JPH01206255A - 酸素濃度分析方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、工業用の酸素分析装置、特に小型ボイラ、湯
沸かし器、工場炉、酸欠モニタまたは空燃比計等に使用
される酸素濃度分析方法およびその装置に関するもので
ある。

（従来の技術） 従来、酸素濃淡電池の原理に基づく酸素分析装置として
、固体電解質で形成された酸素濃淡電池の基準参照電極
を大気に曝す酸素分析装置や、特公昭６０−５５７７７
号公報に開示されているように酸素濃淡電池の基準参照
電極を酸素ポンプによる基準酸素濃度の雰囲気にする酸
素分析装置が知られている。

これらの酸素分析装置において、固体電解質や電極の経
年変化等が生ずるため、日本工業規格Ｂ７９８３、ＫＯ
Ｏ５５に記載されているように、測定ガスの酸素濃度を
正確に測定するためには標準ガスを用いて酸素濃淡電池
の起電力を校正することが行われていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の校正を行うには標準ガスを酸素濃
淡電池の測定電極に導くための導管を酸素濃度分析装置
に設ける必要がある。このため、装置の構成が複雑なも
のとなり、装置自体が大きくなる一方、所定の酸素濃度
の標準ガスを校正する毎に準備しなければならない煩雑
さがあった。

本発明の目的は、上記のような問題点を解消するため、
標準ガスを用いずに酸素濃淡電池の校正ができる酸素濃
度測定方法およびそれに用いられる装置を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段） 本発明の第１の酸素濃度分析方法は、固体電解質を用い
た酸素濃淡電池方式による酸素濃度分析方法において、
酸素センサ素子の酸素ポンプ部にポンプ電流を流し、酸
素センサ素子の酸素濃淡電池の被測定ガス電極上を校正
ガスと同等の酸素濃度の雰囲気にして、校正を行うこと
を特徴とする酸素濃度分析方法である。

さらに、本発明の第２の酸素濃度分析方法は、要約すれ
ば、大気を基準参照ガスとする基準電極を有する酸素濃
淡電池と酸素ポンプ部とを有する酸素センサ素子を酸素
ポンプ電流で校正を行うことを特徴とする酸素濃度分析
方法である。

また、本発明の第３の酸素濃度分析方法は、要約すると
、二つの酸素ポンプ部と該酸素ポンプ部の一つを駆動し
て参照用ガスとする酸素濃淡電池とを有する酸素センサ
素子を、酸素ポンプ電流で校正を行うことを特徴とする
酸素濃度分析方法である。

本発明の第１の酸素濃度分析装置は、 （イ）　　大気に連通ずる参照ガス室と被測定ガスに連
通ずる測定室とを有し、酸素濃淡電池と酸素ポンプ部と
を備えた酸素センサ素子、（ロ）　　校正ガスの酸素濃
度（Ｏ２）と基準発生起電力（Ｅ０）とポンプ電流（Ｌ
ｃ）　との関係を記憶する記、、α回路、 （ハ）　測定ガスの酸素濃度を測定する際酸素ポンプ部
に流れるポンプ電流（１，ｃ）　　と酸素濃淡電池の起
電力（ｖ５）との関係が人力され、該記憶回路のポンプ
電流（１，ｃ）　と基準発生起電力（Ｅ０）との関係を
参照して基準発生起電力（Ｂ１１）と起電力（ＶＳ）　
との関係を演算し、かつ被測定ガスにより発生する測定
起電力（ＶＳ　）を基準発生起電力（Ｅ０）と起電力（
ＶＳ）　との関係を参照して測定起電力（ＶＳ）に対応
する酸素濃度（Ｏ２）を演算する校正回路 とを備えていることを特徴とする酸素濃度分析装置であ
る。

さらに、本発明の第２の酸素濃度分析装置は、（イ）　
被測定ガスに連通ずる参照ガス室と、該参照ガス室の一
方に形成された第１の酸素ポンプ部と、該参照ガス室の
他方に形成された酸素濃淡電池と、被測定ガスに連通ず
る測定室と該測定室の一方には前記酸素濃淡電池が形成
されると共に他方には第２の酸素ポンプ部とを備えた酸
素センサ素子、 （ロ）　　前記第１の酸素ポンプ部に接続された酸素ポ
ンプ部電流発生源、 （ハ）　前記の酸素濃度分析装置装置と同様の記憶回路
および （ニ）校正回路とを備えていることを特徴とする酸素濃
度分析装置である。

（作　用） 本発明の要点は、予め校正ガスによって検定して既知で
ある基準の酸素濃度と基準の発生起電力とポンプ電流と
の一対一の対応関係を求め、大気を基準参照ガスとして
、酸素センサ素子を大気中におき既知である基準の酸素
ポンプ電流を流して酸素濃淡電池の測定電極を校正ガス
と同等の酸素濃度雰囲気とし、酸素濃淡電池から出力さ
れる発生起電力を、予め検量した基準発生起電力に校正
して、酸素センサ素子を測定ガス中におき測定ガスの酸
素濃度を測定する方法および装置である。

（実施例） 本発明の酸素濃度分析方法およびその装置を図面を参照
して以下に説明する。

実施例１ 第１の実施例は、測定ガスの検出部である酸素センサ素
子を校正する酸素濃淡電池における基準ガス（酸素濃度
）として大気を用いる場合の酸素濃度分析装置である。

検出部を構成する酸素センサ素子１０は、第１図に示す
ように、複数の層を積層して一体構造としたものであり
、上から順に酸素ポンプ部Ｐ１酸素濃淡電池部Ｂおよび
ヒータ部Ｈから構成される。

まず、上部の酸素ポンプ部Ｐは、固体電解質体１１を有
し、該固体電解質体１１の上下両側には上側ポンプ電極
１２および下側ポンプ電極１３が形成されている。ポン
プ電極１２．１３の電極線はそれぞれ固体電解質体１１
の側面に導出しており、電極端子（図示していない）が
設けられている。酸素ポンプ部Ｐは測定ガスに曝され、
該測定ガスが導入されるガス導入孔１４が設けられてい
る。

中間部の酸素濃淡電池部Ｂは、前記酸素ポンプ部Ｐと同
様に、固体電解質体１５を有し、該固体電解質体１５の
上下両側には測定電極１６と基準電極１７が形成されて
いる。基準電極１７と前記酸素ポンプ部Ｐの一方の電極
１３はそれぞれ接地されている。

酸素濃淡電池部Ｂと前記酸素ポンプ部Ｐとの間に、測定
ガスが導入される細隙空間の測定室１８を形成するため
、所定の厚さの絶縁スペース部材１９が介在されている
。また、前記ガス導入孔１４は測定室１８の中央部と連
通している。また、前記測定電極１６は測定室１８に面
している。

下部のヒータ部Ｈは、前記酸素濃淡電池部Ｂの下側に固
体電解質体２０を介して形成され、酸素センサ素子ｌＯ
１特に前記酸素濃淡電池部Ｂを所定温度に加熱する。ヒ
ータ部Ｈは、ヒータエレメント２１の周りを電気絶縁性
を有するアルミナ等から成る多孔質層２２により被覆さ
れ形成されている。

なお、ヒータ部Ｈの下部には熱電対Ｔが取り付けられて
、加熱温度即ち酸素センサ素子１０の温度を測定し、こ
の測定値から温度制御することができるようにしている
。

固体電解質体２０と前記酸素濃淡電池部Ｂとの間には、
固体電解質体のスペース部材２３が介在されており、前
記基準電極１７が露呈される領域に参照ガス室２４が形
成される。この参照ガス室２４は大気と連通している。

固体電解質体１、、１５．２０およびスペース部材１９
．２３は、それぞれ高温において酸素イオン導電性を示
す安定化または部分安定化ジルコニア磁器から構成され
る。

またポンプ電極１２．１３、測定電極１６および基準電
極１７は、それぞれ多孔質白金等より構成され、高温あ
るいは腐食性の測定ガスからこれら電極を保護するため
アルミナ等から成るガス透過性のポーラスセラミックス
層で被覆されていることが好ましい。

ヒータエレメント２１は、例えばアルミナ粉末と、白金
粉とを主成分とするペーストを印刷により配置するか、
またはサーメット状にしたフィルムを配置する等の手法
によって形成される。また熱電対Ｔは、異なった金属よ
り成る金属細線あるいはペーストまたはサーメットを組
み合わせて、印刷積層することにより形成することがで
きる。

以上のような構造の検出部の酸素センサ素子の検出回路
について、第２図のブロック図に基づき説明する。

第１図の酸素ポンプ部Ｐの上側ポンプ電極１２の端子（
ａ）は、酸素ポンプ電流発生源３１の出力端に接続され
、酸素ポンプ電流発生源３１の入力端には、記憶回路３
３を内蔵した制御装置３２の出力端が接続されている。

記憶回路３３に記憶されたデータに基づいて制御装置３
２は酸素ポンプ電流発生源３１の出力電流値を制御する
。制御装置３２には外部人力装置３４が接続されて、酸
素センサ素子ｌＯの校正に必要なデータの人力を可能に
している。

また、第１図の酸素濃淡電池部Ｂの基準電極１７の端子
（ｂ）は、バッファ増幅器３５を介して校正回路３６の
入力端に接続され、校正回路３６では、測定ガスに対応
する酸素濃淡電池部已に発生した起電力が基準の起電力
の数値に変換される。校正回路３６の出力端には、開封
数変換器３７の入力端が接続されて、そこで酸素濃度表
示に適切な数値に変換されて、表示装置３８および出力
変換器３９にそれぞれ変換された数値信号が転送される
。出力変換器３９では、人力された信号がさらに所望の
信号形態に変換されて、出力信号として出力される。

さらに、第１図のヒータ部Ｈのヒータエレメント２１の
端子（Ｃ）　は、ヒータ温度制御器４０に接続されてお
り、このヒータ温度制御器４０には、第１図の熱電対Ｔ
で得られた電圧が、その端子（ｄ）、バッファ増幅器４
１、冷接点４２′Ｊ６よび増幅器４３を経て、基準温度
設定回路４４の電圧と比較された後、供給される。ヒー
タ温度制御器４０では、この熱電対Ｔの温度に対応する
検出電圧に基づいてヒータ部Ｈの供給電力制御を行う。

このように構成された酸素濃度分析装置の酸素センサ素
子１０の校正操作方法を第１図〜第４図を参照して以下
に説明する。

（Ａ）酸素センサ素子の検定 （１）　　ヒータ温度制御器４０により酸素センサ素子
１０を熱電対Ｔにて検温しつつヒータ部Ｈを制御するこ
とによって、所定の温度（例えば８００℃）にする。

（２）酸素センサ素子１０の測定室１Ｂに種々の酸素濃
度を含有する校正ガスを充填し、校正ガス中の酸素濃度
（Ｏ２）に対応する酸素濃淡電池部Ｂの基準発生起電力
（［Ｅ０）を求める。このようにして得られる基準発生
起電力（Ｅ０）と酸素濃度（Ｏ□）との関係の一例を第
４図（ａ）および第５図（ａ）に示す。酸素センサ素子
１０の温度は測定ガス温度範囲とすることが好ましい。

（３）次に、酸素センサ素子１０を大気中におくかある
いは酸素センサ素子１０の測定室８を何らかの手段によ
り大気雰囲気とし、酸素ポンプ部Ｐに酸素ポンプ電流発
生源３１により酸素ポンプ電流を徐々に増加しながら供
給し、酸素濃淡電池部Ｂの発生起電力が上記（２）の基
準発生起電力（Ｂ０）に相当する基準酸素ポンプ電流（
１，ｃ）を求める。

このようにして得られた基準発生起電力（Ｅｏ〉と基準
酸素ポンプ電流（Ｉ、ｃ）　　との関係の一例を第４図
（ｂ）および第５図ら）に示す。

Ｏ：検定された基準酸素ポンプ電流（Ｉｐ）△：検定さ
れた基準発生起電力（Ｅ０）ロ：校正ガスの酸素濃度と
等価な測定室１８の酸素濃度（Ｏ２） Ｘ：大気雰囲気中で検定された基準酸素ポンプ電流（Ｉ
ｐ）を酸素ポンプ部（Ｐ）に流すことによって酸素濃淡
電池部（Ｂ）に発生する発生起電力（ＶＳ） 以上の操作により得られた規定化された基準酸素ポンプ
電流（ｌｐｃ）を大気雰囲気中において酸素センサ素子
の酸素ポンプ部Ｐに流すことにより、酸素センサ素子１
０の測定室１８の酸素濃度は校正ガスのそれと等価とな
る。

酸素センサ素子の検定で得られた校正ガスの酸素濃度（
Ｏ□）、基準発生起電力（Ｂ０）および基準酸素ポンプ
電流（ＩＰＣ）の関係は、外部入力装置３４により記憶
回路３３に入力される。

酸素センサ素子の検定は酸素センサ素子を酸素濃度分析
装置に組立てる前に行うことが好ましい。

この理由は検定方法が容易であるからである。

（Ｂ）酸素センサ素子の校正 この操作は、酸素センサ素子が組込まれた酸素濃度分析
装置により測定ガスの濃度を測定する場合、前記（Ａ）
の酸素センサ素子の検定値との差異を校正するものであ
る。

前記（Ａ）の検定で説明したように、大気を酸素センサ
素子１０に流した状態で基準酸素ポンプ電流（ＩＰＣ）
を酸素ポンプ部Ｐに流すことによって、測定室１８の雰
囲気を規定の酸素濃度とし、それに対応して酸素濃淡電
池部Ｂの発生起電力（ＶＳ）が発生するが、この発生起
電力（ＶＳ）をバッファ増幅器３５のバイアス加減算お
よびゲインの増減によって基準発生起電力（Ｂ０）に校
正したり、所定の温度を変更して校正したり、或いは発
生起電力（ＶＳ）をＸとしそれに対応する基準発生起電
力（Ｅ０）をＹとして数組の折線近似校正関数によって
校正する。

この校正は校正回路３６によって行われる。

第５図（Ｃ）に示すように、発生起電力（ＶＳ）　　と
基準発生起電力（Ｅ０）との関係は記憶回路３３に記憶
される。

（Ｃ）測定 測定ガス中に曝された酸素センサ素子１０の測定室１８
に拡散により測定ガスが入り込み、測定室１８と参照ガ
ス室２４とに酸素濃度差が生じ、測定電極１６および基
準電極１７０間に起電力（ＶＳ）が発生される。起電力
（ＶＳ）は、バッファ増幅器３５を介して校正回路に入
力される。起電力（ＶＳ）　は、第５図（Ｃ）に示すよ
うに、前記（Ｂ）により記憶されたデータを記憶回路３
３を参照して校正を受け、折れ線補間によって基準発生
起電力（Ｂ０）に換算され、これを開封数変換器３７を
介して酸素濃度の適切な数値に変換されて表示装置３８
にて表示されるとともに、必要なレンジに変換する出力
変換器３９を介して出力信号として出力される。

次に、本発明の第２図のブロック図に基づくハードウェ
アを第３図を参照して簡単に説明する。

酸素濃淡電池部Ｂからの出力は低域通過フィルタ３５０
ａおよび増幅器３５１ａを経てマルチプレクサ３５２に
供給される。同様にして、熱電対Ｔからの出力は低域通
過フィルタ３５０ｂおよび冷接点４２および増幅器３５
１ｂを経てマルチプレクサ３５２に供給される。酸素濃
淡電池部Ｂからの出力はさらに増幅器３５３を経てＡ／
Ｄ変換器３６０に送られ、そこでデジタル信号に変換さ
れた後、水晶発振器を有する基準クロック発生回路３６
１のもとに動作する中央制御装置（ＣＰＵ）３６２の指
令を受けて、演算記憶される。

Ａ／Ｄ変換器３６０には、タイマカウンタ３６３および
並列の入出力ポート３６４が接続され、ＣＰＵ　３６２
にはＲＯＭ　３２０およびＲＡＭ　３２１が接続されて
いる。

ＣＰＵ　３６２の制御のもとて所望の数値に変換された
信号は、一方ではＤ／Ａ変換器３９０および出力変換器
３９１を経て出力され、他方では、Ｄ／Ａ変換器３２２
およびバイアス設定器３２３を経てバイアス用の酸素ポ
ンプ部Ｐにスイッチ３２４の開成時に所定電流が供給さ
れ得るように校正されている。さらに、並列の入出力ポ
ート３８１は、酸素濃度を表示するための表示器３８０
に接続され、またヒータ温度を制御するヒータ温度制御
器４００に接続され、また外部装置、例えば警報装置若
しくは緊急停止装置等のスイッチングを行うためのリレ
ー４０１および４０２に接続されている。

以上説明した酸素濃度分析装置の使用例を第６図により
説明する。

酸素センサ素子１はアルミナ製の円板状の支持具２を介
して金属保護管３内に設置される。酸素センサ素子１の
測定ガスの濃度検出部Ｓは、測定ガスの塵埃を取り除（
ためのフィルタ４を通して測定ガスに接触している。

金属保護管３は測定ガスと大気との隔壁５、例えば燃焼
炉の煙道の炉壁にフランジ６を介して取り付けられる。

酸素センサ素子１の電極端子およびヒータ端子の入出力
はリード線７により外部の測定および制御回路（図示せ
ず）に接続されて使用される。

実施例２ 第２の実施例は、測定ガスの検出部である酸素センサ素
子を校正する酸素濃淡電池のための基準ガス（酸素濃度
）として、酸素センサ素子自体が有する酸素ポンプ部に
より導入した雰囲気を用いる場合の酸素濃度測定方法お
よびその装置である。

検出部を構成する酸素センサ素、子の構造について、第
７図を参照して詳細な説明をする。図において、実施例
１に記載した構成と実質的に同じものは同一の符号を付
すものとする。

第７図に示すように、酸素センサ素子１ｏは主として、
上から順に校正用の酸素ポンプ部Ｐ１、酸素濃淡電池部
Ｂ′Ｊ３よびバイアス用の酸素ポンプ部Ｐ２から構成さ
れる。

以下に実施例１の酸素センサ素子と異なる点を説明する
。

まず、上部の校正用の酸素ポンプ部Ｐ１は、固体電解質
体１１ａと、この固体電解質体１１ａの上下両側に配さ
れる上側ポンプ電極１２ａおよび下側ポンプ１３ａと、
上側ポンプ電極１２ａの周囲に加熱部旧のヒータエレメ
ント２１ａ　と力で形成されている。酸素濃淡電池部Ｂ
と酸素ポンプ部Ｐ１との間の一端側には、アルミナセメ
ント等の高温気密固着剤の封止層５０が介在し、他端側
は、開口を有し、測定ガスと連通している。即ち、測定
室１８ａは酸素濃淡電池部Ｂ、酸素ポンプ部Ｐ１と封止
層５ｏにより形成されている。

下部のバイアス用の酸素ポンプ部Ｐ２は校正用の酸素ポ
ンプ部Ｐ１と同様に、固体電解質体１１ｂ１この両側の
上側ポンプ電極１２ｂおよび下側ポンプ電極１３ｂ１な
らびに下側ポンプ電極１３ｂの周囲にヒータエレメント
２１ｂを有する加熱部■２から成る。

酸素濃淡電池部Ｂと酸素ポンプ部Ｐ２との間の一端側に
は封止層５０が介在し、参照ガス室２４ａが形成されて
いる。

このように構成された第２の酸素濃度分析装置の測定原
理を以下に説明する。

検出部の酸素濃淡電池部Ｂの片側に配されるバイアス用
の酸素ポンプ部Ｐ２にバイアス酸素ポンプ電流（１，１
１）を流した場合の、酸素ポンプ部Ｐ２から基準側の参
照ガス室２４ａに注入される酸素濃度差（Ｏ２（Ｂ））
　　は、 ｋｌ　・Ｉｐｎ＝Ｄ　　−Ａ／　Ｉ！　・（Ｏ２（９’
−０２（ｓ））＝Ｄ−Ａ／Ｉ２・Δ０□”）（１） （ここで、ｋｌ：比例定数、Ｉｐａ：バイアス酸素ポン
プ電流、Ｄ：拡散定数、Ａ：拡散断面積、ｌ：拡散距離
、０２（９）　：基準参照ガス酸素濃度、０゜（Ｓ）測
定ガスの酸素濃度、Δ０□（Ｅ）：注入される酸素濃度
である） となり、この（１）式から、 ０□（９）＝０□（Ｓ）＋Δ０２　（Ｂ）（２）となり
、見掛は上ΔＱ２（Ｂ）　だけの酸素濃度差が参照ガス
室内に注入されたことになる。したがって、検出部の発
生起電力は、 Ｅ、＝ＲＴ／ｎＦｉｏ、（（Ｏ２（ｓ）＋０．（Ｂ）１
０２（ｓ））　　　（３）となり、 ｅｘｐ（ｎＦ／ＲＴ　　−Ｅｉｓ）＝（Ｏｚ”’＋０２
”’）１０□（ｓ）　＞１　　　（４）を得る。これよ
り、 ［１，（Ｓ）　、ΔＱ、　（Ｂ）バｅｘｐ（ｎＦ／ＲＴ
−８０）−１）＝　ｋ２・Ｉｐａ／（ｅｘｐ（ｎＰ／Ｒ
Ｔ−Ｅｓ）−１）　　（５）（ただし、Ｋ２・Ｋｌ／Ｄ
　−１！／Ａ）を得る。この演算式（５）に基づいて、
例えばコンピュータ等の演算手段によって、発生起電力
ε、から被測定ガス中の酸素濃度（Ｏ□（Ｓ））を求め
ることができる。

以上の測定原理を要約すれば、バイアス用の酸素ポンプ
部Ｐ２に一定の酸素ポンプ電流ＩＰＢを流して、基準側
の参照ガス室２４ａ内を被測定ガスの酸素濃度より予め
既知である一定量だけ濃い酸素濃度差Δ０２（Ｂ）、即
ち一定の濃度差にして測定することである。即ち、基準
ガスを用いることなく、測定ガスの正確な測定が行なえ
る。

次に上記測定原理に基づく酸素センサ素子ＩＯの検出回
路について第８図のブロック図を参照して説明する。

校正用の酸素ポンプ部Ｐ１の上側ポンプ電極１２ａは（
図中においてａで示す）、酸素ポンプ電流発生源３１ａ
の出力端に接続され、下側ポンプ電極１３ａは接地され
ている。酸素ポンプ電流発生源３１ａの入力端には制御
装置３２の出力端が接続されている。この制御装置３２
は記憶装置３３を内蔵しており、この記憶装置３３に入
力されたデータに基づいて制御装置３２は、酸素ポンプ
電流発生源３１ａの出力電流を所定値に制御する。同様
にして、バイアス用の酸素ポンプ部Ｐ２の下側電極１３
ｂに、酸素ポンプ電流発生源３１ｂの出力端が接続され
、上側電極１２ｂは接地されている。この酸素ポンプ電
流発生源３１ｂの入力端も制御装置３２の出力端に接続
されている（図中において記号ｅによって接続されてい
る）。さらに制御装置３２には外部入力装置３４が接続
されて、酸素センサ素子１０の校正に必要なデータその
他が人力し得るようになっている。

酸素濃淡電池部Ｂの基準電極１７（図中において記号す
で示す）は、デジタルフィルタ５１を経て温度補正回路
５２０入力端に接続される。この回路にて酸素センサ素
子１０の温度変化に伴う酸素濃度の見掛は上の温度変化
に対応するように、熱電対Ｔの出力をデジタルフィルタ
５５、温度リニアライザ５６、絶対温度変換器５３を介
し得られた絶対温度Ｔｋに関する信号を温度補正回路５
２の他の人力に供給し、そこで酸素濃淡電池の発生起電
力に１０００／Ｔｋを掛けて温度補正が行われる。

温度補正回路５２の出力端は校正回路３６の入力端に接
続される。校正回路３６では、測定ガスに対応する発生
起電力が、基準の起電力に換算される。

校正回路３６の出力端は、開対数変換回路３７および酸
素濃度変換器５４および出力変換器３９を経て、レンジ
変換され、所定の値に変換された後、表示部等の出力手
段に供給される。

温度検知部に、例えば熱電対Ｔを使用した場合には、非
直線性の温度−電圧特性を直線性の温度−電圧特性に変
えるため、デジタルフィルタ５５を経て温度リニアライ
ザ５６に接続し、そこで折れ線補間補正をする。温度リ
ニアライブ５６の出力端は、上述したように絶対温度変
換器５３の入力端に接続されるほかに、温度設定回路５
７が接続される減算器５８を経て、温度制御演算器５９
の入力端にも接続される。まず温度設定回路５７では、
温度上昇にともなって設定電圧を上昇するソフトスター
トを具備し、所望の温度にて一定の温度設定値を出力し
、この出力電圧は、温度リニアライブ５６からの出力電
圧から減算器５８において減算される。温度制御演算器
５９では、例えば常温から約１４００℃程度までの温度
範囲に対し、酸素ポンプ部Ｐ１　　およびＰ２ならびに
酸素濃淡電池部Ｂの動作温度（例えば約６００℃）以下
の場合には、これら部分が所定の温度に保たれるように
、演算し、後段に接続された出力変換器６０を経てヒー
タ部旧および１１２に所定の電流を出力する。

また上記の酸素ポンプ部Ｐｉ、　Ｐ２、および酸素濃淡
電池部Ｂが被測定ガスにより動作範囲以上となった場合
には、加熱部旧、　Ｈ２は加熱し続けてもよいし、或い
は温度リニアライザ５６からの電圧が所定値以上となっ
た際に温度制御演算器５９内のスイッチにてヒータ電流
を遮断することもできる。いずれの場合においても、温
度検知は行っており、常に温度補正の演算をしているた
め、温度に無関係に常に正確な酸素濃度を測定すること
ができるという利点がある。

次に本発明による校正を行う場合の操作について説明す
る。

前記第１の実施例とは、第２の酸素ポンプ部Ｐ２を具え
、バイアス酸素ポンプ電流が流す点が異なる。

まず、バイアス用の酸素ポンプ部Ｐ２のポンプバイアス
電流ＩＰ！１を、前述した式（１）に基づいて測定すべ
き温度領域により予め定める。

次に、バイアス電流ＩＰＢをバイアス用の酸素ポンブ部
Ｐ２に流しながら、実施例１で説明した校正操作の（Ａ
）〜（Ｃ）を行えば良い。

第９図は、第８図のブロック図を具体的に示すハード図
である。これも実施例１の具体例として第３図に示した
ハード構成図と類似する回路であるため、同一の部分に
は同一の符号を付して示す。

ここで異なる点は並列の入出力ポート３６４に入力装置
６２が接続されている点、複数の並列の入出力ポート３
６５〜３６９が　ＣＰｔ１３６２　（７）主ハスニ［１
れて、夫々から出力信号が出力されている点である。こ
のような回路はマルチチップＣＰＵを用いてもあるいは
シングルチップを用いてもどちらでも可能である。

以上説明した第２の実施例の酸素濃度分析装置では第１
０図に示すように、検出部としての酸素センサ素子１０
が、その開放側０が被測定ガスに曝されるように、金属
保護管３にその密閉側Ｃで、例えばアルミナセメント等
の高温絶縁固着剤にて固着されている。この金属保護管
３の内部には酸素センサ素子１０からのリード線７を絶
縁状態で導くように、例えば１０大のアルミナパイプ８
が挿入されており、夫々の穴に各電極若しくはヒータ線
からのリード線７が挿通されている。金属保護管３の基
部側は、例えば燃焼炉の煙道の炉壁に形成された開口を
経て、取り付はフランジ６．６′に取り付けられている
。取り付け７ランジ６．６′はパツキン１２７を介して
相互に取り付けられて、炉壁に固定されている。これら
フランジ６．６′には口金９が挿入されている。また取
り付はフランジ６．６′と金属保護管３との間の間隙は
水ガラス等によって封じられる。さらに口金９の内部に
はシリコンパツキン等によって離間配置された外側の電
極端子６１が設けられており、これら電極端子６１に、
酸素センサ素子１０からのアルミナバイブ８を通過した
リード線７が圧着端子を介して接続されて、外部装置（
図示しない）と接続される。

さらに現場使用時における校正として、使用中、定期的
に検出部を内気エアに晒して、校正用の酸素ポンプ部Ｐ
２にポンプ電流を流し、それに対応して発生する起電力
を検量して、検出部のドリフト変化量を補正するのが好
ましい。この補正は校正回路３６にて処理される。

このようにすることによって、現場使用時に酸素ポンプ
部Ｐ１にて校正することが可能となるほかに、バイアス
用の酸素ポンプ部Ｐ２により、基準参照ガスを用いずに
すむため、まず検出部においては空気通路を省略できる
ことから検出部を完全に密閉化することができ、外部か
らの水分の侵入を気にする必要がなく、屋外での使用が
可能となる。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明による酸素濃度
分析方法およびその装置は、次の効果を有する。

（１）酸素センサ素子あるいは検出部の校正が大気を使
用できるので、測定現場で容易に実施できる。

（２）校正用の酸素ポンプ部によって校正用の酸素濃度
が得られるので特別な校正ガスを準備しなくてもよい。

（３）校正ガス用の導管が不要となり装置を小型にする
ことができる。

（４）酸素センサ素子の基準発生起電力変化の履歴が容
易に得られるので、酸素濃度分析装置の寿命を知ること
ができる。

したがって、本発明の方法および装置は産業上利用可能
性が極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の酸素センサ素子の断面図
、 第２図は第１図の酸素センサ素子に接続される検出部の
ブロック図、 第３図は第２図のハード構成図、 第４図は検出部の酸素センサ素子の検定方法を説明する
ための模式図、 第５図は検出部の校正方法を説明するための模式図、 第６図は本発明の装置の一実施例の断面図、第７図は本
発明の一実施例の酸素センサ素子の断面図、 第８図は第７図の酸素センサ素子に接続される検出部の
ブロック図、 第９図は第８図のハード構成図、 第１０図は本発明の装置の一実施例の断面図である。 Ｓ・・・検出部　　　　　　Ｂ・・・酸素濃淡電池部Ｐ
　、　ＰＩ、　Ｐ２・・・酸素ポンプ部１１、　Ｈｌ、
　Ｈ２・・・ヒータ部 ０□、０□（Ｂ）、Δ０□（Ｂ）・・・酸素濃度６゜・
・・基準発生起電力 Ｅｓ、　Ｖ、・・・発生起電力 Ｉｐｃｔ　ＩＰＢ・・・酸素ポンプ電流１、１０・・・
酸素センサ素子 １８、１８ａ・・・測定室 ２４、２４ａ・・・参照ガス室

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固体電解質を用いた酸素濃淡電池方式による酸素濃
   度分析方法において、酸素センサ素子の酸素ポンプ部に
   ポンプ電流を流し、酸素センサ素子の酸素濃淡電池の被
   測定ガス電極上を校正ガスと同等の酸素濃度の雰囲気に
   して、校正を行うことを特徴とする酸素濃度分析方法。 ２、酸素ポンプ部と、大気を基準参照ガスとする基準電
   極を有する酸素濃淡電池とを具えた酸素センサ素子を用
   いた酸素濃淡電池方式による酸素濃度分析方法において
   、 （１）酸素センサ素子の検出部に所定の酸素濃度（Ｏ＿
   ２）の校正ガスを供給し、酸素濃淡電池の基準発生起電
   力（Ｅ＿０）を測定して前記酸素濃度と基準発生起電力
   との関係を 求め、 （２）ついで、酸素センサ素子を大気中におき、前記基
   準発生起電力（Ｅ＿０）が生じるまで酸素センサ素子の
   酸素ポンプ部に電流 （Ｉ＿Ｐ＿Ｃ）を流してポンプ電流（Ｉ＿Ｐ＿Ｃ）と基
   準発生起電力（Ｅ＿０）との関係を求め、 （３）ついで、測定ガスの酸素濃度を測定する際酸素セ
   ンサ素子を大気中におき、酸 素ポンプ部に所定のポンプ電流（Ｉ＿Ｐ＿Ｃ）を流すこ
   とにより酸素濃淡電池の被測定ガ ス電極上を前記校正ガスと同等の酸素濃 度雰囲気とし、その際酸素濃淡電池に発 生する起電力（Ｖ＿Ｓ）を求め、ポンプ電流（Ｉ＿Ｐ＿
   Ｃ）と起電力（Ｖ＿Ｓ）との関係を求めた後、前記（２
   ）で求めた電流−基準発生起電力の関係より起電力（Ｖ
   ＿Ｓ）と基準発生起電力（Ｅ＿０）との関係を求めて酸
   素センサ素子の校正を行い、 （４）ついで、、酸素センサ素子を被測定ガス中におき
   、酸素濃淡電池に発生する起電 力（Ｖ＿ｍ）を測定し、起電力（Ｖ＿ｍ）を前記（３）
   で行った校正を介して、 前記（１）の基準発生起電力（Ｅ＿０）と酸素濃度（Ｏ
   ＿２）との関係により被測定ガスの酸素濃度を測定する
   ことを特徴とする酸素濃度分析方法。 ３、２つの酸素ポンプ部と酸素濃淡電池とを具えた酸素
   センサ素子を用い、一方の酸素ポンプ部に所定のポンプ
   電流を流して酸素濃淡電池の参照ガスとする酸素濃淡電
   池方式による酸素濃度分析方法において、 （１）酸素センサ素子の検出部に所定の酸素濃度（Ｏ＿
   ２）の校正ガスを供給し酸素濃淡電池の基準発生起電力
   （Ｅ＿０）を測定して酸素濃度（Ｏ＿２）と基準発生起
   電力（Ｅ＿０）との関係を求め、 （２）ついで、酸素センサ素子を大気中におき、前記基
   準発生起電力（Ｅ＿０）が生じるまで他方の酸素ポンプ
   部にポンプ電流（Ｉ＿Ｐ＿Ｃ）を流してポンプ電流（Ｉ
   ＿Ｐ＿Ｃ）と基準発生起電力（Ｅ＿０）との関係を求め
   、 （３）ついで、測定ガスの酸素濃度を測定する際酸素セ
   ンサ素子を大気中におき、酸 素センサ素子の前記他方の酸素ポンプ部 にポンプ電流（Ｉ＿Ｐ＿Ｃ）を流して、酸素濃淡電池の
   被測定ガス電極上を前記校正ガス と同等の酸素濃度とし、その際酸素濃淡 電池に発生する起電力（Ｖ＿Ｓ）を求め、ポンプ電流（
   Ｉ＿Ｐ＿Ｃ）と起電力（Ｖ＿Ｓ）との関係を求めた後、
   前記（２）の関係により起電力（Ｖ＿Ｓ）と基準発生起
   電力（Ｅ＿０）との関係を求めて酸素センサ素子の校正
   を行い、 （４）ついで、酸素センサ素子を被測定ガス中におき、
   酸素濃淡電池に発生する起電 力（Ｖ＿ｍ）を測定し、起電力（Ｖ＿ｍ）を前記（３）
   の起電力（Ｖ＿Ｓ）と基準発生起電力（Ｅ＿０）との関
   係による校正を介して、前記（１）の酸素濃度（Ｏ＿２
   ）と基準発生起電力（Ｅ＿０）との関係により被測定ガ
   スの酸素濃度を測定 することを特徴とする酸素濃度分析方法。 ４、固体電解質を用い酸素濃淡電池方式による酸素濃度
   分析装置において、 （イ）大気に連通する参照ガス室と被測定ガスに連通す
   る測定室とを有し、該参照ガス 室側に参照電極と該測定室側に測定電極と を有する酸素濃淡電池と前記測定電極に対 向し前記測定室側と測定ガス側とに電極を 有する酸素ポンプ部とを備えた酸素センサ 素子と、 （ロ）校正ガスの酸素濃度（Ｏ＿２）に対応する基準発
   生起電力（Ｅ＿０）の関係と、基準発生起電力（Ｅ＿０
   ）に対応するポンプ電流（Ｉ＿Ｐ＿Ｃ）の関係とを記憶
   する記憶回路と、 （ハ）測定ガスの酸素濃度を測定する際酸素ポンプ部に
   流れるポンプ電流（Ｉ＿Ｐ＿Ｃ）に対応する酸素濃淡電
   池の起電力（Ｖ＿Ｓ）の関係が入力された場合に、前記
   記憶回路に記憶され たポンプ電流（Ｉ＿Ｐ＿Ｃ）と基準発生起電力（Ｅ＿０
   ）との関係を参照して基準発生起電力（Ｅ＿０）と起電
   力（Ｖ＿Ｓ）との関係を演算し、かつ被測定ガスにより
   発生する測定起電力（Ｖ＿ｍ）から基準発生起電力（Ｅ
   ＿０）と起電力（Ｖ＿Ｓ）との関係を参照して測定起電
   力（Ｖ＿ｍ）に対応する酸素濃度（Ｏ＿２）を演算する
   校正回路 とを備えていることを特徴とする酸素濃度分析装置。 ５、固体電解質を用い酸素濃淡電池方式による酸素濃度
   分析装置において、 （イ）第１の酸素ポンプ部と、酸素濃淡電池と、第２の
   酸素ポンプ部とを備え、第１の 酸素ポンプ部および酸素濃淡電池の間に被 測定ガスと連通する参照ガス室が形成され、酸素濃淡電
   池および第２の酸素ポンプ部の 間に被測定ガス空間と連通する測定室が形 成され、前記第１の酸素ポンプ部はポンプ 作用により参照ガス室に参照ガスとしての 被測定ガスを導入するとともに、前記第２ の酸素ポンプ部はポンプ作用により測定室 に被測定ガスを導入して参照ガス室および 測定室の間に所定の酸素濃度差を与え、こ の酸素濃度差により酸素濃淡電池の参照ガ ス室側に設けられた基準電極と測定室側に 設けられた測定電極との間に起電力を発生 させる酸素センサ素子と、 （ロ）前記第１の酸素ポンプ部に接続された酸素ポンプ
   電流発生源と、 （ハ）校正ガスの酸素濃度（Ｏ＿２）に対応する基準発
   生起電力（Ｅ＿０）の関係と基準発生起電力（Ｅ＿０）
   に対応する第２の酸素ポンプ部のポンプ電流（Ｉ＿Ｐ＿
   Ｃ）の関係とを記憶する記憶回路と、 （ニ）測定ガスの酸素濃度を測定する際第２の酸素ポン
   プ部に流れるポンプ電流（Ｉ＿Ｐ＿Ｃ）に対応する酸素
   濃淡電池の起電力（Ｖ＿Ｓ）の関係が入力され、この関
   係から前記記憶回路 に記憶されたポンプ電流（Ｉ＿Ｐ＿Ｃ）と基準発生起電
   力（Ｅ＿０）との関係を参照して、基準発生起電力（Ｅ
   ＿０）と起電力（Ｖ＿Ｓ）との関係を演算し、かつ被測
   定ガスにより発生する測定起 電力（Ｖ＿ｍ）を基準発生起電力（Ｅ＿０）と起電力（
   Ｖ＿Ｓ）との関係を参照して測定起電力（Ｖ＿ｍ）に対
   応する酸素濃度（Ｏ＿２）を演算する校正回路 とを備えていることを特徴とする酸素濃度分析装置。