JPS634660B2 - - Google Patents
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- JPS634660B2 JPS634660B2 JP56038063A JP3806381A JPS634660B2 JP S634660 B2 JPS634660 B2 JP S634660B2 JP 56038063 A JP56038063 A JP 56038063A JP 3806381 A JP3806381 A JP 3806381A JP S634660 B2 JPS634660 B2 JP S634660B2
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- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 12
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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
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- G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1473—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method
- F02D41/1475—Regulating the air fuel ratio at a value other than stoichiometry
- F02D41/1476—Biasing of the sensor
-
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-
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- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/48—Systems using polarography, i.e. measuring changes in current under a slowly-varying voltage
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、拡散限界電流原理に基いて作動す
る、ガス中の酸素含有を測定するためのポーラロ
グラフ測定センサであつて、酸素イオン導電性の
固形電解質体を有し、該電解質体が、陽極及び除
極を支持し、該電極に一定の電圧が印加可能であ
り、上記陰極が孔又は通路を有する、拡散スクリ
ンとしての層によつて被われており、かつ上記両
電極が被測定ガスに曝されている形式のものから
出発する。前記形式の拡散限界電流原理に基いて
作動する、ポーラログラフ測定センサにおいて
は、この拡散限界電流が、測定センサの両電極に
印加される一定の電圧で測定される。この電流は
希薄に調整される、燃焼過程の排気ガス（λ＞
１）において、陰極に対するガスの拡散が進行せ
る反応の速度を規定する限り、酸素濃度に左右さ
れる。
る、ガス中の酸素含有を測定するためのポーラロ
グラフ測定センサであつて、酸素イオン導電性の
固形電解質体を有し、該電解質体が、陽極及び除
極を支持し、該電極に一定の電圧が印加可能であ
り、上記陰極が孔又は通路を有する、拡散スクリ
ンとしての層によつて被われており、かつ上記両
電極が被測定ガスに曝されている形式のものから
出発する。前記形式の拡散限界電流原理に基いて
作動する、ポーラログラフ測定センサにおいて
は、この拡散限界電流が、測定センサの両電極に
印加される一定の電圧で測定される。この電流は
希薄に調整される、燃焼過程の排気ガス（λ＞
１）において、陰極に対するガスの拡散が進行せ
る反応の速度を規定する限り、酸素濃度に左右さ
れる。
この種のポーラログラフ測定センサを、陽極並
びに陰極が被測定ガスに曝されるように構成する
ことは既に提案された。この測定センサは確かに
構造が簡単であり、従つて大量生産するためには
適当であるが、そのデスプレイが固形電解質の内
部抵抗に基きかつ電極の老化現象に基いて変化す
る、即ち温度及び時間ドリフトを示すという欠点
を有している。このことは酸素含有の精確な測定
を行なうには、この種のセンサが時折後校正され
ねばならないことを意味する。
びに陰極が被測定ガスに曝されるように構成する
ことは既に提案された。この測定センサは確かに
構造が簡単であり、従つて大量生産するためには
適当であるが、そのデスプレイが固形電解質の内
部抵抗に基きかつ電極の老化現象に基いて変化す
る、即ち温度及び時間ドリフトを示すという欠点
を有している。このことは酸素含有の精確な測定
を行なうには、この種のセンサが時折後校正され
ねばならないことを意味する。
前記欠点は本発明により冒頭に述べた形式のポ
ーラログラフ測定センサにおいて、固形電解質体
が同様に被測定ガスに曝される同じ形式の電極か
ら成る第２の対を支持しており、該電極対が固形
電解質体と共に、酸素イオン導電性のオーム抵抗
として作用しかつ固形電解質体及び電極から構成
された系と電気的に直列接続された系を構成する
ことにより排除された。本発明の測定センサは、
公知の測定センサに比較して、温度及び時間ドリ
フトが補償され、従つてデスプレイが温度に伴う
固形電解質の内部抵抗の変化、及びまた電極に生
じ得る老化現象に左右されなくなるという利点を
有する。従つて、この種の測定センサの返しの後
校正が不必要になる。
ーラログラフ測定センサにおいて、固形電解質体
が同様に被測定ガスに曝される同じ形式の電極か
ら成る第２の対を支持しており、該電極対が固形
電解質体と共に、酸素イオン導電性のオーム抵抗
として作用しかつ固形電解質体及び電極から構成
された系と電気的に直列接続された系を構成する
ことにより排除された。本発明の測定センサは、
公知の測定センサに比較して、温度及び時間ドリ
フトが補償され、従つてデスプレイが温度に伴う
固形電解質の内部抵抗の変化、及びまた電極に生
じ得る老化現象に左右されなくなるという利点を
有する。従つて、この種の測定センサの返しの後
校正が不必要になる。
本発明の実施態様は、特許請求の範囲第２項以
下に記載されている。固形電解質体が板片の形を
有しているのが特に有利であり、この場合該板片
はその寸法、ひいてはその体積ができるだけ小さ
くあるべきである。そうすることにより、特に温
度が変化する際に、全体的に極めて均一な温度を
有することになる。
下に記載されている。固形電解質体が板片の形を
有しているのが特に有利であり、この場合該板片
はその寸法、ひいてはその体積ができるだけ小さ
くあるべきである。そうすることにより、特に温
度が変化する際に、全体的に極めて均一な温度を
有することになる。
次に図示の実施例につき本発明を詳細に説明す
る。
る。
センサは安定化された二酸化ジルコニウムから
成る、例えば50mm×８mm×１mmの固形電解質板片
１から成る。この板片は４つの電極２，３，４及
び５を備えており、該電極は白金又は白金と安定
化された二酸化ジルコニウムとの混合物（この場
合には、二酸化ジルコニウムは約40容量％であ
る）から成つている。陰極として接続された電極
２上には、厚さ約15μｍの拡散層６が設けられて
おり、該層はガスがこの拡散層が貫通してのみ陰
極２に達し得るように配置されている。拡散層６
は、例えば同様に二酸化ジルコニウムから成つて
おり、かつ陰極２及び陽極３並びに電解質体１か
ら形成される、測定センサ全体の一部が限界電流
範囲内で酸素分圧のできるだけ広い範囲に渡つて
作動するような極性を有している。電極２，３，
４及び５並びに拡散スクリン６は、有利に適当な
ペーストを押付けることにより施すことができ
る。
成る、例えば50mm×８mm×１mmの固形電解質板片
１から成る。この板片は４つの電極２，３，４及
び５を備えており、該電極は白金又は白金と安定
化された二酸化ジルコニウムとの混合物（この場
合には、二酸化ジルコニウムは約40容量％であ
る）から成つている。陰極として接続された電極
２上には、厚さ約15μｍの拡散層６が設けられて
おり、該層はガスがこの拡散層が貫通してのみ陰
極２に達し得るように配置されている。拡散層６
は、例えば同様に二酸化ジルコニウムから成つて
おり、かつ陰極２及び陽極３並びに電解質体１か
ら形成される、測定センサ全体の一部が限界電流
範囲内で酸素分圧のできるだけ広い範囲に渡つて
作動するような極性を有している。電極２，３，
４及び５並びに拡散スクリン６は、有利に適当な
ペーストを押付けることにより施すことができ
る。
直流電圧源７の負極は陰極２に接続されてお
り、一方正極は電極４に接続されている。この電
流回路に電流計８が示されており、これにより限
界電流を測定することができる。しかしその代り
に限界電流を制御値として使用する制御装置を使
用することはもちろん可能である。この種の装置
は自体公知でありかつ本発明には包含されない。
電極３及び５は導線９によつて相互に接続されて
いる、従つて一方では固形電解質体１並びに電極
２及び３から構成される限界電流ゾンデと、他方
では電解質体１及び電極４及び５から構成され、
オーム抵抗として作動するセルとが直列接続され
ている。限界電流ゾンデの電極２及び３にかかる
電圧を一定に保持するために、この電圧は差動増
幅器１０に放出され、該電圧源７は制御装置１１
を介して、電極２及び３にかかる電圧が一定に保
持されかつ500〜1000ｍＶの値に調整されるされ
ように制御される。
り、一方正極は電極４に接続されている。この電
流回路に電流計８が示されており、これにより限
界電流を測定することができる。しかしその代り
に限界電流を制御値として使用する制御装置を使
用することはもちろん可能である。この種の装置
は自体公知でありかつ本発明には包含されない。
電極３及び５は導線９によつて相互に接続されて
いる、従つて一方では固形電解質体１並びに電極
２及び３から構成される限界電流ゾンデと、他方
では電解質体１及び電極４及び５から構成され、
オーム抵抗として作動するセルとが直列接続され
ている。限界電流ゾンデの電極２及び３にかかる
電圧を一定に保持するために、この電圧は差動増
幅器１０に放出され、該電圧源７は制御装置１１
を介して、電極２及び３にかかる電圧が一定に保
持されかつ500〜1000ｍＶの値に調整されるされ
ように制御される。
４つの全ての電極２，３，４及び５は比較的小
さな空間で常に同じガス雰囲気に曝されているの
で、電極の老化により生じかつ時間ドリフトをも
たらす効果が、この配置形式により補償されるこ
とは自明である。しかし、固形電解質体１の比抵
抗の温度依存性に起因する温度ドリフトもまた以
下に概略的に示すように、本装置によつて補償さ
れる。電極２及び３及び固形電解質体１から構成
されたセルの限界電流IGrは、特定の基準値IGr,Oか
ら温度が上昇するに伴い、詳言すればe-関数に基
いて上昇する、従つて次の方程式： (1) IGr＝IGr,O・ea(T-TO) （上記式中、IGrは温度Ｔにおける限界電流を、
IGr,Oは温度Ｔ＝TOにおける限界電流をかつａは定
数を表わす）が成り立つ。固形電解質１の内部抵
抗によつて電極４及び５の間に生じる電圧降下
Urefは、方程式： (2) Uref＝IGr・Ｒ によつて与えられ、この場合温度依存度Ｒには、
方程式： (3) Ｒ＝RO・e-a(T-TO) が当嵌る、即ち抵抗は、温度が上昇するにともな
い低下するか或は換言すれば、電解質体１の導電
性は、温度が上昇するに伴い増大する、このこと
は一般に公知である。今や、方程式(1)〜(3)から、
次の方程式が得られる： (4) Uref＝IGr,O・ea(T-To)・RO・e-a(T-TO) この方程式から、配置形式の選択により電極４
及び５における電圧降下は、温度に左右されなく
なる、同じことが２つの直列接続されたセルから
構成された測定センサ内を流れる限界電流につい
ても当嵌る。従つて、測定抵抗として電解質を挾
持した第２の電極対を利用することにより、温度
ドリフトが補償される。
さな空間で常に同じガス雰囲気に曝されているの
で、電極の老化により生じかつ時間ドリフトをも
たらす効果が、この配置形式により補償されるこ
とは自明である。しかし、固形電解質体１の比抵
抗の温度依存性に起因する温度ドリフトもまた以
下に概略的に示すように、本装置によつて補償さ
れる。電極２及び３及び固形電解質体１から構成
されたセルの限界電流IGrは、特定の基準値IGr,Oか
ら温度が上昇するに伴い、詳言すればe-関数に基
いて上昇する、従つて次の方程式： (1) IGr＝IGr,O・ea(T-TO) （上記式中、IGrは温度Ｔにおける限界電流を、
IGr,Oは温度Ｔ＝TOにおける限界電流をかつａは定
数を表わす）が成り立つ。固形電解質１の内部抵
抗によつて電極４及び５の間に生じる電圧降下
Urefは、方程式： (2) Uref＝IGr・Ｒ によつて与えられ、この場合温度依存度Ｒには、
方程式： (3) Ｒ＝RO・e-a(T-TO) が当嵌る、即ち抵抗は、温度が上昇するにともな
い低下するか或は換言すれば、電解質体１の導電
性は、温度が上昇するに伴い増大する、このこと
は一般に公知である。今や、方程式(1)〜(3)から、
次の方程式が得られる： (4) Uref＝IGr,O・ea(T-To)・RO・e-a(T-TO) この方程式から、配置形式の選択により電極４
及び５における電圧降下は、温度に左右されなく
なる、同じことが２つの直列接続されたセルから
構成された測定センサ内を流れる限界電流につい
ても当嵌る。従つて、測定抵抗として電解質を挾
持した第２の電極対を利用することにより、温度
ドリフトが補償される。
方程式(1)及び(3)の両者の場合におけるベき指数
ａが同じでなくとも、ROを例えば電極の大きさ
を介して適当に選択することによつて適当な温度
範囲を合わせることができる。
ａが同じでなくとも、ROを例えば電極の大きさ
を介して適当に選択することによつて適当な温度
範囲を合わせることができる。
図面は、簡単な電気回路と組合せた本発明の１
実施例の断面図である。 １……固型電解質体、２，３，４，５……電
極。
実施例の断面図である。 １……固型電解質体、２，３，４，５……電
極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 拡散限界電流原理に基いて作動する、ガス中
の酸素含量を測定するためのポーラログラフ測定
センサであつて、酸素イオン導電性の固形電解質
体を有し、該電解質体が陽極及び陰極を支持し、
該電極に一定の電圧が印加可能であり、上記陰極
が孔又は通路を有する、拡散スクリンとしての層
によつて被われておりかつ上記両電極が被測定ガ
スに曝されている形式のものにおいて、固形電解
質体１が同様に被測定ガスに曝される同じ形式の
電極４，５から成る第２の対を支持しており、該
電極対が固形電解質体１と共に、酸素イオン導電
性のオーム抵抗として作用しかつ固形電解質体１
及び電極２及び３から構成された系と電気的に直
列接続された系を構成していることを特徴とす
る、ガス中の酸素含量を測定するためのポーラロ
グラフ測定センサ。 ２ 固形電解質体１が板片の形状を有している、
特許請求の範囲第１項記載の測定センサ。 ３ 固形電解質体１が安定化された二酸化ジルコ
ニウムから成つておりかつ電極２，３，４，５が
白金又は白金と安定化された二酸化ジルコニウム
との混合物から成つている、特許請求の範囲第１
項記載の測定センサ。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3010632A DE3010632A1 (de) | 1980-03-20 | 1980-03-20 | Polarographischer messfuehler fuer die bestimmung des sauerstoffgehalts in gasen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56147054A JPS56147054A (en) | 1981-11-14 |
| JPS634660B2 true JPS634660B2 (ja) | 1988-01-29 |
Family
ID=6097725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3806381A Granted JPS56147054A (en) | 1980-03-20 | 1981-03-18 | Polarograph measuring sensor for measuring oxygen content in gas |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4391691A (ja) |
| JP (1) | JPS56147054A (ja) |
| DE (1) | DE3010632A1 (ja) |
| FR (1) | FR2478817A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0534849U (ja) * | 1991-10-11 | 1993-05-14 | 富士ロビン株式会社 | 菊栽培用等の網巻取り機 |
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| JPS57192854A (en) * | 1981-05-25 | 1982-11-27 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Limiting current type oxygen detector with internal resistance detecting section |
| JPS57192849A (en) * | 1981-05-25 | 1982-11-27 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Detecting device for limit current system oxygen concentration performing temperature compensation of measuring output |
| JPS58148946A (ja) * | 1982-02-27 | 1983-09-05 | Nissan Motor Co Ltd | 空燃比検出器 |
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| JPS59178354A (ja) * | 1983-03-29 | 1984-10-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素センサ |
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