JPS62156533A - 圧力検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、酸素を一定のモル分率を含んでなる気体の
圧力検出装置に関し、特に高温または高圧の気体圧力を
検出するのに適したものである。

〔従来の技術〕

酸素を一定のモル分率で含む混合気体、代表的なものと
して空気の圧力を検出する装置として、従来よりダイア
フラムなどの弾性体を用いて機械式に圧力検出を行い、
これにｉ械電気変換素子、たとえばメタルストレンゲー
ジ、差動トランスなどを組み合わせたものや、ダイアフ
ラムなどの変位を静電容量の変化にするなど、ダイアフ
ラムの変位を電気信号に変換するタイプの圧力検出装置
が数多くある。

しかしながら、これら数多（の圧力検出装置において、
高温、たとえば２００℃以上で使用可能なもので、比較
的低価格（数千円程度）のものは皆無に近い。

また、さらに高温気体でも使用可能なものというと、価
格の高低にかかわらず非常に少ない。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、高温でも使用可能で、低価格な圧力検出装置を得
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る圧力検出装置は、拡散抵抗体を介して測
定圧力気体と導通しているチャユ／バ内の酸素を移送で
きろようにこのチャンバ内に設けた固体電解質酸素濃淡
電池素子と、チャンバ内の酸素分圧と所定の酸素分圧と
の比に応じた電圧信号を出力する固体電解質酸素濃淡電
池素子と、固体電解質酸素濃淡電池素子の出力電圧を所
定の電圧に保持するように固体電解質酸素濃淡電池素子
に電流を供給制御し、この固体電解質酸素濃淡電池素子
に流れる電流を検出して測定気体の圧力に応じた信号を
出力する圧力信号検出手段とを設けたものである。

〔作　用〕

この発明においては、拡散抵抗体を介して測定圧力気体
と導通しているチャンバとチャンバ外との間で酸素を移
送するように設けられた固体電解質酸素濃淡電池素子は
、チャンバ内の酸素分圧と所定酸素分圧との比が一定と
なるようにポンプ電流が供給制御するとき、測定気体と
チャンバ内の酸素分圧との差によって拡散抵抗体を通し
て移動する酸素流量がポンプ電流に対応して変化し、こ
のポンプ電流量を検出することによって測定気体の圧力
に対応した圧力信号が出力されろ。

〔実施例〕

以下、この発明の圧力検出装置の実施例を図について説
明する。第１図はその一実施例の全体の構成を示す断面
図、第２図は第１図の矢印Ａ方向より見た図、第３図は
第１図の矢印Ｂ方向より見を二図である。

この第１図ないし第３図において、１　＋、を測定圧力
気体が導入されろチャンバであり、このチャンバ１内に
この発明の圧力検出装置の検出部２が配設されている。

この圧力検出部２は厚さが約０．７　ｍｍの平板状のイ
オン伝導性固体電解質（たとえば安定化ジルコニア）３
の両側面にそれぞれ厚膜技術を用いて約２０μの厚さの
多孔質白金電極層４および５をリレグ状に設けて構成さ
れｔ、Ｚ固体電解質酸素濃淡電池素子６と、この固体電
解質酸素濃淡電池素子６と同様の平板状のイオン伝導性
固体電解質７の片面に前記と同様の多孔質白金電極層８
および９を設けて構成された固体電解質酸素濃淡電池素
子１０とを備えている。

固体電解質酸素濃淡電池素子６と固体電解質酸素濃淡電
池素子１０とは微小間隙を形成するように、耐熱性で絶
縁性のスペーサ（充填接着剤でよい）１５．１６，１７
を介して互いに固定されている。

スペーサ１５．１６と固体電解質酸素濃淡電池素子６と
固体電解質酸素濃淡電池素子１０とで囲まれた空間３０
は、測定圧力気体を拡散抵抗体をなす孔１１を介して導
通している。

また、スペーサ１６．１７と固体電解質酸素濃淡電池素
子１０とイオン伝導性固体電解質３て囲まれた空間３１
は所定の酸素濃度を有する気体が封入されている密閉空
間である。

スペーサ１５，１６．１７により互いに固定された固体
電解質酸素濃淡電池素子６、固体電解質酸素濃淡電池素
子１０の足元部の外辺部にはねじ部を有しｔコ支持台１
９が耐熱性で絶縁性である接着部材１８により取付られ
ている。

測定気体が封入されているチャンバ１には、圧力検出装
置の検出部２の取付用ねじ部２０があり、ここに前記支
持台１９のねじ部がねじ込まれて、チャンバ１に検出部
２が気密的に取り付け、固定されている。

前記固体電解質酸素濃淡電池素子６の多孔質白金電極層
４および５はリード綿を介して外部の電子回路に接続可
能なように端子ａ、ｂに接続されており、固体電解質酸
素濃淡電池素子１０の多孔質白金電極層８および９は同
様にして端子ｄ、ｃに接続されている。

２１は前記固体電解質酸素濃淡電池素子６、固体電解質
酸素濃淡電池素子１０が活性化して所望の動作が行われ
ろように温度を上昇させろためのヒータで、イオ〉伝導
性固体電Ｂ質７の壁面上に付設した発熱抵抗体で、Ｐｔ
、Ａｕなどの耐熱危属のベース１−を使泪してプリント
印刷にて形成したものであり、引き出し線を介して端子
ｅ、ｆに接続されている。

また、第３図に示すように、固体電解質酸素濃淡電池素
子１０のヒータ側の壁面には、温度検知用の熱雷対２２
が接着されており、この熱電対２２のツー１：線は、外
部のヒータ電流制御回路２３に接続され、ヒータ２１は
このヒータ電流制御回路２３から電流供給され、固体電
解質酸素濃淡電池素子６および固体電解質酸素濃淡電池
素子１０が所定の温度範囲に保たれている。

２４はこの固体電解質酸素濃淡電池素子１０から発生し
て端子ｃ、ｄ間に現われる電圧を所定値に維持するよう
に、端子ａ、ｂＱ通して固体電解質酸素濃淡電池素子６
に電流を供給制御するとともに、その供給電流を検知し
て圧力信号を出力ずろ電子回路である。

第４図は第】図の電子回路２４の一実施例を・示す電子
回路図である。この第４図において、４１（よ固体電解
質酸素濃淡電池素子］０の発生電圧Ｖｓを増幅する増１
１席器であり、この増幅器４１の出力電圧ｋＶｓ（ｋは
４２の増幅率）を基準電圧Ｖｒとを積分器４２のコシバ
＝−り４２ａて比較し、その４ｑ差電圧の積分出力を電
圧−電流変換器４３のトランジスタ４３ａに供給するよ
うにしている。

この電圧＝電流変換器４３は積分器４２の出力に基づい
て、抵抗４５を介して固体電解質酸素濃淡電池素子６に
電流を流し込むもので、）・ラシジスタ４３ａと電源Ｖ
ｃｃて構成されている。

さらに、抵抗４５の両端に発生する電圧は差動増幅器４
４で増幅し、この差動増幅器４４はポンプ電流１ｐに比
例した電圧を出力するようにしている１、 第５図は第１図のヒータ通電制御回路２３の一実施例を
示す電気回路図である。この第５図における２５は熱電
対２２の発生熱起電力を入力として、基準接点補償回路
、直流増幅器などで構成された公知の熱雷温度変換器で
、接点部（第３図の３２）の温度に比例した電圧を出力
する。

この出力電圧は比較増幅器２６で基準電圧Ｖｔと比較さ
れ、基ｇ電圧Ｖｔより小さいとき、その個差に応じてト
ランジスタ２７の導通度を大きくして、ヒータ２１に電
源２８から供給する通電量を大にし、基準電圧Ｖｔより
大きくなると、！・ラシジスタ２７をオフしてヒータ２
１に通電しないという動作が行われる。

設定温度の調整は基準電圧Ｖｔの大きさを加減して行わ
れ、いまの場合には、接点部３２の温度が７００℃にな
るようにヒータ２１の通電制御が行われる。

第６図に、以上のように構成された第１図の装置の動作
特性の例が示されている。このときの条ｕ＋ｔ＋＋Ｈｇ
）状態て封入しておす、測定圧力気体も空気で温度は常
温である。

第６図（ａｌは横軸にチャンバ１内の圧力をとり、縦軸
が第４図の差動増幅器４４の出力電圧Ｖｏｕｔをとった
ときの第１図の装置の出力静特性である。

第６図ｆｂ）はチャンバ１内の圧力をステップ状に変化
させたときの出力の時間変化波形を示す。第６図の例は
常温での結果であるが、原理的に測定圧力気体の温度が
７００℃前後までは、検出部２の空間３０の体積および
空間３０、ｔ／２：故抵抗体の孔１１の形状や寸法、酸
素濃淡電池素子の発生電圧を一定に保ったときの設定電
圧Ｖｒｏ　（Ｖｒｏ＝　ＫＶｓｏ）に対応してチャンバ
］内の気体の圧力に対して一意的に出力電圧が得られる
。

第６図はＶｓｏ＝　３００　ｍＶで拡散抵抗体の孔１１
を介して空間３０内に流入する酸素流量により固体電解
質酸素ポンプ６によって、空間３０外に出される酸素流
量の方がかなり大きく、空間３０内外の濃度比で１０６
の差があるときの出力特性である。

この発明は以上説明したとおり、測定圧力気体と拡散抵
抗体を介して導通しているヂ・ヤ／バとチャンバの一部
において、チャンバ内の気体と基準気体との閥に固体電
解質酸素濃淡電池素子とチャンバと測定気体との間に固
体電解質酸素濃淡電池素子とを設け、固体電解質酸素濃
淡電池素子の出力電圧を所定の値に保つように固体電解
質酸素濃淡電池素子に電流供給し、そのとき固体電解質
酸素濃淡電池素子に流れる電流を検出して、測定圧力気
体の圧力に応した信号を出力する圧力信号検出手段を備
丸な構成にしたので、７００℃ぐらいの高温の酸素を含
む気体の圧力を測定できるとともに、非常に安価にでき
、可動部分がないために精度の高り、耐久性の高いもの
が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の圧力検出装置の一実施例の全体の構
成を示す図、第２図は第１図の、〜方向より見た図、第
３図は第１図の矢印Ｂ方向から見た図、第４図は第１図
の圧力検出装置におけろ電子回路の詳細な構成を示す回
路図、第５図は第１図の圧力検出装置のヒータ通電制御
回路の詳細な構成を示す回路図、第６図は第１図の圧力
検出装置の動作特性例を示す図である。 １　チャンバ、２　検出部、３，７　イオン伝導性固体
電解質、４，５，８，９・多孔質白金電極層、６　固体
電解質酸素濃淡電池素子、１０　固体電ｆｌｉ質酸素濃
淡電池素子、１１　拡散抵抗体の孔、２１　ヒータ、２
３・・ピーク制御回路、２４電子回路。 なお、図中同一７ｑ号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 測定圧力気体が導入されているチャンバと、このチャン
   バ内の酸素を電解質の電流によって移送できるように配
   置された固体電解質酸素ポンプ素子と、上記チャンバ内
   に上記固体電解質酸素ポンプ素子と対向して配設された
   固体電解質酸素濃淡電池素子と、この固体電解質酸素濃
   淡電池素子および上記固体電解質酸素ポンプ素子間に形
   成されて拡散抵抗体をなす孔を通して上記測定圧力気体
   を導入する第１の空間と、上記固体電解質酸素ポンプ素
   子と固体電解質酸素濃淡電池素子間に形成されて所定の
   酸素濃度を有する気体が封入された第２の空間と、上記
   固体電解質酸素ポンプ素子と上記固体電解質酸素濃淡電
   池素子を活性化するために上記固体電解質酸素濃淡電池
   素子に装着されたヒータと、このヒータの通電制御を行
   うヒータ制御回路と、上記固体電解質酸素濃淡電池素子
   の出力電圧を所定の電圧に保持するように上記固体電解
   質酸素ポンプ素子に電流を供給制御するポンプ電流制御
   回路と、上記固体電解質酸素ポンプ素子に流れる電流を
   検出して測定圧力気体の圧力に応じた信号を出力する圧
   力信号検出手段とを備えたことを特徴とする圧力検出装
   置。