JPH0219760A - 湿度測定方法 - Google Patents
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- JPH0219760A JPH0219760A JP63169295A JP16929588A JPH0219760A JP H0219760 A JPH0219760 A JP H0219760A JP 63169295 A JP63169295 A JP 63169295A JP 16929588 A JP16929588 A JP 16929588A JP H0219760 A JPH0219760 A JP H0219760A
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
「産業上の利用分野」
本発明は固体電解質を使用した酸素センサ番こよる湿度
測定方法に関するものである。 「従来の技術」 従来、ジルコニア固体電解質中の酸素イオンの移動に伴
う電流変化から気体中の酸素濃度を測定する酸素センサ
が知られており、この酸素センサは、酸素濃度の測定の
ほか、例えば、特開昭６３４２４５９に示されている方
法により、気体中の水蒸気の濃度すなわち湿度の測定に
も利用することができる。 すなわちこの方法においては、第３図に示すように、被
測定気体と、該被測定気体を除湿することにより得られ
た乾燥気体とのそれぞれについて電圧〜電流特性を測定
し、両型圧〜電流特性における第１平坦部（センサユニ
ットへ狭隘な流路を介して流入する気体の気流拡散抵抗
に起因して生じる一定電流の区間）の電流値ＩＬｏ＋Ｉ
ｔ＋を求め、これらの差ΔＩＬＩにより被測定気体中の
水分を測定することができる。 「発明が解決しようとする課題」 しかしながら上記方法は、被測定気体の除湿処理を必須
とするから、この除湿処理の設備が必要になるとともに
、除湿処理に一定の時間がかかるため、迅速な測定を行
うことができないという問題がある。 本発明は上記事情に鑑みて提案されたもので、被測定気
体の除湿のための設備を必要とすることなく迅速に水分
を測定することを目的とするものである。 ［課題を解決するだめの手段Ｊ 上記目的を達成するため、本発明は、固体電解質に電圧
を印加し、印加された電圧の変化にかかわらず前記固体
電解質に一定の電流が流れる場合に測定される限界電流
値から、前記固体電解質が接する気体中の酸素濃度を検
知する酸素センサを用いて被測定気体の湿度を測定する
方法であって、被測定気体と同一組成の既知の酸度濃度
を持った乾燥気体における前記限界電流値を、前記既知
の酸素濃度の値に比例する電圧値として計器に表示させ
るべく前記固体電解質と計器との間の電流電圧変換回路
の増幅率を設定し、被測定気体中に前記固体電解質をお
いた場合に前記増幅率にて前記計器に表示される電圧を
読み取り、読み取られた電圧から得られた酸素濃度値と
前記既知の酸度濃度とから被測定気体の湿度を換算する
ようにしたものである。 「作用」 上記構成であると、例えば、酸素濃度が既知の値（２１
％）である大気を乾燥させてその酸素濃度における限界
電流値を測定するとともに、前記変換回路の増幅率を調
整することにより、酸素濃度の数値そのもの（例えば２
１）、あるいは、これに比例する値（例えば２．１，２
１０．２１００など）を計器に表示させることができ、
また、被測定気体中においては、水蒸気の存在による酸
素分圧の低下に応じて前記限界電流値が低下して行き、
これに対応する、酸素濃度を読み取ることができる。そ
して、読み取られｔ；酸素濃度の差、すなわち、水蒸気
の存在に起因する出力の低下から、これに対応する水蒸
気濃度を知ることができる。 「実施例」 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。 第１図は本発明に適用される酸素センサのセンサモジュ
ールを示すものである。 符号１はセンサユニットであって、このセンサユニット
ｌは、安定化ジルコニア等の固体電解質２を白金電極３
・４の間に挟み、一方の電極３をキャップ５によって覆
った構造となっている。また前記キャップ５には、小孔
６が形成され、該小孔６により、電極３側への空気の流
入が制限されるようになっている。 前記電極３・４には、直流電源ＤＣによって電圧が印加
され、さらに、この直流回路を流れる電流の変化は、セ
ンサユニット１に直列に接続された抵抗Ｒの両端の電圧
変化に変換されてアンプ７に入力され、増幅されるよう
になっている。またアンプ７は、増幅率が可変の構成と
されている。 上記構成の回路においてセンサユニット１に直流電圧を
印加すると、キャップ５内の空気に含まれる酸素を電極
３側から電極４側へ移動させようとするポンピング作用
により、酸素イオンをキャリアとする電流が流れ、キャ
リア５内の空気に含まれる酸度分子が電極３側から電極
４側へ移動する。また、前記小孔６を通過する際の気体
拡散抵抗により、第３図に示すような限界電流が生じ、
この電流がアンプ７の出力電圧として検知される。 （酸素センサのパネルなどに設けられた電圧計等の計器
の読みとして検出される。） このような酸素センサを用いた湿度の測定は次のような
方法により行われる。 まず、既知の酸素含有量の乾燥空気、すなわち、水蒸気
含有量が０％、窒素対酸素の比率が７９：２１の乾燥空
気の酸素量を測定し、この測定において限界電流に対す
るアンプ７の出力電圧Ｅが２１０ｍＶ（酸素濃度％の１
０倍の読み）となるようにアンプ７の増幅率を調節して
おく。 上記過程によって増幅率を決定した後、被測定気体中に
酸素センサをおいて限界電流時のアンプ７の出力電圧Ｅ
を測定すると、この電圧Ｅにより、第２図に示す電圧〜
水分特性を介して湿度を求めることができる。 すなわち、第２図に示す電圧〜水分特性の意義を説明す
ると、 センサユニットとその電流〜電圧変換回路および増幅回
路（アンプ７）とからなるセンサモジュールの出力電圧
Ｅ［ｍＶ］と酸素濃度り。
測定方法に関するものである。 「従来の技術」 従来、ジルコニア固体電解質中の酸素イオンの移動に伴
う電流変化から気体中の酸素濃度を測定する酸素センサ
が知られており、この酸素センサは、酸素濃度の測定の
ほか、例えば、特開昭６３４２４５９に示されている方
法により、気体中の水蒸気の濃度すなわち湿度の測定に
も利用することができる。 すなわちこの方法においては、第３図に示すように、被
測定気体と、該被測定気体を除湿することにより得られ
た乾燥気体とのそれぞれについて電圧〜電流特性を測定
し、両型圧〜電流特性における第１平坦部（センサユニ
ットへ狭隘な流路を介して流入する気体の気流拡散抵抗
に起因して生じる一定電流の区間）の電流値ＩＬｏ＋Ｉ
ｔ＋を求め、これらの差ΔＩＬＩにより被測定気体中の
水分を測定することができる。 「発明が解決しようとする課題」 しかしながら上記方法は、被測定気体の除湿処理を必須
とするから、この除湿処理の設備が必要になるとともに
、除湿処理に一定の時間がかかるため、迅速な測定を行
うことができないという問題がある。 本発明は上記事情に鑑みて提案されたもので、被測定気
体の除湿のための設備を必要とすることなく迅速に水分
を測定することを目的とするものである。 ［課題を解決するだめの手段Ｊ 上記目的を達成するため、本発明は、固体電解質に電圧
を印加し、印加された電圧の変化にかかわらず前記固体
電解質に一定の電流が流れる場合に測定される限界電流
値から、前記固体電解質が接する気体中の酸素濃度を検
知する酸素センサを用いて被測定気体の湿度を測定する
方法であって、被測定気体と同一組成の既知の酸度濃度
を持った乾燥気体における前記限界電流値を、前記既知
の酸素濃度の値に比例する電圧値として計器に表示させ
るべく前記固体電解質と計器との間の電流電圧変換回路
の増幅率を設定し、被測定気体中に前記固体電解質をお
いた場合に前記増幅率にて前記計器に表示される電圧を
読み取り、読み取られた電圧から得られた酸素濃度値と
前記既知の酸度濃度とから被測定気体の湿度を換算する
ようにしたものである。 「作用」 上記構成であると、例えば、酸素濃度が既知の値（２１
％）である大気を乾燥させてその酸素濃度における限界
電流値を測定するとともに、前記変換回路の増幅率を調
整することにより、酸素濃度の数値そのもの（例えば２
１）、あるいは、これに比例する値（例えば２．１，２
１０．２１００など）を計器に表示させることができ、
また、被測定気体中においては、水蒸気の存在による酸
素分圧の低下に応じて前記限界電流値が低下して行き、
これに対応する、酸素濃度を読み取ることができる。そ
して、読み取られｔ；酸素濃度の差、すなわち、水蒸気
の存在に起因する出力の低下から、これに対応する水蒸
気濃度を知ることができる。 「実施例」 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。 第１図は本発明に適用される酸素センサのセンサモジュ
ールを示すものである。 符号１はセンサユニットであって、このセンサユニット
ｌは、安定化ジルコニア等の固体電解質２を白金電極３
・４の間に挟み、一方の電極３をキャップ５によって覆
った構造となっている。また前記キャップ５には、小孔
６が形成され、該小孔６により、電極３側への空気の流
入が制限されるようになっている。 前記電極３・４には、直流電源ＤＣによって電圧が印加
され、さらに、この直流回路を流れる電流の変化は、セ
ンサユニット１に直列に接続された抵抗Ｒの両端の電圧
変化に変換されてアンプ７に入力され、増幅されるよう
になっている。またアンプ７は、増幅率が可変の構成と
されている。 上記構成の回路においてセンサユニット１に直流電圧を
印加すると、キャップ５内の空気に含まれる酸素を電極
３側から電極４側へ移動させようとするポンピング作用
により、酸素イオンをキャリアとする電流が流れ、キャ
リア５内の空気に含まれる酸度分子が電極３側から電極
４側へ移動する。また、前記小孔６を通過する際の気体
拡散抵抗により、第３図に示すような限界電流が生じ、
この電流がアンプ７の出力電圧として検知される。 （酸素センサのパネルなどに設けられた電圧計等の計器
の読みとして検出される。） このような酸素センサを用いた湿度の測定は次のような
方法により行われる。 まず、既知の酸素含有量の乾燥空気、すなわち、水蒸気
含有量が０％、窒素対酸素の比率が７９：２１の乾燥空
気の酸素量を測定し、この測定において限界電流に対す
るアンプ７の出力電圧Ｅが２１０ｍＶ（酸素濃度％の１
０倍の読み）となるようにアンプ７の増幅率を調節して
おく。 上記過程によって増幅率を決定した後、被測定気体中に
酸素センサをおいて限界電流時のアンプ７の出力電圧Ｅ
を測定すると、この電圧Ｅにより、第２図に示す電圧〜
水分特性を介して湿度を求めることができる。 すなわち、第２図に示す電圧〜水分特性の意義を説明す
ると、 センサユニットとその電流〜電圧変換回路および増幅回
路（アンプ７）とからなるセンサモジュールの出力電圧
Ｅ［ｍＶ］と酸素濃度り。
【容積％】との間には、
Ｄｏ＝（Ｉ−ｅｘｐ（Ｅ／！１９１）ｌＸｌｏＯ−−（
１）式の関係が成立し、また、乾燥空気においては窒素
：酸素＝７９：２１ の関係が成立するから、空気〜水蒸気系においては次の
関係が成立する。 （ただしＤＡ、Ｄ、はそれぞれ空気濃度
１）式の関係が成立し、また、乾燥空気においては窒素
：酸素＝７９：２１ の関係が成立するから、空気〜水蒸気系においては次の
関係が成立する。 （ただしＤＡ、Ｄ、はそれぞれ空気濃度
【容積％］、水
蒸気濃度【容積％】を示す） ＤＡ＝ ｔｏｏ Ｄｗ ・””
’（２）式ＤＯ＝（＋０Ｏ−Ｄｔｖ）Ｘｏ、２＋
・・・・・・（３）式したがって、上記（１）〜
（３）式より、モジュールの出力Ｅと水蒸気濃度Ｄｗと
の関係は、Ｅ ＝ ８９１Ｘ ｌ！１＋１ ０．２１
（１００−Ｄｗ）／１０Ｇ）・・・・・・（４）式 が成立する。そしてこの（４）式を変形してなるＤ ｗ
＝ １００（ｅｘｐ（Ｅ ／８９１）−０−７９）／Ｑ
−２１・・・・・・（５）式 により水蒸気濃度り、を求めることができる。 そして、実際に測定対象となる比較的低い濃度において
、上記（４）式による水蒸気濃度り、［容積％］と出力
電圧Ｅ（ｍＶ） との関係をプロ・ン卜すると、第２図
のようになる。 第２図より、水蒸気濃度が５％以下の領域では、水蒸気
濃度と出力電圧Ｅとはリニアな関係と見なすことができ
、これより、電圧と湿度との間には、Ｅ ＝ ２１０．
０−２１４ｘ Ｄｗ ・・・・・・（６）式
の関係があるということができる。 すなわち、水蒸気濃度５％未満の、換言すれば大気中の
湿度の測定のような一般的な用途に用し）る場合には、
酸素センサによって測定された電圧値を第６式に代入す
ることによって、実用上十分な精度で湿度を測定するこ
とができる。 なお、上記（６）式によって得られた水蒸気濃度
蒸気濃度【容積％】を示す） ＤＡ＝ ｔｏｏ Ｄｗ ・””
’（２）式ＤＯ＝（＋０Ｏ−Ｄｔｖ）Ｘｏ、２＋
・・・・・・（３）式したがって、上記（１）〜
（３）式より、モジュールの出力Ｅと水蒸気濃度Ｄｗと
の関係は、Ｅ ＝ ８９１Ｘ ｌ！１＋１ ０．２１
（１００−Ｄｗ）／１０Ｇ）・・・・・・（４）式 が成立する。そしてこの（４）式を変形してなるＤ ｗ
＝ １００（ｅｘｐ（Ｅ ／８９１）−０−７９）／Ｑ
−２１・・・・・・（５）式 により水蒸気濃度り、を求めることができる。 そして、実際に測定対象となる比較的低い濃度において
、上記（４）式による水蒸気濃度り、［容積％］と出力
電圧Ｅ（ｍＶ） との関係をプロ・ン卜すると、第２図
のようになる。 第２図より、水蒸気濃度が５％以下の領域では、水蒸気
濃度と出力電圧Ｅとはリニアな関係と見なすことができ
、これより、電圧と湿度との間には、Ｅ ＝ ２１０．
０−２１４ｘ Ｄｗ ・・・・・・（６）式
の関係があるということができる。 すなわち、水蒸気濃度５％未満の、換言すれば大気中の
湿度の測定のような一般的な用途に用し）る場合には、
酸素センサによって測定された電圧値を第６式に代入す
ることによって、実用上十分な精度で湿度を測定するこ
とができる。 なお、上記（６）式によって得られた水蒸気濃度
【容積
％】を水蒸気分圧力に変換する場合には、水蒸気分圧
％】を水蒸気分圧力に変換する場合には、水蒸気分圧
【
ｌｌｌ１！１１】 ＝ ７６０［ｍａＨＥ］Ｘ水蒸気濃度【％］／ １ｆｌ
Ｏ−−−−−・（７）式（ただし１気圧時） を用いればよい。 なお、酸素センサの読みは、センサモジュールに設けら
れた抵抗の値とアンプの増幅率とによって変化するから
、実施例と異なる値を採用する場合、上記各式の定数を
変更することが必要なのはもちろんである。 「発明の効果」 以上の説明で明らかなように、本発明によれば、既知の
酸素濃度の空気を乾燥させてなる気体によって、その限
界電流値を測定するとともに、この電流測定値を前記酸
素濃度に対応する値の電圧として計器に表示させるべく
回路の増幅率を一旦調整しておけば、センサを被測定気
体中においた場合に、水蒸気の存在による酸素分圧の低
下に応じて前記限界電流値が低下するため、これに対応
する酸素濃度が前記計器から読み取られ、両酸素濃度の
差、すなわち、水蒸気の存在に起因する誤差の大小から
、これに対応する水蒸気濃度を知ることができるという
効果を奏する。
ｌｌｌ１！１１】 ＝ ７６０［ｍａＨＥ］Ｘ水蒸気濃度【％］／ １ｆｌ
Ｏ−−−−−・（７）式（ただし１気圧時） を用いればよい。 なお、酸素センサの読みは、センサモジュールに設けら
れた抵抗の値とアンプの増幅率とによって変化するから
、実施例と異なる値を採用する場合、上記各式の定数を
変更することが必要なのはもちろんである。 「発明の効果」 以上の説明で明らかなように、本発明によれば、既知の
酸素濃度の空気を乾燥させてなる気体によって、その限
界電流値を測定するとともに、この電流測定値を前記酸
素濃度に対応する値の電圧として計器に表示させるべく
回路の増幅率を一旦調整しておけば、センサを被測定気
体中においた場合に、水蒸気の存在による酸素分圧の低
下に応じて前記限界電流値が低下するため、これに対応
する酸素濃度が前記計器から読み取られ、両酸素濃度の
差、すなわち、水蒸気の存在に起因する誤差の大小から
、これに対応する水蒸気濃度を知ることができるという
効果を奏する。
第１図および第２図は本発明の一実施例を示すもので第
１図は酸素センサに使用されるセンサモジュールの回路
図、第２図は低湿度領域におけるセンサモジュールの出
力電圧と湿度との関係を示す図表、第３図は一般の酸素
センサにおける電圧〜電流特性を示す図表である。 ２・・・・・・固体電解質、３・４・・・・・・電極、
５・・・・・・キャップ、６・・・・・・小孔、７・・
・・・・アンプ。
１図は酸素センサに使用されるセンサモジュールの回路
図、第２図は低湿度領域におけるセンサモジュールの出
力電圧と湿度との関係を示す図表、第３図は一般の酸素
センサにおける電圧〜電流特性を示す図表である。 ２・・・・・・固体電解質、３・４・・・・・・電極、
５・・・・・・キャップ、６・・・・・・小孔、７・・
・・・・アンプ。
Claims (1)
- 固体電解質に電圧を印加するとともに、印加された電圧
の変化にかかわらず前記固体電解質に一定の電流が流れ
る場合に測定される限界電流値から、前記固体電解質が
接する気体中の酸素濃度を検知する酸素センサを用いて
被測定気体の湿度を測定する方法であって、被測定気体
と同一組成の既知の酸度濃度を持った乾燥気体における
前記限界電流値を、前記既知の酸素濃度の値に比例する
電圧値として計器に表示させるべく前記固体電解質と計
器との間の電流電圧変換回路の増幅率を設定し、被測定
気体中に前記固体電解質をおいた場合に前記増幅率にて
前記計器に表示される電圧を読み取り、読み取られた電
圧から得られた酸素濃度値と前記既知の酸度濃度とから
被測定気体の湿度を換算することを特徴とする湿度測定
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63169295A JPH0219760A (ja) | 1988-07-07 | 1988-07-07 | 湿度測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63169295A JPH0219760A (ja) | 1988-07-07 | 1988-07-07 | 湿度測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0219760A true JPH0219760A (ja) | 1990-01-23 |
Family
ID=15883873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63169295A Pending JPH0219760A (ja) | 1988-07-07 | 1988-07-07 | 湿度測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0219760A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5564571A (en) * | 1993-07-19 | 1996-10-15 | Cembre S.P.A. | Strip for electrical connectors |
-
1988
- 1988-07-07 JP JP63169295A patent/JPH0219760A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5564571A (en) * | 1993-07-19 | 1996-10-15 | Cembre S.P.A. | Strip for electrical connectors |
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