顺磁性的氧测量装置以及用于制造和用于操作这种氧测量装置方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种顺磁性的氧测量装置以及用于制造和用于操作这种氧测量装置方法。这里，为了能够达到实现短的反应时间的目的，可使测量装置适当小型化；另外，测量装置具有高度的功能整合，可依具有可再现性的设备参数加以制造。另一个目的是，能以一种合适的方式实现绕流，使之能适配小型化的测量室，从而获得具有短的反应时间的一种测量装置，本发明专利技术提出如下设计：试样体保持在一个弹簧装置上，并安置在一个装配框架内；试样体、弹簧装置和装配框架材料接合地彼此相连，按平面结构方式构造而成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，如权利要求1、2、3和21、22及23的前序部分所述。
技术介绍
在现有技术中，已知有两种主要的测量方法用于测量气体混合物中的氧含量。在所谓的在氧化锆表面的基础上进行工作的固体电解质-传感器中，化学反应导致产生一种离子流，该离子流与氧含量成正比地给出测量效应。形成另一种方法的是物理传感器，这类传感器不以化学反应为前提，而是使用氧分子的顺磁性质。氧分子经受到沿着一个磁场向更高场强的场强梯度的偏转力。其中，发生一个测量室的一种绕流，磁场经过极靴而被带入到该绕流中。于是，产生氧的富集，例如在一个磁路的极靴之间。在此又存在两种不同的固有测量计值的方法。在本专利技术及其发展方案中所用的结构形式都涉及一种配有测量室的测量装置，在该测量室中可转动地安置了一个哑铃状的试样体或一个置换体。于是，试样体的偏转是通过空隙中的气体的密度不同于周围气体室中的气体的密度而实现的。其中，所产生的哑铃形试样体的偏转是对于氧浓度的直接尺度。这时，哑铃状试样体可旋转地在其重心悬置，其旋转轴亦延伸通过其重心。利用安装在其上的反射镜和光学元件，该装置-亦称之为光秤，可实现高度灵敏的位置探测，这时的试样体的偏转亦是对于测量气体中所存在的氧浓度的一个尺度。一个被安置在哑铃状试样体上的线圈可以在磁场内向哑铃状试样体施加一种复位力。在所获得的信号和氧浓度之间得出一种线性关联，此时作为测量值，对流量加以计值，该流量是为了在没有氧的情况下将试样体送回到其原始位置上所需要的。这种测量方法在DE 230 18 25 A1中公开过。该方法固然能够实现氧含量的高灵敏测量，但在已知的传感器中仍有如下缺点采用常规方法制出的试样体达不到短的反应时间。因此，该装置会比较惰性。这种情况在下述条件下尤其如此，即，当哑铃状试样体和气体室相应地设计为大容积时，如在已知的测量装置上那样。为了能够制成具有小的气体体积和小的哑铃状试样体的这种顺磁性的氧测量装置，就不能再使用常规的方法。为此，该装置必须配置气体输入导管和排出导管以及相应的电气部件和磁性部件，其中对常规结构形式上的小型化有很大限制。对于达到短的响应时间的另一个问题是在相应小型化的测量装置上仍须保证测量气体的有利绕流。其中，必须满足既要尽可能快速实现气体交换同时又要减小气体流中的变化对试样体的影响的各项要求。当然，在这种测量装置小型化的情况下，污染也会起着明显的不良作用，所以必须加以避免。
技术实现思路
从上述状况出发，本专利技术的目的是，进一步改进所述的那种顺磁性的氧测量装置，以达到一方面，为了取得短的响应时间，可以实现测量装置的适合的小型化；另一方面，测量装置的制造能够高度功能整合地可靠进行，具有可再现的设备参数；能以这样一种合适的方式实现绕流，即，使得该绕流适配于小型化的测量室，从而获得一种具有短的反应时间的测量装置。按照本专利技术，所提出的目的针对按照权利要求1的前序部分所述的顺磁性的氧测量装置，是通过权利要求1中特征部分的特征得以实现的。在依本专利技术的所提出的目的的解决方案中，一个变型方案或一项发展是由权利要求2中所述特征给定的。考虑到所提出的目的，在权利要求3中，针对一种更有利的绕流，给出了本专利技术的一种结构形式。顺磁性的氧测量装置的其他有利发展在从属权利要求4至20中述及。考虑到按照权利要求21前序部分所述的一种方法，针对制造方法所提出的目的，依本专利技术，是通过权利要求21特征部分的特征得以实现的。考虑到符合所提出的目的的小型化测量室的合适结构，依本专利技术，测量室是采用具有权利要求22中所述特征的制造方法得以实现的。考虑到适合于顺磁性的氧测量装置运行的一种操作方法，依本专利技术，该氧测量装置是通过权利要求23特征部分的特征得以实现的。本专利技术提出的如权利要求1所述的结构形式的核心在于试样体保持在一弹簧装置上并安置在一个装配框架内；试样体、弹簧装置和装配框架是材料接合地彼此相连而呈平面结构(扁平结构)，例如通过腐蚀工艺，或者也可通过冲压工艺加工出来。与现有的结构形式有所不同的是，试样体不是通过一种后配的悬挂装置而是按一种张力带形式被保持的。这种保持是通过整体式结合的弹簧实现的。各弹簧是如此安置的，使得它们允许试样体围绕一中轴线旋转或者作另一弹性运动(线性移动)。总之，各弹簧在不偏移的状态中是平的，也就是说与哑铃状试样体处于一个平面中。与当前已有的结构形式相比，传感器的尺寸大大减小了，其中，传感器的小型化达到了所求的减小气体体积的目的。从而可以更快速地实现测量气体的更换，即使这时流速减小，亦能如此。响应时间由此变短，测量误差减少，流动的气体对试样体的作用也减小了。考虑到该氧测量装置的细节构造，本专利技术的核心在于该测量装置，包括一个测量室、极靴和磁体，由呈夹层式的多个平面结构的功能层组成。其中，一层一层地彼此叠置，再利用接合技术彼此连接起来，从而产生一个密致的气体室，该气体室可以被事先布置的空隙和通道绕流。通过采用激光切割技术以使各个层结构化，也可使用高温稳定性的材料如陶瓷。这就是从该夹层式结构中获得的直接优点。切割激光的简单而又极准确的可控制性，可以制造出复杂的几何构形，具有甚高精密度，而且在制造工艺上还具有很高的可重复性。在采用这种结构化过程中，也可为日后的装配做出必要的标记。准确的止挡棱边和装配孔等也是用得着的。考虑合适的绕流，本专利技术的核心在于测量室具有一种平面结构的哑铃体，该哑铃体垂直于平面至少有一个测量气体输入口和至少一个测量气体输出口，从而使得测量室可以垂直于该平面地绕流。作为对此有利的结构形式，可用一种扁平结构形式的顺磁性的氧测量装置，如上面已就平的测量室和叠层结构形式所设定的那样。按这样一种装置，传感器单元的尺寸小了很多。其中，测量气体首先在测量单元外面平行于传感器平面而分布到整个传感面上，这一过程很快完成，因为在这一范围内要实现任意的气体横断面和速度，而不会妨碍传感器的试样体。于是，快速的气体交换就沿着最小的传感器单元尺寸的方向，即垂直于传感器平面，也就是垂直于平面地予以实施，因为在这一方向中测量气体必定越过最短的距离。其中，为了能够使测量气体进入到传感器单元中，在平的结构的平面中的大面积的测量单元壁是如此设计的，使得它们在一些确定的位置处可以让气体无阻碍地通过，此外，按另一项有利的发展，还可截止微粒物和液体，也就是说，它们是可半渗透性的。于是所获得的气体扩散也可用于气体稳定，从而依本专利技术所达到的小型化测量室或者说小型化的哑铃形试样体不会受到流体压力的加载。作为其他的有利发展，概述如下试样体的至少一侧设计成反射镜或者加以反射性涂层，或者整体上包含一个反射镜。在这种情况下也就可以放弃涂层，只是基于试样体材料的折射率差利用一种反射，并以周围的气体进行工作。反射镜同一个与之相应的光束共同形成一个所谓的光秤，该光秤检测试样体的旋转。在另一项有利的发展中，作了如下设定至少将一个补偿线匝蒸渗镀在或添加在试样体上。这一补偿线匝用来补偿由于氧所引起的对试样体的力。通过传感器高度的减小，便可减小磁路的极靴的间距。这一情况又会引起较大的磁场强度，从而达到氧的更大富集，并从而提高传感器或者说测量装置自身的灵敏度。按另一项有利的发展，试样体可以设计成内空的。试样体这种空心的设计形式可导致进一步减少响应时间，但其制造工本文档来自技高网...

【技术保护点】
顺磁性的氧测量装置，配有一个哑铃形的、可活动地或弹性地保持的试样体，该试样体在一测量室中的一个不均匀磁场内被测量气体所绕流，其特征在于：试样体保持在一个弹簧装置上，并安置在一个装配框架内；试样体、弹簧装置和装配框架材料接合地彼此相连，按平面结构方式构造而成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B安德列斯，H齐格施米特，J格布哈特，P克里普纳，T鲍尔，M韦茨科，P萨茨，
申请(专利权)人：ABB专利有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]