JPH065221B2 - ジルコニア式酸素濃度計 - Google Patents
ジルコニア式酸素濃度計Info
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- JPH065221B2 JPH065221B2 JP60079715A JP7971585A JPH065221B2 JP H065221 B2 JPH065221 B2 JP H065221B2 JP 60079715 A JP60079715 A JP 60079715A JP 7971585 A JP7971585 A JP 7971585A JP H065221 B2 JPH065221 B2 JP H065221B2
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- zirconia
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- diode
- oxygen sensor
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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
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、温度調節並びに信号伝送に必要な配線を大幅
に減らしたジルコニア式酸素濃度計に関する。
に減らしたジルコニア式酸素濃度計に関する。
＜従来の技術＞ 従来、ジルコニア式酸素センサを用いた酸素濃度計で
は、センサからの出力信号を取り出す為の線路２本、前
記センサを加熱するヒータへの電源供給用の線路２本、
並びに前記ヒータの温度調節を行う為、前記センサ部分
の温度を検出する熱電対等の補償導線２本の計６本が必
要であった。
は、センサからの出力信号を取り出す為の線路２本、前
記センサを加熱するヒータへの電源供給用の線路２本、
並びに前記ヒータの温度調節を行う為、前記センサ部分
の温度を検出する熱電対等の補償導線２本の計６本が必
要であった。
更に、従来、複数のジルコニア式酸素センサをまとめて
一台のコンバータで取扱う場合があるが、このような場
合、前記コンバータとセンサとの間の配線数が余りにも
多くなり過ぎる為、第５図で示すように、ジルコニア式
酸素センサＳ１，Ｓ２・・・毎に温度調節器ＴＣ１，Ｔ
Ｃ２・・・を設け、温度調節用の配線４本を各別に減ら
し、コンバータＣＶ１への配線数の削減を計っている。
一台のコンバータで取扱う場合があるが、このような場
合、前記コンバータとセンサとの間の配線数が余りにも
多くなり過ぎる為、第５図で示すように、ジルコニア式
酸素センサＳ１，Ｓ２・・・毎に温度調節器ＴＣ１，Ｔ
Ｃ２・・・を設け、温度調節用の配線４本を各別に減ら
し、コンバータＣＶ１への配線数の削減を計っている。
このように、従来装置では、配線数が多く、ターミナル
・ボックスも必然的に大きなものとなりコストが嵩み、
また誤配線の原因となっていた。更に複数のジルコニア
式酸素センサを一台のコンバータで取扱うような場合、
各センサ毎に温度調節器を設ける必要があった。
・ボックスも必然的に大きなものとなりコストが嵩み、
また誤配線の原因となっていた。更に複数のジルコニア
式酸素センサを一台のコンバータで取扱うような場合、
各センサ毎に温度調節器を設ける必要があった。
＜発明が解決しようとする問題点＞ 本発明の解決しようとする技術的課題は、前記ジルコニ
ア式酸素濃度計において、温度調節並びに信号伝送に必
要な配線を大幅に減らすことにある。
ア式酸素濃度計において、温度調節並びに信号伝送に必
要な配線を大幅に減らすことにある。
＜問題点を解決するための手段＞ このような目的を達成するために、本発明は、電源から
ジルコニア式酸素センサに電圧を印加し、このジルコニ
ア式酸素センサの電極間を流れる電流を測定することで
酸素濃度を測定するジルコニア式酸素センサ濃度計にお
いて、 前記電源と前記ジルコニア式酸素センサとの間に直列接
続された第１のダイオードと、 前記ジルコニア式酸素センサに近接して設けられてい
て、前記ジルコニア式酸素センサを加熱すると共に、自
らに流れる電流に基づいて前記ジルコニア式酸素センサ
の温度を測定するヒータ兼温度センサと、 このヒータ兼温度センサと前記電源の間に直列接続さ
れ、前記第１のダイオードと逆極性に設けられた第２の
ダイオードと、 前記電源の正、負の極性を交互に切り換え、前記第１の
ダイオードと前記第２のダイオードに順バイアスの電圧
を交互に印加するスイッチ手段と、 前記第２のダイオードに順バイアスの電圧を印加した時
に、前記ヒータ兼温度センサに流れる電流値を測定し、
前記ヒータ兼温度センサの温度を得る電流検出素子と、 この電流検出素子が得た温度が設定温度になった時に前
記スイッチ手段を切り換えて前記第１のダイオードに順
バイアスの電圧を印加し、測定モードに切り換える駆動
回路と、 を設けたことを特徴としている。
ジルコニア式酸素センサに電圧を印加し、このジルコニ
ア式酸素センサの電極間を流れる電流を測定することで
酸素濃度を測定するジルコニア式酸素センサ濃度計にお
いて、 前記電源と前記ジルコニア式酸素センサとの間に直列接
続された第１のダイオードと、 前記ジルコニア式酸素センサに近接して設けられてい
て、前記ジルコニア式酸素センサを加熱すると共に、自
らに流れる電流に基づいて前記ジルコニア式酸素センサ
の温度を測定するヒータ兼温度センサと、 このヒータ兼温度センサと前記電源の間に直列接続さ
れ、前記第１のダイオードと逆極性に設けられた第２の
ダイオードと、 前記電源の正、負の極性を交互に切り換え、前記第１の
ダイオードと前記第２のダイオードに順バイアスの電圧
を交互に印加するスイッチ手段と、 前記第２のダイオードに順バイアスの電圧を印加した時
に、前記ヒータ兼温度センサに流れる電流値を測定し、
前記ヒータ兼温度センサの温度を得る電流検出素子と、 この電流検出素子が得た温度が設定温度になった時に前
記スイッチ手段を切り換えて前記第１のダイオードに順
バイアスの電圧を印加し、測定モードに切り換える駆動
回路と、 を設けたことを特徴としている。
＜作用＞ 前記の技術手段は次のように作用する。即ち、前記ジル
コニア式酸素センサによる測定と前記ヒータ兼温度セン
サ抵抗体による温度調節を、前記センサとコンバータと
の間の同一の配線を利用して、或は少なくとも一部の配
線を共用して、時分割的に行うようにした為、従来装置
と比較して温度調節並びに信号伝送に必要な配線の数を
大幅に減らすことが出来る。
コニア式酸素センサによる測定と前記ヒータ兼温度セン
サ抵抗体による温度調節を、前記センサとコンバータと
の間の同一の配線を利用して、或は少なくとも一部の配
線を共用して、時分割的に行うようにした為、従来装置
と比較して温度調節並びに信号伝送に必要な配線の数を
大幅に減らすことが出来る。
＜実施例＞ 以下図面に従い本発明の実施例を説明する。第１図は本
発明の実施例装置を示す回路図である。図中、Ｓは、例
えば特公昭５９−２６８９５号に示される如き、ジルコ
ニア式酸素センサで、この部分を第２図の拡大図に従い
説明を行う。Ｓ０１は安定化ジルコニアを用いた固体電
解質、Ｓ０２は室を形成するアダプタで、ジルコニアＳ
０１の一方の面に取り付けられている。このアダプタの
頂部には拡散孔Ｓ０３が設けられている。Ｓ０４は前記
室側の面に設けられた多孔質内部電極、Ｓ０５はジルコ
ニアＳ０１の外側の面に設けられた多孔質外部電極であ
る。
発明の実施例装置を示す回路図である。図中、Ｓは、例
えば特公昭５９−２６８９５号に示される如き、ジルコ
ニア式酸素センサで、この部分を第２図の拡大図に従い
説明を行う。Ｓ０１は安定化ジルコニアを用いた固体電
解質、Ｓ０２は室を形成するアダプタで、ジルコニアＳ
０１の一方の面に取り付けられている。このアダプタの
頂部には拡散孔Ｓ０３が設けられている。Ｓ０４は前記
室側の面に設けられた多孔質内部電極、Ｓ０５はジルコ
ニアＳ０１の外側の面に設けられた多孔質外部電極であ
る。
安定化ジルコニアは高温において良好な酸素イオン導電
体となる為、加熱した状態で前記電極間に直流電圧を印
加すると、これにより前記室外のガス環境中の酸素と内
部ガス環境中の酸素との分圧勾配が形成され、これら電
極間に拡散孔Ｓ０３より前記内部室に拡散した酸素に比
例した電流が流れる。
体となる為、加熱した状態で前記電極間に直流電圧を印
加すると、これにより前記室外のガス環境中の酸素と内
部ガス環境中の酸素との分圧勾配が形成され、これら電
極間に拡散孔Ｓ０３より前記内部室に拡散した酸素に比
例した電流が流れる。
第１図に戻り、Ｄ１はジルコニア式酸素センサＳに直列
接続された第１のダイオード、Ｒ１はヒータ兼温度セン
サ抵抗体である。この抵抗体には、プラチナ線或はタン
グステン線等抵抗の温度係数の大きなものが用いられ
る。また温度と抵抗との関係があらかじめ求められたも
のが使用される。Ｄ２は第１のダイオードＤ１と反対の
極性でヒータ兼温度センサ抵抗体Ｒ１に直列接続された
第２のダイオードである。
接続された第１のダイオード、Ｒ１はヒータ兼温度セン
サ抵抗体である。この抵抗体には、プラチナ線或はタン
グステン線等抵抗の温度係数の大きなものが用いられ
る。また温度と抵抗との関係があらかじめ求められたも
のが使用される。Ｄ２は第１のダイオードＤ１と反対の
極性でヒータ兼温度センサ抵抗体Ｒ１に直列接続された
第２のダイオードである。
これらによって形成された二つの直列回路は、配線Ｌ１
及びＬ２に並列接続されている。尚、一点鎖線で囲まれ
た部分Ａは高温に加熱される部分であって、実際の構成
では第１、第２のダイオードＤ１，Ｄ２と離隔して設置
されなければならない。
及びＬ２に並列接続されている。尚、一点鎖線で囲まれ
た部分Ａは高温に加熱される部分であって、実際の構成
では第１、第２のダイオードＤ１，Ｄ２と離隔して設置
されなければならない。
一点鎖線て囲まれた部分Ｂはコンバータで、この中には
電源Ｖｏ、この電源の極性を反転し前記二つの直列回路
に接続する切換スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３、抵抗
Ｒ２とツェナーダイオードＺＤ１とよりなる定電圧回
路、この直列回路に流れる電流ｉ１を検出し、出力電圧
Ｅｏを発生する検出抵抗Ｒｏ、ヒータ兼温度センサ抵抗
体Ｒ１に流れる電流ｉ２を検出する電流検出素子Ｍ１が
含まれる。
電源Ｖｏ、この電源の極性を反転し前記二つの直列回路
に接続する切換スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３、抵抗
Ｒ２とツェナーダイオードＺＤ１とよりなる定電圧回
路、この直列回路に流れる電流ｉ１を検出し、出力電圧
Ｅｏを発生する検出抵抗Ｒｏ、ヒータ兼温度センサ抵抗
体Ｒ１に流れる電流ｉ２を検出する電流検出素子Ｍ１が
含まれる。
ＣＯＭは電流検出素子Ｍ１からの信号Ｅｉに基づき温度
制御信号を発生する演算装置、ＤＲ１はこの演算装置の
出力に基づき切換スイッチＳＷ１〜ＳＷ３駆動用のパル
スを発生する駆動回路である。
制御信号を発生する演算装置、ＤＲ１はこの演算装置の
出力に基づき切換スイッチＳＷ１〜ＳＷ３駆動用のパル
スを発生する駆動回路である。
このように構成された本発明の実施例装置の動作につい
て第３図の波形図を参照しながら説明を行う。第３図に
おいて、図（ａ）は温度調節の状態を、図（ｂ）は測定
の状態を表わす。切換スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が第１図
で示すような状態に切換えられているとき、測定状態に
あり、第１のダイオードＤ１が順方向にバイアスされ、
ジルコニア式酸素センサＳの電極間には測定電流ｉ１が
流れる。
て第３図の波形図を参照しながら説明を行う。第３図に
おいて、図（ａ）は温度調節の状態を、図（ｂ）は測定
の状態を表わす。切換スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が第１図
で示すような状態に切換えられているとき、測定状態に
あり、第１のダイオードＤ１が順方向にバイアスされ、
ジルコニア式酸素センサＳの電極間には測定電流ｉ１が
流れる。
第３図（ｂ）で示すように、測定期間に入った直後で
は、ジルコニア式酸素センサＳにおける前記室内には多
くの酸素が存在する為、流れる電流は多いが、拡散孔Ｓ
０３を通して行われる酸素の拡散速度は酸素が酸素イオ
ンとなってジルコニアＳ０１部分を移動する速度に比べ
遅い為、前記室内に存在する酸素の量は時間の経過と共
に減少し、測定電流ｉ１は図に示すように徐々に低下し
て行く。
は、ジルコニア式酸素センサＳにおける前記室内には多
くの酸素が存在する為、流れる電流は多いが、拡散孔Ｓ
０３を通して行われる酸素の拡散速度は酸素が酸素イオ
ンとなってジルコニアＳ０１部分を移動する速度に比べ
遅い為、前記室内に存在する酸素の量は時間の経過と共
に減少し、測定電流ｉ１は図に示すように徐々に低下し
て行く。
酸素量の測定は、電流ｉ１を測定期間ｔｏ′に亘り積分
して行う（尚、本実施例の場合、検出抵抗Ｒｏで検出さ
れた出力電圧Ｅｏを積分して求める。）。
して行う（尚、本実施例の場合、検出抵抗Ｒｏで検出さ
れた出力電圧Ｅｏを積分して求める。）。
次に、温度調節は切換スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を第１図
とは反対の状態に切換えて行う。これにより、第２のダ
イオードＤ２が順方向にバイアスされ、ヒータ兼温度セ
ンサ抵抗体Ｒ１には電流ｉ２が流れる。
とは反対の状態に切換えて行う。これにより、第２のダ
イオードＤ２が順方向にバイアスされ、ヒータ兼温度セ
ンサ抵抗体Ｒ１には電流ｉ２が流れる。
ヒータ兼温度センサ抵抗体Ｒ１の抵抗値Ｒｈは以下で求
められ、 Ｒｈ＝Ｖｏ／ｉ２ …（１） 抵抗体Ｒ１の温度と抵抗値との関係は予め求められてい
るから、抵抗値Ｒｈより温度を知ることが出来る。
められ、 Ｒｈ＝Ｖｏ／ｉ２ …（１） 抵抗体Ｒ１の温度と抵抗値との関係は予め求められてい
るから、抵抗値Ｒｈより温度を知ることが出来る。
演算装置ＣＯＭ（１）式の演算を行い、前記温度信号と
設定温度との差に基づく出力を駆動回路ＤＲ１へ与え
る。
設定温度との差に基づく出力を駆動回路ＤＲ１へ与え
る。
駆動回路ＤＲ１は、例えば、正、零、負の三つの状態か
らなる駆動パルスを発生する。この状態パルスによって
切換スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が切換えられ、、期間ｔｏ
での温度調節と期間ｔｏ′での測定とが交互に時分割的
に行われる。温度調節期間ｔｏは、更に電源Ｖｏがヒー
タ兼温度センサＳに接続され、加熱を行う期間ｔ１と、
残りの期間とから構成される。期間ｔ１は前記温度信号
と設定温度との誤差信号に基づき決定され、これに基づ
きヒータ兼温度センサ抵抗体Ｒ１の抵抗値が一定になる
ように温度制御される。
らなる駆動パルスを発生する。この状態パルスによって
切換スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が切換えられ、、期間ｔｏ
での温度調節と期間ｔｏ′での測定とが交互に時分割的
に行われる。温度調節期間ｔｏは、更に電源Ｖｏがヒー
タ兼温度センサＳに接続され、加熱を行う期間ｔ１と、
残りの期間とから構成される。期間ｔ１は前記温度信号
と設定温度との誤差信号に基づき決定され、これに基づ
きヒータ兼温度センサ抵抗体Ｒ１の抵抗値が一定になる
ように温度制御される。
第４図は本発明の他の実施例装置を示す回路図である。
図中、第１図における要素と同じ要素には同一符号を付
し、これらについての説明は省略する。
図中、第１図における要素と同じ要素には同一符号を付
し、これらについての説明は省略する。
本実施例装置では、ジルコニア式酸素センサＳとして、
ジルコニアの両側に多孔質電極を設け、両側より基準ガ
スと測定ガスとを直接接触させ、これら環境ガス中の酸
素の分圧差に応じた起電力を発生するネルンスト式のセ
ンサが用いられている。このセンサは電池として作用す
るもので、本実施例装置の場合、配線Ｌ３を新たに設
け、配線Ｌ２，Ｌ３との間で測定電圧の検出を行うにし
ている。
ジルコニアの両側に多孔質電極を設け、両側より基準ガ
スと測定ガスとを直接接触させ、これら環境ガス中の酸
素の分圧差に応じた起電力を発生するネルンスト式のセ
ンサが用いられている。このセンサは電池として作用す
るもので、本実施例装置の場合、配線Ｌ３を新たに設
け、配線Ｌ２，Ｌ３との間で測定電圧の検出を行うにし
ている。
尚、ジルコニア式酸素センサＳによる測定とヒータ兼温
度センサ抵抗体Ｒ１による温度調節とを、時分割的に行
う点は第１図に示す実施例装置と同じである。
度センサ抵抗体Ｒ１による温度調節とを、時分割的に行
う点は第１図に示す実施例装置と同じである。
＜発明の効果＞ 本発明によれば、前記ジルコニア式酸素センサによる測
定と前記ヒータ兼温度センサ抵抗体による温度調節と
を、前記センサとコンバータとの間の同一の配線を利用
して、或は少なくとも一部の配線を共用して、時分割的
に行うようにした為、従来装置と比較して温度調節並び
に信号伝送に必要な配線の数を大幅に減らすことが出来
る。
定と前記ヒータ兼温度センサ抵抗体による温度調節と
を、前記センサとコンバータとの間の同一の配線を利用
して、或は少なくとも一部の配線を共用して、時分割的
に行うようにした為、従来装置と比較して温度調節並び
に信号伝送に必要な配線の数を大幅に減らすことが出来
る。
第１図は本発明実施例装置を示す回路図、第２図は第１
図に示す本発明実施例装置の部分拡大図、第３図は第１
図に示す本発明実施例装置の動作を説明する為の波形
図、第４図は本発明の他の実施例装置を示す回路図、第
５図は従来装置の構成図である。 Ｓ…ジルコニア式酸素センサ、Ｄ１…第１のダイオー
ド、Ｒ１…ヒータ兼温度センサ抵抗体、Ｄ２…第２のダ
イオード、Ｂ…コンバータ、Ｖｏ…電源、ＳＷ１〜ＳＷ
３…切換スイッチ、ＣＯＭ…演算装置、ＤＲ１…駆動回
路、Ｌ１〜Ｌ３…配線
図に示す本発明実施例装置の部分拡大図、第３図は第１
図に示す本発明実施例装置の動作を説明する為の波形
図、第４図は本発明の他の実施例装置を示す回路図、第
５図は従来装置の構成図である。 Ｓ…ジルコニア式酸素センサ、Ｄ１…第１のダイオー
ド、Ｒ１…ヒータ兼温度センサ抵抗体、Ｄ２…第２のダ
イオード、Ｂ…コンバータ、Ｖｏ…電源、ＳＷ１〜ＳＷ
３…切換スイッチ、ＣＯＭ…演算装置、ＤＲ１…駆動回
路、Ｌ１〜Ｌ３…配線
Claims (1)
- 【請求項１】電源からジルコニア式酸素センサに電圧を
印加し、このジルコニア式酸素センサの電極間を流れる
電流を測定することで酸素濃度を測定するジルコニア式
酸素センサ濃度計において、 前記電源と前記ジルコニア式酸素センサとの間に直列接
続された第１のダイオードと、 前記ジルコニア式酸素センサに近接して設けられてい
て、前記ジルコニア式酸素センサを加熱すると共に、自
らに流れる電流に基づいて前記ジルコニア式酸素センサ
の温度を測定するヒータ兼温度センサと、 このヒータ兼温度センサと前記電源の間に直列接続さ
れ、前記第１のダイオードと逆極性に設けられた第２の
ダイオードと、 前記電源の正、負の極性を交互に切り換え、前記第１の
ダイオードと前記第２のダイオードに順バイアスの電圧
を交互に印加するスイッチ手段と、 前記第２のダイオードに順バイアスの電圧を印加した時
に、前記ヒータ兼温度センサに流れる電流値を測定し、
前記ヒータ兼温度センサの温度を得る電流検出素子と、 この電流検出素子が得た温度が設定温度になった時に前
記スイッチ手段を切り換えて前記第１のダイオードに順
バイアスの電圧を印加し、測定モードに切り換える駆動
回路と、 を設けたことを特徴としたジルコニア式酸素センサ濃度
計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60079715A JPH065221B2 (ja) | 1985-04-15 | 1985-04-15 | ジルコニア式酸素濃度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60079715A JPH065221B2 (ja) | 1985-04-15 | 1985-04-15 | ジルコニア式酸素濃度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61237050A JPS61237050A (ja) | 1986-10-22 |
| JPH065221B2 true JPH065221B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=13697899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60079715A Expired - Lifetime JPH065221B2 (ja) | 1985-04-15 | 1985-04-15 | ジルコニア式酸素濃度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH065221B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2505459B2 (ja) * | 1987-01-27 | 1996-06-12 | 日本碍子株式会社 | 酸素濃度測定装置の調整方法 |
| JP4532001B2 (ja) * | 2001-02-27 | 2010-08-25 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ |
| DE102006014681A1 (de) * | 2006-03-28 | 2007-10-04 | Robert Bosch Gmbh | Gassensor |
| DE102013216223A1 (de) * | 2013-08-15 | 2015-02-19 | Robert Bosch Gmbh | Universell einsetzbare Steuer- und Auswerteeinheit insbesondere zum Betrieb einer Lambdasonde |
-
1985
- 1985-04-15 JP JP60079715A patent/JPH065221B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61237050A (ja) | 1986-10-22 |
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