JPS59170758A - ガス混合物の酸素濃度測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ガスで■も合物中に存在する酸素の濃度を
測定する方法及び装置に関する。

酸素濃度４１１１定方法は油、ガス及び石炭の燃焼装置
７−らの廃棄ガスのロタ素含治量を決定するために使用
される。

酸素測定のために測定探釧を備えた測定装置が使用され
る。測定探釦は酸化・クルコンを基礎にしまた電７解物
と２個の宿１＠Ｌとで構成され、％極には直流電ＥＥが
印加きれ−る。ドイツ特許公開公報３０３８４２９から
被測定ガス流がカソードとして機能する第１電極に供給
される測定装置が従来技術として知られている。被測定
ガス流の遊離酸素成分は方ス流から電気分解によって抽
出され酸素イオンの形で固体電解物を介して２個の電極
に送られそこで占び酸素分子に再結合さねる。電１’Ｊ
’ｆ物を通−）で移動する酸素イオンに基づいて電極間
に電流イｇ号が形成される。この電流信号はこの測定方
法の場合作動温度が６５０℃の標準値以上に保持されて
いる限り温度に依存しない。測定中では試験ガス量は一
定に保持されなければならない。これは標準ノズルによ
って簡単に達成できる。この条件が厳守されている限り
試験流体と酸素濃度との直接比例関係が維持される。

上記方法には次のような欠点がある。即ち１氷要な検出
電圧の大きさに従って分子酸素並びに化学結合酸素に電
気分解による分解によって酸素含有ｈＪ４合体、例えば
水、二酸化炭素及び試験ガスの酸化窒素が含まれる。こ
れによって、本来の測定結果に誤りが生じ実際に存在す
るよ’）Ａい酸素含有量′が被測定ガスに示される。

従って、この発明の目的は電流信号を測定値とし、て出
力する測定装置によって酸素を測定し、電気分解による
酸素含有混合体を回避し、それによりガス中の遊離酸素
成分羅の正確な決定を可能にし酸素濃度の変化に対する
６１１定ｉ％の応答速度を向上する酸素測定方法を掃供
する。

この発明によると、測定をおこなうため測定装置＃□′
の電極に生じる検出電圧が瞬時検出電流工、の値で検出
される。これによって、測定ミスをひき起す、電極での
過ｔ１■圧及びこれと結合する酸化窒素、二酸化炭素及
び水の“電解物を回避できる。被検査ガス量内での遊離
酸素の濃度が小さい場合、酸素を１係までの値にできる
偏差がこの発明の方法によって光全に除外ジＩ′ｊ−る
。

被検査ガス量内において遊離酸素濃度の適正測定を可能
にするため測定装ｊ５の電極に筆圧１八が印加される。

この電圧Ｌ１ｓは分′ｌ１ｉ−ｒＥ　’Ｕい及びＵ７か
ら１られる。１（１，圧ＵＡはｉｏｏ乃至６００　ｎ＋
Ｖの値に維持される一定接地１ト、圧に対応する。との
接地電圧ＵＡは最小遊離酸素濃度の場合に酸化窒素、酸
化炭素及び水の電気分解が防止さ）１．る」＝うに決定
されＺｌｏ測定装置の電極ｒ）ｉＪに流れる電流に比例
する可変電Ｈ二がＵｖである。この電圧は測定探釧の電
流１Ｂ、比特性曲線の立」ニジΔＵ／Δ工と測定電流工
、とを掛けることによって実質的には求め・られる。測
定装置の電１（’ｊＪｓは・ゾルコン酸素から作られる
固体電解物質の電気分解を防止するため上限値、例えば
Ｕ。≦；１．４Ｖに限定しなければならない。

この発明の方法の場合、測定装置−の供給′「電圧ＶＩ
８は′１Ｌ圧Ｕ９の一定飴に対応する低重、比値と・−
」二限電圧Ｕ。との間において電流比例により自動的に
変えられる。

上記方法を実施するこの発明め回路は測定装置のＭＬ流
流電時特性曲線立上りΔＵ／Δ工から得られＴｉ」変１
１Ｌ圧Ｕｖを検出するだめの測定電流と乗算される比例
因子が測定装飾の電流電圧曲線からの理論的検出に従っ
て回路のポテンショメータで調整されるように構成され
る。この発明の回路では測定装置に印加される電圧Ｉ■
８が＝１４００ｍＶになる最大値に設定できる。供給電
圧Ｕ８の最小値はＵＡ）２００ｍＶに制限される。この
発明によると、測定装置の電圧出力は分流器に接続され
′る。この電気的接続において第１＠圧増幅器の正極入
力は、４４ラ−ンシ、メータ及び遅り１（隼１−＾介し
て接続される。１ト・、圧増１１１、．器の人力は第２
１１宅圧増幅器の負極入力に接続される。第２電ルー増
ＩＮ、１器の負極入力は測定装置ｐ７の電圧出力に接続
されると共にメーム抵抗に介し１接地される。第２電圧
増幅器の出力は測定装置の直流電ｆｆＸ淵として機能す
る。この発明の回路の」６爾合、分流器及びポテンショ
メータの第２端子は接地される。

ポテンショメータの摺動子は遅延素子の抵抗に接続され
る。負電圧増幅器の負入力ｔユその出力に接続される。

第２電圧：Ｌｒｑ’Ｌｔ器の負入力にしくす定装置の出
力（ｇ号及び第１市；　１１−増幅器の出カイ、イ号並
びに定ζを圧ＵＡが夫々オーム抵抗を介しで供給される
。

この回路をｌ１１）単化する場合、測定装置の電圧出力
が分流器に接続さｈる。この電気的接続において、Ａ７
′Ｄコンバータの人力が接続されへ、／Ｄコンバータの
出力はマイクロプロセツサに接続される。このマイクロ
プロセッサにＤ／Ａコンバータが接続されこのＤ／Ａコ
ンバータの出力は電圧増幅器の負入力に接続される。電
圧増幅器は直流電源として機能し測定装置に接続される
。

電圧増幅器の負入力はオーム抵抗を介］て測定装置の電
圧出力及び接地極に接続される。１４３．圧増幅器の正
入力はオーム抵抗を介して一方において接地イタに他方
において電圧増幅器の出力に接続される。

以下図面を参照してとの発明の詳細な説明する。

第１図に示す電気化学測定装ｗノは管状測定室２を有し
、この測定水２は金属性のフランジ３によって閉塞され
ている。７ランジ３の一方底面からリング状突出体４が
突出し２でいる。この突出体讐の自由端に固体電解物￥
Ｌ管５が固定される。この電解物質管５の外側に第１電
極６が設けられる。この第１電極６は固体電解物質管５
の端５Ｓから固体電解管の長さの約２／３マで管５を覆
っている。固体電解物質管５の内側に第２電極７が設け
られる。との第２箪極７は端部５Ｓから突出体４に対す
る固体箪燵物質管５０同定部まで延びており突出体４に
電気的に接触されている。両電極６及び７け酸素が自由
に拡散できるように多孔性セラミで形成される。

電極６，７を備えた固体ボ解物質管５は外管８によって
回線されこの外管８七第１電極６との間には連通した自
由壁間９が存在し、自由空間９０半径方向の幅は約０　
、３乃至２聴、特に約０・５鱈に達する。外管８はフラ
ンジ３の円形リング状閉鎖部に気密に挿入され固定され
る。外管８と固体電解物質管５との空ｊ団９は測定ガス
導管の一部である。外管８のＴ端１２に細いガス流通管
が設けられ、この流通管の拡張部１４にはガラス繊維ま
たは多孔性セラミ、りで形成されるガスフィルタ１５−
が設けられる。拡張部１４は毛細管１６を備えており、
この毛細管を介して被測定ガスが供給される。外管８は
絶縁外覆８Ｍによってフラン・ゾ３−１で全体的に被覆
されている。７ランジ３に設けられるリング状突出体４
はフランジ３に形成された同軸リング溝１７によって回
線されている。リング溝１７は一方側において空間部９
に接し他方側において測定室２の長手方向に直交する断
面円錐状空間部Ｊ８に結合される。測定室２の長手軸に
直交する接続孔１９は長手軸方向に続行し、それにより
固体電解物質管５の内空間部とで単体を形成する突出体
４の内空間部２０は空間部１８に接続される。これは特
に穿孔として形成されねじ山を有し、この穿孔に嵌入部
材２１が嵌入部材に設けられた頭部２３によって挿入さ
れる。

基体３に突入した嵌入部材２１の領域は円盤状のフィル
タを有する。

嵌入部材２１の頭部２３に流量安定器としてのノズル２
４が取り付けられる。固体電解物質管５の内部にヒータ
２５が設けられ、このヒータによって測定室２が必要な
作動温度に保持される。両電極６，７に必要な供給電圧
を導入できるように第１電極６から外部へ導電体（図示
せず）が半径方向に導出される。第２を極７は中央突出
部及びフランジ３の突出部を介してＭＬ電気的接続され
ている。フランジ３及び上述した導電体に供給電圧Ｕ８
が印加される。

第２図には測定装置の電流／電圧特性曲線が示されてい
る。この特性曲線の立上りは電圧Ｕ８を検出するために
必要であり、この電圧値はこの発明によると測定装置１
の電極６，７間に流れる検出電流１８に応じて決められ
る。史に電流Ｉ８の値は被測定ガ゛スの内部の遊離酸素
の量に依存する。この発明の方法に従った必要な供給電
圧Ｕｓを測定装置１に供給するため第３図に示す回路が
必要である。測定装置１に印加される電圧Ｕ８は２つの
分電圧の力１７＋、によって得られる。

第１分電圧ＵＡは１００　ｍＶと６００　ｍＶの間の値
を有する調整可能な定電圧である。第２分電圧Ｕｖは可
変電圧である。特に、〜、この電圧Ｕｖの値は測定装ｗ
ノでの電流信号の値によって決まる。この電圧検出のた
めに検出電流工。が測定装置１の電流／電圧特性曲線α
＝ΔＵ／Δ工の立上りと掛は合わされる。この乗算因子
αは測定装置の特定値であり第２図に示す特性曲線から
得られる。

この発明によると、測定装置ノは時に両電極に前記に示
す方程式で得られろ電圧Ｕｓ管供給する、。

Ｕ８＝ＵＡ十Ｉ８ α＝ΔＵ／Δ■ 第３図に示す回路では測定数（代１が簡単に示されてい
る。電流出力信号Ｉｓ１例えば測定装置１における重臣
降下は分流器３０及び可調整ポテンショメータ３１並ひ
に遅延素子３２を介して第７電圧増幅器３３の正入力に
供給される。分流器３０はオーム抵抗によって構成され
、その入力は測定装置１に電気的に結合されている。

オーム抵抗の出力は接地される。測定装置１の出力とオ
ーム抵抗３０の入力との間にポテンショメータ３１の入
力が接続される。ポテンショメータ３１の出力は接地さ
れる。ポテンショメータ３１の摺動子は遅延素子３２を
構成する抵抗（１００ＫΩ）３２Ｗの入力に接続さえ１
．る。抵抗３２Ｗの出力は電圧増幅器３３の正入力に接
続される。増幅器３３とオーム抵抗３２Ｗとの電気接続
点に遅延素子に属する１０μ下のキヤ；やシタ３２にの
第１端子が接続される。キヤ・ぐシタ３２にの第２端子
は接地される。電圧増幅器３３の負入力は増幅器３３の
出力に接続される。増幅器３３の出力に現われる電圧は
第２電圧増幅器３５の負入力にオーム抵抗３６を介して
印加される。高オーム抵抗３７を介して電圧増幅器３５
の負入力に定電圧ＵＡが印加される。この電圧ＵＡは実
施例においては３００　ｍＶの値を示す。更に、電圧増
幅器３５の負入力に測定装置１の電圧降下分がオーム抵
抗３８を介して印加される。

このオーム抵抗３８はオーム抵抗３６．．３７と同じ値
を有する。オーム抵抗３９を介して電圧増幅器３５の負
入力は接地される。抵抗３６゜３７．３８は全てＩＯＫ
Ω−の値を１する。電圧増幅器３５の正入力は３．３に
Ωの抵抗４ｏを介して接地される。更に、１０にΩの抵
抗４ノを介して電圧増幅器３５の正入力及び出力は接続
される。

電圧増幅器３５の出力は測定装置ノの電圧接続端に電気
的に接続される。

第３図に示すように回路には、電圧Ｕ、及びＵｓｈｕｎ
ｔが現われる。電圧増幅器３５から測定装置１に印加さ
れる電圧は次式に従って計算される。

Ｕ　ｂＵ　ｓ　ｈ　ｕ　ｎ　ｔ　＝Ｕ　ｓ　＝Ｕ　Ａ＋
αＩｖｅｒｚ従って、供給電圧は、 Ｕ　、＝ＵＡ＋αＩｖｅｒｚ 電流Ｉｖｅｒｚは遅延検出電流に対応する。

上記回路の他の実施例が第４図に示されている。測定装
置１の電圧出力は第２接続端子が接地されている分流器
３０に接続される。この接続点にＡ／Ｄコンバータ５０
の入力が接続される。

このＡ／Ｄコンバータ５０の出力はマイクロプロセッサ
５１に接続される。このマイクロプロセッサ５１にＤ／
Ａコンバータ５２が更に接続される。Ｄ／Ａコンバータ
５２の出力はメーム抵抗３７を介して電圧増幅器３５の
負入力に接続される。この負入力はオーム抵抗３８４３
９を夫々介して接地極及び測定装置の電圧出力に接続さ
れる。電圧増幅器３８は直流電圧源として機能し、測定
装置、特にその電極に接続される。

電圧倒幅器３５の正入力はオーム抵抗４０を介して接地
されると共に抵抗４１を介してその出力に接続される。

測定装置１の電圧降下分はＡ／Ｄコンバータ５０を介１
−でマイクロプロセッサに供給さｉする。

マイクロプロセッサ５１はこの電圧から６１１１定装置
１に必要な供給電圧ＵｓをＩ！Ｉ算し、対応する信号を
Ｄ／Ａコンバータ５２に供給する。このＤ／Ａコンバー
タ５２は電圧Ｕｐｒｏｇを電圧増幅器３５に供給する。

この電圧は電圧増幅器３５の出力から測定装置１に供給
される供給簀を圧ＵＳに対応する。

【図面の簡単な説明】

第１図は電流信号を測定２値として出力する測定装置の
構成図、第２図は第１図の測定装置の電流／電圧特性曲
線図、第３図は第１図に従った測定装置に印加する電圧
Ｕｓを形成する回路のブロック図、イして第４図は第３
図に示す回路の他の実施例を示す図である。 １・・・測定装置、２・・・管状測定室、５・・・固体
電館１管、６，７・・電極、３０分流榛−１３１・・・
月ゝテンレヨメータ、３２・・・遅延索子、３３・・・
訂・１１１Ｌ圧増幅器、３５・・・第２電圧増幅器、３
６．．１７゜３８・・・抵抗、５０・・・Ａ／Ｄコンノ
く一タ、５ノ・・・マイクロプロセッサ、５２・・・Ｄ
／Ａコンノクータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）供給を圧（Ｕ８）が印加される電極（６゜７）を
   翁する酸素イオン棉通性１＾］体電解物質手段（５）を
   有する箪°気化学測輩装置（１）によ鴫ってガス混合物
   、特に燃焼ガスに含まれる遊離酸素濃度を測定する方法
   において供給電圧（Ｕ、）は少なくとも２つの分電圧（
   ＵＡ、Ｕｖ）の加算によって形成され少なくとも第１分
   電圧（ＵＡ）は遊離酸素のイオン化に必安な一定値に維
   持され、少なくとも第２分電圧（ＵＶ　）は可変であり
   、この電圧値は電極（６，，７）間に流れる検出電流（
   工、）の値に依存して決、定されることを特徴とする遊
   離酸素濃度測定方法。 （２）前記第２分電圧（Ｕｖ　）は検出電流（’Ｉｓ）
   と値ΔＶΔＩとの乗算によって得られ増倍係数αは測定
   装置（１）の電流／電圧特性曲線の立上りに対応するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の遊離酸素
   濃度測定方法。 （３）前記測定装置（１）の供給電圧（Ｕ８）は最大値
   （Ｕ　　）を１．４ｖに限定されることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項まだは第２項に記載の遊離酸素濃度
   測定方法。 （４）前記電圧（ＵＡ）は０．１ｖと０．６　Ｖとの間
   で調整される特許請求の範囲第１項まだは第２項に記載
   の遊離酸素濃度測定方法。 （５ン　　直流電圧源（３５）に接続される少なくとも
   ２個の電極（６，７）を有する酸素イオン導通性電解物
   買手１段（５）を備えた電気化学測定装置（１）を用い
   てガス、特に燃焼ガスの酸素含有量を決定する回路にお
   いて、測定装置（ハの電圧出力は分流手段（３０）に接
   続され、この接続点に第１電圧増幅器（３３）の正入力
   がポテンショメータ（３１）及び遅延素子（３２）を介
   して接続され、前記第１電圧増幅器（３３）の出力は第
   ２増幅器（３５）の負入力に接続され、この第２増幅器
   （３５）の負入力しま定電圧（ＵＡ　）、前記測定装置
   （１）の電圧出力に接続されると共にメーム抵抗（３９
   ）を介して接地され、前記第２電圧増幅器（３５）の出
   力は直流電源として前記測定装置（１）に接続いれるこ
   とを％徴とする酸素含有量決定回路。 （６）　　前記分流器（Ｊ　ｏ　）及びポテンショメー
   タ（３１）の第２端子は接地さｉすることをｔｆ１徴と
   する釉許Ｂ＾求の範υＨ第５項に記載の酸素含有量決定
   「−」路。 （７）前記ノ」ポテンショメータ（３））の摺動子は遅
   延素子（３２）の抵抗（：ｔ２ｕ）に接続されることを
   特徴とする特ｈ′１精求の範凹第５項一または第６項に
   記載の酸素含有量決定回路。 （８）　　前記第１電圧増幅器（３３）の負入力と出力
   とは互に接続される６許δｈ求の範囲第５項乃至第７項
   のいずれか１川に記載の酸素含有量決定回路。 （９）　　前記第２眠圧増幅器（、？　Ｓ　）の負入力
   に、前記測定装置（１）及び前記第１電圧増幅器（，９
   ３−、）の出力化上並びに前記定電圧（ＵＡ）がオーム
   抵抗（、：ｌ　ｅ　、　、ｑ　７　、３ｇ　）を夫々介
   して伊；袷されることを装置とするｌ持ａ′１晶求の範
   囲第５項乃至第７項のいずれか１項に記載のｈｚ素含有
   Ｑ　ｐ、’％定回路。 （１（ｐ　　直流電卵（３５）に岳、続される少なくと
   も２個の電極（；５　、７　）を有する酸素イオン導通
   性じ１体重１１Ｉ’＋手１９．（５）をイ１１イえるｔ
   （ｉ気化学測定装吋（１）を用い′Ｃガス、特に燃焼ガ
   スの酸素含有量を決定づる回路において、測定装置（１
   ）の電圧出力は分流器（３０）に接続され、この蛯、彰
   贋点にφコンバータ（、りθ）の入力が接続され、前記
   ψコンバータ（５０）の出力ｔまマイクロブロセッ？（
   ５１）に接続され、このマイクロッ０ロセツザ（ｓ　Ｊ
   　）　Ｋ　Ｄ／Ａコンバータ（５２）が接続され、杓１
   １ド己Ｄ／Ａコンバータ（５２）の出力はオーム抵抗（
   ３７）を介して電圧増幅器（３５）の負入力に接続され
   、この電圧増幅器の出力は直流電源として機能し前記測
   定装置（１）に接続され、前記電圧増幅器（３５）の負
   入力はオーム抵抗（；？　ｓ　、　ａ　９）を夫々介し
   て前記測定装置の電圧入力及び接地極に夫々接続さね、
   Ｍ！Ｊ記電圧電圧増幅器５）の正入力はオーム抵抗（４
   ｏ、４１）を夫々介し２て接地極及び前記電圧増幅器（
   ３５）の出力に接続されることを特徴とする酸素含有微
   決定回路。