JPH06148127A - 固体電解質酸素計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セルをユニット部品として交換することがで
き、しかも、熱起電力の発生が小さい、正確な測定を行
うことができる固体電解質酸素計を提供すること。 【構成】 固体電解質よりなり、一端が閉塞され、その
閉塞された部分の外面および内面の対応する位置にそれ
ぞれ第１電極１６および第２電極１７が形成された筒状
のセル１４およびこのセル１４の開口側に止着される導
電性のフランジ１５とからなるセルユニット１３と、セ
ル１４が開口側から挿入され、この開口側にフランジ１
５を着脱自在に取り付けるための取付け部４が形成され
た導電性の筒状のプローブ１とからなると共に、フラン
ジ１５のセル樹立側の表面に絶縁層２３を介して第１電
極１６に連なる取出し電極２４を形成し、この取出し電
極２４に対してリード部材２６を分離自在に接続して、
第１電極１６によって検出される信号を取り出すと共
に、第２電極１７によって検出される信号をフランジ１
５およびプローブ１を介して取り出すように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質酸素計に関
する。

【０００２】

【従来の技術】固体電解質酸素計には種々の形式のもの
が実用化されているが、その中でも、直接挿入型のもの
はサンプリング装置を必要とせず、応答性がよい。この
種の固体電解質酸素計は、円筒状のプローブの先端に、
ジルコニア、セリア、トリアなどの固体電解質からなる
セルを設け、このセルの内面および外面に形成された電
極によって検出される信号に基づいて酸素濃度を連続的
に得るように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記固体電
解質酸素計のプローブおよびセルが設置される箇所は、
通常、数１００℃と云った高温であり、しかも、ダスト
なども多い。このため、固体電解質よりなるセルの両面
に密着配置した電極が剥がれたり、その間隙にダストが
付着するなどして、特性が劣化するので、セルを交換す
る必要がある。

【０００４】ところが、従来の固体電解質酸素計におい
ては、例えば特開昭５５−８５２４７号公報に示される
ように、セルの両端より取り出した白金ワイヤーを介し
てプローブの端子台へリードを出していたため、セルの
交換が極めて煩わしいものであった。

【０００５】これに対して、特開昭６０−１０８７４７
号公報に示されるように、セルをプローブにろう付けす
ると共に、一方の電極をプローブ、フランジなど異種金
属を介して端子台に接続した固体電解質酸素計が提案さ
れている。この構成によれば、セルの交換は容易に行え
るが、電極によって検出される信号（セル起電力）以外
の熱起電力が発生し、測定に誤差が生ずると云った不都
合がある。

【０００６】そして、近時においては、セルの交換を容
易に行え、保守コストを低減するものとして、例えば特
公平３−１１４３１号公報に示される固体電解質酸素計
が提案されている。しかし、この固体電解質酸素計にお
いては、熱起電力による影響を受けやすいと云った不都
合がある。

【０００７】本発明は、上述の事柄に留意してなされた
もので、その目的とするところは、セルをユニット部品
として交換することができ、しかも、熱起電力の発生が
小さい、正確な測定を行うことができる固体電解質酸素
計を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る固体電解質酸素計は、固体電解質より
なり、一端が閉塞され、その閉塞された部分の外面およ
び内面の対応する位置にそれぞれ第１電極および第２電
極が形成された筒状のセルおよびこのセルの開口側に止
着される導電性のフランジとからなるセルユニットと、
前記セルが開口側から挿入され、この開口側に前記フラ
ンジを着脱自在に取り付けるための取付け部が形成され
た導電性の筒状のプローブとからなると共に、前記フラ
ンジのセル樹立側の表面に絶縁層を介して前記第１電極
に連なる取出し電極を形成し、この取出し電極に対して
リード部材を分離自在に接続して、前記第１電極によっ
て検出される信号を取り出すと共に、前記第２電極によ
って検出される信号を前記フランジおよびプローブを介
して取り出すように構成されている。

【０００９】この場合、第２電極によって検出される信
号をフランジおよびプローブを介して取り出す構成に代
えて、第２電極によって検出される信号を、第１電極に
よって検出される信号と同様に、リード部材によって取
り出すように構成してもよい。

【００１０】

【作用】上記構成の固体電解質酸素計においては、セル
ユニットのフランジにおいて電気的に接続をしているた
め、セルの交換を容易に行なえる。そして、前記電気的
接続部分における温度差が少ないため、異種金属接合の
場合においても熱起電力の発生が少なく、正確な測定を
行なえる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照しなが
ら説明する。

【００１２】図１〜図４は、本発明の一実施例を示し、
まず、図１および図２において、１は適宜の取付け部材
２を介して例えば煙道壁３に取り付けられるプローブ
で、例えばステンレス鋼などの導電性部材よりなり、例
えば円筒状に形成されている。このプローブ１の開口側
の端部には、後述するセルユニット１３のフランジ１５
を着脱自在に取り付けるための導電性の取付け部４が例
えば一体的に形成されると共に、この取付け部４よりの
内側のプローブ１の内部には、後述するセル１４を加熱
するための環状のヒータ５が断熱材（図外）を介して設
けられている。

【００１３】そして、取付け部４には、セル１４を挿通
させる孔６が開設されると共に、図４に示すように、ね
じ孔７が形成されている。また、８はフランジ１５の取
付けの際、取付け部４とフランジ１５との間に介装され
る導電性のシール材で、例えばステンレス鋼よりなり、
セル１４を挿通させる孔９および取付けねじ１０を挿通
させる孔１１が開設されると共に、後述するリード部材
２６を挿通させる孔１２が例えばセル挿通孔９と連通す
るようにして開設されている。

【００１４】１３はプローブ１に対して着脱自在に取付
けられるセルユニットで、セル１４とフランジ１５とで
構成されている。セル１４は、ジルコニア、セリア、ト
リアなどの固体電解質よりなり、一端が閉塞され、例え
ば試験管状に形成されている。このセル１４の閉塞され
た側の端部の外面および内面の対応する位置には、それ
ぞれ基準電極、測定電極として機能する第１電極１６、
第２電極１７が例えば白金を用いて形成されている。

【００１５】そして、第１電極１６、第２電極１７によ
ってそれぞれ検出された信号は、次のようにしてセル１
４外に導出される。すなわち、セル１４の胴部の外面お
よび内面には、例えば白金ペーストを焼付けることによ
り、第１電極１６、第２電極１７とそれぞれ電気的に接
続された導電部１８，１９がセル１４の開口端近傍まで
形成してある。そして、この実施例においては、第２電
極１７に連なる導電部１９は、セル１４の開口端まで形
成してあり、さらに、図３にも示すように、例えば白金
よりなるリード線２０を介してフランジ１５に接続され
ている。なお、第１電極１６に連なる導電部１８につい
ては後述する。

【００１６】そして、フランジ１５は、例えばステンレ
ス鋼など導電性部材よりなり、セル１４の開口側に無機
接着材２１を用いて止着される。このフランジ１５に
は、ねじ１０を挿通させる孔２２が開設されると共に、
セル樹立側の表面にアルミナなどの絶縁層２３を介して
例えば白金ペーストを焼付けることによって取出し電極
２４が形成されている。この取出し電極２４は、第１電
極１６に連なる導電部１８とは、例えば白金よりなるリ
ード線２５を介して接続されている。なお、前記無機接
着材２１による止着に代えて、ろう付けするようにして
もよい。

【００１７】上述のように構成されたセルユニット１３
においては、第１電極１６は、導電部１８およびリード
線２５を介して取出し電極２４と電気的に接続される。
また、第２電極１７は、導電部１９およびリード線２０
を介してフランジ１５と電気的に接続される。

【００１８】さらに、図１および図２において、２６は
プローブ１内にプローブ１とは電気的に絶縁された状態
に設けられ、取出し電極２４と分離自在に接続するよう
に構成されたリード部材で、この実施例では次のように
構成されている。すなわち、２７は絶縁性部材よりなる
筒体で、プローブ１の内壁に設けられたばね受け２８と
筒体２７に設けられたばね受け２９との間に介装された
ばね３０によってプローブ１の開口側に常時付勢されて
いる。

【００１９】そして、筒体２７のプローブ１開口側の端
部（以下、遊端と云う）には、例えば白金板よりなる接
点３１が形成されており、筒体２７の内部には、接点３
１に接続された例えばニッケル合金よりなるリード３２
が挿通している。このリード３２の他端側は、煙道壁３
の外部に設けられる端子台３３の一つの端子（図外）に
接続されている。また、この端子台３３の他の端子（図
外）には、プローブ１がリード線（図外）を介して接続
されている。

【００２０】今、図４に示すように、プローブ１の取付
け部４に対して、導電性のシール材８およびセルユニッ
ト１３を配置して、フランジ１５をねじ１０によって取
付け部４に止着することにより、セルユニット１３をプ
ローブ１の所定位置に取り付けることができる。

【００２１】そして、測定時においては、プローブ１の
先端はかなり高温の測定ガスの流れの中にあり、測定ガ
スは拡散、対流によって、図１において実線の矢印で示
すように、セル１４の中に入り、セル１４の内壁および
測定電極である第２電極１７に接触する。一方、プロー
ブ１内においては、図１において点線の矢印で示すよう
に、空気が流れ、これがセル１４の外壁に接触し、基準
電極である第１電極１６側は常に新しい空気で置換され
る。従って、安定した検出信号が電極１６，１７におい
て得られる。

【００２２】そして、前記セルユニット１３をプローブ
１の所定位置に取り付けた状態においては、フランジ１
５に形成された取出し電極２４には、プローブ１内に設
けられたリード部材２６の先端に形成された接点３１
が、ばね３０の付勢力を受けて圧接されている。従っ
て、第１電極１６によって検出された信号は、導電部１
８およびリード線２５を介して取出し電極２４に伝わ
り、さらに、接点３１およびリード部材２６を経て端子
台３３に導出される。

【００２３】一方、フランジ１５が導電性のシール材８
を介して導電性の取付け部４に止着されているので、第
２電極１７によって検出された信号は、導電部１９およ
びリード線２０を介してフランジ１５に伝わり、さら
に、シール材８、取付け部４、プローブ１を経て端子台
３３に導出される。

【００２４】そして、上記構成の固体電解質酸素計にお
いては、セルユニット１３をフランジ１５およびねじ１
０によってプローブ１の開口端に取り付ける構造である
から、その取付けおよび取外しが極めて簡単であり、電
極１６，１７を形成したセル１４の取替えを簡単に行う
ことができる。

【００２５】また、上記構成においては、異種金属との
接触は、セル１４における電極１６，１７と共に、同じ
程度の温度になる部分でなされているから、リード３２
をプローブ１と同種の材料で形成すれば、熱起電力の発
生を小さく抑えることができ、より正確な測定が可能に
なる。

【００２６】図５および図６は、上記実施例の変形例を
示し、図５に示す例においては、セル１４の開口側の側
壁にアルミナを予め付けておき、その後、このアルミナ
の上部に白金ペースト３４を塗布して、フランジ１５を
無機接着剤２１を用いてセル１４に取り付けるようにし
ている。

【００２７】また、図６に示す例においては、セル１４
の開口側の外部側壁に白金ペースト３５を塗布した後、
フランジ１５をろう付け３６によってセル１４に取り付
けている。

【００２８】前記実施例は、いずれの場合も、第２電極
１７における信号取出しのためにプローブ１を用いてい
たが、これに代えて、第１電極１６によって検出される
信号と同様に、リード部材によって取り出すように構成
してもよい。

【００２９】すなわち、図７に示すように、フランジ１
５のセル樹立側の表面の取出し電極２４（以下、第１取
出し電極２４と云う）とは異なる位置、例えば点対象の
位置に、アルミナなどの絶縁層３７を介して白金ペース
トを焼付けることによって、第１取出し電極２４と同様
構成の第２取出し電極３８を形成する。そして、フラン
ジ１５に貫通孔３９を開設して、第２電極１７に連なる
導電部１９の端部と第２取出し電極３８とを絶縁パイプ
４０を被せた白金のリード線４１で接続する。そして、
この第２取出し電極３８に対しても、前記リード部材２
６と同様構成のリード部材（図外）を分離自在に接続す
るのである。

【００３０】このように構成した場合、第１電極１６側
の信号取出し経路と第２電極１７の信号取出し経路とに
おける接続部の熱起電力を等しくすることができ、より
精度の高い測定が可能になる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プローブに対してセルユニットを簡単に取り付けたり、
取り外したりすることができ、セルの交換が極めて簡単
に行なえる。また、熱起電力の発生を小さくすることが
できるので、正確な測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る固体電解質酸素計の構
成図である。

【図２】プローブ先端およびセルユニットの構造を示す
分解断面図である。

【図３】フランジの平面図である。

【図４】プローブ先端に対するシール部材およびセルユ
ニットの関係を示す分解斜視図である。

【図５】セルとフランジとの接合の他の態様を示す図で
ある。

【図６】セルとフランジとの接合の他の態様を示す図で
ある。

【図７】本発明の他の実施例に係るセルユニットの構造
を示す断面図である。

【符号の説明】

１…プローブ、４…取付け部、１３…セルユニット、１
４…セル、１５…フランジ、１６…第１電極、１７…第
２電極、２３…絶縁層、２４…取出し電極、２６…リー
ド部材。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体電解質よりなり、一端が閉塞され、
   その閉塞された部分の外面および内面の対応する位置に
   それぞれ第１電極および第２電極が形成された筒状のセ
   ルおよびこのセルの開口側に止着される導電性のフラン
   ジとからなるセルユニットと、前記セルが開口側から挿
   入され、この開口側に前記フランジを着脱自在に取り付
   けるための取付け部が形成された導電性の筒状のプロー
   ブとからなると共に、前記フランジのセル樹立側の表面
   に絶縁層を介して前記第１電極に連なる取出し電極を形
   成し、この取出し電極に対してリード部材を分離自在に
   接続して、前記第１電極によって検出される信号を取り
   出すと共に、前記第２電極によって検出される信号を前
   記フランジおよびプローブを介して取り出すように構成
   したことを特徴とする固体電解質酸素計。
2. 【請求項２】 固体電解質よりなり、一端が閉塞され、
   その閉塞された部分の外面および内面の対応する位置に
   それぞれ第１電極および第２電極が形成された筒状のセ
   ルおよびこのセルの開口側に止着される導電性のフラン
   ジとからなるセルユニットと、前記セルが開口側から挿
   入され、この開口側に前記フランジを着脱自在に取り付
   けるための取付け部が形成された導電性の筒状のプロー
   ブとからなると共に、前記フランジのセル樹立側の表面
   に絶縁層を介して前記第１電極および第２電極に連なる
   第１取出し電極および第２取出し電極を形成し、これら
   の取出し電極に対してリード部材をそれぞれ分離自在に
   接続して、前記第１電極および第２電極によってそれぞ
   れ検出される信号を取り出すように構成したことを特徴
   とする固体電解質酸素計。