JPH0562947B2 - - Google Patents
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- JPH0562947B2 JPH0562947B2 JP62053496A JP5349687A JPH0562947B2 JP H0562947 B2 JPH0562947 B2 JP H0562947B2 JP 62053496 A JP62053496 A JP 62053496A JP 5349687 A JP5349687 A JP 5349687A JP H0562947 B2 JPH0562947 B2 JP H0562947B2
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- Japan
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- gas
- concentration
- sensor
- zirconia
- electrode
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- 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
- G01N27/416—Systems
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
-
- 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
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4073—Composition or fabrication of the solid electrolyte
- G01N27/4074—Composition or fabrication of the solid electrolyte for detection of gases other than oxygen
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- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
＜産業上の利用分野＞
本発明は燃焼プロセスにおいて燃焼排ガス中の
O2濃度及び可燃ガス濃度を測定する装置に関す
る。
O2濃度及び可燃ガス濃度を測定する装置に関す
る。
＜従来の技術＞
燃焼プロセスでは、省エネルギー、並びに公害
防止の点から、煙道を流れる燃焼排ガスのO2濃
度並びにCO等の可燃ガス濃度を常時監視し、燃
焼炉が最適状態で運転されるように燃焼制御され
る。
防止の点から、煙道を流れる燃焼排ガスのO2濃
度並びにCO等の可燃ガス濃度を常時監視し、燃
焼炉が最適状態で運転されるように燃焼制御され
る。
ところで、可燃ガス共存下でO2濃度をジルコ
ニア式酸素センサを用いて測定しようとする場
合、白金電極が触媒作用をし可燃ガスがこの部分
で酸化反応を起こして酸素を消費する為、正確な
O2濃度を検出出来ない。特公昭51−41077号はこ
のような問題を解決したO2濃度測定装置である。
この装置では、サンプリングした測定ガスを２つ
の測定径路に振分け、一方では測定ガス中の酸素
を除去した後、既知量の酸素を加えてジルコニア
式酸素センサに与え、ガス中の可燃ガスと反応し
た酸素を差引いた残存酸素量に対応する第１の起
電力を求め、他方では前記測定ガスに前記既知量
の酸素を加えて前記センサに与え、前記測定ガス
中の可燃ガスと反応した酸素を差引いた残存酸素
量に対応する第２の起電力とを検出し、演算によ
つて前記可燃ガスの影響を受けない前記測定ガス
中の酸素量の測定を行つている。
ニア式酸素センサを用いて測定しようとする場
合、白金電極が触媒作用をし可燃ガスがこの部分
で酸化反応を起こして酸素を消費する為、正確な
O2濃度を検出出来ない。特公昭51−41077号はこ
のような問題を解決したO2濃度測定装置である。
この装置では、サンプリングした測定ガスを２つ
の測定径路に振分け、一方では測定ガス中の酸素
を除去した後、既知量の酸素を加えてジルコニア
式酸素センサに与え、ガス中の可燃ガスと反応し
た酸素を差引いた残存酸素量に対応する第１の起
電力を求め、他方では前記測定ガスに前記既知量
の酸素を加えて前記センサに与え、前記測定ガス
中の可燃ガスと反応した酸素を差引いた残存酸素
量に対応する第２の起電力とを検出し、演算によ
つて前記可燃ガスの影響を受けない前記測定ガス
中の酸素量の測定を行つている。
しかしながら、このような方式では測定ガス中
の酸素を除去する酸素吸収用カラム、既知量の酸
素を加える手段等が必要で装置が複雑になり、応
答性が悪くなる欠点があり、また、前記試料ガス
をサンプリングする方式である為、ダストを多く
含むプロセスでは使用できない欠点があつた。
の酸素を除去する酸素吸収用カラム、既知量の酸
素を加える手段等が必要で装置が複雑になり、応
答性が悪くなる欠点があり、また、前記試料ガス
をサンプリングする方式である為、ダストを多く
含むプロセスでは使用できない欠点があつた。
＜発明が解決しようとする問題点＞
本発明の解決しようとする技術的課題は、可燃
ガス共存下でO2濃度並びに可燃ガス濃度を正確
に測定出来、構成が簡単で、応答性が良く、且つ
ダストを多く含む燃焼プロセスでも使用すること
が出来る排ガス中のO2及び可燃ガス濃度測定装
置を実現することにある。
ガス共存下でO2濃度並びに可燃ガス濃度を正確
に測定出来、構成が簡単で、応答性が良く、且つ
ダストを多く含む燃焼プロセスでも使用すること
が出来る排ガス中のO2及び可燃ガス濃度測定装
置を実現することにある。
＜問題点を解決するための手段＞
本発明の構成は、一方の電極に基準ガスが、他
方の電極に測定ガスが与えられ、測定ガスが与え
られる電極を白金膜で覆つた第１のジルコニア固
体電解質センサと、一方の電極に基準ガスが、他
方の電極に測定ガスが与えられ、測定ガスが与え
られる電極を２珪化モリブデンで形成した第２の
ジルコニア固体電解質センサとを前記測定ガスが
流れる煙道に直接挿入し、前記第１のジルコニア
センサを酸素イオン導電体となる動作温度に加熱
し、前記第２のジルコニアセンサを前記動作温度
より低い温度に加熱し、前記第１及び第２のジル
コニアセンサの起電力から演算により前記測定ガ
ス中のO2濃度及びCO濃度を求めるようにしたこ
とにある。
方の電極に測定ガスが与えられ、測定ガスが与え
られる電極を白金膜で覆つた第１のジルコニア固
体電解質センサと、一方の電極に基準ガスが、他
方の電極に測定ガスが与えられ、測定ガスが与え
られる電極を２珪化モリブデンで形成した第２の
ジルコニア固体電解質センサとを前記測定ガスが
流れる煙道に直接挿入し、前記第１のジルコニア
センサを酸素イオン導電体となる動作温度に加熱
し、前記第２のジルコニアセンサを前記動作温度
より低い温度に加熱し、前記第１及び第２のジル
コニアセンサの起電力から演算により前記測定ガ
ス中のO2濃度及びCO濃度を求めるようにしたこ
とにある。
＜作用＞
前記の技術手段は次のように作用する。即ち、
前記第１のジルコニアセンサでは、白金の触媒膜
で前記測定ガス中の可燃ガスが酸素と触媒反応
し、電極間には反応後の酸素分圧に関連した起電
力が得られる。第２のジルコニアセンサでは、前
記電極が触媒能の少ない２珪化モリブデンの電極
膜で形成した為、前記測定ガス中の酸素ガス成分
と可燃ガス成分とが共に電極部分に達し、前記測
定ガス中の酸素分圧に関連した起電力と、前記可
燃ガス成分がジルコニア固体電解質内部のO2−
イオンと直接反応して生ずる起電力との和に対応
した出力が得られ、これら出力に基づき演算によ
り前記測定ガスのO2濃度及び可燃ガス濃度が求
められる。
前記第１のジルコニアセンサでは、白金の触媒膜
で前記測定ガス中の可燃ガスが酸素と触媒反応
し、電極間には反応後の酸素分圧に関連した起電
力が得られる。第２のジルコニアセンサでは、前
記電極が触媒能の少ない２珪化モリブデンの電極
膜で形成した為、前記測定ガス中の酸素ガス成分
と可燃ガス成分とが共に電極部分に達し、前記測
定ガス中の酸素分圧に関連した起電力と、前記可
燃ガス成分がジルコニア固体電解質内部のO2−
イオンと直接反応して生ずる起電力との和に対応
した出力が得られ、これら出力に基づき演算によ
り前記測定ガスのO2濃度及び可燃ガス濃度が求
められる。
＜実施例＞
以下図面に従い本発明の実施例を説明する。第
１図は本発明実施例装置の断面図である。１は燃
焼排ガスMGが流れる煙道の壁、Ａ，Ｂはこの煙
道に直接挿入された第１及び第２のセンサープロ
ーブで、第１のセンサープローブＡは、ケーシグ
ン２ａ内に試験管形のジルコニア固体電解質セン
サ３ａ、このジルコニアセンサを加熱するヒータ
４ａ、並びに温度センサ５ａを設けた構造となつ
ており、また、第２のセンサープローブＢは、ケ
ーシング２ｂ内に同じく試験管形のジルコニアセ
ンサ３ｂ、このジルコニアセンサを加熱するヒー
タ４ｂ、並びに温度センサ５ｂを設けた構造とな
つている。第１のセンサープローブＡにおいて、
ジルコニアセンサ３ａの測定ガスＧと接触する内
側面には内側電極６ａが設けられ、この電極は触
媒能の強い白金触媒膜７ａによつて覆われてい
る。ジルコニアセンサ３ａの基準ガスRGと接触
する外側面には外側電極８ａが設けられている。
更に第２のセンサープローブＢにおいて、ジルコ
ニアセンサ３ｂの測定ガスMGと接触する内側面
には内側電極６ｂが設けられ、この電極は触媒能
の少ない、例えば２珪化モリブデン、ロジウム等
の電極膜で形成されている。ジルコニアセンサ３
ｂの基準ガスRGと接触する外側面には外側電極
８ｂが設けられている。
１図は本発明実施例装置の断面図である。１は燃
焼排ガスMGが流れる煙道の壁、Ａ，Ｂはこの煙
道に直接挿入された第１及び第２のセンサープロ
ーブで、第１のセンサープローブＡは、ケーシグ
ン２ａ内に試験管形のジルコニア固体電解質セン
サ３ａ、このジルコニアセンサを加熱するヒータ
４ａ、並びに温度センサ５ａを設けた構造となつ
ており、また、第２のセンサープローブＢは、ケ
ーシング２ｂ内に同じく試験管形のジルコニアセ
ンサ３ｂ、このジルコニアセンサを加熱するヒー
タ４ｂ、並びに温度センサ５ｂを設けた構造とな
つている。第１のセンサープローブＡにおいて、
ジルコニアセンサ３ａの測定ガスＧと接触する内
側面には内側電極６ａが設けられ、この電極は触
媒能の強い白金触媒膜７ａによつて覆われてい
る。ジルコニアセンサ３ａの基準ガスRGと接触
する外側面には外側電極８ａが設けられている。
更に第２のセンサープローブＢにおいて、ジルコ
ニアセンサ３ｂの測定ガスMGと接触する内側面
には内側電極６ｂが設けられ、この電極は触媒能
の少ない、例えば２珪化モリブデン、ロジウム等
の電極膜で形成されている。ジルコニアセンサ３
ｂの基準ガスRGと接触する外側面には外側電極
８ｂが設けられている。
このような構成で、第１のセンサプローブＡに
おいて、ヒータ４ａによりジルコニアセンサ３ａ
を酸素イオン導電体となる温度迄（通常、700〜
900℃）加熱すると、測定ガスMGに含まれる例
えばCOの如き可燃ガス成分は白金触媒膜７ａに
接触し、 CO＋（１／２）O2→CO2 ……(1) なる触媒反応を起こす。この結果、ジルコニアセ
ンサ３ａの電極間にこの反応によつて消費される
酸素を差引いた残存酸素量に対応する起電力が発
生する。
おいて、ヒータ４ａによりジルコニアセンサ３ａ
を酸素イオン導電体となる温度迄（通常、700〜
900℃）加熱すると、測定ガスMGに含まれる例
えばCOの如き可燃ガス成分は白金触媒膜７ａに
接触し、 CO＋（１／２）O2→CO2 ……(1) なる触媒反応を起こす。この結果、ジルコニアセ
ンサ３ａの電極間にこの反応によつて消費される
酸素を差引いた残存酸素量に対応する起電力が発
生する。
測定ガスMGのO2濃度をｘ％、可燃ガス濃度を
ｙ％、基準ガスRGのO2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以下のように
表すことが出来る。
ｙ％、基準ガスRGのO2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以下のように
表すことが出来る。
EA＝kA・（RTA／4F）・In［20.6／｛ｘ−（１／２）ｙ
｝］＋CA……(2) 但し、Ｆ：フアラデー定数、Ｒ：ガス定数、
TA：動作温度、kA、CA定数。
｝］＋CA……(2) 但し、Ｆ：フアラデー定数、Ｒ：ガス定数、
TA：動作温度、kA、CA定数。
第２のセンサープローブＢにおいて、触媒能の
少ない電極膜を用いた場合、測定ガスMG中の酸
素ガスと可燃ガスとは共に内側電極６bに達する。
このうち、酸素ガスは、ネルンストの式に従い、
測定ガスMG中の酸素分圧（ｘ％）と基準ガズ
RGの酸素分圧（20.6％）との比に関連した起電
力を発生させる。
少ない電極膜を用いた場合、測定ガスMG中の酸
素ガスと可燃ガスとは共に内側電極６bに達する。
このうち、酸素ガスは、ネルンストの式に従い、
測定ガスMG中の酸素分圧（ｘ％）と基準ガズ
RGの酸素分圧（20.6％）との比に関連した起電
力を発生させる。
一方、可燃ガスはジルコニア固体電解質内部の
O2-イオンと、 CO＋O2-→CO2＋2e ……(3) の如く直接反応し、起電力を発生する。この起電
力の大きさは電極６bの種類、或は動作温度によ
つて異なる。
O2-イオンと、 CO＋O2-→CO2＋2e ……(3) の如く直接反応し、起電力を発生する。この起電
力の大きさは電極６bの種類、或は動作温度によ
つて異なる。
第２図は内側電極６bを２珪化モリブデンを用
いて形成した場合の実験結果を示す。実験では、
二種類の一定濃度のO2にCOガスを加え、CO濃
度を変えて実験を行つた。温度は通常のジルコニ
アセンサの動作温度750℃より低い550℃で行つ
た。
いて形成した場合の実験結果を示す。実験では、
二種類の一定濃度のO2にCOガスを加え、CO濃
度を変えて実験を行つた。温度は通常のジルコニ
アセンサの動作温度750℃より低い550℃で行つ
た。
C1は濃度0.4％のO2ガスとCOとの混合ガスの特
性曲線を、C2は濃度2.4％のO2ガスとCOとの混合
ガスの特性曲線を表す。これらの特性曲線から、
CO濃度はO2濃度によつて傾きが変る開平曲線と
考えられ、ジルコニアセンサ３bの電極間には、
例えば以下の式によつて近似される電圧が得られ
る。
性曲線を、C2は濃度2.4％のO2ガスとCOとの混合
ガスの特性曲線を表す。これらの特性曲線から、
CO濃度はO2濃度によつて傾きが変る開平曲線と
考えられ、ジルコニアセンサ３bの電極間には、
例えば以下の式によつて近似される電圧が得られ
る。
EB＝（１＋kB√）・（RTB／4F）・In（20.6／ｘ）＋C
B……(4) 但し、TB：動作温度、kB、CB：定数。
B……(4) 但し、TB：動作温度、kB、CB：定数。
CO濃度の検出では動作温度を上げて行くと感
度が低下する為、なるべく低い温度で動作させる
ことが望ましいが、動作温度を余り低くするとジ
ルコニア酸素センサとしての機能（例えば、応答
性）が低下する。２珪化モリブデンの場合、動作
温度が比較的高く、通常のジルコニアセンサの動
作温度（750℃）よりは低いが、550℃〜650℃で
動作でき、ジルコニア酸素センサの機能を低下さ
せることなく、CO濃度を感度良く測定すること
が出来る。因みに、第２図の実験結果から、曲線
C2の場合、CO濃度1000ppmにおいて240ｍＶと充
分大きな発生電圧が得られる。
度が低下する為、なるべく低い温度で動作させる
ことが望ましいが、動作温度を余り低くするとジ
ルコニア酸素センサとしての機能（例えば、応答
性）が低下する。２珪化モリブデンの場合、動作
温度が比較的高く、通常のジルコニアセンサの動
作温度（750℃）よりは低いが、550℃〜650℃で
動作でき、ジルコニア酸素センサの機能を低下さ
せることなく、CO濃度を感度良く測定すること
が出来る。因みに、第２図の実験結果から、曲線
C2の場合、CO濃度1000ppmにおいて240ｍＶと充
分大きな発生電圧が得られる。
上記(2)、(4)式において、kA、kB、CA、CBは、
２種類のO2濃度ｘ、及び可燃ガス濃度ｙが既知
の測定ガスMGを用いて求めることが出来る。従
つて成分濃度未知の測定ガスMGに対して、上記
(2)、(4)式の連立方程式を解くことによつて、ガス
中のO2濃度ｘ、及び可燃ガス濃度ｙを求めるこ
とが出来る。
２種類のO2濃度ｘ、及び可燃ガス濃度ｙが既知
の測定ガスMGを用いて求めることが出来る。従
つて成分濃度未知の測定ガスMGに対して、上記
(2)、(4)式の連立方程式を解くことによつて、ガス
中のO2濃度ｘ、及び可燃ガス濃度ｙを求めるこ
とが出来る。
＜発明の効果＞
本発明によれば、可燃ガス共存下でO2濃度並
びに可燃ガス濃度を相互干渉なく正確に測定出来
る。また、構成が簡単で、応答性が良く、且つ測
定ガスをサンプリングする方式でないためダスト
を多く含む燃焼プロセスでも使用することが出来
る。
びに可燃ガス濃度を相互干渉なく正確に測定出来
る。また、構成が簡単で、応答性が良く、且つ測
定ガスをサンプリングする方式でないためダスト
を多く含む燃焼プロセスでも使用することが出来
る。
第１図は本発明実施例装置の断面図、第２図は
本発明実施例装置の動作説明図である。 Ａ……第１のセンサプローブ、Ｂ……第２のセ
ンサプローブ、１……煙道の壁、２ａ，２ｂ……
ケーシング、３ａ，３ｂ……ジルコニア固体電解
質センサ、４ａ，４ｂ……ヒータ、５ａ，５ｂ…
…温度センサ、６ａ……内側電極、６ｂ……触媒
能の少ない内側電極、８ａ，８ｂ……外側電極、
７ａ……触媒膜、MG……測定ガス、RG……基
準ガス。
本発明実施例装置の動作説明図である。 Ａ……第１のセンサプローブ、Ｂ……第２のセ
ンサプローブ、１……煙道の壁、２ａ，２ｂ……
ケーシング、３ａ，３ｂ……ジルコニア固体電解
質センサ、４ａ，４ｂ……ヒータ、５ａ，５ｂ…
…温度センサ、６ａ……内側電極、６ｂ……触媒
能の少ない内側電極、８ａ，８ｂ……外側電極、
７ａ……触媒膜、MG……測定ガス、RG……基
準ガス。
Claims (1)
- １ 一方の電極に基準ガスが、他方の電極に測定
ガスが与えられ、測定ガスが与えられる電極を白
金膜で覆つた第１のジルコニア固体電解質センサ
と、一方の電極に基準ガスが、他方の電極に測定
ガスが与えられ、測定ガスが与えられる電極を２
珪化モリブデンで形成した第２のジルコニア固体
電解質センサとを前記測定ガスが流れる煙道に直
接挿入し、前記第１のジルコニアセンサを酸素イ
オン導電体となる動作温度に加熱し、前記第２の
ジルコニアセンサを前記動作温度より低い温度に
加熱し、前記第１及び第２のジルコニアセンサの
起電力から演算により前記測定ガス中のO2濃度
及びCO濃度を求めるようにした排ガス中のO2及
び可燃ガス濃度測定装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62053496A JPS63218852A (ja) | 1987-03-09 | 1987-03-09 | 排ガス中のｏ↓２及び可燃ガス濃度測定装置 |
| US07/162,717 US4828673A (en) | 1987-03-09 | 1988-03-01 | Apparatus for measuring combustible gas concentration in flue gas |
| CA000560815A CA1263145A (en) | 1987-03-09 | 1988-03-08 | Apparatus for measuring combustible gas concentration in flue gas |
| GB8805453A GB2202053B (en) | 1987-03-09 | 1988-03-08 | Apparatus for measuring combustible gas concentration in flue gas |
| DE3807752A DE3807752A1 (de) | 1987-03-09 | 1988-03-09 | Vorrichtung zur bestimmung eines brennbaren gases in rauchgas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62053496A JPS63218852A (ja) | 1987-03-09 | 1987-03-09 | 排ガス中のｏ↓２及び可燃ガス濃度測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63218852A JPS63218852A (ja) | 1988-09-12 |
| JPH0562947B2 true JPH0562947B2 (ja) | 1993-09-09 |
Family
ID=12944440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62053496A Granted JPS63218852A (ja) | 1987-03-09 | 1987-03-09 | 排ガス中のｏ↓２及び可燃ガス濃度測定装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4828673A (ja) |
| JP (1) | JPS63218852A (ja) |
| CA (1) | CA1263145A (ja) |
| DE (1) | DE3807752A1 (ja) |
| GB (1) | GB2202053B (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3818052A1 (de) * | 1988-05-27 | 1989-12-07 | Geraetebau Gmbh | Atemschutzmaske |
| US5320733A (en) * | 1990-12-21 | 1994-06-14 | Ultrakust Electronic Gmbh | Sensor system |
| FR2681137B1 (fr) * | 1991-09-11 | 1994-07-29 | Superba Sa | Dispositif pour mesurer et regler la concentration en air d'une enceinte. |
| US5444974A (en) * | 1993-07-09 | 1995-08-29 | General Motors Corporation | On-board automotive exhaust catalyst monitoring with a calorimetric sensor |
| DE4428952C2 (de) * | 1994-08-16 | 1998-07-09 | Lamtec Mes Und Regeltechnik Fu | Verfahren und Vorrichtung zur Regelung und Überwachung der Verbrennung einer Feuerungsanlage |
| US5521099A (en) * | 1994-09-23 | 1996-05-28 | Arizona Board Of Regents | Method and apparatus for sensing combustible gases employing and oxygen-activated sensing element |
| US5531879A (en) * | 1995-07-05 | 1996-07-02 | Ford Motor Company | Hego sensor without characteristic shift down |
| DE19543537C2 (de) * | 1995-11-22 | 2002-08-08 | Siemens Ag | Abgassensor und Schaltungsanordnung für den Abgassensor |
| JP3333678B2 (ja) * | 1996-01-05 | 2002-10-15 | 株式会社日立製作所 | ガス成分センサ及び触媒診断装置 |
| JP3340028B2 (ja) * | 1996-07-12 | 2002-10-28 | 三菱電機株式会社 | ガスセンサ |
| JPH10239276A (ja) * | 1996-12-27 | 1998-09-11 | Ngk Insulators Ltd | 一酸化炭素ガスセンサおよび同センサを用いた測定装置 |
| BR9806177A (pt) * | 1997-09-15 | 1999-10-19 | Heraus Electro Nite Internatio | Sensor de gás |
| DE19757112C2 (de) | 1997-09-15 | 2001-01-11 | Heraeus Electro Nite Int | Gassensor |
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