JP2002022698A - 酸素センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定ガス中に有機性シリカが含まれている場
合、測定側白金電極が短期間で劣化するので、かかる劣
化を防止する酸素センサを提供する。 【解決手段】 一端を測定ガスの導入部とし、他端を排
出部とした管状の酸素イオン伝導性のある固体電解質製
の検出管の内周面と外周面に夫々白金電極を形成すると
共に、該検出管内の白金電極部上流側に白金ウールから
成るフィルターを充填したことを特徴とする酸素センサ

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は酸素センサ、特に密
閉形処理炉の酸素濃度管理に適した酸素センサに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ボイラー、加熱炉等の煙道排ガス
中の酸素濃度管理・制御、又は、真空蒸着、スパッタリ
ング、光輝性熱処理等、主に密閉系処理炉での酸素濃度
の管理・制御のために、ジルコニア等の、高温において
酸素イオン伝導性のある固体電解質を用いた酸素センサ
が用いられている。

【０００３】かかる酸素センサは、所定形状のジルコニ
ア固体電解質の両面に白金電極を夫々設け、その一方の
側の白金電極に酸素濃度一定の基準ガス（普通は大気）
を接触せしめると共に、他方の側の白金電極には酸素濃
度を測りたい測定対象ガスを接触せしめ、酸素濃度の差
に基づく両電極間の起電力を測定することにより、ネル
ンストの理論式を用いて測定対象ガス中の酸素濃度を測
定する。

【０００４】ところで、上述の如き酸素センサの場合、
測定側の白金電極が測定対象ガス中に含まれる各種ダス
ト、又は処理過程で発生した金属蒸気等の不純物に接触
すると短期間で劣化することがある。特に、真空蒸着、
スパッタリング、光輝性熱処理等、主に密閉系処理炉で
は、シーリング剤に含まれていた有機性シリカが測定時
測定側の白金電極に付着し、酸素分子の移動、即ち、電
子移動がスムーズに行われなくなる。その結果、当初は
応答後れという現象が発生し、最終的には電子の移動は
出来なくなって酸素センサとしての機能を失うことに成
る。そのため、測定側白金電極の劣化対策として従来各
種の提案がなされている。

【０００５】例えば、特公平８−１０２１０号公報に
は、Ｓｉ被毒防止用酸素センサとして、排気ガスにさら
される側に周期律表ＩＩａ族元素及びその化合物（但し
酸化物を除く）の一種以上からなるＳｉ反応性成分を保
護層基材に担持した保護層を備えるという技術が開示さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記酸素セ
ンサでは測定電極に対する保護層は溶射、特にプラズマ
溶射によって形成されるが、細長い管状素子の奥深い内
周部に測定電極が形成されている場合には溶射が困難で
ある。

【０００７】特に固体電解質がジルコニアの場合、ネル
ンストの理論式通りの起電力を得るために、検出管は一
定の温度に加熱するための電気炉の中に配置することが
必要であり、その為、検出管の内周部に測定側の白金電
極を、外周部に基準ガス側の白金電極を形成することに
なると、測定側の白金電極に保護層を形成することが大
変難しい。

【０００８】そこで、本発明は上記の問題点を解消する
ために成されたものであって、一端を測定ガスの導入部
とし、他端を排出部とした管状の酸素イオン伝導性のあ
る固体電解質製の検出管の内周面と外周面に夫々白金電
極を形成した酸素センサにおける内周面の測定側白金電
極の劣化防止手段を提供せんとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、一端を測定ガスの導入部とし、他端を排出部とした
管状の酸素イオン伝導性のある固体電解質製の検出管の
内周面と外周面に夫々白金電極を形成すると共に、該検
出管内の白金電極部上流側に白金ウールから成るフィル
ターを充填したことを特徴とする酸素センサである。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記検出管を中空円筒状とし、前記排
出部に前記検出管の内径より小内径の排出管を固定する
と共に、前記排出管と前記フィルター間に複数個のボー
ルを介在せしめたことを特徴とするものである。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において、前記検出管をジルコニア製とすると共
に、前記ボールをアルミナ製としたことを特徴とするも
のである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
１に基いて説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施例を示す縦断面図で
ある。１は管状の酸素イオン伝導性のある固体電解質製
の検出管であり、その一端が測定ガス導入部２で、他端
が測定ガス排出部３である。測定ガス排出部３には検出
管１の内径より小内径の排出管４が固定されている。固
体電解質としては、測定ガス中の酸素分圧が低い場合に
も検出出力が正確で、且つ再現性が良いことよりジルコ
ニアが用いられる。

【００１４】５は検出管１の内周面に形成された測定ガ
スを接触せしめる白金電極であり、６は外周面に形成さ
れた基準ガスを接触せしめる白金電極である。これら白
金電極は、例えば白金ペーストを塗布することにより形
成される。そして、図示はされていないが、両白金電極
には夫々リード線が接続されている。７は白金電極４の
形成個所より上流側に充填されている白金ウールから成
るフィルタであり、その前後には形態保持用の石英ウー
ル８が設けられている。９は排出管４の入口部に充填し
た石英ウールで、上記石英ウール７との間にはスペーサ
としてボール１０が装填されている。ボール１０の材質
については特に限定はないが、耐腐食性の観点よりアル
ミナ製とすると良い。

【００１５】なお、図示はしていないが、検出管１は電
気炉内に装填される。

【００１６】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、検出管
内の白金電極部上流側に白金ウールから成るフィルター
を充填せしめているので、測定ガス中に有機性シリカが
含まれていたとしても、該フィルタで有機性シリカを回
収することになる。しかも、白金ウールは表面積は非常
に大きいため長期間の使用に対応し得る。

【００１７】次に、請求項２に記載の発明によれば、検
出管を中空円筒状とし、排出部に前記検出管の内径より
小内径の排出管を固定すると共に、前記排出管と前記フ
ィルター間に複数個のボールを介在せしめるようにして
いるので、フィルタの充填時、先ず所定の個数のボール
を投入すれば、確実にスペーサとしての機能を果すこと
が出来、又フィルターの取り替え時には、測定ガス導入
部側を下にして左右に振れば該ボールの重みで確実に取
り外すことが出来る。

【００１８】更に、請求項３に記載の発明によれば、検
出管をジルコニア製とすると共に、ボールをアルミナ製
としているので、検出出力は正確であり、また、アルミ
ナ製のボールであれば耐腐食性があり極めて有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる酸素センサの一実施例を示す縦
断面図である。

【符合の説明】

１ 検出管 ２ 測定ガス導入部 ３ 測定ガス排出部 ４ 排出管 ５ 白金電極 ６ 白金電極 ７ フィルタ ８ 石英ウール ９ 石英ウール １０ ボール

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端を測定ガスの導入部とし、他端を排出
   部とした管状の酸素イオン伝導性のある固体電解質製の
   検出管の内周面と外周面に夫々白金電極を形成すると共
   に、該検出管内の白金電極部上流側に白金ウールから成
   るフィルターを充填したことを特徴とする酸素センサ。
2. 【請求項２】前記検出管を中空円筒状とし、前記排出部
   に前記検出管の内径より小内径の排出管を固定すると共
   に、前記排出管と前記フィルター間に複数個のボールを
   介在せしめたことを特徴とする請求項１に記載の酸素セ
   ンサ。
3. 【請求項３】前記検出管をジルコニア製とすると共に、
   前記ボールをアルミナ製としたことを特徴とする請求項
   ２に記載の酸素センサ。