JP2857229B2 - 酸素センサを用いた湿度測定方法 - Google Patents
酸素センサを用いた湿度測定方法Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
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- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、固体電解質の表面に一対の電極を設け、陰
極への気体拡散制限によって被測定気体中の酸素濃度を
測定するための酸素濃度検出用センサ（以下「酸素セン
サ」とする）を利用して、被測定気体中の湿度（水分濃
度）を測定する湿度測定方法に関する。
極への気体拡散制限によって被測定気体中の酸素濃度を
測定するための酸素濃度検出用センサ（以下「酸素セン
サ」とする）を利用して、被測定気体中の湿度（水分濃
度）を測定する湿度測定方法に関する。
［従来の技術］ 酸素センサを利用して気体中の酸素濃度を測定する湿
度測定方法としては、特開昭60−222761号公報に紹介さ
れた発明のように、被測定気体中の酸素分圧を、酸素拡
散制限による平坦部の限界電流値として除湿前と除湿後
にそれぞれ測定して、各限界電流値に基づいて湿度を求
める方法、特開昭62−150151号公報に紹介された発明の
ように、拡散制限による限界電流値が、被測定気体中の
酸素濃度および水分濃度に応じて二段階の平坦部で求め
られることを利用して、その差に基づいて測定する方
法、特開昭62−150152号公報に紹介された発明のよう
に、被測定気体の酸素濃度あるいは水分濃度による２つ
の平坦部の限界電流値の少なくとも一方と、除湿後の乾
燥させた被測定気体における限界電極値との差に基づい
て測定する方法等が知られている。
度測定方法としては、特開昭60−222761号公報に紹介さ
れた発明のように、被測定気体中の酸素分圧を、酸素拡
散制限による平坦部の限界電流値として除湿前と除湿後
にそれぞれ測定して、各限界電流値に基づいて湿度を求
める方法、特開昭62−150151号公報に紹介された発明の
ように、拡散制限による限界電流値が、被測定気体中の
酸素濃度および水分濃度に応じて二段階の平坦部で求め
られることを利用して、その差に基づいて測定する方
法、特開昭62−150152号公報に紹介された発明のよう
に、被測定気体の酸素濃度あるいは水分濃度による２つ
の平坦部の限界電流値の少なくとも一方と、除湿後の乾
燥させた被測定気体における限界電極値との差に基づい
て測定する方法等が知られている。
［発明が解決しようとする課題］ 以上の各測定方法による湿度測定方法では、被測定気
体を除湿、乾燥させるための乾燥装置が必要であるとと
もに、除湿前の被測定気体と、除湿後の被測定気体のそ
れぞれについて限界電流値を測定する必要があるため、
大規模な測定系が必要であるとともに、応答性が悪いと
いう問題がある。
体を除湿、乾燥させるための乾燥装置が必要であるとと
もに、除湿前の被測定気体と、除湿後の被測定気体のそ
れぞれについて限界電流値を測定する必要があるため、
大規模な測定系が必要であるとともに、応答性が悪いと
いう問題がある。
また、測定に用いられる酸素センサでは、固体電解質
の表面に多孔質体からなる電極が設けられたり、微小孔
を有する酸素拡散制御体が固体電解質と一体的に設けら
れたりしているが、固体電解質の密度や厚みのばらつき
あるいは固体電解質に対する電極面積のばらつき、更に
微小孔や多孔質体の孔径のばらつき等がある。このた
め、同じ電圧を印加した場合でも導電度や酸素拡散量の
違いから各センサ素子毎に各電流値およびその差が異な
り、電流値の差が湿度に応じて一定にならないためセン
サ素子に互換性がないとともに、電圧が印加されたとき
に水が電気分解するため、固体電解質および固体電解質
と電極との界面で劣化し易く、同電圧を印加しても長期
に亙って同じ特性が得られないため、各限界電流値の差
によって湿度を求めるものでは、長期に亙って安定した
湿度測定ができないという問題がある。
の表面に多孔質体からなる電極が設けられたり、微小孔
を有する酸素拡散制御体が固体電解質と一体的に設けら
れたりしているが、固体電解質の密度や厚みのばらつき
あるいは固体電解質に対する電極面積のばらつき、更に
微小孔や多孔質体の孔径のばらつき等がある。このた
め、同じ電圧を印加した場合でも導電度や酸素拡散量の
違いから各センサ素子毎に各電流値およびその差が異な
り、電流値の差が湿度に応じて一定にならないためセン
サ素子に互換性がないとともに、電圧が印加されたとき
に水が電気分解するため、固体電解質および固体電解質
と電極との界面で劣化し易く、同電圧を印加しても長期
に亙って同じ特性が得られないため、各限界電流値の差
によって湿度を求めるものでは、長期に亙って安定した
湿度測定ができないという問題がある。
本願発明者は、上記の各事項に鑑み、被測定気体中の
水分濃度としての湿度測定方法について、簡便且つ長期
に亙って安定した測定ができるように研究および試験を
重ねた結果、印加電圧を次第に変更したときそれに応じ
て現れる電流値特性において、例えば、第５図の実線Ａ
に示すように、酸素濃度に応じた第１の平坦部F1として
現れる限界電流値IL1と水分濃度に応じた第２の平坦部F
2として現れる限界電流値IL2は、主に酸素拡散制御手段
（微小孔、多孔質体）による制御レベル、陰極と固体電
解質との接合面積および固体電解質の導電度に応じて決
まるものであり、各センサ素子毎にまたセンサ素子の劣
化の程度に応じて、例えば、破線Ｂに示すように、それ
ぞれ異なるものであるが、限界電流値IL1と限界電流値I
L2との比は、同一の湿度に対してはセンサ素子あるいは
その劣化の程度が異なっても一定であり、この比の値
は、水分濃度（湿度）に応じてのみ変化するものである
ことを見出だした。
水分濃度としての湿度測定方法について、簡便且つ長期
に亙って安定した測定ができるように研究および試験を
重ねた結果、印加電圧を次第に変更したときそれに応じ
て現れる電流値特性において、例えば、第５図の実線Ａ
に示すように、酸素濃度に応じた第１の平坦部F1として
現れる限界電流値IL1と水分濃度に応じた第２の平坦部F
2として現れる限界電流値IL2は、主に酸素拡散制御手段
（微小孔、多孔質体）による制御レベル、陰極と固体電
解質との接合面積および固体電解質の導電度に応じて決
まるものであり、各センサ素子毎にまたセンサ素子の劣
化の程度に応じて、例えば、破線Ｂに示すように、それ
ぞれ異なるものであるが、限界電流値IL1と限界電流値I
L2との比は、同一の湿度に対してはセンサ素子あるいは
その劣化の程度が異なっても一定であり、この比の値
は、水分濃度（湿度）に応じてのみ変化するものである
ことを見出だした。
本発明は、以上の研究の結果得られた非常に優れた湿
度測定方法を提供するものである。
度測定方法を提供するものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、酸素イオン導電性を有する固体電解質の表
面に多孔質体からなる一対の電極が密着して設けられる
とともに、前記電極に気体拡散を制限する気体拡散制御
手段が備えられた酸素センサの前記電極間に電圧を印加
して前記気体拡散制御手段によって制限される前記電極
間の限界電流値に基づいて被測定気体中の湿度を測定す
る湿度測定方法において、前記被測定気体中の酸素濃度
に応じて制限される第１の限界電流値と前記被測定気体
中の湿度に応じて制限される第２の限界電流値との比に
基づいて湿度を求めることを特徴とする。
面に多孔質体からなる一対の電極が密着して設けられる
とともに、前記電極に気体拡散を制限する気体拡散制御
手段が備えられた酸素センサの前記電極間に電圧を印加
して前記気体拡散制御手段によって制限される前記電極
間の限界電流値に基づいて被測定気体中の湿度を測定す
る湿度測定方法において、前記被測定気体中の酸素濃度
に応じて制限される第１の限界電流値と前記被測定気体
中の湿度に応じて制限される第２の限界電流値との比に
基づいて湿度を求めることを特徴とする。
［作用］ 本発明は、使用する酸素センサについて、陰電極への
拡散制限を行って電極間に電圧を印加した場合に、電極
間に流れる電流値として、酸素濃度に応じて現れる第１
の平坦部の電流値と、水分濃度に応じて現れる第２の平
坦部の電流値との比が、湿度に応じてのみ変化し、セン
サ素子のばらつきや劣化状態によって異なる固体電解質
や電極面積によっては変化しないことに基づいて、水分
濃度が求められることを利用したものである。
拡散制限を行って電極間に電圧を印加した場合に、電極
間に流れる電流値として、酸素濃度に応じて現れる第１
の平坦部の電流値と、水分濃度に応じて現れる第２の平
坦部の電流値との比が、湿度に応じてのみ変化し、セン
サ素子のばらつきや劣化状態によって異なる固体電解質
や電極面積によっては変化しないことに基づいて、水分
濃度が求められることを利用したものである。
以下、その手順を説明すると、使用する酸素センサに
ついて、第１の平坦部が現れる電圧値を電極間に印加し
て、そのときの電流値を求める。続いて、第２の平坦部
が現れる電圧値を印加して、その電流値を求める。
ついて、第１の平坦部が現れる電圧値を電極間に印加し
て、そのときの電流値を求める。続いて、第２の平坦部
が現れる電圧値を印加して、その電流値を求める。
それぞれの電流値から算出される比は湿度に応じた値
であることから、この比から湿度が容易に求められる。
であることから、この比から湿度が容易に求められる。
［発明の効果］ 本発明では、第１の平坦部における限界電流値と第２
の平坦部における限界電流値との比から湿度を求めるた
め、センサ素子のばらつきによって各限界電流値が異な
っていても、その影響を受けることなく湿度を求めるこ
とができる。
の平坦部における限界電流値との比から湿度を求めるた
め、センサ素子のばらつきによって各限界電流値が異な
っていても、その影響を受けることなく湿度を求めるこ
とができる。
従って、センサ素子に関する互換性が得られる。
また、センサ素子の劣化によって各限界電流値が変化
しても、各限界電流値による比は同一湿度に対しては同
じであり、湿度に応じてのみ変化するため、劣化の影響
を受けることなく、長期に亙って使用することができ
る。
しても、各限界電流値による比は同一湿度に対しては同
じであり、湿度に応じてのみ変化するため、劣化の影響
を受けることなく、長期に亙って使用することができ
る。
さらに、同一の酸素センサを利用してその印加電圧を
変えるだけで湿度を測定することができるため、被測定
気体を乾燥させる必要がなく、湿度測定装置等の測定系
が簡略化される。このとき、第１の平坦部および第２の
平坦部の電圧を交互に印加するだけで、そのときどきの
水分濃度を測定することができる。従って応答性のよい
測定を行うことができる。
変えるだけで湿度を測定することができるため、被測定
気体を乾燥させる必要がなく、湿度測定装置等の測定系
が簡略化される。このとき、第１の平坦部および第２の
平坦部の電圧を交互に印加するだけで、そのときどきの
水分濃度を測定することができる。従って応答性のよい
測定を行うことができる。
［実施例］ 次に本発明の湿度測定方法を実施例に基づいて説明す
る。
る。
第２図は本発明を実施する際に用いられる酸素センサ
１を示す。
１を示す。
酸素センサ１は、センサ素子10とセラミックヒータ20
とからなる。
とからなる。
センサ素子10は、酸素イオン導電板11、陽電極12、陰
電極13、アルミナ多孔質層14、グレーズ層15からなる。
電極13、アルミナ多孔質層14、グレーズ層15からなる。
酸素イオン導電板11は、酸化ジルコニウムに安定化剤
として酸化イットリウムを添加固溶させた固体電解質と
しての安定化ジルコニア製の板である。本実施例では、
酸素イオン導電板11は、５×7mm四方で厚み0.3mmのもの
を使用している。
として酸化イットリウムを添加固溶させた固体電解質と
しての安定化ジルコニア製の板である。本実施例では、
酸素イオン導電板11は、５×7mm四方で厚み0.3mmのもの
を使用している。
酸素イオン導電板11の一方の面には、陽電極12および
陰電極13が間隔をおいて形成される。各電極12、13は、
酸素イオン導電板11上に白金ペーストを印刷し、酸素イ
オン導電板11と同時に1500℃で焼成された多孔質をなす
白金電極で、陽電極12および陰電極13は、それぞれ電極
部12a、13aと通電用の接続部12b、13bとからなる。
陰電極13が間隔をおいて形成される。各電極12、13は、
酸素イオン導電板11上に白金ペーストを印刷し、酸素イ
オン導電板11と同時に1500℃で焼成された多孔質をなす
白金電極で、陽電極12および陰電極13は、それぞれ電極
部12a、13aと通電用の接続部12b、13bとからなる。
陰電極13側の酸素イオン導電板11上には、アルミナ粉
にガラスを混ぜたペーストを塗布したアルミナ多孔質層
14が陰電極13の電極部13aと接続部13bの一部のみを覆う
ようにして設けられ、さらにアルミナ多孔質層14は、陰
電極13の電極部13aへ被測定気体が触れないようにする
ためにガラスを塗布したレーズ層15によって電極部13a
および接続部13bの一部とともに覆われ、アルミナ多孔
質層14およびグレーズ層15は850℃〜900℃で酸素イオン
導電板11に焼付けられている。
にガラスを混ぜたペーストを塗布したアルミナ多孔質層
14が陰電極13の電極部13aと接続部13bの一部のみを覆う
ようにして設けられ、さらにアルミナ多孔質層14は、陰
電極13の電極部13aへ被測定気体が触れないようにする
ためにガラスを塗布したレーズ層15によって電極部13a
および接続部13bの一部とともに覆われ、アルミナ多孔
質層14およびグレーズ層15は850℃〜900℃で酸素イオン
導電板11に焼付けられている。
従って、第３図に示すとおり、陰電極13の電極部13a
は被測定気体と隔離され、陰電極13の接続部13bはグレ
ーズ層15から露出するため、グレーズ層15の端部15aと
酸素イオン導電板11との間の接続部13bでは、各電極1
2、13に電圧が印加されたとき、酸素拡散量および水蒸
気拡散量を制御するための気体拡散制御体を兼用するこ
とになる。
は被測定気体と隔離され、陰電極13の接続部13bはグレ
ーズ層15から露出するため、グレーズ層15の端部15aと
酸素イオン導電板11との間の接続部13bでは、各電極1
2、13に電圧が印加されたとき、酸素拡散量および水蒸
気拡散量を制御するための気体拡散制御体を兼用するこ
とになる。
ここでは各電極12、13は、厚みｔを20μｍとし、各電
極部12a、13aは、一辺を2.5mmとする正方形とした。
極部12a、13aは、一辺を2.5mmとする正方形とした。
また、接続部13bでは、第１図に示すとおり、幅Ｗを1
mmとし、グレーズ層15によって覆われる長さＬを2mmと
した。
mmとし、グレーズ層15によって覆われる長さＬを2mmと
した。
ここで、電極部12a、13aの面積をＳ、接続部13bの幅
Ｗと厚みｔとの積によって与えられる断面積をｓとする
と、電極部13aへの酸素の拡散量は、断面積ｓに比例
し、長さＬに反比例する。
Ｗと厚みｔとの積によって与えられる断面積をｓとする
と、電極部13aへの酸素の拡散量は、断面積ｓに比例
し、長さＬに反比例する。
これらの値に基づいて、限界電流値を得る実用上特に
有効な陰電極13の電極部13aの面積Ｓに対する気体拡散
電極としての接続部13bとの比Ｒの範囲を求めると、 Ｒ＝s/L/S＝１×10-5〜８×10-2 であり、本実施例では、ｓ＝0.02、Ｌ＝２、Ｓ＝6.25で
あることから、この比Ｒの値は、Ｒ＝1.6×10-3であっ
た。
有効な陰電極13の電極部13aの面積Ｓに対する気体拡散
電極としての接続部13bとの比Ｒの範囲を求めると、 Ｒ＝s/L/S＝１×10-5〜８×10-2 であり、本実施例では、ｓ＝0.02、Ｌ＝２、Ｓ＝6.25で
あることから、この比Ｒの値は、Ｒ＝1.6×10-3であっ
た。
センサ素子10は、セラミックヒータ20にガラスを塗布
して約800℃で焼付装着される。
して約800℃で焼付装着される。
セラミックヒータ20は、第４図に示すとおり、アルミ
ナ（Al2O3）96％のグリーンシート20A面に、ヒータパタ
ーン20aを形成するようにタングステン（Ｗ）からなる
金属ペーストを印刷し、さらに同種のグリーンシート20
Bを被覆して焼成した板状のヒータで、セラミックヒー
タ20内のヒータパターン20aの両端は、導体パターン20
b、20cによって、セラミックヒータ20の表面20dの電極2
1、22とそれぞれ接続されている。
ナ（Al2O3）96％のグリーンシート20A面に、ヒータパタ
ーン20aを形成するようにタングステン（Ｗ）からなる
金属ペーストを印刷し、さらに同種のグリーンシート20
Bを被覆して焼成した板状のヒータで、セラミックヒー
タ20内のヒータパターン20aの両端は、導体パターン20
b、20cによって、セラミックヒータ20の表面20dの電極2
1、22とそれぞれ接続されている。
ここでは、多孔質からなる陰電極13の接続部13bによ
って気体拡散制限を行うため、セラミックヒータ20のヒ
ータパターン20aは、各電極12、13の電極部12a、13aの
みを局所加熱するようにして、接続部13bにおけるポン
ピングを防止している。
って気体拡散制限を行うため、セラミックヒータ20のヒ
ータパターン20aは、各電極12、13の電極部12a、13aの
みを局所加熱するようにして、接続部13bにおけるポン
ピングを防止している。
セラミックヒータ20の中央部には、センサ素子10への
加熱効率をよくするために、通気口23が形成され、また
センサ素子10が焼付けられる部分には、表裏を貫通した
貫通孔24、25、26がそれぞれ複数列に渡って設けられて
いる。
加熱効率をよくするために、通気口23が形成され、また
センサ素子10が焼付けられる部分には、表裏を貫通した
貫通孔24、25、26がそれぞれ複数列に渡って設けられて
いる。
また、セラミックヒータ20の表面20dには、センサ素
子10の各電極12、13への通電のために、酸化ルテニウム
のプリントパターンによって各接続部12b、13bと接続さ
れたセンサ電極27、28が設けられている。なお、センサ
電極27、28は、パターン形成用ペーストをプリントし、
センサ素子10を焼付装着させる際に、同時に焼付けされ
る。
子10の各電極12、13への通電のために、酸化ルテニウム
のプリントパターンによって各接続部12b、13bと接続さ
れたセンサ電極27、28が設けられている。なお、センサ
電極27、28は、パターン形成用ペーストをプリントし、
センサ素子10を焼付装着させる際に、同時に焼付けされ
る。
以上の構成からなる本実施例の酸素センサ１は、第１
図に示すとおり、各センサ電極27、28間に電源Ｅから電
圧が印加される湿度測定装置100のセンサ部として用い
られる。
図に示すとおり、各センサ電極27、28間に電源Ｅから電
圧が印加される湿度測定装置100のセンサ部として用い
られる。
湿度測定装置100は、電圧制御部101、電流測定部10
2、演算部103と、全体を制御する制御部104からなり、
電源Ｅの電圧が各平坦部F1、F2に対応する電圧に変換さ
れ、それぞれの印加電圧における電流値が限界電流値I
L1、IL2として測定され、これらの電流値に基づいて所
定の演算によって算出される電流値比RIによって湿度が
求められる。
2、演算部103と、全体を制御する制御部104からなり、
電源Ｅの電圧が各平坦部F1、F2に対応する電圧に変換さ
れ、それぞれの印加電圧における電流値が限界電流値I
L1、IL2として測定され、これらの電流値に基づいて所
定の演算によって算出される電流値比RIによって湿度が
求められる。
またこのとき、セラミックヒータ20はヒータ用電源10
5によって通電されて、センサ素子10の各電極部12a、13
aを中心として300℃〜700℃に維持する。
5によって通電されて、センサ素子10の各電極部12a、13
aを中心として300℃〜700℃に維持する。
以下、酸素センサ１の作用を説明する。
酸素センサ１が被測定気体中に配され、陽電極12、陰
電極13間に電圧が印加されると、グレーズ層15で覆われ
た電極部13a内の酸素はイオン化されて酸素イオンとな
り、被測定気体中の酸素は、陰電極13から陽電極12へ印
加電圧に応じて陽電極12へポンピングされる。
電極13間に電圧が印加されると、グレーズ層15で覆われ
た電極部13a内の酸素はイオン化されて酸素イオンとな
り、被測定気体中の酸素は、陰電極13から陽電極12へ印
加電圧に応じて陽電極12へポンピングされる。
このとき、陰電極13では、電極部13aのみが局所加熱
され、接続部13bは酸素イオン導電性を示す程十分に加
熱されないため、酸素は、接続部13bからグレーズ層15
で覆われた電極部13a内へ拡散する。
され、接続部13bは酸素イオン導電性を示す程十分に加
熱されないため、酸素は、接続部13bからグレーズ層15
で覆われた電極部13a内へ拡散する。
電極間に流れる電流値は、第５図に示すとおり、印加
電圧を高くすると、印加電圧に応じて増大する。
電圧を高くすると、印加電圧に応じて増大する。
印加電圧が電圧値V1〜V2においては、電極部13a内へ
の酸素拡散量は陰電極13の接続部13bで制御され、被測
定気体中の酸素濃度に応じて制限されるため、拡散量が
制限されるとそれに伴って電流値も制限されて、拡散制
限電流値IL1となり、第１の平坦部F1を示す。
の酸素拡散量は陰電極13の接続部13bで制御され、被測
定気体中の酸素濃度に応じて制限されるため、拡散量が
制限されるとそれに伴って電流値も制限されて、拡散制
限電流値IL1となり、第１の平坦部F1を示す。
印加電圧が、拡散制限電流値IL1が得られる電圧値V1
〜V2よりさらに高くなると、被測定気体中の水分（水蒸
気）が分解され、その分解で生じた酸素イオンが、陽電
極12へポンピングされるため、このとき水分（水蒸気）
も陰電極13の接続部13bから電極部13a内へ拡散し、拡散
量に応じて電流値が増大する。
〜V2よりさらに高くなると、被測定気体中の水分（水蒸
気）が分解され、その分解で生じた酸素イオンが、陽電
極12へポンピングされるため、このとき水分（水蒸気）
も陰電極13の接続部13bから電極部13a内へ拡散し、拡散
量に応じて電流値が増大する。
印加電圧をさらに高くして電圧値V3〜V4にすると、電
流値は水分濃度に応じてさらに増大するが、陰電極13の
接続部13bで水分の拡散量が制限されると、それに伴っ
て電流値も制限されて、水分濃度に応じた拡散制限電流
値IL2となり、第２の平坦部F2を示す。
流値は水分濃度に応じてさらに増大するが、陰電極13の
接続部13bで水分の拡散量が制限されると、それに伴っ
て電流値も制限されて、水分濃度に応じた拡散制限電流
値IL2となり、第２の平坦部F2を示す。
ここで、これらの拡散制限電流値IL1、IL2は、主に酸
素拡散制御手段としての接続部13bによる制御の程度
や、酸素イオン導電板11の密度や厚み、酸素イオン導電
板11の表面に形成された陰電極13の電極部13aの面積等
によって決まるものであり、酸素センサ１の製造時のば
らつきによって、個々の酸素センサ１毎に異なるが、拡
散制御電流値IL1と拡散制限電流値IL2との電流値比RI
（例えばRI＝IL2/IL1）は、被測定気体中の湿度（水分
濃度）が一定であればそれに応じて一定の値を示す。
素拡散制御手段としての接続部13bによる制御の程度
や、酸素イオン導電板11の密度や厚み、酸素イオン導電
板11の表面に形成された陰電極13の電極部13aの面積等
によって決まるものであり、酸素センサ１の製造時のば
らつきによって、個々の酸素センサ１毎に異なるが、拡
散制御電流値IL1と拡散制限電流値IL2との電流値比RI
（例えばRI＝IL2/IL1）は、被測定気体中の湿度（水分
濃度）が一定であればそれに応じて一定の値を示す。
従って、電流値比RIと湿度（水分濃度）との関係を予
め測定しておけば、電流値比RIに対応する湿度を求める
ことができる。
め測定しておけば、電流値比RIに対応する湿度を求める
ことができる。
第６図に、被測定気体中（大気）の酸素濃度が一定の
場合の、湿度変化に対する各平坦部F1、F2の電流値
IL1、IL2の特性の一例を示す。
場合の、湿度変化に対する各平坦部F1、F2の電流値
IL1、IL2の特性の一例を示す。
第６図中、実線は第１の平坦部F1における拡散制限電
極値IL1を、破線は第２の平坦部F2における拡散制限電
流値IL2を、被測定気体中（大気）の温度がそれぞれ40
℃、60℃、80℃の場合について示す。
極値IL1を、破線は第２の平坦部F2における拡散制限電
流値IL2を、被測定気体中（大気）の温度がそれぞれ40
℃、60℃、80℃の場合について示す。
ここから、電流値比RIと水蒸気圧との関係を求める
と、第７図に示すように、電流値比RIと水蒸気圧とは比
例関係にあることが分かる。
と、第７図に示すように、電流値比RIと水蒸気圧とは比
例関係にあることが分かる。
従って、電圧制御部101では、各平坦部F1、F2に相当
する電圧をそれぞれ印加して、それに応じて電流測定部
102では各拡散制限電流値IL1、IL2を測定し、演算部103
でこれらの電流値IL1、IL2から電流比RIを算出して、湿
度（水分濃度）が容易に測定できる。
する電圧をそれぞれ印加して、それに応じて電流測定部
102では各拡散制限電流値IL1、IL2を測定し、演算部103
でこれらの電流値IL1、IL2から電流比RIを算出して、湿
度（水分濃度）が容易に測定できる。
以上のとおり、本発明によれば、従来のように、被測
定気体を乾燥させる必要がないため、湿度測定装置の測
定系が簡略化される。また、酸素濃度が一定の場合に、
精度のよい湿度測定を行うことができる。さらに、被測
定気体中の酸素濃度が変化する場合にも測定系を変更す
ることなく簡単に対応でき、精度良く湿度測定を行うこ
とができる。
定気体を乾燥させる必要がないため、湿度測定装置の測
定系が簡略化される。また、酸素濃度が一定の場合に、
精度のよい湿度測定を行うことができる。さらに、被測
定気体中の酸素濃度が変化する場合にも測定系を変更す
ることなく簡単に対応でき、精度良く湿度測定を行うこ
とができる。
一方、本実施例では、各平坦部における電流値比から
湿度を求めるため、センサ素子のばらつきによって各限
界電流値が異なっていてもその影響を受けないため、セ
ンサ素子の破損等の場合にセンサ素子に互換性がある。
湿度を求めるため、センサ素子のばらつきによって各限
界電流値が異なっていてもその影響を受けないため、セ
ンサ素子の破損等の場合にセンサ素子に互換性がある。
また、センサ素子の劣化によって各限界電流値が変化
しても、劣化の影響を受けることなく、長期に亙って使
用することができる。
しても、劣化の影響を受けることなく、長期に亙って使
用することができる。
以上の実施例では、第１図等に示す上記の酸素センサ
１を使用したが、第２実施例として使用する酸素センサ
は第８図に示すように、酸素イオン導電板30の対向する
面に陽電極31と陰電極32をそれぞれ設け、陰電極32を微
小孔33を備えた函体34によって覆い、空隙部35への酸素
拡散制限および水蒸気拡散制限を微小孔33によって行う
ものや、第９図に示す第３実施例のように、陰電極32を
多孔質からなる函体36で覆って、空隙部35への酸素拡散
制限および水蒸気拡散制限を行うものでもよい。
１を使用したが、第２実施例として使用する酸素センサ
は第８図に示すように、酸素イオン導電板30の対向する
面に陽電極31と陰電極32をそれぞれ設け、陰電極32を微
小孔33を備えた函体34によって覆い、空隙部35への酸素
拡散制限および水蒸気拡散制限を微小孔33によって行う
ものや、第９図に示す第３実施例のように、陰電極32を
多孔質からなる函体36で覆って、空隙部35への酸素拡散
制限および水蒸気拡散制限を行うものでもよい。
また電流値比をIL1/IL2としてもよい。
第１図から第４図はいずれも本発明方法の実施のための
第１実施例を示し、第１図は湿度測定装置の概略図、第
２図は酸素センサの斜視図、第３図は酸素センサの断面
図、第４図は本実施例のセラミックヒータの構成を示す
斜視図、第５図は第１実施例の酸素センサにおける電圧
−電流特性図、第６図は第１実施例における湿度に対す
る各平坦部の電流値特性を示す特性図、第７図は第１実
施例に酸素センサにおける電流値比と水蒸気圧との関係
を示す特性図、第８図は本発明を実施するための第２実
施例を示す概略図、第９図は本発明を実施するための第
３実施例を示す概略図である。 図中、１……酸素センサ、11……酸素イオン導電板（固
体電解質）、12……陽電極、13……陰電極、13b……接
続部（気体拡散制御手段）、100……湿度測定装置。
第１実施例を示し、第１図は湿度測定装置の概略図、第
２図は酸素センサの斜視図、第３図は酸素センサの断面
図、第４図は本実施例のセラミックヒータの構成を示す
斜視図、第５図は第１実施例の酸素センサにおける電圧
−電流特性図、第６図は第１実施例における湿度に対す
る各平坦部の電流値特性を示す特性図、第７図は第１実
施例に酸素センサにおける電流値比と水蒸気圧との関係
を示す特性図、第８図は本発明を実施するための第２実
施例を示す概略図、第９図は本発明を実施するための第
３実施例を示す概略図である。 図中、１……酸素センサ、11……酸素イオン導電板（固
体電解質）、12……陽電極、13……陰電極、13b……接
続部（気体拡散制御手段）、100……湿度測定装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−147854（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−42459（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−175657（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−42460（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−85351（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−38645（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 27/416 G01N 27/41
Claims (1)
- 【請求項１】酸素イオン導電性を有する固体電解質の表
面に多孔質体からなる一対の電極が密着して設けられる
とともに、前記電極に気体拡散を制限する気体拡散制御
手段が備えられた酸素センサの前記電極間に電圧を印加
して前記気体拡散制御手段によって制限される前記電極
間の限界電流値に基づいて被測定気体中の湿度を測定す
る湿度測定方法において、 前記被測定気体中の酸素濃度に応じて制限される第１の
限界電流値と前記被測定気体中の湿度に応じて制限され
る第２の限界電流値との比に基づいて湿度を求めること
を特徴とする酸素センサを用いた湿度測定方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2160742A JP2857229B2 (ja) | 1990-06-19 | 1990-06-19 | 酸素センサを用いた湿度測定方法 |
| US07/716,914 US5281314A (en) | 1990-06-19 | 1991-06-18 | Method of measuring humidity by using an electrochemical cell |
| DE69106941T DE69106941T2 (de) | 1990-06-19 | 1991-06-19 | Methode zur Feuchtigkeitsmessung mit Hilfe einer elektrochemischen Zelle. |
| EP91305547A EP0462819B1 (en) | 1990-06-19 | 1991-06-19 | A method of measuring humidity by using an electrochemical cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2160742A JP2857229B2 (ja) | 1990-06-19 | 1990-06-19 | 酸素センサを用いた湿度測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0450763A JPH0450763A (ja) | 1992-02-19 |
| JP2857229B2 true JP2857229B2 (ja) | 1999-02-17 |
Family
ID=15721476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2160742A Expired - Fee Related JP2857229B2 (ja) | 1990-06-19 | 1990-06-19 | 酸素センサを用いた湿度測定方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP0462819B1 (ja) |
| JP (1) | JP2857229B2 (ja) |
| DE (1) | DE69106941T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09257746A (ja) * | 1996-03-21 | 1997-10-03 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 限界電流式ガスセンサのクリーニング方法とその方法を利用したガス濃度検出装置 |
| JP3760573B2 (ja) * | 1997-06-11 | 2006-03-29 | 株式会社デンソー | ＮＯｘセンサの製造方法及びＮＯｘセンサ |
| US6629444B2 (en) * | 2001-08-08 | 2003-10-07 | Industrial Scientific Corporation | Method and apparatus for diagnosing gas sensors |
| WO2012064322A1 (en) * | 2010-11-09 | 2012-05-18 | Empire Technology Development Llc | Gas sensor testing device |
| JP6233343B2 (ja) * | 2015-04-02 | 2017-11-22 | トヨタ自動車株式会社 | ガスセンサの異常診断システム |
| CN109115857A (zh) * | 2018-09-14 | 2019-01-01 | 东北大学 | 一种高温下湿度监测传感器及其制备方法和应用 |
| CN111913514B (zh) * | 2020-07-03 | 2022-11-25 | 华帝股份有限公司 | 一种蒸汽烹饪装置及湿度控制方法 |
| CN111938420B (zh) * | 2020-07-14 | 2022-07-15 | 华帝股份有限公司 | 一种湿度控制系统、控制方法及蒸汽烹饪装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3215534A1 (de) * | 1981-04-27 | 1982-11-18 | Fuji Electric Co., Ltd., Kawasaki, Kanagawa | Verfahren zur bestimmung des wasserdampfanteils in einem sauerstoff enthaltenden gasgemisch |
| JPH0676990B2 (ja) * | 1986-09-30 | 1994-09-28 | 日本碍子株式会社 | 高温ガス中の二酸化炭素および水分測定装置 |
| DE68929412T2 (de) * | 1988-11-29 | 2002-10-17 | Ngk Spark Plug Co | Verfahren zur Bestimmung der Referenzstromstärke bei Nullfeuchtigheit für einen Feuchtigheitssensor unter Verwendung einer elektrochemischen Zelle |
| US4938847A (en) * | 1989-08-18 | 1990-07-03 | American Telephone And Telegraph Company | Method of manufacturing semiconductor devices, involving the detection of water |
-
1990
- 1990-06-19 JP JP2160742A patent/JP2857229B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-06-18 US US07/716,914 patent/US5281314A/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-06-19 EP EP91305547A patent/EP0462819B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-06-19 DE DE69106941T patent/DE69106941T2/de not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69106941D1 (de) | 1995-03-09 |
| EP0462819A1 (en) | 1991-12-27 |
| EP0462819B1 (en) | 1995-01-25 |
| DE69106941T2 (de) | 1995-05-24 |
| JPH0450763A (ja) | 1992-02-19 |
| US5281314A (en) | 1994-01-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |