[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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，如权利要求1、2、3和21、22及23的前序部分所述。

背景技术

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。

在本发明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。

发明内容

从上述状况出发，本发明的目的是，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。

按照本发明，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。

在依本发明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，给出了本发明的一种结构形式。

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，依本发明，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，依本发明，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，依本发明，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。

本发明提出的如权利要求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。