DE2953139A1

DE2953139A1 - Verfahren zur messung der sauerstoffkonzentration in einer gasmischung und insbesondere in den abgasen einer chemischen verbrennung, beispielsweise den abgasen eines verbrennungsmotors mit innerer oder aeusserer verbrennung und ionisationssonde zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2953139A1
Application number: DE19792953139
Authority: DE
Inventors: Fernand Raoul Charles Murtin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-04-28
Filing date: 1979-04-27
Publication date: 1980-09-11
Also published as: IT1148294B; IT8086241A0; FR2424532A1; JPS5513889A; GB2051377A; GB2051377B; EP0006980A1

Description

Fernand Raoul Charles Murtin, 16 bis rue Augereau, 7500, Paris / Frankreich

Verfahren zur Messung der Sauerstoffkonzentration in einer Gasmischung und insbesondere in den Abgasen einer chemischen Verbrennung, beispielsweise den Abgasen eines Verbrennungsmotors mit innerer oder äußerer Verbrennung und Ionisationssonde zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Sauerstoffkonzentration in einer Gasmischung und insbesondere in den Abgasen einer chemischen Verbrennung, wie in den Abgasen eines Verbrennungsmotors mit innerer oder äußerer Verbrennung. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine elektrische Ionisationssonde, die die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Bestimmung insbesondere des Sauerstoffanteils in den Abgasen eines Verbrennungsmotors, eines Strahltriebwerkes oder eines Kessels irgendwelcher Art gestattet.

Um die Sauerstoffkonzentration von Verbrennungsgasen, insbesondere von Auspuffgasen,zu bestimmen, ist eine Sonde bekannt, die ein geschlossenes zylindrisches Rohr aufweist, welches Sauerstoff oder Luft einschließt und das in den Strömungsweg des zu analysierenden Gases eingebracht wird. Dieses Rohr ist innen und außen mit einer Zirconium-Bioxydschicht und einer Schicht eines Katalysators, beispielsweise Platin, überzogen. Bei dieser bekannten Sonde wurde festgestellt, daß die elektromotorische Kraft, die nach dem Gesetz von Arrhenius

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zwischen ihren beiden Oberflächen auftritt, von denen eine mit der Luft und die andere mit dem Verbrennungsgas in Berührung steht, sich in Abhängigkeit von dem Sauerstoffanteil, in den die Sonde umspülenden Gasen ändert. Die von dieser Sonde abgegebene elektromotorische Kraft ist, ausgehend von einem Sauerstoffanteil null,bis zu dem stoechiometrischen Verhältnis der Verbrennung im wesentlichen konstant; bei diesem Sauerstof fverhältnis fällt die elektromotorische Kraft plötzlich auf einen wesentlich kleineren Wert ab, auf den sie im wesentlichen verbleibt, wenn der Sauerstoffanteil noch ansteigt. Demgemäß kann diese bekannte Sonde bei Verbrennungsmotoren dazu benutzt werden, durch ein Signal "Alles" oder "Nichts" anzuzeigen, d.h. mittels eines logischen Signales, ob das stoechiometrische Verhältnis bei der Verbrennung vorhanden ist oder nicht.

Diese bekannte Sonde hat aber gewisse Nachteile. Insbesondere ist die Sonde gegenüber der Einwirkung von Blei empfindlich, wie es in bestimmten Brennstoffen, insbesondere den in Europa verkauften, enthalten ist, wobei von dem Blei das Platin der Katalysatorschicht angegriffen wird.

Abgesehen davon, daß diese Sonde eine diskontinuierliche Information in der Nähe des stoechiometrischen Verhältnisses liefert, ergeben sich Schwierigkeiten hinsichtlich der Stabilität bei Steuereinrichtungen, die diese Sonde als Istwertgeber benutzen.

Die bekannte Sonde ist darüberhinaus gegenüber Verkrustungen durch schwere Kohlenwasserstoffe empfindlich, die Rußablagerungen hervorrufen.

Außerdem ist eine Halbleiter-Sonde bekannt, die ein Substrat aufweist, auf dem eine Titanoxidschicht abgelagert ist, die

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durch Dopieren mit Yttrium resistiv gemacht ist. Diese Sonde wird in den Strom der zu analysierenden Gase eingebracht und beispielsweise in einen Zweig einer Wheatstone-Brücke geschaltet, wobei die Änderung des Widerstandes der Sonde gemessen wird. Die Änderung der Leitfähigkeit dieser Sonde hängt von der Diffusion der Sauerstoffionen an der halbleitenden Verbindungsstelle ab. Bis heute ist es nicht gelungen, eine solche Halbleiter-Sonde mit einer ausreichend dünnen Titanoxidschicht herzustellen, um eine genügend kurze Ansprechzeit zu erzielen. Außerdem wirkt eine solche Sonde als Heißleiter und macht es deshalb notwendig, eine Temperaturkompensation vorzusehen. Im Hinblick auf die sehr lange Ansprechzeit in der Größenordnung von mehreren Sekunden bei solchen Sonden ist es nicht möglich, ihre Antwortsignale als Hauptparameter in einem Regelsystem, beispielsweise für die Fettigkeit des Brennstoffgemisches eines Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung, zu benutzen. Auf der anderen Seite ändert sich die Beweglichkeit der Sauerstoffionen bei ihrem Eindringen stark mit der Verkrustung der Sonde, was zur Folge hat, daß sich die Ansprecheigenschaften der Sonde beträchtlich verändern .

Für genauere Darlegungen über diese bekannten Sonden kann auf die Veröffentlichung von W. J. Fleming "Sensitivity of the Zirconia oxygen sensor to temperature and flow rate of exhaust gas" - SAE paper No. 760020 vorgelegt in Detroit (USA) im Februar 1976 bei dem Kongreß "International Automotive Engineering Congress and Exposition" Bezug genommen werden.

Gegenstand der'vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Messen der Sauerstoffkonzentration in einem Gasgemisch unter Benutzung der Stromänderung , die sich aus einer Änderung der Anfangsionisationsspannung

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in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration einstellt. Die Ausnutzung dieses physikalischen Phänomens gestattet erfindungsgemäß die Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in einem Gasgemisch und insbesondere in den von einer chemischen Verbrennung abgegebenen Gasen, wie den Auspuffgasen eines Verbrennungsmotors mit innerer oder äußerer Verbrennung. Erfindungsgemäß wird die zu analysierende Gasmischung dauernd oder durch Funkenentladung ionisiert und es wird eine elektrische Größe gemessen, die von der Anfangsionisationsspannung in dem Gasgemisch abhängig ist. Die gemessene elektrische Größe kann entweder der bei einer kontinuierlichen Ionisation zwischen zwei Elektroden, von denen eine an einer Hochspannung liegt,auftretende Strom oder ein Spannungssignal sein, das proportional der Speisehochspannung ist.

Bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die gleiche kontinuierliche Ionisation zum einen in einem Bezugsgas, das praktisch auf der gleichen Temperatur steht und zum anderen in der zu analysierenden Gasmischung hervorgerufen und es wird dann das Verhältnis oder die Differenz der gemessenen Ströme bestimmt, um daraus die gesuchte Messung der Sauerstoffkonzentration abzuleiten.

Bei einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Gegensatz dazu eine Ionisation durch Funkenentladung in einer Funkenentladungs-Ionisationszelle hervorgerufen. Man kann dann den Mittelwert des Stromes messen, der zwischen zwei Elektroden auftritt, von denen eine an einer Hochspannung liegt. Auch kann man ebenso die Frequenz der elektrischen Entladungen messen, die zwischen den beiden Elektroden auftreten.

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In allen Fällen wird im übrigen die Speise-Hochspannung der Quellenelektrode derart geregelt, daß das Verhältnis Hochspannung/Strom oder die Hochspannung selbst oder aber der von der Hochspannungsquelle abgegebene Strom jeweils auf einem konstanten Wert gehalten sind.

Bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bietet die Ionisation mittels Funkenentladungen den Vorteil, daß sie ganz besonders für den Betrag der Sauerstoffkonzentration kennzeichnend ist,und zwar wegen spezieller charakteristischer Eigenschaften der sich dem Phänomen der elektrischen Ionisation überlagernden Foto-Ionisation der Sauerstoffmoleküle. Die Auswirkung der Änderung der Dichte des Gasgemisches in Abhängigkeit von seiner Temperatur und seinem Druck, die dennoch sich ergibt, bleibt zweiter Ordnung und kann aus diesem Grunde im allgemeinen vernachlässigt werden. Wenn sie aber berücksichtigt werden soll, so ist es einfach, eine Korrektur der Messung vorzunehmen, weil die Temperatur und der Druck der zu analysierenden Gasmischung und demgemäß auch die durchzuführende Korrektur ohne weiteres festgestellt werden können.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen einer chemischen Verbrennung, wie den Auspuffgasen eines Verbrennungsmotors mit innerer oder äußerer Verbrennung benutzt wird, so ist zu bemerken, daß,genau besehen/die Messung in geringem Maße dadurch verfälscht wird, daß in den Abgasen Stickoxide auftreten, die eine niedrigere Anfangsionisationsspannung aufweisen als der Sauerstoff. In der Wirklichkeit sind aber die Stickoxidmengen wesentlich kleiner als die Sauerstoffmengen, so daß dieser Effekt praktisch vernachlässigbar ist. Außerdem nimmt die Menge des in den Auspuffgasen enthaltenen Stickoxids mit zunehmenden Sauerstoffanteilen ab. Daneben ist bei

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kleinen Sauerstoffanteilen die Änderung der Anfangsionisationsspannung in Abhängigkeit von dem Sauerstoff größer, was die Meßgenauigkeit erhöht und den gegebenenfalls vorhandenen Einfluß dieser Stickoxide im Bereiche dieser kleinen Sauerstoffanteile vernachlässigbar macht, wie sie gerade die Auspuffgase im Normalbetrieb enthalten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es außerdem, eine elektrische Sonde zu schaffen, die die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Analyse der Abgase einer chemischen Verbrennung sowie insbesondere die Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in den Auspuffgasen eines Verbrennungsmotors mit innerer oder äußerer Verbrennung gestattet. Die erfindungsgemäße Sonde weist nicht die Nachteile der erwähnten bekannten Sonden und insbesondere nicht deren Mangel an Genauigkeit und Zuverlässigkeit auf. Außerdem zeichnet sie sich durch einen verhältnismäßig kleinen Herstellungspreis aus.

In einer ersten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße elektrische Ionisationssonde eine Hochspannungsquelle und eine erste Ionisationszelle auf, die eine an die Hochspannungsquelle angeschlossene Quellenelektrode und eine Empfängerelektrode enthält, wobei diese erste Zelle in dem Strom der zu analysierenden Gase angeordnet ist. Die Sonde enthält außerdem eine zweite Ionisationszelle, die identisch mit der ersten Zelle ist und deren Quellenelektrode ebenfalls an die Hochspannungsquelle angeschlossen sowie von Umgebungsluft durchströmt ist, welche praktisch auf die gleiche Temperatur gebracht ist wie die der die erste Zelle durchströmenden Gase und außerdem die Rolle eines Bezugsgases spielt, derart, daß von den Temperatur- und Druckbedingungen der zu analysierenden Gase herrührende Meßfehler ausgeschaltet werden. Die erfindungsgemäße elektrische Sonde

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enthält darüberhinaus eine Verarbeitungseinrichtung, welcher die an den Empfängerelektroden der beiden Zellen auftretenden Ströme zugeführt werden. Die beiden Ionenquellen-Elektroden der beiden Zellen können entweder mit einer positiven oder einer negativen Hochspannung versorgt sein. Bei einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Sonde daneben Einrichtungen, die es gestatten, die Hochspannungsquelle derart zu regeln, daß sie eine konstante Spannung oder einen konstanten Strom liefert. Bei wieder einer anderen Ausführungsform erlauben es die Regeleinrichtungen, die Hochspannungsquelle derart zu regeln, daß das Verhältnis Hochspannung/Strom am Ausgang der Hochspannungsquelle konstant ist.

Die Verarbeitungseinrichtuhg der erfindungsgemäßen Sonde kann entweder Einrichtungen enthalten, die es gestatten, ein Signal zu erzeugen, das proportional der Differenz der von den beiden erwähnten Ionisationszellen gelieferten Ströme ist oder über Mittel verfügen, die es erlauben, ein Signal zu liefern, das proportional dem Verhältnis der von den beiden erwähnten Zellen gelieferten Ströme ist.

Jede der Ionisationszellen weist vorteilhafterweise ein zylindrisches Rohr aus elektrisch leitendem Material auf, in dessen Achse eine Quellenelektrode angeordnet ist, die von einem leitenden Emissionsdraht gebildet ist, welcher durch geeignete Isoliermittel gehaltert ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die elektrische Ionisationssonde eine Hochspannungsquelle und eine Ionisationszelle auf, welche eine im wesentlichen ebene, an die Hochspannungsquelle angeschlossene Elektrode sowie eine zweite spitzige Elektrode in Gestalt einer rechtwinklig zu der ebenen Elektrode angeordneten und im Abstand zu dieser stehenden Spitze enthält, derart, daß eine

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Funkenentladungszelle gebildet wird, die in dem Strom der zu analysierenden Gase liegt. Es ist zu bemerken, daß die zu einer Spitze zulaufende Elektrode vorteilhafterweise auch in Gestalt eines sehr dünnen Drahtes ausgebildet sein kann, dessen Ende in einem bestimmten Abstand von der gegenüberliegenden, im wesentlichen ebenen Elektrode angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Sonde weist darüberhinaus eine Signal-Verarbeitungseinrichtung auf, der der an der zu einer Spitze zulaufenden Elektrode auftretende Strom zugeführt wird.

Für den Fall, daß die erfindungsgemäße Sonde zum Messen der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen einer chemischen Verbrennung bestimmt ist, ist die ebene Elektrode vorzugsweise mit einer positiven Hochspannung gespeist. Darüberhinaus liegt diese Hochspannung vorzugsweise nur wenig über der Anfangsionisationsspannung von Sauerstoff.

Bei den Abgasen einer chemischen Verbrennung enthält die Gasmischung tatsächlich in der Regel einen erheblichen Anteil Wasser, dessen Anfangsionisationsspannung geringfügig höher als jene des Sauerstoffs ist, aber dennoch ziemlich nahe an dieser liegt. Es wurde festgestellt, daß, wenn die erfindungsgemäße Sonde derart mit Spannung gespeist wird, daß die ebene Elektrode positiv und die Spitze negativ ist, die emittierten Elektronen einen geringeren Weg durchliefen, derart, daß praktisch keine Gefahr mehr bestand, daß die Wassermoleküle ionisiert wurden. Das Meßergebnis bleibt demgemäß genauer.

Die Erfindung ist mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsformen leichter verständlich, die lediglich beispielhaft und nicht beschränkend und in den beigefügten Zeichnungen erläutert sind, in denen:

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Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Meßeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt,

Fig. 2 Diagramme veranschaulichen, welche die Erläuterung ^s der Funktion der Meßeinrichtung nach Fig. 1 gestatten,

Fig. 5 schematisch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sonde veranschaulicht,

Fig. 6 ein erstes elektrisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Sonde darstellt, bei der die Messung bei konstant gehaltenem ¥-.„/!„„ stattfindet und

Hi. ill

Fig. 7 ein zweites Schaltbild darstellt, welches die elektrische Schaltung einer erfindungsgemäßen Sonde veranschaulicht, bei der die Messung bei konstant gehaltenem Speisestrom I_HT der Hochspannungsquelle erfolgt.

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Wie in Fig. 1 dargestellt, weist die neue Meßvorrichtung zwei gleiche Ionisationszellen 1, 2 auf. Jede dieser beiden Ionisationszellen enthält ein zylindrisches Rohr 3 bzw. 4 aus einem elektrisch leitenden Material und einen Metalldraht 5 bzw. 6, der in der Achse des jeweiligen Rohres liegt und durch nicht weiter dargestellte isolierende Haltemittel derart gehaltert ist, daß er gegenüber dem jeweiligen elektrisch leitenden Rohr isoliert ist.

Die beiden Drähte 5, 6 sind sowohl miteinander wie auch mit einer Hochspannungsquelle 7 zusammengeschaltet. Die von der Hochspannungsquelle 7 gelieferte Hochspannung ist derart geregelt, daß sich zwischen jeden der elektrisch leitenden Drähte 5, 6 und dem entsprechenden Rohr 3 bzw. 4 eine dauernde Korona-Entladung einstellt.

Jedes der zylindrischen Rohre 3, 4 ist über einen Verstärker 8 bzw. 9 an eine Signal-Verarbeitungsstufe 10 angeschlossen, die dazu bestimmt ist, die von den Ionisationszellen 1, 2 empfangenen Ionisationsströme zu verarbeiten. Die Verarbeitungsstufe 10 kann entweder die Differenz der von den Ionisationszellen 1,2 empfangenen Ströme oder das Verhältnis dieser beiden Ströme bestimmen. Zu diesem Zwecke enthält die Verarbeitungsstufe 10 in an sich bekannter Weise einen oder mehrere Operationsverstärker. Die Verarbeitungsstufe 10 ist über einen Verstärker 11 mit einer Ausgangsklemme 12 verbunden, an der ein das Meßergebnis wiedergebendes Signal abgenommen werden kann.

Die zylindrischen Rohre 3, 4 der als Sonden wirkenden Ionisationszellen 1,2 sind darüberhinaus jeweils an einen Eingang eines Summenverstärkers 13 angeschlos-

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sen, dessen Ausgang mit einem der feststehenden Kontakte eines Inverters 15 verbunden ist, dessen anderer feststehender Kontakt an den Schleifer eines mit einer stabilisierten Spannung U gespeisten Potentiometers 16 angeschlossen ist. Der bewegliche Kontakt des Inverters 15 ist mit einem der Eingänge eines eine Verstärkung aufweisenden Komparators 14 verbunden, dessen anderer Eingang an dem beweglichen Kontakt eines Inverters 15a angeschlossen ist, von dem ein feststehender Kontakt mit einer Bezugsstromquelle in Verbindung steht, während sein anderer feststehender Kontakt über einen aus Widerständen 17, 18 bestehenden Spannungsteiler und einen Verstärker 19 an eine Spannung gelegt ist, die proportional der von der Hochspannungsquelle 7 gelieferten Hochspannung ist.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Stellung der Inverter 15, 15a wird das am Ausgang des Verstärkers 13 auftretende Meßergebnis über den ersten Eingang des verstärkenden Vergleichers 14 der Hochspannungsquelle 7 zugeführt, während der Vergleicher 14 an seinem zweiten Eingang über den Verstärker 19 und den Inverter 15a mit einer Niederspannung versorgt wird, die proportional der von der Hochspannungsquelle 7 gelieferten Hochspannung ist. Es ist somit ein Regelkreis vorhanden, der unabhängig von Änderungen des gemessenen Stromes das Verhältnis Vum/¹!!^ konstant hält, wobei V„_m die Speisespannung der Sonden und I_H_ der von der Hochspannungsquelle 7 gelieferte Strom ist).

In der anderen Stellung des Inverters 15 erhält der verstärkende Komparator 14 im Gegensatz dazu auf seinem ersten Eingang eine stabilisierte Bezugsspannung, die

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von dem Potentiometer 16 kommt. In diesem Falle handelt es sich somit um einen Regelkreis, der die Speisespannung V_ur_ der Sonden konstant hält. Wenn

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schließlich die Stellung des Inverters 15a derart umgeschaltet wird, daß die Bezugsstromquelle 16a an den zweiten Eingang des verstärkenden Komparators 14 angeschlossen ist, so ergibt sich ein Regelkreis, welcher den Speisestrom I_urT, der Sonden konstant hält.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform dient das beschriebene Gerät zur Messung des Sauerstoffanteils in den Abgasen eines Verbrennungsmotors mit innerer oder äußerer Verbrennung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Gebiet beschränkt; sie kann auch für zahlreiche andere Zwecke angewandt werden.

In dem Fall, daß das erfindungsgemäße Gerät zur Messung des Sauerstoffanteils in den Abgasen eines Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung bestimmt ist, wird eine der beiden Zellen, beispielsweise die Ionisationszelle 1, in den Strömungsweg der Abgase eingebracht, und zwar vorzugsweise derart, daß die Geschwindigkeit der diese Ionisationszelle durchströmenden Abgase klein ist. Die Ionisationszelle 2 dient dann als Bezugszelle und muß mit Umgebungsluft durchströmt sein.

Um eine einwandfreie Funktion des neuen Meßgerätes zu gewährleisten, ist es wichtig, daß die Dichten der die beiden Ionisationszellen 1, 2 durchströmenden Gase praktisch gleich sind. Da die Dichte eines Gases gleich dem Verhältnis seines Druckes zu seiner Temperatur ist und da die Drücke der durch die beiden Ionisationszellen 1, 2 durchströmenden Gase praktisch gleich sein können, ist es erforderlich, daß die Temperatur der durch die Ionisationszelle 2 durchströmenden Umgebungsluft praktisch gleich der Temperatur der die Ionisations-

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zelle 1 durchströmenden Abgase ist. Zu diesem Zwecke kann die Ionisationszelle 2 in der unmittelbaren Nähe der Ionisationszelle 1 angeordnet werden, wobei sie über geeignete Leitungen mit Umgebungsluft gespeist ist. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Temperaturen der die Ionisationszellen 1, 2 durchströmenden Gase auch nicht absolut gleich sein brauchen; eine Temperaturdifferenz von 10° C kann im allgemeinen hingenommen werden. Wenn jedoch in bestimmten Fällen die Dichten der Gase oder deren Temperaturen sehr unterschiedlich sind, müssen (nicht dargestellte) Korrekturschaltungen vorgesehen werden, deren Aufbau an sich bekannt ist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform liegt der Innendurchmesser der Rohre 3, 4 in der Größenordnung von 2 mm, während ihre Länge der Größenordnung nach 5 mm beträgt. Der Emissionsdraht-. 5, 6 besteht aus vergoldetem Wolfram und hat einen Durchmesser von ca. 10 bis 20 mic. Da die Ionisationszellen 1, 2 sehr kleine Abmessungen aufweisen, ist es leicht, sie beispielsweise in der Auspuffleitung eines Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung unterzubringen . Die Abmessungen der Ionisationszellen 1, 2 können aber auch wesentlich größer sein, wobei dann gegebenenfalls die von der Hochspannungsquelle 7 gelieferte Hochspannung entsprechend vergrößert ist.

In dem Diagramm nach Fig. 2 sind vier mit 20 bis 23 bezeichnete Kennlinien einer der Ionisationszelle 1 oder 2 entsprechenden, von Gasen mit unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationen durchströmten Zelle dargestellt, wobei'die Kennlinien 21, 22 der Verwendung von Luft unter einem Druck von 760 mm Hg und einer Temperatur von ca. 300° K entsprechen; die Kennlinie

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gilt für eine negative Hochspannung, während die Kennlinie 22 für eine positive Hochspannung erstellt ist; die Kurven 20, 23 sind schließlich, wie im nachfolgenden erläutert, aufgezeichnet.

In dem Diagramm nach Fig. 2 ist außerdem eine dem

V V
Ausdruck HT - OB = konstant entsprechende Gerade 24

¹HT
eingetragen, wobei V und I die Spannung bzw. der Strom sind, die von der Hochspannungsquelle 7 geliefert werden. Zu bemerken ist, daß die Wahl der in Fig. 2 durch ihren Ursprungspunkt V_OR gegebenen Lage der Geraden 24 vollständig willkürlich ist; die Gerade 24 kann parallel zu sich selbst verschoben werden. Gestrichelt ist außerdem eine Gerade 25 eingezeichnet, die einem konstanten Hochspannungswert V₁ entspricht.

Auf der anderen Seite zeigen die Kennlinien der Fig. 3, 4, welche jeweils einer positiven und einer negativen, von einer Hochspannungsquelle an eine der oben beschriebenen Zellei angelegten Hochspannung entsprechen, daß der Wert V des Anfangsionisationspotentiales einer Ionisationszelle sich in Abhängigkeit von dem Sauerstoffanteil in dem diese Zelle durchströmenden Gas ändert. In dem Fall von Luft unter einem Druck von 760 mm Hg und einer Temperatur von ca. 300° K liegt das Anfangsionisationspotential bei ca. 2400 V bei einer positiven Hochspannung und bei ca. 2000 V bei einer negativen Hochspannung. Bei einem Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung, der mit magerem Gemisch betrieben wird, soll der Optimalwert des Sauerstoffanteiles der Abgase zwischen ca. 1 und 10% liegen. Bei Speisung mit positiver Hochspannung nimmt das Anfangsionisationspotential V der Zelle bei von 0 bis 10% steigendem Sauerstoffanteil ab, während bei negativer Hochspannung der Wert des Anfangsionisationspotentials

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bei von 0 auf 10% zunehmendem Sauerstoffanteil ansteigt.

Um deshalb den Sauerstoffanteil in den Abgasen zu bestimmen, kann man die aus der Kennlinie der Fig. 3 oder der Kennlinie der Fig. 4 entnommenen Werte des Anfangsionisationspotentials V in das Diagramm nach Fig. 2 übertragen und die entsprechenden Kennlinien (beispielsweise 20, 23) des zugehörigen Ionisationsstromes aufzeichnen. Damit kann man mit Hilfe der Signal-Verarbeitungsstufe 10 ein Signal erzeugen, das von dem Sauerstoffanteil in den Abgasen abhängig ist, wozu die Verarbeitungsstufe 10 einen Vergleich zwischen dem von der in den Abgasen liegenden Ionisationszelle gelieferten Strom und dem Strom vornimmt, der von der Ionisationszelle kommt, die von Umgebungsluft durchströmt ist, welche definitionsgemäß einen konstanten Sauerstoffanteil von ca. 21% enthält, wobei diese Luft auf praktisch die gleiche Temperatur wie die zu analysierenden Abgase gebracht worden ist.

Mit Hilfe des Diagrammes nach Fig. 2 soll im folgenden beispielsweise der Fall einer Versorgung mit negativer Hochspannung und eines konstanten Verhältnisses V„_ zu I„_w untersucht werden, wobei der erste Eingang des verstärkenden Komparators 14 an den Ausgang des Verstärkers 13 angeschlossen ist und der andere Eingang des Komparators 14 an dem Ausgang des Verstärkers 19 liegt, welcher ihm eine Information liefert, die proportional dem Wert der von der Hochspannungsquelle 7 abgegebenen Hochspannung ist.

Unter der Voraussetzung, daß in den Abgasen der Sauerstoffanteil normalerweise in einem Bereich zwischen 0 und 10% schwanken kann, ergibt sich aus Fig. 4, daß dieser Bereich vollständig auf dem ansteigenden Teil

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der dort dargestellten Kennlinie liegt. Für den Sauerstoff anteil der Luft (ca. 21%) läßt sich aus Fig. 4 die entsprechende Anfangsionisationsspannung V bestimmen. Die Kennlinie 21 der Fig. 2 wurde für eine von Luft (unter den angegebenen Temperatur- und Druckverhältnissen) durchströmte Ionisationszelle aufgezeichnet.

Für einen bestimmten zwischen 0 und ca. 10% liegenden, beispielsweise 1% betragenden Sauerstoffanteil in den Abgasen wird der Kennlinie nach Fig. 4 das entsprechende Anfangsionisationspotential V_n. entnommen, für das man

Od

die Kennlinie 20 der Fig. 2 praktisch durch Horizontalverschiebung der Kennlinie 21 erhält.

Das das Verhältnis V „„/!„„, konstant gehalten wird, kann

Hi Hl

sich der Betriebspunkt der Ionisationszelle 1 lediglich auf der für dieses konstante Verhältnis aufgezeichneten Geraden 24 bewegen. Für den Sauerstoffanteil von ca. 21% der Umgebungsluft unter den angegebenen Bedingungen liegt somit der Betriebspunkt A der Ionisationszelle in dem Schnittpunkt der Kennlinien 21, 24. Für den Sauerstoffanteil von ca. 1%, für den man die Kennlinie 20 erhält, liegt der entsprechende Betriebspunkt der Ionisationszelle in dem Schnittpunkt der Kennlinien 20, 24; er ist mit B bezeichnet. Wenn somit der Sauerstoffanteil von dem Wert von ca. 1% bis auf den Wert von 21% ansteigt, bewegt sich der Betriebspunkt der Ionisationszelle 1 von dem Punkt B bis zum dem Punkt A, wobei die sich ergebenden entsprechenden Ströme mit I₁ und I- bezeichnet sind.

Die Verarbeitungsstufe 10 vergleicht den von der Ionisationszelle 1 zugeführten Strom mit dem von der Ionisationszelle 2 empfangenen Strom und liefert eine dementsprechende Information, die in geeigneter Weise

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zur Meßwertanzeige oder beispielsweise zur Regelung ausgenutzt werden kann.

Im folgenden wird der Fall erläutert, daß die Hochspannungsquelle 7 eine positive Hochspannung konstanten Wertes liefert, wobei der Inverter 15 in der bezüglich der Stellung nach Fig. 1 inversen Stellung steht, d.h., daß der erste Eingang des verstärkenden Komparators 14 über das Potentiometer 16 eine konstante Bezugsspannung erhält, während der Inverter 15a den zweiten Eingang des verstärkenden Komparators 14 mit dem Ausgang des Verstärkers 19 verbindet.

Für einen ersten Sauerstoffanteil von ca. 21% in dem gemessenen Gas erhält man die Kennlinie 22, deren Anfangsionisationspotential V (ca. 2,4 KV) ist,

OC

während sich für einen zweiten Sauerstoffanteil, der kleiner als der erste ist (beispielsweise ca. 1%), aus der Kurve der Fig. 3 das entsprechende Anfangsionisationspotential V _d entnimmt, welches höher liegt als das erste Ionisationspotential V ; dabei versteht

OC

sich, daß der Sauerstoffanteil in allen Fällen unter ca. 25% in dem Bereich bleibt, in dem die Kennlinie der Fig. 3 konstant abnimmt.

Wenn man den Wert V , in das Diagramm nach Fig. 2 überträgt, erhält man auf die gleiche Weise wie die Kennlinie 20 die Kennlinie 23. Da man von der Voraussetzung ausgegangen ist, daß die Hochspannungsquelle 7 mit konstanter Spannung des Wertes V₁ arbeitet, liegen die Betriebspunkte der Ionisationszelle 1 für die beiden genannten Sauerstoffanteile in den Schnittpunkten der Kennlinien 22, 23 mit der Vertikalen 25 bei der Abszisse V₁ , wobei diese Betriebspunkte mit C und D bezeichnet sind. Den Punkten

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C, D entsprechen die Ströme I, bzw. I.₍ die die Verarbeitungsstufe 10 in Sauerstoffanteilswerte umsetzt. Wenn die Ionisationszellen anstelle der Versorgung mit einer konstanten positiven Spannung mit Konstantstrom gespeist werden, wobei die Hochspannung immer positiv bleibt/ aber nicht geregelt ist (Inverter in der in Fig. 1 dargestellten Stellung, und Inverter 15 a in der inversen Stellung) und die gemessenen Sauerstoffanteile die gleichen wie oben sind, nimmt der von der Bezugszelle 2 aufgenommene Strom ab, während der von der Zelle 1 aufgenommene Strom ansteigt, wenn der Sauerstoffanteil von 21 % auf den genannten zweiten Wert abfällt, weil - wie vorausgesetzt - der von der Quelle 7 gelieferte Gesamtstrom konstant bleibt.

Es versteht sich naturgemäß, daß wenn die von der Quelle 7 gelieferte Hochspannung positiv ist, die Spannungsquelle 7 auch derart geregelt werden kann, daß das Verhältnis VHT zu IHT konstant ist, während andererseits, wenn die von der Quelle 7 abgegebene Hochspannung negativ ist, die Spannungsquelle 7 derart geregelt werden kann, daß sie einen konstanten Strom oder eine konstante Hochspannung liefert.

Die jeweilige Wahl der Polarität der Hochspannung bei der jeweiligen Ausführungsform kann von mehreren Faktoren abhängen: bei einer negativen Hochspannung ist das Anfangsionisationspotential im allgemeinen niedriger als das bei einer entsprechenden positiven Hochspannung, wobei in bestimmten Fällen die Differenz der Speisehochspannung ca. 1000 Volt betragen kann, was Vorteile mit sich bringen kann. Bei einer negativen Hochspannung ergibt sich aber eine Unbestimmtheit, wenn der Sauerstoffanteil ca. 10 % überschreitet:

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ein solcher oberhalb von ca. 10 % liegender' XrvteilEntspricht nämlich einem gleichen Ionisationspotential wie ein unter 10 % liegender Anteil, weil die Kennlinie nach Fig. 4 ein Maximum durchläuft; es ist deshalb notwendig, eine Einrichtung vorzusehen, um diese Unbestimmtheit auszuschließen.

Außerdem ist aus Fig. 2 zu entnehmen, daß entsprechend der Wahl eines Betriebes mit V_urr/I_u_, V_11n, oder I„_,

Π 1 Π J. Hl Hl

konstant die Amplitudendifferenz des am Ausgang 12 auftretenden Signales für den gleichen Unterschied zwischen den Sauerstoffanteilen (d.h. der Verstärkungsfaktor der Meßvorrichtung) größer oder kleiner ist; für jeden Einzelfall wird man naturgemäß die optimale Betriebsweise wählen.

Bei der schematisch in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform weist die in dem Strom des zu analysierenden Gases liegende Sonde eine einzige Funkenentladungs-Ionisationszelle auf, die mit einer im wesentlichen ebenen Elektrode 26 ausgerüstet ist, welche auf dem von einer über eine Versorgungsleitung 27 an die Elektrode 26 angelegten Speise-Hochspannung herrührenden positiven Potential liegt.

Der ebenen Oberfläche der Elektrode 26 gegenüber ist im Abstand von einigen mm eine geerdete Spitzenelektrode 28 angeordnet, die über einen elektrischen Leiter 29 auf negativem Potential liegt. Es ist wesentlich, daß die auf dem positiven Hochspannungspotential liegende ebene Elektrode 26 eine von Unebenheiten freie Gestalt aufweist. Die rechtwinklig zu der ebenen Oberfläche der Elektrode 26 angeordnete Spitzenelektrode 28 kann aus einem gegen hohe Temperaturen beständigen Metall,beispielsweise aus

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Wolfram, hergestellt sein. Vorteilhafterweise kann die Elektrode 28 in Gestalt eines einfachen Drahtes sehr kleinen Durchmessers ausgebildet sein, der rechtwinklig zu der Elektrode 26 angeordnet ist und im Abstand von einigen mm von dieser steht.

Um den hohen Temperaturen der zu analysierenden Verbrennungsgase widerstehen zu können, können die in Gestalt der in Fig. 5 dargestellten Ionisationszelle angeordneten Elektroden vorteilhafterweise in einer Einrichtung, ähnlich wie bei einer Zündkerze eines Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung, untergebracht werden. Eine metallische Schutzkappe, die den Durchgang der zu analysierenden Gase gestattende seitliche Schlitze 31 aufweist, deckt mit Vorteil den Bereich der beiden Elektroden 26, 28 ab, um eventuelle Meßstörungen zu vermeiden, die von Strömungsgeschwindigkeiten oder in den zu analysierenden Gasgemischen gegebenenfalls in Suspension vorhandenen Feststoffteilchen herrühren.

Die Verarbeitung der von der Funkenstrecken-Ionisationszelle nach Fig. 5 gelieferten elektrischen Signale kann auf jede geeignete Weise geschehen. So kann der Mittelwert des an der Spitzenelektrode 28 auftretenden Stromes gemessen werden. In gleicher Weise ist auch die Messung der Frequenz der elektrischen Entladungen der Ionisationszelle möglich. Die Frequenzänderungen können mittels eines Digitalzählers bezüglich eines Zeitnormals gemessen werden; sie ergeben einen in digitaler Form auftretenden Meßwert für den Sauerstoffgehalt.

Fig. 6 veranschaulicht beispielhaft eine elektrische Schaltung, die für eine Sonde unter Verwendung einer Ionisationszelle nach Fig. 5 verwendet werden kann, wobei die Verarbeitung der Signale durch Feststellung des Mittelwertes des Stromes erfolgt und die Speisehochspannung derart geregelt ist, daß das Verhältnis

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konstant gehalten ist (Gerade 24 in Fig. 2).

In dieser Figur ist die Funkenstrecken-Ionisationszelle 32, wie sie in Fig, 5 veranschaulicht ist, in größerem Detail dargestellt. Die ebene Elektrode 26 ist an eine Hochspannungsversorgung 33 angeschlossen. Die Spitzenelektrode 28 gibt einen Impulsstrom ab, der an den Klemmen eines Widerstandes 34 eine Spannung erscheinen läßt, welche nach entsprechender Gleichrichtung durch Dioden 35, 36 und Filterung durch Kondensatoren 37, 38 an einen der Eingänge 39 eines Verstärkers 40 angelegt wird, dessen Verstärkung durch einen Rückkopplungswiderstand 38a festgelegt ist. Der Verstärker 40 empfängt außerdem auf seinem zweiten Eingang 41 übeifeine Verbindung 42 eine Gleichspannung, die der von dem Ausgang 43 der Hochspannungsversorgung 33 kommenden Speisehochspannung proportional ist.

Ein am Ausgang des Verstärkers 40 liegendes Galvanometer 44 gestattet es, den Mittelwert des an der Ionisationszelle auftretenden Stromes zu messen, wobei dieser Mittelwert der gesuchten Sauerstoffkonzentration proportional ist.

Ein mittels eines Kondensators 46 und eines Gegenkopplungswiderstandes 47 als Integrator betriebener Verstärker 45, der in zweckentsprechender Weise durch eine Diode 48 geschützt ist, erhält auf einem ersten Eingang über einen Spannungsteiler, welcher aus einem am Ausgang des Verstärkers 40 liegenden Widerstand und einem an dem Ausgang 43 der Hochspannungsversorgung 33 angeschlossenen Widerstand 51 besteht, eine Spannung, die proportional dem Verhältnis V_HT/I_HT ist. Der zweite Eingang 4 9a des Verstärkers 4 5 ist an Masse angeschlossen.

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Die von dem integrierenden Verstärker 4 5 abgegebene Gleichspannung wird über einen Widerstand 42 dem Eingang 53 eines Fehlerverstärkers 54 zugeführt, wobei gegebenenfalls auftretende parasitäre Spannungen von einem Kondensator 52a ausgefiltert werden.

Die am Ausgang 55 der Hochspannungsversorgung 33 abgegebene Hochspannung wird über einen von Widerständen 56, 57, 58 gebildeten Spannungsteiler auf den zweiten Eingang 59 des Fehlerverstärkers 54 gegeben, wobei ein Kondensator 60 als Filter dient. Ein Kondensator 61, ein in Reihe liegender Widerstand 62 und ein Potentiometer 63 liegen zwischen dem Eingang 59 des Verstärkers 54 und der Gesamtspannungsversorgung der Schaltung; sie gestatten es, die Ansprechgeschwindigkeit des Regelkreises zu regeln.

Eine mit einem Kondensator 65 und einem Widerstand beschaltete integrierte Schaltung 64 bildet eine Oszillatorschaltung, die einem als Schalter wirkenden NPN-Transistor 67 Impulse zuliefert, wobei der Kollektor des Transistors über eine Diode 68 und einen Widerstand 6 9 an den Emitter eines NPN-Transistors 70 angeschlossen ist. Der Transistor 70 ist an seiner Basis mit dem Eingang des Fehlerverstärkers 54 verbunden; er speist von seinem Kollektor der Basis eines PNP-Transistors 71 Stromimpulse ein, die durch die Ausgangsspannung des Fehlerverstärkers 54 amplitudenmoduliert sind. Dieser Fehlerverstärker ist, wie zu ersehen, mit den Widerständen 54a, 54b und dem Kondensator 54c beschaltet.

Der in klassischer Weise mit einem an seiner Basis liegenden Widerstand 71a und einem dazu parallelen Kondensator 71b geschaltete Transistor 71, an dessen Emitter ein Widerstand 71c liegt, gibt über seinen

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Kollektor einen Strom ab, der über einen an Masse liegenden Widerstand 73 die Basis eines NPN-Leistungs-Transistors 72 speist. Die von dem Kollektor des als Stromgenerator wirkenden Transistors 72 kommenden Impulse werden auf den Eingang 33a der Hochspannungsversorgung 33 gegeben. Zu bemerken ist, daß der Transistor 72 nicht in Sättigung arbeitet und es gestattet, eine Regelung der Hochspannung durch entsprechende Amplitudenmodulation des an seinem Kollektor auftretenden Erreger-Impulsstromes zu erzielen.

Die Schaltung wird noch durch eine Schutz-Selbstinduktionsspule 74 und einen Entkopplungs-Elektrolydkondensator 74a vervollständigt, die an den Eingang 33a angeschlossen sind.

Die Hochspannungsversorgung 33, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Gestalt einer gedruckten Schaltung ausgebildet ist, enthält einen nicht dargestellten Leistungstransformator, welcher einen Schwingkreis bildet, der durch die von dem Transistor 72 kommenden kurzen Impulse erregt wird.

Schließlich ist zu ersehen, daß die ganze Schaltung sich in eine Leistungsstufe, eine Modulations- und Steuerstufe und eine Meßstufe für die Hochspannung sowie zur Verstärkung des Fehlersignales unterteilt.

Die Leistungsstufe besteht im wesentlichen aus den beiden Transistoren 71, 72 und der Hochspannungsversorgung 33. Die Modulations- und Steuerstufe enthält den Oszillator 64 und die Transistoren 67, 70; die Meßstufe für die Hochspannung und für die Verstärkung des Fehlersignales umfaßt die Verstärker 40, 45 und den Fehlerverstärker 54. Das Ganze bildet eine Regeleinrichtung, die es gestattet, das Verhältnis Voip/ium konstant zu halten.

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Das Schaltbild nach Fig. 7, in dem gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 6 tragen, veranschaulicht eine Regeleinrichtung, die es gestattet, den von der Hochspannungsversorung gelieferten Strom Ι__ konstant zu halten. Bei dieser Ausführungsform

empfängt der Eingang 49 des Verstärkers 45 nicht mehr, wie vorher, ein Gleich-Niederspannungssignal, das proportional der von der Hochspannungsversorgung 33 abgegebenen und von deren Ausgang 43 kommenden Hochspannung ist. Vielmehr wird bei dieser Ausführungsform der Strom von einem parallel zwischen der Hochspannungsversorgung der Schaltung und dem Eingang 4 9 liegenden Widerstand 75 konstant gehalten.

Die Messung kann, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 6, über den Mittelwert des an der Spitzenelektrode 28 der Ionisationszelle 32 auftretenden Strom erfolgen, wobei die gleiche Einrichtung wie in Fig. 6 verwendet wird. In Fig. 7 ist jedoch eine andere abgewandelte Ausführungsform veranschaulicht, bei der im Gegensatz dazu die Frequenz der Entladungen in der Ionisationszelle 32 gemessen wird. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform werden die am Ausgang 43 der Hochspannungsversorgung 33 auftretenden Niederspannungsimpulse unmittelbar einer an sich bekannten Impulsformerschaltung 76 zugeführt, welche parasitäre Erscheinungen ausschaltet; anschließend gelangen sie zu einer Kippschaltung 77, die die Zählung der Impulse gestattet, welche schließlich einer Einrichtung 78 zugeführt werden, die unmittelbar den Sauerstoffanteil in der zu analysierenden Gasmischung abgeben kann.

Selbstverständlich könnte die Frequenzmessung der elektrischen Entladungen in der Ionisationszelle auch bei der Regeleinrichtung nach Fig. 6 benutzt werden.

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Mit der neuen Einrichtung und dem neuen Verfahren ergibt sich eine praktisch augenblickliche Messung des Sauerstoffanteils in den Abgasen, wobei die verwendeten Sonden praktisch unempfindlich gegen irgendwelche Verkrustungen sowie außerdem genau und leicht herstellbar sind.

Da die neuen Sonden sehr kleine Abmessungen aufweisen, können sie leicht in den Abgasstrom eines Kraftfahrzeugmotors eingebaut werden, wobei das Meßergebnis ehe Regeleinrichtung dieses Motors steuern kann, um für diesen einen optimalen Betrieb zu gewährleisten, was es wiederum erlaubt, die von den Abgasen des Motors hervorgerufene Umweltverschmutzung, insbesondere im Leerlauf, wenn das Luft-Kraftstoffgemisch arm ist, zu verringern.

Zu bemerken ist, daß die Kennlinien der Fig. 2 für Gase mit einer Temperatur von ca. 300 K gelten, doch ist leicht einzusehen, daß für eine praktische Messung von Auspuffgasen, deren Temperatur wesentlich über diesem Wert liegen kann, die Kennlinien einfach nach links verschoben werden; die Temperatur von 300° K wurde lediglich zur Vereinfachung der Erläuterung gewählt.

Im übrigen ist bei allen vorstehenden Ausführungen angenommen, daß die Ionisation praktisch ausschließlich auf den Sauerstoff zurückzuführen ist, weil dieses Gas mit den in dem Auspuffgas eines Verbrennungsmotors auftretenden Gasen dasjenige mit dem niedrigsten Ionisationspotential ist. Wenn dies in Einzelfällen nicht der Fall sein-sollte, müßte die Spannung und/oder der Strom,wie sie von der Hochspannungsversorgung geliefert werden, verändert werden und/oder es wäre notwendig, die Form und/oder die Abmessungen einer oder beider Meßzellen abzuändern.

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Claims

Patentanwalts Dip!, ing. W. Scherrmann Dr.- Ing. R. Roger 7300 Esslingen (Neckar). Webergasse 3. Postfach Telefon 15. April 1980 Stuttgart (0711) 3S6539 PA 1 rüeh Μ9β19 rn ι lucii Telex 07256610 tmru Telegramme Patentschutz EstlJngenneckar Patentansprüche

1.!Verfahren zur Messung der Sauerstoffkonzentration in einer Gasmischung und insbesondere in den Abgasen einer chemischen Verbrennung, beispielsweise in den Abgasen eines Verbrennungsmotors mit innerer oder äußerer Verbrennung, eines Strahltriebwerkes oder eines Kessels, dadurch gekennzeichnet, daß die zu analysierende Gasmischung dauernd oder durch Entladungen ionisiert wird und sodann eine von der Anfangsionisationsspannung in der Gasmischung abhängige elektrische Größe gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine dauernde Ionisation·hervorgerufen wird und der zwischen zwei Elektroden, von denen eine an einer Hochspannung liegt, auftretende Strom gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gleiche Ionisation in einem praktisch die gleiche Temperatur wie das zu analysierende Gasgemisch aufweisenden Bezugsgas hervorgerufen wird und daß das Verhältnis oder die Differenz der gemessenen Ströme bestimmt wird.

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ORIGINAL INSPECTED

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Funkenentladung eine Ionisation hervorgerufen wird und daß der Mittelwert des zwischen zwei Elektroden, von denen eine an einer Hochspannung liegt, auftretenden Stromes gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Funkenentladung eine Ionisation hervorgerufen wird und daß die Frequenz der elektrischen Entladungen zwischen zwei Elektroden, von denen eine an einer Hochspannung liegt, gemessen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisehochspannung der einen Elektrode derart geregelt wird, daß das Verhältnis Hochspannung/Strom oder die abgegebene Hochspannung oder der abgegebene Strom auf einem konstanten Wert gehalten werden.

7. Elektrische Ionisationssonde zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist: Eine Ηοοητ spannungsquelle; eine erste Ionisationszelle, die eine an die Hochspannungsquelle angeschlossene Quellenelektrode sowie eine Empfängerelektrode enthält, wobei die erste Ionisationszelle in dem Strom der zu analysierenden Gase angeordnet ist; eine zweite, mit der ersten Zelle identische Ionisationszelle, deren Quellenelektrode ebenfalls an die Hochspannungsquelle angeschlossen ist und die von Umgebungsluft durchströmt ist, welche praktisch auf die gleiche Temperatur wie jene der die erste Zelle durchströmenden Gase gebracht ist; und eine Signal-Verarbeitungseinrichtung, welche die an den Empfängerelektroden der beiden Zellen auftretenden Ströme zugeführt erhält.

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8. Sonde nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Quellenelektroden mit einer positiven oder negativen Hochspannung gespeist sind.

9. Sonde nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Ionisationszellen ein zylindrisches Rohr aus einem elektrisch leitenden Material aufweist, in dessen Achse eine Quellenelektrode angeordnet ist, die aus einem leitenden Emissionsdraht besteht, welcher durch Isoliermittel gehaltert ist.

10. Sonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser jedes der Rohre in der Größenordnung von 2 mm und deren Länge in der Größenordnung von 5 mm liegt und daß der Emissionsdraiit aus vergoldetem Wolfram mit einem Durchmesser von etwa 10 bis 20 mic. ist.

11. Elektrische Ionisationssonde zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist: Eine Hochspannungsquelle; eine Ionisationsquelle, die eine im wesentlichen ebene, an die Hochspannungsquelle angeschlossene Elektrode und eine rechtwinklig zu der ebenen Elektrode und im Abstand von dieser an geordnete Spitze enthält, wobei diese Zelle in dem Strom der zu analysierenden Gase angeordnet ist; und eine Verarbeitungseinrichtung, der der an der Spitze erscheinende Strom zugeführt wird.

12. Sonde nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Elektrode mit einer positiven Hochspannung gespeist ist.

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13. Sonde nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannung etwas größer ist als die Anfangsionisationsspannung von Sauerstoff.

14. Sonde nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schutzhaube aufweist, die mit Schlitzen zum Durchlaß des zu analysierenden Gases versehen ist und die den die Elektrode und die Spitze umfassenden Bereich abdeckt.

15. Sonde nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem noch Regelmittel enthält, die auf die Hochspannungsquelle derart einwirken, daß das Verhältnis Hochspannung/Strom oder die Hochspannung oder der abgegebene Strom jeweils auf einem konstanten Wert gehalten werden.

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