DE3408280C2 - Electrochemical oxygen measuring probe - Google Patents
Electrochemical oxygen measuring probeInfo
- Publication number
- DE3408280C2 DE3408280C2 DE19843408280 DE3408280A DE3408280C2 DE 3408280 C2 DE3408280 C2 DE 3408280C2 DE 19843408280 DE19843408280 DE 19843408280 DE 3408280 A DE3408280 A DE 3408280A DE 3408280 C2 DE3408280 C2 DE 3408280C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- metal
- solid electrolyte
- reference electrode
- oxygen
- electrolyte layer
- 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.)
- Expired
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
- G01N27/4076—Reference electrodes or reference mixtures
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)
Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sauerstoffmeßsonde mit einer der Luft ausgesetzten Referenzelektrode und einer dem Abgas ausgesetzten Meßelektrode, wobei zwischen diesen Elektroden ein Festelektrolyt angeordnet ist. Um eine Meßsonde zu erzielen, bei der sich im Betrieb ein stabiles Potential der Referenzelektrode einstellt, das sich auch über längere Betriebszeiten nicht ändert, besteht die Referenzelektrode (2) aus einem Metall/Metalloxidgemisch mit definiertem Sauerstoffpartialdruck und sie ist Träger für eine Festelektrolytschicht (3) aus ZrO2 mit Zusätzen aus CaO, Y2O3, SrO oder MgO; auf der Festelektrolytschicht (3) ist die Meßelektrode (4) aufgebracht, Fig. 1.The invention relates to an oxygen measuring probe with a reference electrode exposed to the air and a measuring electrode exposed to the exhaust gas, a solid electrolyte being arranged between these electrodes. In order to achieve a measuring probe in which a stable potential of the reference electrode is established during operation, which does not change over longer periods of operation, the reference electrode (2) consists of a metal / metal oxide mixture with a defined oxygen partial pressure and it is the carrier for a solid electrolyte layer (3 ) made of ZrO2 with additions of CaO, Y2O3, SrO or MgO; The measuring electrode (4) is applied to the solid electrolyte layer (3), FIG. 1.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Sauerstoffmeßsonde mit einer der Luft ausgesetzten Referenzelektrode und einer dem Abgas ausgesetzten Meßelektrode, zwischen denen ein Festelektrolyt angeordnet ist, bei der die Referenzelektrode aus einem Metall/ Metalloxidgemisch mit definiertem Sauerstoffpartialdruck besteht sowie gleichzeitig Träger für eine Festelektrolytschicht aus ZrO2 mit Zusätzen aus CaO, Y2O3, SrO oder MgO ist, während die dem Abgas zugewandte Seite der Kombination Träger-Festelektrolytschicht mit einer auf die Festelektrolytschicht aufgebrachten, aus Edelmetall bestehenden Meßelektrode versehen ist.The invention relates to an electrochemical oxygen measuring probe with a reference electrode exposed to the air and a measuring electrode exposed to the exhaust gas, between which a solid electrolyte is arranged, in which the reference electrode consists of a metal / metal oxide mixture with a defined oxygen partial pressure and at the same time a carrier for a solid electrolyte layer made of ZrO 2 with additives is made of CaO, Y2O3, SrO or MgO, while the side of the combination carrier-solid electrolyte layer facing the exhaust gas is provided with a noble metal measuring electrode applied to the solid electrolyte layer.
Insbesondere bei der Abgasmessung von Kraftfahrzeugen werden Sauerstoffmeßsonden mit einer Festelektrolytschicht eingesetzt, wobei eine Elektrode dem Abgas ausgesetzt ist, während die andere Elektrode von Luft umspült wird. Durch die katalytische Wirkung der dem Abgas ausgesetzten, z. B. aus Platin bestehenden Meßelektrode werden noch verbrennbare Bestandteile im Abgas mit noch vorhandenem Sauerstoff umgesetzt, so daß sich die tatsächliche Sauerstoffkonzentration entsprechend der Gleichgewichtszusammensetzung einstellt. An der der Luft ausgesetzten Elektrode wird die Konzentration des Sauerstoffs in Luft vorgegeben, die konstant ist und als Bezugspunkt dient. Damit ist die gemessene Zellspannung ein Maß für die Gleichgewichtskonzentration des Sauerstoffs im Abgas. Das erhaltene Signal wird in der Regel zu Meß- und Regelzwecken herangezogen.Oxygen measuring probes with a solid electrolyte layer are used in particular when measuring exhaust gas from motor vehicles used, with one electrode exposed to the exhaust gas, while the other electrode is exposed to Air is washed around. Due to the catalytic effect of the exhaust gas exposed, z. B. made of platinum Measuring electrode, still combustible components in the exhaust gas are converted with still existing oxygen, so that the actual oxygen concentration is according to the equilibrium composition adjusts. The concentration of oxygen in air is specified on the electrode exposed to air, which is constant and serves as a reference point. The measured cell voltage is therefore a measure of the equilibrium concentration of the oxygen in the exhaust gas. The signal obtained is usually used for measurement and control purposes used.
Die eingangs definierte elektrochemische Sauerstoffmeßsonde kann entweder als offenes Rohr (DE-OS 20 07 074) oder in kompakter Bauweise (DE-OS 27 42 278) ausgeführt sein. Dabei sind der Meßgasraum und der Bezugsgasraum gasmäßig voneinander getrennt. Die Sauerstoffmeßsonden können mechanisch stabil und im Falle der Kompaktbauweise auch mit kleinen Abmessungen ausgebildet werden. Durch die geringe Größe wird die Wärmekapazität gering gehalten, so daß sich die Sonde wechselnden Temperaturen sehr rasch anDassen kann. In vielen Fällen wird ein äußerst stabiles Potential der Referenzelektrode verlangt, dus sich auch über längere Betriebszeiten nicht mehr ändern soll. Diesen Anforderungen genügen die bekannten Sauerstoffmeßsonden nicht in dem gewünschten Maß.The electrochemical oxygen measuring probe defined at the beginning can either be an open tube (DE-OS 20 07 074) or in a compact design (DE-OS 27 42 278). Here are the measuring gas space and the reference gas space is separated from one another in terms of gas. The oxygen measuring probes can mechanically stable and, in the case of compact construction, can also be designed with small dimensions. Due to the low Size, the heat capacity is kept low, so that the probe temperature changes very much can quickly. In many cases one becomes extreme requires a stable potential of the reference electrode, dus should not change even over longer operating times. The known ones meet these requirements Oxygen measuring probes not to the desired extent.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß für die Potentialkonstanz der Referenzelektrode der Durchtritt von Sauerstoff durch die Phasengrenze Triiger-Festelektrolyt von entscheidender Bedeutung ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrochemische Sauerstoffmeßsonde verfügbar /u machen, bei welcher der Durchtritt von Sauerstoff durch die Phasengrenze Träger-Festelektrolytschichl begünstigt und damit die Potentialkonstanz der Referenzelektrode verbessert wird.The invention is based on the knowledge that for the constant potential of the reference electrode Passage of oxygen through the phase boundary Triiger solid electrolyte is vital. The invention is therefore based on the object of a make electrochemical oxygen measuring probe available / u, in which the passage of oxygen favored by the phase boundary between the carrier and the solid electrolyte layer and thus the constant potential of the Reference electrode is improved.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs definierten Sauerstoffmeßsonde
dadurch gelöst, daß dem Metall/Metalloxidgemisch der Referenzelektrode ein weiteres
Metall als Sauerstofiüberträger zugemischt ist.
Weiterbildungen der Erfindung sind den Untcran-Sprüchen zu entnehmen.In the case of the oxygen measuring probe defined at the outset, this object is achieved in that a further metal is added to the metal / metal oxide mixture of the reference electrode as an oxygen carrier.
Further developments of the invention can be found in the Untcran sayings.
Das dem Metall/Metalloxidgemisch zugemischte weitere Metall begünstigt den Durchtritt von Sauerstoff durch die Phasengrenze Träger-Festelektrolytschiehi. Die verbesserte Potentialkonstanz beruht auf der kaUilytischen Reduktionswirkung des Zusatzmeialls.The additional metal mixed with the metal / metal oxide mixture promotes the passage of oxygen through the phase boundary between the carrier and the solid electrolyte layer. The improved constancy of potential is based on the caUilytic Reduction effect of the additional metal.
Das Wesen der Erfindung wird nachstellend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 die Schnittansicht einer stabförmig ausgebildcten Sauerstoffmeßsonde undThe essence of the invention is explained in more detail by means of the exemplary embodiments shown schematically in the drawing. It shows
F i g. 1 shows the sectional view of a rod-shaped oxygen measuring probe and
F i g. 2 die Schnittansicht einer scheibenförmig ausgebildeten Sauerstoffmeßsonde.F i g. 2 shows the sectional view of a disk-shaped oxygen measuring probe.
Die Sauerstoffmeßsonde 1 gemäß Fig. 1 besteht in bekannter Weise aus einer Referenzelektrode 2, einer Festelektrolytschicht 3 und einer Meßelektrode 4. Die Referenzelektrode 2 ist als Metall/Metalloxid-Elektrode mit definiertem Sauerstoffpartialdruck ausgebildet. Zur Verbesserung der Potentialkonstanz der Refercnzelektrode 2 enthäh das Metall/Metalloxidsystem ein weiteres Metall, beispielsweise Silber oder ein anderes Edelmetall. Als Metall/Metalloxide sind für die ReIerenzelektrode zweckmäßig Systeme mit niedrigem Sauerstoffpartialdruck verwendet, wie beispielsweise Ni/ NiO, Ti/TiO» oder AI/AI2O3. Die Zusammensetzung ist dabei derart gewählt, daß die Referenzelektrode eine ausreichende elektrische Leitfähigkeil aufweist.The oxygen measuring probe 1 according to FIG. 1 consists in a known manner of a reference electrode 2, a Solid electrolyte layer 3 and a measuring electrode 4. The reference electrode 2 is a metal / metal oxide electrode formed with a defined oxygen partial pressure. To improve the constant potential of the reference electrode 2, the metal / metal oxide system contains a further metal, for example silver or another Precious metal. Systems with low oxygen partial pressure are expedient as metal / metal oxides for the reference electrode used, such as Ni / NiO, Ti / TiO »or Al / Al2O3. The composition is chosen so that the reference electrode a has sufficient electrical conductivity wedge.
Die Referenzelektrode 2 bildet den Träger für die Festelektrolytschicht 3. Zur Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Referenzelcktrode 2 und Festelektrolytschicht 3 ist die Rcferenzclektrode 2 als Sinterkörper aus Metall und Metalloxid mit einer Beimischung von keramischem Material, wie beispielsweise ZrO: oder AbO s, ausgebildet.The reference electrode 2 forms the carrier for the solid electrolyte layer 3. To adapt the thermal expansion coefficients of the reference electrode 2 and solid electrolyte layer 3, the reference electrode 2 is designed as a sintered body made of metal and metal oxide with an admixture of ceramic material such as ZrO: or AbO s .
Die Festelektrolytschicht 3 ist eine gasdichic Schicht aus ZrO2 mit Zusätzen aus CaO, Y2Oi, SrO oder MgO. Die Aufbringung dieser Festelektrolytschicht 3 auf die Oberfläche der Refcrenzeleklrode 2 kann beispielsweise durch Abscheiden aus der Gasphase Spullcm oder Flammspritzen erfolgen. Auf die Fesielektrolyischichi 3 ist die beispielsweise aus Platin bestehende Meßclektmde 4 aufgebracht. Em Ende der Refercnzelekirode 2 ist mit einem elektrischen Anschlußdrahl 5 verbunden. Ferner ist ein nicht zur Messung herangezogener Teil von Refercnzelektrodc 2, Fcsteleklrolytschichl 3 undThe solid electrolyte layer 3 is a gas-tight layer made of ZrO 2 with additions of CaO, Y 2 Oi, SrO or MgO. This solid electrolyte layer 3 can be applied to the surface of the reference electrode 2, for example, by deposition from the gas phase, flushing or flame spraying. The measuring element 4, which consists for example of platinum, is applied to the electrolyte electrolyte 3. The end of the reference electrode 2 is connected to an electrical connection beam 5. Furthermore, a part of reference electrode 2, cell electrolyte layer 3 and not used for measurement is shown
b5 Meßelektrode 4 von einer Abdichtung 6, beispielsweise in Form einer Glascinschmelzung, umgeben. Dieser Teil der Sonde befindet sich in einem zündkerzenförmigen metallischen Körper 7 mit Außengewinde 8, der mit derb5 measuring electrode 4 from a seal 6, for example in the form of a glass melt. This part of the probe is in the shape of a spark plug metallic body 7 with external thread 8, which with the
MeUclckirodc 4 leitend verbunden ist.MeUclckirodc 4 is conductively connected.
Bei der Sauerstoffmeßsonde 21 nach der F i g. 2 ist die Rcfercn/clektrode 22 scheibenförmig ausgebildet und mit einem elektrischen Anschlußdraht 25 versehen. Auf der dem Anschlußdraht 25 abgewandten Oberfläche der Referenzelektrode 22 ist eine scheibenförmige Fest-(.•!ektrolytschicht 23 aufgebracht, auf der schließlich eine Meßelekirode 24 angeordnet ist Die Komponenten 22, 23, 24 sind in einem zündkerzenförmigen Körper 27 mit Gewinde 28 untergebracht.In the case of the oxygen measuring probe 21 according to FIG. 2, the Rcfercn / clektrode 22 is disc-shaped and provided with an electrical connection wire 25. On the surface facing away from the connecting wire 25 Reference electrode 22 is a disk-shaped solid (. •! Electrolyte layer 23 applied, on which finally a measuring electrode 24 is arranged. The components 22, 23, 24 are housed in a spark plug-shaped body 27 with a thread 28.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
1515th
9090
3535
«0«0
9090
»5»5
•0• 0
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19843408280 DE3408280C2 (en) | 1984-03-07 | 1984-03-07 | Electrochemical oxygen measuring probe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19843408280 DE3408280C2 (en) | 1984-03-07 | 1984-03-07 | Electrochemical oxygen measuring probe |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3408280A1 DE3408280A1 (en) | 1985-09-19 |
| DE3408280C2 true DE3408280C2 (en) | 1986-03-06 |
Family
ID=6229767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19843408280 Expired DE3408280C2 (en) | 1984-03-07 | 1984-03-07 | Electrochemical oxygen measuring probe |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3408280C2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0463541B1 (en) * | 1990-06-25 | 1995-08-09 | Nisshin Steel Co., Ltd. | Zirconia oxygen sensor |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1242811A (en) * | 1969-02-19 | 1971-08-11 | Broken Hill Pty Co Ltd | Apparatus for determination of oxygen in molten metals and method of making same |
| DE2617031A1 (en) * | 1976-04-01 | 1977-11-03 | Battelle Institut E V | Electrochemical sensor for measuring fuel-air ratio - in (combustion) gas has solid electrolyte and inert and active electrodes |
| JPS5339791A (en) * | 1976-09-22 | 1978-04-11 | Nissan Motor | Oxygen sensor |
| JPS584985B2 (en) * | 1978-05-10 | 1983-01-28 | 株式会社日立製作所 | gas detection element |
-
1984
- 1984-03-07 DE DE19843408280 patent/DE3408280C2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3408280A1 (en) | 1985-09-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE3538458C2 (en) | ||
| DE2907032C2 (en) | Polarographic oxygen sensor for gases, in particular for exhaust gases from internal combustion engines | |
| DE2746381C2 (en) | Oxygen sensor | |
| DE2909452C2 (en) | Electrochemical measuring sensor for the determination of the oxygen content in gases, especially in exhaust gases | |
| DE3028274C2 (en) | Device for generating a control signal for the feedback control of the air-fuel ratio of an air-fuel mixture for an internal combustion engine | |
| DE3902484C2 (en) | Ceramic electric radiator and its use | |
| DE2718907C2 (en) | Sensor for determining the oxygen content in exhaust gases | |
| DE2854071C2 (en) | spark plug | |
| DE3907312A1 (en) | CERAMIC RESISTANCE HEATING DEVICE WITH CONNECTED HEATING DEVELOPERS AND AN ELECTROCHEMICAL ELEMENT OR ANALYZER USING SUCH A HEATING DEVICE | |
| DE112012004890T5 (en) | Electrode for gas sensor and gas sensor | |
| DE3215998C2 (en) | Probe | |
| DE2657437B2 (en) | Oxygen sensor | |
| DE4226948C2 (en) | Carbon dioxide gas detector element | |
| DE4445033A1 (en) | Method for measuring the concentration of a gas in a gas mixture and electrochemical sensor for determining the gas concentration | |
| DE2740622C3 (en) | Oxygen concentration sensor | |
| DE3417170A1 (en) | OXYGEN SENSOR WITH HEATING DEVICE | |
| EP0783689B1 (en) | Solid electrolyte sensor for measuring gaseous anhydrides | |
| EP1155311A1 (en) | Eletrochemical measuring sensor | |
| DE2429866C3 (en) | NTC thermistor | |
| DE2738882B2 (en) | Oxygen sensors and process for their manufacture | |
| EP2799858A1 (en) | Amperometric gas sensor | |
| DE10352062B4 (en) | Gas sensor element with guaranteed measurement accuracy and method for its production | |
| DE3729164A1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING AN OXYGEN CONCENTRATION | |
| DE2703390C3 (en) | Sensor for determining the air / fuel ratio of the intake mixture supplied to an internal combustion engine | |
| DE3408280C2 (en) | Electrochemical oxygen measuring probe |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |