DE3028270C2

DE3028270C2 - Measuring arrangement for measuring oxygen partial pressures

Info

Publication number: DE3028270C2
Application number: DE19803028270
Authority: DE
Inventors: Friedrich G.K. Dipl.-Chem.Dr.Rer. Nat. Baucke; Wilhelm Dipl.-Phys. 6500 Mainz Frank; Gernot Ing.(Grad.) 6501 Dalheim Roeth
Original assignee: Schott Glaswerke 6500 Mainz; Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1980-07-25
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1986-08-14
Also published as: DE3028270A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Messung von Sauerstoff-Partialdrücken in z. B. Schmelzen oder Gasen, insbesondere bei hohen Temperaturen. Solche Messungen erfolgen im allgemeinen unter Verwendung eines sauerstoffionenleitenden Festkörperelektrolyten, der den das zu messende Medium und die Meßelektrode enthaltenden Raum von dem das Bezugsgas und die Bezugselektrode enthaltenden Raum trennt.The invention relates to the measurement of oxygen partial pressures in z. B. melts or gases, especially at high temperatures. Such measurements are generally carried out using an oxygen ion-conductive solid electrolyte, the the space containing the medium to be measured and the measuring electrode from which the reference gas and the The space containing the reference electrode separates.

Problematisch ist bei solchen Meßanordnungen der die Messung überhaupt erst ermöglichende Dreiphasenkontakt im Bezugsraum zwischen dem Festkörperelektrolyten, der Bezugselektrode und dem Bezugsgas.The problem with such measuring arrangements is the three-phase contact which makes the measurement possible in the first place in the reference space between the solid electrolyte, the reference electrode and the reference gas.

Aus der DD-PS 55 156 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung des Sauerstoffgehalts von flüssigen Metallen bekannt geworden, die aus einem rohrförmigen Behälter aus einem Sauerstoffionen leitenden Material besteht, auf dessen Boden eine Schicht aus Zirkondioxid aufgesintert ist. Das Referenzgas wird durch ein Innenrohr in den Referenzraum geleitet.From DD-PS 55 156 is a device for determining the oxygen content of liquid metals became known, which consists of a tubular container made of a material that conducts oxygen ions, on the bottom of which a layer of zirconium dioxide is sintered. The reference gas is supplied through an inner tube directed to the reference room.

Bei dieser bekannten Anordnung besteht der erforderliche Dreiphasenkontakt nur so lange, wie die aufgesinterte Zirkondioxid-Schicht völlig gasdurchlässig, ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei den hohen Meßtemperaturen mit jedem neuen Meßzyklus diese Sinterschicht mehr und mehr dichtsintert so daß in kurzer Zeit kein ausreichender Dreiphasenkontakt mehr besteht. In this known arrangement, the required three-phase contact only exists as long as the sintered one Zirconium dioxide layer is completely gas permeable. It has been shown, however, that at the high measuring temperatures with each new measuring cycle this sintered layer sintered more and more densely so that in a short time There is no longer sufficient three-phase contact.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine einfach herstellbare und zuverlässig funktionierende Innenableitung (Dreiphasenkontakt) bei Meßanordnungen der eingangs beschriebenen Art. Dieses Ziel wird mit einer Meßanordnung gemäß den Patentansprüchen erreicht, •■ο Der Festkörperelektrolyt (Ionenleiter) ist in den meisten Fällen Zirkondioxyd, das gegebenenfalls dotiert sein kann, und der Innenleiter besteht ebenso wie die Meßelektrode vorzugsweise aus Platindraht.The aim of the present invention is an internal discharge that is easy to manufacture and that functions reliably (Three-phase contact) in measuring arrangements of the type described above. This goal is with a Measuring arrangement according to the patent claims achieved, • ■ ο The solid electrolyte (ion conductor) is in most Cases zirconium dioxide, which can optionally be doped, and the inner conductor is just like that Measuring electrode preferably made of platinum wire.

Gemäß einer Ausführungsform bildet der Festkörperelektrolyt ein Rohr, das den Referenzraum umschließt, oder er bildet eine Tablette, mit der ein Rohr aus z. B. Metall oder Keramik unten abgeschlossen ist. Dieses Rohr braucht nur bis zu einer bestimmten Höhe von z. B. 0,5 bis 5 cm mit dem Sinterkörper gefüllt sein.According to one embodiment, the solid electrolyte forms a tube that encloses the reference space, or it forms a tablet with which a tube from z. B. Metal or ceramic is completed below. This pipe only needs up to a certain height from Z. B. 0.5 to 5 cm filled with the sintered body.

Gemäß der Erfindung ist in den Referenzraum ein dünnes Rohr aus nichtleitendem Werkstoff geführt, das bis in den Sinterkörper reicht, und durch das das Referenzgas geleitet wird. Dieses Röhrchen nimmt zweckmäßigerweise auch den Innenleiter auf, der auf der Außenoberfläche des Röhrchens wendelförmig zurückgeführt sein kann.According to the invention, a thin tube made of non-conductive material is guided into the reference space, which is up to reaches into the sintered body, and through which the reference gas is passed. This tube expediently takes also the inner conductor, which is returned helically on the outer surface of the tube can be.

In den meisten Anwendungsfällen ist eine gleichzeitige Temperaturmessung erforderlich. Zu diesem Zwecke wird zweckmäßigerweise ein Thermoelement an der Spitze des Rohres, also in dem Sinterkörper angeordnet, und dessen Zuleitungen können durch das vorstehend erwähnte Röhrchen geführt sein.In most use cases there is a simultaneous Temperature measurement required. For this purpose, a thermocouple is expediently attached to the Tip of the tube, so arranged in the sintered body, and its leads can through the above mentioned tubes.

Der erfindungsgemäße Sinterkörper bildet sich in den meisten Fällen von selbst während der ersten Anwendung der Meßanordnung. Wenn z. B. ein Zirkondioxidpulver von nicht zu feiner Körnung in das den Referenzraum umschließende Rohr gefüllt wird, sintert es bei den vorherrschenden hohen Meßtemperaturen und bildet einen mechanisch und elektrochemisch guten Kontakt zu der Platinwendel.In most cases, the sintered body according to the invention forms by itself during the first use the measuring arrangement. If z. B. a zirconium dioxide powder of not too fine grain in the reference room surrounding tube is filled, it sinters at the prevailing high measuring temperatures and forms a mechanically and electrochemically good contact with the platinum coil.

Das zur Herstellung des Sinterkörpers verwendete Material ist vorzugsweise der gleiche Festkörperelektrolyt, aus dem die Ionenleiterwand besteht, z. B. also ZrÜ2, jedoch kann auch ein anderes sauerstoffionenleitendes Material verwendet werden. Der Sinterkörper besitzt eine ausreichende Porosität, um von dem Referenzgas vollkommen durchdrungen werden zu können. Die hier beschriebene Innenableitung (Referenzelektrode) kann natürlich in gleicher Bauweise auch als Außenableitung (Meßelektrode) verwendet werden. Ebenso kann der Hohlraum mit der erfindungsgemäßen Anordnung als Meßraum verwendet werden.The material used to manufacture the sintered body is preferably the same solid electrolyte, from which the ion conductor wall consists, e.g. B. So ZrÜ2, but can also be another oxygen ion-conducting Material to be used. The sintered body has sufficient porosity to be exposed to the reference gas to be able to be fully penetrated. The internal discharge (reference electrode) described here can of course also be used as an external lead (measuring electrode) in the same construction. as well the cavity with the arrangement according to the invention can be used as a measuring space.

In der Zeichnung ist eine Meßanordnung gemäß der Erfindung dargestellt.In the drawing, a measuring arrangement according to the invention is shown.

F i g. 1 ist ein Schnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung undF i g. 1 is a section through an embodiment of the invention and

F i g. 2 ist ein Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung.
Wie F i g. 1 zeigt, besteht die neuartige Meßanordnung aus einem Rohr 1, das den Referenzraum 2 umschließt. Der untere Teil des Rohres 1 nimmt den Sinterkörper 4 auf, in den das Innenröhrchen 5, enthaltend die Innenableitung 6, die Zuführungsleitung 7 für das Referenzgas, und das Thermoelement 8 mit dem Spannungsmesser 8'reicht.F i g. Figure 2 is a section through another embodiment of the invention.
Like F i g. 1 shows, the novel measuring arrangement consists of a tube 1 which encloses the reference space 2. The lower part of the tube 1 accommodates the sintered body 4, into which the inner tube 5, containing the inner discharge line 6, the supply line 7 for the reference gas, and the thermocouple 8 with the voltmeter 8reicht.

Aus dem Referenzraum führt ein Austrittsröhrchen T für das Referenzgas, und ein Deckel 9 schließt den Referenzraum ab.An outlet tube T for the reference gas leads out of the reference space, and a cover 9 closes off the reference space.

Das Ende des Innenleiters ist auf der Oberfläche des Ir, nenröhrchens 5 wendelförmig geführt.The end of the inner conductor is helically guided on the surface of the Ir, nenröhrchens 5.

In F i g. 2 sind die entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet wie in Fig. 1. Zum Unterschied zu Fig. 1 besteht hier das Rohr ϊ aus Metall, das unten durch eine Tablette 3 aus den- Festkörperelektrolyten dicht verschlossen istIn Fig. 2 are the corresponding parts with the same Reference numerals denote as in Fig. 1. As a difference to Fig. 1 here is the tube ϊ made of metal, the bottom by a tablet 3 from the solid electrolyte is tightly closed

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

1010

1515th

2020th

2525th

3030th

3535

4040

4545

5050

5555

6060

Claims

Patent claims:

1. Measuring arrangement for measuring oxygen partial pressures. in which the oxygen-containing Reference gas and the space containing the internal contact through a tube made of a tube that conducts oxygen ions Solid electrolyte is formed, with a measurement enabling in this reference space Three-phase contact between this oxygen ion conductor, this inner contact and this reference gas is made possible by the fact that this reference space is at least partially covered by this internal contact and this sintered body in contact with oxygen ion conductor is filled, which itself conducts oxygen ions is characterized by a tube reaching into this sintered body non-conductive material for introducing this reference gas.

2. Measuring arrangement according to claim 1, characterized in that this reference space by a Metal or ceramic tube is formed, the bottom by a tablet from the solid electrolyte is tightly closed.

3. Measuring arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that this tube is at a height from about 0.5 to 5 cm is filled with this sintered body.

4. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized by a sintered body in this arranged thermocouple.

5. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that this tube consists of non-conductive material also to accommodate this internal contact and / or to accommodate the feeder wires is used for this thermocouple.

6. Measuring arrangement according to claim 5, characterized in that this inner contact through this Tube is guided and with the formation of several turns on the outer surface of this tube ends.