JP3301014B2 - 酸素濃度測定方法及び酸素濃度センサ - Google Patents
酸素濃度測定方法及び酸素濃度センサInfo
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- JP3301014B2 JP3301014B2 JP18628996A JP18628996A JP3301014B2 JP 3301014 B2 JP3301014 B2 JP 3301014B2 JP 18628996 A JP18628996 A JP 18628996A JP 18628996 A JP18628996 A JP 18628996A JP 3301014 B2 JP3301014 B2 JP 3301014B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、雰囲気中の酸素濃
度を測定する方法、及び、酸素濃度センサに関する。
度を測定する方法、及び、酸素濃度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガス中の酸素濃度を測定する方法として
は、磁気式、ガルバニ電池式、ジルコニア式等の測定方
法が知られている。このうち、ジルコニア式酸素濃度測
定法は装置がコンパクトであり、かつ、応答性及び精度
が良いため広く用いられている。
は、磁気式、ガルバニ電池式、ジルコニア式等の測定方
法が知られている。このうち、ジルコニア式酸素濃度測
定法は装置がコンパクトであり、かつ、応答性及び精度
が良いため広く用いられている。
【０００３】ジルコニア式酸素濃度測定法には、ジルコ
ニア膜の酸素イオン伝導性を利用するものであり、この
測定法には大きく分けて２通りの方法が知られている。
１つは濃淡電池法であり、これは酸素イオン伝導体であ
る安定化ジルコニア膜を挟んで一対のガス透過性電極が
配置されていて、このジルコニア膜の両側の酸素濃度の
差によって生じる電極間電位差を測定して濃度差に換算
するものである。なお、この方法では、酸素濃度が既知
の参照ガスが必要である。
ニア膜の酸素イオン伝導性を利用するものであり、この
測定法には大きく分けて２通りの方法が知られている。
１つは濃淡電池法であり、これは酸素イオン伝導体であ
る安定化ジルコニア膜を挟んで一対のガス透過性電極が
配置されていて、このジルコニア膜の両側の酸素濃度の
差によって生じる電極間電位差を測定して濃度差に換算
するものである。なお、この方法では、酸素濃度が既知
の参照ガスが必要である。
【０００４】他方は限界電流法である。安定ジルコニア
膜を挟んで１対のガス透過性電極が配置されており、こ
の電極に電圧を印加するとジルコニア膜の陽極側から陰
極側へ酸素イオンが移動する酸素ポンプ作用を利用し、
かつ、小孔を有するカバー、あるいは多孔質体（以下両
者を「酸素ガス拡散律速体」と云う）によって酸素ガス
のセンサへの供給を律速することにより酸素濃度に対応
した電流値を得てこれを酸素濃度に換算するものであ
る。
膜を挟んで１対のガス透過性電極が配置されており、こ
の電極に電圧を印加するとジルコニア膜の陽極側から陰
極側へ酸素イオンが移動する酸素ポンプ作用を利用し、
かつ、小孔を有するカバー、あるいは多孔質体（以下両
者を「酸素ガス拡散律速体」と云う）によって酸素ガス
のセンサへの供給を律速することにより酸素濃度に対応
した電流値を得てこれを酸素濃度に換算するものであ
る。
【０００５】なお、限界電流法では濃淡電池法とは異な
り酸素濃度既知の参照ガスが不要であるものの、上述の
酸素ガスの輸送過程を律速するために用いられる酸素ガ
ス拡散律速体の小孔はメタンや水素のように酸素分子よ
り小さい分子により、酸素のセンサへの供給が制限され
てしまうため、燃焼排ガス中のメタンや水素を含む雰囲
気中の計測において、実際の酸素濃度より低い値を示
す。また、限界電流法ではジルコニア膜に充分な酸素イ
オン伝導性を付与するために７００℃程度の高温に保つ
必要があるため、測定対象雰囲気中に可燃性ガスがある
場合、センサ表面でこの可燃性ガスが燃焼して酸素が消
費されるために計測誤差が生じやすい。
り酸素濃度既知の参照ガスが不要であるものの、上述の
酸素ガスの輸送過程を律速するために用いられる酸素ガ
ス拡散律速体の小孔はメタンや水素のように酸素分子よ
り小さい分子により、酸素のセンサへの供給が制限され
てしまうため、燃焼排ガス中のメタンや水素を含む雰囲
気中の計測において、実際の酸素濃度より低い値を示
す。また、限界電流法ではジルコニア膜に充分な酸素イ
オン伝導性を付与するために７００℃程度の高温に保つ
必要があるため、測定対象雰囲気中に可燃性ガスがある
場合、センサ表面でこの可燃性ガスが燃焼して酸素が消
費されるために計測誤差が生じやすい。
【０００６】また、燃焼排ガス関連以外に酸素センサが
用いられる例として、各種半導体の実装工程で用いられ
る窒素リフローソルダリング装置が挙げられる。この装
置には金属の酸化防止の目的で低酸素濃度に保つため、
酸素濃度計が必要とされているが、この分野に限界電流
式センサを応用するとフラックス蒸気中に含まれるハイ
ドロカーボン等の可燃ガスにより誤差が生じる。
用いられる例として、各種半導体の実装工程で用いられ
る窒素リフローソルダリング装置が挙げられる。この装
置には金属の酸化防止の目的で低酸素濃度に保つため、
酸素濃度計が必要とされているが、この分野に限界電流
式センサを応用するとフラックス蒸気中に含まれるハイ
ドロカーボン等の可燃ガスにより誤差が生じる。
【０００７】また、ソルダリング終了後にフラックス除
去のために用いるイソプロピルアルコール等の有機溶媒
の蒸発が多い場合など、これらの雰囲気中の濃度が高く
なると、ジルコニア式センサの表面で燃焼して酸素を消
費してしまうため計測不能となる。また、活性炭等によ
る吸着式フィルターによって測定対象ガスから干渉成分
を予め除去することにより上記障害を防ぐことも可能で
あるが、この場合、フィルターの能力が飽和しやすく、
そのため交換・洗浄等のメンテナンスにも多くの労力が
必要となる。
去のために用いるイソプロピルアルコール等の有機溶媒
の蒸発が多い場合など、これらの雰囲気中の濃度が高く
なると、ジルコニア式センサの表面で燃焼して酸素を消
費してしまうため計測不能となる。また、活性炭等によ
る吸着式フィルターによって測定対象ガスから干渉成分
を予め除去することにより上記障害を防ぐことも可能で
あるが、この場合、フィルターの能力が飽和しやすく、
そのため交換・洗浄等のメンテナンスにも多くの労力が
必要となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の欠点を解決する、すなわち、メンテナンスや参照ガ
スを不要としながら、可燃性ガスの存在下でも精度良く
酸素濃度を測定できる酸素濃度測定方法を提供すること
を目的とする。
術の欠点を解決する、すなわち、メンテナンスや参照ガ
スを不要としながら、可燃性ガスの存在下でも精度良く
酸素濃度を測定できる酸素濃度測定方法を提供すること
を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の酸素濃度測定方
法は請求項１に記載のとおり、酸素のみを透過する酸素
フィルター機構によって内外の酸素濃度を等しくしたケ
ース内部の酸素濃度を測定する構成を有する。このよう
な構成により、可燃性ガス等の影響を受けずに酸素濃度
を測定することができる。
法は請求項１に記載のとおり、酸素のみを透過する酸素
フィルター機構によって内外の酸素濃度を等しくしたケ
ース内部の酸素濃度を測定する構成を有する。このよう
な構成により、可燃性ガス等の影響を受けずに酸素濃度
を測定することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明において、酸素のみを透過
する酸素フィルター機構は、特定の大きさの分子を通過
することで知られているクラウンエーテル等を有する化
合物を応用したり、特定の直径を有する連続する細孔を
有するゼオライト結晶を高分子膜に混合して形成しても
良いが、少なくともケースの一部を酸素イオン伝導体で
構成し、この酸素イオン伝導体を挟んで電極対を配する
ことによっても構成することができる。
する酸素フィルター機構は、特定の大きさの分子を通過
することで知られているクラウンエーテル等を有する化
合物を応用したり、特定の直径を有する連続する細孔を
有するゼオライト結晶を高分子膜に混合して形成しても
良いが、少なくともケースの一部を酸素イオン伝導体で
構成し、この酸素イオン伝導体を挟んで電極対を配する
ことによっても構成することができる。
【００１１】酸素のみを透過する酸素フィルター機構
を、少なくともケースの一部を酸素イオン伝導体で構成
し、この酸素イオン伝導体を挟んでケースの内外にそれ
ぞれ電極を配することによっても構成すると酸素イオン
伝導体内をケース内外の酸素濃度を均一にする方向に酸
素イオンが移動し、最終的にはケース内外の酸素濃度が
等しくなる。
を、少なくともケースの一部を酸素イオン伝導体で構成
し、この酸素イオン伝導体を挟んでケースの内外にそれ
ぞれ電極を配することによっても構成すると酸素イオン
伝導体内をケース内外の酸素濃度を均一にする方向に酸
素イオンが移動し、最終的にはケース内外の酸素濃度が
等しくなる。
【００１２】なお、酸素イオン伝導体としては安定化ジ
ルコニアが知られている。安定化ジルコニアは酸素イオ
ン導電体として働くためには２５０℃程度以上の温度に
保つ必要があるが、窒素リフローソルダリング装置の内
部環境ガス等の比較的高温のガスが測定対象の場合には
特に加熱する必要がなく、また、酸素フィルター機構表
面での酸素ガスの消費を避けるためにも、可能な限り低
い温度であることが望ましい。なお、メタンガスがこの
ような酸素フィルター機構の表面雰囲気で燃焼する温度
としては４００℃程度であり、２５０℃程度ではフィル
ター機構表面雰囲気の酸素濃度に大きな影響を与えな
い。なお、使用環境温度が２５０℃程度以下の場合には
ケースにヒータ等の加熱手段を設けることにより対応す
ることが可能となる。
ルコニアが知られている。安定化ジルコニアは酸素イオ
ン導電体として働くためには２５０℃程度以上の温度に
保つ必要があるが、窒素リフローソルダリング装置の内
部環境ガス等の比較的高温のガスが測定対象の場合には
特に加熱する必要がなく、また、酸素フィルター機構表
面での酸素ガスの消費を避けるためにも、可能な限り低
い温度であることが望ましい。なお、メタンガスがこの
ような酸素フィルター機構の表面雰囲気で燃焼する温度
としては４００℃程度であり、２５０℃程度ではフィル
ター機構表面雰囲気の酸素濃度に大きな影響を与えな
い。なお、使用環境温度が２５０℃程度以下の場合には
ケースにヒータ等の加熱手段を設けることにより対応す
ることが可能となる。
【００１３】上記のように電極をショートさせる場合、
ケース内外の酸素濃度の均等化にはある程度時間が必要
である。そこで、電極対に積極的に電圧を印加し、上記
酸素イオンの移動を積極的に行っても良い。この場合に
はケース内外の酸素濃度を比較しながら行うことが必要
である。このための手段として、たとえばケースの内外
の酸素濃度を測定する濃度差電池等の測定手段を別途設
けても良いが、上記電圧の印加を中断すれば濃度差電池
となるため、例えば、間欠的に電圧を印加し、印加して
いないときに電極間電圧を測定することにより、ケース
内部の酸素濃度差を検知することにより、適正な印加電
圧（電流）に制御することにより、ケース内外の酸素濃
度を速やかに一致させることができる。
ケース内外の酸素濃度の均等化にはある程度時間が必要
である。そこで、電極対に積極的に電圧を印加し、上記
酸素イオンの移動を積極的に行っても良い。この場合に
はケース内外の酸素濃度を比較しながら行うことが必要
である。このための手段として、たとえばケースの内外
の酸素濃度を測定する濃度差電池等の測定手段を別途設
けても良いが、上記電圧の印加を中断すれば濃度差電池
となるため、例えば、間欠的に電圧を印加し、印加して
いないときに電極間電圧を測定することにより、ケース
内部の酸素濃度差を検知することにより、適正な印加電
圧（電流）に制御することにより、ケース内外の酸素濃
度を速やかに一致させることができる。
【００１４】本発明において、ケースの酸素フィルター
機構以外の箇所は気密性のものであれば材質を問わな
い。そのため、測定の対象とする環境に応じた材質を選
択できる。またケースは形状も問わないが、内部の空間
はできるだけ小さい方が応答性が良好となる。なお、内
部の空間のデッドスペースが大きい場合には、アルミナ
等のスペーサを併用することが望ましい。
機構以外の箇所は気密性のものであれば材質を問わな
い。そのため、測定の対象とする環境に応じた材質を選
択できる。またケースは形状も問わないが、内部の空間
はできるだけ小さい方が応答性が良好となる。なお、内
部の空間のデッドスペースが大きい場合には、アルミナ
等のスペーサを併用することが望ましい。
【００１５】ケース内部の酸素濃度を測定する手段とし
ては、濃淡電池式酸素濃度測定素子等の応用も可能であ
るものの参照ガスが得られにくいことから、限界電流式
酸素濃度測定素子を用いることが望ましい。このもの
は、非常にコンパクトにすることができ、かつ、応答性
が良好である。なお、一般に限界電流式酸素濃度測定素
子の場合、その酸素イオン導電体である安定化ジルコニ
アは７００℃程度の温度に保たれる必要があるが、ケー
ス内には可燃性ガスがなく、また酸素ガス拡散律速体で
のメタンガスや水素ガスによる妨害もなくなるため、そ
の測定は正確なものとなる。
ては、濃淡電池式酸素濃度測定素子等の応用も可能であ
るものの参照ガスが得られにくいことから、限界電流式
酸素濃度測定素子を用いることが望ましい。このもの
は、非常にコンパクトにすることができ、かつ、応答性
が良好である。なお、一般に限界電流式酸素濃度測定素
子の場合、その酸素イオン導電体である安定化ジルコニ
アは７００℃程度の温度に保たれる必要があるが、ケー
ス内には可燃性ガスがなく、また酸素ガス拡散律速体で
のメタンガスや水素ガスによる妨害もなくなるため、そ
の測定は正確なものとなる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 〔実施例１〕図１（ａ）には、酸素のみを透過する酸素
フィルター機構を有するケース内に酸素濃度測定素子が
設置されている酸素濃度センサの一例の断面を示した。
図中符号１はジルコニア焼結体であり、３００℃程度以
上の環境で酸素イオン伝導性を有するものである。なお
このものの内径は３ｍｍ、長さは５０ｍｍである。この
ジルコニア焼結体１の内側及び外側には多孔質のガス透
過性電極２および３があり、ガス透過性電極３の外側に
は保護のために多孔板が設置されている。このように構
成されたケース内に限界電流式酸素濃度測定素子５が設
置されていて、かつ、ケースにはガラスペーストによっ
てシール６が形成されていて、ケース内部を外部雰囲気
から遮断している。
フィルター機構を有するケース内に酸素濃度測定素子が
設置されている酸素濃度センサの一例の断面を示した。
図中符号１はジルコニア焼結体であり、３００℃程度以
上の環境で酸素イオン伝導性を有するものである。なお
このものの内径は３ｍｍ、長さは５０ｍｍである。この
ジルコニア焼結体１の内側及び外側には多孔質のガス透
過性電極２および３があり、ガス透過性電極３の外側に
は保護のために多孔板が設置されている。このように構
成されたケース内に限界電流式酸素濃度測定素子５が設
置されていて、かつ、ケースにはガラスペーストによっ
てシール６が形成されていて、ケース内部を外部雰囲気
から遮断している。
【００１７】図１（ｂ）にはこの限界電流式酸素濃度測
定素子５の拡大図（断面図）を示す。符号５ａを付して
示してあるのは酸素ガス拡散律速体である多孔板であ
る。この多孔板５ａの一面の上に多孔質のガス透過性電
極５ｃ、酸素イオン導電体であるジルコニア薄膜５ｂ、
及び、多孔質のガス透過性電極５ｂがこの順に積層・形
成してある。なお、多孔板５ａの他面には白金製のヒー
タ５ｅがあり、ジルコニア薄膜５ｂをその酸素イオン伝
導に適した温度（７００℃）に保つ。電極５ｃの端部、
及び電極５ｄの端部にそれぞれ、またヒータ５ｅの両端
にはリード線５ｆが接続されている。
定素子５の拡大図（断面図）を示す。符号５ａを付して
示してあるのは酸素ガス拡散律速体である多孔板であ
る。この多孔板５ａの一面の上に多孔質のガス透過性電
極５ｃ、酸素イオン導電体であるジルコニア薄膜５ｂ、
及び、多孔質のガス透過性電極５ｂがこの順に積層・形
成してある。なお、多孔板５ａの他面には白金製のヒー
タ５ｅがあり、ジルコニア薄膜５ｂをその酸素イオン伝
導に適した温度（７００℃）に保つ。電極５ｃの端部、
及び電極５ｄの端部にそれぞれ、またヒータ５ｅの両端
にはリード線５ｆが接続されている。
【００１８】上記限界電流式酸素濃度測定素子５におい
て、電極５ｃ及び電極５ｄ間に電圧が印加されると、多
孔板５ａの電極５ｃ側の気孔にある酸素が電極５ｃによ
ってイオン化され、ジルコニア薄膜５ｂ内を通過して電
極５ｄ側に向かって移動し、そこで酸素ガスとして放出
される。このとき多孔板４の電極５ｃへの酸素供給は多
孔板５ｃの気孔により拡散律速される。このとき、雰囲
気中の酸素濃度に対応する量の酸素が電極５ｃに供給さ
れるため、電極５ｃ及び電極５ｄの間に流れる電流を検
知することにより、雰囲気中の酸素濃度を検知すること
ができる。図１に示した酸素濃度センサを３００℃の試
験炉（窒素ガス充填）内に入れ、この試験炉内に表１に
その組成を示したガス１〜７を１分ごとに切り替え順次
導入した。
て、電極５ｃ及び電極５ｄ間に電圧が印加されると、多
孔板５ａの電極５ｃ側の気孔にある酸素が電極５ｃによ
ってイオン化され、ジルコニア薄膜５ｂ内を通過して電
極５ｄ側に向かって移動し、そこで酸素ガスとして放出
される。このとき多孔板４の電極５ｃへの酸素供給は多
孔板５ｃの気孔により拡散律速される。このとき、雰囲
気中の酸素濃度に対応する量の酸素が電極５ｃに供給さ
れるため、電極５ｃ及び電極５ｄの間に流れる電流を検
知することにより、雰囲気中の酸素濃度を検知すること
ができる。図１に示した酸素濃度センサを３００℃の試
験炉（窒素ガス充填）内に入れ、この試験炉内に表１に
その組成を示したガス１〜７を１分ごとに切り替え順次
導入した。
【００１９】そのときのセンサ出力を窒素−酸素混合ガ
スでの酸素濃度に換算した値（以下「出力換算濃度」と
云う）の変化（実施例１）を図２に示す。なお、比較例
１としてこの試験炉に同時に入れた限界電流式酸素濃度
センサ（実施例１の酸素濃度センサのケース内に設置さ
れた限界電流式酸素濃度測定素子５と同じもの）での結
果も共に示す。
スでの酸素濃度に換算した値（以下「出力換算濃度」と
云う）の変化（実施例１）を図２に示す。なお、比較例
１としてこの試験炉に同時に入れた限界電流式酸素濃度
センサ（実施例１の酸素濃度センサのケース内に設置さ
れた限界電流式酸素濃度測定素子５と同じもの）での結
果も共に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】図２により実施例１の酸素濃度センサにお
いては、メタン、プロパン、イソプロピルアルコール等
の可燃性ガスの影響を受けることなく、正確な酸素濃度
測定結果が得られることが判る。
いては、メタン、プロパン、イソプロピルアルコール等
の可燃性ガスの影響を受けることなく、正確な酸素濃度
測定結果が得られることが判る。
【００２２】〔実施例２〕上記実施例１の酸素濃度セン
サではガス切り替え時から測定値が安定するまで２０秒
以上必要であった。ここで、雰囲気制御用として実際に
用いた場合、上記測定値安定までの時間は、アクション
の遅れ、あるいは、オーバーアクション等の障害を起こ
す可能性がある。ここで、測定値安定までの時間を短縮
するために上記実施例１の酸素濃度センサのケース内の
空隙部にアルミナを充填した酸素濃度センサを作製し
た。その断面図を図３に示す。図中符号７を付したもの
がアルミナ粉末である。
サではガス切り替え時から測定値が安定するまで２０秒
以上必要であった。ここで、雰囲気制御用として実際に
用いた場合、上記測定値安定までの時間は、アクション
の遅れ、あるいは、オーバーアクション等の障害を起こ
す可能性がある。ここで、測定値安定までの時間を短縮
するために上記実施例１の酸素濃度センサのケース内の
空隙部にアルミナを充填した酸素濃度センサを作製し
た。その断面図を図３に示す。図中符号７を付したもの
がアルミナ粉末である。
【００２３】このセンサを用いて実施例１の酸素濃度セ
ンサ同様に評価を行ったところ、すべての試験ガスにお
いて、応答性改善が確認され、ガス切り替え時から測定
値が安定するまでの時間が４秒程度となった（図４参
照。なお図４中比較例２として示されているのは実施例
１における比較例１同様に、評価時に同時に実験炉内に
設置された限界電流式酸素濃度センサによる結果であ
る）。
ンサ同様に評価を行ったところ、すべての試験ガスにお
いて、応答性改善が確認され、ガス切り替え時から測定
値が安定するまでの時間が４秒程度となった（図４参
照。なお図４中比較例２として示されているのは実施例
１における比較例１同様に、評価時に同時に実験炉内に
設置された限界電流式酸素濃度センサによる結果であ
る）。
【００２４】〔実施例３〕上記実施例１及び実施例２の
酸素濃度センサは、酸素濃度が低い場合には良好な応答
性が得られるが、酸素濃度が低濃度と高濃度と間を頻繁
に変化する場合には対応できなかった。このような場合
には、図５に示すようなセンサ（実施例３）を用いるこ
とに対応することができる。実施例１及び実施例２の酸
素濃度センサにおいては、ケースを構成するジルコニア
焼結体に接して設けられた電極２及び電極３は短絡され
ていたが、図５に示すセンサにおいてはこれら電極２及
び電極３は判定回路８に接続されている。
酸素濃度センサは、酸素濃度が低い場合には良好な応答
性が得られるが、酸素濃度が低濃度と高濃度と間を頻繁
に変化する場合には対応できなかった。このような場合
には、図５に示すようなセンサ（実施例３）を用いるこ
とに対応することができる。実施例１及び実施例２の酸
素濃度センサにおいては、ケースを構成するジルコニア
焼結体に接して設けられた電極２及び電極３は短絡され
ていたが、図５に示すセンサにおいてはこれら電極２及
び電極３は判定回路８に接続されている。
【００２５】判定回路はケース内外に酸素濃度差がある
と生じる電極２と電極３との間の電位差を検出し、必要
に応じて酸素ポンプ回路を起動してこれら電極２及び電
極３に電圧を印加して、ケース内外の酸素濃度差を速や
かに解消するものである。なお上記のように電極２及び
電極３を酸素濃度差検出時の電極と酸素ポンプ機構にお
ける電極とを兼用させるには、例えば交互に切り替えて
使うことによって達成でき、この場合、電極対は１つあ
ればよいこととなるため、製作が容易である。
と生じる電極２と電極３との間の電位差を検出し、必要
に応じて酸素ポンプ回路を起動してこれら電極２及び電
極３に電圧を印加して、ケース内外の酸素濃度差を速や
かに解消するものである。なお上記のように電極２及び
電極３を酸素濃度差検出時の電極と酸素ポンプ機構にお
ける電極とを兼用させるには、例えば交互に切り替えて
使うことによって達成でき、この場合、電極対は１つあ
ればよいこととなるため、製作が容易である。
【００２６】上記において、内部の電極２に正、外部の
電極３に負の電圧を印加すると、ファラデーの法則に従
って酸素ガスが酸素イオンとしてジルコニア焼結体１内
を運ばれ、９６５００Ｃで１当量が輸送される。ここで
１Ａ＝１Ｃ／ｓｅｃ、酸素分子１モルの体積は標準状態
で２２．４ lであり、０2＋４ｅ-＝２Ｏ2―であるた
め、０．１Ａの電流で運ばれる酸素ガスの流量Ｖ1は数
１により５．８×１０―3ｍｌ／ｓｅｃ（標準状態）と
なる。
電極３に負の電圧を印加すると、ファラデーの法則に従
って酸素ガスが酸素イオンとしてジルコニア焼結体１内
を運ばれ、９６５００Ｃで１当量が輸送される。ここで
１Ａ＝１Ｃ／ｓｅｃ、酸素分子１モルの体積は標準状態
で２２．４ lであり、０2＋４ｅ-＝２Ｏ2―であるた
め、０．１Ａの電流で運ばれる酸素ガスの流量Ｖ1は数
１により５．８×１０―3ｍｌ／ｓｅｃ（標準状態）と
なる。
【００２７】
【数１】 Ｖ1＝０．１Ａ×６０ｓｅｃ／(４×９６５００)×２２．４×１０００[ml/min] ＝０．３４８[ml/min] ＝５．８×１０-3[ml/sec]
【００２８】一方、ケース内部の直径ｄが３ｍｍで長さ
ｌが５０ｍｍであり、この内部に実施例２同様にアルミ
ナを充填した際の空隙率を３％とすれば、ケース内の容
量Ｖ 2は数２により０．０１ｍｌである。
ｌが５０ｍｍであり、この内部に実施例２同様にアルミ
ナを充填した際の空隙率を３％とすれば、ケース内の容
量Ｖ 2は数２により０．０１ｍｌである。
【００２９】
【数２】 Ｖ2＝（πｄ2ｌ／４）×ａ ＝０．０１ｍｌ
【００３０】したがって、上記Ｖ1及びＶ2よりケース内
外で酸素濃度が１０％の濃度差があるときにこれを一致
させるために要する時間は、２００ｍｓｅｃ以下であ
り、５０ｍｓｅｃずつの測定−電圧印加（酸素ポンプ運
転）のサイクルで実施しても上記濃度差検知後４００ｍ
ｓｅｃ後にはケース内外の酸素濃度を等しいものとする
ことができ、実施例１及び実施例２のセンサの場合より
応答性が向上する。なお上記判定回路はＣＰＵ、ＲＯＭ
及びＲＡＭ等で構成されたマイクロプロセッサユニット
等で、酸素ポンプ回路は定電流電源回路あるいは定電圧
電源回路等の電源回路により構成することができる。
外で酸素濃度が１０％の濃度差があるときにこれを一致
させるために要する時間は、２００ｍｓｅｃ以下であ
り、５０ｍｓｅｃずつの測定−電圧印加（酸素ポンプ運
転）のサイクルで実施しても上記濃度差検知後４００ｍ
ｓｅｃ後にはケース内外の酸素濃度を等しいものとする
ことができ、実施例１及び実施例２のセンサの場合より
応答性が向上する。なお上記判定回路はＣＰＵ、ＲＯＭ
及びＲＡＭ等で構成されたマイクロプロセッサユニット
等で、酸素ポンプ回路は定電流電源回路あるいは定電圧
電源回路等の電源回路により構成することができる。
【００３１】
【発明の効果】本発明の酸素濃度測定方法は、メンテナ
ンスや参照ガスを不要としながらも可燃性ガスの存在下
でも精度良く酸素濃度を測定できる優れたものであり、
かつ、その測定部の大きさを極めて小さいものとするこ
とができる。
ンスや参照ガスを不要としながらも可燃性ガスの存在下
でも精度良く酸素濃度を測定できる優れたものであり、
かつ、その測定部の大きさを極めて小さいものとするこ
とができる。
【図１】（ａ）実施例１の酸素濃度センサの断面を示す
図である。 （ｂ）ケース内部に設置された限界電流式酸素濃度測定
素子の断面を示す図である。
図である。 （ｂ）ケース内部に設置された限界電流式酸素濃度測定
素子の断面を示す図である。
【図２】実施例１の酸素濃度センサで試験ガスの酸素濃
度を測定したときの状況を示す図である。
度を測定したときの状況を示す図である。
【図３】実施例２の酸素濃度センサの断面を示す図であ
る。
る。
【図４】実施例２の酸素濃度センサで試験ガスの酸素濃
度を測定したときの状況を示す図である。
度を測定したときの状況を示す図である。
【図５】実施例３の酸素濃度センサの断面及びそれに付
属する判定回路及び酸素ポンプ回路を示す図である。
属する判定回路及び酸素ポンプ回路を示す図である。
１ ジルコニア焼結体 ２ 電極 ３ 電極 ４ 多孔板 ５ 酸素濃度測定素子 ５ａ 多孔板 ５ｂ ジルコニア薄膜 ５ｃ，５ｄ 電極 ５ｅ ヒータ ５ｆ リード線 ６ シール ７ アルミナ粉末 ８ 判定回路 ９ 酸素ポンプ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/41 G01N 27/409
Claims (5)
- 【請求項１】 酸素のみを透過する酸素フィルター機構
によって内外の酸素濃度を等しくしたケース内部の酸素
濃度を測定することを特徴とする酸素濃度測定方法。 - 【請求項２】 上記酸素フィルター機構が、ケースの少
なくとも一部を構成する酸素イオン伝導体とケースの内
外に該伝導体を挟んで配置された電極対とを有すること
を特徴とする請求項１に記載の酸素濃度測定方法。 - 【請求項３】 上記電極対間に電圧を印加することによ
りケース内外の酸素濃度を等しくさせることを特徴とす
る請求項２に記載の酸素濃度測定方法。 - 【請求項４】 上記電極対間の起電力を測定することに
よりケース内外の酸素濃度差を検知し、その結果により
上記印加電圧を制御することを特徴とする請求項３に記
載の酸素濃度測定方法。 - 【請求項５】 酸素のみを透過する酸素フィルター機構
を有するケースと、該ケース内部の酸素濃度を測定する
酸素濃度検知部とを有することを特徴とする酸素濃度セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18628996A JP3301014B2 (ja) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 酸素濃度測定方法及び酸素濃度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18628996A JP3301014B2 (ja) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 酸素濃度測定方法及び酸素濃度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1031004A JPH1031004A (ja) | 1998-02-03 |
| JP3301014B2 true JP3301014B2 (ja) | 2002-07-15 |
Family
ID=16185714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18628996A Expired - Fee Related JP3301014B2 (ja) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 酸素濃度測定方法及び酸素濃度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3301014B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19808521A1 (de) * | 1998-02-27 | 1999-09-16 | Siemens Ag | Gassensor mit verbessertem Ansprechverhalten |
-
1996
- 1996-07-16 JP JP18628996A patent/JP3301014B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1031004A (ja) | 1998-02-03 |
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