DE3219870A1

DE3219870A1 - High-temperature oxygen probe

Info

Publication number: DE3219870A1
Application number: DE19823219870
Authority: DE
Inventors: Laszlo Dipl Phys Koertvelyessy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-05-27
Filing date: 1982-05-27
Publication date: 1983-12-01

Abstract

In an oxygen probe, one of the two electrodes is constantly exposed to mechanical and chemical corrosion, the service life thereby often being substantially shortened. It is expensive to replace said electrode because it is made of noble metal. In the novel oxygen probe, said electrode is produced with the aid of a ceramic matrix in whose pores the desired electrode metal is incorporated. The novel electrode is cheaper, more durable, completely insensitive to pressure and chemically neutral, and it can also be used near the melting point of said electrode metal.

Description

Hochtemperatur-Sauerst of fsondeHigh temperature oxygen probe

Zweck der Erfindung ist die Messung des Partial druckes des Sauerstoffs in einem Gas, z.B. 21yo oder etwa 210 mbar in der Luft der Erde. besonders bei hoher Temperatur, z.8. bei 1000 °C.The purpose of the invention is to measure the partial pressure of oxygen in a gas, e.g. 21yo or about 210 mbar in the air of the earth. especially at high Temperature, e.g. 8. at 1000 ° C.

Stand der Technik bilden die Sauerstoffsonden, die aus einem Zirkonoxid-Rohr und zwei Edel-Metall-Elektroden bestehen. Zwischen diesen Elektroden kann man eine elektrische Spannung die sogenannte Nernst-Spannung - messen.State-of-the-art oxygen probes are made from a zirconium oxide tube and two noble metal electrodes. Between these electrodes you can put a electrical voltage, the so-called Nernst voltage - measure.

Die erwähnten Elektroden sind meistens Platin-oder Gold~Elektroden.The electrodes mentioned are mostly platinum or gold electrodes.

Platin hat den Vorteil, daß es einen hohen Schmelzpunkt hat. So findet man es in der überwiegenden Zahl der Sauerstöffsonden wieder.Platinum has the advantage that it has a high melting point. So finds it can be found in the vast majority of oxygen probes.

Platin hat aber den Nachteil, daß es eine.katalytische Wirkung auf das zu messende Gas ausübt.But platinum has the disadvantage that it has a catalytic effect the gas to be measured is exercising.

Es vereinigt gerade Sauerstoff mit anderen brennbaren Gasen, so daß die Messung fälschlicherweise weniger Sauerstoff anzeigt, als in Wirklichkeit vorhanden ist.It just combines oxygen with other combustible gases so that the measurement incorrectly shows less oxygen than is actually available is.

Sauerstoffsonden mit Goldelektroden dagegen zeigen den richtigen Partialdruck des Sauerstoffs an, aber Gold ist bei höherer Temperatur - z,B.Oxygen probes with gold electrodes, on the other hand, show the correct partial pressure of oxygen, but gold is at a higher temperature - e.g.

über 800 °C - weich und deswegen kaum verwend bar. Leider verlaufen aber viele Industrieprozes se gerade in diesem Temperaturbereich zwischen 800 °C und 1050 0C, z.B. Gasaufkohlung, Carbonitrieren, Ulverbrennung usw.over 800 ° C - soft and therefore hardly usable. Unfortunately lost but many industrial processes take place in this temperature range between 800 ° C and 1050 0C, e.g. gas carburizing, carbonitriding, Ulburning etc.

Die Idee der Erfindung liegt in der Erkenntnis, die schon in der Erfindung "Langlebige Sauerstoffsonde" (P32 Ol 796.0) beschrieben wurde, nämlich daß nur ein Teil der Elektrode in einer Sauerstoffsonde wirksam ist. Dieser Teil ist die Elektrodenkante, in Fig. 1 mit Pfeilen gekennzeichnet. Alle anderen Teile der Elektrode sind elektrisch unwirksam, sie müssen nur die schon entstandene Sondenspannung leiten.The idea of the invention lies in the knowledge that is already in the invention "Long-life oxygen probe" (P32 Ol 796.0) was described, namely that only one Part of the electrode in an oxygen probe is effective. This Part is the electrode edge, marked in Fig. 1 with arrows. All other Parts of the electrode are electrically ineffective, you only need the one that has already been created Conduct probe voltage.

Aus dieser Erkenntnis stammt auch die folgende Idee: Wir können die anderen Teile der Elektrode mit Keramik-Körnern ausfüllen, wenn zwischen den Körnern noch mikroskopisch kleine Mengen von Metall bleiben. Diese Körner aber geben dem Elekrodenmetall eine Festigkeit, besonders wenn die Körner ineinandergesintert sind.From this knowledge comes the following idea: We can do them Fill other parts of the electrode with ceramic grains if between the grains microscopic amounts of metal still remain. But these grains give him Electrode metal has a strength, especially when the grains are sintered into one another.

Die oben beschriebene Elektrode ist besonders bei solchen Prozessen zu empfehlen, bei denen es auf die Messung von Gasen ankommt, die noch im Ungleichgewicht stehen. Wie gesagt verwendet man vorteilhafterweise dafür Goldelektroden.The electrode described above is particularly useful in such processes recommended for those who need to measure gases that are still in imbalance stand. As I said, gold electrodes are advantageously used for this.

Die Keramikkörner, die ineinandergesintert sind, bilden eine Keramikmatrix, dessen Lücken (Poren) mit Gold ausgefüllt sind, so daß auch Gold eine Matrix bildet. Die Keramikmatrix wirkt als mechanische Unterstützung und als diffuse Schutzwand für die Elektrode. Die korrosiven Gase und korrosiven Staub-Partikelchen erreichen zwar die Oberfläche dieser neuen Elektrode, sie werden aber durch die KeramikkõrnEhen an der oberflache aufge halt an und gelingen nicht in die Tiefe der Elektrode.The ceramic grains, which are sintered into one another, form a ceramic matrix, the gaps (pores) of which are filled with gold, so that gold also forms a matrix. The ceramic matrix acts as a mechanical support and as a diffuse protective wall for the electrode. The corrosive gases and corrosive dust particles do reach the surface of this new electrode, but they are stitched through the ceramic grains stop at the surface and do not penetrate into the depth of the electrode.

Die Erfindung ist als Beispiel in Figur 1 dargestellt. Hier ist 1 ein Nest für die Elektrode, 2 ist ein Nest für die Ableitung dieser Elektrode' 3 ist eine Schutzhülle der Elektrode, 4 ist eine Bohrung für die elekttische Ableitung, 5 ist die Elektrode, 6 ist das Zirkonoxidrohr, 7 ist die elektrische Ableitung, 8 ist die keramische Schutzhülse der elektrischen Ableitung (7), 9 ist die andere - die positive - Ableitung der inneren Elektrode (10), 11 sind die Poren in der Elektrode (5), 12 ist ein Metallstück, das für den Ersatz des ausgedampften Metalles aus der Elektrode dient.The invention is shown as an example in FIG. Here is 1 a nest for the electrode, 2 is a nest for the discharge of this electrode '3 is a protective cover for the electrode, 4 is a hole for the electrical discharge, 5 is the electrode, 6 is the zirconia tube, 7 is the electrical lead, 8 is the ceramic protective sleeve of the electrical discharge line (7), 9 is the other - the positive - derivation of the inner electrode (10), 11 are the pores in the Electrode (5), 12 is a piece of metal that is used to replace the evaporated metal from the electrode is used.

Die Vorteile der Erfindung sind: Die Edelmetall-Elektrode kann bis zu höchster Temperaturgrenze ein,gesetzt werden, da der Druck und die Korrosion von der KeramikmatriX abgeschirmt werden.The advantages of the invention are: The noble metal electrode can up to to the highest temperature limit, because the pressure and the corrosion shielded by the ceramic matrix.

Oie neue Elektrode ist wesentlich billiger als die konventionelle Elektrode. In dem elektrischen Widerstand gibt es keinen Unterschied, der bei dem Stand der heutigen Elektronik bemerkbar wäre.The new electrode is much cheaper than the conventional one Electrode. In the electrical resistance there is no difference that in that State of today's electronics would be noticeable.

Die neue Elektrode ist wesentlich unempfindlicher, als die konventionellen Elektroden, da die leramikkörnchen die Bombadierung von keramischen Pulvern und Fädenstücken -die in allen Ofen mit einer Geschwindigkeit von 2~80 m / s herumgewälzt werden -abweisen.The new electrode is much less sensitive than the conventional one Electrodes, because the ceramic granules are the bombing of ceramic powders and Pieces of thread -which rolled around in all the oven at a speed of 2 ~ 80 m / s will -reject.

Die neutrale Goldelektrode kann für die Regelung von modernen Begasungsverfahren eingesetzt werden.The neutral gold electrode can be used to regulate modern gassing processes can be used.

Bei diesen verfahren entstehen Ungleichgewichte, die aber von der erfindungsmäßigen Elektrode nicht tig erfaßt sind.These processes create imbalances, but they are affected by the inventive electrode are not detected tig.

Die neue Elsktrode kann leicht in einem Vakuumofen hergestellt werden. Wenn man die Keramikmatrix in gewünschter Form hineinlegt, wird Gold bei etwa 1500 OC und Platin bei etwa 1900 oC hineindampfen.The new Elsktrode can easily be made in a vacuum furnace. If you put the ceramic matrix in the desired shape, gold will be around 1500 Steam in OC and platinum at around 1900 oC.

Auf einmal kann man auf dleae Weise Tausende von Elektroden in einer Charge heratellen, auch für verschiedene Konstruktionen von Sauerstoffsonden.At one time, thousands of electrodes can be placed in one dleae way Manufacture of batches, also for different constructions of oxygen probes.

Man braucht also die vorhandene Konstruktion einer Sauerstoffsonde wegen der neuen Elektrode nicht zu ändern.So you need the existing construction of an oxygen probe not to be changed because of the new electrode.

Claims

Patentansprüche: 1. Sauerstoffsonde mit wenigstens einer Metall-(vorzugsweise Gold-) Elektrode. dadurch gekennzeichnet, daß dieses Metall die Poren (11) einer Keramikmatrix (5) teilweise oder ganz ausfüllt 2. Sauerstoffsonde im Patentanspruch t definiert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallstuck (12) die Keramikmatrix (5) berührt. Claims: 1. Oxygen probe with at least one metal (preferably Gold) electrode. characterized in that this metal has the pores (11) one Ceramic matrix (5) partially or completely fills 2. Oxygen probe in claim t defined, characterized in that a metal piece (12) forms the ceramic matrix (5) touched.