JPH0419556A - 酸素濃度計測システム - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は被焼成物を雰囲気焼成する際等に焼成炉内の酸
素濃度を計測する酸素濃度計測システムに関する。

（従来の技術） 一般に、セラミックコンデンサのセラミック誘電体やセ
ラミック圧電共振子のセラミック圧電基板等は、所定の
形状に成形されたセラミック成形体を酸素濃度が制御さ
れた所定の雰囲気ガスのもとて焼成することにより製造
される。

従来より、この種の焼成炉において、酸素濃度を計測す
る計測システムとしては、次のようなものが周知である
。

すなわち、一つのシステムでは、酸素濃度検出用のセン
サとして、６００℃以上の高温域測定用のジルコニアセ
ルが用いられる。そして、このジルコニアセルからの酸
素濃度出力とジルコニアセルの温度を検出する熱電対等
の温度センサからの温度出力とから、ネルンストの方程
式に基づきＰＯ□値を演算し、その演算値を計装アナロ
グ出力、たとえばＤＣ４〜２０ｍＡ、ＤＣＯ〜ｌＯｍＶ
に変換し、記録計や調節計に出力したり、表示装置に出
力する。

また、いま一つのシステムでは、８００℃以下の低温域
測定用のジルコニアセルが用いられる。

そして、このジルコニアセルをヒータにより一定の温度
に制御し、この制御された一定の温度と上記ジルコニア
セルの出力により、上記と同様にしてＰＯ２値を演算し
、その演算値を計装アナログ出力、たとえばＤＣ４−２
０ｍＡ、ＤＣＯ−１０ｍＶに変換し、記録計や調節計に
出力したり、表示装置に出力する。

上記のいずれのシステムも、あらかじめＰｏ２の濃度の
分かっている標準ガスを用いてガス濃度とジルコニアセ
ルの出力の関係から、指示値の表示および出力を校正す
るゼロスパン調整機能を有する。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記従来の酸素濃度計測システムでは、上記
各変換器には、ｌレンジのみならず複数のレンジが使用
できるように、ジルコニアセルの出力を演算した際のレ
ンジ切換機能を有しているが、たとえばＯないしｌＯパ
ーセントレンジで出力ＤＣ４〜２０ｍＡ、Ｏ〜ｌ　ＯＯ
ｐｐｍレンジでＤＣ４〜２０ｍＡという具合に、表示お
よび出力はｌ系統しかない。

このため、特に還元性雰囲気や未燃焼雰囲気中のような
超低濃度域の酸素濃度の測定においては、表示装置の表
示出力はほとんど零であり、事実上、表示装置の表示出
力は雰囲気の管理制御に使用することができないという
問題があった。

本発明の目的は、超低濃度域における厳密なＰ０２濃度
の測定管理および制御を可能にする酸素濃度計測システ
ムを提供することである。

（課題を解決するだめの手段） このため、本発明は、酸素濃度検出用のジルコニアセル
の出力信号とこのジルコニアセルの温度とからＰＯ，の
濃度を検出する酸素濃度計測システムにおいて、 上記ジルコニアセルの出力信号とジルコニアセルの温度
とからＰＯ，の濃度を演算してその仮数部と指数部とを
個別に出力する演算装置を備えたことを特徴としている
。

（作用） 上記演算装置は、ジルコニアセルの出力信号とジルコニ
アセルの温度とからＰＯ，の濃度を演算してその仮数部
と指数部とを個別に出力する。これら仮数部と指数部と
から、ＰＣ・、の正確な値を知ることができる。

（発明の効果） 本発明によれば、ジルコニアセルの出力信号とジルコニ
アセルの温度とから演算されたＰｏ２の濃度が仮数部と
指数部とにより表わされ、これら仮数部と指数部とが個
別に出力されるので、仮数部が変化する範囲が規定され
、この範囲を仮数部の計装アナログ出力範囲に対応させ
ることで、指数部と併せて、超低濃度の酸素雰囲気、た
とえば還元性雰囲気や未燃焼成分が多い雰囲気中におい
ても、ＰＯ８を測定することができ、雰囲気の管理およ
び制御が可能になる。

（実施例） 以下に、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する
。

本発明に係る酸素濃度測定システムの高温域用システム
を第１図に示す。

第１図の高温域用のシステムは、ジルコニアセンサ部１
．演算部２および出力部３からなる。ジルコニアセンサ
部ｌの酸素濃度を検出するジルコニアセル４は６００°
Ｃ以上の高温域用のものである。このジルコニアセル４
の出力は、アンプ５により信号処理に適したレベルまで
増幅され、ジルコニアセル４の出力として、直接、出力
される一方、Ａ／Ｄコンバータ６によりディジタル信号
に変換される。

上記ジルコニアセル４の温度は、温度センサを構成する
熱電対７により検出される。この熱電対７は上記ジルコ
ニアセル４とともに、ジルコニアセンサ部ｌを構成し、
その出力も、上記ジルコニアセル４の出力と同様に、ア
ンプ８により信号処理に適したレベルまで増幅される。

そして、上記アンプ８により増幅された信号は、Ａ／Ｄ
コンバータ６により、ディジタル信号に変換される。

上記Ａ／Ｄコンバータ６により、ディジタル信号に変換
された酸素濃度信号および温度信号は、たとえばマイク
ロコンピュータからなる演算装置９に入力される。

上記演算装置９は、酸素濃度信号および温度信号から、
ネルンストの方程式に従って、ｐｏ′、の濃度の値を演
算するとともに、その演算結果の仮数部と指数部とを求
め、これら仮数部と指数部を個別にディジタル信号で出
力する。そして、この仮数部のディジタル信号出力は、
Ｄ／Ａコンバータ１１によりアナログ信号に変換される
。この変換時に、仮数部の１．００〜９．９９は計装ア
ナログ出力範囲のＤＣ４ｍＶ〜２０ｍＶに対応させる。

同様に、指数部のディジタル信号出力も、Ｄ／Ａコンバ
ータ１１によりアナログ信号に変換される。この変換時
に、指数部の一〇〜−２０を計装アナログ出力のＤＣ４
ｍＶ〜２０ｍＶに対応させる。

なお、上記で演算されたＰＯ，の濃度は直接、デイスプ
レィ１２にも出力され表示される。その表示のレンジは
、デイツプスイッチ１３により切り換えられる。

上記演算装置９から出力するディジタルの温度信号は、
Ｄ／Ａコンバータによりアナログ信号に変換され、変換
器部２から出力される。

このような構成であれば、上記したように、仮数部の１
．ＯＯ〜９．９９は計装アナログ出力のＤＣ４ｍＶ〜２
０ｍＶに対応しており、また、指数部の一〇〜−２０が
ＤＣ４ｍＶ　〜２０ｍＶに対応する。

これにより、ｌ系統の出力系によっても、超低濃度の酸
素雰囲気、たとえば還元性雰囲気や未燃焼成分が多い雰
囲気中のＰ０２濃度を測定することができる。また、上
記Ｄ／Ａコンバータ１１の出力（こより、アクチュエー
タ、たとえばマスコントローラまたは電動バルブ等を制
御することにより、比較的容易に制御ループを構成する
ことができ、超低濃度域での所望のＰＯ，濃度を得るこ
とができる。

次に、焼成炉の排気ガス排出部分等の比較的温度の低い
ところで排気ガス等により酸素濃度を計測する低温域用
システムを第２図に示す。

第２図のシステムは、酸素濃度を検出するジルコニアセ
ル４が８００℃以下の低温域用のものである。上記ジル
コニアセル４の温度は、セル温度制御ユニット２１とヒ
ータ２２とにより、上記ジルコニアセル４に対応して予
め定められた一定の温度Ｔｃに制御される。

すなわち、上記セル温度制御ユニット２１は、熱電対７
により検出したジルコニアセル４の温度を予め設定した
上記一定の温度Ｔｃと比較し、両者の差が零になるよう
に、上記ヒータ２２への給電を制御する。

上記ジルコニアセル４から出力する酸素濃度出力は、ア
ンプ５により信号処理に適したレベルまで増幅されると
ともに、ジルコニアセル４の出力として、直接、演算部
２から出力される。そして、上記アンプ５により増幅さ
れた信号は、Ａ／Ｄコンバータ６によりディジタル信号
に変換される。

上記Ａ／Ｄコンバータ６で、ディジタル信号に変換され
た酸素濃度信号は、たとえばマイクロコンピュータから
なる演算装置９に入力される。

上記演算装置９は、酸素濃度信号およびジルコニアセル
４が制御されている上記一定の温度Ｔｃから、ネルンス
トの方程式に従って、ＰＯ，の濃度の値を演算するとと
もに、その演算結果の仮数部と指数部とを求め、これら
仮数部と指数部を個別にディジタル信号で出力する。

以下、第１図のシステムと同様に、この仮数部のディジ
タル信号出力は、Ｄ／Ａコンバータ１１によりアナログ
信号に変換される。この変換時に、仮数部の１．００〜
９．９９は計装アナログ出力範囲のＤＣ４ｍＶ〜２０ｍ
Ｖに対応させる。同様に、指数部のディジタル信号出力
も、Ｄ／Ａコンバータ１１によりアナログ信号に変換さ
れる。この変換時に、指数部の一〇〜−２０を計装アナ
ログ出力範囲のＤＣ４ｍＶ〜２０ｍＶに対応させる。

また、第１図のシステムと同様に、上記で演算されたＰ
ｏｔの濃度は直接、デイスプレィ１２に出力され表示さ
れる。その表示のレンジは、デイツプスイッチ１３によ
り、切り換えられる。

上記演算装置９から出力するディジタルの温度信号は、
Ｄ／Ａコンバータ１１によりアナログ信号に変換され、
変換器部２から出力される。

第２図のものも、第１図のものと同様に、ｌ系統の出力
系により、超低濃度の酸素雰囲気、たとえば還元性雰囲
気や未燃焼成分が多い雰囲気中においても、ＰＯ□を測
定することができ、雰囲気の管理および制御が可能にな
る。

なお、第２図において、第１図に対応する部分には対応
する符号を付して示し、重複した説明は省略する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明にかかる酸素濃度
計測システムの構成を示す説明図である。 ｌ・・・ジルコニアセンサ部、２・・・演算部。 ３・・・出力部、４・・・ジルコニアセル、７・・・熱
電対。 ９・・・演算装置、２１・・・温度制御ユニット。 ２２・・・ヒータ。 特　許　出　願　人　　株式会社村田製作所代理人弁理
士　責山　葆　ほか１名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素濃度検出用のジルコニアセルの出力信号とこ
   のジルコニアセルの温度とからＰＯ＿２の濃度を検出す
   る酸素濃度計測システムにおいて、上記ジルコニアセル
   の出力信号とジルコニアセルの温度とからＰＯ＿２の濃
   度を演算してその仮数部と指数部とを個別に出力する演
   算装置を備えたことを特徴とする酸素濃度計測システム
   。