DE4115690A1 - Verfahren und einrichtung zur ermittlung ausgewaehlter zeitpunkte im verlauf regelmaessiger aenderungen der sauerstoffkonzentration in stroemenden medien - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur ermittlung ausgewaehlter zeitpunkte im verlauf regelmaessiger aenderungen der sauerstoffkonzentration in stroemenden medienInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur
Ermittlung ausgewählter Zeitpunkte im Verlauf regelmäßiger
Änderungen der Sauerstoffkonzentration in strömenden Medien
unter Verwendung einer galvanischen Zelle mit zwei Elektroden
ohne trennende Wand dazwischen auf einem oxidionenleitenden
Festkörper ohne oder mit Einsatz katalytisch wirkender Stoffe
und ohne oder mit elektrischer Heizung. Es handelt sich um
das Verfahren für einen Sensor, mit dem man insbesondere solche
regelmäßigen Änderungen der Sauerstoffkonzentration verfolgen
kann, wie sie im Abgasstrom von Kraftfahrzeugen bei
geregeltem Wechsel des Luft/Kraftstoff-Mischungsverhältnisses
auftreten. Ihr Einsatz ist also anstelle der bisher verwendeten
Lambdasonden in Erwägung zu ziehen.
Zur Zeit wird zur Senkung der Schadstoffemission von Kraftfahrzeugen
mit dem sogenannten Dreiwegekatalysator die Regelung
des Luft/Kraftstoff-Gemischs ganz überwiegend mit potentiometrischen
Lambdasonden vorgenommen, die im wesentlichen
eine galvanische Zelle mit gasdichtem partiell stabilisiertem
Zirconiumdioxid als oxidionenleitenden Festelektrolyten,
eine Luftbezugselektrode und, davon räumlich hermetisch abgetrennt,
eine Meßelektrode unter Schutzvorrichtungen im Kraftfahrzeugabgas
enthalten. Infolge der Fabrikation in sehr großer
Stückzahl ist der Preis nicht hoch, aber aufgrund des angewendeten
Verfahrens auch nicht mehr wesentlich senkbar.
Nachteilig ist überdies, daß die kommerziellen Lambdasonden
entsprechend ihrem nicht unterschreitbaren Mindestdurchmesser
mit starkwandiger Fassung im Abgasrohr montiert sind, sich
dadurch nach dem Start des Kraftfahrzeugs im heißen Abgas nur
langsam auf die Betriebstemperatur erwärmen und deshalb zur
rascheren Ingangsetzung sowie zur Kompensation von Kühlungseffekten
einer inneren elektrischen Heizung bedürfen. Preis
sowie thermische und physikalisch-chemische Eigenschaften erschweren
den Einsatz nahe hinter jedem einzelnen Zylinder des
Motors, um eine noch feinere Regelung der Gemischzuführungen
zu erreichen.
Als Detektor für die Gaschromatographie war eine galvanische
Festelektrolytzelle mit Bezugselektrode vorgeschlagen worden
(DD-PS 37 801), an deren Meßelektrode die Sauerstoffkonzentration
in einem inerten Trägergasstrom mit kleinem Sauerstoffpartialdruck
entsprechend den regelmäßig geformten Peaks insbesondere
organisch-chemischer Stoffe nach Durchlaufen einer
Trennsäule variiert. An solchen Detektoren wie auch an den
bisher üblichen potentiometrischen Lambdasonden werden aktuelle
Sauerstoffpartialdrücke meßbar, deren mehr oder weniger
rasche Änderung aus Registrierkurven der elektrischen Spannung
über der Zeit ableitbar ist. Als Signal für die Umschaltung
von Kraftstoff- auf Luftüberschuß und umgekehrt wird im
Fall der Regelung von Benzinmotoren das Überschreiten bzw.
Unterschreiten einer bestimmten Signalschwelle benutzt.
Rasche aber völlig unregelmäßige Schwankungen des Sauerstoffpartialdrucks
treten in den verschiedenen Zonen von
Flammen auf. Zur Messung aktueller Sauerstoffpartialdrücke
u. a. in Flammen wurde eine sich in der Flamme aufheizende
Festelektrolytzelle mit Luftbezugselektrode vorgeschlagen
(DD-PS 48 722). Für die Ermittlung örtlicher Turbulenzparameter
in heißen Gasströmungen, beispielsweise in Industrieflammen,
wurden ebenfalls galvanische Festelektrolytzellen vorgeschlagen
(DD-PS 2 10 759), wobei zeitliche Schwankungen von Zusammensetzungsgrößen
an einem Meßort über die Zellspannung
zwischen Meßelektroden und einer Bezugselektrode und zeitliche
Schwankungen von Unterschieden dieser Größen zwischen
zwei oder mehr Meßorten über die Zellspannung zwischen Elektroden
an den jeweiligen Meßorten, auf die das Meßgas direkt
auftritt und die daher zur Richtung des Meßgasstroms senkrecht
übereinander angeordnet sind, erfaßt werden.
Auch in anderem Zusammenhang wurde bereits vorgeschlagen,
zwei Elektroden auf oxidionenleitendem Festelektrolyten ohne
dichte Trennwand zwischen den Elektrodenräumen demselben Meßgasstrom
auszusetzen. Die betreffenden Elektroden sollen aus
katalytisch unterschiedlich wirkendem Material, z. B. aus Pt
und Au, bestehen und infolge ihrer unterschiedlichen Wirkung
auf Nichtgleichgewichtszustände das Luft/Brennstoff-Verhältnis
in Kraftfahrzeugabgasen anzeigen (DOS 25 47 683) oder die
Kontrolle ammoniakhaltiger Gase ermöglichen (DD-PS 2 22 415 A1
und 2 22 416 A1). Vor allem aufgrund des Alterungsverhaltens
der Festelektrolyt-Gaselektroden erhält man auf dieser Basis
keine technisch langzeitig brauchbaren Sensoren.
Um weitere Fortschritte bei der Senkung der Schadstoffemission
von Kraftfahrzeugen zu erzielen, werden Sensoren für die
schnelle Regelung des Luft/Kraftstoff-Mischungsverhältnisses
benötigt, die zuverlässig und billiger sowie noch leistungsfähiger
als die bisher dafür bekannten Mittel sind.
Die technische Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine
einfache Einrichtung anzugeben, womit sich Zeitpunkte im
Verlauf regelmäßiger schneller Änderungen der Sauerstoffkonzentration
in strömenden Medien mit galvanischen Festelektrolytzellen,
die ohne Bezugselektrode arbeiten und die
durch das strömende Medium selbst rasch ohne Schäden erhitzbar
sind, ermitteln lassen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem aufeinanderfolgende
Volumenteile des strömenden Mediums erst über
die eine und dann über die andere Elektrode auf einem oxidionenleitenden
Festkörper geleitet und die zwischen den beiden
Elektroden auftretende elektrische Spannung als primäres
Signal gemessen und ausgewertet wird, wobei im Falle mehrfacher
Schwankungen dieses Signals in Zeiten, die klein gegen
die Zeit für einen Regelzyklus sind, durch Integration der
Spannung über eine Zeit, die kleiner als die für einen Regelzyklus
ist, eine sekundäre Signalgröße gebildet wird und
wobei unter Berücksichtigung des Durchmischungs- und Reaktionszustands
des strömenden Mediums am Ort der galvanischen
Zelle mit dem Erreichen direkt eines Schwellenwerts oder des
Maximalwerts des primären Signals oder indirekt eines
Schwellenwerts oder des Maximalwerts der sekundären Signalgröße
der Zeitpunkt für die Auslösung eines Regelvorgangs
ausgewählt wird.
Zur Realisierung dieses Verfahrens dient eine Einrichtung,
in der eine galvanische Zelle, deren Wärmekapazität mit
einer Dicke unter 4 mm klein gehalten ist, mit ihren beiden
Elektroden auf einem temperaturwechselbeständigen oxidionenleitenden
Festkörper innerhalb oder am Rand des Gefäßes, das
das strömende Medium leitet, durch Halter, deren Wärmeleitfähigkeit
mit Dicken unter 4 mm klein gehalten ist, in einer
Richtung positioniert ist, in der hintereinanderfolgende Volumenteile
des strömenden Mediums erst die eine und dann die
andere Elektrode umgeben.
Die galvanische Zelle ist mit einem porösen oder gasdichten
oxidionenleitenden Festkörper, der stiftförmig oder rohrförmig
ausgebildet ist und jeweils im Bereich der beiden Enden
die Elektroden trägt, gestaltet. Auch kann die in der Strömung
hinten liegende Elektrode in einem dem Meßgas zugänglichen
Hohlraum des oxidionenleitenden Festkörpers angebracht
sein. Die Einrichtung enthält elektrische Leitungen an den
Elektroden, die senkrecht zur Strömungsrichtung an einem geraden
Stück des Gefäßes oder mehr oder weniger genau parallel
zur Strömungsrichtung an einer Krümmung des Gefäßes mit
dem strömenden Medium durch die Gefäßwand verlegt sein. Die
Einrichtung kann in einem Nebenstrom der Hauptströmung, dessen
Leitung ins Freie oder in den Hauptstrom zurück (Bypaß)
führt, angeordnet sein.
Die Elektroden können mit Schichten aus Edelmetall, insbesondere
Platin und seinen Legierungen, auf dem oxidionenleitenden
Festkörper gestaltet und mit Drähten aus hitzebeständigen
Metallen wie Platin, Nickel, Chrom oder deren Legierungen
kontaktiert sein. Sie können aber auch ohne besondere
Schichten aus den Kontakten des porösen oder dichten oxidionenleitenden
Festkörpers mit bloßen aufgelegten oder mit
Hilfe poröser leitfähiger Massen eingesinterten Drähten aus
hitzebeständigen Metallen bestehen und damit völlig edelmetallfrei
gestaltet sein.
Die Elektroden der Einrichtung können mit porösen, vor mechanischen
Einwirkungen, Korrosionen und Ablagerungen schützenden
Schichten bedeckt sein. Dabei kann die Deckschicht
der in der Strömung hinteren Elektrode geringere Gasdurchlässigkeit
als diejenige der vorderen Elektrode aufweisen.
Auch kann bloß die hintere Elektrode mit einer die Einwirkung
wechselnder Gasphasen verlangsamenden Deckschicht versehen
sein. Weiterhin kann das Material für die Deckschichten
Stoffe enthalten oder ganz aus Stoffen bestehen, die
Verbrennungsprozesse im auftreffenden Medium katalysieren.
Eine besondere Ausführungsform der Einrichtung besteht darin,
daß die galvanische Zelle mit einem gasdichten oxidionenleitenden
rohrförmigen Festkörper, die erste Elektrode
mit einem Metalldraht, der axial in eine oxidionen-, gemischt-
oder elektronenleitende, Verbrennungsprozesse katalysierende
poröse Masse eingesintert ist, und die zweite
Elektrode im Bereich des anderen Endes des Rohrs mit den
gleichen Mitteln wie die erste hergestellt ist, wobei die
verbleibenden Räume in dem Rohr mit elektrisch isolierenden
keramischen Pulverteilchen gefüllt sind.
Mechanisch vorteilhaft ist die Einrichtung auf der einen
Seite des oxidionenleitenden Festkörpers in einem starren
metallischen, die hintere Elektrode bildenden oder kontaktierenden
und als Ableitung des Elektrodenpotentials auf
Masse dienenden Halters befestigt. Die Leitung zu der vorderen
Elektrode kann im Fall der Verwendung eines rohrförmigen
oxidionenleitenden Festkörpers durch dessen Innenraum und
elektrisch isoliert von der hinteren Elektrode durch den
Halter verlegt sein.
Zur Beschleunigung von Verbrennungsprozessen ist die Oberfläche
des porösen oder dichten oxidionenleitenden Festkörpers
im Bereich zwischen den Elektroden mit einer dünnen
elektrisch nichtleitenden Schicht mit Verbrennungsprozesse
katalysierenden Teilchen versehen.
In Strömungen mit Turbulenzen und unabgeschlossenen Verbrennungsprozesses
wirkt es vorteilhaft, wenn der Sensor hinter
einer das strömende Medium kanalisierenden und auf der Oberfläche
mit Katalysatorteilchen bedeckten Vorrichtung angeordnet
ist.
Wenn in einem über den beschriebenen Sensor strömenden Gas
ein Wechsel von Kraftstoff- auf Luftüberschuß stattfindet,
so wird die vordere Elektrode positiv gegenüber der hinteren.
Bei scharfem Wechsel kann das Elektrodenpotential vorn zeitweilig
500 bis 700 mV größer sein als hinten. Beim Wechsel
in der anderen Richtung ist das Auftreten eines entsprechenden
negativen Elektrodenpotentials zu erwarten. Allerdings
sind die Gasströmungsgeschwindigkeiten in Abgasanlagen von
Kraftfahrzeugen sehr groß (je nach Kraftstoffverbrauch, Abgasrohrdurchmesser
und -temperatur etwa 30 bis 70 m/s), so
daß vor Erreichen der maximalen Potentialänderung an der vorderen
Elektrode bereits die Änderung an der hinteren Elektrode
einsetzt, also die bei scharfem Wechsel und langsamem
Gasstrom mögliche maximale Spannung zwischen den Elektroden
nicht erreicht wird. Würden die Potentialänderungen beim Umschalten
zwischen fett und mager und umgekehrt an den beiden
Elektroden linear verlaufen, so läge die Potentialdifferenz
in der Größenordnung von 2 bis 5 mV mit Vorzeichenwechsel
bei der jeweiligen Umkehrung. Aufgrund der logarithmischen
Beziehung zwischen Sauerstoffpartialdruck im Abgas und Elektrodenpotential
liegen tatsächlich höhere Peaks abwechselnd
im positiven und negativen Bereich vor, deren Spitzen die
Äquivalenzpunkte von Kraftstoff und Luft markieren und zwischen
denen die Spannung bei Null liegt, wenn der Motor periodisch
abwechselnd magere und fette Laufphasen aufweist.
Dabei spielen erwartungsgemäß der Abstand zwischen den Elektroden
sowie der Einbauort in der Abgasleitung und die dort
herrschende Temperatur eine Rolle. Einfluß auf die Form der
Spannungskurven kann man nehmen, indem man mit Schichten und
speziellen Anordnungen dafür sorgt, daß das strömende Gas
verzögert an die hintere Elektrode gelangt.
Die Gleichförmigkeit der Änderungen der Sensorspannung wird
gestört, wenn das Abgas nicht gut durchmischt ist und große
nicht umgesetzte Brennstoffanteile enthält. Durch Leiteinrichtungen
vor dem Sensor oder innerhalb des Sensors sowie
durch Katalysatoren für Verbrennungsprozesse wird die Gleichförmigkeit
gefördert. Bei abnormen Schwankungen ist das Verfahren
der Integration der Sensorspannung über der Zeit anzuwenden,
um für die Umschaltungen der Luft/Kraftstoff-Gemische
geeignete Signale zu erhalten.
Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen erläutert
werden. Die Sensoren zur Ermittlung ausgewählter
Zeitpunkte im Verlauf regelmäßiger Änderungen der Sauerstoffkonzentration
in strömenden Medien können in vielen unterschiedlichen
Formen hergestellt werden. Zehn Ausführungsformen
solcher Sensoren zeigen die nachfolgenden Zeichnungen:
Fig. 1 Sensor mit Drahtkontaktelektroden auf stiftförmigem
oxidionenleitenden Festkörper (im folgenden kurz
Festelektrolyt genannt).
Fig. 2 Sensor mit einer Drahtkontaktelektrode auf stiftförmigem
Festelektrolyt in starrer Massekontaktelektrode
hinter einer die Strömung kanalisierenden Vorrichtung.
Fig. 3 Sensor mit Schichtelektroden innerhalb eines rohrförmigen
Festelektrolyten bei einfacher Kontaktierung.
Fig. 4 Sensor mit Schichtelektroden innerhalb eines rohrförmigen
Festelektrolyten bei isolierter Kontaktierung.
Fig. 5 Sensor mit Pulverelektroden in rohrförmigem Festelektrolyt
und eingesinterten Drahtkontakten.
Fig. 6 Sensor mit Schichtelektroden auf rohrförmigem Festelektrolyt
mit innen geführter Potentialleitung in
einer Rohrkrümmung.
Fig. 7 Sensor mit eingelassenen Drahtkontaktelektroden in
stiftförmigem Festelektrolyt mit Hohlraum.
Fig. 8 Sensor mit Schichtelektroden auf rohrförmigem Festelektrolyt
Mit innen geführter Potentialleitung in
von außen beheiztem Rohr.
Fig. 9 Sensor mit Schichtelektroden auf einseitig geschlossenem
Festelektrolytrohr mit eingelagerter elektrischer
Heizung.
Fig. 10 Sensor in Schichtbauweise auf keramischem Träger mit
eingelagerter elektrischer Heizung;
a) Aufsicht,
b) Querschnitt nach Einbau in ein Rohr.
Alle dargestellten Sensorausführungen enthalten zwei Elektroden
1 und 2, die entweder als bloße Drahtkontakte (Fig. 1,
2 und 7), als Einsinterung des Festelektrolyten 3 in einen
metallischen Halter 4 (Fig. 2) oder von Drähten in elektrisch
leitende Massen 5 (Fig. 5 und 7) oder die als Schichten
(Fig. 3, 4, 6, 8, 9 und 10) ausgebildet sind. Als Material
für Drähte und Halter dienen vorzugsweise Nickelchromlegierungen.
Die Schichten werden vorzugsweise aus Platin oder
Platinrhodiumlegierungen oder aus hochleitfähigen oxidischen
Mischphasen mit Perowskitstruktur, z. B. Lanthan-Strontium-
Chromit, und die Haftfestigkeit fördernden Mitteln hergestellt.
Der kurz Festelektrolyt genannte oxidionenleitende Festkörper
3 ist ein dünner Stift (Fig. 1, 2 und 7), ein dünnes
beidseitig offenes Rohr (Fig. 3 bis 6 und 8), ein einseitig
geschlossenes Rohr (Fig. 9) oder ein plattenförmiges Gebilde
(Fig. 10). Die Stifte, Rohre oder Platten aus Festelektrolyt
3 in den Fig. 1, 2, 3, 6, 9 und 10 können porös sein. Als
Festelektrolytmaterial wird vorzugsweise partiell stabilisiertes
Zirconiumdioxid verwendet.
Auf dem Festelektrolyt 3 unter den Drahtkontakten (Fig. 1, 2
und 7) können dünne elektronisch leitende Schichten angebracht
sein. Die Verbindung zwischen den Elektrodenschichten
und Kontaktstücken 6 ist beispielsweise durch bloßen Andruck
(Fig. 4 hinten), durch Andruck und Versinterung (Fig. 3),
durch Überlappen von Elektrodenschicht und Kontakt (Fig. 4
vorn und 6) oder mittels Leiterbahnen 7 auf einem keramischen
Träger 8 (Fig. 10) realisierbar.
Der Sensor wird in das Gefäß mit dem strömenden Medium je
nach Bauart an einer geraden Stelle (Fig. 1, 2 und 10) oder
an einer Krümmung (Fig. 6) eingebaut, wobei eine Elektrode
mit der Masse (Gefäßwand) direkt verbunden sein kann (Fig. 1,
2 und 6; die Leitung zur zweiten Elektrode ist durch zweckmäßige
elektrische Isolationskeramik 10 zu führen (Fig. 1,
2, 6 und 10; in Fig. 6 nicht eingezeichnet).
In Fig. 2 ist der Sensor hinter einer Vorrichtung 11 montiert,
die die Strömung kanalisiert und durch Katalysatorschichten
an ihrer Oberfläche restliche Verbrennungsprozesse
im Gas beschleunigt. Dem Anprall der Strömung ausgesetzte
Bauteile werden am besten mit einer Spitze ausgeführt (Fig. 2,
4 und 6 bis 8).
Zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit oder zur Regulierung
der Potentialeinstellgeschwindigkeit können einzelne
oder beide Elektroden mit porösen keramischen Schichten überzogen
sein, die entweder direkt auf den Elektrodenschichten
liegen (Fig. 3, 6 und 8 bis 10) oder auch die Drahtkontakte
(Fig. 1, 2 und 7) überziehen. Durch Behinderungen des raschen
Zutritts des Gasstroms zur hinteren Elektrode wird der
Spannungspeak zwischen den Umschaltphasen von Luft/Kraftstoffgemischen
verbreitert. Solche Behinderungen sind durch
die Gestaltung der keramischen Schicht möglich, werden aber
auch durch den Stau in Festelektrolytrohren (Fig. 3, 4 und 5)
erreicht, insbesondere, wenn der ganze Innenraum des Festelektrolytrohrs
mit poröser Elektrodenmasse 5 und poröser
elektrisch isolierender keramischer Masse 12 ausgefüllt ist
(Fig. 5). Weiterhin ergeben sich solche Behinderungen, wenn
die hintere Elektrode 2 in einen Hohlraum 13 gelegt ist (Fig. 7).
Höchste Schnelligkeit der Potentialeinstellung, die an
der vorderen Elektrode 1 erwünscht ist, ergibt sich indessen
an Kontakten massiver metallischer Leiter mit Festelektrolyten
ohne Beimengung zu Wertigkeitswechsel neigender Ionen,
z. B. in Anordnungen gemäß Fig. 1 und 2.
Nach Fig. 3 wird der Festelektrolyt 3 mit den Elektroden 1
und 2 zwischen zwei Kontaktstücken 6 etwa in Form korrosionsfester
Stahlblechbänder mit eingedrückten Löchern gehalten.
In dieser Anordnung liefern allerdings außer den Elektrodenschichten
1 und 2 im Inneren auch Berührungsstellen der Kontaktstücke
6 mit äußeren Teilen des Festelektrolyten 3 Beiträge
zum Elektrodenpotential, das sich dann zumindest an
der hinteren Elektrode nicht eindeutig zuordnen läßt. In
Fig. 4 ist gezeigt, wie diesem Problem begegnet werden kann,
indem Berührungsstellen zwischen Kontaktstücken 6, Festelektrolyt
3 und Gasphase mit einem dichten Glasverbund 14 verschlossen
oder durch eine Scheibe aus Isolationsmaterial 15
getrennt werden.
Fig. 8 stellt eine Sensorvariante dar, die in einem Nebenstrom
ins Freie oder durch einen Bypaß untergebracht ist,
aber auch etwa zur Indikation von Peaks in der Gaschromatographie
einsetzbar ist.
Die meisten der gezeigten Anordnungen lassen sich mit kleinen
Abmessungen ausführen, so daß sich die Sensoren rasch
auf die Temperatur des Abgases erhitzen und, beginnend bei
200 bis 300°C, auf ihre Funktionstemperatur gelangen. Für
den Fall, daß die Einsatzbedingungen eine elektrische Beheizung
verlangen, sind in Fig. 8, 9 und 10 drei Ausführungsformen
mit elektrischen Heizleitern 16 angegeben. Bei dem in
Schichtbauweise konzipierten Sensor nach Fig. 10a und b befindet
sich eine Heizleiterschicht 16 im Keramikträger 8.
Claims (16)
1. Verfahren zur Ermittlung ausgewählter Zeitpunkte im Verlauf
regelmäßiger Änderungen der Sauerstoffkonzentration
in strömenden Medien in Gefäßen unter Verwendung einer
galvanischen Zelle mit zwei Elektroden ohne Trennwand dazwischen
auf einem oxidionenleitenden Festkörper ohne oder
mit elektrischer Heizung,
dadurch gekennzeichnet, daß hintereinanderfolgende Volumenteile
des in einem Gefäß strömenden Mediums erst über die
eine und dann über die andere Elektrode geleitet und die
zwischen den beiden Elektroden auftretende elektrische
Spannung als primäres Signal gemessen und ausgewertet wird,
wobei im Falle mehrfacher Schwankungen dieses Signals in
Zeiten, die klein gegen die Zeit für einen Regelzyklus
sind, durch Integration der Spannung über eine Zeit, die
kleiner als die für einen Regelzyklus ist, eine sekundäre
Signalgröße gebildet wird und wobei unter Berücksichtigung
des Durchmischungs- und Reaktionszustands des strömenden
Mediums am Ort der galvanischen Zelle mit dem Erreichen
eines Schwellenwerts oder des Maximalwerts des primären
Signals oder eines Schwellenwerts oder des Maximalwerts
der sekundären Signalgröße der Zeitpunkt für die Auslösung
eines Regelvorgangs ausgewählt wird.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanische Zelle, deren
Wärmekapazität mit einer Dicke unter 4 mm klein gehalten
ist, mit ihren beiden Elektroden (1 und 2) auf einem temperaturwechselbeständigen
oxidionenleitenden Festkörper (3)
innerhalb oder am Rande des Gefäßes (9) durch Halter (4),
deren Wärmeleitfähigkeit mit Dicken unter 4 mm klein gehalten
ist, in einer Richtung positioniert ist, in der
hintereinanderfolgende Volumenteile des in dem Gefäß (9)
strömenden Mediums erst die eine und dann die andere Elektrode
umgeben, wobei elektrische Leitungen an den Elektroden
(1 und 2) in einem geraden Stück des Gefäßes (9) senkrecht
zur Strömungsrichtung und an einer Krümmung des Gefäßes
(9) mehr oder weniger genau parallel zur Strömungsrichtung
durch die Gefäßwand verlegt und mit elektronischen
Meß- und Auswertevorrichtungen verbunden sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die galvanische Zelle mit einem stiftförmigen oxidionenleitenden
Festkörper (3) und darauf außen aufgebrachten
Elektroden (1 und 2) gestaltet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der oxidionenleitende Festkörper (3) als Rohr mit Elektroden
(1 und 2) auf der Rohrinnenseite jeweils im Bereich
eines der beiden Enden des Rohres gestaltet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die in der Strömung hinten liegende Elektrode (2) in
einem Hohlraum (13) des oxidionenleitenden Festkörpers
(3) angebracht ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die galvanische Zelle in einem Nebenstrom der Hauptströmung,
dessen Leitung ins Freie oder in den Hauptstrom
zurück (Bypaß) führt, angeordnet ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektroden (1 und 2) mit Schichten aus Edelmetall
auf dem oxidionenleitenden Festkörper (3) gestaltet und
mit Drähten oder anderen Kontaktstücken (6) aus hitzebeständigen
Metallen oder Legierungen kontaktiert sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektroden (1 und 2) völlig edelmetallfrei auf
einem porösen oxidionenleitenden Festkörper (3) mit porösen
Schichten aus oxidischen Verbindungen mit Perowskit-
oder perwoskitähnlicher Struktur und mit Drähten insbesondere
aus Nickel-Chrom-Legierungen hergestellt sind.
9. Einrichtungen nach Anspruch 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die in der Strömung hinten liegende Elektrode (2)
oder beide Elektroden (1 und 2) der galvanischen Zelle
mit porösen, vor mechanischen Einwirkungen, Korrosionen
und Ablagerungen schützenden Schichten bedeckt sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Deckschicht der in der Strömung hinten liegenden
Elektrode (2) geringere Gasdurchlässigkeit als diejenige
der vorn liegenden Elektrode (1) aufweist.
11. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das Material für die porösen Deckschichten Stoffe
enthält oder ganz aus Stoffen besteht, die Verbrennungsprozesse
im auftreffenden Medium katalysieren.
12. Einrichtungen nach Anspruch 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die eine Seite des oxidionenleitenden Festkörpers
(3) in einem starren metallischen, die eine Elektrode
bildenden oder kontaktierenden und als Ableitung
des Elektrodenpotentials auf Masse dienenden Halter (4)
befestigt ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 2, 4 und 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Leitung zur vorderen Elektrode (1)
durch das Innere des rohrförmigen oxidionenleitenden
Festkörpers (3) und elektrisch isoliert von der hinteren
Elektrode (2) verlegt ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 2, 4, 6 und 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die galvanische Zelle mit einem gasdichten
oxidionenleitenden Festkörper (3) in Form eines Rohres,
die vordere Elektrode (1) mit einem Metalldraht, der in
eine oxidische, oxidionen-, gemischt- oder elektronenleitende,
Verbrennungsprozesse katalysierende poröse Masse
(5) eingesintert ist, und die hintere Elektrode (2)
im Bereich des hinteren Rohrendes mit den gleichen Mitteln
wie die vordere hergestellt ist, wobei die verbleibenden
Räume in dem Rohr mit elektrisch isolierenden keramischen
Pulverteilchen (12) gefüllt sind.
15. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche des oxidionenleitenden Festkörpers
(3) im Bereich zwischen den Elektroden (1 und 2)
Verbrennungsprozesse katalysierende Teilchen in elektrisch
nichtleitender Schicht trägt.
16. Einrichtung nach Anspruch 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die galvanische Zelle hinter einer die Strömung
kanalisierenden und auf der Oberfläche mit Katalysatorteilchen
bedeckten Vorrichtung (11) angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914115690 DE4115690A1 (de) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | Verfahren und einrichtung zur ermittlung ausgewaehlter zeitpunkte im verlauf regelmaessiger aenderungen der sauerstoffkonzentration in stroemenden medien |
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DE19914115690 DE4115690A1 (de) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | Verfahren und einrichtung zur ermittlung ausgewaehlter zeitpunkte im verlauf regelmaessiger aenderungen der sauerstoffkonzentration in stroemenden medien |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4115690A1 true DE4115690A1 (de) | 1992-11-19 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19914115690 Withdrawn DE4115690A1 (de) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | Verfahren und einrichtung zur ermittlung ausgewaehlter zeitpunkte im verlauf regelmaessiger aenderungen der sauerstoffkonzentration in stroemenden medien |
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---|---|
DE (1) | DE4115690A1 (de) |
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