SE446228B - Uppvermbar metgivare for bestandsdelar i gaser, serskilt i avgaser fran forbrenningsmotorer - Google Patents

Description

8007303-4 2 kännetecknen har den fördelen, att värmeelementet möjliggör mycket gynnsamt utnyttjande av värmeeffekten, att värmeele- mentet kan inbyggas i numera i motorfordon vanliga dylika mät- givare utan väsentlig ändring av dessa och att den med ett dy- likt värmeelement försedda mätgivaren totalt sett har robust, skakfast och relativt ekonomisk uppbyggnad, som är utomordent- ligt wü_lämpad för serietillverkning.

I underpatentkraven angives fördelaktiga vidareutvecklingar och förbättringar av den i huvudpatentkravet angivna mätgivaren.Spe- ciellt fördelaktigt är att värmeelementets bärare samtidigt kan utgöra skyddsrör för fastelektrolytröret. Uppfinningen är emel- lertid ej begränsad till mätgivare för bestämning av syrehalten i gaser utan kan utnyttjas för alla dylika i gaser anordnade mätgivare, vars sonder avger temperaturberoende signaler.

Ritning Ett utföringsexempel av uppfinningen i form av en elektrokemisk mätgivare med jonledande fastelektrolytrör beskrivs nedan närma- re under hänvisning till åtföljande ritning, där figur 1 visar ett längdsnitt genom mätgivaren i förstorad skala och figur 2 i ännu större skala visar det med A i figur 1 betecknade omrâ- det av sonden (fastelektrolytrör, värmeelement och bärare).

Beskrivning av utföringsexemplet Den i figurerna 1 och 2 visade elektrokemiska mätgivaren 10 in- nehåller en sond'11 med ett jonledande fastelektrolytrör 11', vilket består av stabiliserad zirköndioxid, vid sin i ett ej visat avgasrör inskjutande ände har en i ett stycke därmed ut- formad botten 12 och vid utsidan av sitt från mätgasen avlägsna ändparti uppvisar en i ett stycke därmed utformad fläns 13.Detta fastelektrolytrör 11' är på sin utsida försett med ett poröst ka- talysatorskikt (platina) som mätelektrod 14, vilken delvis täcker det av avgaserna omspolade omrâdet, fastelektrolytrörflänsen 13 och fastelektrolytrörets 11' från mätgasen avlägsna ändyta 15.

Mätelektroden 14 är inom det av mätgasen omspolade området täckt med ett poröst skyddsskikt 16 (exempelvis magnesium-spinell), som skall skydda mätelektroden 14 mot mekaniska och termiska an- grepp från mätgaserna.

LA) 8007303-4 På fastelektrolytrörets 11' mot det inre rummet 17 vända yta är en porös, elektronledande ledarbana anbragt som referens- elektrod 18, vilken ävenledes kan bestå av platina och sträc- ker sig från fastelektrolytrörets botten 12 upp till dess änd- yta 15. De på fastelektrolytrörets 11' ändyta 15 belägna delar- na av mätelektroden 14 och referenselektroden 18 står ej i elektrisk förbindelse med varandra.

Fastelektrolytröret 11' anligger med undersidan av sin fläns 13 mot en ringformig tätning 19, vilken består av förkopprat, vär- mebeständigt stâl. Med hjälp av denna tätningsring 19 anligger fastelektrolytröret 11' mot en ansatsliknande bädd 20, som är utformad på insidan 21 av en värmeelementbärare 22. Bäraren 22 består företrädesvis av keramiskt material (exempelvis alumini- umoxid) och är anordnad koaxiellt kring fastelektrolytröret 11'.

Bäraren 22 är 0,6 mm tjock, omger rörformigt fastelektrolytröret 11' och har företrädesvis även en botten 23, som uppvisar åtmin- stone ett genomgående hål 24 för mätgasen. På insidan 21 av bä- raren 22 sträcker sig ett värmeelement 25, vilket är utformat som spiral- eller meanderformigt löpande tråd eller ett på mot- svarande sätt löpande skikt, vars ej visade anslutningar är fram- dragna till bärarens 22 ändyta 26. Värmeelementet 25 täckes före- trädesvis av ett elektriskt isolerande skyddskikt 27, vilket är fördelaktigt för livslängden hos värmeelementet 25 men även un- danröjer risken för elektriska kortslutningar till följd av av- lagringar ur mätgasen. Värmeelementet 25 fästes med hjälp av ett ej visat kerámiklim på värmeelementbäraren 22 i det fall värmeelementet är trådformigt. Om värmeelementet 25 anbringas som skikt på bärarens 22 insida 21 sker i detta fall företrädes- vis pâsprutning eller pâvalsning av en suspension med ledande partiklar av värmeledarmaterial med hjälp av en schablon. Värme- elementet 25 kan alternativt anbringas på bäraren 22 genom dopp- ning i en lämplig suspension med hjälp av en passande schablon.

Vid dimensioneringen av värmeelementet 25 och dettas bärare 22 har det visat sig speciellt fördelaktigt om avståndet från vär- meelementet 25 till det belagda fastelektrolytröret 11' uppgår till maximalt 1 mm eller företrädesvis till och med är mindre än 0,5 mm. I föreliggande utföringsexempel har värmeelementet 25 ett avstånd av 0,4 mm från det belagda fastelektrolytröret 11'. 8007303-4 4 Fastelektrolytröret 11', som avsmalnar mot sin botten 12, har härvid en medeldiameter av 6 mm. Detta arrangemang av ett vär- meelement 25 på bäraren 22, som företrädesvis endast är mellan 0,3 och 0,8 mm tjock, möjliggör speciellt gynnsamt utnyttjande av värmeeffekten.

Nämnas kan att i stället för en keramisk värmeelementbärare 22 kan alternativt en metallbärare utnyttjas, vilken dock åtminsto- ne på sin värmeelementet 25 bärande insida måste vara försedd med ett isolerande skikt eller vid vilken värmeelementet 25 självt måste vara ommantlat med ett isolerande skikt.

Under det att värmeelementbäraren 22 i föreliggande utförings- exempel samtidigt bildar skyddsrör för fastelektrolyten 11' och dess mätelektrod 14 kan alternativt ett ytterligare, ej visat skyddsrör med genomgångsöppningar anordnas koaxiellt kring vär- meelement,-bäraren 22. I detta fall kan bärarens 22 botten 23 undvaras.

Bäraren 22 är på utsidan utformad med en krage 28, som i sin tur anligger mot en ringformig tätning 29, som exempelvis ävenledes kan bestå av förkopprat, värmebeständigt stål. Denna tätning 29 anligger mot en avsats 30 i den genomgående borrningen 31 hos ett metallhus 32. Huset 32 består av värmebeständig metall, har på sin utsida en inskruvningsgänga 33 och nyckelsexkantytor 34 för tät inmontering av mätgivaren 10 i ett ej visat mätgasrör.

Huset 32 har vid sitt från mätgasen avlägsna ändparti några för- djupningar 35 i sin utsida, i vilka genom stansning invikta fli- kar 36 hos en tunnväggig skyddshylsa 37 av metall är insnäppta.

Skyddshylsan 37 är förd över husets 32 från mätgasen avlägsna ändparti och har vid sitt från mätgasen avlägsna ändparti en bot- ten 38, som uppvisar en central genomgâende öppning 39.

I husets genomgående borrning 31 inskjuter en keramisk stödkropp 40, vilken exempelvis kan bestå av aluminiumoxid, har en längs- gående borrning 41 och i ytterligare, utan hänvisningssiffror âtergivna längsgående kanaler uppvisar anslutningstrådar 42 för mätelektroden 14 och referenselektroden 18 respektive anslutnings- trådar 43 för värmeelementet 25. Anslutningstrâdarna 42 och 43 5 8007303-4 skjuter ut ur stödkroppen 40 på dennas från mätgasen avlägsna sida och är på den närmast mätgasen liggande ändytan 44 av stöd- kroppen 40 avvinklade som kontaktstycken 45. Dessa kontaktstyc- ken 45 kan vara fixerade i ej visade styrspår på ändytan 44 men är under alla omständigheter så anordnade, att ingen elektrisk förbindelse uppstår mellan elektrodanslutningstrâdarna 42 och värmeelementanslutningstrådarna 43.

Utsidan av stödkroppens 40 från mätgasen avlägsna ändparti är utformad med en avsats 46, mot vilken en tallriksfjäder 47 an- ligger. Tallriksfjädern 47 skjuter utanför stödkroppens 40 om- krets. Medelst skyddshylsans botten 38 hâlles tallriksfjädern 47 under mekanisk förspänning och medför därigenom säker och fast sammanhållning av mätgivarens 10 komponenter.

I stället för den ovan beskrivna föredragna fastsättningen av värmeelementbäraren 22 på mätgivaren 10 kan alternativt andra fastsättningsmetoder användas. Exempelvis är det möjligt att di- rekt fästa värmeelementbäraren 22 på husets 32 närmast mätgasen liggande parti med hjälp av kända förfaringssätt (exempelvis om- kragning) och därvid leda anslutningstrådarna vidare separat.

Det är också möjligt att fixera värmeelementbäraren 22 på fast- elektrolytrörets 11' utsida.

Uppfinningen är ej heller begränsad till den typ av avtätning mellan fastelektrolytröret 11' och huset 32 respektive värme- elementbäraren 22, som åstadkommes med hjälp av förkopprade stâlringar som tätningselement 29, utan alternativt kan andra tätningar utnyttjas.

Det enligt uppfinningen valda utförandet och arrangemanget av värmeelementet är ej begränsat till sonder, som har en syrejon- ledande fastelektrolyt som vid mätgassidan slutet rör och med en för ett referensämne utsatt referenselektrod, utan uppfin- ningen kan även tillämpas för sådana sonder, där båda elektro- derna är utsatta för mätgasen (DE-OS 25 47 683). Vidare är det för uppfinningen betydelselöst om mätgivaren arbetar enligt den potentiometriska eller den polarografiska mätprincipen @E-OS 27 11 880). Uppfinningen lämpar sig väl även för sonder med 8007303-4 halvledare, exempelvis TiOz (DE-OS 28 17 873, 28 34 671, 25 35 500) eftersom erforderliga anpassningar endast är av hantverksmässig typ. Uppfinningen kan till och med med för- del utnyttjas vid sonder för bestämning av sothalten i gaser (DE-OS 28 36 002).

Claims (6)

8007303-4 Patentkrav

1. Uppvärmbar mätgivare för beståndsdelar i gaser. särskilt för beståndsdelar i avgaser från förbränningsmotorer. vilken har en sond (ll). som uppvisar ett med en elektrod (14) belagt fastelektrolytrör (ll'), varvid sondens funktion är tempera- turberoende och sonden omgives av ett värmeelement (25). som är anordnat på en rörformig bärare (22), k ä n n e t e c k - n a d av att värmeelementet (25) är beläget på bärarens (22) insida (21). att bärarens vägg endast är mellan 0.3 och 0,8 mm tjock, att det det egentliga mätelementet utgörande belagda fastelektrolytröret (ll') inom sitt av värmeelementet (25) om- givna område är huvudsakligen stavformigt. och att avståndet mellan vårmeelementet (25) och det belagda fastelektrolytröret (ll') uppgår till maximalt l mm och företrädesvis är mindre än 0,5 mm.

2. Hätgivare enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att den såsom elektrokemisk mätgivare för bestämning av syrehalten på i sig känt sätt har en i en genomgående borrning (31) i ett hus (32) orörligt anbragt sond (11). vilken uppvisar en syre- jonledande fastelektrolyt (ll'). på vilken en mätelektrod (14) och en referenselektrod (18) är anordnade med inbördes avstånd.

3. Mätgivare enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att värmeelementet (25) är anordnat spiral- eller meander- formigt på bärarens (22) insida (21) och företrädesvis utgöres av en på detta sätt formad tråd.

4. Mätgivare enligt något av kraven 1-3. k ä n n e t e c k - n a d av att den rörformiga värmeelementbäraren (22) på sin närmast mätgasen belägna ände uppvisar en botten (23) och åt- minstone ett genomgående hål (24) för mätgasen.

5. Mätgívare enligt något av kraven 2-4, k ä n n e t e c k - n a d av att värmeelementbäraren (22) medelst en vid sin från 8007303-4 mätgasen vända ände utstående krage (28) vilar på en avsats (30) i husets (32) genomgående borrning (31) och att en tät- ning (29) är anordnad mellan bäraren (22) och avsatsen (30).

6. Mätgívare enligt krav S, k ä n n e t e c k n a d av att värmeelementbäraren (22) vid sin från mätgasen vända ände på sin insida (21) uppvisar en bädd (20), på vilken en fastelek- trolytrörfläns (13) vilar och att en tätning (19) är anordnad mellan bädden (20) och flänsen (13).