JP6952578B2 - 酸素濃度計測装置および酸素濃度計測方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係る酸素濃度計測装置の基本的な構成を示すブロック図である。図2は、第1の実施形態に係る酸素濃度計測装置における図1のA部の詳細を示す構成図である。
図5は、本発明の第2の実施形態に係る酸素濃度計測装置における図1のA部の詳細を示す構成図であって、酸化雰囲気接続状態を示す図である。図6は、第2の実施形態に係る酸素濃度計測装置における図1のA部の詳細を示す構成図であって、還元雰囲気接続状態を示す図である。前述の図1に示す酸素濃度計測装置の基本的な構成は、本発明の第1の実施形態と第2の実施形態で共通である。
図10は、本発明の第3の実施形態に係る酸素濃度計測装置のデータ処理部の構成を示すブロック図である。
上記第3の実施形態は、第1の実施形態の変形として、図1に示すデータ処理部14が水蒸気濃度演算部71および水蒸気濃度換算データ保存部72を備えるように変更するものとした。さらに他の変形として、上記第2の実施形態の変形として、図7に示すデータ処理部14が水蒸気濃度演算部71および水蒸気濃度換算データ保存部72をさらに備えるように変更するものとしてもよい。
Claims (7)
- 測定対象ガス中の酸素濃度を計測する酸素濃度計測装置であって、
酸素イオン伝導性の第1の固体電解質部材と、
前記第1の固体電解質部材をはさんで前記第1の固体電解質部材に接して配置された第1の電極および第2の電極と、
前記第1の電極を取り囲むガス検出室を形成し、前記測定対象ガスと連通する拡散孔が形成された検出室カバーと、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に直流電圧を印加する直流電源と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間を流れる電流を測定する電流計と、
前記電流計の出力とガス中の水素濃度との関数としてガス中の酸素濃度を求めるための酸素濃度換算データを保存する酸素濃度換算データ保存部と、
前記電流計の出力と、前記測定対象ガス中の水素濃度とに基づいて、前記酸素濃度換算データ保存部に保存された前記酸素濃度換算データを用いて前記測定対象ガス中の酸素濃度を求める酸素濃度演算部と、
前記ガス検出室内の雰囲気が酸化雰囲気か還元雰囲気かを判断する雰囲気判定手段と、
を有し、
前記直流電源は、前記雰囲気判定手段による前記酸化雰囲気および前記還元雰囲気の判定に応じて前記第1の電極と前記第2の電極の間に印加する直流電圧の向きを切り替え可能に構成され、
前記酸素濃度換算データ保存部には、前記ガス検出室内が前記酸化雰囲気にある場合に前記電流計の出力と前記ガス中の前記水素濃度の関数として前記ガス中の前記酸素濃度を求めるための酸化雰囲気換算データと、前記ガス検出室内が前記還元雰囲気にある場合に前記電流計の出力と前記ガス中の前記水素濃度との関数として前記ガス中の前記酸素濃度を求めるための還元雰囲気換算データと、がそれぞれ前記酸素濃度換算データとして保存されてなり、かつ、
前記酸素濃度演算部は、前記雰囲気判定手段による前記酸化雰囲気および前記還元雰囲気の判定に応じ、前記酸化雰囲気換算データおよび前記還元雰囲気換算データの一方を前記酸素濃度換算データとして用いること、
を特徴とする酸素濃度計測装置。 - 前記雰囲気判定手段は、
前記ガス検出室に接して配置された酸素イオン伝導性の第2の固体電解質部材と、
前記ガス検出室内で前記第2の固体電解質部材に接して配置された第3の電極と、
前記ガス検出室外で前記第2の固体電解質部材に接して配置された第4の電極と、
前記第4の電極を取り囲んで密閉されて所定の酸素濃度の基準ガスが封入された基準ガス室を形成する基準ガス室カバーと、
前記第3の電極と前記第4の電極との間の電圧を測定する電圧計と、
を有すること、を特徴とする請求項1に記載の酸素濃度計測装置。 - 前記酸素濃度換算データは、ガス中の酸素濃度が既知の複数の状態それぞれにおける前記電流計の出力とガス中の水素濃度の測定値とに基づいて作成されたものであること、を特徴とする請求項1または請求項2に記載の酸素濃度計測装置。
- 前記直流電源によって前記第1の電極と前記第2の電極との間に印加する電圧は、前記測定対象ガス中の水蒸気の電気分解が発生する最小電解電圧よりも低いこと、を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の酸素濃度計測装置。
- 前記第1の電極と前記第2の電極との間に印加する電圧を複数種類に変えたときに得られる前記電流計の複数種類の出力に基づいて、前記測定対象ガス中の水蒸気濃度を演算する水蒸気濃度演算部をさらに有すること、を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の酸素濃度計測装置。
- 前記第1の電極と前記第2の電極との間に印加される電圧が前記最小電解電圧を超えた所定の電圧範囲である場合に前記第1の電極と前記第2の電極との間を流れる電流から、前記第1の電極と前記第2の電極との間に印加される電圧が前記最小電解電圧以下でかつ前記最小電解電圧に近い所定の電圧範囲である場合に前記第1の電極と前記第2の電極との間を流れる電流を差し引いた電流差の関数としてガス中の水蒸気の濃度を求めるための水蒸気濃度換算データ保存部をさらに有し、
前記水蒸気濃度演算部は、前記電流差に基づいて、前記水蒸気濃度換算データ保存部に保存された前記水蒸気濃度換算データを用いて前記測定対象ガス中の水蒸気濃度を演算するものであること、
を特徴とする請求項4に記載の酸素濃度計測装置。 - 酸素濃度計測装置を用いて測定対象ガス中の酸素濃度を計測する酸素濃度計測方法であって、
前記酸素濃度計測装置は、
酸素イオン伝導性の固体電解質部材と、
前記固体電解質部材をはさんで前記固体電解質部材に接して配置された第1の電極および第2の電極と、
前記第1の電極を取り囲むガス検出室を形成し、前記測定対象ガスと連通する拡散孔が形成された検出室カバーと、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に直流電圧を印加する直流電源と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間を流れる電流を測定する電流計と、
を有し、
当該酸素濃度計測方法は、
ガス中の酸素濃度および水素濃度が既知で酸化雰囲気である場合に、複数種類の酸素濃度および複数種類の水素濃度の組合せのそれぞれの場合における前記電流計の出力を測定して、ガス中の酸素濃度と水素濃度との関数としてガス中の酸素濃度を求めるための酸化雰囲気換算データを取得して保存する酸化雰囲気換算データ保存ステップと、
ガス中の酸素濃度および水素濃度が既知で還元雰囲気である場合に、複数種類の酸素濃度および複数種類の水素濃度の組合せのそれぞれの場合における前記電流計の出力を測定して、ガス中の酸素濃度と水素濃度との関数としてガス中の酸素濃度を求めるための還元雰囲気換算データを取得して保存する還元雰囲気換算データ保存ステップと、
前記ガス検出室内の雰囲気が酸化雰囲気か還元雰囲気かを判断する雰囲気判定ステップと、
前記雰囲気判定ステップで前記ガス検出室内の雰囲気が酸化雰囲気と判定された場合に、前記第1の電極に対して前記第2の電極に正電圧が印加されるように前記直流電源を接続し、前記雰囲気判定ステップで前記ガス検出室内の雰囲気が還元雰囲気と判定された場合に、前記第1の電極に対して前記第2の電極に負電圧が印加されるように前記直流電源を接続する、直流電源接続ステップと、
前記直流電源接続ステップの後に、前記拡散孔を通して前記測定対象ガスを前記ガス検出室に拡散させて、前記電流計により前記電流を測定する電流測定ステップと、
前記測定対象ガス中の水素濃度を計測する水素濃度計測ステップと、
前記電流測定ステップで得られた前記電流の測定値と前記水素濃度計測ステップで得られた前記水素濃度とに基づいて、前記酸化雰囲気換算データ保存ステップで保存された前記酸化雰囲気換算データまたは前記還元雰囲気換算データ保存ステップで保存された前記還元雰囲気換算データを用いて前記測定対象ガス中の酸素濃度を求める酸素濃度演算ステップと、
前記電流測定ステップで得られた前記電流の測定値と前記水素濃度計測ステップで得られた前記水素濃度とに基づいて、前記測定対象ガス中の酸素濃度を求める酸素濃度演算ステップと、
を有し、
前記酸素濃度演算ステップは、
前記雰囲気判定ステップで前記ガス検出室内の雰囲気が酸化雰囲気と判定された場合には、前記酸化雰囲気換算データを用い、
前記雰囲気判定ステップで前記ガス検出室内の雰囲気が還元雰囲気と判定された場合には、前記還元雰囲気換算データを用いる、
ことを特徴とする酸素濃度計測方法。
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