DE3028270A1 - Messung von sauerstoff-partialdruecken - Google Patents

Description

• Beschreibung
• Die Erfindung bezieht sich auf die Messung von Sauerstoff-Partialdrücken in z.B. Schmelzen oder Gasen, insbesondere bei hohen Temperaturen. Solche Messungen erfolgen im allgemeinen unter Verwendung eines sauerstoff ionenleitenden Festkörperelektrolyten, der den das zu messende Medium und die Meßelektrode enthaltenden Raum von dem das Bezugsgas und die Bezugselektrode enthaltenden Raum trennt.
• Problematisch ist bei solchen Meßanordnungen der die Messung überhaupt erst ermöglichende Dreiphasenksntakt im Bezugsraum zwischen dem Festkörperelektrolyten, der Bezugselektrode und dem Bezugsgas.
• Als Innenkontaktierungen wurden bisher beschrieben bzw.
• benutzt: 1. Platin-Anstriche, sogenanntes'Leitplatln'', das durch Auftragen, Trocknen und Einbrennen auf den Festkörperelektrolyten gebracht wird. Diese Anstriche haben folgende Nachteile: a) Leitmetalle enthalten organische Bindemittel, Suspendierungsmittel u.ä., die die Gefahr einer Xohlenstofbildung bieten und damit einer späteren Legierung von Platin und Kohlenstoff mit allen daraus resultierenden Nachteilen; b) Uberzüge, die aus Leitmetallen resultieren, sind in den meisten Fällen sehr dichte Überzüge, die die Bildung der beschriebenen Dreiphasengrenze nicht in ausreichendem Maße garantieren und damit auch die Einstellung des Gleichgewichts unsicher machen; c) das aufgetragene Platin dif fundiert wegen der geringen Abmessung der platinteilchen bei den notwendigerweise hohen Temperaturen der Messung in den Festkörperelektrolyten ein und ist damit verloren; d) wegen c) wird der Xontakt Leitplatinübe;zug/P1atin-Draht leicht unterbrochen.
• 2. Platinlösungen, z.B. H2 LPtC162 in saurer Lösung (HC1X, die durch Auftropfen auf das heiße Zirkondioxid zersetzt werten und poröse Platinüberzüge bilaen. Diese Platinüberzüge haben folgende Nachteile, wenngleich sie porös genug sind: a) Die Verteilung des gebildeten Platins und seine absolute Menge sind so gering, daß außerordentlich schnelle Abaiffusion des Platins erfolgt; b) eine Folge hiervon ist die Unterbrechung des Kontakts Platin (Schicht)/Platin (Draht); c) es ergibt sich eine nur unvollkormene (wenn überhaupt mögliche) sichere Kontaktierung der gebiideten Platinschicht mit dem kontaktierenden Platindraht; d) durch die geringe enge des Platins erfolgt bei der hohen Meßtemperatur leicht vollständige Sublirnation und damit Verlust des gesamten Platins.
• 3. Kontaktierung mit Platindraht. Hier bestehen folgende Nachteile: a) Ungenügende Kontaktierung und damit nicht ausreichende Driphasegrenze.
• b) Hohe Ernpfindlichkeit gegenüber mechanischen Berührungen.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine einfach herstellbare und zuverlässig funktionierende Innenableitung (Dreiphasenkontakt) bei Meßanordnungen der eingangs beschriebenen Art. Dieses Ziel wird mit einer Meßanordnung gemäß den Patentansprüchen erreicht.
• Der Festkörperelektrolyt (Ionenleiter) ist in den meisten FäLlen Zirkondioxid, das gegebenenfalls dotiert sein kann, und der Innenleiter besteht ebenso wie die Neßelektrode vorzugsweise aus Platindraht.
• Gemäß einer Ausführungsform bildet der Festkörperelektrolyt ein Rohr, das den Referenzraum umschließt, oder er bildet eine Tablette, mit der ein Rohr aus z.B. Metall oder Keramik unten abgeschlossen ist. Dieses Rohr braucht nur bis zu einer bestimmten Höhe von z.B. 0,5 bis 5 cm mit dem Sinterkörper gefüllt sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfinaung ist in den Referenzraum ein dünnes Rohr aus nichtleitendem Werkstoff geführt, das bis in den Sinterkörper reicht, und durch das das Referenzgas geleitet wird. Dieses Röhrchen nimmt zweckäßigerweise auch den Innenleiter auf, der auf der Außenoberfläche des Röhrchens wendelförmig zurückgeführt sein kann.
• In den meisten Anwendungsfällen ist eine gleichzeitige Te;nLraturmessung erforderlich. Zu diesem Zwecke wird zweckmäßlgerweise ein Thermoelement an der Spitze des Rohres, also in dem Sinterkörper angeordnet, und dessen Zuleitungen können durch das vorstehend erwähnte Röhrchen geführt sein.
• Der erfindungsgemäße Sinterkörper bildet sich in den meisten Fällen von selbst während der ersten Anwendung der Meßanordnung. ' Wenn z.B. ein ZirkondioxidDulver von nicht zu feiner Körnung in das den Referenzraum umschließende Rohr gefüllt wird. sintert es bei den vorherrschenden hohen Me3temperaturen und bildet einen mechanisch und elektrochemisch guten Kontakt zu der Platinwendel.
• Das zur Herstelluna des Sinterkörcers verwendete Material ist vorzugsweise der gleiche Festkörnerelektrolyt, aus dem die lonenleiterwand besteht, z.B. also ZrO2, jedoch kann auch ein anderes sauerstoffionenieitenàes Material verwendet weraen. Der Sinterkörper besitzt eine ausreichende Porosität, um von dem Referenzgas vollkommen durchdrungen werden zu können. Es empfiehlt sich, während des Sintervorgangs die Pulvermasse von dem Referenzgas durchströmen zu lassen.
• Die hier beschriebene Innenableitung (Referenzelektrode) kann natürlich in gleicher Bauweise auch als Außenableitung (Meßelektrode) verwendet weraen. Ebenso kann der Hohlraum mit der erfindungsgemäßen Anordnung als Meßraum verwendet werden.
• In der Zeichnung ist eine Meßanordnung gemäß der Erfindung dargestellt.
• Figur 1 ist ein Schnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung, und Figur 2 ist ein Schnitt durch eine andere Austührungsform der Erfindung.
• tfir Figur 1 zeigt, besteht die neuartige tseBanordnung aus einem Rohr 1, das den Referenzraum 2 umschließt. Der untere Teil des Rohres 1 nimmt den Sinterkörper 4 auf, in den das Innenröhrchen 5,enthaltend die Innenableitung 6, die Zuführungsleitung 7 für das Referenzgas, und das Thermoelement 8 mit dem Spannungsmesser 8', reicht.
• Aus dem Referenzraum führt ein Austrittsröhrchen 7' für das Referenzgas, und ein Deckel 9 schließt den Referenzraum ab.
• Das Ende des Innenleiters ist auf der Oberflache des innen röhrchens 5 wendelförmig geführt.
• In Figur 2 sind die entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet wie in Figur 1. Zum Unterschied zu Figur 1 besteht hier das Rohr 1 aus Metall, das unten durch eine Tablette 3 aus dem Festkörperelektrolyten dicht verschlossen ist.

Claims (7)

1. Messung von Sauerstoff-Partialdrücken Patentansprüche: 1. Meßanordnung zur Messung von Sauerstoff-Partialdrücken, @@@ welcher der aas sauerstoffhaltige Referenzqas und den Innenkontakt enthaltende Raum von dem das zu messende M@@@um enthaltenden Raum durch eine Wana aus einem sauerstoffionenleitenden Festkörperelektrolyten getrennt ist, wobei in diesem Referenzraum ein Bie Messung ermöglichender Dreiphasenkontakt zwischen diesem Sauerstoffionenleiter, diesem Innenkontakt und diesem Referenzgas besteht, oacurch gekennzeichnet, daß dieser Referenzraum zumindest teilweise von einem ciesen Innenkontakt und diesen Sauerstoffionenleiter berührenden Sinterkörper ausgefüllt ist, der selbst sauerstoffionenleitend ist.
2. 2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dIeser Referenzraum durch ein Rohr aus diesem Festkörperelektrolyten gebildet ist.
3. 3. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Referenzraur durch eIn Metall- oder Keramik-Rohr gebildet ist, das unten durch eine Tablette aus dem Festkörpereiektrolyten dicht verschlossen ist.
4. 4. Meßanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, das dieses Rohr in einer Höhe von etwa 0R5 his 5 cm mit diesem Sinterkörper gefüllt ist.
5. 5. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein in diesem Sinterkörper angeordnetes Thermoelement.
6. 6. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein in diesen Sinterkörper reichendes Rohr aus nichtleitenaem Werkstoff zur Einleitung dieses Referenzgas und/oder zur Aufnahme dieses Innenkontakts und/oder zur Aufnahme der Zuführungsdrähte für dieses Thermoelement.
7. 7. Meßanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Innenkontakt durch dieses Rohr geführt und unter Ausbildung mehrerer Windungen auf der Außenoberfläche dieses Rohres endet.