JPS59217150A - 酸素イオン導電性固体電解質を用いた限界電流式酸素センサの検出回路 - Google Patents
酸素イオン導電性固体電解質を用いた限界電流式酸素センサの検出回路Info
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- JPS59217150A JPS59217150A JP58091440A JP9144083A JPS59217150A JP S59217150 A JPS59217150 A JP S59217150A JP 58091440 A JP58091440 A JP 58091440A JP 9144083 A JP9144083 A JP 9144083A JP S59217150 A JPS59217150 A JP S59217150A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はポーラログラフイ一式センサの検出回路に関す
る。
る。
ポーラログラフイ一式センサの一例として限界電流式酸
素センサがある。第１図（ａ）はその限界電流式酸素セ
ンサの構造の一例を示すものである。
素センサがある。第１図（ａ）はその限界電流式酸素セ
ンサの構造の一例を示すものである。
図において、ｌａは酸素イオン伝導体（固体電解質）か
ら成る板あるいは円筒である。その材質としてはジルコ
ニアにＹ２Ｏ６，Ｙｂ２０６． Ｇｄ２０６． ＭｇＯ
ｔＣａＯ＋ ５ｃ２０．等を安定剤として固溶させたも
の、あるいはＢｉ２Ｏ３にＹ２Ｏ３＋ Ｅｒ２Ｏ３，Ｗ
Ｏ２等を安定剤として固溶させたもの又はＨｆＯ２，Ｔ
ｈＯ２等にＣａＯ、ＭｇＯＦ Ｙ２Ｏ３） Ｙｂ２０６
等を安定剤として固溶させた緻密な焼結体である。
ら成る板あるいは円筒である。その材質としてはジルコ
ニアにＹ２Ｏ６，Ｙｂ２０６． Ｇｄ２０６． ＭｇＯ
ｔＣａＯ＋ ５ｃ２０．等を安定剤として固溶させたも
の、あるいはＢｉ２Ｏ３にＹ２Ｏ３＋ Ｅｒ２Ｏ３，Ｗ
Ｏ２等を安定剤として固溶させたもの又はＨｆＯ２，Ｔ
ｈＯ２等にＣａＯ、ＭｇＯＦ Ｙ２Ｏ３） Ｙｂ２０６
等を安定剤として固溶させた緻密な焼結体である。
ｌｂは陽極であり、イオン伝導体の一面に設け、それと
対向する他の面に陰極１ ｄを設ける。陰陽両極はＰｔ
ｇ Ａｇ ＋Ｒｈ 、 Ｉｒ 、 ｐｄ 等もしく
はこれ等の混合拐からなる耐熱性の電子伝導体から成９
、これ等の累月を用いれば酸素イオン伝導体と電接の界
面抵抗を実用上は小さくすることが可能である。陰極１
ｄは廟孔函体としての多孔質層ｌｆで被覆されている。
対向する他の面に陰極１ ｄを設ける。陰陽両極はＰｔ
ｇ Ａｇ ＋Ｒｈ 、 Ｉｒ 、 ｐｄ 等もしく
はこれ等の混合拐からなる耐熱性の電子伝導体から成９
、これ等の累月を用いれば酸素イオン伝導体と電接の界
面抵抗を実用上は小さくすることが可能である。陰極１
ｄは廟孔函体としての多孔質層ｌｆで被覆されている。
この多孔質層ｌｆは陰極１ｄへ流入する酸素流量を制限
する機能を有する。また陽極ｉｂがイ」着物等によって
劣化するのを防止する目的で多孔質の保護層１ｅでその
陽極１ｂは被穆されている。また、陰陽両極からはそれ
ぞれリード線１１が出されている。
する機能を有する。また陽極ｉｂがイ」着物等によって
劣化するのを防止する目的で多孔質の保護層１ｅでその
陽極１ｂは被穆されている。また、陰陽両極からはそれ
ぞれリード線１１が出されている。
上記構成の限界電流式酸素センサの陰極に負の、陽極に
正の電圧を印加するとともに該素子全体を被測定ガスに
接触せしめたときの酸素濃度を・平うメータとする電圧
電流特性は第１図（ｂ）に示すように限界電流特性を示
す。
正の電圧を印加するとともに該素子全体を被測定ガスに
接触せしめたときの酸素濃度を・平うメータとする電圧
電流特性は第１図（ｂ）に示すように限界電流特性を示
す。
この限界電流式酸素センサ１の使用においては、第２図
に示すように定電圧源２から電Ｍｔ検出部３を介して、
第１図（ｂ）の破線で示す電圧が印加され、そのときに
流れる電流（限界電流）を電流検出部３により測定して
対応する酸素濃度が検出されていた。
に示すように定電圧源２から電Ｍｔ検出部３を介して、
第１図（ｂ）の破線で示す電圧が印加され、そのときに
流れる電流（限界電流）を電流検出部３により測定して
対応する酸素濃度が検出されていた。
このようなポーラログラフイ一式センサに直流電圧を印
加して測定する従来の方式においては次のような問題点
があった。
加して測定する従来の方式においては次のような問題点
があった。
■ 印加電圧が過大になると固体電解質（例えばジルコ
ニア）が分解されて一部の酸素が取９去られるので、ジ
ルコニウムが過剰になシ、固体電解質の抵抗が増大して
しまう。
ニア）が分解されて一部の酸素が取９去られるので、ジ
ルコニウムが過剰になシ、固体電解質の抵抗が増大して
しまう。
■ また、同上の場合に固体電解質と電極の界面が変質
して、界面特性が経時変化する。
して、界面特性が経時変化する。
■ ポーラログラフイ一式センサの固体電界質と電極の
界面には静電容量が存在し、かつその値が大きいから直
流の一定電、圧を急に印加した場合に、電流が最終値に
落ち付くまでに時間がかかり、しかも、その時定数が比
較的長いから測定に時間がかかる。
界面には静電容量が存在し、かつその値が大きいから直
流の一定電、圧を急に印加した場合に、電流が最終値に
落ち付くまでに時間がかかり、しかも、その時定数が比
較的長いから測定に時間がかかる。
本発明はこれらの問題点全解消するため、電解質の分解
痔の恐れのない交流による検出回路を提供するものであ
る。
痔の恐れのない交流による検出回路を提供するものであ
る。
交流を用いＩＣ場合には、従来の直流を用いる場合のよ
うに限界電流特性ることは困難である。従って従来はこ
の種センサは直流でしか動作しないと考えられていた。
うに限界電流特性ることは困難である。従って従来はこ
の種センサは直流でしか動作しないと考えられていた。
しかし、前記問題点を解決するため種々検削を重ねるう
ちに、交流を用いても作動させ得ること、その場合に前
記問題点を解消し得ることを見出した。即ち比較的低周
波の交流（正弦波、矩形波、三角波等）をセンサに印Ｉ
ＪＯして測定したポーラログラフイ一式センサのインピ
ーダンス（または抵抗、またはりアクタンス）やアドミ
タンス（またはコンダクタンス、またはすセプタンス）
から酸素濃度等を求め得ることがわかった０ この点を実験結果に基いて今少し詳細に説明すると、ポ
ーラログラフイ一式センサの交流に対する特性を調べる
ため、その−例としての限界電流式酸素センサについて
特性全測定した。第３図はその結果を示すもので、酸素
濃度を・ぐラメータにして周波数を掃引したときの横軸
を抵抗分、縦軸をリアクタンス分とした平面上での軌跡
として示されている。なお、測定条件は、印加電圧０１
〔Ｖ〕、センサ温度７００ 〔℃）である。また、同図
において曲線上の数字は周波数を示し、酸素濃度は窒素
ガス中の濃度で１〔チ〕、５．５〔チ〕、６０〔チ〕の
場合が示されている。
ちに、交流を用いても作動させ得ること、その場合に前
記問題点を解消し得ることを見出した。即ち比較的低周
波の交流（正弦波、矩形波、三角波等）をセンサに印Ｉ
ＪＯして測定したポーラログラフイ一式センサのインピ
ーダンス（または抵抗、またはりアクタンス）やアドミ
タンス（またはコンダクタンス、またはすセプタンス）
から酸素濃度等を求め得ることがわかった０ この点を実験結果に基いて今少し詳細に説明すると、ポ
ーラログラフイ一式センサの交流に対する特性を調べる
ため、その−例としての限界電流式酸素センサについて
特性全測定した。第３図はその結果を示すもので、酸素
濃度を・ぐラメータにして周波数を掃引したときの横軸
を抵抗分、縦軸をリアクタンス分とした平面上での軌跡
として示されている。なお、測定条件は、印加電圧０１
〔Ｖ〕、センサ温度７００ 〔℃）である。また、同図
において曲線上の数字は周波数を示し、酸素濃度は窒素
ガス中の濃度で１〔チ〕、５．５〔チ〕、６０〔チ〕の
場合が示されている。
同第３図から明らかなように酸素濃度によシ特性曲線が
変化していることがわかる。とくに、５［Ｈｚ ］〜１
［：ｋＨｚ］程度の比較的低い周波数において酸素濃
度と抵抗またはりアクタンス、あるいは両者全総合して
インピーダンスが対応して変化している。従って、抵抗
分、リアクタンス分、インピーダンス、あるいはこれら
の逆数的なものであるコンタリタンス、サセプタンス、
アトゞミタンス等を測定することにより酸素濃度１ゼめ
ること力；できるのである。
変化していることがわかる。とくに、５［Ｈｚ ］〜１
［：ｋＨｚ］程度の比較的低い周波数において酸素濃
度と抵抗またはりアクタンス、あるいは両者全総合して
インピーダンスが対応して変化している。従って、抵抗
分、リアクタンス分、インピーダンス、あるいはこれら
の逆数的なものであるコンタリタンス、サセプタンス、
アトゞミタンス等を測定することにより酸素濃度１ゼめ
ること力；できるのである。
本発明は上記の知見に基き、基本的には次のように構成
される。即ち、本発明の月？−ラロク゛ラフイ一式セン
サの検出回路は、ホーラロク゛ラフイ一式センサに一定
周波数の交流を印カロするだめの交流源と、前記交流を
印加したときの前言己ポーラログラフイ一式センサの端
子間の交流電圧を検出する交流電圧検出手段と、ｉｌ」
記文ｍＥをＦＤ力１］シたときの前記ポーラログラフイ
一式センサに流れる交’Ｏ１ｔ電流を検出する交流電流
検出手段と、角０己＋矢ＩＪ３した交流電圧の大きさと
交流電流の大きさとの上ヒを演算する演算手段と、その
演算された比を対応する被測定対象ガス濃度に変換する
変換手段とを備えている。
される。即ち、本発明の月？−ラロク゛ラフイ一式セン
サの検出回路は、ホーラロク゛ラフイ一式センサに一定
周波数の交流を印カロするだめの交流源と、前記交流を
印加したときの前言己ポーラログラフイ一式センサの端
子間の交流電圧を検出する交流電圧検出手段と、ｉｌ」
記文ｍＥをＦＤ力１］シたときの前記ポーラログラフイ
一式センサに流れる交’Ｏ１ｔ電流を検出する交流電流
検出手段と、角０己＋矢ＩＪ３した交流電圧の大きさと
交流電流の大きさとの上ヒを演算する演算手段と、その
演算された比を対応する被測定対象ガス濃度に変換する
変換手段とを備えている。
以下、本発明の実施例について説明する。
第５図は本発明の検出回路の概略を示１−フ゛ロック図
で、ポーラログラフイ一式センサ１にインピーダンス測
定部５が接続され、その測定部５には測定したインピー
ダンス値を被測定対象（ここでは酸素濃度）に対応する
電気量に変換する変換器１１が接続されている。センサ
１に測定部５から一定の周波数（５Ｈｚ） ｆ印加して
そのインピーダンスを測定したときの酸素濃度とインピ
ーダンスとの関係は第４図のようになる。変換器ｉｉｕ
第４図のような関係に従って測定したインピーダンス値
を酸素濃度値に変換して出力する。インピーダンス測定
部５としてはインピーダンスメータやインピーダンスア
ナライザ等の市販の測定器を用いることができる。この
よう々市販の測定器を用いれば第５図の如き回路を容易
に実施できる。しかしこれらの測定器は購入価格が高い
という問題点を有する。
で、ポーラログラフイ一式センサ１にインピーダンス測
定部５が接続され、その測定部５には測定したインピー
ダンス値を被測定対象（ここでは酸素濃度）に対応する
電気量に変換する変換器１１が接続されている。センサ
１に測定部５から一定の周波数（５Ｈｚ） ｆ印加して
そのインピーダンスを測定したときの酸素濃度とインピ
ーダンスとの関係は第４図のようになる。変換器ｉｉｕ
第４図のような関係に従って測定したインピーダンス値
を酸素濃度値に変換して出力する。インピーダンス測定
部５としてはインピーダンスメータやインピーダンスア
ナライザ等の市販の測定器を用いることができる。この
よう々市販の測定器を用いれば第５図の如き回路を容易
に実施できる。しかしこれらの測定器は購入価格が高い
という問題点を有する。
第６図は第５図におけるインピーダンス測定部５がイン
ピーダンス計測部６と発振器７からなる例を示すもので
、発振器部７からの交流電圧をインピーダンス計測部６
を通じてポーラログラフイ一式七ンサ１ｖｃ供給し、イ
ンピーダンス計測部６でインピーダンスを求め、変換器
１１で酸素濃度に変換して出力される。発振器７として
は市販の通常の発振器や掃引発振器を用いることができ
る。
ピーダンス計測部６と発振器７からなる例を示すもので
、発振器部７からの交流電圧をインピーダンス計測部６
を通じてポーラログラフイ一式七ンサ１ｖｃ供給し、イ
ンピーダンス計測部６でインピーダンスを求め、変換器
１１で酸素濃度に変換して出力される。発振器７として
は市販の通常の発振器や掃引発振器を用いることができ
る。
掃引発振器を用いた場合には周波数掃引をしながらのイ
ンピーダンス測定を行なうのに便利である。
ンピーダンス測定を行なうのに便利である。
第７図は第６図におけるインピーダンス計測部６を交流
電流検出部８、交流電圧検出部９およびおよび演算部Ｉ
Ｏで構成した例を示すものである。
電流検出部８、交流電圧検出部９およびおよび演算部Ｉ
Ｏで構成した例を示すものである。
発振器部７からの交流電圧を交流電流検出部８を通じて
ポーラログラフイ一式センサ１に供給して、その交流電
流検出部８で電流を検出するとともに、ポーラログラフ
イ一式センサ１の両端の電圧を交流電圧検出部９で検出
する。交流電圧検出部９の出力と交流電流検出部８の出
力との比を演算部ＩＯで演算して交流インピーダンスを
求める。変換器■１の動作は第６図のものと同じである
。
ポーラログラフイ一式センサ１に供給して、その交流電
流検出部８で電流を検出するとともに、ポーラログラフ
イ一式センサ１の両端の電圧を交流電圧検出部９で検出
する。交流電圧検出部９の出力と交流電流検出部８の出
力との比を演算部ＩＯで演算して交流インピーダンスを
求める。変換器■１の動作は第６図のものと同じである
。
第８図は第７図の更に詳細な回路を示すものである０交
流検出部８は抵抗Ｒと計測アンプ８１０組み合わせによ
シ構成している。交流電圧検出部９は開側アン７’９１
で構成され、演算部１０Ｉ−ｉ４象現割算器１０１と真
の実効値ＤＣコンバータ１０２により構成されている。
流検出部８は抵抗Ｒと計測アンプ８１０組み合わせによ
シ構成している。交流電圧検出部９は開側アン７’９１
で構成され、演算部１０Ｉ−ｉ４象現割算器１０１と真
の実効値ＤＣコンバータ１０２により構成されている。
変換器１】は逆対数演算器１１］によって構成されてい
る。これらの回路部品８１．９１．１０１，１０２，１
１１ 等はいずれも市販品を用いることができ、しかも
これらは小型で安価であるので、検出回路全体を小型に
組み立てることができるという特徴を有する。
る。これらの回路部品８１．９１．１０１，１０２，１
１１ 等はいずれも市販品を用いることができ、しかも
これらは小型で安価であるので、検出回路全体を小型に
組み立てることができるという特徴を有する。
第９図は第６図におけるインピーダンス泪」１１部６を
、センサｉｔｚこ流れる交流電流を検出しその検出値を
対応する交流電圧として出力する電流電圧変換器１２と
、その電流電圧変換器１２の出力交流電圧を直が昌１ｉ
圧に変換する交流電圧対直流電圧変換器１４と、センサ
１の両端の交流電圧を直流電圧に変換する交流電圧対直
流電圧変換器１３と、交流電圧対直流電圧変換器１３と
１４の出力からインピーダンスを演算する演算器１５と
によって構成した例である。交流電圧対直流電圧変換器
１３によって、センサ１に印加された交流電圧に対応す
る直流電圧が得られ、電流電圧変換器１２と交流電圧対
直流電圧変換器１４とによってセンサ１に流れる交流室
ｆｆ１ｆに対応する直流電圧が得られ、両者の比を演算
器１５にょυ演算してセンサ１のインピーダンスに対応
した電圧を変換器１１に出力する。変換器１１の動作は
第６図のものと同じである。
、センサｉｔｚこ流れる交流電流を検出しその検出値を
対応する交流電圧として出力する電流電圧変換器１２と
、その電流電圧変換器１２の出力交流電圧を直が昌１ｉ
圧に変換する交流電圧対直流電圧変換器１４と、センサ
１の両端の交流電圧を直流電圧に変換する交流電圧対直
流電圧変換器１３と、交流電圧対直流電圧変換器１３と
１４の出力からインピーダンスを演算する演算器１５と
によって構成した例である。交流電圧対直流電圧変換器
１３によって、センサ１に印加された交流電圧に対応す
る直流電圧が得られ、電流電圧変換器１２と交流電圧対
直流電圧変換器１４とによってセンサ１に流れる交流室
ｆｆ１ｆに対応する直流電圧が得られ、両者の比を演算
器１５にょυ演算してセンサ１のインピーダンスに対応
した電圧を変換器１１に出力する。変換器１１の動作は
第６図のものと同じである。
第１０図は第９図の更に詳細な回路例を示すものである
。電流電圧変換器１２は第８図の交流電流検出部と同じ
構成で、抵抗Ｒと計測アンプ１２１からなっている。交
流電圧対直流電圧変換器１３゜１４は真の実効値ＤＣコ
ンバータ１３１，１４１が用いられ、演算器１５には開
演算器１５１が用いられている。これらの回路部品は市
販のものをその１寸用いることができるこの回路では交
流の電圧および電流を先ず直流に変換してからそれらの
比を求めている。それ故、開演算器は４象現のものであ
る必要はなく、−象現用のもので足りる。従って第８図
の実施例の場合よりも更に安価に構成できるという特徴
を有する。
。電流電圧変換器１２は第８図の交流電流検出部と同じ
構成で、抵抗Ｒと計測アンプ１２１からなっている。交
流電圧対直流電圧変換器１３゜１４は真の実効値ＤＣコ
ンバータ１３１，１４１が用いられ、演算器１５には開
演算器１５１が用いられている。これらの回路部品は市
販のものをその１寸用いることができるこの回路では交
流の電圧および電流を先ず直流に変換してからそれらの
比を求めている。それ故、開演算器は４象現のものであ
る必要はなく、−象現用のもので足りる。従って第８図
の実施例の場合よりも更に安価に構成できるという特徴
を有する。
第１１図は第９図の更に他の具体的回路例を示すもので
、電流電圧変換器１２の構成が第１０図の回路とは異な
る。本例の電流電圧変換器１２は仮想接地型の電流対電
圧変換部１２２と反転増幅部１２３とからなっている。
、電流電圧変換器１２の構成が第１０図の回路とは異な
る。本例の電流電圧変換器１２は仮想接地型の電流対電
圧変換部１２２と反転増幅部１２３とからなっている。
これらは共に演算増幅器で構成されている。この実施例
の場合には電流電圧変換部１２での電圧降下を無視でき
る程低くすることが可能なので、発振器７の出力をその
ｉｔ有効にセンサ１に印加できることと、計測アンプを
用いなくてもよいので更に安価に構成できるという利点
がある。
の場合には電流電圧変換部１２での電圧降下を無視でき
る程低くすることが可能なので、発振器７の出力をその
ｉｔ有効にセンサ１に印加できることと、計測アンプを
用いなくてもよいので更に安価に構成できるという利点
がある。
第１２図は第６図におけるインピーダンス計測部６が、
複素インピーダンスを計測するよう構成された例を示す
もので、第８図の計測部６に、さらに電流分位相検出器
１６、電圧分位相検出器１７、位相差検出器１８および
複素インピーダンス検出器１９を追加し、またリアクタ
ンス分演算器２１を設けた構成を有している。電流分位
相検出器１６は、発振器７の出力と電流電圧変換器１２
の出力が入力され、発振器７の出力の位相を基準にして
電流電圧変換器１２の出力の位相を検出する。電圧分位
相検出器１７は、発振器７の電圧とＩ−ラログラフィ一
式センサ１の両端の電圧が入力され、発振器７からの電
圧の位相を基準にしてポーラログラフイ一式センサ１の
両端の電圧の位相を検出する。位相差検出器１８は電流
位相検出器１６および電圧位相検出器１７の両川カの差
を求めて位相差を検出する。複素インピーダンス検出器
１９は演算器１５で求めたインピーダンスの絶対値と位
相差検出器１８で求めた位相差を合成して複素インピー
ダンスを得るものである。
複素インピーダンスを計測するよう構成された例を示す
もので、第８図の計測部６に、さらに電流分位相検出器
１６、電圧分位相検出器１７、位相差検出器１８および
複素インピーダンス検出器１９を追加し、またリアクタ
ンス分演算器２１を設けた構成を有している。電流分位
相検出器１６は、発振器７の出力と電流電圧変換器１２
の出力が入力され、発振器７の出力の位相を基準にして
電流電圧変換器１２の出力の位相を検出する。電圧分位
相検出器１７は、発振器７の電圧とＩ−ラログラフィ一
式センサ１の両端の電圧が入力され、発振器７からの電
圧の位相を基準にしてポーラログラフイ一式センサ１の
両端の電圧の位相を検出する。位相差検出器１８は電流
位相検出器１６および電圧位相検出器１７の両川カの差
を求めて位相差を検出する。複素インピーダンス検出器
１９は演算器１５で求めたインピーダンスの絶対値と位
相差検出器１８で求めた位相差を合成して複素インピー
ダンスを得るものである。
他の部分の動作は第８図の回路の動作とほぼ同じである
。第４図（ｂ）は酸素濃度の対数とりアクタンス分の関
係を示すものである。第１２図の実施例ではりアクタン
ス分演算器２１により複素インピーダンスの内のりアク
タンス分を求めることができるので、第４図（ｂ）の如
き対応関係を利用して酸素濃度を求めることができる。
。第４図（ｂ）は酸素濃度の対数とりアクタンス分の関
係を示すものである。第１２図の実施例ではりアクタン
ス分演算器２１により複素インピーダンスの内のりアク
タンス分を求めることができるので、第４図（ｂ）の如
き対応関係を利用して酸素濃度を求めることができる。
この場合には両軸共対数尺であって、直線的な関係が得
られているから、幕乗変換器１１２を用いて出力を変換
しているＯ 第１３図は第１２図の回路における複素インピ−ダンス
演算器１９と変換器１１の間に抵抗公演算器２０を挿入
した構成を有し、抵抗公演算器２０により抵抗分を求め
て、変換器１１へ供給する。第４図（ｃ）は酸素濃度の
対数と抵抗分の関係を示す。抵抗公演算器２０で求めた
抵抗分から第４図（ｃ）の如き対応関係を利用して酸素
濃度を求めることができる。この場合には抵抗分の対数
でなく、抵抗分の値に対して良好な直線的関係が得られ
ているので変換器１１の構成が容易になる。
られているから、幕乗変換器１１２を用いて出力を変換
しているＯ 第１３図は第１２図の回路における複素インピ−ダンス
演算器１９と変換器１１の間に抵抗公演算器２０を挿入
した構成を有し、抵抗公演算器２０により抵抗分を求め
て、変換器１１へ供給する。第４図（ｃ）は酸素濃度の
対数と抵抗分の関係を示す。抵抗公演算器２０で求めた
抵抗分から第４図（ｃ）の如き対応関係を利用して酸素
濃度を求めることができる。この場合には抵抗分の対数
でなく、抵抗分の値に対して良好な直線的関係が得られ
ているので変換器１１の構成が容易になる。
なお、第５図ないし第１３図においてポーラログラフイ
一式センサの部分は接地線も記したが、ブロックで示し
た部分については接地線は省略しである。
一式センサの部分は接地線も記したが、ブロックで示し
た部分については接地線は省略しである。
また、各図面に示す実施例において、各ブロックからの
出力を電圧としである部分について、電流として出力す
るよう構成してもよく、またそれ６．、Ｌ それの数値を表わすディゾル信号として出力し演算部を
ディジタル演算を行なうよう構成してもよい。
出力を電圧としである部分について、電流として出力す
るよう構成してもよく、またそれ６．、Ｌ それの数値を表わすディゾル信号として出力し演算部を
ディジタル演算を行なうよう構成してもよい。
また、インピーダンスによって求めるとしている部分に
ついてはその逆数であるアドミタンスとしてもよい。ま
た抵抗から求めるとしている部分についてはその逆数で
あるコンダクタンスとしてもよい。また、リアクタンス
から求めるとしている部分についてはその逆数であるサ
セプタンスとしてもよい。これらの変更を行なう場合に
変換器■１の変換特性をそれぞれ対応する酸素濃度値全
出力できるような特性に変更を行なうべきことはもちろ
んである。
ついてはその逆数であるアドミタンスとしてもよい。ま
た抵抗から求めるとしている部分についてはその逆数で
あるコンダクタンスとしてもよい。また、リアクタンス
から求めるとしている部分についてはその逆数であるサ
セプタンスとしてもよい。これらの変更を行なう場合に
変換器■１の変換特性をそれぞれ対応する酸素濃度値全
出力できるような特性に変更を行なうべきことはもちろ
んである。
以上に説明したように、本発明はポーラログラフイ一式
センサに交流を印加して検出を行うよう構成されている
ので、直流を印加する従来方式の問題点を解消すること
ができる。即ち、ポーラログラフイ一式センサの固体電
解質が分解され特性が経時変化したシ、測定に時間を要
するということがない。
センサに交流を印加して検出を行うよう構成されている
ので、直流を印加する従来方式の問題点を解消すること
ができる。即ち、ポーラログラフイ一式センサの固体電
解質が分解され特性が経時変化したシ、測定に時間を要
するということがない。
第１図（ａ）はポーラログラフイ一式センサノ構造の一
例を示す図、第１図（ｂ）はそのセンサに直流全印加し
たときの酸素濃度をパラメータとする電流の特性を示す
図である。 第２図はポーラログラフイ一式センサに直流を印加して
酸素濃度を検出する従来の検出回路を示す図である。 第３図はポーラログラフイ一式センサに交流を印加した
ときの特性の一例を示すものである。 第４図（ａ）はポーラログラフイ一式センサに一定周波
数（５Ｈｚ）ｋ印加して測定したセンサのインピーダン
スと酸素濃度との関係を示す図、同図ω）は一定周波数
（５０Ｈｚ ） ”ｆｃ印加して測定したりアクタンス
分と酸素濃度との関係を示す図、同図（ｃ）は一定周波
数（１，ｏＯＨｚ）ｉ印加して測定しゾこ抵抗分と酸素
濃度との関係を示す図である。 第５図〜第１３図はそれぞれ本発明の実施例を示す図で
ある。 ■・・・ポーラログラフイ一式センサ（限界電流式酸素
センサ）、５・・・インピーダンス測定部、６・・・イ
ンピーダンス割側部、７・・・発振器、８・・・交流電
流検出部、９・・・交流電圧検出部、１０・・・演算部
、１１・・・変換器、１２・・・電流電圧変換器、１３
゜１４・・・交流電圧対直流電圧変換器、１５・・・演
算器、１６・・・電流分位相検出器、１７・・・電圧分
位相検出器、１８・・・位相差検出器、１９・・・複素
インピーダンス検出器、２０・抵抗公演算器、２１・・
・リアクタンス分演算器。 第１図 印カ０ｆ反（Ｖ） 第２図 第５図
例を示す図、第１図（ｂ）はそのセンサに直流全印加し
たときの酸素濃度をパラメータとする電流の特性を示す
図である。 第２図はポーラログラフイ一式センサに直流を印加して
酸素濃度を検出する従来の検出回路を示す図である。 第３図はポーラログラフイ一式センサに交流を印加した
ときの特性の一例を示すものである。 第４図（ａ）はポーラログラフイ一式センサに一定周波
数（５Ｈｚ）ｋ印加して測定したセンサのインピーダン
スと酸素濃度との関係を示す図、同図ω）は一定周波数
（５０Ｈｚ ） ”ｆｃ印加して測定したりアクタンス
分と酸素濃度との関係を示す図、同図（ｃ）は一定周波
数（１，ｏＯＨｚ）ｉ印加して測定しゾこ抵抗分と酸素
濃度との関係を示す図である。 第５図〜第１３図はそれぞれ本発明の実施例を示す図で
ある。 ■・・・ポーラログラフイ一式センサ（限界電流式酸素
センサ）、５・・・インピーダンス測定部、６・・・イ
ンピーダンス割側部、７・・・発振器、８・・・交流電
流検出部、９・・・交流電圧検出部、１０・・・演算部
、１１・・・変換器、１２・・・電流電圧変換器、１３
゜１４・・・交流電圧対直流電圧変換器、１５・・・演
算器、１６・・・電流分位相検出器、１７・・・電圧分
位相検出器、１８・・・位相差検出器、１９・・・複素
インピーダンス検出器、２０・抵抗公演算器、２１・・
・リアクタンス分演算器。 第１図 印カ０ｆ反（Ｖ） 第２図 第５図
Claims (6)
- （１） ポーラログラフイ一式センサに一定周波数の
交流全印加するだめの交流諒と、 前記交流を印加したときの前記ポーラログラフイ一式セ
ンサの端子間の交流電圧全検出する交流電圧検出手段と
、 前記交流を印加したときの前記ポーラログラフイ一式セ
ンサに流れる交流電圧を検出する交流電流検出手段と、 前記検出した交流型５流と交流電流とからインピーダン
スまたはア１゛ミタンスを算出する演算部と、その演算
部の出力全対応する被測定対象ガスの濃度に変換する変
換部と 全備えたことを特徴とするポーラログラフイ一式センサ
の検出回路。 - （２） 前記演算部は前記インピーダンスオたはアド
ミタンスの実数部または虚数部のみを算出して出力する
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
記載の検出回路。 - （３）前記交流電圧検出手段および前記交流電流検出手
段の出力が直流のアナログ信号であり、前記演算部がア
ナログ演算器であることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項記載の検出回路。 - （４）前記交流電圧検出手段おまひ前記交流電流検出手
段の出力がテ゛゛イシタル信号であり、前記演算部がデ
ィジタル演算器であることを特徴とする特許請求の範囲
第（１）項記載の検出回路。 - （５） 前記交流電圧検出手段は、センサに印加され
る交流電圧の振幅を直流電圧値に変換する交流電圧対直
流電圧変換器と、センサに印加される交流電圧の位相全
検出する電圧分位相検出器とを有し、 前記交流電流検出手段はセンサに流れる電流の振幅を交
流電圧値に変換する電流電圧変換器と、その電流電圧変
換器の出力を直流電圧に変換する交流電圧対直流電圧変
換器と、センサに流れる電流の位相を検出する電流分位
相検出器と金有し、前記演算部は、前記交流電圧対直流
電圧変換器の出力と前記交流電圧対直流電圧変換器の出
力との比を求める比演算器と、前記電圧分位相検出器の
出力と前記′電流分位相検出器の出力との間の位相差を
検出する位相差検出器と、前記比演算器の出力と前記位
相差検出器の出力とから複素インピーダンスを算出する
複素インピーダンス演算器とを有することを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項記載の検出回路。 - （６） 前記演算部が、前記複素インピーダンス演算
器からの出力から抵抗力を算出する抵抗公演算器を有す
ることを特徴とする特許請求の範囲第（５）項記載の検
出回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58091440A JPS59217150A (ja) | 1983-05-26 | 1983-05-26 | 酸素イオン導電性固体電解質を用いた限界電流式酸素センサの検出回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58091440A JPS59217150A (ja) | 1983-05-26 | 1983-05-26 | 酸素イオン導電性固体電解質を用いた限界電流式酸素センサの検出回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59217150A true JPS59217150A (ja) | 1984-12-07 |
| JPH047464B2 JPH047464B2 (ja) | 1992-02-12 |
Family
ID=14026426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58091440A Granted JPS59217150A (ja) | 1983-05-26 | 1983-05-26 | 酸素イオン導電性固体電解質を用いた限界電流式酸素センサの検出回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59217150A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6397659B1 (en) | 1998-03-20 | 2002-06-04 | Denso Corporation | Method for detecting an element resistance of a gas concentration sensor and gas concentration detection apparatus |
| US7160435B2 (en) | 1997-12-22 | 2007-01-09 | Ngk Insulators, Ltd. | Gas sensor and method for controlling the same |
-
1983
- 1983-05-26 JP JP58091440A patent/JPS59217150A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7160435B2 (en) | 1997-12-22 | 2007-01-09 | Ngk Insulators, Ltd. | Gas sensor and method for controlling the same |
| US7655131B2 (en) | 1997-12-22 | 2010-02-02 | Ngk Insulators, Ltd. | Gas sensor and method for controlling the same |
| US6397659B1 (en) | 1998-03-20 | 2002-06-04 | Denso Corporation | Method for detecting an element resistance of a gas concentration sensor and gas concentration detection apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH047464B2 (ja) | 1992-02-12 |
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