JPH0249657B2 - - Google Patents
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- JPH0249657B2 JPH0249657B2 JP58193845A JP19384583A JPH0249657B2 JP H0249657 B2 JPH0249657 B2 JP H0249657B2 JP 58193845 A JP58193845 A JP 58193845A JP 19384583 A JP19384583 A JP 19384583A JP H0249657 B2 JPH0249657 B2 JP H0249657B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、酸素分圧若しくは濃度の測定方法及
びその装置に係り、特に酸素イオン伝導性のある
固体電解質の両側に電極を設けてなる酸素センサ
の複数を用いて、測定対象ガスの流れから、その
測定深さ方向がそれぞれ異なる個所の酸素分圧若
しくは濃度を測定するようにした方法並びにその
装置に関するものである。
びその装置に係り、特に酸素イオン伝導性のある
固体電解質の両側に電極を設けてなる酸素センサ
の複数を用いて、測定対象ガスの流れから、その
測定深さ方向がそれぞれ異なる個所の酸素分圧若
しくは濃度を測定するようにした方法並びにその
装置に関するものである。
従来から、ジルコニア等の、高温において酸素
イオン伝導性のある固体電解質を用いて、電気化
学反応を利用した酸素濃淡電池の原理により、製
鋼における各種の炉、その他の工業炉、ボイラー
等から排出される燃焼排ガス中の酸素濃度（酸素
分圧）を検知し、それら炉、ボイラーの燃焼状態
を制御することが知られている。
イオン伝導性のある固体電解質を用いて、電気化
学反応を利用した酸素濃淡電池の原理により、製
鋼における各種の炉、その他の工業炉、ボイラー
等から排出される燃焼排ガス中の酸素濃度（酸素
分圧）を検知し、それら炉、ボイラーの燃焼状態
を制御することが知られている。
ところで、この種の酸素センサとしては、所定
形状のジルコニア固体電解質の両面に多孔質の白
金電極をそれぞれ設け、そして一方の側の電極を
標準比較ガスとしての大気に接触せしめて、基準
酸素濃度（分圧）の基準電極とする一方、他方の
側の電極を測定対象ガスである燃焼排ガス中にさ
らして、測定電極としており、それら基準電極と
測定電極との間の酸素濃度（分圧）の差に基づく
起電力を測定することにより、測定対象ガス中の
酸素濃度（分圧）を測定しているのである。な
お、そのような二つの電極の間に生ずる起電力：
Ｅは、ネルンストの式と言われる次式(1)にて示さ
れるものである。
形状のジルコニア固体電解質の両面に多孔質の白
金電極をそれぞれ設け、そして一方の側の電極を
標準比較ガスとしての大気に接触せしめて、基準
酸素濃度（分圧）の基準電極とする一方、他方の
側の電極を測定対象ガスである燃焼排ガス中にさ
らして、測定電極としており、それら基準電極と
測定電極との間の酸素濃度（分圧）の差に基づく
起電力を測定することにより、測定対象ガス中の
酸素濃度（分圧）を測定しているのである。な
お、そのような二つの電極の間に生ずる起電力：
Ｅは、ネルンストの式と言われる次式(1)にて示さ
れるものである。
Ｅ＝−RT／nF×2.303
×logPo2（Ｓ）／Po2（Ａ） ……(1)
但し、Ｒ：気体定数
Ｔ：絶対温度
ｎ：電子数
Ｆ：フアラデー定数
Po2（Ｓ）：測定対象ガス中の酸素分圧
Po2（Ａ）：標準比較ガス中の酸素分圧
である。
そして、かかる(1)式のうち、Ｒ，Ｔ，ｎ，Ｆ，
Po2（Ａ）は定数として取り扱えるところから、
起電力：Ｅを測定することによつて、測定対象ガ
ス中の酸素分圧：Po2（Ｓ）を求めることが出来
るのである。
Po2（Ａ）は定数として取り扱えるところから、
起電力：Ｅを測定することによつて、測定対象ガ
ス中の酸素分圧：Po2（Ｓ）を求めることが出来
るのである。
また、かかる(1)式は、酸素濃度に関して、下記
(2)式のように書き換えることが可能である。
(2)式のように書き換えることが可能である。
Ｅ＝−0.0469×Ｔ×
logO2（％，Ｓ）×Ｐ（Ｓ）／O2（％，Ａ）×Ｐ（
Ａ）……(2) 但し、O2（％，Ｓ）：測定対象ガス中の酸素濃
度 Ｐ（Ｓ）：測定対象ガスの圧力 O2（％，Ａ）：標準比較ガス中の酸素濃
度 Ｐ（Ａ）：標準比較ガスの圧力 である。
Ａ）……(2) 但し、O2（％，Ｓ）：測定対象ガス中の酸素濃
度 Ｐ（Ｓ）：測定対象ガスの圧力 O2（％，Ａ）：標準比較ガス中の酸素濃
度 Ｐ（Ａ）：標準比較ガスの圧力 である。
ところで、このような電気化学反応を利用した
従来からの酸素センサの測定対象となる、炉の燃
焼排ガスの如き測定対象ガスは、煙道等の通路の
中では層状に流れており、このため測定点の深さ
によつて、酸素濃度の値が大きく異なることが認
められている。そして、このために、従来にあつ
ては、煙道の略中央部分の一点で酸素濃度を測定
していたのである。けだし、中央部分は、流速が
速いところから、燃焼排ガスの大半が中央部を通
ると考えれば、燃焼排ガスの酸素濃度の代表値を
測定していることになると考えられたからであ
る。しかしながら、このような従来からの手法で
は、燃焼排ガスにおける酸素濃度の変化の傾向は
把握出来るものの、酸素濃度を正確に求めること
は困難であつたのである。
従来からの酸素センサの測定対象となる、炉の燃
焼排ガスの如き測定対象ガスは、煙道等の通路の
中では層状に流れており、このため測定点の深さ
によつて、酸素濃度の値が大きく異なることが認
められている。そして、このために、従来にあつ
ては、煙道の略中央部分の一点で酸素濃度を測定
していたのである。けだし、中央部分は、流速が
速いところから、燃焼排ガスの大半が中央部を通
ると考えれば、燃焼排ガスの酸素濃度の代表値を
測定していることになると考えられたからであ
る。しかしながら、このような従来からの手法で
は、燃焼排ガスにおける酸素濃度の変化の傾向は
把握出来るものの、酸素濃度を正確に求めること
は困難であつたのである。
因みに、燃焼排ガスの圧力：Ｐ（Ｓ）は、例え
ば、炉が高負荷運転であるか、低負荷運転である
かによつても異なり、また炉の形式によつても異
なるのである。従つて、空気の圧力：Ｐ（Ａ）が
一定であれば、前記(2)式の中でＰ（Ｓ）が変化す
ることであるから、起電力：Ｅの値が変化するこ
とになり、その故O2（％，Ｓ）が変わらなくて
も、ネルンストの式にそつてＥの値から求めた酸
素濃度：O2（％，Ｓ）は、変動することとなるの
である。
ば、炉が高負荷運転であるか、低負荷運転である
かによつても異なり、また炉の形式によつても異
なるのである。従つて、空気の圧力：Ｐ（Ａ）が
一定であれば、前記(2)式の中でＰ（Ｓ）が変化す
ることであるから、起電力：Ｅの値が変化するこ
とになり、その故O2（％，Ｓ）が変わらなくて
も、ネルンストの式にそつてＥの値から求めた酸
素濃度：O2（％，Ｓ）は、変動することとなるの
である。
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景に
して為されたものであつて、その目的とするとこ
ろは、測定対象ガスの流れから、その酸素分圧、
ひいては酸素濃度をより正確に測定することが出
来る方法並びに装置を提供することにある。
して為されたものであつて、その目的とするとこ
ろは、測定対象ガスの流れから、その酸素分圧、
ひいては酸素濃度をより正確に測定することが出
来る方法並びに装置を提供することにある。
そして、かかる目的を達成するために、本発明
にあつては、酸素イオン伝導性のある固体電解質
の一方の側に測定対象ガスに接触せしめられる測
定電極を有し、且つ他方の側に基準酸素分圧若し
くは濃度の標準比較ガスに接触せしめられる基準
電極を有する酸素センサを、該測定対象ガスの流
れに対してその深さ方向に所定の距離を隔てて複
数個配置せしめる一方、前記標準比較ガスを該各
酸素センサの前記基準電極部分に、前記測定対象
ガスの流れ内に連続的に放出されて該測定対象ガ
スの圧力と略等しい圧力に維持される前記標準比
較ガスの供給管を通じて、連続的に供給せしめ
て、測定深さ方向がそれぞれ異なる個所における
酸素分圧若しくは濃度を前記各酸素センサにて測
定するようにしたものである。
にあつては、酸素イオン伝導性のある固体電解質
の一方の側に測定対象ガスに接触せしめられる測
定電極を有し、且つ他方の側に基準酸素分圧若し
くは濃度の標準比較ガスに接触せしめられる基準
電極を有する酸素センサを、該測定対象ガスの流
れに対してその深さ方向に所定の距離を隔てて複
数個配置せしめる一方、前記標準比較ガスを該各
酸素センサの前記基準電極部分に、前記測定対象
ガスの流れ内に連続的に放出されて該測定対象ガ
スの圧力と略等しい圧力に維持される前記標準比
較ガスの供給管を通じて、連続的に供給せしめ
て、測定深さ方向がそれぞれ異なる個所における
酸素分圧若しくは濃度を前記各酸素センサにて測
定するようにしたものである。
従つて、かくの如き本発明手法によれば、測定
対象ガスに対して測定深さ方向がそれぞれ異なる
個所における酸素分圧若しくは濃度が効果的に求
められ、そしてそれらの測定値に基づいて、従来
の如き測定対象ガスの流れの中の一点における代
表値を測定する場合に比較して、酸素分圧若しく
は濃度のより正確な値を求めることが出来ること
となつたのである。
対象ガスに対して測定深さ方向がそれぞれ異なる
個所における酸素分圧若しくは濃度が効果的に求
められ、そしてそれらの測定値に基づいて、従来
の如き測定対象ガスの流れの中の一点における代
表値を測定する場合に比較して、酸素分圧若しく
は濃度のより正確な値を求めることが出来ること
となつたのである。
また、本発明にあつては、かかる手法の実施の
ために、(a)測定対象ガスの流れに対してその深さ
方向に挿入、設置せしめられる一方、連続的に導
入される基準酸素分圧若しくは濃度の標準比較ガ
スを、放出口より該測定対象ガスの流れ内に連続
的に放出せしめて、管内の標準比較ガスの圧力が
該測定対象ガスの圧力に略等しくなるように構成
した１本の主管と、(b)酸素イオン伝導性のある固
体電解質とその一方の側に設けられた測定電極と
他方の側に設けられた基準電極とを有し、該測定
電極が前記主管外を流れる測定対象ガスに接触せ
しめられる一方、該基準電極が該主管内を流通さ
せられる標準比較ガスに接触せしめられるよう
に、該主管の管壁に、管軸方向に所定の距離を隔
てて取り付けられた複数個の酸素センサとを含
み、それら複数個の酸素センサによつて、測定深
さ方向のそれぞれ異なる個所における酸素分圧若
しくは濃度を測定するようにした装置が、好適に
用いられるのである。
ために、(a)測定対象ガスの流れに対してその深さ
方向に挿入、設置せしめられる一方、連続的に導
入される基準酸素分圧若しくは濃度の標準比較ガ
スを、放出口より該測定対象ガスの流れ内に連続
的に放出せしめて、管内の標準比較ガスの圧力が
該測定対象ガスの圧力に略等しくなるように構成
した１本の主管と、(b)酸素イオン伝導性のある固
体電解質とその一方の側に設けられた測定電極と
他方の側に設けられた基準電極とを有し、該測定
電極が前記主管外を流れる測定対象ガスに接触せ
しめられる一方、該基準電極が該主管内を流通さ
せられる標準比較ガスに接触せしめられるよう
に、該主管の管壁に、管軸方向に所定の距離を隔
てて取り付けられた複数個の酸素センサとを含
み、それら複数個の酸素センサによつて、測定深
さ方向のそれぞれ異なる個所における酸素分圧若
しくは濃度を測定するようにした装置が、好適に
用いられるのである。
以下、本発明を更に具体的に明らかにするため
に、図面を参照しつつ、その構成を詳細に説明す
ることとする。
に、図面を参照しつつ、その構成を詳細に説明す
ることとする。
まず、第１図において、１は主管であり、この
主管１には、所定間隔で複数個の酸素センサがそ
の破損を防止するための酸素センサカバー２の内
側に取り付けられている。また、この酸素センサ
を主管１に取り付けるために、かかる酸素センサ
カバー２の対応する主管１部分には、センサ裏蓋
３が設けられ、酸素センサは、かかるセンサ裏蓋
３を取り外して、主管１に対して脱着が自在に行
なわれ得るようになつている。なお、これら酸素
センサは、主管１に対して、その管軸方向に所定
距離隔てて配置せしめられることとなるが、その
配置間隔としては、一般に50cm以上が採用され、
例示の装置では１ｍ間隔で設けられている。そし
て、このような主管１は、その先端部に設けられ
た酸素センサが測定対象ガスの流れの略中心部以
上に達する長さの一体的なパイプ材料にて構成さ
れているのである。
主管１には、所定間隔で複数個の酸素センサがそ
の破損を防止するための酸素センサカバー２の内
側に取り付けられている。また、この酸素センサ
を主管１に取り付けるために、かかる酸素センサ
カバー２の対応する主管１部分には、センサ裏蓋
３が設けられ、酸素センサは、かかるセンサ裏蓋
３を取り外して、主管１に対して脱着が自在に行
なわれ得るようになつている。なお、これら酸素
センサは、主管１に対して、その管軸方向に所定
距離隔てて配置せしめられることとなるが、その
配置間隔としては、一般に50cm以上が採用され、
例示の装置では１ｍ間隔で設けられている。そし
て、このような主管１は、その先端部に設けられ
た酸素センサが測定対象ガスの流れの略中心部以
上に達する長さの一体的なパイプ材料にて構成さ
れているのである。
また、かかる主管１内には、標準比較ガスとし
ての空気が、図示しない絞り弁を介して、微量の
導入量において比較的高い圧力の空気通路から連
続的に導入されるようになつており、更にこのよ
うにして導入された主管１内の空気は、該主管１
の先端部に設けられた空気放出口４から連続的に
放出されるようになつている。さらに、主管１の
基部には、取付フランジ５及び端子箱８が取り付
けられている。
ての空気が、図示しない絞り弁を介して、微量の
導入量において比較的高い圧力の空気通路から連
続的に導入されるようになつており、更にこのよ
うにして導入された主管１内の空気は、該主管１
の先端部に設けられた空気放出口４から連続的に
放出されるようになつている。さらに、主管１の
基部には、取付フランジ５及び端子箱８が取り付
けられている。
そして、かかる主管１は、ボイラーの煙道等の
測定点において、測定対象ガスである燃焼排ガス
の流れの中へ挿入、設置せしめられることとなる
のである。すなわち、図示の如く、主管１は、炉
壁７に設けられた炉壁フランジ６に取付フランジ
５によつて取り付けられるのである。なお、端子
箱８には配線、配管孔９が設けられており、配
線、配管は、第１図には図示されていないが、適
宜に行なわれている。
測定点において、測定対象ガスである燃焼排ガス
の流れの中へ挿入、設置せしめられることとなる
のである。すなわち、図示の如く、主管１は、炉
壁７に設けられた炉壁フランジ６に取付フランジ
５によつて取り付けられるのである。なお、端子
箱８には配線、配管孔９が設けられており、配
線、配管は、第１図には図示されていないが、適
宜に行なわれている。
また、第２図には、かかる主管１に対する酸素
センサの取付け形態が示され、更に第３図には、
かかる酸素センサの構造の一例が拡大して示され
ている。これらの図において、酸素センサとして
のジルコニアセンサ１１は、その基部においてセ
ンサ留金具１３に固定された状態で、第２図に示
される如く、主管１に設けられた所定の取付け位
置に、その円筒内が主管１内に連通するように開
口せしめられて、センサ押え金具１４にて気密に
取り付けられているのである。なお、このジルコ
ニアセンサ１１の取付け、取外しは、前述の如
く、主管１に設けられたセンサ裏蓋３を取り外し
て行なわれることとなる。また、かかるジルコニ
アセンサ１１の外側には、ダストの通過を防止す
るためのフイルター１０が取り付けられており、
その外側に設けられた酸素センサカバー２によつ
て、かかるフイルター１０及びジルコニアセンサ
１１の破損が防止され得るようになつている。さ
らに、酸素センサとしてのジルコニアセンサ１１
の起電力を検査するための校正ガス管１２が設け
られており、かかる校正ガス管１２を通じて供給
される校正ガスが、ジルコニアセンサ１１の測定
対象ガスに接触せしめられる側の面に供給され、
これによつて、かかるセンサの起電力が検査され
るようになつている。
センサの取付け形態が示され、更に第３図には、
かかる酸素センサの構造の一例が拡大して示され
ている。これらの図において、酸素センサとして
のジルコニアセンサ１１は、その基部においてセ
ンサ留金具１３に固定された状態で、第２図に示
される如く、主管１に設けられた所定の取付け位
置に、その円筒内が主管１内に連通するように開
口せしめられて、センサ押え金具１４にて気密に
取り付けられているのである。なお、このジルコ
ニアセンサ１１の取付け、取外しは、前述の如
く、主管１に設けられたセンサ裏蓋３を取り外し
て行なわれることとなる。また、かかるジルコニ
アセンサ１１の外側には、ダストの通過を防止す
るためのフイルター１０が取り付けられており、
その外側に設けられた酸素センサカバー２によつ
て、かかるフイルター１０及びジルコニアセンサ
１１の破損が防止され得るようになつている。さ
らに、酸素センサとしてのジルコニアセンサ１１
の起電力を検査するための校正ガス管１２が設け
られており、かかる校正ガス管１２を通じて供給
される校正ガスが、ジルコニアセンサ１１の測定
対象ガスに接触せしめられる側の面に供給され、
これによつて、かかるセンサの起電力が検査され
るようになつている。
また、かかるジルコニアセンサ１１の如き酸素
センサは、高温において酸素イオン伝導性のある
固体電解質の一方の側に測定電極、他方の側に基
準電極をそれぞれ設けたものである。なお、この
固体電解質には、従来からの電気化学反応を利用
した酸素センサにおいて用いられている固体電解
質の何れもが使用可能であり、例えば、酸化ジル
コニウムに酸化カルシウムを固溶させたもの、酸
化ジルコニウムに酸化イツトリウムを固溶させた
もの、酸化トリウムに酸化イツトリウムを固溶さ
せたもの、酸化セリウムに酸化ランタンを固溶さ
せたもの等がある。また、かかる固体電解質の形
状としては、第３図に示される如き有底円筒状
（試験管状）の他、平板状、円筒状等を採用する
ことが出来、センサの構造に応じて適宜に選択さ
れることとなる。
センサは、高温において酸素イオン伝導性のある
固体電解質の一方の側に測定電極、他方の側に基
準電極をそれぞれ設けたものである。なお、この
固体電解質には、従来からの電気化学反応を利用
した酸素センサにおいて用いられている固体電解
質の何れもが使用可能であり、例えば、酸化ジル
コニウムに酸化カルシウムを固溶させたもの、酸
化ジルコニウムに酸化イツトリウムを固溶させた
もの、酸化トリウムに酸化イツトリウムを固溶さ
せたもの、酸化セリウムに酸化ランタンを固溶さ
せたもの等がある。また、かかる固体電解質の形
状としては、第３図に示される如き有底円筒状
（試験管状）の他、平板状、円筒状等を採用する
ことが出来、センサの構造に応じて適宜に選択さ
れることとなる。
そして、このような所定形状の固体電解質に対
して、その一方の側の面に燃焼排ガス等の測定対
象ガスが接触せしめられる一方、その他方の側の
面には、基準酸素分圧若しくは濃度の標準比較ガ
ス、通常大気（空気）が接触せしめられることと
なるが、固体電解質が円筒乃至は有底円筒形状で
ある場合においては、一般に、その外側表面に測
定対象ガスが接触せしめられる一方、その内側表
面が大気に接触せしめられるように構成されるこ
ととなるのである。
して、その一方の側の面に燃焼排ガス等の測定対
象ガスが接触せしめられる一方、その他方の側の
面には、基準酸素分圧若しくは濃度の標準比較ガ
ス、通常大気（空気）が接触せしめられることと
なるが、固体電解質が円筒乃至は有底円筒形状で
ある場合においては、一般に、その外側表面に測
定対象ガスが接触せしめられる一方、その内側表
面が大気に接触せしめられるように構成されるこ
ととなるのである。
また、かかる固体電解質のそれぞれの側の面に
設けられる測定電極及び基準電極としては、何れ
も、従来からの酸素センサに設けられているもの
と同様な多孔質の金属電極であり、一般に白金電
極が好適に用いられるが、その他、白金・ロジウ
ム合金、白金・パラジウム合金、銀、白金・銀合
金等の金属材料にて形成されるものであつても何
等差支えない。また、このような多孔質の金属電
極の上には、所定のセラミツクの被覆が施されて
いる場合もある。なお、第３図に例示のジルコニ
アセンサ１１においては、測定電極としての外側
電極１６及び基準電極としての内側電極１８は、
何れも白金にて形成されている。
設けられる測定電極及び基準電極としては、何れ
も、従来からの酸素センサに設けられているもの
と同様な多孔質の金属電極であり、一般に白金電
極が好適に用いられるが、その他、白金・ロジウ
ム合金、白金・パラジウム合金、銀、白金・銀合
金等の金属材料にて形成されるものであつても何
等差支えない。また、このような多孔質の金属電
極の上には、所定のセラミツクの被覆が施されて
いる場合もある。なお、第３図に例示のジルコニ
アセンサ１１においては、測定電極としての外側
電極１６及び基準電極としての内側電極１８は、
何れも白金にて形成されている。
そして、かかるジルコニアセンサ１１は、セン
サ留金具１３に気密に固定されており、その外側
電極１６が、外側電極接続部１７によつて、セン
サ留金具１３と電気的に導通せしめられるように
なつており、また内側電極１８からの電気信号
は、外側電極接続部１９を介してリード線２０に
導かれ、該リード線２０によつて取り出されるよ
うになつているのである。
サ留金具１３に気密に固定されており、その外側
電極１６が、外側電極接続部１７によつて、セン
サ留金具１３と電気的に導通せしめられるように
なつており、また内側電極１８からの電気信号
は、外側電極接続部１９を介してリード線２０に
導かれ、該リード線２０によつて取り出されるよ
うになつているのである。
なお、ジルコニアセンサ１１の内側には、電気
ヒータ１５が支持体２２によつて取り付けられ、
電気ヒータリード線２１を通じての電力の供給に
よつて、かかる電気ヒータ１５が、ジルコニアセ
ンサ１１（より具体的には固体電解質）を所定の
温度、一般に約500℃以上の温度に加熱せしめる
ようになつている。
ヒータ１５が支持体２２によつて取り付けられ、
電気ヒータリード線２１を通じての電力の供給に
よつて、かかる電気ヒータ１５が、ジルコニアセ
ンサ１１（より具体的には固体電解質）を所定の
温度、一般に約500℃以上の温度に加熱せしめる
ようになつている。
従つて、かかる構成の装置にあつては、主管１
の長手方向に所定間隔で取り付けられた４個のジ
ルコニアセンサ１１は、測定対象ガスの流れの中
で、その深さ方向がそれぞれ異なる個所におい
て、かかる測定対象ガスに接触せしめられること
となるのである。すなわち、測定対象ガスの流れ
内に挿入、設置された主管１に取り付けられた各
ジルコニアセンサ１１は、酸素センサカバー２及
びフイルター１０を通過した測定対象ガスに対し
て、その測定電極１６において接触せしめられる
こととなり、一方主管１内には、標準比較ガスと
しての空気が主管１の先端の放出口４に向かつて
流されているところから、かかるジルコニアセン
サ１１の内側電極１８には、空気が接触せしめら
れることとなり、これによつて、酸素センサとし
ての４個のジルコニアセンサ１１からは、個別に
起電力が得られることとなるのである。そして、
このジルコニアセンサ１１の起電力と酸素分圧、
ひいては酸素濃度との関係はネルンストの式で得
られ、前記(1)乃至は(2)式で示されるところから、
この起電力の値を用いて、酸素分圧、ひいては酸
素濃度を求めることが出来るのである。
の長手方向に所定間隔で取り付けられた４個のジ
ルコニアセンサ１１は、測定対象ガスの流れの中
で、その深さ方向がそれぞれ異なる個所におい
て、かかる測定対象ガスに接触せしめられること
となるのである。すなわち、測定対象ガスの流れ
内に挿入、設置された主管１に取り付けられた各
ジルコニアセンサ１１は、酸素センサカバー２及
びフイルター１０を通過した測定対象ガスに対し
て、その測定電極１６において接触せしめられる
こととなり、一方主管１内には、標準比較ガスと
しての空気が主管１の先端の放出口４に向かつて
流されているところから、かかるジルコニアセン
サ１１の内側電極１８には、空気が接触せしめら
れることとなり、これによつて、酸素センサとし
ての４個のジルコニアセンサ１１からは、個別に
起電力が得られることとなるのである。そして、
このジルコニアセンサ１１の起電力と酸素分圧、
ひいては酸素濃度との関係はネルンストの式で得
られ、前記(1)乃至は(2)式で示されるところから、
この起電力の値を用いて、酸素分圧、ひいては酸
素濃度を求めることが出来るのである。
因みに、かかる例示の装置において、主管１に
設けられた４個のセンサを、その取付け側基部か
ら先端に向かつてS1，S2，S3，S4とした場合にお
いて、これらS1，S2，S3，S4からの起電力から求
まる酸素濃度の実測データを、模式的に図示すれ
ば、第４図のようになるのである。なお、第４図
においては、その左側部分が、高負荷運転時にお
ける燃焼排ガスの流れに対する測定深さ方向がそ
れぞれ異なる個所の酸素濃度を示しており、また
右半分が、低負荷運転時における燃焼排ガス中の
各位置での酸素濃度をそれぞれ示している。この
第４図から明らかなように、炉の燃焼排ガスは煙
道の中で層状に流れており、測定点の深さによつ
て、酸素濃度の値は大きく異なつているのであ
る。そして、炉の燃焼排ガスは、煙道の中央部分
において、流速が速くなつているのである。それ
故、S1，S2，S3，S4の値のうち、煙道の中央部分
の値を加重して平均値を出すことにより、換言す
れば各酸素センサの測定値を、流量を基準にして
加重平均することにより、燃焼排ガス中の酸素濃
度をより正確に求めることが出来るのである。な
お、煙道内の流速が略均一な場合は、各測定値を
単純平均することにより、酸素分圧、ひいては酸
素濃度を正確に求めることが出来る。
設けられた４個のセンサを、その取付け側基部か
ら先端に向かつてS1，S2，S3，S4とした場合にお
いて、これらS1，S2，S3，S4からの起電力から求
まる酸素濃度の実測データを、模式的に図示すれ
ば、第４図のようになるのである。なお、第４図
においては、その左側部分が、高負荷運転時にお
ける燃焼排ガスの流れに対する測定深さ方向がそ
れぞれ異なる個所の酸素濃度を示しており、また
右半分が、低負荷運転時における燃焼排ガス中の
各位置での酸素濃度をそれぞれ示している。この
第４図から明らかなように、炉の燃焼排ガスは煙
道の中で層状に流れており、測定点の深さによつ
て、酸素濃度の値は大きく異なつているのであ
る。そして、炉の燃焼排ガスは、煙道の中央部分
において、流速が速くなつているのである。それ
故、S1，S2，S3，S4の値のうち、煙道の中央部分
の値を加重して平均値を出すことにより、換言す
れば各酸素センサの測定値を、流量を基準にして
加重平均することにより、燃焼排ガス中の酸素濃
度をより正確に求めることが出来るのである。な
お、煙道内の流速が略均一な場合は、各測定値を
単純平均することにより、酸素分圧、ひいては酸
素濃度を正確に求めることが出来る。
ところで、燃焼排ガスの圧力は、炉の燃焼状
態、或いは炉の形式等によつて異なる。そして、
標準比較ガスとしての空気の圧力：Ｐ（Ａ）が一
定であれば、前記(2)式の中で、測定対象ガスたる
燃焼排ガスの圧力：Ｐ（Ｓ）が変化することとな
るものであるところから、起電力：Ｅの値が変化
することとなり、それ故燃焼排ガス中の実際の酸
素濃度が変わらなくても、ネルンストの式にそつ
て該Ｅの値から求めた酸素濃度：O2（％，Ｓ）
は、変動するようになるのである。
態、或いは炉の形式等によつて異なる。そして、
標準比較ガスとしての空気の圧力：Ｐ（Ａ）が一
定であれば、前記(2)式の中で、測定対象ガスたる
燃焼排ガスの圧力：Ｐ（Ｓ）が変化することとな
るものであるところから、起電力：Ｅの値が変化
することとなり、それ故燃焼排ガス中の実際の酸
素濃度が変わらなくても、ネルンストの式にそつ
て該Ｅの値から求めた酸素濃度：O2（％，Ｓ）
は、変動するようになるのである。
しかしながら、本発明にあつては、主管１内を
流通せしめられる標準比較ガスとしての空気は、
その先端の空気放出口４から連続的に放出され
る、一般に僅かに放出される構成となつていると
ころから、主管１内の空気の圧力は、測定対象ガ
スの圧力と略釣り合うこととなるのである。な
お、空気が主管１の放出口４から僅かに放出され
るのであるから、測定対象ガスの圧力より空気の
圧力は極くわずかにプラス圧であるが、これは測
定上の許容誤差として無視することが出来るので
ある。そして、前記(2)式の中で、測定対象ガスの
圧力：Ｐ（Ｓ）が変化しても、空気の圧力：Ｐ
（Ａ）がかかるＰ（Ｓ）と釣り合うように変化する
ので、測定対象ガスの圧力変化によつて起電力：
Ｅの値は変化せず、これによつて、測定対象ガス
中の酸素濃度：O2（％，Ｓ）を正しく求めること
が出来るのである。
流通せしめられる標準比較ガスとしての空気は、
その先端の空気放出口４から連続的に放出され
る、一般に僅かに放出される構成となつていると
ころから、主管１内の空気の圧力は、測定対象ガ
スの圧力と略釣り合うこととなるのである。な
お、空気が主管１の放出口４から僅かに放出され
るのであるから、測定対象ガスの圧力より空気の
圧力は極くわずかにプラス圧であるが、これは測
定上の許容誤差として無視することが出来るので
ある。そして、前記(2)式の中で、測定対象ガスの
圧力：Ｐ（Ｓ）が変化しても、空気の圧力：Ｐ
（Ａ）がかかるＰ（Ｓ）と釣り合うように変化する
ので、測定対象ガスの圧力変化によつて起電力：
Ｅの値は変化せず、これによつて、測定対象ガス
中の酸素濃度：O2（％，Ｓ）を正しく求めること
が出来るのである。
以上、本発明の方法並びに装置について、図示
した一つの装置について詳しく述べてきたが、本
発明が、かかる例示の具体例にのみ限定して解釈
されるものでは決してなく、本発明の趣旨を逸脱
しない限りにおいて、本発明には当業者の知識に
基づいて種々なる変更、修正、改良等を加え得る
ものであり、そして本発明は、そのような実施形
態のものをも何れも含むものであること、言うま
でもないところである。
した一つの装置について詳しく述べてきたが、本
発明が、かかる例示の具体例にのみ限定して解釈
されるものでは決してなく、本発明の趣旨を逸脱
しない限りにおいて、本発明には当業者の知識に
基づいて種々なる変更、修正、改良等を加え得る
ものであり、そして本発明は、そのような実施形
態のものをも何れも含むものであること、言うま
でもないところである。
例えば、前例においては、主管１は１本の一体
的なパイプにて構成されているが、これを複数個
のパイプ部分を接続することによつて１本の主管
と為すことも可能であり、また１本の主管に代え
て、複数本の標準比較ガスの供給管を用いて、そ
れぞれの酸素センサに標準比較ガスが供給される
ようにしても、何等差支えないのである。
的なパイプにて構成されているが、これを複数個
のパイプ部分を接続することによつて１本の主管
と為すことも可能であり、また１本の主管に代え
て、複数本の標準比較ガスの供給管を用いて、そ
れぞれの酸素センサに標準比較ガスが供給される
ようにしても、何等差支えないのである。
第１図は本発明に係る装置の一例を示す外観図
であり、第２図はかかる装置の酸素センサ設置部
分を示す縦断面図であり、第３図は酸素センサ部
分のみを取り出して示す拡大断面説明図であり、
第４図は４個の酸素センサからの起電力から求め
られた酸素濃度の実測データを模式的に示すグラ
フである。 １：主管、２：酸素センサカバー、３：センサ
裏蓋、４：空気放出口、７：炉壁、１０：フイル
ター、１１：ジルコニアセンサ、１２：校正ガス
管、１３：センサ留金具、１４：センサ押え金
具、１５：電気ヒータ、１６：外側電極、１８：
内側電極、２０：リード線、２２：支持体。
であり、第２図はかかる装置の酸素センサ設置部
分を示す縦断面図であり、第３図は酸素センサ部
分のみを取り出して示す拡大断面説明図であり、
第４図は４個の酸素センサからの起電力から求め
られた酸素濃度の実測データを模式的に示すグラ
フである。 １：主管、２：酸素センサカバー、３：センサ
裏蓋、４：空気放出口、７：炉壁、１０：フイル
ター、１１：ジルコニアセンサ、１２：校正ガス
管、１３：センサ留金具、１４：センサ押え金
具、１５：電気ヒータ、１６：外側電極、１８：
内側電極、２０：リード線、２２：支持体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 酸素イオン伝導性のある固体電解質の一方の
側に測定対象ガスに接触せしめられる測定電極を
有し、且つ他方の側に基準酸素分圧若しくは濃度
の標準比較ガスに接触せしめられる基準電極を有
する酸素センサを、該測定対象ガスの流れに対し
てその深さ方向に所定の距離を隔てて複数個配置
せしめる一方、前記標準比較ガスを該各酸素セン
サの前記基準電極部分に、前記測定対象ガスの流
れ内に連続的に放出されて該測定対象ガスの圧力
と略等しい圧力に維持される前記標準比較ガスの
供給管を通じて、連続的に供給せしめて、測定深
さ方向がそれぞれ異なる個所における酸素分圧若
しくは濃度を前記各酸素センサにて測定すること
を特徴とする酸素分圧若しくは濃度の測定方法。 ２ 前記各酸素センサにて測定して得られた測定
値を加重平均して酸素分圧若しくは濃度を求める
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方
法。 ３ 前記酸素センサによる酸素分圧若しくは濃度
の測定が、前記固体電解質を500℃以上に加熱し
た状態下において行なわれることを特徴とする特
許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 ４ 前記測定対象ガスが燃焼排ガスであり、且つ
前記標準比較ガスが空気であることを特徴とする
特許請求の第１項乃至第３項の何れかに記載の方
法。 ５ 測定対象ガスの流れに対してその深さ方向に
挿入、設置せしめられる一方、連続的に導入され
る基準酸素分圧若しくは濃度の標準比較ガスを、
放出口より該測定対象ガスの流れ内に連続的に放
出せしめて、管内の標準比較ガスの圧力が該測定
対象ガスの圧力に略等しくなるように構成した１
本の主管と、 酸素イオン伝導性のある固体電解質とその一方
の側に設けられた測定電極と他方の側に設けられ
た基準電極とを有し、該測定電極が前記主管外を
流れる測定対象ガスに接触せしめられる一方、該
基準電極が該主管内を流通させられる標準比較ガ
スに接触せしめられるように、該主管の管壁に、
管軸方向に所定の距離を隔てて取り付けられた複
数個の酸素センサとを、 含み、それら複数個の酸素センサによつて、測定
深さ方向のそれぞれ異なる個所における酸素分圧
若しくは濃度を測定するようにしたことを特徴と
する酸素分圧若しくは濃度測定装置。 ６ 前記酸素センサが、前記主管に対して着脱自
在に取り付けられていることを特徴とする特許請
求の範囲第５項記載の装置。 ７ 前記放出口が、前記主管の先端部に設けられ
ていることを特徴とする特許請求の範囲第５項又
は第６項記載の装置。 ８ 前記酸素センサが加熱手段を備え、該加熱手
段にて前記固体電解質が所定の温度に加熱せしめ
られ得るように構成したことを特徴とする特許請
求の範囲第５項乃至第７項の何れかに記載の装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58193845A JPS6085360A (ja) | 1983-10-17 | 1983-10-17 | 酸素分圧若しくは濃度の測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58193845A JPS6085360A (ja) | 1983-10-17 | 1983-10-17 | 酸素分圧若しくは濃度の測定方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6085360A JPS6085360A (ja) | 1985-05-14 |
| JPH0249657B2 true JPH0249657B2 (ja) | 1990-10-30 |
Family
ID=16314695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58193845A Granted JPS6085360A (ja) | 1983-10-17 | 1983-10-17 | 酸素分圧若しくは濃度の測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6085360A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0580929U (ja) * | 1992-04-08 | 1993-11-02 | 自動車電機工業株式会社 | ウォッシャポンプのエンドカバー固定部構造 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4889570B2 (ja) * | 2007-05-31 | 2012-03-07 | 中国電力株式会社 | ガス検出用プローブ |
-
1983
- 1983-10-17 JP JP58193845A patent/JPS6085360A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0580929U (ja) * | 1992-04-08 | 1993-11-02 | 自動車電機工業株式会社 | ウォッシャポンプのエンドカバー固定部構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6085360A (ja) | 1985-05-14 |
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