JPS6158779B2 - - Google Patents

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JPS6158779B2
JPS6158779B2 JP55082978A JP8297880A JPS6158779B2 JP S6158779 B2 JPS6158779 B2 JP S6158779B2 JP 55082978 A JP55082978 A JP 55082978A JP 8297880 A JP8297880 A JP 8297880A JP S6158779 B2 JPS6158779 B2 JP S6158779B2
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JP
Japan
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tube
housing
disk
temperature
fluid
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JP55082978A
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English (en)
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JPS566152A (en
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Mohamedo Aderu Kokache Raido
Furanshisu Horuman Danii
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Sybron Transition Corp
Original Assignee
Sybron Corp
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Publication date
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Publication of JPS566152A publication Critical patent/JPS566152A/ja
Publication of JPS6158779B2 publication Critical patent/JPS6158779B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4071Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases

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  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、流体混合物中の成分を監視する装
置、特に固体電解質を利用するような装置に関す
る。 固体電解質の性質についての研究は19世紀から
行なわれてきた。固体電解質を使用して、片側で
酸素濃度を一定に保ちながら別側で例えば、CO
ガスとO2ガス間の反応によつて生じる起電力を
測定する高温用濃淡電池がすでに提案されてい
る。これは、種々の温度におけるガスの熱力学デ
ータの計算を可能にした。その起電力は、平衡状
態下で成分の化学的ポテンシヤル、従つてその成
分の濃度やガス中の分圧に比例することがわかつ
ている。 監視せんとする流体混合物と相溶性である電解
質系を選ぶことにより、そのような電池は下記の
(a)、(b)、(c)などとして種々の用途に利用すること
ができる。 (a) 濃淡電池:照合(または標準)電極側の成分
濃度が既知ならば、その出力起電力は別の電極
側の成分濃度に関係することになる、そのよう
な電池は濃度計を構成したり、或いは熱力学デ
ーター等を提供する。 (b) 電力発生用濃淡電池。 (c) ポンプ:電流が、濃度がいずれかの側で異な
る適当な成分を含む電解質を流れる場合は、電
極間で成分の移動が生じ、その量は流れた電流
の量によつて一次的に決まる。 これら先行技術により提案された装置の問題点
は、主として熱伝導率の低いセラミツクスを比較
的大型装置として使用するために、装置がもろく
こわれる恐れがあることである。また、流体混合
物を電池に導入する入口部分と電池間のシールを
よくしなければならないことである。 本発明は、管の穴が監視せんとする成分に関係
した伝導イオンを有する固体電解質の円板により
2室に分割された管と、両面に電極を備えた前記
円板と、前記管を囲むハウジングと、該ハウジン
グ内にあつて前記管を弾性的に懸架するための機
構からなる、流体混合物中の成分を監視する装置
を提供する。 本発明の望ましい実施態様における懸架機構
は、管をハウジング内に懸架する2つの弾性ダイ
アフラムからなり、そのダイアフラムの各々はダ
イアフラムとハウジング間の界面と、ダイアフラ
ムと管の各端部間の界面でシールされる構成にな
つている。 本装置は、電解質の円板の両側の温度が等しく
なるように管の周囲に配設した加熱装置を含むこ
とが望ましい。 望ましい実施態様における円板は、管の長さ方
向中央部に配設し、それによつて対称的構造を提
供する。 本発明が容易に理解できるように、説明のため
に本発明の実施態様を添付図面を参照しながら以
下に詳細に記載する。 本装置の一実施態様の基本的構造を第1図に示
す。図示の管1は内部に配設した薄くて小さな円
板1と一体に成形されている、そのような配設
での管1と円板1は共に固体電解質材料から成
形される。そのような配設物は、例えば射出成形
によつて作ることができる。これは現在望ましい
配設であるが、これとは別に内部をシールした分
離円板を有する管も利用することができる。電解
質円板1は測定に適当な高イオン伝導度と低電
子伝導度をもつように配設して標準(または比
較)室と試料室の2つに分ける。両室は対称的に
設計されているから相互に交換できる。円板1
の両面は導電性多孔質粉末、例えば白金粉末の層
からなる活性部分を有する電極2を備えている。
この層はスパツターまたはペーストを使用するこ
とによりつくることができる。また、各電極2は
円板1のそれぞれの面の中心近くに埋めた極細
線からなる熱伝対3の一部を形成する。多くの場
合(1つの熱伝対で足りそして単一の導線のみが
対向面に必要な場合)に、円板の各面の温度は殆
んど同一である。円板の両面間の起電力は各電極
2から複数の熱伝対線の1本(選んだ線は同一の
材料でつくつたもの)を使用して測定する。 熱伝対の線は、線と管を隔離するために挿入し
たアルミナのような適当な材料の絶縁体4を有す
る小孔を介して管12本体へ導入し、次にその小
孔は、例えば適当なガラス組成物5でシールす
る。 管1は、フレーム部材16とこのフレーム部材
の両端に装着した2つのエンドキヤツプ15を含
むハウジング内に配設する。管1はハウジングに
取り付けた2つのダイアフラム7の形の懸架機構
(または手段)でハウジング内に弾性的に懸架す
る。ダイアフラム7は被監視流体に対して適当な
耐食性を有する材料からなり、その温度係数は管
1の材質に似合つたものである。各ダイアフラム
7は、高弾性を提供するためにひだ(または波形
部)8を備え、そして管1と界面6で、またハウ
ジングのエンドキヤツプ15と界面9でシールす
ることが望ましい。ダイアフラムの適当な厚さは
約0.13mm(0.005in)である、これが強度と弾性の
間に良好な妥協点を提供する。 管1との界面6のシールは、管の両端に白金の
ような適当な材料を真空蒸着または吹き付けによ
りコーテイングした後に適当なろう付け用ガラス
の使用または真空ろう付けによつて行なうことが
できる。そのコーテイングは管の両端に白金ペー
ストを焼成することにより行なうことができる。
ダイアフラム7は、米国のA1S1、ドイツの
X15CrNiSi 25−20,フランスのZ15CNS 25−
20,そしてスウエーデンの2361に相当する310鋼
(英国)のような高温用鋼でつくることができ
る、或いは「Nilo51」または「Nilo475」なる記
号でヘンリー・ウイギン・アンド・カンパニー
(Henry Wiggin&Co.)で製造しているようなニ
ツケル合金を使用することができる。 エンドキヤツプとの界面9におけるシールは、
アルゴン・アーク溶接または真空ろう付けにより
行なうことができる。一旦シールが実施される
と、管1は2つの弾性ダイアフラム7の間に効果
的に懸架される、そしてこれが管の破損の機会
(特に管が円板1と一体成形でそれが固体電解
質のセラミツク材料の場合)を著しく減じる。同
時に、装置には極めて良好なシールが得られ、こ
れが従来の装置の主欠点である漏洩問題を実質的
に解決する。 管内の温度分布を均一にするために図示のよう
に加熱機構を設けることが望ましい。高温におい
ても電気抵抗が高いアルミナや他の材料で作つた
比較的短尺で薄肉の絶縁管(またはスリーブ)1
0は、第2図に示すように電熱線11をその穴に
通し互に平行に配列される。次にその配列物は、
管1の回りに心を合せて巻かれ、高温用セメント
またはろう付けガラスで管1に固定される。上記
の配列および以下に示す寸法を採用することによ
り、電極2の動作領域間の温度差は1℃程度に保
てることがわかつた。 絶縁管10の長さ 16〜23mm 〃 の外径 1mm 管1 の長さ 30mm 〃 外径 6mm 〃 内径 4mm 円板1の厚さ <1mm 電熱線11と熱伝対3からの線は高温絶縁スリ
ーブ12に挿入して、管1の熱絶縁用ハウジング
の間に配置された高温絶縁用でばらにしてある繊
維14内に埋める。繊維14の充てんは軽くかつ
ばらにしてあるのでダイアフラム7の懸架作用を
余り妨げない。 前記のものとは別に、管1に設けた溝穴を介し
て管1に直接巻いた加熱線のような加熱機構を提
供することができるが、そのような配置は、固体
電解質で作製した管1が高温の場合には電気抵抗
が比較的低いため、電極と加熱回路が交差してい
ると熱伝性となることがわかつている。 さらに、第1図に示す本装置の特徴は、流体コ
ネクタを受け入れる配置のねじ山は突起18のよ
うなエンドキヤツプ15の端部を含み、そのコネ
クタをナツト(19で略示)で保持することであ
る。流体コネクタ20は被監視流体用の入口機構
21と出口機構22を含む、そして入口機構21
の横断面積26が管21の残りの面積27とほゞ
同一になるように設計することが望ましい。これ
によつて、室内の流体を、入口機構21のパイプ
を室内へ1〜2mm以上伸ばすことなく極めて迅速
に、例えば100〜200ml/分の流量で1秒以内に流
出さすことができる。 望ましくは金属で作つた外カバー17は、フレ
ーム部材16の上そしてエンドキヤツプ15の間
に固定される。フレーム部材16のさらに詳細図
は第3図に示す。 第4図はダイアフラムをハウジングに取り付け
る別の機構を示す。この場合、ダイアフラム25
はエンドキヤツプ24とフレーム部材23の間に
はさまれ、そのエンドキヤツプとフレーム部材は
適切に嵌合する表面を備え、共にアルゴンアーク
溶接によつてダイアフラム25へ接合される。第
4図に示す装置における他の特徴は第1図に示す
ものに類似する。 ダイアフラムと管の界面6においてシールする
別の方法は圧縮ガラスシールである。この方法を
行なうためには、ダイアフラムの材料が特定の熱
膨張特性をもたなければならない。すなわち、ダ
イアフラムは、管材料の温度膨張特性に従うた
め、ガラスの動作温度およびそれ以下の温度にお
いて電解質の管1よりも膨張する必要がある。従
つて、ダイアフラムはガラスの動作温度で管にか
ぶせて、装置の低動作温度で圧縮シールを形成す
る。第5図は、3種類の材料、すなわち電解質の
管に使用されるイツテリア−ジルコニア(Y2O3
−ZrO2)、前記Nilo475合金、および別のニツケル
合金であるTelcoseal 6/4の熱膨張特性を示
す。 使用において、装置の温度は加熱機構への電流
を変えることにより変えることができる。円板1
間の起電力は電極2に取り付けた熱伝対線によ
り測定し、温度は1つまたは両方の熱伝対を使用
して測定する;これとは別に或いはさらに、加熱
機構の温度は、加熱機構に隣接配置した熱電対ま
たは抵抗温度計のような温度検出器を用いて監視
する。 本装置は種々の方法で使用するができる。例え
ば1つの室に適当な標準(または基準)体をシー
ルして一定の起電力動作点を選んだ時には本装置
は一定の起電力モードで使用される。動作温度
は、サンプリング成分に関して標準となる成分が
設定起電力に等しい円板間の出力を出すまで、温
度を変える制御回路によつて調整される。従つ
て、円板の温度は試料成分の濃度に関係する。 装置がシール室を1つ使用する単純な配列の場
合には、シールされる標準体側のエンドキヤツプ
の突起18およびそれに対応する入口および出口
機構21,22を省略することができる。従つて
対応するダイアフラムは流体用の穴がなく、シー
ル室はダイアフラムを管へ取り付けることにより
形成される。 さらに詳細な装置の動作方式は、同時係属の英
国特許出願第40817/77号および第24711/78号を
参照されたい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施態様による装置中心部
の縦断面図、第2図は第1図に示す装置の一部を
形成する加熱機構を示し、第3図は第1図に示す
装置の別部分の斜視図、第4図は本発明の第2実
施態様の部分縦断面図、そして第5図は本装置に
使用される材料をパラメータとした熱膨張特性を
示すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 (a) ハウジング; (b) 弾性懸架手段によつて前記ハウジング内に弾
    性的に配設されたフロー・チユーブ; (c) 該チユーブ内に装着されてチユーブの穴を2
    室に分割し、監視せんとする流体混合物中の成
    分に関係した伝導イオンを有する固体電解質の
    検出円板; (d) 該検出円板の両側で前記チユーブに隣接し、
    チユーブの軸に平行なスリーブ内に配設されて
    円板の両側の温度を実質的に等しくする電気加
    熱手段;および (e) 前記円板の両面に設けられた出力監視用電極
    からなる、流体混合物中の成分の監視装置。 2 (a) ハウジング; (b) 弾性懸架手段によつて前記ハウジング内に弾
    性的に配設されたフロー・チユーブ; (c) 該チユーブ内に装着されてチユーブの穴を2
    室に分割し、監視せんとする流体中の成分に関
    係した伝導イオンを有する固体電解質の検出円
    板;および (d) 該検出円板の両面に設けられた出力監視用電
    極からなる、流体混合物中の成分の監視装置。
JP8297880A 1979-06-21 1980-06-20 Monitor for composition of mixed fluid Granted JPS566152A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB7921718A GB2052751B (en) 1979-06-21 1979-06-21 Device for monitoring a component in a fluid mixture

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS566152A JPS566152A (en) 1981-01-22
JPS6158779B2 true JPS6158779B2 (ja) 1986-12-13

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ID=10506006

Family Applications (1)

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JP8297880A Granted JPS566152A (en) 1979-06-21 1980-06-20 Monitor for composition of mixed fluid

Country Status (6)

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US (1) US4333811A (ja)
EP (1) EP0021797B1 (ja)
JP (1) JPS566152A (ja)
CA (1) CA1157911A (ja)
DE (1) DE3063305D1 (ja)
GB (1) GB2052751B (ja)

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EP0021797B1 (en) 1983-05-18
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