JP7048442B2

JP7048442B2 - How to use gas sensor and gas sensor

Info

Publication number: JP7048442B2
Application number: JP2018132129A
Authority: JP
Inventors: 孝治常吉
Original assignee: TYK Corp
Current assignee: TYK Corp
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2038-07-12
Also published as: JP2020008511A

Description

本発明は、固体電解質をセンサ素子に使用して気相におけるガス濃度を検出するガスセンサ、及び、該ガスセンサの構成により可能となるガスセンサの校正方法を含む使用方法に関するものである。 The present invention relates to a gas sensor that detects a gas concentration in a gas phase by using a solid electrolyte as a sensor element, and a method of use including a method of calibrating the gas sensor made possible by the configuration of the gas sensor.

固体電解質（イオン伝導性セラミックス）をセンサ素子に使用して、水素ガス、酸素ガス、炭酸ガス、水蒸気などのガス濃度を検出するガスセンサが種々提案されており、本出願人も過去に複数の提案を行っている。これらのガスセンサは、同一イオンの濃度差により固体電解質に電位差が生じる濃淡電池の原理を使用したものであり、センサ素子を挟んだ二つの空間で検出対象のガスの濃度が異なる場合に、センサ素子に生じる起電力を測定する。二つの空間のうち、一方の空間において検出対象ガスの濃度が既知であれば、ネルンストの式により、測定された起電力とセンサ素子の温度から、他方の空間におけるガス濃度を知ることができる。或いは、一方の空間のガス濃度を一定とした状態で、他方の空間におけるガス濃度を変化させて起電力を測定することによって、予めガス濃度と起電力との相関関係を調べておくことにより、ガス濃度が未知の場合の起電力の測定値からガス濃度を知ることができる。 Various gas sensors have been proposed that detect the concentration of gas such as hydrogen gas, oxygen gas, carbon dioxide gas, and water vapor by using a solid electrolyte (ionic conductive ceramics) for the sensor element. It is carried out. These gas sensors use the principle of a concentration cell in which a potential difference occurs in the solid electrolyte due to a difference in the concentration of the same ion, and when the concentration of the gas to be detected differs between the two spaces sandwiching the sensor element, the sensor element Measure the electromotive force generated in. If the concentration of the gas to be detected is known in one of the two spaces, the gas concentration in the other space can be known from the measured electromotive force and the temperature of the sensor element by the Nernst equation. Alternatively, by measuring the electromotive force by changing the gas concentration in the other space while keeping the gas concentration in one space constant, the correlation between the gas concentration and the electromotive force can be investigated in advance. The gas concentration can be known from the measured value of the electromotive force when the gas concentration is unknown.

センサ素子は、使用に伴い測定雰囲気で固体電解質に生じる酸化還元反応などに起因して、経時的に劣化するため、定期的に校正を行う必要がある。校正は、例えば、本来であればガス濃度が未知である測定ガスが導入されるべき空間に、濃度が既知の校正用ガスを導入し、そのガス濃度を変化させつセンサ素子に生じる起電力を測定することにより行われる。そして、必要に応じて、起電力の測定値からガス濃度を算出する際に用いる起電力とガス濃度との相関関係を修正する。 Since the sensor element deteriorates over time due to the redox reaction that occurs in the solid electrolyte in the measurement atmosphere with use, it is necessary to perform calibration regularly. For calibration, for example, a calibration gas having a known concentration is introduced into a space where a measurement gas whose gas concentration is originally unknown should be introduced, and the electromotive force generated in the sensor element that changes the gas concentration is applied. It is done by measuring. Then, if necessary, the correlation between the electromotive force used when calculating the gas concentration from the measured value of the electromotive force and the gas concentration is corrected.

ここで、固体電解質をセンサ素子とするガスセンサは、大型の工業炉に挿入された状態で使用されていることが多い。具体的には、炉壁にセンサ用の孔部が穿設されており、その孔部からガスセンサを炉内に挿入した上で、ガスセンサの基部が炉壁に固定された状態で使用されている。ガスセンサの使用現場がこのような大型の工業炉である場合、ガスセンサの校正を現場で行うことは困難である。大型の炉の内部空間をガス濃度が既知である校正用のガスで満たし、更に濃度の異なる校正用のガスに切り替えることは、実際的ではないからである。 Here, a gas sensor using a solid electrolyte as a sensor element is often used in a state of being inserted into a large industrial furnace. Specifically, a hole for a sensor is drilled in the furnace wall, and the gas sensor is inserted into the furnace through the hole and then used in a state where the base of the gas sensor is fixed to the furnace wall. .. When the site where the gas sensor is used is such a large industrial furnace, it is difficult to calibrate the gas sensor on site. This is because it is not practical to fill the internal space of a large furnace with a calibration gas having a known gas concentration and then switch to a calibration gas having a different concentration.

そこで、従来は、現場での使用期間が所定の期間に達した時点で、ガスセンサを工業炉から抜き取り、校正用の施設まで移送して、ガスセンサの校正を行っていた。そのため、校正のために工業炉からガスセンサが取り外されている時間が長く、その間は当然ながら現場でガス濃度の検出ができないという問題があった。また、工業炉からガスセンサを取り外し、校正用の施設に移送し、校正を行い、校正後のガスセンサを使用現場まで返送し、工業炉に再び取り付けるという一連の作業が必要であるため、校正をすること自体が大掛かりであった。そのため、仮に使用現場でガスセンサによる検出結果に疑義が生じたとしても、すぐに校正を行うことはできなかった。 Therefore, conventionally, when the on-site use period reaches a predetermined period, the gas sensor is taken out from the industrial furnace and transferred to a calibration facility to calibrate the gas sensor. Therefore, there is a problem that the gas sensor is removed from the industrial furnace for a long time for calibration, and the gas concentration cannot be detected on site during that time. In addition, since it is necessary to remove the gas sensor from the industrial furnace, transfer it to the calibration facility, calibrate it, return the calibrated gas sensor to the site of use, and reattach it to the industrial furnace, so calibrate it. The thing itself was a big deal. Therefore, even if the detection result by the gas sensor is doubtful at the site of use, it cannot be calibrated immediately.

更に、固体電解質には、ガス濃度と起電力とが相関関係を示す温度範囲がある。従って、使用現場の温度でガス濃度と起電力とが相関関係を示す必要があり、使用現場の温度で校正を行う必要がある。そのため、校正用の施設において、ガスセンサが配される空間の温度を使用現場の温度まで昇温させるために時間を要すると共に、使用現場の温度に正確に一致させる温度制御が、使用現場ごとに必要であった。 Further, the solid electrolyte has a temperature range in which the gas concentration and the electromotive force are correlated. Therefore, it is necessary to show a correlation between the gas concentration and the electromotive force at the temperature of the site of use, and it is necessary to perform calibration at the temperature of the site of use. Therefore, in the calibration facility, it takes time to raise the temperature of the space where the gas sensor is arranged to the temperature of the site of use, and temperature control that accurately matches the temperature of the site of use is required for each site of use. Met.

そこで、本発明は、上記の実情を鑑み、使用現場から取り外すことなく、簡易かつ手軽に校正を行うことができるガスセンサ、及び、該ガスセンサの構成ゆえに可能となるガスセンサの校正方法を含む使用方法の提供を、課題とするものである。 Therefore, in view of the above circumstances, the present invention includes a gas sensor that can be easily and easily calibrated without removing it from the site of use, and a method of using the gas sensor that is possible because of the configuration of the gas sensor. Providing is an issue.

上記の課題を解決するため、本発明にかかるガスセンサは、
「固体電解質のセンサ素子が、筒状のホルダの端部または内部に封止材を介して支持されていることにより第一空間及び第二空間が区画されており、前記第一空間において前記センサ素子の表面に設けられた第一電極と前記第二空間において前記センサ素子の表面に設けられた第二電極によって前記センサ素子に生じる起電力を検出するガスセンサであって、
筒状で両端がそれぞれ少なくとも一部で開放している第一筒部と、
該第一筒部において一方の端部である第一端部側の部分をスライド可能に挿入している有底筒状の第二筒部と、を具備し、
前記ホルダは、前記第一筒部の内部に、前記ホルダの外周面と前記第一筒部の内周面との間の空隙である筒壁間空隙をあけた状態で、且つ、前記第一空間を前記第一端部側として固定されており、
前記第一筒部は、前記第二筒部に挿入されない部分において前記筒壁間空隙に開口する第一孔部を有していると共に、
前記第二筒部は、側周壁または底壁の少なくとも一方で貫通する第二孔部を有しており、
前記第二筒部内での前記第一筒部のスライドに伴い、前記第二孔部が開放されて前記第一空間が外部空間と連通する開放状態と、前記第一筒部が前記第二孔部を閉塞する閉塞状態とに切り替えられる」ものである。 In order to solve the above problems, the gas sensor according to the present invention is
"The first space and the second space are partitioned by the sensor element of the solid electrolyte being supported at the end or the inside of the tubular holder via a sealing material, and the sensor in the first space. A gas sensor that detects the electromotive force generated in the sensor element by the first electrode provided on the surface of the element and the second electrode provided on the surface of the sensor element in the second space.
The first tubular part, which is tubular and both ends are open at least partially,
The first cylinder portion is provided with a bottomed tubular second cylinder portion into which a portion on the first end portion side, which is one end portion, is slidably inserted.
The holder has a space between cylinder walls, which is a space between the outer peripheral surface of the holder and the inner peripheral surface of the first cylinder portion, inside the first cylinder portion, and the first cylinder portion. The space is fixed as the first end side,
The first cylinder portion has a first hole portion that opens into the gap between the cylinder walls in a portion that is not inserted into the second cylinder portion, and also has a first hole portion.
The second tubular portion has a second hole portion penetrating at least one of the side peripheral wall or the bottom wall.
With the slide of the first cylinder portion in the second cylinder portion, the second hole portion is opened and the first space communicates with the external space, and the first cylinder portion is the second hole. It can be switched to a closed state that closes the part. "

「筒状のホルダ」、「筒状の第一筒部」及び「有底筒状の第二筒部」における「筒状」は、円筒状、楕円筒状、角筒状とすることができる。ただし、ホルダ、第一筒部、及び第二筒部それぞれの形状及び大きさは、第一筒部が第二筒部にスライド可能に挿入され、第一筒部の内部に固定されたホルダの外周面と第一筒部の内周面との間に空隙（筒壁間空隙）が形成され、且つ、第一筒部のスライドに伴い第二筒部の第二孔部が開放される状態と閉塞される状態とに切り替えられるように設定される。 The "cylindrical" in the "cylindrical holder", "cylindrical first cylinder" and "bottomed tubular second cylinder" can be cylindrical, elliptical cylinder, or square cylinder. .. However, the shape and size of the holder, the first cylinder, and the second cylinder are such that the first cylinder is slidably inserted into the second cylinder and fixed inside the first cylinder. A state in which a gap (gap between cylinder walls) is formed between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the first cylinder portion, and the second hole portion of the second cylinder portion is opened as the first cylinder portion slides. It is set to switch between the state of being blocked and the state of being blocked.

本構成のガスセンサは、測定雰囲気とする外部空間に第二孔部を位置させる一方、第一孔部を測定雰囲気の外部に位置させて使用する。その状態で、第一筒部を第二筒部に対してスライドさせることにより、第二孔部が開放されている開放状態とすると、第二孔部を介して第二筒部の内部空間を測定雰囲気と連通させることができる。第一筒部の第一端部は少なくとも一部で開放しているため、第一空間は第二筒部の内部空間と連通している。すなわち、開放状態では、第一空間は測定雰囲気と連通する。従って、第二空間に基準ガスを導入し、第一電極及び第二電極によってセンサ素子に生じる起電力を測定することにより、測定雰囲気におけるガス濃度を検出することができる。 The gas sensor of this configuration is used by locating the second hole portion in the external space as the measurement atmosphere, while locating the first hole portion outside the measurement atmosphere. In that state, if the first cylinder portion is slid with respect to the second cylinder portion to open the second hole portion, the internal space of the second cylinder portion is opened through the second hole portion. It can communicate with the measurement atmosphere. Since the first end of the first cylinder is open at least in part, the first space communicates with the internal space of the second cylinder. That is, in the open state, the first space communicates with the measurement atmosphere. Therefore, the gas concentration in the measurement atmosphere can be detected by introducing the reference gas into the second space and measuring the electromotive force generated in the sensor element by the first electrode and the second electrode.

一方、第一筒部を第二筒部に対してスライドさせることにより、第二孔部が第一筒部によって閉塞されている閉塞状態とすれば、筒壁間空隙のみを第一空間と連通させることができる。そのため、ガス濃度が既知である校正用ガスを第一孔部から筒壁間空隙に導入することにより、第一空間を校正用ガスで満たすことができる。従って、第二空間に基準ガスを導入する一方で、第一空間に校正用ガスを導入した状態で、センサ素子に生じる起電力とガス濃度との相関関係を確認することにより、ガスセンサを校正することができる。 On the other hand, if the second hole is closed by the first cylinder by sliding the first cylinder with respect to the second cylinder, only the space between the cylinder walls communicates with the first space. Can be made to. Therefore, the first space can be filled with the calibration gas by introducing the calibration gas having a known gas concentration into the gap between the cylinder walls from the first hole portion. Therefore, the gas sensor is calibrated by confirming the correlation between the electromotive force generated in the sensor element and the gas concentration with the reference gas introduced in the second space and the calibration gas introduced in the first space. be able to.

以上のように、本構成のガスセンサによれば、使用現場からガスセンサを取り外すことなく、校正を行うことができる。そのため、使用現場からガスセンサを取り外し、校正用施設で構成を行っていた従来に比べて、校正の作業に要する手間や時間が大幅に低減される。また、現場においてガスセンサを校正する必要性が感じられたとき、速やかに、且つ、手軽に構成を行うことができる。 As described above, according to the gas sensor of this configuration, calibration can be performed without removing the gas sensor from the site of use. Therefore, the labor and time required for the calibration work are significantly reduced as compared with the conventional case in which the gas sensor is removed from the site of use and the configuration is performed in the calibration facility. In addition, when the need to calibrate the gas sensor is felt in the field, the configuration can be performed quickly and easily.

また、ガスセンサの校正は使用現場の温度で行う必要があるところ、本構成のガスセンサは、使用現場で校正することができるため、温度の調整や制御を何ら必要とすることなく、まさに使用現場の温度において簡易に校正を行うことができる。 In addition, the gas sensor must be calibrated at the temperature of the site of use, but the gas sensor of this configuration can be calibrated at the site of use, so there is no need to adjust or control the temperature at the site of use. Calibration can be easily performed at temperature.

本構成のガスセンサは、上記構成に加え、
「前記第二筒部に対して前記第一筒部が挿入された深さを保持することにより、前記開放状態及び前記閉塞状態それぞれを維持する保持機構を、更に具備する」ものとすることができる。 In addition to the above configuration, the gas sensor with this configuration has
"The holding mechanism for maintaining the open state and the closed state by holding the depth at which the first cylinder portion is inserted with respect to the second cylinder portion is further provided." can.

本構成では、第二筒部に対して第一筒部が挿入された深さが保持機構によって保持されるため、開放状態としている最中（測定雰囲気のガス濃度を検出している最中）に意図せず閉塞状態となってしまうことや、閉塞状態としている最中（校正の作業中）に意図せず開放状態となってしまうことが防止される。 In this configuration, the depth at which the first cylinder is inserted is held by the holding mechanism with respect to the second cylinder, so that it is in the open state (while detecting the gas concentration in the measurement atmosphere). It is possible to prevent the vehicle from being unintentionally closed or unintentionally opened during the closed state (during calibration work).

次に、本発明にかかるガスセンサの使用方法は、
「上記に記載のガスセンサを使用する使用方法であり、
ガス濃度が未知である測定雰囲気に前記第二孔部が位置すると共に、前記測定雰囲気の外部に前記第一孔部が位置するように前記ガスセンサを設置して、前記第二空間にガス濃度が既知である基準ガスを導入し、
前記測定雰囲気におけるガス濃度を検出するときは、前記ガスセンサを前記開放状態として前記測定雰囲気を前記第一空間と連通させる一方で、
前記ガスセンサを校正するときは、前記ガスセンサを前記閉塞状態とし、前記第一孔部から前記筒壁間空隙を介してガス濃度が既知である校正用ガスを前記第一空間に導入する」ものである。 Next, the method of using the gas sensor according to the present invention is as follows.
"It is a usage method using the gas sensor described above,
The gas sensor is installed so that the second hole portion is located in the measurement atmosphere where the gas concentration is unknown and the first hole portion is located outside the measurement atmosphere, and the gas concentration is measured in the second space. Introducing a known reference gas,
When detecting the gas concentration in the measurement atmosphere, the gas sensor is set to the open state to communicate the measurement atmosphere with the first space.
When calibrating the gas sensor, the gas sensor is placed in the closed state, and a calibration gas having a known gas concentration is introduced into the first space from the first hole through the gap between the cylinder walls. " be.

これは、ガスセンサが上記構成であることにより可能となる使用法であり、現場で測定雰囲気中のガス濃度を検出していたガスセンサを、取り外すことなく、その場で校正を行うという使用方法である。 This is a usage method that is possible because the gas sensor has the above configuration, and is a usage method in which the gas sensor that has detected the gas concentration in the measurement atmosphere at the site is calibrated on the spot without removing it. ..

本発明にかかるガスセンサの使用方法は、上記構成に加え、
「前記ガスセンサを校正するとき、前記基準ガス及び前記校正用ガスとして濃度が同一のガスを使用し、前記センサ素子に起電力が生じた場合、その起電力値に基づいて校正を行う」ものとすることができる。 In addition to the above configuration, the method of using the gas sensor according to the present invention is
"When calibrating the gas sensor, a gas having the same concentration as the reference gas and the calibration gas is used, and when an electromotive force is generated in the sensor element, calibration is performed based on the electromotive force value." can do.

センサ素子を挟んで区画されている第一空間及び第二空間のガス濃度が同一のとき、本来はセンサ素子に起電力は生じない。従って、第一空間に導入される校正用ガスと第二空間に導入される基準ガスのガス濃度を同一としたときに、センサ素子に起電力が生じた場合は、この起電力値に基づいて、ガス濃度のゼロ点を簡易に補正することができる。 When the gas concentrations in the first space and the second space partitioned by sandwiching the sensor element are the same, no electromotive force is originally generated in the sensor element. Therefore, if an electromotive force is generated in the sensor element when the gas concentration of the calibration gas introduced in the first space and the reference gas introduced in the second space are the same, it is based on this electromotive force value. , The zero point of gas concentration can be easily corrected.

以上のように、本発明によれば、使用現場から取り外すことなく、簡易かつ手軽に校正を行うことができるガスセンサ、及び、該ガスセンサの構成ゆえに可能となるガスセンサの校正方法を含む使用方法を、提供することができる。 As described above, according to the present invention, there is a usage method including a gas sensor that can be easily and easily calibrated without removing it from the site of use, and a gas sensor calibration method that is possible due to the configuration of the gas sensor. Can be provided.

図１（ａ）は本発明の一実施形態であるガスセンサの斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のガスセンサの分解斜視図である。1 (a) is a perspective view of a gas sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is an exploded perspective view of the gas sensor of FIG. 1 (a). 図２は図１のガスセンサ（センサ本体部を省略）が、保持機構が保持状態にないと共に、固定機構が固定状態になく、且つ、開放状態にあるとき、縦方向に中央で切断した端面図である。FIG. 2 is an end view of the gas sensor of FIG. 1 (the sensor main body is omitted) cut in the center in the vertical direction when the holding mechanism is not in the holding state and the fixing mechanism is not in the fixed state and is in the open state. Is. 図３は図１のガスセンサ（センサ本体部を省略）が、保持機構が保持状態にある共に、固定機構が固定状態にあり、且つ、閉塞状態にあるとき、縦方向に中央で切断した端面図である。FIG. 3 is an end view of the gas sensor of FIG. 1 (the sensor main body is omitted) cut in the center in the vertical direction when the holding mechanism is in the holding state, the fixing mechanism is in the fixed state, and the fixing mechanism is in the closed state. Is. 図４（ａ）は図１のガスセンサ（センサ本体部を含む）が開放状態にあるとき、縦方向に中央で切断した端面図であり、図４（ｂ）は図１のガスセンサ（センサ本体部を含む）が閉塞状態にあるとき、縦方向に中央で切断した端面図である。4 (a) is an end view cut at the center in the vertical direction when the gas sensor (including the sensor main body) of FIG. 1 is in the open state, and FIG. 4 (b) is a view of the gas sensor of FIG. 1 (sensor main body). It is an end view cut in the center in the vertical direction when (including) is in the closed state.

以下、本発明の一実施形態であるガスセンサ１、及び、ガスセンサ１の使用方法について、図１乃至図４を用いて説明する。まず、ガスセンサ１の構成について説明する。ガスセンサ１は、センサ本体部と、センサ本体部を収容するケーシングに大別され、ケーシングは、筒状で両端がそれぞれ少なくとも一部で開放している第一筒部１０と、第一筒部１０の一部をスライド可能に挿入している第二筒部２０とからなる。 Hereinafter, the gas sensor 1 and the method of using the gas sensor 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. First, the configuration of the gas sensor 1 will be described. The gas sensor 1 is roughly divided into a sensor main body portion and a casing accommodating the sensor main body portion. It is composed of a second cylinder portion 20 into which a part of the above is slidably inserted.

具体的に説明すると、第一筒部１０は円筒状で、ここでは両端が開端である場合を図示している。第一筒部１０の両端をそれぞれ第一端部Ｅ１及び第二端部Ｅ２とすると、第二端部Ｅ２の近傍で、且つ、第二端部Ｅ２からは離れた位置に、側周壁を貫通する第一孔部１１ｈが二以上設けられている。ここでは、第一孔部１１ｈが二つであり、それぞれの周縁に小パイプ１１が気密に接続されている場合を例示する。 Specifically, the case where the first cylinder portion 10 has a cylindrical shape and both ends are open ends is shown here. Assuming that both ends of the first cylinder portion 10 are the first end portion E1 and the second end portion E2, respectively, the side peripheral wall is penetrated at a position near the second end portion E2 and away from the second end portion E2. Two or more first hole portions 11h are provided. Here, a case where the first hole portions 11h are two and the small pipes 11 are airtightly connected to the peripheral edges of each is illustrated.

第二筒部２０は有底円筒状であり、円筒状部の内径は第一筒部１０の外径より僅かに大きい。従って、第一筒部１０における第一端部Ｅ１側の部分を、第二筒部２０の開端２５から挿入することができ、第一筒部１０はその外周面を第二筒部２０の内周面に沿わせながら第二筒部２０内をスライドする。第一筒部１０において第一孔部１１ｈから第一端部Ｅ１までの距離は、第二筒部２０の長さより大きく設定されている。そのため、第一筒部１０を第二筒部２０に最も深く挿入した状態で、第一筒部１０の第一端部Ｅ１は第二筒部２０の底壁２０ｂに当接すると共に、第一孔部１１ｈは第二筒部２０の開端２５から離隔している。 The second tubular portion 20 has a bottomed cylindrical shape, and the inner diameter of the cylindrical portion is slightly larger than the outer diameter of the first tubular portion 10. Therefore, the portion of the first cylinder portion 10 on the E1 side of the first end portion can be inserted from the open end 25 of the second cylinder portion 20, and the outer peripheral surface of the first cylinder portion 10 is inside the second cylinder portion 20. Slide inside the second cylinder portion 20 along the peripheral surface. In the first cylinder portion 10, the distance from the first hole portion 11h to the first end portion E1 is set to be larger than the length of the second cylinder portion 20. Therefore, with the first cylinder portion 10 inserted deepest into the second cylinder portion 20, the first end portion E1 of the first cylinder portion 10 abuts on the bottom wall 20b of the second cylinder portion 20 and the first hole is formed. The portion 11h is separated from the open end 25 of the second cylinder portion 20.

また、第二筒部２０の側周壁には、底壁２０ｂの近傍において、複数の第二孔部２１が貫設されている。 Further, a plurality of second hole portions 21 are formed through the side peripheral wall of the second cylinder portion 20 in the vicinity of the bottom wall 20b.

第二筒部２０は、開端２５で内径及び外径ともに拡径しており、その部分の外周面には雄ネジ２５ｓが形成されている。開端２５で内径が拡径していることにより、第二筒部２０の内周面には段部２５ｂが形成されているが、この段部２５ｂに、第一筒部１０の外径より大径で樹脂製のＯリング２６が載置されている。また、第二筒部２０は、雄ネジ２５ｓと螺合する雌ネジ２８ｓを有する締付けリング２８を備えている。締付けリング２８は、底部２８ｂに孔部２８ｈが貫設された有底円筒状であり、孔部２８ｈは第一筒部１０を挿入できる大きさである。締付けリング２８の円筒状部分２８ａは、長さが雄ネジ２５ｓと同程度であり、その内周面に雌ネジ２８ｓが形成されている。 Both the inner diameter and the outer diameter of the second cylinder portion 20 are expanded at the open end 25, and male screws 25s are formed on the outer peripheral surface of the portion. Since the inner diameter is expanded at the open end 25, a stepped portion 25b is formed on the inner peripheral surface of the second tubular portion 20, but the stepped portion 25b has a larger diameter than the outer diameter of the first tubular portion 10. An O-ring 26 made of resin with a diameter is placed. Further, the second cylinder portion 20 includes a tightening ring 28 having a female screw 28s screwed with the male screw 25s. The tightening ring 28 has a bottomed cylindrical shape in which a hole 28h is penetrated into the bottom 28b, and the hole 28h has a size into which the first tubular portion 10 can be inserted. The cylindrical portion 28a of the tightening ring 28 has a length similar to that of the male screw 25s, and a female screw 28s is formed on the inner peripheral surface thereof.

これらの雄ネジ２５ｓ、Ｏリング２６、及び締付けリング２８は、本発明における「第二筒部に対して第一筒部が挿入された深さを保持する保持機構」に相当する。すなわち、第一筒部１０を第二筒部２０に開端２５から挿入し、第二筒部２０に対して第一筒部１０がある深さで挿入されている状態を保持させるときは、締付けリング２８の雌ネジ２８ｓを雄ネジ２５ｓに締付ける。それに伴い、締付けリング２８の底部２８ｂによってＯリング２６が段部２５ｂに向かって押し付けられ、弾性変形して第一筒部１０の外周面に圧接される（図３における一番上の拡大図を参照）。これにより、第一筒部１０が第二筒部２０に対してスライドすることが規制され、第一筒部１０が第二筒部２０に対してある深さで挿入された状態が保持されると共に、第二筒部２０の内周面と第一筒部１０の外周面との間が気密にシールされる。なお、ここでは、締付けリング２８とＯリング２６との間に剛体リング２７を介在させており、剛体リング２７を介して締付けリング２８がＯリング２６を押圧する場合を例示しているが、締付けリング２８によってＯリング２６を十分に弾性変形させられる場合は、剛体リング２７は不要である。 These male screws 25s, the O-ring 26, and the tightening ring 28 correspond to the "holding mechanism for holding the depth at which the first cylinder portion is inserted with respect to the second cylinder portion" in the present invention. That is, when the first cylinder portion 10 is inserted into the second cylinder portion 20 from the open end 25 and the first cylinder portion 10 is held at a certain depth with respect to the second cylinder portion 20, tightening is performed. The female screw 28s of the ring 28 is tightened to the male screw 25s. Along with this, the O-ring 26 is pressed toward the stepped portion 25b by the bottom portion 28b of the tightening ring 28, elastically deformed, and pressed against the outer peripheral surface of the first tubular portion 10 (see the top enlarged view in FIG. 3). reference). As a result, the first cylinder portion 10 is restricted from sliding with respect to the second cylinder portion 20, and the state in which the first cylinder portion 10 is inserted with respect to the second cylinder portion 20 is maintained. At the same time, the inner peripheral surface of the second cylinder portion 20 and the outer peripheral surface of the first cylinder portion 10 are hermetically sealed. Here, a rigid ring 27 is interposed between the tightening ring 28 and the O-ring 26, and the case where the tightening ring 28 presses the O-ring 26 via the rigid ring 27 is illustrated. If the O-ring 26 is sufficiently elastically deformed by the ring 28, the rigid ring 27 is not needed.

第二筒部２０は、ガスセンサ１が使用される現場においてガスセンサ１が測定雰囲気に挿入された状態を固定するための固定機構を、更に備えている。固定機構は、固定具３０、Ｏリング３１、及び、締付けリング３２を備えている。固定具３０は短い円筒状で、その内径は第二筒部２０の外径より僅かに大きい。従って、固定具３０は第二筒部２０を挿通させた状態で、第二筒部２０の外周面に沿ってスライド可能である。固定具３０の外周面には、一方の端部側に雄ネジ３０ａが形成されていると共に、他方の端部側に雄ネジ３０ｂが形成されている。固定具３０は、雄ネジ３０ｂが開端２５側となる向きで、第二筒部２０を挿通させている。 The second cylinder portion 20 further includes a fixing mechanism for fixing the state in which the gas sensor 1 is inserted into the measurement atmosphere at the site where the gas sensor 1 is used. The fixing mechanism includes a fixing tool 30, an O-ring 31, and a tightening ring 32. The fixture 30 has a short cylindrical shape, and its inner diameter is slightly larger than the outer diameter of the second tubular portion 20. Therefore, the fixture 30 can slide along the outer peripheral surface of the second cylinder portion 20 with the second cylinder portion 20 inserted therein. On the outer peripheral surface of the fixture 30, a male screw 30a is formed on one end side and a male screw 30b is formed on the other end side. The fixture 30 is inserted with the second cylinder portion 20 in the direction in which the male screw 30b is on the open end 25 side.

ガスセンサ１が使用される現場である工業炉では、炉壁にガスセンサ用孔部が設けられており、そのガスセンサ用孔部の内周面に雌ネジが形成されている。固定具３０の雄ネジ３０ａは、炉壁に設けられたガスセンサ用孔部の雌ネジに螺合するものである。 In an industrial furnace where the gas sensor 1 is used, a gas sensor hole is provided in the furnace wall, and a female screw is formed on the inner peripheral surface of the gas sensor hole. The male screw 30a of the fixture 30 is screwed into the female screw of the gas sensor hole provided in the furnace wall.

他方の雄ネジ３０ｂは、締付けリング３２の雌ネジ３２ｓと螺合する。締付けリング３２は、底部３２ｂに孔部３２ｈが貫設された有底円筒状であり、孔部３２ｈは第二筒部２０を挿入できる大きさである。締付けリング３２の円筒状部分３２ａは、長さが雄ネジ３０ｂと同程度で、その内周面に雌ネジ３２ｓが形成されている。そして、締付けリング３２の底部３２ｂ及び円筒状部分３２ａと、固定具３０の雄ネジ３０ｂ側の端部とで囲まれた空間に、樹脂製のＯリング３１が嵌め込まれている。 The other male screw 30b is screwed with the female screw 32s of the tightening ring 32. The tightening ring 32 has a bottomed cylindrical shape in which the hole portion 32h is penetrated into the bottom portion 32b, and the hole portion 32h has a size into which the second tubular portion 20 can be inserted. The cylindrical portion 32a of the tightening ring 32 has a length similar to that of the male screw 30b, and a female screw 32s is formed on the inner peripheral surface thereof. Then, the resin O-ring 31 is fitted in the space surrounded by the bottom portion 32b and the cylindrical portion 32a of the tightening ring 32 and the end portion of the fixing tool 30 on the male screw 30b side.

使用現場では、炉壁に設けられたガスセンサ用孔部の雌ネジに固定具３０の雄ネジ３０ａを留め付けた状態で、締付けリング３２の雌ネジ３２ｓを雄ネジ３０ｂに締付ける。それに伴い、締付けリング３２の底部３２ｂによってＯリング３１が固定具３０の端部に向かって押し付けられ、弾性変形して第二筒部２０の外周面に圧接される（図３における中央の拡大図を参照）。これにより、固定具３０が第二筒部２０に対してスライドすることが規制され、工業炉内の測定雰囲気中に、ある長さで挿入された状態でガスセンサ１が固定される。 At the site of use, the female screw 32s of the tightening ring 32 is tightened to the male screw 30b in a state where the male screw 30a of the fixture 30 is fastened to the female screw of the hole for the gas sensor provided in the furnace wall. Along with this, the O-ring 31 is pressed toward the end of the fixture 30 by the bottom portion 32b of the tightening ring 32, elastically deformed, and pressed against the outer peripheral surface of the second tubular portion 20 (enlarged view of the center in FIG. 3). See). As a result, the fixture 30 is restricted from sliding with respect to the second cylinder portion 20, and the gas sensor 1 is fixed in a state of being inserted at a certain length in the measurement atmosphere in the industrial furnace.

なお、第二筒部２０において固定具３０と開端２５との間にストッパ３９が取り付けられていると共に、第一筒部１０において第一孔部１１ｈより第一端部Ｅ１側にストッパ１９が取り付けられている。ストッパ３９及びストッパ１９は、それぞれボルト３９ｂ，１９ｂの締付けにより縮径するリング状である。ガスセンサ１が工業炉内の測定雰囲気中に、ある長さで挿入されている状態を固定具３０で固定した上で、固定具３０にストッパ３９を当接させてボルト３９ｂを締付けることにより、ストッパ３９が第二筒部２０の外周面に圧着される。これにより、固定具３０に何らかの異常が生じたとしても、ガスセンサ１が炉内に引き込まれることが防止される。同様に、第一筒部１０が第二筒部２０に対して、ある深さで挿入されている状態を保持機構で保持した上で、締付けリング２８にストッパ１９を当接させてボルト１９ｂを締付けることにより、ストッパ１９が第一筒部１０の外周面に圧着される。これにより、保持機構に何らかの異常が生じたとしても、第一筒部１０が第二筒部２０に引き込まれることが防止される。 In the second cylinder portion 20, the stopper 39 is attached between the fixture 30 and the open end 25, and in the first cylinder portion 10, the stopper 19 is attached to the first end portion E1 side from the first hole portion 11h. Has been reset. The stopper 39 and the stopper 19 have a ring shape whose diameter is reduced by tightening the bolts 39b and 19b, respectively. After fixing the state in which the gas sensor 1 is inserted at a certain length in the measurement atmosphere in the industrial furnace with the fixture 30, the stopper 39 is brought into contact with the fixture 30 and the bolt 39b is tightened to tighten the stopper. 39 is crimped to the outer peripheral surface of the second cylinder portion 20. As a result, even if some abnormality occurs in the fixture 30, the gas sensor 1 is prevented from being drawn into the furnace. Similarly, after holding the state in which the first cylinder portion 10 is inserted into the second cylinder portion 20 at a certain depth by the holding mechanism, the stopper 19 is brought into contact with the tightening ring 28 to attach the bolt 19b. By tightening, the stopper 19 is crimped to the outer peripheral surface of the first cylinder portion 10. As a result, even if some abnormality occurs in the holding mechanism, the first cylinder portion 10 is prevented from being pulled into the second cylinder portion 20.

センサ本体部は、固体電解質のセンサ素子５１と、センサ素子５１を支持している筒状のホルダ５２と、センサ素子５１に設けられた第一電極６１及び第二電極６２と、ガスを導入する導入管５３と、センサ素子５１の温度を測定するための熱電対５４とを、主な構成とする。そして、センサ素子５１とホルダ５２の内周面との間が封止材５６で気密に封止されていることにより、センサ素子５１を挟んだ二つの空間である第一空間Ｓ１及び第二空間Ｓ２が気密に区画されている。センサ素子５１の表面には、第一空間Ｓ１において第一電極６１が形成されていると共に、第二空間Ｓ２において第二電極６２が形成されている。 The sensor main body introduces a solid electrolyte sensor element 51, a tubular holder 52 that supports the sensor element 51, a first electrode 61 and a second electrode 62 provided on the sensor element 51, and a gas. The main configuration is an introduction tube 53 and a thermocouple 54 for measuring the temperature of the sensor element 51. Since the space between the sensor element 51 and the inner peripheral surface of the holder 52 is hermetically sealed with the sealing material 56, the first space S1 and the second space, which are two spaces sandwiching the sensor element 51, are hermetically sealed. S2 is airtightly partitioned. On the surface of the sensor element 51, a first electrode 61 is formed in the first space S1 and a second electrode 62 is formed in the second space S2.

ホルダ５２は円筒状であり、その外径は第一筒部１０の内径より小さい。従って、ホルダ５２を第一筒部１０の内部に位置させると、ホルダ５２の外周面と第一筒部１０の内周面との間には空隙が存在し、この空隙が筒壁間空隙Ｓ３である。センサ本体部は、第一空間Ｓ１が第一筒部１０の第一端部Ｅ１側となる向きで、第一筒部１０の内部に固定されている。 The holder 52 has a cylindrical shape, and its outer diameter is smaller than the inner diameter of the first cylinder portion 10. Therefore, when the holder 52 is positioned inside the first cylinder portion 10, a gap exists between the outer peripheral surface of the holder 52 and the inner peripheral surface of the first cylinder portion 10, and this gap is the gap S3 between the cylinder walls. Is. The sensor main body is fixed inside the first cylinder 10 with the first space S1 facing the first end E1 side of the first cylinder 10.

ここで、ホルダ５２の長さは、一方の端部が第一筒部１０の第一端部Ｅ１まで達しない長さである共に、他方の端部が第一孔部１１ｈより第二端部Ｅ２側に達する長さである。また、第一孔部１１ｈより第二端部Ｅ２側で、第一筒部１０の内周面とホルダ５２の外周面との間は封止材５９によって気密に封止されている。 Here, the length of the holder 52 is such that one end does not reach the first end E1 of the first cylinder 10, and the other end is the second end from the first hole 11h. It is the length that reaches the E2 side. Further, on the second end E2 side of the first hole portion 11h, the inner peripheral surface of the first tubular portion 10 and the outer peripheral surface of the holder 52 are hermetically sealed by a sealing material 59.

次に、上記構成のガスセンサ１の使用方法について説明する。ガスセンサ１の使用現場では、工業炉の炉壁に形成されたセンサ用孔部にガスセンサ１を挿入し、炉内の測定雰囲気に第二筒部２０の第二孔部２１が位置すると共に、第一筒部１０の第一孔部１１ｈが測定雰囲気の外部（炉外）に位置する状態とする。この状態で、測定雰囲気に所定の長さで挿入されているガスセンサ１を、固定具３０によって炉壁に固定する。 Next, a method of using the gas sensor 1 having the above configuration will be described. At the site where the gas sensor 1 is used, the gas sensor 1 is inserted into the sensor hole formed in the furnace wall of the industrial furnace, the second hole 21 of the second cylinder 20 is located in the measurement atmosphere in the furnace, and the second hole 21 is located. It is assumed that the first hole portion 11h of the cylinder portion 10 is located outside the measurement atmosphere (outside the furnace). In this state, the gas sensor 1 inserted into the measurement atmosphere with a predetermined length is fixed to the furnace wall by the fixture 30.

測定雰囲気のガス濃度を検出する際は、第一筒部１０を第二筒部２０に対してスライドさせることにより、第二孔部２１が開放されている開放状態、すなわち、第二孔部２１が第一筒部１０によって閉塞されていない状態とする（図４（ａ）参照）。この開放状態は、上記の保持機構により保持することができる。開放状態では、第二筒部２０の内部空間が第二孔部２１を介して測定雰囲気と連通する。また、第一筒部１０の第一端部Ｅ１が少なくとも一部で開放していることにより、センサ本体部の第一空間Ｓ１は第二筒部２０の内部空間と連通している。従って、開放状態では第一空間Ｓ１は測定雰囲気と連通しているため、導入管５３を介して第二空間Ｓ２に基準ガスを導入し、第一電極６１及び第二電極６２によってセンサ素子５１に生じる起電力を測定することにより、測定雰囲気におけるガス濃度を検出することができる。 When detecting the gas concentration in the measurement atmosphere, the first cylinder portion 10 is slid with respect to the second cylinder portion 20, so that the second hole portion 21 is open, that is, the second hole portion 21. Is not blocked by the first cylinder portion 10 (see FIG. 4A). This open state can be held by the holding mechanism described above. In the open state, the internal space of the second cylinder portion 20 communicates with the measurement atmosphere via the second hole portion 21. Further, since the first end portion E1 of the first cylinder portion 10 is open at least partially, the first space S1 of the sensor main body portion communicates with the internal space of the second cylinder portion 20. Therefore, since the first space S1 communicates with the measurement atmosphere in the open state, the reference gas is introduced into the second space S2 via the introduction pipe 53, and the first electrode 61 and the second electrode 62 connect the sensor element 51 to the sensor element 51. By measuring the generated electromotive force, the gas concentration in the measurement atmosphere can be detected.

なお、このような開放状態では、筒壁間空隙Ｓ３も第一空間Ｓ１と連通している。第一孔部１１ｈより第二端部Ｅ２側では、筒壁間空隙Ｓ３は封止材５９によって閉塞されているため、小パイプ１１に栓部材６０を嵌めることにより第一孔部１１ｈを閉塞すれば、工業炉内の測定雰囲気に炉外の空気が混入することや、工業炉内のガスが第一孔部１１ｈを介して炉外に漏れ出ることを防止することができる。なお、工業炉内の測定雰囲気に、第二孔部２１を介して第二筒部２０の内部空間に向けてガスを圧入するガス圧があり、工業炉内のガスが炉外に漏れ出ても問題がないガスである場合は、第一孔部１１ｈを開放しておいても問題はない。 In such an open state, the space between the cylinder walls S3 also communicates with the first space S1. On the second end E2 side of the first hole 11h, the gap S3 between the cylinder walls is closed by the sealing material 59, so that the first hole 11h is closed by fitting the plug member 60 into the small pipe 11. For example, it is possible to prevent the air outside the furnace from being mixed into the measurement atmosphere inside the industrial furnace and the gas inside the industrial furnace from leaking out of the furnace through the first hole portion 11h. In the measurement atmosphere inside the industrial furnace, there is a gas pressure for injecting gas into the internal space of the second cylinder portion 20 through the second hole portion 21, and the gas inside the industrial furnace leaks out of the furnace. If the gas has no problem, there is no problem even if the first hole portion 11h is opened.

ガスセンサ１の校正を行う際は、第一筒部１０を第二筒部２０に対してスライドさせることにより、第二孔部２１が第一筒部１０によって閉塞されている閉塞状態とする（図４（ｂ）参照）。ここでは、第一筒部１０の第一端部Ｅ１が第二筒部２０の底壁２０ｂに当たるまで第一筒部１０を第二筒部２０内に押し込んでいる場合を例示している。この場合、第一筒部１０の側周壁が第二孔部２１を被覆することに加え、第一筒部１０の第一端部Ｅ１と第二筒部２０の底壁２０ｂとが当接することにより、測定雰囲気が第二孔部２１を介して第二筒部２０の内部空間に流入することが防止される。この閉塞状態は、上記の保持機構により保持することができる。 When calibrating the gas sensor 1, the first cylinder portion 10 is slid with respect to the second cylinder portion 20 to bring the second hole portion 21 into a closed state in which the first cylinder portion 10 closes (FIG. FIG. 4 (b)). Here, an example is illustrated in which the first cylinder portion 10 is pushed into the second cylinder portion 20 until the first end portion E1 of the first cylinder portion 10 hits the bottom wall 20b of the second cylinder portion 20. In this case, in addition to the side peripheral wall of the first cylinder portion 10 covering the second hole portion 21, the first end portion E1 of the first cylinder portion 10 and the bottom wall 20b of the second cylinder portion 20 come into contact with each other. As a result, the measurement atmosphere is prevented from flowing into the internal space of the second cylinder portion 20 through the second hole portion 21. This closed state can be held by the above-mentioned holding mechanism.

閉塞状態では、筒壁間空隙Ｓ３が第一空間Ｓ１と連通する。第一筒部１０の第一端部Ｅ１側で、ホルダ５２は第一端部Ｅ１に達していない長さであり、第一筒部１０の第一端部Ｅ１は少なくとも一部で開放しているからである。そのため、ガス濃度が既知である校正用ガスを、小パイプ１１を介して第一孔部１１ｈから筒壁間空隙Ｓ３に導入することにより、第一空間Ｓ１を校正用ガスで満たすことができる。上記のように、第一孔部１１ｈより第二端部Ｅ２側で筒壁間空隙Ｓ３は封止材５９によって閉塞されているため、第一孔部１１ｈから導入された校正用ガスが第二端部Ｅ２から流出することが防止されており、筒壁間空隙Ｓ３を通って第一空間Ｓ１に流入する。 In the closed state, the gap S3 between the cylinder walls communicates with the first space S1. On the first end portion E1 side of the first cylinder portion 10, the holder 52 has a length that does not reach the first end portion E1, and the first end portion E1 of the first cylinder portion 10 is opened at least partially. Because there is. Therefore, the first space S1 can be filled with the calibration gas by introducing the calibration gas having a known gas concentration from the first hole portion 11h into the cylinder wall gap S3 via the small pipe 11. As described above, since the space between the cylinder walls S3 is closed by the sealing material 59 on the second end E2 side of the first hole 11h, the calibration gas introduced from the first hole 11h is second. It is prevented from flowing out from the end portion E2, and flows into the first space S1 through the gap S3 between the cylinder walls.

従って、導入管５３を介して第二空間Ｓ２に基準ガスを導入する一方で、第一孔部１１ｈから校正用ガスを第一空間Ｓ１に導入し、第一電極６１及び第二電極６２によってセンサ素子５１に生じる起電力を測定することにより、ガスセンサ１の校正を行うことができる。その際、校正用ガスを濃度の異なるガスに切り替えることにより、起電力とガス濃度との相関関係を確認することができる。また、第一空間Ｓ１に導入する校正用ガスを、第二空間Ｓ２に導入する基準ガスと同一のガス濃度としたときに、センサ素子５１に起電力が生じた場合は、その起電力値に基づいてガス濃度のゼロ点を補正する校正を行うことができる。 Therefore, while the reference gas is introduced into the second space S2 via the introduction pipe 53, the calibration gas is introduced into the first space S1 from the first hole portion 11h, and the sensor is provided by the first electrode 61 and the second electrode 62. The gas sensor 1 can be calibrated by measuring the electromotive force generated in the element 51. At that time, by switching the calibration gas to a gas having a different concentration, the correlation between the electromotive force and the gas concentration can be confirmed. Further, when the calibration gas introduced into the first space S1 has the same gas concentration as the reference gas introduced into the second space S2, if an electromotive force is generated in the sensor element 51, the electromotive force value is used. Based on this, calibration can be performed to correct the zero point of the gas concentration.

なお、第一孔部１１ｈは二以上設けられているため、そのうちの少なくとも一つを残して校正用ガスを導入すれば、第一空間Ｓ１を満たした後の校正用ガスは、残る第一孔部１１ｈを介して外部に排出される。図示は省略するが、校正用ガスが導入される第一孔部１１ｈに細管の一端を接続し、他端が第一筒部１０の下端近傍まで至るように、その細管を筒壁間空隙Ｓ３に配設すれば、第一電極６１が設けられている第一空間Ｓ１のガスが校正用ガスに速やかに置換されるため、より望ましい。 Since two or more first holes 11h are provided, if the calibration gas is introduced while leaving at least one of them, the calibration gas after filling the first space S1 will remain in the first hole. It is discharged to the outside through the portion 11h. Although not shown, one end of the thin tube is connected to the first hole portion 11h into which the calibration gas is introduced, and the thin tube is connected to the vicinity of the lower end of the first cylinder portion 10 so that the thin tube is connected to the gap S3 between the cylinder walls. It is more preferable to dispose of the gas in the first space S1 in which the first electrode 61 is provided because the gas in the first space S1 is quickly replaced with the calibration gas.

また、第一筒部１０による第二孔部２１の閉塞は、完璧に気密された閉塞状態であることまでは要請されない。仮に、第一空間Ｓ１と第二孔部２１との間に極く小さな空隙がありガスが僅かに流通可能であったとしても、校正用ガスは第一孔部１１ｈ及び筒壁間空隙Ｓ３を介して第一空間Ｓ１に送り込まれるガス圧を有している。そのため、極く小さな空隙を介して校正用ガスは第二孔部２１から外部に排出されるため、極く小さな空隙の存在は、第一空間Ｓ１を校正用ガスで満たすことの障害とはならない。 Further, the closure of the second hole portion 21 by the first cylinder portion 10 is not required to be in a completely airtight closed state. Even if there is a very small gap between the first space S1 and the second hole 21 and the gas can flow slightly, the calibration gas will pass through the first hole 11h and the gap S3 between the cylinder walls. It has a gas pressure sent to the first space S1 via the gas pressure. Therefore, the calibration gas is discharged to the outside from the second hole 21 through the extremely small voids, and the presence of the extremely small voids does not hinder the filling of the first space S1 with the calibration gas. ..

以上のように、本実施形態のガスセンサ１、及び、ガスセンサ１の使用方法によれば、使用現場からガスセンサ１を取り外すことなく、校正を行うことができる。そのため、ガスセンサを取り外して校正用施設まで移送して校正を行っていた従来に比べて、校正のために要する時間や手間が大幅に低減される。また、測定雰囲気のガス濃度を検出している際に、検出結果に疑義が生じた場合であっても、速やかに、且つ、手軽に校正を行うことができる。 As described above, according to the gas sensor 1 of the present embodiment and the method of using the gas sensor 1, calibration can be performed without removing the gas sensor 1 from the site of use. Therefore, the time and labor required for calibration is significantly reduced as compared with the conventional case in which the gas sensor is removed and transferred to the calibration facility for calibration. Further, even if a doubt arises in the detection result when the gas concentration in the measurement atmosphere is detected, the calibration can be performed quickly and easily.

更に、ガスセンサ１の校正は使用現場の温度で行われる必要があるため、校正用施設で校正を行う場合は、使用現場の温度まで昇温する時間や、使用現場の温度に正しく一致させる温度制御が必要であった。これに対し、本実施形態のガスセンサ１は使用現場で校正を行うことができるため、温度の調整や制御のために何らの作業を要することなく、まさに使用現場の温度で簡易に校正を行うことができる。 Further, since the calibration of the gas sensor 1 needs to be performed at the temperature of the site of use, when the calibration is performed at the calibration facility, the time for raising the temperature to the temperature of the site of use and the temperature control that correctly matches the temperature of the site of use are controlled. Was needed. On the other hand, since the gas sensor 1 of the present embodiment can be calibrated at the site of use, it is possible to simply calibrate at the temperature of the site of use without requiring any work for temperature adjustment and control. Can be done.

また、本実施形態のガスセンサ１は、第二筒部２０に対して第一筒部１０が挿入された深さを保持する保持機構を備えているため、測定雰囲気のガス濃度を検出している際に第一筒部１０が意図せずスライドして閉塞状態となってしまうおそれや、校正の作業中に第一筒部１０が意図せずスライドして開放状態となってしまうおそれがない。 Further, since the gas sensor 1 of the present embodiment has a holding mechanism for holding the depth at which the first cylinder portion 10 is inserted with respect to the second cylinder portion 20, the gas concentration in the measurement atmosphere is detected. At that time, there is no possibility that the first cylinder portion 10 unintentionally slides and becomes a closed state, or that the first cylinder portion 10 unintentionally slides and becomes an open state during the calibration work.

加えて、本実施形態のガスセンサ１は、測定雰囲気に挿入されている状態を固定するための固定機構を備えており、固定機構は第二筒部２０に対してスライドする固定具３０を有している。そのため、異なる使用現場それぞれで、測定雰囲気にガスセンサ１が挿入されるべき長さに応じて、ガスセンサ１が炉壁に固定される位置を調整できる利点がある。なお、ガスセンサが使用される現場が定まっており、測定雰囲気に挿入されるべきガスセンサの長さが一定の場合は、固定具は第二筒部２０に固着されていても良い。 In addition, the gas sensor 1 of the present embodiment includes a fixing mechanism for fixing the state of being inserted into the measurement atmosphere, and the fixing mechanism has a fixing tool 30 that slides with respect to the second cylinder portion 20. ing. Therefore, there is an advantage that the position where the gas sensor 1 is fixed to the furnace wall can be adjusted according to the length in which the gas sensor 1 should be inserted into the measurement atmosphere at different usage sites. If the site where the gas sensor is used is fixed and the length of the gas sensor to be inserted into the measurement atmosphere is constant, the fixture may be fixed to the second cylinder portion 20.

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。 Although the present invention has been described above with reference to suitable embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and as shown below, various improvements are made without departing from the gist of the present invention. And the design can be changed.

例えば、上記では、形状が有底筒状であるセンサ素子５１が筒状のホルダ５２の内部空間を閉塞している場合を図示により例示したが、センサ素子を挟んで第一空間と第二空間とが区画されるようにセンサ素子がホルダに保持されるものであれば、センサ素子の形状及びホルダによる保持の態様は限定されない。例えば、有底筒状のセンサ素子が、その開口をホルダの内部または外部に向けた状態で、ホルダの一端を閉塞している態様、柱状または平板状のセンサ素子がホルダの内部空間を閉塞している態様、或いは、柱状または平板状のセンサ素子がホルダの一端を閉塞している態様のガスセンサを、何れも使用することができる。 For example, in the above, the case where the sensor element 51 having a bottomed cylindrical shape closes the internal space of the tubular holder 52 is illustrated by illustration, but the first space and the second space sandwich the sensor element. As long as the sensor element is held by the holder so as to be partitioned, the shape of the sensor element and the mode of holding by the holder are not limited. For example, a mode in which a bottomed tubular sensor element closes one end of the holder with its opening facing the inside or the outside of the holder, and a columnar or flat plate-shaped sensor element closes the internal space of the holder. A gas sensor having a columnar or flat plate-like sensor element blocking one end of the holder can be used.

また、第一筒部１０の両端が開端である場合を例示したが、両端それぞれが少なくとも一部で開放されていれば開端でなくても良い。つまり、第一筒部１０の第一端部Ｅ１は、第一筒部１０の内部に配置されたセンサ本体部における第一空間Ｓ１を、第二筒部２０の内部空間と連通させられるだけの開口を有して入れば足りる。また、第一筒部１０の第二端部Ｅ２は、導入管５３、熱電対５４、第一電極６１及び第二電極６２に電気的に接続されるリード線（図示を省略）を、外部から第一筒部１０内に引き込むことできるだけの開口を有していれば足りる。 Further, although the case where both ends of the first cylinder portion 10 are open ends is exemplified, it does not have to be open ends as long as both ends are opened at least partially. That is, the first end portion E1 of the first cylinder portion 10 can only communicate the first space S1 in the sensor main body portion arranged inside the first cylinder portion 10 with the internal space of the second cylinder portion 20. It is enough to enter with an opening. Further, the second end portion E2 of the first cylinder portion 10 has a lead wire (not shown) electrically connected to the introduction pipe 53, the thermocouple 54, the first electrode 61 and the second electrode 62 from the outside. It suffices to have an opening that can be pulled into the first cylinder portion 10.

加えて、第二孔部２１が第二筒部２０の側周壁に貫設されている場合を例示したが、これに限定されず、第二筒部２０の底壁２０ｂに第二孔部が貫設されていても良い。具体的には、第一筒部１０が第一端部Ｅ１に底壁を有していると共に、この底壁に第一空間Ｓ１を第二筒部２０の内部空間と連通させる開口が設けられており、その開口の位置が第二孔部の位置とずれている構成とすることができる。かかる構成では、第一筒部１０の底壁を第二筒部２０の底壁２０ｂに当接させることにより、第二孔部を閉塞することができ、第一筒部１０の底壁を第二筒部２０の底壁２０ｂから離隔させれば、第二孔部を開放することができる。また、このように第二筒部２０の底壁２０ｂに貫設された第二孔部と、側周壁に貫設されて第一筒部１０の側周壁によって閉塞される上記の第二孔部２１との、双方を有していても良い。 In addition, the case where the second hole portion 21 is penetrated through the side peripheral wall of the second cylinder portion 20 is illustrated, but the present invention is not limited to this, and the second hole portion is provided in the bottom wall 20b of the second cylinder portion 20. It may be pierced. Specifically, the first cylinder portion 10 has a bottom wall at the first end portion E1, and the bottom wall is provided with an opening for communicating the first space S1 with the internal space of the second cylinder portion 20. The position of the opening can be deviated from the position of the second hole. In such a configuration, the second hole portion can be closed by bringing the bottom wall of the first cylinder portion 10 into contact with the bottom wall 20b of the second cylinder portion 20, and the bottom wall of the first cylinder portion 10 can be closed. The second hole can be opened by separating it from the bottom wall 20b of the two-cylinder portion 20. Further, the second hole portion penetrating the bottom wall 20b of the second cylinder portion 20 and the second hole portion penetrating the side peripheral wall and being closed by the side peripheral wall of the first cylinder portion 10 in this way. You may have both of 21 and 21.

更に、第一孔部１１ｈに小パイプ１１が接続されている場合を例示したが、小パイプ１１は必須ではない。例えば、校正用ガスを供給する装置の側で、ガス供給用のパイプの先端を第一孔部１１ｈに挿し込んでその状態を固定できる固定具を有してれば足りる。 Further, although the case where the small pipe 11 is connected to the first hole portion 11h is illustrated, the small pipe 11 is not essential. For example, on the side of the device for supplying the calibration gas, it is sufficient to have a fixture capable of inserting the tip of the gas supply pipe into the first hole portion 11h and fixing the state.

１ガスセンサ
１０第一筒部
１１ｈ第一孔部
２０第二筒部
２１第二孔部
５１センサ素子
５２ホルダ
６１第一電極
６２第二電極
Ｅ１第一端部
Ｓ１第一空間
Ｓ２第二空間
Ｓ３筒壁間空隙 1 Gas sensor 10 1st cylinder 11h 1st hole 20 2nd cylinder 21 2nd hole 51 Sensor element 52 Holder 61 1st electrode 62 2nd electrode E1 1st end S1 1st space S2 2nd space S3 cylinder Space between walls

Claims

The first space and the second space are partitioned by supporting the sensor element of the solid electrolyte at the end or inside of the tubular holder via a sealing material, and the sensor element in the first space. A gas sensor that detects the electromotive force generated in the sensor element by the first electrode provided on the surface of the sensor element and the second electrode provided on the surface of the sensor element in the second space.
The first tubular part, which is tubular and both ends are open at least partially,
The first cylinder portion is provided with a bottomed tubular second cylinder portion into which a portion on the first end portion side, which is one end portion, is slidably inserted.
The holder has a space between cylinder walls, which is a space between the outer peripheral surface of the holder and the inner peripheral surface of the first cylinder portion, inside the first cylinder portion, and the first cylinder portion. The space is fixed as the first end side,
The first cylinder portion has a first hole portion that opens into the gap between the cylinder walls in a portion that is not inserted into the second cylinder portion, and also has a first hole portion.
The second tubular portion has a second hole portion penetrating at least one of the side peripheral wall or the bottom wall.
With the slide of the first cylinder portion in the second cylinder portion, the second hole portion is opened and the first space communicates with the external space, and the first cylinder portion is the second hole. A gas sensor characterized in that it can be switched to a closed state in which the part is closed.

The claim is characterized in that it further includes a holding mechanism for maintaining each of the open state and the closed state by holding the depth at which the first cylinder portion is inserted with respect to the second cylinder portion. The gas sensor according to 1.

It is a usage method using the gas sensor according to claim 1 or 2.
The gas sensor is installed so that the second hole portion is located in the measurement atmosphere where the gas concentration is unknown and the first hole portion is located outside the measurement atmosphere, and the gas concentration is measured in the second space. Introducing a known reference gas,
When detecting the gas concentration in the measurement atmosphere, the gas sensor is set to the open state to communicate the measurement atmosphere with the first space.
When calibrating the gas sensor, the gas sensor is placed in the closed state, and a calibration gas having a known gas concentration is introduced into the first space from the first hole through the gap between the cylinder walls. How to use the gas sensor.

When calibrating the gas sensor, a gas having the same concentration is used as the reference gas and the calibration gas, and when an electromotive force is generated in the sensor element, the calibration is performed based on the electromotive force value. The method of using the gas sensor according to claim 3.