-
Sauerstoffühler für industrielle Luft/Brennstoff-Steuerung
-
und/oder -Regelung sowie Verfahren zur Herstellung desselben
Die
Erfindung betrifft einen Sauerstoffühler, und zwar insbesondere einen Fühler zur
Verwendung in industriellen Luft/Brennstoff-Steuer- und/oder -Regelsystemen. Es
sei hier darauf hingewiesen, daß aus Abkürzungsgründen nachstehend anstelle der
Begriffe "Steuerung und/oder Regelung" bzw.
-
Steuern und/oder Regeln" nur jeweils der Begriff 11Steuerung" bzw."Steuern"
oder "Regelung" bzw. "Regeln" verwendet wird.
-
Fühler, die als Teile von industriellen Luft/Brennstoff-Steuerungsystemen
vorgesehen sind, müssen Erfordernisse erfüllen, die der industriellen Luft/Brennstoff-Steuerung
eigen sind. Die Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses in einem industriellen
System erfolgt unter Betriebsbedingungen eines Luftüberschusses. Dadurch wird sichergestellt,
daß eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs stattfindet und daß keine sichtbaren
Schornsteinrauchausströmungen erzeugt werden. Ein zweiter, vorteilhafter Grund für
die Steuerung in diesem Bereich bestand in einer nachweisbaren Verbesserung der
Verbrennungsleistung bzw. des Verbrennungswirkungsgrades und einem sich daraus ergebenden,
verringerten Brennstoffverbrauch.
-
Damit ein Fühler diese Erfordernisse erfüllt und noch kommerziell
ausführbar ist, muß die Fühlerleistungsfähigkeit eine Anzahl von Kriterien erfüllen,
die normalerweise für andere Fühleranwendungen nicht signifikant sind. Beispielsweise
ist eine Fühler-zu-Fühler-Reproduzierbarkeit wichtig, denn anderenfalls wäre bei
jedem Fühleraustausch eine erneute Eichung des Steuersystems erforderlich. Die Stabilität
des Fühlersignals über eine lange Zeitdauer der Benutzung ist auch ein wichtiges
Merkmal, damit eine häufige Wiedereichung des Systems nicht notwendig wird. Ein
weiteres Merkmal, das bei einer industriellen Anwendung wichtig ist, ist eine Einfachheit
des Einbaus des Fühlers. Schließlich sind niedrige Fühlerkosten wichtig, insbesondere
wenn ein Austausch von Fühlern erforderlich sein kann.
-
Die Anwendung von Sauerstoffmeßfühlern entweder als einfache Überwachungsgeräte
für den Sauerstoffgehalt oder als Fühler in Steuersystemen hat in der Technik, z.B.
auch in der Patentliteratur, ein beträchtliches Interesse gefunden.
-
Die früheste kommerzielle Anwendung von Sauerstoffühleinrichtungen
bestand darin, daß sie als integrale Komponenten in Systemen benutzt wurden, die
zum Messen von gelöstem Sauerstoff in geschmolzenen Metallbädern ausgebildet waren.
Dieser Bereich ist noch von beträchtlicher kommerzieller Wichtigkeit, wie die US-PSen
3 359 188, 3 378 478, 3 403 090 und 3 791 954 zeigen. Die Einrichtungen, die in
diesen Patentschriften beschrieben sind, sind alle sehr ähnlich insofern, als sie
feste, elektrolytische Fühler sind, die in ein flüssiges Metall eingetaucht werden
und ein elektrisches Signal erzeugen, das eine Funktion des Sauerstoffgehalts des
Metalls ist. Die ersten drei Einrichtungen umfassen am Ende geschlossene Rohe aus
elektrolytischem Material, während in dem vierten Fühler eine Scheibe aus einem
festen Elektrolyt verwendet wird, die in einem Halterohr abgedichtet angebracht
ist.
-
Die meisten der Fühleinrichtungen, die zum Messen des Sauerstoffgehalts
in geschmolzenen Metallen verwendet werden, sind zerstörbare Fühler insofern, als
sie mit dem der Messung unterworfenen Metall reagieren und im Verlauf der Messung
aufgebraucht werden. In der US-PS 3 297 551 ist ein Flüssigmetallfühler beschrieben,
der in einem Flüssigmetallwärmeaustauscher eines Kernreaktors benutzt wird, und
zwar auf der Basis eines langzeitigen, fortwährenden Gebrauchs.
-
Andere Fühler sind zum Messen des Sauerstoffgehalts speziell in Gasmischungen
anstatt in Flüssigmetallen entwickelt worden. Beispielsweise ist in der US-PS 3
974 054 ein mit einem Aluminiumoxidrohr verbundener Scheibenelektrolyt beschrieben,
der für die Bestimmung von Sauerstoffkonzentrationen in Gasmischungen verwendet
wird. Ein anderer Gasfühler, der
aus einem rohrförmigen, festen
Elektrolyt zusammengesetzt ist, ist in der US-PS 3 989 614 beschrieben.
-
Vor kurzem wandte man der Messung der Komponenten, aus denen die
Fahrzeugmotor-Auspuffgase bestehen, ein beträchtliches Interesse zu. Es wurde eine
Anzahl von Einrichtungen für die Messung des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses,
das in die Brennkraftmaschinen eintritt, patentiert.
-
Es besteht der Vorschlag, diese Einrichtungen in Verbindung mit Steuersystemen
zu benutzen, um die Brennkraftmaschinen-Betriebsbedingungen auf dem stöchiometrischen
Wert zu halten.
-
Die vorgeschlagenen Einrichtungen umfassen sowohl solche, die als
elektrische Widerstandsfühlelemente arbeiten, als auch elektrolytische Fühler.
-
Typische Widerstandsfühler sind in den US-PSen 3 911 386, 3 939 794
und 3 959 765 beschrieben. Diese Einrichtungen nehmen eine Änderung im elektrischen
Widerstand von Keramikelementen wahr, welche eine Änderung des elektrischen Widerstandes
zeigen, die mit dem Sauerstoffdruck der Umgebung in Bezug gesetzt werden kann.
-
Von größerem Interesse sind diejenigen Fahrzeugmotor-Sauerstoffühler,
die auf elektrolytischen Prinzipien beruhen bzw. nach diesen Prinzipien arbeiten.
Es ist eine Anzahl von Patentschriften in diesem Bereich über Fühler veröffentlicht
worden, die den Elektrolyten in der Form von Rohren oder Scheiben aufweisen.
-
Patentschriften, die rohrförmige Fühler betreffen, sind z.B. die
GB-PS 1 385 464 und die US-PSen 3 841 987, 3 935 089, 3 960 693 und 3 978 006. Diese
Patentschriften beschreiben im einzelnen Fahrzeugmotor-Sauerstoffuhler, in denen
der feste Elektrolyt die Form eines offenendigen Rohrs hat, wobei sich das offene
Ende in Verbindung mit der umgebenden Umweltluft befindet.
-
Die Nachteile, die solchen rohrförmigen, elektrolytischen Fühlern
inhärent sind, haben zur Entwicklung von vereinfachten F'ahrzeugmotor-Sauerstoffühlern
geführt, die Elektrolytscheiben anstelle von Rohren aufweisen. Die Nachteile der
rohrförmigen Fühler sind insbesondere ihre Kompliziertheit und die sich daraus ergebenden
Kosten bei der Herstellung des Elektrolytrohrs, sowie die hohen Kosten und die Schwierigkeiten,
die sich beim Aufbringen von großen Mengen an teuren Elektrodenmaterialien über
die Oberfläche des Rohrs ergeben.
-
Die Entwicklung von Fühlern, die sehr einfache, elektrolytische Scheiben
aufweisen, hat zu einer Umgehung dieser Problembereiche geführt. Beispiele solcher
Fahrzeugmotor-Sauerstoffühler sind in den US-PSen 3 819 500, 3 909 385, 3 768 259
und 3 940 327 beschrieben.
-
Bei der Anwendung jeder der derzeit erhältlichen industriellen Fühler
oder Fahrzeugmotorfühler bei RUckkopplungssteuersystemen, die für die Benutzung
in der industriellen Verbrennungssteuerung entworfen worden sind, ergibt sich eine
Anzahl von Nachteilen. Fühler, die speziell für industrielle Verwendung entworfen
worden sind, haben im allgemeinen große Abmessungen, sind nur unter erheblichem
Kostenaufwand ersetzbar, arbeiten bei hohen Temperaturen, welche die brauchbare
Lebensdauer beschränken, oder sie sind so ausgebildet, daß sie nur einmal verwendet
werden können. Darüberhinaus haben diejenigen industriellen Fühler, die mit rohrförmigen
Elektrolyten aufgebaut sind, den gleichen Nachteil, wie rohrförmige Fahrzeugmotorfuhler,
d.h. hohe Elektrolytkosten und die Notwendigkeit, daß relativ große Elektrode aus
teuren Materialien hergestellt werden müssen. Diejenigen industriellen Fühler, die
kommerziell erhältlich sind, arbeiten allgemein bei etwa 8160C. Ein kontinuierlicher
Betrieb bei dieser Temperatur bewirkt eine Zerstörung der Elektrode, wodurch die
Leistungsfähigkeit ernsthaft beeinträchtigt wird, wie auch thermische Trägheit in
dem Elektrolyten,
wenn er Erhitzungszyklen ausgesetzt wird.
-
Ebenso ist die Anwendung von Fühlern, die für die Verwendung bei
Fahrzeugmotoren entwickelt worden sind, bei der industriellen Luft/Brennstoff-Steuerung
allgemein nicht erfolgreich gewesen. Eine Fühler-zu-Fühler-Reproduzierbarkeit genügender
Genauigkeit konnte mit dieser Fühlerart nicht nachgewiesen werden, die bei der Steuerung
eines spezifischen Sauerstoffgehalts, der weit weg vom stöchiometrischen Wert liegt,
brauchbar gewesen wäre. Im allgemeinen sind diese Fahrzeugmotorfühler nur als Indikatoren
bzw. Anzeigevorrichtungen des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses anstatt
als Fühler, welche den aktuellen Sauerstoffgehalt quantitativ messen, ausgebildet
worden. Sie sind außerdem so ausgebildet worden, daß sie in der harten Fahrzeugmotorumgebung
überleben.
-
Diese Ausbildung ist für industrielle Luft/Brennstoff-Anwendungen
bzw. -Steuerungen nicht notwendig und hat eine beträchtliche, unnötige Kostenerhöhung
und Auslegungs- bzw. Aufbaukompliziertheit zur Folge.
-
Eine Schwierigkeit, die bei Fahrzeugmotorfühlern auftritt, ist die
Einführung von unerwünschten, elektrischen Signalen aufgrund von Verbindungen zwischen
ungleichen Materialien. Obwohl das keine Schwierigkeit bei Fühlern ist, die für
die Definition bzw. Bestimmung des stöchiometrischen Luft/ Brennstoff-Verhältnisses
benutzt werden, können solche Signale außerordentlich schädliche Wirkungen auf Fühler
haben, die dazu verwendet werden, den Sauerstoffgehalt quantitativ zu messen, wie
es in der außerhalb des stöchiometrischen Verhältnisses liegenden Luft/Brennstoff-Steuerung
bei industriellen Anwendungen notwendig ist.
-
Mit der Erfindung soll eine industrielle Luft/Brennstoff-Fühleinrichtung
geschaffen werden, welche die vorerwähnten Schwierigkeiten ausschaltet.
-
Die Merkmale, welche die vorgeschlagene Ausbildung gemeinsam mit
den meisten Fühlern in den oben erwähnten Patentschriften hat, sind die, daß sie
eine feste, elektrolytische, Sauerstoffionen leitende Zelle mit Edelmetallelektroden
ist.
-
Der Elektrolyt hat die Form einer Scheibe und hat infolgedessen an
den Vorteilen der erwähnten industriellen Scheibensensoren und der erwähnten Fahrzeugmotor-Scheibensensoren,
verglichen mit der rohrförmigen Verschiedenheit bzw. Vielfältigkeit an Ausführungsformen
von diesen Sensoren, teil. Er ist jedoch im Aufbau viel einfacher als andere Fühler,
und die neuartigen Merkmale dieses Aufbaus sind, was besonders wichtig ist, so einbezogen
worden, daß er in industriellen Luft/Brennstoff-Steuersystemen ohne die Nachteile
der anderen Ausbildungen verwendet werden kann.
-
Die elektrolytische Scheibe ist vorzugsweise ZrO2-8 Mol-% Y203. Diese
Scheibe wird abgedichtet in das ausgenommene Ende eines fabrizierten Forsteritrohrs
eingesetzt, wobei Glas, z.B. Corning 1415, als Dichtungsmittel benutzt wird. Das
Forsteritrohr wird vor dem Brennen so bearbeitet, daß eine Halteschulter, eine Ausnehmung,
in welche die Elektrolytscheibe abdichtend eingesetzt werden kann, und zwei Nuten
auf dem entgegengesetzten Ende des Rohrs erzeugt werden. Die Ausnehmung wird bis
zu einer Tiefe herausgearbeitet, die größer ist als es zur Aufnahme der Elektrolytscheibe
notwendig ist.
-
Nach dem abdichtenden Einsetzen der Scheibe in das Rohr wird eine
kommerziell erhältliche, fließfähig gemachte Platinpaste, wie Plessey 4276, auf
den beiden freiliegenden Oberflächen der Scheibe abgelagert bzw. aufgebracht. Zusätzlich
wird ein Platinpastenstreifen längs des inneren Durchmessers des Forsteritrohrs
aufgemalt, und zwar über das Ende und in die am unteren Ende ausgenommene Nut auf
dem äußeren Durchmesser des Rohrs.
-
Ein zweiter Streifen wird von der obersten Oberfläche der Scheibe
längs des äußeren Durchmessers des Rohrs bis zur oberen Nut gemalt. Wahrend die
Platinpastenelektroden noch klebrig sind, werden verfilzte Keramikfaserscheiben
in die Paste und auf beide Elektroden gedrückt.
-
Das verfilzte Keramikfasermaterial kann z.B. von der Cotronics Corp.
of New York City als Keramikpapier Nr. 300 erhalten werden, und es erfüllt eine
Anzahl von Funktionen.
-
Während des Betriebs der Fühleinrichtung wirkt es als ein Kombinationsfilter
zum Entfernen von teilchenförmigen Stoffen und gasförmigen Giften aus dem Rauchgas,
an dem die Messungen vorgenommen werden, sowie als eine Barriere, welche die Elektrode
vor jeder Gaserosion schützt, die auftreten könnte.
-
Eine andere wichtige Funktion der Keramikfaserscheibe ist ihre Funktion
als Docht während der Anwendung von Chlorplatinsäure (nachstehend als CPA abgekürzt),
die weiter unten näher erläutert wird. Die offene Faserstruktur der Keramikfaserscheibe
ermöglicht eine gleichförmige Ablagerung der CPA auf der Pastenunterlage. Eine Faserscheibendicke
von etwa 1,02 mm hat sich als ziemlich zufriedenstellend erwiesen.
-
Die Offenheit des verfilzten Materials ist wichtig beim Betrieb der
Einrichtung für industrielle Anwendungen wegen der relativ geringen Gasströmungsrate,
die solchen Anwendungen oft inhärent ist. Versuche, die ausgeführt wurden, um die
verfilzte Keramikscheibe durch ein dichteres Material, wie y-Aluminiumoxid, zu ersetzen,
haben sich als nicht erfolgreich erwiesen, und zwar aufgrund dessen, daß das Gas
nicht in der Lage ist, durch die Schicht hindurchzudringen und das Elektrodenmaterial
zu erreichen, wo die Sauerstoffionisation stattfindet.
-
Die Aufbringungstechnik gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das
Eindrücken der verfilzten Faserscheibe in die klebrige bzw. zähe Platinpaste und
dann das Brennen in einem
Ofen bei einer Temperatur von mindestens
etwa 9540C in Luft während etwa 30 Minuten, um die Platinpaste auszuhärten und die
beiden Keramikfaserscheiben fest an die Platinpaste zu binden.
-
Dann wird Chlorplatinsäure durch die Keramikfaserscheiben direkt
auf die Oberfläche der Platinpastenunterlage zur Einwirkung gebracht. Es wird genügend
CPA angewandt, damit eine adäquate Bedeckung des Platinpastensubstrats sichergestellt
wird. Das erfordert etwa 0,5 mg Platin oder etwa 0,01 ml CPA pro Fühler, wenn die
Elektrolytscheibe einen Durchmesser von etwa 9,86 mm und eine Dicke von etwa 1,52
mm hat. Die erforderliche Menge ist niedrig, und zwar aufgrund der kleinen Fläche
des Elektrolyten und der effektiven Dochtwirkung der verfilzten Scheibe. Die Ionisation
des Sauerstoffs in der Schornsteingasumgebung findet an der Oberfläche des Elektrolyten
statt, und zwar in Gegenwart von sowohl dem Platin, das als das Pastensubstrat abgelagert
worden ist, als auch des hohen Oberflächen-Pt aus der CPA. Wenn auf den Seiten der
Elektrolytscheibe nicht genügend Platinoberfläche vorhanden ist, was der Fall wäre,
wenn nur Platinpaste vorhanden sein wurde, dann wäre die Oxydation von Restsauerstoff
nicht vollständig, und daraus würde sich eine nichtreproduzierbare Fühlercharakteristik
bzw. -leistungsfähigkeit ergeben. Es ist wichtig, daß beide Oberflächen der Elektrolytscheibe
einen genügenden Platinoberflächenbereich aufweisen, damit die Ionisations-Deionisations-Reaktionen,
die auf diesen Oberflächen stattfinden, vollständig ablaufen. Infolgedessen muß
genügend CPA sowohl zu dem Gas als auch zu. den Bezugsseiten des Elektrolyten hinzugefügt
werden.
-
Der Zweck, den vorderen und den rüchfärtigen, leitfähigen Streifen
zu getrennten Nuten zu führen, die in dem Forsteritrohr erzeugt worden sind, besteht
darin, sicherzustellen, daß Verbindungen mit unterschiedlichen Materialien ausgeschaltet
werden. Es hat sich nämlich erwiesen, daß derartige Verbindungen
nichtreproduzierbare
und unerwünschte Signale in das wahre, theoretisch vorhersagbare Zellenausgangssignal
einführen. Obwohl das bei stöchiometrischen Fühlern nicht wichtig ist, ist dieses
Merkmal von kritischer Wichtigkeit für nichtstöchiometrische, industrielle Steuerung.
Indem man alle diese Verbindungen aus der Zelle herausbringt, können diese unerwünschen
Spannungen ausgeschaltet und eine Reproduzierbarkeit und Stabilität des Fühlers
sichergestellt werden, wenn die anderen Fühlermerkmale, die oben erörtert worden
sind, mit vorhanden sind.
-
Der Zweck der besonders tiefen Ausnehmung in dem Elektrolytende des
Forsteritrohrs besteht darin, zur Ausschaltung der Erosionswirkungen eines fließenden
Gasstroms beizutragen.
-
Darüberhinaus fördert diese Ausnehmung die Turbulenz in der Strömung
am Ort des Fühlerelektrolyten und ermöglicht eine kontinuierliche Wechselwirkung
des Schornsteingases mit dem Elektrolyten, wodurch sichergestellt wird, daß die
Gasmessungen wahre bzw. gültige Repräsentationen der Gasströmung sind.
-
Die endgültigen Zusammenbauvorgänge umfassen das Aufmalen bzw. -bringen
eines Äbdichtungsmaterials, z.B. Graphitpaste, auf das Forsteritrohr an der Anbringungsschulter
oder dem Flansch und das Zusammendrücken dieses Dichtungsmaterials zwischen einem
Metallkörper und der Druckmutter. Alternativ kann das Forsteritrohr ohne den Anbringungsring
hergestellt werden, und es kann eine Kompressionsstopfbüchse für die Abdichtung
verwendet werden. Dadurch wird der Aufbau sogar weiter vereinfacht, und auf diese
Weise werden die Kosten herabgesetzt.
-
Die Vorteile des verbesserten Fühlers gemäß der Erfindung sind insbesondere
folgende: (1) er ist einfach; (2) er hat sehr wenige Teile; (3) die Menge an Platin,
die verwendet wird, ist sehr klein; (4) er ist genau und arbeitet reproduzierbar,
so daß er bei industriellen Anwendungen zur Anzeige
des wahren
Sauerstoffgehalts verwendet werden kann; (5) alle Verbindungen mit unterschiedlichen
Materialien sind ausgeschaltet worden; und (6) der Fühler hat gezeigt, daß er bei
7040C während einer langen Zeitdauer arbeitet, also bei einer Temperatur, die merkbar
niedriger als 8160C, die Betriebstemperatur anderer industrieller Fühler, ist. Diese
relativ niedrige Betriebstemperatur in einer industriellen Umgebung stellt eine
ausgeprägte Verbesserung gegenüber den derzeit erhältlichen, kommerziellen Fühlern
dar. Darüberhinaus hat sich gezeigt, daß der Einbau dieses Fühlers direkt in Schornsteingassysteme
im Vergleich zu anderen verfügbaren Fühlern sehr einfach durchgeführt werden kann.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Fig. 1 und 2 der
Zeichnung dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert;
es zeigen: Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht bzw. einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung durch dessen Achse; und Fig. 2 eine Endschnittansicht gemäß der Linie
2-2 der Fig. 1.
-
Der verbesserte Sensor, der allgemein mit 10 bezeichnet ist, umfaßt
ein allgemein rohrförmiges Metallkörperteil 12, das vorzugsweise aus einem korrosionswiderstandsfähigen
Material, wie rostfreiem Stahl, hergestellt ist. Der Körper 12 weist eine Einrichtung,
wie z.B. integrale bzw. daran angeformte Gewindegänge 14, zum Befestigen des Fühlers
an der Wand eines Kanals, der Rauch- bzw. Abgas enthält, z.B. eines Rauchschornsteins,
auf. Das Innere des Körperteils 12 weist ein Innenwandteil 16 und ein abgesetztes
Schulterteil 18 auf. Ein elektrisch isolierendes Keramikrohr 22, das aus einem Material
hergestellt ist, wie es z. B. Forsterit ist, besitzt einen integralen bzw. damit
einstückigen Flansch oder ein umlauf endes Ringteil 24, der bzw. das eine Halteeinrichtung
darstellt,
die mit der abgesetzten Schulterhalteeinrichtung 18
bzw. dem abgesetzten Schulterteil 18 in dem Körper 12 zusammenwirkt, so daß eine
Aufwärtsbewegung des Rohrs 22 relativ zu dem Körper begrenzt wird. Eine Druckmutter
26, die im Gewindeeingriff mit dem Körper 12 steht, verhindert eine Abwärtsbewegung
des Rohrs 22 und wirkt mit den Graphitdichtungsteilen 28, 30 zusammen, so daß das
Rohr 22 in ortsfester, gasdichter Beziehung zu dem Körper 12 montiert wird. Das
obere Ende oder das Fühlende des Keramikrohrs 22 ist bei 36 ausgenommen, so daß
es eine für Sauerstoffionen leitfähige, feste Elektrolytscheibe 40 aufnehmen kann,
die mittels einer Glasdichtung 44 in der Ausnehmung angebracht ist. Die vordere
Elektrode oder die Fühlelektrode 46 und die rückwärtige Bezugselektrode 48 sind
in der Form einer Platinpaste auf den Elektrolyten 40 aufgebracht.
-
Vor dem Brennen sowie während die Pastenelektroden 46, 48 noch naß
bzw. fließfähig sind, wird in dieselben ein verfilztes, vorderes Keramikscheibenteil
52 und ein verfilztes, rückwärtiges Keramikscheibenteil 54 hineingepreßt. Ein äußeres,
leitfähiges Leiterteil 60, das vorzugsweise aus dem gleichen Platinpastenmaterial
wie die Elektroden ausgebildet ist, ist auf die Oberfläche des Rohrs 22 aufgemalt
bzw. -gebracht, und zwar so, daß es sich von der Fühlelektrode 46, mit der es in
Kontakt steht, um das obere Ende des Rohrs und nach abwärts längs der Außenseite
des Rohrs in einer flachen Ausnehmung 62 erstreckt, bis es in einer oberen, ringförmigen
Ausnehmung 64 endet, die mittels einer angemessenen Ausrüstung bzw. Instrumentation(nicht
dargestellt) kontaktiert werden kann. Der Zweck der Ausnehmung 62 besteht darin,
das sehr dünne Leiterteil 60 vor Beschädigung oder Bruch zu schützen, wenn das Rohr
22 gehandhabt oder in das Gehäuse 12 eingefügt wird. Ein inneres Platinpastenleiterteil
70 wird in elektrischen Kontakt mit der Bezugselektrodenoberfläche 48 aufgemalt
bzw. -gebracht, und weiter nach abwärts auf der inneren Oberfläche des Rohrs 22,
um dessen unteres Ende, und in eine untere, ringförmige Ausnehmung 72, die mit einer
elektrischen Schaltung (nicht dargestellt) verbunden werden kann. Die aufgebrachten
bzw. -gemalten Leitungsteile 60,70
sind natürlich in Kontakt mit
den Elektroden 46, 48 aufgebracht bzw. -gemalt worden, bevor die Keramikfilterscheiben
52, 54 dadurch angebracht worden sind, daß man sie in Kontakt mit den nassen Pastenelektroden
gedrückt hat. Dann wird das gesamte Rohr 22 in Luft bei einer Temperatur von mindestens
etwa 9540C während etwa 30 Minuten gebrannt. Dann werden die Elektroden 46, 48 mit
Platinmetall imprägniert, indem man eine Lösung aus Chlorplatinsäure benutzt, die
auf die Filterscheiben 52, 54 aufgebracht und dann unter Bedingungen gebrannt wird,
bei denen die Reduktion des Platinmetalls bewirkt wird. Die Reduktion wird durch
Erhitzen des Rohraufbaus in Wasserstoff während etwa 30 Minuten auf eine Temperatur
von etwa 4540C erzielt, wobei der Aufbau bei etwa 4540C in Wasserstoff während etwa
60 Minuten gehalten wird, und wonach der Aufbau in einer Stickstoffatmosphäre abgekühlt
wird. Die reduzierten Platinteilchen 76 sind gleichförmig über die Elektrodenoberflächen
46, 48 verteilt.
-
Kurz zusammengefaßt betrifft die Erfindung einen Sauerstoffuhler,
der speziell für die Verwendung in einem industriellen Luft/Brennstoff-Steuersystem
geeignet ist und die Fähigkeit hat, den aktuellen Sauerstoffgehalt quantitativ in
industriellen Situationen zu messen, in denen eine außerhalb des stöchiometrischen
Bereichs liegende Luft/Brennstoff-Steuerung gewünscht wird. Der Fühler ist ziemlich
einfach, und er kann leicht verwendet werden, da er genaue, reproduzierbare Ablesungen
bzw.
-
Anzeigen von Fühler zu Fühler und während langer Zeitdauern erbringt.
Die Leitungen zu der festen Elektrolytscheibe sind aus dem gleichen Material wie
die Elektroden und erstrecken sich zu dem entfernten Ende des Fühlers, so daß Verbindungen
aus unterschiedlichen Materialien ausgeschaltet werden. Verfilzte Keramikscheiben,
die auf die Naßpastenelektroden vor dem Brennen aufgebracht werden, dienen dazu,
die mit dem Fühler in Berührung kommenden Gase zu filtern, und sie wirken als Dochte,
die eine gleichförmige Dispersion von Chlorplatinsäure auf den Pastenelektroden
ermöglichen.