JPH05332984A - 隔膜式溶存ガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 隔膜交換容易かつ長期間安定かつ信頼性の高
い隔膜式溶存ガスセンサを提供する 【構成】 容器本体１の外側面に付設された作用極３
と、容器本体１の作用極３外周に凹設されたＯリング装
着部１ａと、Ｏリング装着部１ａに装着されたＯリング
５と、作用極３とＯリング５とを覆う隔膜４と、還状押
え蓋（２）と、還状押え蓋固２を固定するためのねじ締
めリング８とを備え、ねじ締めリング８により固定され
た還状押圧体２とＯリング装着部とがＯリング５と隔膜
４とを押圧することにより、隔膜４と作用極３との密
着、隔膜４の固定及び電解液９の封止がなされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液相に溶存している酸
素や水素、塩素、オゾンなどのガスの濃度を測定するた
めの隔膜式溶存ガスセンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】隔膜式溶存ガスセンサは、作用極として
の触媒電極と鉛または銀などからなる対極と電解液とガ
ス透過性のフッ素系樹脂の隔膜とから構成されているの
が一般的である。

【０００３】被検知水溶液中のガスは、まず隔膜を透過
し、次いで隔膜と触媒電極との間に形成される電解液の
液膜中に溶解していって、触媒電極表面上で反応に与か
る。したがって、出力安定のためには、常時、隔膜と触
媒電極との接触状態および液膜の厚さを一定に保つこと
が必要である。また、隔膜式溶存ガスセンサでは、検知
部である隔膜表面の被検知水溶液が常に更新されないと
電極で消費される溶存ガスの補給が追い付かないため、
出力が徐々に下がる。それゆえ溶存ガスセンサは構造的
に検知部が外部に露出していることが肝要となる。

【０００４】そのため従来は、図２に示すように、隔膜
４を固定する際、触媒電極である作用極３の表面を容器
１の外径より若干大きい隔膜４で覆い、隔膜４が作用極
３の表面に密着するようによく張りながら容器側面また
は容器外周でＯリング５で締め付けて固定し、同時に電
解液９が外部に漏れないようシ−ルする方式や、図３に
示すように、隔膜４をあらかじめワッシャ１０に接着し
ておき、締め付けリング８を用いてねじ締めによりそれ
らをＯリング５へ押さえ付け隔膜４に張りを持たせると
ともに電解液９の封止を行う方式を用いていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】隔膜式溶存ガスセンサ
では、使用するうちに被検知水の水質によっては検知部
である隔膜表面が汚れてしまい出力が低下してきたり隔
膜の張りが緩み応答速度が遅くなったりするので、これ
らの特性を回復させるために隔膜の交換が必要となる。

【０００６】従来ものには隔膜の固定方法や交換のし易
さについて解決すべき点がいくつかある。隔膜が作用極
表面に密着するようによく張りながら容器側面でＯリン
グで締め付けて固定し同時に電解液が外部に漏れないよ
うシ−ルする方式や、隔膜をあらかじめワッシャに接着
しておき締め付けリングを用いてねじ締めによりそれら
をＯリングへ押さえ付け隔膜に張りを持たせるとともに
電解液の封止を行う方式では、作用極の外径からＯリン
グの内径にいたる間を渡って張られる隔膜は何によって
も支持されていないため、センサを振とうさせたときに
電解液の動揺につれて揺すられ作用極部分の液膜を変化
させる。また、経時変化による隔膜の伸びに起因する隔
膜と触媒電極との密着具合の変化は避けられず、隔膜と
触媒電極の密着が悪くなり、その間にできる電解液膜が
厚くなる。これらの原因によりセンサ出力が不安定にな
ったり濃度応答速度が遅くなったりする。また、液膜が
厚くなることを嫌い隔膜を強く張りすぎると隔膜が破れ
たりする問題も生じる。

【０００７】そのうえ、容器の側面で隔膜を固定する方
式では、容器の外縁部で隔膜を折り曲げて凸状にするた
め隔膜にしわが寄ることが避けられず隔膜の交換に技術
を必要とするうえ、どうしてもシ−ルが不十分となり電
解液漏れの原因となる。また、隔膜の固定にエポキシ樹
脂またはシリコンゴム充填剤などを併用してシ−ル性を
高める工夫を施す例もあるが、この場合は隔膜だけを交
換することは不可能で、隔膜をあらかじめ組み込んだ蓋
を用意しておき隔膜と蓋とを一緒に交換するか、極端な
場合、電極を丸ごと交換するしかない。

【０００８】隔膜の交換を可能にし、しかも隔膜を交換
しても隔膜の張りを一定に保つことを狙い、隔膜をあら
かじめワッシャに接着しておき、締め付けリングを用い
てのねじ締めによりそれらをＯリングへ押さえ付けて隔
膜に張りを持たせるとともに電解液の封止を行う方式も
提案されているが、この方式は、隔膜の外側にどうして
も押さえ蓋あるいは締め付けリングの突起が出てしまい
被検液の流れを妨げるという問題を有している。

【０００９】この発明は上記のような課題を解決するた
めに成されたものであり、その目的とするところは隔膜
交換が容易かつ長期間安定かつ信頼性の高い隔膜式溶存
ガスセンサを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、液相中に溶存
しているガスの電気化学的酸化または還元反応に有効な
触媒電極よりなる作用極と、鉛または銀などよりなる対
極と、電解液と、これらを収納する容器と、作用極を覆
い電解液と外部とを隔てるガス透過性の隔膜とで基本的
に構成される隔膜式溶存ガスセンサにおいて、容器本体
の外側面に付設された作用極と、容器本体の作用極外周
に凹設されたＯリング装着部と、Ｏリング装着部に装着
されたＯリングと、作用極とＯリングとを覆う隔膜と、
隔膜及びＯリングを押圧するための還状押え蓋と、還状
押え蓋固を固定するためのねじ締めリングとを備え、ね
じ締めリングにより固定された還状押圧体とＯリング装
着部とがＯリングと隔膜とを押圧することにより、隔膜
と作用極との密着、隔膜の固定及び電解液の封止がなさ
れるよう構成されたことを特徴とする隔膜式溶存ガスセ
ンサとすることにより、上述の課題を解決しようとする
ものである。

【００１１】

【作用】上述のごとく、触媒電極よりなる作用極の周縁
にＯリングを配置し、作用極とＯリングとを隔膜で覆
い、ねじ締めリングで支持された還状押え蓋で隔膜を押
さえることで隔膜の固定と電解液の封止をおこなうと、
隔膜はＯリングのつぶれる分だけ凸型に伸ばされ作用極
に密着する。還状押え蓋は共回りしないように回転止め
を施されてねじ締めリングで容器本体に固定されるが、
一定以上は締まらないように設計することでＯリングの
つぶし代をいつも一定に保つ事ができる。したがって隔
膜の交換をおこなっても隔膜はいつも一定の張り具合で
作用極に密着する。また、作用極の外径とＯリングの内
径とを比較的接近させることにより隔膜は全面にわたり
容器または作用極に接触し支持されているので、隔膜の
動きは制限され電極に振動を与えた場合にも液膜の動揺
が少なく、従って出力変動が少ない。

【００１２】また、隔膜は折り曲げられることなく真上
からＯリングへ押さえ付けられるのでしわも寄らない。
その結果、電解液は確実に封止されエポキシ樹脂等で補
助的に固定する必要がないので、隔膜だけの交換を簡単
におこなうことができる。

【００１３】さらに、隔膜を押さえる還状押え蓋はＯリ
ングがつぶれる分だけ表面より引っ込むので、つぶす前
のＯリングと作用極との高さをそろえておきＯリングの
つぶれ代と還状押え蓋のＯリング部分の厚みを等しく設
計すれば、還状押え蓋は検知部である隔膜部分と面一と
なり、被検水の流れを妨げない。もちろん、還状押え蓋
をより薄くするかＯリングのつぶし方を大きくすれば、
作用極は一段と外部に押し出されることになる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１に本発明の一実施例に係る隔膜式溶存ガ
スセンサの断面構造を示す。（ここではガルバニ電池式
溶存酸素センサを例にとる。）同図において、３は容器
本体１の外側面に付設された作用極、１ａは容器本体１
の作用極３外周に凹設されたＯリング装着部、５はＯリ
ング装着部１ａに装着されたＯリング、４は隔膜、２は
隔膜４及びＯリング５を押圧するための還状押え蓋、８
は還状押え蓋固２を固定するためのねじ締めリングであ
る。厚み２５μｍの４フッ化エチレン−６フッ化プロピ
レン共重合体膜からなる隔膜４は、ＡＢＳ樹脂製の容器
本体１と還状押さえ蓋２とにより、ポ−ラスカ−ボンに
金蒸着を施した触媒電極としての正極３に密着するよう
に締め付けリング８により還状押え蓋２を介してＯリン
グ５とともにねじ締れる溝に設置され、締め付けリング
８のねじ締めにより規定量だけつぶされて固定される。
容器１内部の酢酸を主成分とする電解液９（ｐＨ＝６）
は、Ｏリング５により、外に漏れないように、また、水
圧のかかる場所でセンサを使用するときに被検水が浸入
しないようにシ−ルされる。７はチタン線からなる正極
リ−ド、６は鉛からなる負極である。

【００１５】まず最初に、図１に示す本発明の実施例で
得られたガルバニ電池式溶存酸素センサ（以下、センサ
Ａ）と、図２に示す従来型のガルバニ電池式溶存酸素セ
ンサ（以下、センサＢ）とを比較して、隔膜交換時にお
けるセンサ出力の安定性について本発明にかかるセンサ
の優秀性を説明する。

【００１６】図４は、Ａ、Ｂそれぞれのセンサについて
隔膜の交換が出力値に及ぼす影響を示した図であり、図
中、横軸は隔膜の交換回数（回）、縦軸は隔膜交換ごと
の出力変化を初回組み立て時の大気中でのセンサ出力を
１００としたときの相対値で示している。容器の側面で
隔膜を固定する従来のセンサＢでは、隔膜の交換は容易
ではないうえ、第４図に示すように隔膜を交換するごと
にその張り具合が変わりセンサの出力が変化する。本発
明にかかるセンサＡは隔膜だけを簡単に交換でき、しか
も交換ごとの出力レベルはそのばらつきが明らかに小さ
い。

【００１７】一方、図５は、センサＡと図３に示す従来
型のガルバニ電池式溶存酸素センサＣ（以下、センサ
Ｃ）とについて、加圧下と常圧下とでの測定を繰り返し
たときの応答速度に対する影響を示した図であり、図
中、横軸は加圧と常圧の繰り返し回数（回）、縦軸はセ
ンサの濃度応答速度を、初期値を１００としたときの相
対値で示す。試験はセンサを耐圧容器内に置き水中で２
Kgf/cm² -Gで１５分、常圧で５分のサイクルを繰り返
し、２００サイクルごとにセンサを取り出し大気と平衡
にある水（８ｐｐｍ）と無水亜硫酸ナトリウム水溶液
（０ｐｐｍ）の間でセンサをつけかえたときのセンサ出
力の変化を記録することにより濃度応答の測定をおこな
った。比較は９０％応答時間でおこなった。

【００１８】従来のセンサＣは作用極とＯリングの間で
隔膜は内部からはなにからも支持されていないので、加
圧下で隔膜は外圧により伸ばされやすい。センサＢでも
それは同じである。その結果、加圧下と常圧下とでの測
定を繰り返すと隔膜の張り具合が次第にゆるみ、図５に
示すように応答速度の低下をもたらしていたが、本発明
にかかるセンサＡでは加圧下と常圧下での測定を繰り返
しても応答速度の低下は起こっていない。

【００１９】また、加圧下での出力特性であるが、本発
明によるセンサを用いれば少なくとも水深２０ｍ相当の
圧力まではＯリングのシ−ルは保持される。隔膜１枚を
押さえ蓋とＯリングだけで押さえ付ける簡単な方式でし
かも耐圧性が高いことはこれまでに無かったことであ
る。

【００２０】最後に、検知部周辺に突起がないことによ
る効果を述べる。図２に示す従来のものでは問題になっ
ていなかったとはいえ、図３に示すものでは検知部が締
め付けリングより奥まったところに位置するので、検知
部での水の流れが多少なりとも妨げられるという問題や
検知部に気泡が溜まりやすいという問題があったが、本
発明にかかるセンサを用いれば隔膜の交換を簡単にしつ
つも突起物なしに検知部を最外部に露出させることがで
きるので、このような水流の妨げと気泡の問題は解決で
きる。

【００２１】

【発明の効果】上述のとおり本発明にかかる隔膜式溶存
ガスセンサによれば、隔膜の交換が容易でＯリングによ
るシ−ルの耐圧性が高く、しかも隔膜の張り具合は一定
し、さらに経時変化によるそのゆるみが少なく、かつ、
被検水の流速変化に出力が影響されることなく正確に検
知することができるので、その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す横断面図である。

【図２】従来例を示す横断面図である。

【図３】従来例を示す横断面図である。

【図４】隔膜の交換とセンサの出力値との関係を示す図
である。

【図５】加圧下と常圧下とでの測定の繰り返しが、セン
サの応答速度に及ぼす影響を示す図である。

【符号の説明】

１ 容器本体 １ａ Ｏリング装着部 ２ 還状押え蓋 ３ 作用極 ４ 隔膜 ５ Ｏリング ８ ねじ締めリング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液相中に溶存しているガスの電気化学的
   酸化または還元反応に有効な触媒電極よりなる作用極
   と、鉛または銀などよりなる対極と、電解液と、これら
   を収納する容器と、作用極を覆い電解液と外部とを隔て
   るガス透過性の隔膜とで基本的に構成される隔膜式溶存
   ガスセンサにおいて、 容器本体（１）の外側面に付設された作用極（３）と、 容器本体（１）の作用極（３）外周に凹設されたＯリン
   グ装着部（１ａ）と、 Ｏリング装着部（１ａ）に装着されたＯリング（５）
   と、 作用極（３）とＯリング（５）とを覆う隔膜（４）と、 隔膜（４）及びＯリング（５）を押圧するための還状押
   え蓋（２）と、 還状押え蓋（２）を固定するためのねじ締めリング
   （８）とを備え、 ねじ締めリング（８）により固定された還状押圧体
   （２）とＯリング装着部とがＯリング（５）と隔膜
   （４）とを押圧することにより、隔膜（４）と作用極
   （３）との密着、隔膜（４）の固定及び電解液（９）の
   封止がなされるよう構成されたことを特徴とする隔膜式
   溶存ガスセンサ。