PT95406B - Sensor de oxigenio constituido por uma celula electrolitica que possui um electrolito solido - Google Patents

Description

COMUNIDADE ECONOMICA EUROPEIA (C.E.E.)

SENSOR DE OXIGÉNIO FEITO DE SUBSTANCIAS SOLIDAS”

A presente invenção diz respeito a um sensor de oxigénio feito de substâncias sólidas sob a forma de uma cé lula electrolítica, com um primeiro eléctrodo instalado de maneira a medir a pressão parcial de oxigénio da atmosfera, com um segundo eléctrodo instalado numa atmosfera de referência e um electrólito sólido em contacto superficial com os dois eléctrodos, em que o material do electrólito é cons^ tituído por um óxido cerâmico ou uma fase do tipo de vidro com condução iónica pura, em que pelo menos o primeiro eléctrodo contém um eléctrodo cerâmico em proporções não estequiométricas. Por um óxido em proporções não estequiométricas entende-se um sistema termicamente estável com uma diferença nítida em relação à composição estequiométrica. Seguidamente, mais adiante, referem-se sistemas tanto superiores à estequiometria como inferiores à estequiometria.

Um sensor de oxigénio deste tipo é conhecido por meio da patente de invenção alemã DE-32 29 931 A1.

Os dois eléctrodos deste sensor são formados por óxidos não estequiométricos ou misturas desses óxidos, por exemplo, Ρ^Γθ2+χ’ ^θθ2-χ’ Τβθ2-χ· θ electrólito sólido é um óxido cerâmico ou uma fase vítrea com condução puramente iónica.

é empregado como material do eléctro

Esses sensores (Pr0_Ol 2+x do em atmosfera oxidante e como material do eléctrodo entanto apenas utilizáveis apertados.

Ce02__x ou TbO2__x são empregados em atmosfera redutora) são no dentro de intervalos de medição

Neste caso, tem de se atender ao envenenamento dos eléctrodos espeeialmente por acção de monóxido de carbono ou por chumbo, de modo que esse sensor que é utilizado para a determinação do monóxido de carbono contido em atmosfera ou em emissões de gases de escape tem um tempo de funcionamento limitado em consequência dos fenómenos de envenenamen objectivo da presente invenção é, assim, proporcionar um sensor de oxigénio sólido que permite a medição de uma larga gama de pressões parciais de oxigénio e, na realidade, tanto em atmosferas muito redutoras como também em atmosferas muito oxidantes e sem considerável perda de sensibilidade ou necessidade de substituição durante um tem po de indicação mais longo. 0 prolongamento do tempo de fujn cionamen do eléctrodo significa um lucro económico muito elevado porque é possível utilizar o mesmo eléctrodo para a medição das pressões parciais de oxigénio que variam rapida_ mente - como pode acontecer em funcionamento ou em caso de acidente.

Este objectivo é atingido de acordo com a presente invenção constituindo o primeiro eléctrodo por uma mistura de um óxido cerâmico pelo menos não estequiométrico e por um metal, em que o último pode ser escolhido do grupo formado por ouro, platina, níquel e crómio.

De preferência, o peso do metal do primeiro eléctr£ do está compreendido entre 10 e 30%, sendo especialmente igual a 20% do peso total.

Seguidamente, esclarece-se a invenção por meio de alguns exemplos de realização.

Um sensor de oxigénio sólido consiste essencialmente em dois eléctrodos entre os quais se encontra o electrólito sólido. Os eléctrodos estão ligados a um circuito de medição e que a diferença de tensão entre os dois eléctrodos é a base da medição das diferenças da pressão parcial de oxigénio que actua sobre um dos dois eléctrodos.

Muitas vezes, o sensor é constituído por um tubo fe chado de um dos lados, cuja parede interior forma o eléctr£ do de referência e cuja parede exterior forma o eléctrodo de medição. A zona entre as paredes é pelo menos parcialmeji te cheia com electrólito sólido. No interior do tubo, encoji tra-se um gás de referência de composição conhecida, como, ^4por exemplo, oxigénio puro, ar ou uma mistura conhecida como, por exemplo, uma mistura de C0/C0₂ ou H₂/H₂0. A atmosfe ra de referência pode também ser formada por uma mistura de metais e óxidos metálicos, como Fe/FeO ou Ni/NiO.

A parte exterior do tubo é colocada na atmosfera cjj ja pressão parcial de oxigénio se pretende medir.

Naturalmente, a invenção não se limita a esta forma de senso. 0 sensor pode também ter a forma de placas planas que formam a separação entre duas câmaras, nomeadamente uma câmara de referência e uma câmara de medição.

eléctrodo de referência pode, como no caso da memória descritiva mencionada antes, ser formado por um metal nobre ou por um óxido cerâmico ou por uma mistura deles.

eléctrodo em contacto com a atmosfera a analisar consiste, de acordo com a presente invenção, numa mistura de pelo menos um óxido cerâmico não estequiométrico e um metal, sendo este último escolhido do grupo formado por ouro, platina, níquel e crómio e sendo o óxido cerâmico esc£ lhido do grupo que contém as seguintes substâncias : ^pr0₂ , Ce0₂__x, Tb0_2+x, LaCrOg, La₁__xSr_xCrO₃. E também possível mi£ turar os metais de dois óxidos cerâmicos diferentes dos quais um é acima da composição estequiométrica e o outro

abaixo da composição estequiométrica, por exemplo, CeO£__x e Ρ^Γθ2+_χ· ^Desta forma, pode utilizar-se uma atmosfera quer muito fortemente redutora quer também muito fortemente ox2_ dante. E também possível utilizar soluções sólidas destes óxidos, por exemplo ^^θγ^ΡΓι_γθ2+%· Neste caso, o símbolo χ tem um valor compreendido entre 0 e 0,2. Uma mistura do ma_ terial cerâmico e dos metais designa-se cermet.

sensor de oxigénio de acordo com a presente inve_n ção encontra uma larga utilização no controlo de processos metalúrgicos, no funcionamento de turbinas de vapor e de fo£ nos, no controlo de gases de escape de veículos automóveis e no controlo do ar.

A banda de medição da pressão parcial de oxigénio -30 pode variar entre 10 e 1 atmosfera.

Claims (3)

1. REIVINDICAÇÕES

   1,- Sensor de oxigénio feito de substâncias solidas sob a forma de uma célula electrolítica, com um primeiro eléctrodo exposto à atmosfera com a pressão parcial de oxigénio que se pretende medir, um segundo eléctrodo exposto a uma atmosfera de referência e um electrólito formado por uma substância sólida em contacto superficial com os dois eléctrodos, em que o material do electrólito ê um óxido cerâmico ou uma fase vítrea com condução iónica pura e, pelo menos, o primeiro eléctrodo contém um óxido cerâmico não estequiométrico, caracterizado pelo facto de o primeiro eléctrodo consistir numa mistura (cermete) de um óxido cerâmico não estequiométrico com um metal que ê escolhido do grupo formado por ouro, platina, níquel e crómio.
2. 2. - Sensor de oxigénio.feito de substâncias solidas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se es colher o oxido cerâmico do grupo constituído pelas seguintes substâncias: Pr0_2+x, Tb_2-x, Ce0₂__x, ^LaCr03' ^Lai-_x ^Srx^Cr03' ^em Ç^ue 0<x^0,2 ou misturas mecânicas de um oxido com oxigénio abaixo da quantidade estequiométrica com um oxido com oxigénio acima da quantidade estequiométrica.ou uma solução sólida destes dois tipos de óxidos.
3. 3. - Sensor de oxigénio feito de substâncias sólidas, de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de o peso de metal no primeiro eléctrodo estar compreendido entre 10 e 30% em peso do peso total.

   Lisboa, 24 de Setembro de 1990 O Agente Oficial da Propriedade Industrial