JPS6118856A - センサの加熱方法 - Google Patents
センサの加熱方法Info
- Publication number
- JPS6118856A JPS6118856A JP59140310A JP14031084A JPS6118856A JP S6118856 A JPS6118856 A JP S6118856A JP 59140310 A JP59140310 A JP 59140310A JP 14031084 A JP14031084 A JP 14031084A JP S6118856 A JPS6118856 A JP S6118856A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heater element
- sensor
- terminal
- temperature
- heating
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- 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
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/122—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits
-
- 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
- G01N27/4067—Means for heating or controlling the temperature of the solid electrolyte
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、被測定気体中の酸素濃度を測定する酸素セ
ンサの如く、熱膨張係数等の物理的定数が異なる異種の
材料の組合わせで構成されるセラミック系センサを加熱
する際に用いられるセラミック系のセンサの加熱方法に
関する。
ンサの如く、熱膨張係数等の物理的定数が異なる異種の
材料の組合わせで構成されるセラミック系センサを加熱
する際に用いられるセラミック系のセンサの加熱方法に
関する。
周知のように、セラミック系のセンサは、感度金高める
ためその活性部を所定温度（９９０℃以上）まで加熱す
る必要がある。このため、センサを構成する部材の一面
に発熱体を設けたり、あるいは埋込むなどしてセンサを
直接加熱するか、あるいは近傍にヒータを設けて間接的
に加熱している。
ためその活性部を所定温度（９９０℃以上）まで加熱す
る必要がある。このため、センサを構成する部材の一面
に発熱体を設けたり、あるいは埋込むなどしてセンサを
直接加熱するか、あるいは近傍にヒータを設けて間接的
に加熱している。
第３図（イ）はセラミック系センサの一例であるジルコ
ニア固体電解質を用いた酸素センサ１の構成を示す断面
図、←）は同酸素センサ１の平面図である。これらの図
において、符号２は固体電解質からなる酸素イオン導電
板（例えば、はぼ立方晶で安定化された８モル％のＹ２
Ｏ３を含むＺｒＯ２固溶体）であり、この導電板２の両
面に白金等からなる薄膜状の電極３ａ、３ｂが設けられ
、これらの電極３ａ、３ｂが各々直流電源４のｅ端子、
■端子に接続されている。上記イオン導電板２には、電
極３ａを覆って前記酸素イオン導電板２とは異なるセラ
ミック材質１例えばＡＡ２０３．部分安定化された３モ
ル％のＹ２Ｏ３を含むＺ ｒ Ｏ２固溶体等からなるキ
ャップ５が取付けられ、このキャップ５の上面に櫛状の
ヒータエレメント６がペースト法に工って設けられ、ま
た、キャンプ５の中央部に微小径の拡散孔７が穿設され
ている。そして−ヒータエレメントの両端お工び内外電
極面に白金リード線が取付けられている。
ニア固体電解質を用いた酸素センサ１の構成を示す断面
図、←）は同酸素センサ１の平面図である。これらの図
において、符号２は固体電解質からなる酸素イオン導電
板（例えば、はぼ立方晶で安定化された８モル％のＹ２
Ｏ３を含むＺｒＯ２固溶体）であり、この導電板２の両
面に白金等からなる薄膜状の電極３ａ、３ｂが設けられ
、これらの電極３ａ、３ｂが各々直流電源４のｅ端子、
■端子に接続されている。上記イオン導電板２には、電
極３ａを覆って前記酸素イオン導電板２とは異なるセラ
ミック材質１例えばＡＡ２０３．部分安定化された３モ
ル％のＹ２Ｏ３を含むＺ ｒ Ｏ２固溶体等からなるキ
ャップ５が取付けられ、このキャップ５の上面に櫛状の
ヒータエレメント６がペースト法に工って設けられ、ま
た、キャンプ５の中央部に微小径の拡散孔７が穿設され
ている。そして−ヒータエレメントの両端お工び内外電
極面に白金リード線が取付けられている。
以上の構成において、ヒータエレメント６は電源装置８
から供給される電圧に裏って発熱し、これにより、酸素
イオン導電板２が所定温度まで加熱される。
から供給される電圧に裏って発熱し、これにより、酸素
イオン導電板２が所定温度まで加熱される。
第３図（ハ）は、酸素センサの他の例であって。
Ｕ−８−Ｐダ、２７：２３２９に開示されているもので
ある。本例においては、ジルコニヤ固体電解質よりなる
センサセル９ａとポンプセル９ｂが、拡散孔９ｃを有す
る円筒状の中空スペーサ９ｄの両側面に設けられた構成
となっていて、ヒータエレメントによって直接、あるい
は間接的に加熱されるものである。なお、９ｅ、９ｆは
各々電極である。以下、第３図（イ）に示す酸素センサ
について説明してゆく。
ある。本例においては、ジルコニヤ固体電解質よりなる
センサセル９ａとポンプセル９ｂが、拡散孔９ｃを有す
る円筒状の中空スペーサ９ｄの両側面に設けられた構成
となっていて、ヒータエレメントによって直接、あるい
は間接的に加熱されるものである。なお、９ｅ、９ｆは
各々電極である。以下、第３図（イ）に示す酸素センサ
について説明してゆく。
ところで、従来の酸素センサにおいては、ヒータエレメ
ント６を加熱する際、定格電圧をヒータエレメント６０
両端に印加して急速に加熱していた。この結果、ヒータ
エレメント６が取付けられたキャンプ５の上面の温度は
、第９図に曲線Ｌ１にて示すように急速に上昇し、一方
、電極部３の温度は、破線Ｌ２にて示すようにややゆる
やかに上昇し、これによりキャップ５と、酸素イオン・
導電板２との間にかなり大きな温度差が生じていた。
ント６を加熱する際、定格電圧をヒータエレメント６０
両端に印加して急速に加熱していた。この結果、ヒータ
エレメント６が取付けられたキャンプ５の上面の温度は
、第９図に曲線Ｌ１にて示すように急速に上昇し、一方
、電極部３の温度は、破線Ｌ２にて示すようにややゆる
やかに上昇し、これによりキャップ５と、酸素イオン・
導電板２との間にかなり大きな温度差が生じていた。
他方、キャンプ５と酸素イオン導電板２とは、通″常異
なる材質のものによって形成芒れている。この結果、ヒ
ータエレメント６の加熱時にキャップ５と導電板２との
間に上述した大きな弧度差が生じると、キャンプ５と導
電板２の各熱膨張、係数の相違によりキャンプ５と導電
板２との取付部または電極３ａから取出される白金リー
ドがキャップ５あるいは取付は部を貫通する箇所でひび
割れが生じる場合があった。第３図（−今に示されるも
のでも事情は同じである。
なる材質のものによって形成芒れている。この結果、ヒ
ータエレメント６の加熱時にキャップ５と導電板２との
間に上述した大きな弧度差が生じると、キャンプ５と導
電板２の各熱膨張、係数の相違によりキャンプ５と導電
板２との取付部または電極３ａから取出される白金リー
ドがキャップ５あるいは取付は部を貫通する箇所でひび
割れが生じる場合があった。第３図（−今に示されるも
のでも事情は同じである。
そこでこの発明は、上述した異種のセラミック材質ある
いは金属が共に存在する部分でのひび割れが生じる虞れ
のないセラミック系のセンサの加熱方法を提供すること
を目的としている。
いは金属が共に存在する部分でのひび割れが生じる虞れ
のないセラミック系のセンサの加熱方法を提供すること
を目的としている。
この発明は、ステップ状の加熱をする、すなわち、ヒー
タエレメントへ順次上昇するステップ状の電圧を供給す
ることにより、セラミック系のセンサを所定の温度まで
徐々に加熱するようにしたものである。
タエレメントへ順次上昇するステップ状の電圧を供給す
ることにより、セラミック系のセンサを所定の温度まで
徐々に加熱するようにしたものである。
第１図はこの発明を適用したヒータエレメント６の加熱
装置の構成例を示す回路図である。この図において、１
１は電源装置であり、この電源装置１１の出力端子Ｑｌ
は抵抗１２−１−１２−Ｎの直列回路の一端に接続され
、また、出力端子Ｑ２は端子Ｔ２に接続されている。ま
た、上記出力端子Ｑｌ、抵抗１２−１−Ｊ？工び１２−
２の接続点、・・・・・、抵抗１゜２−Ｎの他端と、端
子Ｔ１との間に各々接点１３−０．１３−１．・・・・
・・１３−Ｎが介挿されている。そして、端子Ｔ１．Ｔ
２が各６第３図（ロ）に示すヒータエレメント６の両端
に接続されている。
装置の構成例を示す回路図である。この図において、１
１は電源装置であり、この電源装置１１の出力端子Ｑｌ
は抵抗１２−１−１２−Ｎの直列回路の一端に接続され
、また、出力端子Ｑ２は端子Ｔ２に接続されている。ま
た、上記出力端子Ｑｌ、抵抗１２−１−Ｊ？工び１２−
２の接続点、・・・・・、抵抗１゜２−Ｎの他端と、端
子Ｔ１との間に各々接点１３−０．１３−１．・・・・
・・１３−Ｎが介挿されている。そして、端子Ｔ１．Ｔ
２が各６第３図（ロ）に示すヒータエレメント６の両端
に接続されている。
以上の構成において一ヒータエレメント６の加熱時には
、まず接点１３−Ｎがオンとされ２以後。
、まず接点１３−Ｎがオンとされ２以後。
一定時間が経過する毎に接点１３−（Ｎ−１）。
・・・・・・、１３−２．１３−１．１３−０が１圓次
オンとされる。この結果、ヒータエレメント６に第２図
（イ）に示すステップ状の順次上昇する電圧が印加され
、これに工υ、キャンプ５の上面の温度が、第２図（ロ
）に曲線Ｌ３にて示すように、逐次ゆるやかな傾きをも
り又上昇する。そして、キャンプ５の上面の温度がゆる
やかに上昇すると、電極部３（酸素イオン導電板）の温
度が第一図（ロ）に破線Ｌ４にで示すように、キャンプ
５の上面温度に追随して上昇し、定格温度ＴＨに達する
。このように、上記実施例によれば電極部３０１温度が
キャップ５の上面温度に追随して上昇するので、キャッ
プ５の上面と電極部３の温度差、いい換えればキャンプ
５と酸素イオン導電板２との間の温度か従来のように大
きな値となることはない。なお、第２図（ロ）において
、たて軸は温度（℃）、横軸は時間（５ｅｅ）である。
オンとされる。この結果、ヒータエレメント６に第２図
（イ）に示すステップ状の順次上昇する電圧が印加され
、これに工υ、キャンプ５の上面の温度が、第２図（ロ
）に曲線Ｌ３にて示すように、逐次ゆるやかな傾きをも
り又上昇する。そして、キャンプ５の上面の温度がゆる
やかに上昇すると、電極部３（酸素イオン導電板）の温
度が第一図（ロ）に破線Ｌ４にで示すように、キャンプ
５の上面温度に追随して上昇し、定格温度ＴＨに達する
。このように、上記実施例によれば電極部３０１温度が
キャップ５の上面温度に追随して上昇するので、キャッ
プ５の上面と電極部３の温度差、いい換えればキャンプ
５と酸素イオン導電板２との間の温度か従来のように大
きな値となることはない。なお、第２図（ロ）において
、たて軸は温度（℃）、横軸は時間（５ｅｅ）である。
なお、本実施例では、特に酸素センサについて説明した
が、本発明の適用はこれに限定されず、異種の材料の組
合わせで構成されるすべてのセン。
が、本発明の適用はこれに限定されず、異種の材料の組
合わせで構成されるすべてのセン。
すの加熱に適用できることは言うまでもない。また、ヒ
ータエレメントの位置も・任意であって、直接１間接加
熱のいずれにも適用することができる。
ータエレメントの位置も・任意であって、直接１間接加
熱のいずれにも適用することができる。
以上説明したように、この発明に工ればヒータエレメン
トへ順次上昇するステップ状の電圧を供給し、加熱をス
テップ状にするようにしたので。
トへ順次上昇するステップ状の電圧を供給し、加熱をス
テップ状にするようにしたので。
ヒータエレメントが取付けられた部分と他の部分（例え
ば２電極部）との間に大きな温度差が生じることがなく
、この結果、部材の熱膨張係数の相違に基づくひび割れ
等の発生を防止することができる。
ば２電極部）との間に大きな温度差が生じることがなく
、この結果、部材の熱膨張係数の相違に基づくひび割れ
等の発生を防止することができる。
第１図はこの発明の一実施例による加熱装置の構成を示
す回路図、第一図（イ）は第１図に示す加熱装置に裏っ
てヒータエレメント６へ印加される電圧の波形を示す波
形図、第２図幹）は同図（イ）の電圧がヒータエレメン
ト６へ印加された場合におけるキャンプ５の上面と電極
部３の各温度変化を示す図、゛第３図（イ）、（ロ）は
各々酸素センサの一構喫例を示す断面図お工び平面図、
第３図（ハ）は酸素センサの他の構成例を示す＠面図、
第９図は従来の加熱方法によってヒータエレメント６を
加熱し７た場合におけるキャップ５の上面と電極部３の
各温度変化を示す図である。 １・・・・・・酸素センサ、６・・・・・・ヒータエレ
メント、１１・・・・・・電源装置、１２−１〜１２−
Ｎ・・・・・・抵抗、１３−θ〜１３−Ｎ・・・・・・
接点。
す回路図、第一図（イ）は第１図に示す加熱装置に裏っ
てヒータエレメント６へ印加される電圧の波形を示す波
形図、第２図幹）は同図（イ）の電圧がヒータエレメン
ト６へ印加された場合におけるキャンプ５の上面と電極
部３の各温度変化を示す図、゛第３図（イ）、（ロ）は
各々酸素センサの一構喫例を示す断面図お工び平面図、
第３図（ハ）は酸素センサの他の構成例を示す＠面図、
第９図は従来の加熱方法によってヒータエレメント６を
加熱し７た場合におけるキャップ５の上面と電極部３の
各温度変化を示す図である。 １・・・・・・酸素センサ、６・・・・・・ヒータエレ
メント、１１・・・・・・電源装置、１２−１〜１２−
Ｎ・・・・・・抵抗、１３−θ〜１３−Ｎ・・・・・・
接点。
Claims (1)
- センサに設けられたヒータエレメントへ、順次上昇する
ステツプ状の電圧を供給することにより、前記センサを
所定の温度まで加熱することを特徴とするセラミツク系
のセンサの加熱方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59140310A JPS6118856A (ja) | 1984-07-06 | 1984-07-06 | センサの加熱方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59140310A JPS6118856A (ja) | 1984-07-06 | 1984-07-06 | センサの加熱方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6118856A true JPS6118856A (ja) | 1986-01-27 |
Family
ID=15265820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59140310A Pending JPS6118856A (ja) | 1984-07-06 | 1984-07-06 | センサの加熱方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6118856A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6472051A (en) * | 1987-09-03 | 1989-03-16 | Babcock & Wilcox Co | Application of automobile type oxygen sensor for industrial process analyzer |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5269690A (en) * | 1975-12-05 | 1977-06-09 | Westinghouse Electric Corp | Partil pressure measuring apparatus for specified gages in sighted environments |
| JPS55116248A (en) * | 1979-02-23 | 1980-09-06 | Bosch Gmbh Robert | Electrochemical feeler for measuring oxygen content of gas |
| JPS5731660B2 (ja) * | 1975-09-25 | 1982-07-06 |
-
1984
- 1984-07-06 JP JP59140310A patent/JPS6118856A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5731660B2 (ja) * | 1975-09-25 | 1982-07-06 | ||
| JPS5269690A (en) * | 1975-12-05 | 1977-06-09 | Westinghouse Electric Corp | Partil pressure measuring apparatus for specified gages in sighted environments |
| JPS55116248A (en) * | 1979-02-23 | 1980-09-06 | Bosch Gmbh Robert | Electrochemical feeler for measuring oxygen content of gas |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6472051A (en) * | 1987-09-03 | 1989-03-16 | Babcock & Wilcox Co | Application of automobile type oxygen sensor for industrial process analyzer |
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