JPS6363963A

JPS6363963A - 工業用ガス濃度測定装置

Info

Publication number: JPS6363963A
Application number: JP61206687A
Authority: JP
Inventors: Toru Kodachi; 小太刀　徹; Jun Usami; 宇佐美　諄
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1986-09-04
Filing date: 1986-09-04
Publication date: 1988-03-22
Anticipated expiration: 2009-07-06
Also published as: JPH0652253B2

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、工業用ガス濃度測定装置に関し、より詳しく
は、工業炉、ボイラー等の各種燃焼炉の炉壁または排ガ
ス通路壁に設置して、炉内または排ガス通路内の燃焼排
ガス中あるいは雰囲気中のガス濃度を測定する工業用ガ
ス濃度測定装置に関するものである。

（従来の技術）従来、この種の測定装置としては、第５図に示されるよ
うに、内部に酸素センサ素子を具える保護管７１と、こ
の保護管７１に取付けられたフランジ７３と、前記酸素
センサ素子からあるいは酸素センサ素子に検出、制御信
号を入出力するため、酸素センサ素子の末端に設けられ
た接続端子に接続されるリード線７５と、このリード線
７５に接続されたプラスチック類の中継端子７７とを有
する構成が、知られている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上述したような酸素濃度測定装置は、保
護管７１と中継端子７７との間でリード線７５が夫々む
き出しになっており、このためリード線自体の可撓性か
ら、他の機器ひいては燃焼炉と接触しリード線の切損お
よび熱溶解が生じる不都合がある。

本発明は、検出器とリード線との接続が容易且つ確実な
工業用ガス濃度測定装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明の工業用ガス濃度測定装置は、センシングセルと
、加熱体および／または温度検知体とを板状に積層一体
に形成した検出部を収容し、該検出部からのリード線を
保護する保護管を設け、該保護管の末端外周を固着挟持
し、保護管と同軸状に連接されるとともに前記リード線
と導通する接続端子を設けてなる。

（作　用）板状且つ積層一体構造のセンシングセルと、加熱体、温
度検知体とを選択的に配設した検出部を囲む保護管に、
その末端で重複するように同芯状に固着挟持し連接した
接続端子により、検出部に接続されるリード線がむき出
しになることな（、外部導線に容易に接続されて、リー
ド線を外的負荷から保護することになるとともに配線類
を炉壁より遠ざけ、熱による損害をも防止することにな
り、さらに、接続も確実なものとなる。

（実施例）本発明の工業用ガス濃度測定装置の具体的一実施例とし
て、工業用酸素濃度測定装置に適用した場合につき、図
面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明の一実施例である工業用酸素）４度測定
装置の全体図を示しており、５は検出部を覆う保護管で
あり、２１．２２はこの保護管５に固着挟持される金属
コネクタ部分である。

さらに第２図の一部切欠断面図につき本発明の詳細な説
明する。１は検出部、即ちジルコニアを主成分とする巾
狭な長尺形状の固体電解質より構成される酸素センサ素
子Ｓ（寸法、約５ｍ／ｎ（巾）Ｘｉ、５ｍ／ｍ　（厚み
）　　Ｘ３０〜６０ｍ／ｍ（長さ））であり、その先端
部に酸素検知部分りが形成されている。

この酸素センサ素子Ｓは、その中間部を絶縁碍子６．７
によって、その基端部を接続碍子４によって支持された
状態で、円筒状の金属製保護管５内に収納され、前記絶
縁碍子６，７にはさまれた空間に充填されたセメント、
クルジ、ガラス等のシール剤３によって、保護管５の内
部空気が気密に隔てられ、この隔てられた酸素センサ素
子Ｓの先端側の空間に、該酸素センサ素子Ｓの酸素検知
部分りが位置される一方、保護管５の基端部側の空間８
（第２図において右側の部分）に、酸素センサ素子Ｓ内
に形成された後述する空気通路５１の出口および電気接
触端子Ｍが位置されている。また、この空間８には、酸
素センサ素子Ｓの同様に後述する電気接触端子Ｍが印刷
された基端部と電気的接続が行われる接続金具９が金属
タネフタ２１内に設けられている。この接続金具９から
のリード線１０は、前記保護管５の右端に嵌入されて、
カシメ部１２にて固定されるゴム栓１１を貫いて、金属
コネクタ部分２１の雄プラグ２３に接続されている。な
お、１３は、前記空気通路５１の出口に基準ガスを供給
するための基準ガス導入孔である。この基準ガス導入孔
１３から基準ガスが、拡散により空気通路５１に流れ込
み、同じく後述する空気通路５１に露呈される基準電極
４５に接触する。

また、保護管５の先端部には多数の孔１４が形成されて
おり、この孔１４をガス拡散により被測定ガスが侵入し
、この被測定ガスに、ｎ出される酸素検知部分り内の後
述する測定電橋４４が接触することとなる。

尚、符号１６は保護管５を燃焼炉の炉壁に挿通固定する
ためのハウジングであり、１７はハウジング１６と保護
管５との間を気密に保つための金属製の気密リングであ
る。

このように構成される保護管５の基端部外周にリード線
１０に接続される雄プラグ２３を有する金属コネクタ部
分２、特許請求の範囲」の「接続端子」に対応する）を
装着する。この装着は、一方が金属コネクタ部分２１に
一体に連結され、他方がそれに別体となっている弾性片
２５．２５′に設けられた孔２７（第１図参照）に挿通
され螺合されるボルトおよびナツト等を締め込むことに
より、弾性片２５゜２５′および保護管５の弾性片と接
触する部分を弾性変形させて、行われる。このようにし
て、金属コネクタ部分２１は保護管５に固着挟持される
。また、前記弾性片２５．２５’　と保護管５との間に
例えばアスベストを介在させて、保護管からの金属コネ
クタ部分２１の抜けをさらに防止することもできる。

さらに、この金属コネクタ部分２１の雄プラグ２３に、
金属コネクタ部分２２の雌プラグ２４を挿入して、雄プ
ラグ２３の金属接触片３０と雌プラグ２４とを電気的に
接触させることができる。雌プラグ２４には外部制御装
置と結合されるリード線２８が接続されている。斯様に
して酸素検知部分りからの電気信号は、電気接触端子Ｍ
、接触端子９、リード線ｌＯ１雄プラグ２３、雌プラグ
２４およびリード線２８を経て、外部制御装置に供給さ
れることができる。

さらに、雄プラグ２３と雌プラグ２４との嵌め合いを確
実なものとするため、金属コネクタ２１の雌プラグ側外
周に雄ねじ部３１を設け、また金属コネクタ部分２２の
外周を摺動する金属リング３３に雌ねじ部３２を設けて
、これらねじ部３１．３２が螺合されることにより、金
属コネクタ部分２１．２２は一体に結合され、両者の接
続を確実なものとする。なお、金属コネクタ部分２２の
外周の雄プラグ側端部には、突起３４が設けられ、この
突起により金属リング３３の抜けを防止するとともに金
属コネクタ部分２１．２２の結合を維持することができ
る。

また、金属コネクタ部分２２のリード線２８への装着も
、前述の保護管５の金属コネクタ部分２１への装着と同
様に、弾性片２６．２６’がリード線２８を弾性的に締
め付けることによって行われる。

なお、基準ガス導入孔１３への基準ガスの取り込みは、
弾性片２５．２５’　の隙間から行われるため、何等支
障を生じない。

次に酸素センサ素子Ｓの構造について、第３図（Ａ）　
、　（Ｂ）および第４図を参照しつつ説明する。

まず、上部には、固体電解質体４０と、この固体電解質
体４０の上下両側に配される上側ポンプ電極４１および
下側ポンプ電極４２とから成る酸素ポンプ部Ｐが設けら
れている。なお、この酸素ポンプ部Ｐの上面側には、前
記上側ポンプ電極４１を囲むようにして上部加熱部８１
が設けられている。

次に、前記酸素ポンプ部Ｐと同様に、固体電解質体４３
と、この固体電解質体４３の上下両側に配される測定電
極４４および基準電極４５とから成る酸素濃淡電池部Ｂ
が設けられている。

なお、これら酸素ポンプ部Ｐと酸素濃主型、地部Ｂとの
間には、所定の拡散抵抗のもとに被測定ガスを導く細隙
平坦空間の拡散室４６が形成されるように、絶縁体から
成る所定厚さのスペース部材４７（４７ａ　、　４７ｂ
）が介在されている。また、前記酸素ポンプ部Ｐにおけ
る拡散室４６の中央部に相当する位置には、この拡散室
４６を外部の被測定ガスの存在空間と連通させるガス導
入孔４８（４８ａ　、　４８ｂ　。

４８ｃ　、　４８ｄ）が形成されている。したがって、
このガス導入孔４８（４８ａ　、　４８ｂ　、　４８ｃ
　、　４８ｄ）により被測定ガスは導かれ、拡散室４６
内において所定の拡散抵抗のもとに拡散されて、酸素ポ
ンプ部Ｂの下側ポンプ電極４２に接触する。また、酸素
濃淡電池部Ｂの測定電極４４にも、前記下側ポンプ電極
４２の付近で被測定ガスに接触する。

次に、酸素濃淡電池部Ｂの下側には、順次に固体電解質
体から成るスペース部材４９、および固体電解質体５０
が設けられている。これにより、前記基準電極４５が露
呈される空気通路５１が形成されている。この空気通路
５１は、酸素センサ素子Ｓの基部において大気に連通し
ている。この空気通路５１を通じて大気である前記基準
空気が導かれて、基準電極４５に接触するようになって
いる。

なお、空気通路５１内には、固体電解質体４３の下面で
基準電極４５の両側部に近接した位置に、温度検知部Ｔ
が設けられている。

更に、下側には、下部加熱部Ｈ２が設けられている。し
たがって、この加熱部Ｈ２と前記上部加熱部１１１とが
、酸素ポンプ部Ｐおよび酸素濃淡電池部Ｂの両側におい
て、これら酸素ポンプ部Ｐおよび酸素濃淡電池部Ｂを挟
むようにして、両側から所定温度（例えば６００℃以上
）に加熱できるようになっている。

前記固体電解質体４０　、４３　、５０およびスペース
部材４９は、高温において酸素イオンｆｆｌ’Ｗ性を示
す安定化または部分安定化ジルコニア磁器から構成され
ている。この安定化または部分安定化ジルコニア磁器は
、良く知られているように、酸化ジルコニウムに酸化イ
ツトリウムあるいは酸化カルシウム等を固溶させること
によって得られる。また、電極４１　、４２　、４４　
、４５夫々は、多孔質白金等から構成されている。これ
ら電極４１　、４２　、４４　、４５のうち、被測定ガ
スに接触する上側ポンプ電極４１、下側ポンプ電極４２
および測定電極４４夫々には、アルミナ等から成るポー
ラスセラミック［５２，５３。

５４が積層された状態で設けられている。したがって、
これらポーラスセラミック層０２１５３．５４を通じて
被測定ガスが、電極４１．４２．４４夫々に接触される
ようになる。

一方、前記加熱部ｉｌｌ　、　Ｈ２は、ヒータ素子であ
るヒータエレメント５５　、５６の周りを、電気絶縁性
を有するアルミナ等から成る多孔質層５７　（５７ａ　
。

５７ｂ）　、　５８（５８ａ　、　５８ｂ）によって覆
われた状態において設けられている。これら多孔質層５
７（５７ａ　。

５７ｂ）　、　５８（５８ａ　、　５８ｂ）上には、更
にジ）Ｌ、：１ニー７等の固体電解質から成る気密層５
９　、６０が設けられている。これにより、ヒータエレ
メント５５　、５６夫々を外部の被測定ガスから遮断も
しくは隔離し得るようになっている。なお、ヒータエレ
メント５５　、５６は、例えばアルミナ粉末と、白金粉
とを主成分とするペーストを印刷配置するか、またはサ
ーメット状にしたフィルムを配置する等の手法によって
形成される。

また、前記温度検知部Ｔは、温度変化によって電気抵抗
が太き（変化して正または負の温度係数をもつ抵抗体等
から成る構成を有している。温度検知素子６１は、電気
絶縁性を有するアルミナ等から成る多孔質層６２内に埋
設されて構成され、周囲の固体電解質体４３およびスペ
ース部材４９から電気的に絶縁されるようになっている
。なお、抵抗体の温度検知素子６１は、ジルコニア、ア
ルミナ等のセラミック粉末と白金粉末とを主成分とした
ペーストまたはサーメット、ジルコニア、アルミナ等の
セラミック粉末と白金粉末とを主成分とするものに０．
１〜０．５％程度の二酸化チタンを添加したペーストま
たはサーメット、あるいはジルコニア。

アルミナ等のセラミック粉末を主成分とするものにマン
ガン、コバルトニッケルの酸化物等を添加したペースト
またはサーメット等のように、積極的に抵抗の温度係数
を高めたペーストを印刷積層すること、またはサーノ・
７ト状のフィルムを配置することにより形成されたもの
である。また、抵抗体の温度検知素子６１として、ジル
コニア磁器、白金線あるいは白金薄膜等を用いてもよい
。なお、これら白金線あるいは白金薄膜の印刷積層には
、ＣｖＤ、真空蒸着またはスパッタリング等の手法を用
いることができる。さらに、抵抗体の温度検知素子６１
にかえて、夫々異なった金属（例えば、白金、金）ある
いはこれらの異なった金属を含んだペーストまたはサー
ノ７）を組み合わせて熱電対として印刷積層することに
より熱電対の温度検知素子６１を構成してもよい。

以上のような酸素ポンプ部Ｐ、酸素濃淡電池部Ｂ、加熱
部旧、Ｈ２、温度検知部Ｔおよびスペース部材４７が図
示されるように積層され、一体的な挟巾な板状の長手形
状の積層構造体にして、これを焼結することにより一体
的な構造に成形されている。なお、Ｍは、ポンプ電極４
１　、４２　、測定電極４４、基阜電極４５、ヒータエ
レメント５５　、５６および温度検知素子６１の印刷さ
れた電気接触端子である。

本実施例の場合には、酸素ポンプ部Ｐと酸素濃淡電池部
Ｂとが本発明におけるセンシングセルを構成しているが
、何れか一方のみからセンシングセルを構成することも
できる。

また、酸素センサ素子Ｓから、加熱体を省略するか、或
いは温度検知体を省略することもできる。

（発明の効果）本発明の工業用ガス濃度測定装置では、外部導線と検出
部からのリード線との接続が容易になり、しかも接続が
確実になり、配線類を保護するとともに誤配線も防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置を示す全体図、第２図は、第１図におけるＩ−１線上の断面図、第３図
（Ａ）　、　（Ｂ）は検出部（酸素センサ素子）の分解
斜視図および斜視図、第４図は第３図（Ａ）における■−■上の横断面図、第５図は従来例を説明するだめの説明図である。１・・・検出部　　　　　　　　１０・・・リード線２
１．２２・・・金属コネクタ部分　Ｂ・・・酸素ン農主
型地部Ｉ１１　、　＋１２・・・上部および下部加熱部
Ｐ・・・酸素ポンプ部　　　　　Ｔ・・・温度検知部特
許出願人　日本碍子株式会社　Ｉ第１図第３図（Ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

１、センシングセルと、加熱体および／または温度検知
体とを板状に積層一体に形成した検出部を収容し、該検
出部からのリード線を保護する保護管を設け、該保護管
の末端外周を固着挟持し、保護管と連接されるとともに
前記リード線と導通する接続端子を設けてなる工業用ガ
ス濃度測定装置。