JPH07270376A - 酸化還元状態検出装置 - Google Patents
酸化還元状態検出装置Info
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- JPH07270376A JPH07270376A JP6057244A JP5724494A JPH07270376A JP H07270376 A JPH07270376 A JP H07270376A JP 6057244 A JP6057244 A JP 6057244A JP 5724494 A JP5724494 A JP 5724494A JP H07270376 A JPH07270376 A JP H07270376A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 陶磁器焼成炉などの雰囲気ガスの酸化還元状
態を定性的・定量的にかつ連続的に検出することができ
る酸化還元状態検出装置を得る。 【構成】 酸化還元状態検出装置が、雰囲気ガスの酸化
還元状態を検知する限界電流式酸素センサ１と、これに
交流電圧を印加する電源部２と、限界電流式酸素センサ
からの出力の直流成分の極性とその出力値とを検出し、
この極性によって出力を酸化状態信号Ｓ１と還元状態信
号Ｓ２とに分離する出力分離部３とを有する。
態を定性的・定量的にかつ連続的に検出することができ
る酸化還元状態検出装置を得る。 【構成】 酸化還元状態検出装置が、雰囲気ガスの酸化
還元状態を検知する限界電流式酸素センサ１と、これに
交流電圧を印加する電源部２と、限界電流式酸素センサ
からの出力の直流成分の極性とその出力値とを検出し、
この極性によって出力を酸化状態信号Ｓ１と還元状態信
号Ｓ２とに分離する出力分離部３とを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、陶磁器焼成用の炉内な
どにおける雰囲気ガスの酸化還元状態を電気的に検出す
ることができる酸化還元状態検出装置に関する。
どにおける雰囲気ガスの酸化還元状態を電気的に検出す
ることができる酸化還元状態検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば陶磁器などの焼成工程において、
炉内の雰囲気ガスの酸化還元状態を検知しこれを制御す
ることは、製品の品質管理上極めて重要である。従来、
この炉内の雰囲気ガスの酸化還元状態を検知する方法と
しては、焼成炉の壁に貫通孔を設けて、焼成中にこの貫
通孔から炎が吹き出す場合は炉内は還元状態であり、吹
き出さなければ酸化状態である、などと判断していた。
これは、炉内に還元性のＣＯガスが存在する場合、それ
が貫通孔から吹き出して炉外で燃焼して炎となる現象を
検知手段として利用したものである。また、酸化還元状
態の制御は、焼成中の陶磁器試片を取り出してその発色
状態などを観察するか、または多くの経験と勘などか
ら、炉内に空気を送入するブロアの流量と、煙突からの
排ガスの流量を調整することなどによって行っている。
炉内の雰囲気ガスの酸化還元状態を検知しこれを制御す
ることは、製品の品質管理上極めて重要である。従来、
この炉内の雰囲気ガスの酸化還元状態を検知する方法と
しては、焼成炉の壁に貫通孔を設けて、焼成中にこの貫
通孔から炎が吹き出す場合は炉内は還元状態であり、吹
き出さなければ酸化状態である、などと判断していた。
これは、炉内に還元性のＣＯガスが存在する場合、それ
が貫通孔から吹き出して炉外で燃焼して炎となる現象を
検知手段として利用したものである。また、酸化還元状
態の制御は、焼成中の陶磁器試片を取り出してその発色
状態などを観察するか、または多くの経験と勘などか
ら、炉内に空気を送入するブロアの流量と、煙突からの
排ガスの流量を調整することなどによって行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、炎の吹き出し
は、必ずしもＣＯガスの存在のみに依存するものではな
い。例えば炉内の圧力上昇などによって酸化状態でも炎
が吹き出すことがある。従って、この炎による検知方法
は不正確であり、また、焼成中の炉内の酸化還元状態の
程度を連続的かつ正確に検知することもできなかった。
さらに、炉の構造によっては炉内の部位によって酸化還
元状態が異なる場合もあるが、このような炉内の酸化還
元状態の分布を正確に計測することはできなかった。
は、必ずしもＣＯガスの存在のみに依存するものではな
い。例えば炉内の圧力上昇などによって酸化状態でも炎
が吹き出すことがある。従って、この炎による検知方法
は不正確であり、また、焼成中の炉内の酸化還元状態の
程度を連続的かつ正確に検知することもできなかった。
さらに、炉の構造によっては炉内の部位によって酸化還
元状態が異なる場合もあるが、このような炉内の酸化還
元状態の分布を正確に計測することはできなかった。
【０００４】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたものであり、従ってその目的は、被測定雰囲気の
酸化還元状態を定性的・定量的にかつ連続的に検出する
ことができる酸化還元状態検出装置を提供することにあ
る。
されたものであり、従ってその目的は、被測定雰囲気の
酸化還元状態を定性的・定量的にかつ連続的に検出する
ことができる酸化還元状態検出装置を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、雰囲気ガ
スの酸化還元状態を検知する限界電流式酸素センサと、
これに交流電圧を印加する電源部と、限界電流式酸素セ
ンサからの出力の直流成分の極性とその出力値とを検出
し、この極性によって出力を酸化状態信号と還元状態信
号とに分離する出力分離部とを有する酸化還元状態検出
装置を提供することによって解決できる。
スの酸化還元状態を検知する限界電流式酸素センサと、
これに交流電圧を印加する電源部と、限界電流式酸素セ
ンサからの出力の直流成分の極性とその出力値とを検出
し、この極性によって出力を酸化状態信号と還元状態信
号とに分離する出力分離部とを有する酸化還元状態検出
装置を提供することによって解決できる。
【０００６】請求項２記載の酸化還元状態検出装置は、
出力分離部からの酸化状態信号と還元状態信号とをそれ
ぞれ表示する出力表示部を有することが好ましい。
出力分離部からの酸化状態信号と還元状態信号とをそれ
ぞれ表示する出力表示部を有することが好ましい。
【０００７】請求項３記載の酸化還元状態検出装置は、
ガスの酸化還元状態に対応して、出力分離部からの酸化
状態信号と還元状態信号のいずれか一方を選択出力する
出力選択部を有することが好ましい。
ガスの酸化還元状態に対応して、出力分離部からの酸化
状態信号と還元状態信号のいずれか一方を選択出力する
出力選択部を有することが好ましい。
【０００８】請求項４記載の酸化還元状態検出装置は、
雰囲気ガスを限界電流式酸素センサに接触させるための
ガス導入管を有することが好ましい。
雰囲気ガスを限界電流式酸素センサに接触させるための
ガス導入管を有することが好ましい。
【０００９】ここで、限界電流式酸素センサとは、固体
電解質薄膜の両面にガス透過性電極を設け、この電極間
に電圧を印加したとき、雰囲気中の酸素量に比例した電
流が発生する性質を利用した酸素センサである。以下、
この限界電流式酸素センサを単にセンサと称する。
電解質薄膜の両面にガス透過性電極を設け、この電極間
に電圧を印加したとき、雰囲気中の酸素量に比例した電
流が発生する性質を利用した酸素センサである。以下、
この限界電流式酸素センサを単にセンサと称する。
【００１０】
【作用】このセンサは、その電極に交流電圧を印加する
と、雰囲気のＯ2 濃度及びＣＯ濃度にそれぞれ対応し
て、極性の異なる直流成分を発生する。この極性によっ
て直流成分を分離すれば、雰囲気ガスが酸化状態にある
か還元状態にあるかを検知することができる。
と、雰囲気のＯ2 濃度及びＣＯ濃度にそれぞれ対応し
て、極性の異なる直流成分を発生する。この極性によっ
て直流成分を分離すれば、雰囲気ガスが酸化状態にある
か還元状態にあるかを検知することができる。
【００１１】
【実施例】以下、図面を用いて本発明を詳しく説明す
る。図１ないし図３は、本発明の酸化還元状態検出装置
の一実施例を示すブロック図である。この酸化還元状態
検出装置は、センサ１と、これに交流電圧を印加する電
源部２と、センサ１からの出力の直流成分の極性とその
出力値とを検出し、この極性によって出力を酸化状態信
号Ｓ１と還元状態信号Ｓ２とに分離する出力分離部３と
を有する。
る。図１ないし図３は、本発明の酸化還元状態検出装置
の一実施例を示すブロック図である。この酸化還元状態
検出装置は、センサ１と、これに交流電圧を印加する電
源部２と、センサ１からの出力の直流成分の極性とその
出力値とを検出し、この極性によって出力を酸化状態信
号Ｓ１と還元状態信号Ｓ２とに分離する出力分離部３と
を有する。
【００１２】ここで用いられるセンサ１は、電界中の酸
素がイオン化してジルコニアなどの固体電解質薄膜中に
電流を生ぜしめる性質を利用したもので、従来から公知
のものであり、またその特性を改善するために、各種の
改良提案もなされている（例えば、特開昭５９−１６６
８５４号公報参照）。
素がイオン化してジルコニアなどの固体電解質薄膜中に
電流を生ぜしめる性質を利用したもので、従来から公知
のものであり、またその特性を改善するために、各種の
改良提案もなされている（例えば、特開昭５９−１６６
８５４号公報参照）。
【００１３】このセンサ１は、図２の回路に示すよう
に、その電極１ａ，１ｂが負荷抵抗ＲL と直列に交流電
源２に接続される。また、このセンサ１は、その検知部
を一定温度に加熱して、検知部を透過する雰囲気ガスの
イオン化を促進し、作動を安定化させるためのヒータＲ
H を有していて、このヒータＲH は、加熱用電源ＢH に
よって加熱されるようになっている。
に、その電極１ａ，１ｂが負荷抵抗ＲL と直列に交流電
源２に接続される。また、このセンサ１は、その検知部
を一定温度に加熱して、検知部を透過する雰囲気ガスの
イオン化を促進し、作動を安定化させるためのヒータＲ
H を有していて、このヒータＲH は、加熱用電源ＢH に
よって加熱されるようになっている。
【００１４】この交流電源２から、例えば１０Ｈｚ程度
の交流電圧を電極１ａ，１ｂに印加すると、両電極間に
直流の電圧Ｖが発生する。この直流電圧Ｖは、センサ１
の検知部に導入されたガスが酸化性か還元性かによっ
て、その極性が逆転する。すなわち、図３に測定例を示
すように、この直流電圧Ｖは、Ｏ2 雰囲気下では＋とな
り、ＣＯ雰囲気下では−となる。そして、その電圧値
は、この測定例においてＯ2 濃度２０％以内、ＣＯ濃度
１０％以内で、それぞれ雰囲気ガスの濃度に比例して変
化する。
の交流電圧を電極１ａ，１ｂに印加すると、両電極間に
直流の電圧Ｖが発生する。この直流電圧Ｖは、センサ１
の検知部に導入されたガスが酸化性か還元性かによっ
て、その極性が逆転する。すなわち、図３に測定例を示
すように、この直流電圧Ｖは、Ｏ2 雰囲気下では＋とな
り、ＣＯ雰囲気下では−となる。そして、その電圧値
は、この測定例においてＯ2 濃度２０％以内、ＣＯ濃度
１０％以内で、それぞれ雰囲気ガスの濃度に比例して変
化する。
【００１５】そこで、図１の出力分離部３において、両
電極間の電圧を積分するなどして直流成分を取り出し、
得られた直流信号電圧をダイオードなどによってそれぞ
れの極性に分離すれば、それぞれ対応する極性の出力電
圧または出力電流が、酸化状態信号Ｓ１または還元状態
信号Ｓ２として出力される。これらの信号Ｓ１，Ｓ２
は、いずれも、それぞれＯ2 濃度またはＣＯ濃度に比例
した出力値を持っているので、このそれぞれの信号を酸
化・還元状態の表示、または炉の制御などに利用するこ
とができる。
電極間の電圧を積分するなどして直流成分を取り出し、
得られた直流信号電圧をダイオードなどによってそれぞ
れの極性に分離すれば、それぞれ対応する極性の出力電
圧または出力電流が、酸化状態信号Ｓ１または還元状態
信号Ｓ２として出力される。これらの信号Ｓ１，Ｓ２
は、いずれも、それぞれＯ2 濃度またはＣＯ濃度に比例
した出力値を持っているので、このそれぞれの信号を酸
化・還元状態の表示、または炉の制御などに利用するこ
とができる。
【００１６】この酸化還元状態検出装置を用いて、例え
ば炉内などの酸化還元状態を検出するには、検出したい
部位の雰囲気ガスをセンサ１に接触させる必要があるの
で、このためにその部位にセンサ１を挿入設置するか、
または雰囲気ガスをガス導入管７を用いて引き出してセ
ンサ１に接触させる。一般に、炉内などでは温度が高く
かつ不安定であるから、ガス導入管７を用いて雰囲気ガ
スを引き出すことが好ましい。このガス導入管７には必
要なら導入用のファンを設けることもできる。
ば炉内などの酸化還元状態を検出するには、検出したい
部位の雰囲気ガスをセンサ１に接触させる必要があるの
で、このためにその部位にセンサ１を挿入設置するか、
または雰囲気ガスをガス導入管７を用いて引き出してセ
ンサ１に接触させる。一般に、炉内などでは温度が高く
かつ不安定であるから、ガス導入管７を用いて雰囲気ガ
スを引き出すことが好ましい。このガス導入管７には必
要なら導入用のファンを設けることもできる。
【００１７】この酸化還元状態検出装置は、センサ１を
必要に応じてヒータＲH で所定の温度に加熱し、交流電
源２から交流電圧を電極１ａ，１ｂに印加し、次いで雰
囲気ガスをセンサ１に接触させると、出力分離部３か
ら、酸化状態信号Ｓ１または還元状態信号Ｓ２が、ガス
の酸化還元状態に応じて電流値または電圧値として出力
される。
必要に応じてヒータＲH で所定の温度に加熱し、交流電
源２から交流電圧を電極１ａ，１ｂに印加し、次いで雰
囲気ガスをセンサ１に接触させると、出力分離部３か
ら、酸化状態信号Ｓ１または還元状態信号Ｓ２が、ガス
の酸化還元状態に応じて電流値または電圧値として出力
される。
【００１８】つぎに、図４は本発明の酸化還元状態検出
装置の第２実施例を示すものであり、図に示すように、
出力分離部３からの酸化状態信号Ｓ１と還元状態信号Ｓ
２とをそれぞれ表示する出力表示部４、すなわち酸化状
態表示部４ａおよび還元状態表示部４ｂを有する。これ
らの出力表示部４ａ，４ｂは、それぞれ単独に、アナロ
グ式表示装置またはデジタル式表示装置であることがで
きる。これらの出力表示部４ａ，４ｂは、それぞれ、セ
ンサ１に接触した雰囲気ガスの酸化状態または還元状態
を定性的・定量的に表示する。
装置の第２実施例を示すものであり、図に示すように、
出力分離部３からの酸化状態信号Ｓ１と還元状態信号Ｓ
２とをそれぞれ表示する出力表示部４、すなわち酸化状
態表示部４ａおよび還元状態表示部４ｂを有する。これ
らの出力表示部４ａ，４ｂは、それぞれ単独に、アナロ
グ式表示装置またはデジタル式表示装置であることがで
きる。これらの出力表示部４ａ，４ｂは、それぞれ、セ
ンサ１に接触した雰囲気ガスの酸化状態または還元状態
を定性的・定量的に表示する。
【００１９】図５は本発明の酸化還元状態検出装置の第
３実施例を示すものであり、図に示すように、出力分離
部３が検出した直流信号の極性に応じて、酸化状態信号
Ｓ１と還元状態信号Ｓ２のいずれか一方を選択して出力
する出力選択部５を有する。この出力選択部５は、例え
ばリレー６とその駆動回路とからなり、このリレー６
は、例えば出力分離部３が取り出した直流信号の極性を
ゼロクロスコンパレータなどにより検出して得られた極
性信号Ｓ３によって駆動され、これによって酸化状態信
号Ｓ１と還元状態信号Ｓ２とのいずれか一方を選択出力
Ｐとして出力する。この選択出力Ｐは、例えば炉内への
空気の吹き込み量や炉からの排ガス量の制御に用いるこ
とができる。また、その制御とともに、または単独で、
選択出力Ｐを表示装置のための信号として用いることも
できる。
３実施例を示すものであり、図に示すように、出力分離
部３が検出した直流信号の極性に応じて、酸化状態信号
Ｓ１と還元状態信号Ｓ２のいずれか一方を選択して出力
する出力選択部５を有する。この出力選択部５は、例え
ばリレー６とその駆動回路とからなり、このリレー６
は、例えば出力分離部３が取り出した直流信号の極性を
ゼロクロスコンパレータなどにより検出して得られた極
性信号Ｓ３によって駆動され、これによって酸化状態信
号Ｓ１と還元状態信号Ｓ２とのいずれか一方を選択出力
Ｐとして出力する。この選択出力Ｐは、例えば炉内への
空気の吹き込み量や炉からの排ガス量の制御に用いるこ
とができる。また、その制御とともに、または単独で、
選択出力Ｐを表示装置のための信号として用いることも
できる。
【００２０】つぎに、図６を用いてこの発明の第４実施
例を説明する。図６はこの発明の第４実施例の酸化還元
状態検出装置の回路図であり、陶磁器焼成炉に用いられ
るものである。ここで、電源２は、商用電源から１２Ｖ
の直流を得るための安定化電源装置２１と、これにより
得られた直流を交流に変換する低周波交流電源２２とか
らなる。この低周波交流電源２２は、一定振幅制御回路
（ＡＧＣ）付きのウインブリッジ正弦波発振器であり、
これにより１０Ｈｚの交流を発生する。これとは別に、
電源２は、例えば位相発振器や、商用交流電源の周波数
を分周するものであってもよい。得られた交流出力は、
２００Ωの負荷抵抗ＲL を介してセンサ１の電極１ａ，
１ｂに印加される。一方、安定化電源装置２１から、直
流が引き出されてセンサ１のヒータＲH に接続される。
例を説明する。図６はこの発明の第４実施例の酸化還元
状態検出装置の回路図であり、陶磁器焼成炉に用いられ
るものである。ここで、電源２は、商用電源から１２Ｖ
の直流を得るための安定化電源装置２１と、これにより
得られた直流を交流に変換する低周波交流電源２２とか
らなる。この低周波交流電源２２は、一定振幅制御回路
（ＡＧＣ）付きのウインブリッジ正弦波発振器であり、
これにより１０Ｈｚの交流を発生する。これとは別に、
電源２は、例えば位相発振器や、商用交流電源の周波数
を分周するものであってもよい。得られた交流出力は、
２００Ωの負荷抵抗ＲL を介してセンサ１の電極１ａ，
１ｂに印加される。一方、安定化電源装置２１から、直
流が引き出されてセンサ１のヒータＲH に接続される。
【００２１】このセンサ１の検知部は、気孔率２〜４０
％、細孔径０．０２〜１．２μｍのアルミナ多孔質基板
上に、ガス透過性のよいＰｔからなる第１電極、特定方
向に結晶方位が配列した膜厚０．１〜３０μｍの結晶性
ＺｒＯ2 ／Ｙ2 Ｏ3 からなる固体電解質薄膜、およびガ
ス透過性のよいＰｔからなる第２電極を積層したもので
ある。
％、細孔径０．０２〜１．２μｍのアルミナ多孔質基板
上に、ガス透過性のよいＰｔからなる第１電極、特定方
向に結晶方位が配列した膜厚０．１〜３０μｍの結晶性
ＺｒＯ2 ／Ｙ2 Ｏ3 からなる固体電解質薄膜、およびガ
ス透過性のよいＰｔからなる第２電極を積層したもので
ある。
【００２２】このセンサ１は、陶磁器焼成炉（図示せ
ず）の内部に先端部を挿入したガス導入管７を通って導
出された雰囲気ガスと接触するようになっている。
ず）の内部に先端部を挿入したガス導入管７を通って導
出された雰囲気ガスと接触するようになっている。
【００２３】センサ１の出力は、バッファＢを経由して
出力分離部３に送られる。出力分離部３において、この
出力は、まず増幅器３１で増幅され、次いで積分器３２
で直流成分が直流信号として取り出され、この直流信号
は、中間点Ａを経由して、それぞれ極性を逆にして並列
されたダイオードからなる整流器３３ａおよび３３ｂに
送られる。整流器３３ａおよび３３ｂの出力は、それぞ
れ増幅器３４ａ，３４ｂを経由して酸化状態信号端子Ｓ
１と還元状態信号端子Ｓ２に接続される。この酸化状態
信号端子Ｓ１と還元状態信号端子Ｓ２とはそれぞれ、出
力表示部４をなすアナログ電圧計４ａ，４ｂに接続され
る。
出力分離部３に送られる。出力分離部３において、この
出力は、まず増幅器３１で増幅され、次いで積分器３２
で直流成分が直流信号として取り出され、この直流信号
は、中間点Ａを経由して、それぞれ極性を逆にして並列
されたダイオードからなる整流器３３ａおよび３３ｂに
送られる。整流器３３ａおよび３３ｂの出力は、それぞ
れ増幅器３４ａ，３４ｂを経由して酸化状態信号端子Ｓ
１と還元状態信号端子Ｓ２に接続される。この酸化状態
信号端子Ｓ１と還元状態信号端子Ｓ２とはそれぞれ、出
力表示部４をなすアナログ電圧計４ａ，４ｂに接続され
る。
【００２４】この実施例４の酸化還元状態検出装置にお
いて、センサ１に交流電圧を負荷し、ヒータＲH を加熱
し、ガス導入管７を通してＯ2 またはＣＯを含む雰囲気
ガスを供給し、かつその出力を積分器３２で積分すると
き、中間点Ａに、＋または−の極性を有する直流信号が
取り出される。この直流信号は、その極性に応じて整流
器３３ａまたは３３ｂのいずれか一方を通過し、それぞ
れに接続された電圧計４ａまたは４ｂのいずれかにその
電圧値が表示される。この電圧値は、それぞれ炉内雰囲
気ガスのＯ2 またはＣＯ濃度に比例しているので、これ
により炉内ガスがＯ2 またはＣＯのいずれかを含むか、
またその濃度はいくらであるかを知ることができる。
いて、センサ１に交流電圧を負荷し、ヒータＲH を加熱
し、ガス導入管７を通してＯ2 またはＣＯを含む雰囲気
ガスを供給し、かつその出力を積分器３２で積分すると
き、中間点Ａに、＋または−の極性を有する直流信号が
取り出される。この直流信号は、その極性に応じて整流
器３３ａまたは３３ｂのいずれか一方を通過し、それぞ
れに接続された電圧計４ａまたは４ｂのいずれかにその
電圧値が表示される。この電圧値は、それぞれ炉内雰囲
気ガスのＯ2 またはＣＯ濃度に比例しているので、これ
により炉内ガスがＯ2 またはＣＯのいずれかを含むか、
またその濃度はいくらであるかを知ることができる。
【００２５】（測定例）上記、実施例４の酸化還元状態
検出装置を用い、センサ１にガス導入管７からそれぞれ
濃度の異なるＯ2 またはＣＯガスを供給し、電圧計４ａ
または４ｂのいずれかに現れる電圧値を測定した。その
結果を表１に示す。
検出装置を用い、センサ１にガス導入管７からそれぞれ
濃度の異なるＯ2 またはＣＯガスを供給し、電圧計４ａ
または４ｂのいずれかに現れる電圧値を測定した。その
結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】 表１の結果から、雰囲気ガスのＯ2 またはＣＯ濃度は、
それぞれ電圧計４ａまたは４ｂのいずれかに分離して表
示され、かつそれぞれの濃度が検出されたことがわか
る。
それぞれ電圧計４ａまたは４ｂのいずれかに分離して表
示され、かつそれぞれの濃度が検出されたことがわか
る。
【００２７】つぎに、図７を用いてこの発明の第５実施
例を説明する。図６に示した装置において、中間点Ａ以
降の回路を除去し、代わりに図７に示す回路を接続し
た。図７において、中間点Ａに現れた＋または−の極性
を有する直流信号の経路は３分割され、その内の２経路
は、それぞれ極性を逆にして並列されたダイオードから
なる整流器３３ａおよび３３ｂに接続され、他の１経路
は、ゼロクロスコンパレータからなる極性検出器３３ｃ
に接続される。
例を説明する。図６に示した装置において、中間点Ａ以
降の回路を除去し、代わりに図７に示す回路を接続し
た。図７において、中間点Ａに現れた＋または−の極性
を有する直流信号の経路は３分割され、その内の２経路
は、それぞれ極性を逆にして並列されたダイオードから
なる整流器３３ａおよび３３ｂに接続され、他の１経路
は、ゼロクロスコンパレータからなる極性検出器３３ｃ
に接続される。
【００２８】整流器３３ａの出力は、反転増幅器３５ａ
で極性が反転されかつ出力レベルが１〜５Ｖとなるよう
に調整される。整流器３３ｂの出力は、レベルシフト増
幅器３５ｂで出力レベルが１〜５Ｖとなるように調整さ
れる。これによって、整流器３３ａおよび３３ｂからの
出力信号は、いずれも同一極性、同一レベルに調整さ
れ、リレー６１のそれぞれの静止端子に接続される。一
方、極性検出器３３ｃの出力は、リレー６１およびリレ
ー６２の可動端子を連動して駆動するように接続され
る。
で極性が反転されかつ出力レベルが１〜５Ｖとなるよう
に調整される。整流器３３ｂの出力は、レベルシフト増
幅器３５ｂで出力レベルが１〜５Ｖとなるように調整さ
れる。これによって、整流器３３ａおよび３３ｂからの
出力信号は、いずれも同一極性、同一レベルに調整さ
れ、リレー６１のそれぞれの静止端子に接続される。一
方、極性検出器３３ｃの出力は、リレー６１およびリレ
ー６２の可動端子を連動して駆動するように接続され
る。
【００２９】このリレー６１の可動端子からの出力は、
２分割され、一方はアナログ出力端子Ｍに接続される。
他方は、出力表示部４に接続される。
２分割され、一方はアナログ出力端子Ｍに接続される。
他方は、出力表示部４に接続される。
【００３０】この出力表示部４は、リレー６１からの出
力信号をＡ／Ｄ変換器４１でデジタル信号に変換し、得
られたデジタル信号出力を、ドライバ４２を経て電光式
セグメント表示器４３に導入する。また、酸化状態表示
灯４４ａと還元状態表示灯４４ｂとの電源回路がそれぞ
れ、リレー６２のそれぞれの静止端子に接続される。
力信号をＡ／Ｄ変換器４１でデジタル信号に変換し、得
られたデジタル信号出力を、ドライバ４２を経て電光式
セグメント表示器４３に導入する。また、酸化状態表示
灯４４ａと還元状態表示灯４４ｂとの電源回路がそれぞ
れ、リレー６２のそれぞれの静止端子に接続される。
【００３１】この第５実施例の装置において、中間点Ａ
に現れたアナログ直流信号は、極性検出器３３ｃが検出
した極性に従って駆動されるリレー６１によって、整流
器３３ａまたは３３ｂのいずれか一方を通過した後に２
分割され、一方はアナログ出力端子Ｍに送られる。この
アナログ信号は、焼成炉の燃焼制御用などとして使用さ
れる。また出力表示部４に送られたアナログ信号は、デ
ジタル変換された上で、電光式セグメント表示部４３に
Ｏ2 またはＣＯの濃度値を数値表示する。また別に、リ
レー６２が、酸化状態表示灯４４ａと還元状態表示灯４
４ｂとの点灯電源回路をいずれかに選択して、いま濃度
表示している雰囲気ガスがＯ2 であるかまたはＣＯであ
るかを表示する。
に現れたアナログ直流信号は、極性検出器３３ｃが検出
した極性に従って駆動されるリレー６１によって、整流
器３３ａまたは３３ｂのいずれか一方を通過した後に２
分割され、一方はアナログ出力端子Ｍに送られる。この
アナログ信号は、焼成炉の燃焼制御用などとして使用さ
れる。また出力表示部４に送られたアナログ信号は、デ
ジタル変換された上で、電光式セグメント表示部４３に
Ｏ2 またはＣＯの濃度値を数値表示する。また別に、リ
レー６２が、酸化状態表示灯４４ａと還元状態表示灯４
４ｂとの点灯電源回路をいずれかに選択して、いま濃度
表示している雰囲気ガスがＯ2 であるかまたはＣＯであ
るかを表示する。
【００３２】このように、第５実施例の酸化還元状態検
出装置は、端子Ｍにおいて焼成炉などの制御用出力信号
が得られるとともに、同一表示器４上に、酸化状態また
は還元状態の区別と、それぞれの場合の濃度の数値が表
示されるので、精密な工程管理に便利に用いることがで
きる。
出装置は、端子Ｍにおいて焼成炉などの制御用出力信号
が得られるとともに、同一表示器４上に、酸化状態また
は還元状態の区別と、それぞれの場合の濃度の数値が表
示されるので、精密な工程管理に便利に用いることがで
きる。
【００３３】次に、本発明の第６実施例を説明する。い
ま、図１におけるセンサ１に直流電圧を印加し、この電
圧を−から＋にアナログ的に変化させたとき、酸化雰囲
気か還元雰囲気かによって、得られる電流特性は異なる
ものになる。その一例を図８および図９に示す。図８は
酸化雰囲気下における電流変化であり、図９は還元雰囲
気下における電流変化である。このように、酸化雰囲気
（図８）においても還元雰囲気（図９）においても、直
流電圧印加によって得られる出力には第３象限および第
一象限に直線出力が現れる。この直線出力はセンサ１の
固体電解質自体の還元電流であるため長時間使用すると
センサの破壊につながる。
ま、図１におけるセンサ１に直流電圧を印加し、この電
圧を−から＋にアナログ的に変化させたとき、酸化雰囲
気か還元雰囲気かによって、得られる電流特性は異なる
ものになる。その一例を図８および図９に示す。図８は
酸化雰囲気下における電流変化であり、図９は還元雰囲
気下における電流変化である。このように、酸化雰囲気
（図８）においても還元雰囲気（図９）においても、直
流電圧印加によって得られる出力には第３象限および第
一象限に直線出力が現れる。この直線出力はセンサ１の
固体電解質自体の還元電流であるため長時間使用すると
センサの破壊につながる。
【００３４】一方、このセンサ１に交流を印加した場合
にも酸化雰囲気か還元雰囲気かによって出力の波形は異
なるものとなる。それぞれの波形を図１０および図１１
に示す。図１０は酸化雰囲気において酸素濃度が変化し
たときの出力波形の変化を示している。ここでは、酸素
濃度が変化すると＋側の出力値のみが、例えば酸素濃度
２０％のときの波形ａと酸素濃度１０％のときの波形ｃ
のように変化し、−側の出力値は波形ｂ，ｄのように酸
素濃度によって変化しない。一方、図１１は還元雰囲気
下において水素濃度が変化したときの出力波形の変化を
示している。ここでは、水素濃度が変化すると−側の出
力値のみが、例えば水素濃度５％のときの波形ｆと水素
濃度２％のときの波形ｈのように変化し、＋側の出力値
は波形ｅ，ｇのように水素濃度によって変化しない。
にも酸化雰囲気か還元雰囲気かによって出力の波形は異
なるものとなる。それぞれの波形を図１０および図１１
に示す。図１０は酸化雰囲気において酸素濃度が変化し
たときの出力波形の変化を示している。ここでは、酸素
濃度が変化すると＋側の出力値のみが、例えば酸素濃度
２０％のときの波形ａと酸素濃度１０％のときの波形ｃ
のように変化し、−側の出力値は波形ｂ，ｄのように酸
素濃度によって変化しない。一方、図１１は還元雰囲気
下において水素濃度が変化したときの出力波形の変化を
示している。ここでは、水素濃度が変化すると−側の出
力値のみが、例えば水素濃度５％のときの波形ｆと水素
濃度２％のときの波形ｈのように変化し、＋側の出力値
は波形ｅ，ｇのように水素濃度によって変化しない。
【００３５】この現象を利用し、上記波形の面積の差を
積分回路を通して取り出すことにより、得られた出力は
酸化、還元状態でそれぞれ極性が変化することになる。
その領域は印加電圧と周波数とを変えて認定することが
できる。
積分回路を通して取り出すことにより、得られた出力は
酸化、還元状態でそれぞれ極性が変化することになる。
その領域は印加電圧と周波数とを変えて認定することが
できる。
【００３６】本発明の酸化還元状態検出装置における交
流印加の、直流印加に対する利点を上げれば次のように
なる。 （１）直流印加においては酸化状態、還元状態の検出に
それぞれ別個のセンサが必要であって、２個のセンサを
要するが、交流印加の場合は１個のセンサで両方の状態
を検出することができる。 （２）上記の理由からセンサ部を小型化することができ
る。 （３）センサが１個で済むので、特性の揃ったペアー素
子を必要としない。 （４）強還元雰囲気下でもセンサの部材が還元され難く
寿命が向上する。
流印加の、直流印加に対する利点を上げれば次のように
なる。 （１）直流印加においては酸化状態、還元状態の検出に
それぞれ別個のセンサが必要であって、２個のセンサを
要するが、交流印加の場合は１個のセンサで両方の状態
を検出することができる。 （２）上記の理由からセンサ部を小型化することができ
る。 （３）センサが１個で済むので、特性の揃ったペアー素
子を必要としない。 （４）強還元雰囲気下でもセンサの部材が還元され難く
寿命が向上する。
【００３７】
【発明の効果】本発明の酸化還元状態検出装置は、ガス
の酸化還元状態を検知する限界電流式酸素センサと、こ
れに交流電圧を印加する電源部と、限界電流式酸素セン
サからの出力の直流成分の極性とその出力値とを検出
し、この極性によって出力を酸化状態信号と還元状態信
号とに分離する出力分離部とを有するものであるので、
被測定ガスの酸化還元状態を定性的・定量的にかつ連続
的に検出することができる。
の酸化還元状態を検知する限界電流式酸素センサと、こ
れに交流電圧を印加する電源部と、限界電流式酸素セン
サからの出力の直流成分の極性とその出力値とを検出
し、この極性によって出力を酸化状態信号と還元状態信
号とに分離する出力分離部とを有するものであるので、
被測定ガスの酸化還元状態を定性的・定量的にかつ連続
的に検出することができる。
【００３８】この酸化還元状態検出装置が、出力分離部
からの酸化状態信号と還元状態信号とをそれぞれ表示す
る出力表示部を有するものであれば、被測定ガスの酸化
還元状態をそれぞれ別の表示器に表示することができ
る。従ってこの装置は、陶磁器の焼成炉などにおいて、
酸化状態または還元状態のいずれか一方を主として監視
し、または制御する場合に便利である。
からの酸化状態信号と還元状態信号とをそれぞれ表示す
る出力表示部を有するものであれば、被測定ガスの酸化
還元状態をそれぞれ別の表示器に表示することができ
る。従ってこの装置は、陶磁器の焼成炉などにおいて、
酸化状態または還元状態のいずれか一方を主として監視
し、または制御する場合に便利である。
【００３９】また、この酸化還元状態検出装置が、ガス
の酸化還元状態に対応して、出力分離部からの酸化状態
信号と還元状態信号のいずれか一方を選択して出力する
出力選択部を有するものであれば、雰囲気ガスの酸化還
元状態を、同一表示器上にその濃度とともに表示するこ
とができ、また制御信号としての出力も得られるので工
程管理上きわめて有効である。
の酸化還元状態に対応して、出力分離部からの酸化状態
信号と還元状態信号のいずれか一方を選択して出力する
出力選択部を有するものであれば、雰囲気ガスの酸化還
元状態を、同一表示器上にその濃度とともに表示するこ
とができ、また制御信号としての出力も得られるので工
程管理上きわめて有効である。
【００４０】この酸化還元状態検出装置が、雰囲気ガス
を限界電流式酸素センサに接触させるためのガス導入管
を有するものであれば、限界電流式酸素センサを例えば
炉内などに挿入せずに、好適な条件での作動が可能であ
り、また、ガス導入管の先端を炉内の特定の部位に配置
すれば、その部位の局部的な酸化還元状態を検知するこ
とができ、また複数のガス導入管を用いれば、雰囲気全
体の平均的な酸化還元状態を検知することもできる。
を限界電流式酸素センサに接触させるためのガス導入管
を有するものであれば、限界電流式酸素センサを例えば
炉内などに挿入せずに、好適な条件での作動が可能であ
り、また、ガス導入管の先端を炉内の特定の部位に配置
すれば、その部位の局部的な酸化還元状態を検知するこ
とができ、また複数のガス導入管を用いれば、雰囲気全
体の平均的な酸化還元状態を検知することもできる。
【００４１】本発明の酸化還元状態検出装置は、陶磁器
の焼成炉ばかりでなく、セラミクスやガラスの焼成炉、
金属溶解炉、焼成炉などの炉内雰囲気ガスの酸化還元状
態の検知と制御などに有効に使用できることはいうまで
もない。また、内燃機関などの燃焼状態の検知と制御、
また大気汚染やストーブなどによる室内のＣＯ汚染の検
知などにも用いることができる。
の焼成炉ばかりでなく、セラミクスやガラスの焼成炉、
金属溶解炉、焼成炉などの炉内雰囲気ガスの酸化還元状
態の検知と制御などに有効に使用できることはいうまで
もない。また、内燃機関などの燃焼状態の検知と制御、
また大気汚染やストーブなどによる室内のＣＯ汚染の検
知などにも用いることができる。
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施例における部分回路図。
【図３】本発明の一実施例における作用を示すグラフ。
【図４】本発明の第２実施例を示すブロック図。
【図５】本発明の第３実施例を示すブロック図。
【図６】本発明の第４実施例の回路図。
【図７】本発明の第５実施例の部分回路図。
【図８】本発明の第６実施例の作用を示す説明図。
【図９】本発明の第６実施例の作用を示す説明図。
【図１０】本発明の第６実施例の作用を示す説明図。
【図１１】本発明の第６実施例の作用を示す説明図。
１ 限界電流式酸素センサ ２ 電源部 ３ 出力分離部 ４ 出力表示部 ５ 出力選択部 ７ ガス導入管
Claims (4)
- 【請求項１】 雰囲気ガスの酸化還元状態を検知する限
界電流式酸素センサと、これに交流電圧を印加する電源
部と、限界電流式酸素センサからの出力の直流成分の極
性とその出力値とを検出し、この極性によって出力を酸
化状態信号と還元状態信号とに分離する出力分離部とを
有する酸化還元状態検出装置。 - 【請求項２】 上記出力分離部からの酸化状態信号と還
元状態信号とをそれぞれ表示する出力表示部を有する請
求項１記載の酸化還元状態検出装置。 - 【請求項３】 雰囲気ガスの酸化還元状態に対応して、
上記出力分離部からの酸化状態信号と還元状態信号との
いずれか一方を選択して出力する出力選択部を有する請
求項１または２記載の酸化還元状態検出装置。 - 【請求項４】 雰囲気ガスを限界電流式酸素センサに接
触させるためのガス導入管を有する請求項１ないし３の
いずれかに記載の酸化還元状態検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6057244A JP2880067B2 (ja) | 1994-03-28 | 1994-03-28 | 酸化還元状態検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6057244A JP2880067B2 (ja) | 1994-03-28 | 1994-03-28 | 酸化還元状態検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07270376A true JPH07270376A (ja) | 1995-10-20 |
| JP2880067B2 JP2880067B2 (ja) | 1999-04-05 |
Family
ID=13050127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6057244A Expired - Fee Related JP2880067B2 (ja) | 1994-03-28 | 1994-03-28 | 酸化還元状態検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2880067B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009500594A (ja) * | 2005-06-15 | 2009-01-08 | ファーバー・ボリス | 混合ガス測定用に信号出力安定度を改良するためのセンサ条件の方法 |
| JP2016540965A (ja) * | 2013-10-16 | 2016-12-28 | エミセンス テクノロジーズ エルエルシーＥｍｉｓｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｌｌｃ | 電圧−電流時間差分を用いる電気化学センシング |
-
1994
- 1994-03-28 JP JP6057244A patent/JP2880067B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009500594A (ja) * | 2005-06-15 | 2009-01-08 | ファーバー・ボリス | 混合ガス測定用に信号出力安定度を改良するためのセンサ条件の方法 |
| JP2016540965A (ja) * | 2013-10-16 | 2016-12-28 | エミセンス テクノロジーズ エルエルシーＥｍｉｓｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｌｌｃ | 電圧−電流時間差分を用いる電気化学センシング |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2880067B2 (ja) | 1999-04-05 |
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