JPH0742128Y2 - ガス中の酸素濃度測定用の酸素検出器 - Google Patents
ガス中の酸素濃度測定用の酸素検出器Info
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- JPH0742128Y2 JPH0742128Y2 JP1992066635U JP6663592U JPH0742128Y2 JP H0742128 Y2 JPH0742128 Y2 JP H0742128Y2 JP 1992066635 U JP1992066635 U JP 1992066635U JP 6663592 U JP6663592 U JP 6663592U JP H0742128 Y2 JPH0742128 Y2 JP H0742128Y2
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
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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
- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
- G01N27/74—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables of fluids
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
- F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
- F02D41/1456—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with sensor output signal being linear or quasi-linear with the concentration of oxygen
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本考案は一般的にはガスセンサに
関し、詳しくいうと、ガス中の酸素の量を決定するため
に酸素の常磁性特性およびホール効果センサを利用する
新規な、有用な酸素センサに関する。
関し、詳しくいうと、ガス中の酸素の量を決定するため
に酸素の常磁性特性およびホール効果センサを利用する
新規な、有用な酸素センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】種々のガス中の酸素の濃度を測定するこ
とはしばしば重要になっている。燃焼プロセスの煙道ガ
ス中の酸素含有量を感知するための酸素センサの使用は
燃焼効率を決定するのに利用できる。現在知られている
Ｏ２の検出器には次のものがある。まず、湿式化学的セ
ルがあるが、これは寿命が短かく、しかもしばしば再較
正をしなければならない欠点がある。次に酸化ジルコニ
ウムセンサはこわれやすく、通常の煙道ガスの成分によ
って劣化し、高い動作温度を必要とし、そして製造する
のがむずかしいという欠点がある。次に、常磁性分析器
は酸素の常磁性特性を利用して熱伝導率の測定値から、
または圧力の測定値からＯ２濃度を推定できる状態をつ
くり出すものであるが、この推定はガス全体の組成、温
度および計器の姿勢の影響を受けるために不正確であ
る。終りに、磁気ダイナミック分析器は磁界を介しての
サンプルガスの移動による力を測定することによって磁
化率を引き出すものであるが、生じる力が小さいことに
より限界があり、そして直線性をとるか振動および衝撃
に耐えるようにするかで妥協をはからねばならない。
とはしばしば重要になっている。燃焼プロセスの煙道ガ
ス中の酸素含有量を感知するための酸素センサの使用は
燃焼効率を決定するのに利用できる。現在知られている
Ｏ２の検出器には次のものがある。まず、湿式化学的セ
ルがあるが、これは寿命が短かく、しかもしばしば再較
正をしなければならない欠点がある。次に酸化ジルコニ
ウムセンサはこわれやすく、通常の煙道ガスの成分によ
って劣化し、高い動作温度を必要とし、そして製造する
のがむずかしいという欠点がある。次に、常磁性分析器
は酸素の常磁性特性を利用して熱伝導率の測定値から、
または圧力の測定値からＯ２濃度を推定できる状態をつ
くり出すものであるが、この推定はガス全体の組成、温
度および計器の姿勢の影響を受けるために不正確であ
る。終りに、磁気ダイナミック分析器は磁界を介しての
サンプルガスの移動による力を測定することによって磁
化率を引き出すものであるが、生じる力が小さいことに
より限界があり、そして直線性をとるか振動および衝撃
に耐えるようにするかで妥協をはからねばならない。
【０００３】
【考案の概要】本考案のＯ２測定装置は、直線性ホール
効果センサを直接使用してガスの磁化率を測定するとい
う点で上記した従来の装置とは相違する。測定値が熱伝
導率からの推定または温度の影響に依存しないから、キ
ャリヤガスの組成は小さな誤差しか生じない。潜在的重
要性をもつものとして知られている唯一の推定物体は一
酸化窒素（ＮＯ）であり、このＮＯは室温で酸素の相対
磁化率の４３％を有する（次表参照）。
効果センサを直接使用してガスの磁化率を測定するとい
う点で上記した従来の装置とは相違する。測定値が熱伝
導率からの推定または温度の影響に依存しないから、キ
ャリヤガスの組成は小さな誤差しか生じない。潜在的重
要性をもつものとして知られている唯一の推定物体は一
酸化窒素（ＮＯ）であり、このＮＯは室温で酸素の相対
磁化率の４３％を有する（次表参照）。
【０００４】
【表１】 しかしながら、代表的な煙道ガス混合物中のＯ２に対す
るＮＯの相対容積は１／２０以下であり、ジルコニアに
基づいたセンサに対して代表的に特定されている範囲に
まで較正誤差を減少させる。高温でこの分析器を注意深
く制御することによりさらにこの誤差を減少させること
ができる。オフセットゼロの代表的な応用例では通常の
（通常は一定の）ＮＯ濃度による誤差は除去できる。こ
のセンサはソリッドステートの非接触デバイスであるか
ら、現存するオンラインの酸素センサにくらべて寿命が
相当に長くなることが予測され、また直線性および耐衝
撃性の点でも相当にすぐれている。
るＮＯの相対容積は１／２０以下であり、ジルコニアに
基づいたセンサに対して代表的に特定されている範囲に
まで較正誤差を減少させる。高温でこの分析器を注意深
く制御することによりさらにこの誤差を減少させること
ができる。オフセットゼロの代表的な応用例では通常の
（通常は一定の）ＮＯ濃度による誤差は除去できる。こ
のセンサはソリッドステートの非接触デバイスであるか
ら、現存するオンラインの酸素センサにくらべて寿命が
相当に長くなることが予測され、また直線性および耐衝
撃性の点でも相当にすぐれている。
【０００５】本考案はホール効果を利用して酸素の常磁
性の影響を直接測定するものである。常磁性は物質に印
加される磁界が物質の電子軌道の整列によって増大する
という特定の物質の特性である。常磁性材料の透磁率は
空の空間の透磁率より僅かに大きい。常磁性材料は、反
磁性材料がこれら材料に印加される磁界を僅かに減少さ
せ、かつ空の空間の透磁率より僅かに小さい透磁率を有
するという点で反磁性材料とは対照的である。大部分の
他のガス、特定すると煙道ガス中に見られるガスの大部
分よりも酸素の磁化率（従って常磁性特性）はかなり高
いから、酸素の常磁性特性は有用な測定手段となる。
性の影響を直接測定するものである。常磁性は物質に印
加される磁界が物質の電子軌道の整列によって増大する
という特定の物質の特性である。常磁性材料の透磁率は
空の空間の透磁率より僅かに大きい。常磁性材料は、反
磁性材料がこれら材料に印加される磁界を僅かに減少さ
せ、かつ空の空間の透磁率より僅かに小さい透磁率を有
するという点で反磁性材料とは対照的である。大部分の
他のガス、特定すると煙道ガス中に見られるガスの大部
分よりも酸素の磁化率（従って常磁性特性）はかなり高
いから、酸素の常磁性特性は有用な測定手段となる。
【０００６】ホール効果は、リボン形状の導体がこの導
体中の電流と直角な方向の磁界を受けたときに、磁界お
よび電流による電荷の流れる方向の両方向に直角な方向
に静電界が現われるという現象である。この効果はホー
ル効果センサにおいて利用される。このホール効果セン
サはテストされるガス中の酸素の存在による磁界の変化
を測定するのに使用できる。このガスは公称磁束が知ら
れている電磁石のコアにまたは永久磁石のギャップに供
給される。ホール効果出力（ＰＨ）は磁束密度（Ｂ）に
比例し、電磁石によって発生される磁束は透磁率
（μ）、コイルのターン数（ｎ）、コイルを流れる電流
（Ｉ）、およびコイルの半径（ｒ）によって次式で表わ
すことができる。
体中の電流と直角な方向の磁界を受けたときに、磁界お
よび電流による電荷の流れる方向の両方向に直角な方向
に静電界が現われるという現象である。この効果はホー
ル効果センサにおいて利用される。このホール効果セン
サはテストされるガス中の酸素の存在による磁界の変化
を測定するのに使用できる。このガスは公称磁束が知ら
れている電磁石のコアにまたは永久磁石のギャップに供
給される。ホール効果出力（ＰＨ）は磁束密度（Ｂ）に
比例し、電磁石によって発生される磁束は透磁率
（μ）、コイルのターン数（ｎ）、コイルを流れる電流
（Ｉ）、およびコイルの半径（ｒ）によって次式で表わ
すことができる。
【０００７】
【数１】 コイル半径およびターン数は明らかに一定であり、電流
は所望のように制御することができる。それ故、磁束
（従って比例的にホール出力）に影響を与える唯一の変
数は磁界の空間にある物質に依存する透磁率μである。
酸素を含むサンプルを電磁石のコア（または永久磁石の
ギャップ）中に通すことによって、ガスの組成は変化す
る磁束から次式によってその透磁率または磁化率を知っ
て計算することができる。
は所望のように制御することができる。それ故、磁束
（従って比例的にホール出力）に影響を与える唯一の変
数は磁界の空間にある物質に依存する透磁率μである。
酸素を含むサンプルを電磁石のコア（または永久磁石の
ギャップ）中に通すことによって、ガスの組成は変化す
る磁束から次式によってその透磁率または磁化率を知っ
て計算することができる。
【０００８】
【数２】 ここでＸは磁化率、μはガスの透磁率、μ０は体積の透
磁率である。混合物の体積磁化率はその成分の濃度に比
例し、温度に反比例する。酸素は、一酸化窒素の６０．
３×１０−９、窒素の−９．３９×１０−９、水素の−
０．１６５×１０−９、二酸化炭素の−０．７８×１０
−９、メタンの−１．６７×１０−９、およびプロパン
の−１．８８×１０−９に対して、１４１．３×１０
−９の体積磁化率を有する。それ故、電磁石のコアは他
の煙道ガスではなくて酸素で満たされると、より高い磁
束密度を発生する。一酸化窒素は唯一の主な既知の妨害
要素であるが、通常の煙道ガス濃度においては重大な誤
差を生じさせるものではない。１００％のＯ２から１０
０％のＮ２への磁界の変化は印加磁界の絶対値に比例し
て非常に小さいということを注意すべきである。
磁率である。混合物の体積磁化率はその成分の濃度に比
例し、温度に反比例する。酸素は、一酸化窒素の６０．
３×１０−９、窒素の−９．３９×１０−９、水素の−
０．１６５×１０−９、二酸化炭素の−０．７８×１０
−９、メタンの−１．６７×１０−９、およびプロパン
の−１．８８×１０−９に対して、１４１．３×１０
−９の体積磁化率を有する。それ故、電磁石のコアは他
の煙道ガスではなくて酸素で満たされると、より高い磁
束密度を発生する。一酸化窒素は唯一の主な既知の妨害
要素であるが、通常の煙道ガス濃度においては重大な誤
差を生じさせるものではない。１００％のＯ２から１０
０％のＮ２への磁界の変化は印加磁界の絶対値に比例し
て非常に小さいということを注意すべきである。
【０００９】
【数３】 しかしながら、非常に強い磁界が印加されると、Ｂの絶
対値の変化は非常に大きくなる。
対値の変化は非常に大きくなる。
【００１０】
【数４】 従って、Ｈ（磁界）が非常に大きいと、例えばＨ＝１０
６であると、ΔＢ＝１．４＝０．００００１４％Ｂ。ホ
ール効果センサで正確に測定するためには、スパンはΔ
Ｂに等しくなければならず、かつＢの公称値でゼロを読
むようにオフセットされなければならない。これは磁界
が第１の磁界（μＢ）と対抗し、かつＯ２濃度によって
影響を受けない第２の磁石を追加することによって達成
できる。この第２の磁石はまた、第１の磁石に類似する
電磁石を使用することによって変化する温度、電源の影
響等による磁気変動を除去するように使用することもで
きる。両方をパルス駆動することによって磁気流量計に
おいて行なわれているように磁気パーミアンスの誤差を
除去することができる。
６であると、ΔＢ＝１．４＝０．００００１４％Ｂ。ホ
ール効果センサで正確に測定するためには、スパンはΔ
Ｂに等しくなければならず、かつＢの公称値でゼロを読
むようにオフセットされなければならない。これは磁界
が第１の磁界（μＢ）と対抗し、かつＯ２濃度によって
影響を受けない第２の磁石を追加することによって達成
できる。この第２の磁石はまた、第１の磁石に類似する
電磁石を使用することによって変化する温度、電源の影
響等による磁気変動を除去するように使用することもで
きる。両方をパルス駆動することによって磁気流量計に
おいて行なわれているように磁気パーミアンスの誤差を
除去することができる。
【００１１】
【考案の目的】ガス中の酸素濃度を測定するための酸素
検出器において、第１のコアを有する第１の電磁石と、
当該第１の電磁石と実質的に同一であり且つ第２のコア
を有する第２の電磁石と、当該第２のコア中に配置され
た既知の透磁率の物質と、前記第１の電磁石に既知の値
の電流を流して前記第１のコア中に既知の公称磁束密度
を有する磁界を発生させるための電流供給手段であっ
て、前記第２の電磁石に接続されてこの第２の電磁石の
前記第２のコア中に前記第１の電磁石と実質的に同じ公
称磁束密度を発生させる前記電流供給手段と、前記第１
のコアにガスを導くための手段と、前記第１のコアのほ
ぼ最大磁束密度に対応した位置で当該第１のコア内に配
置された第１のホール効果センサと、前記第２のコアの
ほぼ最大磁束密度に対応した位置で当該第２のコア内に
配置された第２のホール効果センサと、前記第２の電磁
石に接続されており、可変電流を受け入れて、前記ガス
中に酸素が存在しない場合に、前記第１および第２のコ
ア内の磁界をバランスさせるための補助コイルと、前記
第１および第２のホール効果センサに接続されており、
ガス中の酸素濃度に比例する当該第１および第２のコア
間の磁束密度の任意の変化を測定するための手段とを具
備する酸素検出器を提供することである。
検出器において、第１のコアを有する第１の電磁石と、
当該第１の電磁石と実質的に同一であり且つ第２のコア
を有する第２の電磁石と、当該第２のコア中に配置され
た既知の透磁率の物質と、前記第１の電磁石に既知の値
の電流を流して前記第１のコア中に既知の公称磁束密度
を有する磁界を発生させるための電流供給手段であっ
て、前記第２の電磁石に接続されてこの第２の電磁石の
前記第２のコア中に前記第１の電磁石と実質的に同じ公
称磁束密度を発生させる前記電流供給手段と、前記第１
のコアにガスを導くための手段と、前記第１のコアのほ
ぼ最大磁束密度に対応した位置で当該第１のコア内に配
置された第１のホール効果センサと、前記第２のコアの
ほぼ最大磁束密度に対応した位置で当該第２のコア内に
配置された第２のホール効果センサと、前記第２の電磁
石に接続されており、可変電流を受け入れて、前記ガス
中に酸素が存在しない場合に、前記第１および第２のコ
ア内の磁界をバランスさせるための補助コイルと、前記
第１および第２のホール効果センサに接続されており、
ガス中の酸素濃度に比例する当該第１および第２のコア
間の磁束密度の任意の変化を測定するための手段とを具
備する酸素検出器を提供することである。
【００１２】本考案の他の目的は前記ガスが燃焼プロセ
スからの煙道ガスである前記ガス中の酸素濃度検出方法
を提供することである。本考案の他の目的は設計が簡単
で、堅固な構造を有し、かつ安価に製造できる酸素検出
器を提供することである。本考案を特徴付ける種々の新
規な特徴は実用新案登録請求の範囲に詳細に指摘されて
いる。本考案の十分な理解のために、以下添付図面を参
照して本考案の好ましい実施例につき詳細に説明する。
スからの煙道ガスである前記ガス中の酸素濃度検出方法
を提供することである。本考案の他の目的は設計が簡単
で、堅固な構造を有し、かつ安価に製造できる酸素検出
器を提供することである。本考案を特徴付ける種々の新
規な特徴は実用新案登録請求の範囲に詳細に指摘されて
いる。本考案の十分な理解のために、以下添付図面を参
照して本考案の好ましい実施例につき詳細に説明する。
【００１３】
【実施例の説明】図面を参照すると、第１図には本考案
の一実施例である酸素検出器が示されており、この酸素
検出器は管体１０を介して電磁石のコアに供給されるガ
ス中の酸素濃度を検出するためのものである。電磁石２
０は多数ターンのコイルを含み、このコイルには電流供
給手段２２から電流が供給される。管体１０は電磁石２
０によって発生される磁界の矢印によって示された磁束
密度Ｂに対して既知の透磁率を有する材料より作られて
いる。電磁石２０のコイル内には、磁束密度Ｂを測定す
るためにホール効果センサ３０が用意されている。この
磁束密度は、管体１０内のガス中の酸素の濃度が変化す
ると変化し、従って回路４０を使用して酸素濃度の測定
を行なうのに利用できる。第１図において、センサ３０
に対する破線の位置３０’は製造を容易にするために使
用できる。また、本考案のある形式において使用される
第２の電磁石を提供するために別のセンサを位置３０’
に用意してもよい。しかしながら、センサ３０に対する
実線の位置は最大磁束密度に対する最良の位置である。
の一実施例である酸素検出器が示されており、この酸素
検出器は管体１０を介して電磁石のコアに供給されるガ
ス中の酸素濃度を検出するためのものである。電磁石２
０は多数ターンのコイルを含み、このコイルには電流供
給手段２２から電流が供給される。管体１０は電磁石２
０によって発生される磁界の矢印によって示された磁束
密度Ｂに対して既知の透磁率を有する材料より作られて
いる。電磁石２０のコイル内には、磁束密度Ｂを測定す
るためにホール効果センサ３０が用意されている。この
磁束密度は、管体１０内のガス中の酸素の濃度が変化す
ると変化し、従って回路４０を使用して酸素濃度の測定
を行なうのに利用できる。第１図において、センサ３０
に対する破線の位置３０’は製造を容易にするために使
用できる。また、本考案のある形式において使用される
第２の電磁石を提供するために別のセンサを位置３０’
に用意してもよい。しかしながら、センサ３０に対する
実線の位置は最大磁束密度に対する最良の位置である。
【００１４】第２図を参照すると、センサ３０の本体１
１０はシリコンのような半導体材料の扁平な長方形スト
リップであることが分る。電流Ｉはリード１１８からリ
ード１１６の方向へストリップ中を通される。１２０で
指示された磁界Ｂは感知されるべき物理的変数であり、
ストリップの扁平な表面に直角な方向においてセンサ中
を通る。磁界は流れる電流と相互作用してＩおよびＢの
両方に直角な、端子１１２および１１４間に現われる電
圧を発生する。この電圧はＩとＢの積に比例する。第３
図は２つの電磁石２０および５０を使用する本考案の一
具体例を示す。第２図と同じ参照番号が同じまたは類似
する部品を指示するために第３図において使用されてい
る。
１０はシリコンのような半導体材料の扁平な長方形スト
リップであることが分る。電流Ｉはリード１１８からリ
ード１１６の方向へストリップ中を通される。１２０で
指示された磁界Ｂは感知されるべき物理的変数であり、
ストリップの扁平な表面に直角な方向においてセンサ中
を通る。磁界は流れる電流と相互作用してＩおよびＢの
両方に直角な、端子１１２および１１４間に現われる電
圧を発生する。この電圧はＩとＢの積に比例する。第３
図は２つの電磁石２０および５０を使用する本考案の一
具体例を示す。第２図と同じ参照番号が同じまたは類似
する部品を指示するために第３図において使用されてい
る。
【００１５】電磁石２０のコアは管体１０によって運ば
れるガス中の酸素濃度を測定するために管体１０を備え
ているけれど、電磁石５０のコアは既知のガスサンプル
を含む両端の閉じた管体１５を備えている。既知の透磁
率を有する任意の他の材料が電磁石５０のコア内に用意
できる。電磁石２０および５０は、酸素の常磁性と関連
しないすべてのファクタが測定手順から除去されるよう
に、できるだけ同一であるように選択される。これら電
磁石２０および５０には同じ電流源（電流供給手段）２
２から同じ電流が供給される。このように設計すること
により、温度変動や電源の影響による磁気変動を除去す
ることができる。
れるガス中の酸素濃度を測定するために管体１０を備え
ているけれど、電磁石５０のコアは既知のガスサンプル
を含む両端の閉じた管体１５を備えている。既知の透磁
率を有する任意の他の材料が電磁石５０のコア内に用意
できる。電磁石２０および５０は、酸素の常磁性と関連
しないすべてのファクタが測定手順から除去されるよう
に、できるだけ同一であるように選択される。これら電
磁石２０および５０には同じ電流源（電流供給手段）２
２から同じ電流が供給される。このように設計すること
により、温度変動や電源の影響による磁気変動を除去す
ることができる。
【００１６】ホール効果センサ３０および３５はそれぞ
れ実際上可能な限り同一設計である電磁石２０および５
０のそれぞれのコアのほぼ最大磁束密度に対応した位置
でそれぞれのコア内に位置付けされるのが好ましい。か
かる位置に配置することによって微小な磁束密度の変化
が測定できるからである。補助コイルが主コイルの磁界
に抗するためまたは助長するために電磁石５０に含まれ
ている。これはガス中にＯ２が存在しない場合にそれぞ
れのコア内の磁界をバランスさせるために使用される。
可変電流源４２がこの調整を行なうために使用される。
かかる補助コイルを設けることにより磁束密度の変化を
正確に測定できる。磁界分路手段２４および３８が電磁
石２０および５０からの外部磁界をそれぞれ含ませるた
めに使用される。これは外部径路を既知の状態に制限す
る。測定されるガスは管体１０中を流れる。基準ユニッ
トはＯ２ではない既知のガスを含む封止された管体１５
を含む。
れ実際上可能な限り同一設計である電磁石２０および５
０のそれぞれのコアのほぼ最大磁束密度に対応した位置
でそれぞれのコア内に位置付けされるのが好ましい。か
かる位置に配置することによって微小な磁束密度の変化
が測定できるからである。補助コイルが主コイルの磁界
に抗するためまたは助長するために電磁石５０に含まれ
ている。これはガス中にＯ２が存在しない場合にそれぞ
れのコア内の磁界をバランスさせるために使用される。
可変電流源４２がこの調整を行なうために使用される。
かかる補助コイルを設けることにより磁束密度の変化を
正確に測定できる。磁界分路手段２４および３８が電磁
石２０および５０からの外部磁界をそれぞれ含ませるた
めに使用される。これは外部径路を既知の状態に制限す
る。測定されるガスは管体１０中を流れる。基準ユニッ
トはＯ２ではない既知のガスを含む封止された管体１５
を含む。
【００１７】回路４０は両センサ３０および３５に接続
されており、２つのコアの磁束密度の差を測定する。フ
ァクタのすべてが一定に保持されていると、この測定は
測定用コイル内のＯ２濃度を表わす信号を与える。回路
４０は各センサに４本の線によって接続されており、２
本は電流用であり、他の２本は誘起される電圧の測定用
である。第４図はこの回路のブロック図を示す。第４図
を参照すると、センサは制御回路６０によって発生され
る電流によって駆動されることが分る。これら電流は回
路６０によって互に振巾および方向が同一であるように
維持される。ライン６２は電流を第３図の測定用センサ
３０に送り、ライン６４は電流を第３図の基準センサ３
５に送る。
されており、２つのコアの磁束密度の差を測定する。フ
ァクタのすべてが一定に保持されていると、この測定は
測定用コイル内のＯ２濃度を表わす信号を与える。回路
４０は各センサに４本の線によって接続されており、２
本は電流用であり、他の２本は誘起される電圧の測定用
である。第４図はこの回路のブロック図を示す。第４図
を参照すると、センサは制御回路６０によって発生され
る電流によって駆動されることが分る。これら電流は回
路６０によって互に振巾および方向が同一であるように
維持される。ライン６２は電流を第３図の測定用センサ
３０に送り、ライン６４は電流を第３図の基準センサ３
５に送る。
【００１８】ライン７２は誘起されたホール効果電圧を
差増幅器７０に供給する。この増幅器７０はライン７２
間の真の電圧差に比例する電圧をライン７４上に提供す
る。同様に、ライン８４上には基準センサに誘起された
ホール効果電圧を供給するライン８２間の電圧差に比例
する信号が差増幅器８０を通じて与えられる。Ｏ２信号
はライン７４と８４間の電圧差に比例するから、増幅器
７０および８０と類似する真の差増幅器９０がこの電圧
差を得るために使用される。増幅器９０はＯ２に関連し
た信号をライン７４および８４から引き出してそれをラ
イン９０に与える。
差増幅器７０に供給する。この増幅器７０はライン７２
間の真の電圧差に比例する電圧をライン７４上に提供す
る。同様に、ライン８４上には基準センサに誘起された
ホール効果電圧を供給するライン８２間の電圧差に比例
する信号が差増幅器８０を通じて与えられる。Ｏ２信号
はライン７４と８４間の電圧差に比例するから、増幅器
７０および８０と類似する真の差増幅器９０がこの電圧
差を得るために使用される。増幅器９０はＯ２に関連し
た信号をライン７４および８４から引き出してそれをラ
イン９０に与える。
【００１９】差増幅器７０、８０および９０としてアナ
ログデバイスＡＤ５２２またはバー・ブラウン３６２６
に類似する増幅器が使用できる。単一シリコンチッフ上
の、またはハイブリッド回路基板上の３つの整合したト
ラッキング増幅器を電流源と一緒に使用することによっ
て精度を一層向上させることができる。ホール効果セン
サに使用される電流はＤＣでよく、増幅器は同様に帯域
制限され、ＤＣ動作において超安定である。別のモード
はセンサに対して正弦波の電流を使用することであり、
増幅器はこの周波数に同調される。ＡＣまたは正弦波の
使用は非常に高い感度の動作を可能にする。
ログデバイスＡＤ５２２またはバー・ブラウン３６２６
に類似する増幅器が使用できる。単一シリコンチッフ上
の、またはハイブリッド回路基板上の３つの整合したト
ラッキング増幅器を電流源と一緒に使用することによっ
て精度を一層向上させることができる。ホール効果セン
サに使用される電流はＤＣでよく、増幅器は同様に帯域
制限され、ＤＣ動作において超安定である。別のモード
はセンサに対して正弦波の電流を使用することであり、
増幅器はこの周波数に同調される。ＡＣまたは正弦波の
使用は非常に高い感度の動作を可能にする。
【００２０】
【考案の効果】本考案によれば、最大磁束密度に対応し
た位置で第１および第２のホール効果センサを配置して
いるので、微小な磁束密度の変化（したがってガス中の
酸素濃度）を測定できるので測定感度が高く、またガス
中に酸素が存在しないときに第１および第２のコア内の
磁界をバランスさせる補助コイルを具備しているので磁
束密度の変化を正確に測定でき、さらにほぼ同じ第１の
電磁石と第２の電磁石とを具備しているので温度変動や
電源の影響による磁気変動を除去できるという効果を奏
する。本考案の原理の応用を例示するために本考案の特
定の実施例を図示し、詳細に記載したけれど、そのよう
な原理から逸脱することなく本考案が他の態様で実施で
きることは理解されよう。
た位置で第１および第２のホール効果センサを配置して
いるので、微小な磁束密度の変化（したがってガス中の
酸素濃度）を測定できるので測定感度が高く、またガス
中に酸素が存在しないときに第１および第２のコア内の
磁界をバランスさせる補助コイルを具備しているので磁
束密度の変化を正確に測定でき、さらにほぼ同じ第１の
電磁石と第２の電磁石とを具備しているので温度変動や
電源の影響による磁気変動を除去できるという効果を奏
する。本考案の原理の応用を例示するために本考案の特
定の実施例を図示し、詳細に記載したけれど、そのよう
な原理から逸脱することなく本考案が他の態様で実施で
きることは理解されよう。
【図１】本考案による酸素検出器の一実施例を示す一部
分を切除した斜視図である。
分を切除した斜視図である。
【図２】図１の検出器と関連して使用されるホール効果
センサの斜視図である。
センサの斜視図である。
【図３】２つの電磁石を使用した本考案の具体例を示す
構成図である。
構成図である。
【図４】図３の検出器に使用される回路のブロック図で
ある。
ある。
１０、１５ 管体 ２０、５０ 電磁石 ２２ 電流供給手段 ３０、３５ ホール効果センサ ４０ 回路 ４２ 可変電流源 ６０ 制御回路 ７０、８０、９０ 差増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 バリー・ジェイ・ユーマンス アメリカ合衆国オハイオ州リットマン、ノ ーティラス・レイン287 (56)参考文献 特開 昭48−30498（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−94399（ＪＰ，Ａ) 特公 昭48−37635（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (5)
- 【請求項１】 ガス中の酸素濃度を測定するための酸素
検出器において、第１のコアを有する第１の電磁石と、
当該第１の電磁石と実質的に同一であり且つ第２のコア
を有する第２の電磁石と、当該第２のコア中に配置され
た既知の透磁率の物質と、前記第１の電磁石に既知の値
の電流を流して前記第１のコア中に既知の公称磁束密度
を有する磁界を発生させるための電流供給手段であっ
て、前記第２の電磁石に接続されてこの第２の電磁石の
前記第２のコア中に前記第１の電磁石と実質的に同じ公
称磁束密度を発生させる前記電流供給手段と、前記第１
のコアにガスを導くための手段と、前記第１のコアのほ
ぼ最大磁束密度に対応した位置で当該第１のコア内に配
置された第１のホール効果センサと、前記第２のコアの
ほぼ最大磁束密度に対応した位置で当該第２のコア内に
配置された第２のホール効果センサと、前記第２の電磁
石に接続されており、可変電流を受け入れて、前記ガス
中に酸素が存在しない場合に、前記第１および第２のコ
ア内の磁界をバランスさせるための補助コイルと、前記
第１および第２のホール効果センサに接続されており、
ガス中の酸素濃度に比例する当該第１および第２のコア
間の磁束密度の任意の変化を測定するための手段とを具
備することを特徴とする酸素検出器。 - 【請求項２】 第１および第２のホール効果センサに接
続された前記測定手段は、前記第２のコアの公称磁束密
度に対する前記第１のコアの磁束密度の変化を測定する
実用新案登録請求の範囲第１項記載の酸素検出器。 - 【請求項３】 前記第１および第２のホール効果センサ
は、当該ホール効果センサに誘起されたホール効果電圧
に対応する信号を供給する実用新案登録請求の範囲第１
項記載の酸素検出器。 - 【請求項４】 前記第１のホール効果センサに接続され
ており、当該第１のホール効果センサに誘起されたホー
ル効果電圧に対応した第１の信号を受容する第１の差増
幅器と、前記第２のホール効果センサに接続されてお
り、当該第２のホール効果センサに誘起されたホール効
果電圧に対応した第２の信号を受容する第２の差増幅器
と、前記第１および第２の差増幅器に接続されており、
前記第１および第２の信号を受容しそして当該第１およ
び第２の信号間の差に対応するガス中の酸素濃度に比例
した出力信号を提供する第３の差増幅器とを具備した実
用新案登録請求の範囲第３項載の酸素検出器。 - 【請求項５】 前記第１および第２の電磁石に電流を流
す前記電気電流供給手段はパルス駆動せられ、それによ
り第１および第２の電磁石の磁気パーミアンスの誤差が
できるだけ最小限とされる実用新案登録請求の範囲第１
項記載の酸素検出器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/596,482 US4667157A (en) | 1984-04-03 | 1984-04-03 | Linear Hall effect oxygen sensor with auxiliary coil magnetic field balancing |
| US596482 | 1984-04-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0732564U JPH0732564U (ja) | 1995-06-16 |
| JPH0742128Y2 true JPH0742128Y2 (ja) | 1995-09-27 |
Family
ID=24387451
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60068609A Pending JPS60228956A (ja) | 1984-04-03 | 1985-04-02 | 直線性ホール効果酸素センサ |
| JP1992066635U Expired - Lifetime JPH0742128Y2 (ja) | 1984-04-03 | 1992-08-11 | ガス中の酸素濃度測定用の酸素検出器 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60068609A Pending JPS60228956A (ja) | 1984-04-03 | 1985-04-02 | 直線性ホール効果酸素センサ |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4667157A (ja) |
| EP (1) | EP0161776B1 (ja) |
| JP (2) | JPS60228956A (ja) |
| KR (1) | KR900003169B1 (ja) |
| AT (1) | ATE40215T1 (ja) |
| AU (1) | AU572277B2 (ja) |
| CA (1) | CA1236531A (ja) |
| DE (1) | DE3567738D1 (ja) |
| ES (1) | ES8609717A1 (ja) |
| HK (1) | HK43689A (ja) |
| IN (1) | IN161903B (ja) |
| MX (1) | MX158801A (ja) |
| SG (1) | SG14989G (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005093403A1 (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Diesel United, Ltd. | 磁性体濃度計測装置、検出感度向上方法、ゼロ点補償方法及びゼロ点補正方法 |
| JP2005299459A (ja) * | 2004-04-09 | 2005-10-27 | Diesel United:Kk | 運動機関 |
Families Citing this family (21)
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|---|---|---|---|---|
| WO1991009318A1 (en) * | 1989-12-19 | 1991-06-27 | A & E Manufacturing Company | Automotive testing device and method of use |
| US5532584A (en) * | 1993-08-31 | 1996-07-02 | Eastman Kodak Company | MR sensor including calibration circuit wherein signals are averaged for determining a correction factor and pole pieces are shaped to reduce field in gap therebetween |
| WO2009138897A1 (en) * | 2008-05-14 | 2009-11-19 | Koninklijke Philips Electronics, N.V. | Oxygen concentration measurement with gmr |
| US20110094293A1 (en) * | 2009-10-27 | 2011-04-28 | Klein Paul N | Oxygen Monitor |
| ATE537461T1 (de) | 2009-11-06 | 2011-12-15 | M & C Techgroup Germany Gmbh | Komponente für eine vorrichtung zur bestimmung des anteils an sauerstoff in einem gas, vorrichtung mit einer solchen komponente, verwendung eines magnetfeldsensors sowie verfahren zur bestimmung des anteils an sauerstoff in einem gas |
| DE102010014883B4 (de) * | 2010-04-14 | 2025-05-08 | Drägerwerk AG & Co. KGaA | Vorrichtung zum Messen der physikalischen Eigenschaften von Gasen |
| EP2515105B1 (en) * | 2011-04-21 | 2019-01-02 | General Electric Company | Gas sensor for measurement of paramagnetic gas component |
| WO2013052732A1 (en) | 2011-10-07 | 2013-04-11 | Boral Industries Inc. | Inorganic polymer/organic polymer composites and methods of making same |
| CN103176146B (zh) * | 2011-12-20 | 2015-04-29 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 霍尔及气敏测量装置 |
| JP5767158B2 (ja) * | 2012-04-26 | 2015-08-19 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ評価方法およびガスセンサ評価装置 |
| US9234876B2 (en) | 2013-03-29 | 2016-01-12 | Stmicroelectronics Pte Ltd. | Durable miniature gas composition detector having fast response time |
| WO2016022103A1 (en) | 2014-08-05 | 2016-02-11 | Amitabha Kumar | Filled polymeric composites including short length fibers |
| US9988512B2 (en) | 2015-01-22 | 2018-06-05 | Boral Ip Holdings (Australia) Pty Limited | Highly filled polyurethane composites |
| WO2016195717A1 (en) | 2015-06-05 | 2016-12-08 | Boral Ip Holdings (Australia) Pty Limited | Filled polyurethane composites with lightweight fillers |
| US20170267585A1 (en) | 2015-11-12 | 2017-09-21 | Amitabha Kumar | Filled polyurethane composites with size-graded fillers |
| US20180180280A1 (en) * | 2016-12-27 | 2018-06-28 | General Electric Technology Gmbh | System and method for combustion system control |
| US12478808B2 (en) | 2020-06-29 | 2025-11-25 | Dräger Safety AG & Co. KGaA | Monitoring system |
| DE102021111431A1 (de) | 2020-06-29 | 2021-12-30 | Dräger Safety AG & Co. KGaA | Überwachungssystem |
| US12292429B2 (en) | 2020-06-29 | 2025-05-06 | Dräger Safety AG & Co. KGaA | Monitoring system |
| KR102923734B1 (ko) * | 2020-12-04 | 2026-02-04 | 삼성전자주식회사 | 원적외선 검출 소자, 원적외선 검출 소자 어레이 구조, 원적외선 온도 검출 장치 및 열화상 표시 장치 |
| JP7840008B2 (ja) * | 2022-04-05 | 2026-04-03 | 新東工業株式会社 | ガス測定器 |
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| US3049665A (en) * | 1958-07-10 | 1962-08-14 | Hummel Heinz | Measuring instrument and method |
| US3076929A (en) * | 1959-08-21 | 1963-02-05 | Shampaine Ind Inc | Means and methods for electrically measuring the amount of oxygen in a gas |
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| US3447073A (en) * | 1966-10-26 | 1969-05-27 | George W Gamble | Paramagnetic fluid analyzer utilizing toroidal fluid containers and an inductance bridge |
| JPS4830498A (ja) * | 1971-08-24 | 1973-04-21 | ||
| JPS4837635A (ja) * | 1971-09-13 | 1973-06-02 | ||
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-
1985
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- 1985-03-20 ES ES541428A patent/ES8609717A1/es not_active Expired
- 1985-03-29 MX MX204807A patent/MX158801A/es unknown
- 1985-04-02 EP EP85302305A patent/EP0161776B1/en not_active Expired
- 1985-04-02 DE DE8585302305T patent/DE3567738D1/de not_active Expired
- 1985-04-02 AT AT85302305T patent/ATE40215T1/de not_active IP Right Cessation
- 1985-04-02 AU AU40744/85A patent/AU572277B2/en not_active Ceased
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-
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- 1989-03-07 SG SG149/89A patent/SG14989G/en unknown
- 1989-05-25 HK HK436/89A patent/HK43689A/en not_active IP Right Cessation
-
1992
- 1992-08-11 JP JP1992066635U patent/JPH0742128Y2/ja not_active Expired - Lifetime
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| KR900003169B1 (ko) | 1990-05-09 |
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