JPH06317559A - 水蒸気センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサを大気中に取り出して簡単に動作確認
ができる水蒸気センサ装置を提供する。 【構成】 水蒸気センサ装置１０は、通常の水蒸気濃
度測定時において、測定雰囲気中におかれた酸素センサ
２０の出力電流値をプリアンプ５０で増幅し、このプリ
アンプ５０の出力を更に水蒸気濃度を測定するための出
力を出す第１増幅回路６０により増幅し、この第１増幅
回路の出力を基に測定雰囲気中の水蒸気濃度を測定す
る。一方、センサ動作の確認時においては、スイッチＳ
Ｗ２により該水蒸気センサ装置１０の出力を、水蒸気濃
度を測定するための第１増幅回路６０側から酸素濃度を
測定するための第２増幅回路７０側に切り換え、大気中
におかれた酸素センサ２０の出力電流値をプリアンプ５
０で増幅し、このプリアンプ５０の出力を更に酸素濃度
を測定するための第２増幅回路７０により増幅し、大気
中の酸素濃度を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は拡散制限電流を利用した
酸素センサ素子を用いて水蒸気濃度を測定する水蒸気セ
ンサ装置に関する。該水蒸気センサ装置は繊維や木材の
乾燥装置等の水蒸気濃度測定に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の水蒸気センサは、図１１
に示すように、安定化ジルコニア等の固体電解質板１３
０に外気を遮断する箱体１３４が固着され、空隙室１３
５が形成されている。箱体１３４には微小孔１３３が設
けられ、空隙室１３５と外気とを連通する。固体電解質
板１３０には陽電極１３１と陰電極１３２とが設けら
れ、電圧を印加できるようにされている。固体電解質板
１３０は図示せぬヒータにより約５００°Ｃに加熱さ
れ、酸素イオン伝導性を示す。陽電極１３１と陰電極１
３２との間に電圧を印加すると陰電極１３２内部の酸素
はイオン化されて酸素イオンとなり、空隙室１３５内の
酸素は印加電圧に応じて陰電極１３２から陽電極１３１
にポンピングされる。空隙室１３５の中には外気から微
小孔１３３を通じて拡散により酸素が導入される。

【０００３】ここで、陽電極１３１と陰電極１３２との
間に流れる電流Ｉは、印加電圧Ｖに応じて図５に示す実
線のように変化する。印加電圧Ｖが０〜Ｖ１では印加電
圧Ｖに応じて酸素イオンのポンピング量が増え電流値Ｉ
が増加する。印加電圧ＶがＶ１〜Ｖ２において酸素イオ
ンのポンピング量は、微小孔１３３を通じて拡散により
空隙室１３５に流入する酸素ガス量により制限され、外
気中の酸素濃度に応じた一定の第１の拡散制限電流値Ｉ
_L1が流れる。第１の平坦部Ｆ１である。印加電圧Ｖが電
圧値Ｖ２（約１．２Ｖ）より高くなると被測定ガス中の
水蒸気が電気分解され、その分解で生じた酸素イオンが
陰電極１３２から陽電極１３１にポンピングされ始め、
電流値Ｉが増加する。印加電圧ＶがＶ３〜Ｖ４では酸素
イオンのポンピング量は微小孔１３３を通じて拡散によ
り空隙室１３５に流入する水蒸気量により制限され、外
気中の水蒸気濃度に応じた一定の第２の拡散制限電流値
Ｉ_L2が流れる。第２の平坦部Ｆ２である。これら２つの
拡散制限電流値（限界電流値ともいう）Ｉ_L1、Ｉ_L2は酸
素濃度一定の場合、水蒸気濃度に応じて図６のように変
化する。水蒸気圧が高くなるほど第１の拡散制限電流値
Ｉ_L1が小さくなるのは、水蒸気圧が高くなるほど被測定
ガス中の酸素分圧が低下するからである。

【０００４】上記の作動原理に基づき、この酸素センサ
を水蒸気センサ装置として用いる場合は、上記第２の平
坦部Ｆ２を利用し電極１３１、１３２間に、電圧Ｖ３〜
Ｖ４の中間の電圧Ｖa （約２．０Ｖ）を印加し水蒸気濃
度に応じた一定の拡散制限電流値Ｉ_L2を得る。この拡散
制限電流値Ｉ_L2を基に水蒸気センサ装置は水蒸気濃度を
測定している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】水蒸気センサ装置は、
経年による特性の変化や故障等のため正確に水蒸気濃度
の測定が行い得るか否かを確認する必要が生ずる。この
ため、従来の水蒸気センサ装置では、水蒸気濃度と酸素
濃度が既知である雰囲気中にセンサを入れて出力のドリ
フトなどを校正していた。しかし、このようにセンサの
出力を確かめるのには、既知の雰囲気を満たした槽等大
がかりな装置が必要となり、このため、センサが取り付
けられた場所では簡単に行えないという問題点があっ
た。本発明は上記の問題点を解決するためなされたもの
であり、その目的とするところは、センサを大気中に取
り出して簡単に動作確認ができる水蒸気センサ装置を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、固体電解質における拡散制限電流を利
用した酸素センサ素子を用いて水蒸気濃度を測定する水
蒸気センサ装置において、前記酸素センサ素子の出力電
流値を増幅するプリアンプと、前記プリアンプの出力を
増幅し水蒸気濃度を測定するための出力を出す第１の増
幅回路と、前記プリアンプの出力を増幅し酸素濃度を測
定するための出力を出す第２の増幅回路と、上記２つの
増幅回路の出力を切り換えて出力する出力切り換え手段
と、を備えることを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記のように構成された水蒸気センサ装置で
は、通常の水蒸気濃度測定時においては、測定雰囲気中
におかれた酸素センサ素子の出力電流値をプリアンプで
増幅し、このプリアンプの出力を更に、水蒸気濃度を測
定するための出力を出す第１の増幅回路により増幅し、
この第１増幅回路の出力を基に測定雰囲気中の水蒸気濃
度を測定する。一方、センサ動作の確認時においては、
出力切り換え手段により、水蒸気濃度を測定するための
第１の増幅回路から酸素濃度を測定するための第２の増
幅回路に切り換え、大気中におかれた酸素センサ素子の
出力電流値をプリアンプで増幅し、このプリアンプの出
力を更に、酸素濃度を測定するための第２の増幅回路に
より増幅し、大気中の酸素濃度を測定する。このよう
に、本発明の水蒸気センサ装置においては、酸素濃度測
定のための第２増幅回路を用いて、大気中の略一定の酸
素濃度を測定することにより、出力が適正であるか否か
が判断できるようにする。

【０００８】

【実施例】本発明の水蒸気センサ装置の実施例について
図面を参照し説明する。図１は本実施例に係る酸素セン
サ２０の斜視図を、図２は図１の酸素センサ２０のＡ−
Ａ断面図を示している。図１に示す酸素センサ２０は、
セラミックヒータ３０と、その表面に設けられる酸素イ
オン導電性を示す固体電解質板である安定化ジルコニア
板４０と、この安定化ジルコニア板４０内に埋設される
陽電極１３及び陰電極１２と、ガス導出孔１８と、ガス
制限導入部１７とから主として構成されている。この酸
素センサ２０の中央部には通気孔１９が形成されてい
る。

【０００９】上記の安定化ジルコニア板４０は、酸化ジ
ルコニウムに安定化剤として酸化イットリウムを添加固
溶させた固体電解質であり、この実施例では、厚さ０．
３mm、幅５mm、長さ２３mmの大きさである。また、陰電
極１２及び陽電極１３は、多孔質の白金層（厚さ数１０
マイクロメートル）で、一辺が２mmの電極部１２ａ、１
３ａと、細幅の中間部１２ｂ、１３ｂと、端部１２ｃ、
１３ｃとが形成されており、該端部１２ｃ、１３ｃに
は、白金線１４、１５がそれぞれ接続されている。図２
に示すように、ガス導出孔１８は、安定化ジルコニア板
４０に設けられた通孔であり、電極部１３ａと外部とを
連通する。ガス制限導入部１７は、外部からガスを導入
するために陰電極１２の中間部１２ｂの白金層を安定化
ジルコニア板４０の外部まで延在させたガス導入部１７
ａと、該ガス導入部１７ａから導入されたガスの拡散を
制限するガス拡散制限部１７ｂとから構成されている。

【００１０】次に、この酸素センサ２０の製造方法につ
いて図３及び図４を参照して説明する。図４に示すよう
にセラミックヒータ３０は、中央部に通気孔１９となる
通孔を形成したアルミナ９６重量％のグリーンシート３
０ａの上面に、タングステン製のペーストでヒータパタ
ーン２２を印刷する。この際、陽電極１３の電極部１３
ａ及び陰電極１２の電極部１２ａの下部となる位置に細
いパターン２２ａを、それ以外の箇所に太いパターン２
２ｂを印刷する。そして、このヒータパターン２２の両
端部に白金線３３、３４を乗せた後、該グリーンシート
３０ａに、これと同形のグリーンシート３０ｂを被せ、
これを焼成一体化して製造する。一方、センサ素子を内
蔵する安定化ジルコニア板４０の製造について、図２に
示す断面図の焼成前の状態を示している図３、及び、図
１を参照して説明する。まず、図３に示すように中央部
に通気孔１９となる通孔を形成した固体電解質グリーン
シート４０ａ上に、図１に示すように焼成後にそれぞれ
陰電極１２、陽電極１３となる白金ペーストを印刷し、
端部に白金線１４、１５を載置した後、図３に示すよう
に固体電解質グリーンシート４０ａとは別の固体電解質
グリーンシート４０ｂを積層し、約１５００°Ｃで一体
焼成してセンサ素子を内蔵する安定化ジルコニア板４０
を形成する。この安定化ジルコニア板４０を上記セラミ
ックヒータ３０に封着ガラスを用いて封着することによ
り酸素センサ２０が形成される。

【００１１】次に、本実施例の酸素センサ２０による水
蒸気濃度の測定について、図１及び従来技術の説明に用
いた図５、図６を再び参照して説明する。上記酸素セン
サ２０を木材乾燥機に通じる通気パイプ等に取り付ける
こにより被測定ガス中に位置させる。先ず、図１に示す
セラミックヒータ３０の白金線３３、３４に電流を流
す。これにより、図４に示すように、セラミックヒータ
３０の細いパターン２２ａが発熱し陽電極１３及び陰電
極１２付近のみ局所加熱される。そしてこのとき、白金
線１４、１５を電源に接続して陽電極１３と陰電極１２
との間に電圧を印加すると陰電極１２内部の酸素はイオ
ン化されて酸素イオンとなり、該酸素イオンは印加電圧
Ｖに応じて酸素イオン導電性を示す固体電解質板である
安定化ジルコニア板４０を介して陰電極１２から陽電極
１３にポンピングされる。他方、この陽電極１３及び陰
電極１２以外の箇所は加熱されておらず、ガス制限導入
部１７は、酸素イオン導電性を示すほど加熱されていな
いため、酸素は、ガス導入部１７ａから導入され陰電極
１２内に拡散する。

【００１２】ここで、陽電極１３と陰電極１２との間に
流れる電流Ｉは印加電圧Ｖに応じて図５に示すように変
化する。印加電圧Ｖが０〜Ｖ１では印加電圧Ｖに応じて
酸素イオンのポンピング量が増え電流値Ｉが増加する。
印加電圧ＶがＶ１〜Ｖ２では酸素イオンのポンピング量
はガス制限導入部１７のガス導入部１７ａから流入する
酸素ガス量により制限され、外気中の酸素濃度に応じた
一定の第１の拡散制限電流値Ｉ_L1が流れる。第１の平坦
部Ｆ１である。印加電圧Ｖが電圧値Ｖ２（約１．２Ｖ）
より高くなると被測定ガス中の水蒸気が電気分解され、
その分解で生じた酸素イオンが陰電極１２から陽電極１
３にポンピングされ始め、電流値Ｉが増加する。印加電
圧ＶがＶ３〜Ｖ４では酸素イオンのポンピング量はガス
制限導入部１７のガス導入部１７ａから流入する水蒸気
量により制限され、外気中の水蒸気濃度に応じた一定の
第２の拡散制限電流値Ｉ_L2が流れる。第２の平坦部Ｆ２
である。これら２つの拡散制限電流値（限界電流値）Ｉ
_L1、Ｉ_L2は酸素濃度一定の場合、水蒸気濃度に応じて図
６のように変化する。拡散制限電流値Ｉ_L2は水蒸気圧の
相対的に低い部分では比較的ゆるやかな勾配を示し（第
１の勾配部と呼ぶ）、また、水蒸気の相対的に高い部分
では比較的急な勾配を示す（第２の勾配部と呼ぶ）。他
方、第１の拡散制限電流値Ｉ_L1は水蒸気圧が高くなるほ
ど小さくなっている。これは、水蒸気圧が高くなるほど
被測定ガス中の酸素分圧が低下するからである。

【００１３】上記特性を示す酸素センサ２０を用いる本
発明の第１実施例の水蒸気センサ装置１０は、図７に示
す回路構成により水蒸気濃度と酸素濃度とを測定する。
この回路構成は、水蒸気濃度の指標となる拡散制限電流
値Ｉ_L2を測定するための電圧Ｖａ（約２．０Ｖ）と、酸
素濃度の指標となる拡散制限電流値Ｉ_L1を測定するため
の電圧Ｖｂ（約１．０Ｖ）と、この電圧ＶａとＶｂとを
切り換え酸素センサ２０に加えるスイッチＳＷ１と、酸
素センサ２０の出力電流値を電圧値に変換して増幅する
プリアンプ５０と、このプリアンプ５０の出力電圧を水
蒸気濃度検出のために増幅する第１増幅回路６０及び酸
素濃度検出のために増幅する第２増幅回路７０と、この
第１増幅回路６０と第２増幅回路７０との出力を切り換
え図示しない濃度表示装置に接続するためのスイッチＳ
Ｗ２とから構成されている。

【００１４】上記プリアンプ５０、第１増幅回路６０及
び第２増幅回路７０の構成について図８を参照して更に
詳しく説明する。プリアンプ５０は、酸素センサ２０の
出力電流を電圧値に変換するオペアンプ５１と、このオ
ペアンプ５１の出力を水蒸気濃度の特性に適合させるた
めのオペアンプ５３とから主として構成されている。こ
のオペアンプ５３の入力端子５３ｂ側には、電圧源Ｖ及
び可変抵抗（ボリューム）５５ａからなる特性調整部５
５が接続され、この特性調整部５５により水蒸気濃度０
％の時に出力電圧が０Ｖになるよう調整される。また、
この可変抵抗５５ａの値を調整することにより水蒸気セ
ンサ装置１０の測定値が校正できるようになっている。

【００１５】このプリアンプ５０の出力が加えられる水
蒸気濃度検出のための第１増幅回路６０は、オペアンプ
６３と、該オペアンプ６３の入力端子６３ａ側に加えら
れる電圧を水蒸気濃度の特性に合わせて調整する特性調
整部６５とから主として構成されている。この特性調整
部６５は、次のような出力特性を得るために設けられて
いる。即ち、図６に関連して前述したように、拡散制限
電流値Ｉ_L2は水蒸気圧の相対的に低い部分では比較的ゆ
るやかな勾配を示し（第１の勾配部）、また、水蒸気の
相対的に高い部分では比較的急な勾配を示し（第２の勾
配部）、水蒸気濃度にリニアに正比例する訳ではない。
このため特性調整部６５では、この拡散制限電流値Ｉ_L2
の第１の勾配部（水蒸気圧が０のときのある値の電流値
からｇまで）を鎖線で示す第１の線分Ｉ_L2’で近似し、
第２の勾配部（電流がｇ以上）を一点鎖線で示す第２の
線分Ｉ_L2''近似し、この第１と第２の線分を電流値ｇを
境にオペアンプ６３の増幅率を切り換える動作を行う。
これによりオペアンプ６３の出力電圧は水蒸気濃度に対
して略リニアに比例するようになる。この特性調整部６
５は、電圧源Ｖと、この電圧源Ｖに接続された抵抗６５
ａと、該抵抗６５ａとプリアンプ５０の出力側との間に
接続された抵抗６５ｂと、この抵抗６５ｂとオペアンプ
６３の入力端子６３ａ側との間に接続されたダイオード
６５ｃと、抵抗６５ｂ及びダイオード６５ｃと並列に接
続された抵抗６５ｄとから成る。この特性調整部６５に
おいて、ダイオード６５ｃには抵抗６５ａを介して電圧
源Ｖの電圧がバイアスされており、前述したように水蒸
気圧が０のときの電流値から値ｇまでは、鎖線で示す第
１の線分Ｉ_L2’の増幅特性を示すようオペアンプ６３に
入力を与え、電流値がｇに到達すると該ダイオード極性
が切り換わり一点鎖線で示す第２の線分Ｉ_L2''の増幅特
性を示すようオペアンプ６３に入力を与える。

【００１６】一方、プリアンプ５０の出力が加えられる
酸素濃度測定のための第２増幅回路７０は、オペアンプ
７３と、該オペアンプ７３の出力電圧を酸素濃度の特性
に合わせる特性調整部７５とから主として構成されてい
る。特性調整部７５は、上述したプリアンプ５０からの
出力電圧は水蒸気濃度０％の時に０Ｖとなるように調整
されているため、酸素濃度を測定する際に酸素濃度０％
のとき出力が０Ｖとなるよう調整するために設けられた
ものである。この調整部７５は、電源部７５ａと、接地
部７５ｂと、電源部７５ａ及び接地部７５ｂ間に直列に
接続された分圧用の抵抗７５ｃ及び７５ｄとからなり、
該抵抗７５ｃ、７５ｄにより分圧された電圧源Ｖの電圧
がオペアンプ７３の入力端子７３ｂ側に加えるよう構成
されている。

【００１７】再び、図７に戻り、本実施例の水蒸気セン
サ装置１０による水蒸気濃度の測定動作について説明す
る。通常の水蒸気濃度測定のときにはスイッチＳＷ１は
ａ端子側に接続され、また、スイッチＳＷ２はｃ端子側
に接続されている。スイッチＳＷ１のａ端子を介して水
蒸気濃度を測定するための電圧Ｖａ（約２．０Ｖ）が酸
素センサ２０に加えられ、これにより酸素センサ２０
は、拡散制限電流値Ｉ_L2をプリアンプ５０に出力する。
該プリアンプ５０からは、拡散制限電流値Ｉ_L2に対応す
る電圧、即ち、水蒸気濃度が０％の時は０Ｖが、そして
水蒸気濃度が０％以上のときにはそれに対応する電圧が
第１増幅回路６０に出力される。第１増幅回路６０で
は、図６を参照して上述した拡散制限電流値Ｉ_L2のゆる
やかな勾配（第１の勾配部）と比較的急な勾配（第２の
勾配部）とに対応させ、水蒸気濃度に略リニアに比例す
る電圧を出力し、スイッチＳＷ２のｃ端子を介して、図
示しない濃度表示装置により水蒸気濃度を表示させる。

【００１８】次に、上記水蒸気センサ装置１０の測定中
に異常と思われる濃度表示があった場合、及び、定期的
に精度検査を行う場合について説明する。本実施例の水
蒸気センサ装置１０は、酸素センサ２０を用いて常には
水蒸気濃度を測定しているが、試験を行う際には、大気
中の酸素濃度を測定して異常か否かをチェックする。即
ち、酸素濃度は、大気中で常に一定であると見做すこと
ができ、また、大気中の水蒸気濃度は１０mmHg程度で、
無視できる範囲内にあるため、酸素センサ２０の出力が
酸素濃度に相当する一定の範囲内にないときは異常であ
ると判断するのである。このために、測定の際には先
ず、酸素センサ２０を被測定装置から外して大気中に置
く。そして、水蒸気センサ装置１０のスイッチＳＷ１を
ｂ端子側に、また、スイッチＳＷ２をｃ側に切り換え
る。これにより、スイッチＳＷ１のｂ端子を介して酸素
濃度を測定するための電圧Ｖｂ（約１．２Ｖ）が酸素セ
ンサ２０に加えられ、これにより酸素センサ２０は、拡
散制限電流値Ｉ_L1をプリアンプ５０に出力する。該プリ
アンプ５０は、拡散制限電流値Ｉ_L1に対応する電圧を第
２増幅回路７０に出力する。このプリアンプ５０からの
出力電圧は、上述したように電圧Ｖａを酸素センサ２０
に加えたときに水蒸気濃度０％の時０Ｖとなるように調
整された値であるため、第２増幅回路７０は、酸素濃度
０％のきに０Ｖとなるよう調整した値を増幅させて出力
し、スイッチＳＷ２のｄ端子を介して、図示しない濃度
表示装置に酸素濃度を表示させる。

【００１９】操作者は、上記の試験の結果、濃度表示装
置に表示され酸素濃度が、大気中の酸素濃度である２
０．８％から大きく外れている場合には、水蒸気センサ
装置１０に故障有りと判断する。他方、酸素センサ２０
の特性の経年変化等により指示値がずれていれば、図８
に示すプリアンプ５０の可変抵抗（ボリューム）５５ａ
を調整して、濃度表示装置が適正な酸素濃度を示すよう
校正にすることにより、再び水蒸気濃度を正確に測定で
きる状態に戻す。

【００２０】図７に示した水蒸気センサ装置１０では、
電圧を水蒸気濃度測定用のＶａと酸素濃度測定用のＶｂ
とでスイッチＳＷ１により切り換えて測定を行ったが、
本発明の装置は、スイッチＳＷ１を取り除き、水蒸気濃
度測定用の電圧Ｖａのみで水蒸気濃度と酸素濃度とを測
定することが可能である。このように構成した第２実施
例について図９を参照して以下説明する。

【００２１】ここで第２実施例の説明に先立ち、水蒸気
濃度測定用の電圧Ｖａにより水蒸気濃度と酸素濃度とが
測定可能な理由について説明する。図５に示したよう
に、電圧Ｖｂを印加すると酸素センサ２０には、外気中
の酸素濃度に応じた一定の第１の拡散制限電流値Ｉ_L1が
流れる（第１の平坦部Ｆ１）。そして、更に高い電圧Ｖ
ａにおいて、外気中の水蒸気濃度に応じた一定の第２の
拡散制限電流値Ｉ_L2が流れる（第２の平坦部Ｆ２）。図
５に示す実線は水蒸気濃度が高い被測定ガス中における
酸素センサ２０の電流を、そして、一点鎖線は水蒸気濃
度が低い大気中における酸素センサ２０の電流を示して
いる。即ち、拡散制限電流は水蒸気濃度が低くなるに連
れて第１の平坦部Ｆ１が高くなると共に第２の平坦部Ｆ
２が低くなり、図５の一点鎖線に示すように大気中では
水蒸気濃度が非常に低いため、酸素濃度による第１の平
坦部Ｆ１と水蒸気濃度による第２の平坦部Ｆ２との差が
殆どなくなる。このため、酸素センサ２０は外気中にさ
らされた状態で、水蒸気濃度測定用の電圧Ｖａが印加さ
れると、水蒸気濃度に対応する拡散制限電流値Ｉ_L2を流
すが、この値は上記図７に示す実施例において酸素測定
用の電圧Ｖｂを印加したときの酸素濃度に対応する拡散
制限電流値Ｉ_L1にほぼ等しい。従って、この拡散制限電
流値Ｉ_L2から酸素濃度を測定することが可能になる。

【００２２】次に、この第２実施例の水蒸気センサ装置
９０による測定について説明する。この第２実施例は、
図７に示した実施例とスイッチＳＷ１及び電圧Ｖｂを除
いて略同様であるので回路構成についての説明は省略す
る。この第２実施例では、水蒸気濃度を測定する通常の
測定動作のときにはスイッチＳＷ２はｃ端子側に接続さ
れている。水蒸気濃度を測定するための電圧Ｖａ（約
２．０Ｖ）が酸素センサ２０に加えらると、酸素センサ
２０は拡散制限電流値Ｉ_L2をプリアンプ５０に出力す
る。該プリアンプ５０からは、拡散制限電流値Ｉ_L2に基
づき水蒸気濃度に対応する電圧を第１増幅回路６０へ出
力する。第１増幅回路６０では、上述した拡散制限電流
値Ｉ_L2の特性｛図６に示すゆるやかな勾配（第１の勾配
部）と比較的急な勾配（第２の勾配部）｝を調整して水
蒸気濃度と比例する電圧を出力し、スイッチＳＷ２のｃ
端子を介して図示しない濃度表示装置により水蒸気濃度
を表示させる。

【００２３】次に、上記水蒸気センサ装置９０の測定中
に異常と思われる濃度表示があった場合、及び、定期的
に精度検査を行う場合について説明する。先ず、酸素セ
ンサ２０を被測定装置から外して大気中にさらすと共
に、スイッチＳＷ２をｄ側に切り換える。上述したよう
に酸素センサ２０からは、大気中の水蒸気濃度の指標と
なる拡散制限電流値Ｉ_L2がプリアンプ５０へ出力され、
該プリアンプ５０からはこの拡散制限電流値Ｉ_L2に対応
する電圧が第２増幅回路７０へ出力される。このプリア
ンプ５０からの出力電圧は、水蒸気濃度０％のときに０
Ｖとなるよう調整されているため、第２増幅回路７０に
おいて酸素濃度が０％のときに０Ｖとなるよう調整し、
スイッチＳＷ２のｄ端子を介して、図示しない濃度表示
装置により酸素濃度を表示させる。操作者は、上記の試
験の結果、濃度表示装置に表示された酸素濃度が、大気
中の酸素濃度から大きく外れている場合には、水蒸気セ
ンサ装置９０に故障有りとの判断を下す。他方、素子特
性の経年変化等により指示値がずれているのであれば、
プリアンプ５０の図示しない可変抵抗（ボリューム）を
調整して濃度表示装置が適正な酸素濃度を示すように校
正することにより、水蒸気濃度を正確に測定できる状態
にする。

【００２４】なお、第１及び第２実施例の水蒸気センサ
装置１０、９０の上述した試験は、酸素センサ２０を被
測定器（木材乾燥機に通じる通気パイプ）から外して大
気中にさらして行ったが、この代わりに該通気パイプに
大気を通過させることにより行うことも可能である。

【００２５】本発明の酸素センサとしては、図１に示す
構成のもの以外の従来構成に係るものを用いることも可
能である。ここでは酸素センサの別の例として図１０に
酸素センサ１５０を示す。この酸素センサ１５０では、
安定化ジルコニア等の固体電解質板１６０に外気を遮断
する箱体１６４が固着され空隙室１６５が形成されてい
る。箱体１６４中には酸素及び水蒸気を拡散させる微小
気泡１６３が設けられ、空隙室１６５と外気とを連通す
る。この固体電解質板１６０には陽電極１６１と陰電極
１６２が設けられ、電圧を印加できるようにされてい
る。この固体電解質板１６０は図示せぬヒータにより約
５００°Ｃに加熱され酸素イオン伝導性を示す。陽電極
１６１と陰電極１６２との間に電圧を印加すると陰電極
１６２内部の酸素はイオン化されて酸素イオンとなり、
空隙室１６５内の酸素は印加電圧に応じて陰電極１６２
から陽電極１６１にポンピングされる。空隙室１６５の
中には外気から微小気泡１６３を通じて拡散により酸素
が導入される。この時の陽電極１６１と陰電極１６２と
の間の電流値により水蒸気濃度及び酸素濃度が測定でき
る。また更に、本発明の酸素センサとして、図１１に示
す従来技術の説明において参照した酸素センサを用いる
ことも可能である。

【００２６】以上説明した第１、第２実施例の水蒸気セ
ンサ装置においては、被測定用の装置に酸素センサ２０
が取り付けられ水蒸気濃度の測定を行う。そして、水蒸
気濃度の測定中に異常が発生した場合には、被測定気体
中の水蒸気濃度の変動か、酸素センサ２０の異常または
劣化により出力が変わったのかを、酸素センサ２０を大
気中に取り出してスイッチＳＷ２を切り換え大気中の酸
素濃度を測定することにより簡単に確認することができ
る。また、簡単に測定が行えるので、頻繁に精度測定を
行い校正を行うことにより常に一定以上の精度で水蒸気
を測定することが可能になる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、上記の構成を有し、測定中に
異常が発生した場合、被測定気体中の水蒸気濃度の変動
か、センサの異常または劣化により出力が変わったのか
を、センサを大気中に取り出してスイッチを切り換える
ことにより簡単に確認できる。また、簡単に精度校正が
行えるので、常に一定以上の精度で水蒸気濃度を測定す
ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る酸素センサの一部切
り欠き斜視図。

【図２】 図１の酸素センサのＡ−Ａ断面図。

【図３】 図１の酸素センサのＡ−Ａ断面図。

【図４】 図１に示す酸素センサのセラミックヒータの
一部切り欠き斜視図。

【図５】 拡散制限電流値を示す電圧−電流の特性図。

【図６】 電流と水蒸気圧との関係を示す特性図。

【図７】 本発明の第１実施例の水蒸気センサ装置のブ
ロック図。

【図８】 図７に示す水蒸気センサ装置のプリアンプ、
第１増幅回路、第２増幅回路のブロック図。

【図９】 本発明の第２実施例の水蒸気センサ装置のブ
ロック図。

【図１０】 酸素センサの別の構成を示す断面図。

【図１１】 酸素センサの更に別の構成を示す断面図。

【符号の説明】

１０ 水蒸気センサ装置 ２０ 酸素センサ ３０ セラミックヒータ ４０ 安定化ジルコニア板 ５０ プリアンプ ６０ 第１増幅回路 ７０ 第２増幅回路 ９０ 水蒸気センサ装置 ＳＷ１ スイッチ ＳＷ２ スイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体電解質における拡散制限電流を利用
   した酸素センサ素子を用いて水蒸気濃度を測定する水蒸
   気センサ装置において、 前記酸素センサ素子の出力電流値を増幅するプリアンプ
   と、 前記プリアンプの出力を増幅し水蒸気濃度を測定するた
   めの出力を出す第１の増幅回路と、 前記プリアンプの出力を増幅し酸素濃度を測定するため
   の出力を出す第２の増幅回路と、 上記２つの増幅回路の出力を切り換えて出力する出力切
   り換え手段と、を備えることを特徴とする水蒸気センサ
   装置。
2. 【請求項２】 前記増幅回路の切り換えに対応して前記
   酸素センサ素子に印加する電圧を切り換えるようにした
   ことを特徴とする請求項１記載の水蒸気センサ装置。