JPH0227255A - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
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- JPH0227255A JPH0227255A JP63177147A JP17714788A JPH0227255A JP H0227255 A JPH0227255 A JP H0227255A JP 63177147 A JP63177147 A JP 63177147A JP 17714788 A JP17714788 A JP 17714788A JP H0227255 A JPH0227255 A JP H0227255A
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (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。
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、自！ｌｌ１１１ｉまたはボイラー等の排ガス
分析または酸欠モニタ等に適用され、安定化ジルコニア
の高温における１１？素イオン４電性と、電陽における
水蒸気の電気分解とを利用して、酸素濃度を高精度に検
出する止木センサに関する。
分析または酸欠モニタ等に適用され、安定化ジルコニア
の高温における１１？素イオン４電性と、電陽における
水蒸気の電気分解とを利用して、酸素濃度を高精度に検
出する止木センサに関する。
（従来の技術）
第３図はジルコニア酸素センサの原理説明図を示す。図
においてイツトリア（Ｙ２Ｏ２）またはカルシア（Ｃａ
ｂ）により安定化されたジルコニアセラミック１は、高
′ｆＡ度に加熱Ｊると、Ｂ本イオンのみが移動可能な固
体電解質になる。この安定化ジルコニア１の両面に白金
等の触＃Ｌ電極２を焼付けて、この電極２に接する酸素
を０２−イオンに変換し得る電圧Ｖを印加する。このと
き、安定化ジルコニア１を通じて電流が流れ、この電流
により酸素１１１度を知ることができる。
においてイツトリア（Ｙ２Ｏ２）またはカルシア（Ｃａ
ｂ）により安定化されたジルコニアセラミック１は、高
′ｆＡ度に加熱Ｊると、Ｂ本イオンのみが移動可能な固
体電解質になる。この安定化ジルコニア１の両面に白金
等の触＃Ｌ電極２を焼付けて、この電極２に接する酸素
を０２−イオンに変換し得る電圧Ｖを印加する。このと
き、安定化ジルコニア１を通じて電流が流れ、この電流
により酸素１１１度を知ることができる。
第４図はこのような限界電流形酸素センサのセンサ部原
理説明図を示す。図においてセンサ部６は、安定化ジル
コニア１に設けられた画電極２゜２のいずれか一方を微
小拡散穴４を有する益３て慣い、両電４ｆｉ２．２間に
電圧■を印加し、Ｉ３には安定化ジルコニア１を、酸素
イオンの導電性を示″ｇ１度に加熱するヒータ５を収納
する。■。はヒータ加熱電圧である。この画電極２．２
間に酸素濃度の差が無くとも、ボンピング作用によって
酸素イオンをキャリアとする電流か流れ、Ｍ３内の酸素
が排出される。この排出示は微小拡散穴４を経路とする
拡散により補充されるが、この拡散穴４か微小穴である
から、その）ん入は制限される。
理説明図を示す。図においてセンサ部６は、安定化ジル
コニア１に設けられた画電極２゜２のいずれか一方を微
小拡散穴４を有する益３て慣い、両電４ｆｉ２．２間に
電圧■を印加し、Ｉ３には安定化ジルコニア１を、酸素
イオンの導電性を示″ｇ１度に加熱するヒータ５を収納
する。■。はヒータ加熱電圧である。この画電極２．２
間に酸素濃度の差が無くとも、ボンピング作用によって
酸素イオンをキャリアとする電流か流れ、Ｍ３内の酸素
が排出される。この排出示は微小拡散穴４を経路とする
拡散により補充されるが、この拡散穴４か微小穴である
から、その）ん入は制限される。
従って、第５図に示づようにある電圧賄域′Ｃ電流のフ
ラット域（プラトー）が現われる。この電流（制限電流
）は、この酸素センサ周辺の酸素濃度に比例する。すな
わち、第５図は乾きがスペースでの限界電流のプラト−
特性の一例を示したものである。この限界電流を測定す
ることによって、基準酸素を用いることなく、未知の酸
素濃塵を検出づることができる。
ラット域（プラトー）が現われる。この電流（制限電流
）は、この酸素センサ周辺の酸素濃度に比例する。すな
わち、第５図は乾きがスペースでの限界電流のプラト−
特性の一例を示したものである。この限界電流を測定す
ることによって、基準酸素を用いることなく、未知の酸
素濃塵を検出づることができる。
（発明が解決しようとする課題）
ところが、電極電圧■は一定の定電位であったために、
第６図に示でように酸素センサの出力特注は、酸素′ａ
度に応じて出力値いｍＶ）（限界型ｉ！ ｆｉｌｌ！
）のフラット域、特にフラット域の始まる点の電極電圧
が移ＩＪＪするから、電極電ｒｉ値を酸素の低Ｓ度側あ
るいは高１１度側に選定すれば、測定誤差が生じる恐れ
があった。
第６図に示でように酸素センサの出力特注は、酸素′ａ
度に応じて出力値いｍＶ）（限界型ｉ！ ｆｉｌｌ！
）のフラット域、特にフラット域の始まる点の電極電圧
が移ＩＪＪするから、電極電ｒｉ値を酸素の低Ｓ度側あ
るいは高１１度側に選定すれば、測定誤差が生じる恐れ
があった。
また、測定カス中に水蒸気が存在すると、水蒸気の電気
分解により、限界電流値が増加して２段のプラトー特性
が現われ、このような点では測定値に誤差が含まれると
いう問題しあった。な３５、第６図の実線で示すＡ１．
Ａ２．Ａ３．Ａ４は、測定ガスがぞれぞれ乾燥状態の空
気、９．８％酸素、０．９６％酸素および窒素の場合、
点線で示すＢＬＢ２゜８３．８４は、測定ガスがそれぞ
れ水蒸気を含む空気、９．８％酸素、０．９６％酸素、
窒素の場合を示す。
分解により、限界電流値が増加して２段のプラトー特性
が現われ、このような点では測定値に誤差が含まれると
いう問題しあった。な３５、第６図の実線で示すＡ１．
Ａ２．Ａ３．Ａ４は、測定ガスがぞれぞれ乾燥状態の空
気、９．８％酸素、０．９６％酸素および窒素の場合、
点線で示すＢＬＢ２゜８３．８４は、測定ガスがそれぞ
れ水蒸気を含む空気、９．８％酸素、０．９６％酸素、
窒素の場合を示す。
第７図（Ａ）に示すように従来は、酸素濃度変化に対し
て電極電圧を一定に保持していたので、例えばＭ慟電圧
を１ボルトに設定づると、水分を含んだガスの場合（第
６図の８３．Ｂ４ ） 、水蒸気による２段Ｈのプラト
ー域になり、また電極電圧を０．７ボルトに設定すると
、第６図のＡＩ、８１Ａ２．８２のように、フラット域
に達していないために、測定誤差を生じる。
て電極電圧を一定に保持していたので、例えばＭ慟電圧
を１ボルトに設定づると、水分を含んだガスの場合（第
６図の８３．Ｂ４ ） 、水蒸気による２段Ｈのプラト
ー域になり、また電極電圧を０．７ボルトに設定すると
、第６図のＡＩ、８１Ａ２．８２のように、フラット域
に達していないために、測定誤差を生じる。
本発明は、上述の点に鑑み、従来技術の問題点を有効に
解決し、その構成が簡単で、その測定精度か向上し得る
酸素センサを提供することを目的とする。
解決し、その構成が簡単で、その測定精度か向上し得る
酸素センサを提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段）
このような目的を達成づるために、本発叫は、：Ｒ界雷
流の増減に対応して前記電＋ＦＡ電圧を連続的に所定の
範囲内で可変調整する電極電圧調整回路を備えることを
特徴とづる。
流の増減に対応して前記電＋ＦＡ電圧を連続的に所定の
範囲内で可変調整する電極電圧調整回路を備えることを
特徴とづる。
（作用）
Ｐｉ木センサの出力信号に対応して、連続的に電極電圧
を可変させる調整回路を具備ヴることにより、測定ガス
の酸素濃度が低いときには、電滲電斤レベルが小さくな
り、酸素濃度の増加と共に、電を電圧レベルが増加して
、測定誤差を除き、測定精度を向１させる。
を可変させる調整回路を具備ヴることにより、測定ガス
の酸素濃度が低いときには、電滲電斤レベルが小さくな
り、酸素濃度の増加と共に、電を電圧レベルが増加して
、測定誤差を除き、測定精度を向１させる。
（実施例）
次に、本弁明の実施例を図面に基づき、詳細に説明する
。
。
第１図は本発明の一実施例の慨略構成図を示す。
図において酸素センサ２０は、センサ部６および制御ユ
ニット７とから構成される。制卸ユニット７は、ヒータ
制御回路８、電圧変換抵抗９、電圧調整回路１０、電極
電圧調整回路１１および出力調整回路１２からなる。＝
−夕制御回路８はセンサ部６を動作温度領域に制即し、
電圧変換抵抗９はセンサ部６の電流出力を電圧に変換し
、電圧調整回路１０は電極電圧ｉｉｌ！ｌ整回路１１へ
の入力電圧の調整をする。
ニット７とから構成される。制卸ユニット７は、ヒータ
制御回路８、電圧変換抵抗９、電圧調整回路１０、電極
電圧調整回路１１および出力調整回路１２からなる。＝
−夕制御回路８はセンサ部６を動作温度領域に制即し、
電圧変換抵抗９はセンサ部６の電流出力を電圧に変換し
、電圧調整回路１０は電極電圧ｉｉｌ！ｌ整回路１１へ
の入力電圧の調整をする。
次に、第２図は第１図の電極電圧調整回路のブロック図
を示す。図において電極電圧調整回路１１は、演算増幅
器１３、調整本幅器１４、演算増幅器１３の帰還回路に
接続され半波整流特性を青るダイオード１５ならびにダ
イＡ−ド１６、抵抗Ｒ１，Ｒ２、抵抗Ｒ３、基Ｌ１！電
圧電圧１７、側枠回路１８、加算電圧調整抵抗Ｒ４から
なる。従って、電極電圧調整回路１１は、限界電流の増
減に対応して、電極電圧を連続的に所定の範囲内で増減
する可調整機能を有する。
を示す。図において電極電圧調整回路１１は、演算増幅
器１３、調整本幅器１４、演算増幅器１３の帰還回路に
接続され半波整流特性を青るダイオード１５ならびにダ
イＡ−ド１６、抵抗Ｒ１，Ｒ２、抵抗Ｒ３、基Ｌ１！電
圧電圧１７、側枠回路１８、加算電圧調整抵抗Ｒ４から
なる。従って、電極電圧調整回路１１は、限界電流の増
減に対応して、電極電圧を連続的に所定の範囲内で増減
する可調整機能を有する。
ずなわち、この！ｌｉｔ素センザ２０は、測定ガス中の
Ｐｉ素濃度零％ないし２５％の測定範囲に対応して、出
力電圧（第６図に示す電極電圧）を基準電圧０．７ボル
ｌ−ないし基準電圧＋加算電圧１．１ボルトの範囲で、
連続的に増減するように調整されでいる。通常、基準電
圧を０．７ボルト、加算遮１ヱを酸素ａ度２５％に対し
て０．４ボルトに調整グる。
Ｐｉ素濃度零％ないし２５％の測定範囲に対応して、出
力電圧（第６図に示す電極電圧）を基準電圧０．７ボル
ｌ−ないし基準電圧＋加算電圧１．１ボルトの範囲で、
連続的に増減するように調整されでいる。通常、基準電
圧を０．７ボルト、加算遮１ヱを酸素ａ度２５％に対し
て０．４ボルトに調整グる。
このように、酸素濃度が低いとさ゛には、電極電圧レベ
ルが小ざく、酸素濃度の増加に応じて、電惜雷圧レベル
が連続的に増加覆るように連続調整されるから、この酸
素はンサ２０の出ツノ特性である限界電流端のフラン１
〜域、特に酸素濃度の増加に伴い、フラット域が始まる
点の雷ｉ転電圧が移動することおよびガス中に含まれる
水蒸気の電気分解によって服界雷流値が」四側し、２段
のフラット域出力特性を示すことによって、生じる測定
誤差を除ムすることがてさ、その−ｊ定゛債度が向上す
る。
ルが小ざく、酸素濃度の増加に応じて、電惜雷圧レベル
が連続的に増加覆るように連続調整されるから、この酸
素はンサ２０の出ツノ特性である限界電流端のフラン１
〜域、特に酸素濃度の増加に伴い、フラット域が始まる
点の雷ｉ転電圧が移動することおよびガス中に含まれる
水蒸気の電気分解によって服界雷流値が」四側し、２段
のフラット域出力特性を示すことによって、生じる測定
誤差を除ムすることがてさ、その−ｊ定゛債度が向上す
る。
（発明の効果）
以上に説明するように、本発明によれば、限界電流の増
減に対応して前記電極電圧を連続的に所定の範囲内で可
変調整づる電極電圧調整回路を設けることにより、従来
技術の問題点が有効に解決され、酸素濃度により異なる
フラット域限界電流出力と水蒸気の電気分解による限界
電流の増加を補償する電圧が電極に印加され、その溝成
が簡！幹で、しかも測定精度が向上する等の効果を奏す
る。
減に対応して前記電極電圧を連続的に所定の範囲内で可
変調整づる電極電圧調整回路を設けることにより、従来
技術の問題点が有効に解決され、酸素濃度により異なる
フラット域限界電流出力と水蒸気の電気分解による限界
電流の増加を補償する電圧が電極に印加され、その溝成
が簡！幹で、しかも測定精度が向上する等の効果を奏す
る。
第１図は本発明の一実施例の直路構成図、第２図は第１
図の電ｌｆＡ電圧調整回路の′ｅＡ略ブロック図、第３
図はジルコニア酸基レン４ノの原理説明図、第４図は第
３図による限界電流形醪木センサのセンサ部原理説明図
、第５図は乾きガスペースでの限界電流のプラト−特性
図、第６図は乾きガスおよび湿りガスペースでのｌｖ木
センサ出力特性図、第７図は酸素１１度と電極電圧印加
との関係を示す説明図Ｃ・、同図（Ａ）は従来技術にお
ける電ＶＭ電圧の印加を、同図（Ｂ）は本発明における
電＋ＦＡ電Ｉｔの印加をそれぞれ示したものである。 ６：センサ部、７：制ｉｌｌ］ユニット、１０：電圧調
整回路、１１：電極電圧調整回路、１２：出力調整回路
、１３：演算増幅器、１５．１６：ダイオード、１８：
側御回路、２０：限界電流形酸素センサ、 Ｒ４：加算電圧調整抵抗。 第 ２ 図 第 真 第 図 第 図 第 図
図の電ｌｆＡ電圧調整回路の′ｅＡ略ブロック図、第３
図はジルコニア酸基レン４ノの原理説明図、第４図は第
３図による限界電流形醪木センサのセンサ部原理説明図
、第５図は乾きガスペースでの限界電流のプラト−特性
図、第６図は乾きガスおよび湿りガスペースでのｌｖ木
センサ出力特性図、第７図は酸素１１度と電極電圧印加
との関係を示す説明図Ｃ・、同図（Ａ）は従来技術にお
ける電ＶＭ電圧の印加を、同図（Ｂ）は本発明における
電＋ＦＡ電Ｉｔの印加をそれぞれ示したものである。 ６：センサ部、７：制ｉｌｌ］ユニット、１０：電圧調
整回路、１１：電極電圧調整回路、１２：出力調整回路
、１３：演算増幅器、１５．１６：ダイオード、１８：
側御回路、２０：限界電流形酸素センサ、 Ｒ４：加算電圧調整抵抗。 第 ２ 図 第 真 第 図 第 図 第 図
Claims (1)
- １）酸素イオンの電導性が良好な固体電解質である安定
化ジルコニアと、この安定化ジルコニアの両面に設けら
れた２個の電極と、この電極のいずれか一方を覆い、か
つ微小拡散穴が設けられた蓋とを有し、前記電極間に印
加されて電極電圧の所定の領域で生ずる限界電流が前記
電極周辺の酸素濃度に比例する限界電流形酸素センサに
おいて、前記限界電流の増減に対応して前記電極電圧を
連続的に所定の範囲内で可変調整する電極電圧調整回路
を備えたことを特徴とする酸素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63177147A JPH0227255A (ja) | 1988-07-18 | 1988-07-18 | 酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63177147A JPH0227255A (ja) | 1988-07-18 | 1988-07-18 | 酸素センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0227255A true JPH0227255A (ja) | 1990-01-30 |
Family
ID=16026012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63177147A Pending JPH0227255A (ja) | 1988-07-18 | 1988-07-18 | 酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0227255A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5935400A (en) * | 1996-10-08 | 1999-08-10 | Denso Corporation | Oxygen concentration detection with sensor current limitation |
| US5993641A (en) * | 1996-12-24 | 1999-11-30 | Denso Corporaton | Air fuel ratio detection using current-limited sensor with different timing and/or magnitude of incremental changes in applied sensor voltage |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61237047A (ja) * | 1985-04-15 | 1986-10-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 酸素濃度検出装置 |
| JPS61280560A (ja) * | 1985-06-06 | 1986-12-11 | Fujikura Ltd | 酸素濃度測定方法 |
-
1988
- 1988-07-18 JP JP63177147A patent/JPH0227255A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61237047A (ja) * | 1985-04-15 | 1986-10-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 酸素濃度検出装置 |
| JPS61280560A (ja) * | 1985-06-06 | 1986-12-11 | Fujikura Ltd | 酸素濃度測定方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5993641A (en) * | 1996-12-24 | 1999-11-30 | Denso Corporaton | Air fuel ratio detection using current-limited sensor with different timing and/or magnitude of incremental changes in applied sensor voltage |
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