JP2004177163A - ガルバニ電池式溶存酸素センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】被測定溶液の温度が急激に変化した場合でも、正確かつ迅速に溶存酸素濃度を測定することの可能な溶存酸素センサを提供する。
【解決手段】正極と負極と電解液と隔膜と容器とを備えたガルバニ電池式溶存酸素センサにおいて、容器の外壁に温度補償用サーミスタを備える。
【選択図】図1
【解決手段】正極と負極と電解液と隔膜と容器とを備えたガルバニ電池式溶存酸素センサにおいて、容器の外壁に温度補償用サーミスタを備える。
【選択図】図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中の溶存酸素濃度を測定するためのガルバニ電池式溶存酸素センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在広く実用に供されている、従来のガルバニ電池式溶存酸素センサの一般的な断面構造を図2に示す。図2において、1は隔膜、2は正極、3は電解液、4は負極、5はリード線、6は補正抵抗、7は温度補償用サーミスタである。
【0003】
このガルバニ電池式溶存酸素センサでは、隔膜1の部分を被測定溶液中に浸漬することによって、被測定溶液中の溶存酸素濃度を測定する。測定に際しては、隔膜1は水中に溶解している酸素を選択的に透過させ、かつ透過量を電池反応に見合うように制限する。また、正極2は酸素の電気化学的な還元に有効な触媒を含む触媒電極であり、負極には鉛などの金属電極が用いられる。
【0004】
図2に基づいて、ガルバニ電池式溶存酸素センサの動作原理を述べる。隔膜1を通ってきた酸素は、酸素の電気化学的な還元に有効な触媒電極からなる正極2上において還元され、電解液3を介して負極4との間で次のような電気化学反応を起こす。
【0005】
電解液が酸性の場合
正極反応:O2+4H++4e− →2H2O
負極反応:2Pb+2H2O→2PbO+4H++4e−
全反応 :2Pb+O2→2PbO
電解液がアルカリ性の場合
正極反応:O2+2H2O+4e−→4OH−
負極反応:2Pb+4OH−→2PbO+2H2O+4e−
全反応 :2Pb+O2→2PbO
電解液が酸性の場合とアルカリ性の場合とでは電荷の担い手は異なるが、いずれの場合も正極2と負極4との間に溶存酸素濃度に応じた電流が流れる。触媒電極上の正極反応によって生じた電流は、リード線5によって外部に導かれる。電流は通常、補正抵抗6および温度補償用サーミスタ7を通して負極に流れ込むことによって、電圧信号に変換されセンサ出力電圧が得られる。
【0006】
ガルバニ電池式溶存酸素センサにおいて、隔膜1は溶存酸素の拡散速度を上げるために外壁に露出されており、負極4は組み立ての構造上センサ内部に内蔵されている。
【0007】
また、従来のガルバニ電池式溶存酸素センサでは、温度補償用サーミスタ7の位置は、組み立てが容易で、かつセンサ内部の温度検出が可能となるように、センサ内部に内蔵されていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ガルバニ電池式溶存酸素センサでは正極反応が反応律速であるため、正極近傍の温度変化は正極反応に対して熱力学的に大きく影響し、センサ出力は正極近傍の温度変化に大きく依存すると考えられる。またガルバニ電池式溶存酸素センサでは、隔膜がセンサ外壁に露出して取り付けられている。そのために、ガルバニ電池式溶存酸素センサが置かれている環境温度の変化に対し、隔膜に接している正極の温度は、センサ内部の温度よりも速く変動する傾向にあった。
【0009】
しかし、従来のガルバニ電池式溶存酸素センサでは、温度補正用サーミスタがセンサ内部に内蔵されていたため、サーミスタが正極と同等の温度になるのに時間がかかった。そのために、環境温度の変化に対してサーミスタの出力補正が迅速に行われず、正確な出力を示すまでには、測定開始からかなりの時間が必要であるという問題があった。
【0010】
そこで本発明の目的は、被測定溶液の温度が急激に変化した場合でも、正確かつ迅速に溶存酸素濃度を測定することの可能な溶存酸素センサを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項1の発明は、正極と負極と電解液と隔膜と容器とを備えたガルバニ電池式溶存酸素センサにおいて、前記容器の外壁に温度補償用サーミスタを備えたことを特徴とする。
【0012】
請求項1の発明によれば、被測定溶液の温度が急激に変化した場合においても、センサの温度補償用サーミスタが迅速かつ正確に応答するため、短時間で正確に溶存酸素濃度を測定することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を、好適な実施例にもとづき図面を参照して説明する。
【0014】
[実施例]
図1は、本発明になるガルバニ電池式溶存酸素センサの断面構造を示したものである。図1において、1は隔膜、2は正極、3は電解液、4は負極、5はリード線、6は補正抵抗、7は温度補償用サーミスタである。隔膜1は四フッ化エチレン六フッ化プロピレンコポリマー膜からなる。正極2は炭素繊維電極に金を担持させた電極であり、金は酸素の電気化学的な還元に有効な触媒として働く。電解液3は酢酸と酢酸カリウムと酢酸鉛の混合水溶液からなる。負極4は鉛電極であり、リード線5はチタン製である。温度補償用サーミスタ7は、ガルバニ電池式溶存酸素センサの外壁に取り付けられている。これを本発明になるガルバニ電池式溶存酸素センサAとした。
【0015】
温度補償用サーミスタ7は、必ずしもセンサの外面に露出している必要はないが、被測定溶液の温度変化に迅速に応答するためには、センサの外面に露出していることが好ましい。また、温度補償用サーミスタ7の破損を防止するため、温度補償用サーミスタ7全体を覆うように、保護カバーを取り付けてもよい。
【0016】
[比較例]
従来のガルバニ電池式溶存酸素センサの断面構造は、図2に示したのと同様である。温度補償用サーミスタ7がセンサ内部の負極4の近傍に位置する以外は、上述の実施例で示した本発明のガルバニ電池式溶存酸素センサと同じ構成であり、使用材料も同じものである。これを従来のガルバニ電池式溶存酸素センサBとした。
【0017】
つぎに、ガルバニ電池式溶存酸素センサAおよびBの特性を比較した。ガルバニ電池式溶存酸素センサAおよびBを溶存酸素モニタに接続し、センサを27℃中の水中から40℃中の水中に浸漬した場合の、浸漬時間と表示溶存酸素濃度の表示速度を比較し、その結果を図3に示した。
【0018】
図3において、記号○はガルバニ電池式溶存酸素センサAの特性を示し、記号△はガルバニ電池式溶存酸素センサBの特性を示している。
【0019】
図3から、本発明になるガルバニ電池式溶存酸素センサAでは、表示溶存酸素濃度は1分以内に飽和する傾向にあり、通常は試験開始直後30秒程度で飽和し、応答速度がきわめて速いことが示された。
【0020】
一方、従来のガルバニ電池式溶存酸素センサBでは、試験開始直後は一旦最終的に飽和する濃度値から離れた濃度を示し、その後ゆっくりと飽和値に達し、飽和値になるまでに10分程度かかる傾向にあり、応答速度がかなり遅いことがわかった。
【0021】
この結果から、本発明になるガルバニ電池式溶存酸素センサAでは、温度補償用サーミスタがセンサ外壁に位置し、外面に露出しているため、温度補償用サーミスタと正極との温度がすみやかに一致し、その結果迅速かつ正確に、溶存酸素濃度を測定することができるものである。
【0022】
【発明の効果】
本発明にかかるガルバニ電池式溶存酸素センサは、想定される使用状況において、被測定溶液の急激な温度変化におけるセンサの出力変化に対して、センサの温度補償用サーミスタが迅速かつ正確に応答するため、信頼性、安定性が極めて高いガルバニ電池式溶存酸素センサが得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガルバニ電池式溶存酸素センサの断面構造を示す図。
【図2】従来のガルバニ電池式溶存酸素センサの断面構造を示す図。
【図3】本発明のガルバニ電池式溶存酸素センサAと、従来のガルバニ電池式溶存酸素センサBの、浸漬時間と表示溶存酸素濃度の表示速度を比較した図。
【符号の説明】
1 隔膜
2 正極
3 電解液
4 負極
5 リード線
6 補正抵抗
7 温度補償用サーミスタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中の溶存酸素濃度を測定するためのガルバニ電池式溶存酸素センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在広く実用に供されている、従来のガルバニ電池式溶存酸素センサの一般的な断面構造を図2に示す。図2において、1は隔膜、2は正極、3は電解液、4は負極、5はリード線、6は補正抵抗、7は温度補償用サーミスタである。
【0003】
このガルバニ電池式溶存酸素センサでは、隔膜1の部分を被測定溶液中に浸漬することによって、被測定溶液中の溶存酸素濃度を測定する。測定に際しては、隔膜1は水中に溶解している酸素を選択的に透過させ、かつ透過量を電池反応に見合うように制限する。また、正極2は酸素の電気化学的な還元に有効な触媒を含む触媒電極であり、負極には鉛などの金属電極が用いられる。
【0004】
図2に基づいて、ガルバニ電池式溶存酸素センサの動作原理を述べる。隔膜1を通ってきた酸素は、酸素の電気化学的な還元に有効な触媒電極からなる正極2上において還元され、電解液3を介して負極4との間で次のような電気化学反応を起こす。
【0005】
電解液が酸性の場合
正極反応:O2+4H++4e− →2H2O
負極反応:2Pb+2H2O→2PbO+4H++4e−
全反応 :2Pb+O2→2PbO
電解液がアルカリ性の場合
正極反応:O2+2H2O+4e−→4OH−
負極反応:2Pb+4OH−→2PbO+2H2O+4e−
全反応 :2Pb+O2→2PbO
電解液が酸性の場合とアルカリ性の場合とでは電荷の担い手は異なるが、いずれの場合も正極2と負極4との間に溶存酸素濃度に応じた電流が流れる。触媒電極上の正極反応によって生じた電流は、リード線5によって外部に導かれる。電流は通常、補正抵抗6および温度補償用サーミスタ7を通して負極に流れ込むことによって、電圧信号に変換されセンサ出力電圧が得られる。
【0006】
ガルバニ電池式溶存酸素センサにおいて、隔膜1は溶存酸素の拡散速度を上げるために外壁に露出されており、負極4は組み立ての構造上センサ内部に内蔵されている。
【0007】
また、従来のガルバニ電池式溶存酸素センサでは、温度補償用サーミスタ7の位置は、組み立てが容易で、かつセンサ内部の温度検出が可能となるように、センサ内部に内蔵されていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ガルバニ電池式溶存酸素センサでは正極反応が反応律速であるため、正極近傍の温度変化は正極反応に対して熱力学的に大きく影響し、センサ出力は正極近傍の温度変化に大きく依存すると考えられる。またガルバニ電池式溶存酸素センサでは、隔膜がセンサ外壁に露出して取り付けられている。そのために、ガルバニ電池式溶存酸素センサが置かれている環境温度の変化に対し、隔膜に接している正極の温度は、センサ内部の温度よりも速く変動する傾向にあった。
【0009】
しかし、従来のガルバニ電池式溶存酸素センサでは、温度補正用サーミスタがセンサ内部に内蔵されていたため、サーミスタが正極と同等の温度になるのに時間がかかった。そのために、環境温度の変化に対してサーミスタの出力補正が迅速に行われず、正確な出力を示すまでには、測定開始からかなりの時間が必要であるという問題があった。
【0010】
そこで本発明の目的は、被測定溶液の温度が急激に変化した場合でも、正確かつ迅速に溶存酸素濃度を測定することの可能な溶存酸素センサを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項1の発明は、正極と負極と電解液と隔膜と容器とを備えたガルバニ電池式溶存酸素センサにおいて、前記容器の外壁に温度補償用サーミスタを備えたことを特徴とする。
【0012】
請求項1の発明によれば、被測定溶液の温度が急激に変化した場合においても、センサの温度補償用サーミスタが迅速かつ正確に応答するため、短時間で正確に溶存酸素濃度を測定することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を、好適な実施例にもとづき図面を参照して説明する。
【0014】
[実施例]
図1は、本発明になるガルバニ電池式溶存酸素センサの断面構造を示したものである。図1において、1は隔膜、2は正極、3は電解液、4は負極、5はリード線、6は補正抵抗、7は温度補償用サーミスタである。隔膜1は四フッ化エチレン六フッ化プロピレンコポリマー膜からなる。正極2は炭素繊維電極に金を担持させた電極であり、金は酸素の電気化学的な還元に有効な触媒として働く。電解液3は酢酸と酢酸カリウムと酢酸鉛の混合水溶液からなる。負極4は鉛電極であり、リード線5はチタン製である。温度補償用サーミスタ7は、ガルバニ電池式溶存酸素センサの外壁に取り付けられている。これを本発明になるガルバニ電池式溶存酸素センサAとした。
【0015】
温度補償用サーミスタ7は、必ずしもセンサの外面に露出している必要はないが、被測定溶液の温度変化に迅速に応答するためには、センサの外面に露出していることが好ましい。また、温度補償用サーミスタ7の破損を防止するため、温度補償用サーミスタ7全体を覆うように、保護カバーを取り付けてもよい。
【0016】
[比較例]
従来のガルバニ電池式溶存酸素センサの断面構造は、図2に示したのと同様である。温度補償用サーミスタ7がセンサ内部の負極4の近傍に位置する以外は、上述の実施例で示した本発明のガルバニ電池式溶存酸素センサと同じ構成であり、使用材料も同じものである。これを従来のガルバニ電池式溶存酸素センサBとした。
【0017】
つぎに、ガルバニ電池式溶存酸素センサAおよびBの特性を比較した。ガルバニ電池式溶存酸素センサAおよびBを溶存酸素モニタに接続し、センサを27℃中の水中から40℃中の水中に浸漬した場合の、浸漬時間と表示溶存酸素濃度の表示速度を比較し、その結果を図3に示した。
【0018】
図3において、記号○はガルバニ電池式溶存酸素センサAの特性を示し、記号△はガルバニ電池式溶存酸素センサBの特性を示している。
【0019】
図3から、本発明になるガルバニ電池式溶存酸素センサAでは、表示溶存酸素濃度は1分以内に飽和する傾向にあり、通常は試験開始直後30秒程度で飽和し、応答速度がきわめて速いことが示された。
【0020】
一方、従来のガルバニ電池式溶存酸素センサBでは、試験開始直後は一旦最終的に飽和する濃度値から離れた濃度を示し、その後ゆっくりと飽和値に達し、飽和値になるまでに10分程度かかる傾向にあり、応答速度がかなり遅いことがわかった。
【0021】
この結果から、本発明になるガルバニ電池式溶存酸素センサAでは、温度補償用サーミスタがセンサ外壁に位置し、外面に露出しているため、温度補償用サーミスタと正極との温度がすみやかに一致し、その結果迅速かつ正確に、溶存酸素濃度を測定することができるものである。
【0022】
【発明の効果】
本発明にかかるガルバニ電池式溶存酸素センサは、想定される使用状況において、被測定溶液の急激な温度変化におけるセンサの出力変化に対して、センサの温度補償用サーミスタが迅速かつ正確に応答するため、信頼性、安定性が極めて高いガルバニ電池式溶存酸素センサが得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガルバニ電池式溶存酸素センサの断面構造を示す図。
【図2】従来のガルバニ電池式溶存酸素センサの断面構造を示す図。
【図3】本発明のガルバニ電池式溶存酸素センサAと、従来のガルバニ電池式溶存酸素センサBの、浸漬時間と表示溶存酸素濃度の表示速度を比較した図。
【符号の説明】
1 隔膜
2 正極
3 電解液
4 負極
5 リード線
6 補正抵抗
7 温度補償用サーミスタ
Claims (1)
- 正極と負極と電解液と隔膜と容器とを備えたガルバニ電池式溶存酸素センサにおいて、前記容器の外壁に温度補償用サーミスタを備えたことを特徴とするガルバニ電池式溶存酸素センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002340837A JP2004177163A (ja) | 2002-11-25 | 2002-11-25 | ガルバニ電池式溶存酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002340837A JP2004177163A (ja) | 2002-11-25 | 2002-11-25 | ガルバニ電池式溶存酸素センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004177163A true JP2004177163A (ja) | 2004-06-24 |
Family
ID=32703358
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002340837A Pending JP2004177163A (ja) | 2002-11-25 | 2002-11-25 | ガルバニ電池式溶存酸素センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004177163A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007205797A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Nissan Motor Co Ltd | 多孔体の酸素拡散係数測定方法およびその測定装置 |
CN101839879A (zh) * | 2010-04-13 | 2010-09-22 | 中国农业大学 | 水产养殖检测仪及检测方法 |
JP2013044630A (ja) * | 2011-08-24 | 2013-03-04 | Riken Keiki Co Ltd | 電気化学式酸素センサおよびガス検知器 |
US20150338365A1 (en) * | 2014-05-26 | 2015-11-26 | Gs Yuasa International Ltd. | Sensor |
CN114577866A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-06-03 | 广州奥松电子股份有限公司 | 一种气体传感器 |
-
2002
- 2002-11-25 JP JP2002340837A patent/JP2004177163A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007205797A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Nissan Motor Co Ltd | 多孔体の酸素拡散係数測定方法およびその測定装置 |
CN101839879A (zh) * | 2010-04-13 | 2010-09-22 | 中国农业大学 | 水产养殖检测仪及检测方法 |
JP2013044630A (ja) * | 2011-08-24 | 2013-03-04 | Riken Keiki Co Ltd | 電気化学式酸素センサおよびガス検知器 |
US20150338365A1 (en) * | 2014-05-26 | 2015-11-26 | Gs Yuasa International Ltd. | Sensor |
CN114577866A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-06-03 | 广州奥松电子股份有限公司 | 一种气体传感器 |
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