DE3729337C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung einer Sauerstoffkonzentration gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine von der Anmelderin entwickelte Vorrichtung zur Messung einer Sauerstoffkonzentration ist in einem Prospekt der Firma CR-Box Incorporation vom März 1985 gezeigt. Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art wird eine Diffusionskammer mit Meßgas beschickt, wobei eine aus einer Sauerstoffkonzentrationszelle und einem Sauerstoffpumpteil bestehende Ermittlungseinrichtung einen Sauerstoffpumpstrom derart steuert, daß die Sauerstoffkonzentration in der Diffusionskammer konstant bleibt (z. B. WO 85/00 659). Die Größe des dazu erforderlichen Sauerstoffpumpstromes ist dabei zu der Sauerstoffkonzentration des Meßgases proportional und kann somit zur Steuerung einer den Meßort aufweisenden Anlage herangezogen werden.

Dabei kann z. B. bei einem Leck in der Meßgaszufuhr der Sauerstoffpumpstrom unverhältnismäßig stark ansteigen, so daß die das Meßgas erzeugende Anlage falsch gesteuert wird, wodurch ein in der Anlage ablaufender Prozeß gestört oder die Anlage selbst zerstört werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen einer Sauerstoffkonzentration gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß das Meßsignal stets in einem Bereich liegt, der für eine von dem Meßsignal gesteuerte Anlage die Gefahr einer Störung oder Beschädigung ausschließt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Dadurch, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung das Meßsignal vor dessen Weitergabe an die die Meßstelle umfassende Anlage überprüft, und im Falle eines fehlerhaften Meßsignales dieses durch ein bestimmtes Signal ersetzt, kann ein gefährlicher Zustand in der dem Meßort umfassenden Anlage verhindert werden, bzw. bei geeigneter Auswahl des bestimmten Signals ein in der Anlage stattfindender Prozeß in einen sicheren Zustand überführt oder abgeschaltet werden.

Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine an einer Ofenwand montierte Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2A eine Darstellung der Elemente eines Meßfühlerteils eines Sauerstoff-Fühlelements;

Fig. 2B eine Schrägansicht des zusammengebauten Meßfühlerteils;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in der Fig. 2A;

Fig. 4 eine zu Fig. 3 gleichartige Schnittdarstellung des Meßfühlerteils und ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem normalen und bei einem abnormalen Betriebszustand;

Fig. 5 eine zu Fig. 3 gleichartige Schnittdarstellung einer abgewandelten Ausführungsform des Meßfühlerteils.

Gemäß Fig. 1 ist eine Sonde 20 zur Aufnahme eines Meßgases in eine Öffnung 22 einer Wand 21 eines Gaszuges eines Verbrennungsofens eingesetzt. Die Sonde 20 ist eine Doppelrohrkonstruktion aus einem stirnseitig geschlossenen Außenrohr 23 und einem stirnseitig offenen Innenrohr 24. In einer Seitenwand des Außenrohres 23 ist eine Gaseintrittsöffnung 25 ausgebildet, die in den Gaszug und damit in das Abgas hineinragt. Das Innenrohr 24 ist im Außenrohr 23 an einer solchen Stelle angeordnet, daß eine stirnseitige Öffnung 26 des Innenrohres 24 der Gaseintrittsöffnung 25 zugewandt ist. Das stirnseitig offene Ende des Innenrohres 24 wird mit Hilfe einer Zwischen- oder Trennwand 27 im Außenrohr abgestützt, wodurch das Innenrohr 23 gegenüber dem Raum zwischen dem Innen- und dem Außenrohr abgesperrt ist. An einer der Trennwand 27 nahegelegenen Stelle, die jedoch der Basisseite (rechte Seite in Fig. 1) des Außenrohres 23 näher liegt als die Trennwand, ist eine Gasaustrittöffnung 28 vorgesehen, wodurch in der Rohranordnung ein Unterdruck gegenüber dem zu messenden Abgas vorhanden ist. Auf Grund dieser Ausbildung wird das im Gaszug strömende Abgas durch die Gaseintrittsöffnung 25 eingesogen, fließt zuerst durch den Innenraum des Innenrohres 23 und dann durch den zwischen dem Innen- sowie Außenrohr gebildeten Raum, worauf es durch die Gasaustrittsöffnung 28 ausströmt, wie die Pfeile in der Fig. 1 angeben.

Am Basisteil der Sonde 20 ist ein Gasmeßfühlerteil 29 angebracht, das aus einer mit der Sonde 20 in Verbindung stehenden Zylinderhülse 30, einem von rechts her in die Zylinderhülse 30 eingesetzten Fühlerteil 31, das in den Innenraum der Zylinderhülse hineinragt, durch eine Schraubkupplung an der Hülse befestigt und durch eine Kappe abgedeckt ist, sowie einem Keramikfilter 32 gebildet ist, das an dem der Sonde zugewandten Ende der Zylinderhülse 30 angebracht ist, um das Meßgas aus der Sonde nach einem Filtern dem Fühlerteil 31 zuzuleiten. Die Sonde 20 und das Fühlerteil 29 sind durch einen Flansch 33 gemeinsam an der Ofen- oder Gaszugwand 21 gehalten. An der Zylinderhülse 30 ist eine Prüf- oder Eichgasquelle 34 angebracht, um dem Meßfühlerteil 29 Prüfgas zuzuführen. Ein Luftloch 35, da dem Fühlerteil 31 Bezugsluft zuführt, und Leitungsdrähte 36, die das ermittelte Signal vom Fühlerteil 31 nach außen leiten, sind dem Gasmeßfühlerteil 29 zugeordnet.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2A, 2B und 3 wird nachfolgend ein Sauerstoff-Fühlelement S für die erfindungsgemäße Sauerstoffkonzentration-Meßvorrichtung erläutert. Die tatsächlichen Abmessungen dieses Fühlelements S betragen etwa 5 mm in der Breite, etwa 1,5 mm in der Dicke und etwa 30-60 mm in der Länge.

Am oberen Teil dieses Sauerstoff-Fühlelements S ist ein Sauerstoffpumpteil P vorgesehen, das einen Festkörper-Elektrolyt 40 und eine obere Pumpelektrode 41 sowie eine untere Pumpelektrode 42 umfaßt, die auf der oberen und unteren Seite des Festkörper-Elektrolyts 40 angebracht sind. Auf der oberen Fläche des Sauerstoffpumpteils P ist ein oberes Heizelement H1 vorgesehen, das den Außenumfang der oberen Pumpelektrode 41 umgibt.

In zum Pumpteil P ähnlicher Weise ist eine Sauerstoffkonzentrationszelle B vorgesehen. Diese Konzentrationszelle B 44 und eine Bezugselektrode 45, wobei die beiden Elektroden an der oberen bzw. unteren Fläche des Festkörper-Elektrolyts 43 angeordnet sind.

Zwischen das Sauerstoffpumpteil P und die Sauerstoffkonzentrationszelle B ist ein aus einem Isoliermaterial gebildeter Abstandshalter 47 (47a, 47b) mit einer bestimmten Stärke eingefügt, um eine Diffusionskammer 46 in Form eines schmalen, flachen Raumes zu bilden, in den das Meßgas mit einem vorbestimmten Diffusionswiderstand eingeführt wird. In der Mitte dieser Diffusionskammer 46 im Sauerstoffpumpteil P ist eine Gaseinführöffnung 48 (48a, 48b, 48c, 48d) vorgesehen, um die Diffusionskammer 46 mit dem Außenraum, beispielsweise der Meßstelle, in der das Meßgas vorhanden ist, zu verbinden. Demzufolge wird das Meßgas durch die Gaseinführöffnung 48 eingebracht und unter einem bestimmten Diffusionswiderstand in die Diffusionskammer 46 diffundiert, so daß es mit der an der unteren Seite des Sauerstoffpumpteils P angeordneten Pumpelektrode in Berührung kommt. Ferner kommt das Gas auch mit der Meßelektrode 44 der Sauerstoffkonzentrationszelle B an der der unteren Pumpelektrode 42 nahegelegenen Stelle in Berührung.

Unterhalb der Sauerstoffkonzentrationszelle B sind eine Abstandslage 49 aus einem Festkörper-Elektrolyt und ein Festkörper-Elektrolyt 50 in dieser Reihenfolge vorgesehen. Hierdurch wird ein Luftkanal 51 gebildet, in dem die Bezugselektrode 45 freiliegt. Dieser Luftkanal 51 steht am Basisteil des Sauerstoff-Fühlelements S mit der Außenatmosphäre in Verbindung. Die Bezugsluft, in diesem Fall die Atmosphärenluft, wird in das Fühlelement durch diesen Luftkanal 51 eingeführt und kommt mit der Bezugselektrode 45 in Berührung.

Im Luftkanal 51 ist an einer Stelle unterhalb der unteren Fläche des Festkörper-Elektrolyts 43 und nahe der beiden äußeren Teile der Bezugselektrode 45 ein Temperaturfühler T (s. Fig. 3) vorgesehen.

Noch weiter unten ist ein unteres Heizelement H2 vorhanden, wobei durch dieses Heizelement H2 zusammen mit dem oberen Heizelement H1, die beidseits des Sauerstoffpumpteils P sowie der Sauerstoffkonzentrationszelle B angeordnet sind, die beiden Teile P und B von beiden Seiten her in Sandwichart auf eine vorbestimmte Temperatur (z. B. über 600°C) aufgeheizt werden können.

Die Festkörper-Elektrolyte 40, 43, 50 und die Abstandslage 49 bestehen aus einer stabilisierten oder teilweise stabilisierten Zirkondioxidkeramik, die bei hoher Temperatur eine Sauerstoffionenleitfähigkeit besitzt. Diese stabilisierte oder teilweise stabilisierte Zirkondioxidkeramik kann erhalten werden, indem eine feste Lösung von Zirkonoxid mit Yttriumoxid oder Kalziumoxid usw. gebildet wird. Jede der Elektroden 41, 42, 44 und 45 ist beispielsweise aus einem porösen Platin gefertigt. Von diesen Elektroden 41, 42, 44 und 45 sind die mit dem Meßgas in Berührung kommende obere Pumpelektrode 41, die untere Pumpelektrode 42 und die Meßelektrode 44 mit einer porösen Keramikschicht 52, 53, 54 bespielsweise aus Aluminiumoxid in einem laminierten Aufbau ausgebildet. Das Meßgas kommt mit den Elektroden 41, 42 und 44 jeweils durch diese porösen Keramikschichten 52, 53 und 54 in Berührung.

Die Heizelemente H1 und H2 werden von Heizteilen 55 und 56 gebildet, die mit porösen Lagen 57 (57a, 57b) und 58 (58a, 58b) abgedeckt sind, welche jeweils aus elektrisch isolierenden Aluminiumoxid o. dgl. bestehen. Über diesen porösen Lagen 57 und 58 sind jeweils luftdichte Lagen 59 und 60 ausgebildet, die aus einem Festkörper-Elektrolyt, wie z. B. Zirkondioxid, gefertigt sind. Dadurch können die beiden Heizteile 55 und 56 gegenüber dem Meßgas abgesondert oder isoliert werden. Die Heizteile 55 und 56 können beispielsweise durch einen Druckvorgang unter Verwendung einer Paste, deren Hauptanteil ein Gemisch aus Aluminiumoxid- und Platinpulver ist, oder durch Aufbringen einer Mischkeramik-Dünnschicht auf der Unterlage gebildet werden.

Der Temperaturfühler T wird unter Verwendung eines Widerstandskörpers mit einem positiven oder negativen Temperaturkoeffizieten gebildet, so daß der Wert des elektrischen Widerstand bei einer Temperaturänderung in hohem Maß verändert wird. Ein Temperaturfühlelement 61 ist in eine elektrisch isolierende und poröse Hülle 62 aus Aluminiumoxid o. dgl. eingebettet, so daß das Fühlelement 61 gegenüber dem umgebenden Festkörper-Elektrolyt 43 und der Abstandslage 49 elektrisch isoliert ist. Der Widerstandskörper dieses Temperaturfühlelements 61 wird in Laminat-Drucktechnik hergestellt, wobei eine Paste verwendet wird, deren Hauptgehalt entweder aus Zirkondioxidpulver, Aluminiumoxid o. dgl. und Platinpulver oder aus einem keramischen Pulver einer Keramik, von Zirkondioxid, Aluminiumoxid usw. und Platinpulver unter Zugabe von etwa 0,1-0,5% Titanoxid oder aus einem Keramikpulver, wie Cermet, Zirkondioxid oder Aluminiumoxid usw. unter Zugabe von Oxiden von Mangan, Kobalt, Nickel usw. besteht. Alternativ hierzu kann eine Paste mit einem hohen Temperaturkoeffizient, wie beispielsweise Cermet, verwendet werden. Der Körper kann desweiteren auch durch Anordnung einer Mischkeramik-Dünnschicht o. dgl. erhalten werden oder beispielsweise aus einem Zirkondioxid-Porzellan, einem Platindraht oder einer Platin-Dünnschicht gebildet sein. Zur Fertigung des Laminatdrucks eines solchen Platindrahtes oder einer Platin-Dünnschicht können die bekannten Techniken der (chemischen) Dampfabscheidung oder des Aufsprühens Verwendung finden. Um die laminierte gedruckte Schaltung des Thermoelementkörpers zu bilden, kann anstelle eines Widerstandskörpers für das Temperaturfühlelement 61 eine Kombination von verschiedenen Arten von Metallen, Pasten oder Mischkeramiken verwendet werden.

Das Sauerstoffpumpteil P, die Sauerstoffkonzentrationszelle B, die Heizelemente H1 und H2, der Temperaturfühler T und der Abstandshalter 47 werden geschichtet, um einen schmalen, plattenförmigen, länglichen Körper zu bilden, der dann zur Fertigung eines unitären Bauteils gesindert wird. Die Fig. 2B zeigt ein gedrucktes elektrisches Anschlußteil M für die Pumpelektroden 41, 42, die Meßelektrode 44, die Bezugselektrode 45, die Heizteile 55, 56 und für den Temperaturfühler T.

Wen die Sauerstoffkonzentration gemessen wird, dann werden das Sauerstoff-Fühlelement S - genauer das Sauerstoffpumpteil P und die Sauerstoffkonzentrationszelle B - auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten, während die tatsächliche, vom Temperaturfühlelement 61 des Temperaturfühlers T ermittelte Temperatur überwacht wird, indem ein Heizstrom durch die Heizteile 55, 56 der Heizelemente H1, H2 geführt wird. In einem Zustand, wenn das Sauerstoffpumpteil P und die Konzentrationszelle B auf einer vorbestimmten Temperatur, z. B. 600°C, gehalten werden oder wenn die vorbestimmte Temperatur erreicht wird, kann der Meßvorgang begonnen werden. In einer praktischen Ausführungsform des Sauerstoff-Fühlelements S dauert es etwa 3 min vom Beginn der Zufuhr des Heizstroms, um die vorbestimmte Temperatur zu erreichen. Der Energieverbrauch beträgt etwa 8 W.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 wird nachfolgend das Prinzip der Sauerstoffkonzentrationsmessung unter Verwendung des Fühlelements S erläutert, worauf auf die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingegangen wird, wenn ein abnormaler Zustand in dem vom Fühlelement S abgeleiteten Ausgangssignal eingetreten ist.

Mittels eines Vergleichs des in die Diffusionskammer 46 durch die Gaseintrittsöffnung 48 des Sauerstoffpumpteils P diffundierten Meßgases mit der Bezugluft in der Atmosphäre mit Hilfe der Sauerstoffkonzentrationszelle B wird zwischen der Meßelektrode 44 und der Bezugselektrode 45 eine dem Verhältnis des Sauerstoffpartialdrucks entsprechende elektromotorische Kraft E erzeugt. Diese erzeugte elektromotorische Kraft E wird mit einer Vergleichsspannung V_f (erzeugte elektromotorische Kraft entsprechend dem Luftverhältnis m=1) verglichen. Eine Differenzspannung (E-V_f) zwischen diesen beiden potentialen wird an einem Pumpstromregler 63 für den Sauerstoffpumpstrom Ip gelegt.

Der Pumpstromregler 63 regelt den Sauerstoffpumpstrom Ip entsprechend der Differenzspannung (E-V_f) in der folgenden Weise:

• (i) Im Fall von E < V_f
  Durch die Regelung des Sauerstoffpumpstroms Ip zieht das Sauerstoffpumpteil P den Sauerstoff in der Diffusionskammer 46 auswärts, wie dies in Fig. 4 durch die ausgezogene Linie dargestellt ist.
• (ii) Im Fall von E < V_f
  Durch die Regelung des Sauerstoffpumpstroms Ip injiziert das Sauerstoffpumpteil P den Sauerstoff in die Diffusionskammer durch die Elektrolysezerlegung des Kohlendioxid-(CO₂-) und des Wasser-(H₂O-)Gehalts im Meßgas, wie dies in Fig. 4 durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. In der Diffusionskammer 46 läuft folgende Reaktion ab: H₂O + ½O₂ → H₂O, CO₂ + ½O₂ → CO₂Durch diese Regelung wird die Sauerstoffkonzentration in der Diffusionskammer auf einen vorbestimmten Wert geregelt.

Das Einstellen dieses vorbestimmten Werts der Sauerstoffkonzentration wird so vorgenommen, daß die Sauerstoffkonzentration in der Diffusionskammer 46 auf einen Wert gebracht wird, der dem Luftverhältnis m=1 entspricht, wobei die Sauerstoffkonzentration so gut wie 0% erlangt.

Jedes Sauerstoffmolekül, Kohlendioxidmolekül, Wasserstoffmolekül im Meßgas hat einen von dem von Stickstoff verschiedenen Diffusionskoeffizienten, so daß der Sauerstoffpumpstrom Ip durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:

Ip = K₁P₀₂ - K₂P_CO - K₃PH₂

mit
K₁: Koeffizient im Verhältnis zur Diffusion eines Sauerstoffmoleküls;
K₂: Koeffizient im Verhältnis zur Diffusion eines Kohlenmonoxids;
K₃: Koeffizient im Verhältnis zur Diffusion von Wasserstoff;
P: jeweiliger Partialdruck eines Sauerstoffmoleküls, Kohlenmonoxidmoleküls und Wasserstoffmoleküls.

Da die Konzentration der Kohlenmonoxidmoleküle und der Wasserstoffmoleküle jeweils 0% ist, wenn sich das Meßgas im oxidierenden Bereich befindet, ergibt sich:

Ip= K₁ · P₀₂

Da die Konzentration der Sauerstoffmoleküle 0% ist, wenn sich das Meßgas im reduzierenden Bereich befindet, ergibt sich:

Ip = -(K₂P_CO + K₃P_H2)

Bei einer Zusammenfassung des oben erläuterten Prinzips der Messung der Sauerstoffkonzentration ergibt sich, daß die Messung der Sauerstoffkonzentration ausgeführt wird, indem der Sauerstoffpumpstrom Ip derart geregelt wird, daß die Sauerstoffmolekülkonzentration in der Diffusionskammer 46 zu 0% (Luftverhältnis m=1) wird, wobei durch einen Bezugswiderstand (r_r) der Sauerstoffpumpstrom Ip gemessen wird.

Dadurch kann die Sauerstoff-Überschußkonzentration im oxidierenden Bereich und die Sauerstoff-Mangelkonzentration im reduzierenden Bereich durch ein einziges Signal ausgedrückt werden. Das trägt in hohem Maß zur Ausbildung eines Steuersystems für eine atmosphärische Steuerung eines sowohl im oxidierenden wie auch im reduzierenden Bereich arbeitenden Industrieofens bei.

Nachfolgend wird ein Fall erläutert, bei dem ein regelwidriger Zustand in dem von dem oben erwähnten Sauerstoff-Fühlelement S abgeleiteten Signal aufgetreten ist.

Wenn das Sauerstoff-Fühlelement S fehlerfrei arbeitet, d. h., wenn in der Sauerstoffkonzentrationszelle B und im Sauerstoffpumpteil P kein Fehler bzw. kein Bruch vorhanden ist und wenn kein Leitungsbruch in den Leitungsdrähten 36 vorliegt, so nimmt die in der Sauerstoffkonzentrationszelle B erzeugte elektromotorische Kraft an dem Punkt a in der in der Fig. 4 gezeigten Schaltung einen Spannungswert zwischen 300 mV und 500 mV an.

Liegt dagegen ein Fehler, wie z. B. ein Bruch in der Sauerstoffkonzentrationszelle B und/oder in dem Sauerstoffpumpteil P oder z. B. in den Leitungsdrähten 36 vor, so tritt einer der folgenden Spannungswerte an dem Punkt a auf:

• 1) Wenn eine Störung oder ein Bruch in der Konzentrationszelle B oder eine offene Verbindung in der von der Konzentrationszelle B oder eine offene Verbindung in der von der Konzentrationszelle B wegführenden Leitung vorliegt, so treten wegen dem an Erde liegenden Widerstand R an dem Punkt a 0mV auf.
• 2) Wenn weder eine Störung noch ein Bruch in der Konzentrationszelle B und auch keine offene Verbindung in der von dieser Zelle B wegführenden Leitung vorliegt, so ist ein Funktionsfehler oder ein Bruch im Sauerstoffpumpteil P oder eine offene Verbindung in den von dem Pumpteil P wegführenden Leitungsdrähten aufgetreten, wobei
  • a) wenn das Meßgas aus einer Verbrennung mit dem Luftverhältnis m <1 herrührt, eine Spannung unterhalb von 200 mV an dem Punkt a auftritt, und
  • b) wenn das Meßgas aus einer Verbrennung mit dem Luftverhältnis m<1 herrührt, eine Spannung oberhalb von 600 mV an dem Punkt a auftritt.

Demzufolge wird der Spannungswert an dem Punkt a ständig mit dem im Normalzustand der Vorrichtung zwischen 200 mV und 600 mV liegenden Spannungswert durch einen im wesentlichen aus einer Vergleichsschaltung bestehenden Abnormaldetektor 66 verglichen. Wenn der Spannungswert an dem Punkt a außerhalb dem Intervall zwischen 200 mV und 600 mV liegt, was bedeutet, daß ein Fehler eingetreten ist, so erregt der Abnormaldetektor 66 eine erste Schaltervorrichtung bzw. ein erstes Relais Ry1, um den Sauerstoffpumpstrom Ip zu unterbrechen, und eine zweite Schaltervorrichtung bzw. Relais Ry2, um dem Ausgangswandler 65 bzw. dem Steuersystem ein Notsignal Q mit einem vorbestimmten Wert zuzuführen. Ferner erregt der Abnormaldetektor 66 einen Alarmkreis 67 zur Abgabe eines Alarmsignals. Das oben genannte Notsignal Q wird als ein Spannungssignalwert festgesetzt, der durch ein Verbrennungssteuersystem im Brennraum einen Überschußluft-Verbrennungszustand hervorruft und möglicherweise schließlich die Verbrennung zum Erlöschen bringt. Dieser Spannungssignalwert kann durch einen in eine mit einem Kontakt des zweiten Relais Ry2 verbundene Steuerschaltung eingegliederten Regelwiderstand VR frei verändert werden.

Da, wie vorstehend erläutert wurde, der Sauerstoffpumpstrom Ip unterbrochen wird, wenn ein regelwidriger oder abnormaler Zustand ermittelt wird, kann der Ausfall des Sauerstoffpumpteils P selbst, bei dem ein außergewöhnlich hoher Sauerstoffpumpstrom Ip auftritt, verhindert werden. Ferner wird durch die oben erläuterte Umschaltung auf das Notsignal Q eine Explosionsgefahr durch eine Verbrennung in einem Zustand mit Brennstoffüberschuß mit Sicherheit verhindert und das gesamte Verbrennungssystem in einen sicheren Verbrennungsbereich unter Sauerstoff-Überschußbedingung überführt.

Unter Bezug auf die Fig. 5 wird eine abgewandelte Ausführungsform des Sauerstoff-Fühlelements S erläutert, wobei aus der vorherigen Ausführungsform bekannte Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind und nicht nochmals erläutert werden.

Diese Ausführungsform ist mit der Ausnahme mit der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform identisch, daß das obere Heizelement H1 und der Temperaturfühler T weggelassen sind. Bei dieser Ausführungsform wird die Temperatur des Sauerstoff-Fühlelements S unter Ausnutzung der Änderung im Widerstandswert des Heizteils 56 des unteren Heizelements H2 ermittelt und so die Temperaturregelung bewirkt. In allen anderen Einzelheiten besteht Identität zur vorher erläuterten Ausführungsform.

Bei einer Ermittlung eines regelwidrigen Zustands bzw. bei Erzeugung des Notsignales wird das zu steuernde Verbrennungssystem oder Objekt selbsttätig in einem sicheren Zustand überführt, so daß ein sicherer Betrieb des Steuersystems auf diese Weise gewährleistet wird.

Dies wird durch eine Vorrichtung zur Messung einer Sauerstoffkonzentration erreicht, die ein Meßfühlerteil mit einer Sauerstoffkonzentrationszelle und einem Sauerstoffpumpteil umfaßt. Der Zustand der Meßvorrichtung wird unter Verwendung einer von der Sauerstoffkonzentrationszelle abgeleiteten elektromotorischen Kraft überwacht. Ein regelwidriger Zustand wird durch das Ausgangssignal, das entweder einen ersten Schwellenwert überschreitet oder unter einem zweiten Schwellenwert ist, ermittelt. Die Vorrichtung ist derart ausgelegt, daß ein Notsignal geliefert wird, um einem gefährlichen Betriebszustand einer zu überwachenden Anlage entgegenzuwirken, wobei z. B. die Verbrennung eines Ofens in einen sicheren Zustand überführt wird.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Messen einer Sauerstoffkonzentration mit einer Diffusionskammer (46), die mit einem Meßgas durch Diffusion gefüllt ist, mit einem Ermittlungsteil (S, 31), das eine Sauerstoffkonzentrationszelle (B) sowie ein Sauerstoffpumpteil (P), die die Diffusionskammer (46) umschließen, umfaßt, wobei ein Sauerstoffpumpstrom (Ip) des Sauerstoffpumpteils (P) durch ein von dem Ermittlungsteil (S, 31) abgeleitetes und aus einer elektromotorischen Kraft (E) in der Sauerstoffkonzentrationszelle (B) erhaltenes Ausgangssignal so gesteuert wird, daß die Sauerstoffmolekülkonzentration in der Diffusionskammer (46) auf einen vorbestimmten Konzentrationswert eingestellt und ein zum Sauerstoffpumpstrom (Ip) proportionales sowie die Sauerstoffkonzentration des Meßgases wiedergebendes Signal einem Steuersystem (65) zugeführt wird, das die Erzeugung des Meßgases steuert, gekennzeichnet durch
einen Detektor (66), der einen möglichen abnormalen Zustand im Ausgangssignal des Ermittlungsteils (S, 31) feststellt, woraufhin
eine erste Schalteinrichtung (Ry1) den Sauerstoffpumpstrom (Ip) unterbricht und
eine zweite Schalteinrichtung (Ry2) das die Sauerstoffkonzentration wiedergebende, dem Steuersystem (65) zugeführte Signal in ein Notsignal (Q) umschaltet.

2. Vorrichtung zur Messung einer Sauerstoffkonzentration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Notsignal (Q) als ein vorbestimmter Spannungssignalwert festgelegt ist.

3. Vorrichtung zur Messung einer Sauerstoffkonzentration nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungssignalwert frei veränderbar ist.

4. Vorrichtung zur Messung einer Sauerstoffkonzentration nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (66) bei Feststellen eines abnormalen Zustands einen Alarmkreis (67) zur Abgabe eines Alarmsignals erregt.