JP6725142B2 - Sensor probe and method of using the same - Google Patents
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Description
本発明は、センサプローブに関するものであり、例えば、溶融金属中のガス濃度を測定するセンサプローブ及びその使用方法に関する。 The present invention relates to a sensor probe, for example, a sensor probe for measuring a gas concentration in molten metal and a method of using the sensor probe.
溶融（融解）金属中のガスに起因する鋳造時のピンホール等の欠陥を低減するために、溶融金属中の水素や酸素のガス成分濃度を測定するセンサが実用化されている。
特許文献１には、α−アルミナを基材とした固体電解質を用いた濃淡電池型水素センサとして用いられるセンサプローブを開示している。
In order to reduce defects such as pinholes during casting due to gas in molten metal, a sensor for measuring the concentration of hydrogen or oxygen gas components in molten metal has been put into practical use.
従来の水素センサは、固体電解質の一端を溶融金属（金属溶湯）に漬け、他端を基準ガスにさらすことにより、プロトン（水素イオン）が固体電解質中を移動して電位差を生じ濃淡電池となる。この電位差（詳しくは、電圧）を測定することにより水素濃度を検出する。 In a conventional hydrogen sensor, one end of a solid electrolyte is immersed in a molten metal (metal melt) and the other end is exposed to a reference gas, so that protons (hydrogen ions) move in the solid electrolyte to generate a potential difference, thereby forming a concentration cell. .. The hydrogen concentration is detected by measuring this potential difference (specifically, voltage).
従来のセンサプローブは、固体電解質の外表面と内表面との間の電位差から水素濃度を求めるものであり、固体電解質の外表面の電位を外部電極で得ている。そして、外部電極として、固体電解質を取り囲むように形成された導電性の筒状のスリーブが用いられている。スリーブとして、耐熱ステンレスが用いられる。 The conventional sensor probe obtains the hydrogen concentration from the potential difference between the outer surface and the inner surface of the solid electrolyte, and the potential of the outer surface of the solid electrolyte is obtained by the external electrode. A conductive cylindrical sleeve formed so as to surround the solid electrolyte is used as the external electrode. Heat-resistant stainless steel is used as the sleeve.
この従来のセンサプローブをタフピッチ銅の溶融銅中の水素センサとして用いる場合、スリーブの表面に酸化被膜が形成し、溶融銅がスリーブを浸食することが抑えられる。なお、タフピッチ銅の溶湯は、数十ｐｐｍ〜数百ｐｐｍの濃度で酸素を含む。 When this conventional sensor probe is used as a hydrogen sensor in molten copper of tough pitch copper, an oxide film is formed on the surface of the sleeve, and molten copper is prevented from eroding the sleeve. The molten tough pitch copper contains oxygen at a concentration of several tens of ppm to several hundreds of ppm.
しかしながら、酸素濃度が数ｐｐｍ以下の無酸素銅の溶湯中の水素ガスの検知に従来のセンサプローブを用いると、スリーブ表面の酸化被膜が還元されることでセンサプローブが損傷し、測定不良が生じるという問題があった。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、酸素濃度が低い被測定物に対しても、測定不良を生じないセンサプローブ及びその使用方法を提供することを課題とする。
However, if a conventional sensor probe is used to detect hydrogen gas in a melt of oxygen-free copper with an oxygen concentration of several ppm or less, the sensor probe is damaged due to the reduction of the oxide film on the sleeve surface, resulting in measurement failure. There was a problem.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a sensor probe that does not cause measurement failure even for an object to be measured having a low oxygen concentration, and a method of using the sensor probe.
上記課題を解決するために本発明者らはセンサプローブの構成について検討を重ねた結果、本発明を完成した。 The present inventors have completed the present invention as a result of repeated studies on the configuration of the sensor probe in order to solve the above problems.
本発明のセンサプローブは、絶縁性のセラミックス又は絶縁性の耐火物よりなり、先端部に開口を有する筒状のスリーブと、有底筒状の固体電解質よりなる電解質部と、電解質部の内周面に接続した基準電極と、を備えた、スリーブ内に配される棒状のセンサと、棒状の測定電極と、基準電極と測定電極との電位差を測定する電位差測定部と、を有し、センサは、無酸素銅の溶湯中の水素濃度を測定する水素センサであることを特徴とする。 The sensor probe of the present invention is made of insulating ceramics or insulating refractory, has a cylindrical sleeve having an opening at the tip, an electrolyte part made of a bottomed cylindrical solid electrolyte, and an inner circumference of the electrolyte part. A reference electrode connected to the surface; and a rod-shaped sensor arranged in the sleeve, a rod-shaped measurement electrode, and a potential difference measurement unit that measures the potential difference between the reference electrode and the measurement electrode, and the sensor Is a hydrogen sensor for measuring the hydrogen concentration in the molten oxygen-free copper .
本発明のセンサプローブは、絶縁性のセラミックス又は絶縁性の耐火物よりなり、先端部に開口を有する筒状のスリーブを備えている。このため、従来のセンサプローブのように、金属製のスリーブを必要としない構成となっている。この構成によると、スリーブの浸食が抑えられる。この結果、本発明のセンサプローブは、酸素濃度が低い被測定物に対しても、測定不良が生じないセンサプローブとなっている。
本発明のセンサプローブの使用方法は、絶縁性のセラミックス又は絶縁性の耐火物よりなり、先端部に開口を有する筒状のスリーブと、有底筒状の固体電解質よりなる電解質部と、電解質部の内周面に接続した基準電極と、を備えた、スリーブ内に配される棒状のセンサと、棒状の測定電極と、基準電極と測定電極との電位差を測定する電位差測定部と、を有し、センサが水素センサであり、先端を無酸素銅の溶湯に浸漬して溶湯中の水素濃度を測定することを特徴とする。
The sensor probe of the present invention is made of insulating ceramics or insulating refractory, and is provided with a cylindrical sleeve having an opening at its tip. Therefore, unlike the conventional sensor probe, it does not require a metal sleeve. With this configuration, erosion of the sleeve is suppressed. As a result, the sensor probe of the present invention is a sensor probe that does not cause measurement failure even for an object to be measured having a low oxygen concentration.
The method of using the sensor probe of the present invention is made of an insulating ceramic or an insulating refractory, and has a tubular sleeve having an opening at its tip, an electrolyte portion made of a bottomed tubular solid electrolyte, and an electrolyte portion. A rod-shaped sensor provided in the sleeve, which has a reference electrode connected to the inner peripheral surface of the rod, a rod-shaped measurement electrode, and a potential difference measurement unit that measures the potential difference between the reference electrode and the measurement electrode. However, the sensor is a hydrogen sensor, and the tip is immersed in a melt of oxygen-free copper to measure the hydrogen concentration in the melt.
以下、実施の形態を用いて本発明を具体的に説明する。詳しくは、溶融金属（溶湯）を銅とする水素濃度センサを用いて本発明を具体的に説明する。なお、これらの形態は、本発明のセンサプローブを具体的に実施した形態の例であり、本発明がこれらの形態のみに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the embodiments. Specifically, the present invention will be specifically described using a hydrogen concentration sensor in which molten metal (molten metal) is copper. It should be noted that these embodiments are examples of embodiments in which the sensor probe of the present invention is specifically implemented, and the present invention is not limited to these embodiments.
［実施形態１］
本形態のセンサプローブ１は、固体電解質よりなる電解質部２０及び熱電対２１を備えた水素センサ２と、測定電極３と、スリーブ４と、酸素センサ５と、測定回路６と、を有する。本形態のセンサプローブ１の構成を、図１に示す。
水素センサ２は、有底筒状の固体電解質よりなる電解質部２０と、有底筒状の電解質部２０の内周面に接続した熱電対２１と、を備えた棒状を有する。
[Embodiment 1]
The
The
電解質部２０は、水素濃度を検出するセンサとして作用する部分であって、図１に示すように断面Ｕ字状の、先端（図では下端）が閉じた筒状のもの（有底筒状）であり、内面に白金質電極を設けてある。電解質部２０は、基端（図では上端）が開いて通気可能に形成されている。
The
電解質部２０を形成する固体電解質は、従来の水素センサと同様の材質を用いることができる。本形態では、α−アルミナを基材とし、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）９９．５質量％以上、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）０．２質量％以下、もしくは酸化カルシウム（ＣａＯ）０．０５質量％以下のアルカリ土類金属を含有するものを使用した。本形態に用いられる固体電解質は、酸素の影響を受けず、８００〜１７００Ｋの領域で正確な水素濃度の測定が可能である。
As the solid electrolyte forming the
α−アルミナは、二価のアルカリ土類金属（例えば、Ｍｇ，Ｃａ）を含有すると、高温においてプロトン導電性を示す固体電解質として作用する。このため、一方の面が水素を含有した溶湯に接すると、固体電解質の中をプロトンが移動し、基準ガスに接した他方の面に達し、電位差が生じ濃度電池となる。一方の面と他方の面との電位差を測定し、事前に校正しておいた値と対照することにより、溶湯の水素濃度とする。本形態では、電解質部２０の外側の凸面が溶湯に接し、内側の凹面が基準ガスに接する。
When α-alumina contains a divalent alkaline earth metal (eg, Mg, Ca), it functions as a solid electrolyte exhibiting proton conductivity at high temperatures. For this reason, when one surface comes into contact with a molten metal containing hydrogen, protons move in the solid electrolyte and reach the other surface in contact with the reference gas, resulting in a potential difference and a concentration battery. The potential difference between one surface and the other surface is measured, and the hydrogen concentration of the molten metal is determined by comparing with the value calibrated in advance. In this embodiment, the outer convex surface of the
熱電対２１は、有底筒状の電解質部２０の内部の空間に収容されている。熱電対２１は、従来の熱電対と同様の構成及び材質を用いることができる。本形態では、白金−白金ロジウム合金の熱電対を用いる。本形態では、２穴のアルミナ製の絶縁材よりなる保護管２２に収容された状態で、電解質部２０に収容する。
熱電対２１は、先端の熱接点部２１０が保護管２２から露出している。さらに、熱接点部２１０が電解質部２０の内面に固定され、電気的に接続されている。
The
The
本形態において、α−アルミナからなる電解質部２０の厚さは０．７５ｍｍであり、また比熱も大きくないため、電解質部２０の内外での温度差は無視できる。熱電対２１を溶湯に直接漬けられないため、電解質部２０は、熱電対２１を保護する機能を発揮する。
In the present embodiment, the thickness of the
電解質部２０を形成する固体電解質の起電力は、水素濃度だけでなく、温度にも依存する。このため、水素濃度を確定する場合、熱電対２１での温度の測定が必要となる。
The electromotive force of the solid electrolyte forming the
熱電対２１は、電解質部２０の内周面に白金ペースト等を用いて、所定の焼結条件で焼成（熱処理）することにより接続される。白金ペーストは、焼結後にポーラス状となるため、基準ガス（本形態では、空気）を透過する。これにより、電解質部２０の内周面に形成されるポーラス状の白金部が基準電極となる。この基準電極は、上記した電解質部２０の内面に設けられた白金質電極に相当する。
The
測定電極３は、棒状を有する部材であり、溶湯に漬けて回路を構成する。測定電極３は、外部電極とも称される電極であり、黒鉛（Ｃ）、モリブデン（Ｍｏ）等よりなる従来の電極棒を用いることができる。測定電極３を用いることで、水素濃度の測定回路が形成される。測定回路は、電圧計（−側）−電極棒（測定電極）−溶湯（銅）−固体電解質（水素センサ、αアルミナ）−電極（白金、基準電極）−熱電対（白金側）−電圧計（＋側）となる。また、電池図式（電池式）は、図２に示した通りとなる。
The measuring
測定電極３は、スリーブ４の外部で、溶湯に漬けられる。測定電極３とスリーブ４との間隔は、上記の測定回路を形成できる長さであれば限定されるものではない。すなわち、スリーブ４の外周面と間隔を隔てた状態でも、スリーブ４の外周面と当接した状態でも、いずれでもよい。
The measuring
スリーブ４は、絶縁性のセラミックス又は絶縁性の耐火物よりなり、先端部に開口を有する筒状の部材である。スリーブ４は、その内部に、水素センサ２及び酸素センサ５を収容する。スリーブ４は、筒状（本形態では、円筒状）を有し、水素センサ２及び酸素センサ５の測定部（先端部）を、その先端（図では下端）から突出した状態で、保持（固定）する。
絶縁性のセラミックス又は絶縁性の耐火物より形成されるスリーブ４は、粒度分布が小さな粒子の粉末から緻密体をなすように形成される。絶縁性のセラミックス又は絶縁性の耐火物より形成されるスリーブ４は、粒度分布が比較的大きな粒子の粉末から多孔質体（気孔率が５０％以下が好ましい）をなすように形成される。
The
The
スリーブ４を形成する絶縁性のセラミックス又は絶縁性の耐火物は、限定されるものではない。本形態では、絶縁性のセラミックスの集積体を用いることができる。セラミックスの集積体とは、セラミックス粒子が集積して形成されたものを示し、例えば、セラミックス粒子粉末を圧縮成形した成形体、セラミックス粒子を結合材で結合した状態で圧縮成形した成形体、成形体を焼成（焼結）した焼成体、を例示できる。
The insulating ceramics or insulating refractory forming the
絶縁性のセラミックス又は絶縁性の耐火物の材質は、溶湯に浸漬したときに（すなわち、溶湯温度にさらされたときに）、電気絶縁性と耐熱性を発揮できる材質であれば限定されるものではない。例えば、アルミナ系、シリカ系、マグネシア系などのセラミックスを挙げることができる。センサプローブ１は、タフピッチ銅の溶湯の水素濃度を測定する場合、１０５０〜１５００℃にさらされる。そして、これらのセラミックス粒子は、この温度域で、電気絶縁性と耐熱性を発揮する。
The material of the insulating ceramics or the insulating refractory is limited as long as it can exhibit electric insulation and heat resistance when immersed in the molten metal (that is, when exposed to the molten metal temperature). is not. Examples thereof include alumina-based, silica-based, and magnesia-based ceramics. The
本形態のセンサプローブ１では、スリーブ４は、金属管７の先端に固定される。金属管７は、耐熱性金属よりなる筒状の部材であり、スリーブ４を保持する機能を有する。なお、本形態のセンサプローブ１は、溶湯に先端を浸漬した場合、金属管７が溶湯に接触しないようにスリーブ４が形成される。つまり、スリーブ４の上端は、溶湯の液面から上方に位置するように、スリーブ４が形成される。
In the
スリーブ４は、図１に示したように、水素センサ２及び酸素センサ５を、その先端（図では下端）から突出した状態で、その内部に収容する。そして、筒状のスリーブ４は、先端の端部に封止材４０を配する。なお、図１では封止材４０がスリーブ４の端面を形成するように設けているが、端面よりも内部（図で上方側）に封止材４０を設けてもよい。
封止材４０は、スリーブ４の先端を封止する。また、水素センサ２、酸素センサ５とスリーブ４との間を所定の間隔に保持・固定する。
As shown in FIG. 1, the
The sealing
封止材４０は、その材質が限定されるものではない。例えば、シリカ系、アルミナ系、シリカ−アルミナ混合物などのセラミックスを挙げることができる。また、封止材４０の厚さ（図１での上下方向の厚さ）についても限定されるものではない。
The material of the sealing
酸素センサ５は、従来の酸素センサと同様のセンサを用いることができる。
本形態では、有底筒状の固体電解質よりなる電解質部５０と、有底筒状の電解質部５０の内周面に接続したリード線５１と、有底筒状の電解質部５０の内部に配された固体基準物質５２と、を備えた棒状を有する。本形態の酸素センサ５は、固体基準物質５２上を封止材５３で封止している。
As the
In the present embodiment, an
電解質部５０は、イットリウムを含んだジルコニア（ＺｒＯ２）を用いた。なお、イットリウムを含んだジルコニアとは、イットリア（Ｙ２Ｏ３）がドープしたジルコニア（ＺｒＯ２）を含む。
As the
リード線５１は、固体基準物質５２中に配することから耐反応性に優れた材質よりなる。リード線５１は、例えば、鉄、ニッケル、白金、白金ロジウム合金より選ばれる材料からなる導線を挙げることができる。本形態では、鉄よりなる導線を用いた。
Since the
固体基準物質５２は、鉄（Ｆｅ）と酸化鉄（ＦｅＯ）との混合物を用いた。混合比は限定されるものではなく、例えば、質量比で９：１のものを挙げることができる。固体基準物質５２は、この混合物の粉末を、電解質部５０の内周面にリード線５１が接続した状態で、電解質部５０の内部に充填して配される。
As the
封止材５３は、電解質部５０の内部に固体基準物質５２以外の物質（例えば、空気）が侵入することを阻害する。また、電解質部５０の内部でリード線５１を固定する。封止材５３は、これらの機能を発揮できる材質よりなるものであれば限定されるものではなく、本形態では、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）よりなる封止材５３０，５３２と、セラミックス５３１が積層して形成される。更に、電解質部５０の基端（図では上端）の開口部を封止する封止材５３３を有する。
The encapsulating
酸素センサ５は、水素センサ２と同様に、測定電極３を用いて測定回路を形成し、酸素濃度の測定を行う。この場合、酸素濃度の測定回路は、電圧計（−側）−電極棒３（測定電極）−溶湯（銅）−固体電解質（酸素センサ、ジルコニア）−リード線５１（鉄、基準電極）−電圧計（＋側）となる。また、この場合の電池図式（電池式）は、図３に示した通りとなる。
Similar to the
測定回路６は、上記したように、水素濃度、温度（熱電対２１）、酸素濃度の測定を、回路を切り替えて行う。これらの測定は、測定回路６の回路を切り替えることにより任意の測定ができる。例えば、水素濃度を重点的に測定したい場合、水素濃度→酸素濃度→水素濃度→温度→水素濃度の順番とする等、注目するパラメータの測定頻度や順番を変更できる。
本形態の測定回路６は、それぞれの測定を、回路を切り替えて行う構成としているが、複数の回路をもつ構成とすれば、これらを同時に測定できる。
As described above, the
The
［本形態の効果］
（効果Ａ）
本形態のセンサプローブ１は、絶縁性のセラミックス又は絶縁性の耐火物よりなり、先端部に開口を有する筒状のスリーブ４と、有底筒状の固体電解質よりなる電解質部２０と、電解質部２０の内周面に接続した基準電極としても機能する熱電対２１、を備えた、スリーブ４内に配される棒状の水素センサ２と、棒状の測定電極３と、測定電極３と熱電対２１（基準電極）との電位差を測定する電位差測定部である測定回路６と、を有する。
[Effect of this embodiment]
(Effect A)
The
本形態のセンサプローブ１は、水素センサ２を収容・保持するスリーブ４が、絶縁性のセラミックス又は絶縁性の耐火物よりなる。このため、センサプローブ１の先端を溶湯に浸漬しても、スリーブ４が溶湯に接触するのみとなっている。スリーブ４を形成する絶縁性のセラミックス又は絶縁性の耐火物は、従来のセンサプローブのように溶湯による浸食が生じない。この結果、本形態のセンサプローブ１は、酸素濃度が低い被測定物に対しても、測定不良が生じないセンサプローブとなっている。
In the
（効果Ｂ）
本形態のセンサプローブ１は、スリーブ４は、絶縁性セラミックス又は絶縁性の耐火物の集積体よりなる。この構成によると、スリーブ４が溶湯により浸食することが確実に抑えられる。その結果、上記の効果をより確実に発揮できる。
(Effect B)
In the
（効果Ｃ）
本形態のセンサプローブ１は、水素センサ２が、電解質部２０の内周面に当接した状態で配された熱電対２１を有し、熱電対２１が基準電極となる。
この構成によると、水素センサ２が、別体の基準電極を持たない構成となり、センサプローブ１の構成が複雑化することが抑えられる。
(Effect C)
In the
With this configuration, the
（効果Ｄ）
本形態のセンサプローブ１は、測定電極３がスリーブ４の外部に配される。この構成によると、スリーブ４を小型化できる。また、スリーブ４と別体として形成されるため、測定電極３のみが故障した場合に測定電極３の交換を簡単にできる。
(Effect D)
In the
（効果Ｅ）
本形態のセンサプローブ１は、センサが水素センサ２である。この構成によると、溶湯中の水素濃度を測定できる。
(Effect E)
The sensor of the
（効果Ｆ）
本形態のセンサプローブ１は、スリーブ４内に、酸素センサ５を有する。この構成となることで、本形態のセンサプローブ１は、水素濃度だけでなく酸素濃度も測定できる。
(Effect F)
The
本形態のα−アルミナを用いた固体電解質は、従来の水素センサと異なり、酸素濃度に影響されない測定が可能である。しかしながら、金属の溶湯では、酸素量の管理が必要であり、酸素濃度の測定を行う必要もあった。つまり、センサプローブ１が水素センサ２と酸素センサ５が一体化した構成となることで、１つのセンサプローブで水素濃度、温度、酸素濃度の３種類の測定が可能となる。
Unlike the conventional hydrogen sensor, the solid electrolyte using α-alumina of the present embodiment enables measurement that is not affected by oxygen concentration. However, in the molten metal, it was necessary to control the amount of oxygen and also to measure the oxygen concentration. That is, since the
［実施形態２］
本形態は、水素センサ２及び酸素センサ５の構成が異なること以外は、実施形態１と同様な構成のセンサプローブ１である。本形態のセンサプローブ１の構成を、図４に示す。
本形態の水素センサ２は、有底筒状の固体電解質よりなる電解質部２０の長さが短く、かつ基端（図では上端）が封止材２３で封止している。
[Embodiment 2]
The present embodiment is a
In the
封止材２３は、スリーブ４内の雰囲気が通過可能な状態で電解質部２０の基端（上端）を封止できる材質であれば限定されるものではない。例えば、耐熱性金属よりなる網状（又は不織布状）の部材や、セラミック繊維の織布や不織布やひも等を挙げることができる。
The sealing
本形態の酸素センサ５は、電解質部５０と、リード線５１と、保護管５４と、封止材５３と、を有する。本形態の酸素センサ５は、水素センサ２と同様に、空気を基準物質とするセンサである。
電解質部５０は、軸方向の長さが短いこと以外は、実施形態１と同様な部材である。
リード線５１は、白金系金属よりなること以外は、実施形態１と同様な部材である。
保護管５４は、支持管２２と同様の機能を発揮する部材であり、本形態ではアルミナからなる部材である。
The
The
The
The
封止材５３は、電解質部５０の基端（図では上端）の開口部を封止する。本形態の封止材５３は、封止材２３と同様にスリーブ４内の雰囲気が通過可能な状態で封止する部材である。
The sealing
本形態の酸素センサ５は、水素センサ２と同様に、測定電極３を用いて測定回路を形成し、酸素濃度の測定を行う。この場合、酸素濃度の測定回路は、電圧計（−側）−電極棒３（測定電極）−溶湯（銅）−固体電解質（酸素センサ、ジルコニア）−リード線（白金、基準電極）−電圧計（＋側）となる。また、この場合の電池図式（電池式）は、図５に示した通りとなる。
Like the
［本形態の効果］
本形態のセンサプローブ１は、水素センサ２及び酸素センサ５そのものの構成が異なること以外は、実施形態１と同様な構成のセンサプローブ１である。本形態においても、実施形態１と同様な効果を発揮できる。
本形態のセンサプローブ１は、水素センサ２（電解質部２０）の長さが短くなっている。つまり、固体電解質の使用量を低減できる。
[Effect of this embodiment]
The
In the
また、酸素センサ５として、空気を基準物質として用いる酸素センサを用いても、酸素濃度の測定を行うことができる。本形態の酸素センサ５は、水素センサ２とともに基準物質として空気を用いる。基準物質を共用することで、簡素な構成で、水素濃度だけでなく酸素濃度の測定を行うことができる。
The oxygen concentration can also be measured by using an oxygen sensor that uses air as a reference substance as the
［実施形態３］
本形態は、測定電極３がスリーブ４内に配されたこと以外は、実施形態１と同様な構成のセンサプローブ１である。本形態のセンサプローブ１の構成を、図６に示す。
[Third Embodiment]
The present embodiment is a
［本形態の効果］
本形態のセンサプローブ１は、測定電極３がスリーブ４内に配されたこと以外は、実施形態１と同様な構成のセンサプローブ１である。本形態においても、上記した効果Ａ〜効果Ｃ、及び効果Ｅ〜効果Ｆと同様な効果を発揮できる。
[Effect of this embodiment]
The
（効果Ｇ）
本形態のセンサプローブ１は、測定電極３がスリーブ４の内部に配される。この構成によると、測定電極３も一体化したセンサプローブとなる。また、測定電極３がスリーブ４内に配されることで、測定電極３が溶湯の流れによる力を受けなくなり、測定電極３の損傷が抑えられる。
(Effect G)
In the
［実施形態４］
本形態は、水素センサ２及び酸素センサ５の構成が異なること以外は、実施形態３と同様な構成のセンサプローブ１である。本形態のセンサプローブ１の構成を、図７に示す。
本形態の水素センサ２及び酸素センサ５は、それぞれ実施形態２の水素センサ２と同様な構成である。
[Embodiment 4]
The present embodiment is a
The
［本形態の効果］
本形態のセンサプローブ１は、水素センサ２及び酸素センサ５そのものの構成が異なること以外は、実施形態３と同様な構成のセンサプローブ１である。本形態においても、実施形態３と同様な効果を発揮できる。
[Effect of this embodiment]
The
［その他の形態］
本形態は、スリーブ４の構成が異なること以外は、上記の各形態と同様な構成のセンサプローブである。本形態のスリーブ４の構成を断面図で図８〜図９に示す。なお、本形態のセンサプローブも、各形態と同様に水素センサ２等の構成要素を収容する構成であるが、図８〜図９については、これらの構成要素の記載を省略している。
[Other forms]
The present embodiment is a sensor probe having the same configuration as each of the above-described configurations except that the configuration of the
上記の各形態では、スリーブ４は、１種類のセラミックス粒子から形成されている。スリーブ４は、２種以上の複数種のセラミックス粒子から形成されていても良い。例えば、図８に示したように、内層４１とその外周に形成された材質が異なる外層４２とからなる複数層の層状構造の部材であっても良い。
In each of the above forms, the
さらに、スリーブ４は、その内部に、溶湯と接触しない状態で、セラミックス粒子以外の材質よりなる部材を有していてもよい。スリーブ４が、別部材よりなる基材４３と、セラミックス粒子から形成された耐熱材４４と、からなる構成とすることができる。この構成によると、基材４３を強度の高い材質により形成することで、スリーブ４の強度を高めることができる。更に、図９に示したように、基材４３は金属管７としても良い。
これらの形態においても、上記した各形態と同様な効果を発揮できる。
Further, the
Also in these modes, the same effects as those of the above modes can be exhibited.
１：センサプローブ
２：水素センサ ２０：電解質部
２１：熱電対 ２２：保護管
２３：封止材
３：測定電極
４：スリーブ ４０：封止材
４１：内層 ４２：外層
４３：基材 ４４：耐熱材
５：酸素センサ ５０：電解質部
５１：リード線 ５２：固体基準物質
５３：封止材 ５４：保護管
６：測定回路
７：金属管
1: Sensor probe 2: Hydrogen sensor 20: Electrolyte part 21: Thermocouple 22: Protective tube 23: Encapsulation material 3: Measuring electrode 4: Sleeve 40: Encapsulation material 41: Inner layer 42: Outer layer 43: Base material 44: Heat resistance Material 5: Oxygen sensor 50: Electrolyte part 51: Lead wire 52: Solid reference material 53: Encapsulating material 54: Protective tube 6: Measuring circuit 7: Metal tube
Claims (9)
有底筒状の固体電解質よりなる電解質部（２０）と、該電解質部（２０）の内周面に接続した基準電極（２１）と、を備えた、該スリーブ（４）内に配される棒状のセンサ（２）と、
棒状の測定電極（３）と、
該基準電極（２１）と該測定電極（３）との電位差を測定する電位差測定部（６）と、
を有し、
該センサは、無酸素銅の溶湯中の水素濃度を測定する水素センサであることを特徴とするセンサプローブ（１）。 A tubular sleeve (4) made of insulating ceramics or an insulating refractory material and having an opening at its tip end;
It is arranged in the sleeve (4) provided with an electrolyte part (20) made of a bottomed cylindrical solid electrolyte and a reference electrode (21) connected to an inner peripheral surface of the electrolyte part (20). A rod-shaped sensor (2),
A rod-shaped measuring electrode (3),
A potential difference measuring unit (6) for measuring a potential difference between the reference electrode (21) and the measurement electrode (3),
Have
The sensor probe (1) is a hydrogen sensor for measuring a hydrogen concentration in a molten oxygen-free copper .
該熱電対が前記基準電極となる請求項１〜２のいずれか１項に記載のセンサプローブ（１）。 The sensor (2) has a thermocouple (21) arranged in contact with the inner peripheral surface of the electrolyte part (20),
The sensor probe (1) according to any one of claims 1 to 2, wherein the thermocouple serves as the reference electrode.
前記スリーブ（４）は、その上端が前記溶湯の液面から上方に位置する請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサプローブ（１）。 The sensor probe (1) according to any one of claims 1 to 6, wherein an upper end of the sleeve (4) is located above a liquid surface of the molten metal.
有底筒状の固体電解質よりなる電解質部（２０）と、該電解質部（２０）の内周面に接続した基準電極（２１）と、を備えた、該スリーブ（４）内に配される棒状のセンサ（２）と、 It is arranged in the sleeve (4) provided with an electrolyte part (20) made of a bottomed cylindrical solid electrolyte and a reference electrode (21) connected to an inner peripheral surface of the electrolyte part (20). A rod-shaped sensor (2),
棒状の測定電極（３）と、 A rod-shaped measuring electrode (3),
該基準電極（２１）と該測定電極（３）との電位差を測定する電位差測定部（６）と、 A potential difference measuring unit (6) for measuring a potential difference between the reference electrode (21) and the measurement electrode (3),
を有し、Have
該センサが水素センサであり、 The sensor is a hydrogen sensor,
先端を無酸素銅の溶湯に浸漬して該溶湯中の水素濃度を測定することを特徴とするセンサプローブ（１）の使用方法。 A method of using a sensor probe (1), characterized in that the tip is immersed in a melt of oxygen-free copper to measure the hydrogen concentration in the melt.
前記スリーブ（４）の上端が前記溶湯の液面から上方に位置するように、前記センサプローブ（１）の先端を前記溶湯に浸漬する請求項８記載のセンサプローブ（１）の使用方法。 The method of using the sensor probe (1) according to claim 8, wherein the tip of the sensor probe (1) is immersed in the molten metal so that the upper end of the sleeve (4) is located above the liquid surface of the molten metal.
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