度测量。
[0063]在一个优选的探针装置中，商业上重要的是能够重新使用或回收探针的部件。例如，可以预期电解传感器的寿命可小于其它探针部件的寿命，诸如探针套筒和控制器。探针可以有利地构造成使得传感器，或者传感器和传感器支撑件是可更换的，并且其它部件是可重复使用的。
[0064]如上所述，所述探针套筒的端部可通过可选地可移除的盖形成。所述盖可以例如是石墨，并且螺纹地可连接到探针套筒。端盖有利地包括多孔壁部分，并且在某些应用中，可能的是，多孔壁部分有利地在已经进行许多气体测量之后可具有有限的寿命。在这种情况下，探针盖可以是可更换的。
[0065]实施本发明的各个方面的示例性操作方案可以是如下的:
[0066]1.将探针放置在熔融体上方(例如，流体介质可以是熔融的铝)
[0067]2.打开吹扫气体(N2)
[0068]3.等待I分钟
[0069]4.将探针浸入铝
[0070]5.等待I分钟
[0071]6.停止吹扫气体流
[0072]7.观察被测气体(例如H2)迅速地平衡/扩散到测量腔室内。
[0073]8.只要需要监测气体浓度，测量就能够以探针在流体介质中而继续进行。
[0074]9.在测量已经完成后打开吹扫气体以冲洗探针和多孔壁部分
[0075]10.等待I分钟
[0076]11.移开探针
[0077]12.等待直到冷却下来(例如5分钟)
[0078]13.然后对于探针存储:
[0079]a.切换到低流速的吹扫气体；
[0080]b.开启加热器电流并关闭吹扫气体；或者
[0081]c.对于半永久性存储情况，将吹扫气体维持在优选地降低(低)的流速并且打开加热器。
【附图说明】
[0082]本发明的具体实施例现在将通过参照附图的示例方式进行说明，其中:
[0083]图1是根据本发明第一实施例的探针的侧视图；
[0084]图2是图1的探针在A-A上的纵向剖面图；
[0085]图3是图2的剖切探针的测量端的放大视图，其在图2中的B处示出；
[0086]图4是放大的在图2中被围住的区域C的放大部分；
[0087]图5是示出对图1至图4的探针的电连接的电路图；
[0088]图6是根据本发明第二实施例的探针的侧视图；
[0089]图7是图6的探针在A-A上的纵向剖面图；
[0090]图8是图7中被围住的区域C的放大视图；
[0091]图9是图7的探针的测量端的放大视图，如在图7中的B处所示；
[0092]图10是根据本发明第三实施例的探针测量端的纵向剖面，其结合气态氢参考；
[0093]图11是如在图1至图9所示的第一和第二实施例的探针所使用的具有固体参考材料的电解传感器的纵向剖面；
[0094]图12示出了用于实施本发明的探针的控制系统；
[0095]图13是根据本发明第四实施例的探针的纵向剖面；
[0096]图14是根据本发明第五实施例的探针的纵向剖面；
[0097]图15示出了根据本发明第六实施例的装配有用于手动操作的手柄的探针；
[0098]图16是图15的探针手柄在插入到存储保持器之前的特写视图；以及
[0099]图17示出了对接在其保持器中用于存储的图16的探针手柄。
【具体实施方式】
[0100]图1至图5示出了根据本发明第一实施例的探针。所述探针用于测量溶解在熔融铝中的氢浓度。探针2在测量端4与支撑端6之间延伸，所述测量端4设计为浸没到熔融铝内。因科镍(inconel)合金管形式的传感器支撑件8从在支撑端的接触块10延伸，并在测量端承载传感器12 (见图2和图11)。传感器支撑件8的大约一半的长度在探针套筒14内朝向测量端延伸。探针套筒在该探针测量端的端部包括端盖16，如下所述的测量腔室被限定在其内。探针套筒是由对熔融铝惰性的陶瓷材料制成的，如SiAlON或SiN，而端盖16是石墨制成的。
[0101]传感器12是例如W02010/067073所教导的常规设计。传感器在图11中以剖面示出。传感器包括约4至5_外径的陶瓷管20，其在一端由平坦的质子传导的固体电解质盘22封闭，例如铟掺杂锆酸钙。陶瓷管20优选地由不掺杂的锆酸钙制成，使其热膨胀与电解质盘相匹配。铂参考电极24形成于管内的盘表面上，而铂测量电极26形成在所述盘的背离管的表面上。使用无二氧化娃(silica-free)玻璃28将所述盘密封到所述管。一种金属-金属氢化物的参考材料30被插入到参考电极后面的管内，而电导体(未示出)从参考电极沿管的内壁延伸。管内在参考材料后的容积填充有惰性缓冲材料32，诸如Y2O3粉末。优选地也是未掺杂锆酸钙的传感器盖34被用无二氧化硅玻璃固定在所述管的端部。电极接触导线36延伸通过在传感器盖中的孔，并与从参考电极24延伸的电导体接触。所述电极接触导线被用玻璃密封件38密封在所述孔中，优选地是无二氧化硅玻璃。固体电解质盘、管和传感器盖由此形成围绕密封腔的传感器主体的壁。所述腔包含在腔内产生参考氢分压的固体参考材料。电极接触导线36与管同轴地从传感器主体向外延伸。
[0102]图3示出了探针测量端的放大的纵向剖面。
[0103]如图3所示，热电偶接头40从传感器支撑管8的端部凸出。嵌入粉末状矿物绝缘体46内的两个热电偶引线42、44在传感器支撑管内延伸，并在探针的支撑端终止在接触块的两个触头48、50处。传感器支撑管的邻近热电偶接头的端部被用无二氧化硅的玻璃52气密地密封。
[0104]热电偶接头40例如通过焊接被连接到传感器12的参考电极接触导线36。如在W02010/067073中所描述的，两个热电偶引线中的任一个然后可以用来检测传感器的参考电极的电压。
[0105]在探针的组装过程中，在将热电偶接头连接到参考电极触头之后，与传感器支撑管相同直径的较短长度的因科镍合金管54例如通过焊接被固定到所述传感器支撑管的端部，以包围传感器并将传感器保持就位。较短长度的因科镍合金管由此形成传感器支撑件的端部。石墨羊毛插头56插入到因科镍合金管54邻近传感器的端部内。石墨是高度可渗透的，以便不阻碍气体到测量电极的通路，但提供参考电极与因科镍合金管54之间的电连接。可选地，在测量电极与因科镍合金管之间可形成焊接连接。这形成到测量电极用于气体浓度测量的电接触。
[0106]在探针的支承端，接触块10被固定到传感器支撑管8的端部用于机械支撑。此外，如果传感器支撑管要被用于形成到测量电极的电连接，则传感器支撑管可电连接到接触块的终端72。
[0107]为了组装探针，承载传感器的传感器支撑件插入穿过在探针套筒与测量端间隔开的端部处的压缩接头60。传感器支承件插入套筒内，直到传感器被适当地定位在套筒的测量端(如在下面更详细描述)，并且压缩接头紧紧抵靠传感器支撑管的外表面，以形成气密密封。
[0108]如图3所示，在组装好的探针中，通过传感器支撑管支撑的传感器延伸超出SiAlON套筒14的端部，并进入限定在石墨端盖16内的测量腔室62内。所述端盖可螺纹地连接到SiAlON套筒，并抵接SiAlON套筒的端面以提供气密接合。所述石墨盖的圆柱形带内螺纹的部分是高密度的不透气石墨。石墨盖的这一部分的圆柱形内表面限定测量腔室的侧壁。然而，石墨盖在测量腔室端的端面包括由多孔石墨制成的多孔壁部分64。多孔石墨的等级选择为使得它对于氢是容易地可渗透的，而对于熔融铝不是。
[0109]最小化测量腔室的容积是重要的，以便在使用中为了在测量腔室中达到平衡，需要扩散通过多孔壁部分的氢的量最少。因此，将传感器尽可能接近多孔壁部分放置是重要的。然而，因科镍合金管8具有比SiAlON套筒14高的热膨胀系数，因而当探针浸没在熔融铝中时，因科镍传感器支撑件的相对膨胀将朝向多孔壁部分移动传感器和传感器支撑件的端部。为了使传感器准确定位，当探针正在被组装时，石墨端盖16被移除，并且传感器定位端盖被旋拧到SiAlON套筒作为代替。传感器支撑件然后被插入套筒内，直到它抵接所述传感器套筒定位端盖的端表面，并且气密压缩接头被固定。当石墨端盖然后被放回SiAlON套筒上时，正确的测量腔室尺寸得以实现。
[0110]在探针套筒端部的压缩接头60通过陶瓷套环69气密地密封到探针套筒，并结合了气体进给装置或气体入口管70。气体进给装置连接到在探针套筒内表面与传感器支撑件外表面之间通向测量腔室的间隙空间。传感器支撑管具有6.05_的外径，而SiAlON套筒的内径优选为约6.3_。在实践中，传感器支撑件与套筒之间的间隙应足以使气体从气体进给装置流到测量腔室，但又足够小，使得所述传感器支撑件与套筒之间空间的体积有利地小，并且优选地显著小于测量腔室的容积。这可以防止传感器支撑件与套筒之间空间的体积影响被测气体在测量腔室中达到平衡的速率。
[0111]传感器支撑件与套筒之间的间隙优选地在25 μ m与275 μ m之间，并且可以有利地是在50μ??与150 μm之间。
[0112]图5示出了到接触块N的电连接。所述块包括三个接头。其中两个接头48和50如上所述地连接到热电偶引线。第三接头72被示出为连接到传感器支撑管，其如上所述地被电连接到测量电极。在可选实施例中，如果到测量电极的电连接是通过流体介质(铝)做出，那么到铝的连接可以通过端子块接头72做出。
[0113]探针可以在若干操作模式中使用。
[0114]在存储中，避免湿气或水分在传感器区域中的任何积聚可以是重要的。为了防止这种情况，惰性吹扫气体或保护气体可以以缓慢的流速供应到气体进给装置70。吹扫气体缓慢地流过测量腔室，并通过多孔壁部分64流出，以防止湿气或大气中的其他成分进入所述测量腔室内。可选地，或附加地，电压可以被施加到端子块的接头上，以跨热电偶引线提供电压。热电偶然后用作加热元件，并且可以有利地升高探针的温度，特别是传感器区域的温度。在存储期间，可能需要在50°C、100°C、或150°C的范围内的温度以保持探针干燥。
[0115]附加地，或者可选地，电压可施加在一个热电偶引线与测量电极之间，从而将相对于参考电极的正电压施加到测量电极。在存储期间，已经发现这种跨固体电解质的电压施加改善探针在随后测量中的性能，即使当探针在储存期间一直被故意地保持在不利的潮湿条件中时也如此。
[0116]接触块在图5中示出为用12伏电源跨接热电偶。这是处于使用热电偶作为加热器的操作模式下。施加12V至热电偶将探针的传感器区域加热至约200°C。同时，在两个端子块触头50、72之间通过虚线做出的连接使得这两个触头是通用的，并且跨传感器的固体电解质并联地施加12伏的电源。在其它实施例中，其它的电压可以根据加热器的设计和所需要的温度使用。如果加热器电压与所需要的跨电解质电压不同，则各自可以施加不同的电压。可以理解的是，在3V与20V伏之间、或在6V与15V之间、或在8V与13V之间的电压可以在存储期间有效地跨固体电解质施加。
[0117]在电压被施加到加热器和/或电解质的同时，如上面所描述的，存储模式的吹扫气体流可以被设置通过测量腔室。
[0118]当探针需要进行测量时，则较高压力的吹扫气体供给可以在探针的测量端浸没到熔融铝内之前、期间和/或之后施加到气体进给装置。已经发现的是，吹扫气体通过测量腔室和穿过多孔壁部分离开的快速供给有利地为测量准备所述探针。优选地，所述测量腔室容积的几百倍体积的吹扫气体(在大气压力下测得)应在约20秒、约3