 65 η DIICPUl ^ C J? DADTMCD Pienzenauerstraße 2 Pat.-Anw. Dr. Ing.Ruschke LT. Γ \ υθΟΠΓ \ ΙΖ Ot Γ M ί \ I IN ClA Pat.-Anw. Dipl.-Ing. Pat. Dipl.-Ing. DATCMTAM \ Λ / Δ 'ITC Hans E. Ruschke oiaf Ruschke PAItNIANWALIb g80324 Telephone: 030/8 26 38 95 BERLIN - MUNICH ΤβΙβ' ° ": 089/987258 Telegram address: Telegram address: Quadratur Berlin Qudadratur Munich TELEX. 183786 : 522767 M 3766 Matsushita Electric Industrial Go., Ltd., Osaka, Japan Sensor for reducing gases and "method for its production claims

1. J ileduziergassensor, characterized by a hollow tube-shaped heating element with a wire coil wound from a plurality of turns with an elongated inner cavity, by a heat-resistant material applied to at least a part of each turn of the wire coil, which prevents adjacent convolutions from touching each other, and by a reducing gas cooling element, which is arranged in a central part of the elongated inner hollow space and without a wire helix and is partially embedded in the Jecttrodenauloitungen, each cross-section of the ilinguicing gas sensing element in one to the axis

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the elongated inner cavity vertical libene within the Cross-section of the elongated cavity in the same plane and each section of the reducing sensing element in a parallel the plane lying to the axis of the elongated cavity lie within the section of the elongated cavity in the same plane, and wherein the heating element is provided around the reducing gas sensing element to apply radiant heat.

2. reducing gas sensor according to claim 1, characterized in that the heat-resistant material at two points of each turn of the Wire helix is applied.

'5. Reducing gas sensor according to Claim 1, characterized in that the heat-resistant insulating material is applied completely to each turn the wire helix is applied and itself a hollow tube shape forms.

4. reducing gas sensor according to claim 1, characterized in that the wire helix made of Pt-Ir or Pe-Cr-Al alloy wire is.

5. reducing gas sensor according to claim 1, characterized in that the heat-resistant insulating material consists of an inorganic binder consists.

6. reducing gas sensor according to claim 1, characterized in that

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that the reducing gas sensing element is made of a metal oxide semiconductor, the specific resistance of which is touched of a reducing gas changes.

7. A method for producing a reducing gas sensor, characterized in that an electrically conductive laminar Frame with a straight base and two pairs of protruding parts protruding from the same side of the straight base, manufactures a reducing gas sensing element having a pair of electrode leads partially embedded therein, produces a hollow tube-shaped heating element from a wire coil, which is wound in a plurality of turns and forms an elongated cavity on at least a portion of each Turn of the wire coil applies a heat-resistant insulating material so that the individual turns can not touch each other Ends of the electrode leads of the reducing gas sensing element on one of the two pairs of protruding parts of the laminar frame and attaching the two ends of the wire coil to the other of the two pairs of protruding parts around the hollow tubular heating element and intercept the reducing gas sensing element by the laminar frame so that the reducing gas sensing element is in a central portion of the elongated cavity and has no direct contact with the wire coil, each cross section of the reducing gas sensing element in a plane perpendicular to the axis of the elongated cavity within the cross section of the elongated cavity Cavity in the same plane and each cut of the reducing gas

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sensing element in a parallel to the axis of the elongated cavity Plane within the respective section of the elongated cavity lie in the same plane, wherein the heating element is provided to apply radiant heat to the reducing gas sensing element, that one continues to the laminar frame with his straight base part attached to two pairs of conductive lead pins, which are attached to the two pairs of protruding parts of the corresponding to the laminar frame, and finally slit the straight base part of the laminar frame so that that the two pairs of protruding parts of the laminar frame are separated from each other.

8. The method according to claim 7, characterized in that one first in the two pairs of conductive lead pins embedded in their center in an insulating support.

9. The method according to claim 7, characterized in that the heat-resistant insulating material is applied in two places every turn of the wire coil applies.

10. The method according to claim 7, characterized in that: completely applies the heat-resistant insulating material to each turn of the wire coil and the heat-resistant material itself forms a hollow tube shape.

11. The method according to claim 7, characterized in that one

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which produces wire coils from Pt-Ir or Fe-Cr-Al alloy wire.

12. The method according to claim 7, characterized in that the heat-resistant insulating material is made from an inorganic binder ("cement").

13. The method according to claim 7, characterized in that the reducing gas sensing element is made of a metal oxide semiconductor manufactures whose specific resistance "changes when touched by a reducing gas.

14. The method according to claim 7, characterized in that the laminar frame is produced from Pe-M-Go or Fe-Cr alloy.

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