WO2001011350A1 - Sonda de oxigeno - Google Patents

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Francisco Javier Perosanz Lopez
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    • Y10T436/209163—Dissolved or trace oxygen or oxygen content of a sealed environment

Definitions

  • the invention relates to a probe that is sensitive to the amount of oxygen in a fluid, whose service conditions force this probe to withstand high temperatures and, above all, high pressures.
  • a sensor is a measuring device that is located in the immediate vicinity of an enclosure where gases, liquids or any element to be measured are circulated and that responds in a known and repetitive way to fluctuations of the variable to which it is sensitive.
  • a sensor can be divided into two parts:
  • Probe 2 Power electronics and / or conversion-signal adaptation.
  • the probe which is the element that is located in the vicinity of the area to be measured, can in turn be divided into:
  • - Sensitive element it is the one that generates the change of measurable property based on the variation that the variable object of measurement has suffered.
  • Clamping element / s Its role is to exercise the mechanical fixation of the sensitive element to the enclosure where the measurement will be carried out. In addition, in some cases, it can serve as a thermal and / or electronic insulator to ensure that the operating conditions of the probe are the most appropriate.
  • probes that are placed in the exhaust ducts of vehicles powered by combustion engines are known.
  • EP-0448817 intended precisely for application in exhaust pipe gases, where the existing pressures are low, that is, the mechanical design of The probe object of this European patent does not allow its use in pipes that have high temperatures and high pressures together.
  • the probe object of the invention is designed in a simple and efficient manner, its construction materializing in a simple and robust way, which allows to withstand extreme conditions of temperature and pressure.
  • the probe of the invention is constituted by two metallic bodies axially coupled to each other by means of threading, the first of which is in turn threaded into a hole provided for that purpose in the wall of the duct itself in which it is intended to apply the probe.
  • a gasket is interposed between the wall of the enclosure and the rear stop of maximum penetration of the threaded neck of the metal body just mentioned, producing a tight seal.
  • the measurement principle is based on a potential difference, there must be electrical isolation between the points where this potential difference is generated, that is, the inner and outer part of the sensitive element.
  • the second body which threads internally on the aforementioned, has the mission of keeping the sensitive element in its housing, transmitting the pressure necessary to effect a tight seal between the first metallic body and the atmosphere.
  • This closure must be carried out using a deformable metal washer to maintain electrical continuity between the outer part of the sensitive element and the first metal body.
  • the second body is provided with an axial hole through which a metal tube has two missions:
  • the metal tube referred to has a metal washer that establishes electrical contact with the inner wall of the sensitive element.
  • This tube must, in turn, be isolated from the second body by a protective sheath that avoids short-circuiting the signal.
  • the probe (1) and, in particular, the sensitive part of said invention referenced with the number (2), is provided to measure oxygen in a fluid that circulates through of a duct whose wall is referenced with the number (3), and inside which there will be high pressures and temperatures.
  • the sensitive part of the probe (2) is located inside a body (4) that mounts, through a neck (5), over a hole provided for this purpose in the wall (3) of the duct, assembly that is made by threading (6).
  • the body (4) in its threaded mounting on the hole in the wall (3) of the duct, is limited in its maximum penetration by the front of the duct that stops against the outer surface of said wall (3), with the special particularity that the assembly will be hermetic as a result of the interposition of a sealing gasket (7).
  • the body (4) establishes a seat for the back of the sensitive part of the probe (2).
  • the structure is complemented by a second body (8) that mounts axially and threadedly on the inside of the body (4), so that this second body (8), in its axial displacement when threaded on the inside of the body (4 ), press the sensitive part of the probe (2) into its housing.
  • the body (8) is provided with an axial and concentric hole for the passage of a metal tube (9), which contacts the inner surface of the sensitive element of the probe (2) by means of a metal washer (10), welded to said tube (9), establishing the necessary connection for the measurement.
  • the closure between the outer part of the sensitive element (2) and the surrounding atmosphere is effected by means of a deformable metal washer (11).
  • the pressing made by the second body (8) on the sensitive element (2) to fix it in its housing, is carried out with the interposition of an electric insulating washer (12) between the second body (8) and the metal washer ( 10) welded to the metal tube (9) that electrically contacts the inside of the sensitive element of the probe (2).
  • the measurement of the established potential difference is carried out between the metal tube (9) and the first metal body (4).
  • an electrical terminal (13) can be soldered to the first body (4).
  • the metal tube (9) is located isolated from the second body (8) by a protective sheath (14) that prevents the signal from being short-circuited.

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Abstract

Prevista para ser aplicada en conducciones por las que circula un fluido con elevada temperatura, y especialmente con elevada presión, está constituida mediante dos cuerpos (4 y 8), interacoplables axialmente por rosca, uno de los cuales (4) cuenta con un cuello roscado (5) para su fijación en un orificio de la pared (3) de la conducción, cuerpo (4) que aloja en su seno la parte sensible (2) de la sonda, que queda así alojada en la propia conducción, roscándose el segundo cuerpo (8) sobre el primer cuerpo (4) y ejerciendo la necesaria presión sobre la parte sensible (2) de la sonda para que ésta quede perfectamente fijada en su alojamiento, contando además el segundo cuerpo (8) con un orificio axial a través del que pasa un tubo metálico (9) abierto al exterior y que cuenta con una arandela metálica (10), soldada a dicho tubo metálico (9), que queda separada del segundo cuerpo (8) mediante una arandela electroaislante (12).

Description

SONDA DE OXÍGENO
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere a una sonda que es sensible a la cantidad de oxígeno existente en el seno de un fluido, cuyas condiciones de servicio obliguen a esta sonda a soportar elevadas temperaturas y, sobre todo, elevadas presiones.
Es objeto de la invención proporcionar una sonda de oxígeno que funciona según el principio de pila de concentración de oxígeno, sonda en la que puede establecerse una diferencia de potencial medible a ambos lados de un tubo conductor iónico (elemento sensible) que está inmerso en el fluido, constituida de manera tal que permita su utilización en condiciones extremas de temperatura y presión, tales como aquéllas correspondientes a circuitos agua-vapor de centrales térmicas y nucleares.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Un sensor es un dispositivo de medición que se ubica en las inmediaciones de un recinto donde se encuentran o circulan gases, líquidos o cualquier elemento a medir y que responde de forma conocida y repetitiva ante fluctuaciones de la variable a la que es sensible. De una forma genérica, un sensor puede dividirse en dos partes:
1) Sonda 2) Electrónica de alimentación y/o conversión- adaptación de señal.
La sonda, que es el elemento que se sitúa en las proximidades de la zona a medir, puede dividirse a su vez en:
- Elemento sensible; es el que genera el cambio de propiedad medible en función de la variación que haya sufrido la variable objeto de medida.
Elemento/s de sujeción/es; su papel es ejercer la fijación mecánica del elemento sensible al recinto donde se efectuará la medición. Además, en algunos casos, puede servir de aislante térmico y/o electrónico para asegurar que las condiciones de funcionamiento de la sonda son las más apropiadas.
Como complemento a la sonda es necesaria una electrónica que sea capaz de traducir la señal procedente de dicha sonda en un dato comprensible y expresado en unas unidades apropiadas.
Con el objetivo de detectar niveles de 02 y C02 o cualquier otro componente propio de la combustión, son conocidas las sondas que se colocan en los conductos de escape de los vehículos propulsados por motores de combustión.
Al respecto, puede citarse la patente europea
EP-0448817, prevista precisamente para su aplicación en los gases de tubos de escape, en donde las presiones existentes son bajas, es decir, que el diseño mecánico de la sonda objeto de esta patente europea no permite su utilización en conducciones que tengan conjuntamente altas temperaturas y altas presiones.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La sonda objeto de la invención está diseñada de una manera sencilla y eficaz, materializándose su construcción de una forma simple y robusta, lo que permite soportar condiciones extremas de temperatura y presión.
Más concretamente, la sonda de la invención se constituye por dos cuerpos metálicos acoplados axialmente entre sí mediante roscado, el primero de los cuales está a su vez roscado en un orificio previsto al efecto en la propia pared del conducto en el que se pretende aplicar la sonda. Para evitar la fuga del fluido desde el recinto a presión se interpone una junta entre la pared del recinto y el tope posterior de máxima penetración del cuello roscado del cuerpo metálico que se acaba de mencionar, produciéndose un cierre hermético.
Debido a que el principio de medida se fundamenta en una diferencia de potencial, ha de existir aislamiento eléctrico entre los puntos donde se genera esta diferencia de potencial, es decir, la parte interior y exterior del elemento sensible.
El segundo cuerpo, que rosca interiormente sobre el referido, tiene como misión mantener al elemento sensible en su alojamiento, transmitiendo la presión necesaria para efectuar un cierre hermético entre el primer cuerpo metálico y la atmósfera. Este cierre ha de llevarse a cabo mediante una arandela metálica deformable para mantener la continuidad eléctrica entre la parte exterior del elemento sensible y el primer cuerpo metálico.
El segundo cuerpo está dotado de un orificio axial a través del cual pasa un tubo metálico que tiene dos misiones:
Facilitar la comunicación entre el interior del elemento sensible de la sonda y la atmósfera circundante.
- Prolongar el contacto eléctrico desde la cara interior del elemento sensible hasta el exterior de la sonda, a fin de poder medir la diferencia de potencial mencionada.
Para lograr esto último, el tubo metálico referido lleva soldada una arandela metálica que establece contacto eléctrico con la pared interior del elemento sensible. Este tubo ha de estar aislado, a su vez, del segundo cuerpo mediante una funda protectora que evite cortocircuitar la señal.
Esto requiere que el presionado del elemento sensible sobre el primer cuerpo se efectúe además con la interposición de una arandela aislante eléctrica entre el segundo cuerpo y la arandela metálica del tubo, de forma que se mantenga el aislamiento eléctrico necesario.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción una hoja única de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado una vista en sección longitudinal del conjunto de la sonda en su aplicación sobre el conducto.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Como se puede ver en la figura referida (fig. 1) , la sonda (1) y, en concreto, la parte sensible de dicha invención referenciada con el número (2) , está prevista para medir oxígeno en un fluido que circula a través de un conducto cuya pared es la referenciada con el número (3) , y en cuyo interior existirán unas elevadas presiones y temperaturas.
La parte sensible de la sonda (2) queda ubicada en el interior de un cuerpo (4) que monta, a través de un cuello (5) , sobre un orificio previsto al efecto en la pared (3) del conducto, montaje que se realiza mediante roscado (6) .
El cuerpo (4) en su montaje por roscado sobre el orificio de la pared (3) del conducto, está limitado en su máxima penetración por el frente del mismo que hace tope contra la superficie externa de dicha pared (3), con la especial particularidad de que el montaje resultará hermético como consecuencia de que en ese acoplamiento se ha previsto la interposición de una junta de estanqueidad (7).
Además, interiormente el cuerpo (4) establece un asiento para la zona posterior de la parte sensible de la sonda (2) .
La estructura se complementa con un segundo cuerpo (8) que monta axialmente y de forma roscada sobre el interior del cuerpo (4) , de manera que ese segundo cuerpo (8) , en su desplazamiento axial al roscarse sobre el interior del cuerpo (4) , presiona la parte sensible de la sonda (2) en su alojamiento.
El cuerpo (8) está provisto de un orificio axial y concéntrico para el paso de un tubo metálico (9) , que contacta con la superficie interna del elemento sensible de la sonda (2) por medio de una arandela metálica (10) , soldada a dicho tubo (9) , estableciendo la conexión necesaria para la medida.
El cierre entre la parte exterior del elemento sensible (2) y la atmósfera circundante se efectúa por medio de una arandela metálica deformable (11) . El presionado que efectúa el segundo cuerpo (8) sobre el elemento sensible (2) para fijarlo en su alojamiento, se lleva a cabo con la interposición de una arandela aislante eléctrica (12) entre el segundo cuerpo (8) y la arandela metálica (10) soldada al tubo metálico (9) que contacta eléctricamente con la parte interior del elemento sensible de la sonda (2) .
La medida de la diferencia de potencial establecida se lleva a cabo entre el tubo metálico (9) y el primer cuerpo metálico (4) . Para facilitar la conexión eléctrica entre el cuerpo metálico (4) y el cable de transmisión de señal, se puede soldar un terminal eléctrico (13) al primer cuerpo (4) .
Por último, el tubo metálico (9) se encuentra aislado del segundo cuerpo (8) mediante una funda protectora (14) que evita el cortocircuito de la señal.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
la.- Sonda de oxígeno, que estando prevista para su aplicación en conducciones por las que circula un fluido y en las que existen elevadas temperaturas y, sobre todo, elevadas presiones, estando la parte sensible de la sonda en cuestión montada sobre una estructura metálica para su acoplamiento en un conducto o recinto o presión, se caracteriza porque la estructura de montaje de la sonda propiamente dicha está constituida por dos cuerpos (4) y (8) acoplables axialmente entre sí mediante roscado, uno de los cuales (4) cuenta con un cuello (5) para el montaje, también por roscado (6) , sobre un orificio con el que al efecto cuenta la pared (3) del conducto o recinto a presión por el que se introduce el correspondiente extremo con la parte sensible (2) de la sonda, mientras que el segundo cuerpo (8) rosca en el interior del primero (4) , efectuando la presión sobre la parte sensible (2) de la sonda en su alojamiento, existiendo en este segundo cuerpo (8) un orificio axial y concéntrico a través del cual pasa un tubo metálico (9) , abierto al exterior, que cuenta con una arandela metálica soldada (10) , estando separado el segundo cuerpo de la arandela metálica soldada al tubo por una arandela aislante eléctrica (12) .
2a.- Sonda para determinar el contenido de oxígeno disuelto en fluidos a alta temperatura y alta presión, según reivindicación 1§, caracterizada porque el cuerpo (4) montado mediante rosca en el orificio de la pared (3) del conducto, cuenta con un asiento interno para situar una arandela metálica deformable (11) con el fin de realizar el cierre hermético entre la parte exterior de la correspondiente parte sensible (2) y la atmósfera, mientras que externamente se complementa con una junta (7) interpuesta entre el mismo y la pared (3) del conducto, para conseguir un montaje hermético de dicho cuerpo de sonda.
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