FR2473720A1 - ELECTROCHEMICAL MEASUREMENT PROBE WITH PROTECTIVE DEVICE FOR DETERMINING OXYGEN CONTENT OF EXHAUST GASES - Google Patents

ELECTROCHEMICAL MEASUREMENT PROBE WITH PROTECTIVE DEVICE FOR DETERMINING OXYGEN CONTENT OF EXHAUST GASES Download PDF

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FR2473720A1
FR2473720A1 FR8100267A FR8100267A FR2473720A1 FR 2473720 A1 FR2473720 A1 FR 2473720A1 FR 8100267 A FR8100267 A FR 8100267A FR 8100267 A FR8100267 A FR 8100267A FR 2473720 A1 FR2473720 A1 FR 2473720A1
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sintered material
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exhaust gases
probe
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Jorg Abthoff
Hans-Dieter Schuster
Gunter Loose
Michael-Rainer Busch
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Daimler Benz AG
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Daimler Benz AG
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    • 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

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Abstract

La présente invention concerne les sondes de mesure électrochimiques pour la détermination du contenu en oxygène des gaz d'échappement. La sonde de mesure comprend à sa partie exposée aux gaz d'échappement, un dispositif de protection 12 en matériau fritté poreux qui l'entoure, ainsi seule une partie du flux des gaz d'échappement et non plus leur tonalité parvient par les pores à la sonde de mesure, ce qui permet d'atténuer fortement les chocs thermiques et pointes de pression au niveau du tube d'électrolyte solide 1 de la sonde. Le dispositif de protection est avantageusement disposé à une distance de 0,01 à 20,0 mm de la sonde de mesure. Le matériau fritté poreux peut être formé de céramique ou de métal, tel que les alliages de nickel résistant aux hautes températures. Application à la détermination du contenu en oxygène des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne. (CF DESSIN DANS BOPI)The present invention relates to electrochemical measurement probes for determining the oxygen content of exhaust gases. The measuring probe comprises at its part exposed to the exhaust gases, a protection device 12 made of porous sintered material which surrounds it, thus only part of the flow of the exhaust gases and no longer their tone reaches through the pores to the measurement probe, which makes it possible to greatly attenuate thermal shocks and pressure peaks at the level of the solid electrolyte tube 1 of the probe. The protection device is advantageously placed at a distance of 0.01 to 20.0 mm from the measurement probe. The porous sintered material can be ceramic or metal, such as high temperature resistant nickel alloys. Application to the determination of the oxygen content of the exhaust gases of internal combustion engines. (CF DRAWING IN BOPI)

Description

2473?202473? 20

-1--1-

L'invention concerne une sonde de mesu-  The invention relates to a measuring probe

re électrochimique pour la détermination du contenu en oxygène des gaz d'échappement issus en particulier des moteurs à combustion interne, dont la partie exposée aux gaz d'échappement est entourée d'un dispositif de protection disposé autour et à une certaine distance de  electrochemical reactor for determining the oxygen content of the exhaust gases, in particular from internal combustion engines, the part of which is exposed to the exhaust gases is surrounded by a protective device arranged around and at a certain distance from

la sonde de mesure et présentant des ouvertures.  the measuring probe and having openings.

Des sondes de mesure destinées à déter-  Measuring probes for deter-

miner la concentration d'oxygène dans les gaz d'échap-  the oxygen concentration in the exhaust gas

pement d'un moteur à combustion interne en vue de la ré-  of an internal combustion engine with a view to

gulation du rapport air-carburant du mélange alimentant  regulation of the air-fuel ratio of the fueling mixture

ce moteur sont connues (demandes de brevet en Républi-  this engine are known (patent applications in the Republic of

que Fédérale d'Allemagne DE-OS 24 33 158, DE-OS 25 02  Federal Republic of Germany DE-OS 24 33 158, DE-OS 25 02

409, DE-OS 26 39 097, DE-AS 26 57 437, demande de bre-  409, DE-OS 26 39 097, DE-AS 26 57 437, application for patent

vet aux Etats Unis d'Amérique US-PS 37 59 232, ou Au-  in the United States of America US-PS 37 59 232, or

tomotive Engineering 87 (3), pages de 88 à 97 de mars  tomotive Engineering 87 (3), pages 88 to 97 of March

1979).1979).

Ces sondes de mesure de taux d'oxygène présentent souvent un électolyte solide (conducteur  These oxygen measurement probes often have a solid electrolyte (conductive

d'ions oxygène) en forme de tube. Sur la face intérieu-  of oxygen ions) in the form of a tube. On the inside

re, exposée au gaz étalon, de l'électrolyte solide et sur la face extérieure exposée aux gaz d'échappement, une électrode en platine (électrode en couche mince)  re, exposed to the standard gas, solid electrolyte and on the outer face exposed to the exhaust gas, a platinum electrode (thin film electrode)

est constituée par vaporisation thermique, pulvérisa-  consists of thermal vaporisation, spraying

tion cathodique, application en phase gazeuse, réduc-  cathodic application, gas phase application, reduction

tion chimique, dépÈt galvanique ou procédé similaire, la force électromotrice ainsi créée entre ces faces et pouvant être mesurée correspond à la différence des concentrations d'oxygène ou des pressions partielles  In this case, the electromotive force thus created between these faces and which can be measured corresponds to the difference in oxygen concentrations or partial pressures.

des gaz d'échappement et du gaz étalon. Ces sondes peu-  exhaust gas and standard gas. These probes can

vent aussi être fabriquées à partir d'un composé de ti-  may also be manufactured from a compound of

tane (Ti 02) céramique, le plus souvent imprégné d'un métal précieux, dont la résistance électrique varie avec la teneur en oxygène du fluide gazeux et avec la -2- température. Pour augmenter la durabilité d'une telle sonde de mesure, la partie de la sonde qui est exposée aux gaz d'échappement est entourée d'un dispositif de protection.  ceramic tane (Ti 02), most often impregnated with a precious metal, the electrical resistance of which varies with the oxygen content of the gaseous fluid and with the temperature. To increase the durability of such a measuring probe, the part of the probe that is exposed to the exhaust gas is surrounded by a protective device.

Sur des sondes de mesure électrochimi-  On electrochemical measuring probes

ques connues, la partie de la sonde exposée aux gaz  known, the part of the probe exposed to gases

d'échappement est équipée d'une douille servant de dis-  exhaust system is equipped with a bushing

positif de protection et comportant un certain nombre d'ouvertures (Demandes de brevet en République Fédérale d'Allemagne DE-OS 23 15 444, DE-OS 26 29 097 ou DE-OS  positive protection and having a number of openings (Patent applications in the Federal Republic of Germany DE-OS 23 15 444, DE-OS 26 29 097 or DE-OS

26 27 760); la couche de catalyseur de la face exté-  26 27 760); the catalyst layer of the outer face

rieure de la sonde, cependant, est vite détruite par le flux de gaz d'échappement pénétrant par les ouvertures  of the probe, however, is quickly destroyed by the flow of exhaust gas

et frappant directement (y compris avec les grosses par-  and striking directly (including with large

ticules qu'il contient) la couche de catalyseur. Par  particles it contains) the catalyst layer. By

ailleurs, la zone de la sonde située derrière les ouver-  elsewhere, the area of the probe behind the openings

tures du dispositif de-protection n'est pas protégée,  the protective device is not protected,

non plus que sa couche de catalyseur, des chocs inter-  as well as its catalyst layer, international shocks

venant lorsque se produisent dans le flux entrant des  coming when occur in the incoming flow of

gaz d'échappement des variations brutales de températu-  exhaust gas from sudden changes in temperature

re et de pression.re and pressure.

On connatt également des dispositifs de  We also know devices for

protection tubulaires et fermés à une extrémité, pré-  tubular protection and closed at one end, pre-

sentant plusieurs ouvertures reparties sur leur enve-  several openings on their enve-

loppe et équipées d'éléments déflecteurs destinés à empêcher le gaz entrant de faire directement impact  lopped and equipped with baffle elements to prevent incoming gas from directly impacting

sur le tube d'électrolyte solide. Sur ces formes d'exé-  on the solid electrolyte tube. On these forms of

cution, le gradient de température est encore très élevé sur le tube d'électrolyte solide, ce qui réduit la durée de vie des sondes de mesure équipées de ces  the temperature gradient is still very high on the solid electrolyte tube, which reduces the service life of the measuring probes equipped with these

dispositifs de protection (Demandesde brevet en Répu-  protection devices (Patent Applications in

blique Fédérale d'Allemagne DE-OS 24 52 924; DE-AS 25  Federal Republic of Germany DE-OS 24 52 924; DE-AS 25

53 212).53,212).

-3- Sur un autre type de dispositif de protection, on a fixé deux tubes de protection perforés autour du tube d'électrolyte solide, ces deux tubes étant disposés coaxialement et à une certaine distance l'un de l'autre et leurs perforations étant ainsi déca-  On another type of protection device, two perforated protection tubes were fixed around the solid electrolyte tube, these two tubes being arranged coaxially and at a distance from each other and their perforations being thus,

lées d'un tube à l'autre (Demande de brevet en Répu-  from one tube to another (Patent Application in

blique Fédérale d'Allemagne DE-OS 23 48 505).  Federal Republic of Germany DE-OS 23 48 505).

Ces dispositifs de protection se sont certes révélés appropriés dans une certaine mesure en  These protective devices have proved to be appropriate to a certain extent in

tant que moyens de protection contre les actions méca-  as means of protection against the mechanical

niques et contre les chocs de température et de pres-  and against temperature and pressure shocks

sion; ils ne satisfont toutefois pas, du point de vue durée de vie de la sonde de mesure et de sa couche de  if we; however, from the point of view of the life of the measuring probe and its

catalyseur, d'une part en raison des gradients de tem-  a catalyst because of the time gradients

pérature élevés entre la partie de sonde la plus expo-  high temperatures between the most exposed

sée aux gaz d'échappement et celle qui n'est qu'indi-  exhaust emissions and that which is only

rectement exposée à ces gaz d'échappement, et d'autre  properly exposed to these exhaust gases, and other

part et surtout parce qu'ils ne peuvent empêcher l'inac-  especially because they can not prevent the inactivity

tivation du catalyseur par des inhibiteurs de cataly-  catalytic inactivation by catalytic

seurs comme le soufre, le phosphore et en particulier le plomb et les composés du plomb lorsque l'on utilise  such as sulfur, phosphorus and in particular lead and lead compounds when

de l'essence qui en contient.of the essence that contains it.

Les véhicules équipés de telles sondes de mesure doivent donc utiliser de l'essence sans plomb, restriction qui limite leur rayon d'action étant  Vehicles equipped with such measuring probes must therefore use unleaded gasoline, a restriction which limits their range of action being

donné que l'essence sans plomb n'est pas partout dis-  unleaded gasoline is not everywhere

ponible.ponible.

L'invention a donc pour but la créa-  The invention therefore aims at creating

tion d'un dispositif de protection pour sondes de me-  protection device for measuring probes.

sure qui protège celles-ci non seulement des actions mécaniques et des chocs thermiques et de pression, mais  sure that protects them not only from mechanical actions and thermal shocks and pressure but

également qui garantisse une durée de vie satisfaisan-  also guaranteeing a satisfactory life expectancy

te de la sonde de mesure, en particulier lorsque les  of the measuring probe, especially when

gaz d'échappement contiennent du plomb.  exhaust gases contain lead.

-4- Il s'est avéré de façon surprenante que lorsque l'on utilisait un tube en matériau fritté comme dispositif de protection, on excluait pratiquement pour une longue période l'apparition d'une inactivation de la sonde de mesure par inhibition de la couche de cata-  Surprisingly, it was found that when a sintered tube was used as a protective device, the occurrence of an inactivation of the measuring probe by inhibition of the measurement was virtually ruled out for a long time. layer of cata-

lyseur par des composés contenant du soufre, du phos-  lyser with compounds containing sulfur, phosphorus

phore ou encore du plomb (lorsqu'un carburant contenant  phore or even lead (when a fuel containing

ce métal est utilisé).this metal is used).

Comme matériaux dans lesquels peut être  As materials in which can be

fabriqué le tube fritté, citons les matériaux cérami-  The sintered tube is made of ceramic materials

ques comme la Sillimanite, la Cordiérite, le Silika, le corindon, la Forstérite, mais surtout des métaux et alliages comme le SICA-R (1.4404 ou 316), l'inconel, l'incoloy, le titane, le métal Monel, le nickel. Des métaux fortement alliés comme l'inconel, l'incoloy, ou encore le nickel, sont à utiliser de préférence parce que résistant particulièrement bien à des charges de température de 9000 et plus, ainsi qu'aux vibrations  such as Sillimanite, Cordierite, Silika, corundum, Forsterite, but especially metals and alloys such as SICA-R (1.4404 or 316), inconel, incoloy, titanium, metal Monel, nickel. Highly alloyed metals such as inconel, incoloy, or nickel are preferably used because they are particularly resistant to temperature loads of 9000 and higher, as well as to vibrations.

des gaz et aux charges thermiques et mécaniques élevées.  gases and high thermal and mechanical loads.

L'épaisseur de paroi du tube en maté-  The wall thickness of the tube

riau fritté ne doit pas être inférieure à 1,5mm pour  sintered material should not be less than

les céramiques et à lmm pour les métaux. Lorsque l'épais-  ceramics and at lmm for metals. When the thick

seur de paroi dépasse 20mm, il ne se produit aucune amélioration pratique de l'effet de protection; seul augmente le temps mis par les gaz d'échappement pour traverser le corps en matériau fritté, ce qui provoque l'augmentation du temps de réponse de la sonde. Les épaisseurs de paroi à préférer sont comprises entre  wall thickness exceeds 20mm, there is no practical improvement in the protective effect; only increases the time taken by the exhaust gases to pass through the body of sintered material, which causes the increase of the response time of the probe. The wall thicknesses to be preferred are between

2 et 6 mm, car elles allient alors un bon effet de pro-  2 and 6 mm, because they combine a good effect of pro-

tection à un court temps de réponse.  tection at a short response time.

Pour ce qui concerne la grosseur des pores du tube en matériau fritté, il est avantageux  As regards the pore size of the sintered material tube, it is advantageous

qu'elle se situe entre 20 et 200 p. Lorsque la gros-  that it is between 20 and 200 p. When the fat

seur des pores dépasse 800 u, l'effet de protection  pore size exceeds 800 u, the protective effect

est trop faible. Au-dessous de 5 p, la vitesse de l'é-  is too weak Below 5 p, the speed of the

coulement diminue fortement, ce qui a pour effet d'aug-  flow decreases sharply, which has the effect of increasing

menter également fortement le temps de réponse. Une grosseur de pores réduite autorise une épaisseur de cloison réduite, car l'effet de protection augmente  also strongly reduce the response time. Reduced pore size allows for reduced wall thickness, as the protective effect increases

lorsque la grosseur de pores décroît.  when the pore size decreases.

Une épaisseur de cloison réduite peut  A reduced wall thickness can

partiellement compenser une vitesse d'écoulement ré-  partially compensate for a steady flow velocity

duite. La grosseur de pores à préférer se situe entre  pick. The preferred pore size is between

40 et 80 y, car un compromis particulièrement avanta-  40 and 80 y, because a particularly advantageous compromise

geux est alors réalisé entre la taille du tube, le de-  is then made between the size of the tube, the

gré de séparation, la résistance au fluage, la durabi-  separation, the creep resistance, the durability

lité mécanique et le temps d'écoulement des gaz à tra-  mechanical capacity and the flow time of gases through

vers le matériau fritté.to the sintered material.

Les faces internes des pores du corps en matériau fritté peuvent également être recouvertes  The internal faces of the pores of the body of sintered material can also be covered

d'un matériau catalyseur (par exemple par imprégna-  a catalyst material (for example by impregnating

tion), lequel accélère l'instauration de l'équilibre des gaz. Ce catalyseur peut être constitué par un  which accelerates the introduction of the gas balance. This catalyst can be constituted by a

métal rare, par exemple par un métal du groupe platine.  rare metal, for example by a platinum group metal.

Ceci présente l'avantage d'obtenir de façon simple et pratiquement sans dépense supplémentaire (si l'on fait abstraction de l'imprégnation) un temps de contact suffisamment long pour amener les composants des gaz d'échappement à un équilibre thermodynamique, condition préalable d'obtention, avec de telles sondes de mesure, lorsque \= 1,000, d'un saut de potentiel ayant la pente désirée lorsque l'on passe de l'état réducteur à l'état  This has the advantage of obtaining in a simple manner and practically without additional expense (if the impregnation is ignored) a sufficiently long contact time to bring the components of the exhaust gases to a thermodynamic equilibrium, a precondition of obtaining, with such measuring probes, when \ = 1,000, a jump of potential having the desired slope when one passes from the reducing state to the state

oxydant et inversement.oxidant and vice versa.

La construction de tels tubes en maté-  The construction of such tubes in

riau fritté est connue sur le plan général et ne réser-  sintered material is generally known and can only be

ve aucune difficulté cachée à l'homme de l'art qui l'en-  there is no hidden difficulty for the person skilled in the art who

treprend. Le raccordement du corps en matériau fritté  treprend. The connection of the body made of sintered material

au corps de la sonde de mesure peut se faire directe-  to the body of the measuring probe can be directly

-6- ment par soudage, brasage, liaison filetée ou collage  -6- by welding, soldering, threaded connection or gluing

sur la céramique de la sonde côté gaz d'échappement.  on the ceramic of the exhaust gas probe.

Le corps en matériau fritté peut aussi être monté de façon amovible; il peut ainsi le cas échéant être échangé en tant que-composant peu coûteux avant que ne cesse l'effet de protection, ce qui évite d'avoir à remplacer la totalité de la sonde de mesure, composant  The body of sintered material can also be removably mounted; it can thus possibly be exchanged as an inexpensive component before the protective effect ceases, which avoids having to replace the entire measuring probe, a component

d'un certain prix.of a certain price.

Sur les figures, sont représentés sché-  In the figures, are represented

matiquement deux exemples d'exécution. Les figures mon-  two examples of execution. The figures

trent successivement: figure 1, en vue latérale et en coupe partielle, une sonde de mesure conforme à l'invention, avec dispositif de protection en matériau fritté, figure 2, le secteur d'extrémité, côté tuyau d'échappement, d'une sonde de mesure conforme à l'invention et équipée d'un dispositif de protection en matériau fritté, selon une autre exécution, figure 3, le secteur d'extrémité, côté tuyau d'échappement, d'une sonde de mesure conforme à l'état de la technique, équipée d'un dispositif de protection.  trent successively: FIG. 1, in side view and in partial section, a measuring probe according to the invention, with protection device made of sintered material, FIG. 2, the end sector, on the exhaust pipe side, of a measuring probe according to the invention and equipped with a protection device made of sintered material, according to another embodiment, FIG. 3, the end sector, on the exhaust pipe side, of a measurement probe according to FIG. state of the art, equipped with a protective device.

La sonde de mesure électrochimique re-  The electrochemical measuring probe

présentée sur la figure 1 fonctionne suivant le princi-  shown in Figure 1 works according to the principle

pe connu de la chatne de concentration d'oxygène à électrolyte solide conducteur d'ions; elle comporte un tube d'électrolyte solide 1 conducteur d'ions et fermé d'un côté, tube en zircone cubique stabilisée qui, sur sa face extérieure, supporte une couche catalyseur 2  known pe of ion concentration solid electrolyte oxygen catena; it comprises a solid electrolyte tube 1 ion-conducting and closed on one side, stabilized cubic zirconia tube which, on its outer face, supports a catalyst layer 2

en platine conductrice d'électrons et sur sa face inté-  platinum conductive electron and on its inner face

rieure, une piste 3 conductrice d'électrons qui pénètre  an electron-conducting track 3 that penetrates

jusque dans la zone du fond du tube d'électrolyte soli-  down to the bottom zone of the solid electrolyte

de et qui est également en platine. La piste conductive 3 est raccordée à un élément de contact, non représenté, -7-  from and which is also platinum. The conductive track 3 is connected to a contact element, not shown, -7-

en liaison électrique avec une fiche 4. Le tube d'élec-  in electrical connection with a plug 4. The elec-

trolyte solide 1 est monté de façon étanche dans le  solid trolyte 1 is sealingly mounted in the

perçage longitudinal 5 d'un bottier métallique 6 pour-  longitudinal piercing 5 of a metal casing 6 for

vu, pour l'incorporation dans un tuyau d'échappement, d'un filetage mâle 7 et d'un écrou six pans 8. A l'ex- trémité de raccordement du bottier 6, est monté un tube 9 pourvu d'ouvertures d'entrée d'air 10 permettant à l'air ambiant de pénétrer dans l'espace vide 11 du  for the incorporation in an exhaust pipe, a male thread 7 and a hexagonal nut 8. At the end of the connection of the casing 6, is mounted a tube 9 provided with openings air inlet 10 allowing the ambient air to enter the empty space 11 of the

tube d'électrolyte solidel.L'extrémité du tube d'élec-  electrolyte tube solidel.The end of the elec-

trolyte solide situé côté tuyau d'échappement fait saillie du perçage longitudinal 5 du bottier et se trouve exposée aux gaz d'échappement se trouvant dans  solid trolyte located on the exhaust pipe side protrudes from the longitudinal piercing 5 of the box and is exposed to the exhaust gas located in

ce tuyau d'échappement. Pour protéger la couche de ca-  this exhaust pipe. To protect the layer of

talyseur conductrice d'électrons 2 prévue sur le tube  Electron conductive catalyst 2 provided on the tube

d'électrolyte solide 1 d'un effet intensif de dénuda-  solid electrolyte 1 of an intensive denudation

tion, et éviter les chocs de température et de pression  to avoid temperature and pressure shocks

consécutifs à l'impact direct du flux de gaz d'échappe-  consecutive to the direct impact of the flue gas

ment, le dispositif de protection 12 conforme à l'in-  the protective device 12 in accordance with the

vention, fabriqué dans un matériau fritté, a été fixé par soudage au bottier 6 autour de la partie du tube d'électrolyte solide 1 faisant saillie dans le flux de  The invention, made of a sintered material, has been fixed by welding to the box 6 around the portion of the solid electrolyte tube 1 protruding into the flow of

gaz d'échappement. Le tube en matériau fritté est dis-  exhaust gas. The tube of sintered material is dis-

posé autour de la sonde de mesure et à une distance de celle-ci comprise entre 0,01 et 20,0 mm. La figure 2 montre une autre forme d'exécution d'un dispositif de protection conforme à l'invention, dispositif fixé au  placed around the measuring probe and at a distance of between 0.01 and 20.0 mm. FIG. 2 shows another embodiment of a protection device according to the invention, which device is attached to the

bottier 6 par l'intermédiaire d'un filetage 13.  casing 6 via a thread 13.

La figure 3 montre un dispositif de protection correspondant à l'état de la technique et  FIG. 3 shows a protection device corresponding to the state of the art and

comportant un tube métallique 14 présentant une ouver-  having a metal tube 14 having an opening

ture 15 pour l'entrée des gaz d'échappement.  15 for the entry of the exhaust gas.

Grâce au corps poreux en matériau frit-  Thanks to the porous body of fried

té, on obtient qu'une partie seulement du flux des gaz d'échappement et non plus leur totalité parvienne par -8- les pores à la sonde de mesure; ainsi, est pratiquement réalisé un effet de bypass. Le débit et la vitesse de ce  As a result, only a portion of the exhaust gas stream and not all of it is passed through the pores to the measuring probe; thus, a bypass effect is practically achieved. The speed and speed of this

flux de gaz d'échappement parvenant à la sonde de mesu-  flow of exhaust gas reaching the measuring probe

re se règlent de façon simple par le choix de l'épais-  re can be adjusted simply by choosing the thickness

seur de cloison et de la grandeur des pores du corps  partition and the size of the body's pores

en matériau fritté et s'adaptent aux conditions dési-  sintered material and adapt to the conditions

rées. Le corps en matériau fritté permet en plus d'ob-  Rees. The body made of sintered material makes it possible

tenir un équilibrage de la température de la sonde.  maintain a temperature balance of the probe.

Chocs thermiques et pointes de pression n'atteignent  Thermal shock and pressure peaks do not reach

pas la céramique de la sonde (tube d'électrolyte soli-  the ceramic of the probe (solid electrolyte

de). Lorsque la température des gaz est peu élevée, c'est-à-dire lorsqu'un moteur tourne au ralenti, la température de la sonde de mesure tombe moins vite une sonde équipée du dispositif de protection conforme  of). When the temperature of the gases is low, that is to say when an engine idles, the temperature of the measuring probe falls less quickly a probe equipped with the protective device according to

à l'invention entre donc moins rapidement en dérange-  to the invention therefore enters less rapidly into

ment qu'une sonde correspondant à l'état de la techni-  that a probe corresponding to the state of the art

que. Etant donné l'effet de bypass du corps poreux en matériau fritté, il ne parvient à la sonde de mesure qu'un débit de gaz relativement réduit; il en résulte que le réchauffage de la sonde est aussi relativement simple, ce qui constitue un avantage en démarrage à  than. Because of the bypass effect of the porous material of sintered material, it reaches the measuring probe only a relatively small gas flow rate; as a result, the heating of the probe is also relatively simple, which is an advantage in starting at

froid et, le cas échant, au ralenti. Le corps en maté-  cold and, if necessary, idle. The body in

riau fritté opposant un effet amortisseur aux. pointes de température et aux pointes de pression, la sonde peut être montée plus près du moteur, ce qui réduit le temps de réponse. Le léger retard avec lequel le flux  sintered material opposing a damping effect to. temperature peaks and pressure peaks, the probe can be mounted closer to the motor, which reduces the response time. The slight delay with which the flow

de gaz atteint la sonde de mesure, retard dû à son pas-  gas reaches the measuring probe, delay due to its

sage à travers le corps poreux en matériau fritté, peut  wise through the porous body made of sintered material, can

par cette mesure être facilement compensé.  by this measure be easily compensated.

L'efficacité du dispositif de pro-The effectiveness of the pro-

tection conforme à l'invention est montrée par l'exem-  tion according to the invention is shown by the example

ple qui suit.ple who follows.

Une sonde de mesure du corrmerceA measuring probe of trade

en zircone stabilisée, pourvue des deux côtés de con-  stabilized zirconia, provided on both sides with

-9- tacts en métal précieux, a été entourée d'un dispositif  -9- tacts of precious metal, was surrounded by a device

de protection conforme à l'invention (celui de la figu-  in accordance with the invention (that of FIG.

re 1). Le dispositif de protection était fabriqué en matériau fritté SIKAR (NO du matériau: 1.4404), avait une épaisseur de paroi de 3,0 mm et une taille de pores de 80 p.  re 1). The protective device was made of SIKAR sintered material (material NO: 1.4404), had a wall thickness of 3.0 mm and a pore size of 80 percent.

La sonde de mesure équipée du dis-  The measuring probe equipped with the dis-

positif de protection conforme à l'invention fut expo-  positive protection according to the invention was expo-

sée durant 45 mm aux gaz d'échappement d'un moteur à allumage commandé. Ce moteur consommait 81 d'essence  45 mm to the exhaust gases of a spark ignition engine. This engine used 81 gas

à l'heure. L'essence contenait au litre 0,15 g de plomb.  on time. Gasoline contained 0.15 g of lead per liter.

Durant cette période, il ne se produisit pratiquement aucune augmentation notable des temps de réponse pour le saut de tension mélange richemélange pauvre ou mélange pauvre-mélange riche. Une tension déterminée  During this period, there was virtually no noticeable increase in response times for the poor mixture-rich mixture or mixture-poor mixture voltage jump. A determined tension

correspondant au rapport air-combustible (Q se main-  corresponding to the air-fuel ratio (Q

tint constante.held steady.

La sonde de mesure conserva saThe measuring probe kept its

bonne sensibilité, ce qui vient du fait que la tempé-  good sensitivity, which comes from the fact that

rature nécessaire à la production d'une tension déter-  necessary to produce a specific voltage

minée (pourÄ%= 0,98) demeura pratiquement constante.  (Ä% = 0.98) remained almost constant.

Toutes les valeurs se situent à l'intérieur des marges spécifiées par le constructeur pour une sonde neuve  All values are within the margins specified by the manufacturer for a new probe

(sans le dispositif de protection conforme à l'inven-  (without the protective device according to the invention

tion). Les résultats sont consignés dans le tableau suivant:  tion). The results are recorded in the following table:

TABLEAUBOARD

Conforme à l'in- Valeurs spécifiées vention (Fig. 1) par le constructeur Durée de l'essai (h) 0 45h Temps de réponse à 350 C 200 240 400 pour le saut de tension (ms) Mélange riche- à 550 C 10 20 ajV mélange pauvre (600400mV) (ms) Temps de réponse à 350 C 18 30 65 pour le saut de tension (ms) Mélange pauvre- à 550 C 12 40 <40 mélange riche (400-600mV) A 500mV 1. 012 1.014 de 1.003 à 1.018 Température pour s = 500mV 230 235 265 o !- O ru >%I t C  In accordance with the manufacturer's specified tolerance (Fig. 1) Test duration (h) 0 45h Response time at 350 C 200 240 400 for voltage jump (ms) Rich mixture at 550 C 20 lbs. Lean mixture (600400mV) (ms) Response time at 350 C 18 30 65 for voltage jump (ms) Lean mixture at 550 C 12 40 <40 rich mixture (400-600mV) at 500mV 1. 012 1.014 from 1.003 to 1.018 Temperature for s = 500mV 230 235 265 o! - O ru>% I t C

- -11-- -11-

Pour permettre une comparaison, une sonde de  To allow a comparison, a probe of

mesure sans dispositif de protection conforme à l'inven-  measurement without protective device in accordance with the

tion a été exposée au flux des gaz d'échappement. Après  has been exposed to the exhaust gas flow. After

trois heures seulement, la tension maximale indiquée ini-  only three hours, the maximum voltage indicated ini-

tialement par la sonde de mesure chuta de 900 mV à 400 mV environ, c'està-dire qu'après trois heures, la sonde de  the measurement probe fell from 900 mV to about 400 mV, ie after three hours

mesure sans dispositif de protection fût mise hors ser-  measurement without protective device was put out of

vice. -12-vice. -12-

Claims (9)

REVENDICATIONS 1. Sonde de mesure électrochimique pour la détermination du contenu en oxygène des gaz  1. Electrochemical measuring probe for determining the oxygen content of gases d'échappement issus en particulier des moteurs à com-  exhaust systems, in particular from engines with bustion interne, dont la partie exposée aux-gaz d'échap-  internal combustion, the part of which is exposed to pement est entourée d'un dispositif de protection dis- posé autour et à une certaine distance de la sonde de mesure et présentant des ouvertures, caractérisée par le fait que le dispositif de protection (12) consiste en  is surrounded by a protective device arranged around and at a distance from the measuring probe and having openings, characterized in that the protective device (12) consists of un tube en matériau fritté poreux.  a tube of porous sintered material. 2. Sonde de mesure selon la reven-2. Measuring probe according to the dication 1, caractérisée par le fait que le-matériau  1, characterized in that the material fritté (12) est en métal.sintered (12) is metal. 3. Sonde de mesure selon la reven-3. Measuring probe according to the dication 2, caractérisée par le fait que le tube en ma-  2, characterized in that the tube tériau fritté (12) est en alliages de nickel résistant  sintered material (12) is made of resistant nickel alloys aux hautes températures.at high temperatures. 4. Sonde de mesure selon l'une des4. Measuring probe according to one of the revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le  claims 1 to 3, characterized in that the tube en matériau fritté (12) est disposé autour de la sonde de mesure et à une distance de 0,01 à 20,0 mm  tube of sintered material (12) is arranged around the measuring probe and at a distance of 0.01 to 20.0 mm de celle-ci.of it. 5. Sonde de mesure selon l'une des5. Measuring probe according to one of the revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que les  claims 1 to 4, characterized in that the parois du tube en matériau fritté (12) en métal ont une  tube walls of sintered material (12) made of metal have a épaisseur comprise entre 1 et 20 mm.  thickness between 1 and 20 mm. 6. Sonde de mesure selon l'une des6. Measuring probe according to one of the revendications l et 4, caractérisée par le fait que le  claims 1 and 4, characterized in that the matériau fritté (12) est en céramique.  sintered material (12) is ceramic. 7. Sonde de mesure selon la reven-7. Measuring probe according to the dication 6, caractérisée par le fait que les parois du  6, characterized by the fact that the walls of the tube en matériau fritté (12) en céramique ont une épais-  tube made of sintered material (12) made of ceramic have a thick seur comprise entre1,5 et 20 mm.between 1.5 and 20 mm. -13-  -13- 8. Sonde de mesure selon l'une des8. Measuring probe according to one of the revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que les  claims 1 to 7, characterized in that the pores du tube en matériau fritté (12) ont une dimension de 5 à 800 p.  The pores of the tube of sintered material (12) have a size of 5 to 800 p. 9. Sonde de mesure selon l'une des9. Measuring probe according to one of the revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que les  claims 1 to 8, characterized in that surfaces intérieures des pores du tube en matériau fritté (12) sont recouvertes d'un matériau catalyseur  inner surfaces of the pores of the sintered material tube (12) are covered with a catalyst material accélérant la mise en équilibre des gaz.  accelerating the equilibrium of the gases.
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