JPH0531569Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は溶射成層した標準極層並びに固定電解
質層を有する酸素濃度測定素子を表面溶射層に対
し安定した酸素濃度の測定を妨げる溶剤等の吸着
をなくした酸素濃度測定装置に関する。

従来、高温融体中の酸素濃度を測定する消耗型
酸素測定装置の検出部は、酸素濃度測定素子、測
温用熱電対、融体側電極とこれらから出る電気信
号を伝達する端子を備えたコネクター、更にこれ
らを一体となすための支持体であるハウジングか
らなり、酸素濃度測定素子、測温用熱電対、融体
側電極コネクター、ハウジングは互に耐火セメン
トによつて固定されている。該耐火セメントに
は、従来ジルコン、アルミナ、マグネシア等の耐
火物を単体あるいは混合して骨材とし、リン酸あ
るいは水ガラス等の溶剤をバインダーとして使用
していた。しかし電解質層や標準極層を溶射成層
して形成してなる酸素濃度測定素子では層内に形
成された気孔中に該耐火セメント中の溶剤を吸収
し、乾燥後にも溶剤中の水分や不揮発性分が残存
して高温での測定時にこれが反応あるいはガス発
生することにより安定した酸素濃度の測定を妨げ
る傾向にある。第８図として示したものは、この
状態を示す酸素濃度測定波形であつて、その酸素
濃度の測定値は極めて不安定なものである。

本考案はかかる現況に鑑みてなされたものであ
り、安定した酸素濃度の測定が可能となる酸素濃
度測定装置を提供せんとするものである。酸素濃
度測定素子の固定材料として従来用いられている
耐火セメントは、骨材であるジルコン、アルミ
ナ、マグネシア等を粘結させるために比較的多量
の水や溶剤を必要とし、これら水や溶剤の存在が
安定した酸素濃度の測定を妨げる原因となつてい
ることは上述したとおりである。したがつて、本
考案者はこのような問題は、酸素濃度測定素子を
固定保持する材料として水や溶剤を含まないもの
が見出せれば解決できるのではないかとの着想を
得た。しかしながら、酸素濃度測定素子を固定保
持する材料に要求される特性はこれだけではな
い。酸素濃度測定素子は短時間ではあるものの溶
綱中に浸漬されることから、少なくとも測定時間
中は溶解することのない耐熱性を有するものであ
る必要がある。本考案者は、固化させるために多
量の水や溶剤を必要とせず、且つ測定時間中は溶
解することのない耐熱性を保有する材料について
鋭意検討を行つた結果、本考案に到達したもので
ある。

このような課題を解決した本考案は、金属棒の
外周に溶射により標準極層と固体電解質層を形成
してなる酸素濃度測定素子をレジンコーテツドサ
ンドを用いてハウジングに固定してなるとともに
電極をハウジング自体で併用するか又はハウジン
グに別設してなり、該ハウジングをプローブ先端
に取付けたことを特徴としている。

レジンコーテツドサンドとは、もともとシエル
型鋳物の砂型形成用材料として利用されているも
のであり、無機物である鋳物砂の表面に接着のた
めの極少量の熱硬化性樹脂をコーテイングしたも
のを意味している。このレジンコーテツドサンド
は、表面コーテイングしている熱硬化性樹脂の軟
化点温度にまで加熱したときに軟化した熱硬化性
樹脂によつて砂粒子が結合し、いつたん結合した
のちは熱硬化性樹脂の熱分解温度に晒されるまで
この結合状態を維持する性質を有するものであ
る。そしてレジンコーテツドサンドは鋳物の砂型
材料として用いられることから、熱硬化性樹脂と
しては熱分解温度の高いものが用いられており、
例えばフエノール樹脂などが使用されている。

このように、レジンコーテツドサンドは固化に
際し水や溶剤を全く必要とせず、且つ少なくとも
測定時間中は溶解しない耐熱性も有しており、酸
素濃度測定素子を固定保持する材料としては最適
である。

本考案の詳細は、更に図示した実施例により詳
説される。即ち、本考案に係る酸素濃度測定装置
は、モリブデンやタングステン等の金属棒１への
溶射により金属・金属酸化物、例えばCr・Cr₂
O₃，Mo・MoO₂等で標準極層２を前記金属棒１
の外周に形成し更にその上即ち表面側に金属酸化
物、例えばZrO₂で固体電解質層３を形成してな
る酸素濃度測定素子４を、セラミツクス製のハウ
ジング５又は鉄等の金属製ハウジングにレジンコ
ーテツドサンド６、たとえば鋳物砂の表面に熱硬
化性のフエノール樹脂を被覆させたものを用いて
加熱固定してなり、この酸素濃度測定素子４を固
定したハウジング５をプローブ８先端に取付け前
記ハウジング５に別途設けた電極７又は該ハウジ
ング５を鉄で作成したときには、これを電極とし
て酸素濃度測定装置を形成するものである。な
お、前記金属棒１の外周に溶射により標準極層２
と固体電解質層３を形成しているが、この金属棒
１先端を半球状に丸くしたり又は台錐形状にする
ことにより、この先端部分における標準極層２や
固体電解質層３に熱衝撃によるクラツクの発生を
防止することができる。又、酸素濃度測定素子４
をハウジング５に固定するための材料としてはレ
ジンコーテツドサンド６をハウジング内全域にわ
たつて使用できるが、目的に応じて他の材料、例
えばアルミナや耐火セメント等とも併用すること
は適宜その実施例として考慮される。このように
レジンコーテツドサンドを用いて酸素濃度測定素
子をハウジング内に固定すれば、レジンコーテツ
ドサンドは固化させるのに水や溶剤を必要としな
いから、多数の気孔を有する標準極層２と固体電
解質層３を有する金属棒１よりなる酸素濃度測定
素子４を直接固定しても、従来の耐火セメントの
ように前記気孔に揮発成分や液分が侵入すること
はなく、したがつて酸素濃度の安定した測定が乱
されることはない。又、ハウジング５として鉄製
のものを用いることにより溶綱側の電極を一つ省
略することができ、ハウジング５をコンパクトに
まとめることも可能となる。これらの酸素濃度測
定装置は以下の図例によつて更に示される。

第１図で示す本酸素濃度測定装置は、前記の如
く標準極層２と固体電解質層３を溶射成層した酸
素濃度測定素子４をレジンコーテツドサンド、こ
の場合のレジンはフエノール樹脂を用いたサンド
でハウジング５に固定するとともに円筒形の電極
７並びに熱電対９を該セラミツクス製のハウジン
グ５中に固定し、このハウジング５を紙管１０並
びに無機耐熱性の外装管１１からなるプローブ８
の先端に圧入・固定することにより酸素濃度測定
装置が作られる。なお図中１２として示されるも
のはコネクター、又１３として示すものは電極か
ら延設したリード線である。

第２図のものは前記第１図の実施例において接
着性を有する無機材料としてレジンコーテツドサ
ンドを利用したが、このサンド表面に用いてなる
熱硬化性の樹脂、即ちフエノール樹脂は測定時に
おいて炭化等により熱電対素線、酸素濃度測定素
子のリード線、電極のリード線の絶縁性が低下す
ることがあるので該リード線部分に相当する図中
円筒形電極７の下端部から下方のハウジング５内
をアルミナ粉末又はジルコン等の耐火物粉末１４
で充填して、その上にレジンコーテツドサンド６
を用いて固定層とするような例が第１図で示した
実施例の改良型として提案され、更に第３図の例
も第１図の改良型として酸素濃度測定素子４の金
属棒１のリード部分１ａにシリコンゴム等の絶縁
被覆１５を施して前記レジンコーテツドサンド６
の樹脂の炭化による絶縁性低下を防止している。

第４図のものは、従来と同様、耐火セメント１
６を用いるものであるが、この耐火セメント１６
の使用はハウジング５内において前記酸素濃度測
定素子４の気孔を有する固体電解質３の下端以下
の部分まで充填使用し、耐火セメント１６とこの
固体電解質層３とが互いに接触しない状態でこの
上部部分に前記レジンコーテツドサンド６を充填
し固定することも利用される。又、第４図の実施
例における更に改良型として、第５図に示す如
く、耐火セメント１６とレジンコーテツドサンド
６の間の絶縁性を担保するために固体電解質層３
と離れて設置した耐火セメント１６の上端面から
酸素濃度測定素子４の固体電解質３の下部部分ま
でを前記第２図で示した実施例と同様にアルミナ
又はジルコン等の耐火物粉末１４を充填、介在さ
せることも採用される。そしてこのような実施
例、とりわけ第１図の如き実施例で得た酸素濃度
の測定波形は第７図によつて示される。この波形
をみるとおり本考案における酸素濃度測定装置で
は、酸素濃度測定素子における固体電解質層等に
従来の如き耐火セメントの溶剤等の影響が全くな
く安定した酸素濃度の測定を得ることができる。

次に、第６図で示したものは、前記した各酸素
濃度測定装置におけるハウジング５にセラミツク
ス製のものを利用した実施例に代えて鉄製のハウ
ジングを用いたものの例である。従つて、従来の
ハウジングに形成していた溶綱側の他方の電極は
不用となり、このハウジングを一方の極として用
いることができる。ハウジング５に従来の如きセ
ラミツクス製のものに代え鉄製のものを用いるこ
とにより電極を省略して製造を容易にすると同時
にコストを下げ且つ装置を小型化することを可能
としたものである。又、このハウジング５には酸
素濃度測定素子４や熱電対９を前記と同様接着性
を有する無機材料６、例えばレジンコーテツドサ
ンドを用いて固定するとともにアルミナやジルコ
ン等の耐火物粉末１４の利用やリード線への絶縁
被覆１５、耐火セメント１６との併用など前記し
た各実施例が同様に採用される。

以上の如く本考案に係る酸素濃度測定装置は、
金属棒の外周に溶射により標準極層と固体電解質
層を形成してなる酸素濃度測定素子をレジンコー
テツドサンドを用いてハウジングに固定してなる
とともに電極をハウジング自体で併用するか又は
ハウジングに別設してなり、該ハウジングをプロ
ーブ先端に取付けた構成とした。レジンコーテツ
ドサンドは固化させるのに水や溶剤を必要としな
いから、多数の気孔を有する標準極層や固体電解
質層を直接固定したとしても、従来用いられてい
た耐火セメントのように、当該耐火セメントから
溶出した溶剤や、発生したガスが前記気孔に侵入
して測定値の安定を阻害するといつたような問題
は発生せず、安定した酸素濃度測定が保証され
る。そしてレジンコーテツドサンドは本来、シエ
ル型鋳物の砂型成形用素材として開発されたもの
であるから、耐熱性にも優れ、少なくとも酸素濃
度測定のための浸漬時間中は分解することなくそ
の形状を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図に示したものは本考案に係る酸
素濃度測定装置の実施例断面説明図であり、第７
図は本考案に係る酸素濃度の測定波形図、第８図
は従来の酸素濃度測定素子を用いた測定波形図で
ある。 １……金属棒、２……標準極、３……固体電解
質、４……酸素濃度測定素子、５……ハウジン
グ、６……レジンコーテツドサンド、７……電
極、８……プローブ、９……熱電対、１０……紙
管、１１……外装管、１２……コネクター、１３
……リード線、１４……耐火物粉末、１５……絶
縁被覆、１６……耐火セメント。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １） 金属棒の外周に溶射により標準極層と固体
   電解質層を形成してなる酸素濃度測定素子をレ
   ジンコーテツドサンドを用いてハウジングに固
   定してなるとともに電極をハウジング自体で併
   用するか又はハウジングに別設してなり、該ハ
   ウジングをプローブ先端に取付けた酸素濃度測
   定装置。 ２） ハウジングとして鉄製のハウジングを用い
   電極として併用してなる実用新案登録請求の範
   囲第１項記載の酸素濃度測定装置。