Claims (22)
1. Твердоэлектролитный датчик концентрации кислорода, содержащий керамический чувствительный элемент, герметично размещенный в корпусе, электрод сравнения и измерительный электрод, размещенные в полости керамического чувствительного элемента, отличающийся тем, что керамический чувствительный элемент выполнен целиком из твердого электролита в виде сопряженных между собой цилиндрического элемента и части сферы, наружная цилиндрическая поверхность керамического чувствительного элемента соединена с внутренней боковой поверхностью корпуса посредством соединительного материала, датчик дополнительно снабжен пробкой из оксида металла, имеющей отверстие и перекрывающей поперечное сечение полости керамического чувствительного элемента, электрод сравнения расположен в полости, образованной внутренней поверхностью керамического чувствительного элемента и поверхностью пробки, и занимает по меньшей мере ее часть, обращенный в сторону части сферы свободный конец измерительного электрода выведен в объем электрода сравнения через отверстие в пробке, при этом обеспечен электрический контакт между электродом сравнения и нижней частью центрального электрода, по меньшей мере часть сферы керамического чувствительного элемента выступает за пределы корпуса, материалы корпуса, керамического чувствительного элемента и соединительного материала имеют одинаковый коэффициент температурного расширения, являются химически стойкими по отношению к рабочей среде, к свободной части корпуса приварена втулка, из полости которой выступает верхняя часть центрального электрода, кольцевая полость между втулкой и верхней частью центрального электрода заполнена диэлектрическим материалом, обеспечивающим герметичность внутренней полости датчика.1. A solid electrolyte oxygen concentration sensor containing a ceramic sensing element sealed in the housing, a reference electrode and a measuring electrode located in the cavity of the ceramic sensing element, characterized in that the ceramic sensing element is made entirely of solid electrolyte in the form of a cylindrical element paired with each other and parts of the sphere, the outer cylindrical surface of the ceramic sensing element is connected to the inner side surface of the housing by means of a connecting material, the sensor is additionally equipped with a metal oxide plug having a hole and overlapping the cross section of the cavity of the ceramic sensing element, the reference electrode is located in the cavity formed by the inner surface of the ceramic sensing element and the surface of the plug, and occupies at least part of it facing side of the sphere part, the free end of the measuring electrode is brought into the volume of the reference electrode through an opening in the plug, while electrical contact between the reference electrode and the lower part of the central electrode, at least part of the sphere of the ceramic sensing element extends beyond the housing, materials of the housing, ceramic sensitive element and connecting material have the same coefficient of thermal expansion, are chemically resistant to the working medium, to free a sleeve is welded to the body part, from the cavity of which the upper part of the central electrode protrudes, an annular cavity between the sleeve and the top the part of the central electrode is filled with dielectric material, ensuring the tightness of the internal cavity of the sensor.
2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что соединительный материал представляет собой ситалл, состоящий из оксида кремния (SiO2) - 20-30 мас.%, оксида алюминия (Al2O3) - 6-7 мас.%, оксида бора (В2О3) - 20-21 мас.%, пероксида цинка( ZnO2) - 10-12 мас.%, оксида циркония (ZrO2) - 5-6 мас.%, оксида олова (SnO2) - 5-7 мас.%, оксида кальция (СаО) - 15-21 мас.%, оксида натрия (Na2O) - 3-4 мас.%, оксида калия (К2О) - 3-4 мас.%.2. The sensor according to claim 1, characterized in that the connecting material is a ceramic, consisting of silicon oxide (SiO 2 ) - 20-30 wt.%, Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) - 6-7 wt.%, boron oxide (B 2 O 3 ) - 20-21 wt.%, zinc peroxide (ZnO 2 ) - 10-12 wt.%, zirconium oxide (ZrO 2 ) - 5-6 wt.%, tin oxide (SnO 2 ) - 5-7 wt.%, Calcium oxide (CaO) - 15-21 wt.%, Sodium oxide (Na 2 O) - 3-4 wt.%, Potassium oxide (K 2 O) - 3-4 wt.% .
3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что соединительный материал представляет собой прессованное углеграфитовое волокно.3. The sensor according to claim 1, characterized in that the connecting material is a compressed carbon graphite fiber.
4. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в качестве диэлектрического материала использован ситалл.4. The sensor according to claim 1, characterized in that the glass is used as a dielectric material.
5. Датчик по п.1, отличается тем, что керамический чувствительный элемент выполнен из частично стабилизированного диоксида циркония.5. The sensor according to claim 1, characterized in that the ceramic sensor is made of partially stabilized zirconia.
6. Датчик по п.1, отличается тем, что керамический чувствительный элемент выполнен из полностью стабилизированного диоксида циркония.6. The sensor according to claim 1, characterized in that the ceramic sensitive element is made of fully stabilized zirconia.
7. Датчик по п.1, отличающийся тем, что керамический чувствительный элемент выполнен из оксида гафния.7. The sensor according to claim 1, characterized in that the ceramic sensing element is made of hafnium oxide.
8. Датчик по п.1, отличающийся тем, что материал керамического чувствительного элемента содержит в своем составе наноструктурированный ультрадисперсный керамический материал.8. The sensor according to claim 1, characterized in that the material of the ceramic sensitive element contains nanostructured ultrafine ceramic material.
9. Датчик по п.1, отличающийся тем, что электрод сравнения выполнен из висмута.9. The sensor according to claim 1, characterized in that the reference electrode is made of bismuth.
10. Датчик по п.1, отличающийся тем, что электрод сравнения выполнен из свинца.10. The sensor according to claim 1, characterized in that the reference electrode is made of lead.
11. Датчик по п.1, отличающийся тем, что электрод сравнения выполнен из индия.11. The sensor according to claim 1, characterized in that the reference electrode is made of indium.
12. Датчик по п.1, отличающийся тем, что электрод сравнения выполнен из галлия.12. The sensor according to claim 1, characterized in that the reference electrode is made of gallium.
13. Датчик по п.1, отличающийся тем, что нижняя часть центрального электрода, расположенная во внутренней полости корпуса помещена в изолятор.13. The sensor according to claim 1, characterized in that the lower part of the Central electrode located in the inner cavity of the housing is placed in the insulator.
14. Датчик по п.1, отличающийся тем, что пробка изготовлена из наноструктурированного ультрадисперсного керамического материала.14. The sensor according to claim 1, characterized in that the plug is made of nanostructured ultrafine ceramic material.
15. Датчик по п.1, отличающийся тем, что корпус изготовлен из ферритно-мартенситной стали ЭИ-852 (Х13М2С2).15. The sensor according to claim 1, characterized in that the housing is made of ferritic-martensitic steel EI-852 (X13M2S2).
16. Датчик по п.1, отличающийся тем, что корпус изготовлен из ферритно-мартенситной стали ЭП-823 (16Х12МВСФБР).16. The sensor according to claim 1, characterized in that the housing is made of ferritic-martensitic steel EP-823 (16X12MVSFBR).
17. Датчик по п.1, отличающийся тем, что нижняя часть центрального электрода изготовлена из стали 12Х18Н10Т.17. The sensor according to claim 1, characterized in that the lower part of the Central electrode is made of steel 12X18H10T.
18. Датчик по п.1, отличающийся тем, что нижняя часть центрального электрода изготовлена из молибдена.18. The sensor according to claim 1, characterized in that the lower part of the Central electrode is made of molybdenum.
19. Датчик по п.1, отличающийся тем, что нижняя часть центрального электрода изготовлена из углеграфитовой нити.19. The sensor according to claim 1, characterized in that the lower part of the Central electrode is made of carbon graphite filament.
20. Способ изготовления твердоэлектролитного датчика концентрации кислорода, включающий изготовление керамического чувствительного элемента, герметичное соединение его с корпусом, помещение внутрь керамического чувствительного элемента электрода сравнения, нижней части центрального электрода и приваривание втулки, отличающийся тем, что для соединения керамического чувствительного элемента с корпусом используют ситалл, состоящий из оксида кремния (SiO2) - 20-30 мас.%, оксида алюминия (Al2O3) - 6-7 мас.%, оксида бора (В2О3) - 20-21 мас.%, пероксида цинка (ZnO2) - 10-12 мас.%, оксида циркония (ZrO2) - 5-6 мас.%, оксида олова (SnO2) - 5-7 мас.%, оксида кальция (СаО) - 15-21 мас.%, оксида натрия (Na2O) - 3-4 мас.% и оксида калия (К2O) - 3-4 мас.%, ситалл в виде порошка засыпают в кольцевой зазор между керамическим чувствительным элементом и корпусом, сборку из керамического чувствительного элемента, корпуса и порошкообразного ситалла устанавливают в печь, в которой в качестве газовой среды используют воздух, и разогревают до температуры 900-930°С, после чего сборку охлаждают в печи, затем извлекают и во внутреннюю полость керамического чувствительного элемента засыпают электрод сравнения, устанавливают пробку из оксида металла и нижнюю часть центрального электрода в керамической изоляции, через втулку пропускают верхнюю часть центрального электрода и выводят его свободные концы за пределы габаритов втулки, кольцевой зазор между наружной поверхностью верхней части центрального электрода и внутренней поверхностью втулки заполняют диэлектрическим материалом, узел, состоящий из верхней части центрального электрода, диэлектрического материала, металлической втулки, устанавливают в печь, в которой в качестве газовой среды использован воздух, узел разогревают до температуры 900-930°С, производят выдержку узла в печи до обеспечения его равномерного прогревания и плавления ситалла, обеспечивают механическую прочность и вакуумную плотность соединения диэлектрического материала с верхней частью центрального электрода и втулкой, затем узел охлаждают вместе с печью, извлекают из печи и осуществляют электрический контакт свободных концов нижней части центрального электрода с верхней частью центрального электрода, к корпусу приваривают втулку.20. A method of manufacturing a solid electrolyte oxygen concentration sensor, including the manufacture of a ceramic sensing element, hermetically connecting it to the housing, placing inside the ceramic sensitive element of the reference electrode, the lower part of the central electrode and welding the sleeve, characterized in that a ceramic is used to connect the ceramic sensitive element to the housing consisting of silicon oxide (SiO 2 ) - 20-30 wt.%, alumina (Al 2 O 3 ) - 6-7 wt.%, boron oxide (B 2 O 3 ) - 20-21 wt.%, peroxide zinc (ZnO 2 ) - 10-12 wt.%, zirconium oxide (ZrO 2 ) - 5-6 wt.%, tin oxide (SnO 2 ) - 5-7 wt.%, calcium oxide (CaO) - 15-21 wt.%, sodium oxide (Na 2 O) - 3-4 wt.% and potassium oxide (K 2 O) - 3-4 wt.%, glass powder in the form of powder is poured into the annular gap between the ceramic sensor and the body, assembly from a ceramic sensing element, a housing and powdered ceramic, it is installed in a furnace in which air is used as a gas medium and heated to a temperature of 900-930 ° C, after which the assembly is cooled in a furnace, and then removed into the internal cavity a ceramic sensor is filled with a reference electrode, a metal oxide plug and the lower part of the central electrode are installed in ceramic insulation, the upper part of the central electrode is passed through the sleeve and its free ends are taken out of the dimensions of the sleeve, the annular gap between the outer surface of the upper part of the central electrode and the inner surface the bushings are filled with dielectric material, a node consisting of the upper part of the central electrode, dielectric material, metal sleeve is installed in a furnace in which air is used as a gas medium, the assembly is heated to a temperature of 900-930 ° C, the assembly is held in the furnace until it is uniformly heated and melted, and the mechanical strength and vacuum density of the connection of the dielectric material with the upper part of the central electrode and the sleeve, then the assembly is cooled together with the furnace, removed from the furnace and the free ends of the lower part of the central electrode are in electrical contact with the upper part ENTRAL electrode is welded to the casing sleeve.
21. Способ по п.11, отличающийся тем, что керамический чувствительный элемент изготавливают шликерным литьем.21. The method according to claim 11, characterized in that the ceramic sensitive element is made by slip casting.
22. Способ по п.11, отличающийся тем, что керамический чувствительный элемент изготавливают прессованием.22. The method according to claim 11, characterized in that the ceramic sensitive element is made by pressing.