DE8812566U1 - Oxygen probe for a heat treatment furnace - Google Patents

Oxygen probe for a heat treatment furnace

Info

Publication number
DE8812566U1
DE8812566U1 DE8812566U DE8812566U DE8812566U1 DE 8812566 U1 DE8812566 U1 DE 8812566U1 DE 8812566 U DE8812566 U DE 8812566U DE 8812566 U DE8812566 U DE 8812566U DE 8812566 U1 DE8812566 U1 DE 8812566U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrolyte
furnace atmosphere
contact electrode
oxygen
electron
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
Application number
DE8812566U
Other languages
German (de)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ipsen International GmbH
Original Assignee
Ipsen International GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ipsen International GmbH filed Critical Ipsen International GmbH
Priority to DE8812566U priority Critical patent/DE8812566U1/en
Publication of DE8812566U1 publication Critical patent/DE8812566U1/en
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4077Means for protecting the electrolyte or the electrodes

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)

Description

Ipsen Industries International Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Flutstr. 52, 4190 Kleve 1Ipsen Industries International Limited Liability Company, Flutstr. 52, 4190 Kleve 1

Sauerstoffsonde für einen WärmebehandlungsofenOxygen probe for a heat treatment furnace

Die Erfindung betrifft eine Sonde zur Messung des Sauerstoffpotentials einer Ofenatmosphäre, insbesondere zur Ermittlung der Kohlenstoff-Übertragungseigenschaften einer OfenatmosphäreThe invention relates to a probe for measuring the oxygen potential of a furnace atmosphere, in particular for determining the carbon transfer properties of a furnace atmosphere

mit Anteilen der Gasewith proportions of gases

CO und CHCO and CH

die einen Sauerstoffwhich has an oxygen

ionen leitenden festen MeQelektrolyten mit einer Kontaktelektrode in der Ofenatmosphäre und einer Kontaktelektrode in einem Referenzmittel mit bekanntem Sauerstoffpotential aufweist.ion-conducting solid MeQ electrolyte with a contact electrode in the furnace atmosphere and a contact electrode in a reference medium with known oxygen potential.

Eine derartige Sonde ist bekannt. Sie besteht aus einem Sauerstoffionen leitenden Festkörperelektrolyt, insbesondere Zirkondioxid dessen einen Wandseite mit der Ofenatmosphäre und dessen andere Wandseite mit dem Referenzmittel bekannten Sauerstoffpotentials - meist Luft - in Berührung steht. An den beiden Oberflächen der Wand bilden sich entsprechend der unterschiedlichen Sauerstoffpotentiali der Ofenatmosphäre einerseits und des Referenzmittels andererseits verschiedene Konzentrationen an Sauerstoffatomen, Sauerstoffionen und Elektronen. Diese sind als elektrische Spannung meßbar, welche somit den Unterschied der beiden Sauerstoffpotentiale repräsentiert. Die Spannung wird mit elektronenleitenden Kontaktelektroden abgegriffen, die mit den jeweiligen Oberflächen der Wand des MeQelektrolyten in Berührung stehen.Such a probe is known. It consists of a solid electrolyte that conducts oxygen ions, in particular zirconium dioxide, one side of the wall of which is in contact with the furnace atmosphere and the other side of which is in contact with the reference medium of known oxygen potential - usually air. Different concentrations of oxygen atoms, oxygen ions and electrons form on the two surfaces of the wall, depending on the different oxygen potentials of the furnace atmosphere on the one hand and the reference medium on the other. These can be measured as an electrical voltage, which thus represents the difference between the two oxygen potentials. The voltage is tapped with electron-conducting contact electrodes that are in contact with the respective surfaces of the wall of the measuring electrolyte.

Sauerstoffsonden der oben beschriebenen Art werden häufig zur Regelung des Kohlenstoff-Pegels (C-Pegel) von Aufkohlungsatmosphären in Wärmebehandlungsofen angewandt. Perartige Aufkohlungsatmosphären bestehen hauptsächlich aus den GasenOxygen sensors of the type described above are often used to control the carbon level (C level) of carburizing atmospheres in heat treatment furnaces. Such carburizing atmospheres mainly consist of the gases

T*&mC0IU)S7iinT*&mC0IU)S7iin

T«»fr/e««AH««: «S««f«*et - FoWsÄKkJtonto KSIn (3LZ JW UM 50) XSt W-*»T«»fr/e««AH««: «S««f«*et - FoWsÄKkJtonto KSIn (3LZ JW UM 50) XSt W-*»

Kohlenmonoxid CO, Wasserstoff H2 und Stickstoff N2 mit mehr oder weniger großen Anteilen an Kohlenwasserstoffen CH.. Je höher der Anteil an CH^ in der Ofenatmosphäre ist, desto einfacher und wirtschaftlicher ist deren Herstellung und desto größer ist die erzielbare Kohlenstoffübertragungsrate aus der Ofenatmosphäre auf die Werkstückoberfläche. Aus dem Meßwert der mit der Ofenatmosphäre in Verbindung stehenden Sauerstoffsonde, dem CO-Gehalt der Ofenatmosphäre und der Ofenraumtemperatur kann zur Regelung der Aufkohlung der C-Pegel der Ofenatmosphäre berechnet werden. Wesentlich für die einwandfreie Funktion der Sauerstoffsonde im beschriebenen Sinne ist, daß die mit der Ofenatmosphäre im Ofenraum in Berührung stehende Kontaktelektrode mindestens an der Berührungsstelle zum Meßelektrolyten aus einem elektrisch leitenden Element ausgeführt ist, welches auf einen CH.-Zerfall nicht katalytisch wirkt. Als derartige nicht katalytisch auf den CH^-Zerfall wirkende Werkstoffe sind die Metalle Kupfer, Silber, Gold oder Palladium bekannt. Nachteiligerweise hat sich dennoch gezeigt, daß auch bei der Anwendung vorstehender Werkstoffe als Kontaktelektrode in der Ofenatmosphäre ein Driften des erhaltenen Meßwertes zu einer immer höheren Anzeige eintreten kann, wodurch Fehler in der Regelung des Kohlenstoff-Pegels der Ofenatmosphäre zu befürchten sind.Carbon monoxide CO, hydrogen H 2 and nitrogen N 2 with more or less large proportions of hydrocarbons CH. The higher the proportion of CH^ in the furnace atmosphere, the simpler and more economical its production and the greater the achievable carbon transfer rate from the furnace atmosphere to the workpiece surface. The C level of the furnace atmosphere can be calculated from the measured value of the oxygen probe connected to the furnace atmosphere, the CO content of the furnace atmosphere and the furnace chamber temperature in order to regulate the carburization. It is essential for the perfect functioning of the oxygen probe in the sense described that the contact electrode in contact with the furnace atmosphere in the furnace chamber is made of an electrically conductive element at least at the point of contact with the measuring electrolyte which does not have a catalytic effect on CH. decomposition. The metals copper, silver, gold and palladium are known as materials of this type which do not have a catalytic effect on CH^ decomposition. However, it has been shown that, even when the above materials are used as contact electrodes in the furnace atmosphere, the measured value obtained can drift to an ever higher reading, which can lead to errors in the control of the carbon level in the furnace atmosphere.

Werden andere Kontaktelektrodenwerkstoffe benutzt, beispielsweise die auf den CH^-Zerfall katalytischen Werkstoffe Platin und Nickel, ist eine Veränderung der erhaltenen Meßwerte über die Lebensdauer der Sauerstoffsonde aufgrund der in der Ofenatmosphäre immer enthaltenen Katai/£atorgifte, wie CO, NH,, Olefine und Kohlenstoff in wechselnden Anteilen, zu erwarten. Eine Verfälschung des Meßwertes durch die Wirkung solcher Katalysatorgifte auf die Sauerstoffsonde führt dazu, daß Meßwerte nicht reproduzierbar sind und mit zunehmender Vergiftung die Meßanzeige bei Veränderung der Ofenatmosphäre träger wird. Vorgänge der Chemisorption von Sauerstoffatomen If other contact electrode materials are used, for example platinum and nickel, which are catalytic for CH3 decomposition, a change in the measured values obtained over the life of the oxygen probe is to be expected due to the catalyst poisons always present in the furnace atmosphere, such as CO, NH,, olefins and carbon in varying proportions. A falsification of the measured value due to the effect of such catalyst poisons on the oxygen probe leads to the measured values not being reproducible and, with increasing poisoning, the measurement display becomes slower when the furnace atmosphere changes. Processes of chemisorption of oxygen atoms

:-i 3·&Ggr;::-i 3· Γ :

sowie der Katalyse sind für den MeQvorgang und die MeQgenauigkeit der Sauerstoffsonde schädlich.and catalysis are detrimental to the MeQ process and the MeQ accuracy of the oxygen probe.

Der Frfindung liegt Aufgabe zugrunde, die Sauerstoffsonde der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß Meßfehler, insbesondere ein Driften des Meßwertes zu erhöhter Sondenspannung, vermieden oder zumindest verringert werden und damit eine Sauerstoffsonde zu schaffen, die sich durch eine verbesserte MeQgenauigkeit auszeichnet und einen Meßwert bereitstellt, der die Triebkraft der Stoffübertragung von der Ofenatmosphäre auf die Oberfläche der werkstücke repräsentiert. Die oben genannten Nachteile sollen vermieden werden. Insbesondere ist es ein Ziel der Erfindung, eine Sonde zu entwickeln, mit der das Sauerstoffpotential von im Ofenraum eines Wärmebehandlungsofens erzeugten Atmosphären mit hoher Aufkohlungsgeschwindigkeit auch im Dauerbetrieb fehlerfrei gemessen werden kann.The invention is based on the task of improving the oxygen probe of the type mentioned at the beginning in such a way that measurement errors, in particular a drift of the measured value due to increased probe voltage, are avoided or at least reduced and thus to create an oxygen probe that is characterized by improved measurement accuracy and provides a measured value that represents the driving force of the mass transfer from the furnace atmosphere to the surface of the workpiece. The above-mentioned disadvantages are to be avoided. In particular, it is an aim of the invention to develop a probe with which the oxygen potential of atmospheres generated in the furnace chamber of a heat treatment furnace with a high carburization rate can be measured without errors even in continuous operation.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Kontaktelektrode in der Ofenatmosphäre und dem Meßelektrolyt ein Ausgleichselektrolyt angeordnet ist. Vorzugsweise handelt es sich um einen ausschließlich Sauerstoffionen leitenden Ausgleichselektrolyten, der eine gemeinsame Berührungsstelle Meoelektrülyt-AüSylcichäclcktrolyt -Gfsnatmosphäre aufweist. Durch diesen Ausgleichselektrolyt entfällt die nach dem Stand der Technik übliche Berührungsstelle der elektronenleitenden Kontaktelektrode in der Ofenatmesphäre mit dem Meßelektrolyt. Stattdessen werden Sauerstoffionen von der gemeinsamen BerührungsstelleThe object is achieved according to the invention in that a balancing electrolyte is arranged between the contact electrode in the furnace atmosphere and the measuring electrolyte. Preferably, this is a balancing electrolyte that conducts only oxygen ions and has a common contact point for the electron-electrolyte-oxygen-atmosphere. This balancing electrolyte eliminates the contact point between the electron-conducting contact electrode in the furnace atmosphere and the measuring electrolyte, which is usual in the prior art. Instead, oxygen ions are absorbed by the common contact point.

Meßelektrolyt-Ofenatmosphäre-Ausgleichselektrolyt innerhalb des Ausgleichselektrolyts zur elektronenleitenden MeQstelle iieitergeleitet.Measuring electrolyte-furnace atmosphere-equalizing electrolyte within the equalizing electrolyte is conducted to the electron-conducting measuring point.

Diese räumliche Trennung des MeQelektryloten von der Elektrodenreaktion an der MeQstelle verhindert eine nennes- werte Veränderung der Ionen- und Elektronenkonzentrationen anThis spatial separation of the MeQelectrode from the electrode reaction at the MeQsite prevents a significant change in the ion and electron concentrations at

der Oberfläche des Meßelektrolyten. Eine paktrisch unbeeinträchtigte HetQung ist daher ermöglicht.the surface of the measuring electrolyte. A pactrically unaffected heating is therefore possible.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird zusätzlich an der Referenzseite des MeQelektrolyten zwischen der dortigen elektronenleitenden Kontaktelektrode und dem MeG-elektrolyt ein weiterer ausschließlich Sauerstoffionen leitender Ausgleichselektrolyt angeordnet, der eine gemeinsame Berührungssteile MeGelektrolyt-Ausgleichselektrolyt-Referenz-According to an expedient embodiment of the invention, a further compensation electrolyte which conducts only oxygen ions is additionally arranged on the reference side of the MeQ electrolyte between the electron-conducting contact electrode there and the MeG electrolyte, which forms a common contact point MeG electrolyte-compensation electrolyte-reference

_. .C &Lgr; ~i. _. .C &Lgr; ~i.

au &igr;ncxsiau &igr;ncxsi

vorgeschriebene Ausgleichselektrolyt in der Ofenatmosphäre arbeitet. Mit ihm wird erreicht, daß auch eine erhöhte Sauerstoffionenkonzentration ausgeglichen werden kann. Dies ist vor allem von Vorteil bei Ofenatmosphären in Betriebszuständen mit geringem Ionendurchsatz, beispielsweise bei niedriger Ofentemperatur odzT hohem S:auerstof fpotential. Hierbei kann der Ionenverbrauch an der Me&stelle in der Ofenatmosphäre geringer werden, als die Ionenproduktion an der Meßstelle auf der Referenzseite. Die Anwendung eines zusätzlichen Ausgleichselektrolyten verhindert dann eine Fehlmeßung in Form von Überspannungen.The specified compensation electrolyte is used in the furnace atmosphere. This ensures that an increased oxygen ion concentration can also be compensated. This is particularly advantageous in furnace atmospheres in operating conditions with low ion throughput, for example at low furnace temperatures or high oxygen potential. In this case, the ion consumption at the measuring point in the furnace atmosphere can be lower than the ion production at the measuring point on the reference side. The use of an additional compensation electrolyte then prevents incorrect measurements in the form of overvoltages.

Uni-Tiincuialca ief H i &ogr; &ogr; 1 oUf rnnon 1 &ogr; i f enrlo Knn^sUfelpUfrnrip inUni-Tiincuialca ief H i &ogr;&ogr; 1 oUf rnnon 1 &ogr; i f enrlo Knn^sUfelpUfrnrip in

T ** A «. W«£*SV* W &Lgr;. WW .* W » W—v — — w- — — — · - — - ·_ — — w — - . — w .- -T ** A «. W«£*SV* W &Lgr;. WW .* W » W—v —— w- ——— · - — - ·_ —— w — - . — w .- -

der Ofenatmosphäre aus Gold oder besteht aus einer überwiegend Gold enthaltenden Platinmetall-Legierung. Alternativ kann die elektronenleitende Kontaktelektrode in der Ofenatmosphäre auch aus einem Halbleiter, z.B. Siliziumcarbid, bestehen. Als Material für d^^ elektronenleitende Kontaktelektrode im Referenzmittel wird vorzugsweise ein hitzebeständiger Chrom-Nickelstahl verwendet.the furnace atmosphere is made of gold or consists of a platinum metal alloy containing predominantly gold. Alternatively, the electron-conducting contact electrode in the furnace atmosphere can also consist of a semiconductor, e.g. silicon carbide. A heat-resistant chromium-nickel steel is preferably used as the material for the electron-conducting contact electrode in the reference medium.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstand?" der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibyg der zugehörigen Zeichnung, in der eine Sauerstoff·: .,erode gemäß der Erfindung schematisch im Vergleich zu einer Sauer-Further details, features and advantages of the subject matter of the invention will become apparent from the following description of the accompanying drawing, in which an oxygen erode according to the invention is shown schematically in comparison to an oxygen erode.

as •&ogr; &Bgr;»as •&ogr;&Bgr;»

i Stoffelektrode des Standes der Technik dargestellt ist. In der ?:i fabric electrode of the state of the art is shown. In the ?:

Zeichnung zeigt:Drawing shows:

Fig. 1 eine bekannte Sauerstoffsonde, schematisch in Schnitt,Fig. 1 a known oxygen probe, schematically in section,

Fig. 2 eine Sauerstoffsonde gemäß der Erfindung schematisch im Schnitt undFig. 2 shows an oxygen probe according to the invention schematically in section and

Fig. 3 eine Sauerstoffsonde gemäß der Erfindung in einer weiteren Ausgestaltung schematisch im Schnitt.Fig. 3 shows an oxygen probe according to the invention in a further embodiment, schematically in section.

&zgr; Die in Fig. 1 der Zeichnung dargestellte bekannte Sauerstoffsonde besteht aus einem einseitig geschlossenen Rohr 1, welches ein ausschließlich Sauerstoffionen leitender Festelektrolyt, insbesondere aus stabilisierte··!) Zirkondioxid, ist. Innerhalb des rohrförmigen Festelektrolyten 1 ist ein Rohr 3 aus einem hitzebeständigen elektronenleitenden Werkstoff angeordnet, durch welches Luft 2 als Referenzmittel mit der inneren Oberfläche des Festelektrolyten 1 in Berührung gebracht wird. Das Luftzuführungsrohr 3 ist zugleich als Leiter zum Abgriff der an der elektronenleitenden Kontaktelektrode 4, auch Innenelektrode genannt, entstehenden Spannung ausgebildet. Zu diesem Zweck steht das Rohr 3 endseitig mit der Innenelektrode 4 in Berührung, wobei Querbohrungen 10 für den &zgr; The known oxygen probe shown in Fig. 1 of the drawing consists of a tube 1 closed on one side, which is a solid electrolyte that conducts exclusively oxygen ions, in particular of stabilized zirconium dioxide. Inside the tubular solid electrolyte 1 there is a tube 3 made of a heat-resistant electron-conducting material, through which air 2 is brought into contact with the inner surface of the solid electrolyte 1 as a reference medium. The air supply tube 3 is also designed as a conductor for tapping the voltage generated at the electron-conducting contact electrode 4, also called the inner electrode. For this purpose, the tube 3 is in contact with the inner electrode 4 at the end, with transverse bores 10 for the

C Luftdurchlaß zur Innenoberfläche des Festelektrolyten 1 vorgesehen sind.C Air passage to the inner surface of the solid electrolyte 1 is provided.

Der Festelektrolyt 1 ist außen umgeben von einem Schutzrohr 7, das aus einem hitzebeständigen, elektronenleitenden Werkstoff besteht. Es ist endseitig geschlossen und weist Querbohrungen 11 zur Ofenatmosphäre 5 hin auf. Hierdurch steht die Außenoberfläche des Festelektrolyten 1 ständig mit der Ofenatmosphäre 5 in Verbindung. An einer elektronenleitenden Kontaktelektrode 6, auch Außenelektrode genannt, werden dieThe solid electrolyte 1 is surrounded on the outside by a protective tube 7, which is made of a heat-resistant, electron-conducting material. It is closed at the end and has cross holes 11 facing the furnace atmosphere 5. As a result, the outer surface of the solid electrolyte 1 is constantly in contact with the furnace atmosphere 5. The

durch den Festelektrolyten 1 wandernden Sauerstoffionen in Sauerstoffatome und Elektronen umgewandelt. Die dabei entstehende Spannung wird im vorliegenden Fall durch das aus elektronenleitendem Werkstoff bestehende Außenschutzrohr 7 zum nichtdargestellten Meßgerät weitergeleitet, wozu die Außenelektrode einerseits mit der AuQenoberfläche des Festelektrolyten 1 und andererseits mit der inneren Oberfläche des Schutzrohrs 7 verbunden ist. Als MeOwert wird eine Spannung in Millivolt mV erhalten, welche die Kohlenstoff-Ubertragungseigenschaften einer Ofenatmosphäre repräsentiert und zur Regelung des C-Pegels von Aufkohlungsatmosphären verwendet werden kann.oxygen ions migrating through the solid electrolyte 1 are converted into oxygen atoms and electrons. In this case, the resulting voltage is passed on to the measuring device (not shown) through the outer protective tube 7, which is made of electron-conducting material, for which purpose the outer electrode is connected on the one hand to the outer surface of the solid electrolyte 1 and on the other hand to the inner surface of the protective tube 7. The measured value is a voltage in millivolts mV, which represents the carbon transfer properties of a furnace atmosphere and can be used to regulate the C level of carburizing atmospheres.

In Fig. 2 der Zeichnung ist die erfindungsgenäße Sauerstoffsonde schematisch dargestellt. Bei ihr ist ein Ausgleichselektrolyt 8 zwischen dem Meßelektrolyten 1 und der Außenelektrode angeordnet, welcher somit in Verbindung steht mit dem Meßelektrolyten, der Außenelektrode und der Ofenatmosphäre. Der Ausgleichselektrolyt 8 besteht aus einem ausschließlich Sauerstoffionen leitenden Werkstoff. Vorteilhafterweise wird als Material Zirkondioxid mit Zusätzen an Y2O3, CaO und/oder MgO verwendet. Die elektronenleitende Kontaktelektrode in der Ofenatmosphäre 6 ist aus einem in einer Aufkohlungsatmosphäre im Temperaturbereich von 800 bis 1000° C beständigen Werkstoff hergestellt. Im \ Ausführungsbeispiel besteht die Außenelektrode 6 aus Gold bzw. einer vorwiegend Gold enthaltenden Legierung. Erfolgreich verwendbar sind aber auch die Edelmetalle der Platingruppe, Silber, Kupfer und Legierungen dieser Metalle. Gold als Werkstoff im Ausführungsbeispiel ist gewählt worden, da hierin t die geringste Chemisorption von Sauerstoffatomen oder -molekülen erzielt wird. Es besitzt darüber hinaus eine sehr hohe chemische Beständigkeit, so daß eine außerordentlich genaue Meßung über eine sehr hohe Lebensdauer erzielbar ist.Fig. 2 of the drawing shows a schematic representation of the oxygen probe according to the invention. In this probe, a compensating electrolyte 8 is arranged between the measuring electrolyte 1 and the outer electrode, which is thus connected to the measuring electrolyte, the outer electrode and the furnace atmosphere. The compensating electrolyte 8 consists of a material that conducts exclusively oxygen ions. Zirconia with additions of Y 2 O 3 , CaO and/or MgO is advantageously used as the material. The electron-conducting contact electrode in the furnace atmosphere 6 is made of a material that is resistant to a carburizing atmosphere in the temperature range from 800 to 1000° C. In the embodiment, the outer electrode 6 consists of gold or an alloy containing predominantly gold. However, the precious metals of the platinum group, silver, copper and alloys of these metals can also be used successfully. Gold was chosen as the material in the example because it achieves the lowest chemisorption of oxygen atoms or molecules. It also has a very high chemical resistance, so that an extremely precise measurement can be achieved over a very long service life.

Fig. 3 der Zeichnung zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sauerstoffsonde mit der Anordnung eines zusätzlichen Ausgleichselektrolyten 9 im Referenzmittel. Er besteht aus dem gleichen Material wie der Ausgleichselektrolyt 8 und ist zwischen der Innenelektrode 4 und dem Meßelektrolyten 1 derart angeordnet, daß er in Verbindung steht mit der elektronenleitenden Kontaktelektrode 4 einerseits, der Innenfläche des Keßelektrolyten 1 andererseits sowie dem Referenzmittel Luft. Der zusätzliche Ausgleichselektrolyt 9 besteht aus dem gleichen Werkstoff wie der Ausgleichselektrolyt 8. Für die Wirksamkeit ist wesentlich, daß die Ausgleichselektrolyten aus einem ausschließlich Sauerstoffionen leitenden Werkstoff bestehen.Fig. 3 of the drawing shows a further embodiment of the oxygen probe according to the invention with the arrangement of an additional balancing electrolyte 9 in the reference medium. It consists of the same material as the balancing electrolyte 8 and is arranged between the inner electrode 4 and the measuring electrolyte 1 in such a way that it is connected to the electron-conducting contact electrode 4 on the one hand, the inner surface of the vessel electrolyte 1 on the other hand and the reference medium air. The additional balancing electrolyte 9 consists of the same material as the balancing electrolyte 8. It is essential for effectiveness that the balancing electrolytes consist of a material that conducts exclusively oxygen ions.

Durch die Anwendung des Ausgleichselektrolyten 9 auf der Referenzseite mit Luft als Referenzmittel kann mit Vorteil Chrom-Nickelstahl als elektronenleitenden Kontaktelektrode 4 und/ocor 6 verwendet werden, ohne daß Nachteile hinsichtlich der MeGgenauigktit in Kauf genommen werden müssen. Hierdurch kann die Sauer toffsonde in ihrer Gesamtheit technisch einfacher und wirtschaftlicher hergestellt werden. Erstmals ist der störende Einfluß der Chemisorption von Gasen der Ofenatmosphäre an den elektronenleitenden Kontaktelektroden auf das Meßsystem der Sauerstoffsonde wesentlich verringert bzw. eliminiert.By using the equalizing electrolyte 9 on the reference side with air as a reference medium, chrome-nickel steel can be used advantageously as the electron-conducting contact electrode 4 and/or 6 without having to accept disadvantages with regard to the measuring accuracy. This means that the oxygen probe as a whole can be manufactured in a technically simpler and more economical way. For the first time, the disruptive influence of the chemisorption of gases in the furnace atmosphere on the electron-conducting contact electrodes on the measuring system of the oxygen probe is significantly reduced or eliminated.

Die dargestellte Sauerstoffsonde ist zur Regelung der Kohlenstoffübertragung von in den Ofenraum von Wärmabehandlungsöfen eingeführten Brennstoff-Luftgeflischen geeignet, wobei der Meßwert dieser Sonden bei bekanntem CO-Gehalt die Kohlenstoffaktivität der Ofenatmosphäre repräsentiert, einer Größe, die zur Regelung der Kohlenstoffübertragung besser geeignet ist, als der üblicherweise hierzu herangezogene Kohlenstoffpegel. Bei der Regelung von Aufkohlungsatmosphären wird dieThe oxygen probe shown is suitable for controlling the carbon transfer of fuel-air mixtures introduced into the furnace chamber of heat treatment furnaces, whereby the measured value of these probes, with a known CO content, represents the carbon activity of the furnace atmosphere, a value that is better suited to controlling the carbon transfer than the carbon level usually used for this purpose. When controlling carburizing atmospheres, the

i * Il I Il llll I* ··i * Il I Il llll I* ··

• ••■111 ti ) I•••■111 ti ) I

• * ·· I ft I··• * ·· I ft I··

%% ' Genauigkeit der Kohlenstoffübertragung insbesondere hei hohen ' Accuracy of carbon transfer especially at high

i Ofentemperaturen verbessert. Dabei wirkt sich besonders vor-i Oven temperatures improved. This is particularly effective

H teilhaft aus, daß die Kontaktelektrode keinen KohlenstoffH is characterized by the fact that the contact electrode does not contain carbon I chemisorbiert und die Sonde somit nahe an der RuOgrenzeI chemisorbed and the probe is thus close to the RuO limit

;&iacgr; richtige Meßwerte liefert. Hieraus ergibt sich, daß die;&iacgr; provides correct measured values. This means that the

Ö Kohlenstoffübertragung bei höheren Kohlenstoffaktivitäten derÖ Carbon transfer at higher carbon activities of

^ Ofenatmosphäre vorgenommen werden kann als bisher, womit eine^ furnace atmosphere than before, which means that

I-I- Verkürzung der Aufkohlungszeiten erzielbar ist. Darüber hinausReduction of carburization times can be achieved. In addition,

; ist die erzielte schnellere Anzeige des Meßwertes nach Ver-; is the faster display of the measured value after

&psgr;.&psgr;. änderungen der Ofenatmosphäre von Vorteil, beispielsweise wenn nach einem Aufkohlungsvorgang der Diffusionsprozeß beginnt.changes in the furnace atmosphere are advantageous, for example when the diffusion process begins after a carburizing process.

— 9 -·— 9 -·

Bezugszeichenliste ;List of reference symbols;

1 RohrfÖrmiger Festelektrolyt1 Tubular solid electrolyte

2 Referenzmittel2 Reference means

3 Rohr3 Pipe

* Kontaktelektrode* Contact electrode

5 Ofenatmosphäre5 Oven atmosphere

6 Kontaktelektrode 1 6 Contact electrode 1 SchutzrohrProtective tube

8 Ausgleichselektrolyt 8 Balancing electrolyte

* Ausgleichselektrolyt* Balancing electrolyte

10 Querbohrungen10 cross holes

11 Querbohrungen11 cross holes

- 10 -- 10 -

Claims (6)

Ansprüche ;Expectations ; 1. Sonde zur Messung des Sauerstoffpotentials, insbesondere zur Ermittlung der Kohlenstoff-Ubertragungseigenschaften einer Ofenatmosphäre mit Anteilen der Gase H2, CO und CH4, die einen Sauerstoffionen leitenden Festkörperelektrolyten mit einer Kontaktelektrode in der Ofenatmosphäre und einer Kontaktelektrode in einem Referenzmittel mit bekanntem Sauerstoffpotential aufweist,1. Probe for measuring the oxygen potential, in particular for determining the carbon transfer properties of a furnace atmosphere containing proportions of the gases H 2 , CO and CH 4 , which comprises an oxygen ion-conducting solid electrolyte with a contact electrode in the furnace atmosphere and a contact electrode in a reference medium with a known oxygen potential, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kontaktelektrode in der Ofenatmosphäre (6) uncr dem Meßelektrolyten (1) ein Ausgleichselektrolyt (8) angeordnet ist.characterized in that a compensating electrolyte (8) is arranged between the contact electrode in the furnace atmosphere (6) and the measuring electrolyte (1). 2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichselektrolyt (8) aus einem Sauerstoffionen leitenden Werkstoff besteht und eine gemeinsame Berührungsstelle Mefelektrolyt-Ausgleichselektrolyt-Ofenatmosphäre aufweist.2. Probe according to claim 1, characterized in that the equalizing electrolyte (8) consists of an oxygen ion-conducting material and has a common contact point for the measuring electrolyte, the equalizing electrolyte and the furnace atmosphere. 3. Sonde nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der elektronenleitenden Kontaktelektrode im Referenzmittel (4) und dem Meßelektrolyt (1) ein weiterer ausschließlich Sauerstoffionen leitender Ausgleichselektrolyt (9) angeordnet ist.3. Probe according to claim 1 and 2, characterized in that between the electron-conducting contact electrode in the reference medium (4) and the measuring electrolyte (1) there is arranged a further compensating electrolyte (9) which conducts exclusively oxygen ions. {") 4. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichselektrolyt (8 bzw. 9) aus einem identischen Werkstoff wie der Meßelektrolyt (1), vorzugsweise aus Zirkondioxid, gegebenenfalls mit Zusätzen an Y2O3, CaO und/oder MgO besteht.{") 4. Probe according to one of claims 1 to 3, characterized in that the compensating electrolyte (8 or 9) consists of an identical material as the measuring electrolyte (1), preferably of zirconium dioxide, optionally with additions of Y 2 O 3 , CaO and/or MgO. 5. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronenleitende Kontaktelektrode in5. Probe according to one of claims 1 to 4, characterized in that the electron-conducting contact electrode in - 11 -- 11 - • ·· der Qfenatmosphäre (6) aus Gold oder einer vorwiegend goldenthaltenden Legierung besteht.the furnace atmosphere (6) consists of gold or a predominantly gold-containing alloy. 6. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis A, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronenleitende Kontaktelektrode in der Ofenatmosphäre (6) aus einem Halbleiter, vorzugsweise Siliziutncarbid, besteht.6. Probe according to one of claims 1 to A, characterized in that the electron-conducting contact electrode in the furnace atmosphere (6) consists of a semiconductor, preferably silicon carbide. ?. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daG die elektronenleitende Kontaktelektrode im Referenzmittel (4) aus einem hitze.eständigen Chrom-Nickelstahl besteht.?. Probe according to one of claims 1 to 6, characterized in that the electron-conducting contact electrode in the reference means (4) consists of a heat-resistant chromium-nickel steel.
DE8812566U 1988-10-06 1988-10-06 Oxygen probe for a heat treatment furnace Expired DE8812566U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE8812566U DE8812566U1 (en) 1988-10-06 1988-10-06 Oxygen probe for a heat treatment furnace

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE8812566U DE8812566U1 (en) 1988-10-06 1988-10-06 Oxygen probe for a heat treatment furnace

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE8812566U1 true DE8812566U1 (en) 1989-01-05

Family

ID=6828602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE8812566U Expired DE8812566U1 (en) 1988-10-06 1988-10-06 Oxygen probe for a heat treatment furnace

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE8812566U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0362736A2 (en) * 1988-10-06 1990-04-11 Ipsen Industries International Gesellschaft Mit Beschränkter Haftung Oxygen probe for a heat treatment oven
DE10152204A1 (en) * 2001-10-23 2003-05-08 Schwaebische Haertetechnik Ulm Device and method for measuring and / or regulating the carburizing atmosphere in a vacuum carburizing plant

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0362736A2 (en) * 1988-10-06 1990-04-11 Ipsen Industries International Gesellschaft Mit Beschränkter Haftung Oxygen probe for a heat treatment oven
EP0362736A3 (en) * 1988-10-06 1991-06-05 Ipsen Industries International Gesellschaft Mit Beschränkter Haftung Oxygen probe for a heat treatment oven
DE10152204A1 (en) * 2001-10-23 2003-05-08 Schwaebische Haertetechnik Ulm Device and method for measuring and / or regulating the carburizing atmosphere in a vacuum carburizing plant
DE10152204B4 (en) * 2001-10-23 2004-01-22 Schwäbische Härtetechnik Ulm GmbH Device and method for measuring and / or regulating the carburizing atmosphere in a vacuum carburizing plant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1809622C2 (en) Measuring probe for recording gas contents
DE69521451T2 (en) Method and device for measuring a gas component
DE69434476T2 (en) SENSOR AND METHOD FOR THE DETECTION OF NITROGEN OXIDES
EP0241751B2 (en) Method of continuously monitoring the gaseous constituents of a gas mixture, besides oxygen
DE69714112T2 (en) The oxide sensor
DE3686162T2 (en) DETECTOR FOR GAS CHROMATOGRAPHS.
DE2918932C2 (en) Sensors for gases
DE2917160A1 (en) METHOD FOR DETERMINING AN AIR-FUEL RATIO IN COMBUSTION DEVICES BY MEASURING THE OXYGEN CONTENT IN THE EXHAUST GAS
EP0938667A1 (en) Gas sensor
DE19757112C2 (en) Gas sensor
EP0362736B1 (en) Oxygen probe for a heat treatment oven
DE4225775C2 (en) Arrangement for continuously monitoring the concentration of NO in gas mixtures
DE3606044A1 (en) Air/fuel ratio sensor
DE8812566U1 (en) Oxygen probe for a heat treatment furnace
DE112016000301B4 (en) NOx sensor
DE3941554A1 (en) ELECTROCHEMICAL MEASURING CELL FOR DETECTING GAS COMPONENTS IN FLUID MEDIA
DE10112786A1 (en) Gas measuring element that can be used in an exhaust system of an internal combustion engine
DE69006542T2 (en) Method for controlling thermal treatment with C diffusion.
WO2020025380A1 (en) Flame ionisation detector and method for the analysis of an oxygen-containing measuring gas
DE2028734C3 (en) Arrangement for measuring the carbon content of flowable media
DE1954178A1 (en) Method and device for measuring the carbon activity of carbon-containing flowable media
WO2008012127A1 (en) Gas sensor for determining hydrogen-containing gas components in combustion gas mixtures
DE19721232A1 (en) Oxygen particle pressure sensor with two measuring ranges
DE102006034379A1 (en) Mixture potential sensor i.e. ammonia sensor, for quantitative detection of individual gas species i.e. ammonia, in gas mixture in internal combustion engine, has evaluator calculating concentration of gas components
DE19900017A1 (en) Gas sensor for investigating exhaust gas of motor vehicle, has temperature sensor arranged on surface of electrolyte board to measure temperature of position of electrode