JP3469448B2 - 酸素検出素子の温度制御装置の調整方法 - Google Patents
酸素検出素子の温度制御装置の調整方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、自動車
エンジンの空燃比制御や燃焼炉の制御等において用いら
れる酸素濃度を測定するための酸素検出素子の温度制御
装置の調整方法に係り、例えば、燃焼開始前の目標温度
設定の際に行われる酸素検出素子の温度制御装置の調整
方法に関するものである。
エンジンの空燃比制御や燃焼炉の制御等において用いら
れる酸素濃度を測定するための酸素検出素子の温度制御
装置の調整方法に係り、例えば、燃焼開始前の目標温度
設定の際に行われる酸素検出素子の温度制御装置の調整
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は、例えば、燃焼装置の制御におい
て用いられる従来の酸素検出素子の温度制御装置の構成
を示すブロック図、図５は酸素検出素子の温度と酸素検
出素子からの出力との間の概略の関係を示す特性図、図
６は同温度制御装置のヒータの温度とヒータの抵抗値と
の間の関係を示す特性図である。
て用いられる従来の酸素検出素子の温度制御装置の構成
を示すブロック図、図５は酸素検出素子の温度と酸素検
出素子からの出力との間の概略の関係を示す特性図、図
６は同温度制御装置のヒータの温度とヒータの抵抗値と
の間の関係を示す特性図である。
【０００３】図４において、１０１は、ジルコニア素子
からなる酸素検出素子、１０２ａ，１０２ｂは酸素検出
素子１０１の両面に取り付けられる電極、１０３は酸素
検出素子１０１を所定の高温状態（例えば７５０℃程
度）に保つためのヒータ、１０４は酸素検出素子１０１
の温度を検知するための温度センサ、１０５は温度セン
サ１０４から温度検知信号を受けて酸素検出素子１０１
の温度を表示する温度表示器、１０６は酸素検出素子１
０１の目標温度を設定するための温度調整部、１０７は
温度調整部１０６において設定された目標温度に基づい
てヒータ１０３に供給される電力を調節する制御部であ
る。
からなる酸素検出素子、１０２ａ，１０２ｂは酸素検出
素子１０１の両面に取り付けられる電極、１０３は酸素
検出素子１０１を所定の高温状態（例えば７５０℃程
度）に保つためのヒータ、１０４は酸素検出素子１０１
の温度を検知するための温度センサ、１０５は温度セン
サ１０４から温度検知信号を受けて酸素検出素子１０１
の温度を表示する温度表示器、１０６は酸素検出素子１
０１の目標温度を設定するための温度調整部、１０７は
温度調整部１０６において設定された目標温度に基づい
てヒータ１０３に供給される電力を調節する制御部であ
る。
【０００４】次に動作について説明する。酸素検出素子
１０１に安定した動作をさせるためには、酸素検出素子
１０１を所定の高温に維持する必要があるので、ヒータ
１０３によって酸素検出素子１０１を加熱する。図５に
示すように、酸素検出素子１０１からの出力は略７４０
℃以上の領域で出力が略一定となり、試料ガスの酸素濃
度に対応した安定した出力が得られることがわかる。但
し、酸素検出素子１０１の温度は必要以上に高くする
と、故障の原因となったり、寿命の低下を招くので、酸
素検出素子１０１の温度は略７４０℃から略８２０℃の
範囲に調整される。
１０１に安定した動作をさせるためには、酸素検出素子
１０１を所定の高温に維持する必要があるので、ヒータ
１０３によって酸素検出素子１０１を加熱する。図５に
示すように、酸素検出素子１０１からの出力は略７４０
℃以上の領域で出力が略一定となり、試料ガスの酸素濃
度に対応した安定した出力が得られることがわかる。但
し、酸素検出素子１０１の温度は必要以上に高くする
と、故障の原因となったり、寿命の低下を招くので、酸
素検出素子１０１の温度は略７４０℃から略８２０℃の
範囲に調整される。
【０００５】そこで、燃焼装置の燃焼を開始する前に、
まず、温度調整部１０６において調整して酸素検出素子
１０１の目標温度Ｔ０を設定する。ヒータ１０３に通電
した後、操作者は温度調整部１０６の調節ダイアルを回
しながら温度表示器１０５の表示を監視して、表示され
た温度が略目標温度Ｔ０近傍で安定するようにする。
まず、温度調整部１０６において調整して酸素検出素子
１０１の目標温度Ｔ０を設定する。ヒータ１０３に通電
した後、操作者は温度調整部１０６の調節ダイアルを回
しながら温度表示器１０５の表示を監視して、表示され
た温度が略目標温度Ｔ０近傍で安定するようにする。
【０００６】この目標温度の設定操作は、燃焼装置を設
置してから最初の運転時に行われ、また点検等で酸素検
出装置を交換した際には再調整が必要である。なぜなら
ば、同種のヒータであっても、温度対抵抗値の特性にば
らつきがあり、同じ制御を行った場合、温度対抵抗値特
性の違いのために安定する温度が異なってしまい、新た
な調整を必要とするためである。
置してから最初の運転時に行われ、また点検等で酸素検
出装置を交換した際には再調整が必要である。なぜなら
ば、同種のヒータであっても、温度対抵抗値の特性にば
らつきがあり、同じ制御を行った場合、温度対抵抗値特
性の違いのために安定する温度が異なってしまい、新た
な調整を必要とするためである。
【０００７】この設定操作後、燃焼装置の燃焼を開始す
る。ここで、例えば、酸素検出素子１０１の一方の電極
１０２ａ側を酸素濃度を測定したい試料ガスとしての排
気を通し、他方の電極１０２ｂ側に酸素濃度が既知の比
較ガスとしての大気を通す。酸素検出素子１０１は排気
の酸素濃度に応じた検出信号を発生し、この検出信号を
取り出して、例えば、燃焼装置の燃焼炉の制御に用い
る。
る。ここで、例えば、酸素検出素子１０１の一方の電極
１０２ａ側を酸素濃度を測定したい試料ガスとしての排
気を通し、他方の電極１０２ｂ側に酸素濃度が既知の比
較ガスとしての大気を通す。酸素検出素子１０１は排気
の酸素濃度に応じた検出信号を発生し、この検出信号を
取り出して、例えば、燃焼装置の燃焼炉の制御に用い
る。
【０００８】しかしながら、自動車エンジンの空燃比制
御や燃焼炉の制御において、実際に用いられている酸素
検出素子の温度制御装置はコスト高になる問題から温度
センサを備えていないものが多く、現実的に適用が不可
能であり、また酸素検出素子が燃焼装置に実装されてい
る状態で温度センサを挿入できる構造になっていたとし
ても、点検などで燃料装置の取付いている現場で作業す
る必要がある時などは、作業者が温度測定装置を持ち歩
くことになり不便である。
御や燃焼炉の制御において、実際に用いられている酸素
検出素子の温度制御装置はコスト高になる問題から温度
センサを備えていないものが多く、現実的に適用が不可
能であり、また酸素検出素子が燃焼装置に実装されてい
る状態で温度センサを挿入できる構造になっていたとし
ても、点検などで燃料装置の取付いている現場で作業す
る必要がある時などは、作業者が温度測定装置を持ち歩
くことになり不便である。
【０００９】このため、個々の酸素検出装置のヒータの
温度と抵抗値との関係を予め測定しておき、この温度と
抵抗値の関係に合わせて、温度制御装置の目標抵抗値の
設定を変えることで目標温度の設定を行う方法が提案さ
れた。
温度と抵抗値との関係を予め測定しておき、この温度と
抵抗値の関係に合わせて、温度制御装置の目標抵抗値の
設定を変えることで目標温度の設定を行う方法が提案さ
れた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来の酸素検出素子の
（ヒータの抵抗値により温度制御を行う）温度制御装置
の調整方法は以上のように構成されていたので、酸素濃
度の測定精度を維持するために、例えば、上述したヒー
タの温度−抵抗特性のばらつきを考慮して調整しようと
すると、個々のヒータの温度−抵抗特性を予め測定し入
手しておかなければならず、手間がかかるほか、データ
の管理も煩雑となる等の課題があった。
（ヒータの抵抗値により温度制御を行う）温度制御装置
の調整方法は以上のように構成されていたので、酸素濃
度の測定精度を維持するために、例えば、上述したヒー
タの温度−抵抗特性のばらつきを考慮して調整しようと
すると、個々のヒータの温度−抵抗特性を予め測定し入
手しておかなければならず、手間がかかるほか、データ
の管理も煩雑となる等の課題があった。
【００１１】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、温度センサを用いずに酸素検出素
子の温度制御装置の調整を可能とすることを目的とす
る。
めになされたもので、温度センサを用いずに酸素検出素
子の温度制御装置の調整を可能とすることを目的とす
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明に係る酸素検出
素子の温度制御装置の調整方法は、既知の熱的環境にあ
る特定の条件で酸素検出素子を加熱するためのヒータに
電力を供給し、そのヒータに供給される電力を検出し、
検出された電力に基づいて、ヒータに供給される電力が
あるべきヒータの温度に対応する所定の範囲内の値とな
るように調整するものである。
素子の温度制御装置の調整方法は、既知の熱的環境にあ
る特定の条件で酸素検出素子を加熱するためのヒータに
電力を供給し、そのヒータに供給される電力を検出し、
検出された電力に基づいて、ヒータに供給される電力が
あるべきヒータの温度に対応する所定の範囲内の値とな
るように調整するものである。
【００１３】この発明に係る酸素検出素子の温度制御装
置の調整方法は、電圧検出手段によってヒータに印加さ
れる電圧を検出し、電流検出手段によってヒータに流れ
る電流を検出し、電力検出手段によってヒータに供給さ
れる電力を演算し、温度設定手段によって目標温度に対
応する設定信号を出力し、制御手段によって前記電圧ま
たは電流を調整する一方、監視手段によって、電力検出
手段によって演算された電力を監視し、ヒータに供給さ
れる電力が目標電力に略一致するように温度設定手段を
操作して、温度設定手段から目標温度に対応する設定信
号が出力されるように調整するものである。
置の調整方法は、電圧検出手段によってヒータに印加さ
れる電圧を検出し、電流検出手段によってヒータに流れ
る電流を検出し、電力検出手段によってヒータに供給さ
れる電力を演算し、温度設定手段によって目標温度に対
応する設定信号を出力し、制御手段によって前記電圧ま
たは電流を調整する一方、監視手段によって、電力検出
手段によって演算された電力を監視し、ヒータに供給さ
れる電力が目標電力に略一致するように温度設定手段を
操作して、温度設定手段から目標温度に対応する設定信
号が出力されるように調整するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。実施の形態１． 図１はこの発明の実施の形態１に係る酸素検出装置の構
成を示すブロック図、図２は同酸素検出装置が適用され
た燃焼装置の構成を示す模式図である。図１において、
１は燃焼装置の制御に用いられる酸素検出装置、１１は
例えば、ＺｒＯ2 にＣａＯやＹ2 Ｏ3 等を固溶させて作
成されたジルコニア素子からなる酸素検出素子、１２
ａ，１２ｂは酸素検出素子１１の両面に取り付けられ酸
素検出素子１１に所定の電圧を印加するための電極、１
３は酸素検出素子１１を所定の高温状態（例えば７５０
℃程度）に保つためのヒータ、１４は酸素検出素子１１
からの出力を増幅した後、酸素濃度をデジタル表示する
表示装置、１５はヒータ１３に印加される電圧を検出
し、電圧検出信号を出力する電圧検出部（電圧検出手
段）、１６はヒータ１３に流れる電流を検出し、電流検
出信号を出力する電流検出部（電流検出手段）、１７は
電圧検出部１５から出力された電圧検出信号と、電流検
出部１６から出力されたに電流検出信号とに基づいてヒ
ータ１３に供給される電力を演算し、電力信号を出力す
る電力演算部（電力検出手段）、１８は電力演算部１７
によって演算された電力を表示する電力表示部（監視手
段、電力表示手段）、１９は酸素検出素子１１の目標温
度を設定し、設定信号を出力する温度設定部（温度設定
手段）、２０は電圧検出部１５から出力された電圧検出
信号と、電流検出部１６から出力された電流検出信号に
基づきヒータの抵抗値を演算し、ヒータの抵抗値からヒ
ータの温度を演算し、温度設定部１９から出力された設
定信号と比較して、酸素検出素子１１の温度が目標温度
に一致するように、ヒータ１３に印加される電圧または
ヒータ１３に流れる電流を制御する制御部（制御手段）
である。
説明する。実施の形態１． 図１はこの発明の実施の形態１に係る酸素検出装置の構
成を示すブロック図、図２は同酸素検出装置が適用され
た燃焼装置の構成を示す模式図である。図１において、
１は燃焼装置の制御に用いられる酸素検出装置、１１は
例えば、ＺｒＯ2 にＣａＯやＹ2 Ｏ3 等を固溶させて作
成されたジルコニア素子からなる酸素検出素子、１２
ａ，１２ｂは酸素検出素子１１の両面に取り付けられ酸
素検出素子１１に所定の電圧を印加するための電極、１
３は酸素検出素子１１を所定の高温状態（例えば７５０
℃程度）に保つためのヒータ、１４は酸素検出素子１１
からの出力を増幅した後、酸素濃度をデジタル表示する
表示装置、１５はヒータ１３に印加される電圧を検出
し、電圧検出信号を出力する電圧検出部（電圧検出手
段）、１６はヒータ１３に流れる電流を検出し、電流検
出信号を出力する電流検出部（電流検出手段）、１７は
電圧検出部１５から出力された電圧検出信号と、電流検
出部１６から出力されたに電流検出信号とに基づいてヒ
ータ１３に供給される電力を演算し、電力信号を出力す
る電力演算部（電力検出手段）、１８は電力演算部１７
によって演算された電力を表示する電力表示部（監視手
段、電力表示手段）、１９は酸素検出素子１１の目標温
度を設定し、設定信号を出力する温度設定部（温度設定
手段）、２０は電圧検出部１５から出力された電圧検出
信号と、電流検出部１６から出力された電流検出信号に
基づきヒータの抵抗値を演算し、ヒータの抵抗値からヒ
ータの温度を演算し、温度設定部１９から出力された設
定信号と比較して、酸素検出素子１１の温度が目標温度
に一致するように、ヒータ１３に印加される電圧または
ヒータ１３に流れる電流を制御する制御部（制御手段）
である。
【００１５】
また、１Ａは酸素検出素子１１、電極１２
ａ，１２ｂ、ヒータ１３から構成されるセンサ部、１Ｂ
は電圧検出部１５、電流検出部１６、電力演算部１７、
電力表示部１８、温度設定部１９、制御部２０から構成
されるセンサコントローラ部であり、この実施の形態１
に係る酸素検出素子の温度制御装置は、ヒータ１３とセ
ンサコントローラ部１Ｂとから構成されている。ここ
で、センサ部１Ａからは検出信号が表示装置１４と同時
に後述するバーナコントローラへも送出され、空燃比
（空気比）等の制御のために用いられる。
ａ，１２ｂ、ヒータ１３から構成されるセンサ部、１Ｂ
は電圧検出部１５、電流検出部１６、電力演算部１７、
電力表示部１８、温度設定部１９、制御部２０から構成
されるセンサコントローラ部であり、この実施の形態１
に係る酸素検出素子の温度制御装置は、ヒータ１３とセ
ンサコントローラ部１Ｂとから構成されている。ここ
で、センサ部１Ａからは検出信号が表示装置１４と同時
に後述するバーナコントローラへも送出され、空燃比
（空気比）等の制御のために用いられる。
【００１６】
電力表示部１８において表示される電力
は、予め求められた、少なくとも排気の流量、並びに酸
素検出素子１１及びヒータ１３の周囲の温度が所定の値
である特定の条件（例えば、排気なしで、センサ部１Ａ
が一定の温度の外気に晒されている場合）下におけるヒ
ータ１３に供給される電力Ｗと酸素検出素子１１の温度
Ｔとの間の関係に基づいて、ヒータの温度−抵抗特性に
係わらず、酸素検出素子１１の温度として読み取られ
る。
は、予め求められた、少なくとも排気の流量、並びに酸
素検出素子１１及びヒータ１３の周囲の温度が所定の値
である特定の条件（例えば、排気なしで、センサ部１Ａ
が一定の温度の外気に晒されている場合）下におけるヒ
ータ１３に供給される電力Ｗと酸素検出素子１１の温度
Ｔとの間の関係に基づいて、ヒータの温度−抵抗特性に
係わらず、酸素検出素子１１の温度として読み取られ
る。
【００１７】
上記特定の条件下では、ヒータ１３に供給
される電力Ｗとヒータ１３の温度ＴＨとの関係はヒータ
の温度−抵抗特性に係わらず所定の関係にあり、かつ、
ヒータ１３の温度ＴＨと酸素検出素子１１の温度Ｔとの
間には比例関係が成り立っているとみなせるので、ヒー
タ１３に供給される電力Ｗと酸素検出素子１１の温度Ｔ
とは簡単な関係式によって関係付けられる。また、温度
設定部１９は、例えば、図示せぬ可変抵抗器を備え、目
標温度Ｔ０に対応した設定信号を制御部２０に与える。
される電力Ｗとヒータ１３の温度ＴＨとの関係はヒータ
の温度−抵抗特性に係わらず所定の関係にあり、かつ、
ヒータ１３の温度ＴＨと酸素検出素子１１の温度Ｔとの
間には比例関係が成り立っているとみなせるので、ヒー
タ１３に供給される電力Ｗと酸素検出素子１１の温度Ｔ
とは簡単な関係式によって関係付けられる。また、温度
設定部１９は、例えば、図示せぬ可変抵抗器を備え、目
標温度Ｔ０に対応した設定信号を制御部２０に与える。
【００１８】
ヒータ１３に供給される電力Ｗは、ヒータ
の両端間の電圧Ｖとヒータに流れる電流Ｉとを用いて、
式（１）によって求めることができる。 Ｗ＝Ｖ・Ｉ …（１）
の両端間の電圧Ｖとヒータに流れる電流Ｉとを用いて、
式（１）によって求めることができる。 Ｗ＝Ｖ・Ｉ …（１）
【００１９】
ところで、例えば、ヒータ１３の温度ＴＨ
がおおよそ適温で一定し、電圧Ｖ及び電流Ｉの値が比較
的安定していて、許容範囲内で変動しているような場合
は、式（２）に示すように、電力Ｗを電圧Ｖと電流Ｉと
の和から近似的に求めることができる。 Ｗ＝Ｋ１Ｖ＋Ｋ２Ｉ Ｃ＝Ｋ１・Ｋ２ …（２）
がおおよそ適温で一定し、電圧Ｖ及び電流Ｉの値が比較
的安定していて、許容範囲内で変動しているような場合
は、式（２）に示すように、電力Ｗを電圧Ｖと電流Ｉと
の和から近似的に求めることができる。 Ｗ＝Ｋ１Ｖ＋Ｋ２Ｉ Ｃ＝Ｋ１・Ｋ２ …（２）
【００２０】
但し、式（２）において、Ｋ１，Ｋ２はヒ
ータ１３の特性によって定まる回路定数であり、センサ
コントローラ部１Ｂを構成する抵抗等の回路素子の値は
これらの定数Ｋ１，Ｋ２の値に応じて予め設定される。
電力演算部１７においては、式（２）によってヒータ１
３に供給される電力Ｗが演算され、この電力値に対応し
た電力信号を電力表示部１８に与える。
ータ１３の特性によって定まる回路定数であり、センサ
コントローラ部１Ｂを構成する抵抗等の回路素子の値は
これらの定数Ｋ１，Ｋ２の値に応じて予め設定される。
電力演算部１７においては、式（２）によってヒータ１
３に供給される電力Ｗが演算され、この電力値に対応し
た電力信号を電力表示部１８に与える。
【００２１】
図２において、３は燃焼装置、３１は燃焼
炉、３２はバーナ、３３は燃焼装置３の各部を制御する
ための制御盤、３４は同図において矢印Ｓ３に示す方向
へ空気を送風するためのブロワ、３５は空気の通流経路
上に設けられその流量を調節するためのバタフライ弁、
３６は同図において矢印Ｓ４に示す方向へ供給される燃
料ガスの通流経路上に設けられその流量を調節するため
のバタフライ弁、３７は安全遮断弁、３８はコック、３
９はバタフライ弁３５，３６を制御するコントロールモ
ータである。また、制御盤３３はセンサコントローラ部
１Ｂ、バーナコントローラ３３１、燃焼量を調節するた
めの調節計３３２を備えている。
炉、３２はバーナ、３３は燃焼装置３の各部を制御する
ための制御盤、３４は同図において矢印Ｓ３に示す方向
へ空気を送風するためのブロワ、３５は空気の通流経路
上に設けられその流量を調節するためのバタフライ弁、
３６は同図において矢印Ｓ４に示す方向へ供給される燃
料ガスの通流経路上に設けられその流量を調節するため
のバタフライ弁、３７は安全遮断弁、３８はコック、３
９はバタフライ弁３５，３６を制御するコントロールモ
ータである。また、制御盤３３はセンサコントローラ部
１Ｂ、バーナコントローラ３３１、燃焼量を調節するた
めの調節計３３２を備えている。
【００２２】
次に動作について説明する。まず、バーナ
コントローラ３３１の電源スイッチをＯＮとする。そし
て、電力−温度特性を得たのと略同一の特定の条件下
で、例えば、排気が排出されていない状態及び所定の外
気温度で、燃焼装置３の燃焼を開始する前に、温度設定
部１９において調節して酸素検出素子１１の目標温度Ｔ
０を設定する。
コントローラ３３１の電源スイッチをＯＮとする。そし
て、電力−温度特性を得たのと略同一の特定の条件下
で、例えば、排気が排出されていない状態及び所定の外
気温度で、燃焼装置３の燃焼を開始する前に、温度設定
部１９において調節して酸素検出素子１１の目標温度Ｔ
０を設定する。
【００２３】
ヒータ１３に通電した後、操作者は温度設
定部１９の図示せぬ可変抵抗器を調節しながら電力表示
部１８の表示を監視して、表示された電力が略目標温度
Ｔ０に対応する目標電力Ｗ０近傍で安定するように調整
する。
定部１９の図示せぬ可変抵抗器を調節しながら電力表示
部１８の表示を監視して、表示された電力が略目標温度
Ｔ０に対応する目標電力Ｗ０近傍で安定するように調整
する。
【００２４】
ヒータの温度ＴＨと抵抗値Ｒと間には、図
６に示すように、略比例の関係があるが、例えば、ヒー
タによってこの特性にばらつきがあっても（すなわち、
直線の傾きがヒータによって異なっても）、上記特定の
条件下ではヒータの温度ＴＨに対応する酸素検出素子１
１の温度Ｔと電力Ｗとは１対１に対応し、目標電力Ｗ０
を維持するように調整することによって一意的に目標温
度Ｔ０が定まることとなる。
６に示すように、略比例の関係があるが、例えば、ヒー
タによってこの特性にばらつきがあっても（すなわち、
直線の傾きがヒータによって異なっても）、上記特定の
条件下ではヒータの温度ＴＨに対応する酸素検出素子１
１の温度Ｔと電力Ｗとは１対１に対応し、目標電力Ｗ０
を維持するように調整することによって一意的に目標温
度Ｔ０が定まることとなる。
【００２５】
目標温度Ｔ０の設定が終了し、酸素検出素
子１１の温度Ｔが所定の目標温度Ｔ０で安定したら、燃
焼開始スイッチを押下して燃焼炉３１において燃焼を開
始させる。また、一度調整が行われれば、二度目からは
調整の必要はなく、温度制御装置により任意の条件下で
も酸素検出素子は一定温度に制御される。
子１１の温度Ｔが所定の目標温度Ｔ０で安定したら、燃
焼開始スイッチを押下して燃焼炉３１において燃焼を開
始させる。また、一度調整が行われれば、二度目からは
調整の必要はなく、温度制御装置により任意の条件下で
も酸素検出素子は一定温度に制御される。
【００２６】
図１及び図２において、酸素検出素子１１
の一方の電極１２ａ側には矢印Ｓ１の示す方向に酸素濃
度を測定したい試料ガスとしての排気を通し、他方の電
極１２ｂ側には矢印Ｓ２の示す方向に酸素濃度が既知の
比較ガスとしての大気を通す。酸素検出素子１１は排気
の酸素濃度に応じた濃度検出信号を出力する。この間、
制御部２０は設定信号に基づいて、酸素検出素子１１の
温度Ｔが目標温度Ｔ０に一致するように、ヒータ１３に
印加される電圧またはヒータ１３に流れる電流を調節す
る。
の一方の電極１２ａ側には矢印Ｓ１の示す方向に酸素濃
度を測定したい試料ガスとしての排気を通し、他方の電
極１２ｂ側には矢印Ｓ２の示す方向に酸素濃度が既知の
比較ガスとしての大気を通す。酸素検出素子１１は排気
の酸素濃度に応じた濃度検出信号を出力する。この間、
制御部２０は設定信号に基づいて、酸素検出素子１１の
温度Ｔが目標温度Ｔ０に一致するように、ヒータ１３に
印加される電圧またはヒータ１３に流れる電流を調節す
る。
【００２７】
濃度検出信号は、表示装置１４へ送られて
酸素濃度がデジタル表示される一方、バーナコントロー
ラ３３１へ送られて燃料ガスやブロワ３４によって送風
される空気の流量等が調節される。そして、排気の酸素
の濃度をもとに、空燃比を制御することによって、排気
中のＮＯx やＣＯの濃度を低減させる。
酸素濃度がデジタル表示される一方、バーナコントロー
ラ３３１へ送られて燃料ガスやブロワ３４によって送風
される空気の流量等が調節される。そして、排気の酸素
の濃度をもとに、空燃比を制御することによって、排気
中のＮＯx やＣＯの濃度を低減させる。
【００２８】
以上のように、この実施の形態１によれ
ば、燃料装置の設置調整時にヒータ１３に供給される電
力を監視しながら、現在の電力を目標電力に合わせるよ
うにすることによって、目標温度を設定するように構成
したので、個々のヒータの特性に係わらず、一定条件下
でのヒータ１３の電力Ｗと酸素検出素子１１の温度Ｔと
の関係を用いるのみで、簡易にかつ正確に酸素検出素子
の温度制御装置を調整することができる効果が得られ
る。それ故、高精度に酸素濃度を測定することができる
ので、燃焼装置３を適切に制御し、例えば、排気中のＮ
Ｏx やＣＯの濃度を確実に低減させることができる。ま
た、（電圧・電流）の乗算を実行する代わりに加算によ
り電力を演算するように構成したので、演算回路を簡略
化することができる効果が得られる。
ば、燃料装置の設置調整時にヒータ１３に供給される電
力を監視しながら、現在の電力を目標電力に合わせるよ
うにすることによって、目標温度を設定するように構成
したので、個々のヒータの特性に係わらず、一定条件下
でのヒータ１３の電力Ｗと酸素検出素子１１の温度Ｔと
の関係を用いるのみで、簡易にかつ正確に酸素検出素子
の温度制御装置を調整することができる効果が得られ
る。それ故、高精度に酸素濃度を測定することができる
ので、燃焼装置３を適切に制御し、例えば、排気中のＮ
Ｏx やＣＯの濃度を確実に低減させることができる。ま
た、（電圧・電流）の乗算を実行する代わりに加算によ
り電力を演算するように構成したので、演算回路を簡略
化することができる効果が得られる。
【００２９】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係る酸素検出装置の構
成を示すブロック図である。この発明の実施の形態２が
上述の実施の形態１と大きく異なるところは、手動で温
度設定部を操作するのに代えて、電力検出信号に基づい
て自動で操作するような構成とした点である。これ以外
は実施の形態１と略同一の構成であるので、その説明を
簡略にする。
成を示すブロック図である。この発明の実施の形態２が
上述の実施の形態１と大きく異なるところは、手動で温
度設定部を操作するのに代えて、電力検出信号に基づい
て自動で操作するような構成とした点である。これ以外
は実施の形態１と略同一の構成であるので、その説明を
簡略にする。
【００３０】
図３において、４は燃焼装置の制御に用い
られる酸素検出装置、１１は酸素検出素子、１２ａ，１
２ｂは酸素検出素子１１の両面に取り付けられた電極、
１３は酸素検出素子１１を所定の高温状態に保つための
ヒータ、１４は酸素濃度をデジタル表示する表示装置、
１５はヒータ１３に印加される電圧を検出し、電圧検出
信号を出力する電圧検出部、１６はヒータ１３に流れる
電流を検出し、電流検出信号を出力する電流検出部、１
７はヒータ１３に供給される電力を演算し電力信号を出
力する電力演算部、２１は例えばアナログの電力信号を
デジタルの信号に変換する信号変換部、２２は、酸素検
出素子の目標温度を設定し、設定信号を出力する温度設
定部（温度設定手段）、２０は電圧検出部１５から出力
された電圧検出信号と、電流検出部１６から出力された
電流検出信号と、温度設定部２２から出力された設定信
号とに基づいて、酸素検出素子１１の温度が目標温度に
一致するように、ヒータ１３に印加される電圧またはヒ
ータ１３に流れる電流を調節する制御部である。
られる酸素検出装置、１１は酸素検出素子、１２ａ，１
２ｂは酸素検出素子１１の両面に取り付けられた電極、
１３は酸素検出素子１１を所定の高温状態に保つための
ヒータ、１４は酸素濃度をデジタル表示する表示装置、
１５はヒータ１３に印加される電圧を検出し、電圧検出
信号を出力する電圧検出部、１６はヒータ１３に流れる
電流を検出し、電流検出信号を出力する電流検出部、１
７はヒータ１３に供給される電力を演算し電力信号を出
力する電力演算部、２１は例えばアナログの電力信号を
デジタルの信号に変換する信号変換部、２２は、酸素検
出素子の目標温度を設定し、設定信号を出力する温度設
定部（温度設定手段）、２０は電圧検出部１５から出力
された電圧検出信号と、電流検出部１６から出力された
電流検出信号と、温度設定部２２から出力された設定信
号とに基づいて、酸素検出素子１１の温度が目標温度に
一致するように、ヒータ１３に印加される電圧またはヒ
ータ１３に流れる電流を調節する制御部である。
【００３１】
また、２３はバーナコントローラ３３１内
に設けられ、信号変換部２１を介して得られた電力信号
に基づいて温度設定部２２における調整量を変化させる
ための操作信号を出力する主制御部（監視手段）、２４
は目標温度を入力するための入力部、２５は電力Ｗとこ
れに対応する酸素検出素子１１の温度Ｔとの多数の組の
データ等が格納された記憶部である。
に設けられ、信号変換部２１を介して得られた電力信号
に基づいて温度設定部２２における調整量を変化させる
ための操作信号を出力する主制御部（監視手段）、２４
は目標温度を入力するための入力部、２５は電力Ｗとこ
れに対応する酸素検出素子１１の温度Ｔとの多数の組の
データ等が格納された記憶部である。
【００３２】
次に動作について説明する。まず、標準条
件下で入力部２４から酸素検出素子１１の目標温度Ｔ０
をキー入力する。主制御部２３は、入力部２４から入力
された目標温度Ｔ０に対応した目標電力Ｗ０を記憶部２
５から選び出す。
件下で入力部２４から酸素検出素子１１の目標温度Ｔ０
をキー入力する。主制御部２３は、入力部２４から入力
された目標温度Ｔ０に対応した目標電力Ｗ０を記憶部２
５から選び出す。
【００３３】
主制御部２３は信号変換部２１を介して得
られた電力信号と目標電力Ｗ０とに基づいて、現在の電
力Ｗと目標電力Ｗ０とを比較し、この比較結果によっ
て、温度設定部２２における調整量を変化させる操作信
号を出力し、現在の電力Ｗと目標電力Ｗ０とが略一致し
たと判断したならば、上記操作信号の出力を停止する。
この後の動作は実施の形態１の場合と同様であるので省
略する。
られた電力信号と目標電力Ｗ０とに基づいて、現在の電
力Ｗと目標電力Ｗ０とを比較し、この比較結果によっ
て、温度設定部２２における調整量を変化させる操作信
号を出力し、現在の電力Ｗと目標電力Ｗ０とが略一致し
たと判断したならば、上記操作信号の出力を停止する。
この後の動作は実施の形態１の場合と同様であるので省
略する。
【００３４】
以上のように、この実施の形態２によれ
ば、実施の形態１で述べたと略同様の効果が得られる。
加えて、主制御部２３から操作信号を温度設定部２２へ
送出して調整量を変化させるように構成したので、人手
を煩わすことなく、一段と簡単、迅速かつ確実に調整を
行うことができる効果が得られる。
ば、実施の形態１で述べたと略同様の効果が得られる。
加えて、主制御部２３から操作信号を温度設定部２２へ
送出して調整量を変化させるように構成したので、人手
を煩わすことなく、一段と簡単、迅速かつ確実に調整を
行うことができる効果が得られる。
【００３５】
実施の形態３．
実施の形態３の構成は前記図３に示す構成と同じである
が、前記実施の形態２と大きく異なるところは、主制御
部（監視手段）２３が燃焼前などの特定の条件でのみ、
ヒータ１３に与えるべき電力を演算するだけでなく、た
とえば高燃焼時の排気温度が一定の範囲の時などの任意
の条件において、燃焼量等から酸素検出装置の周囲の熱
的影響を推定し、与えるべき電力を演算し、逐一温度設
定部２２を操作することにより温度制御を行う。
が、前記実施の形態２と大きく異なるところは、主制御
部（監視手段）２３が燃焼前などの特定の条件でのみ、
ヒータ１３に与えるべき電力を演算するだけでなく、た
とえば高燃焼時の排気温度が一定の範囲の時などの任意
の条件において、燃焼量等から酸素検出装置の周囲の熱
的影響を推定し、与えるべき電力を演算し、逐一温度設
定部２２を操作することにより温度制御を行う。
【００３６】
以上のように、この実施の形態３によれ
ば、温度制御装置の温度調整のために、燃焼を停止する
ことなく、燃焼中での調整も可能となり、設置時および
交換時に燃焼を一旦停止する必要がなくなる。また、温
度制御装置は必ずしも、厳密な温度制御機能を求められ
なくなるため、温度制御装置は安価な電圧制御装置など
に置換可能となる。
ば、温度制御装置の温度調整のために、燃焼を停止する
ことなく、燃焼中での調整も可能となり、設置時および
交換時に燃焼を一旦停止する必要がなくなる。また、温
度制御装置は必ずしも、厳密な温度制御機能を求められ
なくなるため、温度制御装置は安価な電圧制御装置など
に置換可能となる。
【００３７】
実施の形態４．
上記の各実施の形態は、ヒータに供給される電力をモニ
タし、このモニタした電力に基づいて、酸素検出素子１
１の温度を所定の範囲内の温度とすべき電力を演算して
いるが、実施の形態４は酸素検出素子１１の温度を目標
温度にするための電力量を、排気温度や燃焼量を量に逆
算して求めるもので、このように構成することにより、
ヒータに供給すべき電力をモニタする必要がなくなるた
め、電圧検出手段１５、電流検出手段１６を省略でき
る。
タし、このモニタした電力に基づいて、酸素検出素子１
１の温度を所定の範囲内の温度とすべき電力を演算して
いるが、実施の形態４は酸素検出素子１１の温度を目標
温度にするための電力量を、排気温度や燃焼量を量に逆
算して求めるもので、このように構成することにより、
ヒータに供給すべき電力をモニタする必要がなくなるた
め、電圧検出手段１５、電流検出手段１６を省略でき
る。
【００３８】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、電力
検出手段によって検出された電力に基づいて、酸素検出
素子の温度を所定の範囲内の値とする調整を行うように
構成したので、個々のヒータの特性に係わらず、ヒータ
の電力と温度との関係を用いるのみで、簡易にかつ正確
に酸素検出素子の温度制御装置を調整することができる
効果がある。それ故、高精度に酸素濃度を測定すること
ができる。
検出手段によって検出された電力に基づいて、酸素検出
素子の温度を所定の範囲内の値とする調整を行うように
構成したので、個々のヒータの特性に係わらず、ヒータ
の電力と温度との関係を用いるのみで、簡易にかつ正確
に酸素検出素子の温度制御装置を調整することができる
効果がある。それ故、高精度に酸素濃度を測定すること
ができる。
【００３９】
この発明によれば、ヒータに供給される電
力を監視しながら、ヒータに供給される電力を目標電力
に合わせるように温度設定手段を操作することによっ
て、目標温度を設定するように構成したので、個々のヒ
ータの特性に係わらず、ヒータの抵抗値を演算し、抵抗
値からヒータの温度を演算し、設定値と比較することに
よって温度制御を行うので、簡易にかつ正確に酸素検出
素子の温度制御装置を調整することができる効果があ
る。
力を監視しながら、ヒータに供給される電力を目標電力
に合わせるように温度設定手段を操作することによっ
て、目標温度を設定するように構成したので、個々のヒ
ータの特性に係わらず、ヒータの抵抗値を演算し、抵抗
値からヒータの温度を演算し、設定値と比較することに
よって温度制御を行うので、簡易にかつ正確に酸素検出
素子の温度制御装置を調整することができる効果があ
る。
【図１】この発明の実施の形態１に係る酸素検出装置の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図２】同酸素検出装置が適用された燃焼装置の構成を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る酸素検出装置の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図４】従来の酸素検出素子の温度制御装置の構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図５】酸素検出素子の温度と酸素検出素子からの出力
との間の概略の関係を示す特性図である。
との間の概略の関係を示す特性図である。
【図６】同温度制御装置のヒータの温度とヒータの抵抗
値との間の関係を示す特性図である。
値との間の関係を示す特性図である。
１１ 酸素検出素子
１３ ヒータ
１５ 電圧検出部（電圧検出手段）
１６ 電流検出部（電流検出手段）
１７ 電力演算部（電力検出手段）
１８ 電力表示部（監視手段、電力表示手段）
１９ 温度設定部（温度設定手段）
２０ 制御部（制御手段）
２３ 主制御部（監視手段）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−49818（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−172746（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−185350（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−288711（ＪＰ，Ａ)
実開 平３−19957（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 27/41
G01N 27/409
Claims (2)
- 【請求項１】 試料気体の酸素濃度に応じた濃度検出信
号を出力する酸素検出素子をヒータにより加熱し、この
ヒータの抵抗値の温度変化を利用して該ヒータの温度を
一定範囲に保つことによって酸素検出素子の温度制御を
行う酸素検出素子の温度制御装置の調整方法において、
前記ヒータに供給される電力を電力検出手段で検出し、
前記電力検出手段によって検出された電力に基づいて、
前記酸素検出素子の周囲の熱的環境が既知の状態で前記
ヒータに供給される電力が所定の範囲内の値となるよう
に温度設定を調整することを特徴とする酸素検出素子の
温度制御装置の調整方法。 - 【請求項２】 試料気体の酸素濃度に応じた濃度検出信
号を出力する酸素検出素子をヒータにより加熱し、この
ヒータの抵抗値の温度変化を利用して該ヒータの温度を
一定範囲に保つことによって酸素検出素子の温度制御を
行なう酸素検出素子の温度制御装置の調整方法におい
て、 電圧検出手段によって前記ヒータに印加される電圧を検
出して対応する電圧検出信号を出力し、電流検出信号に
よって前記ヒータに流れる電流を検出して対応する電流
検出信号を出力し、電力検出手段は前記電圧検出信号と
前記電流検出信号とに基づいて該ヒータに供給される電
力を演算して対応する電力検出信号を出力し、温度設定
手段によって、前記酸素検出素子の所定の範囲内の目標
温度に対応する設定信号を出力し、制御手段によって、
前記電圧検出信号と前記電流検出信号とに基づいて、前
記ヒータの抵抗値を演算し該抵抗値から該ヒータの温度
を演算し、前記設定信号と比較することによって温度制
御を行う一方、監視手段によって、前記電力検出手段に
よって演算された電力を監視し、前記ヒータに供給され
る電力が、前記目標温度に対応する目標電力に略一致す
るように前記温度設定手段を操作して該温度設定手段か
ら該目標温度に対応する設定信号が出力されるように調
整することを特徴とする酸素検出素子の温度制御装置の
調整方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36888197A JP3469448B2 (ja) | 1997-12-27 | 1997-12-27 | 酸素検出素子の温度制御装置の調整方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36888197A JP3469448B2 (ja) | 1997-12-27 | 1997-12-27 | 酸素検出素子の温度制御装置の調整方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11194112A JPH11194112A (ja) | 1999-07-21 |
| JP3469448B2 true JP3469448B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=18492992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36888197A Expired - Fee Related JP3469448B2 (ja) | 1997-12-27 | 1997-12-27 | 酸素検出素子の温度制御装置の調整方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3469448B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7193187B2 (en) * | 2004-02-09 | 2007-03-20 | Advanced Technology Materials, Inc. | Feedback control system and method for maintaining constant resistance operation of electrically heated elements |
| JP7025232B2 (ja) * | 2018-02-01 | 2022-02-24 | 東京窯業株式会社 | ガス濃度検出方法及びガス濃度検出装置 |
-
1997
- 1997-12-27 JP JP36888197A patent/JP3469448B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11194112A (ja) | 1999-07-21 |
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