DE3028270C2 - Meßanordnung zur Messung von Sauerstoff-Partialdrücken - Google Patents

Description

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 sauerstoffionenleitenden 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 Dreiphasenkontakt im Bezugsraum zwischen dem Festkörperelektrolyten, der Bezugselektrode und dem Bezugsgas.

Aus der DD-PS 55 156 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung des Sauerstoffgehalts von flüssigen Metallen bekannt geworden, die aus einem rohrförmigen Behälter aus einem Sauerstoffionen leitenden Material besteht, auf dessen Boden eine Schicht aus Zirkondioxid aufgesintert ist. Das Referenzgas wird durch ein Innenrohr in den Referenzraum geleitet.

Bei dieser bekannten Anordnung besteht der erforderliche Dreiphasenkontakt nur so lange, wie die aufgesinterte Zirkondioxid-Schicht völlig gasdurchlässig, ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei den hohen Meßtemperaturen mit jedem neuen Meßzyklus diese Sinterschicht mehr und mehr dichtsintert so daß in kurzer Zeit kein ausreichender Dreiphasenkontakt mehr besteht.

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, •■ο Der Festkörperelektrolyt (Ionenleiter) ist in den meisten Fällen Zirkondioxyd, das gegebenenfalls dotiert sein kann, und der Innenleiter besteht ebenso wie die Meßelektrode 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.

Gemäß der Erfindung 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 zweckmäßigerweise auch den Innenleiter auf, der auf der Außenoberfläche des Röhrchens wendelförmig zurückgeführt sein kann.

In den meisten Anwendungsfällen ist eine gleichzeitige Temperaturmessung erforderlich. Zu diesem Zwecke wird zweckmäßigerweise 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 Zirkondioxidpulver von nicht zu feiner Körnung in das den Referenzraum umschließende Rohr gefüllt wird, sintert es bei den vorherrschenden hohen Meßtemperaturen und bildet einen mechanisch und elektrochemisch guten Kontakt zu der Platinwendel.

Das zur Herstellung des Sinterkörpers verwendete Material ist vorzugsweise der gleiche Festkörperelektrolyt, aus dem die Ionenleiterwand besteht, z. B. also ZrÜ2, jedoch kann auch ein anderes sauerstoffionenleitendes Material verwendet werden. Der Sinterkörper besitzt eine ausreichende Porosität, um von dem Referenzgas vollkommen durchdrungen werden zu können. Die hier beschriebene Innenableitung (Referenzelektrode) kann natürlich in gleicher Bauweise auch als Außenableitung (Meßelektrode) verwendet werden. Ebenso kann der Hohlraum mit der erfindungsgemäßen Anordnung als Meßraum verwendet werden.

In der Zeichnung ist eine Meßanordnung gemäß der Erfindung dargestellt.

F i g. 1 ist ein Schnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 2 ist ein Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung.
Wie F i g. 1 zeigt, besteht die neuartige Meßanordnung 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 T für das Referenzgas, und ein Deckel 9 schließt den Referenzraum ab.

Das Ende des Innenleiters ist auf der Oberfläche des Ir, nenröhrchens 5 wendelförmig geführt.

In F i g. 2 sind die entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet wie in Fig. 1. Zum Unterschied zu Fig. 1 besteht hier das Rohr ϊ aus Metall, das unten durch eine Tablette 3 aus den- Festkörperelektrolyten dicht verschlossen ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Meßanordnung zur Messung von Sauerstoff Partialdrücken. bei welcher der das sauerstoffhaltige Referenzgas und den Innenkontakt enthaltende Raum durch ein Rohr aus einem sauerstoffionenleitenden Festkörperelektrolyten gebildet ist, wobei in diesem Referenzraum ein die Messung ermöglichender Dreiphasenkontakt zwischen diesem Sauerstoffionenleiter, diesem Innenkontakt und diesem Referenzgas dadurch ermöglicht wird, daß dieser Referenzraum zumindest teilweise von einem diesen Innenkontakt und diesen Sauerstoffionenleiter berührenden Sinterkörper ausgefüllt ist, der selbst sauerstoffionenleilend ist, gekennzeichnet durch ein in diesen Sinterkörper reichendes Rohr aus nichtleitendem Werkstoff zur Einleitung dieses Referenzgases.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Referenzraum durch ein Metall- oder Keramik-Rohr gebildet ist, das unten durch eine Tablette aus dem Festkörperelektrolyten dicht verschlossen ist.

3. Meßanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Rohr in einer Höhe von etwa 0,5 bis 5 cm mit diesem Sinterkörper gefüllt ist.

4. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein in diesem Sinterkörper angeordnetes Thermoelement.

5. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Rohr aus nichtleitendem Werkstoff auch zur Aufnahme dieses Innenkontakts und/oder zur Aufnahme der Zuführungsdrähte für dieses Thermoelement dient.

6. Meßanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Innenkontakt durch dieses Rohr geführt ist und unter Ausbildung mehrerer Windungen auf der Außenoberfläche dieses Rohres endet.