FR2600773A1

FR2600773A1 - Measurement probe for analysis of a gas and application of such a probe

Info

Publication number: FR2600773A1
Application number: FR8709061A
Authority: FR
Inventors: Paul Profos
Original assignee: PROGRAMMELECTRONIC ENG AG
Current assignee: PROGRAMMELECTRONIC ENG AG
Priority date: 1986-06-27
Filing date: 1987-06-26
Publication date: 1987-12-31
Also published as: DE3621652C1; CH673710A5; GB2192462A; GB8715047D0; FR2600773B3

Abstract

CETTE SONDE COMPORTE UN ENSEMBLE MUNI D'ELECTRODES 5, 7 SITUEES DES DEUX COTES D'UNE SECTION DE PAROI D'UN MATERIAU SELECTIF DU POINT DE VUE DES IONS ET SEPARANT UNE CHAMBRE 9 CONTENANT LE GAZ A MESURER D'UNE CHAMBRE 3 CONTENANT UN GAZ DE REFERENCE. LES SUBSTANCES SOLIDES ENTRAINEES PAR LE GAZ A MESURER N'INFLUENT PAS SUR LA MESURE, LA SONDE TRAVAILLE SUR LA BASE D'UNE DIFFUSION ET SON TEMPS DE REPONSE EST ACCRU PAR LE FAIT QUE LA CHAMBRE 9 SE RETRECIT A PARTIR D'UN DISPOSITIF 16 DE RECEPTION DU GAZ A MESURER EN DIRECTION DE LA SECTION DE PAROI, LA CHAMBRE 9 ETANT LIMITEE, EN DEHORS DE LA SECTION DE PAROI, PAR DES CORPS CALORIFUGES 11, 13 MUNIS DE COUCHES 11A, 13A EMPECHANT LA DIFFUSION DU GAZ. APPLICATION NOTAMMENT A L'OPTIMISATION DE PROCESSUS DE COMBUSTION.THIS PROBE INCLUDES AN ASSEMBLY EQUIPPED WITH ELECTRODES 5, 7 LOCATED ON BOTH SIDES OF A WALL SECTION OF A SELECTIVE MATERIAL FROM THE POINT OF VIEW OF IONS AND SEPARATING A CHAMBER 9 CONTAINING THE GAS TO BE MEASURED FROM A CHAMBER 3 CONTAINING A REFERENCE GAS. THE SOLID SUBSTANCES CARRIED OUT BY THE GAS TO BE MEASURED DO NOT AFFECT THE MEASUREMENT, THE PROBE WORKS ON THE BASIS OF A DIFFUSION AND ITS RESPONSE TIME IS INCREASED BY THE FACT THAT CHAMBER 9 IS SHRINKED FROM A DEVICE 16 RECEPTION OF THE GAS TO BE MEASURED TOWARDS THE WALL SECTION, CHAMBER 9 BEING LIMITED, OUTSIDE THE WALL SECTION, BY INSULATED BODIES 11, 13 EQUIPPED WITH LAYERS 11A, 13A PREVENTING THE DIFFUSION OF GAS. APPLICATION IN PARTICULAR TO THE OPTIMIZATION OF THE COMBUSTION PROCESS.

Description

i Sonde de mesure pour l'analyse d'un gaz et application d'une telle sondei Measuring probe for the analysis of a gas and application of such a probe

La présente invention concerne une sonde de mesure pour l'analyse d'un gaz, comportant au moins une section 5 de paroi réalisée en un matériau sélectif du point de vue des ions et équipée des deux côtés d'un ensemble à électrodes à prises, la section de paroi séparant d'une chambre contenant un gaz de référence une chambre contenant un gaz à mesurer et comportant un dispositif de réception du gaz à mesurer, 10 ainsi qu'une application de la sonde de mesure, lorsqu'elle comporte au moins deux ouvertures servant à recevoir le gaz à mesurer et dont les axes, projetés sur un plan perpendiculaire à la direction axiale, sont au moins approximativement perpendiculairesentre eux, à l'analyse de gaz en écoulement. 15 On utilise de telles sondes de mesure pour réaliser l'analyse d'un gaz dans la technique de production d'énergie et dans la technique des processus industriels, comme pour l'optimisation de processus de combustion. Plus précisément, dans le The present invention relates to a measurement probe for the analysis of a gas, having at least one wall section made of an ion selective material and equipped on both sides with a tap electrode assembly, the wall section separating from a chamber containing a reference gas a chamber containing a gas to be measured and comprising a device for receiving the gas to be measured, as well as an application of the measurement probe, when it comprises at least two openings for receiving the gas to be measured and whose axes, projected on a plane perpendicular to the axial direction, are at least approximately perpendicular to each other, to the gas flow analysis. Such measurement probes are used to perform gas analysis in the energy production technique and in the industrial process technique, as well as for the optimization of combustion processes. More specifically, in the

cas de leur application à des processus,dans lesquels le mi20 lieu de mesure est en écoulement et est pollué par des particules de substances solides, se pose le problème consistant en ce que des particules de substances solides sont entraînées, conjointement avec le gaz analysé, dans la chambre contenant le gaz à mesurer et provoquent des erreurs de mesure. L'exem25 ple typique d'un tel milieu de mesure traversé de cette manière par des particules de substances solides est la fumée dans le cas de l'utilisation de telles sondes pour réaliser la mesure de 02 lors du contrôle de processus de combustion. In the case of their application to processes in which the measuring medium is flowing and is polluted by particles of solid substances, the problem arises that particles of solid substances are entrained, together with the gas analyzed, in the chamber containing the gas to be measured and cause measurement errors. The typical example of such a measuring medium traversed in this way by solid particles is smoke in the case of using such probes to measure O 2 during combustion process control.

L'invention a principalement pour but de réali30 ser, dans une sonde de mesure du type indiqué plus haut, un The main purpose of the invention is to produce, in a measuring probe of the type indicated above, a

transfert de la concentration à l'intérieur de la chambre de mesure à partir du dispositif de réception du gaz de mesure et jusqu'à la section de paroi, sans entraînement de particules de substances solides. transferring the concentration inside the measuring chamber from the measurement gas receiving device to the wall section without entrainment of solid particles.

Ce problème est résolu conformément à l'inven- This problem is solved according to the invention

tion grâce au fait que la surface en coupe transversale de la chambre contenant le gaz à mesurer s'élargit, dans la direction s'étendant de la section de paroi vers le dispositif de réception du gaz à mesurer, conformément à la relation n F(x) = k. x dans laquelle: x désigne une distance considérée à partir de l'extrémité, située du côté de la section de paroi, de la chambre contenant le gaz à mesurer, en direction du dispositif de réception du 10 gaz à mesurer, F(x) désigne la surface en coupe transversale, qui est libre pour le gaz à mesurer, de la chambre contenant le gaz à mesurer, à l'emplacement x, due to the fact that the cross-sectional area of the chamber containing the gas to be measured widens, in the direction extending from the wall section to the gas-receiving device, according to the relationship n F ( x) = k. x where x is a distance from the wall side end of the chamber containing the gas to be measured towards the gas receiver F (x) means the cross-sectional area, which is free for the gas to be measured, of the chamber containing the gas to be measured at location x,

k désigne un coefficient, k, 0, 15 n désigne un exposant, avec n72. k denotes a coefficient, k, 0, 15 n denotes an exponent, with n72.

De ce fait, on peut réaliser la transmission de la concentration du gaz à déterminer, par exemple 02, du milieu As a result, it is possible to transmit the concentration of the gas to be determined, for example O 2, of the medium

de mesure jusqu'à la section de paroi, exclusivement sur la base d'une diffusion, sans convection, sans que toutefois le 20 temps de transmissionou le temps de réaction entre une modification de la concentration dans le milieu de mesure et une modification du signal prélevé possède une durée inadmissible au point qu'une telle sonde de mesure soit seulement peu appropriée pour être utilisée en tant que capteur d'une gran25 deur de réglage dans un circuit de réglage. to the wall section, exclusively on the basis of diffusion, without convection, without however the transmission time or the reaction time between a change in the concentration in the measuring medium and a modification of the signal The sample taken has an unacceptable duration such that such a measuring probe is only unsuitable for use as a sensor of a regulator in a control circuit.

Etant donné que la chambre contenant le gaz à mesurer se rétrécit à partir du dispositif de réception du gaz à mesurer, par exemple sous la forme d'un cône creux, avec n=2, en direction de la section de paroi, la vi30 tesse de réponse à des variations de la concentration du gaz à mesurer dans le dispositif de réception du gaz à mesurer augmente environ d'un facteur 3, par rapport au cas d'une liaison linéaire cylindrique (n=0) entre le dispositif de réception du gaz à mesurer et la section de paroi. Le fait de prévoir 35 cette disposition a pour effet que la vitesse de réponse de la sonde de mesure varie de telle sorte qu'en dépit de l'utilisation exclusive de la diffusion, on peut utiliser cette vitesse de réponse également pour des tâches techniques de régulation ou des tâches de commande, qui rendent nécessaire une 5 action rapide sur la base des résultats détectés par la sonde. Mais l'utilisation de la diffusion pour la transmission dela concentration à l'intérieur de la sonde de mesure empêche que des particules de substances solides, qui sont présentes dans Since the chamber containing the gas to be measured shrinks from the receiving device of the gas to be measured, for example in the form of a hollow cone, with n = 2, in the direction of the wall section, the vi response to variations in the concentration of the gas to be measured in the receiving device of the gas to be measured increases by approximately a factor of 3, relative to the case of a cylindrical linear connection (n = 0) between the receiving device of the gas to be measured and the wall section. The provision of this provision has the effect that the response speed of the measuring probe varies so that, despite the exclusive use of scattering, this speed of response can also be used for technical tasks. regulation or control tasks, which necessitate rapid action based on the results detected by the probe. But the use of diffusion for transmitting the concentration inside the measuring probe prevents particles of solid substances, which are present in

le milieu à mesurer,puissent se déposer sur la section de paroi 10 active du point de vue de la mesure. the medium to be measured can be deposited on the active wall section from the point of view of the measurement.

En particulier lorsque l'on doit utiliser la sonde de mesure dans un milieu à mesurer qui est en écoulement, il faut que soit en outre garanti le fait qu'autant que possible aucune particule de substance solide n'est injectée par 15 soufflage dans la chambre contenant le gaz à mesurer. Especially when the measuring probe is to be used in a measuring medium which is flowing, it must furthermore be ensured that, as far as possible, no solid particles are blown into the medium. chamber containing the gas to be measured.

Ceci est obtenu de préférence grâce au fait que le dispositif de réception du gaz à mesurer comporte au moins deux et au maximum trois ouvertures servant à recevoir le gaz à mesurer et dont les axes, projetés sur un plan perpendicu20 laire à la direction axiale sont au moins approximativement This is preferably achieved by the fact that the receiving device of the gas to be measured comprises at least two and at most three openings for receiving the gas to be measured and whose axes, projected on a plane perpendicular to the axial direction are at minus approximately

perpendiculairesentre eux.perpendicular to each other.

Si l'on introduit alors une telle sonde de mesure dans un milieu à mesurer en écoulement de telle sorte que, lorsque l'on considère la direction d'écoulement, des ouvertures 25 respectivessoient situées uniquement en aval de la sonde de mesure et à gauche et à droite par rapport à cette dernière, c'est-à-dire qu'aucune ouverture n'est présente sur le côté arrivée ou côté amont, des corps solides situés dans le milieu à mesurer circulent autour de la sonde de 30 mesure sans pénétrer dans la chambre contenant le gaz à mesurer. Au contraire l'écoulement contournant le dispositif de réception du gaz à mesurer a pour effet que le gaz à mesurer pénètre par l'ouverture prévue sur le côté arrière, à savoir le côté sortie ou aval et est à nouveau aspiré hors de la cham35 bre contenant le gaz de mesure, à gauche et à droite, ce qui If one then introduces such a measurement probe into a medium to be measured in flow so that, when considering the direction of flow, openings 25 respectively are located only downstream of the measuring probe and left and to the right with respect to the latter, that is to say that no opening is present on the arrival or upstream side, solid bodies situated in the medium to be measured circulate around the measuring probe without enter the chamber containing the gas to be measured. On the contrary, the flow bypassing the receiving device of the gas to be measured has the effect that the gas to be measured enters through the opening provided on the rear side, namely the outlet or downstream side and is again sucked out of the chamber. containing the measuring gas, left and right, which

est conditionné par la dépression provoquée par l'écoulement enveloppant. Perpendiculairement à l'axe du cône creux, il apparaît un écoulement de gaz sans corps solide, ce qui est conditionné par la séparation aérodynamique mentionnée des subs5 tances solides. is conditioned by the depression caused by the enveloping flow. Perpendicular to the axis of the hollow cone, there is a flow of gas without a solid body, which is conditioned by the aerodynamic separation mentioned of the solid substances.

Afin que soit garantie en outre une bonne constante locale de température dans la zone de la section de paroi active pour la mesure et que soit empêchée une diffusion du gaz à mesurer dans la paroi de la chambre contenant le gaz 10 de mesure, qui agit alors en tant qu'accumulateur de longue durée pour des états instantanés du gaz à mesurer et fausse la mesure ultérieure, il est proposé que la chambre de mesure soit délimitée partiellement par un matériau calorifuge poreux, la surface de ce matériau, qui est tournée vers la chambre conte15 nant le gaz à mesurer, étant munie d'un revêtement empêchant la diffusion du gaz. Comme matériau calorifuge poreux, on utilise par exemple un matériau céramique, que l'on recouvre d'un vernis In order to further guarantee a good local temperature constant in the area of the active wall section for the measurement and to prevent a diffusion of the gas to be measured into the wall of the chamber containing the measuring gas, which then acts as a long-term accumulator for instantaneous states of the gas to be measured and distorts the subsequent measurement, it is proposed that the measuring chamber be partially delimited by a porous heat-insulating material, the surface of this material, which faces the chamber containing the gas to be measured, being provided with a coating preventing the diffusion of the gas. As a porous heat-insulating material, for example, a ceramic material is used which is covered with a varnish

formant couche empêchant la diffusion du gaz. forming layer preventing the diffusion of gas.

Lorsque la section de paroi est formée par une section de paroi d'un tube dans lequel un organe de chauffage est centré de telle sorte qu'une arrivée uniforme du gaz de référence jusqu'à l'ensemble à électrodes soit garantie, on aboutit d'une part à ce que la section de paroi peut être chauffée de façon régulière, sans que l'organe de chauf25 fage soit soumis à l'action du gaz à mesurer éventuellement corrosif, auquel cas l'assurance de l'arrivée uniforme du gaz de référence au dispositif à électrodes, qui est tourné vers la chambre contenant le gaz de référence est essentielle pour une mesure précise avec une référence constante dans le temps. On 30 prévoit un organe de chauffage lorsque, de façon connue, la section de paroi est constituée en un matériau qui prend, uniquement à des températures supérieures, sa caractéristique de sélectivité vis-à-vis des ions, qui est obtenue par exemple When the wall section is formed by a wall section of a tube in which a heater is centered so that a uniform supply of the reference gas to the electrode assembly is ensured, the result is partly because the wall section can be heated evenly, without the heating element being subjected to the action of the possibly corrosive measuring gas, in which case the assurance of the uniform arrival of the gas The reference to the electrode device, which faces the chamber containing the reference gas, is essential for accurate measurement with constant reference over time. A heater is provided when, in a known manner, the wall section is made of a material which, at only higher temperatures, takes up its characteristic of selectivity with respect to ions, which is obtained, for example

à partir d'oxyde de zirconium.from zirconium oxide.

Afin de garantir d'une part qu'aucun gaz de référence ne pénètre dans la chambre contenant le gaz à mesurer, et de permettre d'autre part que la section de paroi puisse se dilater ou se contracter librement dans le cas d'une contrainte thermique, ii est proposé que la section de paroi soit formée par une section de paroi d'un tube maintenu de façon étanche dans un corps électriquement isolant, au In order to guarantee, on the one hand, that no reference gas enters the chamber containing the gas to be measured, and to allow on the other hand that the wall section can expand or contract freely in the case of a constraint it is proposed that the wall section is formed by a wall section of a tube sealingly held in an electrically insulating body, at the

moyen d'un presse-étoupe serré de façon élastique. by means of an elastically tightened gland.

Etant donné que l'on choisit un corps électriquement isolant comme par exemple un matériau céramique, il 10 est également possible de monter le tube de manière que sa section de paroi soit insérée dans un logement extérieur métallique, pouvant être placé,par exemple en tant que blindage électrique, au potentiel de la masse. Si, comme cela est en outre proposé, on prévoit au moins une conduite dans la chambre con15 tenant le gaz à mesurer, et si on l'équipe naturellement d'un organe de sectionnement correspondant, il est possible d'introduire un gaz d'étalonnage dans la chambre contenant le gaz à mesurer afin d'étalonner la sonde de mesure, ou de réaliser lors du fonctionnement, un prélèvement de gaz à partir de la chambre contenant le gaz à mesurer, pour effectuer Since an electrically insulating body such as a ceramic material is chosen, it is also possible to mount the tube so that its wall section is inserted into a metal outer housing which can be placed, for example as a than electrical shielding, at the potential of the mass. If, as is furthermore proposed, at least one pipe is provided in the chamber containing the gas to be measured, and if it is naturally equipped with a corresponding sectioning member, it is possible to introduce a gas of calibration in the chamber containing the gas to be measured in order to calibrate the measurement probe, or to realize during operation, a sample of gas from the chamber containing the gas to be measured, to perform

d'autres analyses.other analyzes.

Afin que par ailleurs des mesures exécutées avec la sonde de mesure ne soient pas faussées, il est proposé d'installer des bornes électriques pour la sonde de mesure sur 25 l'extrémité du corps électriquement isolant qui est à l'opposé de l'organe de chauffage, ce qui garantit que les bornes électriques sont situées dans une très large mesure à une même température, et évite des erreurs dues à des tensions thermoélectriques différentes sur les bornes. 30 Par ailleurs,il est proposé d'une part, pour des questions de sécurité vis-à-vis des risques d'explosion, que dans la zone du dispositif de réception du gaz à mesurer, la chambre contenant le gaz à mesurer soit subdivisée par un dispositif anti-retour de flamme affaiblissant les turbulences 35 du gaz à mesurer dans le dispositif de réception en direction In order to ensure that measurements made with the measuring probe are not distorted, it is proposed to install electrical terminals for the measuring probe on the end of the electrically insulating body which is opposite to the body. This guarantees that the electrical terminals are located to a very large extent at the same temperature, and avoids errors due to different thermoelectric voltages on the terminals. On the other hand, it is proposed first of all, for reasons of safety with respect to the risks of explosion, that in the zone of the device for receiving the gas to be measured, the chamber containing the gas to be measured is subdivided. by a flame arrestor device weakening the turbulence of the gas to be measured in the receiving device in the direction

de la section de paroi, auquel cas en plus de son propre rôle, ce dispositif agit en tant qu'organe amortissant les turbulences et par conséquent empêche encore de façon supplémentaire que des particules de subtances solides soient entraînées 5 dans la chambre contenant le gaz à mesurer, en direction de la section de paroi active pour la mesure. of the wall section, in which case in addition to its own role, this device acts as a turbulence damping member and therefore furthermore prevents particles of solid substances from being entrained in the chamber containing the gas. measure in the direction of the active wall section for the measurement.

Afin de créer par ailleurs des conditions aussi isothermes que possible dans la zone de la section de paroi active pour la mesure, il est proposé que la section de paroi soit formée par une section de tube, et qu'un matériau calorifuge soit prévu axialementen avant et en arrière de la section, la surface de ce matériau qui est tournée vers la chambre contenant le gaz à mesurer étant munie d'une couche empêchant la diffusion du gaz. De ce fait, la section de paroi active pour la mesure est pra15 tiquement entourée par le matériau calorifuge du type indiqué, In order to further create as isothermal conditions as possible in the area of the active wall section for the measurement, it is proposed that the wall section be formed by a section of tube, and that a heat insulating material is provided axially before and behind the section, the surface of this material which is turned towards the chamber containing the gas to be measured being provided with a layer preventing diffusion of the gas. Therefore, the active wall section for the measurement is practically surrounded by the heat-insulating material of the type indicated,

ce qui permet d'obtenir les conditions thermiques mentionnées. which makes it possible to obtain the thermal conditions mentioned.

Dans une application de la sonde de mesure comportant au moins deux ouvertures servant à recevoir le gaz In an application of the measuring probe comprising at least two openings for receiving the gas

à mesurer et dont les axes, projetés sur un plan perpendicu20 laire à la direction ayiale, sont au moins approximativement perpen. to measure and whose axes, projected on a plane perpendicular to the ayial direction, are at least approximately perpen.

diculaires entre eux, à l'analyse de gaz en écoulement, il est en outre proposé de ne. disposer aucune des ouvertures sur le côté d'arrivée du gaz circulant autour du dispositif de réception du gaz à mesurer, ce qui garantit, dans cette appli25 cation, que des particules de substances solides ne pénètrent pas dans la chambre contenant le gaz à mesurer, comme cela a between them, to the analysis of flowing gas, it is further proposed to ne. have none of the openings on the inlet side of the gas flowing around the device for receiving the gas to be measured, which guarantees, in this application, that particles of solid substances do not penetrate into the chamber containing the gas to be measured, as this has

déjà été expliqué plus haut.already explained above.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après 30 en référence aux dessins annexés dans lesquels: Other features and advantages of the present invention will emerge from the description given hereinafter with reference to the accompanying drawings in which:

- la figure 1 est une coupe longitudinale d'une sonde de mesure conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne I-I de la sonde de mesure de la figure 1; et - la figure 3 est une vue en coupe selon - Figure 1 is a longitudinal section of a measuring probe according to the invention; - Figure 2 is a sectional view along the line I-I of the measuring probe of Figure 1; and - Figure 3 is a sectional view according to

la ligne III-II de la sonde de mesure de la figure 1. Line III-II of the measuring probe of Figure 1.

L'invention va être décrite dans le cas de l'exemple d'une sonde de mesure du 02, destinée à être installée dans un conduit de circulation de gaz de fumées. La sonde conforme 5 à l'invention comporte un tube 1 en oxyde de zirconium, qui est fermé à son extrémité et forme, en son intérieur, une chambre 3 contenant un gaz de référence. Au niveau de son extrémité inférieure, letube 1 en oxyde de zirconium est pourvu, sur sa surface enveloppe extérieure, une électrode 5 de mesure du 10 gaz à mesurer, qui est réalisée sous la forme d'une couche de platine et en vis- à-vis de laquelle se trouve disposée sur la paroi formée d'oxyde de zirconium, une électrode 7 reliée au gaz de référenceetqui est également réalisée sous la forme The invention will be described in the case of the example of a measurement probe 02, intended to be installed in a flue gas circulation duct. The probe according to the invention comprises a tube 1 of zirconium oxide, which is closed at its end and forms, inside, a chamber 3 containing a reference gas. At its lower end, the zirconium oxide tube 1 is provided on its outer surface with an electrode 5 for measuring the gas to be measured, which is in the form of a platinum layer and -vis of which is disposed on the wall formed of zirconium oxide, an electrode 7 connected to the reference gas and which is also made in the form

d'une couche de platine. Le tube 1 en oxyde de zirconium pénè15 tre par sa pointe, dans une chambre 9 contenant le gaz à mesurer, qui s'élargit par exemple sous la forme d'un cône creux et qui est limité extérieurement par un corps calorifuge 11. a platinum layer. The tube 1 made of zirconium oxide penetrates with its tip, into a chamber 9 containing the gas to be measured, which widens for example in the form of a hollow cone and which is externally limited by a heat-insulating body 11.

Le corps calorifuge 11 est constitué de préférence par un matériau céramique. Un second corps calorifuge 13 est prévu sur 20 l'extrémité du tube 1 réalisé en oxyde de zirconium. Les surfaces, qui sont tournées vers la chambre 9 contenant le gaz à mesurer, des corps isolants 11 et 13 sont munies de couches respectives 13a et lia empêchant une diffusion du gaz, par exemple une couche de verre. Seule précisément la section, qui est 25 active du point de vuedelamesureet estrecouverte par les deux The heat-insulating body 11 is preferably made of a ceramic material. A second heat-insulating body 13 is provided on the end of the tube 1 made of zirconium oxide. The surfaces, which are turned towards the chamber 9 containing the gas to be measured, insulating bodies 11 and 13 are provided with respective layers 13a and 11a preventing diffusion of the gas, for example a layer of glass. Only precisely the section, which is active at the point of view of the view and is found by both

électrodes 7 et 5, du tube 1 en oxyde de zirconium est disposée librement à l'intérieur de la chambre.9 contenant le gaz à mesurer, en étant limitée par les corps 11 et 13. Par conséquent, des conditions isothermes sont garanties dans la zone 30 de cette section. electrodes 7 and 5, the tube 1 of zirconium oxide is freely disposed inside the chamber 9 containing the gas to be measured, being limited by the bodies 11 and 13. Therefore, isothermal conditions are guaranteed in the zone 30 of this section.

A partir de cette section, la surface en coupe From this section, the sectional area

transversale F, qui est libre pour le gaz à mesurer, de la chambre 9 contenant ce dernier s'élargit en fonction de la distance x comptée sur la surface considérée F en coupe transversale 35 à partir de son extrémité située du côté de la section de pa- Transverse F, which is free for the gas to be measured, of the chamber 9 containing the latter expands as a function of the distance x counted on the considered surface F in cross section from its end located on the side of the cross section. pa-

roi, conformément à la relation n F(x) = k. x dans laquelle k est un coefficient, tandis que l'exposant n king, according to the relation n F (x) = k. x where k is a coefficient, while the exponent n

est tel que n > 2.is such that n> 2.

Pour une forme en cône creux, on a n=2, tandis For a hollow cone shape, we have n = 2, while

que pour une forme cylindrique on aurait n=0. that for a cylindrical form we would have n = 0.

L'élargissement ou le rétrécissement mentionné permet d'obtenir que la diffusion dans les directions x est accrue d' environ le facteur 3 par rapport.au cas de l'absence 10 d'un rétrécissement. La chambre 9 contenant le gaz à mesurer The aforementioned enlargement or narrowing makes it possible to obtain that the diffusion in the x-directions is increased by about the factor 3 relative to the case of the absence of a narrowing. Chamber 9 containing the gas to be measured

est séparée d'un dispositif 16 de réception du gaz à mesurer, par l'intermédiaire d'un dispositif anti-retour de flamme 14. is separated from a device 16 for receiving the gas to be measured, via a non-return flame device 14.

Le corps 11 et le dispositif anti-retour de flamme 14 sont montés dans un tube inférieur de protection 18 sur la partie infé15 rieure duquel prend appui le corps calorifuge 11, le tube de The body 11 and the flame arresting device 14 are mounted in a lower protection tube 18 on the lower part of which the heat-insulating body 11, the

protection 18 s'étendant vers le bas au-delà du dispositif antiretour de flamme 14 et d'un couvercle 15 permettant un nettoyage. Entre le dispositif anti-retour de flamme 14 et le couvercle 15 se trouve défini le dispositif proprement dit 16 de 20 réception du gaz à mesurer, qui comporte une chambre ou un espace de réception du gaz à mesurer. Comme cela est visible sur la figure 2, deux et au maximum trois ouvertures 23 et 25 sont prévues dans le tube inférieur de protection 18, dans le dispositif 16 de réception du gaz à mesurer. Ces ouvertures sont 25 disposées en étant décalées respectivement de 90 sur le pourtour du tube 18 de telle sorte que les axes des ouvertures, projetés sur un plan E perpendiculaire à la direction x ou à l'axe A du tube, sont au moins approximativement perpendiculaires entre eux. protection 18 extending downwardly beyond the flame arresting device 14 and a cover 15 for cleaning. Between the non-return flame device 14 and the lid 15 is defined the actual device 16 for receiving the gas to be measured, which comprises a chamber or a space for receiving the gas to be measured. As can be seen in FIG. 2, two and at most three openings 23 and 25 are provided in the lower protection tube 18, in the device 16 for receiving the gas to be measured. These apertures are arranged 90 respectively offset by 90 on the periphery of the tube 18 so that the axes of the openings, projected on a plane E perpendicular to the x direction or to the axis A of the tube, are at least approximately perpendicular. between them.

De préférence,on prévoit trois ouvertures de ce Preferably, three openings of this

type. Au-dessus du corps calorifuge 11 se trouve prévu un corps électriquement isolant 27, réalisé de préférence également en un matériau céramique et comportant une bride 29. La bride 29 est fixée par serrage entre le tube inférieur de protection 35 18 et un tube supérieur de protection 31, à l'aide d'un man- type. Above the heat-insulating body 11 is provided an electrically insulating body 27, preferably also made of a ceramic material and having a flange 29. The flange 29 is clamped between the lower protection tube 18 and an upper tube of protection 31, using a man-

chon 33 possédant des filetages tournant en des sens opposés. chon 33 having threads rotating in opposite directions.

Afin qu'une bonne étanchéité soit garantie, des organes d'étan6héité plats 35 sont prévus sur les flancs dela bride. Le tube 1 réalisé en oxyde de zirconium pénètre par un perçage corres5 pondant dans le corps électriquement isolant 27 et y est bloqué par serrage au moyen d'un presse-étoupe 43, qui est serré au moyen d'un ressort 37 entre un étrier 39 situé sur la face supérieure du corps 27 et une monture 41. Le ressort 37 maintient le presse-étoupe 43 à l'état comprimé, même si ce der10 nier se tasse à des températures supérieures. In order that a good seal is guaranteed, flat sealing members 35 are provided on the flanks of the flange. The tube 1 made of zirconium oxide penetrates through a corresponding hole in the electrically insulating body 27 and is clamped thereon by means of a gland 43, which is clamped by means of a spring 37 between a stirrup 39 located on the upper face of the body 27 and a mount 41. The spring 37 maintains the gland 43 in the compressed state, even if it dies at higher temperatures.

Comme cela est visible sur la figure 3, dans la zone active munie des électrodes 5,7, une cartouche chauffante 45 est centrée à l'aide d'un thermocouple d'enveloppe 47 et de deux fils de centrage 49. Les bornes 5a et 7a aboutissant 15 respectivement à l'électrode de mesure du gaz à mesurer et à l'électrode reliée au gaz de référence sont reliées de préférence au moyen de fils de platine directement à des points d'appui sur le corps électriquement isolant 27, d'o ils partent en direction de l'extérieur. De même les autres bornes élec20 triques (non représentées) pour la cartouche chauffante 45 et le thermocouple 47 sont raccordées de préférence à de tels points de support au niveau de l'extrémité, tournée à l'opposé de la cartouche chauffante 45, du corps électriquement isolant 27. As can be seen in FIG. 3, in the active zone provided with electrodes 5, 7, a heating cartridge 45 is centered by means of an envelope thermocouple 47 and two centering wires 49. Terminals 5a and 7a respectively terminating at the measuring electrode of the gas to be measured and the electrode connected to the reference gas are preferably connected by means of platinum wires directly to bearing points on the electrically insulating body 27, o they go out to the outside. Similarly, the other electrical terminals (not shown) for the heating cartridge 45 and the thermocouple 47 are preferably connected to such support points at the end, facing away from the heating cartridge 45, the body. electrically insulating 27.

L'action de la sonde de mesure est la suivante. The action of the measuring probe is as follows.

Si l'on introduit la sonde de mesure dans un écoulement de gaz P. on fait tourner l'ouverture 23 située sur le côté arrivée, à l'opposé de la direction d'écoulement du gaz, de manière que les deux ouvertures 25 soient 30 situées à gauche et à droite, lorsque l'on considère la direction d'écoulement du gaz. Comme cela est représenté par la flèche F, des particules de substances solides qui sont entraînées dans l'écoulement de gaz P circulent en passant à côté de la chambre 21 de réception du gaz à mesurer,'que l'écoule35 ment contourne, tandis que le gaz pénètre dans l'ouverture 23 26p.0773. et est à nouveau évacué par aspiration hors des ouvertures 25, par suite de l'effet de dépression. Ceci empêche que les particules de substances solides entraînées conjointement dans l'écoulement de gaz ne pénètrent d'une manière générale dans 5 la chambre 21 de réception du gaz à mesurer. Le gaz, qui pénètre cependant conformément à l'écoulement g, diffuse, en fonction du gradient de concentration dans la chambre 9 contenant le gaz à mesurer, et ce, en raison de l'agencement de forme rétrécie, avec une vitesse accrue d'un facteur égal à environ 10 3 par rapport au cas d'une diffusion limitée linéairement. Afin If the measuring probe is introduced into a flow of gas P., the opening 23 located on the arrival side, opposite to the direction of flow of the gas, is rotated so that the two openings 25 are 30 on the left and right when considering the flow direction of the gas. As shown by arrow F, particles of solid substances which are entrained in the flow of gas P flow past the receiving chamber 21 of the gas to be measured, which the flow bypasses, while the gas enters the opening 23 26p.0773. and is again sucked out of the openings 25 as a result of the vacuum effect. This prevents the solids particles entrained jointly in the gas flow from entering the receiving chamber of the gas to be measured generally. The gas, which however penetrates according to the flow g, diffuses, as a function of the concentration gradient in the chamber 9 containing the gas to be measured, and this, because of the narrowed shape arrangement, with an increased speed of a factor equal to about 10 3 compared to the case of a linearly limited diffusion. To

d'empêcher que le gaz ne pénètre dans les parois des corps 11 et 13 et que ces derniers agissent pratiquement en tant qu'accumulateurs et faussent des mesures ultérieures, lesdites couches 13a,lla empêchant la diffusion sont disposées sur ces 15 corps. to prevent the gas from entering the walls of the bodies 11 and 13 and that the latter act substantially as accumulators and distort subsequent measurements, said layers 13a, 11la preventing diffusion are arranged on these bodies.

Il faut insister sur le fait qu'en dehors de son action proprement dite, qui est d'empêcher que le gaz à mesurer situé dans la chambre 21 puisse être allumé à partir de la partie de la sonde, active pour la mesure, le dispositif. 20 anti-retour de flamme 14 supprime pratiquement à la manière It must be emphasized that apart from its actual action, which is to prevent the gas to be measured in the chamber 21 from being lit from the active part of the probe, the device . 20 flame back 14 virtually removes in the way

d'un redresseur d'écoulement, des turbulences se propageant de la chambre 21 en direction de la zone active pour la mesure. a flow rectifier, turbulence propagating from the chamber 21 towards the active zone for the measurement.

La séparation aérodynamique des substances solides au niveau de la chambre 21 de réception du gaz à mesurer 25 ou du dispositif 16 de réception du gaz à mesurer empêche par The aerodynamic separation of the solid substances at the chamber 21 for receiving the gas to be measured 25 or the device 16 for receiving the gas to be measured prevents, by

conséquent que les substances solides pénètrent dans la chambre 9 contenant le gaz à mesurer, ce qui garantit un bon "nettoyage traversant" de la chambre 21. Consequently, the solid substances enter the chamber 9 containing the gas to be measured, which guarantees a good "through-cleaning" of the chamber 21.

Le fait que le tube formé d'oxyde de zirconium 30 soit thermiquement isolé, en dehors de sa partie active munie des électrodes, garantit d'une part une température, localement constante, dans cette zone active et ne requiert en outre qu'une puissance de chauffage minimale pour chauffer le tube formé d'oxyde de zirconium à l'aide de la cartouche chauffante 35 45. Etant donné que la cartouche chauffante est disposée à il l'intérieur de la chambre 3 logeant le gaz de référence, elle est par ailleurs protégée vis-à-vis d'une corrosion produite The fact that the tube formed of zirconium oxide 30 is thermally insulated, apart from its active part provided with the electrodes, guarantees on the one hand a temperature, locally constant, in this active zone and also requires only a power for heating the zirconium oxide tube using the heating cartridge 45. Since the heating cartridge is disposed inside the chamber 3 housing the reference gas, it is protected elsewhere against corrosion produced

par les gaz de fumées.by the flue gases.

Une séparation, étanche aux gaz, de la chambre 5 9 contenant le gaz à mesurer par rapport à l'environnement, c'est-à-dire dans ce cas par rapport à l'environnement délivrant le gaz de référence, est garantie d'une part au moyen du presse-étoupe 43 comprimé élastiquement et d'autre part au moyen des garnitures d'étanchéité en forme de brides disposées entre les tubes de protection 31 et 18 réunis par serrage. L'arrivée de l'air à l'électrode de référence s'effectue de façon uniforme au moyen de la fente annulaire, visible sur la figure 3, qui est présente entre la cartouche chauffante centrée 45 et la paroi intérieure du tube 1 réalisé en oxyde de zirconium. 15 Par ailleurs,on a représenté sur la figure 1 une canalisation A gastight separation of the chamber 5 9 containing the gas to be measured with respect to the environment, that is to say in this case with respect to the environment delivering the reference gas, is guaranteed to a part by means of the gland 43 resiliently compressed and secondly by means of the flange-shaped seals disposed between the protective tubes 31 and 18 joined by clamping. The arrival of the air at the reference electrode is effected uniformly by means of the annular slot, visible in FIG. 3, which is present between the centered heating cartridge 45 and the inner wall of the tube 1 made of zirconium oxide. In addition, FIG. 1 shows a pipe

51 qui débouche dans la chambre 9 contenant le gaz à mesurer et à l'aide de laquelle on peut soit introduire un gaz de référence pour l'étalonnage de la mesure, soit prélever un échantillon de gaz pour le contrôle du fonctionnement de la sonde 20 de mesure. Naturellement,une vanne correspondante de sectionnement (non représentée) est prévue dans la canalisation 51. 51 which opens into the chamber 9 containing the gas to be measured and with which one can either introduce a reference gas for the calibration of the measurement, or take a sample of gas for the control of the operation of the probe 20 measurement. Naturally, a corresponding shutoff valve (not shown) is provided in the pipe 51.

Afin d'empêcher que des tensions thermoélectriques, comme par exemple au niveau de points de soudure des prises électriques, faussent le résultat de la mesure notamment, 25 les prises des électrodes sont disposées sur l'extrémité, tournée vers la cartouche chauffante 45, du corps électriquement In order to prevent thermoelectric voltages, such as for example at the point of connection of the electrical outlets, from distorting the result of the measurement in particular, the taps of the electrodes are arranged on the end, facing towards the heating cartridge 45, of the body electrically

isolant 27.insulation 27.

A l'aide de la sonde de mesure décrite, il est possible de réaliser des mesures uniquement sur la base d'une 30 diffusion du gaz, et ce même dans le cas de gaz également en With the aid of the measuring probe described, it is possible to measure only on the basis of gas diffusion, even in the case of

écoulement et pollués par des substances solides, auquel cas la vitesse de réaction de la sonde de mesure à des variations de la concentration dans le milieu gazeux en écoulement est nettement meilleure que ce ne serait le cas pour une diffu35 sion limitée linéairement. Les effets d'accumulation des com- flow and polluted by solid substances, in which case the reaction rate of the measuring probe to changes in the concentration in the flowing gaseous medium is much better than would be the case for a linearly limited diffusion. The effects of accumulation of

260O773260O773

posants entrant en contact avec le gaz à mesurer sont évités de sorte que l'on obtient une sonde de mesure précise relativement bon marché et fournissant une réponse rapide. Positives coming into contact with the gas to be measured are avoided so that a precise measurement probe is obtained that is relatively inexpensive and provides a fast response.

Claims

1. Measuring probe for the analysis of a gas, having at least one wall section made of an ion selective material and equipped on both sides with a taped electrode assembly, the wall separating from a chamber (3) containing a reference gas a chamber (9) containing a gas to be measured and comprising a device (16) for receiving the gas to be measured, characterized in that the cross-sectional area of the chamber (9) containing the gas to be measured widens in the direction extending from the wall section to the device (16) for receiving the gas to be measured, according to the relation F (x) = k. xn where x is a distance from the wall side end of the chamber (9) containing the gas to be measured towards the gas receiving device F ( x) designates the cross-sectional area, which is free for the gas to be measured, of the chamber containing the gas to be measured at location x,

k denotes a coefficient, k> 0, n denotes an exponent, with n> 2.

2. Measuring probe according to claim 1, characterized in that the device (16) for receiving the gas to be measured comprises at least two and at most three openings (23, 25) for receiving the gas to be measured and whose axes , projected on a plane (E) perpendicular to the axial direction (A), are at least approximately perpendicular to each other.

3. Measuring probe according to claim 1 or 2, characterized in that the chamber (9) containing the gas to be measured is partially delimited by a porous heat-insulating material (11, 13), the surface of this material being turned towards the chamber containing the gas to be measured being provided with a coating preventing diffusion of the gas.

4. Measuring probe according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the section of

The wall is formed by a wall section of a tube in which a heating member (45) is centered so that uniform delivery of the reference gas to the electrode assembly (7) is ensured.

5. Measuring probe according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the section of

wall is formed by a wall section of a tube held tightly, by means of a gland (43)

elastically tightened, in an electrically insulating body (27).

Measuring probe according to one of Claims 1 to 5, characterized in that at least one

pipeline (51) provided for supplying a calibration gas or for withdrawing a gas opens into the chamber (9)

containing the gas to be measured.

7. Measuring probe according to claim 4 or 5, characterized in that electrical terminals for the measuring probe are installed on the end of the electrically insulating body (27) which is opposite the body

heating (45).

Measuring probe according to one of Claims 1 to 7, characterized in that in the region

of the device (16) for receiving the gas to be measured, the chamber (9) containing the gas to be measured is subdivided by a non-return-of-flame device (14) weakening the turbulence of the gas to be measured in the receiving device (16). )

towards the wall section.

9. Measuring probe according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the section of

wall is formed by a section of tube, and that a heat-insulating material is provided axially forward and backward of the section, the surface of this material which is

turned towards the chamber (9) containing the gas to be measured 35 being provided with a layer preventing the diffusion of the gas.

10. Application of the measuring probe according to one

any of claims 1 to 9, comprising at least

two openings for receiving the gas to be measured and whose axes projected on a plane (E) perpendicular to the axial direction (A) are at least approximately perpendicular to each other, to the flowing gas analysis, characterized in that none of the openings (23) are disposed on the side of the gas flowing around the device (16)

of receiving the gas to be measured.