JPH0829380A - Sensor for measuring quantity of hydrogen dissolved in molten metal - Google Patents

Sensor for measuring quantity of hydrogen dissolved in molten metal

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JPH0829380A
JPH0829380A JP6163911A JP16391194A JPH0829380A JP H0829380 A JPH0829380 A JP H0829380A JP 6163911 A JP6163911 A JP 6163911A JP 16391194 A JP16391194 A JP 16391194A JP H0829380 A JPH0829380 A JP H0829380A
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JP
Japan
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molten metal
sleeve
sensor
solid electrolyte
film
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Application number
JP6163911A
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Japanese (ja)
Inventor
Tamotsu Yajima
保 矢嶋
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TYK Corp
Original Assignee
TYK Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a sensor for measuring quantity of hydrogen dissolved in molten metal capable of preventing decreasing of the life of a sensor element and deterioration of measurement accuracy due to a floating material on the surface of the molten metal and of avoiding damage due to heat shock. CONSTITUTION:A solid electrolyte member 1 is formed to be a pipe of which one end is closed with a proton-conductive ceramics or a glass. Porous electrodes 2a, 2b are provided on the outer and inner surfaces of the solid electrolyte member 1 as a measuring electrode and a reference electrode, respectively. A sleeve 3 is fitted to the opening side of the solid electrolyte member 1. The sleeve 3 is filled with ceramic powder 12. A ceramic pipe 4 is fitted to the closed side of the solid electrolyte member 1. A ceramics coating film 14 and a metallic coating film 13 are applied on the outer surfaces of the pipe 4 and sleeve 3. The metallic coating film 13 covers a tip portion of the sleeve 3.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、プロトン導電性を有す
る固体電解質部材を使用して溶融金属中の水素濃度を測
定する溶融金属中の水素溶解量測定用センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensor for measuring the amount of hydrogen dissolved in molten metal, which uses a solid electrolyte member having proton conductivity to measure the hydrogen concentration in the molten metal.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、溶融金属中の水素濃度を測定する
方法としては、以下に示す方法がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, there have been the following methods for measuring the hydrogen concentration in molten metal.

【0003】イニシャルバブル法 先ず、溶融金属をサンプリングし、この溶融金属をヒー
ターを内蔵した測定室内に配置する。その後、前記測定
室内を減圧状態にして溶融金属の表面から最初に気泡が
発生したときの測定室内の温度及び圧力から水素量を算
出する。
Initial Bubble Method First, molten metal is sampled, and the molten metal is placed in a measuring chamber containing a heater. Then, the amount of hydrogen is calculated from the temperature and pressure inside the measurement chamber when the bubbles are first generated from the surface of the molten metal by reducing the pressure inside the measurement chamber.

【0004】減圧凝固法 サンプリングした溶融金属を減圧下で凝固させ、凝固後
の試料内の気泡の状態観察、標準試料の比重との比較及
び試料断面の気泡の状態から水素ガス量を求める。
Decompression solidification method The sampled molten metal is solidified under reduced pressure, the state of bubbles in the sample after solidification is observed, comparison with the specific gravity of the standard sample, and the amount of hydrogen gas is determined from the state of bubbles in the cross section of the sample.

【0005】分圧平衡法 少量の不活性ガスを溶湯に注入しこれを循環させて、水
素ガスが不活性ガス中に拡散し平衡状態になったところ
で前記不活性ガスを回収し、熱伝導度式検出器、ガスク
ロマトグラフ又は質量分析器等で不活性ガス中の水素濃
度を分析し、その分析結果及び溶融金属の温度から溶融
金属中の水素濃度を求める。
Partial pressure equilibrium method A small amount of an inert gas is injected into a molten metal and circulated, and when the hydrogen gas diffuses into the inert gas and reaches an equilibrium state, the inert gas is recovered to obtain a thermal conductivity. The hydrogen concentration in the inert gas is analyzed by a gas detector, gas chromatograph, mass spectrometer or the like, and the hydrogen concentration in the molten metal is determined from the analysis result and the temperature of the molten metal.

【0006】真空抽出法 溶融金属をサンプリングし、急冷して凝固させた試料を
真空中で加熱して、試料から放出される水素ガスの量を
熱伝導度式検出器、ガスクロマトグラフ、質量分析器又
は赤外線分析器等を用いて定量する。
Vacuum Extraction Method A sample obtained by sampling molten metal, quenching and solidifying is heated in a vacuum, and the amount of hydrogen gas released from the sample is measured by a thermal conductivity type detector, gas chromatograph, mass spectrometer. Alternatively, quantify using an infrared analyzer or the like.

【0007】しかし、これらの従来の溶融金属中の水素
濃度測定方法においては、測定に長時間を要するという
欠点、測定精度が悪いという欠点又は高価な測定装置が
必要であるという欠点等があり、いずれも実際の鋳造現
場での水素溶解量の測定には適していない。
However, these conventional methods for measuring the hydrogen concentration in molten metal have the drawbacks that it takes a long time for measurement, that the measurement accuracy is poor, and that expensive measuring devices are required. Neither is suitable for measuring the amount of dissolved hydrogen in actual casting sites.

【0008】これらの問題点を解決すべく開発された測
定方法に、プロトン導電性固体電解質を用いたガス濃淡
電池式の水素センサがある。この種のセンサは、プロト
ン導電性を有する固体電解質からなる部材の一方の面側
に多孔性導電体からなる基準極及びこの基準極に接触し
濃淡電池の起電力の基準となる基準物質を配設し、他方
の面(測定極)を溶融金属に接触させて、基準極側の水
素分圧と溶融金属中の水素濃度との間の水素活量の差に
よって生じる起電力から溶融金属中の水素濃度を検出す
るものである。このセンサは、溶融金属中の水素濃度を
直接測定することが可能であり、応答速度が速く、高い
精度を得ることができるという利点を有している。
As a measuring method developed to solve these problems, there is a gas concentration battery type hydrogen sensor using a proton conductive solid electrolyte. In this type of sensor, a reference electrode made of a porous conductor and a reference substance serving as a reference for the electromotive force of the concentration battery are arranged on one side of a member made of a solid electrolyte having proton conductivity and in contact with the reference electrode. The other surface (measurement electrode) is brought into contact with the molten metal, and the electromotive force generated by the difference in hydrogen activity between the hydrogen partial pressure on the reference electrode side and the hydrogen concentration in the molten metal causes It detects the hydrogen concentration. This sensor has an advantage that it can directly measure the hydrogen concentration in the molten metal, has a high response speed, and can obtain high accuracy.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のプロトン導電性固体電解質を用いたセンサは、
溶融金属との接触により測定極の表面が酸化してしまう
ため、長時間の測定が困難であるという難点がある。ま
た、従来のセンサは、センサを溶融金属中に浸漬すると
きに、溶融金属の表面に浮遊している酸化物、非酸化
物、溶湯処理用のフラックス及びスラグ等の浮遊物がセ
ンサ先端部にて測定極に付着して、測定極の表面が腐食
されたり、又は測定極と溶融金属との間に絶縁膜が形成
されて測定が不可能になることがある。更に、センサと
溶融金属との間の水素の移動が、センサ先端部に付着し
た前記酸化物又は非酸化物からなる拡散律速膜により阻
害されて、センサの応答特性が劣化するという問題点が
ある。
However, the sensor using the conventional proton conductive solid electrolyte described above is
Since the surface of the measuring electrode is oxidized by the contact with the molten metal, it is difficult to measure for a long time. Further, in the conventional sensor, when the sensor is immersed in the molten metal, floating substances such as oxides, non-oxides, flux for molten metal treatment and slag floating on the surface of the molten metal are deposited on the tip of the sensor. May adhere to the measurement electrode and corrode the surface of the measurement electrode, or an insulating film may be formed between the measurement electrode and the molten metal to make measurement impossible. Furthermore, there is a problem in that the transfer of hydrogen between the sensor and the molten metal is hindered by the diffusion-controlling film made of the oxide or non-oxide attached to the tip of the sensor, and the response characteristic of the sensor deteriorates. .

【0010】固体電解質部材に耐熱性セラミックスのス
リーブを取り付け、溶融金属と測定極との間にこのスリ
ーブ内の空間に存在するガス(気相)を介在させて、溶
融金属と測定極とが直接接触しないようにすることも考
えられるが、この場合も、センサを溶融金属に浸漬する
際にスリーブ先端部に付着した酸化物又は非酸化物の膜
が拡散律速膜となって溶融金属とセンサとの間の水素の
移動が阻害されて、センサの応答特性が劣化するという
問題点がある。また、この場合は、前記セラミックスの
スリーブの溶融金属に対する濡れ性が悪いため、スリー
ブと溶融金属との界面を外気からの空気が拡散し、スリ
ーブ内に入り込んでスリーブ内の水素と反応して、水素
濃度の測定値が実際の水素濃度よりも低くなるという問
題点もある。更に、溶融金属に直接接触する部分にセラ
ミックス製の部材が使用されていると、ヒートショック
により、セラミックス部材が破損するという虞もある。
A heat-resistant ceramic sleeve is attached to the solid electrolyte member, and the gas (gas phase) present in the space inside the sleeve is interposed between the molten metal and the measuring electrode so that the molten metal and the measuring electrode are directly connected to each other. It is possible to prevent them from coming into contact with each other, but in this case as well, when the sensor is immersed in the molten metal, the oxide or non-oxide film attached to the sleeve tip becomes the diffusion-controlling film and becomes the molten metal and the sensor. There is a problem that the transfer characteristics of the hydrogen are hindered and the response characteristics of the sensor deteriorate. Further, in this case, since the wettability of the ceramic sleeve to the molten metal is poor, air from the outside air diffuses at the interface between the sleeve and the molten metal, enters the sleeve, and reacts with hydrogen in the sleeve, There is also a problem that the measured value of the hydrogen concentration becomes lower than the actual hydrogen concentration. Furthermore, if a ceramic member is used in a portion that comes into direct contact with the molten metal, the ceramic member may be damaged by heat shock.

【0011】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、溶融金属の表面の浮遊物に起因する測定極
の腐食、絶縁膜の形成及び応答特性の劣化を回避でき、
またセンサと溶融金属との界面の空気の拡散による測定
精度の低下を回避できると共に、ヒートショックによる
センサの破損を防止することができる溶融金属中の水素
溶解量測定用センサを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to avoid corrosion of a measuring electrode, formation of an insulating film, and deterioration of response characteristics due to suspended matter on the surface of molten metal.
Another object of the present invention is to provide a sensor for measuring the amount of hydrogen dissolved in a molten metal, which can prevent a decrease in measurement accuracy due to diffusion of air at the interface between the sensor and the molten metal and can prevent damage to the sensor due to heat shock. And

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明に係る溶融金属中
の水素溶解量測定用センサは、プロトン導電性を有する
固体電解質材料により形成された固体電解質部材と、こ
の固体電解質部材に設けられた基準極及び測定極と、前
記基準極に対して濃淡電池の起電力の基準を与える基準
物質と、前記固体電解質部材に固定され前記測定極に接
続した空間を形成するスリーブと、前記空間内に充填さ
れたセラミックスの粉末又はファイバーと、前記スリー
ブの外面に被着されたセラミックス膜と、前記スリーブ
の先端部を閉塞すると共にその一部が前記セラミックス
膜上に延出し前記セラミックス膜に被着された金属膜
と、を有し、前記金属膜は測定すべき溶融金属の温度で
溶解する材料で形成されていることを特徴とする。
A sensor for measuring the amount of dissolved hydrogen in molten metal according to the present invention is provided with a solid electrolyte member formed of a solid electrolyte material having proton conductivity and provided on the solid electrolyte member. A reference electrode and a measurement electrode, a reference substance that gives a reference of electromotive force of a concentration battery to the reference electrode, a sleeve fixed to the solid electrolyte member to form a space connected to the measurement electrode, and in the space. Ceramic powder or fibers filled, a ceramic film adhered to the outer surface of the sleeve, and a distal end portion of the sleeve is closed and a part of it extends onto the ceramic film and adheres to the ceramic film. And a metal film, the metal film being formed of a material that melts at the temperature of the molten metal to be measured.

【0013】[0013]

【作用】本発明においては、固体電解質部材にスリーブ
が固定されており、このスリーブ内の空間にはセラミッ
クスの粉末又はファイバーが充填されている。このスリ
ーブ内に充填されたセラミックスの粉末又はファイバー
によりスリーブ内に溶融金属が侵入することを防止し、
スリーブ内のセラミックスの粉末又はファイバーの間に
存在するガス(気相)を測定極と溶融金属との間に介在
させて、固体電解質部材と溶融金属とが直接接触するこ
とを防止する。これにより、溶融金属との接触による測
定極の酸化を防止できる。
In the present invention, the sleeve is fixed to the solid electrolyte member, and the space in the sleeve is filled with ceramic powder or fibers. The ceramic powder or fiber filled in this sleeve prevents molten metal from entering the sleeve,
The gas (gas phase) existing between the ceramic powder or fibers in the sleeve is interposed between the measuring electrode and the molten metal to prevent the solid electrolyte member from directly contacting the molten metal. This can prevent the measurement electrode from oxidizing due to contact with the molten metal.

【0014】また、本発明に係る水素溶解量測定用セン
サにおいては、スリーブの外面上にセラミックス膜が被
着されており、このセラミックス膜は金属膜に被着され
ている。また、前記スリーブの先端部はこの金属膜によ
り塞がれている。この金属膜は測定時の溶融金属の温度
で溶解するので、センサを溶融金属に浸漬する際に溶融
金属の表面の浮遊物はこの金属膜に付着するが、金属膜
が溶融金属に溶解する際に金属膜に付着した付着物はセ
ンサから離れ、金属膜が完全に溶融金属に溶解した後に
はセンサ先端部に前記付着物が存在しない。これによ
り、溶融金属とスリーブ内の気相との間に水素の移動を
阻害する酸化物又は非酸化物の膜が形成されることを防
止でき、センサの応答特性の劣化を回避できると共に、
センサ寿命が延びる。
In the sensor for measuring the amount of dissolved hydrogen according to the present invention, a ceramic film is adhered to the outer surface of the sleeve, and the ceramic film is adhered to the metal film. Further, the tip of the sleeve is closed by this metal film. Since this metal film melts at the temperature of the molten metal at the time of measurement, when the sensor is immersed in the molten metal, the suspended matter on the surface of the molten metal adheres to this metal film, but when the metal film dissolves in the molten metal. The deposit attached to the metal film separates from the sensor, and the deposit does not exist at the tip of the sensor after the metal film is completely dissolved in the molten metal. Thereby, it is possible to prevent the formation of an oxide or non-oxide film that inhibits the movement of hydrogen between the molten metal and the gas phase in the sleeve, and it is possible to avoid the deterioration of the response characteristics of the sensor,
The sensor life is extended.

【0015】更に、センサを溶融金属に浸漬すると、金
属膜が溶解するときに溶解潜熱をセンサ近傍の溶融金属
から奪うことにより、センサの急激な温度変化が緩和さ
れる。従って、ヒートショックによるセンサの破損を回
避することができる。
Further, when the sensor is immersed in the molten metal, the latent heat of melting is taken from the molten metal in the vicinity of the sensor when the metal film is melted, so that the rapid temperature change of the sensor is moderated. Therefore, damage to the sensor due to heat shock can be avoided.

【0016】更にまた、例えばセラミックス膜形成後の
センサを金属又は合金の溶湯中に浸漬して金属膜を形成
すると、金属膜とセラミックス膜との界面で両者が反応
して相互に強固に密着する。そして、金属膜が溶融金属
中で溶解した後、セラミックス膜表面が溶融金属で濡れ
るときの濡れ性が向上し、溶融金属がセラミックス膜の
表面に均一に付着する。その結果、セラミックス膜表面
と溶融金属との界面を外気からの空気が拡散してスリー
ブ内に入り込んでセンサの測定精度が低下することを防
止できる。
Furthermore, for example, if the sensor after the formation of the ceramic film is dipped in a molten metal or alloy to form the metal film, both react at the interface between the metal film and the ceramic film and firmly adhere to each other. . Then, after the metal film is dissolved in the molten metal, the wettability when the surface of the ceramic film is wet with the molten metal is improved, and the molten metal is uniformly attached to the surface of the ceramic film. As a result, it is possible to prevent air from the outside from diffusing at the interface between the surface of the ceramic film and the molten metal and entering the inside of the sleeve, thereby deteriorating the measurement accuracy of the sensor.

【0017】なお、金属膜は、測定対象の溶融金属の成
分等に応じて、アルミニウム、銅、亜鉛、マグネシウ
ム、シリコン、チタン、ジルコニウム、マンガン、鉄及
びリチウムからなる群から選択された金属又は合金によ
り形成されたものであることが好ましい。即ち、金属膜
は測定対象の溶融金属と同一又は略同一の組成を有し、
センサを溶融金属に浸漬したときに短時間で溶解すると
共に、溶融金属の組成に影響を与えない材料で形成され
ていることが好ましい。また、金属膜を構成する金属の
総量は溶融金属の組成に影響を与えない量であることが
好ましい。
The metal film is a metal or alloy selected from the group consisting of aluminum, copper, zinc, magnesium, silicon, titanium, zirconium, manganese, iron and lithium, depending on the components of the molten metal to be measured. It is preferably formed by That is, the metal film has the same or substantially the same composition as the molten metal to be measured,
It is preferable that the sensor is made of a material that dissolves in a short time when immersed in the molten metal and does not affect the composition of the molten metal. In addition, the total amount of metals forming the metal film is preferably an amount that does not affect the composition of the molten metal.

【0018】更に、セラミックス膜はアルミナ、マグネ
シア、水ガラス、ジルコニア、カルシアからなる群から
選択された少なくとも1種により形成されたものである
ことが好ましい。これらのセラミックスは、その表面に
形成される金属膜と反応して強固な密着層を形成するこ
とができて、溶融金属に対する濡れ性が著しく向上す
る。その結果、空気がセンサと溶融金属との界面を拡散
してスリーブ内に入ることを防止できる。
Further, the ceramic film is preferably formed of at least one selected from the group consisting of alumina, magnesia, water glass, zirconia and calcia. These ceramics can react with the metal film formed on the surface thereof to form a strong adhesion layer, and the wettability with respect to the molten metal is significantly improved. As a result, it is possible to prevent air from diffusing through the interface between the sensor and the molten metal and entering the sleeve.

【0019】[0019]

【実施例】次に、本発明の実施例について、添付の図面
を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施例に係
る溶融金属中の水素溶解量測定用センサを示す断面図で
ある。固体電解質部材1は、CaZr0.9In0.13-x
(但し、xは0〜0.05)、SrCe0.95Yb0.05
3-x 及びBaCe0.9Nd0.13-x 等のようにプロトン
導電性を有する組成のセラミックス又はガラスにより一
端が閉塞された管状に形成されており、固体電解質部材
1の内面及び外面には、夫々測定極及び基準極として、
例えば、Pt、Ni又は酸化物導電体等からなる多孔質
電極2a,2bが焼き付け形成されている。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a sensor for measuring the amount of dissolved hydrogen in molten metal according to the first embodiment of the present invention. The solid electrolyte member 1 is made of CaZr 0.9 In 0.1 O 3-x.
(However, x is 0 to 0.05 ), SrCe 0.95 Yb 0.05 O
3-x and BaCe 0.9 Nd 0.1 O 3-x and the like are formed in a tubular shape with one end closed by ceramics or glass having a composition having proton conductivity, and the inner and outer surfaces of the solid electrolyte member 1 are As the measuring electrode and the reference electrode,
For example, the porous electrodes 2a and 2b made of Pt, Ni or an oxide conductor are formed by baking.

【0020】この固体電解質部材1の閉塞端側の端部に
はセラミックス製パイプ4が嵌合しており、このパイプ
4と固体電解質部材1とは無機接着剤により接合されて
いる。また、固体電解質部材1とパイプ4との接合部分
は、ガラスシール材6により気密的に封止されている。
このガラスシール材6は、その熱膨張係数がセンサの使
用温度域である300乃至1000℃における固体電解
質部材1の熱膨張率に近く、更に流動点が前記センサの
使用温度以上である緻密質ガラスシール材であることが
好ましい。
A ceramic pipe 4 is fitted to the end of the solid electrolyte member 1 on the closed end side, and the pipe 4 and the solid electrolyte member 1 are joined by an inorganic adhesive. Further, the joint portion between the solid electrolyte member 1 and the pipe 4 is hermetically sealed by the glass sealing material 6.
The glass sealing material 6 has a coefficient of thermal expansion close to the coefficient of thermal expansion of the solid electrolyte member 1 in the temperature range of use of the sensor of 300 to 1000 ° C., and further has a pour point equal to or higher than the use temperature of the sensor. It is preferably a sealing material.

【0021】また、このガラスシール材6は、セラミッ
クスからなるコーティング材7によりコーティングされ
ている。このコーティング材7は、ガラスシール材6と
溶融金属との反応を防ぐためのものである。
The glass sealing material 6 is coated with a coating material 7 made of ceramics. The coating material 7 is for preventing the reaction between the glass sealing material 6 and the molten metal.

【0022】セラミックス製パイプ4の内側にはステン
レスからなる金属製パイプ9が挿入されており、この金
属製パイプ9の先端部分は多孔質電極2bに接合されて
いる。この金属製パイプ9を介して、固体電解質部材1
に、基準物質として、水素ガス分圧が一定に調整された
基準ガス8を供給する。また、この金属製パイプ9は、
多孔質電極2bのリードとしても作用する。
A metal pipe 9 made of stainless steel is inserted inside the ceramic pipe 4, and the tip of the metal pipe 9 is joined to the porous electrode 2b. Through the metal pipe 9, the solid electrolyte member 1
Then, as the reference substance, the reference gas 8 whose hydrogen gas partial pressure is adjusted to be constant is supplied. Also, this metal pipe 9
It also functions as a lead for the porous electrode 2b.

【0023】一方、固体電解質部材1の開放端側には導
電性スリーブ3が嵌合している。このスリーブ3は、セ
ンサ使用条件下でフラックス又は溶融金属との反応性が
低い材質により形成されている。例えば、この導電性ス
リーブ3は、黒鉛により形成されているか、又は黒鉛と
アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ジルコニウ
ム、金属ホウ化物、金属炭化物若しくはその他の金属酸
化物との混合物により形成されている。
On the other hand, a conductive sleeve 3 is fitted on the open end side of the solid electrolyte member 1. The sleeve 3 is formed of a material having a low reactivity with the flux or the molten metal under the sensor use condition. For example, the conductive sleeve 3 is formed of graphite or a mixture of graphite and alumina, silicon carbide, silicon nitride, zirconium oxide, metal boride, metal carbide or other metal oxide. .

【0024】このスリーブ3の内面の固体電解質部材1
の開放端部の近傍には、多孔質電極2aに電気的に接続
された引出電極2cが設けられており、この引出電極2
cを介して多孔質電極2aと導電性スリーブ3とは相互
に電気的に接続されている。また、固体電解質部材1の
内側には、アルミナ、ジルコニア、マグネシア又は炭化
ケイ素等のセラミックス粉末12が充填されている。
The solid electrolyte member 1 on the inner surface of the sleeve 3
An extraction electrode 2c electrically connected to the porous electrode 2a is provided near the open end of the extraction electrode 2
The porous electrode 2a and the conductive sleeve 3 are electrically connected to each other via c. The inside of the solid electrolyte member 1 is filled with a ceramic powder 12 such as alumina, zirconia, magnesia or silicon carbide.

【0025】スリーブ3及びパイプ4の外面には、アル
ミナ、シリカ、マグネシア、水ガラス、ジルコニア及び
カルシアのうちの少なくとも1種により形成されたセラ
ミックスコーティング膜14が設けられている。また、
センサ先端側のセラミックスコーティング膜14上には
金属コーティング膜13が形成されており、スリーブ3
の先端部はこの金属コーティング膜13により塞がれて
いる。この金属コーティング膜13は、例えば、アルミ
ニウム、銅、亜鉛、マグネシウム、シリコン、チタン、
ジルコニウム、マンガン、鉄及びリチウムからなる群か
ら選択された少なくとも1種の金属又は合金により形成
されている。なお、金属コーティング膜13の材質は、
測定対象となる溶融金属に応じて適宜設定される。即
ち、金属コーティング膜13は測定時の溶融金属の温度
で溶融金属に溶解可能であると共に、測定対象となる溶
融金属の組成に影響を与えないように、その組成及び厚
さ等が設定される。
On the outer surfaces of the sleeve 3 and the pipe 4, a ceramic coating film 14 formed of at least one of alumina, silica, magnesia, water glass, zirconia and calcia is provided. Also,
A metal coating film 13 is formed on the ceramic coating film 14 on the sensor tip side, and the sleeve 3
The tip of the is closed by the metal coating film 13. The metal coating film 13 is made of, for example, aluminum, copper, zinc, magnesium, silicon, titanium,
It is formed of at least one metal or alloy selected from the group consisting of zirconium, manganese, iron and lithium. The material of the metal coating film 13 is
It is appropriately set according to the molten metal to be measured. That is, the metal coating film 13 can be dissolved in the molten metal at the temperature of the molten metal at the time of measurement, and its composition and thickness are set so as not to affect the composition of the molten metal to be measured. .

【0026】なお、金属コーティング膜13はセラミッ
クスコーティング膜14と化学的に反応していて物理的
密着性が強く、金属コーティング膜13とセラミックス
コーティング膜14との界面をガスが拡散しないように
密着して形成されていればよく、金属コーティング膜1
3の形成方法は特に限定されるものではない。
The metal coating film 13 chemically reacts with the ceramic coating film 14 and has a strong physical adhesiveness, so that the metal coating film 13 is adhered to the interface between the metal coating film 13 and the ceramic coating film 14 so that gas does not diffuse. The metal coating film 1
The method of forming No. 3 is not particularly limited.

【0027】本実施例に係る水素溶解量測定用センサ
は、スリーブ3側を溶融金属に浸漬する。このとき、溶
融金属の表面には酸化物、非酸化物、溶融処理用フラッ
クス及びスラグ等が浮遊しており、これらの浮遊物が金
属コーティング膜13表面上に付着する。しかし、金属
コーティング膜13が溶融金属に溶解するのに伴って、
金属コーティング膜13の表面上に付着した付着物はセ
ンサから離脱する。従って、金属コーティング膜13が
完全に溶解すると、センサの先端部と溶融金属との間に
酸化物、非酸化物、溶融処理用フラックス及びスラグ等
が介在することを回避できる。また、スリーブ3内には
セラミックス粉末12が充填されているため、溶融金属
がスリーブ3内に侵入することを防止でき、スリーブ3
の内側がガス室となって、溶融金属と固体電解質部材1
とが直接接触することを防止できる。更に、測定極であ
る多孔質電極2aは、引出電極2c及び導電性スリーブ
3を介して溶融金属に電気的に接続される。
In the sensor for measuring the amount of dissolved hydrogen according to this embodiment, the sleeve 3 side is immersed in molten metal. At this time, oxides, non-oxides, flux for melt processing, slag, and the like float on the surface of the molten metal, and these floating substances adhere to the surface of the metal coating film 13. However, as the metal coating film 13 dissolves in the molten metal,
The deposits attached to the surface of the metal coating film 13 are separated from the sensor. Therefore, when the metal coating film 13 is completely dissolved, it is possible to avoid the inclusion of oxides, non-oxides, flux for melt processing, slag, etc. between the tip of the sensor and the molten metal. In addition, since the sleeve 3 is filled with the ceramic powder 12, it is possible to prevent molten metal from entering the sleeve 3,
The inside of the chamber becomes a gas chamber, and the molten metal and the solid electrolyte member 1
Direct contact with and can be prevented. Further, the porous electrode 2a, which is the measurement electrode, is electrically connected to the molten metal via the extraction electrode 2c and the conductive sleeve 3.

【0028】次に、金属製パイプ9を介して固体電解質
部材1の多孔質電極2b側に基準ガス8として所定濃度
の水素又は水蒸気を含有するガスを供給する。そうする
と、溶融金属と基準ガス8との水素活量の差により、固
体電解質部材1の両側の多孔質電極2a,2bの間に起
電力が発生する。この起電力を測定することにより、溶
融金属中の水素濃度を測定する。この測定原理は、プロ
トン導電性固体電解質物質を用いたガス濃淡電池の起電
力を測定することにより行うものである。
Next, a gas containing hydrogen or water vapor of a predetermined concentration is supplied as the reference gas 8 to the porous electrode 2b side of the solid electrolyte member 1 through the metal pipe 9. Then, due to the difference in hydrogen activity between the molten metal and the reference gas 8, an electromotive force is generated between the porous electrodes 2a and 2b on both sides of the solid electrolyte member 1. The hydrogen concentration in the molten metal is measured by measuring this electromotive force. This measurement principle is performed by measuring the electromotive force of a gas concentration battery using a proton conductive solid electrolyte substance.

【0029】プロトン導電性を示す固体電解質を用いる
ガス濃淡電池式の水素センサは高温で安定に作動し、下
記数式1で与えられる理論値に近い起電力を示す。
A gas concentration cell type hydrogen sensor using a solid electrolyte exhibiting proton conductivity operates stably at high temperatures and exhibits an electromotive force close to the theoretical value given by the following mathematical formula 1.

【0030】[0030]

【数1】 E=(RT/2F)ln[PH1(1)/PH2(2)] 但し、Eは起電力(V)、Rは気体定数、Fはファラデ
ー定数、Tは絶対温度、PH1(1)及びPH2(2)は夫
々測定極側及び基準極側の水素分圧である。
## EQU1 ## E = (RT / 2F) ln [P H1 (1) / P H2 (2)] where E is electromotive force (V), R is gas constant, F is Faraday constant, T is absolute temperature, P H1 (1) and P H2 (2) are hydrogen partial pressures on the measurement electrode side and the reference electrode side, respectively.

【0031】溶融金属中の水素濃度とその溶湯上の水素
分圧との間には平衡関係が成り立ち、下記数式2のシー
ベルトの(Sieverts)の規則に従う。
An equilibrium relationship is established between the hydrogen concentration in the molten metal and the hydrogen partial pressure on the molten metal, which follows the Sieverts rule of the following mathematical formula 2.

【0032】[0032]

【数2】S=K(PH21/2 但し、Sは水素の平衡溶解度、Kは定数、PH2は溶湯上
の水素分圧である。
## EQU2 ## S = K (P H2 ) 1/2 where S is the equilibrium solubility of hydrogen, K is a constant, and P H2 is the partial pressure of hydrogen on the melt.

【0033】この数式2からわかるように、溶湯に接し
た気相中の水素分圧を測定できれば、溶湯中に溶解して
いる水素濃度を求めることができる。
As can be seen from the equation (2), if the hydrogen partial pressure in the gas phase in contact with the molten metal can be measured, the concentration of hydrogen dissolved in the molten metal can be obtained.

【0034】一般的に溶融金属中の水素濃度は、その溶
湯と接した気相中の水素分圧と溶湯温度とに依存し、そ
の水素分圧及び溶湯温度の依存性はシーベルト則とヘン
リー(Henry )則に従う。このため、水素濃度Sは下記
数式3で表すことができる。
Generally, the hydrogen concentration in the molten metal depends on the hydrogen partial pressure and the melt temperature in the vapor phase in contact with the melt, and the hydrogen partial pressure and the melt temperature depend on the Sievert's law and Henry's law. Follow the (Henry) rule. For this reason, the hydrogen concentration S can be expressed by the following equation (3).

【0035】[0035]

【数3】 logS=A−(B/T)+(1/2)log(PH2) 但し、A及びBは金属の組成に依存した定数である。Equation 3] logS = A- (B / T) + (1/2) log (P H2) where, A and B are constants which depend on the composition of the metal.

【0036】そこで、図1に示すセンサのスリーブ3側
を溶融金属中に浸漬して、溶湯中の水素濃度を測定す
る。即ち、基準極と測定極との間に発生する起電力か
ら、前記数式1を用いて水素分圧PH2を求め、この水素
分圧を数式3に代入することにより、溶湯中の水素濃度
Sを求めることができる。
Therefore, the sleeve 3 side of the sensor shown in FIG. 1 is immersed in molten metal to measure the hydrogen concentration in the molten metal. That is, from the electromotive force generated between the reference electrode and the measurement electrode, the hydrogen partial pressure P H2 is obtained by using the above-mentioned formula 1, and this hydrogen partial pressure is substituted into the formula 3 to obtain the hydrogen concentration S in the molten metal. Can be asked.

【0037】例えば、溶融金属中にカーボンの棒を挿入
して、このカーボンの棒と金属製パイプ9との間の電位
差を測定し、その結果に基づいて溶融金属中の水素溶解
量を検出することができる。
For example, a carbon rod is inserted into the molten metal, the potential difference between the carbon rod and the metal pipe 9 is measured, and the amount of hydrogen dissolved in the molten metal is detected based on the result. be able to.

【0038】この場合に、本実施例においては、センサ
を溶融金属に浸漬する際にセンサ先端の金属コーティン
グ膜13に付着した浮遊物が、金属コーティング膜13
が溶融金属に溶解するのに伴ってセンサから離脱するの
で、金属コーティング膜13が完全に溶融金属に溶解し
たときにはセンサ先端部と溶融金属との間に酸化物、非
酸化物、フラックス又はスラグ等が介在せず、測定不能
及び応答特性の劣化等を回避できる。また、スリーブ3
内に充填されたセラミックス粉末12により、溶融金属
と測定極である多孔質電極2aとが直接接触することを
防止できるので、溶融金属との接触により多孔質電極2
aの表面に絶縁膜が形成されることを防止できる。更
に、金属コーティング膜13が溶解するときにセンサ近
傍の溶融金属から溶解潜熱を奪うため、センサ近傍の溶
融金属の温度が下がり、センサが受けるヒートショック
が緩和されてセンサが破損することを回避できる。従っ
て、本実施例に係る水素溶解量測定用センサは、センサ
寿命が長く、溶融金属中の水素溶解量を長期間に亘って
測定することができる。更にまた、金属コーティング膜
13がセラミックスコーティング膜14と界面で反応し
て両者が強固に密着していることにより、金属コーティ
ング膜13が溶解した後は、セラミックスコーティング
膜14の表面の溶融金属に対する濡れ性が向上し、セラ
ミックスコーティング膜14表面と溶融金属との界面を
空気が拡散することを回避でき、測定精度が向上する。
In this case, in this embodiment, when the sensor is immersed in the molten metal, the suspended matter attached to the metal coating film 13 at the tip of the sensor is the metal coating film 13.
When the metal coating film 13 is completely dissolved in the molten metal, oxides, non-oxides, fluxes, slags, etc. are formed between the sensor tip and the molten metal. It is possible to avoid measurement failure and deterioration of response characteristics without intervening. In addition, sleeve 3
Since the ceramic powder 12 filled inside can prevent the molten metal from directly contacting the porous electrode 2a which is the measurement electrode, the porous electrode 2 can be contacted with the molten metal.
It is possible to prevent the formation of an insulating film on the surface of a. Further, when the metal coating film 13 is melted, the latent heat of melting is taken from the molten metal in the vicinity of the sensor, so that the temperature of the molten metal in the vicinity of the sensor is lowered, and the heat shock received by the sensor is mitigated, which can prevent the sensor from being damaged. . Therefore, the sensor for measuring the amount of dissolved hydrogen according to the present embodiment has a long sensor life and can measure the amount of dissolved hydrogen in molten metal for a long period of time. Furthermore, since the metal coating film 13 reacts with the ceramic coating film 14 at the interface and firmly adheres to each other, after the metal coating film 13 is dissolved, the surface of the ceramic coating film 14 is wet with molten metal. Property is improved, air can be prevented from diffusing at the interface between the surface of the ceramic coating film 14 and the molten metal, and the measurement accuracy is improved.

【0039】図2は本発明の第2の実施例に係る溶融金
属中の水素溶解量測定用センサを示す断面図である。本
実施例が第1の実施例と異なる点は、基準物質として固
体基準物質18を使用した点にあり、その他の構成は基
本的には第1の実施例と同様であるので、図2において
図1と同一物には同一符号を付してその詳しい説明は省
略する。
FIG. 2 is a sectional view showing a sensor for measuring the amount of hydrogen dissolved in molten metal according to the second embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the first embodiment in that the solid reference material 18 is used as the reference material, and other configurations are basically the same as those in the first embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0040】本実施例においては、固体電解質部材1の
閉塞端側に嵌合するセラミックス製パイプ4の内側に、
固体基準物質18として、例えば、燐酸アルミニウムと
電子導電性酸化物との混合物又は金属と金属水素化物と
の混合物等が装入されている。これらの物質は、水素又
は水蒸気活量が常に一定に維持されるという性質を有し
ている。パイプ4の固体電解質部材1と反対側の端部に
は、アルミナセメント11及びセラミックス充填材15
が外側からこの順で充填されており、固体基準物質18
はこれらのアルミナセメント11及び充填材15により
密閉されている。なお、リード16は、基準極である多
孔質電極2bに電気的に接続され、固体基準物質18、
充填材15及びアルミナセメント11を挿通して外部に
導出されている。本実施例においても、第1の実施例と
同様の効果を得ることができる。
In this embodiment, inside the ceramic pipe 4 fitted to the closed end side of the solid electrolyte member 1,
As the solid reference material 18, for example, a mixture of aluminum phosphate and an electronically conductive oxide, a mixture of a metal and a metal hydride, or the like is charged. These substances have the property that the activity of hydrogen or steam is always kept constant. At the end of the pipe 4 opposite to the solid electrolyte member 1, the alumina cement 11 and the ceramic filler 15 are provided.
Are filled in this order from the outside, and the solid reference material 18
Is sealed with these alumina cement 11 and filler 15. The lead 16 is electrically connected to the porous electrode 2b, which is a reference electrode, and the solid reference material 18,
The filler 15 and the alumina cement 11 are inserted and led out to the outside. Also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

【0041】以下、本発明の第1の実施例に係る溶融金
属中の水素溶解量測定用センサを実際に製造し、その初
期応答特性を調べた結果について説明する。
The result of actually manufacturing the sensor for measuring the amount of dissolved hydrogen in molten metal according to the first embodiment of the present invention and examining its initial response characteristics will be described below.

【0042】先ず、ペロブスカイト型プロトン導電性酸
化物であるCaZr0.9In0.13- x (但し、xは0〜
0.05)により、一端が閉塞した管状の固体電解質部
材1を形成した。そして、この固体電解質部材1の内側
及び外側の面に、測定極及び基準極として、夫々Ptか
らなる多孔質電極2a,2bを900℃の温度で焼き付
けた。
First, CaZr 0.9 In 0.1 O 3 -x (where x is 0 to 0) which is a perovskite type proton conductive oxide.
0.05), a tubular solid electrolyte member 1 having one end closed was formed. Then, on the inner and outer surfaces of the solid electrolyte member 1, porous electrodes 2a and 2b made of Pt were baked at a temperature of 900 ° C. as a measurement electrode and a reference electrode, respectively.

【0043】次に、この固体電解質部材1の閉塞端側に
アルミナ製のパイプ4(外径が6.5mm、内径が4.
5mm、長さが500mm)をアルミナ質のセラミック
ス接着剤を用いて固定し、その接着部分をガラスシール
材6で気密的にシールした。更に、このガラスシール材
6をアルミナ質のセラミックスコーティング材7により
被覆した。また、固体電解質部材1の開放端側にカーボ
ン製の導電性スリーブ3を嵌合して固定した。そして、
このスリーブ3の内側の面に、多孔質電極2aに電気的
に接触する引出電極2cを形成した。
Next, on the closed end side of the solid electrolyte member 1, a pipe 4 made of alumina (outer diameter 6.5 mm, inner diameter 4.
5 mm and a length of 500 mm) were fixed using an alumina-based ceramic adhesive, and the bonded portion was hermetically sealed with a glass sealing material 6. Further, the glass sealing material 6 was covered with an alumina ceramic coating material 7. Further, a conductive sleeve 3 made of carbon was fitted and fixed to the open end side of the solid electrolyte member 1. And
An extraction electrode 2c is formed on the inner surface of the sleeve 3 so as to be in electrical contact with the porous electrode 2a.

【0044】その後、固体電解質部材1の内側に、溶融
金属の侵入を防ぐためのセラミックス粉末12として、
アルミナ粉末を充填した。そして、スリーブ3上及びパ
イプ4のセンサ先端部側の表面上にセラミックスコーテ
ィング膜14を形成した。次に、センサ先端部から約1
5cmまでの範囲を溶融アルミニウム中に浸漬させ、ア
ルミニウムとセラミックスコーティング膜14とを約3
0分間反応させた後、溶融金属から取り出し、スリーブ
3の先端部のセラミックス粉末12及びセラミックスコ
ーティング膜14を覆う金属コーティング膜13を形成
した。
Then, as the ceramic powder 12 for preventing the invasion of the molten metal inside the solid electrolyte member 1,
Filled with alumina powder. Then, the ceramic coating film 14 was formed on the sleeve 3 and the surface of the pipe 4 on the sensor tip side. Next, about 1 from the sensor tip
A range of up to 5 cm is immersed in molten aluminum, and the aluminum and the ceramic coating film 14 are about 3
After reacting for 0 minutes, it was taken out from the molten metal and a metal coating film 13 was formed to cover the ceramic powder 12 and the ceramic coating film 14 at the tip of the sleeve 3.

【0045】次いで、アルミナ製のパイプ4の内側にス
テンレス製のパイプ9を挿入し、このパイプ9の先端部
を多孔質電極2bに電気的に接触させて固定した。
Then, a stainless steel pipe 9 was inserted inside the alumina pipe 4, and the tip of this pipe 9 was electrically contacted with and fixed to the porous electrode 2b.

【0046】このようにして製造したセンサを、黒鉛る
つぼ内で溶解した温度が700℃のアルミニウム合金中
に挿入し、センサの起電力応答を測定した。測定時に
は、ステンレス製のパイプ9を介して基準極側に1体積
%の水素を含んだアルゴンガスを導入した。また、溶融
金属中の水素濃度は、黒鉛るつぼ内で溶解したアルミニ
ウム合金上の気相の水素ガス濃度を変化させることによ
り調整した。更に、溶融金属中にカーボン製の棒を挿入
し、このカーボン棒とステンレス製のパイプ9との間の
電位差を測定することにより、固体電解質部材1の基準
極と測定極との間の起電力測定を行った。なお、溶融金
属中の温度は、クロメル−アルメル熱電対(K熱電対)
にて測定した。
The sensor thus manufactured was inserted into an aluminum alloy having a temperature of 700 ° C. melted in a graphite crucible, and the electromotive force response of the sensor was measured. At the time of measurement, an argon gas containing 1% by volume of hydrogen was introduced to the reference electrode side through a stainless pipe 9. The hydrogen concentration in the molten metal was adjusted by changing the hydrogen gas concentration in the vapor phase on the aluminum alloy melted in the graphite crucible. Further, by inserting a carbon rod into the molten metal and measuring the potential difference between the carbon rod and the stainless pipe 9, the electromotive force between the reference electrode and the measurement electrode of the solid electrolyte member 1 is measured. The measurement was performed. The temperature in the molten metal is chromel-alumel thermocouple (K thermocouple).
It was measured at.

【0047】その結果、本発明に係るセンサは、溶融金
属にセンサを挿入し測定を開始したときの初期特性の急
激な劣化を回避でき、センサの応答特性も良好であっ
た。また、セラミックスコーティング膜表面と溶融金属
との界面を空気が拡散することを回避でき、測定精度が
向上した。更に、溶湯表面にフラックス成分が浮遊して
いる場合にも、測定極が短時間で劣化することがなく、
センサ寿命が著しく延びた。更にまた、金属コーティン
グ膜が溶解するときに溶解潜熱をセンサ近傍の溶融金属
から奪うため、ヒートショックによるセンサの破損を防
止することができた。
As a result, the sensor according to the present invention was able to avoid a sudden deterioration of the initial characteristics when the sensor was inserted into the molten metal and measurement was started, and the response characteristics of the sensor were good. Further, it is possible to avoid the diffusion of air at the interface between the surface of the ceramic coating film and the molten metal, and the measurement accuracy is improved. Furthermore, even when the flux component floats on the surface of the molten metal, the measuring electrode does not deteriorate in a short time,
The sensor life has been significantly extended. Furthermore, when the metal coating film is melted, the latent heat of melting is taken from the molten metal in the vicinity of the sensor, so that damage to the sensor due to heat shock could be prevented.

【0048】なお、上述の実施例においては、いずれも
固体電解質部材に予めセラミックス製パイプが取り付け
られている場合について説明したが、使用時に固体電解
質部材にセラミックス製パイプを無機接着剤により固定
してもよい。この場合は、固体電解質部材とセラミック
ス製パイプとの接合部を封止するシール材として、その
軟化点がセンサの使用温度以下であり、流動点がセンサ
の使用温度以上の緻密質ガラスシール材を使用すること
が好ましい。
In each of the above-described embodiments, the case where the ceramic pipe is previously attached to the solid electrolyte member has been described, but the ceramic pipe is fixed to the solid electrolyte member by an inorganic adhesive at the time of use. Good. In this case, as a sealing material that seals the joint portion between the solid electrolyte member and the ceramic pipe, a dense glass sealing material having a softening point below the operating temperature of the sensor and a pour point above the operating temperature of the sensor is used. Preference is given to using.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る溶融金
属中の水素溶解量測定用センサは、セラミックス膜の表
面に金属膜が被着されていると共に、スリーブ先端部が
この金属膜により塞がれており、溶融金属中に挿入する
と前記金属膜が溶融金属に溶解するので、溶融金属の表
面に浮遊している酸化物、非酸化物、フラックス及びス
ラグ等によるセンサの初期特性の著しい劣化を回避でき
てセンサ寿命が著しく延びると共に、応答特性の劣化を
回避できる。
As described above, in the sensor for measuring the amount of dissolved hydrogen in molten metal according to the present invention, the metal film is adhered to the surface of the ceramic film and the tip of the sleeve is covered with this metal film. Since the metal film dissolves in the molten metal when inserted into the molten metal, the initial characteristics of the sensor are significantly deteriorated by oxides, non-oxides, flux, slag, etc. floating on the surface of the molten metal. Can be avoided, the life of the sensor can be remarkably extended, and deterioration of response characteristics can be avoided.

【0050】また、本発明に係る溶融金属中の水素溶解
量測定用センサにおいては、金属膜が溶解するときに溶
解潜熱をセンサ近傍の溶融金属から奪うことにより、セ
ンサにかかるヒートショックが緩和される。従って、ヒ
ートショックによるセンサの破損を防止することができ
る。
Further, in the sensor for measuring the amount of dissolved hydrogen in molten metal according to the present invention, when the metal film is melted, the latent heat of melting is removed from the molten metal in the vicinity of the sensor, so that the heat shock applied to the sensor is alleviated. It Therefore, damage to the sensor due to heat shock can be prevented.

【0051】更に、本発明に係る溶融金属中の水素溶解
量測定用センサにおいては、セラミックス膜と溶融金属
との界面を外気の空気が拡散することを回避できるた
め、測定精度が向上するという効果もある。
Further, in the sensor for measuring the amount of dissolved hydrogen in molten metal according to the present invention, it is possible to prevent the outside air from diffusing at the interface between the ceramic film and the molten metal, so that the measurement accuracy is improved. There is also.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例に係る溶融金属中の水素
溶解量測定用センサを示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a sensor for measuring an amount of dissolved hydrogen in molten metal according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例に係る溶融金属中の水素
溶解量測定用センサを示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a sensor for measuring an amount of dissolved hydrogen in molten metal according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1;固体電解質部材 2a,2b;多孔質電極 2c;引出電極 3;導電性スリーブ 4;セラミックス製パイプ 6;ガラスシール材 7;コーティング材 8;基準ガス 9;金属製パイプ 11;アルミナセメント 12;セラミックス粉末 13;金属コーティング膜 14;セラミックスコーティング膜 15;セラミックス充填材 16;リード 18;固体基準物質 1; solid electrolyte member 2a, 2b; porous electrode 2c; extraction electrode 3; conductive sleeve 4; ceramic pipe 6; glass sealing material 7; coating material 8; reference gas 9; metal pipe 11; alumina cement 12; Ceramic powder 13; Metal coating film 14; Ceramic coating film 15; Ceramic filler 16; Lead 18; Solid reference material

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プロトン導電性を有する固体電解質材料
により形成された固体電解質部材と、この固体電解質部
材に設けられた基準極及び測定極と、前記基準極に対し
て濃淡電池の起電力の基準を与える基準物質と、前記固
体電解質部材に固定され前記測定極に接続した空間を形
成するスリーブと、前記空間内に充填されたセラミック
スの粉末又はファイバーと、前記スリーブの外面に被着
されたセラミックス膜と、前記スリーブの先端部を閉塞
すると共にその一部が前記セラミックス膜上に延出し前
記セラミックス膜に被着された金属膜と、を有し、前記
金属膜は測定すべき溶融金属の温度で溶解する材料で形
成されていることを特徴とする溶融金属中の水素溶解量
測定用センサ。
1. A solid electrolyte member formed of a solid electrolyte material having proton conductivity, a reference electrode and a measurement electrode provided on the solid electrolyte member, and a reference of an electromotive force of a concentration battery with respect to the reference electrode. , A sleeve forming a space fixed to the solid electrolyte member and connected to the measuring electrode, a ceramic powder or fiber filled in the space, and a ceramic adhered to the outer surface of the sleeve. A film, and a metal film that covers the ceramic film and covers the tip of the sleeve, and a part of the film extends onto the ceramic film, and the metal film is a temperature of the molten metal to be measured. A sensor for measuring the amount of hydrogen dissolved in a molten metal, which is formed of a material that dissolves in.
【請求項2】 プロトン導電性を有する固体電解質材料
により一端が閉塞された管状に形成された固体電解質部
材と、この固体電解質部材の外面上に設けられた基準極
と、この基準極に対して濃淡電池の起電力の基準を与え
る基準物質と、前記固体電解質部材の内面上に設けられ
た測定極と、前記固体電解質部材の開放端側を嵌合する
スリーブと、このスリーブ内に充填されたセラミックス
の粉末又はファイバーと、前記スリーブの外面に被着さ
れたセラミックス膜と、前記スリーブの先端部を閉塞す
ると共にその一部が前記セラミックス膜上に延出し前記
セラミックス膜に被着された金属膜と、を有し、前記金
属膜は測定すべき溶融金属の温度で溶解する材料で形成
されていることを特徴とする溶融金属中の水素溶解量測
定用センサ。
2. A solid electrolyte member formed in a tubular shape, one end of which is closed by a solid electrolyte material having proton conductivity, a reference electrode provided on an outer surface of the solid electrolyte member, and a reference electrode with respect to the reference electrode. A reference substance which gives a reference for electromotive force of the concentration cell, a measuring electrode provided on the inner surface of the solid electrolyte member, a sleeve for fitting the open end side of the solid electrolyte member, and a sleeve filled with the sleeve. Ceramic powder or fibers, a ceramic film adhered to the outer surface of the sleeve, and a metal film that covers the tip of the sleeve and extends a part of the sleeve onto the ceramic film and adheres to the ceramic film. And the metal film is formed of a material that melts at the temperature of the molten metal to be measured, the sensor for measuring the amount of dissolved hydrogen in the molten metal.
【請求項3】 前記金属膜は、アルミニウム、銅、亜
鉛、マグネシウム、シリコン、チタン、ジルコニウム、
マンガン、鉄及びリチウムからなる群から選択された少
なくとも1種の金属又は合金により形成されていること
を特徴とする請求項1又は2に記載の溶融金属中の水素
溶解量測定用センサ。
3. The metal film comprises aluminum, copper, zinc, magnesium, silicon, titanium, zirconium,
The sensor for measuring the amount of hydrogen dissolved in molten metal according to claim 1 or 2, which is formed of at least one metal or alloy selected from the group consisting of manganese, iron and lithium.
【請求項4】 前記金属膜は前記セラミックス膜との界
面で反応して相互に密着していることを特徴とする請求
項1乃至3のいずれか1項に記載の溶融金属中の水素溶
解量測定用センサ。
4. The amount of hydrogen dissolved in the molten metal according to claim 1, wherein the metal film reacts with an interface with the ceramic film and adheres to each other. Measuring sensor.
【請求項5】 前記セラミックス膜は、アルミナ、シリ
カ、マグネシア、水ガラス、ジルコニア及びカルシアか
らなる群から選択された少なくとも1種により形成され
たものであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれ
か1項に記載の溶融金属中の水素溶解量測定用センサ。
5. The ceramic film is formed by at least one selected from the group consisting of alumina, silica, magnesia, water glass, zirconia and calcia. The sensor for measuring the amount of dissolved hydrogen in the molten metal according to any one of items.
JP6163911A 1994-07-15 1994-07-15 Sensor for measuring quantity of hydrogen dissolved in molten metal Pending JPH0829380A (en)

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