JPS61280560A - 酸素濃度測定方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、限界電流方式の酸素センサーを用いた酸素濃
度測定方法に係り、より詳しくは、低濃度から高濃度ま
での広範な酸素濃度の範囲に亙って、高い精度で濃度測
定ができるようにした酸素濃度測定方法に関するもので
ある。

〈従来の技術〉 限界電流方式の酸素センサーの構造は、第３図の如くで
ある。同図において、１は安定化ジルコニアからなる酸
素イオン導電板、２は酸素イオン導電板１の片側を覆う
キャップ、３はキャップ２の頂部に穿設した被測定気体
の拡散用小孔、４ａ。

４ｂは酸素イオン感電板１の両電極、５は電極４ａ、４
ｂ間に接続した電源、■は電圧計、Ａは電流計である。

この酸素センサーで被測定気体中の酸素濃度を測定する
には、先ず、図示しない外部の加熱手段によりセンサー
を酸素イオン導電板１の最適動作状態まで加温し、この
状態で、当該センサーを目的の被測定気体中に入れ、且
つ前記電源５からの電圧を酸素イオン導電板１の両電極
４ａ、４ｂ間に印加する。この印加電圧はセンサー監視
電圧ＶＷとして、センサー性能、予想酸素濃度等に基づ
き、ある程度の範囲内に定める。この監視電圧■Ｗの印
加により得られる出力電流が、所謂限界電流値Ｉｎで、
この限界電流値１１を読み取り、後は、この限界電流値
ＩＡからこの値に対応する酸素濃度を求めればよい。

この限界電流値２と酸素濃度との関係を示すと、第４図
の如くで、限界電流値Ｉ／は、同図中の電圧−電流特性
曲線の平坦部分の電流として求められる。この平坦部分
は、酸素濃度が低い程広く、高くなる程狭くなり、且つ
又酸素濃度が増すにつれて平坦部分は高圧側に移る。

このような出力特性を有する酸素センサーにおいて、理
想的にはセンサー監視電圧Ｖｗが平坦部分の略中夫に位
置するように設定すれば、正確な測定が可能となる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところが、従来のこの種の酸素センサーを用いた酸素濃
度測定方法では、監視電圧Ｖｗを第４図に示すように適
当な１点に便宜的に設定して行っていた。

このため、広範な酸素濃度の範囲に亙って、常に最適状
態で酸素センサーを動作させることは困難であった。つ
まり、酸素濃度範囲が０〜３０％までの場合を例にとる
と、１つの監視電圧Ｖｗですべての酸素濃度を測定しよ
うとする場合、例えば、１８％程度の酸素濃度で監視電
圧Ｖｗがちょうど電圧−電流特性曲線の平坦部分の中央
部に位置するように設定したとすると、この１８％濃度
より高濃度領域、例えば３０％では、平坦部分がより高
圧側る移るため、監視電圧Ｖｗが過度領域に位置し、高
い精度での測定ができないか、或いは測定不可能となる
。

一方、１８％濃度より低濃度領域では、平坦部分の巾が
広いものの、監視電圧Ｖｗが高い場合、センサーの機能
上、被測定気体中の含有酸素量が少なくなってくると、
酸素イオン導電板において、酸素の存在とは関係しない
別の要素により、例えば、電子伝導、気体内水骨の分解
作用等による伝導が起こるため、やはり測定精度の低下
は避けられない。

そこで、本発明者等は、広範な酸素濃度範囲で精度の高
い測定ができるよう鋭意検討したところ、上記限界電流
値Ｉ２の出力が、第５図に示すように酸素濃度に対して
リニアであることに着目し、センサー監視電圧Ｖｗを酸
素濃度（センサー出力型ｍ）に応じて変化させることを
見出した。

（問題点を解決するための手段〉 本発明は、このような着想に基づいてなされたもので、
その特徴とする点は、酸素濃度の低濃度領域では監視電
圧Ｖｗを小さくし、高濃度領域では監視電圧Ｖｗを大き
くするようにセンサーの出力電流に応じて、変化させる
ようにしたことにある。

く作用〉 これにより、酸素濃度の高低に拘らず、酸素センサーに
は常に平坦部の中央に位置するように最適の監視電圧Ｖ
ｗが印加されるため、センサーは常に高い精度で動作さ
れる。

つまり、大幅な酸素濃度変化に対しても高精度での濃度
測定が可能となる。

〈実施例〉 第１面は本発明方法を実施するための装置（回路）の−
例を示したものである。

図中、Ｓは限界電流方式の酸素センサーであって、Ｒｓ
は該センサーの内部抵抗を表している。

この内部抵抗Ｒｓは実質的に酸素イオン導電板の抵抗で
あって、測定酸素濃度、印加電圧によって可変である。

Ｒ，は限界電流を電圧値に変換するための抵抗であり、
次のｏｐアンプ１１（演算増幅器）を経て、初段のＯＰ
アンプ１０に帰還されている。

又、可変電圧層５、定電圧ダイオードＤによって基準電
圧が決定される。

Ｒｚ　、Ｒ３、Ｒ４、Ｒｓ　、Ｒｈ　、Ｒ７は固定抵抗
であり、定電圧ダイオードＤの電圧をＶｚ、ＯＰアンプ
１０の出力をＶＷ、ＯＰアンプ１１の出力をＶｏとすれ
ば、次の関係式が成立する。

即ち、センサー内部抵抗Ｒｓ両端の電圧降下分Ｖｓは、
ＯＰアンプ１１の出力Ｖｏに比例して、Ｖｗと共に変化
し、本発明の要件を満足するようになる。

つまり、酸素濃度が高いときには、ＯＰアンプ１０の出
力が太き（なる。即ち高い監視電圧Ｖｗが設定される。

逆に酸素濃度が低いときには、○Ｐアンプ１０の出力が
小さくなる。即ち低い監視電圧Ｖｗが設定されることに
なる。結局、常に被測定気体中の酸素濃度に応じた最適
の監視電圧ＶＷが自動的に印加される。

この関係を示すと、第２図の如くで、監視電圧Ｖｗは、
例えば、前記第４図に示した酸素濃度を例にとった場合
、各濃度（５％、１０％、１５％。

１８％、２１％、３０％）における監視電圧Ｖｗ１〜６
は該当する電圧−電流特性曲線の平坦部分の略中夫に位
置される。

従って、低濃度から高濃度の広範な濃度範囲に亙、って
、センサーＳを最適状態で動作させることができる。即
ち、正確な酸素濃度測定が可能となる。

尚、本発明では、センサーＳの監視電圧Ｖｗを酸素濃度
に応じて変動させる手段としては、上記装置（回路）に
限られるものではない。

〈発明の効果〉 本発明によれば、以上の説明から明らかなように限界電
流方式の酸素センサーを用いた酸素濃度測定方法におい
て、低濃度から高濃度までの広範な酸素濃度の範囲に亙
って、高い精度で濃度測定することができる優れた測定
方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための装置の１例を示し
た概略説明図、第２図は酸素濃度に対応する監視電圧の
変動状態を示したグラフ、第３図は一般的な限界電流方
式の酸素センサーを示した概略構造図、第４図は酸素濃
度に対応する限界電流特性を示したグラフ、第５図は酸
素センサーの出力特性を示したグラフである。 図中、Ｓ・・・酸素センサー、 Ｖｗ・・・監視電圧、 Ｉｌ・・・限界電流値、 Ｒｓ・・・センサーの内部抵抗、 Ｒ１−，・・・固定抵抗、 Ｄ・・・定電圧ダイオード、 ■・・・酸素イオン導電板、 ２・・・キャップ、 ４ａ、４ｂ・・・電極、 ５・・・電源、 １０・・・ＯＰアンプ、 １１・・・ＯＰアンプ。 特許出願人　　　　　胚倉電線株式会社第２図 ｖｖ、　ｖｌｌ／、ＶｖｔｑｔｓＡｖ〕第３図　Ｖ″Ｔ
Ｉ’″”ＶＷｂ 第４図 電圧（Ｖ） 第５図 ０２′、Ｍｉ％〕

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　限界電流方式の酸素センサーを用いた酸素濃度測定方
   法において、前記酸素センサーの監視電圧を酸素濃度に
   応じて変動させるようにしたことを特徴とする酸素濃度
   測定方法。