DE3229931A1 - Feststoff-sauerstoffsensor - Google Patents

Feststoff-sauerstoffsensor

Info

Publication number
DE3229931A1
DE3229931A1 DE19823229931 DE3229931A DE3229931A1 DE 3229931 A1 DE3229931 A1 DE 3229931A1 DE 19823229931 DE19823229931 DE 19823229931 DE 3229931 A DE3229931 A DE 3229931A DE 3229931 A1 DE3229931 A1 DE 3229931A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor according
oxygen sensor
solid
oxides
solid oxygen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19823229931
Other languages
English (en)
Other versions
DE3229931C2 (de
Inventor
Livio Dipl Chem Manes
Claudio Maria Prof Mari
Sergio Prof Pizzini
Fernando Toci
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
European Atomic Energy Community Euratom
Original Assignee
European Atomic Energy Community Euratom
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by European Atomic Energy Community Euratom filed Critical European Atomic Energy Community Euratom
Publication of DE3229931A1 publication Critical patent/DE3229931A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3229931C2 publication Critical patent/DE3229931C2/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4075—Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Description

322993T
PATENTANWÄLTE
1OOO BERLIN-DAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE 68 8O0O MÜNCHEN 22 ■ Wl D E N MAYE RSTRASS E 49
Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM)
BERLIN: DIPL.-ING. R. M ÜLLER-BÖRNER
MÜNCHEN: DIPI INS. HANS-HEINRICH WEY
DIPL.-INS. EKKEHARD KÖRNER
Berlin, den 09. August 1982
Feststoff-Sauerstoffsensor
(Priorität:Großbritannien, Nr. 8124416 vom 10. August 1981)
9 Seiten Beschreibung mit
19 Patentansprüchen
1 Seite Zusammenfassung
1 Blatt Zeichnung
MP 27 844
BERLIN: TELEFON (O3O) 8312O88 KABEL: PROPINDUS · TELEX: 184057
MÜNCHEN: TELEFON (089) 225585 KABEL: PROPINDUS · TELEX: 524-244
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrochemische Feststoffgerate zum Messen der Sauerstoffaktivitat, wobei diese Geräte einen festen Oxidelektrolyten und Oxide als das sauerstoffempfindliche Elektrodenmaterial aufweisen.
Es sind elektrochemische Zellen für die Messung des Partialdrucks von Sauerstoff bekannt, die von einem festen Oxidelektrolyten gebildet sind, der als Elektroden nichtoxidierbare elektronische Leiter hat, die beispielsweise aus einem der Edelmetalle, insbesondere Pt, bestehen.
Der feste Elektrolyt ist ein keramisches Oxid oder eine glasartige Phase mit reiner ionischer Leitung, z.B. eine feste Lösung von Oxiden, der es an Sauerstoff ionen mangelt.
Diese Zellen, nachstehend "Sauerstoffsensoren" genannt, haben verschiedene Nachteile, die hauptsächlich auf das metallische Elektrodenmaterial (Pt) zurückzuführen sind, was ihre Verwendungsmöglichkeiten beträchtlich einschränkt.
Tatsächlich sind die gemessenen Sauerstoff-Partialdrücke den wirklichen Werten unterlegen, wenn in den zu analysierenden Gasgemischen Spuren von oxidierbaren Substanzen wie Hp. CO, SO2 und Kohlenwasserstoffen vorhanden sind.
Beim Messen der Sauerstoffaktivität in CO/CO^-Gemisehen läßt sich eine gute Präzision bei der Bestimmung des Verhältnisses der beiden Gase beobachten, aber die Ansprechzeiten sind für schnelle Veränderungen in der Gasgemischzusammensetzung sehr hoch.
Wenn SO (χ = 2 oder 3) in den zu analysierenden Gasen vorliegt, sind die Ansprechzeiten sehr hoch.
Viele Metalle können das Elektrodenmaterial (Pt) vergiften, und die Verwendung des Sauerstoffsensors bei der überwachung der Reduzierungsatmosphäre bei einer metallurgischen Anwendung ist manchmal sehr kritisch oder unmöglich.
Das Elektrodenmaterial (Pt) wird besonders leicht von Pb vergiftet; aus diesem Grund wird die Verwendung eines solchen Gerätes für die überwachung von Abgasemission aus einer mit Benzin gespeisten Maschine, wobei das Benzin organometal1isehe Pb-Verbindungen enthält, ausgeschlossen.
Um diese Mängel zu überwinden und um einen elektrochemischen Feststoff-Sauerstoffsensor herzustellen, der in Verbindung mit einer breiteren Palette von Anwendungsmöglichkeiten verwendet werden kann, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein neues elektrochemisches Feststoffgerät vorgeschlagen, bei dem das Elektrodenmaterial (im allgemeinen ein nichtoxidierbarer elektronischer Leiter wie ein Edelmetall) aus Oxidmaterialien mit gemischter ionischer und elektronischer elektrischer Leitfähigkeit gebildet wird.
Solche Materialien sind entweder nichtstöchiometrische Oxide (PrO9 » TbO9 oder Gemische dieser Oxide, z.B.: TbO9 +
CeO2_x; Pr02_x+ Ce02-x^ oder 9emiscnte Oxide (LaCrO3; La1-xSrxCr03 usw·)·
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr beispielsweise und mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, die ein Ausführungsbeispiel des Sensors der vorliegenden Erfindung im Längsschnitt zeigt.
Der in der Zeichnung dargestellte Behälter 1 ist aus einem keramischen Material hergestellt, das den festen Elektrolyten bildet, wobei seine Innenwand 2 und/oder seine Außenwand 3 sich in Berührung mit einem Oxid (einer sauerstoffempfindlichen Elektrode) befinden.
Das innere Bezugsabteil verwendet ein chemisches System, das entweder aus einem gasförmigen Gemisch (z.B. reinem C^, Luft, einem Sauerstoffgasgemisch, CO/CO^- oder FU/HpO-Gemischen) oder einem Metalloxidgemisch, z.B.: Ni, NiO, Fe-FeO usw., zum Festlegen eines bekannten Sauerstoff-Partialdrucks besteht.
Das innere Bezugsabteil benutzt als eine sauerstoffempfindliche Elektrode entweder ein Edelmetall oder ein Oxid.
Die äußere Elektrode liegt in der zu analysierenden Gasatmosphäre, und ihr sauerstoffempfindliches Material ist entweder ein Oxid oder ein Oxidgemisch.
Unter Betriebsbedingungen wird zwischen den Elektroden 2 und 3 eine elektromotorische Kraft (EMK) beobachtet, wie dies schematisch angedeutet ist. Es ist der Wert dieser EMK, der das Maß der Sauerstoffaktivität gibt.
Das Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann industriell auf den folgenden Gebieten angewendet werden:
a) Atmosphärenüberwachung bei der Wärmebehandlung von Metallen;
b) Verbrennungsüberwachung bei Dampferzeugern, Feuerungen und Dampfkesseln;
c) überwachung der Abgase aus Verbrennungsmotoren und
d) Verbesserung der Brennstoffwirtschaftlichkeit und Antipollutionsgerät.
Ma/MP - 9 -
Leerseite

Claims (19)

Patentansprüche
1.;Feststoff-Sauerstoffsensor zum Messen von Sauerstoff-Partial drücken, dadurch gekennzeichnet, daß er von einer elektrolytischen Zelle gebildet ist, deren sauerstoffempfindliche Elektroden nichtstöchiometrisehe Oxide sind,während der Elektrolyt eine Feststoffkeramik ist.
2. Feststoff-Sauerstoffsensor nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die sauerstoffempfindlichen Elektroden Oxide mit gemischter Leitfähigkeit, ionische und elektronische, sind.
3. Feststoff-Sauerstoffsensor nach Anspruch 1 , d a d u r c h gekennzeichnet, daß die sauerstoffempfindlichen Elektroden Oxide sind, die das potentielle Vergiftungsmetall enthalten, das in der zu analysierenden Gasatmosphäre vorliegt.
4. Feststoff-Sauerstoffsensor nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die sauerstoffempfindlichen Elektroden gemischte Oxide sind, die zwei oder mehr Kationen enthalten.
BERLIN: TELEFON (030) 8312Ο88 KABEL: PROPINDUS · TELEX: 184057
MÜNCHEN: TELEFON (Ο89) 225585 KABEL: PROPINDUS · TELEX: 524244
5. Feststoff-Sauerstoffsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sauerstoffempfindlichen Elektroden Oxidgemische sind.
6. Feststoff-Sauerstoffsensor nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle von einem Feststoff-Keramikbehälter gebildet ist, von dem eine Wand sich in Berührung mit den Oxiden befindet, die die sauerstoffempfindliche Elektrode bilden.
7. Feststoff-Sauerstoffsensor nach Anspruch 1, d a d u r c gekennzeichnet, daß die Zelle von einem Feststoff-Keramikbehälter gebildet ist, von dem beide Wände sich in Berührung mit den Oxiden befinden, die die sauerstoffempfindlichen Elektroden bilden.
8. Feststoff-Sauerstoffsensor nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wand der Zelle sich in Berührung mit Gemischen der Oxide befindet, die die sauerstoffempfindliche Elektrode bilden.
9. Feststoff-Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wände der Zelle sich in Berührung mit Gemischen der Oxide befinden.
10. Feststoff-Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wandfläche der Zelle mit pr°2-x bescniclrtet ist.
11. Feststoff-Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 1bis4,dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wandfläche der Zelle mit TbO9 beschichtet ist.
12. Feststoff-Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 1, oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Fläche mit TbO9 + und/oder PrO9_ + CeQ9 beschichtet ist.
13. Feststoff-Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Fläche mit Oxiden von Lanthaniden beschichtet ist.
14. Feststoff-Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Fläche mit gemischten Oxiden von Lanthaniden und/oder übergangsmetallen beschichtet ist.
15. Feststoff-Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 1 , oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Fläche des festen Elektrolyten mit gemischten Oxiden von mindestens einem von Lanthaniden, Obergangs- und Alkalimetallen beschichtet ist.
16. Feststoff-Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Fläche mit gemischten Oxiden von mindestens einem von Lanthaniden, Übergangs- und Al kaiierdmetallen beschichtet ist.
17. Feststoff-Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 1, 2 oderö, dadurch gekennnzeichnet, daß die äußere Fläche des festen Elektrolyten mit gemischten Oxiden von mindestens einem von Lanthaniden, Übergangs- und Alkalierdmetallen beschichtet ist.
18. Feststoff-Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle von einem Feststoff-Keramikbehälter gebildet ist, von dem eine Wand sich in Berührung mit einem Edelmetall und die andere Wand sich in Berührung mit den in den vorhergehenden Ansprüchen genannten Oxiden befindet.
19. Feststoff-Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 6, von dem eine oder beide Wände sich in Berührung mit Gemischen, einzeln oder komplex, eines in den vorhergehenden Ansprüchen beanspruchten Materials befinden.
- 27 844 - 5 -
DE19823229931 1981-08-10 1982-08-09 Feststoff-sauerstoffsensor Granted DE3229931A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8124416 1981-08-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3229931A1 true DE3229931A1 (de) 1983-02-17
DE3229931C2 DE3229931C2 (de) 1991-12-12

Family

ID=10523839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19823229931 Granted DE3229931A1 (de) 1981-08-10 1982-08-09 Feststoff-sauerstoffsensor

Country Status (6)

Country Link
BE (1) BE894044A (de)
DE (1) DE3229931A1 (de)
FR (1) FR2511154A1 (de)
GB (1) GB2104666A (de)
IT (1) IT1149039B (de)
LU (1) LU84328A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7153412B2 (en) * 2001-12-28 2006-12-26 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Electrodes, electrochemical elements, gas sensors, and gas measurement methods

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2147368B (en) * 1983-09-28 1987-02-04 Presswell Engineering Limited Hydraulic apparatus
LU87596A1 (de) * 1989-09-25 1991-05-07 Europ Communities Feststoff-sauerstoffsensor
WO1997042495A1 (en) * 1996-05-07 1997-11-13 Sri International Solid state electrochemical cell for measuring components of a gas mixture, and related measurement method
EP1520168A2 (de) * 2002-06-28 2005-04-06 Rosemount Analytical Inc. Vorrichtung zur konzentrationsmessung eines brennbaren stoffes

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3914169A (en) * 1974-11-25 1975-10-21 Du Pont Oxygen detector having a platinum electrode on a zirconia electrolyte
US3932246A (en) * 1973-08-31 1976-01-13 Ford Motor Company Gas sensor and method of manufacture
US3956194A (en) * 1972-08-18 1976-05-11 Armand Michel B Mixed conductors of graphite, processes for their preparation and their use
US3989614A (en) * 1975-01-08 1976-11-02 Tseng Ying Tien Gas sensor
US4097911A (en) * 1975-10-06 1978-06-27 Erie Technological Products, Inc. Base metal electrode capacitor and method of making the same
US4173518A (en) * 1974-10-23 1979-11-06 Sumitomo Aluminum Smelting Company, Limited Electrodes for aluminum reduction cells
US4241378A (en) * 1978-06-12 1980-12-23 Erie Technological Products, Inc. Base metal electrode capacitor and method of making the same

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4021326A (en) * 1972-06-02 1977-05-03 Robert Bosch G.M.B.H. Electro-chemical sensor
DE2738756A1 (de) * 1977-08-27 1979-03-01 Bbc Brown Boveri & Cie Elektrochemische messzelle
BR7902625A (pt) * 1978-05-04 1979-11-27 Du Pont Aperfeicoamento em sensor de concentracao de oxigenio
EP0006989B1 (de) * 1978-06-12 1983-06-15 Corning Glass Works Messfühler für heisse Gase
DE2837118C2 (de) * 1978-08-25 1982-05-19 Dornier System Gmbh, 7990 Friedrichshafen Poröse Oxidelektroden für elektrochemische Hochtemperaturzellen
DE2913633C2 (de) * 1979-04-05 1986-01-23 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Elektrochemischer Meßfühler für die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Gasen, insbesondere in Abgasen von Verbrennungsmotoren sowie Verfahren zur Herstellung desselben

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3956194A (en) * 1972-08-18 1976-05-11 Armand Michel B Mixed conductors of graphite, processes for their preparation and their use
US3932246A (en) * 1973-08-31 1976-01-13 Ford Motor Company Gas sensor and method of manufacture
US4173518A (en) * 1974-10-23 1979-11-06 Sumitomo Aluminum Smelting Company, Limited Electrodes for aluminum reduction cells
US3914169A (en) * 1974-11-25 1975-10-21 Du Pont Oxygen detector having a platinum electrode on a zirconia electrolyte
US3989614A (en) * 1975-01-08 1976-11-02 Tseng Ying Tien Gas sensor
US4097911A (en) * 1975-10-06 1978-06-27 Erie Technological Products, Inc. Base metal electrode capacitor and method of making the same
US4241378A (en) * 1978-06-12 1980-12-23 Erie Technological Products, Inc. Base metal electrode capacitor and method of making the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7153412B2 (en) * 2001-12-28 2006-12-26 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Electrodes, electrochemical elements, gas sensors, and gas measurement methods

Also Published As

Publication number Publication date
DE3229931C2 (de) 1991-12-12
IT1149039B (it) 1986-12-03
GB2104666A (en) 1983-03-09
BE894044A (fr) 1982-12-01
FR2511154A1 (fr) 1983-02-11
IT8248946A0 (it) 1982-08-05
LU84328A1 (fr) 1983-02-28
FR2511154B1 (de) 1985-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2504206C3 (de) Elektrochemischer Meßfühler für die Bestimmung des Sauerstoffgehalts in Abgasen, insbesondere in Abgasen von Verbrennungsmotoren
DE2909452C2 (de) Elektrochemischer Meßfühler für die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Gasen, insbesondere in Abgasen
DE2119702C3 (de) Verwendung einer Substanz mit Perowskitstruktur als Katalysator für elektrochemische Verfahren und heterogene Gasphasen-Reaktionen
EP0241751B2 (de) Verfahren zum kontinuierlichen Überwachen von gasförmigen Bestandteilen in Gasgemischen, ausgenommen O2
DE3022282C2 (de) Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses
DE4343748C2 (de) Sauerstoffühler
DE2547683A1 (de) Abfuehler fuer das luft-brennstoffverhaeltnis von brennkraftmaschinen
DE3021745A1 (de) Vorrichtung zur bestimmung des luft/brennstoff-verhaeltnisses in einem auspuffgas
DE68917821T2 (de) Messung und Kontrolle des Abgaskreislaufs mit einer Sauerstoffpumpvorrichtung.
DE19949431A1 (de) Festoxidbrennstoffzelle mit einem Mischungsgradienten zwischen Elektrode und Elektrolyt
EP0008430A2 (de) Mischoxyde für die Elektroden elektrochemischer Hochtemperaturzellen mit Festelektrolyten und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE3632456A1 (de) Luft/kraftstoff-verhaeltnissensor
DE4344826C2 (de) Mehrlagiger Dünnschicht-Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor
DE4445033A1 (de) Verfahren zur Messung der Konzentration eines Gases in einem Gasgemisch sowie elektrochemischer Sensor zur Bestimmung der Gaskonzentration
DE69733509T2 (de) Sensoranordnung zur Bestimmung von Stickstoffoxiden
DE3120159A1 (de) Elektrochemischer messfuehler fuer die bestimmung des sauerstoffgehaltes in gasen
DE112009004403T5 (de) Sensor mit Elektroden aus einem gleichen Material
DE3642409C2 (de) Verfahren zum Einstellen des Gasdiffusionswiderstandes eines porösen Körpers in einem Gassensor
DE2603785C2 (de) Sensor für Kohlenmonoxid und/oder Kohlenwasserstoffe in Abgasen
DE3910272A1 (de) Sauerstoffsensor mit hoeherer bestaendigkeit bei sich wiederholenden thermischen schocks und mit kuerzerer aufwaermzeit
DE3229931A1 (de) Feststoff-sauerstoffsensor
DE2838230A1 (de) Sauerstoffsensor
EP1023591B1 (de) AUFBAUSTRUKTUR FÜR NO x?-SENSOREN
DE3313752A1 (de) Abgasfuehler sowie verfahren zur herstellung eines solchen
DE3543768C1 (de) Galvanische Festkoerperkette zur Messung des Sauerstoffpartialdrucks

Legal Events

Date Code Title Description
8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: MUELLER-BOERNER, R., DIPL.-ING., 1000 BERLIN WEY,

8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: WEINMILLER, J., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 8133 FELDAF

8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition