JPH0731161Y2 - Zirconia oximeter - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、ジルコニアセンサーを用いて燃焼ガスや混合
ガスに含まれる酸素の濃度を測定するジルコニア式酸素
計に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a zirconia-type oxygen meter for measuring the concentration of oxygen contained in a combustion gas or a mixed gas using a zirconia sensor.

〈従来の技術〉 燃焼プロセスでは、省エネルギー、並びに公害防止の点
から、煙道を流れる燃焼排ガスの酸素濃度を酸素計を用
いて常時監視し、燃焼炉が最適状態で運転されるように
燃焼制御される。また、各種工業炉では、炉の燃焼効率
を最大にするため、複数の酸素計が設置されている。こ
のように、酸素計を用いて燃焼ガスや混合ガスに含まれ
る酸素の温度を測定することは重要であり、ジルコニア
センサーを用いて燃焼ガスや混合ガスに含まれる酸素の
濃度を測定するジルコニア式酸素計が従来から使用され
ていた。<Prior art> In the combustion process, from the viewpoint of energy saving and pollution prevention, the oxygen concentration of the combustion exhaust gas flowing through the flue is constantly monitored using an oximeter, and combustion control is performed so that the combustion furnace operates in an optimal state. To be done. Further, in various industrial furnaces, a plurality of oximeters are installed in order to maximize the combustion efficiency of the furnace. Thus, it is important to measure the temperature of oxygen contained in the combustion gas or mixed gas using an oximeter, and to measure the concentration of oxygen contained in the combustion gas or mixed gas using a zirconia sensor. Oximeters have traditionally been used.

然しながら、上記従来例においては、被測定ガスの温度
がジルコニア式酸素計の取扱い説明書などに記載されて
おり（例えば０〜600℃）、ジルコニア式酸素計を使用
する者がその温度範囲内の設置場所でジルコニア式酸素
計を使用することが前提となっていた。このため、ジル
コニア式酸素計が設置されている場所の温度が、上記温
度範囲外となって検出器が故障したりすることも多かっ
た。このような場合、ジルコニア式酸素計が設置されて
いる場所の温度が上記温度範囲内か否かで検出器の無償
交換が可能か否かが決定されるため、ジルコニア式酸素
計の設置場所温度が上記温度範囲内か否かをめぐってメ
ーカ（又はサービス会社）とユーザの間でトラブルを生
じたりするという欠点があった。However, in the above-mentioned conventional example, the temperature of the gas to be measured is described in the instruction manual of the zirconia oximeter (for example, 0 to 600 ° C.), and a person who uses the zirconia oximeter is within that temperature range. It was assumed that a zirconia oximeter was used at the installation site. For this reason, the temperature of the place where the zirconia-type oxygen meter is installed is often outside the above temperature range, and the detector often fails. In such a case, whether the temperature of the place where the zirconia-type oxygen meter is installed is within the above temperature range will determine whether the detector can be replaced free of charge. However, there is a drawback that a trouble may occur between the maker (or service company) and the user depending on whether or not the temperature is within the above temperature range.

〈考案が解決しようとする問題点〉 本考案は、かかる従来例の欠点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、ジルコニア式酸素計の設置場所温度
が取扱説明書などに記載されている使用温度範囲を越え
ると警報を出して異常を知らせるようにしたジルコニア
式酸素計を提供することにある。<Problems to be Solved by the Invention> The present invention has been made in view of the drawbacks of the conventional example, and the purpose thereof is to describe the installation site temperature of the zirconia oxygen meter in an instruction manual or the like. An object of the present invention is to provide a zirconia-type oximeter which gives an alarm when the temperature exceeds the operating temperature range to inform the operator of the abnormality.

〈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、本考案は、 被測定ガス中の酸素を検出するジルコニアセルと、該ジ
ルコニアセルの温度を検出する熱電対と、冷接点と、マ
ルチプレクサと、該マルチプレクサの出力をA/D変換す
るA/D変換器と、中央処理装置と、該中央処理装置から
の警報信号を受けて警報を発する警報器と、ソリッドス
テートリレーを介して前記中央処理装置からヒータ信号
を受け前記ジルコニアセルを一定温度に制御するヒータ
とを具備し、前記ヒータがオンとなっている時間を前記
中央処理装置で測定し前記ヒータがオンとなっている時
間と測定時間の比率が一定値以下になったとき前記警報
器から警報を発することを特徴としている。<Means for Solving Problems> In order to achieve such an object, the present invention provides a zirconia cell for detecting oxygen in a gas to be measured, a thermocouple for detecting the temperature of the zirconia cell, and a cooling device. A contact point, a multiplexer, an A / D converter for A / D converting the output of the multiplexer, a central processing unit, an alarm device for issuing an alarm upon receiving an alarm signal from the central processing unit, and a solid state relay. A heater for receiving a heater signal from the central processing unit through the heater to control the zirconia cell to a constant temperature, and measuring the time during which the heater is on by the central processing unit to turn on the heater. It is characterized in that the alarm is issued from the alarm device when the ratio of the remaining time to the measurement time is below a certain value.

〈実施例〉 以下、図面に従い本考案の実施例を詳しく説明する。第
１図は本考案実施例のブロック回路図であり、図中、１
は被測定ガス中の酸素を検出するジルコニアセル、２は
ジルコニアセル１の温度を検出する熱電対、３は冷接
点、４はマルチプレクサ、5,11はA/D変換器、６は中央
処理装置（CPU）、７はROMやRAMを内蔵するメモリ、８
はキーボード、９は表示器、10はソリッドステートリレ
ー（Solid−State Relay）である。尚、CPU6やメモリ７
などには図示しない電源回路から5Vの直流電圧が供給さ
れている。<Example> Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block circuit diagram of an embodiment of the present invention.
Is a zirconia cell for detecting oxygen in the gas to be measured, 2 is a thermocouple for detecting the temperature of the zirconia cell 1, 3 is a cold junction, 4 is a multiplexer, 5 and 11 are A / D converters, and 6 is a central processing unit. (CPU), 7 is a memory with built-in ROM and RAM, 8
Is a keyboard, 9 is a display, and 10 is a solid-state relay. In addition, CPU6 and memory 7
A DC voltage of 5V is supplied to the power supply circuit (not shown).

一方、第２図は本考案実施例の外観構成説明図であり、
図中、12は第１図を用いて詳述した電気回路などが収容
されているアベレージングコンバータ、13,13′は第１
図のジルコニアセル1,熱電対2,及び冷接点３を含むジル
コニアセンサー、14a〜14nは第１図の電磁弁駆動信号
S₆，S₆′を受けて開閉する電磁弁、15は14c〜14nを有し
ジルコニアセンサー13,13′への校正用ガスの供給流量
を調節する流量設定器、16は例えば計装空気のようなス
パンガスを供給するスパンガス源、17は例えば１％O₂ガ
スのようなゼロガスを供給するゼロガス源である。On the other hand, FIG. 2 is an external view of the embodiment of the present invention.
In the figure, 12 is an averaging converter in which the electric circuit described in detail with reference to FIG.
Zirconia sensor including zirconia cell 1, thermocouple 2 and cold junction 3 in the figure, 14a to 14n are solenoid valve drive signals in FIG.
Solenoid valve that opens and closes in response to S ₆ and S ₆ ′, 15 has a flow rate setter that has 14c to 14n and adjusts the supply flow rate of the calibration gas to the zirconia sensor 13, 13 ′, 16 is, for example, instrument air A span gas source for supplying such a span gas, 17 is a zero gas source for supplying a zero gas such as 1% O ₂ gas.

第１図や第２図のような構成からなる本考案の実施例に
おいて、被測定ガス中の酸素やジルコニアセル部分の温
度がジルコニアセンサー13,13′で検出されるとジルコ
ニアセル１からの送出される酸素検出信号、熱電対２か
ら送出される温度検出信号、及び冷接点３から送出され
る冷接点信号、（必要な場合には、外部接点S₁，S₂から
送出される外部接点信号）がマルチプレクサ４を介して
順次A/D変換器５に供給される。ここで、A/D変換器５は
例えば100ms毎にA/D変換を行なっている。このA/D変換
器５でA/D変換された信号は、CPU6で所定の演算処理が
施され、該演算結果に基いてソリッドステートリレー10
を介してヒータ電力S₂が出力される。In the embodiment of the present invention having the configuration shown in FIGS. 1 and 2, when the oxygen in the gas to be measured and the temperature of the zirconia cell portion are detected by the zirconia sensor 13, 13 ', the zirconia cell 1 sends the oxygen. Oxygen detection signal, temperature detection signal sent from thermocouple 2, cold junction signal sent from cold junction 3, (external contact signals sent from external contacts S ₁ and S ₂ if necessary) ) Is sequentially supplied to the A / D converter 5 via the multiplexer 4. Here, the A / D converter 5 performs A / D conversion every 100 ms, for example. The signal A / D-converted by the A / D converter 5 is subjected to a predetermined arithmetic processing in the CPU 6, and the solid state relay 10 based on the arithmetic result.
The heater power S ₂ is output via.

ところで、ソリッドステートリレー10を介したヒータへ
の電力供給量の大小は、上記100msの中で何ミリ秒間ソ
リッドステートリレー10をオンにするかで決定される。
また、第２図のジルコニアセンサー13,13′（第１図の
ジルコニアセル１に相当する）の周囲温度、即ち被測定
ガスの温度が高い場合には、ソリッドステートリレー10
によるヒータへの電力供給量は少なくて済むし、逆に、
被測定ガスの温度が低い場合には、ソリッドステートリ
レー10によるヒータへの電力供給量を多くする必要があ
る。一方、第２図のジルコニアセンサー13,13′（第１
図のジルコニアセル１に相当する）の周辺を流れる被測
定ガスの流速によってもヒータの消費電力（即ち、必要
なヒータへの電力供給量）は変化し、例えば被測定ガス
の流速が5m/secの場合ヒータの消費電力（即ち、必要な
ヒータへの電力供給量）は約15ワットとなっている。ま
た、被測定ガスの温度が第２図のジルコニアセンサー1
3,13′（詳しくは、第１図のジルコニアセル１）の温度
（例えば750℃）と同一ならヒータの消費電力（即ち、
必要なヒータへの電力供給量）は全く零で良いことにな
る。By the way, the amount of electric power supplied to the heater via the solid state relay 10 is determined by how many milliseconds the solid state relay 10 is turned on within the 100 ms.
When the ambient temperature of the zirconia sensors 13, 13 '(corresponding to the zirconia cell 1 of FIG. 1) in FIG. 2, that is, the temperature of the gas to be measured is high, the solid state relay 10 is used.
The amount of electric power supplied to the heater by is small, and conversely,
When the temperature of the gas to be measured is low, it is necessary to increase the amount of power supplied to the heater by the solid state relay 10. On the other hand, the zirconia sensors 13 and 13 '(Fig.
The power consumption of the heater (that is, the required power supply to the heater) also changes depending on the flow rate of the measured gas flowing around the zirconia cell 1 in the figure). For example, the measured gas flow rate is 5 m / sec. In this case, the power consumption of the heater (that is, the required power supply to the heater) is about 15 watts. Also, the temperature of the gas to be measured is the zirconia sensor 1 shown in FIG.
If the temperature is the same as 3,13 '(specifically, zirconia cell 1 in FIG. 1) (for example, 750 ° C.), the power consumption of the heater (that is,
The required amount of power supply to the heater) is completely zero.

ところで、第２図のジルコニアセンサー13,13′の先端
部には通常ステンレス鋼などが使用されている。このた
め、該ステンレス鋼を止めるネジが焼付けなどを起こさ
ないようジルコニア式酸素計の設置場所温度は600℃が
上限となっている。また、ジルコニア式酸素計の設置場
所温度が600℃で被測定ガスの流速が5m/secの場合、ヒ
ータの消費電力（即ち、必要なヒータへの電力供給量）
は約15ワットとなっている。従って、第１図のソリッド
ステートリレー10を介したヒータへの電力供給量が一定
値（約15ワット）以下ならば、被測定ガス温度は750℃
以上となっていることになる。このことから、ヒータが
ONのときの発熱量が150ワットの場合には、ONの時間の
割合いが10％以下になったときに警報を出せばよいこと
が分かる。By the way, stainless steel or the like is usually used for the tip portions of the zirconia sensors 13 and 13 'in FIG. Therefore, the upper limit of the temperature at which the zirconia-type oxygen meter is installed is 600 ° C. so that the screw for fixing the stainless steel will not be seized. When the temperature of the zirconia-type oxygen meter is 600 ° C and the flow velocity of the measured gas is 5m / sec, the power consumption of the heater (that is, the required power supply to the heater)
Is about 15 watts. Therefore, if the amount of power supplied to the heater via the solid state relay 10 in FIG. 1 is below a certain value (about 15 watts), the measured gas temperature will be 750 ° C.
That is all. From this, the heater
If the amount of heat generated when the power is ON is 150 watts, it can be seen that an alarm should be issued when the ratio of the time when the power is ON becomes 10% or less.

このような理由から、本考案の実施例においては、ジル
コニアセル１を一定温度（例えば600℃）に制御するヒ
ータがオンとなっている時間をCPU6で測定し、該測定時
間の割合いが一定値（例えば10％）以下になったとき、
CPU6からA/D変換器11を介して図示しない警報器に警報
信号を送出して警報を発する。For this reason, in the embodiment of the present invention, the time during which the heater that controls the zirconia cell 1 to a constant temperature (for example, 600 ° C.) is on is measured by the CPU 6, and the ratio of the measurement time is constant. When the value falls below the value (eg 10%),
The CPU 6 sends an alarm signal to an alarm device (not shown) via the A / D converter 11 to issue an alarm.

〈考案の効果〉 以上詳しく説明したような本考案によれば、ジルコニア
式酸素計の設置場所における被測定ガスの温度が取扱説
明書などに記載されている使用温度範囲を越えると警報
を出して異常を知らせるようにしたジルコニア式酸素計
が実現する。<Effects of the Invention> According to the present invention described in detail above, an alarm is issued when the temperature of the measured gas at the installation location of the zirconia oxygen meter exceeds the operating temperature range described in the instruction manual. A zirconia-type oximeter that reports an abnormality is realized.

また、被測定ガスの温度を検出し、その温度が設定値以
上になったときに警報を発することにより、ジルコニア
酸素計を故障から守り信頼性が向上するという利点があ
る。Further, by detecting the temperature of the gas to be measured and issuing an alarm when the temperature exceeds a set value, there is an advantage that the zirconia oximeter is protected from failure and reliability is improved.

更に、ジルコニアセンサー側に特別の部材（第１図の熱
電対２以外の温度センサーなど）を付加せず、変換器
（CPU）側でヒータがオンとなっている時間を測定する
だけであるため、ジルコニア酸素計全体としてのコスト
アップにならないという利点もある。Furthermore, since no special member (such as temperature sensor other than thermocouple 2 in Fig. 1) is added to the zirconia sensor side, only the time when the heater is on on the converter (CPU) side is measured. There is also an advantage that the cost of the zirconia oxygen meter as a whole does not increase.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第１図は本考案実施例の一部裁断図、第２図は従来例の
構成説明図である。 １……ジルコニアセル、２……熱電対、３……冷接点、
４……マルチプレクサ、5,11……A/D変換、６……中央
処理装置（CPU）、７……メモリ、８……キーボード、
９……表示器、10……ソリッドステートリレー、12……
アベレージングコンバータ、13,13′……ジルコニアセ
ンサー、14a〜14n……電磁弁、15…流量設定器、16……
スパンガス源、17……ゼロガス源FIG. 1 is a partial cutaway view of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a configuration explanatory view of a conventional example. 1 ... Zirconia cell, 2 ... Thermocouple, 3 ... Cold junction,
4 ... Multiplexer, 5,11 ... A / D conversion, 6 ... Central processing unit (CPU), 7 ... Memory, 8 ... Keyboard,
9 …… Display, 10 …… Solid state relay, 12 ……
Averaging converter, 13, 13 '... Zirconia sensor, 14a-14n ... Solenoid valve, 15 ... Flow rate setter, 16 ...
Span gas source, 17 ... Zero gas source

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項１】被測定ガス中の酸素を検出するジルコニア
セルと、該ジルコニアセルの温度を検出する熱電対と、
冷接点と、マルチプレクサと、該マルチプレクサの出力
をA/D変換するA/D変換器と、中央処理装置と、該中央処
理装置からの警報信号を受けて警報を発する警報器と、
ソリッドステートリレーを介して前記中央処理装置から
ヒータ信号を受け前記ジルコニアセルを一定温度に制御
するヒータとを具備し、前記ヒータがオンとなっている
時間を前記中央処理装置で測定し前記ヒータがオンとな
っている時間と測定時間の比率が一定値以下になったと
き前記警報器から警報を発することを特徴とするジルコ
ニア式酸素計。1. A zirconia cell for detecting oxygen in a gas to be measured, and a thermocouple for detecting the temperature of the zirconia cell.
A cold junction, a multiplexer, an A / D converter for A / D converting the output of the multiplexer, a central processing unit, and an alarm device for issuing an alarm upon receiving an alarm signal from the central processing unit,
A heater that receives a heater signal from the central processing unit via a solid state relay and controls the zirconia cell to a constant temperature, and measures the time during which the heater is on by the central processing unit. A zirconia oximeter, wherein an alarm is issued from the alarm device when the ratio of the ON time and the measurement time is below a certain value.