JP2021060217A - ガスセンサ及び保護カバー - Google Patents
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Abstract
Description
被測定ガスを導入するガス導入口を有し、該ガス導入口から内部に流入した該被測定ガスの特定ガス濃度を検出可能なセンサ素子と、
前記センサ素子の先端及び前記ガス導入口が内部に配置されるセンサ素子室を内側に有し、該センサ素子室への入口である1以上の素子室入口と該センサ素子室からの出口である1以上の素子室出口とが配設された内側保護カバーと、
前記被測定ガスの外部からの入口である1以上の外側入口と、前記被測定ガスの外部への出口である1以上の外側出口と、が配設され、前記内側保護カバーの外側に配設された外側保護カバーと、
を備え、
前記外側保護カバー及び前記内側保護カバーは、両者の間の空間として、前記外側入口と前記素子室入口との間の前記被測定ガスの流路の少なくとも一部である第1ガス室と、前記外側出口と前記素子室出口との間の前記被測定ガスの流路の少なくとも一部であり該第1ガス室と直接には連通していない第2ガス室と、を形成しており、
前記外側入口の合計断面積A[mm2]、前記素子室入口の合計断面積B[mm2]、前記素子室出口の合計断面積C[mm2]及び前記外側出口の合計断面積D[mm2]が、B>A>C>Dを満たし、かつ、前記合計断面積Aと前記合計断面積Dとの比である断面積比A/Dが値2.0超過値5.0以下であり、前記合計断面積A〜Dの積であるA×B×C×Dが値3000以上値8500以下である、
ものである。
被測定ガスを導入するガス導入口を有し該ガス導入口から内部に流入した該被測定ガスの特定ガス濃度を検出可能なセンサ素子を保護するための保護カバーであって、
前記センサ素子の先端及び前記ガス導入口を内部に配置するためのセンサ素子室を内側に有し、該センサ素子室への入口である1以上の素子室入口と該センサ素子室からの出口である1以上の素子室出口とが配設された内側保護カバーと、
前記被測定ガスの外部からの入口である1以上の外側入口と、前記被測定ガスの外部への出口である1以上の外側出口と、が配設され、前記内側保護カバーの外側に配設された外側保護カバーと、
を備え、
前記外側保護カバー及び前記内側保護カバーは、両者の間の空間として、前記外側入口と前記素子室入口との間の前記被測定ガスの流路の少なくとも一部である第1ガス室と、前記外側出口と前記素子室出口との間の前記被測定ガスの流路の少なくとも一部であり該第1ガス室と直接には連通していない第2ガス室と、を形成しており、
前記外側入口の合計断面積A[mm2]、前記素子室入口の合計断面積B[mm2]、前記素子室出口の合計断面積C[mm2]及び前記外側出口の合計断面積D[mm2]が、B>A>C>Dを満たし、かつ、前記合計断面積Aと前記合計断面積Dとの比である断面積比A/Dが値2.0超過値5.0以下であり、前記合計断面積A〜Dの積であるA×B×C×Dが値3000以上値8500以下である、
ものである。
外側保護カバー240に代えて図13,14に示す外側保護カバー540を用いた以外は図8〜10に示したガスセンサ200を実験例1とした。具体的には、内側保護カバー230の第1部材131は、板厚が0.3mm、軸方向長さが10.2mm、大径部132の軸方向長さが1.8mm、大径部132の外径が14.4mm、第1円筒部134の軸方向長さが8.4mm、第1円筒部134の外径が8.48mmとした。第2部材235は、板厚が0.3mm、軸方向長さが11.5mm、第2円筒部136の軸方向長さが4.5mm、第2円筒部136の内径が9.7mm、先端部238の軸方向長さが4.9mm、先端部238の底面の径が3.0mmとした。素子室入口127に関して、距離A4,A5,A7はいずれも0.61mm距離Lは4mmとした。素子室出口238aの径は1.5mmとした。外側保護カバー540は、板厚が0.4mm、軸方向長さが24.35mm、大径部142の軸方向長さが5.85mm、大径部142の外径が15.2mm、胴部143の軸方向長さが8.9mm(胴部143の上端から段差部143bの上面までの軸方向長さが8.5mm)、胴部143の外径が14.6mm、先端部246の軸方向長さが9.6mm、先端部246の外径が8.7mmとした。外側入口144aは、径1mmの横孔144bを6個、径1mmの縦孔144cを6個、それぞれ交互に等間隔(隣接する孔のなす角が30°)に形成した。外側出口547aは、径1mmの横孔547bを3個、径1mmの縦孔547cを3個、それぞれ交互に等間隔(隣接する孔のなす角が60°)に形成した。保護カバー220の材質は、SUS310Sとした。また、ガスセンサ200のセンサ素子110は、幅(図8における左右長さ)が4mm、厚さ(図8における紙面に垂直な方向の長さ)が1.5mmとした。多孔質保護層110aはアルミナ多孔質体とし、厚さは400μmとした。実験例1では、合計断面積Aは9.4mm2とし、合計断面積Bは15.9mm2とし、合計断面積Cは1.8mm2とし、合計断面積Dは4.7mm2とした。断面積比A/Dは値2.0とした。
図3〜7に示したガスセンサ100を実験例2とした。具体的には、内側保護カバー130の第1部材131は、板厚が0.3mm、軸方向長さが10.2mm、大径部132の軸方向長さが1.8mm、大径部132の外径が14.4mm、第1円筒部134の軸方向長さが8.4mm、第1円筒部134の外径が8.48mmとした。第2部材135は、板厚が0.3mm、軸方向長さが11.5mm、第2円筒部136の軸方向長さが4.5mm、第2円筒部136の内径が9.7mm、先端部138の軸方向長さが4.9mm、先端部138の側部138dの外径が5.6mmとした。素子室入口127に関して、距離A4,A5,A7はいずれも0.61mm、距離Lは4mmとした。素子室出口138aは、径1.5mmの横孔138bを4個、等間隔に形成した。外側保護カバー140は、板厚が0.4mm、軸方向長さが24.35mm、大径部142の軸方向長さが5.85mm、大径部142の外径が15.2mm、胴部143の軸方向長さが8.9mm(胴部143の上端から段差部143bの上面までの軸方向長さが8.5mm)、胴部143の外径が14.6mm、先端部146の軸方向長さが9.6mm、先端部146の側部146aの軸方向長さが9.6mm、先端部146の側部146aの外径が8.7mm、先端部146の底部146bの径が2.6mmとした。外側入口144aは、径1.5mmの横孔144bを6個、径1.0mmの縦孔144cを6個、それぞれ交互に等間隔に形成した。外側出口147aの径は、1.0mmとした。保護カバー120の材質は、SUS310Sとした。また、ガスセンサ100のセンサ素子110は、幅(図4における左右長さ)が4mm、厚さ(図4における上下長さ)が1.5mmとした。多孔質保護層110aはアルミナ多孔質体とし、厚さは400μmとした。実験例2では、合計断面積Aは15.3mm2とし、合計断面積Bは15.9mm2とし、合計断面積Cは7.1mm2とし、合計断面積Dは0.8mm2とした。断面積比A/Dは値19.5とした。
図8〜10に示したガスセンサ200を実験例3とした。実験例3では、外側出口247aは横孔を備えず、縦孔247cを6個とし、縦孔247cの径は実験例1と同じ1.0mmとした。横孔144bの径は1.5mmとした。それ以外は実験例1と同じ寸法とした。実験例3では、合計断面積Aは15.3mm2とし、合計断面積Bは15.9mm2とし、合計断面積Cは1.8mm2とし、合計断面積Dは4.7mm2とした。断面積比A/Dは値3.3とした。
実験例4〜23では、合計断面積A〜Dが表1に示す値となるように外側入口144a,素子室入口127,素子室出口138a,外側出口147aの寸法を調整した以外は、実験例2のガスセンサ100と同様とした。具体的には、実験例5,7〜11,16〜19では、外側入口144aとして、径1.06mmの横孔144bを6個、径1.06mmの縦孔144cを6個、それぞれ交互に等間隔に形成して、合計断面積Aを10.6mm2とした。また、実験例7,9,11,15,17,19,20,22では、第1円筒部134の外径は8.5mm、第2円筒部136の内径は10.7mmとして、合計断面積Bを31.7mm2とした。実験例23では、第1円筒部134の外径は9.48mm、第2円筒部136の内径は11.0mmとして、合計断面積Bを24.4mm2とした。さらに、実験例6では、素子室出口138aとして、径1.47mmの横孔138bを4個等間隔に形成して、合計断面積Cを6.8mm2とした。実験例8,9,12,13では、素子室出口138aとして、径1.14mmの横孔138bを4個等間隔に形成して、合計断面積Cを4.1mm2とした。実験例10,11,14,15では、素子室出口138aとして、径1.77mmの横孔138bを4個等間隔に形成して、合計断面積Cを9.8mm2とした。そして、実験例4〜15,23では、外側出口147aの径を2.0mmとして、合計断面積Dを3.1mm2とした。実験例18,19,21,22では、外側出口147aの径を2.44mmとして、合計断面積Dを4.7mm2とした。
実験例1〜23のガスセンサをそれぞれ図1,2と同様に配管に取り付けた。大気に酸素を混合して任意の酸素濃度に調節したガスを被測定ガスとし、この被測定ガスを配管内に流速V=1m/s又は流速V=10m/sで流した。そして、配管内に流す被測定ガスの酸素濃度を22.9%から20.2%に変化させた場合における、センサ素子の出力の時間変化及びヒーターの投入パワーの変化を調べた。酸素濃度を変化させる直前のセンサ素子の出力値を0%、酸素濃度の変化後にセンサ素子の出力が変化して安定したときの出力値を100%として、出力値が10%を越えたときから90%を越えるまでの経過時間を特定ガス濃度検出の応答時間(sec)とした。この応答時間が短いほど特定ガス濃度検出の応答性が高いことを意味する。また、出力値が10%を超えたときから90%を超えるまでのセンサ素子のヒーターの投入パワーの最大値をヒーターパワー(W)として測定した。流速が急激に変化すると、センサ素子が冷えることでヒーターパワーが高くなるため、この値が小さいということは、センサ素子が冷えにくいすなわち保温性が高いことを意味する。なお、応答時間及びヒーターパワーの測定は、各実験例について複数回行い、各々の平均値を各実験例についての応答時間及びヒーターパワーとした。
Claims (9)
- 被測定ガスを導入するガス導入口を有し、該ガス導入口から内部に流入した該被測定ガスの特定ガス濃度を検出可能なセンサ素子と、
前記センサ素子の先端及び前記ガス導入口が内部に配置されるセンサ素子室を内側に有し、該センサ素子室への入口である1以上の素子室入口と該センサ素子室からの出口である1以上の素子室出口とが配設された内側保護カバーと、
前記被測定ガスの外部からの入口である1以上の外側入口と、前記被測定ガスの外部への出口である1以上の外側出口と、が配設され、前記内側保護カバーの外側に配設された外側保護カバーと、
を備え、
前記外側保護カバー及び前記内側保護カバーは、両者の間の空間として、前記外側入口と前記素子室入口との間の前記被測定ガスの流路の少なくとも一部である第1ガス室と、前記外側出口と前記素子室出口との間の前記被測定ガスの流路の少なくとも一部であり該第1ガス室と直接には連通していない第2ガス室と、を形成しており、
前記外側入口の合計断面積A[mm2]、前記素子室入口の合計断面積B[mm2]、前記素子室出口の合計断面積C[mm2]及び前記外側出口の合計断面積D[mm2]が、B>A>C>Dを満たし、かつ、前記合計断面積Aと前記合計断面積Dとの比である断面積比A/Dが値2.0超過値5.0以下であり、前記合計断面積A〜Dの積であるA×B×C×Dが値3000以上値8500以下である、
ガスセンサ。 - 前記断面積比A/Dが値2.5以上である、
請求項1に記載のガスセンサ。 - 前記合計断面積Aが10mm2以上30mm2以下であるか、前記合計断面積Bが15mm2以上50mm2以下であるか、前記合計断面積Cが5mm2以上15mm2以下であるか、前記合計断面積Dが1.6mm2以上10mm2以下であるか、のうちの1以上を満たす、請求項1又は2に記載のガスセンサ。
- 前記外側保護カバーは、側部と底部とを有する有底筒状の形状をしており、
前記外側出口は、前記外側保護カバーの側部には配設されていない、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 前記内側保護カバーは、側部と底部とを有する有底筒状の形状をしており、
前記素子室出口は、前記内側保護カバーの底部には配設されていない、
請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 前記内側保護カバーは、前記センサ素子の後端から前記先端に向かう方向を先端方向として、前記素子室入口のうち前記センサ素子室側の開口部である素子側開口部が該先端方向に向けて開口するように該素子室入口を形成している、
請求項1〜5のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 前記内側保護カバーは、第1部材と第2部材とを有しており、
前記第1部材及び前記第2部材は、両者の間の隙間として、前記素子室入口を形成している、
請求項1〜6のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 前記第1部材は、前記センサ素子を囲む第1円筒部を有しており、
前記第2部材は、前記第1円筒部よりも大径の第2円筒部を有しており、
前記素子室入口は、前記第1円筒部の外周面と前記第2円筒部の内周面との間の筒状の隙間である、
請求項7に記載のガスセンサ。 - 被測定ガスを導入するガス導入口を有し該ガス導入口から内部に流入した該被測定ガスの特定ガス濃度を検出可能なセンサ素子を保護するための保護カバーであって、
前記センサ素子の先端及び前記ガス導入口を内部に配置するためのセンサ素子室を内側に有し、該センサ素子室への入口である1以上の素子室入口と該センサ素子室からの出口である1以上の素子室出口とが配設された内側保護カバーと、
前記被測定ガスの外部からの入口である1以上の外側入口と、前記被測定ガスの外部への出口である1以上の外側出口と、が配設され、前記内側保護カバーの外側に配設された外側保護カバーと、
を備え、
前記外側保護カバー及び前記内側保護カバーは、両者の間の空間として、前記外側入口と前記素子室入口との間の前記被測定ガスの流路の少なくとも一部である第1ガス室と、前記外側出口と前記素子室出口との間の前記被測定ガスの流路の少なくとも一部であり該第1ガス室と直接には連通していない第2ガス室と、を形成しており、
前記外側入口の合計断面積A[mm2]、前記素子室入口の合計断面積B[mm2]、前記素子室出口の合計断面積C[mm2]及び前記外側出口の合計断面積D[mm2]が、B>A>C>Dを満たし、かつ、前記合計断面積Aと前記合計断面積Dとの比である断面積比A/Dが値2.0超過値5.0以下であり、前記合計断面積A〜Dの積であるA×B×C×Dが値3000以上値8500以下である、
保護カバー。
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