JP3878875B2 - Oxygen concentration meter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛・ビスマス、ビスマス、鉛などの低融点液体金属中の酸素濃度を計測するための酸素濃度計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図3に示すように、従来、不活性ガスaの雰囲気において、酸素濃度計1を用いて溶融鉛・ビスマスbに含まれている酸素濃度を計測することが行なわれている。図3中、2は、容器又は装置、3及び4は、通常のリード線、5は、計測器を示している。
【0003】
この酸素濃度計1は、図2に示すように、オーステナイト系ステンレス鋼で形成されている中空管状の延長スリーブ6の先端にアルミナ製のハウジング7を挿着し、このハウジング7の下部にモリブデン(Mo)製の対向極リード線13を有するモリブデン製の対向電極8と、標準電極9とを取り付けている。この標準電極9は、イットリア安定ジルコニアなどの固体電解質で形成された試験管のように細長い容器状の計測部10と、この計測部10内に収容した標準極cとからなり、標準極c内には、モリブデン製の標準極用リード線14が挿入されている。
【0004】
ところが、従来の酸素濃度計1は、ハウジング7と対向電極8の接合部15、ハウジング7と容器状の計測部10の接合部16およびハウジング7と延長スリーブ6の接合部17をそれぞれセラミックセメントdでシールしているので、気密性の確保が困難であり、長期の耐久性に問題があった。特に、ハウジング7と容器状の計測部10の接合部16の気密保持が困難であった。
【0005】
従って、不活性ガスの雰囲気では、使用可能であるが、還元ガスや酸化ガスの雰囲気では、容器状の計測部10内に納められている標準極cが還元、或いは、酸化され、正確な酸素濃度の測定が不可能である。
【0006】
更に、対向極と標準極の2本のリード線13,14が延長スリーブ6内に納められているので、これら2本のリード線13,14間の絶縁確保が困難であるうえ、2本のリード線13,14どうしの相互作用によって起電力の安定性に欠けるため、正確な酸素濃度の計測が困難であった。
【0007】
この種の酸素濃度計は、標準極cと溶融金属bとの間の電圧Eを測ることによって溶融金属bの酸素濃度を計測するように構成されている。この原理を酸素濃度計の模式図により説明すると(図4参照)、
・図の左側の電極では、式1となり、
O2 (P1 )+4e- =2O2- ・・・・・ (1)
・図の右側の電極では、式2となり、
2O2-=O2 (P2 )+4e- ・・・・・ (2)
・総括反応は、式3のようになる。
【0008】
O2 (P1 )=O2 (P2 ) ・・・・・ (3)
従って、酸素分圧差に応じた起電力E(式4)が発生するので、この起電力Eを計測することにより溶融金属の酸素濃度を計測できるのである。
【0009】
E=(RT/4F)×In(P1 /P2 ) ・・・・・ (4)
ここで、
R:ガス定数あるいは気体定数(8.3144mol-1K-1)
T:温度(K)
F:ファラデー定数(96485mol-1)
In :自然対数
P1 :計測側の酸素分圧(ここでは溶融金属/鉛・ビスマスの酸素分圧)
P2 :標準極の酸素分圧
である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであり、スリーブとハウジング間、ハウジングと容器状の計測部間およびハウジングと対向電極間のシール性の向上、並びに2本のリード線間の不具合を抑制することができる酸素濃度計を提供することを主たる目的とするものである。
【0011】
このような課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。すなわち、請求項1に記載の発明に係る酸素濃度計は、鉛・ビスマス、ビスマス、鉛の液体金属もしくは溶融金属中の酸素濃度を計測するための酸素濃度計であって、中空管状の延長スリーブの先端に耐食性のスリーブを固着し、該耐食性スリーブの先端に固体電解質からなる細長い容器状の計測部を装着するとともに、該容器状の計測部内に標準極を収容し、該標準極に前記各スリーブ内を通って標準電極用リード線を差し込み、更に、前記延長スリーブに対向電極用リード線を接続した酸素濃度計において、前記耐食性スリーブの下面に、該耐食性スリーブの内径より大径の穴を設け、該穴に前記容器状の計測部の開口部側を挿入してインロウ継手構造により結合し、且つ、耐食性スリーブの穴と前記容器状の計測部との隙間をハーメチックシールによりシールすることを特徴としている。
【0013】
請求項2に記載の発明に係る酸素濃度計は、請求項1記載の酸素濃度計において、前記延長スリーブと前記耐食性スリーブとを、溶接による結合あるいは気密性継ぎ手による結合により結合することを特徴としている。
【0014】
請求項3に記載の発明に係る酸素濃度計は、請求項1又は2記載の酸素濃度計において、前記耐食性スリーブを、フェライト系ステンレス鋼で形成することを特徴としている。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【0017】
図1において、1aは、鉛・ビスマス、ビスマス、鉛などの低融点液体金属中の酸素濃度を計測するための酸素濃度計である。
【0018】
この酸素濃度計1aは、オーステナイト系ステンレス鋼で形成した中空管状の延長スリーブ6の先端に、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、クロムモリブデン鋼などの耐食性の鋼材で形成された耐食性スリーブ19が溶接されている。
【0019】
この耐食性スリーブ19の先端には、イットリア安定ジルコニアなどの固体電解質からなる試験管のように細長い容器状の計測部10が挿着されている。具体的に説明すると、耐食性スリーブ19の下面に、その内径より大径の穴20を設け、この穴20に容器状の計測部10の開口部側を挿入して結合させている。その上、その隙間をハーメチックシールやセラミックセメントなどのシール材d′でシールしている。
【0020】
この容器状の計測部10内に標準極cを収容するとともに、当該溶融標準極cに上記スリーブ6,19内の孔11を通ってモリブデン製の標準極用リード線14が差し込まれている。更に、ここでは、一例として、上記延長スリーブ6の外側に対向極用リード線4を接続させている。
【0021】
図中、21は、標準極用リード線14を絶縁するためのアルミナ製の絶縁管、22は、延長スリーブ6の上端部を封ずるアルミナ製のシールである。ここで、標準極としては、Bi/Bi2 O3 、Pb/PbO、In/In2 O3 、Sn/SnOなどが好ましく使用される。
【0022】
上記のように、本発明は、耐食性スリーブ19と容器状の計測部10とがインロー継手構造により堅固に結合され、更に、その接合部がハーメチックシールやセラミックセメントなどのシール材d′でシールされているので、気密性の優れ、還元ガスや酸化ガスの雰囲気においても正確な計測が可能である。また、同様の理由により、長期の耐久性にも優れている。更に、2本のリード線が延長スリーブ6の内と外に分かれて設けられているので、起電力の安定性が確保でき、正確な計測が可能となる。
【0023】
【発明の効果】
上記のように、本発明は、鉛・ビスマス、ビスマス、鉛などの低融点液体金属中の酸素濃度を計測するための酸素濃度計であって、中空管状の延長スリーブの先端に耐食性のスリーブを固着し、該耐食性スリーブの先端に固体電解質からなる細長い容器状の計測部をインロー継手構造により装着するとともに、該容器状の計測部内に標準極を収容し、更に、該標準極に前記スリーブ内を通って標準極用リード線を差し込み、対向極用リード線は別に設置したこと特徴とするものである。
【0024】
上記のように、本発明は、耐食性スリーブと容器状の計測部とがインロー継手構造により堅固に結合され、更に、その接合部がハーメチックシールやセラミックセメントなどのシール材でシールされているので、気密性の優れ、還元ガスや酸化ガスの雰囲気においても正確な計測が可能である。また、同様の理由により、長期の耐久性にも優れている。更に、2本のリード線が延長スリーブの内と外に分かれて設けられているので、起電力の安定性が確保でき、正確な計測が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る酸素濃度計の断面図である。
【図2】従来の酸素濃度計の断面図である。
【図3】従来の酸素濃度測定装置の概略図である。
【図4】酸素濃度計の模式図である。
【符号の説明】
b 鉛・ビスマス、ビスマス、鉛などの低融点液体金属
c 鉛・ビスマスからなる標準極
1a 酸素濃度計
3 対向極用リード線
6 延長スリーブ
10 固体電解質からなる細長い容器状の計測部
14 標準極用リード線
19 耐食性のスリーブ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an oxygen concentration meter for measuring the oxygen concentration in a low-melting-point liquid metal such as lead / bismuth, bismuth, or lead.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 3, conventionally, an oxygen concentration contained in molten lead / bismuth b is measured using an
[0003]
As shown in FIG. 2, the
[0004]
However, in the
[0005]
Therefore, it can be used in an atmosphere of an inert gas, but in an atmosphere of a reducing gas or an oxidizing gas, the standard electrode c stored in the container-
[0006]
Furthermore, since the two
[0007]
This type of oxygen concentration meter is configured to measure the oxygen concentration of the molten metal b by measuring the voltage E between the standard electrode c and the molten metal b. This principle can be explained with a schematic diagram of an oximeter (see FIG. 4).
For the left electrode in the figure,
O 2 (P 1 ) + 4e − = 2O 2− (1)
For the electrode on the right side of the figure,
2O 2- = O 2 (P 2 ) + 4e - ····· (2)
・ The overall reaction is as shown in
[0008]
O 2 (P 1 ) = O 2 (P 2 ) (3)
Therefore, since the electromotive force E (Formula 4) corresponding to the oxygen partial pressure difference is generated, the oxygen concentration of the molten metal can be measured by measuring the electromotive force E.
[0009]
E = (RT / 4F) × In (P 1 / P 2 ) (4)
here,
R: Gas constant or gas constant (8.3144 mol −1 K −1 )
T: Temperature (K)
F: Faraday constant (96485 mol −1 )
In: Natural logarithm P 1 : Oxygen partial pressure on the measurement side (here, oxygen partial pressure of molten metal / lead / bismuth)
P 2 is the oxygen partial pressure of the standard electrode.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve such a conventional problem, and improves the sealing performance between the sleeve and the housing, between the housing and the container-shaped measuring section, between the housing and the counter electrode, and two The main object is to provide an oximeter capable of suppressing problems between lead wires.
[0011]
In order to solve such a problem, the present invention is configured as follows. That is, the oxygen concentration meter according to the first aspect of the present invention is an oxygen concentration meter for measuring the oxygen concentration in a liquid metal or molten metal of lead / bismuth, bismuth, lead , and is a hollow tubular extension sleeve A corrosion-resistant sleeve is fixed to the tip of the anti-corrosion sleeve, and an elongated container-shaped measuring unit made of a solid electrolyte is attached to the tip of the corrosion-resistant sleeve, and a standard electrode is housed in the container-shaped measuring unit, and the standard electrode In the oximeter in which a standard electrode lead wire is inserted through the sleeve and a counter electrode lead wire is connected to the extension sleeve, a hole having a diameter larger than the inner diameter of the corrosion resistant sleeve is formed on the lower surface of the corrosion resistant sleeve. The opening of the container-shaped measuring portion is inserted into the hole and joined by an in-row joint structure, and the gap between the hole of the corrosion-resistant sleeve and the container-shaped measuring portion is hermetically bonded. It is characterized in that sealing by Kushiru.
[0013]
An oximeter according to a second aspect of the invention is characterized in that, in the oximeter according to the first aspect, the extension sleeve and the corrosion-resistant sleeve are coupled by welding or a gas tight joint. Yes.
[0014]
An oximeter according to a third aspect of the present invention is the oximeter according to the first or second aspect, wherein the corrosion-resistant sleeve is made of ferritic stainless steel.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
In FIG. 1, 1a is an oxygen concentration meter for measuring the oxygen concentration in low melting point liquid metals such as lead / bismuth, bismuth, lead and the like.
[0018]
The
[0019]
An elongated container-
[0020]
The standard electrode c is accommodated in the container-shaped
[0021]
In the figure, 21 is an alumina insulating tube for insulating the standard
[0022]
As described above, according to the present invention, the corrosion-
[0023]
【The invention's effect】
As described above, the present invention is an oxygen concentration meter for measuring the oxygen concentration in a low melting point liquid metal such as lead / bismuth, bismuth, lead, etc., and a corrosion-resistant sleeve is provided at the tip of a hollow tubular extension sleeve. An elongated container-shaped measuring unit made of a solid electrolyte is attached to the tip of the corrosion-resistant sleeve by an inlay joint structure, and a standard electrode is accommodated in the container-shaped measuring unit, and further, the standard electrode is accommodated in the standard electrode. The lead wire for the standard electrode is inserted through the lead wire, and the lead wire for the counter electrode is installed separately.
[0024]
As described above, in the present invention, the corrosion-resistant sleeve and the container-shaped measuring part are firmly bonded by the inlay joint structure, and further, the joint part is sealed with a sealing material such as a hermetic seal or ceramic cement. Airtightness is excellent, and accurate measurement is possible even in an atmosphere of reducing gas or oxidizing gas. Further, for the same reason, it is excellent in long-term durability. Furthermore, since the two lead wires are provided separately inside and outside the extension sleeve, the stability of the electromotive force can be ensured and accurate measurement can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an oximeter according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional oxygen concentration meter.
FIG. 3 is a schematic view of a conventional oxygen concentration measuring apparatus.
FIG. 4 is a schematic diagram of an oxygen concentration meter.
[Explanation of symbols]
b Low melting point liquid metal such as lead / bismuth, bismuth, lead
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