JPH0635957B2 - 酸素分析装置 - Google Patents
酸素分析装置Info
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- JPH0635957B2 JPH0635957B2 JP61264099A JP26409986A JPH0635957B2 JP H0635957 B2 JPH0635957 B2 JP H0635957B2 JP 61264099 A JP61264099 A JP 61264099A JP 26409986 A JP26409986 A JP 26409986A JP H0635957 B2 JPH0635957 B2 JP H0635957B2
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- Japan
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- oxygen
- pump
- operation circuit
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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、酸素分析装置に関し、特に工業炉、ボイラー
等の各種燃焼炉の炉内または排ガス通路内の燃焼排ガス
中あるいは雰囲気中等の酸素濃度を測定するに用いて好
適な酸素分析装置に関するものである。
等の各種燃焼炉の炉内または排ガス通路内の燃焼排ガス
中あるいは雰囲気中等の酸素濃度を測定するに用いて好
適な酸素分析装置に関するものである。
（従来の技術） この種の装置は、昭和61年特許願第202382号明細書にお
いて開示されている。次に、この装置の動作等につい
て、第７図のブロック回路図を参照しつつ説明する。
いて開示されている。次に、この装置の動作等につい
て、第７図のブロック回路図を参照しつつ説明する。
まず、被測定ガスの酸素濃度を検出する酸素センサＳo
は、前記被測定ガスが拡散される拡散室１と、この拡散
室１を基にして配される酸素ポンプ部Ｐo および酸素濃
淡電池部Ｂo と、更には大気に連通している空気通路２
とによって構成されている。
は、前記被測定ガスが拡散される拡散室１と、この拡散
室１を基にして配される酸素ポンプ部Ｐo および酸素濃
淡電池部Ｂo と、更には大気に連通している空気通路２
とによって構成されている。
前記酸素濃淡電池部Ｂo によって、酸素ポンプ部Ｐo に
形成されたガス導入孔３を通じて拡散により拡散室１に
侵入した被測定ガスと、空気通路２からの基準空気であ
る大気との比較から、両者の酸素分圧比に応じた発生起
電力Ｅo が生じる。この発生起電力Ｅo は、一定値であ
る基準電圧Ｖf0（空気比m ≒１に対応する発生起電力Ｅ
o ）と比較される。これら両者の比較による偏差（Ｅo
−Ｖf0）は、この偏差がなくなるように酸素ポンプ部Ｐ
o のポンプ電流ＩP0を制御するＰＩ制御部４に供給され
る。なお、ＰＩ制御部４からは電圧信号で出力されるた
めに、この電圧信号は電圧−電流変換部５を介して前記
ポンプ電流ＩP0に変換される。
形成されたガス導入孔３を通じて拡散により拡散室１に
侵入した被測定ガスと、空気通路２からの基準空気であ
る大気との比較から、両者の酸素分圧比に応じた発生起
電力Ｅo が生じる。この発生起電力Ｅo は、一定値であ
る基準電圧Ｖf0（空気比m ≒１に対応する発生起電力Ｅ
o ）と比較される。これら両者の比較による偏差（Ｅo
−Ｖf0）は、この偏差がなくなるように酸素ポンプ部Ｐ
o のポンプ電流ＩP0を制御するＰＩ制御部４に供給され
る。なお、ＰＩ制御部４からは電圧信号で出力されるた
めに、この電圧信号は電圧−電流変換部５を介して前記
ポンプ電流ＩP0に変換される。
言い換えれば、ＰＩ制御部４は、前記偏差（Ｅo −
Ｖf0）に応じて酸素ポンプＰo によって拡散室１内の酸
素を外側に汲み出すように、または拡散室１内に酸素を
汲み入れるようにポンプ電流ＩP0の制御を行なってい
る。そして、拡散室１内の酸素濃度が空気比m ≒１に保
たれるようになしている。
Ｖf0）に応じて酸素ポンプＰo によって拡散室１内の酸
素を外側に汲み出すように、または拡散室１内に酸素を
汲み入れるようにポンプ電流ＩP0の制御を行なってい
る。そして、拡散室１内の酸素濃度が空気比m ≒１に保
たれるようになしている。
したがって、被測定ガスの酸素濃度はポンプ電流ＩP0に
相関するようになり、これによって被測定ガスの酸素濃
度を測定している。
相関するようになり、これによって被測定ガスの酸素濃
度を測定している。
前記ＰＩ制御部４の利得Ｇo とポンプ電流ＩP0の電流量
との関係においては、第８図に斜線で示されるような発
振領域Ｘo と、交叉線で示されるようなオーバシュート
領域Ｙo とがある。これら両領域Ｘo ，Ｙo において
は、安定した正確な被測定ガスの酸素濃度の測定を行な
うことはできない。
との関係においては、第８図に斜線で示されるような発
振領域Ｘo と、交叉線で示されるようなオーバシュート
領域Ｙo とがある。これら両領域Ｘo ，Ｙo において
は、安定した正確な被測定ガスの酸素濃度の測定を行な
うことはできない。
（発明が解決しようとする問題点） ところで、前述の装置においては、ＰＩ制御部４の利得
Ｇを一定にして用いているがために、ポンプ電流ＩP0の
電流量の範囲は、安定した正確な測定にとって、前述の
第８図に示されているＡ範囲に限られるものである。し
たがって、酸素濃度の測定範囲が幅狭い範囲に抑えられ
てしまうという問題点がある。
Ｇを一定にして用いているがために、ポンプ電流ＩP0の
電流量の範囲は、安定した正確な測定にとって、前述の
第８図に示されているＡ範囲に限られるものである。し
たがって、酸素濃度の測定範囲が幅狭い範囲に抑えられ
てしまうという問題点がある。
本発明は、このような問題点を解決する目的でなされた
ものである。
ものである。
（問題点を解決するための手段） 本発明による酸素分析装置は、前述の目的を達成するた
めに、 （イ）被測定ガスが拡散される拡散室と、この拡散室を
基にして配される酸素濃淡電池、更には酸素ポンプとを
有する検出手段および （ロ）比例動作回路部と積分動作回路部とを有して、前
記酸素濃淡電池の起電力と基準電圧との比較による偏差
により前記拡散室内の酸素濃度が所定濃度になるように
比例・積分を行なって前記酸素ポンプのポンプ電流を制
御するＰＩ制御器 を具えて、前記ポンプ電流に相関する前記被測定ガスの
酸素濃度を測定する酸素分析装置であって、 前記ＰＩ制御器は、前記ポンプ電流の電流量に応じて利
得を低減させる手段を具えることを特徴とするものであ
る。
めに、 （イ）被測定ガスが拡散される拡散室と、この拡散室を
基にして配される酸素濃淡電池、更には酸素ポンプとを
有する検出手段および （ロ）比例動作回路部と積分動作回路部とを有して、前
記酸素濃淡電池の起電力と基準電圧との比較による偏差
により前記拡散室内の酸素濃度が所定濃度になるように
比例・積分を行なって前記酸素ポンプのポンプ電流を制
御するＰＩ制御器 を具えて、前記ポンプ電流に相関する前記被測定ガスの
酸素濃度を測定する酸素分析装置であって、 前記ＰＩ制御器は、前記ポンプ電流の電流量に応じて利
得を低減させる手段を具えることを特徴とするものであ
る。
（作用） ポンプ電流の電流量に応じて利得が低減されることか
ら、発振領域外で、かつ、発振領域に沿うようなＰＩ制
御器の利得とポンプ電流の電流量との関係が得られるよ
うになる。
ら、発振領域外で、かつ、発振領域に沿うようなＰＩ制
御器の利得とポンプ電流の電流量との関係が得られるよ
うになる。
（実施例） 次に、本発明による酸素分析装置の具体的一実施例につ
き、図面を参照しつつ説明する。
き、図面を参照しつつ説明する。
第１図において、被測定ガスである燃焼排ガス（以下、
「被測定ガス」と称する。）を採取するプローブ11は、
例えば燃焼炉の煙道の炉壁12に形成される開口13に挿通
位置されて設けられているとともに、取付けフランジ14
を介して炉壁12に取り付けられている。また、このプロ
ーブ11の右端部15には、ガス検出具16が設けられてい
る。
「被測定ガス」と称する。）を採取するプローブ11は、
例えば燃焼炉の煙道の炉壁12に形成される開口13に挿通
位置されて設けられているとともに、取付けフランジ14
を介して炉壁12に取り付けられている。また、このプロ
ーブ11の右端部15には、ガス検出具16が設けられてい
る。
前記プローブ11は、両端が閉塞された外管17と、両端が
開口された内管18との内外２重管構造によって構成され
ている。この外管17の左端部側壁には、煙道内に流動す
る被測定ガスに面する位置にガス採取孔19が穿設されて
いるとともに、このガス採取孔19に左端開口20を臨ませ
て、前記内管18が外管17内に設けられている。この内管
18は、その内部空間が、前記左端側開口20を介して外管
17と内管18とで形成される空間との間で導通することを
遮ぎられるようにして、支持板を兼ねる隔壁21によっ
て、外管17の軸心部分に支持されている。この隔壁21よ
り右端側の外管17の側壁において、煙道に流動する被測
定ガスに対して負圧となる位置に、ガス排出孔22が穿設
されている。したがって、ガス採取孔19から採取された
煙道からの被測定ガスは、矢印で図示されるように、ま
ず内管18の内部空間を通り、次に外管17と内管18との間
に形成される空間を通って、ガス排出孔22を介して煙道
に排出される。
開口された内管18との内外２重管構造によって構成され
ている。この外管17の左端部側壁には、煙道内に流動す
る被測定ガスに面する位置にガス採取孔19が穿設されて
いるとともに、このガス採取孔19に左端開口20を臨ませ
て、前記内管18が外管17内に設けられている。この内管
18は、その内部空間が、前記左端側開口20を介して外管
17と内管18とで形成される空間との間で導通することを
遮ぎられるようにして、支持板を兼ねる隔壁21によっ
て、外管17の軸心部分に支持されている。この隔壁21よ
り右端側の外管17の側壁において、煙道に流動する被測
定ガスに対して負圧となる位置に、ガス排出孔22が穿設
されている。したがって、ガス採取孔19から採取された
煙道からの被測定ガスは、矢印で図示されるように、ま
ず内管18の内部空間を通り、次に外管17と内管18との間
に形成される空間を通って、ガス排出孔22を介して煙道
に排出される。
前記ガス検出具16は、酸素センサＳおよびセンサＳの一
部を収納保護する金属保護管23を有する酸素検出部24
と、測定室を形成する筒状部25と、この筒状部25の左端
部に嵌着されるセラミックフィルタ部26とから構成され
ている。この酸素検出部24は、筒状部25の右端側からの
ねじ込みによって固着されている。また、ガス検出具16
は、前記外管17の右端壁27の開口28と筒状部25の左端外
周とを螺合させることにより外管17に固着されている。
なお、29，30の各々は校正ガス導入管およびリード線で
あり、31は金属保護管23に穿設された酸素センサＳに基
準空気を供給する空気孔である。
部を収納保護する金属保護管23を有する酸素検出部24
と、測定室を形成する筒状部25と、この筒状部25の左端
部に嵌着されるセラミックフィルタ部26とから構成され
ている。この酸素検出部24は、筒状部25の右端側からの
ねじ込みによって固着されている。また、ガス検出具16
は、前記外管17の右端壁27の開口28と筒状部25の左端外
周とを螺合させることにより外管17に固着されている。
なお、29，30の各々は校正ガス導入管およびリード線で
あり、31は金属保護管23に穿設された酸素センサＳに基
準空気を供給する空気孔である。
次に、前記酸素センサＳの構造（寸法；約５m ／m
（幅）× 1.5m ／m （厚み）×30〜60m ／m （長さ））
について、第２図（Ａ），（Ｂ）および第３図を参照し
つつ説明する。
（幅）× 1.5m ／m （厚み）×30〜60m ／m （長さ））
について、第２図（Ａ），（Ｂ）および第３図を参照し
つつ説明する。
まず、上部には、固体電解質体40と、この固体電解質体
40の上下に各々配される上側ポンプ電極41および下側ポ
ンプ電極42とから成る酸素ポンプ部Ｐが設けられてい
る。
40の上下に各々配される上側ポンプ電極41および下側ポ
ンプ電極42とから成る酸素ポンプ部Ｐが設けられてい
る。
次に、中央部には、前記酸素ポンプ部Ｐと同様に、固体
電解質体43と、この固体電解質体43の上下に各々配され
る測定電極44および基準電極45とから成る酸素濃淡電池
部Ｂが設けられている。
電解質体43と、この固体電解質体43の上下に各々配され
る測定電極44および基準電極45とから成る酸素濃淡電池
部Ｂが設けられている。
なお、これら酸素ポンプＰの酸素濃淡電池部Ｂとの間に
は、所定の拡散抵抗のもとに被測定ガスを導く細隙平坦
空間の拡散室46が形成されるように、絶縁体から成る所
定厚さのスペース部材47（47a ，47b ）が介在されてい
る。また、前記酸素ポンプ部Ｐにおける拡散室46の中央
部に相当する位置には、この拡散室46を外部の被測定ガ
スの存在空間と連通させるガス導入孔48（48a ，48b ，
48c ）が形成されている。したがって、このガス導入孔
48（48a ，48b ，48c ）により被測定ガスは導かれて、
拡散室46内において所定の拡散抵抗のもとに拡散され
て、酸素ポンプ部Ｂの下側ポンプ電極42に接触するよう
になっている。また、酸素濃淡電池部Ｂの測定電極44に
も、前記下側ポンプ電極42の付近で被測定ガスに接触す
るようになっている。
は、所定の拡散抵抗のもとに被測定ガスを導く細隙平坦
空間の拡散室46が形成されるように、絶縁体から成る所
定厚さのスペース部材47（47a ，47b ）が介在されてい
る。また、前記酸素ポンプ部Ｐにおける拡散室46の中央
部に相当する位置には、この拡散室46を外部の被測定ガ
スの存在空間と連通させるガス導入孔48（48a ，48b ，
48c ）が形成されている。したがって、このガス導入孔
48（48a ，48b ，48c ）により被測定ガスは導かれて、
拡散室46内において所定の拡散抵抗のもとに拡散され
て、酸素ポンプ部Ｂの下側ポンプ電極42に接触するよう
になっている。また、酸素濃淡電池部Ｂの測定電極44に
も、前記下側ポンプ電極42の付近で被測定ガスに接触す
るようになっている。
次に、酸素濃淡電池部Ｂの下側には、順次に固体電解質
体から成るスペース部材49、および固体電解質体50が設
けられている。これにより、前記基準電極45が露呈され
る空気通路51が形成されている。この空気通路51は、前
記金属保護管23の空気孔31を介して大気に連通してい
る。この空気通路51を通じて大気である前記基準空気が
導かれて、基準電極45に接触するようになっている。
体から成るスペース部材49、および固体電解質体50が設
けられている。これにより、前記基準電極45が露呈され
る空気通路51が形成されている。この空気通路51は、前
記金属保護管23の空気孔31を介して大気に連通してい
る。この空気通路51を通じて大気である前記基準空気が
導かれて、基準電極45に接触するようになっている。
前記固体電解質体40，43，50およびスペース部材49は、
高温において酸素イオン導電性を示す安定化または部分
安定化ジルコニア磁器から構成されている。この安定化
または部分安定化ジルコニア磁器は、良く知られている
ように、酸化ジルコニウムに酸化イットリウムあるいは
酸化カルシウム等を固溶させることによって得ることが
できる。また、電極41，42，44，45の各々は、多孔質白
金等から構成されている。これら電極41，42，44，45の
うち、被測定ガスに接触する上側ポンプ電極41、下側ポ
ンプ電極42および測定電極44の各々には、アルミナ等か
ら成るポーラスセラミック層52，53，54が積層された状
態で設けられている。したがって、これらポーラスセラ
ミック層52，53，54を通じて被測定ガスが、電極41，4
2，44の各々に接触されるようになっている。
高温において酸素イオン導電性を示す安定化または部分
安定化ジルコニア磁器から構成されている。この安定化
または部分安定化ジルコニア磁器は、良く知られている
ように、酸化ジルコニウムに酸化イットリウムあるいは
酸化カルシウム等を固溶させることによって得ることが
できる。また、電極41，42，44，45の各々は、多孔質白
金等から構成されている。これら電極41，42，44，45の
うち、被測定ガスに接触する上側ポンプ電極41、下側ポ
ンプ電極42および測定電極44の各々には、アルミナ等か
ら成るポーラスセラミック層52，53，54が積層された状
態で設けられている。したがって、これらポーラスセラ
ミック層52，53，54を通じて被測定ガスが、電極41，4
2，44の各々に接触されるようになっている。
以上のような酸素ポンプ部Ｐ、酸素濃淡電池部Ｂおよび
スペース部材47，49が図示されるように積層され、一体
的な狭幅な板状の長手形状の積層構造体にして、これら
を焼結することにより一体的な構造に形成されている。
なお、Ｍは、ポンプ電極41，42、測定電極44および基準
電極45の印刷された電気接触端子であり、これら電気接
触端子Ｍは前記金属保護管23内でコネクタを介して前記
リード線30に電気的に接続されている。
スペース部材47，49が図示されるように積層され、一体
的な狭幅な板状の長手形状の積層構造体にして、これら
を焼結することにより一体的な構造に形成されている。
なお、Ｍは、ポンプ電極41，42、測定電極44および基準
電極45の印刷された電気接触端子であり、これら電気接
触端子Ｍは前記金属保護管23内でコネクタを介して前記
リード線30に電気的に接続されている。
なお、酸素ポンプ部Ｐおよび酸素濃淡電池部Ｂを加熱す
る加熱部、更には温度検知部は、簡略化のために省略さ
れている。
る加熱部、更には温度検知部は、簡略化のために省略さ
れている。
次に、第４図のブロック回路図を説明する。
酸素濃淡電池部Ｂによって、拡散室46内にガス導入孔48
を通じて拡散により侵入した被測定ガスと、基準空気の
大気との比較から、測定電極44と基準電極45との間に、
両者の酸素分圧比に応じた発生起電力Ｅが生じる。この
発生起電力Ｅは、設定電圧部50の基準電圧Ｖf と比較さ
れる。この設定電圧部50は、図示されるように、酸素濃
度０％，20％，・・・90％の各々に対応する前記発生起
電力Ｅに相応した複数個の電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３・・
・がスイッチングトランジスタＴr １，Ｔr ２，Ｔr ３
・・・によって択一選択できるように構成されている。
したがって、基準電圧Ｖf が複数個の電圧値Ｖ１，
Ｖ２，Ｖ３・・を選択的に採ることができるようになっ
ている。
を通じて拡散により侵入した被測定ガスと、基準空気の
大気との比較から、測定電極44と基準電極45との間に、
両者の酸素分圧比に応じた発生起電力Ｅが生じる。この
発生起電力Ｅは、設定電圧部50の基準電圧Ｖf と比較さ
れる。この設定電圧部50は、図示されるように、酸素濃
度０％，20％，・・・90％の各々に対応する前記発生起
電力Ｅに相応した複数個の電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３・・
・がスイッチングトランジスタＴr １，Ｔr ２，Ｔr ３
・・・によって択一選択できるように構成されている。
したがって、基準電圧Ｖf が複数個の電圧値Ｖ１，
Ｖ２，Ｖ３・・を選択的に採ることができるようになっ
ている。
前記両者の比較による偏差（Ｅ−Ｖf ）は、ＰＩ制御部
51に供給される。このＰＩ制御部51は、直列に配される
比例動作制御回路52と積分動作制御回路53と等より構成
されており、比例および積分制御によって前記偏差（Ｅ
−Ｖf ）が速やかになくなるように、酸素ポンプ部Ｐの
ポンプ電流Ｉp の制御を行なっている。なお、ＰＩ制御
部51からの出力は電圧出力であるために、信号を減衰さ
せる可変減衰部54を介して、電圧−電流変換部55により
所定のポンプ電流Ｉp に変換される。
51に供給される。このＰＩ制御部51は、直列に配される
比例動作制御回路52と積分動作制御回路53と等より構成
されており、比例および積分制御によって前記偏差（Ｅ
−Ｖf ）が速やかになくなるように、酸素ポンプ部Ｐの
ポンプ電流Ｉp の制御を行なっている。なお、ＰＩ制御
部51からの出力は電圧出力であるために、信号を減衰さ
せる可変減衰部54を介して、電圧−電流変換部55により
所定のポンプ電流Ｉp に変換される。
前記ＰＩ制御部51の比例動作制御回路52における増幅段
56には、この増幅段56に設けられる一対の帰還回路の各
々にカドミウム抵抗rf１，rf２が設けられている。これ
らカドミウム抵抗rf１，rf２の各々に対しては、これら
カドミウム抵抗rf１，rf２と光結合する光ダイオードＤ
１，Ｄ２が、前記ポンプ電流Ｉp の正逆方向の流れに対
応して図示されるように順方向が互いに逆になるように
して配されている。これら光ダイオードＤ１，Ｄ２に
は、抵抗Ｒを介して得られかつ増幅部57で増幅された前
記ポンプ電流Ｉp の電流量に比例した電流量が供給され
る。これにより、カドミウム抵抗rf１，rf２の負性抵抗
特性に依存してＰＩ制御部51の利得Ｇは、ポンプ電流Ｉ
p の電流量に応じて低減されるようになり、第５図に示
されるような利得曲線Ｅが得られるようになる。したが
って、ポンプ電流Ｉp の電流量の範囲を広くとることが
できる。なお、第５図において、斜線部Ｘは発振領域で
あり、また交叉線部Ｙはオーバシュート領域である。
56には、この増幅段56に設けられる一対の帰還回路の各
々にカドミウム抵抗rf１，rf２が設けられている。これ
らカドミウム抵抗rf１，rf２の各々に対しては、これら
カドミウム抵抗rf１，rf２と光結合する光ダイオードＤ
１，Ｄ２が、前記ポンプ電流Ｉp の正逆方向の流れに対
応して図示されるように順方向が互いに逆になるように
して配されている。これら光ダイオードＤ１，Ｄ２に
は、抵抗Ｒを介して得られかつ増幅部57で増幅された前
記ポンプ電流Ｉp の電流量に比例した電流量が供給され
る。これにより、カドミウム抵抗rf１，rf２の負性抵抗
特性に依存してＰＩ制御部51の利得Ｇは、ポンプ電流Ｉ
p の電流量に応じて低減されるようになり、第５図に示
されるような利得曲線Ｅが得られるようになる。したが
って、ポンプ電流Ｉp の電流量の範囲を広くとることが
できる。なお、第５図において、斜線部Ｘは発振領域で
あり、また交叉線部Ｙはオーバシュート領域である。
ところで、前記ＰＩ制御部51は、偏差（Ｅ−Ｖf ）に応
じて、 ｉ）Ｅ＜Ｖf の場合には、 酸素ポンプ部Ｐによって、第４図に実線の矢印で示され
るように、拡散室46内の酸素を外側に汲み出すように、 ii）Ｅ＞Ｖf の場合には、 酸素ポンプ部Ｐによって、被測定ガス中の酸素濃度が０
％以上のときには被測定ガス中の酸素を、また被測定ガ
ス中の酸素濃度が０％以下のときには被測定ガス中の二
酸化炭素ＣＯ２，水Ｈ２Ｏを電気分解してその酸素を、
第４図に点線の矢印で示されるように、拡散室46内に汲
み入れるように（拡散室46内では、Ｈ２＋1/2 Ｏ２→
Ｈ２Ｏ，ＣＯ＋1/2Ｏ２→ＣＯ２と反応する。）ポンプ
電流Ｉp を制御するようになる。これにより、拡散室46
内の酸素濃度が、設定電圧部50の選択された電圧値
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３・・・の基準電圧Ｖf に対応する酸素
濃度になるようになしている。
じて、 ｉ）Ｅ＜Ｖf の場合には、 酸素ポンプ部Ｐによって、第４図に実線の矢印で示され
るように、拡散室46内の酸素を外側に汲み出すように、 ii）Ｅ＞Ｖf の場合には、 酸素ポンプ部Ｐによって、被測定ガス中の酸素濃度が０
％以上のときには被測定ガス中の酸素を、また被測定ガ
ス中の酸素濃度が０％以下のときには被測定ガス中の二
酸化炭素ＣＯ２，水Ｈ２Ｏを電気分解してその酸素を、
第４図に点線の矢印で示されるように、拡散室46内に汲
み入れるように（拡散室46内では、Ｈ２＋1/2 Ｏ２→
Ｈ２Ｏ，ＣＯ＋1/2Ｏ２→ＣＯ２と反応する。）ポンプ
電流Ｉp を制御するようになる。これにより、拡散室46
内の酸素濃度が、設定電圧部50の選択された電圧値
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３・・・の基準電圧Ｖf に対応する酸素
濃度になるようになしている。
なお、被測定ガス中の酸素分子、一酸化炭素および水素
分子の各々が、窒素ガスに対して異った拡散常数を有す
るために、ポンプ電流Ｉp は、次式で表わされる。
分子の各々が、窒素ガスに対して異った拡散常数を有す
るために、ポンプ電流Ｉp は、次式で表わされる。
Ｉp ＝Ｋ１・（Ｐo ２−Ｐo 2SV）−Ｋ２・ＰC0−Ｋ３・ＰH2 ただし、Ｋ１：酸素分子の拡散に比例した係数 Ｋ２：一酸化炭素の拡散に比例した係数 Ｋ３：水素分子の拡散に比例した係数 Ｐ：酸素分子、一酸化炭素、水素分子の各分圧 Ｐo 2SV：拡散室46内の所定酸素濃度（電圧値Ｖ１，Ｖ
２，Ｖ３・・・に対応する酸素濃度） である。
２，Ｖ３・・・に対応する酸素濃度） である。
したがって、被測定ガスを酸化領域のときには、一酸化
炭素および水素の濃度は０％であることから、 Ｉp ＝Ｋ１（Ｐo ２−Ｐo 2SV） となる。
炭素および水素の濃度は０％であることから、 Ｉp ＝Ｋ１（Ｐo ２−Ｐo 2SV） となる。
また、被測定ガスが還元領域のときには、酸素濃度は、
０％であることから、 Ｉp ＝−〔Ｋ１・Ｐo2SV＋Ｋ２・ＰC0＋Ｋ３・ＰH2〕 となる。
０％であることから、 Ｉp ＝−〔Ｋ１・Ｐo2SV＋Ｋ２・ＰC0＋Ｋ３・ＰH2〕 となる。
前記ＰＩ制御部51からのポンプ電流Ｉp に相関する電圧
信号は、リニアライザ58に供給される。このリニアライ
ザ58は、ポンプ電流Ｉp に相関する電圧信号が被測定ガ
スの酸素濃度とは直線関係にならず、全体的に酸素濃度
が高くなるにつれて湾曲するような関係になるのを、折
れ線近似等により直線関係に補正するものである。この
補正されたリニアライザ58からの出力は、出力変換部59
に供給されて、ポンプ電流Ｉp に相関する被測定ガスの
酸素濃度を測定する測定信号として、出力変換部59から
出力される。
信号は、リニアライザ58に供給される。このリニアライ
ザ58は、ポンプ電流Ｉp に相関する電圧信号が被測定ガ
スの酸素濃度とは直線関係にならず、全体的に酸素濃度
が高くなるにつれて湾曲するような関係になるのを、折
れ線近似等により直線関係に補正するものである。この
補正されたリニアライザ58からの出力は、出力変換部59
に供給されて、ポンプ電流Ｉp に相関する被測定ガスの
酸素濃度を測定する測定信号として、出力変換部59から
出力される。
次に、酸素濃度の測定範囲の拡大および精度向上につい
て説明する。
て説明する。
（１）設定電圧部50において、基準電圧Ｖf を酸素濃度
０％，20％，・・・90％の各々に対応する電圧値Ｖ１，
Ｖ２，Ｖ３・・に選択的に切換えることにより、Ｐo ２
の設定酸素濃度を所定値に切り替えることにより、例え
ば酸素濃度で 0〜20％，10〜30％，・・・，80〜 100％
というように測定範囲を切換えることができる。したが
って広い範囲における酸素濃度の測定が容易になる。
０％，20％，・・・90％の各々に対応する電圧値Ｖ１，
Ｖ２，Ｖ３・・に選択的に切換えることにより、Ｐo ２
の設定酸素濃度を所定値に切り替えることにより、例え
ば酸素濃度で 0〜20％，10〜30％，・・・，80〜 100％
というように測定範囲を切換えることができる。したが
って広い範囲における酸素濃度の測定が容易になる。
（２）ＰＩ制御部51の利得Ｇがポンプ電流Ｉp の電流量
に応じて低減されることにより、第５図に示されるよう
な利得曲線Ｅが得られる。したがって、ポンプ電流Ｉp
の電流量の広い範囲に亘って発振現象が抑えられ、酸素
濃度の測定範囲が幅広くなる。
に応じて低減されることにより、第５図に示されるよう
な利得曲線Ｅが得られる。したがって、ポンプ電流Ｉp
の電流量の広い範囲に亘って発振現象が抑えられ、酸素
濃度の測定範囲が幅広くなる。
（３）可変減衰部54により酸素濃度の測定範囲を、例え
ば 0〜 5％のように挾めると、リニアライザ58では、こ
の範囲が拡大されたようにして出力されるがために、測
定精度の向上が図れる。
ば 0〜 5％のように挾めると、リニアライザ58では、こ
の範囲が拡大されたようにして出力されるがために、測
定精度の向上が図れる。
次に、別実施例を第６図のブロック回路図を参照しつつ
説明する。
説明する。
ＰＩ制御部51′の比例動作回路52′と積分動作回路53′
との間に割算回路60を設けている。この割算回路60で
は、比例動作回路52′の出力Ｍを定数設定回路61を介し
た積分動作回路53′の出力Ｎで割算を行なっている。そ
して、この出力は積分動作回路53′に供給される。な
お、定数設定回路61では、積分動作回路53′の出力Ｎに
定数を付加して、例えばa Ｎ＋b ；定数）になるように
して、割算の際に無限大になることを避けている。
との間に割算回路60を設けている。この割算回路60で
は、比例動作回路52′の出力Ｍを定数設定回路61を介し
た積分動作回路53′の出力Ｎで割算を行なっている。そ
して、この出力は積分動作回路53′に供給される。な
お、定数設定回路61では、積分動作回路53′の出力Ｎに
定数を付加して、例えばa Ｎ＋b ；定数）になるように
して、割算の際に無限大になることを避けている。
以上により、ポンプ電流Ｉp の電流量に比例する積分動
作回路53′の出力Ｎ、言い換えればＰＩＢ制御部51′の
出力によって、ポンプ電流Ｉp の電流量に応じた利得低
減を行なっている。
作回路53′の出力Ｎ、言い換えればＰＩＢ制御部51′の
出力によって、ポンプ電流Ｉp の電流量に応じた利得低
減を行なっている。
（発明の効果） ＰＩ制御器の利得とポンプ電流の電流量との関係が、発
振領域外でかつ発振領域に沿って得られるようになり、
ポンプ電流の電流量の広い範囲に亘って発振現象が抑え
られて、酸素濃度の測定範囲が幅広くなる。
振領域外でかつ発振領域に沿って得られるようになり、
ポンプ電流の電流量の広い範囲に亘って発振現象が抑え
られて、酸素濃度の測定範囲が幅広くなる。
第１図乃至第６図は、本発明による酸素分析装置の具体
的−実施例を説明するための図面であって、 第１図は全体図、 第２図は（Ａ），（Ｂ）各々は酸素センサの分解斜視図
および全体斜視図、 第３図は第２図（Ａ），（Ｂ）におけるIII−III横断面
図、 第４図はブロック回路図、 第５図はＰＩ制御部の利得とポンプ電流の電流量との関
係を示す図、 第６図は別実施例を説明するためのブロック回路図であ
る。 また、第７図および第８図は、従来の技術を説明するた
めの図である。 46……拡散室、51，51′……ＰＩ制御部 52，52′……比例動作回路 53，53′……積分動作回路 56……増幅段、60……割算部 61……定数設定回路、Ｂ……酸素濃淡電池部 Ｄ１，Ｄ２……発光ダイオード Ｉp ……ポンプ電流、Ｐ……酸素ポンプ部 rf１，rf２……カドニウム抵抗 Ｓ……酸素センサ
的−実施例を説明するための図面であって、 第１図は全体図、 第２図は（Ａ），（Ｂ）各々は酸素センサの分解斜視図
および全体斜視図、 第３図は第２図（Ａ），（Ｂ）におけるIII−III横断面
図、 第４図はブロック回路図、 第５図はＰＩ制御部の利得とポンプ電流の電流量との関
係を示す図、 第６図は別実施例を説明するためのブロック回路図であ
る。 また、第７図および第８図は、従来の技術を説明するた
めの図である。 46……拡散室、51，51′……ＰＩ制御部 52，52′……比例動作回路 53，53′……積分動作回路 56……増幅段、60……割算部 61……定数設定回路、Ｂ……酸素濃淡電池部 Ｄ１，Ｄ２……発光ダイオード Ｉp ……ポンプ電流、Ｐ……酸素ポンプ部 rf１，rf２……カドニウム抵抗 Ｓ……酸素センサ
Claims (3)
- 【請求項１】（イ）被測定ガスが拡散される拡散室と、
この拡散室を基にして配される酸素濃淡電池、更には酸
素ポンプとを有する検出手段および （ロ）比例動作回路部と積分動作回路部とを有して、前
記酸素濃淡電池の起電力と基準電圧との比較による偏差
により前記拡散室内の酸素濃度が所定濃度になるように
比例・積分を行なって前記酸素ポンプのポンプ電流を制
御するＰＩ制御器を具えて、前記ポンプ電流に相関する
前記被測定ガスの酸素濃度を測定する酸素分析装置であ
って、 前記ＰＩ制御器は、前記ポンプ電流の電流量に応じて利
得を低減させる手段を具えることを特徴とする酸素分析
装置。 - 【請求項２】前記ポンプ電流の電流量に応じて利得を低
減させる手段は、 （イ）前記比例動作回路の増幅段における帰還回路に設
けられるカドミウム抵抗および （ロ）このカドミウム抵抗に光結合するとともに、前記
ポンプ電流の電流量にほぼ比例する電流量が供給される
発光ダイオード とを具えることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の酸素分析装置。 - 【請求項３】前記ポンプ電流の電流量に応じて利得を低
減させる手段は、直列的に配される前記比例動作回路部
と積分動作回路部との間に設けられるとともに、前記比
例動作回路部の出力を前記積分動作回路部の出力で割
り、かつ、この出力を前記積分動作回路部に供給する割
算回路部であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の酸素分析装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61264099A JPH0635957B2 (ja) | 1986-11-07 | 1986-11-07 | 酸素分析装置 |
| US07/107,397 US4857164A (en) | 1986-10-16 | 1987-10-13 | Oxygen analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61264099A JPH0635957B2 (ja) | 1986-11-07 | 1986-11-07 | 酸素分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63118651A JPS63118651A (ja) | 1988-05-23 |
| JPH0635957B2 true JPH0635957B2 (ja) | 1994-05-11 |
Family
ID=17398497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61264099A Expired - Fee Related JPH0635957B2 (ja) | 1986-10-16 | 1986-11-07 | 酸素分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0635957B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19962912C2 (de) * | 1999-12-23 | 2003-12-04 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Bestimmung der Konzentration oxidierender Gase in Gasgemischen |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5967455A (ja) * | 1982-10-08 | 1984-04-17 | Hitachi Ltd | 空燃比センサ |
| JPS60238755A (ja) * | 1984-05-14 | 1985-11-27 | Nissan Motor Co Ltd | 空燃比検出装置 |
-
1986
- 1986-11-07 JP JP61264099A patent/JPH0635957B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63118651A (ja) | 1988-05-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |