JPS60113144A - 高温流体の酸素含量測定装置 - 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】 本発明は、、酸素電池（又は通気差電池〕の改良に係わ
り、さらに詳述すれば、高温の流体中における酸素含量
を酸素電池により測定するにあたり、測定の信頼性を長
時間維持することに関する問題点の解決法に係わる。

高温流体中における酸素含量の測定は、多数の工業的方
法、たとえば溶融金属又は合金の製造、金属の焼なまし
及び４炙、鉱石の焼結、燃焼などの監睨及び制御のため
に広く行なわれている。酸素電池は、これらの目的のい
ずれにも使用される。

この電池は、好適に安定化された酸化ジルコニウム（こ
の酸化物は一定の温度、代表的には約５．００°Ｃ以上
では酸素イオンを透過させるようになるってなる壁をも
つ室を包含する。

かかる室内で暁知の酸素分ＩＥＥｋ発生させることによ
り、起電力が次のＮｅ　ｒｎｓ　ｔ　式によって表わさ
れる濃度差電池が潜られる。

Ｐ　Ｏ２Ｒ Ｅ　＝　−Ｊ−ｎ　□ ｎＦ　Ｐｏ２Ｘ ここで、Ｅは電池の起電力（ｅ＋ｎｆ　）　であり、Ｐ
Ｏ３Ｈは娩知の酸素分子であり、Ｐｏ２Ｘは測定しよう
とする酸素分圧である。

問題は、長期間一定して既知の犬傅にあるＰＯ２Ｒ孕得
ることであり、これにより、常時正確な制御が可能とな
る。

既知の「酸素分王を［＠るには以下の２つの方法がある
。

（１）　第１の方法は、既知の組成をもつガス流を連続
して至を通過させるものである。この方法では、測定用
電池の壁及びガス供給ラインは完全に漏れ防止されたも
のでなけれｋ」゛ならず、あるいはズゴ象ガスの組成を
変化させるような汚染物が室に入ることが常時阻止しな
ければならない。

しかしながら、これらの電池は通常、熱的及び機械的な
衝撃を受けるため、かかる条件を維持することは困難で
あり、維持てきたとしてもコストが高く、また測定の長
期間の確実性にも疑問が残る。さらに、現在の技術的及
び経済的な面からの要求によれば、カス供給ラインは、
ある一定の長さく代表的には約７０ないし１００筋）を
越えてはならず、このため、この棟の装置の応用分野が
かなり限定されることになる。

（２）　第２の方法は、平削において、各種の温度で既
知の酸素分子が得られる腹合金属酸化物混合物を室に導
入するものである。

これら装置に伴なう欠点は、室の壁ヲｊ市過する酸素が
界面で金属と反応し、これにより電池の分極を生じるた
め、一定期間についてのみ正確に機能することである。

このため、電池はドリフトを受け、その大きさは不明で
ある。

このように、長期間にわたっての測定における確′＃：
性についてバー１月題があり、これまでのところ、この
問題については、酸素電池全頻繁に取換えることにより
解決されていた。しかしながら、これも、制御中に方法
全停止）　Ｌなければならず、取換操作も本質的に困難
であるため満足できる解決法でばないが、装置のコスト
の問題全考慮しなければ、特にガス供給タイプのものに
ついてはある程ＩＫ評価できる。

木兄・男の目的は、長期間にわたって完全に信頼できる
よう改良された酸素電池を用いることにより、上記間綱
ヲ解決することにある。ががる電池（ｄ極めて鋭敏であ
り、測定及び信号記録装置に対していかなる位置にも配
置され、さらにコストも低減される。

本発明によれば、高温流体中の酸素濃度を測定する装置
（流体中の酸素ａ度は、鷹度差電池の起電力を測定する
ことにより、未知ｉｎ素分圧としてめ−られる少におい
て、酸素と反応して反応雰囲気から容易に除去される化
合−？！Ｉ全生成する物質により、既知酸素分子ｌＥ’
を発生させるようにしている。

この物質（は、好ましく　！’ｊ：　’４素と反応して
ガス法主５′ｆｊ、物を生ずるものであるか、又は使用
温度において液状であり、同法の反応生成物（液相に浮
ぶもの）を生ずるものである。これら物質の例としては
、置床と反応して揮発性生成物を生成しつる元素、又は
固状の反応生成物を生成すると共に、操作時の温度より
も低い融点ｔｉする元素であり、具体的には、たとえば
アルミニウム、アンチモン、ビスマス、炭素、′沿、ア
ルカリ土類金属、リン、イオウ、スズ等である。もちろ
ん、実Ｉｆには、元素の過剰な反応性、コンタミネーシ
ョン効果、それ自体又はその反応生成物によって生ずる
危険等により、その選択の範囲は挾められる。

次に、本発明の目的及び範明を限定することなく、単に
説明のためにのみ例示する好適な１具体例について、図
面を参照して述べる。

図面において、酸化ジルコニウムの壁１を有する室は、
ふた２により閉止されるものであり、前記の如き反応性
物質３が充填される。

壁１の外ｆｆｔ！Ｉ及び内ｆｉｌｌ！ｌ　Ｋは、それぞ
れ、絶縁された導体７及び５を有する電極８及び６が設
置されている。内側導体５は、ふた２の小孔４（かがる
孔は反応のガス状生成物を抽出する際にも役立つ）を介
してＹから伸長し、丑たこのふたに（ｄ第２の孔１１が
設けてあり、この孔を介して、電極６及び壁１にできる
かぎり密層して設けられた接合部１２をもつサーモカグ
ルのワイヤ９及び１ｏが設けられている。

かかるザーモカプルは、電極付近で起る酸化反応の幅度
全最も正確に測定するのに有効である。

各反応温開に関して、ｆ￥１丁記したＮｅｒｎｓｔ　式
における基準値■〕ｏ２Ｒとして使用される旧確な酸素
分圧が浸られる。

操作にあたり、電極６及び８の間で、Ｐｏ２Ｒ及びＰ０
２Ｘの間の差によりｅｍｆが発生される。なお、後イ（
ＰＯ２Ｘ　）は、導体５及び６の端子でのｅ　ｔｎ　ｆ
全測定し、温度を測定することによりめられる。

本発明に従って各種の酸素電池を調製し、Ｔ業的条件下
での試験に供した。何ら中断することなぐ、３ケ月間有
効に使用できた。

使用期間中、電池により発せられた信号は、電池の劣化
には全く左右されず、また電池及び記録鑑睨装置の相対
位置に関して何ら特別な制゛恨を受けないものであるこ
とがわかった。

基準となる酸素分＋Ｗ発生するために使用された各種の
元素の中でも、鉛、スズ、炭素及びイオウ全使用する際
に最良の結果が？■られた。しかしながら、全く問題を
生ずることなく、最高の感度をもって最長期間、最良の
ｉ言預件を示したものは、スズ及び炭素を使用した場合
であり、既知１浚素含量のＨ２／＋４２０　混合物を使
用した場合、測定される濃度の下限（Ｍａｓｓ　スペク
トルにより確紹）ハｌＸｌ０”気圧であった。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による高温流体中のｌ唆素含量の測定に使
用される酸素電池の好適なｌ具体列の断面図である。 ■・・壁、２・・ふた、３・・反応性物質、５゜７・・
導体、６，８・・・電極、９，１０・・サ−（はか１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　未知酸素含量の高温流体と接触する電極と、酸素イ
   オンに対して透過性の室内に収容された反応性物質及び
   酸素の間の反応によって発生される既知酸素濃度の雰囲
   気に置かれた電極との間で起電力が発生される酸素電池
   を包含する高温流体の酸素含量測定装置において、＠紀
   反応性物質を、酸素と反応して前記室の反応雰囲気から
   容易に除去される生成物を生成する物質で構成してなる
   、高温流体の酸素含量測定装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、前記物
   質が、酸素との反応の際、ガス吠物貰を生成する元素で
   ある、高温流体の酸素含量測定装置。 ３　特許請求の範囲４１項記載のものにおいて、前記物
   質が、＠記流体の温度において液状であり、酸素との反
   応の結果、容易にスラグを形成する固′太生成物を生ず
   る物質である、高温流体の酸素含量測定装置。 ４　％許請求の範囲第２項記載のものにおいて、前記物
   質が炭素及びイオウの中から選ばれるものである、高温
   流体の酸素含量測定装置。 ５　％許請求の範囲第３項記載のものにおいて、前記物
   質が鉛及びスズの中から異ばれるものである、高温流体
   の酸素含量測定装置。