JPH0812174B2 - 酸素濃度分析方法およびその装置 - Google Patents
酸素濃度分析方法およびその装置Info
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- JPH0812174B2 JPH0812174B2 JP63030626A JP3062688A JPH0812174B2 JP H0812174 B2 JPH0812174 B2 JP H0812174B2 JP 63030626 A JP63030626 A JP 63030626A JP 3062688 A JP3062688 A JP 3062688A JP H0812174 B2 JPH0812174 B2 JP H0812174B2
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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、工業用の酸素分析装置、特に小型ボイラ、
湯沸かし器、工場炉、酸欠モニタまたは空燃比計等に使
用される酸素濃度分析方法およびその装置に関するもの
である。
湯沸かし器、工場炉、酸欠モニタまたは空燃比計等に使
用される酸素濃度分析方法およびその装置に関するもの
である。
（従来の技術） 従来、酸素濃淡電池の原理に基づく酸素分析装置とし
て、固体電解質で形成された酸素濃淡電池の基準参照電
極を大気に曝す酸素分析装置や、特公昭60−55777号公
報に開示されているように酸素濃淡電池の基準参照電極
を酸素ポンプによる基準酸素濃度の雰囲気にする酸素分
析装置が知られている。
て、固体電解質で形成された酸素濃淡電池の基準参照電
極を大気に曝す酸素分析装置や、特公昭60−55777号公
報に開示されているように酸素濃淡電池の基準参照電極
を酸素ポンプによる基準酸素濃度の雰囲気にする酸素分
析装置が知られている。
これらの酸素分析装置において、固体電解質や電極の
経年変化等が生ずるため、日本工業規格B7983、K0055に
記載されているように、測定ガスの酸素濃度を正確に測
定するためには標準ガスを用いて酸素濃淡電池の起電力
を校正することが行われていた。
経年変化等が生ずるため、日本工業規格B7983、K0055に
記載されているように、測定ガスの酸素濃度を正確に測
定するためには標準ガスを用いて酸素濃淡電池の起電力
を校正することが行われていた。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の校正を行うには標準ガスを酸素
濃淡電池の測定電極に導くための導管を酸素濃度分析装
置に設ける必要がある。このため、装置の構成が複雑な
ものとなり、装置自体が大きくなる一方、所定の酸素濃
度の標準ガスを校正する毎に準備しなければならない煩
雑さがあった。
濃淡電池の測定電極に導くための導管を酸素濃度分析装
置に設ける必要がある。このため、装置の構成が複雑な
ものとなり、装置自体が大きくなる一方、所定の酸素濃
度の標準ガスを校正する毎に準備しなければならない煩
雑さがあった。
本発明の目的は、上記のような問題点を解消するた
め、標準ガスを用いずに酸素濃淡電池の校正ができる酸
素濃度測定方法およびそれに用いられる装置を提供する
ことにある。
め、標準ガスを用いずに酸素濃淡電池の校正ができる酸
素濃度測定方法およびそれに用いられる装置を提供する
ことにある。
（課題を解決するための手段） 本発明の酸素濃度分析方法は、酸素ポンプ部と、大気
を基準参照ガスとする基準電極を有する酸素濃淡電池と
を具えた酸素センサ素子を用いた酸素濃淡電池方式によ
る酸素濃度分析方法において、 （１）酸素センサ素子の検出部に所定の酸素濃度（O2）
の校正ガスを供給し、酸素濃淡電池の基準発生起電力
（E0）を測定して前記酸素濃度と基準発生起電力との関
係を求め、 （２）ついで、酸素センサ素子を大気中におき、前記基
準発生起電力（E0）が生じるまで酸素センサ素子の酸素
ポンプ部に電流（Ipc）を流してポンプ電流（Ipc）と基
準発生起電力（E0）との関係を求め、 （３）ついで、測定ガスの酸素濃度を測定する際酸素セ
ンサ素子を大気中におき、酸素ポンプ部に所定のポンプ
電流（Ipc）を流すことにより酸素濃淡電池の被測定ガ
ス電極上を前記校正ガスと同等の酸素濃度雰囲気とし、
その際酸素濃淡電池に発生する起電力（VS）を求め、ポ
ンプ電流（Ipc）と起電力（VS）との関係を求めた後、
前記（２）で求めた電流−基準発生起電力の関係より起
電力（VS）と基準発生起電力（E0）との関係を求めて酸
素センサ素子の校正を行い、 （４）ついで、酸素センサ素子を被測定ガス中におき、
酸素濃淡電池に発生する起電力（Vm）を測定し、起電力
（Vm）を前記（３）で行った校正を介して、 前記（１）の基準発生起電力（E0）と酸素濃度（O2）と
の関係により被測定ガスの酸素濃度を測定することを特
徴とする酸素濃度分析方法を提供するにある。
を基準参照ガスとする基準電極を有する酸素濃淡電池と
を具えた酸素センサ素子を用いた酸素濃淡電池方式によ
る酸素濃度分析方法において、 （１）酸素センサ素子の検出部に所定の酸素濃度（O2）
の校正ガスを供給し、酸素濃淡電池の基準発生起電力
（E0）を測定して前記酸素濃度と基準発生起電力との関
係を求め、 （２）ついで、酸素センサ素子を大気中におき、前記基
準発生起電力（E0）が生じるまで酸素センサ素子の酸素
ポンプ部に電流（Ipc）を流してポンプ電流（Ipc）と基
準発生起電力（E0）との関係を求め、 （３）ついで、測定ガスの酸素濃度を測定する際酸素セ
ンサ素子を大気中におき、酸素ポンプ部に所定のポンプ
電流（Ipc）を流すことにより酸素濃淡電池の被測定ガ
ス電極上を前記校正ガスと同等の酸素濃度雰囲気とし、
その際酸素濃淡電池に発生する起電力（VS）を求め、ポ
ンプ電流（Ipc）と起電力（VS）との関係を求めた後、
前記（２）で求めた電流−基準発生起電力の関係より起
電力（VS）と基準発生起電力（E0）との関係を求めて酸
素センサ素子の校正を行い、 （４）ついで、酸素センサ素子を被測定ガス中におき、
酸素濃淡電池に発生する起電力（Vm）を測定し、起電力
（Vm）を前記（３）で行った校正を介して、 前記（１）の基準発生起電力（E0）と酸素濃度（O2）と
の関係により被測定ガスの酸素濃度を測定することを特
徴とする酸素濃度分析方法を提供するにある。
本発明のさらに他の目的とする所は、２つの酸素ポン
プ部と酸素濃淡電池とを具えた酸素センサ素子を用い、
一方の酸素ポンプ部に所定のポンプ電流を流して酸素濃
淡電池の参照ガスとする酸素濃淡電池方式による酸素濃
度分析方法において、 （１）酸素センサ素子の検出部に所定の酸素濃度（O2）
の校正ガスを供給し酸素濃淡電池の基準発生起電力
（E0）を測定して酸素濃度（O2）と基準発生起電力
（E0）との関係を求め、 （２）ついで、酸素センサ素子を大気中におき、前記基
準発生起電力（E0）が生じるまで他方の酸素ポンプ部に
ポンプ電流（Ipc）を流してポンプ電流（Ipc）と基準発
生起電力（E0）との関係を求め、 （３）ついで、測定ガスの酸素濃度を測定する際酸素セ
ンサ素子を大気中におき、酸素センサ素子の前記他方の
酸素ポンプ部にポンプ電流（Ipc）を流して、酸素濃淡
電池の被測定ガス電極上を前記校正ガスと同等の酸素濃
度とし、その際酸素濃淡電池に発生する起電力（VS）を
求め、ポンプ電流（Ipc）と起電力（VS）との関係を求
めた後、前記（２）の関係により起電力（VS）と基準発
生起電力（E0）との関係を求めて酸素センサ素子の校正
を行い、 （４）ついで、酸素センサ素子を被測定ガス中におき、
酸素濃淡電池に発生する起電力（Vm）を測定し、起電力
（Vm）を前記（３）の起電力（VS）と基準発生起電力
（E0）との関係による校正を介して、前記（１）の酸素
濃度（O2）と基準発生起電力（E0）との関係により被測
定ガスの酸素濃度を測定することを特徴とする酸素濃度
分析方法を提供するにある。
プ部と酸素濃淡電池とを具えた酸素センサ素子を用い、
一方の酸素ポンプ部に所定のポンプ電流を流して酸素濃
淡電池の参照ガスとする酸素濃淡電池方式による酸素濃
度分析方法において、 （１）酸素センサ素子の検出部に所定の酸素濃度（O2）
の校正ガスを供給し酸素濃淡電池の基準発生起電力
（E0）を測定して酸素濃度（O2）と基準発生起電力
（E0）との関係を求め、 （２）ついで、酸素センサ素子を大気中におき、前記基
準発生起電力（E0）が生じるまで他方の酸素ポンプ部に
ポンプ電流（Ipc）を流してポンプ電流（Ipc）と基準発
生起電力（E0）との関係を求め、 （３）ついで、測定ガスの酸素濃度を測定する際酸素セ
ンサ素子を大気中におき、酸素センサ素子の前記他方の
酸素ポンプ部にポンプ電流（Ipc）を流して、酸素濃淡
電池の被測定ガス電極上を前記校正ガスと同等の酸素濃
度とし、その際酸素濃淡電池に発生する起電力（VS）を
求め、ポンプ電流（Ipc）と起電力（VS）との関係を求
めた後、前記（２）の関係により起電力（VS）と基準発
生起電力（E0）との関係を求めて酸素センサ素子の校正
を行い、 （４）ついで、酸素センサ素子を被測定ガス中におき、
酸素濃淡電池に発生する起電力（Vm）を測定し、起電力
（Vm）を前記（３）の起電力（VS）と基準発生起電力
（E0）との関係による校正を介して、前記（１）の酸素
濃度（O2）と基準発生起電力（E0）との関係により被測
定ガスの酸素濃度を測定することを特徴とする酸素濃度
分析方法を提供するにある。
さらに、本発明の他の目的とする所は、固体電解質を
用い酸素濃淡電池方式による酸素濃度分析装置におい
て、 （イ）大気に連通する参照ガス室と被測定ガスに連通す
る測定室とを有し、該参照ガス室側に参照電極と該測定
室側に測定電極とを有する酸素濃淡電池と前記測定電極
に対向し前記測定室側と測定ガス側とに電極を有する酸
素ポンプ部とを備えた酸素センサ素子と、 （ロ）校正ガスの酸素濃度（O2）に対応する基準発生起
電力（E0）の関係と、基準発生起電力（E0）に対応する
ポンプ電流（Ipc）の関係とを記憶する記憶回路と、 （ハ）測定ガスの酸素濃度を測定する際酸素ポンプ部に
流れるポンプ電流（Ipc）に対応する酸素濃淡電池の起
電力（VS）の関係が入力された場合に、前記記憶回路に
記憶されたポンプ電流（Ipc）と基準発生起電力（E0）
との関係を参照して基準発生起電力（E0）と起電力
（VS）との関係を演算し、かつ被測定ガスにより発生す
る測定起電力（Vm）から基準発生起電力（E0）と起電力
（VS）との関係を参照して測定起電力（Vm）に対応する
酸素濃度（O2）を演算する校正回路 とを備えていることを特徴とする酸素濃度分析装置を提
供するにある。
用い酸素濃淡電池方式による酸素濃度分析装置におい
て、 （イ）大気に連通する参照ガス室と被測定ガスに連通す
る測定室とを有し、該参照ガス室側に参照電極と該測定
室側に測定電極とを有する酸素濃淡電池と前記測定電極
に対向し前記測定室側と測定ガス側とに電極を有する酸
素ポンプ部とを備えた酸素センサ素子と、 （ロ）校正ガスの酸素濃度（O2）に対応する基準発生起
電力（E0）の関係と、基準発生起電力（E0）に対応する
ポンプ電流（Ipc）の関係とを記憶する記憶回路と、 （ハ）測定ガスの酸素濃度を測定する際酸素ポンプ部に
流れるポンプ電流（Ipc）に対応する酸素濃淡電池の起
電力（VS）の関係が入力された場合に、前記記憶回路に
記憶されたポンプ電流（Ipc）と基準発生起電力（E0）
との関係を参照して基準発生起電力（E0）と起電力
（VS）との関係を演算し、かつ被測定ガスにより発生す
る測定起電力（Vm）から基準発生起電力（E0）と起電力
（VS）との関係を参照して測定起電力（Vm）に対応する
酸素濃度（O2）を演算する校正回路 とを備えていることを特徴とする酸素濃度分析装置を提
供するにある。
本発明のさらに他の目的とする所は、固体電解質を用
い酸素濃淡電池方式による酸素濃度分析装置において、 （イ）第１の酸素ポンプ部と、酸素濃淡電池と、第２の
酸素ポンプ部とを備え、第１の酸素ポンプ部および酸素
濃淡電池の間に被測定ガスと連通する参照ガス室が形成
され、酸素濃淡電池および第２の酸素ポンプ部の間に被
測定ガス空間と連通する測定室が形成され、前記第１の
酸素ポンプ部はポンプ作用により参照ガス室に参照ガス
としての被測定ガスを導入するとともに、前記第２の酸
素ポンプ部はポンプ作用により測定室に被測定ガスを導
入して参照ガス室および測定室の間に所定の酸素濃度差
を与え、この酸素濃度差により酸素濃淡電池の参照ガス
室側に設けられた基準電極と測定室側に設けられた測定
電極との間に起電力を発生させる酸素センサ素子と、 （ロ）前記第１の酸素ポンプ部に接続された酸素ポンプ
電流発生源と、 （ハ）校正ガスの酸素濃度（O2）に対応する基準発生起
電力（E0）の関係と基準発生起電力（E0）に対応する第
２の酸素ポンプ部のポンプ電流（Ipc）の関係とを記憶
する記憶回路と、 （ニ）測定ガスの酸素濃度を測定する際第２の酸素ポン
プ部に流れるポンプ電流（Ipc）に対応する酸素濃淡電
池の起電力（VS）の関係が入力され、この関係から前記
記憶回路に記憶されたポンプ電流（Ipc）と基準発生起
電力（E0）との関係を参照して、基準発生起電力（E0）
と起電力（VS）との関係を演算し、かつ被測定ガスによ
り発生する測定起電力（Vm）を基準発生起電力（E0）と
起電力（VS）との関係を参照して測定起電力（Vm）に対
応する酸素濃度（O2）を演算する校正回路 とを備えていることを特徴とする酸素濃度分析装置を提
供するにある。
い酸素濃淡電池方式による酸素濃度分析装置において、 （イ）第１の酸素ポンプ部と、酸素濃淡電池と、第２の
酸素ポンプ部とを備え、第１の酸素ポンプ部および酸素
濃淡電池の間に被測定ガスと連通する参照ガス室が形成
され、酸素濃淡電池および第２の酸素ポンプ部の間に被
測定ガス空間と連通する測定室が形成され、前記第１の
酸素ポンプ部はポンプ作用により参照ガス室に参照ガス
としての被測定ガスを導入するとともに、前記第２の酸
素ポンプ部はポンプ作用により測定室に被測定ガスを導
入して参照ガス室および測定室の間に所定の酸素濃度差
を与え、この酸素濃度差により酸素濃淡電池の参照ガス
室側に設けられた基準電極と測定室側に設けられた測定
電極との間に起電力を発生させる酸素センサ素子と、 （ロ）前記第１の酸素ポンプ部に接続された酸素ポンプ
電流発生源と、 （ハ）校正ガスの酸素濃度（O2）に対応する基準発生起
電力（E0）の関係と基準発生起電力（E0）に対応する第
２の酸素ポンプ部のポンプ電流（Ipc）の関係とを記憶
する記憶回路と、 （ニ）測定ガスの酸素濃度を測定する際第２の酸素ポン
プ部に流れるポンプ電流（Ipc）に対応する酸素濃淡電
池の起電力（VS）の関係が入力され、この関係から前記
記憶回路に記憶されたポンプ電流（Ipc）と基準発生起
電力（E0）との関係を参照して、基準発生起電力（E0）
と起電力（VS）との関係を演算し、かつ被測定ガスによ
り発生する測定起電力（Vm）を基準発生起電力（E0）と
起電力（VS）との関係を参照して測定起電力（Vm）に対
応する酸素濃度（O2）を演算する校正回路 とを備えていることを特徴とする酸素濃度分析装置を提
供するにある。
（作用） 本発明の要点は、予め校正ガスによって検定して既知
である基準の酸素濃度と基準の発生起電力とポンプ電流
との一対一の対応関係を求め、大気を基準参照ガスとし
て、酸素センサ素子を大気中におき既知である基準の酸
素ポンプ電流を流して酸素濃淡電池の測定電極を校正ガ
スと同等の酸素濃度雰囲気とし、酸素濃淡電池から出力
される発生起電力を、予め検量した基準発生起電力に校
正して、酸素センサ素子を測定ガス中におき測定ガスの
酸素濃度を測定する方法および装置である。
である基準の酸素濃度と基準の発生起電力とポンプ電流
との一対一の対応関係を求め、大気を基準参照ガスとし
て、酸素センサ素子を大気中におき既知である基準の酸
素ポンプ電流を流して酸素濃淡電池の測定電極を校正ガ
スと同等の酸素濃度雰囲気とし、酸素濃淡電池から出力
される発生起電力を、予め検量した基準発生起電力に校
正して、酸素センサ素子を測定ガス中におき測定ガスの
酸素濃度を測定する方法および装置である。
（実施例） 本発明の酸素濃度分析方法およびその装置を図面を参
照して以下に説明する。
照して以下に説明する。
実施例１ 第１の実施例は、測定ガスの検出部である酸素センサ
素子を校正する酸素濃淡電池における基準ガス（酸素濃
度）として大気を用いる場合の酸素濃度分析装置であ
る。
素子を校正する酸素濃淡電池における基準ガス（酸素濃
度）として大気を用いる場合の酸素濃度分析装置であ
る。
検出部を構成する酸素センサ素子10は、第１図に示す
ように、複数の層を積層して一体構造としたものであ
り、上から順に酸素ポンプ部Ｐ、酸素濃淡電池部Ｂおよ
びヒータ部Ｈから構成される。
ように、複数の層を積層して一体構造としたものであ
り、上から順に酸素ポンプ部Ｐ、酸素濃淡電池部Ｂおよ
びヒータ部Ｈから構成される。
まず、上部の酸素ポンプ部Ｐは、固体電解質体11を有
し、該固体電解質体11の上下両側には上側ポンプ電極12
および下側ポンプ電極13が形成されている。ポンプ電極
12,13の電極線はそれぞれ固体電解質体11の側面に導出
しており、電極端子（図示していない）が設けられてい
る。酸素ポンプ部Ｐは測定ガスに曝され、該測定ガスが
導入されるガス導入孔14が設けられている。
し、該固体電解質体11の上下両側には上側ポンプ電極12
および下側ポンプ電極13が形成されている。ポンプ電極
12,13の電極線はそれぞれ固体電解質体11の側面に導出
しており、電極端子（図示していない）が設けられてい
る。酸素ポンプ部Ｐは測定ガスに曝され、該測定ガスが
導入されるガス導入孔14が設けられている。
中間部の酸素濃淡電池部Ｂは、前記酸素ポンプ部Ｐと
同様に、固体電解質体15を有し、該固体電解質体15の上
下両側には測定電極16と基準電極17が形成されている。
基準電極17と前記酸素ポンプ部Ｐの一方の電極13はそれ
ぞれ接地されている。
同様に、固体電解質体15を有し、該固体電解質体15の上
下両側には測定電極16と基準電極17が形成されている。
基準電極17と前記酸素ポンプ部Ｐの一方の電極13はそれ
ぞれ接地されている。
酸素濃淡電池部Ｂと前記酸素ポンプ部Ｐとの間に、測
定ガスが導入される細隙空間の測定室18を形成するた
め、所定の厚さの絶縁スペース部材19が介在されてい
る。また、前記ガス導入孔14は測定室18の中央部と連通
している。また、前記測定電極16は測定室18に面してい
る。
定ガスが導入される細隙空間の測定室18を形成するた
め、所定の厚さの絶縁スペース部材19が介在されてい
る。また、前記ガス導入孔14は測定室18の中央部と連通
している。また、前記測定電極16は測定室18に面してい
る。
下部のヒータ部Ｈは、前記酸素濃淡電池部Ｂの下側に
固体電解質体20を介して形成され、酸素センサ素子10、
特に前記酸素濃淡電池部Ｂを所定温度に加熱する。ヒー
タ部Ｈは、ヒータエレメント21の周りを電気絶縁性を有
するアルミナ等から成る多孔質層22により被覆され形成
されている。
固体電解質体20を介して形成され、酸素センサ素子10、
特に前記酸素濃淡電池部Ｂを所定温度に加熱する。ヒー
タ部Ｈは、ヒータエレメント21の周りを電気絶縁性を有
するアルミナ等から成る多孔質層22により被覆され形成
されている。
なお、ヒータ部Ｈの下部には熱電対Ｔが取り付けられ
て、加熱温度即ち酸素センサ素子10の温度を測定し、こ
の測定値から温度制御することができるようにしてい
る。
て、加熱温度即ち酸素センサ素子10の温度を測定し、こ
の測定値から温度制御することができるようにしてい
る。
固体電解質体20と前記酸素濃淡電池部Ｂとの間には、
固体電解質体のスペース部材23が介在されており、前記
基準電極17が露呈される領域に参照ガス室24が形成され
る。この参照ガス室24は大気と連通している。
固体電解質体のスペース部材23が介在されており、前記
基準電極17が露呈される領域に参照ガス室24が形成され
る。この参照ガス室24は大気と連通している。
固体電解質体11,15,20およびスペース部材19、23は、
それぞれ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る。
それぞれ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る。
またポンプ電極12,13、測定電極16および基準電極17
は、それぞれ多孔質白金等より構成され、高温あるいは
腐食性の測定ガスからこれら電極を保護するためアルミ
ナ等から成るガス透過性のポーラスセラミックス層で被
覆されていることが好ましい。
は、それぞれ多孔質白金等より構成され、高温あるいは
腐食性の測定ガスからこれら電極を保護するためアルミ
ナ等から成るガス透過性のポーラスセラミックス層で被
覆されていることが好ましい。
ヒータエレメント21は、例えばアルミナ粉末と、白金
粉とを主成分とするペーストを印刷により配置するか、
またはサーメット状にしたフィルムを配置する等の手法
によって形成される。また熱電対Ｔは、異なった金属よ
り成る金属細線あるいはペーストまたはサーメットを組
み合わせて、印刷積層することにより形成することがで
きる。
粉とを主成分とするペーストを印刷により配置するか、
またはサーメット状にしたフィルムを配置する等の手法
によって形成される。また熱電対Ｔは、異なった金属よ
り成る金属細線あるいはペーストまたはサーメットを組
み合わせて、印刷積層することにより形成することがで
きる。
以上のような構造の検出部の酸素センサ素子の検出回
路について、第２図のブロック図に基づき説明する。
路について、第２図のブロック図に基づき説明する。
第１図の酸素ポンプ部Ｐの上側ポンプ電極12の端子
（ａ）は、酸素ポンプ電流発生源31の出力端に接続さ
れ、酸素ポンプ電流発生源31の入力端には、記憶回路33
を内蔵した制御装置32の出力端が接続されている。記憶
回路33に記憶されたデータに基づいて制御装置32は酸素
ポンプ電流発生源31の出力電流値を制御する。制御装置
32には外部入力装置34が接続されて、酸素センサ素子10
の校正に必要なデータの入力を可能にしている。
（ａ）は、酸素ポンプ電流発生源31の出力端に接続さ
れ、酸素ポンプ電流発生源31の入力端には、記憶回路33
を内蔵した制御装置32の出力端が接続されている。記憶
回路33に記憶されたデータに基づいて制御装置32は酸素
ポンプ電流発生源31の出力電流値を制御する。制御装置
32には外部入力装置34が接続されて、酸素センサ素子10
の校正に必要なデータの入力を可能にしている。
また、第１図の酸素濃淡電池部Ｂの基準電極17の端子
（ｂ）は、バッファ増幅器35を介して校正回路36の入力
端に接続され、校正回路36では、測定ガスに対応する酸
素濃淡電池部Ｂに発生した起電力が基準の起電力の数値
に変換される。校正回路36の出力端には、開対数変換器
37の入力端が接続されて、そこで酸素濃度表示に適切な
数値に変換されて、表示装置38および出力変換器39にそ
れぞれ変換された数値信号が転送される。出力変換器39
では、入力された信号がさらに所望の信号形態に変換さ
れて、出力信号として出力される。
（ｂ）は、バッファ増幅器35を介して校正回路36の入力
端に接続され、校正回路36では、測定ガスに対応する酸
素濃淡電池部Ｂに発生した起電力が基準の起電力の数値
に変換される。校正回路36の出力端には、開対数変換器
37の入力端が接続されて、そこで酸素濃度表示に適切な
数値に変換されて、表示装置38および出力変換器39にそ
れぞれ変換された数値信号が転送される。出力変換器39
では、入力された信号がさらに所望の信号形態に変換さ
れて、出力信号として出力される。
さらに、第１図のヒータ部Ｈのヒータエレメント21の
端子（ｃ）は、ヒータ温度制御器40に接続されており、
このヒータ温度制御器40には、第１図の熱電対Ｔで得ら
れた電圧が、その端子（ｄ）、バッファ増幅器41、冷接
点42および増幅器43を経て、基準温度設定回路44の電圧
と比較された後、供給される。ヒータ温度制御器40で
は、この熱電対Ｔの温度に対応する検出電圧に基づいて
ヒータ部Ｈの供給電力制御を行う。このように構成され
た酸素濃度分析装置の酸素センサ素子10の校正操作方法
を第１図〜第４図を参照して以下に説明する。
端子（ｃ）は、ヒータ温度制御器40に接続されており、
このヒータ温度制御器40には、第１図の熱電対Ｔで得ら
れた電圧が、その端子（ｄ）、バッファ増幅器41、冷接
点42および増幅器43を経て、基準温度設定回路44の電圧
と比較された後、供給される。ヒータ温度制御器40で
は、この熱電対Ｔの温度に対応する検出電圧に基づいて
ヒータ部Ｈの供給電力制御を行う。このように構成され
た酸素濃度分析装置の酸素センサ素子10の校正操作方法
を第１図〜第４図を参照して以下に説明する。
（Ａ）酸素センサ素子の検定 （１）ヒータ温度制御器40により酸素センサ素子10を熱
電対Ｔにて検温しつつヒータ部Ｈを制御することによっ
て、所定の温度（例えば800℃）にする。
電対Ｔにて検温しつつヒータ部Ｈを制御することによっ
て、所定の温度（例えば800℃）にする。
（２）酸素センサ素子10の測定室18に種々の酸素濃度を
含有する校正ガスを充填し、校正ガス中の酸素濃度
（O2）に対応する酸素濃淡電池部Ｂの基準発生起電力
（E0）を求める。このようにして得られる基準発生起電
力（E0）と酸素濃度（O2）との関係の一例を第４図
（ａ）および第５図（ａ）に示す。酸素センサ素子10の
温度は測定ガス温度範囲とすることが好ましい。
含有する校正ガスを充填し、校正ガス中の酸素濃度
（O2）に対応する酸素濃淡電池部Ｂの基準発生起電力
（E0）を求める。このようにして得られる基準発生起電
力（E0）と酸素濃度（O2）との関係の一例を第４図
（ａ）および第５図（ａ）に示す。酸素センサ素子10の
温度は測定ガス温度範囲とすることが好ましい。
（３）次に、酸素センサ素子10を大気中におくかあるい
は酸素センサ素子10の測定室８を何らかの手段により大
気雰囲気とし、酸素ポンプ部Ｐに酸素ポンプ電流発生源
31により酸素ポンプ電流を徐々に増加しながら供給し、
酸素濃淡電池部Ｂの発生起電力が上記（２）の基準発生
起電力（E0）に相当する基準酸素ポンプ電流（IPC）を
求める。
は酸素センサ素子10の測定室８を何らかの手段により大
気雰囲気とし、酸素ポンプ部Ｐに酸素ポンプ電流発生源
31により酸素ポンプ電流を徐々に増加しながら供給し、
酸素濃淡電池部Ｂの発生起電力が上記（２）の基準発生
起電力（E0）に相当する基準酸素ポンプ電流（IPC）を
求める。
このようにして得られた基準発生起電力（E0）と基準
酸素ポンプ電流（Ipc）との関係の一例を第４図（ｂ）
および第５図（ｂ）に示す。
酸素ポンプ電流（Ipc）との関係の一例を第４図（ｂ）
および第５図（ｂ）に示す。
○：検定された基準酸素ポンプ電流（Ip） △：検定された基準発生起電力（E0） □：校正ガスの酸素濃度と等価な測定室18の酸素濃度
（O2） ×：大気雰囲気中で検定された基準酸素ポンプ電流
（Ip）を酸素ポンプ部（Ｐ）に流すことによって酸素濃
淡電池部（Ｂ）に発生する発生起電力（VS） 以上の操作により得られた規定化された基準酸素ポン
プ電流（Ipc）を大気雰囲気中において酸素センサ素子
の酸素ポンプ部Ｐに流すことにより、酸素センサ素子10
の測定室18の酸素濃度は校正ガスのそれと等価となる。
（O2） ×：大気雰囲気中で検定された基準酸素ポンプ電流
（Ip）を酸素ポンプ部（Ｐ）に流すことによって酸素濃
淡電池部（Ｂ）に発生する発生起電力（VS） 以上の操作により得られた規定化された基準酸素ポン
プ電流（Ipc）を大気雰囲気中において酸素センサ素子
の酸素ポンプ部Ｐに流すことにより、酸素センサ素子10
の測定室18の酸素濃度は校正ガスのそれと等価となる。
酸素センサ素子の検定で得られた校正ガスの酸素濃度
（O2）、基準発生起電力（E0）および基準酸素ポンプ電
流（Ipc）の関係は、外部入力装置34により記憶回路33
に入力される。
（O2）、基準発生起電力（E0）および基準酸素ポンプ電
流（Ipc）の関係は、外部入力装置34により記憶回路33
に入力される。
酸素センサ素子の検定は酸素センサ素子を酸素濃度分
析装置に組立てる前に行うことが好ましい。この理由は
検定方法が容易であるからである。
析装置に組立てる前に行うことが好ましい。この理由は
検定方法が容易であるからである。
（Ｂ）酸素センサ素子の校正 この操作は、酸素センサ素子が組込まれた酸素濃度分
析装置により測定ガスの濃度を測定する場合、前記
（Ａ）の酸素センサ素子の検定値との差異を校正するも
のである。
析装置により測定ガスの濃度を測定する場合、前記
（Ａ）の酸素センサ素子の検定値との差異を校正するも
のである。
前記（Ａ）の検定で説明したように、大気を酸素セン
サ素子10に流した状態で基準酸素ポンプ電流（Ipc）を
酸素ポンプ部Ｐに流すことによって、測定室18の雰囲気
を規定の酸素濃度とし、それに対応して酸素濃淡電池部
Ｂの発生起電力（VS）が発生するが、この発生起電力
（VS）をバッファ増幅器35のバイアス加減算およびゲイ
ンの増減によって基準発生起電力（E0）に校正したり、
所定の温度を変更して校正したり、或いは発生起電力
（VS）をＸとしそれに対応する基準発生起電力（E0）を
Ｙとして数組の折線近似校正関数によって校正する。こ
の校正は校正回路36によって行われる。
サ素子10に流した状態で基準酸素ポンプ電流（Ipc）を
酸素ポンプ部Ｐに流すことによって、測定室18の雰囲気
を規定の酸素濃度とし、それに対応して酸素濃淡電池部
Ｂの発生起電力（VS）が発生するが、この発生起電力
（VS）をバッファ増幅器35のバイアス加減算およびゲイ
ンの増減によって基準発生起電力（E0）に校正したり、
所定の温度を変更して校正したり、或いは発生起電力
（VS）をＸとしそれに対応する基準発生起電力（E0）を
Ｙとして数組の折線近似校正関数によって校正する。こ
の校正は校正回路36によって行われる。
第５図（Ｃ）に示すように、発生起電力（VS）と基準
発生起電力（E0）との関係は記憶回路33に記憶される。
発生起電力（E0）との関係は記憶回路33に記憶される。
（Ｃ）測定 測定ガス中に曝された酸素センサ素子10の測定室18に
拡散により測定ガスが入り込み、測定室18と参照ガス室
24とに酸素濃度差が生じ、測定電極16および基準電極17
の間に起電力（VS）が発生される。起電力（VS）は、バ
ッファ増幅器35を介して校正回路に入力される。起電力
（VS）は、第５図（Ｃ）に示すように、前記（Ｂ）によ
り記憶されたデータを記憶回路33を参照して校正を受
け、折れ線補間によって基準発生起電力（E0）に換算さ
れ、これを開対数変換器37を介して酸素濃度の適切な数
値に変換されて表示装置38にて表示されるとともに、必
要なレンジに変換する出力変換器39を介して出力信号と
して出力される。
拡散により測定ガスが入り込み、測定室18と参照ガス室
24とに酸素濃度差が生じ、測定電極16および基準電極17
の間に起電力（VS）が発生される。起電力（VS）は、バ
ッファ増幅器35を介して校正回路に入力される。起電力
（VS）は、第５図（Ｃ）に示すように、前記（Ｂ）によ
り記憶されたデータを記憶回路33を参照して校正を受
け、折れ線補間によって基準発生起電力（E0）に換算さ
れ、これを開対数変換器37を介して酸素濃度の適切な数
値に変換されて表示装置38にて表示されるとともに、必
要なレンジに変換する出力変換器39を介して出力信号と
して出力される。
次に、本発明の第２図のブロック図に基づくハードウ
ェアを第３図を参照して簡単に説明する。
ェアを第３図を参照して簡単に説明する。
酸素濃淡電池部Ｂからの出力は低域通過フィルタ350a
および増幅器351aを経てマルチプレクサ352に供給され
る。同様にして、熱電対Ｔからの出力は低域通過フィル
タ350bおよび冷接点42および増幅器351bを経てマルチプ
レクサ352に供給される。酸素濃淡電池部Ｂからの出力
はさらに増幅器353を経てA/D変換器360に送られ、そこ
でデジタル信号に変換された後、水晶発振器を有する基
準クロック発生回路361のもとに動作する中央制御装置
（CPU）362の指令を受けて、演算記憶される。
および増幅器351aを経てマルチプレクサ352に供給され
る。同様にして、熱電対Ｔからの出力は低域通過フィル
タ350bおよび冷接点42および増幅器351bを経てマルチプ
レクサ352に供給される。酸素濃淡電池部Ｂからの出力
はさらに増幅器353を経てA/D変換器360に送られ、そこ
でデジタル信号に変換された後、水晶発振器を有する基
準クロック発生回路361のもとに動作する中央制御装置
（CPU）362の指令を受けて、演算記憶される。
A/D変換器360には、タイマカウンタ363および並列の
入出力ポート364が接続され、CPU362にはROM320およびR
AM321が接続されている。
入出力ポート364が接続され、CPU362にはROM320およびR
AM321が接続されている。
CPU362の制御のもとで所望の数値が変換された信号
は、一方ではD/A変換器390および出力変換器391を経て
出力され、他方では、D/A変換器322およびバイアス設定
器323を経てバイアス用の酸素ポンプ部Ｐにスイッチ324
の閉成時に所定電流が供給され得るように校正されてい
る。さらに、並列の入出力ポート381は、酸素濃度を表
示するための表示器380に接続され、またヒータ温度を
制御するヒータ温度制御器400に接続され、また外部装
置、例えば警報装置若しくは緊急停止装置等のスイッチ
ングを行うためのリレー401および402に接続されてい
る。
は、一方ではD/A変換器390および出力変換器391を経て
出力され、他方では、D/A変換器322およびバイアス設定
器323を経てバイアス用の酸素ポンプ部Ｐにスイッチ324
の閉成時に所定電流が供給され得るように校正されてい
る。さらに、並列の入出力ポート381は、酸素濃度を表
示するための表示器380に接続され、またヒータ温度を
制御するヒータ温度制御器400に接続され、また外部装
置、例えば警報装置若しくは緊急停止装置等のスイッチ
ングを行うためのリレー401および402に接続されてい
る。
以上説明した酸素濃度分析装置の使用例を第６図によ
り説明する。
り説明する。
酸素センサ素子１はアルミナ製の円板状の支持具２を
介して金属保護管３内に設置される。酸素センサ素子１
の測定ガスの濃度検出部Ｓは、測定ガスの塵埃を取り除
くためのフィルタ４を通して測定ガスに接触している。
介して金属保護管３内に設置される。酸素センサ素子１
の測定ガスの濃度検出部Ｓは、測定ガスの塵埃を取り除
くためのフィルタ４を通して測定ガスに接触している。
金属保護管３は測定ガスと大気との隔壁５、例えば燃
焼炉の煙道の炉壁にフランジ６を介して取り付けられ
る。酸素センサ素子１の電極端子およびヒータ端子の入
出力はリード線７により外部の測定および制御回路（図
示せず）に接続されて使用される。
焼炉の煙道の炉壁にフランジ６を介して取り付けられ
る。酸素センサ素子１の電極端子およびヒータ端子の入
出力はリード線７により外部の測定および制御回路（図
示せず）に接続されて使用される。
実施例２ 第２の実施例は、測定ガスの検出部である酸素センサ
素子を校正する酸素濃淡電池のための基準ガス（酸素濃
度）として、酸素センサ素子自体が有する酸素ポンプ部
により導入した雰囲気を用いる場合の酸素濃度測定方法
およびその装置である。
素子を校正する酸素濃淡電池のための基準ガス（酸素濃
度）として、酸素センサ素子自体が有する酸素ポンプ部
により導入した雰囲気を用いる場合の酸素濃度測定方法
およびその装置である。
検出部を構成する酸素センサ素子の構造について、第
７図を参照して詳細な説明をする。図において、実施例
１に記載した構成と実質的に同じものは同一の符号を付
すものとする。
７図を参照して詳細な説明をする。図において、実施例
１に記載した構成と実質的に同じものは同一の符号を付
すものとする。
第７図に示すように、酸素センサ素子10は主として、
上から順に校正用の酸素ポンプ部P1、酸素濃淡電池部Ｂ
およびバイアス用の酸素ポンプ部P2から構成される。
上から順に校正用の酸素ポンプ部P1、酸素濃淡電池部Ｂ
およびバイアス用の酸素ポンプ部P2から構成される。
以下に実施例１の酸素センサ素子と異なる点を説明す
る。
る。
まず、上部の校正用の酸素ポンプ部P1は、固体電解質
体11aと、この固体電解質体11aの上下両側に配される上
側ポンプ電極12aおよび下側ポンプ13aと、上側ポンプ電
極12aの周囲に加熱部H1のヒータエレメント21aとが形成
されている。酸素濃淡電池部Ｂと酸素ポンプ部P1との間
の一端側には、アルミナセメント等の高温気密固着剤の
封止層50が介在し、他端側は、開口を有し、測定ガスと
連通している。即ち、測定室18aは酸素濃淡電池部Ｂ、
酸素ポンプ部P1と封止層50により形成されている。
体11aと、この固体電解質体11aの上下両側に配される上
側ポンプ電極12aおよび下側ポンプ13aと、上側ポンプ電
極12aの周囲に加熱部H1のヒータエレメント21aとが形成
されている。酸素濃淡電池部Ｂと酸素ポンプ部P1との間
の一端側には、アルミナセメント等の高温気密固着剤の
封止層50が介在し、他端側は、開口を有し、測定ガスと
連通している。即ち、測定室18aは酸素濃淡電池部Ｂ、
酸素ポンプ部P1と封止層50により形成されている。
下部のバイアス用の酸素ポンプ部P2は校正用の酸素ポ
ンプ部P1と同様に、固体電解質体11b、この両側の上側
ポンプ電極12bおよび下側ポンプ電極13b、ならびに下側
ポンプ電極13bの周囲にヒータエレメント21bを有する加
熱部H2から成る。
ンプ部P1と同様に、固体電解質体11b、この両側の上側
ポンプ電極12bおよび下側ポンプ電極13b、ならびに下側
ポンプ電極13bの周囲にヒータエレメント21bを有する加
熱部H2から成る。
酸素濃淡電池部Ｂと酸素ポンプ部P2との間の一端側に
は封止層50が介在し、参照ガス室24aが形成されてい
る。
は封止層50が介在し、参照ガス室24aが形成されてい
る。
このように校正された第２の酸素濃度分析装置の測定
原理を以下に説明する。
原理を以下に説明する。
検出部の酸素濃淡電池部Ｂの片側に配されるバイアス
用の酸素ポンプ部P2にバイアス酸素ポンプ電流（IPB）
を流した場合の、酸素ポンプ部P2から基準側の参照ガス
室24aに注入される酸素濃度差（O2 (B)）は、 k1・IPB＝Ｄ・A/l・（O2 (9)−O2 (S)） ＝Ｄ・A/l・ΔO2 (B) （１） （ここで、k1：比例定数、IPB：バイアス酸素ポンプ電
流、D:拡散定数、A:拡散断面積、l:拡散距離、O2 (9)：
基準参照ガス酸素濃度、O2 (S)測定ガスの酸素濃度、ΔO
2 (B)：注入される酸素濃度である） となり、この（１）式から、 O2 (9)＝O2 (S)＋ΔO2 (B) （２） となり、見掛け上ΔO2 (B)だけの酸素濃度差が参照ガス
室内に注入されたことになる。したがって、検出部の発
生起電力は、 ES＝RT/nF・log（（O2 (S)＋O2 (B)／O2 (S)） （３） となり、 exp（nF/RT・ES）＝（O2 (S)＋O2 (B)）／O2 (S)＞１
（４） を得る。これより、 O2 (S)＝ΔO2 (B)／（exp（nF/RT・ES）−１） ＝k2・IPB（exp（nF/RT・ES）−１） （５） （ただし、K2＝K1/D・l/A） を得る。この演算式（５）に基づいて、例えばコンピュ
ータ等の演算手段によって、発生起電力ESから被測定ガ
ス中の酸素濃度（O2 (S)）を求めることができる。
用の酸素ポンプ部P2にバイアス酸素ポンプ電流（IPB）
を流した場合の、酸素ポンプ部P2から基準側の参照ガス
室24aに注入される酸素濃度差（O2 (B)）は、 k1・IPB＝Ｄ・A/l・（O2 (9)−O2 (S)） ＝Ｄ・A/l・ΔO2 (B) （１） （ここで、k1：比例定数、IPB：バイアス酸素ポンプ電
流、D:拡散定数、A:拡散断面積、l:拡散距離、O2 (9)：
基準参照ガス酸素濃度、O2 (S)測定ガスの酸素濃度、ΔO
2 (B)：注入される酸素濃度である） となり、この（１）式から、 O2 (9)＝O2 (S)＋ΔO2 (B) （２） となり、見掛け上ΔO2 (B)だけの酸素濃度差が参照ガス
室内に注入されたことになる。したがって、検出部の発
生起電力は、 ES＝RT/nF・log（（O2 (S)＋O2 (B)／O2 (S)） （３） となり、 exp（nF/RT・ES）＝（O2 (S)＋O2 (B)）／O2 (S)＞１
（４） を得る。これより、 O2 (S)＝ΔO2 (B)／（exp（nF/RT・ES）−１） ＝k2・IPB（exp（nF/RT・ES）−１） （５） （ただし、K2＝K1/D・l/A） を得る。この演算式（５）に基づいて、例えばコンピュ
ータ等の演算手段によって、発生起電力ESから被測定ガ
ス中の酸素濃度（O2 (S)）を求めることができる。
以上の測定原理を要約すれば、バイアス用の酸素ポン
プ部P2に一定の酸素ポンプ電流IPBを流して、基準側の
参照ガス室24a内を被測定ガスの酸素濃度より予め既知
である一定量だけ濃い酸素濃度差ΔO2 (B)、即ち一定の
濃度差にして測定することである。即ち、基準ガスを用
いることなく、測定ガスの正確な測定が行なえる。
プ部P2に一定の酸素ポンプ電流IPBを流して、基準側の
参照ガス室24a内を被測定ガスの酸素濃度より予め既知
である一定量だけ濃い酸素濃度差ΔO2 (B)、即ち一定の
濃度差にして測定することである。即ち、基準ガスを用
いることなく、測定ガスの正確な測定が行なえる。
次に上記測定原理に基づく酸素センサ素子10の検出回
路について第８図のブロック図を参照して説明する。
路について第８図のブロック図を参照して説明する。
校正用の酸素ポンプ部P1の上側ポンプ電極12aは（図
中においてａで示す）、酸素ポンプ電流発生源31aの出
力端に接続され、下側ポンプ電極13aは接地されてい
る。酸素ポンプ電流発生源31aの入力端には制御装置32
の出力端が接続されている。この制御装置32は記憶装置
33を内蔵しており、この記憶装置33に入力されたデータ
に基づいて制御装置32は、酸素ポンプ電流発生源31aの
出力電流を所定値に制御する。同様にして、バイアス用
の酸素ポンプ部P2の下側電極13bに、酸素ポンプ電流発
生源31bの出力端が接続され、上側電極12bは接地されて
いる。この酸素ポンプ電流発生源31bの入力端も制御装
置32の出力端に接続されている（図中において記号ｅに
よって接続されている）。さらに制御装置32には外部入
力装置34が接続されて、酸素センサ素子10の校正に必要
なデータその他が入力し得るようになっている。
中においてａで示す）、酸素ポンプ電流発生源31aの出
力端に接続され、下側ポンプ電極13aは接地されてい
る。酸素ポンプ電流発生源31aの入力端には制御装置32
の出力端が接続されている。この制御装置32は記憶装置
33を内蔵しており、この記憶装置33に入力されたデータ
に基づいて制御装置32は、酸素ポンプ電流発生源31aの
出力電流を所定値に制御する。同様にして、バイアス用
の酸素ポンプ部P2の下側電極13bに、酸素ポンプ電流発
生源31bの出力端が接続され、上側電極12bは接地されて
いる。この酸素ポンプ電流発生源31bの入力端も制御装
置32の出力端に接続されている（図中において記号ｅに
よって接続されている）。さらに制御装置32には外部入
力装置34が接続されて、酸素センサ素子10の校正に必要
なデータその他が入力し得るようになっている。
酸素濃淡電池部Ｂの基準電極17（図中において記号ｂ
で示す）は、デジタルフィルタ51を経て温度補正回路52
の入力端に接続される。この回路にて酸素センサ素子10
の温度変化に伴う酸素濃度の見掛け上の温度変化に対応
するように、熱電対Ｔの出力をデジタルフィルタ55、温
度リニアライザ56、絶対温度変換器53を介し得られた絶
対温度Tkに関する信号を温度補正回路52の他の入力に供
給し、そこで酸素濃淡電池の発生起電力に1000/Tkを掛
けて温度補正が行われる。
で示す）は、デジタルフィルタ51を経て温度補正回路52
の入力端に接続される。この回路にて酸素センサ素子10
の温度変化に伴う酸素濃度の見掛け上の温度変化に対応
するように、熱電対Ｔの出力をデジタルフィルタ55、温
度リニアライザ56、絶対温度変換器53を介し得られた絶
対温度Tkに関する信号を温度補正回路52の他の入力に供
給し、そこで酸素濃淡電池の発生起電力に1000/Tkを掛
けて温度補正が行われる。
温度補正回路52の出力端は校正回路36の入力端に接続
される。校正回路36では、測定ガスに対応する発生起電
力が、基準の起電力に換算される。校正回路36の出力端
は、開対数変換回路37および酸素濃度変換器54および出
力変換器39を経て、レンジ変換され、所定の値に変換さ
れた後、表示部等の出力手段に供給される。
される。校正回路36では、測定ガスに対応する発生起電
力が、基準の起電力に換算される。校正回路36の出力端
は、開対数変換回路37および酸素濃度変換器54および出
力変換器39を経て、レンジ変換され、所定の値に変換さ
れた後、表示部等の出力手段に供給される。
温度検知部に、例えば熱電対Ｔを使用した場合には、
非直線性の温度−電圧特性を直線性の温度−電圧特性に
変えるため、デジタルフィルタ55を経て温度リニアライ
ザ56に接続し、そこで折れ線補間補正をする。温度リニ
アライザ56の出力端は、上述したように絶対温度変換器
53の入力端に接続されるほかに、温度設定回路57が接続
される減算器58を経て、温度制御演算器59の入力端にも
接続される。まず温度設定回路57では、温度上昇にとも
なって設定電圧を上昇するソフトスタートを具備し、所
望の温度にて一定の温度設定値を出力し、この出力電圧
は、温度リニアライザ56からの出力電圧から減算器58に
おいて減算される。温度制御演算器59では、例えば常温
から約1400℃程度までの温度範囲に対し、酸素ポンプ部
P1およびP2ならびに酸素濃淡電池部Ｂの動作温度（例え
ば約600℃）以下の場合には、これら部分が所定の温度
に保たれるように、演算し、後段に接続された出力変換
器60を経てヒータ部H1およびH2に所定の電流を出力す
る。
非直線性の温度−電圧特性を直線性の温度−電圧特性に
変えるため、デジタルフィルタ55を経て温度リニアライ
ザ56に接続し、そこで折れ線補間補正をする。温度リニ
アライザ56の出力端は、上述したように絶対温度変換器
53の入力端に接続されるほかに、温度設定回路57が接続
される減算器58を経て、温度制御演算器59の入力端にも
接続される。まず温度設定回路57では、温度上昇にとも
なって設定電圧を上昇するソフトスタートを具備し、所
望の温度にて一定の温度設定値を出力し、この出力電圧
は、温度リニアライザ56からの出力電圧から減算器58に
おいて減算される。温度制御演算器59では、例えば常温
から約1400℃程度までの温度範囲に対し、酸素ポンプ部
P1およびP2ならびに酸素濃淡電池部Ｂの動作温度（例え
ば約600℃）以下の場合には、これら部分が所定の温度
に保たれるように、演算し、後段に接続された出力変換
器60を経てヒータ部H1およびH2に所定の電流を出力す
る。
また上記の酸素ポンプ部P1,P2、および酸素濃淡電池
部Ｂが被測定ガスにより動作範囲以上となった場合に
は、加熱部H1,H2は加熱し続けてもよいし、或いは温度
リニアライザ56からの電圧が所定値以上となった際に温
度制御演算器59内のスイッチにてヒータ電流を遮断する
こともできる。いずれの場合においても、温度検知は行
っており、常に温度補正の演算をしているため、温度に
無関係に常に正確な酸素濃度を測定することができると
いう利点がある。
部Ｂが被測定ガスにより動作範囲以上となった場合に
は、加熱部H1,H2は加熱し続けてもよいし、或いは温度
リニアライザ56からの電圧が所定値以上となった際に温
度制御演算器59内のスイッチにてヒータ電流を遮断する
こともできる。いずれの場合においても、温度検知は行
っており、常に温度補正の演算をしているため、温度に
無関係に常に正確な酸素濃度を測定することができると
いう利点がある。
次に本発明による校正を行う場合の操作について説明
する。
する。
前記第１の実施例とは、第２の酸素ポンプ部P2を具
え、バイアス酸素ポンプ電流が流す点が異なる。
え、バイアス酸素ポンプ電流が流す点が異なる。
まず、バイアス用の酸素ポンプ部P2のポンプバイアス
電流IPBを、前述した式（１）に基づいて測定すべき温
度領域により予め定める。
電流IPBを、前述した式（１）に基づいて測定すべき温
度領域により予め定める。
次に、バイアス電流IPBをバイアス用の酸素ポンプ部P
2に流しながら、実施例１で説明した校正操作の（Ａ）
〜（Ｃ）を行えば良い。
2に流しながら、実施例１で説明した校正操作の（Ａ）
〜（Ｃ）を行えば良い。
第９図は、第８図のブロック図を具体的に示すハード
図である。これも実施例１の具体例として第３図に示し
たハード構成図と類似する回路であるため、同一の部分
には同一の符号を付して示す。ここで異なる点は並列の
入出力ポート364に入力装置62が接続されている点、複
数の並列の入出力ポート365〜369がCPU362の主バスに接
続されて、夫々から出力信号が出力されている点であ
る。このような回路はマルチチップCPUを用いてもある
いはシングルチップを用いてもどちらでも可能である。
図である。これも実施例１の具体例として第３図に示し
たハード構成図と類似する回路であるため、同一の部分
には同一の符号を付して示す。ここで異なる点は並列の
入出力ポート364に入力装置62が接続されている点、複
数の並列の入出力ポート365〜369がCPU362の主バスに接
続されて、夫々から出力信号が出力されている点であ
る。このような回路はマルチチップCPUを用いてもある
いはシングルチップを用いてもどちらでも可能である。
以上説明した第２の実施例の酸素濃度分析装置では第
10図に示すように、検出部としての酸素センサ素子10
が、その開放側Ｏが被測定ガスに曝されるように、金属
保護管３にその密閉側Ｃで、例えばアルミナセメント等
の高温絶縁固着剤にて固着されている。この金属保護管
３の内部には酸素センサ素子10からのリード線７を絶縁
状態で導くように、例えば10穴のアルミナパイプ８が挿
入されており、夫々の穴に各電極若しくはヒータ線から
のリード線７が挿通されている。金属保護管３の基部側
は、例えば燃焼炉の煙道の炉壁に形成された開口を経
て、取り付けフランジ6,6′に取り付けられている。取
り付けフランジ6,6′はパッキン127を介して相互に取り
付けられて、炉壁に固定されている。これらフランジ6,
6′には口金９が挿入されている。また取り付けフラン
ジ6,6′と金属保護管３との間の間隙は水ガラス等によ
って封じられる。さらに口金９の内部にはシリコンパッ
キン等によって離間配置された外側の電極端子61が設け
られており、これら電極端子61に、酸素センサ素子10か
らのアルミナパイプ８を通過したリード線７が圧着端子
を介して接続されて、外部装置（図示しない）と接続さ
れる。
10図に示すように、検出部としての酸素センサ素子10
が、その開放側Ｏが被測定ガスに曝されるように、金属
保護管３にその密閉側Ｃで、例えばアルミナセメント等
の高温絶縁固着剤にて固着されている。この金属保護管
３の内部には酸素センサ素子10からのリード線７を絶縁
状態で導くように、例えば10穴のアルミナパイプ８が挿
入されており、夫々の穴に各電極若しくはヒータ線から
のリード線７が挿通されている。金属保護管３の基部側
は、例えば燃焼炉の煙道の炉壁に形成された開口を経
て、取り付けフランジ6,6′に取り付けられている。取
り付けフランジ6,6′はパッキン127を介して相互に取り
付けられて、炉壁に固定されている。これらフランジ6,
6′には口金９が挿入されている。また取り付けフラン
ジ6,6′と金属保護管３との間の間隙は水ガラス等によ
って封じられる。さらに口金９の内部にはシリコンパッ
キン等によって離間配置された外側の電極端子61が設け
られており、これら電極端子61に、酸素センサ素子10か
らのアルミナパイプ８を通過したリード線７が圧着端子
を介して接続されて、外部装置（図示しない）と接続さ
れる。
さらに現場使用時における校正として、使用中、定期
的に検出部を大気エアに晒して、校正用の酸素ポンプ部
P2にポンプ電流を流し、それに対応して発生する起電力
を検量して、検出部のドリフト変化量を補正するのが好
ましい。この補正は校正回路36にて処理される。
的に検出部を大気エアに晒して、校正用の酸素ポンプ部
P2にポンプ電流を流し、それに対応して発生する起電力
を検量して、検出部のドリフト変化量を補正するのが好
ましい。この補正は校正回路36にて処理される。
このようにすることによって、現場使用時に酸素ポン
プ部P1にて校正することが可能となるほかに、バイアス
用の酸素ポンプ部P2により、基準参照ガスを用いずにす
むため、まず検出部においては空気通路を省略できるこ
とから検出部を完全に密閉化することができ、外部から
の水分の侵入を気にする必要がなく、屋外での使用が可
能となる。
プ部P1にて校正することが可能となるほかに、バイアス
用の酸素ポンプ部P2により、基準参照ガスを用いずにす
むため、まず検出部においては空気通路を省略できるこ
とから検出部を完全に密閉化することができ、外部から
の水分の侵入を気にする必要がなく、屋外での使用が可
能となる。
（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明による酸素濃
度分析方法およびその装置は、次の効果を有する。
度分析方法およびその装置は、次の効果を有する。
（１）酸素センサ素子あるいは検出部の校正が大気を使
用できるので、測定現場で容易に実施できる。
用できるので、測定現場で容易に実施できる。
（２）校正用の酸素ポンプ部によって校正用の酸素濃度
が得られるので特別な校正ガスを準備しなくてもよい。
が得られるので特別な校正ガスを準備しなくてもよい。
（３）校正ガス用の導管が不要となり装置を小型にする
ことができる。
ことができる。
（４）酸素センサ素子の基準発生起電力変化の履歴が容
易に得られるので、酸素濃度分析装置の寿命を知ること
ができる。
易に得られるので、酸素濃度分析装置の寿命を知ること
ができる。
したがって、本発明の方法および装置は産業上利用可能
性が極めて大である。
性が極めて大である。
第１図は、本発明の一実施例の酸素センサ素子の断面
図、 第２図は第１図の酸素センサ素子に接続される検出部の
ブロック図、 第３図は第２図のハード構成図、 第４図は検出部の酸素センサ素子の検定方法を説明する
ための模式図、 第５図は検出部の校正方法を説明するための模式図、 第６図は本発明の装置の一実施例の断面図、 第７図は本発明の一実施例の酸素センサ素子の断面図、 第８図は第７図の酸素センサ素子に接続される検出部の
ブロック図、 第９図は第８図のハード構成図、 第10図は本発明の装置の一実施例の断面図である。 Ｓ…検出部、Ｂ…酸素濃淡電池部 P,P1,P2…酸素ポンプ部 H,H1,H2…ヒータ部 O2，O2 (B)，ΔO2 (B)…酸素濃度 E0…基準発生起電力 ES，VS…発生起電力 Ipc，IPB…酸素ポンプ電流 1,10…酸素センサ素子 18,18a…測定室 24,24a…参照ガス室
図、 第２図は第１図の酸素センサ素子に接続される検出部の
ブロック図、 第３図は第２図のハード構成図、 第４図は検出部の酸素センサ素子の検定方法を説明する
ための模式図、 第５図は検出部の校正方法を説明するための模式図、 第６図は本発明の装置の一実施例の断面図、 第７図は本発明の一実施例の酸素センサ素子の断面図、 第８図は第７図の酸素センサ素子に接続される検出部の
ブロック図、 第９図は第８図のハード構成図、 第10図は本発明の装置の一実施例の断面図である。 Ｓ…検出部、Ｂ…酸素濃淡電池部 P,P1,P2…酸素ポンプ部 H,H1,H2…ヒータ部 O2，O2 (B)，ΔO2 (B)…酸素濃度 E0…基準発生起電力 ES，VS…発生起電力 Ipc，IPB…酸素ポンプ電流 1,10…酸素センサ素子 18,18a…測定室 24,24a…参照ガス室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 27/46 ３２７ Ｐ
Claims (4)
- 【請求項１】酸素ポンプ部と、大気を基準参照ガスとす
る基準電極を有する酸素濃淡電池とを具えた酸素センサ
素子を用いた酸素濃淡電池方式による酸素濃度分析方法
において、 （１）酸素センサ素子の検出部に所定の酸素濃度（O2）
の校正ガスを供給し、酸素濃淡電池の基準発生起電力
（E0）を測定して前記酸素濃度と基準発生起電力との関
係を求め、 （２）ついで、酸素センサ素子を大気中におき、前記基
準発生起電力（E0）が生じるまで酸素センサ素子の酸素
ポンプ部に電流（Ipc）を流してポンプ電流（Ipc）と基
準発生起電力（E0）との関係を求め、 （３）ついで、測定ガスの酸素濃度を測定する際酸素セ
ンサ素子を大気中におき、酸素ポンプ部に所定のポンプ
電流（Ipc）を流すことにより酸素濃淡電池の被測定ガ
ス電極上を前記校正ガスと同等の酸素濃度雰囲気とし、
その際酸素濃淡電池に発生する起電力（VS）を求め、ポ
ンプ電流（Ipc）と起電力（VS）との関係を求めた後、
前記（２）で求めた電流−基準発生起電力の関係より起
電力（VS）と基準発生起電力（E0）との関係を求めて酸
素センサ素子の校正を行い、 （４）ついで、酸素センサ素子を被測定ガス中におき、
酸素濃淡電池に発生する起電力（Vm）を測定し、起電力
（Vm）を前記（３）で行った校正を介して、 前記（１）の基準発生起電力（E0）と酸素濃度（O2）と
の関係により被測定ガスの酸素濃度を測定することを特
徴とする酸素濃度分析方法。 - 【請求項２】２つの酸素ポンプ部と酸素濃淡電池とを具
えた酸素センサ素子を用い、一方の酸素ポンプ部に所定
のポンプ電流を流して酸素濃淡電池の参照ガスとする酸
素濃淡電池方式による酸素濃度分析方法において、 （１）酸素センサ素子の検出部に所定の酸素濃度（O2）
の校正ガスを供給し酸素濃淡電池の基準発生起電力
（E0）を測定して酸素濃度（O2）と基準発生起電力
（E0）との関係を求め、 （２）ついで、酸素センサ素子を大気中におき、前記基
準発生起電力（E0）が生じるまで他方の酸素ポンプ部に
ポンプ電流（Ipc）を流してポンプ電流（Ipc）と基準発
生起電力（E0）との関係を求め、 （３）ついで、測定ガスの酸素濃度を測定する際酸素セ
ンサ素子を大気中におき、酸素センサ素子の前記他方の
酸素ポンプ部にポンプ電流（Ipc）を流して、酸素濃淡
電池の被測定ガス電極上を前記校正ガスと同等の酸素濃
度とし、その際酸素濃淡電池に発生する起電力（VS）を
求め、ポンプ電流（Ipc）と起電力（VS）との関係を求
めた後、前記（２）の関係により起電力（VS）と基準発
生起電力（E0）との関係を求めて酸素センサ素子の校正
を行い、 （４）ついで、酸素センサ素子を被測定ガス中におき、
酸素濃淡電池に発生する起電力（Vm）を測定し、起電力
（Vm）を前記（３）の起電力（VS）と基準発生起電力
（E0）との関係による校正を介して、前記（１）の酸素
濃度（O2）と基準発生起電力（E0）との関係により被測
定ガスの酸素濃度を測定することを特徴とする酸素濃度
分析方法。 - 【請求項３】固体電解質を用い酸素濃淡電池方式による
酸素濃度分析装置において、 （イ）大気に連通する参照ガス室と被測定ガスに連通す
る測定室とを有し、該参照ガス室側に参照電極と該測定
室側に測定電極とを有する酸素濃淡電池と前記測定電極
に対向し前記測定室側と測定ガス側とに電極を有する酸
素ポンプ部とを備えた酸素センサ素子と、 （ロ）校正ガスの酸素濃度（O2）に対応する基準発生起
電力（E0）の関係と、基準発生起電力（E0）に対応する
ポンプ電流（Ipc）の関係とを記憶する記憶回路と、 （ハ）測定ガスの酸素濃度を測定する際酸素ポンプ部に
流れるポンプ電流（Ipc）に対応する酸素濃淡電池の起
電力（VS）の関係が入力された場合に、前記記憶回路に
記憶されたポンプ電流（Ipc）と基準発生起電力（E0）
との関係を参照して基準発生起電力（E0）と起電力
（VS）との関係を演算し、かつ被測定ガスにより発生す
る測定起電力（Vm）から基準発生起電力（E0）と起電力
（VS）との関係を参照して測定起電力（Vm）に対応する
酸素濃度（O2）を演算する校正回路 とを備えていることを特徴とする酸素濃度分析装置。 - 【請求項４】固体電解質を用い酸素濃淡電池方式による
酸素濃度分析装置において、 （イ）第１の酸素ポンプ部と、酸素濃淡電池と、第２の
酸素ポンプ部とを備え、第１の酸素ポンプ部および酸素
濃淡電池の間に被測定ガスと連通する参照ガス室が形成
され、酸素濃淡電池および第２の酸素ポンプ部の間に被
測定ガス空間と連通する測定室が形成され、前記第１の
酸素ポンプ部はポンプ作用により参照ガス室に参照ガス
としての被測定ガスを導入するとともに、前記第２の酸
素ポンプ部はポンプ作用により測定室に被測定ガスを導
入して参照ガス室および測定室の間に所定の酸素濃度差
を与え、この酸素濃度差により酸素濃淡電池の参照ガス
室側に設けられた基準電極と測定室側に設けられた測定
電極との間に起電力を発生させる酸素センサ素子と、 （ロ）前記第１の酸素ポンプ部に接続された酸素ポンプ
電流発生源と、 （ハ）校正ガスの酸素濃度（O2）に対応する基準発生起
電力（E0）の関係と基準発生起電力（E0）に対応する第
２の酸素ポンプ部のポンプ電流（Ipc）の関係とを記憶
する記憶回路と、 （ニ）測定ガスの酸素濃度を測定する際第２の酸素ポン
プ部に流れるポンプ電流（Ipc）に対応する酸素濃淡電
池の起電力（VS）の関係が入力され、この関係から前記
記憶回路に記憶されたポンプ電流（Ipc）と基準発生起
電力（E0）との関係を参照して、基準発生起電力（E0）
と起電力（VS）との関係を演算し、かつ被測定ガスによ
り発生する測定起電力（Vm）を基準発生起電力（E0）と
起電力（VS）との関係を参照して測定起電力（Vm）に対
応する酸素濃度（O2）を演算する校正回路 とを備えていることを特徴とする酸素濃度分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63030626A JPH0812174B2 (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | 酸素濃度分析方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63030626A JPH0812174B2 (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | 酸素濃度分析方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01206255A JPH01206255A (ja) | 1989-08-18 |
| JPH0812174B2 true JPH0812174B2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=12309060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63030626A Expired - Fee Related JPH0812174B2 (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | 酸素濃度分析方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0812174B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3501189B2 (ja) * | 1995-06-07 | 2004-03-02 | 株式会社デンソー | 空燃比センサ素子 |
| JP4591105B2 (ja) * | 2004-05-31 | 2010-12-01 | 横河電機株式会社 | 校正方法 |
| JP2009042165A (ja) * | 2007-08-10 | 2009-02-26 | Energy Support Corp | ガス分析装置 |
| JP6966348B2 (ja) * | 2018-02-13 | 2021-11-17 | 日本碍子株式会社 | 特定ガス濃度測定装置及び特定ガス濃度測定システム |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6363964A (ja) * | 1986-09-04 | 1988-03-22 | Nissan Motor Co Ltd | 空燃比検出装置 |
-
1988
- 1988-02-12 JP JP63030626A patent/JPH0812174B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01206255A (ja) | 1989-08-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |