JPH056867B2

JPH056867B2 -

Info

Publication number: JPH056867B2
Application number: JP60287670A
Authority: JP
Inventors: Akinobu Hatsutori; Jun Usami; Kihachiro Nishio
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1993-01-27
Also published as: JPS62147355A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、炉内または排ガス処理装置内等の
ダストの多いガス中の酸素濃度を検出する酸素検
出器のガス校正方法および装置に関する。

（従来の技術）従来、ガス校正が可能な酸素検出器として、例
えば、特公昭57−51898号に示されるようなもの
が提案されている。

上記公報に示されている酸素検出器の概略構成
は、第４図に示すようになつている。

有底円筒状の酸素イオン伝導性固体電解質（以
下単に「固体電解質」と称す）４の閉塞端部の内
外面に、外部電極２と内部電極３を固着して、こ
の固体電解質４を、金属製の保護管体１の内部に
収納してある。

固体電解質４の中空部分には、基準ガスを導入
するための基準ガス導入管１８が導入されてい
る。１４は、その連結管である。

又、固体電解質４の先端から若干の距離を置い
た位置に、小孔を多数有する衝立板２２が、保護
管体１の内部に設けられており、この衝立板２２
によつて保護管体１の内部が仕切られて、ガスチ
ヤンバ２１が形成されている。

そして、酸素濃度検出時には、基準ガス導入管
１８へ基準ガスを送入することで、内部電極３を
基準ガスに曝し、外部電極２は、衝立板２２を介
してガスチヤンバ２１内に流入して来る被測定ガ
ス（排ガス等）に曝す。この状態で、外部電極２
と内部電極３に導通するリード線１０，１１を介
して出力される電気的出力を測定することで、被
測定ガス内の酸素濃度を検出する。

他方、酸素検出器の検出出力の校正を行う場合
には、保持金具１２と取付座７の間に設けられた
校正ガス送入管２３から校正ガス（所定濃度に調
整されたガス）を送入し、ガスチヤンバ２１内に
充満させる。内部電極３には、基準ガスを供給し
ておく。この状態で検出出力を測定し、その校正
を行う。

また、衝立板２２の目詰まりや、固体電解質４
の外面に付着したダストを排除するために、空気
流によつて、ダストを吹き飛ばす（エアパージ）
ようにしている。このエアパージは、エアコンデ
ンサ２４およびモータバルブ１７を介して取付座
７に形成されている吸入孔８から空気を吸入する
ことによつて行われる。

すなわち、酸素検出器が取付けられる炉内が負
圧となつている状態で、モータバルブ１７を開く
ことで、空気が吸入され、ガスチヤンバ２１内を
勢い良く流れる。

なお、上記衝立板２２は、校正時に、校正ガス
がガスチヤンバ２１内に滞溜し易いようにするた
めに設けられている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記従来の酸素検出器における
校正の方法には、以下に示すような問題点が存在
する。

酸素検出器を取付けてある炉内の圧力が低い
ため、上記ガスチヤンバ２１内へ送り込む校正
ガスが、炉内へ吸引される量が多く、ガスチヤ
ンバ２１内に校正ガスを充満させるには、大量
の校正ガスを流入させる必要がある。

ガスチヤンバ２１を形成するために設けられ
ている衝立板２２が、短期間で炉内のダストに
より目詰りを起こすため、エアパージを行う頻
度が高い。このため、大量のエアを貯蔵してお
くためのガスコンデンサを必要とする。

エアパージを行う際に、加熱された固体電解
質の外面に常温のエアが吹きつけられるため、
熱衝撃やエア中に含まれる湿分により、固体電
解質の損傷が生じる虞れれがあり、エアパージ
を頻繁に行うことは好ましくない。

また、従来の酸素検出器には、衝立板２２の
無いものもあり、この場合には、校正時に大量
の校正ガスを必要とするばかりでなく、ときに
よつては、校正が正しく行えない場合もある。

（問題点を解決するための手段）上記問題点を解決するために、本発明は、酸素
検出器のガス校正方法として、外部電極側に基準
ガスを送つて外部電極を基準ガスに曝すととも
に、部電極側に校正ガスを送つて内部電極を校正
ガスに曝した状態で校正を行うようにしたもので
ある。

また、上記方法を実施する装置として、上記酸
素検出器の保護管体に、該保護管体と酸素イオン
伝導性固体電解質との間に基準ガスを外部から導
入する基準ガス導入孔を設け、前記酸素イオン伝
導性固体電解質の中空部分に、基準ガス送通管と
校正ガス送通管の両者に接続されて、これらの送
通管からのガスを導入するガス導入管を設け、か
つ、酸素濃度検出時に、前記基準ガス導入孔から
基準ガスが流入することを阻止し、前記ガス導入
管へ基準ガス送通管からの基準ガスのみを流入す
るとともに、校正時には前記基準ガス導入孔から
基準ガスを流入させ、前記ガス導入管へ校正ガス
送通管からの校正ガスのみを流入する流入ガス制
御装置と、校正時に、前記外部電極と内部電極と
の間に生じる電気的出力に基づいて、前記酸素検
出器の検出出力の校正を行う校正回路とを具備す
るものである。

（作用）本発明の方法及び装置によれば、酸素検出器の
外部電極側へ基準ガスを送り、内部電極側へ校正
ガスを送つて校正を行うことで、容積の少ない内
部電極側の空間へ校正ガスを充満させることで足
り、従来よりも大幅に校正ガスの使用量を減少で
きる。

また、外部電極側へは、校正時に、基準ガスを
流入させれば良いので、基準ガスを用いて同時に
エアパージを行うこともできるし、ガス滞溜を、
従来の校正ガスのとき程必要としなくなるので、
前記衝立板を排除することも可能である。従つ
て、この衝立板を無くせば、目詰りの心配も無く
なる。

（実施例）本発明の一実施例の校正を第１図に示す。な
お、図中において、前記第４図に示した従来例と
同一構成部分には、同一符号を付してある。

本実施例に用いられている酸素検出器１００
は、前記第４図に示した従来例における酸素検出
器と同様に固体電解質４を保護管体１に収容して
なるものである。

そして、前記従来例にはあつた校正ガス送入管
２３が本実施例にはない。また、前記従来例にお
いて収入孔８であつた部分が基準ガス導入孔５１
となつており、基準ガス導入管１８であつた部分
がガス導入管５２になつている。

さらに、前記従来例にはあつた衝立板２２が本
実施例にはなく、固体電解質４の外面と保護管体
１の内面との間には、スパイラル状の羽根６が設
けられている。この羽根６は、固定管５の外周に
形成された状態のものを、固体電解質４の外周に
圧入嵌合させて固定する。

第２図に、上記酸素検出器１００の横断面図を
示してある。本実施例では、４枚の羽根６Ａ，６
Ｂ，６Ｃ，６Ｄを90゜の間隔で配置し、これらの
羽根を螺旋状に巻いてある。但し、この羽根６の
枚数は、４枚に限定されるものではない。

そして、基準ガス導入孔５１には、基準ガス送
通管４０が接続されており、ガス導入管５２に
は、連結管１４と、２股に分岐した連結結管１６
を介して、基準ガス送通管４１と、校正ガス送通
管４２が接続されている。

基準ガス送通管４０，４１は基準ガスとして空
気（エア）が送り込まれるようになつており、大
気中に開口された状態、あるいは、エアポンプに
連結された状態になつている。校正ガス送通管４
２は、基準ガスボンベに接続されている。

上記基準ガス送通管４０の管路には、モータバ
ルブ１７が設けられており、基準ガス送通管４１
の管路と校正ガス送通管４２の管路には、電磁バ
ルブ２５，２６が設けられている。これらのモー
タバルブ１７と電磁バルブ２５，２６は、バルブ
コントローラ３１によつて電気信号S₁，S₂，S₃に
より開閉動作がコントロールされる。

測定装置３２は、リード線１０，１１から出力
される酸素検出器１００の検出出力S₅，S₆を入力
して、酸素濃度の測定および検出出力の校正を行
う。また、バルブコントローラ３１へバルブの切
換指令信号S₄を与える。

なお、上記酸素検出器１００において、取付座
７は、フランジ状であることが好ましく、基準ガ
ス導入孔５１は一箇所のみならず、複数箇所に設
けても良い。また、固定管５の図中右端部が保持
金具１２に固定されており、リード線１０，１１
は、固定管５の端部より突出するように構成され
ている。保持金具１２、固定金具１３は、保護管
体１とは別体の金属製ボツクス９内に収容されて
おり、ボツクス９は蓋１５により塞がれている。

さらに、上記羽根６は、固定管５の周囲を５回
以上回る程度に巻回するのが好ましい。そして、
この羽根６は、スパイラル状でなくとも良く、例
えば、第３図に示すように、円板３４を複数枚、
固定管５に取付け、これらの円板３４に、開口位
置が交互になるように通孔３５を形成し、流れる
ガスが直進しないようにした構造の羽根も効果的
である。

また、上記羽根の枚数は、例えば、流入したガ
スが外部電極２の付近に達するまでに、約150℃
程度に加熱されるのに必要な枚数に設定すること
が好ましい。すなわち、被測定ガスの温度の高低
により、流入ガスの加熱温度を考慮して、羽根の
枚数を設定する。

固定管５は、保持金具１２に気密に取付けら
れ、さらに、この保持金具１２は、ボツクス９に
気密に取付けられている。このように、保持金具
１２をボツクス９に取付けることにより、固体電
解質４が保護管体１内に収納される構成になつて
いる。

ガス導入管５２は、固定金具１３によつて固定
され、有底円筒形固体電解質４の中空内弊に挿入
され、保持されている。このガス導入管５２の開
口端は、内部電極３の近傍に位置している。

以上のように構成された本実施例装置の動作を
以下に説明する。

先ず、酸素検出器１００が取付けられた炉内の
酸素濃度を測定する場合には、測定装置３２に、
外部スイツチの操作によつて測定動作を指示す
る。

これにより、測定装置３２から、バルブコント
ローラ３１へ、指令信号S₄が発せられ、バルブコ
ントローラ３１は、モータバルブ１７と電磁バル
ブ２６を閉じ、電磁バルブ２５を開くように信号
S₁〜S₃を出力する。

従つて、酸素検出器１００の外部電極２の周囲
には、保護管体１の開口から流入する被測定ガス
（炉内のガス）が流入し、内部電極３には、ガス
導入管５２を介して基準ガスが供給される。

この状態で検出出力S₅，S₆を測定装置３２が入
力して、酸素濃度を測定する。

他方、校正時には、測定装置３２へ校正動作を
指示することにより、バルブコントローラ３１へ
指令信号S₄が送られて、バルブコントローラ３１
は、モータバルブ１７と電磁バルブ２６を開き、
電磁バルブ２５を閉じるように信号S₁〜S₃を出力
する。

従つて、酸素検出器１００の外部電極２の側に
は、基準ガス導入孔５１から、炉内の負圧によつ
て基準ガスが吸引されて流入して来る。また、内
部電極３には、ガス導入管５２を介して校正ガス
が供給される。

上記基準ガス導入孔５１から流入する基準ガ
ス、すなわち空気は、羽根６によつて固体電解質
４の周囲を回りながら流れることで、外部電極２
の付近へ到達するまでに、羽根６や保護管体１の
持つ熱によつて暖められるため、固体電解質４に
熱衝撃を与えることがない。

また、基準ガス導入孔５１から流入する空気の
量と速度は、大量かつ高速であるため、固体電解
質４や外部電極２等に付着したダストを吹き飛ば
すためのエアパージ用のガスとして、上記基準ガ
スのガス流を利用できる。

そして、上記外部電極２に基準ガスが十分に接
し、かつ内部電極３に校正ガスが供給されたとき
の検出出力S₅，S₆を測定装置３２で測定して、校
正を行う。

この時、入力される検出出力S₅，S₆の極性は、
前記酸素濃度の測定時の検出出力S₅，S₆の極性と
は逆になつているため、測定装置３２内で、校正
時には、検出出力S₅，S₆の入力路を交換したり、
あるいは、演算器内の演算や反転回路を用いたり
して極性を酸素濃度測定時と同一の状態に修正す
る。

このような校正方法によつて、校正ガスは、上
記固体電解質４の中空部分にのみ流入させれば良
いため、従来のように外部電極２側に流入させる
場合に比して、その使用量を大巾に減少させるこ
とができる。具体例を挙げてみると、従来は10
／min以上の大量の校正ガスが必要であつたも
のが、上記実施例装置では、約50c.c.／minとな
り、約1/200の量で済むようになる。

また、このことによつて、校正時と酸素濃度測
定時の相互間のガスの交替に要する時間は、上記
実施例の場合には、大幅に短縮できる。すなわ
ち、校正に要する時間が短いため、酸素濃度測定
時中に、頻繁に校正を行うことも可能であり、検
出精度を向上させることができる。

また、上記実施例で用いる酸素検出器１００
は、衝立板を有していないため、第４図に示した
従来例のように、衝立板２２の目詰りを生じるこ
とがない。

さらに、上記校正時に流入させる基準ガスを、
炉内の負圧によつて吸引させるようにした場合に
は、従来例のような、ガスコンデンサや圧縮空気
用の配管設備が不要になる。

なお、上記実施例では、校正時に、外部電極２
側へ基準ガス、内部電極３側へ校正ガスを供給す
る例を示してあるが、酸素濃度の測定を開始する
前に、最初の校正を行う際のみ、外部電極２側へ
校正ガス、内部電極３側へ基準ガスを供給するこ
とで校正を行い、以後に行う校正は、上記実施例
と同一の方法を用いるようにすると、より良い校
正が行える。

また、上記実施例では、酸素検出器として、衝
立板２２のない、かつ羽根６のあるものを用いた
例を示したが、本発明は、これに限定されず、衝
立板２２の在るもの、あるいは、羽根６の無いも
のであつても適用可能である。

さらに、上記実施例では、供給ガスの選択を、
バルブコントローラ３１を用いてて自動的に行う
ようにした例を示したが、本発明は、手動にてバ
ルブやコツクの開閉を行つて供給ガスの選択を行
う方法であつても良い。

また、本発明は、酸素検出器として有底円筒状
の固体電解質４を基体としているものを用いた例
を示したが、これに限定されることはなく、例え
ば、特開昭59−131158号に示されるような長手板
状の固体電解質を基本としているものを用いた酸
素検出器であつても良い。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明の方法及び
装置によれば、酸素検出器の外部電極側へ基準ガ
スを送り、内部電極側へ校正ガスを送つて校正を
行うことで、容積の少ない内部電極側の空間へ校
正ガスを流入させることで足り、従来よりも大幅
に校正ガスの使用量を減少できる。

また、外部電極側へは、校正時に、基準ガスを
流入させれば良いので、基準ガスを用いて同時に
エアパージを行うこともできるし、ガス滞留を、
従来の校正ガスのとき程必要としなくなるので、
前記衝立板を排除することも可能である。従つ
て、この衝立板を無くせば、目詰りの心配も無く
なる。

従つて、本発明は、炉内や排ガス処理装置内の
ダストの多いガス中の酸素濃度を測定する酸素濃
度計等に広く使用できる。

また、上記実施例のように、羽根を酸素検出器
に設けることで、校正時に外部電極側に流入する
基準ガスの熱衝撃を緩和させることができ、固体
電解質の損傷を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置の一実施例の構成
図、第２図は第１図中の酸素検出器の横断面図、
第３図は同酸素検出器に設ける羽根の他の例を示
す縦断面図、第４図は従来例の構成図である。１……保護管体、２……外部電極、３……内部
電極、４……固体電解質、６……羽根、１７……
モータバルブ、２５，２６……電磁バルブ、３１
……バルブコントローラ、３２……測定装置、４
０，４１……基準ガス送通管、４２……校正ガス
送通管、５１……基準ガス導入孔、５２……ガス
導入管、１００……酸素検出器。

Claims

【特許請求の範囲】１酸素濃度検出時に被測定ガスに曝される外部
電極と、基準ガスに曝される内部電極とを、酸素
イオン伝導性固体電解質の基体の内外面に具備す
る酸素検出器の検出出力を、校正ガスを用いて校
正する酸素検出器のガス校正方法において、校正時に、前記外部電極側に基準ガスを送り、
外部電極を基準ガスに曝すとともに、内部電極側
に校正ガスを送り、内部電極を校正ガスに曝した
状態で校正を行うことを特徴とする酸素検出器の
ガス校正方法。２一端を閉じた中空の酸素イオン伝導性固体電
解質の閉塞端部の、外面に酸素濃度検出時に被測
定ガスに曝される外部電極、内面に内部電極を設
け、この酸素イオン伝導性固体電解質の外周面を
保護管体で包囲してなる酸素検出器の検出出力を
校正する酸素検出器のガス校正装置において、前記酸素検出器の保護管体に、該保護管体と前
記酸素イオン伝導性固体電解質との間に基準ガス
を外部から導入する基準ガス導入孔を設けるとと
もに、前記酸素イオン伝導性固体電解質の中空部分
に、基準ガス送通管と校正ガス送通管の両者に接
続されて、これらの送通管からのガスを導入する
ガス導入管を設け、かつ酸素濃度検出時に、前記基準ガス導入孔から基
準ガスが流入することを阻止し、前記ガス導入管
へ基準ガス送通管からの基準ガスのみを流入する
とともに、校正時には、前記基準ガス導入孔から
基準ガスを流入させ、前記ガス導入管へ校正ガス
送通管からの校正ガスのみを流入する流入ガス制
御装置と、校正時に、前記外部電極と内部電極との間に生
じる電気的出力に基づいて、前記酸素検出器の検
出出力の校正を行う校正回路とを具備することを
特徴とする酸素濃度検出器のガス校正装置。