JPH1019833A - ガス濃度検出装置 - Google Patents

ガス濃度検出装置

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JPH1019833A
JPH1019833A JP8178037A JP17803796A JPH1019833A JP H1019833 A JPH1019833 A JP H1019833A JP 8178037 A JP8178037 A JP 8178037A JP 17803796 A JP17803796 A JP 17803796A JP H1019833 A JPH1019833 A JP H1019833A
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Japan
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gas
chamber
flow path
pressure
housing
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JP8178037A
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English (en)
Inventor
Kazukiyo Takano
和潔 高野
Yoshiharu Nakawa
良春 名川
Yoshiaki Ishiguro
義昭 石黒
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Yazaki Corp
Sanyo Electronic Industries Co Ltd
Original Assignee
Yazaki Corp
Sanyo Electronic Industries Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定ガスを含む気体の圧力が変化しても、
被測定ガスの濃度を正確に検出することのできるガス濃
度検出装置を提供することにある。 【解決手段】 被測定ガスを含む気体の通る主流路1か
ら分岐するように設けられたハウジング3と、このハウ
ジング3のチャンバー31内に配置されたガス濃度検知
センサ(酸素センサ)2とを備えてなり、前記ハウジン
グ3には、前記気体を主流路1側からチャンバー31内
を通って大気A側に流出させ、かつチャンバー31内の
圧力をほぼ大気圧にする通気孔32、33を設けたこと
を特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、気体中に含まれ
る特定のガスの濃度を検出するためのガス濃度検出装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、気体中に含まれる酸素ガスの濃
度を測定する装置としては、本出願人が先に出願した特
願平2−67518号に示す装置が知られている。この
装置は、図15に示すように、酸素ガスを含んだ気体が
流れる主流路1内に酸素センサ(ガス濃度検知センサ)
2の検知部2aを設けるようになっている。酸素センサ
2は、電極付近の酸素ガスをイオン化し、酸素ガスの濃
度に比例して限界電流値(以下、センサ電流という)が
流れることを利用して、酸素ガスの濃度を検出するよう
になっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に酸素センサ2を主流路1内に設けたものにあっては、
図16に示すように、主流路1内の供給圧力が変化する
とイオン化する酸素ガスの量が変化するため、酸素ガス
の濃度が一定であっても、供給圧力の変化に応じて、セ
ンサ電流が変化してしまい、正確な酸素ガスの濃度を検
出することができないという問題があった。
【0004】この発明は上述した問題を解消するために
なされたもので、その目的は、被測定ガスを含む気体の
圧力が変化しても、被測定ガスの濃度を正確に検出する
ことのできるガス濃度検出装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る発明は、被測定ガスを含む気体の通
る主流路から分岐するように設けられたハウジングと、
このハウジングのチャンバー内に配置されたガス濃度検
知センサとを備えてなり、前記ハウジングには、前記気
体を主流路側からチャンバー内を通って大気側に流出さ
せ、かつチャンバー内の圧力をほぼ大気圧にする通気孔
を設けたことを特徴としている。
【0006】請求項2に係る発明は、請求項1に係る発
明において、通気孔は、主流路側に通じる第1の通気孔
と、大気側に通じる第2の通気孔とを備えてなり、主流
路から第1の通気孔を通ってチャンバーに至る分岐流路
の一部に、分岐流路からチャンバー及び第2の通気孔を
通って大気側に抜ける気体の流量を制限する流量制限手
段を設けることによって、大気側に流出する気体の流量
を節減するとともに、チャンバー内の圧力をほぼ大気圧
にすることを特徴としている。
【0007】請求項3に係る発明は、被測定ガスを含む
気体の通る主流路から分岐するように設けられたハウジ
ングと、このハウジングのチャンバー内に配置されたガ
ス濃度検知センサとを備えてなり、前記主流路からハウ
ジング内のチャンバーに至る分岐流路の一部に、チャン
バー内への気体の流入を制限する流量制限手段を設ける
ことによって、主流路内の圧力変動を減衰してチャンバ
ー内に伝えるようにしたことを特徴としている。
【0008】請求項4に係る発明は、請求項3に係る発
明において、ハウジングには、分岐流路の一部を構成す
る第1の通気孔と、チャンバーから大気側へ通じる第2
の通気孔とを備えてなり、分岐流路からチャンバー及び
第2の通気孔を通って大気側に抜ける気体の流量を、分
岐流路に設けた流量制限手段で制限することによって、
大気側に流出する気体の流量を節減するとともに、チャ
ンバー内の圧力をほぼ大気圧にすることを特徴としてい
る。
【0009】そして、上記請求項1に係る発明において
は、被測定ガスを含む気体を主流路側からチャンバー内
を通って大気側に流出させ、かつチャンバー内の圧力を
ほぼ大気圧にする通気孔をハウジングに設けているか
ら、主流路に流れる上記気体の圧力が変化しても、チャ
ンバー内は大気圧よりやや高い一定の圧力の上記気体で
常に満たされることになる。したがって、主流路内にお
ける被測定ガスを含む気体の圧力が変化しても、ガス濃
度検知センサによって、上記被測定ガスの濃度を正確に
検出することができる。
【0010】請求項2に係る発明においては、分岐流路
に流量制限手段を設けることによって、チャンバーの入
口側の部分で気体の流量を制限しているから、大気側に
流出する気体の流量を節減することができるとともに、
チャンバー内の圧力を大気圧よりやや高い一定の圧力に
することができる。
【0011】請求項3に係る発明においては、主流路か
らハウジング内のチャンバーに至る分岐流路の一部に流
量制限手段を設けているから、主流路内の圧力が変動し
ても、流量制限手段で減衰した圧力の気体がチャンバー
内に流入するようになる。したがって、チャンバー内で
は主流路内の圧力変動の影響を極力小さくすることがで
きるから、ガス濃度検知センサによって、上記被測定ガ
スの濃度を正確に検出することができる。しかも、気体
が大気側に流出しない利点がある。
【0012】請求項4に係る発明においては、チャンバ
ーが第2の通気孔を介して大気側に通じているから、チ
ャンバー内は被測定ガスを含む気体で満たすことができ
るとともに、チャンバー内の圧力を大気圧よりやや高い
一定の圧力にすることができる。また、流量制限手段に
よって、気体が大気側に流出する量を節減することがで
きる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
1〜図12を参照して説明する。なお、図1〜図3は第
1実施の形態、図4〜図8は第2実施の形態、図9〜図
12は第3実施の形態、図13〜図14は第2実施の形
態による実験結果を示している。
【0014】まず、図1〜図3を参照して、第1実施の
形態を説明する。ただし、図15に示す従来例の構成要
素と共通する要素には同一の符号を付し、その説明を簡
略化する。
【0015】この第1実施の形態として示したガス濃度
検出装置は、図1に示すように、酸素ガス(被測定ガ
ス)を含む気体の通る主流路1から分岐するように設け
られたハウジング3と、このハウジング3のチャンバー
31内に配置された酸素センサ(ガス濃度検知センサ)
2とを備えてなり、前記ハウジング3には、前記気体を
主流路1側からチャンバー31内を通って大気A側に流
出させ、かつチャンバー31内の圧力をほぼ大気圧にす
る通気孔32、33を設けたことを特徴としている。
【0016】上記ハウジング3は、止め輪4によって酸
素センサ2をチャンバー31内に固定するようになって
いる。また、チャンバー31と酸素センサ2とはOリン
グ5によってシールされており、チャンバー31内の気
体が酸素センサ2の周囲を通って大気A側に流出しない
ようになっている。
【0017】通気孔32、33は、主流路1側に通じる
第1の通気孔32と、大気A側に通じる第2の通気孔3
3とにより構成されている。そして、主流路1から分岐
された配管61と、継手62と、カバー7に形成された
継手62の接続ねじ穴71と、第1の通気孔32とによ
って、主流路1からチャンバー31に至る分岐流路6が
構成されている。また、分岐流路6のうち最も流路の狭
い部分の断面積は、第2の通気孔33の断面積より小さ
くなっている。すなわち、第2の通気孔33の断面積を
分岐流路6の断面積より大きく構成することにより、主
流路1内の気体の圧力が変動しても、チャンバー31内
の圧力を大気圧よりやや高く、かつ大気圧にほぼ一致し
た一定の圧力に制御するようになっている。
【0018】また、ハウジング3は、図2及び図3に示
すように、円筒状に形成されたものであって、チャンバ
ー31及び第1の通気孔32が軸心部に同軸状に形成さ
れている。そして、第1の通気孔32が開口する側の一
端面には、カバー7を取り付けるためのねじ穴34が第
1の通気孔32を中心にして周方向に4等分した位置に
形成されている。このねじ穴34には、図1に示すよう
に、カバー7をハウジング3に固定するためのボルト8
が螺合するようになっている。すなわち、ボルト8は、
カバー7に形成された各貫通孔72を通って、ハウジン
グ3のねじ穴34に螺合するようになっている。
【0019】カバー7は、ハウジング3と同じ外径の円
板によって形成されており、その軸心部に接続ねじ穴7
1が形成されている。すなわち、カバー7をハウジング
3に固定した状態において、接続ねじ穴71と第1の通
気孔32とが同軸状に位置するようになっている。ま
た、ハウジング3とカバー7との間にはパッキン9が設
けられている。
【0020】上記のように構成されたガス濃度検出装置
においては、酸素ガスを含む気体を主流路1からチャン
バー31内に導くとともに、このチャンバー31を通し
て大気A側に流出させ、かつチャンバー31内の圧力を
ほぼ大気圧にする通気孔32、33をハウジング3に設
けているから、チャンバー31内が上記気体で常に満た
されるとともに、主流路1内の圧力が大気圧より高くな
る方向に変化しても、チャンバー31内は大気圧よりや
や高い状態で大気圧にほぼ一致した一定の圧力に保持す
ることができる。したがって、主流路1内の圧力が変化
しても、酸素センサ2によって、上記酸素ガスの濃度を
正確に検出することができる。
【0021】次ぎに、この発明の第2実施の形態を図4
〜図8を参照して説明する。ただし、図1〜図3に示し
た第1実施の形態の構成要素と共通する要素には同一の
符号を付し、その説明を簡略化する。
【0022】この第2実施の形態で示すガス濃度検出装
置が第1実施の形態で示したガス濃度検出装置と異なる
主な点は、分岐流路6にオリフィス(流量制限手段)1
0が設けられている点である。
【0023】すなわち、オリフィス10は、分岐流路6
からチャンバー31及び第2の通気孔33を通って大気
A側に抜ける気体の流量を制限するものであり、大気A
側に流出する気体の流量を節減するとともに、チャンバ
ー31内の圧力をほぼ大気圧にするようになっている。
【0024】上記オリフィス10は、図4、図5及び図
8に示すように、薄板状の円板の中心に絞孔10aを形
成したもので構成されており、ハウジング3の一端面と
パッキン9とで挟まれ、かつ絞孔10aを第1の通気孔
32と同軸状に配置した状態でカバー7によって押圧さ
れて固定されている。
【0025】オリフィス10の板厚は、この実施の形態
では0.2mmに形成されており、絞孔10aの直径
は、0.05〜0.15mmの円形状に形成されてい
る。そして、絞孔10aの直径を0.05〜0.15m
mに形成したのは、0.05mm未満になるとゴミによ
る詰まりが発生しやすくなるからであり、0.15mm
を超えると通過する気体の流量が多くなって、大気A側
に流出する気体を節減する効果が少なくなるからであ
る。
【0026】一方、第2の通気孔33は、図6〜図8に
示すように、直径が0.2〜0.4mmの円形状に形成
されている。そして、第2の通気孔33の直径を0.2
〜0.4mmに形成したのは、0.2mm未満であると
オリフィス10の絞孔10aの直径に近付くため、第2
の通気孔33においても流量が制限されることになり、
チャンバー31内の圧力が大気圧より高くなってしまう
からであり、また0.4mmを超えると流速が遅くなる
ため、大気Aが第2の通気孔33を通ってチャンバー3
1内に逆流する危険があるからである。
【0027】さらに、第2の通気孔33は、チャンバー
31側に位置しており、この第2の通気孔33より大気
A側の部分はより太い流路35になっている。
【0028】上記のように構成されたガス濃度検出装置
においては、分岐流路6にオリフィス10を設けること
によって、チャンバー31の入口側の部分で気体の流量
を制限しているから、大気A側に流出する気体の流量を
節減することができるとともに、チャンバー31内の圧
力を大気圧よりやや高い一定の圧力にすることができ
る。
【0029】なお、上記実施の形態においては、オリフ
ィス10をハウジング3とパッキン7との間に設けた
が、このオリフィス10は分岐流路6における他の部分
に設けてもよい。例えば、配管61と継手62の接続部
にオリフィス10を挟むように設けてもよい。また、第
1の通気孔32を絞孔10aと同じ直径に形成すること
によって、オリフィスとしての流量制限手段をハウジン
グ3に一体に形成してもよい。
【0030】次ぎに、この発明の第3実施の形態を図9
〜図12を参照して説明する。ただし、図4〜図8に示
した第2実施の形態と共通する要素には同一の符号を付
し、その説明を簡略化する。
【0031】この第3実施の形態で示すガス濃度検出装
置が第2実施の形態で示したガス濃度検出装置と異なる
主な点は、第1の通気孔32及び第2の通気孔33がと
もにハウジング3の一端面側に開口している点である。
【0032】すなわち、第1の通気孔32及び第2の通
気孔33は、図9、図11及び図12に示すように、ハ
ウジング3の一端面における軸心から等しく離れた位置
に開口している。また、カバー7には、第1の通気孔3
2に対応する位置に継手62を接続するための接続ねじ
穴71が形成されており、第2の通気孔33に対応する
位置に第2の通気孔33と同径の貫通孔73が形成され
ている。
【0033】オリフィス10は、図9、図10及び図1
2に示すように、第1及び第2の通気孔32、33を有
する範囲を覆う大きさの円板によって形成されており、
第1の通気孔32の軸心に対応する位置には絞孔10a
を有し、第2の通気孔33の軸心に対応する位置には流
出孔10bを有している。
【0034】そして、オリフィス10の板厚は、この実
施の形態では0.2mmに形成され、絞孔10aの直径
は、0.05〜0.15mmの円形状に形成され、流出
孔10bの直径は、0.2〜0.4mmの円形状に形成
されている。そして、絞孔10aの直径を0.05〜
0.15mmに形成したのは、0.05mm未満になる
とゴミによる詰まりが発生しやすくなるからであり、
0.15mmを超えると通過する気体の量が多くなっ
て、大気A側に流出する気体の流量を節減する効果が少
なくなるからである。
【0035】また、流出孔10bの直径を0.2〜0.
4mmに形成したのは、0.2mm未満であると絞孔1
0aの直径に近付くため、流出孔10bにおいても流量
が制限されることになって、チャンバー31内の圧力が
大気圧より高くなってしまうからであり、0.4mmを
超えると流速が遅くなって、大気Aが流出孔10bを通
ってチャンバー31内に逆流する危険があるからであ
る。
【0036】上記のように構成されたガス濃度検出装置
においても、第2実施の形態と同様の作用効果を奏す
る。
【0037】なお、上記第2及び第3の実施の形態にお
いては、第2の通気孔33から直接、あるいは流出孔1
0bを介して、チャンバー31内の気体を大気A側に流
出させるように構成したが、オリフィス10における絞
孔10aを設けることによって、チャンバー31内に流
入する流体の流量を制限するようになっていれば、第2
の通気孔33や流出孔10bのようなチャンバー31内
に気体を大気A側に流出させるような流路を設けなくて
もよい。
【0038】そして、上記のように構成した場合には、
主流路1内の圧力変動をオリフィス10の絞孔10aに
よって減衰させることができるから、主流路1内の圧力
変動がチャンバー31内にそのまま伝わるのを極力抑え
ることができる。すなわち、チャンバー31内の圧力変
動を極力小さく抑えることができる。したがって、チャ
ンバー31内における酸素センサ2によって、酸素ガス
の濃度を正確に検出することができる。しかも、気体が
大気A側に流出しない利点がある。
【0039】また、チャンバー31内に酸素センサ2を
設けて、酸素ガスの濃度を検出するように構成したが、
一酸化炭素(CO)センサ等の他のガス濃度検知センサ
をチャンバー31内に設けることによって、酸素ガス以
外の他のガスの濃度を検出するようにしてもよい。ま
た、センサからの出力方式も、限界電流式に限定される
ものではなく、接触燃焼式、半導体式、固体電解質を用
いたものなど、他の方式のセンサを用いてもよいことは
言うまでもない。
【0040】次ぎに、上記第2実施の形態のガス濃度検
出装置を用いて酸素ガス濃度を検出した実験例につい
て、図13及び図14を用いて説明する。
【0041】図13は、圧力変動特性を実験により求め
たものであり、酸素ガス濃度が約21%、80%、10
0%の各気体を作って、主流路1に供給し、この供給圧
力をゲージ圧力で0.25kgf/cm2 、0.275
kgf/cm2 、0.300kgf/cm2 、0.32
5kgf/cm2 、0.350kgf/cm2 と増加さ
せていった場合の酸素ガスの換算濃度(O2 %)を測定
した実験結果である。また、この実験例では、各供給圧
力について実験を3回ずつ繰り返して行い、第1回目を
No.1として白丸で印し、第2回目をNo.2として
黒丸で印し、第3回目をNo.3として白三角で印して
ある。
【0042】そして、上記図13に示す実験結果から、
主流路1内の供給圧力が変動しても、換算濃度(O
2 %)がほとんど変化しないことが実証された。
【0043】また、図14は、リニア特性を実験により
求めたものであり、酸素ガス濃度(供給ガス濃度)が2
0.96%、38.56%、80.5%、95%、10
0%の各気体を作って、主流路1に供給した場合の酸素
ガスの換算濃度(O2 %)を測定した実験結果である。
また、この実験では、各酸素ガス濃度の気体について実
験を3回ずつ繰り返して行い、第1回目をNo.1とし
て白丸で印し、第2回目をNo.2として黒丸で印し、
第3回目をNo.3として白三角で印してある。
【0044】そして、上記図14に示す実験結果から、
主流路1内の実際の酸素ガス濃度と、換算濃度(O
2 %)とが45度の角度で直線的に比例しており、換算
濃度(O2 %)によって、酸素ガスの濃度を正確に測定
することができることが実証された。
【0045】以上の実験結果から、第2実施の形態のガ
ス濃度検出装置を用いることによって、ガス濃度を正確
に測定することができることが実証された。
【0046】
【発明の効果】請求項1に係る発明においては、被測定
ガスを含む気体を主流路側からチャンバー内を通って大
気側に流出させ、かつチャンバー内の圧力をほぼ大気圧
にする通気孔をハウジングに設けているから、主流路に
流れる上記気体の圧力が変化しても、チャンバー内は大
気圧よりやや高い一定の圧力の上記気体で常に満たされ
ることになる。したがって、主流路内における被測定ガ
スを含む気体の圧力が変化しても、ガス濃度検知センサ
によって、上記被測定ガスの濃度を正確に検出すること
ができる。
【0047】請求項2に係る発明においては、分岐流路
に流量制限手段を設けることによって、チャンバーの入
口側の部分で気体の流量を制限しているから、大気側に
流出する気体の流量を節減することができるとともに、
チャンバー内の圧力を大気圧よりやや高い一定の圧力に
することができる。
【0048】請求項3に係る発明においては、主流路か
らハウジング内のチャンバーに至る分岐流路の一部に流
量制限手段を設けているから、主流路内の圧力が変動し
ても、流量制限手段で減衰した圧力の気体がチャンバー
内に流入するようになる。したがって、チャンバー内で
は主流路内の圧力変動の影響を極力小さくすることがで
きるから、ガス濃度検知センサによって、上記被測定ガ
スの濃度を正確に検出することができる。しかも、気体
が大気側に流出しない利点がある。
【0049】請求項4に係る発明においては、チャンバ
ーが第2の通気孔を介して大気側に通じているから、チ
ャンバー内は被測定ガスを含む気体で満たすことができ
るとともに、チャンバー内の圧力を大気圧よりやや高い
一定の圧力にすることができる。また、流量制限手段に
よって、気体が大気側に流出する量を節減することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施の形態として示したガス濃
度検出装置の断面図。
【図2】同ガス濃度検出装置のハウジングを示す図であ
って、図3のII−II線に沿う断面図。
【図3】同ガス濃度検出装置のハウジングを示す底面
図。
【図4】この発明の第2実施の形態として示したガス濃
度検出装置の断面図。
【図5】同ガス濃度検出装置のオリフィスを示す要部断
面図。
【図6】同ガス濃度検出装置のハウジングを示す要部断
面図。
【図7】同ガス濃度検出装置のハウジングを示す図であ
って、図8のVII −VII 線に沿う断面図。
【図8】同ガス濃度検出装置のハウジングを示す底面
図。
【図9】この発明の第3実施の形態として示したガス濃
度検出装置の断面図。
【図10】同ガス濃度検出装置のオリフィスを示す要部
断面図。
【図11】同ガス濃度検出装置のハウジングを示す図で
あって、図12のXI−XI線に沿う断面図。
【図12】同ガス濃度検出装置のハウジングを示す底面
図。
【図13】上記第2実施の形態として示したガス濃度検
出装置を用いて実験した結果を示す図であって、圧力変
動特性を示す図。
【図14】同第2実施の形態として示したガス濃度検出
装置を用いて実験した結果を示す図であって、リニア特
性を示す図。
【図15】従来例として示したガス濃度検出装置の断面
図。
【図16】同ガス濃度検出装置を用いて実験した結果を
示す図。
【符号の説明】
1 主流路 2 ガス濃度検知センサ(酸素センサ) 3 ハウジング 31 チャンバー 32 第1の通気孔 33 第2の通気孔 6 分岐流路 10 流量制限手段(オリフィス) A 大気
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石黒 義昭 静岡県天竜市二俣町南鹿島23 矢崎計器株 式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定ガスを含む気体の通る主流路から
    分岐するように設けられたハウジングと、このハウジン
    グのチャンバー内に配置されたガス濃度検知センサとを
    備えてなり、前記ハウジングには、前記気体を主流路側
    からチャンバー内を通って大気側に流出させ、かつチャ
    ンバー内の圧力をほぼ大気圧にする通気孔を設けたこと
    を特徴とするガス濃度検出装置。
  2. 【請求項2】 通気孔は、主流路側に通じる第1の通気
    孔と、大気側に通じる第2の通気孔とを備えてなり、主
    流路から第1の通気孔を通ってチャンバーに至る分岐流
    路の一部に、分岐流路からチャンバー及び第2の通気孔
    を通って大気側に抜ける気体の流量を制限する流量制限
    手段を設けることによって、大気側に流出する気体の流
    量を節減するとともに、チャンバー内の圧力をほぼ大気
    圧にすることを特徴とする請求項1記載のガス濃度検出
    装置。
  3. 【請求項3】 被測定ガスを含む気体の通る主流路から
    分岐するように設けられたハウジングと、このハウジン
    グのチャンバー内に配置されたガス濃度検知センサとを
    備えてなり、前記主流路からハウジング内のチャンバー
    に至る分岐流路の一部に、チャンバー内への気体の流入
    を制限する流量制限手段を設けることによって、主流路
    内の圧力変動を減衰してチャンバー内に伝えるようにし
    たことを特徴とするガス濃度検出装置。
  4. 【請求項4】 ハウジングには、分岐流路の一部を構成
    する第1の通気孔と、チャンバーから大気側へ通じる第
    2の通気孔とを備えてなり、分岐流路からチャンバー及
    び第2の通気孔を通って大気側に抜ける気体の流量を分
    岐流路に設けた流量制限手段で制限することによって、
    大気側に流出する気体の流量を節減するとともに、チャ
    ンバー内の圧力をほぼ大気圧にすることを特徴とする請
    求項3記載のガス濃度検出装置。
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US6770181B2 (en) 1998-07-08 2004-08-03 Ngk Insulators, Ltd. Gas sensor and nitrogen oxide sensor
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