[发明专利]用于监测气体浓度的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量气体浓度的方法和装置，特别是在诸如液体或气体介质的流体介质中的气体浓度。例如，本发明可应用于监测溶解在流体介质中的气体浓度。

背景技术

用于测量溶解在流体介质中的气体的浓度的已知探针和传感器在诸如已公开的专利申请WO2004/025289、WO2006/037992、WO2007/042805、和WO2010/067073的文献中描述，其全部通过引用以其整体并入本文。这些特定文献描述了包括电解传感器的探针，其主要用于在升高的温度下确定流体介质中的氢浓度。各传感器包括质子传导固体电解质和金属/氢参考标准，其包含在固体电解质的一侧上的密封参考腔室内。参考电极和测量电极定位或涂覆在固体电解质的相对侧或相对面上。所述电解质承载参考电极的一侧暴露于参考标准，而在参考腔室之外并且承载测量电极的另一侧暴露于待测量的氢浓度。

类似的探针可被构造用于诸如氧的其他气体的测量。技术人员将理解的是，在那种情况下将使用的是氧参考标准和氧离子传导固体电解质。

所有的上述氢传感器使用固态金属-氢参考材料，其包含在固体电解质的一侧上的密封腔室内。可选类型的电解传感器使用气态参考，其通常通过供应气态氢(或者是在惰性载气中包括已知浓度的氢的气体)到参考腔室而提供。这样的探针的例子在Tokyo Yogyo KK的专利公开EP0544281中描述，其通过引用以其整体并入本文。

如在WO2006/037992或WO 2010/067073中所描述的，电解传感器可以方便地安装在合适支撑件的端部以形成探针。探针的承载传感器的端部因而可以例如在高温下浸没在流体介质中或与流体介质接触，以便测量流体介质中的气体浓度。

在所有的上述探针中，传感器布置为使得固体电解质的承载测量电极的表面暴露于待测量的气体浓度。在许多应用中，诸如溶解在熔融金属中的气体浓度的测量，避免流体介质(熔融金属)与固体电解质之间的接触可以是必要的，因为流体介质可能化学腐蚀固体电解质。

设计用于这样的应用的探针可因此结合通过多孔或可渗透材料与流体介质分离的测量腔室，气体可透过所述材料，而流体介质不可透过。当探针的端部浸没在流体介质中时，气体可以因此扩散进入测量腔室，直到它达到与它在流体介质中的浓度相关的平衡浓度。携带测量电极的固体电解质表面暴露到测量腔室，使得在测量腔室中的气体浓度接着可以进行测量。

虽然一些这些类型的现有技术探针显示了有希望的性能，提高探针的可靠性和寿命以及改进探针的响应时间仍然是所期望的。本发明目的在于解决这些问题。

发明内容

本发明提供了探针、探针套筒，以及用于组装和操作如在现在应该参考的所附独立权利要求中限定的探针的方法。本发明的优选和有利特征在从属的子权利要求中阐述。

在第一方面中，本发明可因此提供用于感测或测量溶解在流体介质中的气体浓度的探针，其中，测量腔室被限定在探针的壁内，所述壁包括多孔部分，其用于在使用中接触流体介质，使得气体可以穿过或扩散通过所述多孔壁部分进入测量腔室，而流体介质不能。探针包括用于感测或测量在测量腔室中气体(被测气体)浓度的传感器。探针还包括吹扫气体进给装置(purge-gas feed)，其在使用中可以耦接到吹扫气体源，以用于迫使吹扫气体进入并通过测量腔室，然后从测量腔室向外通过所述多孔壁部分。

有利地，所述探针的多孔壁部分可以是多孔石墨或与流体介质接触足够惰性的其他合适材料，并且气体可以扩散通过所述材料。流体介质可以是熔融的金属，诸如铝、铜或锌，或者包含铝、铜或锌的合金。可选地，所述流体介质可以是熔融的玻璃或类似物。溶解在液体中的气体可以是例如氢或氧。在一种特别优选的实施例中，液体可以是铝(诸如纯铝或铝合金)而气体可以是氢。

在探针的使用过程中，探针的端部可以由此与流体介质接触。在做出对气体浓度的测量之前，吹扫气体进给装置是可打开的，以供应一定体积的吹扫气体到测量腔室。然后，吹扫气体进给装置可关闭以密封除了多孔壁部分之外的测量腔室。被测气体此时可以扩散通过多孔壁部分进入测量腔室。在优选的采样时间中，被测气体的浓度可以增加，直到它达到在测量腔室中的剩余吹扫气体中的平衡浓度。平衡浓度取决于溶解于流体介质中的气体浓度。传感器可以测量该气体在测量腔室中的浓度。