JPH049754A - ガス濃度の連続測定装置 - 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、ガス濃度の連続測定装置に関し、更に詳しく
は、ジルコニアセンサーの電極リード部分を改善して測
定ガス中に酸素と可燃ガスが共存する場合であっても該
測定ガスに含まれる所望ガスの温度を連続的かつ正確に
測定できるようにしたガス濃度の連続測定装置に関する
。

〈従来の技術〉 一般に、燃焼プロセスにおいては省エネルギーや公害防
止の観点から煙道を流れる燃焼排ガスに含まれる可燃ガ
ス（Ｇｏなど）と酸素の濃度を常時監視し、燃焼炉が最
適状態で運転されるように燃焼制御される。このような
煙道を流れる燃焼排ガスに含まれる酸素と可燃ガスの濃
度を連続的に測定するには従来次のようにしていた。即
ち、測定ガス中の酸素はジルコニア式酸素計で測定し、
測定ガス中の可燃性ガスは赤外線式ガス分析計で分析す
るというように別々の分析計を用いて分析を行っていた
。

然し、このような従来例（以下、「第１従来例」という
）においては、測定ポイントが別々となることを意味し
、１台の測定装置で同一の測定ポイントから測定ガスを
採取して測定する場合に比して測定精度が低くなるとい
う欠点があった。また、２台の測定装置を用いるため、
工事費や保守費が１台の測定装置を用いる場合に比して
約２倍になるという欠点もあった。

このような第１従来例の欠点を解消したガス濃度連続測
定装置を開発し、本出願の出願人は平成２年３月３０日
に「ガス濃度の連続測定装置」という名称の特許出願（
出願番号も公開番号も未決定）を行なっている。この発
明に係わるガス濃度の連続測定装置（以下、「第２従来
例」という）は、酸素イオン伝導体からなるジルコニア
固体電解質で構成された試験管形のジルコニア固体電解
質と、該ジルコニア固体電解質の内部空間を工学に仕切
る仕切板と、非触媒性電極でなり測定ガス中の可燃性ガ
スを検出する第１内側電極と、触媒能の強い白金；椿で
なり前記測定ガス中の酸素を検出する第２内側電極と、
ジルコニア固体電解質の外側に装着された多孔質白金触
媒でなり基準ガスが供給される外側電極とを設け、第１
内側電極と外側電極の間に生ずる起電力がら測定ガス中
の可燃性ガスの濃度を求めると共に第２内側電椹と外側
電極の間に生する起電力がら測定ガス中の酸素ガス濃度
を求めることを特徴とするものである。

然しなから、このような第２従来例においては、第１及
び第２内ｆＩｌ！Ｉｓ極の電極リードとして白金ベスト
を焼付けたものが使用されている。このため、該電極リ
ードが触媒となって測定ガス中の可燃ガスが酸化され、
結果的にジルコニアセンサの起電力が低下して大きな測
定誤差を生ずるという欠点があった。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は、かかる第２従来例の欠点に鑑みてなされたも
のであり、その解決しようとする技術的課題は、ジルコ
ニアセンサーの電極リードが触媒となり測定ガス中の可
燃ガス成分か酸化されて究極的に大きな誤差が生ずるの
を回避するように構成したガス濃度の連続測定装置を提
供することにある。

く問題点を解決するだめの手段〉 上述のような問題点（技術的課題）を解決する本発明の
特徴は、酸素イオン伝導体からなるジルご２ニア固体電
解質で構成されたジルコニアセンサの起電力から前記測
定ガス中の可燃ガス濃度を求めるガス濃度の連続測定装
置において、前記ジルコニア固体電解質の表面に焼付け
された金ペースト膜を前記ジルコニアセンサに装着され
た測定側電極のＳ’［ｉリードとしたことにある。

く実施例〉 以下、図面を用いて本発明実施例について詳しく説明す
る。第１図は本発明実施例の構成断面図であり、図中、
１は燃焼排ガスなどでなる測定ガスＭＧが流れる煙道の
壁、２はケーシング、３はケーシング２に後述のジルコ
ニア固体電解質６を固定するフランジ、４は０−リング
、５は絶縁用のセラミック接着剤、６は安定化ジルコニ
アなどのＯ′２伝導体でなる試験管形のジルコニア固体
電解質、７は仕切板、８ａは後述の第１内側電極１０ａ
の電極リードと接触するリング状の第１コンタクＩ・、
８ｂは後述の第２内ｒｙ！Ｊ電極１０ｂの電極リードと
接触するリンク状の第２コンタクト、９はジルコニア固
体電解質６を加熱するためのヒタ、１０ａは非触媒性（
触媒能が極めて少ない）物質であるＺ）’ＭＯ２０８（
モリブデンジルコニウムオキサイド）のような非触媒性
電極でなり可燃性ガスを検出する第１内側電極、］Ｏｂ
は酸素を検出する触媒能の強い電極でなる第２内ＩＩ！
ＩＩ電極、１１はジルコニア固体電解質６が基準ガスＲ
Ｇと接触する面（外側面）に装着され白金粉末などを焼
結した多孔質白金触媒でなる外１ＩＩＩ電極、１２は基
準ガス導入管、】３は第２内側電椿１０ｂのリド線をフ
ランジ３に接続させる白金ワイヤである。

また、第２図はジルコニアセンサーの要部拡大断面図で
あり、図中、第１図と同一記号は同一意味をもたせて使
用しここでの重複説明は省略する。

また、１．４　ａ、１４ｂは金ペーストを室温で塗り付
けた後７５０〜９００°Ｃ程度の温度で焼付けて形成さ
れた膜でなる第１及び第２の内側リード、１５は白金ベ
ースＩ・を焼付けた膜でなる外側リドである。

このような構成からなる本発明の実施例おいて、測定ガ
スＭＧはジルコニア固体電解質−６の内側に導かれ、仕
切板７によって隔てられた第１内側電極１０ａと第２内
ＩＩｌ！１１電極１．　Ｏｂに供給されている。また、
基準ガス導入管１２から導入された基準ガスＲＧかジル
コニア固体電解質６の外側に供給されている。この状態
で、ヒータ９によりジルコニア固体電解質６を酸素イオ
ン誘導体となる温度まで（通常、５００”　Ｃ）加熱す
ると、測定ガスＭＧに含まれる例えばＣＯのような可燃
ガス成分は第１内側電極１０ａに接触し下式（１）のよ
うな触媒反応を起こす。

ＣＯ＋（１，／２）０２−ＣＯ２−−＜　１　）この結
果、ジルコニアセンサーの第２内ａ１＝　極］Ｏｂと第
２コンタクト８ｂとの間には、反応によって消費される
酸素を差し引いた残存酸素量に対応する起電力が発生す
る。また、該起電力に対応した検出信号が端子Ｅ２．Ｅ
’ｘ間にあられれる。

一方、測定ガスＭＧの０２Ａ度をχ％、可燃ガス濃度を
ｙ％、基準ガスＲＧの０２濃度を２０゜６％とした場合
、起電力ＥＡはネルンストの式に従い下式（２）のよう
に表すことができる。

ＥＡ＝Ｋａ　・（ＲＴＡ／４Ｆ）・ｌｘ　　［２０゜６
／ｆｌ’　　（１／２＞・＆ｌ］＋ＣＡ−−−（２）但
し、Ｆ：ファラデ一定数、Ｒ：ガス定数、１゛Ａ：動作
温度、ＫＡ、ＣＡ　：定数。

また、第１内側電極１０ａは触媒能が極めて少ない電極
膜で構成されているため、測定ガスＭＧ中の酸素ガスと
可燃ガスが一緒に到達しても、該可燃ガスだけか、上記
ネルンスｌ〜の式に従い、測定ガスＭＧ中の酸素分圧（
２０，６％）と基準ガスＲＧの酸素分圧との比に関連し
た起電力を発生させる。即ち、可燃ガス（例えば、ＣＯ
）はジルコニア固体電解質内部の０−２イオンと、Ｃｏ
　　　十　　〇’　　　　→ＣＯ２＋　２　ｅ−・−−
−（：３）の如く反応し、起電力を発生ずる。また、こ
の起電力に対応した検出信号が端子Ｅ＋、Ｅ’：ａ間に
あられれる。

従って、端子Ｅｌ、Ｅ３間から検出される検出信号と端
子Ｅ２．Ｅ３間から検出される検出信号を図示しない信
号処理器で信号処理することにより、測定ガス中の酸素
と可燃性ガスを連続かつ正確に測定できるようになる。

一方、第３図は上記第１及び第２の内側リード１．４ａ
、１４ｂが金ペーストを焼付けた膜で構成されている所
謂金リードの場合と白金ペーストを焼付けた膜で構成さ
れている所謂白金リードの場合についてジルコニアセン
サから生ずるセル起電力を比較した実験結果を示すセル
起電力の特性曲紙１図である。この図において、横軸は
第１図の第１第２内側リード１４ａ、１４ｂに供給され
る可燃ガス濃度と酸素ガス濃度が一定の校正ガスの流Ｊ
ｉ　（ｍ　ｌ／ｍ　ｉ　ｎ　、　）を示し、縦軸はジル
コニアセンサの電極間に発生する起電力（ｍＶ）を示し
ている。また、第３図から明らかなように、白金リード
の場合は校正ガス流量の減少に伴なってセル起電力か新
派しているか金リードの場合は校正ガス流星の変化に係
わらずセル起電力が一定となっている。これは次のよう
な理由によるものである。

即ち、前記第２従来例のように第１図の第１及び第２の
内側リード１４ａ、’１４ｂが白金ペース１−を焼付け
た膜で構成されている白金リードの場合には、該電極リ
ードが触媒となって測定ガス中の可燃ガス（例えば、Ｃ
Ｏ）が酸化されて過酸化！ｔ！ｌ　（例えば、Ｃ０２）
となり、その結果、ジルコニアセンサの起電力が低下す
るようになる。これに対し、本発明実施例のように第１
図の第１及び第２の内側リード１４ａ、１４ｂが金ペー
ストを焼付けた膜で構成されている金リードの場合には
、金に白金のような触媒作用かないため、該電極リード
によって測定ガス中の可燃ガスが酸化されることはなく
ジルコニアセンサの起電力が低下するようなこともない
。。

尚、測定ガスを実際に測定する場合には、測定ガスが第
１図のジルコニア囲体電解質６内に拡散や対流で供給さ
れ該供給ガス流量が少ないため、第３図の特性曲線図で
示した現象が顕著に現われるようになる。

尚、本発明は上述の実施例に限定されることなく種々の
変形が可能であり、例えば、リード１４ａ、１４ｂを先
にジルコニア固体電解質１４に付着しこれらリードの一
部に重ねるようにして第１及び第２電極１０ａ、１０．
ｂをジルコニア固体電解質１４に付着しても良い。また
、ジルコニアセンサーが２つ別々にあって第１ジルコニ
アセンサは従来の酸素センサであり、第２ジルコニアセ
ンサが非触媒性電極を持ち該電極リードとして金ベース
トを焼付けた膜を用いた形としても良い。

〈発明の効果〉 以上詳しく説明したような本発明によれは、酸素イオン
伝導体からなるジルコニア固体電解質で構成されたジル
コニアセンサの起電力から前記測定ガス中の可燃ガス濃
度を求めるガス濃度の連続測定装置において、前記ジル
コニア固体電解質の表面に焼付けされた金ベースｌ−１
１０を前記ジルコニアセンサに装着された測定側電極の
電極リードとなるように構成した。金は耐蝕性に優れて
いるうえ白金のような触媒性かないため、ジルコニアセ
ンサーの電極リードが触媒となり測定ガス中の可燃ガス
成分が酸化されて究極的に大きな誤差が生ずるのを回避
できるようになる。また、可燃性ガス共存下で０２ａ度
や可燃ガス濃度を正確に測定できるため、自動車や航空
機のエンジンコントロールなどの広範な燃焼機器への応
用、更にはＣＯガスセンサーなどの生活環境用センサへ
の応用し可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成断面図、第２図Ｃまジルニ
アセンサーの拡大断面図、第３図はジルコニアのセル起
電力特性曲線図である。 １・・・煙道の壁、２・・・ケーシング、３・・・フラ
ンジ、４・・・０−リング、５・・・セラミ・ンク接着
剤、６・・・ジルコニア固体電解質、７・・・仕切板、
８ａ８ｂ・・・コンタクト、９・・・ヒータ、１、０　
ａ−・・第１内側＠　ｇ；、、１０　ｂ−・・第２内ａ
＋　ｔ　ｉ、１１・・・外側電極、１２・・・基準ガス
導入管、１３・・・白金ワイヤ、１４ａ、１４ｂ・・・
内側り−Ｉ４．１５・・・外側リード 第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）酸素イオン伝導体からなるジルコニア固体電解質で
   構成されたジルコニアセンサの起電力から前記測定ガス
   中の可燃ガス濃度を求めるガス濃度の連続測定装置にお
   いて、前記ジルコニア固体電解質の表面に焼付けされた
   金ペースト膜を前記ジルコニアセンサに装着された測定
   側電極の電極リードとしたことを特徴とするガス濃度の
   連続測定装置。 ２）酸素イオン伝導体からなるジルコニア固体電解質で
   構成された試験管形のジルコニア固体電解質によって２
   つのジルコニアが形成され、第１ジルコニアセンサの測
   定側電極は触媒能の強い電極で構成されて測定ガス中の
   酸素を検出するとともに、第２ジルコニアセンサの測定
   側電極は非触媒性電極であり、前記第１ジルコニアセン
   サの起電力から前記測定ガス中の酸素ガスの濃度を求め
   ると共に前記第１及び第２ジルコニアセンサの起電力か
   ら前記測定ガス中の可燃ガス濃度を求めるガス濃度の連
   続測定装置において、金ペーストを焼付けた膜を前記第
   ２ジルコニアセンサに装着された測定側電極の電極リー
   ドとしたことを特徴とするガス濃度の連続測定装置。