SE445679B - Elektrokemisk metgivare for bestemning av syrehalten i gaser samt forfarande for dess framstellning - Google Patents

Description

) 8005121-2 _- hänvisning till åtföljande ritningar i ïörstorad skala. Pig. 1 visar som sprän¿vy en avkänningsenhet eller sond hos en poten- tiometrisk mätgivare med elektroder, som är anordnade på båda sidor om bärarens för mätgas utsatta ändparti, med ett skiktfor~ migt värmeelement och pressade plankanaler för tillförsel av luft- syre till referenselektroden, och fig. la visar ett tvärsnitt ge- nom sonden enligt fig. 1 i omrâdet för ledarbanorna, återgivet i ännu större skala. Fig. 2 visar som sprängvy en sond liknande den enligt fig. 1, men med ett på en enda sida av bäraren anbragt elektrodpar. Fig. 5 visar som sprängvy en sond för en polarogra- fisk givare med elektroder, som är anordnade på båda sidor av bä- raren på dennas för mätgas utsatta ändparti, med ett skiktformat värmeelement och med pressade plankanaler som definierade diffu- sionsmotstånd för syremolekyler framför mätelektroden och pressade plankanaler för tillförsel av luftsyre till referenselektroden.

Fig. U visar en sprängvy av en sond liknande den enligt fig. 3, men med ett på en enda sida av bäraren anbragt elektrodpar. Fig. 5 visar en sprängvy av en sond för en polarografisk givare med elektroder, som är anordmde på båda sidor av bäraren på dennas från mätgasen vända ändparti, med ett skiktformat värmeelement och med pressade plankanaler som definierade diffusionsmotstånd för syremolekylerna framför mätelektroden och pressade plankanaler för tillförsel av luftsyre till reïerenselektroden.

Fígurerna 6, T och 8 är planvyer av den ena plansidan av en plattformig bärare hos en sond för en potentiometrisk givare med mätelektrod, till mätelektroden förande, katalytiskt verksamma planxanaler och ett sniktformat värmeelement. Figurerna visar bäraren i olika tillverkningsskeden. E . 9 är en planvy av den andra plansidan av bëraren hos givaren enligt Sig. E-8 med refe- renselektroden nlankanalerne för tíllfïrsel av luïtsïre till re- 3 l. , n gt värmeelement. Pig. 12 visar ferenselektroden och ett skiktforn ett snitt genom sonden längs linjen Afï 2 fig. 8 resp. 9. Pig. är en planvy av en plansida av en plattformig bärare hos en sond för en polarografisk givare med mätelektroden och ett skiktforn värmeelement (täckskikten är ej visade).

Figurerna 12-16 visar planvyer och snitt av en plattformig bärare hos en sond för en polarografisk givare med ett pâ en enda plansida anordnat elektrodpar, hos vilket mätelektroden är täckt med som diffusionsmotstând för syremolekyler verkande plankanaler och referenselektroden är utsatt för mätgasen. Figurerna visar _ ._.___._ .__...__..- .v l-vwà-w-ï 8005121-2 olika tillverkningestadier. beskrivning av utföringsexempel »- Den i flgdf-rna 1 och 1a visade_sondsn 10 för bestämning av syrepartialtryrket i gaser, särskilt i avgaser från förbränninge- motorer, är crörligt och tätt inbyggd i en längsgående borrning hos ett ej visat, företrädesvis av metall bestående hus, Såsom principiellt framgår av exempelvis DE-OS 25 U? 683. Den huvudsak- ligen av huset och sonden 10 bestående givaren fästes medelst hu- set i en (ej visad) mätgasledning företrädesvis på sådant sätt, att sonden skjuter direkt in i mätgasledningens inre. För andra användningsändamàl kan sonden emellertid alternativt anordnas i en från mätgasledningen avgrenad ledning. Denna sond 10, som på känt sätt arbetar elektrokemiskt enligt den potentiometriska mätprinci- pen, har en syrejonledande fastelektrolyt 11 och två på avstånd från varandra på fastelektrolyten 11 anordnade, företrädesvis skiktformiga elektroder 12 och 13, nämligen mätelektroden 12 och referenselektroden 13. Fastelektrolyten 11, som i föreliggande ut- föringsexempel består av stahiliserad zlrkondioxid, är utformad som en liten platta och samtidigt bildar sondens 10 bärare lä, är ca 0,8 mm tjock, 6 mm bred och har en längd av ca 30 mm. Dessa dimensioner skall anpassas till rådande tillämpning. Mätelektroden 12, som i form av skikt befinner sig på det mot mätgasen vända ändpartiet av tärarens lü första plansida 15, består av ett in- ställningen av mäfgasen katalyserande, paröst material såsom pla- tina eller andra plaíinanetaller och har en tjocklek av lt pm.

Referenselektroden 15, som i form av ett ca 1G um tjockt skikt är anbragt pä det mot mätgaserna vända ändpartiet ev bärarens lä andra plansida 16, består däremot företräde vis a; ett material, som katalyserar inställningen av gasjämvikten mindre än mätelekt- roden 12. I detta fall kan referenselektroden 13 exempelvis bestå av guld. De bada elektroderna 12 och 13 är anordnade med huvudsak- ligen samma utbredning på bäraren lü och har anbragrs på fast- elektrolyten 11 medelst ett i och för sig känt förfaringssätt såsom påtryckning, pâängning eller liknande. Pâ referenselektro- den 15 och pâ dess ledarbana 15', som leder till den från mätgasen avlägsna änden av bäraren 1U, är en elektriskt isolerande täck- platta 17 med en tjocklek av 0,6 mm anbragt, vilken är bredare än referenselektroden 13 men lämnar ledarbanans 13' fria ändparti fritt för en (ej visad) elektrisk förbindelse och exempelvis be- står av aluminiumoxid. Den mot referenselektroden 13 vända plan- 8005121-2 f- sidan 18 av denna täckplatta 17 är försedd med ëtt"antal i längd- led löpande räfflor 19, vilka är öppna endast vid täckplatïans 17 från mätgasen vända ände och sträcker sig fram till och över den av referenselektroden 13 täckta ytan. Inom omrâdet för refe- renselektroden 13 korsas de längsgående räfflorna 19 i täckplattun 17 av tvärgåcnde räfflor 20, vilka emellertid upphör innanför täckplattans 17 sidokanter 21 och 21'. Räfflorna 19 och 20 har en tjocklek av 30 pm, en bredd av 0,3 mm och har framställts medelst något känt förfarande såsom pressníng, slipning, sandblästring, med hjälp av laserstrâlar eller annorledes. Till följd av den sammansintring av samtliga komponenter, som sker vid montering av sonden 10, bildar dessa i täckpla tan 17 befintliga räfflor 19 och 20 tillsammans med bäraren 1H och referenselektroden 13 sam: dess ledarbana 13' tt system av täckta kanaler 22 (se tig. 1a), vilka medger inströmning av luftsyre till referenselektroden 13.

Dylika räfflor 19, 20 kan om så önskas även anbringas i bäraren 1% och i beroende av avsedd tillämpning kan sådana räfflor anord- nas såväl i bäraren lü som täckplaïtan 17. Räfflornas 19, 20 tvär- snittsprofil kan såsom i det visade utföríngsexemplet vara rektan- gulär men kan alternativt ha annan form, exempelvis trapetsformig eller halvrund. Det i utföringsexemplet visade, parallellt med bärarens 14 längsgående kanter visade förloppet för de längsgående räfflorna 20 eller det i rät vinkel till bärarens 1Å längsgående kanter visade förloppet för Lvärräfflcrna 20 är ej heller tvingan- de utan kan alternativt varieras med végformigt förlopp, sicksaek- formigt förlopp eller andra förlopp. ïenalerna 22 kan vid använi- ning som lufttillförselkanaler ha större arna än vad som cfan an- givits.

Pâ fastelektrolytens 11 första plansida 15 är ett elektriskt isolerande skikt P3 anbragt medelst i och för sig känt förfarings- sätt såsom pätryoxníng, påångning eller liknande. Detta skikt kan exempelvis bestå av aluminiumoxid, vara 10 pm tjockt och ha en fönsterliknande öppning 2U, i vilken den :kiktformíga mätelek ro- den 12 är anordnad. Ledarbanan 12' till denna mätelektrod 12 ligger på det elektriskt isolerande skiktet 23 och är därmed elektriskt isolerad i förhållande till referenselektrodens ledar- bana 13' även vid uppvärmd och därigenom betingat elektriskt ledande fastelektrolyt 11. Genom denna åtgärd förhindras felmät- ningar till följd av isolationsfel inom detta område.

På den ram 25 av det elektriskt isolerande skiktet, som om- 5 8005121-2 ger öppningen EH, är ett skikt- och meanderformigt varmeeiemcnt 26 anbragt medelst ett känt förfarande såsom påtryckning, påàng- ning eller liknande. Värmeelementet omger mätelektroden 12 pä av- stånd från denna och består exempelvis av platina, är cirka 10 pm tjockt och är via ledarbanor 26' förbundet med sondens 10 från mätgasen vända ändparti i och för möjliggörande av ej visad elekt- risk anslutning.

På mätelektroden 12 och på värmeelementet 26 anbringas medelst ett kant påtrycknings-, päångnings- eller liknande förfarande ett dessa helt täckande poröst elektriskt isolerande skyddsskikt 27, som även täcker ifrågavarande ledarbanor 12' och 26' utom dessas fran mätgasen avlägsna anslutningsomräden. Skyddsskiktet 27 be- står exempelvis av aluminiumoxid eller magnesiumspinell, är~15 pm tjockt och skall skydda mätelektroden 12 värmeelementet 26 och dessas ledarbanor 12', 26' mot netgaskorrosion.

Genom sintring av den ovan beskrivna anordningen förbinds de separata komponenterna fast med varandra och bildar sonden 10, vilken pä känt sätt som syrekoncentrationskedja enligt den poten- tiometriska mätprincipen arbetar med ett referensämne, vars syre- partialtryck är känt (luftsyre).

Omnämnas bör att det ej är nödvändigt att för varje använd- ningstillfälle utnyttja ett värmeelement 26 för en dylik sond 10 men att det i andra fall till och med är fördelaktigt att dess~ utom mellan täckplattan 17 och fastelektrolyten 11 anordna ett (ej visat) andra elektriskt isolerat värmeelement. Detta kan vara meningsfullt när mätgaserna vid givarens monteringsställe ej längre är tillräckligt varma eller det vid s~art av en mätgas~ alstrande anläggning omedelbart önskas eller krävas en mätsignal.

Omnämnas bör även en variant av denna givare 10. Gm nämligen ett Poröst, elektriskt isolerande skikt med definierat diffurians- motstånd för syremolekyler användes i stället för skyddsskiktel 27 kan sonden arbeta även enligt den polarografiska mätprlneigen.

För ett dylikt skikt lämpar sig exempelvis aluminiumoxid eller magnesiumspinell.

Fig. 2 visar som sprängvy en potentiometriskt arbetande sond 28, som skiljer sig fràn den i fig. 1 och le visade så därigenom, att dess mätelektrod 29 och referenselektrod 30 är an- ordnade på avstånd från varandra på en enda sida av en Skiktf0rmi9 fastelektrolyt 31, som medelst ett känt förfarande (exempelvis genom påtryokning) anbragts på en elektriskt isolerande bärare 32 8005121-2 ,- och är 0,1 mm tjock samt endast täcker en del av den mot mätgasen vända änden av Läraren 32. Denna bärare 5? består i det visade ut- föringsexemplet av en metallisk bärarplät 35 (exempelvis av en nickellegering såsom Inconel), som är 0,5 mm tjock och omges av ett elektriskt isolerande skikt BH (exempelvis av aluminiumoxid, 30 pm tjockt). Detta elektriskt isolerande skikt BH kan anbringas på bärarplåten 33 enligt något lämpat känt förfarande. I stället för en på detta sätt uppbyggd bärare 32, som bär endast en relativt liten mängd av det dyra fastelektrolytmaterialet, kan alternativt en kompakt bärare utnyttjas, vilken exempelvis består av aluminium- oxid eller ett annat elektriskt isolerande material. Mätelektroden 29 med sin ledarbana 29' är täckt av ett poröst, elektriskt iso- lerande skyddsskikt 35, som endast lämnar den från mätgasen av- lägsna änddelen av ledarbanan 29 fri, liksom vid utföringsexemp- let enligt fig. 1 och la. Heferenselektroden 30 är, liksom vid ut- föringsexemplet enligt fig. 1 och la, täckt av en täckplatta 56, som uppvisar längsgående räfflor 37 och tvärgående räfflor 38, lämnar referenselektrodledarbanan 30' fri och i sammansintrat till- stånd av sonden 28 tillsammans med referenselektroden 50 resp. fastelektrolyten 31 och bäraren 32 bildar kanaler för tillförsel av luftsyre. Pâ bärarens 32 andra plansida är ett skiktformigt värmeelement 39 anbragt, vilket täakes av ett poröst, elektriskt isolerande skyddsskikt 40 för att förhindra korrosion, vilket moz- svarar vad som visas vid utförandet enligt fig. 1 och la. ?à den av värmeelementet 39 begränsade ytan av bäraren 32 kan vid behov anbringas ett ytterligare mätelement (exempelvis temperaturgivare). Övriga egenskaper hos denna sond 28 motsvarar vad som visas för sonden 10 i fig. 1 och la. Even sonden 25 kan alternativt utformas som polarografiskt arbetande sond. I stället för skyddsskiktet 55' på mätelektroden anbringas dä ett poröst, elektriskt isolerande skikt, som har ett givet diffusionsmctstànd för syremolekyler.

Fig. 3 visar som sprängvy en enligt den polarografíska mät- principen arbetande sond 41, som till sin uppbyggnad är mycket lik sonden 10 enligt fig. 1 och ia. Sonden #1 har nämligen, sett nedifrån uppåt i figuren, en täckplatta H2 med längsgående räfflor H5 och tvärgående räfflor HU, en referenselektrod 45, en platt- formig fastelektrolyt som bärare H6, ett elektriskt isolerande skikt UT med öppning H8, en av ett värmeelement H9 omgiven mät- elektrod 50 och i föreliggande fall företrädesvis ett poröst, elektriskt isolerande skyddsskikt 51. Dessutom är emellertid en Y eoos121-2 andra täckplatta f2 anordnad på sanden M1, nämligen på det över mätelektroden 50 coh värmeelementet H9 anbragta skyddsskiktet 51.

Denna täckplatta 52 motsvarar till form och material täckplattan H2 och är på sin mot skyddsskiktet 51 vända sida försedd med ett antal tvärgående räfflor 52, vilka emellertid endast är öppna mot täckplattans 52 längsidor och korsas av ett antal tvärräfflorna 55 förbindande längsgående räfflor SH, som emellertid icke sträcker sig ut till täckplattans 52 ändkanter. Dessa räfflor 53, 5h är 20 pm djupa och 0,2 mm breda och bildar för syremolekylerna i mät- gasen ett definierat diffusionsmotstånd, som är praktiskt taget oberoende av gastrycket. I beroende av sondens tillämpning kan den av räfflorna 53, 5N täckta ytan dessutom vara belagd med en inställningen av gasjämvikten katalvserande (ej visad) platina- metall eller liknande. Hela den ovan beskrivna anoriningen samman- sättes medelst sintring.

I den händelse ingen luftreferens erfordras för en dylik sond H1 kan täckplattan H2 på referenselektroden H5 ersättas av ett poröst, elektriskt isolerande (ej visat) skikt för att skydda mot korrosion. Även denna i fig. 3 visade send hl resp. alterna- tivet utan luftreftrens kan utnyttjas son potentiometriskt arbe- tande sund.

Fig. Ä visar som sprängvy en enligt den polarcgrafiska eller potentiometriska mätprincipen arbetande sond 55, som är mycket lik sonden 28 enligt rig. 2. Sonden S5 uppvisar nämligen, räknat upp- ifrån nedåt, ett skyddsskikt 56, ett värmeelement Ei, ett elekt- riskt isolerande skikt 58, en bärare 59 (som här emellertid sam- tidigt bildar Fasïelektrolyt), en referenselektrod 68 med ledar- bana 60' och en bredvid denna liggande mätelektrod 61, vid behov ett mätelektroden 61 och dennas ledarbana 61' täckande skydds- skikt 62 mot korrosion och en täckplatta 65. I denna täckplatta 63, vilken är lika bred som bäraren 59, finns mittfïr referens- elektroden 60 liksom vid täckplatían Ä2 I fig. J llfaledes mot- svarande längsgaende räfflor oh och tvärgäende räïïlor 65, men dessutom även ett mittför mätelektroden 61 resp. dennas skydds- skikt 62 ett ej med längs- och tvärräfflorna EU, 65 förbundet and- rw system av längsgående räfflor hö och tvärgñende våfflor 67.

Dessa längsgående räfflor 66 och tvärgåonde räfflor 67 bildar tillsammans ett bestämt diffusionsmotstånd för syremolekylerna i mätgasen och kan vid behov även förses med en inställningen av gasjämvikten katalyserande (ej visad) beläggning, exempelvis en 3005121-26 ß platinametall. De tvärgäende räfflorna 67 löper härvid ut i det fria vid den närmast liggande längsgående kanten hos täckplattan 63 och de längsgående räfflorna 66 bildar endast korsande förbin- delser mellan de tvärgâende räfflorna 67. Dessa räfïlor 66, 67 är 20 pm djupa och 0,2 mm breda. Räfflorna öü, 65 mittför refe- renselektroden 60 kan vara djupare och även bredare, exempelvis 100 pm djupa och 1 mm breda. ' Om ingen luftreferens önskas för en dylik sond 55 kan ett räfflorna 66 och 67 motsvarande system även ínformas mittför re- ferenselektroden 60 i täckplattan G5, varvid detta ej visade räffelsystems tvärgäende räfflor löper ut i det fria vid motsats längskant av täckplattan 63. Vid ett alternativt utförande kan den räfflorna 64 och 65 bärande delen av täckplattan 63 undvaras een ersättas av ett ej visat poräst skyddsskikt, som skyddar mot kors rosion.

Pig. 5 visar som sprängvy en företrädesvis för den polarogra- fiska mätprincipen lämpad sond 68. Principiellt är den även lämpad för den potentiometriska mätprincipen. Den stora fördelen hus denna sond 68 ligger i att mätelektroden 69 och referenselektroden 79 är tillbakadragna ur det direkta gasflödet, varigenom inflytandet av mätgastemperaturen och eventuellt temperaturväxlingen minskas.

Till följd härav uppstår mindre belastning av mätelektroden 69, referenselektroden 70 och dessas ledarbancr 69' och 70'. Hos denna send 68 tjänstgör den plattformiga fastalektrolyten 71 samtidigt återigen som bärare, på vars i figuren övre plansida 72 Ett antal längsgående räffler 73 är upptagna, vilka är 10 um djupa can í,2 mm breda. Dessa längsgående räfflor 75 sträcker sig från den mot mätgasen vända ändkanten 7M fram till fastelektrolytens 71 från mätgasen vända omrâde och är inom detta omrâde förbundna med va- randra medelst ett antal tvärgående räfflor 75. Pâ denna av längs- och tvärräfïlor 7%, 75 täckta yta är mätelektroden 69 anbragt, vilken dessutom är íäckt ned ett yøröst :kyddsskïkt Tf mot korrw- síon, vilket exempelvis kan bestå av magnesiumspinell. Skydds- skiktet 76 följes av en räfflorna 73, 75 täckande täckplatta 77, vars mot räfflorna 73, 75 vända sida är försedd med räfflor 75' resp. 75', vilka företrädesvis ligger mittför räfflorna 75, 75 på fastelektrolytplattan 71. Dimensionerna för djup och bredd hos räfflorna 73' och 75' motsvarar dessa dimensioner hos räff- lorna 73 och 75. I det fall inställningen av gasjämvikten skall katalyseras kraftigare skall på det av räfflorna 73' och 75' .8005121-2 täckta omradet av den anliggande täckplattan 77 anbringas ett Leg 'Lsat) skikt av en platínametall. Eventuellt anbringas ett dylikt skikt även på omrâdet för räfflorna 72 eller endast på det mitt- emot mätelektroden t9 liggande omradet av täckplattan 77.

Fastelektrolytplattans 71 undre plansida 78 är täckt av ett elektriskt isolerande skikt 79, som mittför mätelektroden 69 upp- visar en öppning 80. Den öppningen 80 omgivande delen av skiktet 79 betecknas ram 81. I öppningen 80 är referenselektroden 70 an- bragt medelst ett känt förfarande, företrädesvis genom påtryckning, och försedd med en pä det isolerande skiktet 79 löpande ledarbana 70'. I beroende av sondens 08 tillämpning kan även ett sklktfor- migt värmeelement 82 med tillhörande ledarbanor 82' anbringas på isoleringsskiktets 79 ram 81. Avsldtningsvis följer på referens- elektroden 70 resp. värmeelementet 82 och dessas ledarbanor 70', 82' dessutom en undre täckplatta 83. I den mot referenselektroden 70 vända sidan av denna täckplatta 85 är ävenledes längsgående och tvärgâende räfflor Sh resp. 85 utformade, vilka täcker det av referenselektroden 70 intagna området och är 30 pm djupa och 0,5 mm breda. De längsgående räfflorna SU tränger fram ur täckplattan 83 endast på dess från mätgasen vända kant 86 och möjliggör till- sammans med tvärräfflorna 85 tillförsel av luftsyre till referens- elektroden 70. Komponenterna i hela anordningen förbinds ned va- randra genom sintring. 1 det fall referenselektroden 70 är anordnad så långt in på det från mätgasen vända ändpartiet, att ien till och med sträcker sig långt in i det icke visade gívarhuset, kan den undre täca- plattan 83 undvaras och i stället vid behov cndast anbringas ett (ej heller visat) korrosionsskyddsskikt på referenselektroden 70 med ledarbanan 70' och värmeelementet 8; med ledarbanan 82.

Täckplatta: 83 resp. korrosionsskyddsskiktet lämnar ledarbanorna 70' och 82' fria i dessas från mätgasen vända anslutningsområdfn.

Om denna send 08 ej skall arbeta med luftsyre som referens skall de längsgaende räfflorna Sü ledas Fram till den mot mät- gasen vända kanten 87 och hållas slutna vid den från mätgesen vända kanten öß.

I stället för det beskrivna tvåfidiga arrangemanget av elektroderna 69, 70 i det mellersta länfidomrädet eller i det från mätgasen vända ändpartiet av fastelektrolytplattan 71 är det alternativt möjligt att anordna elektroderna på en enda plansida av fastelektrolytplattan. Den därtill passande täckplat- 8005121-2 tan behöver då endast uppvisa åtskilda räffelomrâden för mät- och referenselektroderna. Ett eventuellt erforderligt värmeele- ment skulle da anordnas korrosionsskyddat på en täckplatta (lik- nande täckplattan 65 i fig. M). Arrangemanget av båda elektroderna på en enda sida av bäraren med därpå anbragt fastelektrolytskikt har den fördelen, att mindre mängd av det relativt dyra fastelekt- rolytmaterialet är tillräcklig och att den andra plansidan av bäraren står till förfogande för eventuellt ytterligare mätelement (exempelvis temperaturgivare).

Fig. 6-9 visar olika förfaringssteg vid framställning av en företrädesvis enligt den polarografiska mätprincipen arbetande (men principiellt även för den potentiometriska mätprincipen läm- pad) sond 83, vilken som bärare 89 uppvisar en syrejonledande fastelektrolyt i plattform, vilken på vardera av sina plansidor 9G och 91 uppvisar en elektrod 92 resp. 95, vilken täckes av additivt anbragta kanaler 9ü resp. 9Ä'. Fig. 10 visar dessutom ett tvärsnitt genom en dylik sond 88.

Fig. 6 visar en första plansida 90 av bäraren 89, på vilken en mätelektrod 92 av platina är påtryckt. En likaledes av platina bestående ledarhana 95 leder från mätelektroden 92 till det från mätgaserna avlägsna anslutningsområdet 96. Omkring och på avstånd från mätelektroden 92 är ett meanderformigt värmeelement 9? an^rd- nat, vilket via ett ledarbanpar 9T' är förbundet med bärarens E? från mätgaserna avlägsna ändparti. Med hjälp av ett elektriskt isolerande skikt 95 (exempelvis av aluminiumcxid) är värmeelemen- tet 97 och tillhörande ledarbanpar 97' elektriskt isolerade från den vid uppvärmning betingat elektriskt ledande bäraren 89 av syrejonledande fastelektrolyt (exempelvis av zirkondioxid). Hate- rialen och dimensionerna hos de olika detaljerna motsvarar härvid vad som i ovanstående utföringsexenpel beskrivits för sonderna 10, 28, M1, 55 och 68. Den ovan beskrivna anordningen utsättes lämpli- gen För förglödgníng vid lämplig tfimperainr.

På det av mätelektroden 92 intagna omrâdet av bäraren R9 »ch även runt omkring detta är ett antal stöd 99 och tvär- och längs- gående åsar 100, 100' av ett gasogenomsläppligt material såsom keramik, glas eller keramiskt glas pätryckta på sådant sätt, att det mellan dessa bildas längsgående räfflor 101 och tvärgående räfflor 102. Dessa räfflor 101,102 är sä arrangerade, att de efter det senare följande sintringsförloppet får ett djup av 20 pm och en bredd av 0,2 mm. De tvärgående åsarna 100 är härvid företrädes- " 8005121-2 vis så anordnade, att mellan bredvid varandra liggande tvärgående äsar 100 löper en del av värmeelementet 97 obelagt och katalyserar hos den färdiga sanden 88 inställningen av gasjämvikten. Värmeele- mentet 97 bestar företrädesvis av platina men kan alternativt be- stå av annan lämplig metall, exempelvis av en av de andra platina- metallerna eller lämpliga legeringar. Stöden 99 och/eller åsarna 100, 100' av keramik, glas eller keramiskt glas kan dessutom vara försedda med ämnen eller till och med huvudsakligen bestå av så- dana ämnen, som har lämplig katalytisk verkan. I beroende av son- dens tillämpning kan som sådana ämnen lämpa sig platinametaller, guld, silver och nickel. Eftersom dessa katalytiskt verksamma åsar 100, 100' är ledande mäste de isoleras från värmeslingan 97 me- delst ett (ej visat) underliggande elektriskt isolerande skikt, som endast föreligger inom uppvärmningsområdet och har samma ut- formning som âsarna 100, 100”. Om inget värmeelement 97 erfordras pâ bäraren 89 kan ifrågavarande stöd 99 och/eller åsar 100, 100' anordnas på bäraren 89.

Den sålunda erhållna anordningen sintras företrädesvis, vil- ket sker vid en temperatur av ca 1 40000. Som nästa förfarings- steg följer utfyllning av räfflorna 101 och 102 med ett (ej visat) fyllämne (exempelvis kolsvart med alkoholiska tillsatser), vilket vid det följande sintringsförloppet eller inbränningsförloppet äter kan avgå. För att detta fyllämne med säkerhet verkligen skall avgå och ej skada sonden 88 i samband med síntringsförloppet är tvärräfflorna 102 av betydelse. På stöden 99, åsarna 100, 100' och det raffior-na 101, 102 fyilande, (ej visade) fyliämnet på- tryckes i nästa förfaringssteg ett täckskiktlüš (se fig. 7), vil- ket består av eintringebert, saßosenßmßläppande material (exem- pelvis keramiskt glas), eventuellt även innehåller katalytiskt verksamma legeringar (liksom åsarna 100, stöden 99) eller bär en motsvarande (ej visad) beläggning Och är 0,1* mm tjockt.. Till sin omkrets är detta täckskikt 103 föPetPäd6SViS begränsat på så sätt, att det ej fullständigt täcker de mot sondens 88 yttre kant vända ändpartierna av stöden 99 och åsarna 100, 100' utan lämnar ca 0,5 mm fria. Den nu erhållna anordningen utsättes ock- så för ett sintringsförlopp, som i beroende av täckskiktma- terialet sker vid 800-1 35000, varvid det (ej visade) fyllämnet medgives avgå och till följd härav längs- och tvärlöpande kana- ler gu resp, 9H' uppstår. Kanalerna 9Ä, 94' bildar vid denna polarografiskt arbetande sond 88 diffusionsmotstånd för syre- 8005121-2 12 molekyler och avjämnas om sä erfordras genom påtryokning och för- nyad inhränning med hjälp av efizandra täckskikt 105 (se fig. 8), som i beroende av ifrågavarande tillämpning mer eller mindre till- sluter de i de utåt vända ändpartierna av stöden 99 och âsarna 100, 100' belägna (ej visade) kanalöppningarna. I föreliggande fall har detta andra täckskikt 105, som består av gasogenomsläp- pande keramik, keramiskt glas eller glas, en tjocklek av 0,5 mm 7 och lämnar endast de mot sondens 88 längdsidor vända kanalerna 9Ä öppna för insläppning av mätgas.

Det bör nämnas att det även är möjligt att tillverka denna sond på följande sätt. Påfide sintrade stöden 99 och åsarna 100, 100' pâlödes som första täckskikt en 0,2 mm tjock keramik-, glas- eller metallplatta. För detta ändamål skall keramik-, glas- eller metallplattan på sin mot stöden 99 och äsarna 100, 100' vända sida förses med en pâtryckning av glas eller metall. Sålunda bort- faller användning av fyllämne och påsintring av det första täck- skiktet under det att övriga förfarandesteg kvarstår oförändrade.

Fig. 9 visar sondens 88 andra plansida 91. Denna plansida 91 (se även fig. 10) bär referenselektroden 93 med ledarbana 93' och anslutningsområde 96'. Plansidan 91 är även försedd med ett på det elektriskt isolerande skiktet 98' anbragt värmeelement 97", stöd 99', âsar 100/1, 100/1', ett täckskiktlüš' och ett andra täck- skikt 105'. Detta andra täckskikt 105' lämnar emellertid endast de längsgående kanaler 9D' öppna, vilka är vända till bärarens 89 från mätgasen vända ände och håller samtliga övriga kanaler 9ü' stängda. Dessa kanaler 9U' utnyttjas vid denna polarografiska sond 88 för tillförsel av luftsyre till referenselektroden 93.

Stöden 99' och åsarna 100/1 resp. 100/1' kan bestå av keramik (exempelvis aluminiumoxid), glas eller liknande. Tvärsnittet hos dessa lufttillförselkanaler 9Ä' kan hållas större än för kanaler- na 94 för mätelektroden 92 och de kan exempelvis vara 0,3 - 1 mm breda och 40 Pm höga.

Sättet att tillverka plana kanaler över elektroder kan även utnyttjas för (ej visade) sonder, vars elektroder ej är anordnade på den mot mätgasen vända delen av sonden utan ligger närmare' mitten eller vid bärarens från mätgasen vända område. Även för tillverkning av sonder, vars elektroder båda är belägna på en och samma plansida av bäraren kan detta tillverkningsförfarande användas med goda resultat.

Fig. 11 visar den ena plansidan av en ännu ej komplett sond 13 8005121-2 107. Denna plansída bär mätelektroden 108 och ett värmeelement 109 hos en polarografisk givare. Trots värmeelementet 109 skall de av keramik, glas eller keramiskt glas bestående åsarna 110, som skall bära åtminstone en (ej visad) beklädnad, förses med ka- talytiskt aktiva legeringar (exempelvis av platinametall, guld, silver, nickel). I detta fall är det för säker elektrisk separa- tion av värmeelementet 109 och mätelektroden 108 lämpligt att âsarna 110 avbryts, vilket sker i det parti 110/1, som står i förbindelse med värmeelementet 109, och i det parti 110/2, som ej står i förbindelse med värmeelementet 109 men med mätelektroden 108. Om även det (ej visade) täckskiktet skall vara katalytiskt Verksamtoch för detta ändamål göras elektriskt ledande måste åsarna 110/1 isoleras mot värmeelementet 109 med ett elektriskt isolerande underskikt med samma utformning. Övrig uppbyggnad och framställning av sonden 107 motsvarar vad som ovan beskrivits för sonden 88. Även sonden 107 är principiellt lämpad för den poten- tiometriska mätprincipen.

Fig. 12-16 åskådliggör ett annat särskilt lämpligt sätt att framställa en sond 111. Denna sond 111 har en plattformig bärare 112, på vars ena plansida såväl mätelektroden 113 som referens- elektroden 114 är anordnade med inbördes avstånd. Bäraren 112 be- står åtminstone vid sina båda elektroder 113, liü och i det mellan dessa elektroder belägna området av en syrejonledande fastelektro- lyt (exempelvis zirkondioxid). Ledarbanorna hos dessa elektroder 113, 11U betecknas 113' resp. 11H'. Referenselektroden 114 inklu- sive anslutande parti av dess ledarbana llfl' hos denna enligt den polarografiska mätprincipen arbetande sond 111 är utsatt för mät- gasen företrädesvis via ett ej visat, poröst skyddsskikt, som anbragts medelst ett känt förfaringssätt såsom påsprutning, på- tryckning eller liknande. Mätelektroden 113 däremot skall göras åtkomlig medelst gastillförselkanaler 115 (se fig. 16), vilka tjänstgör som definierat diffusionsmotstånd för syremolekyler.

För detta ändamål pâtryckes den av platina (eller en annan plati- nametall) bestående mätelektroden 113 (eventuellt inklusive sin ledapbana 113') på den förglödgade och därigenom porösa bäraren 112. Medelst ytterligare tryckförlopp (exempelvis tre till fyra tpyckförlopp) förtjockas därefter mätelektroden 113 med platina inom de områden av mätelektroden 113 och eventuellt utanför denna, i vilka gastillförselkanalerna 115 skall löpa hos den färdiga sonden 111. Dessa 0,25 mm breda och 40 pm höga fÖTtJ0°kniflEaP be” 8005121-2 11* tecknas ïle och de däremellan liggande räfflorna betecknas 117.

Räfflorna 117 Fylle: därefter med en keramisk eller keramik inne- hållande massa, som eventuellt även kan innehålla katalytiskt verksamma metaller (platínametaller, guld, silver). Efter ett se- nare sintringsförlopp är massan gasogenomsläpplig och bildar mellanväggar 118 hos kanalerna 115 (se fig. lü och 15). Förutom dessa mellanväggar 118 kan även ytterligare begränsningsväggar 119 anbringas på mätelektroden 113 och/eller på andra områden av bäraren 112 eller ledarbanan 113'. I föreliggande utföringsexempel avskärmar en sådan begränsningsvägg 119 mätelektroden 113 från referenselektroden llë. över förtjockningarna 116, mellanväggarna 118 och begränsningsväggen 119 tryckes i följande förfaringssteg ett täckskikt12O av keramik (exempelvis av aluminiumoxid), vilket är O,H mm tjockt.Under efterföljande sintringsförl0pP (vid 1 30000) sammansintras sonden 111 och förtjockningarna 116 på mätelektroden 113 smälter därvid in ca 20 pm i den porösa bäraren 112 och bildar kanalerna 115.

Enligt detta förfarande kan även kanaler för luftsyretillför- sel till referenselektroden tillverkas, såväl vid potentiometriskt som vid polarografiskt arbetande sonder. Sonder av denna typ kan även förses med värmeelement.

Claims (15)

15 8005121-2 PäCQHCKIBV

1. Elektrokemisk mätgivare för bestämning av syrehalten i gaser. särskilt i avgaser från förbränningsmotorer. hos vilken en sond är orörligt och tätt inbyggd i ett företrädesvis av metall bestående hus. vilken sond har en syrejonledande fast- elektrolyt, exempelvis zirkondioxid, som bildar en företrädes- vis plattformig bärare eller är anordnad på en bärare och upp- visar två på avstånd från varandra anordnade skiktformiga, porösa elektroder. av vilka åtminstone en är utsatt för mät- gasen. k ä n n e t e c k n a d av att för tillförsel av gaser till åtminstone en av de båda elektroderna (12. 13; 29, 30; 45, 50; 60, 61; 69, 70; 92, 93; 108; 113. 114) utnyttjas kanaler (22: 94. 94': 115). Vilka bildas mellan ifrågavarande elektrod (13: 30; 45. 50; 60. 61; 69, 70; 92, 93; 113) med sin bärare (14: 31; 46; S9; 71: 89; 108; 112) och en täckplatta (17: 36: 53; 77, 83; 103. l03'; 120), eventuellt dessutom med däremellan anordnade stöd (99. 99'), och åsar (100. 100/1; 118) och vars invändiga höjd företrädesvis ligger inom det undre /um-omrâdet och vars bredd företrädesvis är under 1 mm, särskilt mellan 0,2 och 0,4 mm.

2. Givare enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att delar av gastillförselkanalerna (22) bildas av som räfflor (19, 20; 37. 38; 43. 442 53. 542 64. 652 66. 672 73. 75: 73'. 75'; 84. 85) utformade fördjupningar i åtminstone en komponent hos sonden (10: 28; 41; S5; 68).

3. Givare enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att gas- tillförselkanalerna (94, 94'; 115) är additivt uppbyggda på en komponent hos sonden (88. 111).

4. Givare enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d av att gastillförselkanalerna (94. 115) uppvisar väggar och/eller botten och/eller lock (99. 103; 118. 120), vilka åtminstone delvis består av ett material eller innehåller ämnen. som katalyserar inställningen av gasjämvikten (exempel- vis platinametaller, guld, silver, nickel). 16 8905121-2

5. Givare enligt krav 4. k ä n n e t e c k n a d av att åtminstone en del av ett skiktformigt värmeelement (97: 109) bildar en del av de katalytiskt verkande kanalerna (94).

6. Givare enligt något av kraven l-5. k ä n n e t e c k n a d av att elektroderna (12. 13: 29, 30) är anordnade på det mot mätgasen vända ändpartíet av sonden (10: 28). att mätelektro- den (12: 29) katalyserar inställningen av gasjämvikten kraftigare än referenselektroden (13: 30), och att referens- elektroden (13: 30) står i förbindelse med kanaler (22), vilka är öppna endast vid det från mätgasen avlägsna ändpartiet av sonden (10: 28) och på detta ställe medgiver tillträde för luftsyre.

7. Givare enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d av att mätelektroden (50: 61; 69; 92; 113) är överdragen med ett antal kanaler (53, 54; 66, 67; 73, 75; 73', 75'; 94; 115), vilka är öppna mot mätgasen och bildar ett bestämt diffusions- motstånd för syremolekyler, och att till sondens (41: 55: 68; 88; lll) från mätgasen avlägsna ändparti ledande ledarbanor medgiver anslutning till en likströmskälla.

8. Givare enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att sondens (lll) elektroder (113, 114) är anordnade på dess mot mätgasen vända ändparti och att referenselektroden (114) är utsatt för mätgasen.

9. Givare enligt krav 7. k ä n n e t e c k n a d av att elektroderna (45, 50; 60. 61) är anordnade på sondens (41: 55; 88) mot mätgasen vända ändparti och att referenselektroden (45: 60; 93) står i förbindelse med kanaler (43; 64; 94') vilka är öppna endast vid sondens från mätgasen avlägsna änd- parti och på detta ställe medgiver tillträde för luftsyre.

10. Givare enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att elektroderna (69, 70) är anordnade på det mellersta eller det från mätgasen avlägsna längdomrâdet hos sonden (68) och att åtminstone mätelektroden (69) står i förbindelse med mätgasen 17 8005121-2 via kanaler (73).

11. Givare enligt krav 7. k ä n n e t e c k n a d av att elektroderna (69. 70) är anordnade på det mellersta eller på sondens (68) från mätgasen avlägsna parti och att mätelektro- den (69) via kanaler (73) står i förbindelse med mätgasen och referenselektroden (70) via kanaler (84) eller direkt är utsatt för luftsyret.

12. Givare enligt något av kraven 1-ll. k ä n n e t e c k - n a d av att sonden (10; 28; 41; 55; 68; 88; 107) har åtmins- tone ett skiktformigt värmeelement (26: 39; 49; 57; 82; 97. 97"; 109).

13. Förfarande vid framställning av en elektrokemisk mätgivare enligt krav 1 för bestämning av syrehalten i gaser. särskilt i avgaser från förbränningsmotorer. hos vilken en sond är orör- ligt och tätt inbyggd i ett företrädesvis av metall bestående hus, vilken sond har en syrejonledande fastelektrolyt, exempelvis zirkoniumdioxid, som bildar en företrädesvis platt- formig bärare eller är anordnad på en bärare och uppvisar två på avstånd från varandra anordnade skiktformíga, porösa elektroder, av vilka åtminstone en är utsatt för mätgasen, varvid för tillförsel av gaser till åtminstone en av de båda elek/troderna utnyttjas kanaler, vilka är additivt uppbyggda på en komponent hos sonden och bildas mellan ifrågavarande elektrod med sin bärare och en täckplatta, och vars invändiga höjd företrädesvis ligger inom det undre /um-området och vars bredd företrädesvis är under l mm. särskilt mellan 0,2 och 0.4 mm. k ä n n e t e c k n a t av att a) som första förfaringssteg anbringas ifrågavarande, företrä- desvis av en platinametall bestående elektroder (92, 93) resp. ledarbanor (95, 93') medelst ett känt förfarande såsom påtryckning eller liknande på en bärare (89). vilken åtminstone delvis består av ett syrejonledande material (exempelvis zirkondioxid), b) som andra förfaringssteg anbringas åsar (100, 100/1) eller stöd (99, 99') av sintringsbart, för gas ogenomträngligt 8005121-2 18 material såsom exempelvis keramik (exempelvis aluminium- * oxid). glas eller keramiskt glas efter önskat mönster på C) Ö) 9)

14. Elektroderna (92, 93) och eventuellt även på ledarbanorna (95, 93') resp. på delar av bäraren (89) i övrigt, som tredje förfaringssteg utfylles de mellan åsarna (100, 100/1) resp. stöden (99, 99') belägna räfflorna (117) med ett vid sintringsförloppet avvikande eller kemiskt utlös- bart fyllämne såsom exempelvis kolsvart med alkonoliska tillsatser. som fjärde förfaringssteg anbringas ett tâckskikt (103. 103') av ett sintringsbart, för gas ogenomträngligt material (exempelvis keramiskt glas) på räffelfyllämnet och åsarna (100. 100/1) resp. stöden (99, 99'), varvid företrä- desvis de mot ytterkanten vända ändpartíerna av åsarna resp. stöden lämnas obelagda, och att :som femte förfaringssteg brânnes sonden (88) i detta skede varvid kanalerna (94. 94') befrias från fyllämne. . Förfarande enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a t av att mellan förfaringsstegen b) och c) företages dessutom en sint- ring.

15. Förfarande enligt krav 13 eller 15, k ä n n e t e c k - 1181". av att i ett ytterligare förfaringssteg anbringas ett andra täckskikt (105, 105') enligt ett förutbestämt mönster på det förstnämnda täckskiktet (103, 103') och på de friliggande ândpartierna av åsarna resp. stöden. vilket andra täckskikt består av sintringsbart. för gas ogenomträngligt material (exempelvis keramiskt glas) och därvid enligt förutbestämt mönster tillsluter utgångar hos kanaler (94, 94'). varjämte som följande förfaringssteg sonden (88) sintras.