JP2005134323A

JP2005134323A - ジルコニア式酸素濃度計およびその起動方法

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Publication number: JP2005134323A
Application number: JP2003372933A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Seki; 行裕関; Hiroshi Kitajima; 博史北島; Kentaro Hazama; 健太郎間
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2005-05-26
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: JP4356106B2

Abstract

【課題】本体の電源投入時において、校正ガスの配管内に水滴が付着していた場合にも、校正動作時にジルコニア式センサを損傷してしまうことのないジルコニア式酸素濃度計を実現する。
【解決手段】ジルコニア式センサと、このジルコニア式センサを加熱するヒータと、校正動作に使用する校正ガスを前記ジルコニア式センサに供給する配管とを具備してなるジルコニア式酸素濃度計において、本体の電源投入時には所定の時間前記配管内に前記校正ガスを流通させ、その後ジルコニア式センサの加熱を開始することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高温に加熱されたジルコニア式センサを有するジルコニア式酸素濃度計に関するものである。

図４は、従来のジルコニア式酸素濃度計の一例を示す構成図である。図において、１は被測定ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生するジルコニア式センサ、２はこのジルコニア式センサ１から発生される起電力を受け、酸素濃度に対応した測定出力信号に変換する変換器、３はジルコニア式センサ１を加熱するヒータ、４はヒータ３に電力を供給するヒータ電力線、５はヒータ３の温度制御を行うための温度制御信号線、６はジルコニア式センサ１の起電力を伝送するセンサ出力線、７は変換器２から得られる測定出力信号を伝送する出力信号線である。変換器２には、図示していないが、ヒータ３を介してジルコニア式センサ１の温度を所定の温度に維持するための温度制御装置が含まれている。

ジルコニア式センサ１においては、センサ部が７５０℃の高温に加熱された状態において、センサの両側に被測定ガスと比較ガス（スパンガス）とを流通させることにより、両ガスの酸素濃度の差に応じた起電力が発生される。また、この起電力は、変換器２により被測定ガスの酸素濃度に対応した測定出力信号（４〜２０ｍＡ）に変換され、出力信号線７を介して伝送される。

特開２０００−２６６７１９号公報

ここで、ジルコニア式センサ１は、測定動作の開始に先立って、所定の温度（７５０℃）まで加熱されるもので、本体の電源が投入されると同時に、ヒータ３に電力が供給され、その加熱（温度制御）が開始される。また、ジルコニア式センサ１が所定の温度まで加熱された後は、測定動作が開始されるが、測定動作の前に校正動作が行われる場合もある。この校正動作は、スパンガスおよびゼロガスと呼ばれる校正ガスを順次測定することにより行われる。

すなわち、一般にスパンガスは酸素２１％、窒素７９％を含むガス、ゼロガス９は酸素１％、窒素９９％を含むガスであり、これらのガスに対する検出出力を基に測定出力信号の校正が行われる。

しかしながら、ジルコニア式酸素濃度計の校正動作時において、結露などの要因により、校正ガスの配管内に水滴が付着していた場合には、校正ガスの供給とともに、水滴が加熱されたセンサ部に送られ、水滴の気化熱により、ジルコニア式センサ１が損傷してしまうことがある。

本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、本体の電源投入時において、校正ガスの配管内に水滴が付着していた場合にも、校正動作時にジルコニア式センサ１を損傷してしまうことのないジルコニア式酸素濃度計およびその起動方法を実現することを目的としたものである。

上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１では、ジルコニア式センサと、このジルコニア式センサを加熱するヒータと、校正動作に使用する校正ガスを前記ジルコニア式センサに供給する配管とを具備してなるジルコニア式酸素濃度計において、本体の電源投入時には所定の時間前記配管内に前記校正ガスを流通させ、その後ジルコニア式センサの加熱を開始することを特徴とする。

請求項２では、請求項１のジルコニア式酸素濃度計において、前記校正ガスとしてスパンガスおよびゼロガスを有し、前記ジルコニア式センサの加熱前には前記配管内にスパンガスを流通させることを特徴とする。

請求項３では、請求項２のジルコニア式酸素濃度計において、前記スパンガスは空気であることを特徴とする。

請求項４では、請求項２のジルコニア式酸素濃度計において、前記スパンガスは計装エアであることを特徴とする。

請求項５では、ジルコニア式酸素濃度計の起動方法であり、ジルコニア式センサと、このジルコニア式センサを加熱するヒータと、校正動作に使用する校正ガスを前記ジルコニア式センサに供給する配管とを具備するジルコニア式酸素濃度計を起動する起動方法において、本体の電源を投入するステップと、この電源投入に応じて所定の時間前記配管内に前記校正ガスを流通させるステップと、その後前記ジルコニア式センサの加熱を開始するステップと、前記ジルコニア式センサの温度が所定の値に達した後に測定動作を開始するステップと、前記測定動作における任意のタイミングで校正動作を行うステップとを有することを特徴とする。

請求項６では、請求項５のジルコニア式酸素濃度計の起動方法において、前記校正ガスとしてスパンガスおよびゼロガスを有し、前記ジルコニア式センサの加熱前には前記配管内にスパンガスを流通させることを特徴とする。

請求項７では、請求項６のジルコニア式酸素濃度計の起動方法において、前記スパンガスは空気であることを特徴とする。

請求項８では、請求項６のジルコニア式酸素濃度計の起動方法において、前記スパンガスは計装エアであることを特徴とする。

このように、本体の電源投入時には、所定の時間配管内に校正ガスを流通させ、その後、ジルコニア式センサの加熱を開始するようにすると、校正ガスの流通により、配管内の水滴（ドレン）を除去し、校正動作時における水滴によるセンサ部の損傷を防止することができる。
流通させる校正ガスにスパンガスを使用すれば、ガスの入手コストを低減することができる。
また、流通させるスパンガスに空気を使用すれば、ガスの入手コストをより低減することができる。
さらに、流通させるスパンガスに計装エアを利用すれば、湿度や清浄性の面で良好なスパンガスを得ることができる。

以下、図面を用いて、本発明のジルコニア式酸素濃度計およびその起動方法を説明する。

図１は、本発明のジルコニア式酸素濃度計およびその起動方法の一実施例を示す構成図である。図において、前記図４と同様のものは同一符号を付して示す。８は校正ガスとして校正動作に使用されるスパンガス、９は校正ガスとして校正動作に使用されるゼロガスで、ここでは、ガスボンベに封入されている。１０はこれらの校正ガスをジルコニア式センサ１に供給する配管、１１，１２は校正ガス（スパンガス８およびゼロガス９）の流路を切り換える制御弁、１３はスパンガス８を比較ガスとしてジルコニア式センサ１に供給する制御弁である。制御弁１１，１２，１３の動作は、変換器２によって制御される。

前述したように、スパンガス８は、一般に酸素２１％、窒素７９％を含むガス、ゼロガス９は、酸素１％、窒素９９％を含むガスであり、これらスパンガス８およびゼロガス９を使用して、装置の校正が行われる。また、スパンガス８は、測定動作時および校正動作時において、比較ガスとしても使用されている。

図２は、本発明のジルコニア式酸素濃度計における電源投入時（起動時）の動作を示すタイムチャートである。図に示すように、時刻ｔ１において装置の主電源が投入されたとすると、まず、制御弁１１，１２，１３が駆動され、スパンガス８が配管１０に供給される。スパンガス８は配管１０を介してジルコニア式センサ１に流通させても良いし、配管１０の終端から大気に放出させても良い。スパンガス８の供給は所定の時間（ｔ２）まで継続される。

ここで、配管１０内にスパンガス８を流通させると、配管１０内に水滴が付着していた場合にも、スパンガス８により水滴を除去することができる。水滴の除去は、風圧により吹き飛ばすことや、蒸発させることにより実現される。なお、スパンガス８を供給する時間は、配管１０の構造やスパンガス８の流量などにより、経験的に決定される。

スパンガス８を所定の時間供給した後は、時刻ｔ２において、スパンガス８の供給が停止され、ヒータ３に電力が供給されて、ジルコニア式センサ１の加熱が開始される。その後、ジルコニア式センサ１の温度が上昇し、所定の温度（７５０℃）に達すると（時刻ｔ３）、通常の測定動作に先立って、校正動作が開始される。校正動作においては、スパンガス８およびゼロガス９が制御弁１１，１２を介して、順次ジルコニア式センサ１に供給され、同時に、スパンガス８が制御弁１３を介して、比較ガスとしてジルコニア式センサ１に供給される。

この時、配管１０内の水滴は、センサ加熱前のスパンガス８の流通により、完全に除去されているので、配管１０内に付着していた水滴が加熱されたセンサ部に送られてしまうことがなく、校正動作時にジルコニア式センサ１を損傷してしまうことがない。

このようにして、ジルコニア式酸素濃度計の主電源が投入された際には、ヒータ３の加熱に先立って、まず、配管１０内にスパンガス８が所定時間供給され、その後、ヒータ３の加熱が開始され、ジルコニア式センサ１の温度が所定の温度に達した後に、通常の校正（測定）動作が開始される。これらの動作シーケンスは、変換器２に記憶され、各部の制御動作の一部として実行される。なお、校正動作を実行するタイミングは、任意であり、測定動作の前であっても、途中であっても良い。

ここで、配管１０における水滴の除去にスパンガス８を使用するのは、スパンガス８が空気から生成され、安価に入手可能であるためである。なお、この水滴除去に使用するガスには、空気（スパンガス８）のみではなく、無害なガスであれば、他の校正ガス（ゼロガス９）など、どのようなガスでも使用することができる。

図３は、本発明のジルコニア式酸素濃度計の他の実施例を示す構成図である。図において、前記図１と同様のものは同一符号を付して示す。１４は計装エアであり、図に示す例は、計装エア１４をスパンガスとして使用したものである。ジルコニア式酸素濃度計が使用されるような計装プラントにおいては、プラント内に計装用のエア配管が設置されている場合が多く、この計装エア１４を利用すれば、スパンガス用のボンベを用意する必要がなくなる。

計装エア１４はダストなどの不純物が除去され、湿度もほぼ一定に保たれているので、この計装エア１４をスパンガスとして利用すれば、湿度や清浄性の面で良好なスパンガスを得ることができる。また、ジルコニア式酸素濃度計においては、常に、スパンガスおよびゼロガスを使用した校正動作を行っているので、計装エア１４の成分が急激に変動しない限り、測定精度に悪影響を与えてしまうことはない。

図１は本発明のジルコニア式酸素濃度計およびその起動方法の一実施例を示す構成図。図２は本発明のジルコニア式酸素濃度計における電源投入時（起動時）の動作を示すタイムチャート。図３は本発明のジルコニア式酸素濃度計およびその起動方法の他の実施例を示す構成図。図４は従来のジルコニア式酸素濃度計の一例を示す構成図。

符号の説明

１ジルコニア式センサ
２変換器
３ヒータ
４ヒータ電力線
５温度制御信号線
６センサ出力線
７出力信号線
８スパンガス
９ゼロガス
１０配管
１１制御弁
１２制御弁
１３制御弁
１４計装エア

Claims

ジルコニア式センサと、このジルコニア式センサを加熱するヒータと、校正動作に使用する校正ガスを前記ジルコニア式センサに供給する配管とを具備し、本体の電源投入時には所定の時間前記配管内に前記校正ガスを流通させ、その後ジルコニア式センサの加熱を開始することを特徴とするジルコニア式酸素濃度計。
前記校正ガスとしてスパンガスおよびゼロガスを有し、前記ジルコニア式センサの加熱前には前記配管内にスパンガスを流通させることを特徴とする請求項１に記載のジルコニア式酸素濃度計。
前記スパンガスは空気であることを特徴とする請求項２に記載のジルコニア式酸素濃度計。
前記スパンガスは計装エアであることを特徴とする請求項２に記載のジルコニア式酸素濃度計。
ジルコニア式センサと、このジルコニア式センサを加熱するヒータと、校正動作に使用する校正ガスを前記ジルコニア式センサに供給する配管とを具備するジルコニア式酸素濃度計を起動する起動方法において、本体の電源を投入するステップと、この電源投入に応じて所定の時間前記配管内に前記校正ガスを流通させるステップと、その後前記ジルコニア式センサの加熱を開始するステップと、前記ジルコニア式センサの温度が所定の値に達した後に測定動作を開始するステップと、前記測定動作における任意のタイミングで校正動作を行うステップとを有することを特徴とするジルコニア式酸素濃度計の起動方法。
前記校正ガスとしてスパンガスおよびゼロガスを有し、前記ジルコニア式センサの加熱前には前記配管内にスパンガスを流通させることを特徴とする請求項５に記載のジルコニア式酸素濃度計の起動方法。
前記スパンガスは空気であることを特徴とする請求項６に記載のジルコニア式酸素濃度計の起動方法。
前記スパンガスは計装エアであることを特徴とする請求項６に記載のジルコニア式酸素濃度計の起動方法。