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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Galvanikzellen-Gassensor, der eine Kathode und eine Anode
umfasst, die ausgelegt sind, mit einem Gas in Kontakt zu kommen,
das zu erfassen und in einem Elektrolyt einzuschließen ist.
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Ein
herkömmlicher
Galvanikzellen-Gassensor umfasst einen Halter, der als Behälter dient,
um ein saures Elektrolyt aufzunehmen, und der ein Fenster aufweist
und eine Membrane aus einem Wasser abweisenden Film aus einer makromolekularen Fluorchemikalie,
die darin eingedichtet ist, mit einer Kathode aus Gold (Au), die
in einem Segment angeordnet ist, das das Elektrolyt und eine Anode
aus Blei (Pb) enthält,
die getrennt von der Kathode angeordnet ist.
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Von
diesem Typ von Sensor, der ein Elektrolyt enthält, wurde gefordert, dass er
eine Flüssigkeits-Dichtheit
aufweist, die wiederum eine komplexe Dichtungsstruktur erfordert.
Die Verwendung von Blei als unnötig
große
Anode hat es extrem schwierig gemacht, die Größe des Behälters zu reduzieren.
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Die
Anode A weist einen Stabbereich B an deren einem Ende auf, der durch
Gießen
oder ein anderes Verfahren gebildet ist, oder einen Stab B' aus einem Metall,
das eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem
Elektrolyt aufweist und auf der Anode aufgebracht ist, wie in 5 gezeigt.
Daher war die Anode in Anbetracht der Lebensdauer des Sensors in
ihrer Größe unverhältnismäßig und
hat die Größenreduzierung
des Sensors behindert.
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WO-A-9922229
offenbart einen volumeneffizienten, säurebasierten, galvanischen
Sauerstoffsensor.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Galvanikzellen-Gassensor zur Verfügung gestellt, der ein Gehäuse, das
eine Membrane aufweist, die die Permeation eines zu erfassenden
Gases erlaubt, aber eine wasserabweisende Eigenschaft aufweist,
und eine Kathode, die auf der Rückseite
der Membrane vorgesehen ist, eine Anode und ein Blatt, das mit einem Elektrolyt
imprägniert
ist und zwischen der Kathode und der Anode angeordnet ist, umfasst,
wobei die Membrane so angebracht ist, dass sie der Atmosphäre ausgesetzt
ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode aus einer elektrolytischen
Beschichtung aus einer Schicht von Blei auf einem leitfähigen Material mit
einer Korrosionsbeständigkeit
gegenüber
dem Elektrolyt gebildet ist, wobei die Beschichtung so gebildet
ist, dass sie einen Bereich davon unbeschichtet lässt, um
als Anschlussleitung zu dienen.
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Dieser
Galvanikzellen-Gassensor beseitigt die Notwendigkeit, das Bleisegment
auf der Anode aus einer Bleiplatte zu bilden, während er es ermöglicht,
die Sensorgröße zu reduzieren,
indem eine angemessene Bleimenge, die proportional zu der Sensor-Lebensdauer
ist, durch genaue Steuerung der Beschichtungszeit auf die Anode
aufgebracht wird.
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Es
ist somit Aufgabe dieser Erfindung, einen Galvanikzellen-Gassensor
kleinerer Größe zur Verfügung zu
stellen, indem die Anodengröße proportional zu
der Sensor-Lebensdauer
gebildet wird.
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Die Zeichnungen:
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1 ist
eine Querschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Galvanikzellen-Gassensors gemäß dieser
Erfindung. 2 ist eine perspektivische Ansicht
von Komponentenbauteilen, besonders eines Elektrode-Halterahmen
des nämlichen
Gassensors. 3(a) und 3(b) zeigen
die leitenden Muster der Oberseite und Unterseite einer in dem nämlichen
Gassensor angebrachten Leiterplatte. 4(a) und 4(b) sind Querschnittansichten eines Substrats,
aus dem die Anode gebildet ist, und eines Ausführungsbeispiels der Anode. 5 ist eine
perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der herkömmlichen
Anode zeigt.
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1 zeigt
einen Galvanikzellen-Gassensor gemäß dieser Erfindung. Ein Elektrode-Halterahmen 1,
der aus einem Zylinder mit abgeschlossenem Ende besteht, weist in
der Mitte dessen Oberseite eine Durchgangsöffnung 3 auf. Die
Durchgangsöffnung 3 mit
einem Durchmesser, der im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser
einer Kathode 2 ist, ist ausgelegt die Kathode 2 darin
zu halten, wobei die Oberseite der Kathode 2 etwas über deren
oberes Ende heraus steht, wie in 2 gezeigt.
Eine Kathode 2, deren obere Fläche 2a konvex geformt
ist, ist in dem oberen Teil der Durchgangsöffnung 3 in dem Elektrode-Halterahmen 1 eingebracht.
Eine Anschlussleitung 4 ist von der Kathode 2 über deren obere
Fläche
und Umfangsflächen
zu der Unterseite des Elektrode-Halterahmens 1 geführt. Die
Anschlussleitung 4 ist herausgeführt, um in der nicht-radialen
Richtung über
die obere Fläche 1a des
Elektrode-Halterahmens 1 zu verlaufen, und wird mit diesem über eine
relativ lange Distanz in Kontakt gehalten.
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Ein
Blatt 5 zur Aufnahme eines Elektrolyts, und eine später beschriebene
Anode 6 sind auf der Rückseite
des Elektrode-Halterahmens 1 schichtenförmig aufgebracht. Eine Anschlussleitung 7 ist
von der Anode 6 durch eine Durchgangsöffnung 1b in dem Elektrode-Halterahmen 1 geführt, um
so etwas abseits der radialen Richtung, wie in 2 gezeigt, zu
verlaufen.
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An
der oberen Fläche
des Elektrode-Halterahmens 1 ist mit einem an dessen äußerem Ende aufgebrachten
Klebemittel ein gasdurchlässiger, wasserabweisender
Film 8 befestigt, wie ein Film aus Propylen-Fluor-Copolymer,
dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser des Elektrode-Halterahmens 1 und
größer als
der der Durchgangsöffnung 3.
Eine ringförmige
Nute 1c, die außerhalb
der Durchgangsöffnung 3 vorgesehen
ist, nimmt jegliches überschüssige Klebemittel
auf, um so zu vermeiden, dass das Klebemittel in die Kathode 2 fließt.
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Eine
abschließende
Abdeckung 10 aus elektrisch isolierendem Material, wie
Gummi, mit einer mittigen Durchgangsöffnung 9 wird über den
wasserabweisenden Film 8 gelegt. Die rückseitige Fläche der
Abdeckung 10 ist bezüglich
der oberen Fläche des
Elektrode-Halterahmens 1 konkav geformt, während die
Kathode 2 mit einer im wesentlichen konvexen Oberfläche so angeordnet
ist, dass sie im wesentlichen mit der oberen Fläche 1a glatt abschließt. Auf
diese Weise wird der Wasser abstoßende Film 8 kugelförmiges gekrümmt, wenn
er unter der Abdeckung 10 gedrückt wird.
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In
diesen Zustand ist die Anschlussleitung 7 der Anode 6,
die durch die Durchgangsöffnung 1b in der
oberen Fläche 1a des
Elektrode-Halterahmens 1 und eine Durchgangsöffnung 10a in
der oberen Ecke der Abdeckung 10 herausgezogen ist, über die
obere Fläche
der Abdeckung 10 zu einem Punkt gegenüber der Anschlussleitung 4 der
Kathode 2 geführt
(wie mit Bezugszeichen 7' mit
einer strichgepunkteten Linie in 2 bezeichnet).
Dann ist die Anschlussleitung 7 gekrümmt, sodass sie entlang der
Umfangsfläche der
Abdeckung 10 verläuft
und durch eine Aussparung 10b hereingeholt ist. Die dermaßen umgeleitete Anschlussleitung 7 stellt
eine eindeutig leitende Verbindung mit der Metallabdeckung 13 her,
indem das Kontaktgebiet damit auf ein Maximum erhöht wird.
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Ein
Dichtungsfilm 12 aus einer makromolekularen Substanz, wie
ein Film aus Tetrafluorethylen Copolymer, der gegen einen abgestuften
Teil 1d, der in der Öffnung
des Elektrode-Halterahmens
gebildet ist, eingespannt ist und durch die Metallabdeckung 13 mit
einem Fenster 13a, das der Kathode 2 gegenüberliegt,
gehalten wird, definiert einen Raum zum Aufnehmen des Elektrolyts,
an dessen Außenseite eine
Leiterplatte 14 vorgesehen ist.
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Die
Leiterplatte 14 weist leitfähige Muster 15 und 16 auf
deren Oberfläche
auf, die der Anode 6 gegenüberliegen, die dafür ausgelegt
sind, mit den Anschlussleitungen 4 und 7 der Kathode 2 und
Anode 6, wie in 3(a) gezeigt,
verbunden zu werden. Die Rückseite
der Leiterplatte 14 weist ein ringförmiges leitfähiges Muster 16' auf, um mit
der Anode 6 entlang deren Umfang zu verbinden, und ein
abschließendes
leitfähiges
Muster 15' zum
Verbinden mit der Kathode 2 in deren Zentrum. Ein Relaisanschluss 17, mit
dem ein temperaturkompensierender, wärmefühlender Widerstand R1 und ein
die Ausgabe standardisierendes Relais R2 verbunden sind, ist zwischen den
leitfähigen
Mustern 15' und 16' vorgesehen.
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Eine
Metall-Bodenabdeckung 18 ist in die Abdeckung 10 eingepasst,
deren Innendurchmesser im wesentlichen gleich dem äußeren Umfang
der Metall-Bodenabdeckung 18 ist. Eine ringförmige, elektrisch
isolierende Platte 19 ist um die Metall-Bodenabdeckung 18 herum
vorgesehen, um die Öffnung
in der Metallabdeckung 13 zu verstemmen.
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Somit
stellt die Anode 6 eine leitfähige Verbindung mit der Metallabdeckung 13 mittels
der Anschlussleitung 7 her, die mit der Unterseite und
der inneren Wand und der Unterseite der oberen Fläche der
Metallabdeckung 13 in Kontakt kommt, während die Kathode 2 mittels
der Metall-Bodenabdeckung 18, die mit den ringförmigen,
leitfähigen
Mustern 16' auf
der Leiterplatte 14 elastisch in Kontakt kommt, eine leitfähige Verbindung
herstellt. Daher kann die Sensorausgabe von der Seite und der Unterseite
der Abdeckung abgenommen werden, wie bei einer Knopfzelle.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der früher beschriebenen
Anode 6. Eine Lage eines Materials, das eine Korrosionsbeständigkeit
gegenüber dem
Elektrolyt, gute Bearbeitbarkeit und elektrische Leitfähigkeit
aufweist, und auf der Anode keine elektrochemische Wirkung aufweist,
wie Nickel, wird durch Prägen
oder Ätzen
zu einem Stück
gebildet, das ein ringförmiges
Elektrodensegment 20 und die Anschlussleitung 7 umfasst,
wie in 4(a) gezeigt. Dann wird eine
Schicht von Blei 21, deren Menge der Sensor-Lebensdauer angepasst
ist, auf das Elektrodensegment aufgetragen, wie in 4(b) gezeigt.
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Diese
Schicht von Blei 21 wird durch die Verwendung eines Beschichtungsbades
gebildet, das zum Beispiel 200 Teile PbCO3,
100 Teile HBF4, 15 Teile H3BO3 und 0,2–0,5 Teile Gelatine umfasst,
wobei der als Zuleitung 7 zu verwendende Bereich nicht in
das Bad eingetaucht oder damit nicht in Kontakt gebracht wird, indem
ein Abdeckungsmedium verwendet wird. Die Anode 6, deren
Zuleitung 7 nicht mit Blei beschichtet ist, wird gebildet,
indem die der Sensor-Lebensdauer angemessene Menge von Blei gesteuert
wird, die auf das Elektrodensegment 20 aufgebracht wird,
dadurch dass ein elektrischer Strom für eine der Menge der elektrischen
Ladung entsprechende Zeit zugeführt
wird.
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Das
Elektrolyt wird entweder vorbereitend in das Blatt 5 imprägniert,
oder durch eine Öffnung
in dem Elektrode-Halterahmen 1 in
einen Hohlraum 11 gegossen, bevor die Leiterplatte 14 in
Position gebracht wird.