JP3308784B2 - 酸素濃度計のセンサ特性調整回路 - Google Patents
酸素濃度計のセンサ特性調整回路Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、限界電流型酸素濃
度計の酸素濃度センサに関するもので、特にセンサ特性
に合わせた調整を実現する回路に関する。
度計の酸素濃度センサに関するもので、特にセンサ特性
に合わせた調整を実現する回路に関する。
【0002】
【従来の技術】限界電流型酸素濃度計というのは、限界
電流型の酸素濃度センサを用いた酸素濃度計のことで、
図5は直接挿入型の限界電流型酸素センサアッシー5の
斜視図を示している。この酸素センサアッシー5は、燃
焼ガスなどの測定すべき雰囲気中にステンパイプの中間
まで直接挿入して用いられる。燃焼ガスなどは200〜
400℃などの高温であるため、ステンレスや耐熱ゴム
などを用いて、高温に耐えられる構造になっている。同
図において、円筒状のステンパイプ52の端部に酸素濃
度センサチップ6が収納されており、その全体をステン
キャップ51が覆って酸素濃度センサチップ6を保護し
ている。酸素濃度センサチップ6からの出力信号は2本
の耐熱ケーブル54を介して外部へ取り出される。耐熱
ケーブル54の残りの2本を用いてジルコニア固体電解
質63の裏からヒータ65で所定温度に酸素濃度センサ
チップ6を加熱している。ステンパイプ52と耐熱ケー
ブル54との途中に耐熱ゴムキャップ53が設けられて
いる。
電流型の酸素濃度センサを用いた酸素濃度計のことで、
図5は直接挿入型の限界電流型酸素センサアッシー5の
斜視図を示している。この酸素センサアッシー5は、燃
焼ガスなどの測定すべき雰囲気中にステンパイプの中間
まで直接挿入して用いられる。燃焼ガスなどは200〜
400℃などの高温であるため、ステンレスや耐熱ゴム
などを用いて、高温に耐えられる構造になっている。同
図において、円筒状のステンパイプ52の端部に酸素濃
度センサチップ6が収納されており、その全体をステン
キャップ51が覆って酸素濃度センサチップ6を保護し
ている。酸素濃度センサチップ6からの出力信号は2本
の耐熱ケーブル54を介して外部へ取り出される。耐熱
ケーブル54の残りの2本を用いてジルコニア固体電解
質63の裏からヒータ65で所定温度に酸素濃度センサ
チップ6を加熱している。ステンパイプ52と耐熱ケー
ブル54との途中に耐熱ゴムキャップ53が設けられて
いる。
【0003】限界電流型酸素センサアッシー5の酸素濃
度センサチップ6は、例えば図6に示すような四角形の
セラミック基板の上に積層された構成となっている。す
なわち、この酸素濃度センサチップ6は、多孔質セラミ
ック基板61の上にカソード電極62とジルコニア固体
電解質63とさらにこの固体電解質の上にプレート電極
64から成る積層構造を持っており、かつ多孔質セラミ
ック基板61の裏に加熱用のヒータ65が張りつけられ
ている。カソード電極62、プレート電極64、ヒータ
65のそれぞれに接続端子62A、64A、65Aが取
り付けてある。この酸素濃度センサチップ6の1辺Bは
約3mm程度のサイズである。
度センサチップ6は、例えば図6に示すような四角形の
セラミック基板の上に積層された構成となっている。す
なわち、この酸素濃度センサチップ6は、多孔質セラミ
ック基板61の上にカソード電極62とジルコニア固体
電解質63とさらにこの固体電解質の上にプレート電極
64から成る積層構造を持っており、かつ多孔質セラミ
ック基板61の裏に加熱用のヒータ65が張りつけられ
ている。カソード電極62、プレート電極64、ヒータ
65のそれぞれに接続端子62A、64A、65Aが取
り付けてある。この酸素濃度センサチップ6の1辺Bは
約3mm程度のサイズである。
【0004】以上のような構造の酸素濃度センサチップ
6をジルコニア固体電解質63の裏からヒータ65で所
定温度の600〜700°Cに加熱しておき、このジル
コニア固体電解質63に電流を流すと、雰囲気中に酸素
が存在するときカソード電極62からプレート電極64
へ酸素が移動する現象を呈する。これを酸素ポンプ作用
と呼んでいる。その際、カソード電極62への酸素の流
入は多孔質セラミック基板61の多孔の空き具合で制限
されるので、それ以上は電圧をかけても電流がそれ以上
流れなくなり、一定値に飽和状態になってしまう現象を
呈する。ところがさらに過電圧が加わると今度は還元が
始まるために、再び電流が急増しはじめる。この間の飽
和状態中の電流を特に限界電流と呼んでいる。この限界
電流は酸素濃度に比例するところから、一定の電圧を印
加することによって得られるセンサ出力電流値より図4
の点線Aのように酸素濃度が検出できる。これが限界電
流型酸素濃度計の原理である。
6をジルコニア固体電解質63の裏からヒータ65で所
定温度の600〜700°Cに加熱しておき、このジル
コニア固体電解質63に電流を流すと、雰囲気中に酸素
が存在するときカソード電極62からプレート電極64
へ酸素が移動する現象を呈する。これを酸素ポンプ作用
と呼んでいる。その際、カソード電極62への酸素の流
入は多孔質セラミック基板61の多孔の空き具合で制限
されるので、それ以上は電圧をかけても電流がそれ以上
流れなくなり、一定値に飽和状態になってしまう現象を
呈する。ところがさらに過電圧が加わると今度は還元が
始まるために、再び電流が急増しはじめる。この間の飽
和状態中の電流を特に限界電流と呼んでいる。この限界
電流は酸素濃度に比例するところから、一定の電圧を印
加することによって得られるセンサ出力電流値より図4
の点線Aのように酸素濃度が検出できる。これが限界電
流型酸素濃度計の原理である。
【0005】このように図4において、点線Aはセンサ
出力電流が酸素濃度に比例する特性を示しているのであ
るが、ところが点線Aの特性は理想特性であって、実際
には図の実線Bのような特性を呈するのである。すなわ
ち、酸素濃度が低くなるほど出力電流が理想特性Aより
も上へプラスしてゆくという特性を示す。従来はこの特
性をCPUで数値演算して調整していたが、CPU自体
高価なものであり、CPUを搭載しない回路でこのよう
な補正をすることは不可能であった。
出力電流が酸素濃度に比例する特性を示しているのであ
るが、ところが点線Aの特性は理想特性であって、実際
には図の実線Bのような特性を呈するのである。すなわ
ち、酸素濃度が低くなるほど出力電流が理想特性Aより
も上へプラスしてゆくという特性を示す。従来はこの特
性をCPUで数値演算して調整していたが、CPU自体
高価なものであり、CPUを搭載しない回路でこのよう
な補正をすることは不可能であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記欠点を解
消するもので、本発明によれば、従来のような高価なC
PUを使わなくても、安価なセンサ特性調整回路でかか
る欠点を解決することにある。
消するもので、本発明によれば、従来のような高価なC
PUを使わなくても、安価なセンサ特性調整回路でかか
る欠点を解決することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、酸素濃
度計のセンサ検出抵抗の出力信号を増幅器の入力信号と
して成る酸素濃度計のセンサ回路における該センサ検出
抵抗を可変とし、かつ前記増幅器の増幅率を可変とする
ことにより、低濃度域のセンサ特性と高濃度域のセンサ
特性とをリニアにしたものである。そして、その増幅器
をオペアンプで構成し、該オペアンプに別の可変抵抗を
介して負帰還をかけるように構成したすると一層よい特
性調整回路が得られる。さらに、負帰還制御された別の
オペアンプを用意し、その出力電圧をセンサ印加電圧と
するとともに、可変抵抗を介して先のオペアンプの入力
とするように構成することも可能である。
度計のセンサ検出抵抗の出力信号を増幅器の入力信号と
して成る酸素濃度計のセンサ回路における該センサ検出
抵抗を可変とし、かつ前記増幅器の増幅率を可変とする
ことにより、低濃度域のセンサ特性と高濃度域のセンサ
特性とをリニアにしたものである。そして、その増幅器
をオペアンプで構成し、該オペアンプに別の可変抵抗を
介して負帰還をかけるように構成したすると一層よい特
性調整回路が得られる。さらに、負帰還制御された別の
オペアンプを用意し、その出力電圧をセンサ印加電圧と
するとともに、可変抵抗を介して先のオペアンプの入力
とするように構成することも可能である。
【0008】以上のようにすることにより、センサの特
性をそのまま取り出すと、図4の点線Aのように濃度の
低い領域では上に上がってしまうが、これを可変抵抗を
入れた検出回路によって若干下げるようにしたので、よ
り理想値に近づけることができる。これに対して後段の
2段目のオペアンプのゲインは高くして、逆に、濃度の
高い領域で上方に合わせてやるようにした。このように
することによって、合成特性は点線Cのように濃度の高
い領域でB特性を濃度の低い領域でA特性を有する特性
になる。ただ、うまく調整できるところに合わせ込みを
すればよい。このようにすることによって、CPUを使
わなくても、安価なセンサ特性調整回路が構成できる。
性をそのまま取り出すと、図4の点線Aのように濃度の
低い領域では上に上がってしまうが、これを可変抵抗を
入れた検出回路によって若干下げるようにしたので、よ
り理想値に近づけることができる。これに対して後段の
2段目のオペアンプのゲインは高くして、逆に、濃度の
高い領域で上方に合わせてやるようにした。このように
することによって、合成特性は点線Cのように濃度の高
い領域でB特性を濃度の低い領域でA特性を有する特性
になる。ただ、うまく調整できるところに合わせ込みを
すればよい。このようにすることによって、CPUを使
わなくても、安価なセンサ特性調整回路が構成できる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るセンサ特性調
整回路を図1を用いて説明する。図1には、本発明の第
1実施例である酸素濃度センサ特性調整回路1が示され
ている。同図には、酸素濃度センサチップ6のプレート
電極64には電源VPから調整抵抗VR2を介して適切
な電圧が印加されている。この場合の適切な電圧とは、
酸素濃度が低い領域においても酸素濃度が高い領域にお
いても共に限界電流が得られる値のものを指し、実施例
では0.8V程度としている。調整抵抗VR2は調整点
1の低濃度時に理想点に調整するためのものである。オ
ペアンプOP2は高濃度領域である調整点2付近でのゲ
インを上げるための作用をさせるもので、調整抵抗VR
2の出力を反転入力端子に加えるとともに、オペアンプ
のゲイン調整用の調整抵抗VR3を介して負帰還をかけ
ている。
整回路を図1を用いて説明する。図1には、本発明の第
1実施例である酸素濃度センサ特性調整回路1が示され
ている。同図には、酸素濃度センサチップ6のプレート
電極64には電源VPから調整抵抗VR2を介して適切
な電圧が印加されている。この場合の適切な電圧とは、
酸素濃度が低い領域においても酸素濃度が高い領域にお
いても共に限界電流が得られる値のものを指し、実施例
では0.8V程度としている。調整抵抗VR2は調整点
1の低濃度時に理想点に調整するためのものである。オ
ペアンプOP2は高濃度領域である調整点2付近でのゲ
インを上げるための作用をさせるもので、調整抵抗VR
2の出力を反転入力端子に加えるとともに、オペアンプ
のゲイン調整用の調整抵抗VR3を介して負帰還をかけ
ている。
【0010】以上の回路において、測定すべき雰囲気中
に酸素センサを挿入すると、センサ印加電圧V0は限界
電流が得られる程度の値であるため、酸素濃度センサに
は濃度に応じたセンサ出力電流Iが流れることなり、こ
のセンサ出力電流Iによって抵抗VR2の両端にセンサ
出力電圧V2が発生する。そこで、まず、調整点1の低
濃度の時にセンサ出力電圧V1が理想特性上のAになる
ように調整抵抗VR2を調整する。
に酸素センサを挿入すると、センサ印加電圧V0は限界
電流が得られる程度の値であるため、酸素濃度センサに
は濃度に応じたセンサ出力電流Iが流れることなり、こ
のセンサ出力電流Iによって抵抗VR2の両端にセンサ
出力電圧V2が発生する。そこで、まず、調整点1の低
濃度の時にセンサ出力電圧V1が理想特性上のAになる
ように調整抵抗VR2を調整する。
【0011】次に、調整点2での高濃度の時にセンサ出
力電圧V1がセンサ特性上のBになるように調整抵抗V
R3を調整する。このように調整抵抗VR3を調整する
と、オペアンプOP2のゲインが上がるがそれに伴って
先に調整済みのAも同時に上方向に変化するので、再び
調整抵抗VR2を調整して調整点1の低濃度の時にセン
サ出力電圧V1が理想特性上のAになるようにする。こ
の調整により再度オペアンプOP2の出力電圧が低下す
るので調整抵抗VR3を調整する。
力電圧V1がセンサ特性上のBになるように調整抵抗V
R3を調整する。このように調整抵抗VR3を調整する
と、オペアンプOP2のゲインが上がるがそれに伴って
先に調整済みのAも同時に上方向に変化するので、再び
調整抵抗VR2を調整して調整点1の低濃度の時にセン
サ出力電圧V1が理想特性上のAになるようにする。こ
の調整により再度オペアンプOP2の出力電圧が低下す
るので調整抵抗VR3を調整する。
【0012】以下このような調整を交互に繰り返す。こ
のように調整を交互に繰り返すことによって、次第に収
斂し最終的に理想特性に合わせ込むことが可能となる。
このようにして、本発明によれば、可変抵抗を入れたセ
ンサ検出回路によって理想値にまで下げるようにし、逆
に、濃度の高い領域で上方に合わせてやるようにするこ
とによって、合成特性を点線Cのように濃度の高い領域
でB特性を濃度の低い領域でA特性を有する特性にする
ことができる。このようにすることによって、CPUを
使わなくても、安価なセンサ特性調整回路が構成でき
る。なお、酸素濃度センサ特性および回路定数のバラツ
キが理想特性の許容差以内であれば、各調整抵抗を固定
抵抗に変更することは可能である。
のように調整を交互に繰り返すことによって、次第に収
斂し最終的に理想特性に合わせ込むことが可能となる。
このようにして、本発明によれば、可変抵抗を入れたセ
ンサ検出回路によって理想値にまで下げるようにし、逆
に、濃度の高い領域で上方に合わせてやるようにするこ
とによって、合成特性を点線Cのように濃度の高い領域
でB特性を濃度の低い領域でA特性を有する特性にする
ことができる。このようにすることによって、CPUを
使わなくても、安価なセンサ特性調整回路が構成でき
る。なお、酸素濃度センサ特性および回路定数のバラツ
キが理想特性の許容差以内であれば、各調整抵抗を固定
抵抗に変更することは可能である。
【0013】図2には、本発明の第2実施例であるセン
サ特性調整回路2が示されている。図2が図1と異なる
点は、酸素濃度センサに印加する電源部分をオペアンプ
OP1と調整抵抗VR1で構成し、酸素濃度センサに印
加する適正な電圧をより安定的に調整できるようにして
いる点である。図2において、酸素濃度センサに印加す
る電圧を適正な値に調整する前記調整抵抗VR1と、図
1と同じく調整点1の濃度時に理想点に調整する調整抵
抗VR2と、調整点2の値をアンプのゲイン調整を行う
調整抵抗VR3を用いている。酸素濃度センサには濃度
に応じたセンサ出力電流Iが流れ、このセンサ出力電流
Iによって合成抵抗(R1+VR2)の両端にセンサ出
力電圧V1が発生する。調整点1の低濃度の時に理想特
性上のAにVR2を調整し、調整点2での高濃度の時に
特性BにVR3を調整する。VR3を調整すると、若干
Aも同時に変化するが、この調整を交互に繰り返すこと
によって、次第に収斂し最終的に理想特性に合わせ込む
ことが可能となる。なお、図1で説明したのと同様に、
酸素濃度センサ特性および回路定数のバラツキが理想特
性の許容差以内であれば、各調整抵抗を固定抵抗に変更
することは可能である。
サ特性調整回路2が示されている。図2が図1と異なる
点は、酸素濃度センサに印加する電源部分をオペアンプ
OP1と調整抵抗VR1で構成し、酸素濃度センサに印
加する適正な電圧をより安定的に調整できるようにして
いる点である。図2において、酸素濃度センサに印加す
る電圧を適正な値に調整する前記調整抵抗VR1と、図
1と同じく調整点1の濃度時に理想点に調整する調整抵
抗VR2と、調整点2の値をアンプのゲイン調整を行う
調整抵抗VR3を用いている。酸素濃度センサには濃度
に応じたセンサ出力電流Iが流れ、このセンサ出力電流
Iによって合成抵抗(R1+VR2)の両端にセンサ出
力電圧V1が発生する。調整点1の低濃度の時に理想特
性上のAにVR2を調整し、調整点2での高濃度の時に
特性BにVR3を調整する。VR3を調整すると、若干
Aも同時に変化するが、この調整を交互に繰り返すこと
によって、次第に収斂し最終的に理想特性に合わせ込む
ことが可能となる。なお、図1で説明したのと同様に、
酸素濃度センサ特性および回路定数のバラツキが理想特
性の許容差以内であれば、各調整抵抗を固定抵抗に変更
することは可能である。
【0014】
【発明の効果】以上、第1及び第2実施例について詳細
に説明したように、本発明によれば、可変抵抗を入れた
センサ検出回路によって理想値にまで下げるようにし、
逆に、濃度の高い領域で上方に合わせてやるようにする
ことによって、合成特性を点線Cのように濃度の高い領
域でB特性を濃度の低い領域でA特性を有する特性にす
ることができる。このようにすることによって、CPU
を使わなくても、安価なセンサ特性調整回路が構成でき
る。
に説明したように、本発明によれば、可変抵抗を入れた
センサ検出回路によって理想値にまで下げるようにし、
逆に、濃度の高い領域で上方に合わせてやるようにする
ことによって、合成特性を点線Cのように濃度の高い領
域でB特性を濃度の低い領域でA特性を有する特性にす
ることができる。このようにすることによって、CPU
を使わなくても、安価なセンサ特性調整回路が構成でき
る。
【図1】本発明の第1実施例の濃度センサ特性調整回路
【図2】本発明の第2実施例の濃度センサ特性調整回路
【図3】本発明によるセンサ特性調整回路の出力電流−
濃度特性図、
濃度特性図、
【図4】酸素濃度センサの出力電流−濃度特性図、
【図5】直接挿入型の限界電流型酸素濃度計の分解斜視
図、
図、
【図6】酸素濃度センサの分解斜視図、
1 : 本発明第1実施例の酸素濃度センサ特性調
整回路 2 : 本発明第2実施例の酸素濃度センサ特性調
整回路 VR1 : センサ電圧調整抵抗 VR2 : 低濃度補正抵抗 VR3 : ゲイン調整抵抗 OP1 : オペアンプ OP2 : オペアンプ R1 : センサ負荷抵抗 I : センサ出力電流 V0 : センサ印加電圧 V1 : センサ出力電圧=I×(R1+R2) V2 : VR2による調整電圧 V3 : 濃度出力電圧 5 : 限界電流型酸素センサアッシー 51 : ステンキャップ 52 : 円筒状のステンパイプ 53 耐熱ゴムキャップ 54 : 耐熱ケーブル 55 : ヒータ 6 : 酸素濃度センサチップ 61 : 多孔質セラミック基板 62 : カソード電極 63 : ジルコニア固体電解質 64 : プレート電極 65 : ヒータ 62A : 接続端子 64A : 接続端子 65A : 接続端子
整回路 2 : 本発明第2実施例の酸素濃度センサ特性調
整回路 VR1 : センサ電圧調整抵抗 VR2 : 低濃度補正抵抗 VR3 : ゲイン調整抵抗 OP1 : オペアンプ OP2 : オペアンプ R1 : センサ負荷抵抗 I : センサ出力電流 V0 : センサ印加電圧 V1 : センサ出力電圧=I×(R1+R2) V2 : VR2による調整電圧 V3 : 濃度出力電圧 5 : 限界電流型酸素センサアッシー 51 : ステンキャップ 52 : 円筒状のステンパイプ 53 耐熱ゴムキャップ 54 : 耐熱ケーブル 55 : ヒータ 6 : 酸素濃度センサチップ 61 : 多孔質セラミック基板 62 : カソード電極 63 : ジルコニア固体電解質 64 : プレート電極 65 : ヒータ 62A : 接続端子 64A : 接続端子 65A : 接続端子
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 G01N 27/12
Claims (3)
- 【請求項1】限界電流式酸素濃度計のセンサ検出抵抗の
出力信号を増幅器の入力信号として成る酸素濃度計のセ
ンサ回路における、該センサ検出抵抗を可変としかつ前
記増幅器の増幅率を可変とすることにより、低濃度域の
センサ特性と高濃度域のセンサ特性とをリニアにできる
ようにした限界電流式酸素濃度計のセンサ特性調整回
路。 - 【請求項2】請求項1記載の酸素濃度計のセンサ特性調
整回路において、前記増幅器をオペアンプで構成し、該
オペアンプに別の可変抵抗を介して負帰還をかけるよう
に構成したセンサ特性調整回路。 - 【請求項3】請求項2記載の酸素濃度計のセンサ特性調
整回路において、負帰還制御された別のオペアンプの出
力電圧をセンサ印加電圧とするとともに可変抵抗を介し
て請求項2記載のオペアンプの入力とするように構成し
たセンサ特性調整回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29989895A JP3308784B2 (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | 酸素濃度計のセンサ特性調整回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29989895A JP3308784B2 (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | 酸素濃度計のセンサ特性調整回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09145671A JPH09145671A (ja) | 1997-06-06 |
JP3308784B2 true JP3308784B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=17878274
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29989895A Expired - Fee Related JP3308784B2 (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | 酸素濃度計のセンサ特性調整回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3308784B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7802463B2 (en) | 2007-10-11 | 2010-09-28 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Sensor control device and air fuel ratio detecting apparatus |
JP5091055B2 (ja) * | 2008-08-27 | 2012-12-05 | 日本特殊陶業株式会社 | ガス濃度検出装置、ガス濃度検出システム |
JP5467775B2 (ja) * | 2009-01-29 | 2014-04-09 | 矢崎総業株式会社 | ガスセンサの性能評価方法 |
-
1995
- 1995-11-17 JP JP29989895A patent/JP3308784B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09145671A (ja) | 1997-06-06 |
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