JPH08178892A - 溶融物質中の酸素活量連続測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造簡単であり、しかも、固体電解質の保護
と、長時間の安定した測定を可能にした溶融物質中の酸
素活量連続測定装置を提供する。 【構成】 被測定溶融物質に浸漬される固体電解質から
成る殻体と、該殻体の内面に設けられ所定の酸素活量を
与える標準極と、被測定溶融物質に浸漬される外部電極
と、前記標準極と外部電極との間における電位差を計測
するための電位差測定手段とを備えた溶融物質中の酸素
活量測定装置において、前記外部電極が、殻体の外周面
を包囲する保護リング部と、殻体の先端部を露出せしめ
る開口部を形成して成る構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融硝子、その他の溶
融物質中における酸素活量を連続的に測定する装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、硝子の製造過程において、溶融
硝子中の酸素活量は、製品化された後の硝子の色や、紫
外線の吸収量等に大きな影響を及ぼすことが知られてい
る。そこで、溶融硝子中の酸素活量を連続的に測定しつ
つ製造過程に反映せしめるための装置が期待されている
ところであるが、満足できる装置は、未だ提供されてい
ないのが現状である。

【０００３】ところで、例えば、溶融金属中の酸素活量
を測定する装置としては、溶融金属中に浸漬されるジル
コニア固体電解質から成る殻体と、該殻体の内面に設け
られ所定の酸素活量を与える標準極と、溶融金属に浸漬
される外部電極と、前記標準極と外部電極との間におけ
る電位差を計測するための電位差計測手段とを備えた装
置が知られている。この装置によれば、前記殻体及び外
部電極を溶融金属中に浸漬せしめると、前記標準極及び
外部電極並びに電位差計測手段により酸素濃淡電池が構
成され、標準極と外部電極の間において固体電解質によ
り検出される電位差により溶融金属中の酸素活量を測定
することができる。

【０００４】このため、前述のような溶融金属中の酸素
活量測定装置を溶融硝子中の酸素活量測定装置に応用す
れば前記期待に応えることが可能であるが、未だ解決す
べき多くの問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記応用技術の開発に
際しては、被測定溶融物質に特有の問題を考慮しなけれ
ばならない。例えば、前記殻体を溶融硝子に浸漬せしめ
た場合、安定化ジルコニアが溶融硝子と反応して浸食さ
れ、連続的な測定を困難ならしめるという問題がある。
この点について、殻体を構成するジルコニア固体電解質
として、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 等の安定化ジルコニ
アを用いることが好ましいが、耐蝕性や耐熱衝撃性の点
で可使時間に限度があり、所望の連続使用を満足できな
い（第一の課題）。

【０００６】また、従来は、溶融金属中の酸素活量測定
装置に見られるように、外部電極が固体電解質から離れ
て設置された構成とされているが、このような構造の装
置を溶融硝子のために用いると、外部電極と固体電解質
との間における溶融硝子が電解質として働くため、外部
電極の大きさや、外部電極と固体電解質との間の距離
や、溶融硝子の流動に対する外部電極と固体電解質の位
置関係により、起電力が変化してしまい、測定精度の信
頼性を満足できない（第二の課題）。

【０００７】また、従来の溶融金属中の酸素活量測定装
置においては、標準極を構成するために、固体電解質か
ら成る殻体の先端部内側にＭｏ−ＭｏＯ₂ の混合粉末、
Ｃｒ−Ｃｒ₂ Ｏ₃ の混合粉末、或いはＮｉ−ＮｉＯの混
合粉末等を用いる技術が知られているが、これらの混合
粉末は、装置使用時に高温により焼結しつつ収縮し、固
体電解質との間に隙間を生じ易いので、長時間の安定性
に乏しく、連続測定には不向きである（第三の課題）。

【０００８】更に、固体電解質を利用した酸素活量測定
のためには、被測定溶融物質の温度を併せて測定する必
要があるため、従来においても、酸素活量測定装置と温
度測定装置を並設した構成が採用されているが、並設構
造のため全体としてコンパクト化を妨げるばかりか、温
度測定手段のための一対の熱電対素線と、前記電位差計
測手段のための一対の内外部電極リード線とを配線する
必要があり、配線が複雑であると共に、これが装置全体
の低コスト化を妨げるという問題がある（第四の課
題）。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決した溶融物質中の酸素活量連続測定装置を提供するも
のである。

【００１０】本発明によれば、前記外部電極を筒状体に
形成すると共に殻体の外周に外嵌せしめ、このように形
成した外部電極により、殻体の外周面を包囲する保護リ
ング部と、殻体の先端部を露出せしめる開口部を形成し
た点に特徴がある。これによれば、外部電極自体により
形成された保護リング部により固体電解質の外周面が包
囲され、固体電解質の外周部が、溶融物質による浸食や
熱衝撃から好適に保護されるので、長時間の使用に耐え
る連続測定装置が可能になり、前記第一の課題を解決で
きる。一方、固体電解質の先端部は、前記開口部を介し
て露出され被測定溶融物質に接するので、上述のような
電位差測定手段による電位差の計測を良好に行うことが
できる。

【００１１】また、本発明によれば、固体電解質から成
る殻体の外周に筒状体を成す外部電極を外嵌し、固体電
解質と外部電極との間の距離を固定した状態で密接に配
置しているので、電位差測定手段における起電力に変化
を生じることがない。特に、筒状体を成す外部電極の開
口縁により固体電解質の先端部を囲繞した構成とすれ
ば、装置を溶融硝子の酸素活量測定のために用いた場
合、電解質として働く溶融硝子が固体電解質と外部電極
との間で流動することを可及的防止し得、安定した電位
差の計測が可能であり、前記第二の課題を解決できる。

【００１２】また、本発明によれば、標準極を殻体の内
面に設けた空気により構成するので、従来の混合粉末の
ような収縮を生じることがなく、長時間の安定した連続
測定に適しており、前記第三の課題を解決できる。

【００１３】更に、本発明によれば、温度測定用熱電対
を殻体の先端部内面に設置することにより、酸素活量測
定素子ユニットと温度測定素子を組み込んだ一体型の装
置を提供することが可能になり、しかも、前記熱電対の
一方の素線を電位差測定手段のための内部電極リード線
として兼用する構成であるから、配線構造が簡単である
と共に、装置全体の低コスト化に寄与できるものであ
り、前記第四の課題を解決できる。

【００１４】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の１実施例を詳述
する。

【００１５】図１に示すように、本体金具１は、開閉自
在な蓋２を設けた端子箱３から金属保護管４を延設して
おり、前記保護管４にエアー供給口５を設ける一方、前
記端子箱３にリード線取出口兼用のエアー排出口６を設
けている。図示省略しているが、本体金具１には、ブロ
アー又はコンプレッサー等のエアー供給手段が接続さ
れ、前記エアー供給口５にエアーを供給すると共に、該
エアーを前記エアー排出口６から排出する。尚、エアー
の供給と排出は、前記と逆に構成しても良く、符号６で
示す部分をエアー供給口とし、符号５で示す部分をエア
ー排出口としても良い。尚、符号７は、保護管４に設け
られた摺動フランジを示す。

【００１６】図１及び図２に示すように、前記保護管４
には、アルミナ磁製管８が耐火セメント９を介して接続
固定され、該アルミナ磁製管８の先端には、酸素活量測
定素子ユニット１０が設けられている。このユニット１
０は、固体電解質から成る殻体１１と、該殻体１１の外
周面に密接に外嵌固定された筒状の外部電極１２とから
成る。殻体１１は、先端部を半球状に閉塞した有底円筒
状に形成されており、外部電極１２は、殻体１１と同心
状の円筒体を構成し、殻体１１の外周面を包囲する保護
リング部１２ａと、殻体１１の半球状先端部１３を露出
せしめる開口部１２ｂとを形成している。図示実施例に
おいて、外部電極１２の開口部１２ｂの開口縁と、殻体
１１の先端部１３の先端は、概ね一致するほぼ面一状に
配置されている。

【００１７】そこで、筒状の外部電極１２をアルミナ磁
製管８の先端部に挿入すると共に、耐火セメント１４に
より固着している。前述のように殻体１１は外部電極１
２に密嵌固定されているので、前記耐火セメント１４に
より、全体としての酸素活量測定素子ユニット１０がア
ルミナ磁製管８に固定される。

【００１８】前記殻体１１を構成する固体電解質として
は、種々のジルコニア固体電解質から選択することがで
きるが、本装置により溶融硝子中の酸素活量測定を目的
とする場合は、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 等の安定化ジ
ルコニアを用いることが好ましく、溶融硝子に対する耐
蝕性及び耐熱衝撃性を考慮するならば、ＭｇＯの安定化
ジルコニアを選択するのが良い。

【００１９】ところで、固体電解質から成る殻体１１の
内面には、所定の酸素活量を与える標準極１５が設けら
れる。この標準極１５は、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ又
はＭｏと、それぞれの酸化物との混合粉末により構成し
たり、或いは、空気又はＣＯガス等により構成すること
ができるが、上述のように長時間の安定性と、酸素活量
の安定化に鑑みるならば、空気により構成することが好
ましい。

【００２０】一方、前記外部電極１２は、ＭｏやＦｅ等
から構成することも可能であるが、本装置により溶融硝
子中の酸素活量測定を目的とする場合は、Ｐｔにより構
成している。

【００２１】前記殻体１１の先端部１３の内面には、温
度測定用熱電対１６が接触して設置されており、図例の
場合、マイナス極側の素線１６ａを白金、プラス極側の
素線１６ｂを白金ロジウム合金としたＲ熱電対が用いら
れている。これらの素線１６ａ、１６ｂは、端子箱３と
殻体１１との間において絶縁管１７に挿通されることに
より熱から保護され、両素線の延長端を端子箱３の端子
板に接続された後、図１に示すように、エアー排出口を
兼用したリード線取出口６から導出されたリード線を介
して温度測定手段１８に接続される。尚、白金から成る
前記マイナス極側の素線１６ａは、後述するように内部
電極リード線１９ａを兼用する。

【００２２】前記白金から成る外部電極１２には、白金
から成る外部電極リード線１９ｂが接続されており、該
接続部は、図２に示すように、前記耐火セメント１４に
より被覆されることが好ましい。この外部電極リード線
１９ｂは、外部電極１２と端子箱３との間において多数
の短い絶縁管２０に挿通されることにより熱から保護さ
れ、該リード線１９ｂの延長端を端子箱３の端子板に接
続された後、図１に示すように、リード線取出口６から
導出されたリード線を介して電位差測定手段２１に接続
される。即ち、電位差測定手段２１は、リード線を介し
て前記外部電極リード線１９ｂ及び内部電極リード線１
９ａに接続され、内部電極リード線１９ａは、前述のよ
うに熱電対１６のマイナス極側の素線１６ａにより兼用
されている。

【００２３】上記実施例の構成から成る酸素活量連続測
定装置により被測定溶融物質、例えば、溶融硝子中の酸
素活量を測定するに際しては、摺動フランジ７により吊
持した状態で、酸素活量測定素子ユニット１０を溶融硝
子に浸漬する。

【００２４】金属保護管４のエアー供給口５から供給さ
れ、端子箱３のエアー排出口６から排出されるエアー
は、アルミナ磁製管８を経由して殻体１１の内部に循環
され、これにより殻体１１の先端部１３の内面に安定し
た酸素活量を与える標準極１５を構成せしめる。同時
に、循環するエアーにより、殻体１１自体の冷却のみな
らず、金属保護管４及びアルミナ磁製管８の冷却が行わ
れ、同時に、熱電対の素線１６ａ、１６ｂを挿通した絶
縁管１７、並びに外部電極リード線１９ｂを挿通した絶
縁管２０の冷却を行う。

【００２５】そこで、溶融硝子中の酸素活量は、殻体１
１を構成する固体電解質により検出される電位差として
現れるので、前記標準極１５及び外部電極１２並びに電
位差計測手段２１により酸素濃淡電池が構成され、そこ
で計測された電位差により溶融硝子中の酸素活量が測定
される。

【００２６】また、溶融硝子の温度は、殻体１１の先端
部１３を介して熱電対１６により感知され、温度測定手
段１８により測定される。

【００２７】尚、上記実施例は、主として溶融硝子中の
酸素活量の連続測定を目的とした装置を説明したが、特
許請求の範囲内において、殻体１１及び外部電極１２
や、標準極１５の材質構成を適宜設計変更することによ
り、溶融金属等、その他の被測定溶融物質中の酸素活量
連続測定装置を提供できることは勿論であり、何れの場
合でも、外部電極１２の保護リング部１２ａが固体電解
質の外周面を包囲して保護することができる等、本発明
の目的を達することができる。

【００２８】

【発明の効果】請求項１に記載の本発明によれば、固体
電解質から成る殻体１１の外周に、筒状に形成した外部
電極１２を外嵌せしめ、この外部電極１２により、殻体
１１の外周面を包囲し保護する保護リング部１２ａと、
殻体１１の先端部１３を露出せしめる開口部１２ｂを形
成せしめたものであるから、外部電極１２自体により形
成された保護リング部１２ａにより固体電解質の外周面
が被測定溶融物質による浸食や熱衝撃から好適に保護さ
れるので、長時間の使用に耐える連続測定装置が可能に
なる。そして、固体電解質の先端部１３は、前記開口部
１２ｂを介して露出され被測定溶融物質に接するので、
電位差測定手段２１による所期の電位差の計測を良好に
行い、被測定溶融物質中の酸素活量を測定できる。

【００２９】しかも、固体電解質から成る殻体１１の外
周に筒状の外部電極１２を外嵌することにより、固体電
解質の先端部１３と外部電極１２との間の距離を固定し
た状態で密接に配置しているので、電位差測定手段２１
における起電力に変化を生じることがなく、安定した測
定を可能にする。この際、上記実施例のように、筒状と
した外部電極１２の開口部１２ｂを形成する開口縁によ
り、固体電解質の先端部１３を囲繞した構成としておけ
ば、溶融硝子のように被測定溶融物質自体が電解質とし
て働く物質である場合においても、そのような電解質と
して働く被測定溶融物質が固体電解質の先端部１３と外
部電極１２との間で流動することを可及的防止し得、安
定した電位差の計測を可能にすることができる。

【００３０】請求項２に記載の本発明によれば、前記効
果に加えて、標準極１５を殻体１１の内面に設けた空気
により構成しているので、従来の混合粉末のような焼結
による収縮を生じることがなく、長時間の安定した連続
測定に適する。

【００３１】しかも、熱電対１６を殻体１１の先端部１
３内面に設置しているので、酸素活量測定素子ユニット
１０に温度測定素子１６を組み込んだ一体型の装置とし
て、全体的にコンパクトな装置を提供できるばかりか、
熱電対１６の一方の素線１６ａを電位差測定手段２１の
ための内部電極リード線１９ａとして兼用する構成であ
るから、配線構造が簡単であると共に、装置全体の低コ
スト化に寄与できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す正面図である。

【図２】同実施例の要部拡大縦断面図である。

【符号の説明】

５ エアー供給口 ６ リード線取出兼用のエアー排出口 １０ 酸素活量測定素子ユニット １１ 固体電解質の殻体 １２ 外部電極 １２ａ 保護リング部 １２ｂ 開口部 １３ 殻体の先端部 １５ 標準極 １６ 熱電対 １６ａ マイナス極側の素線 １６ｂ プラス極側の素線 １８ 温度測定手段 １９ａ 熱電対素線兼用の内部電極リード線 １９ｂ 外部電極リード線 ２１ 電位差測定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 敬一 大阪市西区西本町１丁目７番10号川惣電機 工業株式会社内 (72)発明者 井川 久雄 大阪市西区西本町１丁目７番10号川惣電機 工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定溶融物質に浸漬される固体電解質
   から成る殻体と、該殻体の内面に設けられ所定の酸素活
   量を与える標準極と、被測定溶融物質に浸漬される外部
   電極と、前記標準極と外部電極との間における電位差を
   計測するための電位差測定手段とを備えた溶融物質中の
   酸素活量測定装置において、 前記外部電極が、殻体の外周面を包囲する保護リング部
   と、殻体の先端部を露出せしめる開口部を形成して成る
   ことを特徴とする溶融物質中の酸素活量連続測定装置。
2. 【請求項２】 被測定溶融物質に浸漬される固体電解質
   から成る殻体と、該殻体の内面に設けられた空気から成
   る標準極と、前記殻体の外周面を包囲する先端開口の筒
   状体から成り且つ該殻体と共に被測定溶融物質に浸漬さ
   れる外部電極と、該外部電極に接続された外部電極リー
   ド線と、前記殻体の先端部内面に設置された温度測定用
   熱電対と、前記熱電対の両素線に接続された温度測定手
   段と、前記熱電対の一方の素線により兼用された内部電
   極リード線と前記外部電極リード線に接続され、前記標
   準極と外部電極との間における電位差を計測するための
   電位差測定手段とから構成して成ることを特徴とする溶
   融物質中の酸素活量連続測定装置。