JPH0789110B2 - Control method of industrial oxygen analyzer - Google Patents
Control method of industrial oxygen analyzerInfo
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- JPH0789110B2 JPH0789110B2 JP61244038A JP24403886A JPH0789110B2 JP H0789110 B2 JPH0789110 B2 JP H0789110B2 JP 61244038 A JP61244038 A JP 61244038A JP 24403886 A JP24403886 A JP 24403886A JP H0789110 B2 JPH0789110 B2 JP H0789110B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、工業用酸素分析計の制御方法に関し、特に工
業炉、ボイラー等の各種燃焼炉の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等の酸素濃度を検出
するに用いて好適な工業用酸素分析計の制御方法に関す
るものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for controlling an industrial oxygen analyzer, and particularly to a combustion exhaust gas in a furnace or an exhaust gas passage of various combustion furnaces such as an industrial furnace and a boiler. The present invention relates to a method for controlling an industrial oxygen analyzer which is suitable for detecting the oxygen concentration in the atmosphere or the like.
（従来の技術） この種の装置は、昭和61年特許願第202382号明細書（特
開昭63−58150号公報）において開示されている。次
に、この装置における酸素濃度の検出原理について、第
７図の略図を参照しつつ説明する。(Prior Art) An apparatus of this type is disclosed in Japanese Patent Application No. 202382, 1986 (Japanese Patent Laid-Open No. 63-58150). Next, the principle of detecting the oxygen concentration in this device will be described with reference to the schematic diagram of FIG.
被測定ガスの酸素濃度を感知する酸素センサS0は、前記
被測定ガスが拡散される拡散室１と、この拡散室１を基
にして配される酸素ポンプ部P0および酸素濃淡電池部B0
と、更には大気に連通している空気通路２とによって構
成されている。An oxygen sensor S 0 for sensing the oxygen concentration of a gas to be measured comprises a diffusion chamber 1 in which the gas to be measured is diffused, an oxygen pump unit P 0 and an oxygen concentration battery unit B arranged on the basis of the diffusion chamber 1. 0
And an air passage 2 communicating with the atmosphere.
まず、酸素濃淡電池部B0によって、酸素ポンプ部P0に設
けられたガス導入孔３を通じて拡散室１に侵入した被測
定ガスと、空気通路２からの基準空気である大気との比
較から、両者の酸素分圧比に応じた発生起電力E0が生じ
る。この発生起電力Eoは、基準電圧Vf0（空気比ｍ≒１
相当の発生起電力；約400mV）と比較される。これら両
者の偏差である差電圧（E0−Vf0）は、この偏差がなく
なるように酸素ポンプ部P0のポンプ電流Ip0の電流量を
制御するPI制御部４に供給される。なお、PI制御部４か
らは電圧信号で出力されるために、この電圧信号は電圧
−電流変換部５によって所定のポンプ電流Ip0の電流量
に変換される。First, the oxygen concentration cell portion B 0, from a comparison of the measurement gas that has entered the diffusion chamber 1 through the gas introducing hole 3 provided in the oxygen pumping portion P 0, and the atmosphere is a reference air from the air passage 2, A generated electromotive force E 0 corresponding to the oxygen partial pressure ratio of both is generated. The generated electromotive force E o is the reference voltage V f0 (air ratio m≈1
Equivalent generated electromotive force; about 400 mV). The difference voltage (E 0 −V f0 ) that is the difference between the two is supplied to the PI control unit 4 that controls the amount of the pump current I p0 of the oxygen pump unit P 0 so that this difference is eliminated. Since the voltage signal is output from the PI control unit 4, this voltage signal is converted by the voltage-current conversion unit 5 into a current amount of a predetermined pump current I p0 .
即ち、PI制御部４は、前記偏差に応じて酸素ポンプ部Ｐ
により、図示されるように拡散室１内の酸素を外側に汲
み出すようにして、ポンプ電流Ip0の電流量の制御を行
なっている。そして、拡散室１内の酸素濃度が空気比ｍ
≒１に対応する0.002ppmに保たれるようにしている。That is, the PI control unit 4 determines the oxygen pump unit P according to the deviation.
Thus, as shown in the drawing, the oxygen in the diffusion chamber 1 is pumped out to control the amount of the pump current I p0 . The oxygen concentration in the diffusion chamber 1 is the air ratio m.
It is kept at 0.002ppm corresponding to ≈1.
したがって、被測定ガスの酸素濃度はポンプ電流Ip0の
電流量に相関されることになり、これによって被測定ガ
スの酸素濃度が検出されている。Therefore, the oxygen concentration of the measured gas is correlated with the amount of the pump current I p0 , and the oxygen concentration of the measured gas is detected by this.
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このものにおいては、被測定ガスの酸素
濃度を検出するに際して、基準空気が必要であり、必ず
大気に連通する空気通路２を設けねばならないものであ
る。このために、装置の設計においては設計の自由度が
極めて阻害されるという問題点がある。(Problems to be Solved by the Invention) However, in this device, the reference air is required when detecting the oxygen concentration of the gas to be measured, and the air passage 2 that communicates with the atmosphere must be provided. . Therefore, there is a problem in that the degree of freedom in design is extremely impaired in the design of the device.
本発明は、このような問題点を解消する目的でなされた
ものである。The present invention has been made for the purpose of solving such a problem.
（問題点を解決するための手段） 本発明の工業用酸素分析計の制御方法は、被測定ガスが
拡散される拡散室と、この拡散室を基にして配される酸
素濃淡電池、更には酸素ポンプとを有する感知手段；前
記酸素濃淡電池の起電力と比較される基準電圧を設定す
る設定電圧手段；およびこれら起動力と基準電圧との比
較による偏差によって、前記酸素ポンプのポンプ電流量
を制御する制御手段を具えて、前記ポンプ電流量に相関
する前記被測定ガスの酸素濃度を検出する工業用酸素分
析計の制御方法において、 前記拡散室内の所定酸素濃度での前記酸素濃淡電池の起
電力と前記ポンプ電流量とのあらかじめ設定された相対
関係にもとづいて、前記基準電圧が、前記ポンプ電流量
に対応する前記酸素濃淡電池の起電力とほぼ等しくなる
よう制御することを特徴とするものである。(Means for Solving Problems) A method for controlling an industrial oxygen analyzer according to the present invention includes a diffusion chamber in which a gas to be measured is diffused, an oxygen concentration battery arranged based on the diffusion chamber, and A sensing means having an oxygen pump; a set voltage means for setting a reference voltage to be compared with the electromotive force of the oxygen concentration battery; In a method of controlling an industrial oxygen analyzer for detecting the oxygen concentration of the gas to be measured that correlates with the pump current amount, comprising a control means for controlling, the oxygen concentration battery is activated at a predetermined oxygen concentration in the diffusion chamber. The reference voltage is controlled to be substantially equal to the electromotive force of the oxygen concentration battery corresponding to the pump current amount based on a preset relative relationship between the electric power and the pump current amount. It is characterized in.
（作 用） 基準電圧が、拡散室内の所定酸素濃度での酸素濃淡電池
の起電力とポンプ電流量とのあらかじめ設定された相対
関係にもとづいて変化して平衡に達すれば、拡散室内の
酸素濃度は所定濃度に達する。したがって、この所定濃
度と被測定ガスの酸素濃度との差が、ポンプ電流量とな
る。(Operation) If the reference voltage changes and reaches equilibrium based on the preset relative relationship between the electromotive force of the oxygen concentration battery and the pump current amount at the specified oxygen concentration in the diffusion chamber, the oxygen concentration in the diffusion chamber is reached. Reaches a predetermined concentration. Therefore, the difference between the predetermined concentration and the oxygen concentration of the measured gas is the pump current amount.
このために、例えば所定濃度を空気比ｍ≒１の酸素濃度
0.002ppmとすれば、この酸素濃度0.002ppmと被測定ガス
の酸素濃度Xppmとの差（Ｘ−0.002ppm）がポンプ電流量
となり、被測定ガスの酸素濃度Xppmに相関するようにな
る。For this purpose, for example, a predetermined concentration is defined as an oxygen concentration with an air ratio m≈1.
If 0.002 ppm is set, the difference (X-0.002 ppm) between the oxygen concentration 0.002 ppm and the oxygen concentration Xppm of the measured gas becomes the pump current amount, which is correlated with the oxygen concentration Xppm of the measured gas.
（実施例） 次に、本発明による工業用酸素分析計の制御方法の具体
的一実施例につき、図面を参照しつつ説明する。(Example) Next, a specific example of the method for controlling the industrial oxygen analyzer according to the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図において、被測定ガスである燃焼排ガスを採取す
るとともに、この燃焼排ガス中の酸素濃度を感知する酸
素センサＳを有するプローブ11は、図示はされないが、
例えば燃焼炉の煙道の炉壁に形成される開口に挿通位置
されて設けられている。このプローブ11は、左右方向に
延びる有底円筒状の、例えばSUS等の耐熱金属から成る
外筒12等より成っている。この外筒12の左端底壁13に
は、円形状の孔14が穿設されている。この孔14には、左
端に前記酸素センサＳが挿入接続され、また右端にイン
コネル材から成るシースリード15が連設されたコネクタ
16が遊嵌されている。In FIG. 1, the probe 11 having the oxygen sensor S for sampling the combustion exhaust gas as the measurement gas and sensing the oxygen concentration in the combustion exhaust gas is not shown,
For example, it is provided so as to be inserted into an opening formed in a furnace wall of a flue of a combustion furnace. The probe 11 is composed of a cylindrical cylinder having a bottom and extending in the left-right direction, which is made of a heat-resistant metal such as SUS. A circular hole 14 is formed in the bottom wall 13 at the left end of the outer cylinder 12. A connector in which the oxygen sensor S is inserted and connected at the left end and a sheath lead 15 made of Inconel material is continuously provided at the right end of the hole 14.
16 is loosely fitted.
前記外筒12の左端側には、左方に延出するダスト遮蔽部
17を有する環状のフィルタ支持体18が、螺合によって外
筒12に固着されている。このフィルタ支持体18の中空部
19には、図示されるように前記酸素センサＳおよびコネ
クタ16の一部が挿通位置されるようになっている。これ
ら酸素センサＳ等は、フィルタ支持体18にその中空部19
によって内嵌されるようになる有底円筒状の除塵用セラ
ミックフィルタ20によって覆い被されている。このセラ
ミックフィルタ20は多孔質であって、前記フィルタ支持
体18との間に隙間が形成されないようにしてアルミナセ
メント等によりフィルタ支持体18に固着されている。な
お、フィルタ支持体18のダスト遮蔽部17は、ダストを含
む燃焼排ガスがセラミックフィルタ20に直接に当たるの
を防いで、このセラミックフィルタ20がダストによって
目詰まりするのを防止している。On the left end side of the outer cylinder 12, a dust shield part extending leftward.
An annular filter support 18 having 17 is fixed to the outer cylinder 12 by screwing. The hollow part of this filter support 18
As shown in the drawing, the oxygen sensor S and a part of the connector 16 are inserted through the position 19. The oxygen sensor S and the like are provided in the hollow portion 19 of the filter support 18.
It is covered with a bottomed cylindrical dust-removing ceramic filter 20 to be fitted in by. The ceramic filter 20 is porous and is fixed to the filter support 18 by alumina cement or the like so that no gap is formed between the ceramic filter 20 and the filter support 18. The dust shield 17 of the filter support 18 prevents the combustion exhaust gas containing dust from directly hitting the ceramic filter 20, and prevents the ceramic filter 20 from being clogged with dust.
前記コネクタ16は、第２図に示されるように、右端側に
大径部21、また左端側に小径部22を有する低温焼成磁器
から成る筒状体23と、複数対の端子金物24とより構成さ
れている。この端子金物24の各々は、筒状体23の小径部
22の中空部において、ニッケル線25と電気的に接続され
る右端側の連結部26を水ガラス27内に埋め込むようにす
ることによって、筒状体23に固着されている。また、端
子金物24は、電導性の耐熱性弾性材から成るとともに、
左端側の接触部28,28間に前記酸素センサＳの一端を挿
入することによって、この酸素センサＳを挟持して電気
的に接続するようになっている。なお、筒状体23の大径
部21には、前記ニッケル線25が中空部に挿通された筒状
の前記シースリード15の左端部が内嵌されて、筒状体23
との間に隙間が形成されないようにしてアルミナセメン
ト等により筒状体23に固着されている。なお、シースリ
ード15の中空部には、前記ニッケル線25が互いに接触し
ないように酸化マグネシウム29が充填されている。As shown in FIG. 2, the connector 16 comprises a cylindrical body 23 made of low temperature fired porcelain having a large diameter portion 21 on the right end side and a small diameter portion 22 on the left end side, and a plurality of pairs of terminal metal fittings 24. It is configured. Each of the terminal metal fittings 24 is a small diameter portion of the tubular body 23.
In the hollow portion of 22, the right end side connecting portion 26 that is electrically connected to the nickel wire 25 is embedded in the water glass 27 so that it is fixed to the tubular body 23. In addition, the terminal hardware 24 is made of an electrically conductive heat-resistant elastic material,
By inserting one end of the oxygen sensor S between the contact portions 28, 28 on the left end side, the oxygen sensor S is sandwiched and electrically connected. The large diameter portion 21 of the tubular body 23 is internally fitted with the left end portion of the tubular sheath lead 15 in which the nickel wire 25 is inserted into the hollow portion.
It is fixed to the cylindrical body 23 with alumina cement or the like so that a gap is not formed between them. The hollow portion of the sheath lead 15 is filled with magnesium oxide 29 so that the nickel wires 25 do not come into contact with each other.
校正用ガスは、第１図に矢印で示されるように、前記外
筒12の中空部および外筒12の底壁13の孔14での前記コネ
クタ16との間の隙間を通って、前記セラミックフィルタ
20の中空部に供給されるようになっている。The calibration gas passes through the gap between the hollow portion of the outer cylinder 12 and the connector 16 in the hole 14 of the bottom wall 13 of the outer cylinder 12 as shown by the arrow in FIG. filter
It is designed to be supplied to 20 hollow parts.
前述のように、シースリード15およびコネクタ16が一体
的に構成されることにより、構造が簡素化され得、かつ
小型化が容易に図り得ている。また、組立構造も簡素化
され得ている。更に、コネクタ16に酸素センサＳが着脱
自在に装着され得ることから、酸素センサＳの交換が容
易にできるようになっている。As described above, since the sheath lead 15 and the connector 16 are integrally configured, the structure can be simplified and the miniaturization can be easily achieved. Also, the assembly structure can be simplified. Further, since the oxygen sensor S can be removably attached to the connector 16, the oxygen sensor S can be easily replaced.
次に、前記酸素センサＳの構造（寸法；約5m/m（幅）×
1.0m/m（厚み）×30〜60m/m（長さ））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。Next, the structure of the oxygen sensor S (dimension: about 5 m / m (width) x
About 1.0m / m (thickness) x 30-60m / m (length), 3rd
This will be described with reference to FIGS. (A), (B) and FIG.
まず、上部には、個体電解質体30と、この個体電解質体
30の上下に各々配される上側ポンプ電極31および下側ポ
ンプ電極32とから成る酸素ポンプ部Ｐが設けられてい
る。First, at the top, the solid electrolyte body 30 and this solid electrolyte body
An oxygen pump portion P including an upper pump electrode 31 and a lower pump electrode 32, which are respectively arranged above and below 30, is provided.
次に、中央部には、前記酸素ポンプ部Ｐと同様に、個体
電解質体33と、この個体電解質体33の上下に各々配され
る上側電池電極34および下側電池電極35とから成る酸素
濃淡電池部Ｂが設けられている。Next, in the central portion, similar to the oxygen pump portion P, an oxygen concentration consisting of a solid electrolyte body 33, and an upper battery electrode 34 and a lower battery electrode 35 arranged above and below the solid electrolyte body 33, respectively. A battery section B is provided.
前記酸素ポンプ部Ｐと酸素濃淡電池部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36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37（37a,37b）が介在されている。な
お、前記酸素ポンプ部Ｐにおける拡散室36の中央部に相
当する位置には、この拡散室36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38（38a,38b,38c）が形
成されている。Between the oxygen pump portion P and the oxygen concentration cell portion B, a predetermined space made of an insulating material is formed so as to form a diffusion chamber 36 having a narrow flat space for guiding the gas to be measured under a predetermined diffusion resistance. Space members 37 (37a, 37b) having a thickness are interposed. A gas introduction hole 38 (38a, 38b, 38c) is formed in the oxygen pump portion P at a position corresponding to the center of the diffusion chamber 36 so that the diffusion chamber 36 communicates with the external space in which the gas to be measured exists. Has been done.
したがって、このガス導入孔38（38a,38b,38c）によっ
て被測定ガスは拡散室36に導かれ、拡散室36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Ｐの
下側ポンプ電極32に接触するようになっている。また、
酸素濃淡電池部Ｂの上側電池電極34にも、前記下側ポン
プ電極32の付近で被測定ガスに接触するようになってい
る。なお、酸素ポンプ部Ｐの上側ポンプ電極31、更には
酸素濃淡電池部Ｂの下側電池電極35は、外部の被測定ガ
スの存在空間に面しており、外部の被測定ガスに直接的
に接触するようになっている。Therefore, the gas to be measured is introduced into the diffusion chamber 36 by the gas introduction holes 38 (38a, 38b, 38c) and diffused in the diffusion chamber 36 under a predetermined diffusion resistance, so that the lower side of the oxygen pump portion P is exposed. It is adapted to contact the pump electrode 32. Also,
The upper battery electrode 34 of the oxygen concentration battery unit B also comes into contact with the gas to be measured in the vicinity of the lower pump electrode 32. The upper pump electrode 31 of the oxygen pump unit P and the lower battery electrode 35 of the oxygen concentration battery unit B face the space where the external gas to be measured exists, and are directly exposed to the external gas to be measured. It comes in contact.
なお、下部には、酸素ポンプ部Ｐおよび酸素濃淡電池部
Ｂを例えば600℃以上の所定温度に加熱する加熱部Ｈが
設けられている。A heating unit H for heating the oxygen pump unit P and the oxygen concentration battery unit B to a predetermined temperature of, for example, 600 ° C. or more is provided in the lower portion.
前記個体電解質体30,33は、高温において酸素イオン導
電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
に酸化イッ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ることができる。また、電極31,32,
34,35の各々は、多孔質白金等から構成されている。こ
れら電極31,32,34,35には、アルミナ等から成るポーラ
スセラミック層39,40,41,42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3
9,40,41,42を通じて被測定ガスが、電極31,32,34,35の
各々に接触されるようになっている。The solid electrolyte bodies 30 and 33 are composed of stabilized or partially stabilized zirconia porcelain that exhibits oxygen ion conductivity at high temperatures. As is well known, this stabilized or partially stabilized zirconia porcelain can be obtained by solid-dissolving zirconium oxide with yttrium oxide, calcium oxide or the like. Also, the electrodes 31, 32,
Each of 34 and 35 is made of porous platinum or the like. The electrodes 31, 32, 34, 35 are provided with porous ceramic layers 39, 40, 41, 42 made of alumina or the like in a laminated state. Therefore, these porous ceramic layers 3
The gas to be measured is brought into contact with each of the electrodes 31, 32, 34, 35 through 9, 40, 41, 42.
一方、前記加熱部Ｈは、ヒータエレメント43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44（44
a,44b）によって覆われた状態において設けられてい
る。この多孔質層44（44a,44b）の囲りには、更にジル
コニア等の個体電解質から成る気密層45が設けられてい
る。これによって、ヒータエレメント43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43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
って構成されている。On the other hand, the heating unit H is arranged around the heater element 43,
Porous layer 44 (44
It is provided in the state covered by a, 44b). An airtight layer 45 made of a solid electrolyte such as zirconia is further provided around the porous layer 44 (44a, 44b). As a result, the heater element 43 can be shielded or isolated from the external measured gas. The heater element 43 is configured by a method such as printing and arranging a paste containing alumina powder and platinum powder as main components, or arranging a cermet-shaped film.
以上のような酸素ポンプ部Ｐ、酸素濃淡電池部Ｂ、加熱
部Ｈおよびスペース部材37（37a,37b）が図示されるよ
うに積層され、一体的な板状の長手形状の積層構造体に
して、これらを焼結させ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31,32,電池電極
34,35およびヒータエレメント43の印刷された電気接触
端子であって、前記端子金物24,24の接触部28,28間に酸
素センサＳが挿入されることにより、この接触部28に当
接されて電気的に接続されるようになっている。The oxygen pump portion P, the oxygen concentration battery portion B, the heating portion H, and the space member 37 (37a, 37b) as described above are laminated as shown to form an integral plate-shaped longitudinal laminated structure. By sintering these, they are formed into an integral structure. In addition, M is a pump electrode 31, 32, a battery electrode
The printed electrical contact terminals of the heater elements 43 and 34, 35 are abutted on the contact portion 28 by inserting the oxygen sensor S between the contact portions 28, 28 of the terminal metal pieces 24, 24. It is designed to be electrically connected.
ところで、酸素濃度を検出するに際しては、ヒータ電流
が加熱部Ｈのヒータエレメント43に通電されて、酸素ポ
ンプ部Ｐおよび酸素濃淡電池部Ｂが所定温度以上になっ
た時点で検出が始まる。なお、前記酸素センサＳが通電
開始から所定温度以上になるまでには、２分程度要す
る。また、電力消費量は、約6Wである。By the way, when the oxygen concentration is detected, the heater current is applied to the heater element 43 of the heating section H to start the detection when the oxygen pump section P and the oxygen concentration battery section B reach a predetermined temperature or higher. It takes about 2 minutes from the start of energization of the oxygen sensor S to a predetermined temperature or higher. The power consumption is about 6W.
次に、第５図のブロック回路図を説明する。Next, the block circuit diagram of FIG. 5 will be described.
酸素濃淡電池部Ｂによって、拡散室36内にガス導入孔38
を通じて拡散により侵入した被測定ガスと、外部の被測
定ガスとの比較から、両電池電極34,35間に、両者の酸
素分圧比に応じた発生起電力Ｅが生じる。この発生起電
力Ｅは、設定電圧部50の基準電圧Vfと比較される。これ
ら両者の比較による偏差（Ｅ−Vf）が、酸素ポンプ部Ｐ
のポンプ電流Ipの電流量を制御するPI制御部51に供給さ
れる。このPI制御部51は、比例および積分制御を行なっ
て、前記偏差（Ｅ−Vf）が速やかになくなるように所定
の電圧信号を出力するものである。このPI制御部51から
の電圧信号は、電圧−電流変換部52に供給されて、所定
のポンプ電流Ipの電流量に変換される。The oxygen concentration battery section B allows the gas introduction hole 38 to be formed in the diffusion chamber 36.
From the comparison between the measured gas that has entered by diffusion through and the external measured gas, a generated electromotive force E corresponding to the oxygen partial pressure ratio between the two battery electrodes 34 and 35 is generated. The generated electromotive force E is compared with the reference voltage V f of the set voltage unit 50. The deviation ( EVf ) obtained by comparing these two is the oxygen pump P
Of the pump current I p is supplied to the PI control unit 51. The PI control unit 51 performs proportional and integral control and outputs a predetermined voltage signal so that the deviation ( EVf ) can be quickly eliminated. The voltage signal from the PI control unit 51 is supplied to the voltage-current conversion unit 52 and converted into a current amount of a predetermined pump current I p .
前記設定電圧部50の基準電圧Vfは、次のようにして設定
される。The reference voltage V f of the set voltage unit 50 is set as follows.
前記拡散室36内の被測定ガスの酸素濃度が、空気比ｍ≒
１の0.002ppmの所定濃度であるとする。そして、ネルン
ストの式 R:気体定数 T:絶対温度 F:ファラデー定数 P02:酸素センサＳの外部の被測定ガスの酸素濃度 P02′：拡散室36内の被測定ガスの酸素濃度 から、拡散室36内の被測定ガスの酸素濃度P02′を所定
濃度の0.002ppmとして、酸素濃淡電池の起電力Ecとポン
プ電流Ipの電流量との相対関係を計算する。この相対関
係を図表にすると、第６図に示されるようになる。な
お、ポンプ電流Ipの電流量は、酸素センサＳの外部の被
測定ガスの酸素濃度P02と拡散室36内の被測定ガスの酸
素濃度P02′（＝0.002ppm）との差等から求まる。The oxygen concentration of the gas to be measured in the diffusion chamber 36 has an air ratio m≈
It is assumed that the predetermined concentration is 0.002 ppm of 1. And the Nernst formula R: Gas constant T: Absolute temperature F: Faraday constant P 02 : Oxygen concentration of measured gas outside oxygen sensor S P 02 ′: Oxygen concentration of measured gas in diffusion chamber 36 The relative relationship between the electromotive force E c of the oxygen concentration battery and the current amount of the pump current I p is calculated with the oxygen concentration P 02 ′ of the measurement gas set to a predetermined concentration of 0.002 ppm. A graphical representation of this relative relationship is as shown in FIG. The current amount of the pump current I p is determined from the difference between the oxygen concentration P 02 of the measured gas outside the oxygen sensor S and the oxygen concentration P 02 ′ (= 0.002 ppm) of the measured gas in the diffusion chamber 36. I want it.
前記相対関係によって、電圧−電流変換部52から出力さ
れるポンプ電流Ipの電流量の変化に応じて、実際にはPI
制御部51から出力される電圧信号に応じて、このポンプ
電流量に対応される起電力Ecが基準電圧Vfの電圧値とな
るように設定される。なお、ポンプ電流量が零である酸
素分析の開始時点においては、系が動作するように、前
記相対関係にかかわらず前記基準電圧Vfが零以外の、例
えば＋5mVの電圧値を採るように設定される。Due to the relative relationship, according to the change in the current amount of the pump current I p output from the voltage-current conversion unit 52, the actual PI
In accordance with the voltage signal output from the control unit 51, the electromotive force E c corresponding to this pump current amount is set to be the voltage value of the reference voltage V f . At the start of oxygen analysis when the pump current amount is zero, the reference voltage V f is set to a voltage value other than zero, such as +5 mV, regardless of the relative relationship, so that the system operates. To be done.
以上から、拡散室36内の被測定ガスの酸素濃度は、偏差
（Ｅ−Vf）に応じてPI制御部51がポンプ電流Ipの電流量
を制御して、拡散室36内の酸素の外部への汲み出し量を
制御することにより0.002ppmに保持される。なお、この
保持されている状態は、拡散室36内への被測定ガスの導
入拡散量と、拡散室36内の酸素の外部への汲み出し量と
が等しい平衡状態である。したがって、汲み出し量、言
い換えればポンプ電流Ipの電流量は被測定ガスの酸素濃
度に比例するために、ポンプ電流量によって酸素濃度が
検出される。From the above, as for the oxygen concentration of the measured gas in the diffusion chamber 36, the PI control unit 51 controls the amount of the pump current I p according to the deviation (E−V f ), and It is kept at 0.002ppm by controlling the pumping amount to the outside. This held state is an equilibrium state in which the amount of introduced and diffused gas to be measured into the diffusion chamber 36 and the amount of oxygen pumped out of the diffusion chamber 36 to the outside are equal. Therefore, the pumping amount, in other words, the amount of the pump current I p is proportional to the oxygen concentration of the gas to be measured, so that the oxygen concentration is detected by the pump current amount.
ところで、ポンプ電流Ipの電流量を制御するPI制御部51
からの電圧信号は、出力変換部53にも供給されて、ポン
プ電流量に相関する被測定ガスの酸素濃度を検出する分
析信号として、出力変換部53から出力される。By the way, the PI controller 51 for controlling the amount of the pump current I p
The voltage signal from is also supplied to the output conversion unit 53, and is output from the output conversion unit 53 as an analysis signal for detecting the oxygen concentration of the measured gas that correlates with the pump current amount.
前記酸素濃淡電池の起電力Ecとポンプ電流Ipの電流量と
の相対関係によって、設定電圧部50においてポンプ電流
Ipの電流量に対応する起電力Ecを得る方法には、 （１）ネルンストの式にもとづいてディジタル的に計算
する手段、 （２）メモリに対応する数値を記憶させておいて読み出
す手段 （３）アナログ的に抵抗とダイオードとを組み合わせた
縮小、折線、近似回路等の手段 等がある。By the relative relationship between the electromotive force E c of the oxygen concentration battery and the current amount of the pump current I p , the pump current in the set voltage unit 50
The method of obtaining the electromotive force E c corresponding to the current amount of I p includes (1) means for digitally calculating based on the Nernst equation, and (2) means for storing and reading the numerical value corresponding to the memory. (3) There are means such as reduction, broken line, approximation circuit, etc. that combine resistors and diodes in an analog manner.
なお、前記実施例では、起電力Ecとポンプ電流Ipの電流
値の相対関係は、一定の酸素濃度（0.002ppm）のもとで
得るようにしたが、区間毎に異なる酸素濃度を設定して
得ることも可能である。しかし、この場合には、この異
なる設定の酸素濃度のもとに、出力変換部53からの出力
信号によって被測定ガスの酸素濃度が検出されなければ
ならない。In the embodiment, the relative relationship between the electromotive force E c and the current value of the pump current I p is obtained under a constant oxygen concentration (0.002 ppm), but different oxygen concentrations are set for each section. It is also possible to obtain it. However, in this case, the oxygen concentration of the gas to be measured must be detected by the output signal from the output conversion unit 53 based on the oxygen concentrations of the different settings.
また、前記相対関係はネルンストの式から算出したが、
直接的に実験等によって求めることもできる。The relative relationship was calculated from the Nernst equation,
It can also be obtained directly by experiments or the like.
なお、本明細書に用いられている“起電力”という言葉
は、起電力相当値をも含んで意味している。Note that the term "electromotive force" used in the present specification includes an electromotive force equivalent value.
（発明の効果） 拡散室内の所定酸素濃度での酸素濃淡電池の起電力とポ
ンプ電流量とのあらかじめ設定された相対関係にもとづ
いて、基準電圧を変化させることにより、基準空気を必
要とすることなくして被測定ガスの酸素濃度を検出する
ことができる。したがって、装置の設計において大気に
連通する空気通路を考慮する必要がなくなり、設計の自
由度が確保される。(Effect of the invention) The reference air is required by changing the reference voltage based on the preset relative relationship between the electromotive force of the oxygen concentration battery and the pump current amount at a predetermined oxygen concentration in the diffusion chamber. Without it, the oxygen concentration of the gas to be measured can be detected. Therefore, it is not necessary to consider the air passage communicating with the atmosphere in the design of the device, and the degree of freedom in design is secured.
また、大気の連通する空気通路が必要でないために、装
置の簡素化およびコストダウンが図れるとともに、特に
感知手段のコンパクト化が可能になる。Further, since an air passage communicating with the atmosphere is not required, the apparatus can be simplified and the cost can be reduced, and in particular, the sensing means can be made compact.
更に、このようにして被測定ガスの酸素濃度が検出され
ることから、酸素ポンプの経時変化による界面抵抗によ
る電圧降下を補償することにより、感知手段の寿命を延
ばすことができる。Further, since the oxygen concentration of the gas to be measured is detected in this manner, the life of the sensing means can be extended by compensating for the voltage drop due to the interface resistance due to the change with time of the oxygen pump.
第１図乃至第６図は、本発明による工業用酸素分析計の
制御方法の具体的一実施例を説明するための図面であっ
て、 第１図は全体図、 第２図は第１図の一部拡大図、 第３図（Ａ），（Ｂ）各々は酸素センサの分解斜視図お
よび全体斜視図、 第４図は第３図（Ａ），（Ｂ）におけるIV−IV横断面
図、 第５図はブロック図、 第６図は拡散室内の被測定ガスの所定濃度における酸素
濃淡電池の起電力Ecとポンプ電流Ipの電流量との相対関
係を示す図である。 また、第７図は、従来の技術を説明するための図であ
る。 36……拡散室、50……設定電圧部 51……PI制御部、Ｂ……酸素濃淡電池部 Ｐ……酸素ポンプ部、Ｓ……酸素センサ1 to 6 are drawings for explaining a specific embodiment of a method for controlling an industrial oxygen analyzer according to the present invention, wherein FIG. 1 is an overall view and FIG. 2 is FIG. FIG. 3 (A) and FIG. 3 (B) are respectively an exploded perspective view and an overall perspective view of the oxygen sensor, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIGS. 3 (A) and 3 (B). FIG. 5 is a block diagram, and FIG. 6 is a diagram showing a relative relationship between the electromotive force E c of the oxygen concentration battery and the amount of pump current I p at a predetermined concentration of the gas to be measured in the diffusion chamber. Further, FIG. 7 is a diagram for explaining a conventional technique. 36 …… Diffusion chamber, 50 …… Set voltage section 51 …… PI control section, B …… Oxygen concentration battery section P …… Oxygen pump section, S …… Oxygen sensor
Claims (2)
散室を基にして配される酸素濃淡電池、更には酸素ポン
プとを有する感知手段；前記酸素濃淡電池の起電力と比
較される基準電圧を設定する設定電圧手段；およびこれ
ら起電力と基準電圧との比較による偏差によって、前記
酸素ポンプのポンプ電流量を制御する制御手段；を具え
て、前記ポンプ電流量に相関する前記被測定ガスの酸素
濃度を検出する工業用酸素分析計の制御方法において、 前記拡散室内の所定酸素濃度での前記酸素濃淡電池の起
電力と前記ポンプ電流量とのあらかじめ設定された相対
関係にもとづいて、前記基準電圧が、前記ポンプ電流量
に対応する前記酸素濃淡電池の起電力とほぼ等しくなる
よう制御することを特徴とする工業用酸素分析計の制御
方法。1. A sensing means comprising a diffusion chamber in which a gas to be measured is diffused, an oxygen concentration battery arranged on the basis of this diffusion chamber, and further an oxygen pump; compared with an electromotive force of the oxygen concentration battery. And a control means for controlling the pump current amount of the oxygen pump by a deviation due to the comparison between the electromotive force and the reference voltage. In a control method of an industrial oxygen analyzer for detecting the oxygen concentration of a measurement gas, based on a preset relative relationship between the electromotive force of the oxygen concentration battery and the pump current amount at a predetermined oxygen concentration in the diffusion chamber. A method for controlling an industrial oxygen analyzer, wherein the reference voltage is controlled to be substantially equal to an electromotive force of the oxygen concentration battery corresponding to the pump current amount.
拡散室内の所定酸素濃度での酸素濃淡電池の起電力とポ
ンプ電流量との相対関係にかかわらず前記基準電圧が零
以外の所定電圧値を採ることを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の工業用酸素分析計の制御方法。2. When the pump current amount is zero, the reference voltage is a predetermined value other than zero regardless of the relative relationship between the electromotive force of the oxygen concentration battery and the pump current amount at a predetermined oxygen concentration in the diffusion chamber. The method for controlling an industrial oxygen analyzer according to claim 1, wherein a voltage value is used.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61244038A JPH0789110B2 (en) | 1986-10-16 | 1986-10-16 | Control method of industrial oxygen analyzer |
| US07/107,397 US4857164A (en) | 1986-10-16 | 1987-10-13 | Oxygen analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61244038A JPH0789110B2 (en) | 1986-10-16 | 1986-10-16 | Control method of industrial oxygen analyzer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6398556A JPS6398556A (en) | 1988-04-30 |
| JPH0789110B2 true JPH0789110B2 (en) | 1995-09-27 |
Family
ID=17112786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61244038A Expired - Fee Related JPH0789110B2 (en) | 1986-10-16 | 1986-10-16 | Control method of industrial oxygen analyzer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0789110B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6464037B2 (en) * | 2015-06-08 | 2019-02-06 | 日本特殊陶業株式会社 | Sensor control device and gas detection system |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58153155A (en) * | 1982-03-09 | 1983-09-12 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Oxygen sensor |
| JPS59208452A (en) * | 1983-05-11 | 1984-11-26 | Mitsubishi Electric Corp | Air-fuel ratio sensor for engine |
-
1986
- 1986-10-16 JP JP61244038A patent/JPH0789110B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6398556A (en) | 1988-04-30 |
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