FR2596525A1 - OXYGEN PROBE FOR HIGH TEMPERATURES FOR GLASS FUSION FURNACES AND CERAMICS OR THE LIKE - Google Patents
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Abstract
A) SONDE A OXYGENE POUR DES TEMPERATURES ELEVEES POUR FOURS DE FUSION DE VERRE ET CERAMIQUE OU ANALOGUES. B) SONDE CARACTERISEE EN CE QUE DANS UN TUBE A ELECTROLYSE SOLIDE 1, ON A GLISSE AXIALEMENT UN TUBE D'ALIMENTATION A AIR 2, POREUX, ALCALINORESISTANT, AVEC UNE STRUCTURE METALLIQUE 3 REFRACTAIRE, ET ENTRE CE TUBE ET LA PAROI INTERIEURE DU TUBE A ELECTROLYTE SOLIDE, DANS LA ZONE DE L'ELECTRODE, ON A DEVERSE LIBREMENT DES GRAINS D'UN MATERIAU OXYDANT, A CONDUCTION ELECTRONIQUE OU A CONDUCTION MELANGEE 7, LA MASSE CERAMIQUE 4 SOLIDIFIEE LIMITANT CE DEVERSEMENT AINSI QUE DANS LE RESTE UN DEVERSEMENT LIBRE D'UNE POUDRE ISOLANTE 5 ET AUX EXTREMITES OUVERTES DU TUBE A ELECTROLYTE SOLIDE, UNE MASSE 6, 8 ISOLANTE, FERMANT LE VOLUME INTERMEDIAIRE DANS LE CAS D'UN TUBE A ELECTROLYTE SOLIDE A EXTREMITE OUVERTE.A) OXYGEN PROBE FOR HIGH TEMPERATURES FOR GLASS AND CERAMIC OR SIMILAR FUSION OVENS. B) PROBE CHARACTERIZED IN THAT IN A SOLID ELECTROLYSIS TUBE 1, AN AIR SUPPLY TUBE 2, POROUS, ALKALINORESIST, WITH A REFRACTORY METAL STRUCTURE 3, IS SLIDED AXIALLY, AND BETWEEN THIS TUBE AND THE INNER WALL OF THE TUBE A SOLID ELECTROLYTE, IN THE ELECTRODE AREA, GRAINS OF AN OXIDIZING MATERIAL, ELECTRONICALLY CONDUCTED OR MIXED CONDUCTION 7 WERE FREELY SPILLED, THE SOLIDIFIED CERAMIC MASS 4 LIMITING THIS SPILL AND IN THE REST A FREE SPILL OF ' AN INSULATING POWDER 5 AND AT THE OPEN ENDS OF THE SOLID ELECTROLYTE TUBE, AN INSULATING 6, 8 MASS, CLOSING THE INTERMEDIATE VOLUME IN THE CASE OF A SOLID ELECTROLYTE TUBE WITH OPEN END.
Description
"Sonde à oxygène pour des températures élevées- pour fours de"Oxygen probe for high temperatures - for ovens
fusion deverre et céramique ou analogues." melting glass and ceramics or the like. "
L 'invention concerne une sonde à oxygène pour des températures élevées comportant une celluleà électrolyte solide, galvanique logée dans une enveloppe de protection et un tube d'alimentation en air placé dans un tube de support, pour effectuer en continu des mesures d'oxygène de préférence à des températures dépassant 10000C dans les phases gazeuses au-dessus des fours de fusion de verre, dans des fours de céramique The invention relates to an oxygen sensor for high temperatures comprising a galvanic solid electrolyte cell housed in a protective casing and an air supply tube placed in a support tube, for continuously performing oxygen measurements. preferably at temperatures above 10000C in gaseous phases above glass melting furnaces, in ceramic furnaces
de tout type et dans des installations métallurgiques. of all types and in metallurgical installations.
Pour mesurer l'oxygène à des tepé- ratures élevées, on utilise en général actuellement des tubes fermés à une extrémité, ayant une longueur de 40 15 à 60 cm et contenant comme élément principal du dioxyde de zirconlum. Pour avoir la stabilité vis-à-vis des températures élevées et des composants parasites contenus dans les phases gazeuses de gaz technique, on utilise des moyens importants en métaux nobles et en tubes de 20 protection autour de la cellule de mesure. A titre d'exemple, on recouvre de platine pour former l'électrode de référence d'air et son conducteur électrique, l'ensemble de la surface intérieure du tube à électrolyte solide; extérieurement pour former l'électrode de mesure, on applique une couche épaisse d'un métal noble sur une longueur de l'ordre de 5 cm sur l'électrolyte; de cette manière, on utilise par sonde entre 8 et 10 grammes de platine métallique (sans compter le thermocouple) et sans qu'en cas de défaillance la sonde puisse se récupérer simplement. Malgré la mise en oeuvre de tels moyens importants, les sondes ne résistent rarement que plus de trois mois aux conditions strictes *existant en pratique. Lorsque des éléments tels que du plomb, de l'arsenic ou de l'antimoine existent'comme composants parasites dans le gaz analysé, les électrodes en platine exposées directement à ce gaz sont très rapi]0 dement détruites en particulier dans des conditions oxydantes. Les particules fondues à l'état liquide contenues dans le gaz analysé se collent lorsque ces particules arrivent sur les pores des couches de l'électrode ou sur la matière céramique de protection et rendent le capteur 15 très rapidement Inerte et inutilisable. Enfin, les vapeurs qui passent dans le gaz d'analyse dans le cas des températures élevées, vapeurs qui proviennent normalement des verres et de nombreuses céramiques contiennent des combinaisons non organiques et provoquent des destructions 20 _-Importantes. Ces vapeurs peuvent se combiner directement à des parties de corps solides de la sonde en sortant de la phase gazeuse et détruire des combinaisons de corps solides. La présente invention a pour but de créer un moyen réduisant au minimum les matériaux mis en oeuvre et qui permet de mesurer en continu de manière précise et pendant une longue période l'oxygène jusque dans le domaine des températures élevéesmême dans les conditions de création de composants parasites existant 30 dans la phase gazeuse au-dessus de creusets de fusion de In order to measure oxygen at high temperatures, closed tubes at one end having a length of 40 to 60 cm and containing zirconium dioxide as the main component are generally used. In order to have stability against the high temperatures and parasitic components contained in the gaseous phases of the technical gas, large amounts of noble metals and protective tubes are used around the measuring cell. By way of example, the entire inner surface of the solid electrolyte tube is covered with platinum to form the air reference electrode and its electrical conductor; externally to form the measuring electrode, a thick layer of a noble metal is applied over a length of the order of 5 cm on the electrolyte; in this way, between 8 and 10 grams of platinum metal (excluding the thermocouple) is used per probe and without the sensor being able to recover simply. Despite the implementation of such important means, probes rarely resist more than three months under the strict conditions * existing in practice. When elements such as lead, arsenic or antimony exist as parasitic components in the gas analyzed, platinum electrodes exposed directly to this gas are very quickly destroyed especially under oxidizing conditions. The molten particles in the liquid state contained in the gas analyzed stick when these particles arrive on the pores of the electrode layers or on the protective ceramic material and render the sensor very rapidly inert and unusable. Finally, vapors passing through the test gas in the case of high temperatures, vapors which normally come from glasses and many ceramics, contain non-organic combinations and cause significant destruction. These vapors can be combined directly with solid body parts of the probe by exiting the gas phase and destroying combinations of solid bodies. The object of the present invention is to provide a means which minimizes the materials used and which enables oxygen to be accurately measured continuously over a long period of time even in the high temperature range, even under the conditions of component creation. existing parasites in the gaseous phase above the melting crucibles of
verre ou de matière céramique.glass or ceramic material.
L'invention a ainsi pour but de modifier la construction de sondes à cellule à électrolyte solide servant à mesurer l'oxygène dans des gaz afin de 35 mettre en oeuvre un minimum d'électrolyte solide et de métaux nobles tout en permettant un enregistrement potentiométrique non détérioré à long terme de la concentration en oxygène de la veine de gaz contenant aux températures basses des poussières de verre et aux températures élevées des particules liquéfiées et en fonction de la croissance de la température, les quantités de plus en It is therefore an object of the invention to modify the construction of solid electrolyte cell probes for measuring oxygen in gases in order to employ a minimum of solid electrolyte and noble metals while permitting non-potentiometric recording. long-term deterioration of the oxygen concentration of the gas stream containing low glass dust and high temperatures of liquefied particles and, depending on the temperature increase, the increasing amounts of
plus importantes de matière non organique. more important non-organic matter.
A cet effet, l'invention concerne une sonde de mesure d'oxygène pour des températures élevées 10 comportant une cellule à électrolyte solide, galvanique avec une enveloppe de protection et un tube d'alimentation en air dans un tube de support, sonde caractérisée dans un tube à électrolyte solide relativement court par rapport à la longueur de la sonde, on a glissé axialement un tube.d'alimentation en air, poreux, alcalinorésistant avec une structure métallique réfractaire noble et non noble appliquée au niveau de la zone de l'électrode et entre ce tube et la paroi intérieure du tube à électrolyte solide, dans la zone de l'électrode, on a déversé librement des grains 20 d'un matériau oxydant, à conduction électronique ou à conduction mélangée, la masse céramique solidifiée limitant le déversement ainsi que dans le reste un déversement libre d'une poudre isolante, céramique fine et aux extrémités ouvertes du tube à électrolyte solide, une masse isolante, céramique fermant le volume intermédiaire dans le cas d'un tube à électrolyte solide à extrémité ouverte, en ce que le tube à électrolyte solide ainsi préparé et dont la zone de l'électrode comporte une seconde structure métallique, réfractaire, peut être glissé axialement dans 30 un tube-enveloppe en une matière céramique alcalinorésistante ayant des pores ou des ouvertures pour le passage de gaz,et contenant un déversement libre d'une poudre To this end, the invention relates to an oxygen measurement probe for high temperatures comprising a solid electrolyte cell, galvanic with a protective envelope and an air supply tube in a support tube, a probe characterized in that a relatively short solid electrolyte tube with respect to the length of the probe, a porous, alkaline-resistant, porous air supply tube was slid axially with a noble and non-noble refractory metal structure applied at the region of the electrode and between this tube and the inner wall of the solid electrolyte tube, in the region of the electrode, grains of an oxidizing material, with electron conduction or with mixed conduction, are discharged freely, the solidified ceramic mass limiting the spill as well as in the rest a free spill of an insulating powder, fine ceramic and at the open ends of the solid electrolyte tube, an isolated mass a ceramic closing the intermediate volume in the case of an open-ended solid electrolyte tube, in that the solid electrolyte tube thus prepared and having a second refractory metal structure in the region of the electrode may be slid axially in a tubular casing of alkaline-resistant ceramic material having pores or openings for the passage of gas, and containing a free spill of a powder
fine, céramique, isolante, alcalinorésistante, cette couche étant limitée par des couches en une masse céramique 35 alcalinorésistante qui se solidifie, en ce que le tube- thin, ceramic, insulating, alkaline-resistant, this layer being limited by layers in an alkaline-resistant ceramic mass which solidifies, in that the tube-
20 25 30 3520 25 30 35
enveloppe ainsi rempli est monté sur le tube de support étanche aux gaz et dans l'intervalle entre le tube-enveloppe et le tube de support sur un anneau en une masse céramique préfabriquée, on remplit avec de la poudre libre, fine céramique, alcalinorésistante et autour du tubeenveloppe, on monte une enveloppe de protection fixée à un tube de support, enveloppe qui est réalisée en une masse préfabriquée de céramique poreuse alcalinorésistante et dans le tube de support, on intégre le tube d'alimentation en air emmanché librement sur le tube poreux d'alimentation à air avec les conducteurs électriques du capteur dans une masse de particules céramiques libres. thus filled casing is mounted on the gas-tight support tube and in the gap between the casing tube and the support tube on a ring made of a prefabricated ceramic mass, filled with free powder, fine ceramic, alkaline-resistant and around the tubelefoil is mounted a protective envelope attached to a support tube, which envelope is made of a prefabricated mass of alkaline-resistant porous ceramic and in the support tube, integrates the air supply tube freely fitted on the tube porous air supply with the electrical conductors of the sensor in a mass of free ceramic particles.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'intervalle entre le tube à électrolyte solide et le tube-enveloppe est muni au niveau de l'électrode de mesure d'un remplissage libre de grains d'une matière oxydante de préférence conductrice d'électrons et qui est enfermé dans l'intervalle par une couche poreuse préfabriquée en une matière céramique alcalinorésistante. According to another characteristic of the invention, the gap between the solid electrolyte tube and the jacket tube is provided at the measuring electrode with a free filling of grains of an oxidizing material, preferably a conductive material. electrons and which is enclosed in the interval by a porous layer prefabricated alkaline-resistant ceramic material.
Suivant une autre caractéristique, dans le tube-enveloppe en matière céramique alcalinorésistante, on a des ouvertures pour le passage du gaz et la plus grande partie de l'intervalle entre le tube à électrolyte solide et le tube-enveloppe est remplie d'une poudre céramique fine, alcalinorésistante. According to another feature, in the alkaline-resistant ceramic tubular casing, there are openings for the passage of gas and most of the gap between the solid electrolyte tube and the casing tube is filled with a powder fine ceramic, alkaline-resistant.
Pour simplifier le montage suivant une autre caractéristique, le tubeenveloppe et l'enveloppe de protection forment par leur réunion un corps de protection alcalinorésistant, poreux, fixé à un tube de support et la plus grande partie de l'intervalle entre le tube à électrolyte solide, le corps de protection et le tube de support est remplie par un déversement libre, égal d'une poudre fine de matière céramique isolante alcalinorésistante. To simplify the assembly according to another feature, the tubelefoil and the protective envelope form by their assembly a porous alkaline-resistant protective body attached to a support tube and most of the gap between the solid electrolyte tube. the protective body and the supporting tube are filled with a free spill, equal to a fine powder of insulating alkaline-resistant ceramic material.
Les tubes à électrolyte solide, courts, nécessaires pour les sondes décrites n'exigent aucune mesure précise et se fabriquent ainsi de manière relativement facile. Dans les sondes, les éléments sont 5 protégés contre les incidents mécaniques, thermiques et chimiques. Au montage, les électrodes sont stabilisées à long terme par des conducteurs d'électrons, oxydants, en ce que la résistance de la cellule n'augmente plus par suite de la recristallisation et de l'évaporation du 10 platine. Lorsqu'on utilise des fils métalliques non nobles, réfractaires, on a des sondes ne comportant pas de métaux nobles pour des températures allant jusqu'à environ 12000C et qui, contrairement aux sondes contenant du platine, peuvent également s'utiliser dans des gaz d'échappement contenant du plomb. Dans le cas de sondes fabriquées à partir d'alliages platine-rhodium qui peuvent, dans les autres cas, s'utiliser jusqu'à 15000C, The short solid electrolyte tubes required for the described probes do not require any precise measurement and are therefore relatively easy to manufacture. In the probes, the elements are protected against mechanical, thermal and chemical incidents. On assembly, the electrodes are stabilized in the long term by oxidizing electron conductors, in that the resistance of the cell no longer increases as a result of the recrystallization and the evaporation of the platinum. When non-noble, refractory metal wires are used, there are probes that do not contain noble metals for temperatures up to about 12000C and which, unlike platinum-containing probes, can also be used in exhaust containing lead. In the case of probes made from platinum-rhodium alloys which may in other cases be used up to 15000C,
la disposition protégée des fils en métal noble se répercute avantageusement sur la fiabilité de telles sondes. the protected arrangement of noble metal wires has an advantageous effect on the reliability of such probes.
Par rapport aux sondes existant actuellement dans le commerce, il suffit sensiblement d'une quantité moitié moindre d'éléments en métaux nobles et les fils en métaux nobles peuvent se récupérer dans une très large mesure Compared to existing commercially available probes, only about half of the noble metal elements are required, and the wires made of noble metals can recover to a very large extent.
après la mise hors service de la sonde. after the shutdown of the probe.
Pour obtenir des caractéristiques d'alcalinorésistance avec une conductbilité électrique négligeable, on utilise pour la réalisation de la sonde des composants tels que A1203, MgO, CaO, ZrSiO4. Le silicate d'aluminium utilisé par exemple dans les tubes de 30 filtre habituels sont à éviter. Mieux que du corindon fritté, pur, on envisage du spinelle fritté ou de la magnésite de spinelle, le coefficient de dilatation du spinelle fritté MgA1204 correspondant mieux à l'électrolyte solide de dioxyde de zirconium. La perméabilité des couches de poudre aux gaz se règle en utilisant une In order to obtain alkaline resistance characteristics with negligible electrical conductivity, components such as Al 2 O 3, MgO, CaO and ZrSiO 4 are used for producing the probe. The aluminum silicate used for example in the usual filter tubes are to be avoided. Better than pure sintered corundum, we consider sintered spinel or spinel magnesite, the expansion coefficient of sintered spinel MgA1204 better corresponding to the solid electrolyte of zirconium dioxide. The permeability of the powder layers to the gases is regulated using a
15 2015 20
30 3530 35
poudre plus grossière si l'on veut une bonne perméabilité et une poudre plus fine pour l'étanchéité des pièces. La solidification de certaines parties se fait par addition de matières préparées chimiquement et qui sont ou non faiblement frittées à des poudres de céramique très frittées. En utilisant de la poudre déversée librement en un matériau très fritté comme couche d'étanchéité, on évite la formation de fissures perméables aux gaz qui pourraient se former pendant une utilisation continue. La position en retrait de l'électrode de mesure et le fait que sur le côté arrière de l'enveloppe, il subsiste des pores, libres pour l'écoulement, protège le capteur contre le bouchage résultant de gouttelettes de verre. coarser powder if you want a good permeability and a finer powder for sealing parts. Solidification of certain parts is accomplished by adding chemically prepared materials which are or are not weakly sintered to highly sintered ceramic powders. By using freely discharged powder of a highly sintered material as a sealing layer, the formation of gas-permeable cracks that could form during continuous use is avoided. The recessed position of the measuring electrode and the fact that on the back side of the casing there are free pores for the flow, protects the sensor against clogging resulting from glass droplets.
La présente invention sera décrite de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés, dans lesquels = The present invention will be described in more detail with the aid of the accompanying drawings, in which =
- la figure 1 montre un capteur sous forme de composant comportant un tube à électrolyte solide dont les-deux extrémités'sont ouvertes. FIG. 1 shows a sensor in the form of a component comprising a solid electrolyte tube whose two ends are open.
- la figure 2 montre la tête de la sonde comprenant un tube-enveloppe poreux et une électrode de mesure cachée. FIG. 2 shows the head of the probe comprising a porous shell tube and a hidden measuring electrode.
- la figure 3 montre une tête de sonde avec un tubeenveloppe en céramique dense et une électrode de mesure ouverte. - Figure 3 shows a probe head with a dense ceramic tubeenveloppe and an open measuring electrode.
- la figure 4 montre un capteur sous forme de composant comportant un tube à électrolyte solide fermé d'un cÈté. FIG. 4 shows a sensor in the form of a component comprising a solid electrolyte tube closed on one side.
- la figure 5. montre une tête de sonde à corps-enveloppe poreux. - Figure 5. shows a probe head with porous body-envelope.
Le capteur composé d'un tube a électrolyte solide 1 dont les deux extrémités sont ouvertes est préfabriqué comme composant; pour cela, on Introduit un tube d'alimentation en air 2, poreux, ouvert à ses deux extrémités et portant un conducteur métallique 3 enroulé dans la zone de l'électrode; puis, on Introduit une couche 4 qui se solidifie et on charge par un cÈté,la poudre céramique 5, fine, puis on recouvre par la couche 6 qui se solidifie; par l'autre extrémité on fait tomber les grains 7 d'un conducteur d'électrons, oxydant et on recouvre d'une masse de matière 8 qui se solidifie. A l'extérieur dans la zone de l'électrode, on met en place un enroulement 9 d'un second conducteur The sensor composed of a solid electrolyte tube 1 whose two ends are open is prefabricated as a component; for this, introduced a porous air supply tube 2, open at both ends and carrying a metal conductor 3 wound in the electrode area; then, a layer 4 is introduced which solidifies and is loaded on one side, the ceramic powder 5, thin, then covered by the layer 6 which solidifies; at the other end the grains 7 are dropped from an oxidizing electron conductor and covered with a mass of material 8 which solidifies. Outside in the region of the electrode, a winding 9 of a second conductor is put in place
métallique et par-dessus, on place les éléments d'isolation 10. metallic and on top, the insulation elements 10 are placed.
Les têtes de capteur représentées aux 10 figures 2 et 3 comportent en leur milieu le composant 11 The sensor heads shown in FIGS. 2 and 3 comprise in the middle the component 11
représenté à la figure 1.shown in Figure 1.
Selon la figure 2, le composant 11 se trouve dans un tube-enveloppe 12 en spinelle poreux MgA1204. Sur une couche 13 en mortier de spinelle qui se 15 solidifie, on applique d'un côté une poudre fine 14 de spinelle très fritté MgA1204 et on recouvre d'une couche 15 qui se solidifie; par l'autre côté, on introduit les grains 16 d'un conducteur d'électrons, oxydant et on recouvre d'une couche 17 en mortier de spinelle qui durcit. 20 On obtient ainsi un composant correspondant à la seconde étape; ce composant est placé dans un tube de support 18 en introduisant tout d'abord une bague 19 en mortier de céramique qui va durcir, puis pardessus, on met une poudre fine de céramique 20, libre 25 que l'on remplit en secouant. La fin de la réalisation de la tête de sonde est constituée par l'enrobage avec un béton très réfractaire qui, à l'intérieur d'un moule, dans la partie inférieure 21, est rendu relativement étanche aux gaz par une poudre fine en spinelle très fritté 30 et une fraction plus importante d'un ciment très réfractaire ne contenant pas de silicium, et qui est finement broyé; dans la partie supérieure 22, on met une poudre grossière de spinelle très fritté et une fraction moindre According to Figure 2, the component 11 is in a tubular envelope 12 in porous spinel MgA1204. On a spinel mortar layer 13 which solidifies, a thin, highly sintered spinel powder MgA1204 is applied on one side and covered with a layer 15 which solidifies; on the other side, the grains 16 of an oxidizing electron conductor are introduced and covered with a layer 17 of spinel mortar which hardens. There is thus obtained a component corresponding to the second step; this component is placed in a support tube 18 by first introducing a ring 19 of ceramic mortar which will harden, then over, we put a fine ceramic powder 20, free 25 which is filled by shaking. The end of the realization of the probe head is constituted by the coating with a highly refractory concrete which, inside a mold, in the lower part 21, is made relatively gas-tight by a fine powder of spinel very sintered and a larger fraction of a highly refractory cement not containing silicon, and which is finely ground; in the upper part 22, a coarse powder of highly sintered spinel and a smaller fraction
relativement poreuse d'un ciment très réfractaire, fine35 ment broyé et ne contenant pas de silicium. relatively porous of a highly refractory cement, finely ground and not containing silicon.
or-- __ Selon la figure 3, le composant 11 est placé dans un tubeenveloppe 23 en corindon fritté or-- __ According to Figure 3, the component 11 is placed in a tubaineveloppe 23 corundum sintered
étanche aux gaz et comportant des passages de gaz 24. gastight and with gas passages 24.
Après avoir provisoirement recouvert l'extérieur des ou5 vertures 24 d'une poudre fine 14 en matière combustible sur le mortier de spinelle constituant la couche 13 qui durcit, on remplit avec du spinelle très fritté MgA120 2 4 After having provisionally covered the outer surface of the openings 24 with a fine powder 14 of combustible material on the spinel mortar constituting the layer 13 which hardens, it is filled with highly sintered spinel MgAl 2 O 4.
et on recouvre d'une couche 15 qui se durcit. and covered with a layer 15 which hardens.
On obtient ainsi de nouveau un com10 posant correspondant à la seconde étape et qui est monté sur le tube de support 18 comme déjà décrit à propos de la figure 2 ou comme représenté à la figure 3. On termine le montage d a--onde en ce que sur l'extrémité du tube d'alimentation à air 15 2 qui est en saillie par rapport au tube à électrolyte solide 1, on emmanche librement un tube d'alimentation à air 25 en matière céramique et l'intervalle qui subsiste entre les tubes 18 et 25 est rempli de poudre de corindon26 pour noyer les fils conducteurs métalliques. 20 Sur le côté non représenté c'est-à-dire le côté qui reste à la température ambiante, les sondes sont fermées de manière simple, fonctionnelle et sont reliées de façon connue par leurs conducteurs électriques à des A component corresponding to the second stage is thus obtained and which is mounted on the support tube 18 as already described with reference to FIG. 2 or as represented in FIG. 3. The wave assembly is completed by that on the end of the air supply tube 2 which protrudes from the solid electrolyte tube 1, a ceramic air supply tube 25 is freely engaged and the gap which remains between the tubes 18 and 25 are filled with corundum powder to drown the metallic lead wires. On the unrepresented side, that is the side which remains at room temperature, the probes are closed in a simple and functional manner and are connected in known manner by their electrical conductors to
appareils de traitement des signaux. signal processing apparatus.
V25 En différents endroits dans les sondes, on peut monter un thermoélément qui résiste aux températures d'utilisation; l'un des fils conducteurs peut être utilisé comme l'une des branches du thermocouple et être soudé à une seconde branche appropriée. 30 Comme conducteur d'électrons, oxydant ou conducteur mélangé constituant les grains 7 et 16, on peut utiliser par exemple de lanthanestrontium ou encore un oxyde mélangé comprenant de l'oxyde de cérium, de l'oxyde de praseodynium ou de l'oxyde de - 35 lanthane. Les modes de réalisation ne comportant pas de I I métaux nobles sont fabriqués avec des fils par exemple en nickel, en des alliages chrome-nickel ou des alliages fer-aluminium. La figure 4 montre le montage d'un 5 capteur avec un tube à électrolyte solide 27 fermé d'un côté et constituant un composant. Les pièces correspondent à celles qui ont déjà été décrites dans le cas du capteur de la figure 1. Toutefois, la figure 4 montre que le tube d'alimentation à air, poreux 2, peut égale10 ment se terminer à l'intérieur du tube à électrolyde solide. Le composant 28 représenté à la figure 4 peut être monté à la place du composant 11 dans les V25 In different locations in the probes, a thermoelement can be mounted that withstands the operating temperatures; one of the conductive wires can be used as one of the branches of the thermocouple and be soldered to a second appropriate branch. As the electron conductor, oxidizer or mixed conductor constituting the grains 7 and 16, it is possible to use, for example, lanthanestrontium or a mixed oxide comprising cerium oxide, praseodynium oxide or - 35 lanthanum. Embodiments lacking noble metals are made of, for example, nickel, chromium-nickel alloys or iron-aluminum alloys. Figure 4 shows the mounting of a sensor with a solid electrolyte tube 27 closed on one side and constituting a component. The parts correspond to those already described in the case of the sensor of FIG. 1. However, FIG. 4 shows that the porous air supply tube 2 can also be terminated inside the tube. solid electrolyte. The component 28 shown in FIG. 4 can be mounted in place of the component 11 in the
dispositifs décrits à l'aide des figures 2 et 3. devices described in Figures 2 and 3.
La figure 5 montre une tête de sonde dans laquelle à la place du tubeenveloppe et d'une gaine, on a utilisé un corps-enveloppe 29 poreux notamment en spinelle ou oxyde de magnésium. Dans ce corps-çnveloppe que l'on a coulé avec un moule en utilisant un mortier 20 à l'état de bouillie ou encore comme pièce préfabriquée, on peut placer le composant 11 ou 28 avec une électrode de mesure cachée ou ouverte. La figure 5 représente le cas selon lequel le composant 28 est logé dans une couche longue en une poudre de spinelle 30, fine, libre, intro25 duite en secouant à l'intérieur d'un corps en spinelle FIG. 5 shows a probe head in which, in place of the tubelaband and a sheath, a porous shell body 29 has been used, in particular spinel or magnesium oxide. In this body-shell which has been cast with a mold using a mortar 20 in a slurry state or as a prefabricated part, the component 11 or 28 can be placed with a hidden or open measuring electrode. FIG. 5 represents the case in which the component 28 is housed in a long layer of a spinel powder 30, thin, free, intro25, by shaking inside a spinel body
29 poreux, préfabriqué.29 porous, prefabricated.
Le corps 29 est fixé au tube de support 18 à 1' aide d'un mortier très réfractaire 31 alcalinorésistant. Le tube d'alimentation a air 25 est en30 gagé dans le tube à électrolyte solide 27 et contient le The body 29 is attached to the support tube 18 by means of a highly alkaline-resistant refractory mortar 31. The air supply tube 25 is engaged in the solid electrolyte tube 27 and contains the
conducteur 3 allant vers l'électrode intérieure du capteur. conductor 3 going to the inner electrode of the sensor.
Au point de mesure o il règne en permanence une dépression, dans le cas de capteurs com35 portant un tube à électrolyte solide ouvert des deux v * t' At the point of measurement where there is a permanent vacuum, in the case of sensors with an open solid electrolyte tube of both v * t '
côtés, on alimente l'électrode de référence d'air avec de l'air frais par aspiration. Par contre, en cas de pression et pour des pressions variables ainsi que dans le cas de capteurs à tube à électrolyte solide dont uneextrémité est fermée, on a une pompe qui fournit une veine d'air continu au tube d'alimentation d'air. sides, the air reference electrode is supplied with fresh air by suction. On the other hand, in the case of pressure and for variable pressures, as well as in the case of solid electrolyte tube collectors with one end closed, there is a pump which supplies a continuous stream of air to the air supply tube.
i i -,-i i -, -
1.11.1
RE VE N DI C AT I 0 N SRE VE N DI C AT I 0 N S
1 ) Sonde de mesure d'oxygène pour des températures élevées comportant une cellule à électrolyte solide, galvanique avec une enveloppe de protection 5 et un tube d'alimentation à air dans un tube de support, sonde caractérisée en ce qu'un tube à électrolyte solide (1, 27) relativement court par rapport à la longueur de la sonde, on a glissé axialement un tube d'alimentation à air (2), poreux, alcalinorésistant, avec une structure métallique 10 (3) réfractaire noble et non noble, appliquée au'niveau de la zone de l'électrode et entre ce tube et la paroi intérieure du tube à électrolyte solide, dans la zone de l'électrode, on a déversé librement des grains d'un matériau oxydant, à conduction électronique ou à conduction mélangée 15 (7), la masse céramique (4) solidifiée limitant le déversement ainsi que dans le reste un déversement libre d'une poudre isolante (5), céramique fine et aux extrémités ouvertes du tube à électrolyte solide, une masse (6, 8) isolante, céramique fermant le volume intermédiaire dans le cas d'un tube à électrolyte solide à extrémité ouverte, en ce que le tube à électrolyte solide ainsi préparé et dont la zone de l'électrode comporte une seconde structure métallique (9), réfractairepeut être glissé axialement dans un tube-enveloppe (12, 23) en une matière céramique 25 alcalinorésistante ayant des pores ou des ouvertures pour le passage de gaz, et contenant un déversement libre d'une poudre (14) fine, céramique, isolante, alcalinorésistante, cette couche étant limitée par des couches en une masse céramique alcalinorésistante (13, 15) qui 30 se solidifie, en ce que le tube-enveloppe ainsi rempli est monté sur le tube de support (18) étanche aux gaz et dans l'intervalle entre le tube-enveloppe et le tube de support sur un anneau en une masse céramique (19) préfabriquée, on remplit avec de la poudre libre, fine (20) 35 céramique, alcalinorésistante et autour du tube-enveloppe 1) Oxygen measurement probe for high temperatures comprising a solid electrolyte cell, galvanic with a protective envelope 5 and an air supply tube in a support tube, characterized in that an electrolyte tube solid (1, 27) relatively short with respect to the length of the probe, a porous, alkaline-resistant air supply tube (2) was axially slid with a noble and non-noble refractory metal structure (3), applied to the level of the electrode area and between this tube and the inner wall of the solid electrolyte tube, in the region of the electrode, grains of an oxidizing material with electron conduction or mixed conduction 15 (7), the solidified ceramic mass (4) limiting the spill as well as in the rest a free spill of an insulating powder (5), fine ceramic and at the open ends of the solid electrolyte tube, a mass (6) , 8) insulating, ceramic closing the intermediate volume in the case of an open-ended solid electrolyte tube, in that the solid electrolyte tube thus prepared and the electrode area of which comprises a second metal structure (9), refractory may be axially slid into a tubular casing (12, 23) of alkaline-resistant ceramic material having pores or openings for the passage of gas, and containing a free spill of a fine, ceramic, insulating powder, alkaline-resistant, this layer being limited by layers of an alkaline-resistant ceramic mass (13, 15) which solidifies, in that the thus-filled casing tube is mounted on the gastight support tube (18) and in the the gap between the jacket tube and the support tube on a ring made of a prefabricated ceramic mass (19) is filled with free, fine (20) ceramic, alkaline-resistant powder and around the jacket tube
15 20 25 3O15 20 25 3O
on monte une enveloppe de protection fixée à un tube de support, enveloppe qui est réalisée en une masse préfabriquée de céramique poreuse alcalinorésistante (22) et dans le tube de support, on intégre le tube d'alimentation à air (25) emmanché librement sur le tube d 'alimentation en air poreux avec les conducteurs électriques du capteur dans une masse de particules céramiques libres (26). a protective casing fixed to a supporting tube, which is made of a prefabricated mass of porous alkaline-resistant ceramic (22), is mounted and in the support tube, the air supply tube (25) freely fitted on the porous air supply tube with the electrical conductors of the sensor in a mass of free ceramic particles (26).
) Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'intervalle entre le tube a électrolyte solide et le tube-enveloppe est muni au niveau de l'électrode de mesure d'un remplissage libre de grains d'une matière oxydante (16) de préférence conductrice d'électrons et qui est enfermé dans l'intervalle par une couche poreuse préfabriquée en une matière céramique alcallnorésIstance (17). Probe according to Claim 1, characterized in that the gap between the solid electrolyte tube and the jacket tube is provided at the measuring electrode with a free filling of grains of an oxidising material (16). preferably electrically conductive and which is enclosed in the gap by a prefabricated porous layer of an alkaline ceramic material (17).
) Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que dans le tube-enveloppe en matière céramique alcalinorésistante ) Probe according to any one of claims 1 and 2, characterized in that in the tubular casing alkaline-resistant ceramic material
(23) on a des ouvertures (24) pour le passage du gaz et la plus grande partie de l'intervalle entre le tube a électrolyte solide et-le tubeenveloppe est remplie d'une poudre céramique (14) fine, alcalinorésistante. (23) there are openings (24) for the passage of the gas and most of the gap between the solid electrolyte tube and the tubelefoil is filled with a fine, alkaline-resistant ceramic powder (14).
) Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le tubeenveloppe et l'enveloppe de protection forment par leur réunion un corps de protection (29) alcalinorésistant, poreux, fixé à un tube de support (18) et la plus grande partie de l'intervalle entre le tube à électrolyte solide (1, 27), le corps de protection et le tube de support est remplie par un deversement libre, égal d'une poudre fine (30) de matière céramique isolante alcalinorésistante. A probe according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the tubelefoil and the protective casing form by their union a porous alkaline-resistant protective body (29) attached to a support tube (18) and the greater part of the gap between the solid electrolyte tube (1, 27), the protective body and the support tube is filled by a free spill, equal to a fine powder (30) of alkaline-resistant insulating ceramic material .
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