测氧传感器制造技术

用于玻璃制造过程中熔融金属浴的测氧探子包括由细长管件（６）构成的探子体（４），其一端由构成可使氧离子通过的固体电解质的稳定氧化锆制成的单独顶端（８）封闭，该管件（６）由不同于氧化锆的耐热材料制成，连到氧化锆顶端（８）内表面上的第一电极（１６），宜于与接触熔融金属接地端相连的接地装置以及连在第一电极（１６）和接地装置（２６）间的电压测定装置（２４）。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于制造玻璃的熔融金属浴的测氧探子及其应用方法。在用熔融锡或其合金浴支持前进的玻璃带的浮法玻璃工艺中氧为主要杂质，据信氧可以几种方式直接或间接降低玻璃质量，其中可能导致低质表面层，CO气泡，锡斑缺陷及吸锡缺陷。在浮法玻璃生产工艺中浴气氛要进行控制，其中一般是保持氮和氢气氛，但实际上不可能完全从浴中排除氧，其中氧可从多种途径进入浴中，如经出口密封处，经观察窗和侧面密封处的缝隙进入作为气氛进料杂质或与玻璃本身成为溶解氧化物(如SO2和H2O)，然后与气氛中氢，锡和玻璃本身发生系列反应，而试图将杂质降到特定值以下又不经济，不过可将进入量降到一定水平，使其破坏作用几乎不出现或完全不出现。很显然，重要的是知道存在的氧量，从而在其上升时采取适当步骤以防止进一步污染，而受污染的玻璃及其污染程度又易于鉴别。锡的氧量可用常见分析方法测定，其中取出样品，将其与碳真空反应测定生成的一氧化碳量，但此过程太长，若要达到要求精确程度需要极其小心并要求极熟练操作，因此很少进行这种测定。浴受氧污染的化学状态也可定期监测，其中采用间接装置如大气提取技术，测定锡量或表面层品级。提取技术表明大气污染程度，但不一定能示出锡中污染程度的任何情况。而且，提取技术中取样管易受阻。而锡量和表层品级是用玻璃进行的测定，可表明表面中存在的锡量，该量又与氧污染程度直接有关。由于这些试验用产品进行，所以肯定有时间滞后并且结果几乎不显示浴中污染分布状况。已知的就地测定熔融锡中氧量的技术应用位于浴中的测氧探子伸入熔融锡中，可参见US3625026，其中包括管状氧化锆体，其中已掺杂以诱使氧离子导电并因此构成固体电解质。管内部通电并直接通到熔融锡中，锡作为导体构成与管外部相通的通电途径。因此可有效地建立起电解池，是锡管内部氧浓度形成的，其中采用了固体氧化锆电解质，并且与熔融电解池中氧浓度分开，其中emf表明了探子外侧的氧浓度。向管内部供入恒定氧浓度的气体可从管外测得氧浓度绝对值。但该探子还有许多问题，其中氧化锆探测体极易脆并且对探子插入温度常为700℃的熔融锡时带来的热冲击很敏感，而且氧化锆热膨胀系数高，因此在将其插入时在其体内会形成很大的应力，使探子易裂。此外还有另一热效应，即探子长期应用时也可使其破裂。加掺杂剂使氧化锆稳定化可使氧化锆成为特定结晶形式(尤其是立体四方晶形)。虽然这种形式在熔融锡温度，在低于约400℃的低温下稳定，但氧化锆的稳定形式为不同的晶形(特别是立体单斜晶形)，长期应用时可过渡成这种晶形。应用时沿探子长度存在很显著的温度梯度，其中第二晶形的稳定晶形的温度条件一般可存在于探子中远离熔融锡的区域。这种晶体结构的变化包含体积变化，从而使两种氧化锆形式间的连续区成为氧化锆体易裂的特殊应力点。本专利技术寻求可克服这些缺点的测氧探子。为了准确测定氧浓度，除获得电解池值emf外，还要求电解池温度值，还可通过单独测定熔融金属温度而得到，还提出用探子内热电偶延伸部分的方式测定探子温度，但这种办法中没有一种可保证能准确测定电解池温度。本专利技术一方面提出用于制造玻璃过程中的熔融金属浴的测氧探子，其中包括管状探测体，由与其相连的单独顶端封闭的细长管件构成，该顶端由构成氧离子可通过的固体电解质的稳定氧化锆制成，而管件又由不同于氧化锆的耐热材料制成;以及测定应用中氧化锆顶端内外表面间产生的emf的emf测定装置，其中设置测定氧化锆顶端温度的热电偶并使其与氧化锆顶端内表面接触。通过设置与氧化锆顶端接触的热电偶可直接测定实际电解池温度，而且仅通过设置氧化锆顶部又可使其在熔融浴中或之上的部分迅速完全达到高温，从而降低热冲击带来的失效危险。此外在探子插入熔融金属并使整个顶端被浸入时，则顶端全部保持在晶体形式可发生变化的温度以上。本专利技术探子结构的另一优点在于组装前氧化锆顶端内表面易接近，而已知探子的氧化锆整体很长并且很薄，极难于接近顶部内侧，因此很难将电极连到顶端内表面上。出现的另一困难在于难于将电极固定在氧化锆顶端内表面上，并且另外提供热电偶时对于热电偶导线也会出现同样的问题。优选的是，emf测定装置及热电偶包含与氧化锆顶端内表面相连的金属导线形式普通电极，而且热电偶还包括另外与顶端上的第一电极相连而形成热电偶连接件的不同组成热电偶导线。本专利技术探子中第一电极线和另外的热电偶线优选用以糊状形式涂成的铂层连到氧化锆顶端内表面上，这可达到与氧化锆顶端特别稳固并有效的电和热接触。普通电极可由铂制成并且另外的热电偶线可由铂合金制成。在特别宜于测定锡浴以上气氛中氧浓度的方案中，emf测定装置中包括与氧化锆顶端内表面相连的第一电极，与该顶端外表面相连的第二电极及连在第一和第二电极间的电压表，这种情况下第一和第二电极均用糊状铂涂层固定在顶端上。已知探子遇到的另一问题在于必须直接伸入熔融锡中达到电连接，这可先用端部焊有铼线的铂线完成，其中仅将铼线伸入熔融锡中。应用铼的原因是，与铂不同，铼不会受熔融锡侵蚀，并且在浮法玻璃浴中一般存在的氧浓度下相当稳定，但若出现严重污染，也可能使铼氧化而导致电连接中断。本专利技术另一方面是提出可用于玻璃制造过程中的熔融金属浴的测氧探子，其中包括其测量端封闭以插入熔融金属的细长管件，其测量端的至少一部分由构成可使氧离子通过的固体电解质的稳定氧化锆制成，与氧化锆段内表面相连的第一电极，宜于与熔融金属接触的接地端相连的接地装置以及与第一电极和所说接地装置相连的电压测定装置。这种方案中不考虑与熔融金属的直接电连接，其中考虑到熔融金属可有效在成为接地端，测定探子电极和直接接地端间的emf可有效地等同于探子电极和与氧化锆外侧接触的熔融金属间的测定，再进行接地端接头产生的任何emf校正。这种改进方案还简化了结构并降低了探子成本。探子管状体优选包括细长管件，其测量端由单独的稳定氧化锆顶部封闭并使管状件密封，该管状件由不同于氧化锆的耐热材料制成。细长管件优选由氧化铝制成，并且氧化锆顶部由热膨胀系数处于氧化铝和氧化锆之间的玻璃陶瓷材料与氧化铝管封接在一起。应用热膨胀性很匹配的玻璃陶瓷材料可达到有效的无孔密封，能在一定程度上吸收刚插入或其位置邻近熔融金属时氧化锆头的热膨胀。优选的是，氧化锆顶部包括处于管件端部内的基本上环状部分，管件头内顶部与细长管件密封连接，并且有一相当短的中空外部凸出的部分连在其上。外凸部分一般基本上呈锥形，第一电极的连接处于其顶部区域的顶段内。氧化锆顶端的长短和内部形状促使铂糊和电极在探子结构上处于合适的位置。探子还优选包括将含氧对比气体导送到氧化锆顶端内表面的装置。在探子顶部保持已知氧浓度在要求探子外侧氧浓度绝对值情况下是必不可少的。本专利技术又一方面在于提出用上述探子测定熔融金属内氧浓度的方法，其中将探子插入熔融金属并将所说接地装置与接触熔融金属的接地端相连。以下参见附图并借助非限制性实施例详述本专利技术。附图说明图1为本专利技术中宜于测定熔融锡中氧浓度的测氧探子第一方案示意图。图2为本专利技术中宜于测定熔融锡浴上的气氛中氧浓度的测氧探子示意图。参见图1，其中示出了测氧探子2的第一方案，该探子包括一端封闭的探子管状体4，该端构成测氧端，应用时将其浸入浮法玻璃浴的熔融锡浴中。探子管状体4包括柱状管件6，后者由耐火材料制成，如用氧化铝制成，其下端用氧化锆制本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于玻璃制造过程中熔融金属浴的测氧探子，其中包括探子管状体，由细长管件构成，并且用与其相连的单独顶端封闭，顶部由构成可使氧离子通过的固体电解质的稳定氧化锆制成，该管件又由不同于氧化锆的耐氧材料制成，以及测定应用中氧化锆顶端内外表面间产生的ｅｍｆ的ｅｍｆ测定装置，其中设置测定氧化锆顶端温度的热电偶并使其与氧化锆顶端内表面接触。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AJ科克尔，EC巴彻勒，
申请(专利权)人：皮尔念顿公共有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]