JPH0820411B2 - 酸素センサを用いた湿度測定方法および湿度測定装置 - Google Patents
酸素センサを用いた湿度測定方法および湿度測定装置Info
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- JPH0820411B2 JPH0820411B2 JP63301909A JP30190988A JPH0820411B2 JP H0820411 B2 JPH0820411 B2 JP H0820411B2 JP 63301909 A JP63301909 A JP 63301909A JP 30190988 A JP30190988 A JP 30190988A JP H0820411 B2 JPH0820411 B2 JP H0820411B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、固体電解質の表面に一対の電極を設け、陰
極への気体拡散制限によって被測定気体中の酸素濃度を
測定するための酸素濃度検出用センサ（以下「酸素セン
サ」とする）を利用して、被測定気体中の湿度（水分濃
度）を測定する湿度測定方法および湿度測定装置に関す
る。
極への気体拡散制限によって被測定気体中の酸素濃度を
測定するための酸素濃度検出用センサ（以下「酸素セン
サ」とする）を利用して、被測定気体中の湿度（水分濃
度）を測定する湿度測定方法および湿度測定装置に関す
る。
［従来の技術］ 酸素センサを利用して気体中の酸素濃度を測定する湿
度測定方法としては、特開昭60−222761号公報に紹介さ
れた発明のように、被測定気体中の酸素分圧を、酸素拡
散制限による平坦部の限界電流値として除湿前と除湿後
にそれぞれ測定して、各限界電流値に基づいて湿度を求
める方法、特開昭62−150151号公報に紹介された発明の
ように、拡散制限による限界電流値が、被測定気体中の
酸素濃度および水分濃度に応じて二段階の平坦部で求め
られることを利用して、その差に基づいて測定する方
法、特開昭62−150152号公報に紹介された発明のよう
に、被測定気体の酸素濃度あるいは水分濃度による２つ
の平坦部の限界電流値の少なくとも一方と、除湿後の乾
燥させた被測定気体における限界電流値との差に基づい
て測定する方法等が知られている。
度測定方法としては、特開昭60−222761号公報に紹介さ
れた発明のように、被測定気体中の酸素分圧を、酸素拡
散制限による平坦部の限界電流値として除湿前と除湿後
にそれぞれ測定して、各限界電流値に基づいて湿度を求
める方法、特開昭62−150151号公報に紹介された発明の
ように、拡散制限による限界電流値が、被測定気体中の
酸素濃度および水分濃度に応じて二段階の平坦部で求め
られることを利用して、その差に基づいて測定する方
法、特開昭62−150152号公報に紹介された発明のよう
に、被測定気体の酸素濃度あるいは水分濃度による２つ
の平坦部の限界電流値の少なくとも一方と、除湿後の乾
燥させた被測定気体における限界電流値との差に基づい
て測定する方法等が知られている。
［発明が解決しようとする課題］ 以上の各測定方法による湿度測定方法では、被測定気
体を除湿、乾燥させるための乾燥装置が必要であるとと
もに、除湿前の被測定気体と、除湿後の被測定気体のそ
れぞれについて限界電流値を測定する必要があるため、
大規模な測定系が必要であるとともに、応答性が悪いと
いう問題がある。
体を除湿、乾燥させるための乾燥装置が必要であるとと
もに、除湿前の被測定気体と、除湿後の被測定気体のそ
れぞれについて限界電流値を測定する必要があるため、
大規模な測定系が必要であるとともに、応答性が悪いと
いう問題がある。
本願発明者等は、上記事項に鑑み、被測定気体中の水
分濃度の簡便な湿度測定方法について研究および試験を
重ねた結果、酸素濃度に応じて現れる第１の平坦部F1に
おける限界電流値IL1は、単に酸素濃度のみによって決
定されるばかりではなく、同時に被測定気体中に含まれ
る水分濃度に応じて酸素分圧が変化することから、水分
濃度の影響を受けることを見出だした。
分濃度の簡便な湿度測定方法について研究および試験を
重ねた結果、酸素濃度に応じて現れる第１の平坦部F1に
おける限界電流値IL1は、単に酸素濃度のみによって決
定されるばかりではなく、同時に被測定気体中に含まれ
る水分濃度に応じて酸素分圧が変化することから、水分
濃度の影響を受けることを見出だした。
すなわち、被測定気体中の各水分濃度における酸素濃
度に応じた第１の平坦部F1における限界電流値IL1は、
第５図に示すとおり、各水分濃度毎に異なり、水分濃度
が高くなるほど限界電流値IL1は低下することを見出だ
した。
度に応じた第１の平坦部F1における限界電流値IL1は、
第５図に示すとおり、各水分濃度毎に異なり、水分濃度
が高くなるほど限界電流値IL1は低下することを見出だ
した。
また水分の分解による第２の平坦部F2における限界電
流値IL2は、上記各発明で示されたとおり、水分濃度が
高くなるほど上昇する。
流値IL2は、上記各発明で示されたとおり、水分濃度が
高くなるほど上昇する。
さらに本願発明者等は、各電極間に印加する電圧を上
昇させた場合、第１の平坦部F1から第２の平坦部F2へ変
化する限界電流値が、被測定気体中の酸素濃度が一定で
あれば、ある一定の電圧値VMにおいては水分濃度に関係
なく一定の電流値IMを示し、二次微分値の符号が変わる
変曲点Ｐとなることを見出だした。
昇させた場合、第１の平坦部F1から第２の平坦部F2へ変
化する限界電流値が、被測定気体中の酸素濃度が一定で
あれば、ある一定の電圧値VMにおいては水分濃度に関係
なく一定の電流値IMを示し、二次微分値の符号が変わる
変曲点Ｐとなることを見出だした。
同時にまた、この変曲点Ｐの電流値IMは、水分を含ま
ない場合（湿度０％）の第１の平坦部F1（第２の平坦部
F2と同じ）の限界電流値であり、これは被測定気体の温
度に関係なく酸素センサ毎に一定であることも見出だし
た。
ない場合（湿度０％）の第１の平坦部F1（第２の平坦部
F2と同じ）の限界電流値であり、これは被測定気体の温
度に関係なく酸素センサ毎に一定であることも見出だし
た。
本発明は、以上の研究の結果得られた非常に優れた湿
度測定方法および湿度測定装置を提供するものである。
度測定方法および湿度測定装置を提供するものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明の第１の発明は、多孔質体からなる一対の電極
が、酸素イオン導電性を有する固体電解質の表面に密着
して設けられるとともに、気体拡散制御手段によって前
記電極への気体拡散が制限される酸素センサの前記電極
間に電圧を印加して、前記気体拡散制御手段によって制
限される前記電極間の限界電流値に基づいて被測定気体
中の湿度を測定する湿度測定方法において、前記被測定
気体中の酸素濃度に応じて制限される第１の限界電流値
と前記被測定気体中の湿度に応じて制限される第２の限
界電流値との変曲点の電流値と、前記第１の限界電流値
と前記第２の限界電流値の少なくとも一方とに基づいて
湿度を求めることを特徴とする。
が、酸素イオン導電性を有する固体電解質の表面に密着
して設けられるとともに、気体拡散制御手段によって前
記電極への気体拡散が制限される酸素センサの前記電極
間に電圧を印加して、前記気体拡散制御手段によって制
限される前記電極間の限界電流値に基づいて被測定気体
中の湿度を測定する湿度測定方法において、前記被測定
気体中の酸素濃度に応じて制限される第１の限界電流値
と前記被測定気体中の湿度に応じて制限される第２の限
界電流値との変曲点の電流値と、前記第１の限界電流値
と前記第２の限界電流値の少なくとも一方とに基づいて
湿度を求めることを特徴とする。
本発明の第２の発明は、上記第１の発明の方法を実施
するための装置であって、前記酸素センサの電極間に電
圧を印加して、前記被測定気体中の酸素濃度に応じて制
限される第１の限界電流値と前記被測定気体中の湿度に
応じて制限される第２の限界電流値との変曲点の電流値
と、前記第１の限界電流値と前記第２の限界電流値の少
なくとも一方とに基づいて湿度を求めることを特徴とす
る。
するための装置であって、前記酸素センサの電極間に電
圧を印加して、前記被測定気体中の酸素濃度に応じて制
限される第１の限界電流値と前記被測定気体中の湿度に
応じて制限される第２の限界電流値との変曲点の電流値
と、前記第１の限界電流値と前記第２の限界電流値の少
なくとも一方とに基づいて湿度を求めることを特徴とす
る。
［作用］ 本発明は、使用する酸素センサについて、陰電極への
拡散制限を行って電極間に電圧を印加した場合に、電極
間に流れる電流値が、酸素濃度に応じて現れる第１の平
坦部では水分濃度が高くなるほど減少し、水分濃度に応
じて現れる第２の平坦部の電流値が水分濃度が高くなる
ほど増大することと、第１の平坦部と第２の平坦部との
変曲点の電流値が、同一の酸素濃度においては水分濃度
の関係なく常に一定であり、このときの電流値は乾燥さ
せた場合の電流値に相当することに基づいて、水分濃度
が求められることを利用したものである。
拡散制限を行って電極間に電圧を印加した場合に、電極
間に流れる電流値が、酸素濃度に応じて現れる第１の平
坦部では水分濃度が高くなるほど減少し、水分濃度に応
じて現れる第２の平坦部の電流値が水分濃度が高くなる
ほど増大することと、第１の平坦部と第２の平坦部との
変曲点の電流値が、同一の酸素濃度においては水分濃度
の関係なく常に一定であり、このときの電流値は乾燥さ
せた場合の電流値に相当することに基づいて、水分濃度
が求められることを利用したものである。
以下、その手順を説明すると、使用する酸素センサに
ついて、予め変曲点の電圧値を調べておき、その調べら
れた変曲点の電圧値を始めに印加して、そのときの電流
値を求める。これによって、被測定気体の乾燥時に相当
する限界電流値を求めることができる。
ついて、予め変曲点の電圧値を調べておき、その調べら
れた変曲点の電圧値を始めに印加して、そのときの電流
値を求める。これによって、被測定気体の乾燥時に相当
する限界電流値を求めることができる。
次に同一の酸素センサを利用して、続けて第１の平坦
部あるいは第２の平坦部となる電圧値を印加してその電
流値を求める。第１の平坦部および第２の平坦部におけ
る各電流値は、被測定気体の水分濃度に応じて変化する
ことから、前述の乾燥時に相当する電流値との比較によ
って被測定気体中の水分濃度を求めることができる。
部あるいは第２の平坦部となる電圧値を印加してその電
流値を求める。第１の平坦部および第２の平坦部におけ
る各電流値は、被測定気体の水分濃度に応じて変化する
ことから、前述の乾燥時に相当する電流値との比較によ
って被測定気体中の水分濃度を求めることができる。
［発明の効果］ 本発明では、使用する酸素センサについて、あらかじ
め変曲点の電圧値を求めることによって、被測定気体の
乾燥状態に相当する電流値を簡単に調べることができ
る。従って、被測定気体を乾燥させる必要がなく、また
同一の酸素センサを利用してその印加電圧を変えるだけ
で湿度を測定することができるため、湿度測定装置等の
測定系が簡略化される。
め変曲点の電圧値を求めることによって、被測定気体の
乾燥状態に相当する電流値を簡単に調べることができ
る。従って、被測定気体を乾燥させる必要がなく、また
同一の酸素センサを利用してその印加電圧を変えるだけ
で湿度を測定することができるため、湿度測定装置等の
測定系が簡略化される。
また、酸素濃度が一定の場合には、一旦変曲点の電流
値を求めておけば、以後は、第１の平坦部あるいは第２
の平坦部の電圧を印加するだけで、そのときどきの水分
濃度を測定することができる。従って応答性のよい測定
を行うことができる。
値を求めておけば、以後は、第１の平坦部あるいは第２
の平坦部の電圧を印加するだけで、そのときどきの水分
濃度を測定することができる。従って応答性のよい測定
を行うことができる。
さらに、被測定気体中の酸素濃度が変化する場合に
は、変曲点の電圧と、各平坦部の電圧を交互に印加する
ことにより求めることができる。
は、変曲点の電圧と、各平坦部の電圧を交互に印加する
ことにより求めることができる。
［実施例］ 次に本発明の湿度測定方法を実施例に基づいて説明す
る。
る。
第２図は本発明を実施する際に用いられる酸素センサ
１を示す。
１を示す。
酸素センサ１は、センサ素子10とセラミックヒータ20
とからなる。
とからなる。
センサ素子10は、酸素イオン導電板11、陽電極12、陰
電極13、アルミナ多孔質層14、グレーズ層15からなる。
電極13、アルミナ多孔質層14、グレーズ層15からなる。
酸素イオン導電板11は、酸化ジルコニウムに安定化剤
として酸化イットリウムを添加固溶させた固体電解質と
しての安定化ジルコニア製の板である。本実施例では、
酸素イオン導電板11は、５×7mm四方で厚み0.3mmのもの
を使用している。
として酸化イットリウムを添加固溶させた固体電解質と
しての安定化ジルコニア製の板である。本実施例では、
酸素イオン導電板11は、５×7mm四方で厚み0.3mmのもの
を使用している。
酸素イオン導電板11の一方の面には、陽電極12および
陰電極13が間隔をおいて形成される。各電極12、13は、
酸素イオン導電板11上に白金ペーストを印刷し、酸素イ
オン導電板11と同時に1500℃で焼成された多孔質をなす
白金電極で、陽電極12および陰電極13は、それぞれ電極
部12a、13aと通電用の接続部12b、13bとからなる。
陰電極13が間隔をおいて形成される。各電極12、13は、
酸素イオン導電板11上に白金ペーストを印刷し、酸素イ
オン導電板11と同時に1500℃で焼成された多孔質をなす
白金電極で、陽電極12および陰電極13は、それぞれ電極
部12a、13aと通電用の接続部12b、13bとからなる。
陰電極13側の酸素イオン導電板11上には、アルミナ粉
にガラスを混ぜたペーストを塗布したアルミナ多孔質層
14が陰電極13の電極部13aと接続部13bの一部のみを覆う
ようにして設けられ、さらにアルミナ多孔質層14は、陰
電極13の電極部13aへの被測定気体が触れないようにす
るためにガラスを塗布したグレーズ層15によって電極部
13aおよび接続部13bの一部とともに覆われ、アルミナ多
孔質層14およびグレーズ層15は850℃〜900℃で酸素イオ
ン導電板11に焼付けられている。
にガラスを混ぜたペーストを塗布したアルミナ多孔質層
14が陰電極13の電極部13aと接続部13bの一部のみを覆う
ようにして設けられ、さらにアルミナ多孔質層14は、陰
電極13の電極部13aへの被測定気体が触れないようにす
るためにガラスを塗布したグレーズ層15によって電極部
13aおよび接続部13bの一部とともに覆われ、アルミナ多
孔質層14およびグレーズ層15は850℃〜900℃で酸素イオ
ン導電板11に焼付けられている。
従って、第３図に示すとおり、陰電極13の電極部13a
は被測定気体と隔離され、陰電極13の接続部13bはグレ
ーズ層15から露出するため、グレーズ層15の端部15aと
酸素イオン導電板11との間の接続部13bでは、各電極1
2、13に電圧が印加されたとき、酸素拡散量および水蒸
気拡散量を制御するための気体拡散制御体を兼用するこ
とになる。
は被測定気体と隔離され、陰電極13の接続部13bはグレ
ーズ層15から露出するため、グレーズ層15の端部15aと
酸素イオン導電板11との間の接続部13bでは、各電極1
2、13に電圧が印加されたとき、酸素拡散量および水蒸
気拡散量を制御するための気体拡散制御体を兼用するこ
とになる。
ここでは各電極12、13は、厚みｔを20μｍとし、各電
極部12a、13aは、一辺を2.5mmとする正方形とした。
極部12a、13aは、一辺を2.5mmとする正方形とした。
また、接続部13bでは、第１図に示すとおり、幅Ｗを1
mmとし、グレーズ層15によって覆われる長さＬを2mmと
した。
mmとし、グレーズ層15によって覆われる長さＬを2mmと
した。
ここで、電極部12a、13aの面積をＳ、接続部13bの幅
Ｗと厚みｔとの積によって与えられる断面積をｓとする
と、電極部13aへの酸素の拡散量は、断面積ｓに比例
し、長さＬに反比例する。
Ｗと厚みｔとの積によって与えられる断面積をｓとする
と、電極部13aへの酸素の拡散量は、断面積ｓに比例
し、長さＬに反比例する。
これらの値に基づいて、限界電流値を得る実用上特に
有効な陰電極13の電極部13aの面積Ｓに対する気体拡散
電極としての接続部13bとの比Ｒの範囲を求めると、 Ｒ＝s/L/S＝１×10-5〜８×10-2 であり、本実施例では、ｓ＝0.02、Ｌ＝２、Ｓ＝6.25で
あることから、この比Ｒの値は、Ｒ＝1.6×10-3であっ
た。
有効な陰電極13の電極部13aの面積Ｓに対する気体拡散
電極としての接続部13bとの比Ｒの範囲を求めると、 Ｒ＝s/L/S＝１×10-5〜８×10-2 であり、本実施例では、ｓ＝0.02、Ｌ＝２、Ｓ＝6.25で
あることから、この比Ｒの値は、Ｒ＝1.6×10-3であっ
た。
センサ素子10は、セラミックヒータ20にガラスを塗布
して約800℃で焼付装着される。
して約800℃で焼付装着される。
セラミックヒータ20は、第４図に示すとおり、アルミ
ナ（Al2O3）96％のグリーンシート20A面に、ヒータパタ
ーン20aを形成するようにタングステン（Ｗ）からなる
金属ペーストを印刷し、さらに同種のグリーンシート20
Bを被覆して焼成した板状のヒータで、セラミックヒー
タ20内のヒータパターン20aの両端は、導体パターン20
b、20cによって、セラミックヒータ20の表面20dの電極2
1、22とそれぞれ接続されている。
ナ（Al2O3）96％のグリーンシート20A面に、ヒータパタ
ーン20aを形成するようにタングステン（Ｗ）からなる
金属ペーストを印刷し、さらに同種のグリーンシート20
Bを被覆して焼成した板状のヒータで、セラミックヒー
タ20内のヒータパターン20aの両端は、導体パターン20
b、20cによって、セラミックヒータ20の表面20dの電極2
1、22とそれぞれ接続されている。
ここでは、多孔質からなる陰電極13の接続部13bによ
って気体拡散制限を行うため、セラミックヒータ20のヒ
ータパターン20aは、各電極12、13の電極部12a、13aの
みを局所加熱するようにして、接続部13bによるポンピ
ングを防止している。
って気体拡散制限を行うため、セラミックヒータ20のヒ
ータパターン20aは、各電極12、13の電極部12a、13aの
みを局所加熱するようにして、接続部13bによるポンピ
ングを防止している。
セラミックヒータ20の中央部には、センサ素子10への
加熱効率をよくするために、通気口23が形成され、また
センサ素子10が焼付けられる部分には、表裏を貫通した
貫通孔24、25、26がそれぞれ複数列に渡って設けられて
いる。
加熱効率をよくするために、通気口23が形成され、また
センサ素子10が焼付けられる部分には、表裏を貫通した
貫通孔24、25、26がそれぞれ複数列に渡って設けられて
いる。
また、セラミックヒータ20の表面20dには、センサ素
子10の各電極12、13への通電のために、酸化ルテニウム
のプリントパターンによって各接続部12b、13bと接続さ
れたセンサ電極27、28が設けられている。なお、センサ
電極27、28は、パターン形成用ペーストをプリントし、
センサ素子10を焼付装着させる際に、同時に焼付けされ
る。
子10の各電極12、13への通電のために、酸化ルテニウム
のプリントパターンによって各接続部12b、13bと接続さ
れたセンサ電極27、28が設けられている。なお、センサ
電極27、28は、パターン形成用ペーストをプリントし、
センサ素子10を焼付装着させる際に、同時に焼付けされ
る。
以上の構成からなる本実施例の酸素センサ１は、第１
図に示すとおり、各センサ電極27、28間に電圧可変式の
電源Ｅから電圧が印加される湿度測定装置Ａのセンサ部
として用いられ、印加電圧と電流値がそれぞれ測定され
る。またこのとき、セラミックヒータ20は通電されて、
センサ素子10の各電極部12a、13aを中心として300〜700
℃に維持する。
図に示すとおり、各センサ電極27、28間に電圧可変式の
電源Ｅから電圧が印加される湿度測定装置Ａのセンサ部
として用いられ、印加電圧と電流値がそれぞれ測定され
る。またこのとき、セラミックヒータ20は通電されて、
センサ素子10の各電極部12a、13aを中心として300〜700
℃に維持する。
以下、酸素センサ１の作用を説明する。
酸素センサ１が被測定気体中に配され、陽電極12、陰
電極13間に電圧が印加されると、グレーズ層15で覆われ
た電極部13a内の酸素はイオン化されて酸素イオンとな
り、被測定気体中の酸素は、陰電極13から陽電極12へ印
加電圧に応じて陽電極12へポンピングされる。
電極13間に電圧が印加されると、グレーズ層15で覆われ
た電極部13a内の酸素はイオン化されて酸素イオンとな
り、被測定気体中の酸素は、陰電極13から陽電極12へ印
加電圧に応じて陽電極12へポンピングされる。
このとき、陰電極13では、電極部13aのみが局所加熱
され、接続部13bは酸素イオン導電性を示す程十分に加
熱されないため、酸素は、接続部13bからグレーズ層15
で覆われた電極部13a内へ拡散する。
され、接続部13bは酸素イオン導電性を示す程十分に加
熱されないため、酸素は、接続部13bからグレーズ層15
で覆われた電極部13a内へ拡散する。
電極間に流れる電流値は、印加電圧を高くすると、印
加電圧に応じて電流値が増大する。
加電圧に応じて電流値が増大する。
電極部13a内への酸素拡散量は陰電極13の接続部13bで
制御され、被測定気体中の酸素濃度に応じて制限される
ため、拡散量が制限されるとそれに伴って電流値も制限
されて、拡散制限電流値IL1（第１の平坦部F1）を示
す。
制御され、被測定気体中の酸素濃度に応じて制限される
ため、拡散量が制限されるとそれに伴って電流値も制限
されて、拡散制限電流値IL1（第１の平坦部F1）を示
す。
酸素の分圧は、被測定気体中の水分濃度が高くなる
と、それに応じて低下するため、拡散制限電流値I
L1は、第５図に示すとおり、水分濃度が高くなるほど低
くなる。なお第５図では、被測定気体の温度が80℃の場
合を示す。
と、それに応じて低下するため、拡散制限電流値I
L1は、第５図に示すとおり、水分濃度が高くなるほど低
くなる。なお第５図では、被測定気体の温度が80℃の場
合を示す。
印加電圧が、拡散制限電流値IL1が得られる電圧値よ
りさらに高くなると、被測定気体中の水分（水蒸気）の
分解され、その分解で生じた酸素イオン化が、陽電極12
へポンピングされるため、このとき水分も陰電極13の接
続部13bから電極部13a内へ拡散し、拡散量に応じて電流
値が増大する。
りさらに高くなると、被測定気体中の水分（水蒸気）の
分解され、その分解で生じた酸素イオン化が、陽電極12
へポンピングされるため、このとき水分も陰電極13の接
続部13bから電極部13a内へ拡散し、拡散量に応じて電流
値が増大する。
印加電圧をさらに高くすると、電流値は水分濃度に応
じてさらに増大するが、陰電極13の接続部13bで水分の
拡散量が制限されると、それに伴って電流値も制限され
て、水分濃度に応じた拡散制限電流値IL2（第２の平坦
部F2）を示す。
じてさらに増大するが、陰電極13の接続部13bで水分の
拡散量が制限されると、それに伴って電流値も制限され
て、水分濃度に応じた拡散制限電流値IL2（第２の平坦
部F2）を示す。
ここで、これらの拡散制限電流値IL1、IL2は、前述の
とおり、被測定気体中の湿度（水分濃度）に応じてそれ
ぞれ変化し、酸素濃度が一定の場合には、拡散制限電流
値IL1は湿度が高いほど少なくなり、逆に拡散制限電流
値IL2は湿度が高いほど多くなる。
とおり、被測定気体中の湿度（水分濃度）に応じてそれ
ぞれ変化し、酸素濃度が一定の場合には、拡散制限電流
値IL1は湿度が高いほど少なくなり、逆に拡散制限電流
値IL2は湿度が高いほど多くなる。
また、電極間の印加電圧を拡散制限電流値IL1の電圧
値から拡散制限電流値IL2の電圧値へ高くしたとき、拡
散制限電流値IL1から拡散制限電流値IL2へ電流値が変化
する過程で生じる変曲点Ｐの電流値IMは、本願発明者等
の研究および考察の結果、被測定気体の酸素濃度のみに
よって決まり、水分濃度には関係なく酸素濃度が一定の
場合には一定の値を示すことと、この値が、被測定気体
中の水分濃度が０％の乾燥状態に相当することが明らか
になった。
値から拡散制限電流値IL2の電圧値へ高くしたとき、拡
散制限電流値IL1から拡散制限電流値IL2へ電流値が変化
する過程で生じる変曲点Ｐの電流値IMは、本願発明者等
の研究および考察の結果、被測定気体の酸素濃度のみに
よって決まり、水分濃度には関係なく酸素濃度が一定の
場合には一定の値を示すことと、この値が、被測定気体
中の水分濃度が０％の乾燥状態に相当することが明らか
になった。
従って、使用する酸素センサ１について、予め変曲点
Ｐが得られる電圧値VMを求めておくと、被測定気体につ
いては、変曲点Ｐの電圧値VMを印加してその電流値IMを
測定し、その後、電流値IMが拡散制限電流値IL1となる
第１の平坦部F1あるいは拡散制限電流値IL2となる第２
の平坦部F2の電圧値を印加して、そのときの電流値を測
定して、各電流値を比較することによって、水分濃度
（湿度）を求めることができる。
Ｐが得られる電圧値VMを求めておくと、被測定気体につ
いては、変曲点Ｐの電圧値VMを印加してその電流値IMを
測定し、その後、電流値IMが拡散制限電流値IL1となる
第１の平坦部F1あるいは拡散制限電流値IL2となる第２
の平坦部F2の電圧値を印加して、そのときの電流値を測
定して、各電流値を比較することによって、水分濃度
（湿度）を求めることができる。
この場合、変曲点Ｐの電流値IMは、被測定気体につい
て一度測定しておけば、その後は、いずれかの平坦部に
ついて電流値を求めるだけでよいため、応答性よく水分
濃度を簡単に測定することができる。
て一度測定しておけば、その後は、いずれかの平坦部に
ついて電流値を求めるだけでよいため、応答性よく水分
濃度を簡単に測定することができる。
また、被測定気体の酸素濃度を変化する可能性がある
場合には、変曲点Ｐの電流値IMを求めてから、いずれか
の平坦部について電流値を求めるだけでよい。
場合には、変曲点Ｐの電流値IMを求めてから、いずれか
の平坦部について電流値を求めるだけでよい。
また、第６図には、被測定気体中（大気）の酸素濃度
が一定の場合の、湿度変化に対する各平坦部F1、F2の電
流値IL1、IL2の特性を示す。
が一定の場合の、湿度変化に対する各平坦部F1、F2の電
流値IL1、IL2の特性を示す。
第６図中、実線は第１の平坦部F1における拡散制限電
流値IL1は、破線は第２の平坦部F2における拡散制限電
流値IL2を、被測定気体中（大気）の温度がそれぞれ40
℃、60℃、80℃の場合について示す。なお、一点鎖線は
変曲点Ｐにおける電流値IMを示す。
流値IL1は、破線は第２の平坦部F2における拡散制限電
流値IL2を、被測定気体中（大気）の温度がそれぞれ40
℃、60℃、80℃の場合について示す。なお、一点鎖線は
変曲点Ｐにおける電流値IMを示す。
以上のとおり、本発明によれば、従来のように、被測
定気体を乾燥させる必要がないため、湿度測定装置の測
定系が簡略化される。また、酸素濃度が一定の場合に
は、応答性のよい湿度測定を行うことができる。さら
に、被測定気体中の酸素濃度が変化する場合にも測定系
を変更することなく簡単に対応できる。
定気体を乾燥させる必要がないため、湿度測定装置の測
定系が簡略化される。また、酸素濃度が一定の場合に
は、応答性のよい湿度測定を行うことができる。さら
に、被測定気体中の酸素濃度が変化する場合にも測定系
を変更することなく簡単に対応できる。
以上の実施例では、第１図等に示す上記の酸素センサ
１を使用したが、使用する酸素センサは第７図に示すよ
うに、酸素イオン導電板30の対向する面に陽電極31と陰
電極32をそれぞれ設け、陰電極32を微小孔33を備えた函
体34によって覆い、空隙部35への酸素拡散制限および水
蒸気拡散制限を微小孔33によって行うものや、第８図に
示すように、陰電極32を多孔質からなる函体36で覆っ
て、空隙部35への酸素拡散制限および水蒸気拡散制限を
行うものでもよい。
１を使用したが、使用する酸素センサは第７図に示すよ
うに、酸素イオン導電板30の対向する面に陽電極31と陰
電極32をそれぞれ設け、陰電極32を微小孔33を備えた函
体34によって覆い、空隙部35への酸素拡散制限および水
蒸気拡散制限を微小孔33によって行うものや、第８図に
示すように、陰電極32を多孔質からなる函体36で覆っ
て、空隙部35への酸素拡散制限および水蒸気拡散制限を
行うものでもよい。
第１図から第４図はいずれも本発明方法の実施のための
第１実施例を示し、第１図は湿度測定装置の概略図、第
２図は酸素センサの斜視図、第３図は酸素センサの断面
図、第４図は本実施例のセラミックヒータの構成を示す
斜視図、第５図は第１実施例の湿度測定装置による測定
を示す電圧−電流特性図、第６図は第１実施例における
湿度に対する各平坦部の電流値特性を示す特性図、第７
図は本発明を実施するための第２実施例を示す概略図、
第８図は本発明を実施するための第３実施例を示す概略
図である。 図中、１……酸素センサ、11……酸素イオン導電板（固
体電解質）、12……陽電極、13……陰電極、13b……接
続部（気体拡散制御手段）、Ａ……湿度測定装置。
第１実施例を示し、第１図は湿度測定装置の概略図、第
２図は酸素センサの斜視図、第３図は酸素センサの断面
図、第４図は本実施例のセラミックヒータの構成を示す
斜視図、第５図は第１実施例の湿度測定装置による測定
を示す電圧−電流特性図、第６図は第１実施例における
湿度に対する各平坦部の電流値特性を示す特性図、第７
図は本発明を実施するための第２実施例を示す概略図、
第８図は本発明を実施するための第３実施例を示す概略
図である。 図中、１……酸素センサ、11……酸素イオン導電板（固
体電解質）、12……陽電極、13……陰電極、13b……接
続部（気体拡散制御手段）、Ａ……湿度測定装置。
Claims (2)
- 【請求項１】多孔質体からなる一対の電極が、酸素イオ
ン導電性を有する固体電解質の表面に密着して設けられ
るとともに、気体拡散制御手段によって前記電極への気
体拡散が制限される酸素センサの前記電極間に電圧を印
加して、前記気体拡散制御手段によって制限される前記
電極間の限界電流値に基づいて被測定気体中の湿度を測
定する湿度測定方法において、 前記被測定気体中の酸素濃度に応じて制限される第１の
限界電流値と前記被測定気体中の湿度に応じて制限され
る第２の限界電流値との変曲点の電流値と、前記第１の
限界電流値と前記第２の限界電流値の少なくとも一方と
に基づいて湿度を求めることを特徴とする酸素センサを
用いた湿度測定方法。 - 【請求項２】多孔質体からなる一対の電極が、酸素イオ
ン導電性を有する固体電解質の表面に密着して設けられ
るとともに、気体拡散制御手段によって前記電極への気
体拡散が制限される酸素センサの前記電極間に電圧を印
加して、前記気体拡散制御手段によって制限される前記
電極間の限界電流値に基づいて被測定気体中の湿度を測
定する湿度測定装置において、 前記被測定気体中の酸素濃度に応じて制限される第１の
限界電流値と前記被測定気体中の湿度に応じて制限され
る第２の限界電流値との変曲点の電流値と、前記第１の
限界電流値と前記第２の限界電流値の少なくとも一方と
に基づいて湿度を求めることを特徴とする酸素センサを
用いた湿度測定装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63301909A JPH0820411B2 (ja) | 1988-11-29 | 1988-11-29 | 酸素センサを用いた湿度測定方法および湿度測定装置 |
| EP96109059A EP0737860B1 (en) | 1988-11-29 | 1989-11-29 | A method of determining a zero-humidity reference current level for an electrochemical cell humidity measurement device |
| DE68928441T DE68928441T2 (de) | 1988-11-29 | 1989-11-29 | Ein Feuchtigkeitssensor unter Verwendung einer elektrochemischen Zelle |
| EP89312393A EP0371774B1 (en) | 1988-11-29 | 1989-11-29 | A humidity measurement device by use of an electrochemical cell |
| DE68929412T DE68929412T2 (de) | 1988-11-29 | 1989-11-29 | Verfahren zur Bestimmung der Referenzstromstärke bei Nullfeuchtigheit für einen Feuchtigheitssensor unter Verwendung einer elektrochemischen Zelle |
| US07/896,503 US5348630A (en) | 1988-11-29 | 1992-06-02 | Method of measuring humidity using an electrochemical cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63301909A JPH0820411B2 (ja) | 1988-11-29 | 1988-11-29 | 酸素センサを用いた湿度測定方法および湿度測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02147854A JPH02147854A (ja) | 1990-06-06 |
| JPH0820411B2 true JPH0820411B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=17902572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63301909A Expired - Lifetime JPH0820411B2 (ja) | 1988-11-29 | 1988-11-29 | 酸素センサを用いた湿度測定方法および湿度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0820411B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3534612B2 (ja) | 1998-05-18 | 2004-06-07 | 日本特殊陶業株式会社 | 平面型限界電流式センサ |
| US10948450B2 (en) * | 2018-07-23 | 2021-03-16 | Genmark Diagnostics, Inc. | Electrochemical measurements of components in coatings |
-
1988
- 1988-11-29 JP JP63301909A patent/JPH0820411B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02147854A (ja) | 1990-06-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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