DE8224553U1 - Sauerstoffmesssonde - Google Patents

Description

Hartmann & Braun 6000 Frankfurt (Main), 27.08.82

Aktiengesellschaft Gräfstraße 97 Lo/dg

Sauerstoffmeßsonde

Die Neuerung bezieht sich auf eine Sauerstoffmeßsonde, die in einer Ummantelung einen rohrförmigen, einseitig geschlossenen, Sauerstoffionen leitenden Festkörperelektrolyten mit einer eiern Meßgas ausgesetzten Außenelektrode und einer einem Referenzgas ausgesetzten Innenelektrode aufweist, und bei der die Anschlußleitungen der Elektroden zu einem am Sondenende befestigten Anschlußkasten geführt sind.

Häufig wird ein aus Zirkondioxid bestehender Festelektrolyt verwendet, der auf höhere Temperatur gebracht werden muß, damit eine Ionenleitung auftritt. Die Potentialdifferenz der Elektroden ist ein Maß für die Differenz der Sauerstoffkonzentrationswerte von Meßgas und Referenzgas.

Die Sonden eignen sich vor allem für Messungen in Rauchgasen und Abgasen. Bei hohen Ansprüchen an die Meßgenauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Meßwerte wird für den Festkörperelektrolyten eine Heizeinrichtung mit Temperaturregelung vorgesehen, um eine konstante Temperatur aufrechtzuerhalten. Außerdem ist es von Vorteil dafür zu sorgen, daß der Außenelektrode vom Anschlußkasten her ein

Eichgas zu Kontrollzwecken zugeführt werden kann. Das für die Einzelteile der Sonde benutzte Material muß möglichst hitze- und korrosionsfest sein.

Die extremen Meßbedingungen im Rauchgas bei hoher Temperatur beeinträchtigen die Nutzungsdauer des
Festkörpe.relektrolyten, der deshalb von Zeit zu
Zeit ersetzt werden muß. Bei bekannten Sonden ergeben sich dadurch Schwierigkeiten, daß der Elektrolytkörper, der häufig auch scheibenförmig ist, mit dem schweren Sondenmantel fest verbunden ist.

Die Neuerung stellt sich die Aufgabe eine Sonde
so auszubilden, daß die einem Verschleiß unter-

worfenen Teile ohne großen Aufwand ausgewechselt

werden können und dabei stets ein guter elektrischer Kontakt des Fühlers mit den Signalleitungen gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird durch die
in den Ansprüchen gekennzeichneten Mittel

gelöst.

In der Zeichnung ist die Sauerstoffmeßsonde gemäß der Neuerung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt, das nachstehend beschrieben ist. Dabei
zeigt

Fig. 1 eine Gesamtansicht der Sonde, wobei die Ummantelung und der Anschlußkasten zum Teil
aufgeschnitten sind und

Fig. 2 einen Schnitt durch die in der Ummantelung befindlichen Sondenteile.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich sind in der Ummantelung zwei Rohre 2 und 3 aneinändergekoppelt. Im Rohr 2, das wie das Rohr 3 und die Ummantelung 1 aus hitzebeständigem und korrosionsfestem Metall besteht, befindet sich der Festelektrolytkörper und im Rohr 3, . das im folgenden als Zugrohr bezeichnet wird, die

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Kontakteinrichtung und die zum Anschlußkasten führenden Potentialleitungen der Elektroden des Festelektrolytkörpers. Die beiden Rohre sind durch eine abziehbare Verbindungsscheibe 4 aneinander gekoppelt. Drahtsicherungen 5 verhindern ein Herausfallen der Scheibe 4.

Das Zugrohr 3 führt in den Anschlußkasten 6. Die Befestigung mit einer Schraube 7 unter Einfügung einer Feder 8 gewährleistet, daß temperaturbedingte Längenänderungen dem Sondenaufbau nicht schaden und beide Rohre nach Lösen der Schraube aus der Ummantelung 1, die fest mit dem Anschlußkasten verbunden ist, herausgezogen werden können.

Ein elektrischer Rohrheizkörper 9 umgibt das Rohr In Verbindung mit einem im Rohrheizkörper angebrachten Thermoelement wird damit eine konstante Temperatur des im Rohr 2 befindlichen Festelektrolyten eingeregelt. Die zum Anschlußkasten führenden Anschlußleitungen des Thermoelements und des Rohrheizkörpers können mit isolierenden Schamotteperlen versehen, am Zugrohr 3 mittels Glasfaserband befestigt werden (nicht dargestellt). Die Sondenspitze 10 trägt eine abnehmbare Lochscheibenkappe 11, durch die das Meßgas durch Diffusion über ein Keramikfilter 12 zum Festelektrolyten gelangt. Innerhalb der Ummantelung führt noch ein dünnes Rohr vom Anschlußkasten in die Sondenspitze.

Mit Hilfe dieses Rohres wird bei Bedarf Eichgas zur Außenelektrode des Festelektrolyten geführt.

Im Metallrohr 2 befindet sich, wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, ein rohrförmiger, einseitig geschlossener Festelektrolytkörper 14. Er ist mit gasdichtem Glasschmelzfluß 15 und beiderseits anschließendem Keramikkitt 16 eingekittet, der stützende Funk-

tion ausübt. Von einer Außenelektrode 17 und Innenelektrode führen Leiterbahnen 18 und 19 zum offenen Ende, wo sie nach innen bzw. außen herumgeführt sind.
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In dem an das Rohr 2 wie bereits beschrieben angeschlossenen Zugrohr 3 erstreckt sich ein Keramikstab 20, der in Längsbohrungen Anschlußdrähte 21, 22 für die Elektroden des Festelektrolyten aufweist, wobei die Kontaktgabe mit den um das offene Rohrende des Festelektrolyten herumgeführten Leiterbahnen erfolgt. Dazu ist auf dem Keramikstab ein kraterförmiger Keramikklotz 23 mit Keramikkitt befestigt, auf dessen Außen- und Innenseite die Drahtenden in Nuten 24, 25 abgebogen sind. An die abgebogenen Drahtenden sind Platinbleche 26, 2 7 angeschweißt, iie mit den herumgeführten Leitez"bahnen auf dem Festelektrolyten kontaktieren. Der nötige Kontaktdruck wird durch sine Feder 28 bewirkt, die einen Druck auf das Keramikstabende ausübt. Eine zwischen Zugrohr 3 und Keramikstab 20 eingelegte Keramikschnur 29 bietet einen Schutz gegen Bruch des Keramikstabes.

Vom Anschlußkasten her kann der Innenelektrode des Festelektrolyten Referenzgas durch weitere Längsbohrungen des Keramikstabes zugeführt werden.

Nach Lösen der Schraube 7 und der elektrischen und pneumatischen Anschlüsse im Anschlußkasten sowie Entfernung der Lochscheibenkappe 11 und des Filters 12 lassen sich die Rohre 2 und 3 nach vorne aus der Ummantelung herausziehen. Zweckmäßigerweise wird dazu ein Werkzeug benutzt, das in ein Gewinde 30 des Rohres 2 einschraubbar ist. Nach dem Trennen der beiden Rohre kann der Rohrheizkörper

abgezogen werden und bei Bedarf der Austausch des Rohres 2 mit dem eingekitteten Festelektrolyten vorgenommen werden. ■

Claims (3)

Schutzansprüche

1. Sauerstoffmeßsonde, die in einer Ummantelung einen rohrförmigen, einseitig geschlossenen, Sauerstoffionen leitenden Festkörperelektrolyten mit einer dem Meßgas ausgesetzten Außenelektrode und einer einem Referenzgas ausgesetzten Innenelektrode aufweist und bei der die Anschlußleitungen der Elektroden zu einem am Sondenende befestigten Anschlußkasten geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Festelektrolytkörperrohr (14) mit einem Teil seiner Länge mit Abstand in ein Metallrohr (2) eingekittet ist

b) mit den Elektroden kontaktierende Leiter-

bahnen (18, 19) um das offene Ende des Festelektrolytkörperrohres von außen nach innen bzw. von innen nach außen herumgeführt sind.

c) an das Metallrohr (2) ein mit dem Anschlußkasten (t) verschraubtes Zugrohr (3) angeschlossen ist, i ι dem ein Keramikstab (20) geführt ist, der in Längsbohrungen zum Anschlußkasten (6) führende Anschlußdrähte (21, 22) für die Elektroden aufnimmt

d) an der Anschlußstelle des Zugrohres (3) an das Metallrohr (2) auf dem Keramikstabende ein Keramikklotz (23) mit kraterförmiger Bohrung befestigt ist, auf dessen Außenseite die Enden der Anschlußdrähte in Nuten (24, 25) abgebogen sind

e) an den Abbiegestellen der Anschlußdrähte am Keramikklotz Platinbleche (26, 27) angeschweißt sind, die mit den Leiterbahnen (18, 19) auf dem Festelektrolytkörper dadurch kontaktieren, daß auf das andere Ende des Keramikstabes_eine Druckfeder (28) einwirkt.

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2. Sauerstoffmeßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkittung des Festkörperelektrolytrohres (16) aus Glasschmelzfluß (15) mit beiderseits anschließenden Keramikkittschichten

5 (16) besteht.

3. Sauerstoffmeßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (2) und das Zugrohr (3) durch eine Versplintung in Form

10 einer Verbindungsscheibe (4) miteinander verbunden sind.