JPH10260151A - 溶融アルミニウム用水素センサプローブ - Google Patents
溶融アルミニウム用水素センサプローブInfo
- Publication number
- JPH10260151A JPH10260151A JP9086143A JP8614397A JPH10260151A JP H10260151 A JPH10260151 A JP H10260151A JP 9086143 A JP9086143 A JP 9086143A JP 8614397 A JP8614397 A JP 8614397A JP H10260151 A JPH10260151 A JP H10260151A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- molten aluminum
- sensor element
- ceramic pipe
- sensor probe
- silicon nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 センサプローブの外周にフラックスが付着し
ても溶融アルミニウムとの接触が得られるようにするに
は、酸化膜よりも表面積が大きく、かつＳｉＯ2成分を
多く含む被膜が必要である。 【解決手段】 一端閉塞型の素子と、該素子の内面に形
成された多孔質電極からなる測定極３と、基準極２と測
定極３とを隔離するシール材５と、前記素子内に充填さ
れ溶融金属の浸入を阻止するセラミックファイバー１１
と前記基準極２とリード線９とを接触させるカーボンフ
ァイバーと前記素子をその開放端側を外方にして支持す
る窒化珪素質の支持体の外周面に珪酸ソーダ成分を２０
ｖｏｌ％以上含む液体を塗布材として塗布、焼成するこ
とによって得られる被膜を有することを特徴とする溶融
アルミニウム用水素センサプローブを提供するにある。 【効果】 本発明によれば、溶湯処理用のフラックスを
添加した溶融アルミニウム中の水素ガス濃度を複数回に
わたり、安定して測定することが出来た。
ても溶融アルミニウムとの接触が得られるようにするに
は、酸化膜よりも表面積が大きく、かつＳｉＯ2成分を
多く含む被膜が必要である。 【解決手段】 一端閉塞型の素子と、該素子の内面に形
成された多孔質電極からなる測定極３と、基準極２と測
定極３とを隔離するシール材５と、前記素子内に充填さ
れ溶融金属の浸入を阻止するセラミックファイバー１１
と前記基準極２とリード線９とを接触させるカーボンフ
ァイバーと前記素子をその開放端側を外方にして支持す
る窒化珪素質の支持体の外周面に珪酸ソーダ成分を２０
ｖｏｌ％以上含む液体を塗布材として塗布、焼成するこ
とによって得られる被膜を有することを特徴とする溶融
アルミニウム用水素センサプローブを提供するにある。 【効果】 本発明によれば、溶湯処理用のフラックスを
添加した溶融アルミニウム中の水素ガス濃度を複数回に
わたり、安定して測定することが出来た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は溶融アルミニウム中
の水素濃度を測定するための水素溶解量測定用センサプ
ローブに関するものである。
の水素濃度を測定するための水素溶解量測定用センサプ
ローブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】特許番号２０７９５１９号に示すよう
に、溶融アルミニウム中の水素溶解量を測定する為に、
ペロブスカイト型プロトン導電性固体電解質からなる一
端閉塞型の素子を用いたセンサプローブが使用されてい
る。このセンサプローブは前記素子の内外面に形成され
た多孔質電極に生じる起電力を測定するものである。短
時間でかつ安定した測定値を得るためには前記素子の支
持体の表面と溶融アルミニウムが密着し、外気の浸入な
どの影響を受けない環境が不可欠である。このため密着
性を高めるために支持体である窒化珪素質セラミックス
管の外周面に酸化膜形成処理を施している。この酸化膜
形成処理は短時間での前記セラミック管と溶融アルミニ
ウムとの密着を可能にしたが、溶融アルミニウムの溶湯
処理に用いられるフラックスが前記セラミックス管の外
周面に付着することによって、密着性は低くなり、測定
不良の原因となっている。
に、溶融アルミニウム中の水素溶解量を測定する為に、
ペロブスカイト型プロトン導電性固体電解質からなる一
端閉塞型の素子を用いたセンサプローブが使用されてい
る。このセンサプローブは前記素子の内外面に形成され
た多孔質電極に生じる起電力を測定するものである。短
時間でかつ安定した測定値を得るためには前記素子の支
持体の表面と溶融アルミニウムが密着し、外気の浸入な
どの影響を受けない環境が不可欠である。このため密着
性を高めるために支持体である窒化珪素質セラミックス
管の外周面に酸化膜形成処理を施している。この酸化膜
形成処理は短時間での前記セラミック管と溶融アルミニ
ウムとの密着を可能にしたが、溶融アルミニウムの溶湯
処理に用いられるフラックスが前記セラミックス管の外
周面に付着することによって、密着性は低くなり、測定
不良の原因となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記センサプローブは
酸化膜形成処理によってＳｉＯ2の膜が前記センサプロ
ーブの外周面に１０〜５０μｍの層厚で硝子光沢を呈し
ている。しかし、この酸化膜は窒化珪素質セラミック管
の外周全面を覆っているが、表面積は前記セラミック管
の外周面積とほぼ同じであり、溶融アルミニウムとの接
触面積は大きくは変わらない。前記センサプローブの外
周にフラックスが付着しても溶融アルミニウムとの接触
が得られるようにするには、前記酸化膜よりも表面積が
大きく、かつＳｉＯ2成分を多く含む被膜が必要であ
る。
酸化膜形成処理によってＳｉＯ2の膜が前記センサプロ
ーブの外周面に１０〜５０μｍの層厚で硝子光沢を呈し
ている。しかし、この酸化膜は窒化珪素質セラミック管
の外周全面を覆っているが、表面積は前記セラミック管
の外周面積とほぼ同じであり、溶融アルミニウムとの接
触面積は大きくは変わらない。前記センサプローブの外
周にフラックスが付着しても溶融アルミニウムとの接触
が得られるようにするには、前記酸化膜よりも表面積が
大きく、かつＳｉＯ2成分を多く含む被膜が必要であ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記センサプローブの窒
化珪素質セラミックス管の外周面に対して表面積が大き
く、ＳｉＯ2成分を多く含む被膜を形成するために、前
記セラミック管の外周面に珪酸ソーダ成分を２０ｖｏｌ
％以上含む液体、または前記液体にＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2
のうち少なくとも１種の粉末を１〜５０ｗｔ％混合した
液体を塗布材として塗布、焼成する。問題点を解決する
ためには、前記セラミック管の外周面全体に均一に珪酸
ソーダ成分を付着させることが必要である。前記条件を
１回の塗布で完了させるためには、塗布材中の珪酸ソー
ダ成分は最低２０ｖｏｌ％は必要である。前記塗布材に
Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2のうち少なくとも１種の粉末を混合
した液体を塗布することによって、さらに前記セラミッ
ク管の外周面に対して表面積が大きい被膜を形成させる
ことができる。形成される被膜は、複数回のアルミニウ
ム溶湯内への浸漬による熱膨張の変化に耐えることが必
要で、前記セラミック管の熱膨張率とほぼ同じであるこ
とが望ましい。前記粉末を５１ｗｔ％以上混合した塗布
材を前記セラミック管に塗布した場合、両者間の熱膨張
率の差が大きいために、被膜は前記セラミック管から剥
離する。このため、５０ｗｔ％以下の割合で粉末を混合
する必要がある。
化珪素質セラミックス管の外周面に対して表面積が大き
く、ＳｉＯ2成分を多く含む被膜を形成するために、前
記セラミック管の外周面に珪酸ソーダ成分を２０ｖｏｌ
％以上含む液体、または前記液体にＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2
のうち少なくとも１種の粉末を１〜５０ｗｔ％混合した
液体を塗布材として塗布、焼成する。問題点を解決する
ためには、前記セラミック管の外周面全体に均一に珪酸
ソーダ成分を付着させることが必要である。前記条件を
１回の塗布で完了させるためには、塗布材中の珪酸ソー
ダ成分は最低２０ｖｏｌ％は必要である。前記塗布材に
Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2のうち少なくとも１種の粉末を混合
した液体を塗布することによって、さらに前記セラミッ
ク管の外周面に対して表面積が大きい被膜を形成させる
ことができる。形成される被膜は、複数回のアルミニウ
ム溶湯内への浸漬による熱膨張の変化に耐えることが必
要で、前記セラミック管の熱膨張率とほぼ同じであるこ
とが望ましい。前記粉末を５１ｗｔ％以上混合した塗布
材を前記セラミック管に塗布した場合、両者間の熱膨張
率の差が大きいために、被膜は前記セラミック管から剥
離する。このため、５０ｗｔ％以下の割合で粉末を混合
する必要がある。
【０００５】（作用）本発明により、前記センサプロー
ブによる溶湯処理用のフラックスを添加した溶融アルミ
ニウム中の水素ガス濃度の測定が複数回、かつ安定した
値を得ることができた。
ブによる溶湯処理用のフラックスを添加した溶融アルミ
ニウム中の水素ガス濃度の測定が複数回、かつ安定した
値を得ることができた。
【０００６】
【実施例】図１は本発明を実施する際に係る水素溶解量
測定用センサプローブを示す断面図である。センサ素子
１はペロブスカイト型プロトン導電性固体電解質（Ｃａ
Ｚｒ0.9Ｉｎ0.1Ｏ3_α）からなる一端閉塞形状をなし、
そのセンサ素子１の外面と内面に多孔質の例えば、Ｐ
ｔ、Ｎｉ、又は酸化物導電体などからなるそれぞれ基準
極２及び測定極３が焼き付けにより形成されている。セ
ンサ素子１には、その閉塞端側の部分がセンサ素子保持
用の窒化珪素質セラミック管４に外嵌されており、セン
サ素子１はその開放端側の部分が若干セラミック管４か
ら突出した状態で、ガラスシール材５によりセラミック
管４に固定され、また気密にシールされている。これに
より、センサ素子１はその大部分がセラミック管４及び
シール材５により被覆されている。セラミック管４の外
周面には溶融金属との密着性を上げるために少なくとも
珪酸ソーダ成分を３０ｖｏｌ％含む液体にＡｌ2Ｏ3粉末
を１０ｗｔ％混合した液体を塗布材として塗布、焼成す
ることによって得られる被膜６を形成している。セラミ
ック管４内には、基準用ガス（一定水素濃度のガス）導
入用の緻密質のセラミック（例えばアルミナ質、ムライ
ト質、又は窒化珪素質）からなるパイプ管７が挿入され
ている。このパイプ７内には、Ｐｔ線又はＮｉ等のリー
ド線９が挿入されている。このリード線９はＰｔ線又は
Ｎｉ等の金属ペース８によりセンサ素子１の外面の基準
極２と電気的に接続されている。そして、セラミック絶
縁管４内に同心円的に配置された内管であるセラミック
管７内の通路を介して基準ガスが基準極２に供給され、
外管である絶縁管４と内管のパイプ７との間の間隙を通
路として基準ガスが基準極２の周囲から排出される。絶
縁管４の外面には導電性ペースト１０が塗布されてい
て、この導電性ペースト１０はセンサ素子１の内面の測
定極３も導通している。これにより、この導電性ペース
ト１０を介して測定極３が外部の信号処理装置に導出さ
れるようになっている。センサ素子１の内部には、アル
ミナファイバー等のセラミックファイバー１１が充填さ
れている。次に、このように構成されたセンサプローブ
の動作について説明する。まず、センサプローブを窒化
珪素質セラミック管４の先端より約１００ｍｍの長さを
溶融アルミニウム内に浸漬し、センサ素子１の内側に外
界から隔離された空間を形成する。このセンサ素子１の
内部には、セラミックファイバー１１が充填されている
ので、溶湯はセンサ素子１の内部には浸入せず、このセ
ンサ素子１内部は気相（ガス）が浸透する。この気相は
溶融金属と接触しているので、気相中の水素ガスの濃度
は溶融金属中に溶解している水素の濃度と平衡になる。
測定用センサプローブを示す断面図である。センサ素子
１はペロブスカイト型プロトン導電性固体電解質（Ｃａ
Ｚｒ0.9Ｉｎ0.1Ｏ3_α）からなる一端閉塞形状をなし、
そのセンサ素子１の外面と内面に多孔質の例えば、Ｐ
ｔ、Ｎｉ、又は酸化物導電体などからなるそれぞれ基準
極２及び測定極３が焼き付けにより形成されている。セ
ンサ素子１には、その閉塞端側の部分がセンサ素子保持
用の窒化珪素質セラミック管４に外嵌されており、セン
サ素子１はその開放端側の部分が若干セラミック管４か
ら突出した状態で、ガラスシール材５によりセラミック
管４に固定され、また気密にシールされている。これに
より、センサ素子１はその大部分がセラミック管４及び
シール材５により被覆されている。セラミック管４の外
周面には溶融金属との密着性を上げるために少なくとも
珪酸ソーダ成分を３０ｖｏｌ％含む液体にＡｌ2Ｏ3粉末
を１０ｗｔ％混合した液体を塗布材として塗布、焼成す
ることによって得られる被膜６を形成している。セラミ
ック管４内には、基準用ガス（一定水素濃度のガス）導
入用の緻密質のセラミック（例えばアルミナ質、ムライ
ト質、又は窒化珪素質）からなるパイプ管７が挿入され
ている。このパイプ７内には、Ｐｔ線又はＮｉ等のリー
ド線９が挿入されている。このリード線９はＰｔ線又は
Ｎｉ等の金属ペース８によりセンサ素子１の外面の基準
極２と電気的に接続されている。そして、セラミック絶
縁管４内に同心円的に配置された内管であるセラミック
管７内の通路を介して基準ガスが基準極２に供給され、
外管である絶縁管４と内管のパイプ７との間の間隙を通
路として基準ガスが基準極２の周囲から排出される。絶
縁管４の外面には導電性ペースト１０が塗布されてい
て、この導電性ペースト１０はセンサ素子１の内面の測
定極３も導通している。これにより、この導電性ペース
ト１０を介して測定極３が外部の信号処理装置に導出さ
れるようになっている。センサ素子１の内部には、アル
ミナファイバー等のセラミックファイバー１１が充填さ
れている。次に、このように構成されたセンサプローブ
の動作について説明する。まず、センサプローブを窒化
珪素質セラミック管４の先端より約１００ｍｍの長さを
溶融アルミニウム内に浸漬し、センサ素子１の内側に外
界から隔離された空間を形成する。このセンサ素子１の
内部には、セラミックファイバー１１が充填されている
ので、溶湯はセンサ素子１の内部には浸入せず、このセ
ンサ素子１内部は気相（ガス）が浸透する。この気相は
溶融金属と接触しているので、気相中の水素ガスの濃度
は溶融金属中に溶解している水素の濃度と平衡になる。
【０００７】実用試験として、本発明のセンサプローブ
と従来品の窒化珪素質セラミック管を使用したセンサプ
ローブを使用してフラックスを添加した溶融アルミニウ
ムに浸漬し、測定を行った。まず、９９．５％の純アル
ミニウムを溶解し、フラックスを添加しない状態でそれ
ぞれのセンサプローブを浸漬、測定を行った。それぞれ
５回ずつの測定を行ったが、両者とも１０分以内に安定
値を示し、結果は良好であった。次に、溶解したアルミ
ニウムに対して０．５ｗｔ％のフラックスを添加し、同
様に測定を行った。それぞれ５回ずつの測定を行った
が、両者とも１０分以内に安定値を示し、結果は良好で
あった。次に、溶解したアルミニウムに対して１ｗｔ％
のフラックスを添加し、同様に測定を行った。従来品は
３回の測定後、測定不良となった。これに対して本発明
のセンサプローブは５回の測定とも安定値を示した。次
に、溶解したアルミニウムに対して２ｗｔ％のフラック
スを添加し、同様に測定を行った。従来品は２回の測定
後、測定不良となった。これに対して本発明のセンサプ
ローブは５回の測定とも安定値を示した。次に、溶解し
たアルミニウムに対して４ｗｔ％のフラックスを添加
し、同様に測定を行った。従来品は２回目の測定で測定
不良となった。これに対して本発明のセンサプローブは
５回の測定とも安定値を示した。
と従来品の窒化珪素質セラミック管を使用したセンサプ
ローブを使用してフラックスを添加した溶融アルミニウ
ムに浸漬し、測定を行った。まず、９９．５％の純アル
ミニウムを溶解し、フラックスを添加しない状態でそれ
ぞれのセンサプローブを浸漬、測定を行った。それぞれ
５回ずつの測定を行ったが、両者とも１０分以内に安定
値を示し、結果は良好であった。次に、溶解したアルミ
ニウムに対して０．５ｗｔ％のフラックスを添加し、同
様に測定を行った。それぞれ５回ずつの測定を行った
が、両者とも１０分以内に安定値を示し、結果は良好で
あった。次に、溶解したアルミニウムに対して１ｗｔ％
のフラックスを添加し、同様に測定を行った。従来品は
３回の測定後、測定不良となった。これに対して本発明
のセンサプローブは５回の測定とも安定値を示した。次
に、溶解したアルミニウムに対して２ｗｔ％のフラック
スを添加し、同様に測定を行った。従来品は２回の測定
後、測定不良となった。これに対して本発明のセンサプ
ローブは５回の測定とも安定値を示した。次に、溶解し
たアルミニウムに対して４ｗｔ％のフラックスを添加
し、同様に測定を行った。従来品は２回目の測定で測定
不良となった。これに対して本発明のセンサプローブは
５回の測定とも安定値を示した。
【０００８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
溶湯処理用のフラックスを添加した溶融アルミニウム中
の水素ガス濃度を複数回にわたり、安定して測定するこ
とが出来た。
溶湯処理用のフラックスを添加した溶融アルミニウム中
の水素ガス濃度を複数回にわたり、安定して測定するこ
とが出来た。
【図１】本発明による溶融アルミニウム用水素センサプ
ローブの断面図である。
ローブの断面図である。
１ センサ素子 ２ 基準極 ３ 測定極 ４ セラミック管 ５ ガラスシール材 ６ 被膜 ７ パイプ ８ 金属ペースト ９ リード線 10 導電性ペースト 11 セラミックファイバー
Claims (2)
- 【請求項１】 ペロブスカイト型プロトン導電性固体電
解質からなる一端閉塞型の素子と、この素子の内面に形
成された多孔質電極からなる測定極と、前記素子の外面
に形成された多孔質電極からなる基準極と、前記基準極
と測定極とを隔離するシール材と、前記素子内に充填さ
れ溶融金属の浸入を阻止するセラミックファイバーと前
記基準極とリード線とを接触させるカーボンファイバー
と前記素子をその開放端側を外方にして支持する窒化珪
素質の支持体の外周面に珪酸ソーダ成分を２０ｖｏｌ％
以上含む液体を塗布材として塗布、焼成することによっ
て得られる被膜を有することを特徴とする溶融アルミニ
ウム用水素センサプローブ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の珪酸ソーダ成分を２０
ｖｏｌ％以上含む液体にＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2のうち少な
くとも１種の粉末を１〜５０ｗｔ％混合した液体を塗布
材として塗布、焼成することによって得られる被膜を有
することを特徴とする溶融アルミニウム用水素センサプ
ローブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9086143A JPH10260151A (ja) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | 溶融アルミニウム用水素センサプローブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9086143A JPH10260151A (ja) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | 溶融アルミニウム用水素センサプローブ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10260151A true JPH10260151A (ja) | 1998-09-29 |
Family
ID=13878516
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9086143A Pending JPH10260151A (ja) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | 溶融アルミニウム用水素センサプローブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10260151A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7396443B2 (en) | 2003-02-17 | 2008-07-08 | Dongsub Park | Solid-state electrochemical hydrogen probe for the measurement of hydrogen content in the molten aluminum |
-
1997
- 1997-03-19 JP JP9086143A patent/JPH10260151A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7396443B2 (en) | 2003-02-17 | 2008-07-08 | Dongsub Park | Solid-state electrochemical hydrogen probe for the measurement of hydrogen content in the molten aluminum |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SU1142783A1 (ru) | Устройство дл анализа газа с гальваническими чейками на твердом электролите | |
| JPS63738B2 (ja) | ||
| JP4773094B2 (ja) | 水素検出装置および方法 | |
| JPH10260151A (ja) | 溶融アルミニウム用水素センサプローブ | |
| JPH04283654A (ja) | 溶融金属中の水素濃度の測定方法及びその実施に使用するセンサプローブ | |
| JP2006234790A (ja) | ガスセンサ及びガスセンサの製造方法 | |
| JPS58210560A (ja) | 酸素濃度検出器 | |
| JPH0462463A (ja) | 固体基準物質を備えたセンサプローブ | |
| JP2530076B2 (ja) | 溶融金属中の水素溶解量測定用センサプロ―ブ及びその使用方法 | |
| WO2021002199A1 (ja) | 固体基準物質及び水素ガスセンサ | |
| JPH04283655A (ja) | 溶融金属中の水素濃度測定用センサプローブ | |
| JPH03276059A (ja) | 挿入式センサプローブ | |
| JPH03276056A (ja) | 挿入式センサプローブ | |
| JPH03276061A (ja) | 挿入式センサプローブ | |
| JPH03276055A (ja) | 挿入式センサプローブ | |
| JPH0720082A (ja) | 溶融金属中の水素溶解量測定用センサプローブ | |
| JPH10318974A (ja) | 溶融アルミニウム用水素センサプローブ | |
| JPH03276057A (ja) | 挿入式センサプローブ | |
| JPS6338662B2 (ja) | ||
| JPH03276060A (ja) | 成分濃度検出装置 | |
| JPH05107220A (ja) | 炭酸ガス検知センサ | |
| JPH0720084A (ja) | 溶融金属中の水素溶解量測定用センサプローブ | |
| JPH03276054A (ja) | 挿入式センサプローブ | |
| JPH0462464A (ja) | 固体基準物質を備えたセンサプローブ | |
| JPH0299854A (ja) | 炭酸ガスセンサ |