[发明专利]在一种气体混合物中测量某种气体浓度的方法和用于测量气体浓度的一种电化学传感器

说明书

本发明涉及在一种气体混合物中测量某种特定气体浓度的方法，此方法借助于一种配置有第一个和第两个电极的电解液，此电解质与连接在一个电源上的电极一起置于气体混合物之外，其中，此电源提供流过电极和电解质的电流，此电流与离子浓度相关并且作为气体浓度的信号加以测量。本发明还涉及一种电化学传感器。

在专利US-PS 4,190,499中公开了一种在氧气过剩的混合气体中确定燃烧物质的方法，其中，彼此相对放置的第一电极和第二电极的混合气体送入通导氧离子的固态电解物质。其中，这两个电极在某特定温度下相对于气体混合物具有不同催化活性的不同的材料构成，由在每个电极上作为不同催化活性的结果而产生的氧电势的区别形成在固态电解槽中氧离子的导电性，它将产生一个电信号，其大小标志着在气体混合物中瞬时燃烧物质，即甲烷、氧以及碳的成分。由于不同电极材料而发展起来的热电动势应从电压角度或者电流的角度加以分析。如果在气体混合物中没有燃烧物质或可燃材料，则不形成电势差。

此发明方法的缺点在于用于产生热电动势的装置比较昂贵并且调节温度比较困难。

此外，在专利EP-OS0019731中公开了一种用于确定在气体中、特别是在内燃发动机的废气中氧含量的极谱测量传感器，此传感器具有一个通导氧离子的固态电解物质和一个阳极以及一个阴极，在阳极与阴极之间加上恒定的电压，此阴极由作为扩散垫叠的一个带有许多微孔或沟道的薄层覆盖并且采用一种在热力学气体平衡的调整方面具有催化活性的材料，而阳极是由不具催化活性的材料构成的，两个电极在按照扩散临界电流原理工作的测量传感器上与待测气体接触。

此发明的缺点特别在于由于扩散势垒而使限流比较困难并且因此而限制了测量范围。

此外，在US-PS 5,344,549中公开了一种用于确定氧快速压力的方法以及一种氧快速压力传感器；具有可变电子导电性的一种固态电解物质配置两个电极，这两个电极中只有一个电极上有许多微孔并与待测气体接触，而另一个电极作为所谓封闭电极而不与待测废气接触。氧离子在固态电解质中不能流动。

由于特殊的固态电解质的密封措施致使此传感器的构成比较昂贵。

在专利US-PS 4,199,425中公开了一种具有两个白金电极的固态电解质废气传感器，是为测量在废气中的氧和一氧化氮而研制的；外面的电极上有一个含铑的陶瓷保护层(氧化铝)，其中，应通过填加铑保持化学平衡并且进行一氧化氮的测量。

在专利DE-OS 37 37 215中公开了一种用于确定在气体中、特别是在内燃发动机的废气中的氧含量的电化学传感器，其中具有一种固态电解质和至少一个作为测量传感器的电极，此电极安置在固态电解质接触待气体的一侧，其中，此测量传感器包括一层由氧化铝构成的多微孔的陶瓷保护层和/或镁尖晶石方阵，其中填充二氧化锆微粒。作为催化活性材料在保护层的方阵中填加白金或白金合金粒子，其中一个电极接触待测气体混合物，而另一个电极与附加的参考气体接触。

在专利US-PS 4,221,650中公开了一种监视内燃发动机的废气中的氧含量的氧气传感器。此传感器具有一个通导氧离子的二氧化锆固态电解质，在氧化铝中有15％至50％的体积色散氧化物复合，其中，固态电解质与相互之间有一定距离的两个电极接触；此传感器由一侧封闭的圆管构成，其中，在倒圆角的密封的终端的二氧化锆采用氧化钇进行稳定。电极位于电解质的两侧，其中传感器的外表面上有一个多孔的绝缘层，例如镁尖晶石。

此外，在专利US-PS 3,960,693中阐述了一种在废气中，特别是内燃发动机的废气中确定氧浓度的电化学装置，其中一个管状固态电解质带有一个由两个相距一段距离的开口终端构成的通道。在两个终端之间安装有内部环绕的凸肩；由通导离子的固态电解质构成的管状部分具有一个密封的第一部分，它是由开口终端中的一个形成的，以及第二部分，它是由通道延伸的并且具有一个外部环绕的凸缘；无论是在其外面还是在其内表面，管状部分均具有一个通导电子的催化层，此层例如可由白金构成，外部与环境气氛接触的那一层作为测量电板。

在专利US-PS 4,152,234中公开了一个具有管形固态电解质的氧传感器，其一端密封，在此终端部分具有一个白金的内电极和一个催化活性的通导电子的外电极，此外电极同样含有白金并且通过蒸发、阴极溅射，火焰喷涂或厚膜工艺涂敷在烧结二氧化铣的外表面上。