JPS60149961A - 溶鋼センサ - Google Patents
溶鋼センサInfo
- Publication number
- JPS60149961A JPS60149961A JP59005782A JP578284A JPS60149961A JP S60149961 A JPS60149961 A JP S60149961A JP 59005782 A JP59005782 A JP 59005782A JP 578284 A JP578284 A JP 578284A JP S60149961 A JPS60149961 A JP S60149961A
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- JP
- Japan
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- solid electrolyte
- molten metal
- oxygen
- oxygen sensor
- electromotive force
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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
- G01N27/411—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing of liquid metals
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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】
（イ）この発明の技術分野
この発明は固体電解質酸素センサに関し、さらに詳しく
は、溶鋼や溶銅などの溶融金属中の酸素濃度を測定する
のに好適なセンサに関する。
は、溶鋼や溶銅などの溶融金属中の酸素濃度を測定する
のに好適なセンサに関する。
（ロ）従来技術とその欠点
部分安定化ジルコニア焼結体などの固体電解質は、高温
において酸素イオン伝導性を示すことから、溶融金属中
の酸素濃度を測定するセンサ（以下、酸素センサという
）の構成材料として使われている。そのような固体電解
質を使用した酸素センサとしては、従来、第１図に示す
ようなものが知られている。
において酸素イオン伝導性を示すことから、溶融金属中
の酸素濃度を測定するセンサ（以下、酸素センサという
）の構成材料として使われている。そのような固体電解
質を使用した酸素センサとしては、従来、第１図に示す
ようなものが知られている。
第１図において、酸素センサは、一様な太さを有し、か
つ一端が閉塞された円筒状固体電解質１を有している。
つ一端が閉塞された円筒状固体電解質１を有している。
この固体電解質１の閉塞端内部には、標準極を構成する
標準物質２が充填され、さらにその標準物質２から電極
棒３が引き出されている。かかる酸素センサ゛は、それ
を溶融金属中に浸漬したとき、電極棒３と溶融金属との
間に、標準物質２によって与えられる一定酸素分圧と溶
融金属中の酸素分圧の差に基づく起電力を発生づ−るの
で、その起電力から溶融金属中の酸素分圧、つまり酸素
濃度を測定づ゛ることかできるものである。
標準物質２が充填され、さらにその標準物質２から電極
棒３が引き出されている。かかる酸素センサ゛は、それ
を溶融金属中に浸漬したとき、電極棒３と溶融金属との
間に、標準物質２によって与えられる一定酸素分圧と溶
融金属中の酸素分圧の差に基づく起電力を発生づ−るの
で、その起電力から溶融金属中の酸素分圧、つまり酸素
濃度を測定づ゛ることかできるものである。
しかして、かかる測定は、固体電解質が熱破壊して測定
が不能になるのを防止したり、測定値を速くフィードバ
ックして溶融金属中の酸素濃度を迅速に制御する必要か
ら、数十秒以内という、極めて短い時間内に完了しなけ
ればならない。しかるに、上記従来の酸素センサは起電
力の応答速度が遅く、測定に時間がかかるという欠点が
ある。
が不能になるのを防止したり、測定値を速くフィードバ
ックして溶融金属中の酸素濃度を迅速に制御する必要か
ら、数十秒以内という、極めて短い時間内に完了しなけ
ればならない。しかるに、上記従来の酸素センサは起電
力の応答速度が遅く、測定に時間がかかるという欠点が
ある。
すなわち、上記従来の酸素センサは、一様な太さの固体
電解質を使用しているので閉塞端部の熱容量が比較的大
きく、標準極の温度が溶融金属の温度と平衡するのに時
間がかかる。そのため、起電力が♀明に安定しない。も
つとも、固体電解質をＩ＋ ＜すれば熱容■が小さくな
り、起電力の応答速度も向上するが、そうすると標準物
質の充填が困勤になったり、電極棒の取り付けが困難に
なるという別の問題がでてくる。
電解質を使用しているので閉塞端部の熱容量が比較的大
きく、標準極の温度が溶融金属の温度と平衡するのに時
間がかかる。そのため、起電力が♀明に安定しない。も
つとも、固体電解質をＩ＋ ＜すれば熱容■が小さくな
り、起電力の応答速度も向上するが、そうすると標準物
質の充填が困勤になったり、電極棒の取り付けが困難に
なるという別の問題がでてくる。
（ハ）この発明の目的
この発明の目的は、従来の酸素センサの上記欠点を解決
し、起電力の応答速度が速く、しかも組み立てが容易な
酸素センサを提供するにある。
し、起電力の応答速度が速く、しかも組み立てが容易な
酸素センサを提供するにある。
（ニ）この発明の構成
上記目的を達成するために、この発明においては、酸素
イオン伝導性を有し、かつ一端が閉塞された円筒状固体
電解質と、その固体電解質の閉塞端内部に充填した標準
物質とを有し、かつ前記固体電解質には、その少なくと
も前記標準物質の充填部分に一様なテーパーが付けられ
ていることを特徴とする固体電解質酸素センサが提供さ
れる。
イオン伝導性を有し、かつ一端が閉塞された円筒状固体
電解質と、その固体電解質の閉塞端内部に充填した標準
物質とを有し、かつ前記固体電解質には、その少なくと
も前記標準物質の充填部分に一様なテーパーが付けられ
ていることを特徴とする固体電解質酸素センサが提供さ
れる。
この発明の酸素センサの一実施態様を説明するに、第２
図において、酸素センサは、酸素イオン伝導性を有し、
かつ一端が閉塞された円筒状固体電解質１を有している
。この固体電解質１は、一様な厚みを有するが、その全
長にわたって角度θの一様なテーパーが付けられ、閉塞
端はど細くなっている。また、固体電解質１の閉塞端内
部には標準極を構成する標準物質２が充填され、さらに
その標準物質２からモリブデン製の電極棒３が引き出さ
れている。図示しないが、かかる酸素センサは長い紙筒
などの先端に取り付（プられ、溶融金属中への浸漬を容
易に行うことができるようにな一層つている。
図において、酸素センサは、酸素イオン伝導性を有し、
かつ一端が閉塞された円筒状固体電解質１を有している
。この固体電解質１は、一様な厚みを有するが、その全
長にわたって角度θの一様なテーパーが付けられ、閉塞
端はど細くなっている。また、固体電解質１の閉塞端内
部には標準極を構成する標準物質２が充填され、さらに
その標準物質２からモリブデン製の電極棒３が引き出さ
れている。図示しないが、かかる酸素センサは長い紙筒
などの先端に取り付（プられ、溶融金属中への浸漬を容
易に行うことができるようにな一層つている。
上記のような酸素センサは、これを溶融金属中に数秒な
いし数十秒間秒間浸漬したとき、電極棒３と溶融金属と
の間に、標準物質２によって与えられる一定酸素分圧と
溶融金属中の酸素分圧の差に基づく起電力を生ずるので
、その起電力から溶融金属中の酸素分圧を測定すること
ができるものである。このときの起電力は、周知のネル
ンストの式によって与えられる。すなわち、 Ｅ−（ＲＴ／４Ｆ）αｎ（Ｐｍ／ＰＳ）ただし、Ｅ：起
電力 Ｆ：ファラデ一定数 Ｒ：気体定数 Ｔ：閉塞端部の絶対温度 ＰＳ：標準物質によって与えられる 酸素分圧 Ｐｍ：溶融金属中の酸素分圧二 上記において、固体電解質は、ジルコニアに安定化剤と
してマグネシア、カルシア、イツトリアなどの酸化物の
少なくとも１種を固溶させた、いわゆる部分安定化ジル
コニア焼結体であるのが好ましい。具体的には、６〜１
０モル％のマグネシア、６〜１０モル％のマグネシアと
２モル％以下のカルシア、５〜８モル％のイツトリア、
６〜１０モル％のマグネシアと２モル％以下のイツトリ
アを固溶させたようなものである。そのような部分安定
化ジルコニア焼結体は、安定化剤の量や焼結条件などに
もよるが、単斜晶系の結晶構造をもつジルコニアと、立
方晶系または立方晶系と正方品系の結晶構造をもつジル
コニアとの共存による高い耐熱衝撃性を示す。なかでも
、単斜晶系の結晶構造をもつジルコニアを５５〜８５モ
ル％含むものは、耐熱衝撃性が特に高いので好ましい。
いし数十秒間秒間浸漬したとき、電極棒３と溶融金属と
の間に、標準物質２によって与えられる一定酸素分圧と
溶融金属中の酸素分圧の差に基づく起電力を生ずるので
、その起電力から溶融金属中の酸素分圧を測定すること
ができるものである。このときの起電力は、周知のネル
ンストの式によって与えられる。すなわち、 Ｅ−（ＲＴ／４Ｆ）αｎ（Ｐｍ／ＰＳ）ただし、Ｅ：起
電力 Ｆ：ファラデ一定数 Ｒ：気体定数 Ｔ：閉塞端部の絶対温度 ＰＳ：標準物質によって与えられる 酸素分圧 Ｐｍ：溶融金属中の酸素分圧二 上記において、固体電解質は、ジルコニアに安定化剤と
してマグネシア、カルシア、イツトリアなどの酸化物の
少なくとも１種を固溶させた、いわゆる部分安定化ジル
コニア焼結体であるのが好ましい。具体的には、６〜１
０モル％のマグネシア、６〜１０モル％のマグネシアと
２モル％以下のカルシア、５〜８モル％のイツトリア、
６〜１０モル％のマグネシアと２モル％以下のイツトリ
アを固溶させたようなものである。そのような部分安定
化ジルコニア焼結体は、安定化剤の量や焼結条件などに
もよるが、単斜晶系の結晶構造をもつジルコニアと、立
方晶系または立方晶系と正方品系の結晶構造をもつジル
コニアとの共存による高い耐熱衝撃性を示す。なかでも
、単斜晶系の結晶構造をもつジルコニアを５５〜８５モ
ル％含むものは、耐熱衝撃性が特に高いので好ましい。
上記安定化剤に加えて、２モル％以下のアルミナＪ５よ
び／または１モル％以下のシリカを含有させたものは耐
熱衝撃性が一層高い。
び／または１モル％以下のシリカを含有させたものは耐
熱衝撃性が一層高い。
固体電解質の最大外径は３〜３ｍｍ、最大内径は１．５
〜５ｍｍ程度である。また、長ぎは２０〜５Ｑｎ＋ｍ程
度である。テーパーの角度θは、固体電解質の最大外径
や長さなどを考慮して決める。通常、２〜２０°の範囲
で選ばれる。なお、テーパーが固体電解質の全長にわた
って一様に付与されている必要は必ずしもない。テーパ
ーは、第３図および第４図に示すように部分的であって
もよいものである。要するに、測定に寄与する少なくと
も標準物質の充填部分が一様なテーパーをもっていれば
よい。
〜５ｍｍ程度である。また、長ぎは２０〜５Ｑｎ＋ｍ程
度である。テーパーの角度θは、固体電解質の最大外径
や長さなどを考慮して決める。通常、２〜２０°の範囲
で選ばれる。なお、テーパーが固体電解質の全長にわた
って一様に付与されている必要は必ずしもない。テーパ
ーは、第３図および第４図に示すように部分的であって
もよいものである。要するに、測定に寄与する少なくと
も標準物質の充填部分が一様なテーパーをもっていれば
よい。
標準物質は、いわゆる標準極を構成するもので、８０〜
９７重最％が金属で、残部がその金属の酸化物である混
合物が使用される。具体的には、たとえばＯｒとＣｒ２
Ｏ３、Ｎ ｉとＮ ｉ Ｏ，ＭｏとＭＯＯ３の混合物の
ようなものである。
９７重最％が金属で、残部がその金属の酸化物である混
合物が使用される。具体的には、たとえばＯｒとＣｒ２
Ｏ３、Ｎ ｉとＮ ｉ Ｏ，ＭｏとＭＯＯ３の混合物の
ようなものである。
（ボ）この発明の効果
この発明の酸素センサは、少なくとも標準物質の充填部
分にテーパーをもつ固体電解質を使用しているからして
、一様な太さの固体電解質を使用しているものにくらべ
て閉塞端部の熱容量が小さい。そのため、標準極の温度
が溶融金属の温度と平衡するのが速く、起電力の応答速
度が速い。しかも、従来の酸素はンサのように、熱容量
を小さくするために細い固体電解質を使用する必要がな
いから、標準物質の充填や電極棒の取り付けが困難にな
ることもなく、組み立てが容易である。また、この発明
の酸素センサは、上述したように起電力の応答速度が速
く、溶融金属中への浸漬時間が短くてづむので、高温に
長時開明されることによる固体電解質の割れも防止され
る。 □実施例 ９モル％のマグネシアを含む部分安定化ジルコニア焼結
体を使用し、第２図に示すようなテーパー付固体電解質
を（ｑだ。この固体電解質は、最大外径が４．５ｍｍ、
最大内径が３．Ｑｍｍ、長さが３５ｍｍで、一様な厚み
を有し、かつ約５°の一様なテーパーをもっている。
分にテーパーをもつ固体電解質を使用しているからして
、一様な太さの固体電解質を使用しているものにくらべ
て閉塞端部の熱容量が小さい。そのため、標準極の温度
が溶融金属の温度と平衡するのが速く、起電力の応答速
度が速い。しかも、従来の酸素はンサのように、熱容量
を小さくするために細い固体電解質を使用する必要がな
いから、標準物質の充填や電極棒の取り付けが困難にな
ることもなく、組み立てが容易である。また、この発明
の酸素センサは、上述したように起電力の応答速度が速
く、溶融金属中への浸漬時間が短くてづむので、高温に
長時開明されることによる固体電解質の割れも防止され
る。 □実施例 ９モル％のマグネシアを含む部分安定化ジルコニア焼結
体を使用し、第２図に示すようなテーパー付固体電解質
を（ｑだ。この固体電解質は、最大外径が４．５ｍｍ、
最大内径が３．Ｑｍｍ、長さが３５ｍｍで、一様な厚み
を有し、かつ約５°の一様なテーパーをもっている。
次に、上記固体電解質の閉塞端内部に０．２゜の標準物
質を充填し、さらにモリブデン製の電極棒を付けてこの
発明の酸素センサを構成した。標準物質としては、Ｃｒ
とＣｒ２０３をｃｒが９０ｆｆｉｆｆｉ％になるように
混合した−すのを使用した。
質を充填し、さらにモリブデン製の電極棒を付けてこの
発明の酸素センサを構成した。標準物質としては、Ｃｒ
とＣｒ２０３をｃｒが９０ｆｆｉｆｆｉ％になるように
混合した−すのを使用した。
一方、比較のため、この発明のものと同じ部分安定化ジ
ルコニア焼結体からなるが、テーパーを有しない、一様
な太さの固体電解質を使用し、同様に酸素センサを構成
した。固体電解質の外径、内径、長さは、それぞれ上記
この発明のものの最大外径、最大内径、長さと同一とし
た。
ルコニア焼結体からなるが、テーパーを有しない、一様
な太さの固体電解質を使用し、同様に酸素センサを構成
した。固体電解質の外径、内径、長さは、それぞれ上記
この発明のものの最大外径、最大内径、長さと同一とし
た。
次に、上記２種類の酸素センサを１６００℃の溶鋼中に
入れ、艦電力の応答特性、つまり浸漬時間ｔ（秒）と起
電力Ｅ （ｍＶｌとの関係を調べた。
入れ、艦電力の応答特性、つまり浸漬時間ｔ（秒）と起
電力Ｅ （ｍＶｌとの関係を調べた。
試験結果を第５図に示す。第５図において、Ａはこの発
明の酸素センサの、Ｂは従来の酸素センサの応答特性を
それぞれ示している。
明の酸素センサの、Ｂは従来の酸素センサの応答特性を
それぞれ示している。
第５図から明らかなように、この発明の酸素セサは約３
．８秒で起電力が飽和に達しており、応答速度が著しく
速い。これに対して、従来のセンサは起電力が飽和する
までに約６秒もかかっている。
．８秒で起電力が飽和に達しており、応答速度が著しく
速い。これに対して、従来のセンサは起電力が飽和する
までに約６秒もかかっている。
第１図は従来の酸素センサを示す概略縦断面図、第２図
はこの発明の酸素センサの一実施態様を示す概略縦断面
図、第３図および第４図はそれぞれ上記第２図に示した
ものとは異なる形状の固体電解質を示す概略縦断面図、
第５図はこの発明および従来の酸素レン４）について試
験した起電力の応答特性を示すグラフである。 １：固体電解質 ２：標準物質 ３：Ｎ掻棒 特許出願人 東し株式会社 第１図 第２図 第３図 第４−図
はこの発明の酸素センサの一実施態様を示す概略縦断面
図、第３図および第４図はそれぞれ上記第２図に示した
ものとは異なる形状の固体電解質を示す概略縦断面図、
第５図はこの発明および従来の酸素レン４）について試
験した起電力の応答特性を示すグラフである。 １：固体電解質 ２：標準物質 ３：Ｎ掻棒 特許出願人 東し株式会社 第１図 第２図 第３図 第４−図
Claims (1)
- 酸素イオン伝導性を有し、かつ一端が閉塞された円筒状
固体電解質と、その固体電解質の閉塞端内部に充填した
標準物質とを有し、かつ前記固体電解質には、その少な
くとも前記標準物質の充填部分に一様なテーパーが付け
られていることを特徴とする固体電解質酸素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59005782A JPH0713610B2 (ja) | 1984-01-18 | 1984-01-18 | 溶鋼センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59005782A JPH0713610B2 (ja) | 1984-01-18 | 1984-01-18 | 溶鋼センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60149961A true JPS60149961A (ja) | 1985-08-07 |
| JPH0713610B2 JPH0713610B2 (ja) | 1995-02-15 |
Family
ID=11620676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59005782A Expired - Lifetime JPH0713610B2 (ja) | 1984-01-18 | 1984-01-18 | 溶鋼センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0713610B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007089489A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Chiba Univ | 水耕栽培装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4812559U (ja) * | 1971-06-22 | 1973-02-12 | ||
| JPS5031835A (ja) * | 1973-07-20 | 1975-03-28 | ||
| JPS5720656A (en) * | 1980-07-11 | 1982-02-03 | Nippon Denso Co Ltd | Detector for concentration of oxygen |
| JPS6090663U (ja) * | 1983-11-25 | 1985-06-21 | 山里エレクトロナイト株式会社 | 酸素濃度測定プロ−ブ |
-
1984
- 1984-01-18 JP JP59005782A patent/JPH0713610B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4812559U (ja) * | 1971-06-22 | 1973-02-12 | ||
| JPS5031835A (ja) * | 1973-07-20 | 1975-03-28 | ||
| JPS5720656A (en) * | 1980-07-11 | 1982-02-03 | Nippon Denso Co Ltd | Detector for concentration of oxygen |
| JPS6090663U (ja) * | 1983-11-25 | 1985-06-21 | 山里エレクトロナイト株式会社 | 酸素濃度測定プロ−ブ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007089489A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Chiba Univ | 水耕栽培装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0713610B2 (ja) | 1995-02-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |