JP2015059848A - Magnetic oxygen analyzer, and sensor unit for magnetic oxygen analyzer - Google Patents

Magnetic oxygen analyzer, and sensor unit for magnetic oxygen analyzer Download PDF

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Mitsuru Oishi
満 大石
祐紀 増永
Yuki Masunaga
祐紀 増永
敦史 大矢
Atsushi Oya
敦史 大矢
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic oxygen analyzer capable of measuring oxygen concentration in gas to be measured at high sensitivity while a manufacturing cost is reduced.SOLUTION: A flow rate sensor 21 arranged in a bypass flow passage communicated with an auxiliary gas flow passage of a magnetic oxygen analyzer comprises: a substrate 21; a sensor element 24 and bridge resistances 25a, 25b mounted on the substrate; wiring patterns 27 to 30 formed on the substrate; bonding pads 27a to 30a provided for end parts of the wiring patterns; and lead wires 31a to 31d connected between the sensor element 24 and the bonding pads 27a to 30a by using a wire bonding machine.

Description

本発明は、磁気式酸素分析計及び磁気式酸素分析計用センサユニットに関する。   The present invention relates to a magnetic oxygen analyzer and a sensor unit for a magnetic oxygen analyzer.

磁気式酸素分析計の測定原理について、図4(A)〜(C)を参照して説明する(例えば特許文献1を参照)。
図4(A)は、酸素を含むガス中に磁界を発生させる手段(磁石)を配置したときの酸素分子と磁界の関係を示したものである。図4(B)に示すように、磁界が強く、且つその強さが変化しているところ(不均一の磁界になっている磁極の端部)に酸素を引き付ける力が作用し、磁極の端部で右向きの力と左向きの力が押し合ってバランスし、酸素分子は磁界の影響を受けて引き付けられ、磁界(磁石のギャップ)内へ移動する。これにより、図4(C)に示すように、磁界内では、引き付けられた酸素の圧力(濃度)が磁界の外と比較して高くなる。
The measurement principle of the magnetic oxygen analyzer will be described with reference to FIGS. 4A to 4C (see, for example, Patent Document 1).
FIG. 4A shows the relationship between oxygen molecules and a magnetic field when a means (magnet) for generating a magnetic field is arranged in a gas containing oxygen. As shown in FIG. 4B, a force that attracts oxygen acts on a portion where the magnetic field is strong and the strength changes (the end of the magnetic pole that is a non-uniform magnetic field), and the end of the magnetic pole The right force and the left force are pressed against each other and balanced, and oxygen molecules are attracted by the influence of the magnetic field and move into the magnetic field (magnet gap). As a result, as shown in FIG. 4C, the pressure (concentration) of the attracted oxygen is higher in the magnetic field than in the magnetic field.

上述した測定原理を採用した磁気式酸素分析計として、図5から図7に示す装置が知られている。この磁気式酸素分析計は、図5に示すように、測定ガスを流す流路を備えたサンプルセル1と、測定ガスに含まれている酸素濃度を検出する検出回路2と、を備えている。検出回路2は、サンプルセル1内に設置した熱線センサで構成した流量センサ12からの信号に基づいて、測定ガス中の酸素濃度を検出する。   As a magnetic oxygen analyzer employing the above-described measurement principle, apparatuses shown in FIGS. 5 to 7 are known. As shown in FIG. 5, the magnetic oxygen analyzer includes a sample cell 1 having a flow path for flowing a measurement gas, and a detection circuit 2 for detecting the oxygen concentration contained in the measurement gas. . The detection circuit 2 detects the oxygen concentration in the measurement gas based on a signal from the flow rate sensor 12 configured by a heat ray sensor installed in the sample cell 1.

サンプルセル1は、断面が矩形形状のサンプル流路3と、このサンプル流路3の軸方向の一端側に連通して設けた測定ガス導入口4と、サンプル流路3の軸方向の他端側に連通して設けた測定ガス導出口5と、測定ガス導出口5側のサンプル流路3に連通し、このサンプル流路3の軸方向に直交する径方向から互いに対向して設けた第1補助ガス流入口6及び第2補助ガス流入口7と、補助ガス供給流路8に流れてきた補助ガスを第1補助ガス流入口6及び第2補助ガス流入口7からサンプル流路3に同一流量で供給する第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10と、サンプル流路3の第1補助ガス流入口6が連通する付近に磁界Mfの領域を形成するポールピース(不図示)と、第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10に連通するバイパス流路11と、を備えている。   The sample cell 1 includes a sample channel 3 having a rectangular cross section, a measurement gas inlet 4 provided in communication with one end of the sample channel 3 in the axial direction, and the other end in the axial direction of the sample channel 3 A measurement gas outlet port 5 provided in communication with the sample gas passage and a sample channel 3 on the side of the measurement gas outlet port 5 and provided opposite to each other in a radial direction perpendicular to the axial direction of the sample channel 3. The auxiliary gas flowing into the first auxiliary gas inlet 6 and the second auxiliary gas inlet 7 and the auxiliary gas supply channel 8 is transferred from the first auxiliary gas inlet 6 and the second auxiliary gas inlet 7 to the sample channel 3. A pole piece that forms a region of the magnetic field Mf in the vicinity of the first auxiliary gas branch channel 9 and the second auxiliary gas branch channel 10 supplied at the same flow rate and the first auxiliary gas inlet 6 of the sample channel 3 communicate with each other. (Not shown), the first auxiliary gas branch channel 9 and the second auxiliary gas branch It includes a bypass passage 11 communicating with the road 10, the.

また、バイパス流路11の中間位置に流量センサ12が配置され、この流量センサ12に検出回路2が接続している。検出回路2は、流量センサ12の信号を受信して増幅することで、測定ガスに含まれている酸素濃度を検出する。
流量センサ12は、図6に示すように、センサ素子13と、このセンサ素子13をバイパス流路11に配置するセンサ取付けブロック14と、センサ素子13を検出回路2に接続する複数のハーメチック端子15a〜15cとを備えている。
センサ素子13は、ヒータ部及びセンサ部(不図示)が内蔵され、ガス通過穴13aを形成した部材である。センサ取付けブロック14は、ガス通過穴14aを形成した本体固定部14bを備えている。そして、ガス通過穴13a,14a同士が対応するように、センサ取付けブロック14の本体固定部14bに、エポキシ樹脂などの接着剤でセンサ素子13が固定されている。
Further, a flow rate sensor 12 is disposed at an intermediate position of the bypass flow path 11, and the detection circuit 2 is connected to the flow rate sensor 12. The detection circuit 2 detects the oxygen concentration contained in the measurement gas by receiving and amplifying the signal from the flow sensor 12.
As shown in FIG. 6, the flow sensor 12 includes a sensor element 13, a sensor mounting block 14 that places the sensor element 13 in the bypass flow path 11, and a plurality of hermetic terminals 15 a that connect the sensor element 13 to the detection circuit 2. To 15c.
The sensor element 13 is a member in which a heater part and a sensor part (not shown) are built and a gas passage hole 13a is formed. The sensor mounting block 14 includes a main body fixing portion 14b in which a gas passage hole 14a is formed. The sensor element 13 is fixed to the main body fixing portion 14b of the sensor mounting block 14 with an adhesive such as epoxy resin so that the gas passage holes 13a and 14a correspond to each other.

また、本体固定部14aに固定されたセンサ素子13の近傍に、センサ取付けブロック14に支持されたハーメチック端子15a〜15cの端部が延在しており、センサ素子13から取り出したリード線16a〜16cが、ハーメチック端子15a〜15cの端部に巻き付けされているとともに、半田付けにより電気的に接続されている。
この流量センサ12は、図7に示すように、バイパス流路11を構成するガス配管17に配置され、バイパス流路11を流れる補助ガスが、センサ素子13のガス通過穴13aを通過するように設計されている。
Further, end portions of hermetic terminals 15a to 15c supported by the sensor mounting block 14 extend in the vicinity of the sensor element 13 fixed to the main body fixing portion 14a, and lead wires 16a to 16b taken out from the sensor element 13 are extended. 16c is wound around the ends of the hermetic terminals 15a to 15c and is electrically connected by soldering.
As shown in FIG. 7, the flow sensor 12 is arranged in a gas pipe 17 that constitutes the bypass flow path 11 so that the auxiliary gas flowing through the bypass flow path 11 passes through the gas passage hole 13 a of the sensor element 13. Designed.

特開2004−325098の図3FIG. 3 of JP2004-325098A

ところで、磁気式酸素分析計を構成している流量センサ12は、センサ素子13から取り出したリード線16a〜16cがハーメチック端子15a〜15cの端部側に半田付けにより接続されるが、半田付け時に塗布したフラックスが半田を溶かす過程で飛散してセンサ素子13に付着し、センサ素子13に経時変化を与えた場合には、安定した検出信号を出力しない流量センサ12となるおそれがある。
また、ハーメチック端子15a〜15cの端部にリード線16a〜16cを巻き付ける工程は微細な作業であり、特殊な技量を持った作業者に依存した工程となるので、製作コストの面で問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、製作コストの低減化を図りながら測定ガス中の酸素濃度を高感度で測定することができる磁気式酸素分析計及び磁気式酸素分析計用センサユニットを提供することを目的としている。
By the way, in the flow sensor 12 constituting the magnetic oxygen analyzer, the lead wires 16a to 16c taken out from the sensor element 13 are connected to the end portions of the hermetic terminals 15a to 15c by soldering. When the applied flux scatters and adheres to the sensor element 13 in the process of melting the solder, and the sensor element 13 changes with time, the flow sensor 12 may not output a stable detection signal.
In addition, the process of winding the lead wires 16a to 16c around the ends of the hermetic terminals 15a to 15c is a fine work, and is a process that depends on a worker with a special skill. .
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a magnetic oxygen analyzer and a sensor for a magnetic oxygen analyzer capable of measuring oxygen concentration in a measurement gas with high sensitivity while reducing the manufacturing cost. The purpose is to provide units.

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る磁気式酸素分析計は、サンプル流路と、このサンプル流路の両端に形成された測定ガス入口及び測定ガス出口と、前記測定ガス出口側の前記サンプル流路に互いに対向して設けられた第1補助ガス流入口及び第2補助ガス流入口と、前記第1及び第2補助ガス流入口に接続された補助ガス流路と、前記第1補助ガス流入口側の前記補助ガス流路及び前記第2補助ガス流入口側の前記補助ガス流路を連通したバイパス流路と、このバイパス流路に配置された流量センサと、を備え、前記補助ガス流路の中間位置から前記補助ガスを供給し、前記第1補助ガス流入口の近くの前記サンプル流路に磁界をかけることにより生じる前記バイパス流路の流量変化を前記流量センサで検出することによって、前記測定ガスに含まれる酸素濃度を演算する磁気式酸素分析計において、前記流量センサは、基板と、この基板に実装されたセンサ素子及びブリッジ抵抗と、前記基板上に形成された配線パターンと、この配線パターンの端部に設けたボンディングパッドと、ワイヤボンディングマシンを使用して前記センサ素子及び前記ボンディングパッドの間に接続されたリード線と、を備えた構造である。   In order to achieve the above object, a magnetic oxygen analyzer according to one aspect of the present invention includes a sample flow path, a measurement gas inlet and a measurement gas outlet formed at both ends of the sample flow path, and the measurement gas outlet. A first auxiliary gas inlet and a second auxiliary gas inlet provided opposite to each other on the side of the sample flow path, an auxiliary gas flow path connected to the first and second auxiliary gas inlets, A bypass passage communicating the auxiliary gas passage on the first auxiliary gas inlet side and the auxiliary gas passage on the second auxiliary gas inlet side, and a flow rate sensor disposed in the bypass passage. The flow rate sensor detects a change in the flow rate of the bypass channel caused by supplying the auxiliary gas from an intermediate position of the auxiliary gas channel and applying a magnetic field to the sample channel near the first auxiliary gas inlet. By detecting In the magnetic oxygen analyzer for calculating the oxygen concentration contained in the measurement gas, the flow sensor includes a substrate, a sensor element and a bridge resistor mounted on the substrate, and a wiring pattern formed on the substrate. The structure includes a bonding pad provided at an end of the wiring pattern and a lead wire connected between the sensor element and the bonding pad using a wire bonding machine.

この発明の一態様に係る磁気式酸素分析計によると、半田付け作業によりリード線を接続する従来の流量センサと比較して、センサ素子に経時変化を与えるおそれがないので、流量センサは安定した検出信号を出力することができる。また、本発明の流量センサを組み立てる際に作業者の技量に依存する工程がほとんど無いので、製作コストの低減化を図ることができる。   According to the magnetic oxygen analyzer according to one aspect of the present invention, the flow rate sensor is stable because there is no possibility that the sensor element will change over time as compared with a conventional flow rate sensor that connects lead wires by soldering work. A detection signal can be output. In addition, since there are almost no steps depending on the skill of the operator when assembling the flow sensor of the present invention, the manufacturing cost can be reduced.

また、この発明の一態様に係る磁気式酸素分析計用センサユニットは、上述した磁気式酸素分析計の流量センサを備えたユニットであって、前記バイパス流路と、当該バイパス流路の途中に連通し、且つ外部に開口して形成されたセンサ配置スペースと、を有するブロック体を備え、前記流量センサを開口から前記センサ配置スペースに配置することで、前記バイパス流路の途中に前記流量センサを配置してなることを特徴とする磁気式酸素分析計用センサユニットである。   A sensor unit for a magnetic oxygen analyzer according to one aspect of the present invention is a unit including the flow sensor of the magnetic oxygen analyzer described above, and is located in the middle of the bypass flow path and the bypass flow path. A flow rate sensor in the middle of the bypass flow path by disposing the flow rate sensor in the sensor placement space from the opening. Is a sensor unit for a magnetic oxygen analyzer.

さらに、この発明の一態様に係る磁気式酸素分析計用センサユニットは、前記センサ配置スペースに配置した前記流量センサが、前記基板が前記センサ配置スペースの底部に固定されるとともに、前記基板に一体化された閉塞部材が、前記センサ配置スペースを形成した前記ブロック体の開口を閉塞することが好ましい。
この発明の一態様に係る磁気式酸素分析計用センサユニットによると、磁気式酸素分析計を構成する他のユニットと接続することで、磁気式酸素分析計を容易に組み立てることができる。
Furthermore, in the sensor unit for a magnetic oxygen analyzer according to one aspect of the present invention, the flow sensor arranged in the sensor arrangement space is integrated with the substrate while the substrate is fixed to the bottom of the sensor arrangement space. It is preferable that the closed blocking member closes the opening of the block body in which the sensor arrangement space is formed.
According to the sensor unit for a magnetic oxygen analyzer according to one aspect of the present invention, the magnetic oxygen analyzer can be easily assembled by connecting to another unit constituting the magnetic oxygen analyzer.

本発明に係る磁気式酸素分析計によると、安定した検出信号を出力する流量センサを備え、流量センサを組み立てる際に作業者の技量に依存する工程がほとんど無いので、製作コストの低減化を図りながら測定ガス中の酸素濃度を高感度で測定することができる磁気式酸素分析計を提供することができる。
また、本発明に係る磁気式酸素分析計用センサユニットによると、このセンサユニットを、磁気式酸素分析計を構成する他のユニットと接続することで、磁気式酸素分析計の組立て効率を大幅に向上させることができる。
According to the magnetic oxygen analyzer of the present invention, the flow sensor that outputs a stable detection signal is provided, and since there are almost no processes depending on the skill of the operator when the flow sensor is assembled, the manufacturing cost is reduced. Thus, it is possible to provide a magnetic oxygen analyzer that can measure the oxygen concentration in the measurement gas with high sensitivity.
In addition, according to the sensor unit for a magnetic oxygen analyzer according to the present invention, the assembly efficiency of the magnetic oxygen analyzer is greatly increased by connecting this sensor unit to another unit constituting the magnetic oxygen analyzer. Can be improved.

本発明に係る一実施形態の磁気式酸素分析計用センサユニットを示す図である。It is a figure which shows the sensor unit for magnetic oxygen analyzers of one Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る一実施形態の流量センサを示す図である。It is a figure showing a flow sensor of one embodiment concerning the present invention. 本発明に係る一実施形態の流量センサを分解した図である。It is the figure which decomposed | disassembled the flow sensor of one Embodiment which concerns on this invention. 磁気式酸素分析計の測定原理を示す図である。It is a figure which shows the measurement principle of a magnetic oxygen analyzer. 磁気式酸素分析計を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows a magnetic oxygen analyzer. 従来の流量センサを示す図である。It is a figure which shows the conventional flow sensor. 磁気式酸素分析計のバイパス流路に従来の流量センサを配置した図である。It is the figure which has arrange | positioned the conventional flow sensor in the bypass flow path of a magnetic oxygen analyzer.

以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という。)を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図5で示した磁気式酸素分析計の構成と同一構成部分には、同一符号を付して説明は省略する。
図1は、本発明に係るセンサユユニットSUを示すものである。このセンサユニットSUは、バイパス流路11(図5参照)を形成しているブロック体20と、バイパス流路11の途中に配置されるようにブロック体20に装着された流量センサ21とを示すものである。このセンサユニットSUは、図5で示した第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10などを形成する他のユニット(不図示)と接続することで磁気式酸素分析計を構成する。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described in detail with reference to the drawings. The same components as those of the magnetic oxygen analyzer shown in FIG.
FIG. 1 shows a sensor unit SU according to the present invention. This sensor unit SU shows the block body 20 which forms the bypass flow path 11 (refer FIG. 5), and the flow sensor 21 with which the block body 20 was mounted | worn so that it might be arrange | positioned in the middle of the bypass flow path 11. Is. The sensor unit SU is connected to another unit (not shown) that forms the first auxiliary gas branch flow path 9 and the second auxiliary gas branch flow path 10 shown in FIG. Configure.

センサユニットSUを構成するブロック体20には、バイパス流路11の途中に連通して外部に開口したセンサ配置スペース22が形成されており、このセンサ配置スペース22に流量センサ21が装着される。
本実施形態の流量センサ21は熱線センサであり、図2に示すように、ガラスエポキシ製やセラミック製からなる基板23と、基板23に実装されたセンサ素子24及びブリッジ抵抗25a,25bと、センサ配置スペース22に配置した基板23をブロック体20に保持する固定リング26と、を備えている。
The block body 20 constituting the sensor unit SU is formed with a sensor arrangement space 22 that communicates in the middle of the bypass flow path 11 and opens to the outside, and the flow rate sensor 21 is mounted in the sensor arrangement space 22.
The flow sensor 21 of this embodiment is a heat ray sensor, and as shown in FIG. 2, a substrate 23 made of glass epoxy or ceramic, a sensor element 24 and bridge resistors 25a and 25b mounted on the substrate 23, and a sensor And a fixing ring 26 for holding the substrate 23 arranged in the arrangement space 22 on the block body 20.

基板23は長方形板状をなし、長手方向の一端側にガス通過穴23aが形成されている。この基板23の長手方向の一端側に、ヒータ部及びセンサ部(不図示)が内蔵され、ガス通過穴24aを形成したセンサ素子24が、ガス通過穴23a,24a同士を対応させた状態で実装されている。また、基板23の長手方向の他端側に、ブリッジ抵抗25a,25bが実装されている。
基板24上には、長手方向に沿って複数の配線パターン27〜30が形成されているとともに、それら配線パターン27〜30の両端部にボンディングパッド27a,27b〜30a,30bが形成されている。
The substrate 23 has a rectangular plate shape, and a gas passage hole 23a is formed on one end side in the longitudinal direction. A heater part and a sensor part (not shown) are built in one end of the substrate 23 in the longitudinal direction, and the sensor element 24 having the gas passage holes 24a is mounted in a state where the gas passage holes 23a and 24a are made to correspond to each other. Has been. Bridge resistors 25 a and 25 b are mounted on the other end side of the substrate 23 in the longitudinal direction.
On the substrate 24, a plurality of wiring patterns 27-30 are formed along the longitudinal direction, and bonding pads 27a, 27b-30a, 30b are formed at both ends of the wiring patterns 27-30.

また、センサ素子24と複数の配線パターン27〜30の一端側のボンディングパッド27a,28a,29a,30aとが、複数のリード線31a〜31dを介して電気的に接続されており、これら複数のリード線31a〜31dの接続作業はワイヤボンディングマシンで行われている。
そして、配線パターン27〜30の他端側のボンディングパッド27b,28b,29b,30aには、検出回路2(図5参照)と接続するリード線(不図示)が電気的に接続されている。
The sensor element 24 and bonding pads 27a, 28a, 29a, 30a on one end side of the plurality of wiring patterns 27-30 are electrically connected via a plurality of lead wires 31a-31d. Connection work of the lead wires 31a to 31d is performed by a wire bonding machine.
And the lead wire (not shown) connected with the detection circuit 2 (refer FIG. 5) is electrically connected to bonding pad 27b, 28b, 29b, 30a of the other end side of the wiring patterns 27-30.

固定リング26は、図3(b)に示すように、ブロック体20のセンサ配置スペース22の開口周縁と同一形状の円形の外周形状を有しているとともに、基板24が長手方向の他端側から嵌まり込むことが可能な係合スリット26aが形成されている。
そして、ブリッジ抵抗25a,25bのみを実装していない基板24を、固定リング26の係合スリット26aに他端側から嵌め込んでいき、配線パターン27〜30を横切る位置で固定リング26を基板24に係止する。その後に、基板24にブリッジ抵抗25a,25bを実装することで流量センサ21が形成される。
As shown in FIG. 3B, the fixing ring 26 has a circular outer peripheral shape that is the same shape as the opening peripheral edge of the sensor arrangement space 22 of the block body 20, and the substrate 24 is on the other end side in the longitudinal direction. An engagement slit 26a that can be fitted in is formed.
Then, the substrate 24 on which only the bridge resistors 25a and 25b are not mounted is fitted into the engagement slit 26a of the fixing ring 26 from the other end side, and the fixing ring 26 is moved across the wiring patterns 27 to 30 to the substrate 24. Lock to. Thereafter, the flow rate sensor 21 is formed by mounting the bridge resistors 25 a and 25 b on the substrate 24.

上記構成の流量センサ21をブロック体20のセンサ配置スペース22に装着し、センサ配置スペース22の底部に当接する基板24をエポキシ樹脂接着剤などで接着し、センサ配置スペース22の開口部を固定リング26閉塞することで、バイパス流路11の途中に流量センサ21が配置され、バイパス流路11を流れる補助ガスがセンサ素子24のガス通過穴24aを通過するセンサユニットSUが組み立てられる。   The flow sensor 21 having the above-described configuration is mounted in the sensor arrangement space 22 of the block body 20, the substrate 24 that contacts the bottom of the sensor arrangement space 22 is bonded with an epoxy resin adhesive, and the opening of the sensor arrangement space 22 is fixed to the fixing ring. 26, the flow rate sensor 21 is arranged in the middle of the bypass flow path 11, and the sensor unit SU in which the auxiliary gas flowing through the bypass flow path 11 passes through the gas passage hole 24a of the sensor element 24 is assembled.

本実施形態の流量センサ21を備えた磁気式酸素分析計の動作について、図1〜図3及び図5を参照して説明する。なお、以下の説明では、図5の流量センサ12を本実施形態の流量センサ21に置き替える。
サンプルセル1の測定ガス導入口4から導入された測定ガスが測定ガス導出口5に向けて流れる。また、補助ガス供給流路8から供給された補助ガスは、第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10に分流し、第1補助ガス流入口6及び第2補助ガス流入口7からサンプル流路3に流入し、測定ガスと合流して測定ガス導出口5に流れる。また、補助ガス供給流路8から第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10に分流した補助ガスの一部は、第1補助ガス分岐流路9に接続するバイパス流路11から流量センサ21に向けて流れるとともに、第2補助ガス分岐流路10に接続するバイパス流路11から流量センサ21に向けて流れる。
The operation of the magnetic oxygen analyzer equipped with the flow sensor 21 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3 and FIG. In the following description, the flow sensor 12 of FIG. 5 is replaced with the flow sensor 21 of the present embodiment.
The measurement gas introduced from the measurement gas inlet 4 of the sample cell 1 flows toward the measurement gas outlet 5. In addition, the auxiliary gas supplied from the auxiliary gas supply flow path 8 is divided into the first auxiliary gas branch flow path 9 and the second auxiliary gas branch flow path 10, and the first auxiliary gas inlet 6 and the second auxiliary gas flow. It flows into the sample channel 3 from the inlet 7, merges with the measurement gas, and flows to the measurement gas outlet 5. Further, a part of the auxiliary gas that is branched from the auxiliary gas supply flow path 8 to the first auxiliary gas branch flow path 9 and the second auxiliary gas branch flow path 10 is a bypass flow path that is connected to the first auxiliary gas branch flow path 9. 11 flows from the bypass flow path 11 connected to the second auxiliary gas branch flow path 10 toward the flow sensor 21.

そして、測定ガス中に酸素分子が含まれていない場合、サンプル流路3の第1補助ガス流入口6が連通する付近に磁界Mfの領域を形成するが、酸素分子が引き寄せられず、その部分の圧力は上昇しない。これにより、第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10のそれぞれからサンプル流路3に補助ガスが流出する際の流体抵抗が同じになり、第1補助ガス分岐流路9からバイパス流路11内の流量センサ21を経由する補助ガスの流量と、第2補助ガス分岐流路10からバイパス流路11内の流量センサ21を経由する補助ガスの流量が同じとなる。これにより、流量センサ21の信号が得られず、検出回路2は酸素濃度を検出しない。   When oxygen molecules are not contained in the measurement gas, a region of the magnetic field Mf is formed in the vicinity of the first auxiliary gas inlet 6 of the sample channel 3 communicating with the measurement gas. The pressure does not increase. Thereby, the fluid resistance when the auxiliary gas flows out from each of the first auxiliary gas branch flow path 9 and the second auxiliary gas branch flow path 10 to the sample flow path 3 becomes the same, and the first auxiliary gas branch flow path 9 Therefore, the flow rate of the auxiliary gas passing through the flow rate sensor 21 in the bypass flow path 11 is the same as the flow rate of the auxiliary gas passing from the second auxiliary gas branch flow path 10 through the flow rate sensor 21 in the bypass flow path 11. Thereby, the signal of the flow sensor 21 is not obtained, and the detection circuit 2 does not detect the oxygen concentration.

一方、測定ガス中に酸素分子が含まれている場合、サンプル流路3の第1補助ガス流入口6が連通する付近に磁界Mfの領域を形成すると、その部分に酸素分子が引き付けられ、酸素の凝集圧により圧力が上昇する。そのため、第1補助ガス分岐流路9からサンプル流路3に補助ガスが流出する際の流体抵抗が増大し、流出量が減少する。逆に、サンプル流路3の第2補助ガス流入口7が連通する付近では磁界が発生していないため流体抵抗は増大せず、第1補助ガス流入口6側との比較により補助ガスの流出量が増加する。   On the other hand, when oxygen molecules are contained in the measurement gas, if a region of the magnetic field Mf is formed in the vicinity of the first auxiliary gas inlet 6 of the sample flow path 3, the oxygen molecules are attracted to that portion, and oxygen The pressure increases due to the cohesive pressure. Therefore, the fluid resistance when the auxiliary gas flows out from the first auxiliary gas branch flow path 9 to the sample flow path 3 increases, and the outflow amount decreases. On the other hand, since no magnetic field is generated in the vicinity of the second auxiliary gas inlet 7 of the sample channel 3 communicating, the fluid resistance does not increase, and the outflow of the auxiliary gas is compared with the first auxiliary gas inlet 6 side. The amount increases.

これにより、補助ガス供給流路8から第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10に分岐する地点P0(以下、分岐点P0と称する)で、補助ガスが第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10に分岐する際の分流比が変化し、第1補助ガス分岐流路9からバイパス流路11内の流量センサ21を経由する補助ガスの流量と、第2補助ガス分岐流路10からバイパス流路11内の流量センサ21を経由する補助ガスの流量に差が生じ、流量センサ21が補助ガスの流量変化の信号を得ることで、検出回路2が測定ガスの酸素濃度を検出する。
ここで、本発明に係る測定ガス入口が測定ガス導入口4に対応し、本発明に係る測定ガス出口が測定ガス導出口5に対応し、本発明に係る補助ガス流路が第1補助ガス分岐流路9及び第2補助ガス分岐流路10に対応し、本発明に係る閉塞部材が、自身の係合スリット26aで基板24を挟み込んでいる固定リング26に対応している。
Thereby, the auxiliary gas is the first auxiliary gas at the point P0 (hereinafter referred to as the branch point P0) where the auxiliary gas supply flow path 8 branches to the first auxiliary gas branch flow path 9 and the second auxiliary gas branch flow path 10. The diversion ratio at the time of branching to the branch flow path 9 and the second auxiliary gas branch flow path 10 changes, and the flow rate of the auxiliary gas from the first auxiliary gas branch flow path 9 through the flow rate sensor 21 in the bypass flow path 11 A difference occurs in the flow rate of the auxiliary gas passing through the flow rate sensor 21 in the bypass flow channel 11 from the second auxiliary gas branch flow channel 10, and the flow rate sensor 21 obtains a signal indicating a change in the flow rate of the auxiliary gas. Detects the oxygen concentration of the measurement gas.
Here, the measurement gas inlet according to the present invention corresponds to the measurement gas inlet 4, the measurement gas outlet according to the present invention corresponds to the measurement gas outlet 5, and the auxiliary gas flow path according to the present invention is the first auxiliary gas. Corresponding to the branch flow path 9 and the second auxiliary gas branch flow path 10, the closing member according to the present invention corresponds to the fixing ring 26 that sandwiches the substrate 24 with its engagement slit 26 a.

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の流量センサ21は、基板23に実装したセンサ素子24と、基板24上に形成した配線パターン27〜30の端部に設けたボンディングパッド27a,28a,29a,30aとが、ワイヤボンディングマシンを使用してリード線31a〜31dにより接続されており、半田付け作業によりリード線を接続する従来の流量センサと比較して、センサ素子に経時変化を与えるおそれがないので、本実施形態の流量センサ21は、安定した検出信号を出力することができる。このため、測定ガス中の酸素濃度を高感度で測定する磁気式酸素分析計を提供することができる。
Next, the effect of this embodiment is demonstrated.
In the flow sensor 21 of this embodiment, a sensor element 24 mounted on a substrate 23 and bonding pads 27a, 28a, 29a, and 30a provided on end portions of wiring patterns 27 to 30 formed on the substrate 24 are wire bonded. Compared with the conventional flow rate sensor in which the lead wires 31a to 31d are connected using a machine and the lead wires are connected by soldering work, there is no possibility that the sensor element will change with time. The flow sensor 21 can output a stable detection signal. Therefore, it is possible to provide a magnetic oxygen analyzer that measures the oxygen concentration in the measurement gas with high sensitivity.

また、図6及び図7で示した従来の流量センサ12は、ハーメチック端子15a〜15cの端部にリード線16a〜16cを巻き付ける工程が微細な作業であり特殊な技量を持った作業者に依存した工程となっていたが、本実施形態の流量センサ21は、組み立てる際に作業者の技量に依存する工程がほとんど無いので、製作コストの低減化を図ることができる。
したがって、上記構成の流量センサ21を備えた磁気式酸素分析計は、製作コストの低減化を図りながら測定ガス中の酸素濃度を高感度で測定することができる。
In addition, in the conventional flow sensor 12 shown in FIGS. 6 and 7, the process of winding the lead wires 16a to 16c around the ends of the hermetic terminals 15a to 15c is a fine work and depends on an operator having a special skill. However, since the flow sensor 21 of the present embodiment has almost no process depending on the skill of the operator when assembling, the manufacturing cost can be reduced.
Therefore, the magnetic oxygen analyzer including the flow sensor 21 having the above-described configuration can measure the oxygen concentration in the measurement gas with high sensitivity while reducing the manufacturing cost.

また、本実施形態の磁気式酸素分析計を構成するセンサユニットSUは、流量センサ21をブロック体20のセンサ配置スペース22に装着し、センサ配置スペース22の底部に当接する基板24をエポキシ樹脂接着剤などで接着し、センサ配置スペース22の開口部を固定リング26閉塞することで、バイパス流路11を流れるガス流量が高精度に検出できるように流量センサ21を配置したユニットであり、磁気式酸素分析計を構成する他のユニットと接続することで、磁気式酸素分析計を容易に組み立てることができる。   Further, the sensor unit SU constituting the magnetic oxygen analyzer of the present embodiment has the flow sensor 21 mounted in the sensor arrangement space 22 of the block body 20, and the substrate 24 that contacts the bottom of the sensor arrangement space 22 is bonded with epoxy resin. A unit in which the flow rate sensor 21 is arranged so that the flow rate of gas flowing through the bypass channel 11 can be detected with high accuracy by adhering with an agent or the like and closing the fixing ring 26 at the opening of the sensor arrangement space 22. A magnetic oxygen analyzer can be easily assembled by connecting to other units constituting the oxygen analyzer.

1…サンプルセル、2…検出回路、3…サンプル流路、4…測定ガス導入口、5…測定ガス導出口、6…第1補助ガス流入口、7…第2補助ガス流入口、8…補助ガス供給流路、9…第1補助ガス分岐流路、10…第2補助ガス分岐流路、11…バイパス流路、20…ブロック体、21…流量センサ、22…センサ配置スペース、23…基板、24…センサ素子、25a,25b…ブリッジ抵抗、26…固定リング、26a…係合スリット、23a…ガス通過穴、24a…ガス通過穴、27〜30…配線パターン、27a,27b〜30a,30b…ボンディングパッド、31a〜31d…リード線、SU…センサユニット   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sample cell, 2 ... Detection circuit, 3 ... Sample flow path, 4 ... Measurement gas inlet, 5 ... Measurement gas outlet, 6 ... 1st auxiliary gas inlet, 7 ... 2nd auxiliary gas inlet, 8 ... Auxiliary gas supply channel, 9 ... first auxiliary gas branch channel, 10 ... second auxiliary gas branch channel, 11 ... bypass channel, 20 ... block body, 21 ... flow sensor, 22 ... sensor arrangement space, 23 ... Substrate, 24 ... sensor element, 25a, 25b ... bridge resistance, 26 ... fixing ring, 26a ... engagement slit, 23a ... gas passage hole, 24a ... gas passage hole, 27-30 ... wiring pattern, 27a, 27b-30a, 30b: Bonding pad, 31a to 31d: Lead wire, SU: Sensor unit

Claims (3)

サンプル流路と、このサンプル流路の両端に形成された測定ガス入口及び測定ガス出口と、前記測定ガス出口側の前記サンプル流路に互いに対向して設けられた第1補助ガス流入口及び第2補助ガス流入口と、前記第1及び第2補助ガス流入口に接続された補助ガス流路と、前記第1補助ガス流入口側の前記補助ガス流路及び前記第2補助ガス流入口側の前記補助ガス流路を連通したバイパス流路と、このバイパス流路に配置された流量センサと、を備え、前記補助ガス流路の中間位置から前記補助ガスを供給し、前記第1補助ガス流入口の近くの前記サンプル流路に磁界をかけることにより生じる前記バイパス流路の流量変化を前記流量センサで検出することによって、前記測定ガスに含まれる酸素濃度を演算する磁気式酸素分析計において、
前記流量センサは、基板と、この基板に実装されたセンサ素子及びブリッジ抵抗と、前記基板上に形成された配線パターンと、この配線パターンの端部に設けたボンディングパッドと、ワイヤボンディングマシンを使用して前記センサ素子及び前記ボンディングパッドの間に接続されたリード線とを備えた構造であることを特徴とする磁気式酸素分析計。
A sample flow path, a measurement gas inlet and a measurement gas outlet formed at both ends of the sample flow path, and a first auxiliary gas flow inlet and a first gas flow path provided opposite to the sample flow path on the measurement gas outlet side 2 auxiliary gas inlets, auxiliary gas passages connected to the first and second auxiliary gas inlets, the auxiliary gas passages on the first auxiliary gas inlet side, and the second auxiliary gas inlet side A bypass flow path communicating with the auxiliary gas flow path, and a flow rate sensor disposed in the bypass flow path, the auxiliary gas being supplied from an intermediate position of the auxiliary gas flow path, and the first auxiliary gas In a magnetic oxygen analyzer that calculates the oxygen concentration contained in the measurement gas by detecting a change in the flow rate of the bypass flow channel caused by applying a magnetic field to the sample flow channel near the inlet by the flow sensor. ,
The flow sensor uses a substrate, a sensor element and a bridge resistor mounted on the substrate, a wiring pattern formed on the substrate, a bonding pad provided at an end of the wiring pattern, and a wire bonding machine. And a magnetic oxygen analyzer comprising a lead wire connected between the sensor element and the bonding pad.
請求項1に記載した磁気式酸素分析計の前記流量センサを備えたユニットであって、
前記バイパス流路と、当該バイパス流路の途中に連通し、且つ外部に開口して形成されたセンサ配置スペースと、を有するブロック体を備え、
前記流量センサを開口から前記センサ配置スペースに配置することで、前記バイパス流路の途中に前記流量センサを配置してなることを特徴とする磁気式酸素分析計用センサユニット。
A unit comprising the flow sensor of the magnetic oxygen analyzer according to claim 1,
Comprising a block body having the bypass flow path and a sensor arrangement space formed in the middle of the bypass flow path and opened to the outside;
A sensor unit for a magnetic oxygen analyzer, wherein the flow sensor is arranged in the middle of the bypass flow path by arranging the flow sensor in the sensor arrangement space from an opening.
前記センサ配置スペースに配置した前記流量センサは、前記基板が前記センサ配置スペースの底部に固定されるとともに、前記基板に一体化された閉塞部材が、前記センサ配置スペースを形成した前記ブロック体の開口を閉塞することを特徴とする請求項2記載の磁気式酸素分析計用センサユニット。   The flow sensor arranged in the sensor arrangement space is configured such that the substrate is fixed to the bottom of the sensor arrangement space, and a closing member integrated with the substrate forms an opening of the block body that forms the sensor arrangement space. 3. The sensor unit for a magnetic oxygen analyzer according to claim 2, wherein the sensor unit is closed.
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