JPS60108747A - ガス測定プローブ - Google Patents
ガス測定プローブInfo
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- JPS60108747A JPS60108747A JP59219354A JP21935484A JPS60108747A JP S60108747 A JPS60108747 A JP S60108747A JP 59219354 A JP59219354 A JP 59219354A JP 21935484 A JP21935484 A JP 21935484A JP S60108747 A JPS60108747 A JP S60108747A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4075—Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
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】
本発明はガス測定プローブに関し、更に詳細には、工業
用に用いるかかるプローブに関する。本発明は特に固体
電解質センサの電極リードワイヤの材料物質及びその構
成に向けられている。
用に用いるかかるプローブに関する。本発明は特に固体
電解質センサの電極リードワイヤの材料物質及びその構
成に向けられている。
固体電解質型酸素センサは、高温燃焼システムを監視し
てその燃焼効率を最大限に保つために広く利用されてい
る。かかるセンサはその主要な構成要素として安定化ジ
ルコニアより成る電解質のセルを含み、そのセルは長い
リードワイヤにより電子式測定装置に接続されている。
てその燃焼効率を最大限に保つために広く利用されてい
る。かかるセンサはその主要な構成要素として安定化ジ
ルコニアより成る電解質のセルを含み、そのセルは長い
リードワイヤにより電子式測定装置に接続されている。
かかるリードワイヤに現在用いられている材料物質は、
はとんど例外なくプラチナである。従って酸素分析装置
の分野では、プラチナあるいは他の貴金属のワイヤ使用
量を最小限に抑えることが長い間追求されてきた目標で
あった。その理由は、かかる材料は相対的に高価であり
、プラチナは米国にとって戦略物資であると考えられて
いるからである。
はとんど例外なくプラチナである。従って酸素分析装置
の分野では、プラチナあるいは他の貴金属のワイヤ使用
量を最小限に抑えることが長い間追求されてきた目標で
あった。その理由は、かかる材料は相対的に高価であり
、プラチナは米国にとって戦略物資であると考えられて
いるからである。
酸素プローブにおけるプラチナの使用量を最小限に抑え
るために、本願の出願人であるウェスチングハウス参エ
レクトリックφコーポレーションは、そのモデル２１８
プローブにおいて、固体電解質セルの１表面からのプラ
チナリード線をその電解質セルを支持するステンレスス
チール製取り付はブラケットにアース接続した。このス
テンレススチール製取り付はブラケットは中間部材を介
して炉壁に接地される。かかる機械的構成によれば。
るために、本願の出願人であるウェスチングハウス参エ
レクトリックφコーポレーションは、そのモデル２１８
プローブにおいて、固体電解質セルの１表面からのプラ
チナリード線をその電解質セルを支持するステンレスス
チール製取り付はブラケットにアース接続した。このス
テンレススチール製取り付はブラケットは中間部材を介
して炉壁に接地される。かかる機械的構成によれば。
電解質セルから同じく炉壁に接地される電気測定回路へ
の接続のために２木でなく１本のプラチナ製リードワイ
ヤが必要となるため、プラチナの使用量を実質的に減少
することができる。しかしながら、この設計により接地
回路に非類似金ｊＩ間の接合が種々存在するためみ固体
電解質セルの出力に熱電効果による差が生じ、電気的な
補償が必要となる。
の接続のために２木でなく１本のプラチナ製リードワイ
ヤが必要となるため、プラチナの使用量を実質的に減少
することができる。しかしながら、この設計により接地
回路に非類似金ｊＩ間の接合が種々存在するためみ固体
電解質セルの出力に熱電効果による差が生じ、電気的な
補償が必要となる。
ミルトンΦロイ壷カンパニー（Ｍｉｌｔ。
ｎ Ｒｏｙ Ｃｏｍｐａｎｙ）に譲渡された米国特許第
４，２８４，４８７号−明細書は、プラチナワイヤの使
用量を最小限に抑えかつ酸素プａ−プの現場での補修を
容易にするための一方法として、プラチナ製リードワイ
ヤを高温の燃焼領域に設置したニッケル合金製ロッドタ
ーミナルへニッケル合金製ねじ及びクリップにより接続
したプローブを教示している。
４，２８４，４８７号−明細書は、プラチナワイヤの使
用量を最小限に抑えかつ酸素プａ−プの現場での補修を
容易にするための一方法として、プラチナ製リードワイ
ヤを高温の燃焼領域に設置したニッケル合金製ロッドタ
ーミナルへニッケル合金製ねじ及びクリップにより接続
したプローブを教示している。
上述の電気的な接続は全て、はぼ同じ温度で行なわれる
ため熱電対が不平衡になる可能性が最小限に抑えられる
。プローブの補修のためにコネクタを取外せるようニッ
ケル合金製ロッドターミナルの他端を雌形プラグコネク
タの先端部となるよう形成し、その雌形プラグコネクタ
が雌形プラグに着脱自在なように嵌め込まれる。上述の
特許に教示された構成を用いるとプラチナの使用ｌ−は
減少するが、いくつかの潜在的な問題が存在する。典型
的なセル動作温度である１、５５０’Ｆ（８４３℃）で
は、これらのニッケル合金製部品は急速な酸化を受け、
ニッケル合金製のねじ、クリップ及びターミナル表面に
酸化物のスケールが形成されて絶縁表面として作用し、
いくつかのコネクタが電気的不連続部分を形成すること
がある。更に詳細には、かかる酸化現象は約１．０００
°Ｆ（５３８℃）より高い温度で生じる。更に、ニッケ
ルー合金−プラチナの界面は互いに接触するニッケル合
金部品と同様固相拡散により高い動作温度で容易に融着
し互いに引き離すことができなくなる。かかる理由によ
り、上述した設計を採用することができるのは、主とし
て１，０００°Ｆ（５３８℃）以下の温度に限られる。
ため熱電対が不平衡になる可能性が最小限に抑えられる
。プローブの補修のためにコネクタを取外せるようニッ
ケル合金製ロッドターミナルの他端を雌形プラグコネク
タの先端部となるよう形成し、その雌形プラグコネクタ
が雌形プラグに着脱自在なように嵌め込まれる。上述の
特許に教示された構成を用いるとプラチナの使用ｌ−は
減少するが、いくつかの潜在的な問題が存在する。典型
的なセル動作温度である１、５５０’Ｆ（８４３℃）で
は、これらのニッケル合金製部品は急速な酸化を受け、
ニッケル合金製のねじ、クリップ及びターミナル表面に
酸化物のスケールが形成されて絶縁表面として作用し、
いくつかのコネクタが電気的不連続部分を形成すること
がある。更に詳細には、かかる酸化現象は約１．０００
°Ｆ（５３８℃）より高い温度で生じる。更に、ニッケ
ルー合金−プラチナの界面は互いに接触するニッケル合
金部品と同様固相拡散により高い動作温度で容易に融着
し互いに引き離すことができなくなる。かかる理由によ
り、上述した設計を採用することができるのは、主とし
て１，０００°Ｆ（５３８℃）以下の温度に限られる。
カくシテ、１．６００’Ｆ （８６８℃）にも−Ｌる温
度が普通に経験される多くの工業用用途にはこれは不適
当である。
度が普通に経験される多くの工業用用途にはこれは不適
当である。
従って、本発明の主要目的は、低いコストのガスプロー
ブを提供することにある。
ブを提供することにある。
本発明は、広義には、イオン伝導性固体電解質セルの第
１の部分が煙道ガス流に、第２の部分が基準ガス流に露
出され、電極リード手段がセルの前記第１及び第２の部
分から延びて遠隔測定回路へ電気的に接続され、前記電
極リード手段の少なくとも一方が前記固体電解質セルと
電気的に導通関係にあるプラチナ製織布パッドと、一端
が前記プラチナ製織布パッドに溶接され他端が前記測定
回路に接続される合金ワイヤとより成ることを特徴とす
るガス測定プローブに関する。
１の部分が煙道ガス流に、第２の部分が基準ガス流に露
出され、電極リード手段がセルの前記第１及び第２の部
分から延びて遠隔測定回路へ電気的に接続され、前記電
極リード手段の少なくとも一方が前記固体電解質セルと
電気的に導通関係にあるプラチナ製織布パッドと、一端
が前記プラチナ製織布パッドに溶接され他端が前記測定
回路に接続される合金ワイヤとより成ることを特徴とす
るガス測定プローブに関する。
本発明は、固体電解質セルと遠隔測定回路の間に用いら
れる、高温のガス検知プローブの電極リードワイヤの材
料物質及びその構成に関する。本発明の一実施例によれ
ば、合金ワイヤが固体電解買上の焼結電極に取り付けた
プラチナ製の織布パッドに溶接される。第２の実施例で
は、プラチナ製のディスクが織布パッドと合金リードワ
イヤの間に配設される。第３の実施例では、焼結電極上
の織布パッドのプラチナ製リードワイヤが端と端が当接
する関係で合金リードワイヤに突き合わせ溶接される。
れる、高温のガス検知プローブの電極リードワイヤの材
料物質及びその構成に関する。本発明の一実施例によれ
ば、合金ワイヤが固体電解買上の焼結電極に取り付けた
プラチナ製の織布パッドに溶接される。第２の実施例で
は、プラチナ製のディスクが織布パッドと合金リードワ
イヤの間に配設される。第３の実施例では、焼結電極上
の織布パッドのプラチナ製リードワイヤが端と端が当接
する関係で合金リードワイヤに突き合わせ溶接される。
第４の実施例によれば、合金リートワイヤはその一端に
おいて半円形の横断面を有し、プラチナ製のリードワイ
ヤがかかる合金リードワイヤの形状により画定されるシ
ート状領域に溶接される。
おいて半円形の横断面を有し、プラチナ製のリードワイ
ヤがかかる合金リードワイヤの形状により画定されるシ
ート状領域に溶接される。
使用する合金は、好ましくは、クロメルＡ（Ｃｈｒｏｍ
ｅｌ Ａ）（７９％の＝−／ケルー２０％のクロム−１
％の珪素）及びインコネル６００ （Ｉｎｃｏｎｅｌ
６００）（７７％のニッケル−ｔｓ、１１ｘのクロム−
７，２駕の鉄）より成る群から選択される。これら全て
の組成は型車％である。クロメル Ａはホスキンズ・マ
ニファクチャリング・カンパニー（ＨｏｓｋｉｎｓＭａ
ｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ
）の商標であり、インコネル６００はインターナショナ
ル・ニッケル・カンパニー・インコーボレーテイツド （Ｉ ｎｔ ｅ ｒｎａｔ ｉ ｏｎａｌＮｉ ｅｋｅ
ＩＣｏｍｐａｎｙ、Ｉｎｃ、）の商標である。
ｅｌ Ａ）（７９％の＝−／ケルー２０％のクロム−１
％の珪素）及びインコネル６００ （Ｉｎｃｏｎｅｌ
６００）（７７％のニッケル−ｔｓ、１１ｘのクロム−
７，２駕の鉄）より成る群から選択される。これら全て
の組成は型車％である。クロメル Ａはホスキンズ・マ
ニファクチャリング・カンパニー（ＨｏｓｋｉｎｓＭａ
ｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ
）の商標であり、インコネル６００はインターナショナ
ル・ニッケル・カンパニー・インコーボレーテイツド （Ｉ ｎｔ ｅ ｒｎａｔ ｉ ｏｎａｌＮｉ ｅｋｅ
ＩＣｏｍｐａｎｙ、Ｉｎｃ、）の商標である。
本発明は、固体電解質センサの電極リードワイヤの材料
物質及びその構成を提供する。
物質及びその構成を提供する。
特定の電極リードワイヤの材料とそれらの構成を組み合
わせて用いると、ガスセンサ・プローブに見られる叙上
の欠点、即ち、不平衡な熱電対、及びコネクタを電気的
不連続にする酸化物スケール絶縁層を生ぜしめる急速な
酸化等の問題が解消される。
わせて用いると、ガスセンサ・プローブに見られる叙上
の欠点、即ち、不平衡な熱電対、及びコネクタを電気的
不連続にする酸化物スケール絶縁層を生ぜしめる急速な
酸化等の問題が解消される。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説
明する。第１Ａ及び１８図を参照して、工業用固体電解
質ガス分析プローブを参照番号１１で総括的に示す、第
１Ｂ図は、後述するようにセンサ・セルと測定回路との
間を電気的に接続する別の方法を説明するためのもので
ある０図示の分析プローブ組立体１１はプロセスガス雰
囲気中のガス成分をその場で測定するものであるが、ガ
ス分析装置はプロセスガス雰囲気の外部に設置されガス
成分がサンプル管を介して吸引される形二に 式のものであってもよレジ理解されたい、ガス分析プロ
ーブ１１は一例として示したものであり、本発明の適用
について限定的な意図がないことを理解されたい。
明する。第１Ａ及び１８図を参照して、工業用固体電解
質ガス分析プローブを参照番号１１で総括的に示す、第
１Ｂ図は、後述するようにセンサ・セルと測定回路との
間を電気的に接続する別の方法を説明するためのもので
ある０図示の分析プローブ組立体１１はプロセスガス雰
囲気中のガス成分をその場で測定するものであるが、ガ
ス分析装置はプロセスガス雰囲気の外部に設置されガス
成分がサンプル管を介して吸引される形二に 式のものであってもよレジ理解されたい、ガス分析プロ
ーブ１１は一例として示したものであり、本発明の適用
について限定的な意図がないことを理解されたい。
カス分析プローブ１１はディスク形固体電解賀電気化学
的セル１３を含み、そのセルは封１１一手段１７を介し
て支持管１５に封止されている。支持管１５は典型的に
は金属部材であり、第１の隔壁１９と第２の隔壁２１を
貫通する。第２の隔壁２１は管状部材２３を含み、その
管状部材は環状有孔防塵シール２５を支持する。その防
塵シールは、第１の隔壁Ｉ９から延びる外側管状外殻部
材２７と接触関係にある。外側管状外殻部材２７はプロ
セスガス包囲体の壁２９の開口内に固定され、その包囲
体は典型的には工業用のスタックであろう。固体電解質
電気化学的セル１３は、イオン伝導性固体電解質素子３
１より成り、その基準電極３３及び検知電極３５はその
素子の互いに反対の表面に配設されている。固体電解質
セル３１の組成は、セル１３がプロセスガス、あるいは
監視されるガス雰囲気３７中の特定のカス成分に応答す
るように選択される。その特定のガス成分は、たとえば
酸素、可燃性成分、あるいは汚染成分である。
的セル１３を含み、そのセルは封１１一手段１７を介し
て支持管１５に封止されている。支持管１５は典型的に
は金属部材であり、第１の隔壁１９と第２の隔壁２１を
貫通する。第２の隔壁２１は管状部材２３を含み、その
管状部材は環状有孔防塵シール２５を支持する。その防
塵シールは、第１の隔壁Ｉ９から延びる外側管状外殻部
材２７と接触関係にある。外側管状外殻部材２７はプロ
セスガス包囲体の壁２９の開口内に固定され、その包囲
体は典型的には工業用のスタックであろう。固体電解質
電気化学的セル１３は、イオン伝導性固体電解質素子３
１より成り、その基準電極３３及び検知電極３５はその
素子の互いに反対の表面に配設されている。固体電解質
セル３１の組成は、セル１３がプロセスガス、あるいは
監視されるガス雰囲気３７中の特定のカス成分に応答す
るように選択される。その特定のガス成分は、たとえば
酸素、可燃性成分、あるいは汚染成分である。
基準電極３３に接触する関係で既知のあるいは安定した
基準ガス雰囲気３９が維持されるが、それは遠隔基準ガ
ス源４Ｉからガス取入れ管４３を介して基準ガスを流早
を制御しながら流入させることにより達成される。プロ
セスガス雰囲気３７中の特定のガス成分の分圧に応答し
て電気化学的セル１３により発生される電気信号は、電
気リード４７及び４９を介して電極３３及び３５に接続
される遠隔測定回路４５によりモニタされる。もちろん
、」−述のカス分析プローブ１１を更に別の特徴部分を
組み込むように改造することがｏｆ能である。しかしな
がら１本発明はプローブの設計及び動作の特定の部面に
向けられたものでない。即ち、リードワイヤ４７Ｖ４９
及びそれらが電極３３及び３５へ接続されるｉｌ＋様及
びそれらの材料物質に関するものである。
基準ガス雰囲気３９が維持されるが、それは遠隔基準ガ
ス源４Ｉからガス取入れ管４３を介して基準ガスを流早
を制御しながら流入させることにより達成される。プロ
セスガス雰囲気３７中の特定のガス成分の分圧に応答し
て電気化学的セル１３により発生される電気信号は、電
気リード４７及び４９を介して電極３３及び３５に接続
される遠隔測定回路４５によりモニタされる。もちろん
、」−述のカス分析プローブ１１を更に別の特徴部分を
組み込むように改造することがｏｆ能である。しかしな
がら１本発明はプローブの設計及び動作の特定の部面に
向けられたものでない。即ち、リードワイヤ４７Ｖ４９
及びそれらが電極３３及び３５へ接続されるｉｌ＋様及
びそれらの材料物質に関するものである。
再び、例示の目的で、固体電解質電気化学的セル１３を
ディスク状の部材として示したか、電気化学的セルは管
の一方の側にプロセスガスが、他方の側に基準ガスが接
触する円筒あるいは管状部材として形成できることを認
識されたい。第１Ａ図のガス分析装置１１はまた、リー
ドワイヤ４７及び４９が相当な長さを有し、かかる長さ
のワイヤを白金で構成すると費用は高くつくことが明ら
かである。たとえ１つのリードワイヤを第１Ｂ図に示す
ように金属支持管１５に接地しても、実質的な長さのプ
ラチナワイヤが依然として必要となる。残余の図面に関
連して詳細に説明する設計を採用すると、プラチナの使
用量を実質的に減少できるだけでなく、不平衡状態の熱
電対によりセンサ・セルの出力に生じる名 ばらつき会大部分番なくすことができる。更に重要なこ
とは、本発明による設計によると接合部が従来型方法の
機械的な電気接続ではなしに溶接されるため、電極とり
−トワイヤの界面の電気的なｉ！Ｉ！続性が表面の酸化
によって影響を受けない。その結果、このり−トワイヤ
の接合？）、ではプローブ１．ＯＯＯ’Ｆ（５３８°Ｃ
）以！−の温度で用いることがｉＴｆ能となる。加えて
、本発明により利用される合金ワイヤはその価格が安い
ため、リードワイヤは実際には使い捨て可能と考えるこ
とがでＳる。従って、耐高温合金ねじ、クリンプ及びロ
ッドを現在用いられているカス分析プローブのΔ１″形
コネクタとノ（に用いる必要がなくなる。
ディスク状の部材として示したか、電気化学的セルは管
の一方の側にプロセスガスが、他方の側に基準ガスが接
触する円筒あるいは管状部材として形成できることを認
識されたい。第１Ａ図のガス分析装置１１はまた、リー
ドワイヤ４７及び４９が相当な長さを有し、かかる長さ
のワイヤを白金で構成すると費用は高くつくことが明ら
かである。たとえ１つのリードワイヤを第１Ｂ図に示す
ように金属支持管１５に接地しても、実質的な長さのプ
ラチナワイヤが依然として必要となる。残余の図面に関
連して詳細に説明する設計を採用すると、プラチナの使
用量を実質的に減少できるだけでなく、不平衡状態の熱
電対によりセンサ・セルの出力に生じる名 ばらつき会大部分番なくすことができる。更に重要なこ
とは、本発明による設計によると接合部が従来型方法の
機械的な電気接続ではなしに溶接されるため、電極とり
−トワイヤの界面の電気的なｉ！Ｉ！続性が表面の酸化
によって影響を受けない。その結果、このり−トワイヤ
の接合？）、ではプローブ１．ＯＯＯ’Ｆ（５３８°Ｃ
）以！−の温度で用いることがｉＴｆ能となる。加えて
、本発明により利用される合金ワイヤはその価格が安い
ため、リードワイヤは実際には使い捨て可能と考えるこ
とがでＳる。従って、耐高温合金ねじ、クリンプ及びロ
ッドを現在用いられているカス分析プローブのΔ１″形
コネクタとノ（に用いる必要がなくなる。
第２〜５図に示したいくつかの実施例によれば、全ての
あるいは実質的に全てのプラチナ製リードワイヤを合金
製のワイヤで置き換えることができる。使用できる合金
材料は、耐酸化性でその材料がガス分析プローブのプラ
チナワイヤが遭遇すると予想される温度及び雰囲気条件
に耐え得るものであることを特徴とする。加えて、本発
明の設計ではプラチすと合金材料の接触が不可避である
ため、合金材ネ１は、プラチナがそれとは非類似の材料
に接触する際典型的に生じる拡散による不安定性の問題
が最も少ないものである必要がある。
あるいは実質的に全てのプラチナ製リードワイヤを合金
製のワイヤで置き換えることができる。使用できる合金
材料は、耐酸化性でその材料がガス分析プローブのプラ
チナワイヤが遭遇すると予想される温度及び雰囲気条件
に耐え得るものであることを特徴とする。加えて、本発
明の設計ではプラチすと合金材料の接触が不可避である
ため、合金材ネ１は、プラチナがそれとは非類似の材料
に接触する際典型的に生じる拡散による不安定性の問題
が最も少ないものである必要がある。
種々の合金材料の耐酸化性を詳細に検討した結果、ある
特定の鉄ベース及びニッケルベースの耐高温合金が、ガ
スプローブの元の有することが確定した。その上、後述
するように、プラチナと合金材料は接触関係にあるため
、拡散による不安定性という潜在的な問題を考慮しなけ
ればならなかった。プラチナと合金材ネ４の接合部に急
速な相互拡散が起こると、局部的な合金組成の有害な変
化による電気的連続性の損失及び耐酸化性の喪失、ある
いはカーデンドール（Ｋｉｒｄｅｎｄａｌｌ）の空所形
成による実際の物理的分離を含む重大な性能上の問題が
生じる。従って、合金の酸化特性に加えて各合金の拡散
特性を検査する必要があった。
特定の鉄ベース及びニッケルベースの耐高温合金が、ガ
スプローブの元の有することが確定した。その上、後述
するように、プラチナと合金材料は接触関係にあるため
、拡散による不安定性という潜在的な問題を考慮しなけ
ればならなかった。プラチナと合金材ネ４の接合部に急
速な相互拡散が起こると、局部的な合金組成の有害な変
化による電気的連続性の損失及び耐酸化性の喪失、ある
いはカーデンドール（Ｋｉｒｄｅｎｄａｌｌ）の空所形
成による実際の物理的分離を含む重大な性能上の問題が
生じる。従って、合金の酸化特性に加えて各合金の拡散
特性を検査する必要があった。
いくつかの合金を検３・Ｉシたが、２つの合金が上述の
好ましい特性を保有することが判明した。プラチナ−合
金材料の拡散対奢であって密着する界面接触を有する対
を調製し、２つの温度、即ち予想されるガス分析プロー
ブの動作温度１，５５０°Ｆ（８４３℃）とテストを短
時間で行なうための温度２，１００’Ｆ （１，１４９
°Ｃ）で拡散−熱処理を行なった。好ましい２つの合金
材料は、クロメルＡ及びインコネル６００であった。
好ましい特性を保有することが判明した。プラチナ−合
金材料の拡散対奢であって密着する界面接触を有する対
を調製し、２つの温度、即ち予想されるガス分析プロー
ブの動作温度１，５５０°Ｆ（８４３℃）とテストを短
時間で行なうための温度２，１００’Ｆ （１，１４９
°Ｃ）で拡散−熱処理を行なった。好ましい２つの合金
材料は、クロメルＡ及びインコネル６００であった。
クロメルＡは重酸％でニッケル７９％、クロム２０％、
及び珪素はぼ１％である。クロメルＡは、Ｌ、５５０°
Ｆ（８４３℃）の拡散温度テストで良好な拡散安定性を
示した。
及び珪素はぼ１％である。クロメルＡは、Ｌ、５５０°
Ｆ（８４３℃）の拡散温度テストで良好な拡散安定性を
示した。
カーデンドール型空所も金属間化合物の形成も観察され
なかった。２，１００’Ｆ（１゜１４９℃）の拡散温度
テストにおいても、後述するように端と端を当接した突
き合わせ接合部を用いると長期間の構造的な安定性が得
られることが判明した。
なかった。２，１００’Ｆ（１゜１４９℃）の拡散温度
テストにおいても、後述するように端と端を当接した突
き合わせ接合部を用いると長期間の構造的な安定性が得
られることが判明した。
インコネル６００は垂平゛％でニッケル７７％、クロム
１５．８％、及び鉄？、２ｚより成り、卓越した拡散安
定性を示した。
１５．８％、及び鉄？、２ｚより成り、卓越した拡散安
定性を示した。
しかしながら、拡散安定性の他に、耐酸性は同じく重要
な要件である。拡散による影響を受ける望域の組成は合
金それ自身の組成とは異なるため、合金−プラチナ接合
部における耐酸化性は合金それ自身とは非常に異なるも
のであり得る。これら２つのワイヤ材料物質の全体的安
定性に対する拡散−酸化の相乗効果を評価した。テスト
用として３つの試験片を調製した。それらは、（１）プ
ラチナ製ワイヤの織布パッドの電極にスポット溶接した
合金ワイヤと、（２）重ね接続によりプラチナワイヤに
スポット溶接した合金ワイヤと、（３）衝撃溶接法によ
りプラチナワイヤに端部と端部が当接するよう突き合わ
せ溶接した合金ワイヤであった。これらの試験片は２５
〜８８０時間の間１．５５０’ Ｆと２゜１００’ Ｆ
の温度の空気中において酸化された。更に過酷なテスト
条ヂ１を得るために、あるテストでは炉の温度と室温の
間で熱サイクルに露すごとが行なわれた。すべての試験
片が接合部が故障することなくこれらの過酷なテストを
生き抜いた。本発明の設計通りにクロメルＡ及びインコ
ネル６００を用いると、プラチナ製ワイヤを多植に用い
たりガス分析プローブに不安定な機械的接続部を使用し
たりする必要が完全になくなることが結論＋１けられた
。
な要件である。拡散による影響を受ける望域の組成は合
金それ自身の組成とは異なるため、合金−プラチナ接合
部における耐酸化性は合金それ自身とは非常に異なるも
のであり得る。これら２つのワイヤ材料物質の全体的安
定性に対する拡散−酸化の相乗効果を評価した。テスト
用として３つの試験片を調製した。それらは、（１）プ
ラチナ製ワイヤの織布パッドの電極にスポット溶接した
合金ワイヤと、（２）重ね接続によりプラチナワイヤに
スポット溶接した合金ワイヤと、（３）衝撃溶接法によ
りプラチナワイヤに端部と端部が当接するよう突き合わ
せ溶接した合金ワイヤであった。これらの試験片は２５
〜８８０時間の間１．５５０’ Ｆと２゜１００’ Ｆ
の温度の空気中において酸化された。更に過酷なテスト
条ヂ１を得るために、あるテストでは炉の温度と室温の
間で熱サイクルに露すごとが行なわれた。すべての試験
片が接合部が故障することなくこれらの過酷なテストを
生き抜いた。本発明の設計通りにクロメルＡ及びインコ
ネル６００を用いると、プラチナ製ワイヤを多植に用い
たりガス分析プローブに不安定な機械的接続部を使用し
たりする必要が完全になくなることが結論＋１けられた
。
残りに図面については、単一の電極接続部について説示
したが、本発明の技法は第１図に示した基準電極３３及
び検知電極３５の両方に等しく利用できることを認識さ
れたい。
したが、本発明の技法は第１図に示した基準電極３３及
び検知電極３５の両方に等しく利用できることを認識さ
れたい。
本発明による電極リードワイヤの構成についてのいくつ
かの実施例を第２〜５図に示した。
かの実施例を第２〜５図に示した。
第２図は、合金／プラチナ織布間を溶接したイオン伝４
性固体電解質素子３１の等角断面図である。電解質素子
３１は焼結電極５１を右し、その電極はプラチナ製織布
パッド５３を部分的に受容する。織布パッド５３は典型
的にはｌ平行インチ（２，５ｃ■）であり非常に細い織
布部材を構成するようオーバー及びアンター織成法（ｏ
ｖｅｒ ａｎｄ ｕｎｄｅｒ ｗｅａｖｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）で形成されている。織１１パッド
５３は電解質素子の焼結電極５１上に接触関係で配設さ
れ、その織布パッドと電界質素子の間には良好な電気的
接触関係が存在する。５５における織布パッドの周面部
は、合金ワイヤ５７がその織布パッドと合金ワイヤ間に
電気的連続性が達成されるように取付けるための接点シ
ートとして働く０図示の実施例では１合金ワイヤ５７は
ほぼ円形の端部を有し、そのため合金ワイヤ５７を５９
のような複数の溶接部を介して織布パッドに取付けるこ
とが容易となる０合金ワイヤの他端はセンサの測定回路
に接続される。上述した合金ワイヤ５７は好ましくはク
ロメルＡあるいはインコネル６００の合金材料より成り
、その直径は好ましくは０．０１０−０．１２５ イン
チである。
性固体電解質素子３１の等角断面図である。電解質素子
３１は焼結電極５１を右し、その電極はプラチナ製織布
パッド５３を部分的に受容する。織布パッド５３は典型
的にはｌ平行インチ（２，５ｃ■）であり非常に細い織
布部材を構成するようオーバー及びアンター織成法（ｏ
ｖｅｒ ａｎｄ ｕｎｄｅｒ ｗｅａｖｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）で形成されている。織１１パッド
５３は電解質素子の焼結電極５１上に接触関係で配設さ
れ、その織布パッドと電界質素子の間には良好な電気的
接触関係が存在する。５５における織布パッドの周面部
は、合金ワイヤ５７がその織布パッドと合金ワイヤ間に
電気的連続性が達成されるように取付けるための接点シ
ートとして働く０図示の実施例では１合金ワイヤ５７は
ほぼ円形の端部を有し、そのため合金ワイヤ５７を５９
のような複数の溶接部を介して織布パッドに取付けるこ
とが容易となる０合金ワイヤの他端はセンサの測定回路
に接続される。上述した合金ワイヤ５７は好ましくはク
ロメルＡあるいはインコネル６００の合金材料より成り
、その直径は好ましくは０．０１０−０．１２５ イン
チである。
以 下 余 白
ｆＪＳ３図において１合金／プラチナディスク間の溶接
法は、織布パッド５３を部分的に受容する焼結電極５１
を有する電解質素子３１で利用される。織布パッド５３
の周面部５５は電極５１から外方に延び、それには導電
関係にプラチナ製ディスク６１が固定されている。プラ
チナディスク６１は、５９のところで合金ワイヤ５７を
溶接するための取付はシートを提供する。
法は、織布パッド５３を部分的に受容する焼結電極５１
を有する電解質素子３１で利用される。織布パッド５３
の周面部５５は電極５１から外方に延び、それには導電
関係にプラチナ製ディスク６１が固定されている。プラ
チナディスク６１は、５９のところで合金ワイヤ５７を
溶接するための取付はシートを提供する。
第４Ａ及び４Ｂ図は、合金ワイヤとプラチナ引き出しリ
ードワイヤの重ね接続法を示す、電解質素子３１は、プ
ラチナ製織布パッド５３を取付ける焼結電極５３を有す
る。プラチナ装用き出しリードワイヤ６３はプラチナ製
の織布が充填された孔内に挿入され、その位置で溶接さ
れる０合金ワイヤ６５は少なくともその一端において半
円形の断面を有し、その端部はプラチナ装用き出しワイ
ヤ６３の一部を６７における複数の溶接部により取付け
るためのシートを提供する。
ードワイヤの重ね接続法を示す、電解質素子３１は、プ
ラチナ製織布パッド５３を取付ける焼結電極５３を有す
る。プラチナ装用き出しリードワイヤ６３はプラチナ製
の織布が充填された孔内に挿入され、その位置で溶接さ
れる０合金ワイヤ６５は少なくともその一端において半
円形の断面を有し、その端部はプラチナ装用き出しワイ
ヤ６３の一部を６７における複数の溶接部により取付け
るためのシートを提供する。
第５図は、合金ワイヤとプラチナ引き出しリードワイヤ
の突き合わせ接続法を示す。電解質素子３１は焼結電極
５１を含み、その−１−にプラチナ製織布パッド５３が
圧接されている。プラチナ装用き出しリードワイヤ６３
はプラチナ製の織布で覆った電極５１ 」二に取付けら
れ、それに定位置で溶接される。プラチナ製リードワイ
ヤの１由端は、６９のところで合金製リードワイヤ７１
に突き合わせ溶接され、それらの間に巾−の接合部を形
成する。
の突き合わせ接続法を示す。電解質素子３１は焼結電極
５１を含み、その−１−にプラチナ製織布パッド５３が
圧接されている。プラチナ装用き出しリードワイヤ６３
はプラチナ製の織布で覆った電極５１ 」二に取付けら
れ、それに定位置で溶接される。プラチナ製リードワイ
ヤの１由端は、６９のところで合金製リードワイヤ７１
に突き合わせ溶接され、それらの間に巾−の接合部を形
成する。
上述したように、本発明はガス測定プローブにおける電
極リードワイヤの材料物質とその構成に関するものであ
る。かかる方法によれば、プラチナの使用騎を減少でき
るだけでなく既存の装置において遭遇する不平衡な熱電
効果に起因する多くの問題を実質的に解消できる。その
上、本発明による方法では接合部は機械的でなく溶接に
より接合されるため、プラチナと合金の界面における電
気的な連続性が表面の酸化によっても実質的な影響を受
けない。その結果、本発明による電極リードの構成を６
００’Ｆ以上の雰囲気中で用いるガス分析プローブに利
用できる。
極リードワイヤの材料物質とその構成に関するものであ
る。かかる方法によれば、プラチナの使用騎を減少でき
るだけでなく既存の装置において遭遇する不平衡な熱電
効果に起因する多くの問題を実質的に解消できる。その
上、本発明による方法では接合部は機械的でなく溶接に
より接合されるため、プラチナと合金の界面における電
気的な連続性が表面の酸化によっても実質的な影響を受
けない。その結果、本発明による電極リードの構成を６
００’Ｆ以上の雰囲気中で用いるガス分析プローブに利
用できる。
第１Ａ及び１８図は、本発明の教示による材ネ１及び構
成を用いた電極リードワイヤを備えた典型的な固体電解
質プローブ組立体の概略図である。 第２図は、本発明の一実施例による合金／プラチナ袈織
布間を溶接する技術を詳細に示した図である。 ：ｔＳ３図は、合金／プラチナ製ディスク間を溶接した
本発明による更に別の実施例を詳細に示す。 第４Ａ図は、合金／プラチナ型用き出しリードワイヤ間
を重ね接続した本発明の更に別の実施例を詳細に示す。 第４Ｂ図は、第４Ａ図の線ｒＶ−ＩＶに沿う断面図であ
る。 第５図は１合金／プラチナ装用き出しリードワイヤ間を
突き合わせ接続した更に別の実施例を詳細に示す。 ＩＩ・・・・ガス分析プローブ １３・・・・固体電解質電気化学的セル１５・・・・支
持管 Ｉ９・・・・第１の隔壁 ２１・・・・第２の隔壁 ２３・・・・管状部材 ２５・・・・環状有孔防塵シール ２７・・・・管状殻部材 ３１・・・・固体電解質素子 ３３・・・・基準電極 ３５・・・・検知電極 ４１・・・・基準ガス源 ４５・・・・遠隔測定回路 ５１・・・・焼結電極 ５３・・・・プラチナ製織布パッド ５７・・・・合金ワイヤ ５９・・・・溶接部 ６３・・・・プラチナ装用き出しワイヤ６５・・・・合
金ワイヤ ６７・・・・重ね溶接部 ６９・・・・突き合わせ接続部
成を用いた電極リードワイヤを備えた典型的な固体電解
質プローブ組立体の概略図である。 第２図は、本発明の一実施例による合金／プラチナ袈織
布間を溶接する技術を詳細に示した図である。 ：ｔＳ３図は、合金／プラチナ製ディスク間を溶接した
本発明による更に別の実施例を詳細に示す。 第４Ａ図は、合金／プラチナ型用き出しリードワイヤ間
を重ね接続した本発明の更に別の実施例を詳細に示す。 第４Ｂ図は、第４Ａ図の線ｒＶ−ＩＶに沿う断面図であ
る。 第５図は１合金／プラチナ装用き出しリードワイヤ間を
突き合わせ接続した更に別の実施例を詳細に示す。 ＩＩ・・・・ガス分析プローブ １３・・・・固体電解質電気化学的セル１５・・・・支
持管 Ｉ９・・・・第１の隔壁 ２１・・・・第２の隔壁 ２３・・・・管状部材 ２５・・・・環状有孔防塵シール ２７・・・・管状殻部材 ３１・・・・固体電解質素子 ３３・・・・基準電極 ３５・・・・検知電極 ４１・・・・基準ガス源 ４５・・・・遠隔測定回路 ５１・・・・焼結電極 ５３・・・・プラチナ製織布パッド ５７・・・・合金ワイヤ ５９・・・・溶接部 ６３・・・・プラチナ装用き出しワイヤ６５・・・・合
金ワイヤ ６７・・・・重ね溶接部 ６９・・・・突き合わせ接続部
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、イオン伝導性固体電解質セルの第１の部分が煙道ガ
ス流に、第２の部分が基準ガス流に露出され、電極リー
ド手段がセルの前記第１及び第２の部分から延びて遠隔
測定回路へ′市気的に接続され、前記電極リード手段の
少なくとも一方が前記固体電解質セルと電気的に導通関
係にあるプラチナ製織布ノぐラドと、一端が前記プラチ
ナ製織布パッドに溶接され他端が前記測定回路に接続さ
れる合金ワイヤとより成ることを特徴とするガス測定プ
ローブ。 ２、前記合金ワイヤは、ニッケルークロム−珪素とニッ
ケルークロム−鉄より成る合金の群から選択されること
を特徴とする前記第１項記載のプローブ。 ３、前記ニッケルークロム−鉄合金は、１１ぼ、７７重
量％のニッケルと、１５．８重量％のクロムと、７．２
重ｒＩ；％の鉄より成ることを特徴とする前記第２ Ｘ
ｆｒ記載のプローブ。 ４、前記ニッケルークロム−珪素合金は、はぼ、７９重
１−％のニッケルと、２０ ｑｊ ：ｊ％のクロムと、
１屯早％の珪素より成ることを特徴とする前記第２りｊ
記載のプローブ。 ５、前記固体電解質セルは焼結した電極を有し、その電
極はその１−に少なくとも前記プラチナ製織布パッドの
一部を受容し、前記＃！＆春パッドの周面部が前記焼結
電極から延び、前記合金ワイヤが前記周面部に溶接され
ることを特徴とする前記第１．２または３項記載のプロ
ーブ。 ６、前記織布パッドと合金ワイヤの間にはプラチナ製の
ディスクが固定され、前記合金ワイヤは前記プラチナ製
ディスクに溶接されていることを特徴とする前記第１〜
５項のうち任意の１項に記載したプローブ。 ７、前記織布パッドにはそれから延びるようにプラチナ
製のリードワイヤが取り付けられ、前記合金ワイヤはほ
ぼ半円形の断面を有してシート部分を画定し、前記プラ
チナ製リードワイヤは前記合金ワイヤのシート部分に溶
接されることを特徴とする前記第１〜５り１のうち任意
の１項に記載したプローブ。 ８、前記固体電解質セルには焼結した電極が設けられ、
その電極はプラチナ製織布パッドの少なくとも一部を受
容し、前記プラチナ製リードワイヤは前記焼結電極上に
、前記プラチナ製織布パッドが前記固体電解質セルと前
記プラチナ製リードワイヤの間に位置するよう取り付け
られることを特徴とする前記第１１項記載のプローブ。 ９、前記プラチナ製織布パッドにはそれから延びるよう
にプラチナ酸のリードワイヤが取り付けられ、前記プラ
チナ酸のリードワイヤにはその端部と端部が当接関係に
合金リードワイヤが突き合わせ溶接されることを特徴と
する前記第１〜５項のうち任意の１項に記載したプロー
ブ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/544,159 US4479868A (en) | 1983-10-21 | 1983-10-21 | Gas measuring probe |
| US544159 | 1983-10-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60108747A true JPS60108747A (ja) | 1985-06-14 |
| JPH0467625B2 JPH0467625B2 (ja) | 1992-10-28 |
Family
ID=24170989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59219354A Granted JPS60108747A (ja) | 1983-10-21 | 1984-10-17 | ガス測定プローブ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4479868A (ja) |
| EP (1) | EP0141588B1 (ja) |
| JP (1) | JPS60108747A (ja) |
| CA (1) | CA1218705A (ja) |
| DE (1) | DE3471370D1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01136455U (ja) * | 1988-03-10 | 1989-09-19 | ||
| JPH07306177A (ja) * | 1995-05-26 | 1995-11-21 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素センサ素子 |
| JP2014122833A (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-03 | Murata Mfg Co Ltd | 酸素濃度測定装置 |
| JP2014122840A (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-03 | Murata Mfg Co Ltd | 酸素濃度測定装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4588493A (en) * | 1984-09-17 | 1986-05-13 | Blumenthal Robert N | Hot gas measuring probe |
| US4784728A (en) * | 1987-06-23 | 1988-11-15 | Ametek, Inc. | Oxygen measuring apparatus and method with automatic temperature compensation |
| DE112007003363T5 (de) * | 2007-02-23 | 2009-12-31 | Robert Bosch Gmbh | Abgassensor |
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| JPS5731660U (ja) * | 1980-07-31 | 1982-02-19 | ||
| JPS57204449A (en) * | 1981-06-12 | 1982-12-15 | Toyota Motor Corp | Lean sensor |
| JPS59222754A (ja) * | 1983-06-01 | 1984-12-14 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 固体電解質を用いた酸素センサ |
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|---|---|---|---|---|
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| US3791954A (en) * | 1970-08-06 | 1974-02-12 | Ngk Insulators Ltd | Device for measuring oxygen concentration of molten metal |
| BE795681A (fr) * | 1972-02-21 | 1973-08-20 | Philips Nv | Cellule de mesure permettant de determiner la concentration en oxygene dans un melange gazeux |
| US3928161A (en) * | 1972-04-25 | 1975-12-23 | Westinghouse Electric Corp | Gas measuring probe for industrial applications |
| US3808639A (en) * | 1973-01-15 | 1974-05-07 | Kendall & Co | Apparatus for altering the width, weight and thickness of fabric webs |
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| US4121988A (en) * | 1975-12-19 | 1978-10-24 | Nippondenso Co., Ltd. | Oxygen sensor |
| JPS5296092A (en) * | 1976-02-09 | 1977-08-12 | Toyota Motor Co Ltd | Airrfuel ratio detector |
| JPS53147593A (en) * | 1977-05-27 | 1978-12-22 | Hitachi Ltd | Oxygen density measuring device |
| DE2965652D1 (en) * | 1978-06-12 | 1983-07-21 | Corning Glass Works | Hot gas measuring device |
| US4284487A (en) * | 1978-10-13 | 1981-08-18 | Milton Roy Company | Oxygen analyzer probe |
| JPS6034062B2 (ja) * | 1979-05-25 | 1985-08-06 | 日産自動車株式会社 | 空燃比検出装置 |
| US4230555A (en) * | 1979-09-10 | 1980-10-28 | Yokogawa Electric Works, Ltd. | Oxygen gas analyzer using a solid electrolyte |
-
1983
- 1983-10-21 US US06/544,159 patent/US4479868A/en not_active Expired - Fee Related
-
1984
- 1984-10-05 CA CA000464859A patent/CA1218705A/en not_active Expired
- 1984-10-17 JP JP59219354A patent/JPS60108747A/ja active Granted
- 1984-10-18 DE DE8484307171T patent/DE3471370D1/de not_active Expired
- 1984-10-18 EP EP84307171A patent/EP0141588B1/en not_active Expired
Patent Citations (4)
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| JPH07306177A (ja) * | 1995-05-26 | 1995-11-21 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素センサ素子 |
| JP2014122833A (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-03 | Murata Mfg Co Ltd | 酸素濃度測定装置 |
| JP2014122840A (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-03 | Murata Mfg Co Ltd | 酸素濃度測定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3471370D1 (en) | 1988-06-23 |
| US4479868A (en) | 1984-10-30 |
| EP0141588B1 (en) | 1988-05-18 |
| CA1218705A (en) | 1987-03-03 |
| JPH0467625B2 (ja) | 1992-10-28 |
| EP0141588A1 (en) | 1985-05-15 |
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