JPH02159552A - 低濃度酸素センサの電圧印加方法 - Google Patents
低濃度酸素センサの電圧印加方法Info
- Publication number
- JPH02159552A JPH02159552A JP63314668A JP31466888A JPH02159552A JP H02159552 A JPH02159552 A JP H02159552A JP 63314668 A JP63314668 A JP 63314668A JP 31466888 A JP31466888 A JP 31466888A JP H02159552 A JPH02159552 A JP H02159552A
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
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。
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］
この発明は、低濃度感度の向上と装置の寿命向上とを両
立さＵｏることのできる低濃度酸素センサの電圧印加方
法に関するものである。
立さＵｏることのできる低濃度酸素センサの電圧印加方
法に関するものである。
［従来の技術］
限界電流式酸素センサとしては、例えば、酸素ガスのイ
オン伝導性を有する安定化ジルコニアをセンサ・エレメ
ントとしたものがよく知られている。これは、安定化ジ
ルコニアからなる固体電解質板の両面に白金の多孔質電
極を形成し、この板の片面に、この片面上の前記電極を
覆うようにガス拡散制限孔を有するキャップを封着して
ガス拡散室を形成したもので、前記２つの電極間に電圧
を印加すると、前記固体電解質板を通して酸素イオンが
移動し、そのイオンをキャリアとして電流が流れる構造
のものである。前記電圧を次第に上昇して行くと、ある
電圧の範囲では電圧を上昇させても電流は増加しない領
域が存在する。その領域は限界電流領域と呼ばれ、その
電流値はガス濃度に対応する値である。
オン伝導性を有する安定化ジルコニアをセンサ・エレメ
ントとしたものがよく知られている。これは、安定化ジ
ルコニアからなる固体電解質板の両面に白金の多孔質電
極を形成し、この板の片面に、この片面上の前記電極を
覆うようにガス拡散制限孔を有するキャップを封着して
ガス拡散室を形成したもので、前記２つの電極間に電圧
を印加すると、前記固体電解質板を通して酸素イオンが
移動し、そのイオンをキャリアとして電流が流れる構造
のものである。前記電圧を次第に上昇して行くと、ある
電圧の範囲では電圧を上昇させても電流は増加しない領
域が存在する。その領域は限界電流領域と呼ばれ、その
電流値はガス濃度に対応する値である。
このような酸素センサでは、酸素濃度に応じた出力電流
値が発生ずるため、低濃度の感度を向上させようとすれ
ば、酸素濃度に対する電流値を大きく設定せざるを得な
い。すなわち、測定すべきガスが低濃度であると、それ
にしたがって限界電流値も低くなるため、低濃度測定用
としては、限界電流値を高めて読み取り易くしている。
値が発生ずるため、低濃度の感度を向上させようとすれ
ば、酸素濃度に対する電流値を大きく設定せざるを得な
い。すなわち、測定すべきガスが低濃度であると、それ
にしたがって限界電流値も低くなるため、低濃度測定用
としては、限界電流値を高めて読み取り易くしている。
これは、実際には、高濃度測定用の装置に比べてガス拡
散制限孔を大きくすることにより対応している。
散制限孔を大きくすることにより対応している。
［発明が解決しようとする課題］
ところで、例えば半導体の製造や電子部品の製造加工の
際には、その製造加工雰囲気の酸素ガスを窒素ガス雰囲
気に置換する必要がある。このような酸素ガスの濃度を
非常に低くした（１０１〜１０ ’ ｐｐｍオーダーの
酸素濃度）雰囲気中の酸素濃度を精度よく測定する場合
に、前記限界電流低濃度酸素センサが使用されている。
際には、その製造加工雰囲気の酸素ガスを窒素ガス雰囲
気に置換する必要がある。このような酸素ガスの濃度を
非常に低くした（１０１〜１０ ’ ｐｐｍオーダーの
酸素濃度）雰囲気中の酸素濃度を精度よく測定する場合
に、前記限界電流低濃度酸素センサが使用されている。
前記製造加工では、被加工品を加工室の中に搬入し、加
工完了後に加工室から取り出すが、その際の扉の開閉で
外部から大気が侵入し、センナは急に１０’〜１０２オ
ーダーから２．ＩｘｌＯ’オーダーの酸素雰囲気に曝さ
れることになる。また、被加工品を加工室に搬入し、酸
素を多く含有する雰囲気が充分に窒素を多く含む雰囲気
に置換するまでセンサでそれを監視する必要がある。
工完了後に加工室から取り出すが、その際の扉の開閉で
外部から大気が侵入し、センナは急に１０’〜１０２オ
ーダーから２．ＩｘｌＯ’オーダーの酸素雰囲気に曝さ
れることになる。また、被加工品を加工室に搬入し、酸
素を多く含有する雰囲気が充分に窒素を多く含む雰囲気
に置換するまでセンサでそれを監視する必要がある。
このような状況でセンサを作動させておいた場合、大気
が流入した雰囲気では、監視電圧としての一定の電圧に
おける最高の電流が固体電解質板を流れ、これが繰り返
され、固体電解質はしばしば大電流に曝されることにな
り、それによってセンサの劣化が速められ、センサ寿命
が短縮されてしまう。
が流入した雰囲気では、監視電圧としての一定の電圧に
おける最高の電流が固体電解質板を流れ、これが繰り返
され、固体電解質はしばしば大電流に曝されることにな
り、それによってセンサの劣化が速められ、センサ寿命
が短縮されてしまう。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、センサ
の低濃度感度および寿命の向上を両立さけることのでき
る低濃度酸素センサの電圧印加方法を提供することを課
題とするものである。
の低濃度感度および寿命の向上を両立さけることのでき
る低濃度酸素センサの電圧印加方法を提供することを課
題とするものである。
Ｕ課題を解決するための手段］
この発明の低濃度酸素センサの電圧印加方法は、出力電
流値が所定の電流値を越えた場合に初期設定印加電圧値
を所定の電圧値にまで下げるとともに、出力電流値が前
記所定の電流値を下回った場合に前記所定の電圧値から
前記初期設定電圧値に上げることを特徴とする乙のであ
る。
流値が所定の電流値を越えた場合に初期設定印加電圧値
を所定の電圧値にまで下げるとともに、出力電流値が前
記所定の電流値を下回った場合に前記所定の電圧値から
前記初期設定電圧値に上げることを特徴とする乙のであ
る。
［作用 ］
この発明の低濃度酸素センサの電圧印加方法は、上記の
ような構成であるので、低濃度の酸素ガス雰囲気で作動
していたセンサが大気のような高濃度の酸素ガス雰囲気
に曝され、センサ出力が所定電流値を越える場合には、
印加電圧が下げられ、大きな出力電流は流れずに済み、
これによりセンサの劣化を防止でき、次に、酸素濃度が
低下してきてセンサ出力が前記所定の電流値より下がっ
た場合には、初期の印加（監視）電圧に戻され、正規の
測定を行うことができるようになる。
ような構成であるので、低濃度の酸素ガス雰囲気で作動
していたセンサが大気のような高濃度の酸素ガス雰囲気
に曝され、センサ出力が所定電流値を越える場合には、
印加電圧が下げられ、大きな出力電流は流れずに済み、
これによりセンサの劣化を防止でき、次に、酸素濃度が
低下してきてセンサ出力が前記所定の電流値より下がっ
た場合には、初期の印加（監視）電圧に戻され、正規の
測定を行うことができるようになる。
以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。
［実施例］
第１図は、本発明の方法を実施するのに好適な電子部品
製造加工室内の酸素濃度の監視システムの回路図である
。
製造加工室内の酸素濃度の監視システムの回路図である
。
まず、センサエレメントの構成を説明すると、符号１は
ジルコニア等の固体電解質であって、この固体電解質ｌ
の上下の面には、白金電極２・２がそれぞれ固菅されて
いる。また固体電解質１の上面には、キャップ３が披せ
られ、このギャップ３には、固体電解質！へ供給される
酸素ｍを規制する小孔４が形成されている。
ジルコニア等の固体電解質であって、この固体電解質ｌ
の上下の面には、白金電極２・２がそれぞれ固菅されて
いる。また固体電解質１の上面には、キャップ３が披せ
られ、このギャップ３には、固体電解質！へ供給される
酸素ｍを規制する小孔４が形成されている。
一方、前記白金電極２・２は、直流電源ＤＣに接続され
ており、この回路の電極間の電圧が電圧計Ｖにより測定
されるとともに、電流計Ａによって電流が測定されるよ
うになっている。また電流針基に検出された電流■は、
Ｉ／Ｖ変換器５によって、これに対応する電圧信号Ｖ
に変換され、さらに、増幅″ａ６によって所定のレベル
まで増幅されるようになっている。この増幅器６の出力
は、比較器７に供給されており、この比較器７は、増幅
器６の出力が基準電圧Ｖ ｒｅｒを上回った場合に、そ
の出力がＯＮとなるものである。すなわち、酸素濃度が
高いため、固体電解質Ｉを流れる電流が所定の値を上回
って■が大きくなり、Ｖ ｒｅｒを上回ると、比較器７
の出力がＯＮとなる。さらに、比較器７の出力は電源制
御回路８に供給されておリ、この？Ｉ！源制御回路８は
、比較？５７の出力が所定の設定時間（例えば３０秒な
いし６０秒）以上持続してＯＮまたはＯＦＦとなったこ
とを条件として、前記直流電源ＤＣの出力電圧のレンジ
を高低いずれかに切り替えるべく、直流電源ＤＣへ電圧
切替信号Ｒ９を供給するようになっている。すなわち直
流電源ＤＣは、前記切替信号ＲＳにより制御されて、第
２図に示すＶｔ、Ｖｔのいずれかに出力電圧が切替られ
るようになっている。
ており、この回路の電極間の電圧が電圧計Ｖにより測定
されるとともに、電流計Ａによって電流が測定されるよ
うになっている。また電流針基に検出された電流■は、
Ｉ／Ｖ変換器５によって、これに対応する電圧信号Ｖ
に変換され、さらに、増幅″ａ６によって所定のレベル
まで増幅されるようになっている。この増幅器６の出力
は、比較器７に供給されており、この比較器７は、増幅
器６の出力が基準電圧Ｖ ｒｅｒを上回った場合に、そ
の出力がＯＮとなるものである。すなわち、酸素濃度が
高いため、固体電解質Ｉを流れる電流が所定の値を上回
って■が大きくなり、Ｖ ｒｅｒを上回ると、比較器７
の出力がＯＮとなる。さらに、比較器７の出力は電源制
御回路８に供給されておリ、この？Ｉ！源制御回路８は
、比較？５７の出力が所定の設定時間（例えば３０秒な
いし６０秒）以上持続してＯＮまたはＯＦＦとなったこ
とを条件として、前記直流電源ＤＣの出力電圧のレンジ
を高低いずれかに切り替えるべく、直流電源ＤＣへ電圧
切替信号Ｒ９を供給するようになっている。すなわち直
流電源ＤＣは、前記切替信号ＲＳにより制御されて、第
２図に示すＶｔ、Ｖｔのいずれかに出力電圧が切替られ
るようになっている。
次いで、上記回路による酸素濃度測定の原理となる測定
方法を説明する。
方法を説明する。
第２図は、２１％０．より大きく下回る製造加工室内の
低酸素濃度雰囲気における前記酸素センサの限界電流特
性を示すもので、このセンサでは低濃度酸素を測定する
ために、比較的大きな一定の電圧値■１をセンサに印加
するようになっている。
低酸素濃度雰囲気における前記酸素センサの限界電流特
性を示すもので、このセンサでは低濃度酸素を測定する
ために、比較的大きな一定の電圧値■１をセンサに印加
するようになっている。
このセンサの設置環境、すなわち、前記製造加工室にお
いて、被加工品の搬入などにより高濃度酸素雰囲気であ
る大気が流入した場合には、一定の電圧における最高の
電流が固体電解質板を流れ、これが繰り返され、センサ
の固体電解質はしばしば大電流に曝されることになり、
それによりセンサの劣化が速められ、センサ寿命が短縮
されてしまう。
−そこで、図において、通常の測定は、初期設定印加（
監視）？１１圧Ｖ、によって行い、センサー出力が■の
０．１５％０．ラインを越えたなら、■、→■、とセン
シング電圧を下げて、濃度が０．２％Ｏｆ以上の出力電
流は流れないようにする。
いて、被加工品の搬入などにより高濃度酸素雰囲気であ
る大気が流入した場合には、一定の電圧における最高の
電流が固体電解質板を流れ、これが繰り返され、センサ
の固体電解質はしばしば大電流に曝されることになり、
それによりセンサの劣化が速められ、センサ寿命が短縮
されてしまう。
−そこで、図において、通常の測定は、初期設定印加（
監視）？１１圧Ｖ、によって行い、センサー出力が■の
０．１５％０．ラインを越えたなら、■、→■、とセン
シング電圧を下げて、濃度が０．２％Ｏｆ以上の出力電
流は流れないようにする。
そして、濃度が低下してきて、０．１５％０．より下回
れば、再びＶ、→Ｖｌへ変化させて正規の測定を行う。
れば、再びＶ、→Ｖｌへ変化させて正規の測定を行う。
これを回路上で自動的に行えば、センサーの寿命を損な
わずに済む。
わずに済む。
なお、このセンサーは、測定レンジ０〜０．１％０．専
用として用いるのがよい。
用として用いるのがよい。
また、センサはその構造上容量を持って変化するので、
印加電圧を変化させた場合には、充放電に時間を必要と
する。したがって、前記のように、センサへのセンシン
グ電圧を変化させるとき、ＶＩ→Ｖ、と下げると、出力
電流がダウンシュートし、逆に■、→Ｖ、と上げると、
オーバーシュートする。
印加電圧を変化させた場合には、充放電に時間を必要と
する。したがって、前記のように、センサへのセンシン
グ電圧を変化させるとき、ＶＩ→Ｖ、と下げると、出力
電流がダウンシュートし、逆に■、→Ｖ、と上げると、
オーバーシュートする。
このため、センサにおけるセンシング電圧の自動切換は
、出力が切換レベルに達した後、約３０〜６０秒間保持
された場合にのみ行うようにすることが必要となる。
、出力が切換レベルに達した後、約３０〜６０秒間保持
された場合にのみ行うようにすることが必要となる。
［発明の効果］
以上説明したように、この発明の低濃度酸素センサの電
圧印加方法は、出力電流値が所定の電流値を越えた場合
に初期設定印加（監視＞ｍ正値を所定の電圧値にまで下
げるとともに、出力電流値が前記所定の電流値を下回っ
た場合に前記所定電圧値から前記初期設定電圧値に上げ
ることを特徴とするものである。
圧印加方法は、出力電流値が所定の電流値を越えた場合
に初期設定印加（監視＞ｍ正値を所定の電圧値にまで下
げるとともに、出力電流値が前記所定の電流値を下回っ
た場合に前記所定電圧値から前記初期設定電圧値に上げ
ることを特徴とするものである。
したがって、この発明によれば、低濃度の酸素ガス雰囲
気で作動していたセンサが大気のような高濃度の酸素ガ
ス雰囲気に曝され、センナ出力が所定電流値を越える場
合には、印加電圧が下げられ、大きな出力電流は流れず
に済み、それによりセンサの劣化を防止でき、酸素濃度
が低下してきて前記所定の電流値より下がった場合には
、初期の印加（監視）電圧値に戻され、正規の測定を行
うことができるようになる。
気で作動していたセンサが大気のような高濃度の酸素ガ
ス雰囲気に曝され、センナ出力が所定電流値を越える場
合には、印加電圧が下げられ、大きな出力電流は流れず
に済み、それによりセンサの劣化を防止でき、酸素濃度
が低下してきて前記所定の電流値より下がった場合には
、初期の印加（監視）電圧値に戻され、正規の測定を行
うことができるようになる。
第１図は本発明の方法を実施するのに好適な電子部品製
造加工室内の酸素濃度の監視システムの電源制御回路の
ブロック図であり、第２図はこの発明の一実施例を説明
するためのもので、低酸素濃度におけるセンサの限界電
流特性を示すグラフである。 Ｉ・・・・・固体電解質、２・・・・・白金電極、３・
・・・・ギャップ３．４・・・・・小孔、５・・・・・
Ｉ／Ｖ変換器、６・・・・・増幅器、７・・・・・比較
器、８・・・・・電源制御回路。
造加工室内の酸素濃度の監視システムの電源制御回路の
ブロック図であり、第２図はこの発明の一実施例を説明
するためのもので、低酸素濃度におけるセンサの限界電
流特性を示すグラフである。 Ｉ・・・・・固体電解質、２・・・・・白金電極、３・
・・・・ギャップ３．４・・・・・小孔、５・・・・・
Ｉ／Ｖ変換器、６・・・・・増幅器、７・・・・・比較
器、８・・・・・電源制御回路。
Claims (1)
- 酸素ガスのイオン伝導性を有する固体電解質板の両面に
多孔質電極を形成し、この板の片面に、この片面上の電
極を覆うようにガス拡散制御孔を有するキャップを封着
してガス拡散室を形成してなる低濃度酸素センサの電圧
印加方法であって、出力電流値が所定の電流値を越えた
場合に初期設定印加電圧値を所定の電圧値にまで下げる
とともに、出力電流値が前記所定の電流値を下回った場
合に前記所定の電圧値から前記初期設定電圧値に上げる
ことを特徴とする低濃度酸素センサの電圧印加方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63314668A JPH02159552A (ja) | 1988-12-13 | 1988-12-13 | 低濃度酸素センサの電圧印加方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63314668A JPH02159552A (ja) | 1988-12-13 | 1988-12-13 | 低濃度酸素センサの電圧印加方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02159552A true JPH02159552A (ja) | 1990-06-19 |
Family
ID=18056108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63314668A Pending JPH02159552A (ja) | 1988-12-13 | 1988-12-13 | 低濃度酸素センサの電圧印加方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02159552A (ja) |
-
1988
- 1988-12-13 JP JP63314668A patent/JPH02159552A/ja active Pending
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