DE2716187C3

DE2716187C3 - Sonde zur Bestimmung von Veränderungen in der Zusammensetzung eines Gasgemisches

Info

Publication number: DE2716187C3
Application number: DE2716187A
Authority: DE
Inventors: Gerard Paris Renevot
Original assignee: Regie Nationale des Usines Renault
Current assignee: Regie Nationale des Usines Renault
Priority date: 1976-04-16
Filing date: 1977-04-12
Publication date: 1982-09-30
Also published as: DE7711433U1; JPS52134796A; DE2716187B2; FR2381305B2; ES457843A1; FR2381305A2; DE2716187A1; US4154664A

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonde zur Bestimmung von Veränderungen in der Zusammensetzung eines Gasgemisches mit Hilfe des galvanischen Effekts, insbesondere in Abgasen von Brennkraftmaschinen, mit einem an seinen Enden offenen Festelektrolytrohr, dessen eine Seite dem zu messenden Gasgemisch und dessen andere Seite einem Bezugsgas ausgesetzt ist.

Es gibt Sonden zur Bestimmung von Veränderungen der Zusammensetzung von Auspuffgas, die »Lambda-Sonden« genannt werden und für gewöhnlich aus einer Trennwand aus einem festen Elektrolyten, z. B. Zirkon-5 oxid, bestehen, der zwischen der einen, dem Auspuffgas ausgesetzten Seite und der anderen, der freien Luft ausgesetzten Seite eine Potentialdifferenz erzeugt Diese Trennwände sind im allgemeinen als geschlossenes Rohr (»Handschuhfinger«) oder als eben ^a. Platte ausgebildet Eine derartige Ausführung benutzt der elektrochemische Meßfühler nach der DE-OS 23 50 253. Die sog. Handschuhfinger-Bauart hat aber verschiedene Nachteile: Weil bei einer solchen Sonde die Bezugszone ein innerhalb der fingerartigen Form verhältnismäßig abgeschlossenes Luftvolumen ist, erfolgt kaum eine Erneuerung dieser Luft Es besteht daher für diese Sonde die Gefahr, daß sie vom umgebenden Auspuffgas verunreinigt wird, vor allem wenn keine vollkommene Abdichtung zwischen der Luftzone und der Auspuffgaszone vorhanden ist. Die Ausdehnungen und Schwingungen machen die Herstellung dieser Abdichtung schwierig, insbesondere bei der Ausführungsform mit ebener Platte oder Plättchen, wo sich die Dichtung zwangsläufig am sehr heißen Auspuffgasstrom befindet Neben einer an sich komplizierten Technologie ist eine gewissenhafte Herstellung erforderlich, die umso mühsamer ist je rauher die Betriebsbedingungen sind, was, bedingt durch Bruch oder Verschmutzung, ihren häufigen Austausch erfordert Das Ersetzen dieser Sonden wird durch diese komplexe Technoiogie und ihre Betriebsumgebung erschwert die die Oxydation und das Verkleben der zusammengebauten Teile hervorruft.

Durch die US-PS 33 47 767 ist eine Vorrichtung zur Feststellung des Sauerstoff-Gehalts bei Helium, Argon oder Stickstoff-Gasen bekanntgeworden, die mit einem beidseitig offenen rohrförmigen Festelektrolyten arbeitet Das Festelektrolytrohr ist dabei mit einer ersten äußeren und einer zweiten inneren Elektrode versehen und innerhalb der inneren Elektrode strömt Gas mit einer unbekannten Menge an Sauerstoff. Die Vorrichtung soll ein elektrisches Signal abgeben, das den Sauerstoffgehalt in dem betreffenden Gas anzeigt. Das Meßgas strömt dabei innerhalb des Rohrs, während außerhalb des Rohrs längs der ersten äußeren Elektrode ein Bezugsgas mit einer bekannten Menge an Sauerstoff strömt

Weiterhin sind durch die DD-PS 48 083 Einrichtungen zur gaspotet/tiometrischen Analyse mit Hilfe

so sauerstoffleitender Festelektrolyte bekanntgeworden. Diese Einrichtungen gestatten die Durchführung einer potentiometrischen Sauerstoffbestimmung sowie spezieller Analyseverfahren an Inertgasen, Kohlendioxid, Wasserdampf und Brenngasen, insbesondere für die Meß- und Regeltechnik. Der Festelektrolyt ist dabei ebenfalls als beiderseits offenes Rohr ausgebildet, das innen das Meßgas aufnimmt und außen von Luft als Bezugsgas umgeben ist.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Sonde zur Bestimmung von Veränderungen in der Zusammensetzung eines Gasgemischs mit Hilfe des galvanischen Effekts, insbesondere im Abgas von Brennkraftmaschinen zu schaffen, die einfach und problemlos in der Herstellung ist, einen leichten Austausch der Sonde gestattet und ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Messungen ergibt Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Festelektroiytrohr freitragend in

einen Strömungskanal des zu messenden Gasgemisches ragt, und daß das Bezugsgas als Durchlaufströmung das Innere des Festelektrolytrohrs durchquert und über die eine öffnung am einen Ende des Festelektrolytrohrs in den Strömungskanal mündet.

Die erfindungsgemäße Anordnung bringt gegenüber dem Stand der Technik erhebliche Vorteile: Das Bezugsgas wird ohne besondere mechanische Maßnahmen durch den von dem zu messenden Abgas hervorgerufenen Strömungsunterdruck durch das Festelektrolytrohr hindurchgesaugt. Aufgrund dieser konstruktiven Grundidee wird ein besonders einfacher betriebssicherer Aufbau der Vorrichtung ermöglicht

Zweckmäßige weitere Ausführungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Sonde.

Nach F i g. 1 ist auf einem Strömungskanal 32 für zu bestimmende Gase, z. B. der Auspuffgase einer Brennkraftmaschine, ein Rohrstück 34 durch Schweißen befestigt, das am Ende mit einem Außengewinde versehen ist und ein Stopfbuchsen- und Dichtungfsystem enthält, das ein Ende eines Elektrolytrohrs 31 einspannt Das Rohrstück 34 kann gegebenenfalls nicht gezeigte Kühlrippen aufweisen.

Das Elektrolytrohr 31 und sein im Strömungskanal 32 der Gase gelegenes Schutzrohr 33 münden freitragend oder seitlich in den Strömungskanal 32, wobei deren freies Ende 35 im Strömungskanal offen ist Dieses Ende

35 mündet etwa in der mittleren Zone des Strömungskanals 32, wobei das Schutzrohr 33 sich teilweise auf dem Ende des Elektrolytrohr? 3J in Höhe dessen öffnung schließt, die es teilweise bedeckt

Das mit mehrfachen Durchlöcherungen 36 versehene Schutzrohr 33 ist ebenfalls freitragend oder seitlich im Strömungskanal 32 befestigt und enthält berührungsfrei das Elektrolytrohr 31, an dessen Ende es sich teilweise schließt von wo aus die Strömung des Bezugsgases mündet An dem außerhalb des Strömungskanals 32 gelegenen Ende des Elektrolytrohrs 31 ist das Teil 37, das die elektrische Verbindung mit der Innenfläche des Elektrolytrohrs 31 herstellt rohrförmig ausgebildet und ermöglicht die Einführung der Strömung des Bezugsgases. Die Strömung des Bezugsgases kann innerhalb des Elektrolytrohrs 31 unter einem geringen Überdruck gegenüber dem Druck im Strömungskanal 32 des zu bestimmenden Gases stehen.

Fig.2 zeigt eine Variante der Anordnung nach Fig. 1. Man kann die Zufuhr unter Oberdruck kombinieren oder ersetzen durch ei:.·. Ansaugen der Luft in das Auspuffrohr mittels einer Strahfp impenwirkung, die durch die Strömung der zu analysierenden Gase im Strömungskanal 32 eingeleitet wird. Dieses Ansaugen von eingeleiteter Luft erfolgt in Höhe der öffnung 35, wobei (i!e Ansaugwirkung dadurch erhöht werden kann, daß am Ende des Schutzrohrs 33 eine Venturi-Düse 38 angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sonde zur Bestimmung von Veränderungen in der Zusammensetzung eines Gasgemisches mit Hilfe des galvanischen Effekts, insbesondere in Abgasen von Brennkraftmaschinen, mit einem an seinen Enden offenen Festelektrolytrohr, dessen eine Seite dem zu messenden Gasgemisch und dessen andere Seite einem Bezugsgas ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Festelektrolytrohr

(31) freitragend in einen Strömungskanal (32) des zu messenden Gasgemisches ragt, und daß das Bezugsgas als Durchlaufströmung das Innere des Festelektrolytrohrs (31) durchquert und über die eine öffnung (35) am einen Ende des Festelektrolytrohres (31) in den Strömungskanal (32) mündet.

2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ebenfalls freitragend im Strömungskanal

(32) befestigtes Schutzrohr (33) mit Durchlöcherungen das Festelektrolytrohr (3t) berührungsfrei aufnimmt, uad daß sich das Ende des Schutzrohres

(33) über dem Ende des Festelektrolytrohres (31), wo die Strömung des Bezugsgases mündet, teilweise schließt

3. Sonde nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem außerhalb des Strömungskanals (32) gelegenen Linde des Festelekirolytrohres (31) ein die elektrische Verbindung mit der Innenfläche des Festelektrolytrohres (31) herstellender Teil (37) ringförmig ausgebildet ist und mit einem Durchlaß für das Bezugsgas versehen ist.

4. Sonde nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übt.druck des Bezugsgases gegenüber dem D.uck des Gasgemisches im Strömungskanal (32) regelbar is

5. Sonde nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Festelektrolytrohres (31) etwa in der Mitte des Strömungskanals (32) des zu messenden Gases mündet.

6. Sonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Venturidüse (38) am Ende des Schutzrohres (33) angebracht ist und an deren Venturihals die öffnung (35) des Festelektrolytronres (31) mündet.

7. Sonde nach den Ansprüchen 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Festelektrolytrohr (31) und einem Rohrstück (34) eine längliche Dichtung aus thermisch aufblähbarem Material vorgesehen ist.

8. Sonde nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (34) Kühlrippen aufweist

9. Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Festelektrolytrohr (31) aus seiner ganzen in Berührung mit den zu messenden Gasen stehenden Außenfläche eine Beschichtung aus feinverteiltem, katalytisch wirkendem Metall als Elektrode aufweist.