JPH032848Y2 - - Google Patents
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- JPH032848Y2 JPH032848Y2 JP1982103103U JP10310382U JPH032848Y2 JP H032848 Y2 JPH032848 Y2 JP H032848Y2 JP 1982103103 U JP1982103103 U JP 1982103103U JP 10310382 U JP10310382 U JP 10310382U JP H032848 Y2 JPH032848 Y2 JP H032848Y2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxygen concentration
- constant current
- electrolyte
- concentration measuring
- pair
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
本考案は、酸素濃度検出器に係り、特に燃焼器
に使用するに好適な酸素ポンプ式の酸素濃度検出
器に関するものである。
に使用するに好適な酸素ポンプ式の酸素濃度検出
器に関するものである。
従来、酸素ポンプ式の酸素濃度検出器として
は、SAE Paper 810433に開示されているごとき
ものが公知である。このうち、一定電流を与えて
チヤンバ内の酸素分圧の変化から、チヤンバ外の
酸素分圧を検出する方法は、温度によつて測定値
が変化する欠点がある。
は、SAE Paper 810433に開示されているごとき
ものが公知である。このうち、一定電流を与えて
チヤンバ内の酸素分圧の変化から、チヤンバ外の
酸素分圧を検出する方法は、温度によつて測定値
が変化する欠点がある。
本考案の目的は、この温度による測定値の変化
を補償するために用いられる固体電解質の内部抵
抗を正確に検出することにある。
を補償するために用いられる固体電解質の内部抵
抗を正確に検出することにある。
本考案の特徴は、
(a) 酸素イオン導電性の固体電解質；
(b) 前記固定電解質の両側に配置された一対の酸
素濃度測定電極； (c) 前記一対の酸素濃度測定電極のうちのどちら
かの電極に対して排気ガスを拡散律速する拡散
抵抗； (d) 前記一対の酸素濃度測定電極の間に定電流を
流す定電流印加手段； (e) 前記一対の酸素濃度測定電極の間の電圧値を
検出する電圧検出手段； (f) 前記電圧検出手段で検出された電圧値に基づ
いて酸素濃度を求める酸素濃度測定手段； (g) 前記定電流印加手段によつて定電流が流れて
いる状態で前記一対の酸素濃度測定電極の間の
電圧値が所定値以下の時の前記一対の酸素濃度
測定電極の間の電圧値に基づいて前記固体電解
質の抵抗値を求める抵抗検出手段 とよりなる酸素濃度検出器にある。
素濃度測定電極； (c) 前記一対の酸素濃度測定電極のうちのどちら
かの電極に対して排気ガスを拡散律速する拡散
抵抗； (d) 前記一対の酸素濃度測定電極の間に定電流を
流す定電流印加手段； (e) 前記一対の酸素濃度測定電極の間の電圧値を
検出する電圧検出手段； (f) 前記電圧検出手段で検出された電圧値に基づ
いて酸素濃度を求める酸素濃度測定手段； (g) 前記定電流印加手段によつて定電流が流れて
いる状態で前記一対の酸素濃度測定電極の間の
電圧値が所定値以下の時の前記一対の酸素濃度
測定電極の間の電圧値に基づいて前記固体電解
質の抵抗値を求める抵抗検出手段 とよりなる酸素濃度検出器にある。
このような構成によれば、空燃比測定と抵抗測
定の電極を共用でき、しかも両電極に定電流を印
加した時の拡散律速が生じない状態の時の電圧か
ら固体電解質の内部抵抗が直接的に測定できるの
で正確な抵抗値が求まる。
定の電極を共用でき、しかも両電極に定電流を印
加した時の拡散律速が生じない状態の時の電圧か
ら固体電解質の内部抵抗が直接的に測定できるの
で正確な抵抗値が求まる。
すなわち、抵抗測定用の印加電気量は、固体電
解質が酸素イオン伝導のみを示す範囲内の量でな
ければならない。つまり、電子伝導を示したので
は正しい値とはならない。酸素イオン量と印加電
流値は、１対１の関係にあるが、電圧とは、１対
１の関係にはない。このため、電流値を印加した
方が印加量の規定がし易く、正しい測定がきるも
のである。
解質が酸素イオン伝導のみを示す範囲内の量でな
ければならない。つまり、電子伝導を示したので
は正しい値とはならない。酸素イオン量と印加電
流値は、１対１の関係にあるが、電圧とは、１対
１の関係にはない。このため、電流値を印加した
方が印加量の規定がし易く、正しい測定がきるも
のである。
以下図面に従い本考案を詳細に説明する。
第１図において、ヒータ１はセラミツク支持体
２の一部に設けられている。ヒータ１は板状のセ
ラミツク支持体２に薄膜、あるいは厚膜で構成さ
れ、表面は電気絶縁材でおおわれている。また、
支持体２の一部に固体電解質３がはりつけられて
いる。支持体２と電解質３の間にチヤンバ４が設
けられ、オリフイス５を介してチヤンバ２１に導
通している。電解質３は長さが10mm、幅が10mm、
厚さが２mm程度で、その両側には厚さ1μｍ程度
の白金電極６，７が設けられている。電解質３の
材料は例えば、ZrO2−Y2O3の混合物であるが、
酸素イオン導電性を有するものであれば別のもの
でもよい。オリフイス５は外径が0.5mm、長さは
２mm程度である。支持体２は熱膨張率が電解質３
の熱膨張率（ZrO2−Y2O3の場合、（８〜12）×
10-6と同じアルミナ等のセラミツクで造られる。
支持体２は取り付け部材８にセメント９等で固定
される。取り付け部材８はステンレス鋼製で、ヒ
ータ端子１０、電極端子１１を絶縁材１２を介し
て固定している。取り付け部材８の一部にねじ１
３が設けられている。これは燃焼器の排気管等に
検出器を取り付けるためのものである。
２の一部に設けられている。ヒータ１は板状のセ
ラミツク支持体２に薄膜、あるいは厚膜で構成さ
れ、表面は電気絶縁材でおおわれている。また、
支持体２の一部に固体電解質３がはりつけられて
いる。支持体２と電解質３の間にチヤンバ４が設
けられ、オリフイス５を介してチヤンバ２１に導
通している。電解質３は長さが10mm、幅が10mm、
厚さが２mm程度で、その両側には厚さ1μｍ程度
の白金電極６，７が設けられている。電解質３の
材料は例えば、ZrO2−Y2O3の混合物であるが、
酸素イオン導電性を有するものであれば別のもの
でもよい。オリフイス５は外径が0.5mm、長さは
２mm程度である。支持体２は熱膨張率が電解質３
の熱膨張率（ZrO2−Y2O3の場合、（８〜12）×
10-6と同じアルミナ等のセラミツクで造られる。
支持体２は取り付け部材８にセメント９等で固定
される。取り付け部材８はステンレス鋼製で、ヒ
ータ端子１０、電極端子１１を絶縁材１２を介し
て固定している。取り付け部材８の一部にねじ１
３が設けられている。これは燃焼器の排気管等に
検出器を取り付けるためのものである。
取り付け部材８にはステンレス鋼製のおおい１
４が接続されている。おおい１４はヒータ１、電
解質３をおおうように取り付けられている。おお
い１４の一部に排気ガス流入出孔１５，１６が設
けられている。排気ガス流入出孔１５，１６は排
気ガスが直接入らないような、第１図で矢印の方
に面してない個所に取り付けられている。支持体
２の片面には第１図ｂに示したような導線１７，
１８が薄膜あるいは厚膜で設けられている。白金
電極６は導線１７と接続され電極端子１１と接続
されている。電極端子１１は外部電源のプラス側
に接続されている。白金電極７は導線１８に接続
され、導線１８は他端で取り付け部材８に接続さ
れている。取り付け部材８に外部電源のマイナス
側に接続されている。また、支持体２の他面に
は、第１図ｃに示したような導線１９，２０が、
薄膜あるいは厚膜で設けられている。ヒータ１は
その両端が導線１９，２０に接続され、導線２０
はヒータ端子１０と接続されている。導線１９の
他端は取り付け部材８に接続されている。ヒータ
端子１０は外部電源のプラス側に接続されてい
る。ヒータ１の容量は0.1〜10W程度である。
４が接続されている。おおい１４はヒータ１、電
解質３をおおうように取り付けられている。おお
い１４の一部に排気ガス流入出孔１５，１６が設
けられている。排気ガス流入出孔１５，１６は排
気ガスが直接入らないような、第１図で矢印の方
に面してない個所に取り付けられている。支持体
２の片面には第１図ｂに示したような導線１７，
１８が薄膜あるいは厚膜で設けられている。白金
電極６は導線１７と接続され電極端子１１と接続
されている。電極端子１１は外部電源のプラス側
に接続されている。白金電極７は導線１８に接続
され、導線１８は他端で取り付け部材８に接続さ
れている。取り付け部材８に外部電源のマイナス
側に接続されている。また、支持体２の他面に
は、第１図ｃに示したような導線１９，２０が、
薄膜あるいは厚膜で設けられている。ヒータ１は
その両端が導線１９，２０に接続され、導線２０
はヒータ端子１０と接続されている。導線１９の
他端は取り付け部材８に接続されている。ヒータ
端子１０は外部電源のプラス側に接続されてい
る。ヒータ１の容量は0.1〜10W程度である。
以上の構成において動作は以下の通りである。
ヒータ端子１０に電圧を印加するとヒータ１に電
流が流れ、支持体２の先端の温度が600〜800℃に
加熱される。ヒータ１と取り付け部材８は離れて
いるので取り付け部材８の方へ逃げる熱は少な
い。これは、ヒータ１を支持体２の全面に設けず
に先端の一部に設けているためである。またヒー
タ１の加熱で電解質３も同じ様な温度に加熱され
る。電極端子１１に電圧を印加すると、白金電極
６，７の間で白金電極６から白金電極７の方へ電
流が流れ、チヤンバ４内の酸素をくみ出す。おお
い１４内のチヤンバ２１の酸素の分圧とチヤンバ
４内の酸素の分圧はオリフイス５の拡散抵抗によ
つて差を生じる。この分圧差と電流の関係からチ
ヤンバ２１内の酸素の分圧を検出することができ
る。電解質３の温度が600〜800℃になつているの
で、電気抵抗は100Ω以下になつており、電圧1V
で10mA以上の電流が流れ検出精度がヒータなし
の場合に比べ高くなつている。
ヒータ端子１０に電圧を印加するとヒータ１に電
流が流れ、支持体２の先端の温度が600〜800℃に
加熱される。ヒータ１と取り付け部材８は離れて
いるので取り付け部材８の方へ逃げる熱は少な
い。これは、ヒータ１を支持体２の全面に設けず
に先端の一部に設けているためである。またヒー
タ１の加熱で電解質３も同じ様な温度に加熱され
る。電極端子１１に電圧を印加すると、白金電極
６，７の間で白金電極６から白金電極７の方へ電
流が流れ、チヤンバ４内の酸素をくみ出す。おお
い１４内のチヤンバ２１の酸素の分圧とチヤンバ
４内の酸素の分圧はオリフイス５の拡散抵抗によ
つて差を生じる。この分圧差と電流の関係からチ
ヤンバ２１内の酸素の分圧を検出することができ
る。電解質３の温度が600〜800℃になつているの
で、電気抵抗は100Ω以下になつており、電圧1V
で10mA以上の電流が流れ検出精度がヒータなし
の場合に比べ高くなつている。
排気ガスは排気ガス流入出孔１５からチヤンバ
２１内に入り、排気ガス流入出孔１６から外に排
出される。排気ガス流入出孔１６，１５の大きさ
を適当に選定し、チヤンバ２１内のガスの流れを
10m／ｓ以下に抑えているのでヒータ１の表面、
電解質３の表面からチヤンバ２１内の排気ガスへ
伝わる熱はわずかである。したがつて、ヒータ１
の所要電力を数ワツトにとどめることができる。
排気ガス自体の温度が800℃を越える場合は、お
おい１４を介して熱が取り付け部材８の方に逃
げ、排気ガスの温度が低下するのでヒータ１、電
解質３が過熱されることはない。また、排気ガス
自体の温度が低い場合は支持体２の熱をもらつて
加熱されるので熱が有効に利用される。
２１内に入り、排気ガス流入出孔１６から外に排
出される。排気ガス流入出孔１６，１５の大きさ
を適当に選定し、チヤンバ２１内のガスの流れを
10m／ｓ以下に抑えているのでヒータ１の表面、
電解質３の表面からチヤンバ２１内の排気ガスへ
伝わる熱はわずかである。したがつて、ヒータ１
の所要電力を数ワツトにとどめることができる。
排気ガス自体の温度が800℃を越える場合は、お
おい１４を介して熱が取り付け部材８の方に逃
げ、排気ガスの温度が低下するのでヒータ１、電
解質３が過熱されることはない。また、排気ガス
自体の温度が低い場合は支持体２の熱をもらつて
加熱されるので熱が有効に利用される。
以上において、いまチヤンバ４内の容積をｖ、
チヤンバ内の酸素分圧をPvとすると、 dPV／dt＝−１／4F・RT／ｖ …(1) ここに、ｔ：時間 Ｉ：電流、 Ｆ：フラデー定数 Ｒ：ガス定数 Ｔ：ガスの温度 の関係がある。
チヤンバ内の酸素分圧をPvとすると、 dPV／dt＝−１／4F・RT／ｖ …(1) ここに、ｔ：時間 Ｉ：電流、 Ｆ：フラデー定数 Ｒ：ガス定数 Ｔ：ガスの温度 の関係がある。
そして、第２図にあるように電解質３には定電
流回路３１によつて一定電流ICが印加されてい
る。ここで、(1)式からわかるようにPVの低下に
伴い、電極端子電圧Ｖが上昇する。電極端子電圧
ＶとPVの関係は(2)式のごとくである。
流回路３１によつて一定電流ICが印加されてい
る。ここで、(1)式からわかるようにPVの低下に
伴い、電極端子電圧Ｖが上昇する。電極端子電圧
ＶとPVの関係は(2)式のごとくである。
Ｖ＝rI＋RT／4FlnPM／PV …(2)
ここで、 ｒ：電解質３の抵抗
PM：測定ガスの酸素分圧
また、Ｉ，PMを一定とすると
dV／dt＝−RT／4F １／PV dPV／dt …(3)
＝RT／4F １／PV １／4F RT／ｖ …(4)
が成立する。ｔ＝０のときのdV／dtはPV＝PMに
反比例する。いま、第２図に示す電圧測定回路３
２で電圧Ｖを測定してdV／dtを求めると、PMを
求めることができる。しかし、(4)式からわかるよ
うにT2で表わされる温度の影響を受ける。ここ
で、第１図の構成においてはチヤンバ４内のガス
の温度Ｔは電解質３の温度にほぼ等しい。そし
て、(2)式からわかるように、最初PV＝PMの場合
は右辺第２項は零であるので、定電流回路３１に
よつて電解質３に一定電流ICを流した場合の電極
端子電圧VCを測定することによつてｒ＝VC／IC
の関係から直接的に電解質３の抵抗ｒを求めるこ
とができる。ここで電解質３の抵抗ｒは温度の関
数であるので、ｒを測定することによつて温度Ｔ
を求めることができる。
反比例する。いま、第２図に示す電圧測定回路３
２で電圧Ｖを測定してdV／dtを求めると、PMを
求めることができる。しかし、(4)式からわかるよ
うにT2で表わされる温度の影響を受ける。ここ
で、第１図の構成においてはチヤンバ４内のガス
の温度Ｔは電解質３の温度にほぼ等しい。そし
て、(2)式からわかるように、最初PV＝PMの場合
は右辺第２項は零であるので、定電流回路３１に
よつて電解質３に一定電流ICを流した場合の電極
端子電圧VCを測定することによつてｒ＝VC／IC
の関係から直接的に電解質３の抵抗ｒを求めるこ
とができる。ここで電解質３の抵抗ｒは温度の関
数であるので、ｒを測定することによつて温度Ｔ
を求めることができる。
いま第３図に示したごとく、Ｉをステツプ的に
変化した場合の電極端子電圧Ｖの変化を測定し、
電極端子電圧Ｖが予め定めた電圧V0になつたら
Ｉ＝０に戻す。電極端子電圧Ｖが予め定めた電圧
V0に達する時間はオリフイス５からの拡散酸素
量を無視すると、 t0＝PM4FV／ICRT …(5) ここに、ｖ：チヤンバ４の容積 となる。したがつて、t0を測定することによつて
PMを求めることができる。ここで、Ｔの変化は
前述したごとく電極端子電圧VCを測定し電解質
３の抵抗ｒを求めることによつて修正することが
できる。
変化した場合の電極端子電圧Ｖの変化を測定し、
電極端子電圧Ｖが予め定めた電圧V0になつたら
Ｉ＝０に戻す。電極端子電圧Ｖが予め定めた電圧
V0に達する時間はオリフイス５からの拡散酸素
量を無視すると、 t0＝PM4FV／ICRT …(5) ここに、ｖ：チヤンバ４の容積 となる。したがつて、t0を測定することによつて
PMを求めることができる。ここで、Ｔの変化は
前述したごとく電極端子電圧VCを測定し電解質
３の抵抗ｒを求めることによつて修正することが
できる。
第２図において、定電流回路３１、電圧測定回
路３２はマイクロプロセツサ３３に接続されてい
る。そして、マイクロプロセツサ３３のクロツク
を利用して第３図の動作が実施される。第４図に
そのフローチヤートを示した。
路３２はマイクロプロセツサ３３に接続されてい
る。そして、マイクロプロセツサ３３のクロツク
を利用して第３図の動作が実施される。第４図に
そのフローチヤートを示した。
ブロツク９２では定電流回路３１から定電流IC
を流し、次いでブロツク９３で電極端子電圧VC
を測定する。これと同時にブロツク９４でカウン
タをスタートさせる。これはt0を測定するための
カウンタである。
を流し、次いでブロツク９３で電極端子電圧VC
を測定する。これと同時にブロツク９４でカウン
タをスタートさせる。これはt0を測定するための
カウンタである。
次にブロツク９５で電極端子電圧Ｖが予め定め
た電圧V0に達したかどうか判断し、達していな
ければブロツク９６でカウンタの計数動作を継続
する。一方、予め定めた電圧V0を越えたと判断
されるとブロツク９７でカウンタを停止し、ブロ
ツク９８でt0を測定する。
た電圧V0に達したかどうか判断し、達していな
ければブロツク９６でカウンタの計数動作を継続
する。一方、予め定めた電圧V0を越えたと判断
されるとブロツク９７でカウンタを停止し、ブロ
ツク９８でt0を測定する。
次にブロツク９９で定電流ICを流して非律速状
態での電極端子電圧VCとから、ｒ＝Vc／ICで定
まる電解質３の抵抗ｒを求める。
態での電極端子電圧VCとから、ｒ＝Vc／ICで定
まる電解質３の抵抗ｒを求める。
次に、ブロツク１００であらかじめマイクロプ
ロセツサ３３の記憶装置にＴ−ｒの関係を記憶し
ておいたＴ−ｒテーブルを参照して、ｒの値から
温度Ｔを求める。そして、ブロツク１０１では(5)
式に基づきt0からPMを求める。最後に、ブロツク
１０２はＩ＝０の状態で一定時間待ち、チヤンバ
４内の酸素分圧PVをPMと一致させるものである。
ロセツサ３３の記憶装置にＴ−ｒの関係を記憶し
ておいたＴ−ｒテーブルを参照して、ｒの値から
温度Ｔを求める。そして、ブロツク１０１では(5)
式に基づきt0からPMを求める。最後に、ブロツク
１０２はＩ＝０の状態で一定時間待ち、チヤンバ
４内の酸素分圧PVをPMと一致させるものである。
以上述べた通り、本考案では電解質の抵抗を直
接的に測定できるので正確な抵抗を求めることが
できる。
接的に測定できるので正確な抵抗を求めることが
できる。
第１図ａ，ｂ，ｃはそれぞれ本考案の酸素濃度
検出器の実施例の説明図、第２図は第１図のブロ
ツク図、第３図、第４図はそれぞれ第１図の検出
器の動作説明図である。 １……ヒータ、２……支持体、３……電解質、
４……チヤンバ、５……オリフイス、６，７……
白金電極、８……取付け部材。
検出器の実施例の説明図、第２図は第１図のブロ
ツク図、第３図、第４図はそれぞれ第１図の検出
器の動作説明図である。 １……ヒータ、２……支持体、３……電解質、
４……チヤンバ、５……オリフイス、６，７……
白金電極、８……取付け部材。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 (a) 酸素イオン導電性の固体電解質； (b) 前記固定電解質の両側に配置された一対の酸
素濃度測定電極； (c) 前記一対の酸素濃度測定電極のうちのどちら
かの電極に対して排気ガスを拡散律速する拡散
抵抗； (d) 前記一対の酸素濃度測定電極の間に定電流を
流す定電流印加手段； (e) 前記一対の酸素濃度測定電極の間の電圧値を
検出する電圧検出手段； (f) 前記電圧検出手段で検出された電圧値に基づ
いて酸素濃度を求める酸素濃度測定手段； (g) 前記定電流印加手段によつて定電流が流れて
いる状態で前記一対の酸素濃度測定電極の間の
電圧値が所定値以下の時の前記一対の酸素濃度
測定電極の間の電圧値に基づいて前記固体電解
質の抵抗値を求める抵抗検出手段 とよりなる酸素濃度検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10310382U JPS598150U (ja) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | 酸素濃度検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10310382U JPS598150U (ja) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | 酸素濃度検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS598150U JPS598150U (ja) | 1984-01-19 |
| JPH032848Y2 true JPH032848Y2 (ja) | 1991-01-25 |
Family
ID=33307366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10310382U Granted JPS598150U (ja) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | 酸素濃度検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS598150U (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61105057A (ja) * | 1984-10-26 | 1986-05-23 | Yutaka Ichikawa | 太陽温水器の据付用具 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3010632A1 (de) * | 1980-03-20 | 1981-10-01 | Bosch Gmbh Robert | Polarographischer messfuehler fuer die bestimmung des sauerstoffgehalts in gasen |
| JPS57192850A (en) * | 1981-05-25 | 1982-11-27 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Detecting device for limit current system oxygen concentration performing internal resistance compensation |
-
1982
- 1982-07-09 JP JP10310382U patent/JPS598150U/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS598150U (ja) | 1984-01-19 |
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