JPS595944A - 酸素濃度検出器 - Google Patents

酸素濃度検出器

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JPS595944A
JPS595944A JP57114784A JP11478482A JPS595944A JP S595944 A JPS595944 A JP S595944A JP 57114784 A JP57114784 A JP 57114784A JP 11478482 A JP11478482 A JP 11478482A JP S595944 A JPS595944 A JP S595944A
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oxygen concentration
solid electrolyte
resistor
current
oxygen
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Shunzo Mase
俊三 間瀬
Shigeo Soejima
繁雄 副島
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NGK Insulators Ltd
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NGK Insulators Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流電圧を印加することにより酸素濃度検出素
子f直接または間接に加熱する酸素濃度検出器に係わり
、特に電圧変動による温度安定性に優れた電力損失の極
めて少々い酸素濃度検出器に関するものである。
従来、ジルコニア磁器岬の酸素イオン導電性固体電解質
より成る酸素濃度検出素子に、直接交流電圧を印加通電
して酸素濃度検出素子を加熱し、酸素濃度検出器の低温
作動性を改善した酸素濃度検出器を同一出願人は先Vこ
出願し、特開昭56−79246号公報および特開昭5
6−187145号公報に公開されている。この釉の酸
素濃度検出器は例えば第1図に示すように、交流電源】
と酸素イオン導電性固体電解質よりなる酸素#匿検出累
子2にコンデンサ8と抵抗4會直列に接続し、コンデン
サ8により交姐電源中の直流成分全除去し、抵抗4によ
り酸素濃曵検Ill累子2に流れる交流電流全所定の値
に制限することによって酸素濃度検出素子2を加熱する
。そしてさらに酸素S度検出索子2は酸素イオン導電性
固体電解質2Eに接触している電極2A、2Bがさらさ
れている各々のガスの酸素分圧の差に応じた起電力Et
生ずるので、その起電力Eを血流電圧検出器5で測定す
ることによってガス中の酸素濃度ヲ棟出する酸素濃度検
出器である。
しかしながら、このような酸素1Ii1度検出際を例え
ば自動車等の内燃機関に用いると、交流電源の入力とし
ての自動車のバッテリー電圧がエンジンの回転数に応じ
て約10〜17Vの範囲で変動するため、直流電源電圧
が高くなると例えに直流−交流変換器より発生する交流
電圧も高くなり、その結果として酸素濃度検出素子2に
印加される交流電圧が亮くなるので酸素濃度検出素子2
の温度が画くなるとともに大きく変動する問題点がおっ
た。
さらに交流電流の限流回路として抵抗4會用いているた
め、負の抵抗温間特性をもつ#累イオン導電性固体電解
質よpなる岐累*艮検出10が例えば電源電圧の上昇に
より、高い温度に加熱されるとその抵抗値が著1.<低
下するので抵に4が交流出力電圧のほとんどt分担する
ことになり、抵抗4によって大きな電力が消費されるの
で電力損失が極めて大きいものでおp、それに応じて電
源回路全大型化しなければならない鰹の問題点を有して
いた。また限流回路として抵抗4に用いずロンデン?8
のみを使用する場合もあるが、この場合は限流回路内で
の電力損失は軽減できるが、交流電源への入力電圧の変
動に伴なう交流出力電圧の変動は避けられず、一般的な
発振回路であるpイヤー回路等を用いた交流電源では入
力電圧の変動により交流出力電源の周波数も変動するた
め、この交流出力周波数の変化によってコンデンサのイ
ンピーダンスが変化し、酸素fikllt検出累子2に
流れる交流電流が一層大幅に変動する問題点があった。
本発明は従来のこのような問題点を解決するためになさ
れた電圧変動による温度安定性に優れ、かつ電力損失の
極めて少ない酸素#艮検出器でおり、酸素濃淡電池を構
成する固体11M質またはこれI/c隣接して設けた負
の抵抗温度係数をもつ抵抗体ニ、インピーダンスが主と
してインダクタンスよp成る限流回路を介して、入力電
圧と交流出力周波数とが正の相関全音する交流電源全接
続し、その固体11解質または抵抗体に流れる交流電流
を所足値に制御して該固体電解質ま′fcri抵抗体管
通電加熱し、その通電により加熱された酸素lII淡電
池を形成する固体電解質によりガス中の酸素濃度?検出
する酸素S度検出器である。
本発明の構成を一具体例管示す第2図に基づいてさらに
詳しく説明する。
第2図において、ムは直流入力電圧と交流出力周波数と
が正の相rIAをHする直流−交流変換器であり、例え
ばバッテリー等の直流電源6からの直流入力電圧を交流
出力電圧に変換するものであって、トランジスタ7.8
が交互K ON 、 01i’F 1rfiり返すこと
によりフェライトを用いたトランス9の2次巻線に矩形
波の交流電圧を発生する直流−交流変換器である。トラ
ンス9の8次巻線にはコンデンサ10とインダクタ11
が直列に接続され、さらに負荷として酸素濃度検出素子
2が接続されている。エンジン?10は直流−交流変換
器ムにより得られた交流電圧の直流分子m止するための
ものであり、インダクタ】1は#!1票1l11度検出
累子2に流れる交流W流を所定の値に制限”する限流回
路と17でのインダクタであり、また酸素濃度検出素子
2からの起電力Eは直流電圧検出トロによって測定され
るようになっている。この場合、酸素濃度検出素子2に
流れる交流電流は実際にはコンデンサ】0によるリアク
タンスX。と、インダクタ11によるリアクタンスXL
の合成りアクタンスX(= I XL−1(、l )ニ
ヨり制限すtLル(Dt’、限流回路としてはコンデン
サ10とインダクタ11の直列回路として見ることがで
きるが、インダクタ11によるリアクタンスxLがコン
デンサ10によるリアクタンスXoよp極めて大きく(
X、 >>、 Xo)なっているので1とんどインダク
タ11によるリアクタンスXLの値によって制限される
こととなる。即ち、このように限流回路のインピーダン
スとしては抵抗成分およびキャパシタンスを実質的に用
いず、インピーダンスが主としてインダクタンスによる
リアクタンス成分のみによって酸素l11度横度検出2
に流れる交流電流を制限する。
これは、第2図の回路において直流−交流変換器ムは直
流入力電圧と変流出力周波数とが正の相関管Hするので
、例えば直流電源6の電圧が変動(上昇)し、直流−交
流変換器の発振周波数が変動(上昇)しても限流回路の
インピーダンス1主としてインダクタンスVCより形成
している。換言すればコンデンサ】0によるリアクタン
スX。よりインダクタ11によるリアクタンスxLvi
めて大きく形成(X■、〉〉Xc)シているので、イン
ダクタ】】によるリアクタンスXLが周波数の上昇に伴
ない大きくな〃、したがって限流効果も大となるためト
ランス9の二次電圧の上昇分管相殺することとなり、直
流電源6の電圧変動があっても酸素llI度検出素子2
Vrニー流れる交流電流會所足の値に制限することがで
きるものでおる。その精米、直流入力電圧の変動にかか
わらず、印加交流電流をtlを了一定に保持するととA
5でき、酸素譲凹検出素子の温[−f−tl l?1′
−足に保つことができる。
第8図は、この様子を示したもので、電流N路のインピ
ーダンスが主としてキャパシタンスよp成る場合(曲線
0)、限流回路のインピーダンスが主として抵抗分〔レ
ジスタンス)よ〕成る場合(曲線R)、および限流回路
のインピーダンスμ主としてインダクタンスより成る本
発明の場合(曲線L)のそれぞれについて、直流電源電
圧の変動にともなう酸素濃度検出集子の温度変化を示し
たものである。第8図より明らかなように限流回路のイ
ンピーダンスが主としてインダクタンスより成る本発明
の曲線りの場合は、酸素濃度横用素子の温度は#1は一
定であることが判る。
なお、酸素Il1度検出累子2の温度はほぼ一定でおる
ことが望ましいが、これは、酸素濃度検出集子2は2つ
の電極2A 、2Bの谷々がさらされているガスの酸素
分圧pQ、 (1) l pQ、 (n)の差に応じ、
ネルンストの弐E = (RT/nF ) tn (p
o、 (1)/Po2(1) )によって起電力E’c
生ずる。(ここでRは気体定数、Tは温度、nはイオン
電荷、Fはファラデ一定数である)従ってこの式よシ明
らかなように、起電力Eは温度Tに依存するので、正確
に酸素分圧を測足するためには温度Tを測足しなければ
彦ら彦いが、温度Tがほぼ一定であればあらかじめ定数
として決めておくことができ、酸素濃度検出器の構成を
簡単にすることができる利点があるからである。
さらに本発明のように限流回路のインピーダンスを主と
してインダクタンスより成るようにすると電源回路を小
型化することができるが、これは、直流電源電圧が上昇
してインダクタ1】に分担される交流電圧が高くなって
もインダクタンスの特性上、インダクタ11では電力が
消費されず、したがって直流−交流変換器の出力@lは
酸素員度横14素子で消費される電力のみ′fr供給す
れに良く、結果的に小型化することができるものである
なお本発明Vr−おける酸素濃度検出器は、酸素濃度を
検出するための酸素イオン尋電性固体tN質2E、換實
すれば酸素濃淡電池を構成する固体電解質2EK直接交
流を印加通電して自己発熱させて直接加熱1−でもよい
。まだ例え11図に示すように酸素S淡を氾’t′#J
t成する固体電解質2Eに隣接して設けた負の抵抗況i
係数I!−有する抵抗体2Dに交流を印加通電して抵抗
体BD′を発熱させ、その熱で酸素11[f’を横用す
る同体電解質すなわち、酸素#淡11油會栴成する固体
電解質2Eを間接的に加熱してもよい。この場合抵抗体
2Dは負の温度係数?もつ抵抗体、例えにジルコニア、
トリア、β−アルミナ、錯化アルミナ、酸化チタン、酸
化亜鉛尋を用いることができ、好ましくは酸素イオン導
電性固体電解質、例えばジルコニア、トリア婢が良い。
また酸素濃度横用素子の形状は第2図および第4図に示
す形状に限定されることなく、例えけ有底円筒形あるい
はその他任意の形状とすることができる。
さらに本発明の酸素#度検出器の交流電源は第2図に示
すようなロイヤー回路に限られるものでUfi<、入力
電圧と交流出力周波数とが正の相関を示すものであれに
よく、例えば交流電源の発振周波数が負荷のインピーダ
ンスの変動によって変化するような、例えばブpツキン
グ発振回路を用いたものでは負荷としての酸素濃度横用
素子が加熱されるに従い酸素濃度横用素子のインピーダ
ンスが小さくなシ交流電源の発振周波数が高くなるので
、限流回路のインピーダンスiンダクタンスとすること
により加熱が進むにつれて限流効果を大とすることがで
きるので1kH1[[検出素子の温度を一定に保つ上で
より都合が良い。更に入力電流は必ずしも■1流でおる
必要は彦く、任意の周波数の交流、脈流であっても良い
。なお酸素濃度検出素子に加わる交流電流管制限する限
流(ロ)路は第2図に示すようにコンデンサ】0とイン
ダクタ11の直列回路にかりで彦く、コンデンサ、イン
ダクタ抵抗の直列回路、あるいはそれらの組合せによる
直並列回路でも良いが、要するに降流回路のインピーダ
ンスが主としてインダクタンスよ)成るものであれば前
記のような効米會奏するものである。
以上詳記したように本発明は、酸素濃淡111池を構成
する固体電解質またはこれに隣接して設けた負の抵抗温
度係数をもつ抵抗体に、インピーダンスが主としてイン
ダクタンスより成る隅流回路會介して、入力電圧と交流
出力周波数とが正の相関を有する交流電源′¥r接続し
、その固体電解質または抵抗体に流れる交流電流を所定
値に制隠して賠固体電解質または抵抗体を通電加熱し、
その通電により加熱された酸素濃淡電池を形成する固体
電解質によりガス中の酸素濃度全検出する酸素濃度検出
器であるので、特に電圧変動による温度安定性に優れ、
さらに電力損失の少ない小型化が可能なものであり、内
燃機関、特に自動車排ガス中の酸素m度の検出に最適で
あり、産業上極めて有効なものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は加熱回路をもつ従来の酸素濃度検出器の一具体
例の説明図、 第2図は本発明の一具体例を示す酸素濃度検出器の説明
図、 第8図は入力電圧の変化と酸素濃度検出素子の温度変化
とを示す説明図、 第4図は本発明の別の具体例を示す説明図である。 1・・・交流電源、2・・・酸素濃度検出素子、2A、
2B、20・・・電極、2E・・・酸素イオン導電性固
体を解質、2D・・・負の温度係数をもつ抵抗体、8・
・・コンデンサ、4・・・抵抗、5・・・直流電圧検出
器、6・・・直流電源、7.8・・・トランジスタ、9
・・・トランス、lO・・・コンデンサ、11・・・イ
ンダクタ。 待針出願人 日杢碍子林式会社 第1図 第2図 第8図 第4図 233−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 酸素濃淡電池を構成する固体電解質またはこれに隣
    接して設けた負の抵抗温度係数をもつ抵抗体に、インピ
    ーダンスが主としてインダクタンスより成る阻流回路管
    介して、入力電圧と交流出力周波数とが正の相関を有す
    る交流電源を接続し、その固体電解質または抵抗体に流
    れる交流電流を所定値に制限し゛て販固体電解質または
    抵抗体を通電加熱し、その通電により加熱された酸素濃
    淡電池を形成する固体電解質によりガス中の酸素濃反金
    検用する酸素濃度検出器。
JP57114784A 1982-07-03 1982-07-03 酸素濃度検出器 Granted JPS595944A (ja)

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JPS595944A true JPS595944A (ja) 1984-01-12
JPH0249467B2 JPH0249467B2 (ja) 1990-10-30

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5317648A (en) * 1991-05-31 1994-05-31 Matsushita Electric Works, Ltd. Process for extracting a particular color image of an object and a color processing device therefor
US5604034A (en) * 1992-04-28 1997-02-18 Minnesota Mining And Manufacturing Company Vinyl marking film having plasticizer resistant pressure sensitive adhesive

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