JPH03225269A - 酸素感知方法およびその装置 - Google Patents
酸素感知方法およびその装置Info
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- JPH03225269A JPH03225269A JP2244127A JP24412790A JPH03225269A JP H03225269 A JPH03225269 A JP H03225269A JP 2244127 A JP2244127 A JP 2244127A JP 24412790 A JP24412790 A JP 24412790A JP H03225269 A JPH03225269 A JP H03225269A
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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］
本発明は、−船釣には、酸素感知方法とその装置に関し
、更に詳しくは、磁気手段によって混合ガスにおける酸
素濃度を測定する装置と方法に関する。
、更に詳しくは、磁気手段によって混合ガスにおける酸
素濃度を測定する装置と方法に関する。
［従来の技術］
混合ガスにおける酸素濃度の正確な測定は、多くの工業
上、臨床上、そして実験室でのプロセスにおいて重要で
あり、それ故に、酸素濃度を測定するための種々の装置
が提案あるいは開発された。酸素はその分子が磁界の最
も強い部分を指向するという点で常磁性体であることが
長い間認められていた。対照的に、他のほとんどのガス
はそれらの分子が磁界の最も弱い場所を指向するという
点で逆磁性体である。広く認識された酸素の常磁性の特
性は、磁気感知装置によって混合ガスにおける酸素濃度
を測定する装置と方法に関する多くの研究を刺激するも
のであった。
上、臨床上、そして実験室でのプロセスにおいて重要で
あり、それ故に、酸素濃度を測定するための種々の装置
が提案あるいは開発された。酸素はその分子が磁界の最
も強い部分を指向するという点で常磁性体であることが
長い間認められていた。対照的に、他のほとんどのガス
はそれらの分子が磁界の最も弱い場所を指向するという
点で逆磁性体である。広く認識された酸素の常磁性の特
性は、磁気感知装置によって混合ガスにおける酸素濃度
を測定する装置と方法に関する多くの研究を刺激するも
のであった。
詳述すると、物質が磁界の強さＨの中に置かれた場合、
磁気誘導度は下式Ｂで与えられる。すなわち、 Ｂ＝Ｈ＋４π ζ 式（１） ここで、数値ζ（Ｚｅｔａ）は磁化の強さであり、ζ／
Ｈ＝に 式（２） は、単位体積あたりの磁化率である。
磁気誘導度は下式Ｂで与えられる。すなわち、 Ｂ＝Ｈ＋４π ζ 式（１） ここで、数値ζ（Ｚｅｔａ）は磁化の強さであり、ζ／
Ｈ＝に 式（２） は、単位体積あたりの磁化率である。
一般に、逆磁性物質の全体の質量磁化率は温度と磁界の
強さに依存しない。しかしながら、常磁性体物質の磁化
率は、絶対温度に反比例し、磁界の強さには依存しない
、その密度も温度に反比例するので、体積あたりの磁化
率は温度の２乗に反比例する。
強さに依存しない。しかしながら、常磁性体物質の磁化
率は、絶対温度に反比例し、磁界の強さには依存しない
、その密度も温度に反比例するので、体積あたりの磁化
率は温度の２乗に反比例する。
電界中の無極性分子によって発生する誘導電気モーメン
トに類似して、磁界中に置かれたいかなる物質も誘導モ
ーメントを発生する。しかしながら、常磁性体物質は、
極性分子の永久電気双極子モーメントに類似して、永久
モーメントを有している。
トに類似して、磁界中に置かれたいかなる物質も誘導モ
ーメントを発生する。しかしながら、常磁性体物質は、
極性分子の永久電気双極子モーメントに類似して、永久
モーメントを有している。
物体が一様な磁界の中に置かれた場合、磁界が磁気的に
等方性でなければ、配向効果を受けるであろう。これら
の環境下で物体が得る磁気モーメントは、ｋｖＨ、すな
わち、体積ｋ、単位体積あたりの磁化率Ｖ、そして、磁
界の強さＨの積に比例する。
等方性でなければ、配向効果を受けるであろう。これら
の環境下で物体が得る磁気モーメントは、ｋｖＨ、すな
わち、体積ｋ、単位体積あたりの磁化率Ｖ、そして、磁
界の強さＨの積に比例する。
しかしながら、磁界が一様であれば物体は変位力を得る
ことはないであろう。Ｓ方向に勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ
）がｄＨ／ｄＳであり磁界が一様でない場合、物体はＳ
方向に線形の変位力を受け、この線形の変位力Ｆは、 Ｆ ＝ ｋ ｖ Ｈ−ｄＨ／ｄＳ 式（３）で
与えられ、変位力はモーメントと勾配の積に比例する。
ことはないであろう。Ｓ方向に勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ
）がｄＨ／ｄＳであり磁界が一様でない場合、物体はＳ
方向に線形の変位力を受け、この線形の変位力Ｆは、 Ｆ ＝ ｋ ｖ Ｈ−ｄＨ／ｄＳ 式（３）で
与えられ、変位力はモーメントと勾配の積に比例する。
磁石の極の間に、試料の一方が磁界の強い領域にあり他
方が磁界が無視できるような領域にあるように、試料の
物体が置ゆ）れた場合、試料に作用する力は式（３）を
磁界が最大の領域から磁界が無視できる領域まで積分し
たものである。この積分は結果として生じる次の力を与
える。すなわち、Ｆ＝１／２・ｋＨ２Ａ 式（４
）ここで、Ａは試料の断面積である。
方が磁界が無視できるような領域にあるように、試料の
物体が置ゆ）れた場合、試料に作用する力は式（３）を
磁界が最大の領域から磁界が無視できる領域まで積分し
たものである。この積分は結果として生じる次の力を与
える。すなわち、Ｆ＝１／２・ｋＨ２Ａ 式（４
）ここで、Ａは試料の断面積である。
酸素の磁化率に依存する初期形式の常磁性測定セル（装
置）が、Ｐａｕ Ｉ ｉｎｇ等の、ｒ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
５ｏｃｉｅｔｙ」 第６８巻、９ 、７９５（１９４
６年発行）の”Ａｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｆｏｒ
Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｐａｒｔｉａｌ Ｐ
ｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ Ｏｘｙｇｅｎ ｉｎ ａ Ｇａ
ｓと題する論文に記載されている。Ｐａｕｌｉｎｇ等に
よる測定セルは窒素のような弱逆磁性体ガスを密封した
ガラス管を使用している。ガラス管は、不均一な磁界を
提供する永久磁石のくさび状の極の間に吊持され、垂直
軸に関して自由に回転することができる。構造全体は選
択されたガスが封じ込まれた室の中に設置されている。
置）が、Ｐａｕ Ｉ ｉｎｇ等の、ｒ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
５ｏｃｉｅｔｙ」 第６８巻、９ 、７９５（１９４
６年発行）の”Ａｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｆｏｒ
Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｐａｒｔｉａｌ Ｐ
ｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ Ｏｘｙｇｅｎ ｉｎ ａ Ｇａ
ｓと題する論文に記載されている。Ｐａｕｌｉｎｇ等に
よる測定セルは窒素のような弱逆磁性体ガスを密封した
ガラス管を使用している。ガラス管は、不均一な磁界を
提供する永久磁石のくさび状の極の間に吊持され、垂直
軸に関して自由に回転することができる。構造全体は選
択されたガスが封じ込まれた室の中に設置されている。
ガラス管を取り囲んでいる室の中に酸素が導入されたと
き、ガラス管内部の窒素は、取り囲んでいる常磁性体酸
素ガスに対して効果的に逆磁性体となり、ガラス管は、
磁界が最も弱い領域へ回転しようとする力を受ける。
き、ガラス管内部の窒素は、取り囲んでいる常磁性体酸
素ガスに対して効果的に逆磁性体となり、ガラス管は、
磁界が最も弱い領域へ回転しようとする力を受ける。
この回転、あるいは、この回転を阻止するのに要する力
は、室内部の酸素濃度の指示として測定することができ
る。しかしながら、Ｐａｕ ｌ ｉｎｇのセルは壊れや
すく、またガラス管の回転軸は各用途に対して終始特定
の方向に配向されなければならず、このためこの装置は
産業用の酸素測定応用機器としては不適当なものとなる
。
は、室内部の酸素濃度の指示として測定することができ
る。しかしながら、Ｐａｕ ｌ ｉｎｇのセルは壊れや
すく、またガラス管の回転軸は各用途に対して終始特定
の方向に配向されなければならず、このためこの装置は
産業用の酸素測定応用機器としては不適当なものとなる
。
酸素濃度を測定する他の形式の装置には、温度と酸素の
磁化率との逆の関係に依存したものがある。この逆の関
係を活用するためには、不均質性の磁界において酸素混
合ガスの一部を加熱する加熱素子が用いられ、「磁気風
（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｗｉｎｄ）Ｊガス流れを生じさせ
、そしてこのガス流を隣接したサーミスタ素子に対する
その熱作用により測定すればよい。
磁化率との逆の関係に依存したものがある。この逆の関
係を活用するためには、不均質性の磁界において酸素混
合ガスの一部を加熱する加熱素子が用いられ、「磁気風
（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｗｉｎｄ）Ｊガス流れを生じさせ
、そしてこのガス流を隣接したサーミスタ素子に対する
その熱作用により測定すればよい。
特に、試料ガスの磁化率は温度の２乗に反比例し、もし
加熱が十分であれば磁化率は無視できるレベルまで低下
することがあり得る。しかし、もし加熱素子が不完全あ
るいは不十分な加熱を行なうと、試料ガスの磁化率は相
当なレベルに留まる。このような環境下では、式（３）
は、Ｆ＝ １／２ （ｋ−ｋ。 ）（Ｈ”−Ｈ，”）Ａ
式（５） となる。ここで、ｋｏは残留磁化率であり、Ｈｏは残留
磁界強度である。
加熱が十分であれば磁化率は無視できるレベルまで低下
することがあり得る。しかし、もし加熱素子が不完全あ
るいは不十分な加熱を行なうと、試料ガスの磁化率は相
当なレベルに留まる。このような環境下では、式（３）
は、Ｆ＝ １／２ （ｋ−ｋ。 ）（Ｈ”−Ｈ，”）Ａ
式（５） となる。ここで、ｋｏは残留磁化率であり、Ｈｏは残留
磁界強度である。
磁気風を用いた装置のさまざまな構成が、１９４９年、
ストックホルムにおいて発行されたｒ Ｔｒａｎｓａｃ
ｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ
ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＪ ｐ
、 ｌ−８のＭｅｄ １ｏｃｋ等による°’Ｏｘｙｇｅ
ｎ Ａｎａｌｙｓｉ ｓ ”と題する論文に、また、ｒ
Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ａｎａｅｓｔｈ
ｅｓｉａＪ第４０巻、９．５６９ （１９６８年）のＥ
ｌｌｉｓ等による、の” Ｔｈｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅ
ｎｔ ｏｆ ＧａｓｅｏｕｓＯｘｙｇｅｎ Ｔｅｎ５ｉ
ｏｎ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ Ｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｓ
ｍ ”と題する論文において論じられている。
ストックホルムにおいて発行されたｒ Ｔｒａｎｓａｃ
ｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ
ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＪ ｐ
、 ｌ−８のＭｅｄ １ｏｃｋ等による°’Ｏｘｙｇｅ
ｎ Ａｎａｌｙｓｉ ｓ ”と題する論文に、また、ｒ
Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ａｎａｅｓｔｈ
ｅｓｉａＪ第４０巻、９．５６９ （１９６８年）のＥ
ｌｌｉｓ等による、の” Ｔｈｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅ
ｎｔ ｏｆ ＧａｓｅｏｕｓＯｘｙｇｅｎ Ｔｅｎ５ｉ
ｏｎ Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ Ｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｓ
ｍ ”と題する論文において論じられている。
従来の磁気風利用の酸素測定装置は、あいにく、取り囲
んでいる、すなわちバックグランド・ガスの熱的特性が
変動することによる比較的大きい誤差を受ける。特に、
異なったバックグランド・ガスの存在は、バックグラン
ド・ガス間での熱的特性の大きな違いによって、−船釣
な磁気風酸素測定センサに酸素濃度の誤った表示を生じ
させる。
んでいる、すなわちバックグランド・ガスの熱的特性が
変動することによる比較的大きい誤差を受ける。特に、
異なったバックグランド・ガスの存在は、バックグラン
ド・ガス間での熱的特性の大きな違いによって、−船釣
な磁気風酸素測定センサに酸素濃度の誤った表示を生じ
させる。
従来の磁気風酸素感知装置はまた、特に磁化率の直接測
定に基づく方法に比較して、位置感性やバックグランド
・ガスへの依存性がある。
定に基づく方法に比較して、位置感性やバックグランド
・ガスへの依存性がある。
さらに、磁界の勾配と不均質性磁界において試料が受け
る力との関係に基づいて、常磁性体ガスセンサの設計者
は、従来、強い測定信号を得るためには、磁界の急な勾
配を保持し、また、急勾配領域に磁気風生成抵抗性要素
を設置することが必要であると仮定していた。
る力との関係に基づいて、常磁性体ガスセンサの設計者
は、従来、強い測定信号を得るためには、磁界の急な勾
配を保持し、また、急勾配領域に磁気風生成抵抗性要素
を設置することが必要であると仮定していた。
この仮定から出発して、ある種の従来技術の装置は、局
部的に最高磁界勾配を生成するように賦型した磁極を使
用し、また、急勾配領域に設置された加熱および感知用
サーミスタを用いている。
部的に最高磁界勾配を生成するように賦型した磁極を使
用し、また、急勾配領域に設置された加熱および感知用
サーミスタを用いている。
しかしながら、これらのサーミスタの加熱の効果は最も
強い磁界強度領域に制限されず、強い磁界強度領域の範
囲を超えた第２の領域へも漏れる。
強い磁界強度領域に制限されず、強い磁界強度領域の範
囲を超えた第２の領域へも漏れる。
高められた温度はこの第２の領域の磁化率を減少させ、
それにより感知用サーミスタによって生成される信号を
低減させる。それゆえに、ある種の従来の感知装置のこ
の構成は最高の測定信号を得ることを妨げる。
それにより感知用サーミスタによって生成される信号を
低減させる。それゆえに、ある種の従来の感知装置のこ
の構成は最高の測定信号を得ることを妨げる。
Ｒ１ｃｈａｒｄｓｏｎの米国特許第３．０６４．４６５
号はこの構成の例である。Ｒ１ｃｈａｒｄｓｏｎの特許
は、磁極片が最高磁界勾配を提供するように賦型され、
また、加熱サーミスタの加熱の効果を最も強い磁界強度
点の範囲を超＾て理想的には測定信号を最大にする最も
低い温度を有すべき領域へ広げる測定装置を開示してい
る。最も強い磁界強度領域の外側での加熱と磁化率の減
少によって引き起こされるこの測定信号の低減は、従来
技術の相当の制約である。
号はこの構成の例である。Ｒ１ｃｈａｒｄｓｏｎの特許
は、磁極片が最高磁界勾配を提供するように賦型され、
また、加熱サーミスタの加熱の効果を最も強い磁界強度
点の範囲を超＾て理想的には測定信号を最大にする最も
低い温度を有すべき領域へ広げる測定装置を開示してい
る。最も強い磁界強度領域の外側での加熱と磁化率の減
少によって引き起こされるこの測定信号の低減は、従来
技術の相当の制約である。
［発明が解決しようとする課題］
それゆえに、本発明の目的は、バックグランド・ガス組
成と温度特性に依存しない感度の良い正確な酸素濃度の
測定をもたらす酸素感知方法及び装置を提供することで
ある。
成と温度特性に依存しない感度の良い正確な酸素濃度の
測定をもたらす酸素感知方法及び装置を提供することで
ある。
本発明の他の目的は、頑丈で、信頼性の高い、容易に持
ち運びできる酸素測定装置を提供することである。
ち運びできる酸素測定装置を提供することである。
本発明のその他の一般的および特定の目的は、以下の詳
細な説明から明らかとなろう。
細な説明から明らかとなろう。
［課題を解決するための手段および作用］前述の目的は
、混合ガスに含まれる常磁性体ガスの濃度を測定する方
法と装置を提供する本発明によって達成される。本発明
は１つの側面として、不均質な磁界を生成するための磁
界要素と、磁気風を生成するためにガスを加熱し、常磁
性体ガスの存在下で磁気風を感知するための、磁気風生
成サーミスタと磁気風感知サーミスタと、サーミスタと
電気的に同一回路にあ・って、磁気風感知サーミスタの
電気的抵抗を測定し、常磁性体ガスの濃度を表示しかつ
磁気風の強さに比例した測定信号を発生する信号生成要
素とを備えている。
、混合ガスに含まれる常磁性体ガスの濃度を測定する方
法と装置を提供する本発明によって達成される。本発明
は１つの側面として、不均質な磁界を生成するための磁
界要素と、磁気風を生成するためにガスを加熱し、常磁
性体ガスの存在下で磁気風を感知するための、磁気風生
成サーミスタと磁気風感知サーミスタと、サーミスタと
電気的に同一回路にあ・って、磁気風感知サーミスタの
電気的抵抗を測定し、常磁性体ガスの濃度を表示しかつ
磁気風の強さに比例した測定信号を発生する信号生成要
素とを備えている。
磁界要素は、第１磁極部材と第２磁極部材（以下磁極と
記す）の間には間隙を有し、互いに隣接して配置される
第１磁極と第２磁極を備えている。磁気風生成サーミス
タは、間隙の両側の磁極間の間隙に配置され、磁気風感
知サーミスタは、磁気風生成サーミスタに隣接して配置
される。
記す）の間には間隙を有し、互いに隣接して配置される
第１磁極と第２磁極を備えている。磁気風生成サーミス
タは、間隙の両側の磁極間の間隙に配置され、磁気風感
知サーミスタは、磁気風生成サーミスタに隣接して配置
される。
磁極は、延だ強磁界強度領域を生成するように賦型され
、各サーミスタは磁極に対して選択された位置に配置さ
れていて、強い磁界の領域が実質的に磁気風生成サーミ
スタによって加熱された領域を取り巻くようになされて
いる。すなわち、磁気風生成サーミスタの加熱効果は強
磁界強度領域に限定される。磁気風感知サーミスタの加
熱効果は磁界強度が減少する領域に限定される。信号生
成要素は、電気的一定温度ブリッジと、サーミスタがホ
イートストーン・ブリッジの辺を形成する電気的測定ブ
リッジとを備えている。電流制御要素は、電気的一定温
度ブリッジと測定ブリッジとの間の電気的不平衡に応答
して、サーミスタを実質的に一定温度に保持するために
ホイートストーン・ブリッジへの電流を制御する。
、各サーミスタは磁極に対して選択された位置に配置さ
れていて、強い磁界の領域が実質的に磁気風生成サーミ
スタによって加熱された領域を取り巻くようになされて
いる。すなわち、磁気風生成サーミスタの加熱効果は強
磁界強度領域に限定される。磁気風感知サーミスタの加
熱効果は磁界強度が減少する領域に限定される。信号生
成要素は、電気的一定温度ブリッジと、サーミスタがホ
イートストーン・ブリッジの辺を形成する電気的測定ブ
リッジとを備えている。電流制御要素は、電気的一定温
度ブリッジと測定ブリッジとの間の電気的不平衡に応答
して、サーミスタを実質的に一定温度に保持するために
ホイートストーン・ブリッジへの電流を制御する。
信号制御要素はまた、電気的一定温度ブリッジと測定ブ
リッジとの間の電気的不平衡に反応する補正信号を生成
するための補正要素と、混合ガスのバックグランド・ガ
スの変化に応答する測定信号の強度を補正するために、
補正信号と測定信号とを結合する結合要素とを備えてい
る。
リッジとの間の電気的不平衡に反応する補正信号を生成
するための補正要素と、混合ガスのバックグランド・ガ
スの変化に応答する測定信号の強度を補正するために、
補正信号と測定信号とを結合する結合要素とを備えてい
る。
次に、本発明を例示の実施例について説明するが、この
技術に精通した者であれば種々の変更、追加、削除が特
許請求の範囲から離脱することなしになされ得ることが
明らかであろう。
技術に精通した者であれば種々の変更、追加、削除が特
許請求の範囲から離脱することなしになされ得ることが
明らかであろう。
［実施例］
第１図は、本発明による酸素感知セル（ｃｅｌｌ）ない
し装置の構成を図示した概略図である。酸素センサは゛
磁気風°°現象を利用し、電気的に加熱される従来の２
対のサーミスタＲ１、Ｗｌと、Ｒ２、Ｗ２を有するセン
サ・セル１００を備えている。
し装置の構成を図示した概略図である。酸素センサは゛
磁気風°°現象を利用し、電気的に加熱される従来の２
対のサーミスタＲ１、Ｗｌと、Ｒ２、Ｗ２を有するセン
サ・セル１００を備えている。
電気的に加熱されるサーミスタの多対の一方のサーミス
タ、すなわち、サーミスタＷｌとＷ２は一様でない高い
強度の磁界の中に位置している。
タ、すなわち、サーミスタＷｌとＷ２は一様でない高い
強度の磁界の中に位置している。
電気的に加熱されるサーミスタの多対の他のサーミスタ
、すなわち、サーミスタＲ１とＲ２は、それぞれＷｌと
Ｗ２に隣接して位置しているが、もっとも強い磁界強度
領域から選択的に変位されている。磁極の断面の形状と
、外側のサーミスタの最高磁界強度領域からの変位に関
しては、第４Ａ図〜第４Ｄ図を参照して以下で詳しく論
じられる。
、すなわち、サーミスタＲ１とＲ２は、それぞれＷｌと
Ｗ２に隣接して位置しているが、もっとも強い磁界強度
領域から選択的に変位されている。磁極の断面の形状と
、外側のサーミスタの最高磁界強度領域からの変位に関
しては、第４Ａ図〜第４Ｄ図を参照して以下で詳しく論
じられる。
酸素感知セル１００に酸素が存在し、そして、サーミス
タＷｌとＷ２が電気的に加熱されている場合、サーミス
タＷ１とＷ２は、最大磁界から変位されている隣接する
サーミスタの方向に、すなわち、サーミスタＲ１とＲ２
の方向にガスの流れを発生する。したがって、サーミス
タＷｌとＷ２は、隣接するサーミスタＲ１とＲ２に熱を
放出する。これにより、酸素感知セル１００内の酸素の
存在は、サーミスタＷｌとＷ２の温度を比例的に減少さ
せようとし、隣接するサーミスタＲ１とＲ２の温度を上
昇させようとする。
タＷｌとＷ２が電気的に加熱されている場合、サーミス
タＷ１とＷ２は、最大磁界から変位されている隣接する
サーミスタの方向に、すなわち、サーミスタＲ１とＲ２
の方向にガスの流れを発生する。したがって、サーミス
タＷｌとＷ２は、隣接するサーミスタＲ１とＲ２に熱を
放出する。これにより、酸素感知セル１００内の酸素の
存在は、サーミスタＷｌとＷ２の温度を比例的に減少さ
せようとし、隣接するサーミスタＲ１とＲ２の温度を上
昇させようとする。
酸素感知セル１００の図示された配置は、別の方法では
熱伝導率、容量、そして粘性率の変動から生じるであろ
うバックグランド・ガスへの依存性を最小限にする。さ
らに、第４Ａ図〜第４Ｄ図を参照して以下で詳しく記述
されるように、対のサーミスタは出力信号を最大にする
よう正確に配置することができる。
熱伝導率、容量、そして粘性率の変動から生じるであろ
うバックグランド・ガスへの依存性を最小限にする。さ
らに、第４Ａ図〜第４Ｄ図を参照して以下で詳しく記述
されるように、対のサーミスタは出力信号を最大にする
よう正確に配置することができる。
本発明の好ましい実施例において、対のサーミスタＲ１
とＷｌおよびＲ２とＷ２は、第２図に示される測定ブリ
ッジ回路に付加的に接続される。測定ブリッジ回路２０
０は、サーミスタの温度不平衡が原因で変化する抵抗値
のために不平衡状態である。このサーミスタの温度不平
衡は、酸素濃度に比例している。
とＷｌおよびＲ２とＷ２は、第２図に示される測定ブリ
ッジ回路に付加的に接続される。測定ブリッジ回路２０
０は、サーミスタの温度不平衡が原因で変化する抵抗値
のために不平衡状態である。このサーミスタの温度不平
衡は、酸素濃度に比例している。
第２図に示す本発明による回路は、酸素感知素子の温度
を制御することによって、周囲温度の変動の望ましくな
い影響を除去する。酸素感知素子の温度は、図示された
直列のトランジスタＳＴとブリッジ温度調整素子ＲＴと
を備えた高精度温度制御ループによって、実質的に一定
レベルに保持される。詳しくいうと、図示された回路２
００は、抵抗ＲＣ，ＲＤ、Ｒ３で形成される一定温度ブ
リッジと、サーミスタＷ１．Ｗ２、Ｒ１，Ｒ２、ＲＡと
抵抗ＲＢ、ＲＺとからなる酸素測定ブリッジとを備えて
いる。
を制御することによって、周囲温度の変動の望ましくな
い影響を除去する。酸素感知素子の温度は、図示された
直列のトランジスタＳＴとブリッジ温度調整素子ＲＴと
を備えた高精度温度制御ループによって、実質的に一定
レベルに保持される。詳しくいうと、図示された回路２
００は、抵抗ＲＣ，ＲＤ、Ｒ３で形成される一定温度ブ
リッジと、サーミスタＷ１．Ｗ２、Ｒ１，Ｒ２、ＲＡと
抵抗ＲＢ、ＲＺとからなる酸素測定ブリッジとを備えて
いる。
抵抗ＲＣ，ＲＤ、Ｒ８と、サーミスタＷｌ、Ｗ２、Ｒ１
、Ｒ２、ＲＡと抵抗ＲＢ、ＲＺとからなる酸素測定ブリ
ッジとは、ホイートストーン・ブリッジの４辺を形成す
る。可変抵抗ＲＴはブリッジ温度調整素子として用いら
れる。従来の設計と構造である増幅器ＡＩは、ノード”
Ｘ”と°°Ｙ°。
、Ｒ２、ＲＡと抵抗ＲＢ、ＲＺとからなる酸素測定ブリ
ッジとは、ホイートストーン・ブリッジの４辺を形成す
る。可変抵抗ＲＴはブリッジ温度調整素子として用いら
れる。従来の設計と構造である増幅器ＡＩは、ノード”
Ｘ”と°°Ｙ°。
の間の電気的不平衡を検出し、直列のトランジスタＳＴ
をドライブしブリッジの平衡を回復するようブリッジ電
流を変化させる。
をドライブしブリッジの平衡を回復するようブリッジ電
流を変化させる。
別の方法では熱伝導率の変化によってサーミスタの熱損
失と温度に影響を及ぼすであろうバックグランド・ガス
の組成のどのような変化が生じても、この検出制御ルー
プは酸素測定ブリッジの素子を一定温度に保持する。酸
素がない状態でのサーミスタの最適温度は約２００ ℃
であることが知られている。
失と温度に影響を及ぼすであろうバックグランド・ガス
の組成のどのような変化が生じても、この検出制御ルー
プは酸素測定ブリッジの素子を一定温度に保持する。酸
素がない状態でのサーミスタの最適温度は約２００ ℃
であることが知られている。
第２図に図示された回路の重要な利点はサーミスタが一
定温度に保持されることである。この−定温度は、′第
１図に図示された感知セル１００の対のサーミスタＲ１
とＷｌおよびＲ２とＷ２の間に一定の温度関係を保持し
、それによって、パックグランド・ガスの熱的特性の変
動によって起こる酸素濃度表示の誤差を最小限にする。
定温度に保持されることである。この−定温度は、′第
１図に図示された感知セル１００の対のサーミスタＲ１
とＷｌおよびＲ２とＷ２の間に一定の温度関係を保持し
、それによって、パックグランド・ガスの熱的特性の変
動によって起こる酸素濃度表示の誤差を最小限にする。
図示された構成の更なる利点は、試料の熱的特性の変動
による、測定ブリッジから得られる酸素濃度表示の誤差
を正確に補正するため、増幅器Ａ２出力に、補正信号す
なわち乗数として使用することができる信号を得ること
ができることである。この信号はブリッジの平衡を回復
するのに必要な電流の変化を抵抗Ｒ３を介して感知する
ことによって得ることができる。これらの利点は従来の
磁気風酸素センサを使用する酸素測定の例により最もよ
く説明される。例えば、酸素、窒素、二酸化炭素及び水
素からなるガスの流れにおいて、０％〜５％の濃度範囲
にわたる酸素の測定が要求されろと仮定する。従来の磁
気風酸素分析器において、測定ブリッジは、１００％の
窒素では酸素濃度ゼロの表示を、そして、５％の酸素と
９５％の窒素では酸素濃度が最大目盛りの表示をなすよ
うに調整されている。それで、従来の磁気風酸素センサ
は、分析器の総合精度の限度内で、０％〜５％の測定範
囲内での酸素濃度の正しい測定を提供する。しかしなが
ら、窒素バックグランド・ガスが水素に置き換λられれ
ば、従来の酸素分析器は真実の濃度より低い濃度を示す
。詳しくいうと、従来の酸素センサは窒素バックグラン
ド・ガスの２０％が二酸化炭素で置き換えられたのと同
程度の低い表示を生ずることがある。この場合、ある従
来の磁気風酸素センサは、正しい値の２倍も高い酸素濃
度表示を示すであろう、従来技術の磁気風酸素センサの
典型的である上述の誤差は、窒素と比較して水素と二酸
化炭素の温度特性には大きな差があるためである。熱的
特性におけるこれらの差異は、磁気風生成サーミスタか
ら隣接する磁気風感知サーミスタへの熱伝達に大きく影
響する。
による、測定ブリッジから得られる酸素濃度表示の誤差
を正確に補正するため、増幅器Ａ２出力に、補正信号す
なわち乗数として使用することができる信号を得ること
ができることである。この信号はブリッジの平衡を回復
するのに必要な電流の変化を抵抗Ｒ３を介して感知する
ことによって得ることができる。これらの利点は従来の
磁気風酸素センサを使用する酸素測定の例により最もよ
く説明される。例えば、酸素、窒素、二酸化炭素及び水
素からなるガスの流れにおいて、０％〜５％の濃度範囲
にわたる酸素の測定が要求されろと仮定する。従来の磁
気風酸素分析器において、測定ブリッジは、１００％の
窒素では酸素濃度ゼロの表示を、そして、５％の酸素と
９５％の窒素では酸素濃度が最大目盛りの表示をなすよ
うに調整されている。それで、従来の磁気風酸素センサ
は、分析器の総合精度の限度内で、０％〜５％の測定範
囲内での酸素濃度の正しい測定を提供する。しかしなが
ら、窒素バックグランド・ガスが水素に置き換λられれ
ば、従来の酸素分析器は真実の濃度より低い濃度を示す
。詳しくいうと、従来の酸素センサは窒素バックグラン
ド・ガスの２０％が二酸化炭素で置き換えられたのと同
程度の低い表示を生ずることがある。この場合、ある従
来の磁気風酸素センサは、正しい値の２倍も高い酸素濃
度表示を示すであろう、従来技術の磁気風酸素センサの
典型的である上述の誤差は、窒素と比較して水素と二酸
化炭素の温度特性には大きな差があるためである。熱的
特性におけるこれらの差異は、磁気風生成サーミスタか
ら隣接する磁気風感知サーミスタへの熱伝達に大きく影
響する。
しかしながら、本発明によれば、前述の変動を補償し°
°Ｘ”と”Ｙ”の間の平衡を回復するために必要なブリ
ッジ電流の変化は、Ｒ３を介して感知され、Ａ２によっ
て増幅され、スケールされ、それにより、酸素測定ブリ
ッジによって供給される信号に対して乗数として使用さ
れ得る、補正信号が供給される。この補正信号は、パッ
クグランド・ガスの組成の変化にかかわらず、酸素濃度
のパーセント単位での酸素測定ブリッジ信号を補正する
ために使用される。
°Ｘ”と”Ｙ”の間の平衡を回復するために必要なブリ
ッジ電流の変化は、Ｒ３を介して感知され、Ａ２によっ
て増幅され、スケールされ、それにより、酸素測定ブリ
ッジによって供給される信号に対して乗数として使用さ
れ得る、補正信号が供給される。この補正信号は、パッ
クグランド・ガスの組成の変化にかかわらず、酸素濃度
のパーセント単位での酸素測定ブリッジ信号を補正する
ために使用される。
増幅器Ａ２のゲインとバイアスを調整することによって
、Ａ２の出力を熱的作用に対して比例させるか、あるい
は反比例させるかのいずれも可能である。バックグラン
ド・ガスの熱的特性を補正するための補正信号と測定信
号とを結合するために用いられる回路は乗算器あるいは
割算器のいずれかである。
、Ａ２の出力を熱的作用に対して比例させるか、あるい
は反比例させるかのいずれも可能である。バックグラン
ド・ガスの熱的特性を補正するための補正信号と測定信
号とを結合するために用いられる回路は乗算器あるいは
割算器のいずれかである。
第１図を参照して以上に論じたように、対のサーミスタ
は測定信号出力を最大にするように選択された位置に置
かれる。磁極の断面の形状と磁極の間隙の構成もまた出
力信号を増大するように選択することができる０Ｍ１極
とサーミスタの構成の作用、さらに詳しくには、従来技
術を超えた本発明の信号生成の利点は、第３Ａ図〜第３
Ｄ図と第４Ａ図〜第４Ｄ図を参照して、本発明と従来技
術を比較することによって最も良く説明されている。
は測定信号出力を最大にするように選択された位置に置
かれる。磁極の断面の形状と磁極の間隙の構成もまた出
力信号を増大するように選択することができる０Ｍ１極
とサーミスタの構成の作用、さらに詳しくには、従来技
術を超えた本発明の信号生成の利点は、第３Ａ図〜第３
Ｄ図と第４Ａ図〜第４Ｄ図を参照して、本発明と従来技
術を比較することによって最も良く説明されている。
第３Ａ図と第３Ｂ図は、従来の常磁性体ガス感知装置１
０を描いた簡単な概略図で、従来技術の典型的である、
磁極１）０と１）２およびサーミスタ１）４と１）６の
構成を有する。簡単のために、１対のサーミスタ１）４
と１）６のみが示しである。この技術に熟練した者は、
第２のサーミスタの対が磁極間隙１）３の反対側に対称
的に配置できることに気がつくであろう。
０を描いた簡単な概略図で、従来技術の典型的である、
磁極１）０と１）２およびサーミスタ１）４と１）６の
構成を有する。簡単のために、１対のサーミスタ１）４
と１）６のみが示しである。この技術に熟練した者は、
第２のサーミスタの対が磁極間隙１）３の反対側に対称
的に配置できることに気がつくであろう。
第３Ｃ図と第３Ｄ図は、それぞれ、第３Ａ図と第３Ｂ図
に描かれた従来の構成に対応して、位置Ｓに対する典型
的な磁界強度の値Ｈのグラフと、位置Ｓに対する典型的
な温度の値下のグラフを示している。第３Ｃ図と第３Ｄ
図は第３Ｂ図と１列に整列しており、Ｓ軸の値ｓ１と８
２は、それぞれ、各図面で等しい。
に描かれた従来の構成に対応して、位置Ｓに対する典型
的な磁界強度の値Ｈのグラフと、位置Ｓに対する典型的
な温度の値下のグラフを示している。第３Ｃ図と第３Ｄ
図は第３Ｂ図と１列に整列しており、Ｓ軸の値ｓ１と８
２は、それぞれ、各図面で等しい。
次に、第４Ａ図と第４Ｂ図は、本発明による常磁性体ガ
ス感知装置２００のための、磁極２１０と２１２および
サーミスタ２１４と２１６の構成を描いた簡単な概略図
である。ここでも、１対のサーミスタ２１４と２１６の
みが示しであるが、第２のサーミスタの対が磁極間隙２
１３の反対側に対称的に配置され得る。第４ｃ図と第４
Ｄ図は、それぞれ、第４Ａ図と第４Ｂ図の実施例に対応
して、位置Ｓに対する典型的な磁界強度の値Ｈと、位置
Ｓに対する典型的な温度の値下を示している。
ス感知装置２００のための、磁極２１０と２１２および
サーミスタ２１４と２１６の構成を描いた簡単な概略図
である。ここでも、１対のサーミスタ２１４と２１６の
みが示しであるが、第２のサーミスタの対が磁極間隙２
１３の反対側に対称的に配置され得る。第４ｃ図と第４
Ｄ図は、それぞれ、第４Ａ図と第４Ｂ図の実施例に対応
して、位置Ｓに対する典型的な磁界強度の値Ｈと、位置
Ｓに対する典型的な温度の値下を示している。
第３Ａ図〜第３Ｃ図で示されるように、従来技術での装
置に用いられる磁極は最大磁界勾配を生成するように賦
型されている。特に、磁極１）０と１）２は、Ｍ１磁極
隙１）３に近い領域では、実質的に、３角形の断面であ
る。磁界強度ＨはＳ軸に沿って急激に増大し、Ｓ軸のＳ
ｌに対応する位置で最大強度Ｈ１となる。このＳ軸の位
置はまた、磁極１）０と１）２の３角形の断面の頂点が
最も接近した位置に対応している。そして、磁界強度Ｈ
はＳｌより大きなＳ軸上の位置では急激に減少する。
置に用いられる磁極は最大磁界勾配を生成するように賦
型されている。特に、磁極１）０と１）２は、Ｍ１磁極
隙１）３に近い領域では、実質的に、３角形の断面であ
る。磁界強度ＨはＳ軸に沿って急激に増大し、Ｓ軸のＳ
ｌに対応する位置で最大強度Ｈ１となる。このＳ軸の位
置はまた、磁極１）０と１）２の３角形の断面の頂点が
最も接近した位置に対応している。そして、磁界強度Ｈ
はＳｌより大きなＳ軸上の位置では急激に減少する。
さらに、第３Ａ図が示すように、サーミスタ１）４と１
）６の加熱作用は、第３Ｄ図の温度−位置グラフに示さ
れるように、Ｓｌの周りの磁界強度が最も強い領域を過
ぎたところへ漏れる（第３Ｃ図と第３Ｄ図の領域■とし
て示される）。高められた温度は周囲の領域に存在する
試料ガスの磁化率な減少させ（すなわち、第３Ｃ図と第
３Ｄ図の領域ＩＩ）、それによって、感知サーミスタに
よって生成される測定信号の強度を減少させる。
）６の加熱作用は、第３Ｄ図の温度−位置グラフに示さ
れるように、Ｓｌの周りの磁界強度が最も強い領域を過
ぎたところへ漏れる（第３Ｃ図と第３Ｄ図の領域■とし
て示される）。高められた温度は周囲の領域に存在する
試料ガスの磁化率な減少させ（すなわち、第３Ｃ図と第
３Ｄ図の領域ＩＩ）、それによって、感知サーミスタに
よって生成される測定信号の強度を減少させる。
さらに詳しくは、信号を最大にするため比較的に低温で
なければならない、領域ＩＩ （第３Ｄ図）での冷たい
ガスが、従来の配置による動作によって望ましからざる
加熱を受ける。
なければならない、領域ＩＩ （第３Ｄ図）での冷たい
ガスが、従来の配置による動作によって望ましからざる
加熱を受ける。
第４Ａ図〜第４Ｄ図に描かれたように、本発明は、延張
された最大磁界強度領域を提供する磁極断面形状と磁極
間隙を使用し、また、サーミスタの加熱作用が実質的に
最も高い磁界強度領域に限定されるように、磁界に関し
て位置せしめられたサーミスタを使用することによって
、この問題を回避している。
された最大磁界強度領域を提供する磁極断面形状と磁極
間隙を使用し、また、サーミスタの加熱作用が実質的に
最も高い磁界強度領域に限定されるように、磁界に関し
て位置せしめられたサーミスタを使用することによって
、この問題を回避している。
第４Ａ図は、本発明による酸素感知装置を描いており、
磁極２１０と２１２及びサーミスタ２１４と２１６を有
する。第３Ａ図と第３Ｂ図に示される磁極１）０と１）
２と異なり、第４Ａ図と第４Ｂ図に描かれた磁極２１０
と２１２は、磁極間隙２１３に近接して領域において断
面が実質的に矩形の形状であり、各磁極は磁極間隙２１
３に最も近い実質的に平面状の表面を有する。これらの
技術に熟練した者は、延張された強い磁界強度の領域を
提供するように、ほかの磁極の断面形状と磁極間隙構造
が本発明によって利用できることに気がつくであろう。
磁極２１０と２１２及びサーミスタ２１４と２１６を有
する。第３Ａ図と第３Ｂ図に示される磁極１）０と１）
２と異なり、第４Ａ図と第４Ｂ図に描かれた磁極２１０
と２１２は、磁極間隙２１３に近接して領域において断
面が実質的に矩形の形状であり、各磁極は磁極間隙２１
３に最も近い実質的に平面状の表面を有する。これらの
技術に熟練した者は、延張された強い磁界強度の領域を
提供するように、ほかの磁極の断面形状と磁極間隙構造
が本発明によって利用できることに気がつくであろう。
動作において、磁気風に関連したガスの流動中、上流の
サーミスタ２１４はガスの流れによって冷却され、下流
のサーミスタ２１６は流れによって加熱される。サーミ
スタ２１４と２１６の両方によって試料ガスは加熱され
、したがって、その磁化率が減少する。
サーミスタ２１４はガスの流れによって冷却され、下流
のサーミスタ２１６は流れによって加熱される。サーミ
スタ２１４と２１６の両方によって試料ガスは加熱され
、したがって、その磁化率が減少する。
第４Ａ図と第４Ｂ図で示された装置では、加熱／感知サ
ーミスタ２１４と２１６は部分的に磁界の中に配置され
ている。第３Ａ図〜第３Ｄ図に描かれた構造と異なって
、磁極２１０と２１２によって生成される磁界強度Ｈは
位置Ｓ１を過ぎても急激に減少しない。それよりも、磁
界強度は位置Ｓｌと＄２の間でその最大値Ｈ１て一定の
ままである。したがって、磁極２１０と２１２の近接す
る表面が実質的に平面の形状のために、すなわち、磁極
間隙２１３に面した表面によって提供される一定の磁極
間隙幅のために、従来の磁極によって生成される磁界と
比較すると（第３Ａ図〜第３Ｃ図）、強い磁界強度領域
は延張ないし拡張されている。
ーミスタ２１４と２１６は部分的に磁界の中に配置され
ている。第３Ａ図〜第３Ｄ図に描かれた構造と異なって
、磁極２１０と２１２によって生成される磁界強度Ｈは
位置Ｓ１を過ぎても急激に減少しない。それよりも、磁
界強度は位置Ｓｌと＄２の間でその最大値Ｈ１て一定の
ままである。したがって、磁極２１０と２１２の近接す
る表面が実質的に平面の形状のために、すなわち、磁極
間隙２１３に面した表面によって提供される一定の磁極
間隙幅のために、従来の磁極によって生成される磁界と
比較すると（第３Ａ図〜第３Ｃ図）、強い磁界強度領域
は延張ないし拡張されている。
それゆえに、第４Ｃ図と第４Ｄ図に示されるように、サ
ーミスタ２１４と２１６の加熱領域は、磁極２１０と２
１２によって生成される拡張された強い磁界強度領域に
よって実質的に取り巻かれる。要するに、サーミスタに
よる加熱は、冷たい試料ガスが磁界に流入する反対の磁
界勾配領域に影響を及ぼすことを実質的に阻止される。
ーミスタ２１４と２１６の加熱領域は、磁極２１０と２
１２によって生成される拡張された強い磁界強度領域に
よって実質的に取り巻かれる。要するに、サーミスタに
よる加熱は、冷たい試料ガスが磁界に流入する反対の磁
界勾配領域に影響を及ぼすことを実質的に阻止される。
さらに、前述の式（３）は、Ｓｌの周りのより低い勾配
が、結果的に、観測される磁力の減少となることを示唆
しているが、そのような減少は発生しない。このことは
、磁力が強い磁界から無視できる磁界までのすべての層
にわたり積分することによって（前述の式（４））表さ
れ、そして、本発明によれば、この積分が延張された経
路の範囲で発行われるからである。
が、結果的に、観測される磁力の減少となることを示唆
しているが、そのような減少は発生しない。このことは
、磁力が強い磁界から無視できる磁界までのすべての層
にわたり積分することによって（前述の式（４））表さ
れ、そして、本発明によれば、この積分が延張された経
路の範囲で発行われるからである。
したがって、本発明は上述した目的を効果的に達成する
ことがわかる。特に、本発明は、バックグランド・ガス
の組成の変化に依存しない、酸素濃度の正確な測定を提
供する。本発明はまた、極端に正確なゼロとドリフトの
小さい安定した測定範囲を提供し、電気的接続あるいは
気体系の接続を断つことなく、研究室での校正検査のた
めに取りはずすことができるコンパクトなセンサを実現
可能とする。
ことがわかる。特に、本発明は、バックグランド・ガス
の組成の変化に依存しない、酸素濃度の正確な測定を提
供する。本発明はまた、極端に正確なゼロとドリフトの
小さい安定した測定範囲を提供し、電気的接続あるいは
気体系の接続を断つことなく、研究室での校正検査のた
めに取りはずすことができるコンパクトなセンサを実現
可能とする。
本発明の技術思想から離脱することなく、前述の構造と
一連の動作に変更をなすことが考えられる。例えば、実
質的に一定の磁極間隙と、拡大された最大磁界強度領域
とを提供するために、他の磁極断面構成が用いられるで
あろう。それゆえに、上述したことに含まれるすべての
内容、あるいは添付の図面に示されたすべての内容は、
範囲を制限する意味ではなく、むしろ説明のためのもの
と解釈されることを意図したものである。
一連の動作に変更をなすことが考えられる。例えば、実
質的に一定の磁極間隙と、拡大された最大磁界強度領域
とを提供するために、他の磁極断面構成が用いられるで
あろう。それゆえに、上述したことに含まれるすべての
内容、あるいは添付の図面に示されたすべての内容は、
範囲を制限する意味ではなく、むしろ説明のためのもの
と解釈されることを意図したものである。
［発明の効果］
本発明は上述した目的を効果的に達成することがわかる
。特に、本発明は、バックグランド・ガスの組成の変化
に依存しない、酸素濃度の正確な測定を提供する。本発
明はまた、極端に正確なゼロと変動の小さい安定した測
定範囲を提供し、電気的接続あるいは気体系の接続を断
つことなく、校正検査のために取りはずすことができる
コンパクトなセンサを実現可能とする。
。特に、本発明は、バックグランド・ガスの組成の変化
に依存しない、酸素濃度の正確な測定を提供する。本発
明はまた、極端に正確なゼロと変動の小さい安定した測
定範囲を提供し、電気的接続あるいは気体系の接続を断
つことなく、校正検査のために取りはずすことができる
コンパクトなセンサを実現可能とする。
第１図は、本発明によって構成された酸素感知セル（ｃ
ｅｌｌ）の概略図である。 第２図は、本発明による酸素感知回路の概略図である。 第３Ａ図、および、第３Ｂ図は、従来技術の典型的であ
る磁極片とサーミスタ構成を有する従来の常磁性体ガス
感知装置の構成を示す簡単な概略図である。 第３Ｃ図、および、第３Ｄ図は、第３Ａ図、および、第
３Ｂ図に例示された従来の装置の、位置に対する磁界強
度と、位置に対する温度を図示したものである。 第４Ａ図、および、第４Ｂ図は、本発明による常磁性体
ガス感知装置の磁極とサーミスタの構成を示す簡単な概
略図である。 第４Ｃ図、および、第４Ｄ図は、第４Ａ図、および、第
４Ｂ図の実施例における、位置に対する磁界強度と、位
置に対する温度を図示したものである。 １０ ・・・ 常磁性体ガス感知装置＋００・・・
酸素感知セル ２００・・・ 測定ブリッジ回路 １０２Ａ、１０２Ｂ ・・−磁石 １０４Ａ、１０４Ｂ ・・・ ｍ極部１）０．１）２
・・・ 磁極 １）４．１）６ ・・・ サーミスタ１）３ ・・
・ 磁極間隙 ２１０．２１２ ・・・ 磁極 ２１４．２１６ ・・・ サーミスタ２１３ ・ Ｒ１，Ｗｌ 、 ＳＴ ・ ・ ＲＢ、 ＲＺ、 ＲＴ ・ ・ Ａ１．Ａ２ ・・ 磁極間隙 Ｒ２、Ｗ２、ＲＡ・・ ・ トランジスタ ＲＣ，ＲＤ、Ｒ５ ・ 可変抵抗 ・・・ 増幅器 ・サーミスタ 抵抗
ｅｌｌ）の概略図である。 第２図は、本発明による酸素感知回路の概略図である。 第３Ａ図、および、第３Ｂ図は、従来技術の典型的であ
る磁極片とサーミスタ構成を有する従来の常磁性体ガス
感知装置の構成を示す簡単な概略図である。 第３Ｃ図、および、第３Ｄ図は、第３Ａ図、および、第
３Ｂ図に例示された従来の装置の、位置に対する磁界強
度と、位置に対する温度を図示したものである。 第４Ａ図、および、第４Ｂ図は、本発明による常磁性体
ガス感知装置の磁極とサーミスタの構成を示す簡単な概
略図である。 第４Ｃ図、および、第４Ｄ図は、第４Ａ図、および、第
４Ｂ図の実施例における、位置に対する磁界強度と、位
置に対する温度を図示したものである。 １０ ・・・ 常磁性体ガス感知装置＋００・・・
酸素感知セル ２００・・・ 測定ブリッジ回路 １０２Ａ、１０２Ｂ ・・−磁石 １０４Ａ、１０４Ｂ ・・・ ｍ極部１）０．１）２
・・・ 磁極 １）４．１）６ ・・・ サーミスタ１）３ ・・
・ 磁極間隙 ２１０．２１２ ・・・ 磁極 ２１４．２１６ ・・・ サーミスタ２１３ ・ Ｒ１，Ｗｌ 、 ＳＴ ・ ・ ＲＢ、 ＲＺ、 ＲＴ ・ ・ Ａ１．Ａ２ ・・ 磁極間隙 Ｒ２、Ｗ２、ＲＡ・・ ・ トランジスタ ＲＣ，ＲＤ、Ｒ５ ・ 可変抵抗 ・・・ 増幅器 ・サーミスタ 抵抗
Claims (6)
- （１）混合ガス内の常磁性体ガスの濃度を測定する装置
において、 選択された断面形状を有する、第１磁極部と第２磁極部
を具備する、不均質な磁界を生成するための磁界手段で
あって、前記第１磁極部と前記第２磁極部が、前記第１
磁極部と前記第２磁極部の間に選択された間隙が存する
ように互いに隣接して位置せしめられ、かつ、それぞれ
、選択された形状を有する対間隙表面を有しており、前
記第１磁極部と前記第２磁極部の前記選択された断面形
状と前記対間隙表面の前記選択された形状とで、前記間
隙に延長された最大磁界強度領域を提供する、前記磁界
手段と、 少なくとも１つの電気的に加熱される磁気風生成サーミ
スタを備え、常磁性体ガスの存在下で磁気風を生成する
ための磁気風生成サーミスタ手段であって、前記磁気風
が、混合ガス内の常磁性体ガスの濃度に比例した大きさ
を有し、前記少なくとも１つの磁気風生成サーミスタは
、温度に比例した電気的パラメータを有し、かつ、前記
間隙の範囲内に、そして、前記不均質な磁界内に、位置
せしめられている、前記磁気風生成サーミスタ手段と、
少なくとも１つの電気的に加熱される磁気風感知サーミ
スタを備える磁気風感知サーミスタ手段であって、前記
少なくとも１つの磁気風感知サーミスタが、常磁性体ガ
スの存在下で前記少なくとも１つの磁気風生成サーミス
タによって生成された磁気風を感知するための、温度に
比例した電気的パラメータを有し、前記少なくとも１つ
の磁気風生成サーミスタに隣接して位置せしめられ、か
つ前記延長された最大磁界強度領域に最も近接して配置
された磁気風感知サーミスタ手段とを備え、 前記少なくとも１つの磁気風生成サーミスタと前記少な
くとも１つの磁気風感知サーミスタとが関連する加熱さ
れる領域が、実質的に、前記延長された最大磁界強度領
域内に包含され、実質的に延長された最大磁界強度領域
内のガスのみが加熱を受けて磁化率が減少し、延長され
た最大磁界強度領域外のガスが選択された最大磁力に吸
引されるようになされたことを特徴とする装置。 - （２）前記間隙に近接した前記第１磁極部と前記第２磁
極部のそれぞれの少なくとも１つの部分が、実質的に矩
形の断面形状である請求の範囲第１項記載の装置。 - （３）前記対間隙表面のそれぞれの少なくとも１つの部
分が、実質的に平面である請求の範囲第１項記載の装置
。 - （４）前記第１磁極部と前記第２磁極部との間の前記間
隙の少なくとも１つの部分が、前記１つの対間隙表面に
対して垂直方向に、該１つの対間隙表面に沿って実質的
に一定の寸法を有する請求の範囲第１項記載の装置。 - （５）前記少なくとも１つの磁気風生成サーミスタと前
記少なくとも１つの磁気風感知サーミスタとを実質的に
自動的に一定温度に保持する温度制御手段を備えた請求
の範囲第１項記載の装置。 - （６）前記少なくとも１つの磁気風生成サーミスタ手段
と前記少なくとも１つの磁気風感知サーミスタ手段と同
一電気的回路内にあって、前記磁気風感知サーミスタの
前記電気的パラメータを測定し、かつ、混合ガス内の常
磁性体ガスの濃度を表し常磁性体ガスの存在下で磁気風
の強度に比例する振幅を有する測定信号を発生するため
の、信号発生手段を備え、 前記信号発生手段が、一定温度電気的ブリッジと測定電
気的ブリッジを備え、前記測定電気的ブリッジは前記少
なくとも１つの磁気風生成サーミスタと前記少なくとも
１つの磁気風感知サーミスタを備えた辺を有するホイー
トストーン・ブリッジを備えており、そしてさらに、 前記一定温度電気的ブリッジと前記測定電気的ブリッジ
との間の電気的不平衡に応答して、補正信号を発生する
ための補正手段と、 前記補正信号と前記測定信号とを結合して混合ガス内の
バックグランド・ガスの変動に応答して前記測定信号の
振幅を補正する結合手段と、を含む請求の範囲第５項記
載の装置。
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