JP3364909B2 - ジルコニアガス分析計とその校正方法 - Google Patents
ジルコニアガス分析計とその校正方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，Ｏ2ガスやＣＯガスの
濃度を測定するためのジルコニアガス分析計に関し，校
正時に使用する校正ガスを不要としたジルコニアガス分
析計に関すものである。
濃度を測定するためのジルコニアガス分析計に関し，校
正時に使用する校正ガスを不要としたジルコニアガス分
析計に関すものである。
【０００２】
【従来の技術】図４はジルコニアガス分析計の一般的な
構造を示す要部断面図である。図において１は酸素イオ
ン伝導体からなるジルコニア固体電解質で構成されてい
る試験管形のジルコニア管，２は多孔質白金からなる内
部電極，３は同じく多孔質白金からなる外部電極，４は
ジルコニア管１内に先端が挿入されたパイプである。な
お，内，外の電極を含むジルコニア管の先端付近はセン
サ動作時約７５０℃に加熱される。
構造を示す要部断面図である。図において１は酸素イオ
ン伝導体からなるジルコニア固体電解質で構成されてい
る試験管形のジルコニア管，２は多孔質白金からなる内
部電極，３は同じく多孔質白金からなる外部電極，４は
ジルコニア管１内に先端が挿入されたパイプである。な
お，内，外の電極を含むジルコニア管の先端付近はセン
サ動作時約７５０℃に加熱される。
【０００３】上記構成のジルコニアガス分析計におい
て，零調整時には矢印Ａからパイプ４を介してジルコニ
ア管１内に計装空気（例えば工場内で共通して使用され
るフィルタリングして湿度を調整した空気）を導入し，
外部電極３の雰囲気Ｂ側に同じく計装空気を導入する。
この場合，酸素濃度は同様なので出力は零となる。次に
スパン調整を行う場合はパイプ４から校正ガス（例えば
Ｎ2ガスに１％程度のＯ2を混入したもの）を導入する。
その結果，空気の酸素濃度２０．９５％との間に濃度差
が生じ電極間にネルンストの式に従う電圧が発生する。
て，零調整時には矢印Ａからパイプ４を介してジルコニ
ア管１内に計装空気（例えば工場内で共通して使用され
るフィルタリングして湿度を調整した空気）を導入し，
外部電極３の雰囲気Ｂ側に同じく計装空気を導入する。
この場合，酸素濃度は同様なので出力は零となる。次に
スパン調整を行う場合はパイプ４から校正ガス（例えば
Ｎ2ガスに１％程度のＯ2を混入したもの）を導入する。
その結果，空気の酸素濃度２０．９５％との間に濃度差
が生じ電極間にネルンストの式に従う電圧が発生する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで上記従来例に
おいてはスパン調整時には校正ガスを用いるので，標準
ガスボンベを購入する必要があり，ガスの補充，ボンベ
の設置場所の配慮をしなければならないという問題があ
った。校正ガスを使わない方式として空気を用いてスパ
ン調整を行う限界電流式があるが，この方式では酸素が
零の状態になった時の電流が零にならず（多少のもれ電
流が発生する）測定ガス中の酸素濃度が低くなるにつれ
て指示値が不正確になるという問題がある。更にこの方
式では測定ガス側のキャビティ内は殆ど酸素ガスがない
状態になるが，測定ガス中に還元性ガスが存在するとキ
ャビティ内が還元性になる。そしてこの状態で測定ガス
中にＳＯ2ガスが存在すると電極寿命が極めて短くな
り，プロセス用としては実用性がないという問題があっ
た。本発明は、上記従来技術の問題を解決するためにな
されたもので，従来の校正ガスを用いる構造の分析計に
おいて校正ガスを用いることなく校正が可能なジルコニ
アガス分析計及びその校正方法を提供することを目的と
する。
おいてはスパン調整時には校正ガスを用いるので，標準
ガスボンベを購入する必要があり，ガスの補充，ボンベ
の設置場所の配慮をしなければならないという問題があ
った。校正ガスを使わない方式として空気を用いてスパ
ン調整を行う限界電流式があるが，この方式では酸素が
零の状態になった時の電流が零にならず（多少のもれ電
流が発生する）測定ガス中の酸素濃度が低くなるにつれ
て指示値が不正確になるという問題がある。更にこの方
式では測定ガス側のキャビティ内は殆ど酸素ガスがない
状態になるが，測定ガス中に還元性ガスが存在するとキ
ャビティ内が還元性になる。そしてこの状態で測定ガス
中にＳＯ2ガスが存在すると電極寿命が極めて短くな
り，プロセス用としては実用性がないという問題があっ
た。本発明は、上記従来技術の問題を解決するためにな
されたもので，従来の校正ガスを用いる構造の分析計に
おいて校正ガスを用いることなく校正が可能なジルコニ
アガス分析計及びその校正方法を提供することを目的と
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、ジルコニア固体電解質を隔て形成さ
れた外部電極と内部電極との間に発生する電圧を測定す
ることによってジルコニア固体電解質に接するガスの濃
度を測定するジルコニアガス分析計において、前記内部
電極が形成された室に空気を導入すると共に、前記室の
空気を排出する給排気手段と、前記内部電極と前記外部
電極との間に電圧を印加する電気回路と、を有すること
を特長としている。また、 ジルコニア固体電解質を隔
て形成された外部電極と内部電極との間に発生する電圧
を測定することによってジルコニア固体電解質に接する
ガスの濃度を測定するジルコニアガス分析計の校正方法
において、前記内部電極が形成された室と前記外部電極
側とに空気を導入し、前記電圧を測定して零調整を行う
零調整工程と、この零調整工程の後に、前記内部電極に
正の電圧を印加すると共に、前記外部電極に負の電圧を
印加して前記室を酸素ガスで置換した後、前記電圧を測
定してスパンを調整するスパン調整工程と、を行うこと
を特長としている。
るために本発明は、ジルコニア固体電解質を隔て形成さ
れた外部電極と内部電極との間に発生する電圧を測定す
ることによってジルコニア固体電解質に接するガスの濃
度を測定するジルコニアガス分析計において、前記内部
電極が形成された室に空気を導入すると共に、前記室の
空気を排出する給排気手段と、前記内部電極と前記外部
電極との間に電圧を印加する電気回路と、を有すること
を特長としている。また、 ジルコニア固体電解質を隔
て形成された外部電極と内部電極との間に発生する電圧
を測定することによってジルコニア固体電解質に接する
ガスの濃度を測定するジルコニアガス分析計の校正方法
において、前記内部電極が形成された室と前記外部電極
側とに空気を導入し、前記電圧を測定して零調整を行う
零調整工程と、この零調整工程の後に、前記内部電極に
正の電圧を印加すると共に、前記外部電極に負の電圧を
印加して前記室を酸素ガスで置換した後、前記電圧を測
定してスパンを調整するスパン調整工程と、を行うこと
を特長としている。
【０００６】
【作用】室内に空気を導入し内部電極に正，外部電極に
負の電圧を印加して所定時間が経過すると，室内はほぼ
１００％酸素で充満する。充満させた状態で電圧印加を
停止し，その１００％酸素と外部電極に接した空気（酸
素濃度２０．９５％）との濃度差により発生した電圧を
もとにスパン調整を行う。
負の電圧を印加して所定時間が経過すると，室内はほぼ
１００％酸素で充満する。充満させた状態で電圧印加を
停止し，その１００％酸素と外部電極に接した空気（酸
素濃度２０．９５％）との濃度差により発生した電圧を
もとにスパン調整を行う。
【０００７】
【実施例】図１は本発明によるジルコニアガス分析計の
一実施例を示す要部断面図である。図において，図４と
同一部品には同一符号を付して重複する説明は省略する
が，本発明においてはジルコニア管１の開口部に栓２０
を設けて室（キャビティ）２１を形成し，その室内に栓
２０を貫通して計装空気を導入する空気導入パイプ２２
を設けている。このパイプ２２の計装空気導入側には空
気の導入をオンオフする電磁弁２３が設けられ，分岐点
Ｃの先に所定の空気抵抗を発生させる抵抗部Ｒ1，Ｒ2が
形成されている。抵抗Ｒ1を通った空気は室２１内に導
入され，抵抗Ｒ2を通った空気は大気中に排気される。
一実施例を示す要部断面図である。図において，図４と
同一部品には同一符号を付して重複する説明は省略する
が，本発明においてはジルコニア管１の開口部に栓２０
を設けて室（キャビティ）２１を形成し，その室内に栓
２０を貫通して計装空気を導入する空気導入パイプ２２
を設けている。このパイプ２２の計装空気導入側には空
気の導入をオンオフする電磁弁２３が設けられ，分岐点
Ｃの先に所定の空気抵抗を発生させる抵抗部Ｒ1，Ｒ2が
形成されている。抵抗Ｒ1を通った空気は室２１内に導
入され，抵抗Ｒ2を通った空気は大気中に排気される。
【０００８】２５は栓２０を貫通して設けられた空気抵
抗Ｒ3を有する排気管であり，室２１内の空気はこの排
気管２５を介して大気中に排出される。３０は電極２，
３にリード線Ｌ1，Ｌ2を介して電圧を印加し，更に電極
間に発生する電圧をリード線ｌ1,ｌ2を受信する電気回
路である。
抗Ｒ3を有する排気管であり，室２１内の空気はこの排
気管２５を介して大気中に排出される。３０は電極２，
３にリード線Ｌ1，Ｌ2を介して電圧を印加し，更に電極
間に発生する電圧をリード線ｌ1,ｌ2を受信する電気回
路である。
【０００９】上記の構成において，零調整に際しては図
２に示すように外部電極３の周りの雰囲気を計装空気に
するとともに空気導入管２２の電磁弁２３を開の状態と
して室２１に同じく計装空気を導入する。この計装空気
は排出管２５を介して排出される（矢印は空気の流れを
示している）。この状態では内外部電極に接する酸素濃
度は同一なので理論的には電極間に電圧は発生しないが
実際には多少の電圧（Ｅ0）が発生する。この電圧にお
ける状態で表示部の目盛りを零に合わせる。
２に示すように外部電極３の周りの雰囲気を計装空気に
するとともに空気導入管２２の電磁弁２３を開の状態と
して室２１に同じく計装空気を導入する。この計装空気
は排出管２５を介して排出される（矢印は空気の流れを
示している）。この状態では内外部電極に接する酸素濃
度は同一なので理論的には電極間に電圧は発生しないが
実際には多少の電圧（Ｅ0）が発生する。この電圧にお
ける状態で表示部の目盛りを零に合わせる。
【００１０】次に図３に示すように電磁弁２３を閉と
し，リード線Ｌ1，Ｌ2を介して内部電極２に正，外部電
極３に負の電圧（例えば１〜２Ｖの直流）を印加する。
その結果，ファラデーの電気分解の法則に従ってＯ2ガ
スがＯ2-イオンとなってジルコニア中を運ばれ９６５０
０クーロンで１当量が輸送される。 従って １［Ａ］＝１［クーロン／ｓｅｃ］ Ｏ2＋４ｅ＝２Ｏ2- Ｏ2１モルは２２．４ｌ 等を考慮すると例えば０．１Ａで運ばれるＯ2ガスの流
量Ｖgは Ｖg＝｛０．１（Ａ）・６０（ｓｅｃ）／（４・９６５００） ・２２．４・１０００｝［ｍｌ／ｓｅｃ］ ＝０．３４８［ｍｌ／ｍｉｎ］ となる。
し，リード線Ｌ1，Ｌ2を介して内部電極２に正，外部電
極３に負の電圧（例えば１〜２Ｖの直流）を印加する。
その結果，ファラデーの電気分解の法則に従ってＯ2ガ
スがＯ2-イオンとなってジルコニア中を運ばれ９６５０
０クーロンで１当量が輸送される。 従って １［Ａ］＝１［クーロン／ｓｅｃ］ Ｏ2＋４ｅ＝２Ｏ2- Ｏ2１モルは２２．４ｌ 等を考慮すると例えば０．１Ａで運ばれるＯ2ガスの流
量Ｖgは Ｖg＝｛０．１（Ａ）・６０（ｓｅｃ）／（４・９６５００） ・２２．４・１０００｝［ｍｌ／ｓｅｃ］ ＝０．３４８［ｍｌ／ｍｉｎ］ となる。
【００１１】Ｏ2のポンピングによる室１内のエアパー
ジは，キャビティの体積が小さく，ポンピング流量が大
きい程早く達成される。いま，室１の体積をＶs［ｍ
ｌ］，ポンピング流量をＶg，室内の空気のＯ2ガスの濃
度をＣnとすると， ＶS・ｄ（１−Ｃ）／ｄｔ＝−Ｖg … の関係がある。
ジは，キャビティの体積が小さく，ポンピング流量が大
きい程早く達成される。いま，室１の体積をＶs［ｍ
ｌ］，ポンピング流量をＶg，室内の空気のＯ2ガスの濃
度をＣnとすると， ＶS・ｄ（１−Ｃ）／ｄｔ＝−Ｖg … の関係がある。
【００１２】この場合，始め（ｔ＝０…Ｃ0）のときは
Ｃ0＝０．２０９５（空気中には２０．９５％の酸素が
存在する）であり，ｔ時間後の酸素量は， Ｃ(t)＝１−（１−Ｃ0）ｅ-(Vg/Vs)t … となる。次にジルコニア管の内径を３ｍｍ，長さを５０
ｍｍとし，このジルコニア管１の気孔率αが３％であっ
たとすると，室の体積ＶSは Ｖs＝（πｄ2ｌ／４）・αなので，ここに上記の値を入
れると ＶS≒０．０１［ｍｌ］ また， Ｖg＝０．３４８［ｍｌ／ｍｉｎ］＝５．８・１０
-3［ｍｌ／ｓｅｃ］ が得られ，これを式に代入するとｔ秒後の酸素量はＣ
(t)は Ｃ(t)＝１−（０．７９０５）ｅ-0.58t となり，室１内の酸素量は２０秒後に９９．９９９３％
となる。
Ｃ0＝０．２０９５（空気中には２０．９５％の酸素が
存在する）であり，ｔ時間後の酸素量は， Ｃ(t)＝１−（１−Ｃ0）ｅ-(Vg/Vs)t … となる。次にジルコニア管の内径を３ｍｍ，長さを５０
ｍｍとし，このジルコニア管１の気孔率αが３％であっ
たとすると，室の体積ＶSは Ｖs＝（πｄ2ｌ／４）・αなので，ここに上記の値を入
れると ＶS≒０．０１［ｍｌ］ また， Ｖg＝０．３４８［ｍｌ／ｍｉｎ］＝５．８・１０
-3［ｍｌ／ｓｅｃ］ が得られ，これを式に代入するとｔ秒後の酸素量はＣ
(t)は Ｃ(t)＝１−（０．７９０５）ｅ-0.58t となり，室１内の酸素量は２０秒後に９９．９９９３％
となる。
【００１３】従って室１内は２０秒後にほぼ完全にＯ2
ガスで置換され，更にポンピングされるＯ2ガスの圧力
により空気導入管２２，排気管２５内の空気は押し出さ
れてこの部分もＯ2ガスで置換されることになる。そし
て，空気導入管２２，排気管２５の抵抗部分の長さが充
分であれば室１内の酸素濃度はほぼ完全にＯ2１００％
の状態を保持することができる。
ガスで置換され，更にポンピングされるＯ2ガスの圧力
により空気導入管２２，排気管２５内の空気は押し出さ
れてこの部分もＯ2ガスで置換されることになる。そし
て，空気導入管２２，排気管２５の抵抗部分の長さが充
分であれば室１内の酸素濃度はほぼ完全にＯ2１００％
の状態を保持することができる。
【００１４】次に電気回路３０からの電圧印加を中止し
てＯ2のポンピングをやめＯ2ガスの濃度差に起因する電
極間の電圧測定を行う。この時の起電力の理論値Ｅsは
ネルンストの式により求める。即ち Ｅs＝（ＲＴ／４Ｆ）ｌｎ（１００／２０．９５）＝３
４．４［ｍＶ］ 次に実測値をＥjとすると実測スパンＥkは Ｅk＝Ｅs−Ｅ0（Ｅ0はＯ2濃度に差がないときの実測
値） 従って，電気回路部３０においてＥkの値がＥsとなるよ
うな演算処理を行えばスパンの校正を行うことができ
る。校正終了後に電磁弁２３を開けば再び零校正時の起
電力に戻り，外部電極３側へ測定ガスを導入すれば実測
状態となる。
てＯ2のポンピングをやめＯ2ガスの濃度差に起因する電
極間の電圧測定を行う。この時の起電力の理論値Ｅsは
ネルンストの式により求める。即ち Ｅs＝（ＲＴ／４Ｆ）ｌｎ（１００／２０．９５）＝３
４．４［ｍＶ］ 次に実測値をＥjとすると実測スパンＥkは Ｅk＝Ｅs−Ｅ0（Ｅ0はＯ2濃度に差がないときの実測
値） 従って，電気回路部３０においてＥkの値がＥsとなるよ
うな演算処理を行えばスパンの校正を行うことができ
る。校正終了後に電磁弁２３を開けば再び零校正時の起
電力に戻り，外部電極３側へ測定ガスを導入すれば実測
状態となる。
【００１５】なお，本発明は実施例で数値をあげて説明
したが，この実施例に限ることなく種々設計可能であ
る。また，ジルコニア管，空気導入管および排気管等も
図示の形状に限るものではなく，要は所定時間キャビテ
ィ内を１００％Ｏ2に保てる構造であればよい。
したが，この実施例に限ることなく種々設計可能であ
る。また，ジルコニア管，空気導入管および排気管等も
図示の形状に限るものではなく，要は所定時間キャビテ
ィ内を１００％Ｏ2に保てる構造であればよい。
【００１６】
【発明の効果】以上実施例とともに具体的に説明した様
に本発明によれば，室内および外部電極側に空気を導入
した後零調整を行い，外部電極側に空気を導入し室への
空気導入を中止すると共に前記内部電極に正，外部電極
に負の電圧を印加して所定時間経過後スパン調整を行う
ようにした。そのため，校正ガスを用いての校正が不要
となり，標準ガスボンベの購入，設置，交換，ボンベ置
き場の確保，配管等に要する材料や工数を削減したジル
コニアガス分析計を実現することができる。
に本発明によれば，室内および外部電極側に空気を導入
した後零調整を行い，外部電極側に空気を導入し室への
空気導入を中止すると共に前記内部電極に正，外部電極
に負の電圧を印加して所定時間経過後スパン調整を行う
ようにした。そのため，校正ガスを用いての校正が不要
となり，標準ガスボンベの購入，設置，交換，ボンベ置
き場の確保，配管等に要する材料や工数を削減したジル
コニアガス分析計を実現することができる。
【図１】本発明の一実施例を示すジルコニアガス分析計
の要部構成図である。
の要部構成図である。
【図２】零調整時の空気の状態を示す要部構成図であ
る。
る。
【図３】スパン調整時の空気と酸素の状態を示す要部構
成図である。
成図である。
【図４】従来のジルコニアガス分析計の要部構成図であ
る。
る。
１ ジルコニア管
２ 内部電極
３ 外部電極
２０ 栓
２１ 室（キャビティ）
２２ 空気導入管
２３ 電磁弁
３０ 電気回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 27/409
G01N 27/26 381
Claims (2)
- 【請求項１】 ジルコニア固体電解質を隔て形成された
外部電極と内部電極との間に発生する電圧を測定するこ
とによってジルコニア固体電解質に接するガスの濃度を
測定するジルコニアガス分析計において、 前記内部電極が形成された室に空気を導入すると共に、
前記室の空気を排出する給排気手段と、 前記内部電極と前記外部電極との間に電圧を印加する電
気回路と、 を有することを特長としたジルコニアガス分析計。 - 【請求項２】 ジルコニア固体電解質を隔て形成された
外部電極と内部電極との間に発生する電圧を測定するこ
とによってジルコニア固体電解質に接するガスの濃度を
測定するジルコニアガス分析計の校正方法において、 前記内部電極が形成された室と前記外部電極側とに空気
を導入し、前記電圧を測定して零調整を行う零調整工程
と、 この零調整工程の後に、前記内部電極に正の電圧を印加
すると共に、前記外部電極に負の電圧を印加して前記室
を酸素ガスで置換した後、前記電圧を測定してスパンを
調整するスパン調整工程と、 を行うことを特長としたジルコニアガス分析計の校正方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26199792A JP3364909B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | ジルコニアガス分析計とその校正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26199792A JP3364909B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | ジルコニアガス分析計とその校正方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06109695A JPH06109695A (ja) | 1994-04-22 |
| JP3364909B2 true JP3364909B2 (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=17369583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26199792A Expired - Fee Related JP3364909B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | ジルコニアガス分析計とその校正方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3364909B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7788963B2 (en) * | 2006-10-31 | 2010-09-07 | Ric Investments, Llc | System and method for calibrating a determination of partial pressure of one or more gaseous analytes |
| JP4623023B2 (ja) * | 2007-02-19 | 2011-02-02 | 株式会社デンソー | ガスセンサの特性評価方法 |
| JP7048442B2 (ja) * | 2018-07-12 | 2022-04-05 | 東京窯業株式会社 | ガスセンサ及びガスセンサの使用方法 |
| CN111537586B (zh) * | 2020-04-17 | 2022-10-28 | 中国特种设备检测研究院 | 一种具有自校准功能的氧量传感器 |
-
1992
- 1992-09-30 JP JP26199792A patent/JP3364909B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06109695A (ja) | 1994-04-22 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |