DE3520908A1

DE3520908A1 - Vorrichtung zum kontinuierlichen messen der wasserstoff- oder dampfkonzentration in einem gas

Info

Publication number: DE3520908A1
Application number: DE19853520908
Authority: DE
Inventors: Takayuki Kato
Original assignee: TYK Corp
Current assignee: TYK Corp
Priority date: 1984-06-11
Filing date: 1985-06-11
Publication date: 1985-12-12
Also published as: GB2161605A; GB8513589D0; FR2565690A1; JPS60263853A; FR2565690B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Wasserstoff- oder Dampfkonzentration in einem Gas mittels einer Meßröhre, bei der zumindest ihr geschlossener Spitzenteil aus einem Festelektrolyten, hauptsächlich in Form eines Gemisches aus Strontiumoxid und Ceroxid, besteht.

Eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Wasserstoff- oder Dampfkonzentration in einem Gas mittels einer Meßröhre, bei der zumindest ihr geschlossener Spitzenteil aus einem Festelektrolyten, hauptsächlich in Form eines Gemisches aus Strontiumoxid und Ceroxid, besteht, ist beispielsweise in der JP-OS 58-50 458 vom 24.3.1983 beschrieben. Diese Vorrichtung umfaßt eine Meßröhre, deren geschlossene Spitze aus einem Festelektrolyten in Form eines Gemisches aus Strontium- und Ceroxid besteht und die mit einem Wasserstoff und (Wasser-)Dampf in einer vorgeschriebenen Konzentration enthaltenden Standardoder Bezugsgas gefüllt ist, wobei die Außenfläche zumindest der Spitze der Meßröhre mit einem zu untersuchenden Gas in Berührung steht, eine auf die Innenfläche der Meßröhren-Spitze aufgebrachte poröse Innenelektrode, eine auf die Außenfläche der Meßröhren-Spitze aufgebrachte poröse Außenelektrode, die der Innenelektrode unter Zwischenfügung des Festelektrolyten zugewandt ist, einen EMK-Detektor zur Messung einer zwischen Innen- und Außenfläche der Meßröhren-Spitze unter der Wirkung der Konzentrationsdifferenz zwischen Wasserstoff oder Dampf im Bezugsgas innerhalb der Meßröhre einerseits und Wasserstoff oder Dampf in einem zu messenden oder zu bestimmenden Gas andererseits erzeugten elektromotorischen Kraft (EMK) sowie einen ersten Leiter zur Verbindung der Innenelektrode mit dem einen Anschluß des EMK-Detektors und einen zweiten Leiter zur Verbindung der Außenelek-

trode mit dem anderen Anschluß des EMK-Detektors.

Fig. 1 veranschaulicht in schematischem Längsschnitt die oben beschriebene bisherige Vorrichtung, die in der Wand einer Kammer eingebaut ist, in der ein zu untersuchendes Gas vorhanden ist. Gemäß Fig. 1 besteht ein Haupt-Rohrkörper 18a einer Meßröhre 18 aus einem elektrisch nicht-leitenden Werkstoff, wie AIuminiumoxid-Porzellan. Eine geschlossene Spitze 18b der Meßröhre 18 besteht aus einem Festelektrolyten in Form eines Gemisches aus Strontiumoxid (SrO) und Ceroxid (CeO- ) mit Wasserstoffionenleitfähigkeit. Gemäß der genannten Veröffentlichung kann der Festelektrolyt aus einem Gemisch aus Strontiumoxid (SrO) und Ceroxid (CeO- ) als Hauptbestandteile einerseits und Oxiden mindestens eines Metalls der Gruppe aus Yttrium (Y), Scandium (Sc), Ytterbium (Yb), Neodym (Nd), Praseodym (Pr), Magnesium (Mg) und/oder Zink (Zn) andererseits bestehen. Ein solcher bisheriger Festelektrolyt mit Wasserstoffionenleitfähigkeit kann dabei der folgenden chemischen Formel entsprechen:

Darin bedeuten:

M = mindestens ein Metall der Gruppe aus Y, Sc, Yb, Nd, Pr, Mg und Zn,

χ = eine Zahl von 0 bis 0,5 und
cC = eine Zahl von 0 bis 0,5.

Die aus dem Festelektrolyten bestehende Spitze 18b ist am untersten Ende des Rohrkörpers 18a mit Hilfe eines glasartigen Klebmittels so angebracht, daß sie das untere Ende der Meßröhre 18 verschließt. In Fig. 1 ist mit 19 eine Verbindung zwischen dem Rohrkörper 18a und der Spitze 18b bezeichnet.

Eine poröse Innenelektrode 20 aus z.B. Platin ist auf die Innenfläche der aus dem Festelektrolyten bestehenden Spitze 18b der Meßröhre 18 aufgebracht. Eine poröse Außenelektrode 21 aus z.B. Platin ist auf die Außenfläche der Spitze 18b so aufgebracht, daß sie der Innenelektrode 20 unter Zwischenfügung des Festelektrolyten zugewandt ist bzw. gegenüberliegt.

Die Meßröhre 18 weist ein durch eine Bohrung in einer Verschluß-Kappe 18c der Meßröhre 18 konzentrisch in diese eingeführtes Standard- oder Bezugsgas-Speiserohr 16 zur Zufuhr eines Bezugsgases, das Wasserstoff oder (Wasser-)Dampf in einer vorgeschriebenen Konzentration enthält, auf. Die Meßröhre 18 ist im oberen Abschnitt mit einem Bezugsgas-Auslaß 17 für das über das Speiserohr 18 in die Meßröhre 18 eingeführte Bezugsgas versehen. Das Bezugsgas wird über das Speiserohr 16 in die Meßröhre 18 eingeleitet und über den Auslaß 17 ^aus i^nr abgeführt. Die Meßröhre 18 wird somit ständig von dem Wasserstoff oder Dampf in vorgeschriebener Konzentration enthaltenden Bezugsgas durchströmt.

Die Meßröhre 18 kann in eine Kammer, in der ein zu untersuchendes Gas oder Meßgas vorhanden ist, eingesetzt oder gemäß Fig. 1 an oder in der Wand 2a einer solchen Kammer 2 befestigt sein, derart, daß zumindest ihre Spitze 18b in die Kammer hineinragt.

Gemäß Fig. 1 ist ein EMK-Detektor 14 zur Messung einer elektromotorischen Kraft (EMK) vorgesehen, die aufgrund der Konzentrationsdifferenz zwischen Wasserstoff oder Dampf in dem in der Meßröhre 18 vorhandenen Bezugsgas einerseits und Wasserstoff oder Dampf in einem zu untersuchenden Gas in der Kammer 2 andererseits zwischen Innen- und Außenfläche der Festelektrolyt-Spitze 18b der Meßröhre erzeugt wird. Die Innenelektrode 20 ist- mittels eines ersten, durch die

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Meßröhre 18 verlaufenden Leiters 13 mit dem einen Anschluß des EMK-Detektors 14 verbunden. Die Außenelektrode 21 ist mittels eines zweiten, durch die Kammer 2 verlaufenden Leiters 13' an den anderen Anschluß des EMK-Detektors 14 angeschlossen.

Die auf oben beschriebene Weise erzeugte elektromotorische Kraft wird über den ersten Leiter 13 an der Innenelektrode 20 auf der Innenfläche der Spitze 18b und den zweiten Leiter 13' an der Außenelektrode 21 auf der Außenfläche der Spitze 18b zum EMK-Detektor 14 übertragen und durch diesen gemessen. Die vom EMK-Detektor 14 gemessene elektromotorische Kraft besitzt eine proportionale Beziehung zur Konzentrationsdifferenz zwischen Wasserstoff oder (Wasser-)Dampf im Bezugsgas und Wasserstoff oder Dampf in dem zu untersuchenden Gas. Die betreffende Konzentration in dem zu untersuchenden Gas kann somit auf der Grundlage der durch den EMK-Detektor 14 gemessenen elektromotorischen Kraft ständig bestimmt werden.

Wenn die Meßröhre 18 an oder in einer Wand 2a einer das Gas, dessen Wasserstoff- oder Dampfkonzentration gemessen werden soll (im folgenden einfach als "Meßgas" bezeichnet), führenden Kammer 2 so befestigt, daß zumindest ihre Spitze 18b in die Kammer 2 hineinragt, ist diese bisherige Vorrichtung jedoch mit den folgenden Mängeln behaftet:

1. Die Meßröhre 18 ist in Abhängigkeit von Temperaturänderungen des Meßgases in der Kammer 2 Ausdehnung und Zusammenziehung unterworfen. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen dem Rohrkörper 18a aus Porzellan und der Meßröhren-Spitze 18b aus dem Festelektrolyten entstehen Risse in der Verbindung 19 zwischen Rohrkörper 18a und Spitze 18b,

so daß das Meßgas aus der Kammer 2 in die Meß röhre 18 eintritt und damit eine genaue Messung verhindert wird. Hierbei kann sogar die Spitze 18b abbrechen, so daß die Vorrichtung unbrauchbar wird.

2. Der sich durch die vom Bezugsgas durchströmte Meßröhre 18 erstreckende erste Leiter 13 zur Verbindung der Innenelektrode 20 mit dem einen An-Schluß des EMK-Detektors 14 schwingt unter dem Einfluß dieser Bezugsgasströmung. Der durch die vom Meßgas durchströmte Kammer 2 verlaufende zweite Leiter 13' zur Verbindung der Außenelektrode 21 mit dem anderen Anschluß des EMK-Detektors 14 schwingt ebenfalls unter dem Einfluß der Meßgasströmung in der Kammer 2. Infolgedessen ist der Anschluß zwischen erstem Leiter 13 und Innenelektrode 20 bzw. zwischen zweitem Leiter 13' und Außenelektrode 21 bruchgefährdet. Ein derartiger Anschlußbruch macht aber eine weitere Messung unmöglich.

Im Hinblick auf diese Gegebenheiten besteht ein großer Bedarf nach einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Wasserstoff- oder (Wasser-)Dampfkonzentration in einem Gas, die bei der Messung dieser Konzentration mittels einer Meßröhre, bei welcher zumindest der geschlossene Spitzenteil aus einem Festelektrolyten hauptsächlich in Form eines Gemisches aus Strontium- und Ceroxid besteht, eine ausgezeichnete Haltbarkeit besitzt und stabile, genaue Messungen über einen langen Zeitraum hinweg und unabhängig von Temperaturänderungen des Meßgases gewährleistet. Eine derartige Vorrichtung ist jedoch bisher noch nicht vorgeschlagen worden.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Wasserstoff- oder (Wasser-)Dampfkonzentration in einem Gas,

die bei der Messung dieser Konzentration mittels einer Meßröhre, bei welcher zumindest der geschlossene Spitzenteil aus einem Festelektrolyten hauptsächlich in Form eines Gemisches aus Strontium- und Ceroxid besteht, eine ausgezeichnete Haltbarkeit besitzt und stabile, genaue Messungen über einen langen Zeitraum hinweg und unabhängig von Temperaturänderungen des

Meßgases gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Wasserstoff- oder (Wasser-)Dampfkonzentration in einem Gas, umfassend eine Meßröhre, bei der zumindest der geschlossene Spitzenteil aus

■'■5 einem Festelektrolyten, hauptsächlich in Form eines Gemisches aus Strontium- und Ceroxid gebildet ist und die mit einem Wasserstoff oder Dampf in einer vorgeschriebenen Konzentration enthaltenden Standard- oder Bezugsgas gefüllt ist, ein Befestigungsmittel zur Befestigung der Meßröhre an oder in der Wand einer Kammer, in der ein zu untersuchendes Gas oder Meßgas vorhanden ist, in der Weise, daß zumindest der Spitzenteil der Meßröhre in die Kammer hineinragt, eine auf die Innenfläche zumindest des Spitzenteils der Meßröhre aufgebrachte poröse Innenelektrode und eine auf die Außenfläche zumindest dieses Spitzenteils aufgebrachte poröse Außenelektrode, derart, daß letztere der Innenelektrode . unter Zwischenfügung des Festelektrolyten zugewandt ist bzw. gegenüberliegt, einen EMK-Detektor zur Messung einer elektromotorischen Kraft, die zwischen Innen- und Außenfläche zumindest des Spitzenteils der Meßröhre aufgrund (unter dem Einfluß) der Konzentrationsdifferenz zwischen Wasserstoff oder Dampf in dem in der Meßröhre befindlichen Bezugsgas einerseits und Wasserstoff oder Dampf in dem in der Kammer befindlichen Meßgas andererseits erzeugt wird, und einen ersten Leiter zur Verbindung der Innen-

elektrode mit dem einen Anschluß des EMK-Detektors sowie einen zweiten Leiter zur Verbindung der Außenelektrode mit dem anderen Anschluß des EMK-Detektors, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßröhre unter Bildung eines reagensglasartigen, materialeinheitlichen Körpers vollständig aus dem Festelektrolyten geformt ist und in ihrem Mittelbereich einen nach außen ragenden Bund und an ihrem offenen Ende einen elektrisch leitenden Ringanschluß aufweist, das Befestigungsmittel eine elektrisch leitende Büchse umfaßt, die in eine Bohrung in der Wand der das Meßgas enthaltenden Kammer eingesetzt ist und eine dem Bund der Meßröhre angepaßte (komplementäre) Ausnehmung sowie eine in der Ausnehmung in elektrisch leitender Beziehung angeordnete, elektrisch leitende Dichtung aufweist, wobei der Bund der Meßröhre in der Ausnehmung so gehaltert ist, daß zumindest der Spitzenteil der Meßröhre in die Kammer hineinragt, die Innenelektrode praktisch auf die gesamte Innenfläche der Meßröhre aufgebracht und an ihrer Endkante mit dem Ringanschluß der Meßröhre verbunden ist, die Außenelektrode praktisch auf die gesamte Außenfläche des unterhalb des Bunds befindlichen Abschnitts der Meßröhre aufgebracht und an ihrer Endkante mit der Dichtung der Büchse verbunden ist, der erste Leiter die Innenelektrode über den Ringanschluß der Meßröhre mit dem einen Anschluß des EMK-Detektors verbindet und der zweite Leiter die Außenelektrode über die Dichtung und die Büchse mit dem anderen Anschluß des EMK-Detektors verbindet.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine an bzw. in einer Wand einer ein Meßgas führenden Kammer befestigte bisherige Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der

Wasserstoff- oder Dampfkonzentration in einem Gas,

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der

Erfindung und

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 ist eingangs bereits erläutert worden.

Im Hinblick auf die oben geschilderten Gegebenheiten wurden nun erfindungsgemäß ausgedehnte Untersuchungen mit dem Ziel der Lösung der angegebenen Aufgabe angestellt.

Als Ergebnis dieser Untersuchungen hat es sich gezeigt, daß die angegebene Aufgabe mit einer Vorrichtung der eingangs umrissenen Art gelöst werden kann, die (a) eine vollständig aus einem Festelektrolyten, hauptsächlich in Form eines Gemisches aus Strontium- und Ceroxid, bestehende, einen reagensglasartigen, einstückigen Körper bildende Meßröhre, die am offenen Ende einen elektrisch leitenden Ringanschluß aufweist und die mit einem Standard- oder Bezugsgas gefüllt ist, das Wasserstoff oder Dampf in einer vorgeschriebenen Konzentration enthält, (b) eine elektrisch leitende Büchse zur Befestigung der Meßröhre in einer Wand einer ein Meßgas führenden Kammer in der Weise, daß zumindest ihr Spitzenteil in die Kammer hineinragt,

wobei die Büchse eine elektrisch leitende Dichtung in leitfähiger Beziehung dazu aufweist, (c) eine praktisch auf die gesamte Innenfläche der Meßröhre aufgebrachte, poröse Innenelektrode, deren Endkante mit dem Ringanschluß der Meßröhre verbunden ist, (d) eine praktisch auf die gesamte Außenfläche der Meßröhre aufgebrachte Außenelektrode, deren Endkante mit der Dichtung der Büchse verbunden ist, und (e) einen EMK-Detektor zur Messung einer elektromotorischen Kraft umfaßt, die zwischen Innen- und Außenfläche der Meßröhre aufgrund der Konzentrationsdifferenz zwischen Wasserstoff und Dampf in dem in der Meßröhre enthaltenen Bezugsgas einerseits und Wasserstoff oder Dampf in einem in der Kammer vorhandenen, zu untersuchenden Gas oder Meßgas andererseits erzeugt wird, wobei der eine Anschluß des EMK-Detektors über den Ringanschluß der Meßröhre mit der Innenelektrode und sein anderer Anschluß über Dichtung und Büchse mit der Außenelektrode verbunden sind.

Die Erfindung ist nachstehend in Ausführungsformen im einzelnen beschrieben.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist eine Meßröhre 1 vollständig aus einem Wasserstoffionen leitenden Festelektrolyten in Form eines Gemisches aus Strontiumoxid (SrO) und Ceroxid (CeCL ) als reagensglasartiger einstückiger oder materialeinheitlicher Körper ausgebildet. Die Herstellung der Meßröhre 1 erfolgt z.B. durch Preßformen eines Gemisches aus Strontium- und Ceroxidpulver zum reagensglasartigen Körper und anschließendes Brennen des letzteren. Der Festelektrolyt kann aus einem Gemisch aus Strontium- und Ceroxid als Hauptbestandteile einerseits und einem Oxid mindestens eines Metalls der Gruppe aus Yttrium (Y), Scandium (Sc), Ytterbium (Yb), Neodym (Nd), Praseodym (Pr), Magnesium (Mg) und/oder Zink (Zn) andererseits bestehen.

Die Meßröhre 1 weist in ihrem Mittelbereich eine(n) z.B. aus einem Festelektrolyten angeformte(n), nach außen ragende(n) Erweiterung bzw. Bund 3 und an ihrem 5 offenen (oberen) Ende einen elektrisch leitenden ringförmigen oder Ringanschluß 4 auf. Eine Büchse (plug) 7 als Befestigungsmittel zur Anbringung der Meßröhre 1 an bzw. in einer Wand 2a einer das Meßgas führenden Kammer 2 ist beispielsweise mittels einer Schraubverbindung in eine Bohrung 2b in der Wand 2a eingesetzt. Die Büchse 7 weist eine axiale, dem Bund 3 der Meßröhre 1 angepaßte (komplementäre) Ausnehmung 8 und eine sich an letztere anschließende Bohrung 9, in welche die Meßröhre 1 eingesetzt ist, und ferner eine elektrisch leitfähige, in elektrisch leitender Beziehung in der Ausnehmung 8 angeordnete Dichtung (gasket) 11 auf. Der Bund 3 der Meßröhre 1 ist in der Ausnehmung 8 der Büchse 7 so gehaltert, daß zumindest der Spitzenteil der Meßröhre 1 in die Kammer 2 hineinragt. In das offene Ende der Ausnehmung 8 der Büchse 7 ist eine Verschluß-Kappe 10 eingetrieben, z.B. eingeschraubt. Der Bund 3 der Meßröhre 1 ist durch die Kappe 10 in der Ausnehmung 8 der Büchse 7 festgelegt, so daß dadurch die Meßröhre 1 in der Büchse 7 befestigt ist. Gemäß Fig. 2 ist eine Dichtungspackung 12 in den Zwischenraum zwischen dem Bund 3 der Meßröhre 1 und der Kappe 10 eingesetzt.

Eine poröse Innenelektrode 5 aus z.B. Platin ist auf praktisch die gesamte Innenfläche der aus dem Festelektrolyten bestehenden, reagensglasartigen Meßröhre 1 aufgebracht und mit ihrer Endkante an deren Ringanschluß 4 angeschlossen. Eine poröse Außenelektrode 6 aus z.B. Platin ist auf praktisch die gesamte Fläche des unter dem Bund 3 liegenden Teils der Meßröhre 1 so aufgebracht, daß sie der Innenelektrode 5 unter Zwischenfügung des Festelektrolyten zugewandt ist bzw. gegenüberliegt. Die Endkante der Außenelek-

trode 6 ist mit der Dichtung 11 der Büchse 7 verbunden.

Das Aufbringen der Innenelektrode 5 auf die Innenfläche und der Außenelektrode 6 auf die Außenfläche der Meßröhre 1 kann beispielsweise auf die im folgenden beschriebene Weise erfolgen. Feinteilige Pulver aus Platin und einem {Kunst-)Harz werden unter Zugabe eines Lösungsmittels miteinander vermischt. Das erhaltene Gemisch wird auf Innen- und Außenfläche der Meßröhre 1 aufgetragen und dann gebrannt oder gesintert (baked). Dabei verdampft das Harzpulver, so daß je eine poröse, aus Platin bestehende Innenelektrode 5 und Außenelektrode 6 auf Innen- bzw. Außenfläche der Meßröhre 1 zurückbleiben.

Die Meßröhre 1 wird auf die durch den Pfeil in Fig. 2 angedeutete Weise mit einem Standard- oder Bezugsgas, das Wasserstoff oder (Wasser-)Dampf in einer vorgeschriebenen Konzentration enthält, beschickt oder gefüllt. Ein in Fig. 2 dargestellter EMK-Detektor 14 dient zur Messung einer elektromotorischen Kraft (EMK), die zwischen Innen- und Außenfläche der Meßröhre 1 aufgrund der Konzentrationsdifferenz zwischen Wasserstoff oder Dampf in dem in der Meßröhre 1 enthaltenen Bezugsgas einerseits und Wasserstoff oder Dampf in einem in der Kammer 2 befindlichen, zu untersuchenden Gas oder Meßgas andererseits erzeugt wird. Ein erster Leiter 13 verbindet die Innenelektrode über den Ringanschluß 4 der Meßröhre 1 mit dem einen Anschluß des EMK-Detektors 14, während ein zweiter Leiter 13' die Außenelektrode 6 über die Dichtung 11 und die Büchse 7 mit dem anderen Anschluß des Detektors 14 verbindet.

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Die MeßrÖhre 1 wird durch Einschrauben der Büchse 7 unter Zwischenfügung einer weiteren Dichtung 15 in die Bohrung 2b in der Wand 2a der das Meßgas enthaltenden Kammer 2 so befestigt, daß zumindest ihr Spitzenteil in die Kammer 2 hineinragt, worauf die Meßröhre 1 mit dem beschriebenen Bezugsgas gefüllt wird.

Die auf die vorstehend beschriebene Weise erzeugte elektromotorische Kraft wird über die beiden Leiter 13 und 13' zum EMK-Detektor 14 übertragen und durch diesen gemessen. Da die vom Detektor 14 gemessene elektromotorische Kraft eine proportionale Beziehung zur Konzentrationsdifferenz zwischen Wasserstoff oder Dampf im Bezugsgas einerseits und Wasserstoff oder Dampf im Meßgas andererseits besitzt, kann die Wasserstoff- oder Dampfkonzentration im Meßgas anhand der gemessenen elektromotorischen Kraft bestimmt werden.

Wie vorstehend beschrieben, besteht die erfindungsgemäße Meßröhre 1 unter Bildung eines materialeinheitlichen, reagensglasartigen Körpers aus dem Festelektrolyten, im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem die aus dem Festelektrolyten bestehende Spitze am unteren Ende des Rohrkörpers der Meßröhre angebracht ist. Selbst bei einer Ausdehnung oder Zusammenziehung der Meßröhre 1 aufgrund einer Temperaturänderung des Meßgases treten daher in keinem Fall Risse im Spitzenteil der Meßröhre 1 auf, wie dies bei der bisherigen Meßröhre häufig der Fall ist. Zudem verbinden der erste Leiter 13 die Innenelektrode 5 mit dem einen Anschluß des EMK-Detektors 14 über den Ringanschluß 4 der Meßröhre 1 und der zweite Leiter 13' die Außenelektrode 6 mit dem anderen Anschluß des Detektors 14 über die Dichtung 11 und die Büchse 7. Da infolgedessen die beiden Anschlüsse des ersten Leiters 13 an der Innenelektrode 5 und des zweiten Leiters 13'

an der Außenelektrode 6 nicht dem Stromungseinfluß des Bezugsgases bzw. des Meßgases ausgesetzt sind, kann an ihnen - im Unterschied zur bisherigen An-Ordnung - kein Bruch auftreten.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die sich von derjenigen nach Fig. 2 dadurch unterscheidet, daß ein Standard- oder Bezugsgas-Speiserohr 16 für die Zufuhr des Bezugsgases zur Meßröhre 1 konzentrisch in letztere eingesetzt und ein Bezugsgas-Auslaß 17 in dem am offenen Ende der Meßröhre 1 angebrachten Ringanschluß 4 ausgebildet ist. Das z.B. aus Porzellan bestehende Speiserohr 16 ist durch eine an der Oberseite des Ringanschlusses 4 angeordnete Kappe 4a hindurch konzentrisch in die Meßröhre 1 eingeführt und an der Kappe 4a z.B. mit Hilfe eines Klebmittels befestigt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird das Wasserstoff oder Dampf in einer vorgeschriebenen Konzentration enthaltende Standard- oder Bezugsgas über das Speiserohr

16 in die Meßröhre 1 eingeleitet und über den Auslaß

17 abgeführt. Die Meßröhre 1 wird somit ständig vom Bezugsgas durchströmt.

Erfindungsgemäß werden somit eine große Dauerhaftigkeit oder Standzeit der Vorrichtung erzielt und stabile, genaue Messungen über einen langen Zeitraum hinweg unabhängig von Temperaturänderungen des Meßgases gewährleistet. Die Erfindung bietet damit einen großen industriellen Nutzeffekt.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Wasserstoff- oder (Wasser-)Dampfkonzentration in einem Gas, umfassend

eine Meßröhre, bei der zumindest der geschlossene Spitzenteil aus einem Festelektrolyten, hauptsächlieh in Form eines Gemisches aus Strontium- und Ceroxid gebildet ist und die mit einem Wasserstoff oder Dampf in einer vorgeschriebenen Konzentration

. enthaltenden Standard- oder Bezugsgas gefüllt ist,

ein Befestigungsmittel zur Befestigung der Meßröhre an oder in der Wand einer Kammer, in der ein zu untersuchendes Gas oder Meßgas vorhanden ist, in der Weise, daß zumindest der Spitzenteil· der Meßröhre in die Kammer hineinragt, eine auf die Innenfläche zumindest des Spitzenteiis \

der Meßröhre aufgebrachte poröse Innenelektrode *

und eine auf die Außenfläche zumindest dieses *■' Spitzenteils aufgebrachte poröse Außenelektrode, derart, daß letztere der Innenelektrode unter Zwischenfügung des Festelektrolyten zugewandt ist bzw. gegenüberliegt,

einem EMK-Detektor zur Messung einer elektromotorischen Kraft, die zwischen Innen- und Außenfläche zumindest des Spitzenteils der Meßröhre aufgrund (unter dem Einfluß) der Konzentrationsdifferenz zwischen Wasserstoff oder Dampf in dem in der Meßröhre befindlichen Bezugsgas einerseits und Wasserstoff oder Dampf in dem in der Kammer befindlichen Meßgas andererseits erzeugt wird, ^und

einen ersten Leiter zur Verbindung der Innenelektrode mit dem einen Anschluß des EMK-Detektors

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sowie einen zweiten Leiter zur Verbindung der Außenelektrode mit dem anderen Anschluß des EMK-Detektors,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Meßröhre (1) unter Bildung eines reagensglasartigen, materialeinheitlichen Körpers vollständig aus dem Festelektrolyten geformt ist und in ihrem Mittelbereich einen nach außen ragenden Bund (3) und an ihrem offenen Ende einen elektrisch leitenden Ringanschluß (4) aufweist,

das Befestigungsmittel eine elektrisch leitende Büchse (7) umfaßt, die in eine Bohrung in der Wand der das Meßgas enthaltenden Kammer (2) eingesetzt ist und eine dem Bund (3) der Meßröhre (1) angepaßte {komplementäre) Ausnehmung (8) sowie eine in der Ausnehmung (8) in elektrisch leitender Beziehung angeordnete, elektrisch leitende Dichtung (11) aufweist, wobei der Bund (3) der Meßröhre (1) i-ⁿ der Ausnehmung (8) so gehaltert ist, daß zumindest der Spitzenteil der Meßröhre (1) in die Kammer hineinragt,

die Innenelektrode (5) praktisch auf die gesamte Innenfläche der Meßröhre (1) aufgebracht und an ihrer Endkante mit dem Ringanschluß (4) der Meßröhre (1) verbunden ist,

die Außenelektrode (6) praktisch auf die gesamte Außenfläche des unterhalb des Bunds (3) befindlichen Abschnitts der Meßröhre (1) aufgebracht und an ihrer Endkante mit der Dichtung (11) der Büchse (7) verbunden ist,

der erste Leiter (13) die Innenelektrode (5) über den Ringanschluß (4) der Meßröhre (1) mit dem einen Anschluß des EMK-Detektors (4) verbindet und

der zweite Leiter (13¹) die Außenelektrode (6) über die Dichtung (11) und die Büchse (7) mit dem anderen Anschluß des EMK-Detektors (14) verbindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßröhre (1) ein konzentrisch in sie eingeführtes Standard- oder Bezugsgas-Speiserohr (16) zum Einführen des Bezugsgases in die Meßröhre (1) aufweist.

ORIGINAL INSPECTED