JPS62147355A - 酸素検出器のガス校正方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
開昭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
図に示すようになっている。

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の内部に収納しである。

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５９ガス導入管１８が挿入されている。

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によって保護管体１の
内部が仕切られて、ガスチャンバ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を介してガスチャンバ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に導通ずるリード線１
０．１１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、ガスチャンバ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、空気流によって、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、ガスコンデンサ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がら空
気を吸入することによって行われる。

すなわら、酸素検出器が取付けられる炉内が負圧となっ
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、ガスチャンバ２１内を勢い良く流れる。

なお、」二記衝立板２２は、校正時に、校正ガスがガス
チャンバ２１内に滞溜し易いようにするために設レノら
れている。

（発明が解決しようとする問題点） しかながら、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である炉内の圧力が低いため、
上記ガスチャンバ２１内へ送り込む校正ガスが、炉内へ
吸引される量が多く、ガスチャンバ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。

■　ガスチャンバ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
があり、エアパージをＨ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、ときによっては、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、外部電極側に基卓ガスを送って外
部電極を基準ガスに曝すとともに、都電極側に校正ガス
を送っ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、前記酸素イオン伝逗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って校
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。従って、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
、同一符号を付しである。

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、前記従来例にはあった校正ガス送入管２３が本
実施例にはない。また、前記従来例において吸入孔８で
あった部分が基準ガス導入孔５Ｉとなっており、基準ガ
ス導入管１８であった部分がガス導入管５２になってい
る。

さらに、前記従来例にはあった衝立板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の横断面図を示しであ
る。本実施例では、４枚の羽根６Ａ、６［１，６Ｃ，６
Ｄを９０°の間隔で配置し、これらの羽根を螺旋状に巻
いである。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っており、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っ
ている。また、校正ガス送通管４２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２
５，２６は、バルブコントローラ３１によって電気信号
５ｔ−５２，Ｓ：ｌ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Ｉｇ１０，１１から出力される
酸素検出器ＩＱＱの検出出力Ｓ、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ヘハ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り、基儂ガス４人孔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、
リード緑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ックス９内に収容されて
おり、ボックス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、ボックス９に気密に取付けられ
ている。このように、保持金具１２をボックス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
れる構成になっている。

ガス導入管５２は、固定金具１３によって固定され、有
底円筒形固体電解質４の中空内部に挿入され、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、外部スイッチの
操作によっ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３
１へ、指令信号Ｓ４が発せられ、バルブコントローラ３
１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３１〜Ｓ３を出力する。

従って、酸素検出器１００の外部電極２の周囲に；よ、
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Ｓ１．Ｓ、を演Ｉ定装置３２が人力
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１
７と電磁バルブ２６を開き、電磁バルブ２５を閉しるよ
うに信号３１〜Ｓ３を出力する。

従って、酸素検出２Ｂ１００の外部電極２の側には、基
準ガス導入孔５１から、炉内の負圧によって基準ガスが
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。

上記基乍ガス導入孔５１から流入する暴卓ガス、すなわ
ち空気は１羽根６によって固体電解質４の周囲を回りな
がら流れるごとで、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の持つ熱によって暖められるため
、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ずためのエアパ
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Ｓ−
，、Ｓｂ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Ｓ、Ｓ６の極性は、前記酸
素濃度の測定時の検出出力Ｓ、Ｓ、の極性とは逆になっ
ているため、測定装置３２内で、校正時には、検出出力
ＳＳ、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４ｔｊ
ｌ定時と同一の状態に修正する。

このような校正方法によって、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
用量を大幅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１ＯＮ／ｍｉｎ以上の大量の校正ガスが
必要であったものが、上記実施例装置では、約５０ｃｃ
／ｍｉ、ｎとなり、約１／２００の量で済むようになる
。

また、このことによって、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の目詰りを生しることがない。

さらに、上記校正時に流入させる基準ガスを、炉内の負
圧によっ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であ
るが、酸素ン＝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の無いものであっ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ックの開閉を行
って供給ガスの選択を行う方法であっても良い。

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５９−１
３１１５８号に示されるような長手板状の固体電解質を
基体としているものを用いた酸素検出器であっても良い
。

（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っ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、１４ガスを流入させ
れば良いので、ｆｉｔ３Ｊ、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。従って、この衝立板を無くせば、
目１占りの心配も無くなる。

従って、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）瘤度計等に広く
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
撃を援用させることができ、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。 ■・・・保護管体　　　　２・・・外部電極３・・・内
部電極　　　　４・・・固体電解質６・・・羽Ｊｌ　　
　　　　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

Claims (1)

1. 【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
   る酸素検出器のガス校正装置。