DE3050177C2

DE3050177C2 - Fühler zur Erfassung einer physikalischen Größe

Info

Publication number: DE3050177C2
Application number: DE3050177T
Authority: DE
Inventors: Fumio Hirakata Hosomi; Masazumi Katano Katase; Atsushi Neyagawa Nishino; Yasuo Katano Wakahata; Kiyotaka Nara Wasa; Tomohiro Uda Nara Yashiki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1979-12-26
Filing date: 1980-12-24
Publication date: 1986-01-23
Also published as: US4428909A; JPS5693301A; DE3050177T1; GB2078372B; WO1981001880A1; GB2078372A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fühler gemäß dem Oberbegriff der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 3.

Bei einem derartigen bekannten Fühler (DE-OS 29 18 932) ist das Fühierelement durch zwei Elektroden gebildet die auf einem Trockenelektrolyten angeordnet sind, der eine Sauerstoffionenleitfähigkeit besitzt Sofern daher an diesen beiden Elektroden ein unterschiedlicher Sauerstoffpartialdruck auftritt, wird eine elektromotorische Kraft erzeugt, durch die dieser Unterschied im Partialdruck nachweisbar ist Zu diesem Zweck ist nur eine der beiden Elektroden des Fühlerelementes von dem Oxidationskatalysator umgeben, der somit dazu dient den nachzuweisenden, gasförmigen, oxidierbaren Stoff durch katalytische Oxidation von der bedeckten Elektrode fernzuhalten, so daß dort im wesentlichen unverändert der Partialdruck des Luftsauerstoffes in der den Fühler umgebenden Atmosphäre herrscht, während die andere, unbedeckte Elektrode von dem nachzuweisenden gasförmigen Stoff bestrichen und damit der Sauerstoffpartialdruck gegenüber Luft abgesenkt wird. Bei diesem Arbeitsprinzip kann nur eine der beiden Elektroden des Fühlerelementes durch den Oxidationskatalysator abgedeckt sein, während die andere Elektrode notwendigerweise freiliegt Ein Schutz des gesamten Fühlerelementes durch den Oxidastionskatalysator, der gerade ein Ungleichgewicht zwischen den beiden Elektroden herstellen soll, ist daher bei dem bekannten Fühler nicht erreichbar.

Zwar ist bei dem bekannten Fühler auch die Möglichkeit vorgesehen, eine zusätzliche Abdeckung aus einer elektrisch isolierenden Schicht und einer Aktivkohleschicht anzubringen, von der auch die von dem Oxidationskatalysator unbedeckte Elektrode umschlossen ist Wegen der Absorptionsfähigkeit von Aktivkohle für SO2, Kohlenwasserstoffgase u. dgl. werden diese Anteile somit von dem Fühierelement ferngehalten, solange die Aktivkohleschicht absorbtionsfähig bleibt Wenngleich durch diese auf Absorption beruhende Schutzhülle das Fühlerelement selbst zwar für eine gewisse Zeit von Verunreinigungen frei bleibt, findet dabei die Anlagerung der Verunreinigungen an der Schutzhülle selbst statt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fühler der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß der gesamte Fühler von anhaftenden Verunreinigungen freigehalten wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe jeweils durch die kennzeichnenden Merkmale der beiden einander nebengeöfdneten Patentansprüche 1 und 3 gelöst.

Durch den erfindungsgemäß aufgebauten Oxidationskatalysator und die erfindungsgemäße Anordnung des Fühlerelementes wird erreicht, daß die Verunreinigungsstoffe durch katalytische Verbrennung an einer Anhaftung am Fühler gehindert und damit der gesamte Fühler, also sowohl das in dem Hohlraum angeordnete Fühlerelement als auch der das Fühlerelement schützend umgebende Oxidationskatalysator von Verunreinigungen freigehalten wird. Als zu erfassende physikalische Größe kommen insbesondere Temperaturen, Drücke oder Durchflußgeschwindigkeiten in Betracht. Beispielsweise weisen Temperaturfühler als Fühlerelement Thermistoren, Thermoelemente oder temperaturabhängige Platindrahtwiderstände auf. Wird ein derartiger Fühler

zur Erfassung der Temperatur eines Kochapparates, eines Gasheizgerätes oder eines Petroleumheizgerätes

K₁ oder auch in allgemeinen Industrieinstrumentenausrüstungen oder Automobilen angewendet, ist er in der Regel

κ Rauch oder unverbrannten Gasen, wie CO oder Kohlenstoffdampi* ausgesetzt, so daß sich auf seiner Oberfläche

f Ölfilme oder Ruß niederschlagen und seine Kenngrößen verändern. Da durch die Erfindung der gesamte Fühler

S von anhaftenden Verunreinigungen freigehalten wird, bleiben jedoch die Kennwerte auch unter ungünstigen

? ν Bedingungen unverändert.

;i Vorteilhafte Ausführungsformen d«:r Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

y In der folgenden Beschreibung ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Hierin

Ά zeigt

;· F i g. 1 den schematischen Aufbau eines Fühlers in einer teilweise geschnittenen perspektivischen Ansicht und

4 F i g. 2 und 3 Längsschnitte von zwei Ausführungsformen des Fühlers.

t; Gemäß F i g. 1 weist ein Fühler zur Erfassung einer physikalischen Größe ein von einem Aufbau 2, der aus

Γ einem Oxidationskatalysator hergestellt ist und ein Luftloch 2a aufweist, umgebenes eigentliches Fühlerelement

ίί 1 auf.

J-i: Es hat sich gezeigt, daß bei Einbringung des Fühlerelementes 1, beispielsweise eines Temperaturfühlers, in

l^:; eine in einem Kochapparat erzeugte Rauchwolke oder die von einem ölofen erzeugte Atmosphäre unverbrann-

r ter Gase kein Rauch oder Kohlenstoff an dem Fühlerelement 1 anhaftet und demzufolge das Fühlerelement 1 in

■ normaler Weise korrekt arbeitet. Eine: mögliche Erklärung besteht darin, daß der aus dem Oxidationskatalysator

t gemäß F i g. 1 hergestellte Aufbau 2 in Rauch enthaltenen Kohlenstoff oder unvferbrannte Gase, die an dem

H Fühlerelement 1 vorbeistreichen, wieder verbrennt und verdampft

% Ferner hat sich gezeigt, daß der in F i g. 1 dargestellte, aus dem Oxidationskatalysator he;gestellte Aufbau 2

ig eine von seiner Verwendung abhängige optimale Zusammensetzung aufweist Demzufolge weis, der Aufbau 2

Ij für das beispielsweise als Temperaturfühler in einem Kochapparat od. dgl. dienende Fühlerelement 1 vorzugs-

!2 weise eine Zusammensetzung gemäß

5

f [0-MnO₂) + (Zn-Mn-FeOJ -s· (m Al₂O₃ · η CaO)]

|5 auf. Der Grund hierfür besteht darin, daß in einem im Inneren eines Kochapparates wie einem Gas- oder

H elektrischen Ofen herrschenden Temperaturbereich zwischen 200 und 300° C die oben beschriebene Zusammen-

'1 Setzung eine ausgezeichnete Wirkung der Verdampfung von Rauch oder Kohlenstoff durch deren Oxidation

V_:> oder Zersetzung zeigt

κ Der Aufbau 2 kann durch Trockenmischen von elektrolytischem Mangandioxid (^MnO₂), einem zusammen-

^: gesetzten Oxid von Zink, Mangan und Eisen (Zn-Mn-FeO₁) und Tonerdezement (m Al₂O₃ ■ π CaO), Zugabe von Wasser, ausreichendes Naßmischen und Eingießen der Mischung in eine Form hergestellt werden. Weiter wurde gefunden, daß eine aus

[0-MnO₂) + (Zn-Mn-FeO_x; H- (m Al₂O₃ · πCaO)]

bestehende Zusammensetzung, die mit einer extrem kleinen Menge von Platinmetallen versetzt ist, zur Herstellung de. Aufbaus 2 für das Fühlerelement 1, wie einen in einem Petroleum- oder Gasofen oder -heizgerät verwendeten Temperaturfühler, geeignet ist Wenn beispielsweise ein Temperaturfühler zur Steuerung der Temperatur eines Petroleumheizgeräites vom FF-Typus gemäß einer Methode nach dem Stand der Technik

■i; angeordnet und über beispielsweise 1000 Stunden der Atmosphäre von unverbrannten Gasen ausgesetzt wird,

.-; haftet an den Oberflächen des Fühlers eine große Menge an Ruß an, so daß beispielsweise dessen eiektrische

;i Isolierung und thermische Empfindlichkeit herabgesetzt sind. Bei dem die oben beschriebene Zusammensetzung

fj aufweisenden Aufbau 2 haftet an dem Fühlerelement 1 kein Ruß an und es wird daher keine Verschlechterung

Ii seiner Kennwerte beobachtet

?] Der Fühler kann leicht dadurch hergestellt werden, indem der Aufbau 2 durch auf eine derartige Weise

)i< erfolgendes Sintern der oben beschriebenen Zusammensetzung hergestellt wird, daß diese das Fühlerelement 1

I* umgibt; d. h, daß de· Aufbau 2 die Form eines Zylinders aufweist. Zusätzlich wurde gefunden, daß der Aufbau 2

*f bei Ausbildung aus einem Metallsubstrat wie Aluminium oder Eisen, das mit einer durch

pi [0-MnO₂) + (Zn-Mn-FeO₁; -)- ^-Al₂O₃,Zeolith)]

^i und Fritte gebildeten Emailleschicht: überzogen ist, in der Praxis selbst dann wirkungsvoll ist, wenn kein

'ο gesinterter Körper verwendet wird. Im Unterschied zu gesinterten Erzeugnissen können MetallsubsUate leicht

H verarbeitet werden, so daß der Aufbau 2 vorteilhaft leicht in jeder Form hergestellt werden kann. In diesem Fall

ig besteht die verwendete Fritte vorzugsweise aus einem einen niedrigen Erweichungspunkt aufweisenden Glas.

|J Glas mit einem niedrigen Erweichungspunkt ist allgemein durch Bleigas geKIdet In diesem Fall ist Borat-Silicat-

|j glas, das mit 1 bis 10 Gew.-% von beispielsweise LiO₂ versetzt ist, zu bevorzugen.

t| Wie oben beschrieben, wird bei dem Fühler ein Metallsubstrat oder eine -basis verwendet, wenn die Beschich-

|S fang mit einem Emaillefilm oder einer -schicht erfolgt Sofern das Fühlerelement 1 in eine Atmosphäre von

rl hohen Temperaturen eingebracht wird, die beispielsweise höher als 400⁰C sind, ist es vorteilhaft, hitzebeständige

(s Metallsubstrate oder -basen oder hitzebeständige Materialien wie Aluminium, Steatit, Forsterit oder Zirkonerde

iVi zu verwenden.

i Unter Bezugnahme auf F i g. 2 und 3 sind Ausführingsformen des Fühlers beschrieben, die zur Anwendung

;-' auf ein Kochgerät ν rrgesehen sind. Wie in F i g. 2 dargestellt, ist ein das Fühlerelement bildender Temperaturfühler 3 fest an einem Ende 4a eines aus hitzebeständiger Tonerde hergestellten zylindrischen Trägers 4

angebracht und dann ein zylindrisch gesintertes Formstück 5 aus + (Zn-Mn-FeOJ + (/TjAl₂O₃ · πCaO)]

derart angeordnet, daß es das vordere Ende 4a des zylindrischen Trägers 4 und den Temperaturfühler 3 umgibt. In diesem Fall kann der Temperaturfühler 3 ein Thermistor, Thermoelement oder temperaturabhängiger Platindrahtwiderstand sein. 6 bezeichnet Leitungsdrähte des Temperaturfühlers 3.

Wenn der Temperaturfühler 3 durch einen Thermistor wie einen Siliciumcarbidthermistor oder einen Siliciumdünnfilmthermistor gebildet ist, weist er eine hohe Empfindlichkeit auf und zeigt ein höheres MaB an

ίο Hitzebeständigkeit, so daß er in der Praxis äußerst vorteilhaft ist Insbesondere sind, wenn er in dem verhältnismäßig hochgelegenen Temperaturbereich von 200 bis 300° C (in einem Kochapparat) verwendet wird, die Wirkungen des Aufbaus 2 bemerkenswert

Eine andere Ausführungsform ist zur Anwendung in einem Petroleumheizgerät oder einem -ofen vom FF-Typus bestimmt. Wie in F i g. 3 dargestellt, ist ein das Fühlerelement bildendei hitzebeständiger Hochtempe raturthermistor 7 in der Form eines dünnen Siliciumcarbidfilms fest an dem vorderen Ende Sa eines aus Tonerde hergestellten zylindrischen Trägers 8 angebracht und dann ein mit Luftlöchern 9 ausgebildetes zylindrisches Schutzrohr oder eine -hülle 9 derart angeordnet, daß es den Thermistor 7 und das vordere Ende 8a des zylindrischen Tonerdeträgers 8 umgibt Das Schutzrohr oder die -hülle 9 weist ein Substrat oder eine Basis aus

Stahl oder F.isen auf. welrhfis mit Aluminium fihervocren unri ferner mit F.tnailjpfilmpn ndp.r Schichten, di? durch

eine Spur von Platinmetallen enthaltendem

K^-MnO₂) + (Zn-Mn-FeO₁) + ^-AI₂O₃, Zeolith)]

und Fritte von Boroxid-Silicatglas gebildet sind, beschichtet ist. 10 bezeichnet Zuleitungsdrähte des Hochtemperaturthermistors 7.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fühler zur Erfassung einer physikalischen Größe in einer von bei erhöhter Temperatur oxidierbaren Stoffen verunreinigten Atmosphäre, insbesondere Temperaturfühler, mit einem zumindest teilweise von

einem mindestens eine Öffnung aufweisenden Oxidationskatalysator umgebenen Fühierelement dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidationskatalysator durch ein hauptsächlich aus elektrolytischem Mangandioxid ^MnO₂), einem Mischoxid von Zink, Mangan und Eisen (Zn-Mn-FeO^ und Tonerdezement (m AI2O3 · π CaO) zusammengesetztes, hohles, zylindrisches Formstück (5, 9) gebildet ist, in dessen Hohlraum das Fühlerelement (3,7) angeordnet ist

ίο

2. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formstück (5,9) durch einen Sinterkörper

gebildet ist

3. Fühler zur Erfassung einer physikalischen Größe in einer von bei erhöhter Temperatur oxidierbaren Stoffen verunreinigten Atmosphäre, insbesondere Temperaturfühler, mit einem zumindest teilweise von einem mindestens eine öffnung aufweisenden Oxidationskatalysator umgebenen Fühlerelement, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidationskatalysator durch ein hohles, zylindrisches Substrat (5,9), das mit einem hauptsächlich aus elektrolytischem Mangandioxid (y-ΙΛηΟΐ), einem Mischoxid von Zink, Mangan und Eisen (Zn-Mn-FeO_x), Alpha-Tonerde Zeolith {Λ-ΑΙ2Ο3, Zeolith) und einer Fritte zusammengesetzten Emailfüm beschichtet ist, gebildet ist, und daß das Fühlerelement (3,7) in dem Hohlraum des Substrats angeordnet ist

4. Fühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß das Substrat Aluminium und Eisen aufweist

5. .Fühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein hitzebeständiges Material wie Tonerde. Steatit Forsterit oder Zirkonerde aufweist

6. Fühler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fritte aus einem Boroxid-Silikatglas besteht

7. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung durch eine offene Stirnseite des zylindrischen Oxidationskatalysators gebildet ist

8. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Oxidationskatalysator stirnseitig geschlossen ist und daß die öffnung im Zylindermantel vorgesehen ist

9. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß das Fühlerelement (3, 7) auf einem hitzebeständigen Träger (4,8) angeordnet ist

10. Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlerelement (3,7) von der Innenwand des zylindrischen Oxidationskatalysators (5,9) beabstandet ist