JP7432429B2 - solid electrolyte sensor - Google Patents
solid electrolyte sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP7432429B2 JP7432429B2 JP2020071410A JP2020071410A JP7432429B2 JP 7432429 B2 JP7432429 B2 JP 7432429B2 JP 2020071410 A JP2020071410 A JP 2020071410A JP 2020071410 A JP2020071410 A JP 2020071410A JP 7432429 B2 JP7432429 B2 JP 7432429B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- space
- gas
- flange portion
- opening
- holder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 title claims description 41
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 15
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 117
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 8
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 8
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 6
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 5
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Description
本発明は、固体電解質をセンサ素子としてガス濃度を検出する固体電解質センサに関するものである。 The present invention relates to a solid electrolyte sensor that detects gas concentration using a solid electrolyte as a sensor element.
固体電解質(イオン電導性セラミックス)をセンサ素子として、水素ガス、酸素ガス、炭酸ガス、水蒸気などのガス濃度を検出する固体電解質センサが種々提案されており、本出願人も過去に複数の提案を行っている。固体電解質センサは、同一イオンの濃度差により電位差が生じる濃淡電池の原理を使用したものであり、固体電解質を挟んだ二つの空間で検出対象のガスの濃度が異なる場合に、固体電解質に生じる起電力を測定する。二つの空間のうち、第一の空間において検出対象ガスの濃度が既知であれば、ネルンストの式により、測定された起電力とセンサ素子の温度から、第二の空間におけるガス濃度を知ることができる。或いは、第一の空間のガス濃度を一定とした状態で、第二の空間におけるガス濃度を変化させて起電力を測定し、予めガス濃度と起電力との相関関係を調べておくことにより、ガス濃度が未知の場合の起電力の測定値から、第二の空間のガス濃度を知ることができる。 Various solid electrolyte sensors have been proposed that use solid electrolytes (ion-conductive ceramics) as sensor elements to detect gas concentrations such as hydrogen gas, oxygen gas, carbon dioxide gas, and water vapor, and the applicant has also made several proposals in the past. Is going. The solid electrolyte sensor uses the principle of a concentration cell, in which a potential difference occurs due to the difference in the concentration of the same ion. Measure power. If the concentration of the gas to be detected in the first of the two spaces is known, the gas concentration in the second space can be determined from the measured electromotive force and the temperature of the sensor element using Nernst's equation. can. Alternatively, by measuring the electromotive force by changing the gas concentration in the second space while keeping the gas concentration in the first space constant, and investigating the correlation between the gas concentration and the electromotive force in advance, The gas concentration in the second space can be known from the measured value of the electromotive force when the gas concentration is unknown.
従来の固体電解質センサでは、二つの空間のうち、検出対象ガスの濃度が既知である基準ガスが導入される空間(以下、「基準ガス空間」)に、樹脂系の可撓性チューブを介して基準ガスを導くと共に、同じく樹脂系の可撓性チューブを介して基準ガス空間から基準ガスを系外に排出していた。樹脂系の可撓性チューブは、ガスラインを任意に設定できる利点がある。 In conventional solid electrolyte sensors, a reference gas with a known concentration of the target gas to be detected is introduced into the space (hereinafter referred to as the "reference gas space") out of two spaces through a resin-based flexible tube. In addition to guiding the reference gas, the reference gas was also discharged from the reference gas space to the outside of the system via a resin-based flexible tube. A resin-based flexible tube has the advantage that the gas line can be set arbitrarily.
ところが、固体電解質センサの使用現場によっては、測定の開始に先立ち、ガスラインに加圧ガスを導入することにより、ガス漏れ箇所の有無をチェックすることがある。樹脂系の可撓性チューブは耐圧性が低いため、このようなガス漏れチェックによって破断してしまうおそれがあった。また、樹脂系の可撓性チューブはガスバリア性が高くないため、チューブの壁面を介してごく僅かにガスがリークしている可能性を否定することができなかった。 However, depending on the site where the solid electrolyte sensor is used, the presence or absence of a gas leak may be checked by introducing pressurized gas into the gas line before starting measurement. Since resin-based flexible tubes have low pressure resistance, there is a risk that they will break during such gas leakage checks. Furthermore, since the resin-based flexible tube does not have high gas barrier properties, it was not possible to deny the possibility that a very small amount of gas was leaking through the tube wall.
そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、固体電解質のセンサ素子がホルダに固定されることによって区画されている二つの空間のうちの一方の空間に、ガス漏れなくガスを導入することができ、且つ、ガス漏れなくガスを排出することができる固体電解質センサの提供を、課題とするものである。 Therefore, in view of the above-mentioned circumstances, the present invention makes it possible to introduce gas into one of two spaces partitioned by a solid electrolyte sensor element fixed to a holder without gas leakage. It is an object of the present invention to provide a solid electrolyte sensor that can discharge gas without gas leakage.
上記の課題を解決するため、本発明にかかる固体電解質センサは、
「固体電解質のセンサ素子がホルダに固定されることにより第一空間と第二空間とが区画されている固体電解質センサであって、
内部空間が前記第一空間と連通しているヘッド部と、
一端側が前記第一空間に挿入されていると共に、他端側で前記ヘッド部を貫通している金属製またはセラミックス製のガス導入管と、を具備していると共に、
前記ヘッド部は、前記ホルダが接続されている第一開口部、前記ガス導入管と一体化された継手が接続されている第二開口部、及び、前記ヘッド部の外部空間に内部空間を連通させるガス排出管を有しており、
前記第一開口部の開口縁から外方に張り出しているフランジ部は、前記ホルダが有するフランジ部にOリングを介して当接していると共に、前記第二開口部の開口縁から外方に張り出しているフランジ部は、前記継手が有するフランジ部にOリングを介して当接している」ものである。
In order to solve the above problems, the solid electrolyte sensor according to the present invention includes:
"A solid electrolyte sensor in which a first space and a second space are partitioned by fixing a solid electrolyte sensor element to a holder,
a head portion whose internal space communicates with the first space;
A gas introduction pipe made of metal or ceramics, one end of which is inserted into the first space, and the other end of which passes through the head portion;
The head portion communicates an internal space with a first opening to which the holder is connected, a second opening to which a joint integrated with the gas introduction pipe is connected, and an external space of the head portion. It has a gas exhaust pipe that allows
The flange portion extending outward from the opening edge of the first opening is in contact with the flange portion of the holder via an O-ring, and the flange portion extends outward from the opening edge of the second opening. The flange portion is in contact with the flange portion of the joint via an O-ring.
或いは、本発明にかかる固体電解質センサは、上記構成に替えて、
「固体電解質のセンサ素子がホルダに固定されることにより第一空間と第二空間とが区画されている固体電解質センサであって、
内部空間が前記第一空間と連通しているヘッド部と、
一端側が前記第一空間に挿入されていると共に、他端側で前記ヘッド部を貫通している金属製またはセラミックス製のガス導入管と、を具備していると共に、
前記ヘッド部は、前記ホルダと一体であると共に、前記ガス導入管と一体化された継手が接続されている第二開口部、及び、前記ヘッド部の外部空間に内部空間を連通させるガス排出管を有しており、
前記第二開口部の開口縁から外方に張り出しているフランジ部は、前記継手が有するフランジ部にOリングを介して当接している」ものとすることができる。
Alternatively, the solid electrolyte sensor according to the present invention has the above configuration,
"A solid electrolyte sensor in which a first space and a second space are partitioned by fixing a solid electrolyte sensor element to a holder,
a head portion whose internal space communicates with the first space;
A gas introduction pipe made of metal or ceramics, one end of which is inserted into the first space, and the other end of which passes through the head portion;
The head part is integrated with the holder, and has a second opening to which a joint integrated with the gas introduction pipe is connected, and a gas exhaust pipe that communicates the internal space with the external space of the head part. It has
The flange portion projecting outward from the opening edge of the second opening may be in contact with the flange portion of the joint via an O-ring.
更に、本発明にかかる固体電解質センサは、上記構成において、
「前記ヘッド部は、端子台が接続されている第三開口部を有しており、
前記第三開口部の開口縁から外方に張り出しているフランジ部は、前記端子台が有するフランジ部にOリングを介して当接している」ものとすることができる。
Furthermore, the solid electrolyte sensor according to the present invention has the above configuration,
“The head portion has a third opening to which a terminal block is connected,
The flange portion projecting outward from the opening edge of the third opening may be in contact with the flange portion of the terminal block via an O-ring.
本発明の固体電解質センサは、ヘッド部を備えている。ヘッド部の内部空間は、区画された二つの空間のうちの一方の第一空間に連通させている。ヘッド部は、ホルダを接続の相手部材とする第一開口部、ガス導入管と一体化された継手を接続の相手部材とする第二開口部、及び、端子台を接続の相手部材とする第三開口部のうち、少なくとも第二開口部を有している。第一開口部を備えることなくヘッド部はホルダと一体であってもよく、第三開口部を備えることなく端子台はヘッド部に固着されていてもよい。 The solid electrolyte sensor of the present invention includes a head portion. The internal space of the head portion communicates with a first space, one of the two partitioned spaces. The head part has a first opening with a holder as a connection partner, a second opening with a joint integrated with the gas introduction pipe as a connection partner, and a second opening with a terminal block as a connection partner. It has at least the second opening among the three openings. The head portion may be integral with the holder without having the first opening, and the terminal block may be fixed to the head portion without having the third opening.
第二開口部は、その開口縁から外方に張り出しているフランジ部を有しており、接続の相手部材である継手もフランジ部を有している。また、第一開口部、或いは第三開口部を備える場合、それらも開口縁から外方に張り出しているフランジ部を有しており、それぞれの接続の相手部材であるホルダ、及び、端子台も、それぞれフランジ部を有している。そして、ヘッド部において各開口部に対する相手部材の接続の態様は、何れもフランジ部とフランジ部とを、間にOリングを介在させた状態で当接させている態様である。 The second opening has a flange portion projecting outward from the edge of the opening, and the joint, which is a mating member for connection, also has a flange portion. In addition, when the first opening or the third opening is provided, they also have a flange portion protruding outward from the opening edge, and the holder and terminal block that are the mating members for each connection are also , each having a flange portion. The manner in which the mating members are connected to each opening in the head portion is such that the flange portions are brought into contact with each other with an O-ring interposed therebetween.
このような構成では、ヘッド部やそのフランジ部、及び、接続の相手部材のフランジ部を、金属などガス透過性のない材料で形成すれば、ガス透過性に影響する部材はOリングのみである。従って、フッ素系ゴムなどガスバリア性の高い材料で形成されたOリングを使用することにより、ヘッド部を、ガス排出管とガス導入管のみで外部空間とつながった気密構造とすることができる。ガスの導入や排出を行うためのガスラインを、可撓性のチューブを用いて形成していた従来では、ガスラインの全長にわたりガスバリア性を高めることは不可能であった。これに対し、Oリングはガスバリア性の高い材料製のものを選択することが可能であるため、ガス漏れなく第一空間にガスを導入することができると共に、ガス漏れなくガスを排出することができる。 In such a configuration, if the head part, its flange part, and the flange part of the mating member to be connected are made of a material that is not gas permeable, such as metal, the only member that affects gas permeability is the O-ring. . Therefore, by using an O-ring made of a material with high gas barrier properties such as fluorocarbon rubber, the head part can be made into an airtight structure that is connected to the external space only through the gas exhaust pipe and the gas introduction pipe. Conventionally, gas lines for introducing and discharging gas were formed using flexible tubes, but it was impossible to improve the gas barrier properties over the entire length of the gas lines. On the other hand, since it is possible to select an O-ring made of a material with high gas barrier properties, gas can be introduced into the first space without gas leakage, and gas can also be discharged without gas leakage. can.
加えて、使用に伴いOリングだけを交換すれば足りるため、可撓性のチューブを全長にわたり取り換えてガスラインを設定しなおす場合に比べて、メンテナンスも極めて容易である。 In addition, since it is sufficient to replace only the O-ring with use, maintenance is extremely easy compared to replacing the entire length of the flexible tube and resetting the gas line.
そして、ヘッド部が気密構造であることにより、ガス導入管から導入されたガスは、第一空間を満たした後、ヘッド部の内部空間に充満し、新たなガスが導入される分だけガス排出管から自然に排出されて行く。つまり、本構成は、従来とは異なり、可撓性のチューブを全く使用することなく、且つ、ガス排出のためには管状のラインを使用することなく、ガスの流通経路が形成されている構成である。なお、ガス導入のためには管状の構成(ガス導入管)を使用するが、金属製またはセラミックス製であるため耐圧性が高く、ガス漏れチェックのために加圧されたガスが導入されても、破断や破裂のおそれがない。 Since the head part has an airtight structure, the gas introduced from the gas introduction pipe fills the first space and then fills the internal space of the head part, and the gas is discharged by the amount of new gas introduced. It is naturally drained from the tube. In other words, this configuration differs from the conventional one in that a gas flow path is formed without using any flexible tubes and without using tubular lines for gas discharge. It is. Note that a tubular structure (gas introduction pipe) is used to introduce gas, but since it is made of metal or ceramics, it has high pressure resistance, so it can be used even when pressurized gas is introduced to check for gas leaks. , there is no risk of breakage or rupture.
本発明にかかる固体電解質センサは、上記構成に加え、
「前記ガス導入管において前記ヘッド部の外部空間に位置する部分、及び、前記ガス排出管に、前記ヘッド部の内部空間が負圧となったときにガスの流通を遮断する逆止弁が設けられている」ものとすることができる。
In addition to the above configuration, the solid electrolyte sensor according to the present invention has the following features:
"A check valve is provided in a portion of the gas introduction pipe located in the external space of the head part and in the gas discharge pipe, which shuts off the flow of gas when the internal space of the head part becomes negative pressure." It can be assumed that the
本構成の固体電解質センサは、ヘッド部の内部空間が負圧となったときに、ガス導入管及びガス排出管を介するガスの流通を遮断する逆止弁を備えている。これにより、第二空間が被測定雰囲気であって減圧されている場合に、万一、センサ素子に亀裂や割れが生じたとしても、ヘッド部の内部空間が負圧となることによりガスの流通が遮断されるため、被測定雰囲気である工業炉内に外気が浸入するおそれや、工業炉内のガスが系外に漏出するおそれを、効果的に低減することができる。 The solid electrolyte sensor with this configuration includes a check valve that shuts off the flow of gas through the gas introduction pipe and the gas discharge pipe when the internal space of the head section becomes negative pressure. As a result, even if a crack or crack occurs in the sensor element when the second space is the atmosphere to be measured and the pressure is reduced, the internal space of the head section will be under negative pressure, allowing the gas to flow. is blocked, it is possible to effectively reduce the risk of outside air entering the industrial furnace, which is the atmosphere to be measured, and the risk of gas inside the industrial furnace leaking out of the system.
以上のように、本発明によれば、固体電解質のセンサ素子がホルダに固定されることによって区画されている二つの空間のうちの一方の空間に、ガス漏れなくガスを導入することができ、且つ、ガス漏れなくガスを排出することができる固体電解質センサを、提供することができる。 As described above, according to the present invention, gas can be introduced into one of the two spaces partitioned by the solid electrolyte sensor element fixed to the holder without gas leakage, Moreover, it is possible to provide a solid electrolyte sensor that can discharge gas without gas leakage.
以下、本発明の具体的な実施形態である固体電解質センサ1について、図面を用いて説明する。固体電解質センサ1は、センサ素子10、ホルダ20、ガス導入管40、ヘッド部50、及び、端子台70を主な構成とする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A
ホルダ20は、ステンレス鋼などの金属製であり、円筒状の筒部21と、筒部21の一端を閉塞する底部22と、筒部21の他端から外方に張り出したフランジ部25とを備えている。筒部21における底部22の近傍と底部22には、複数の通気孔24が貫設されている。なお、通気孔24を設ける代わりに、底部のないホルダ(フランジ部25付きの筒部21からなるホルダ)とすることもできる。
The
センサ素子10は、有底筒状の素子本体11と、素子本体11の開口縁から外方に張り出したフランジ部15とが、固体電解質によって一体形成された形状である。素子本体11の外径はホルダ20の筒部21の内径より小さく、センサ素子10のフランジ部15の外径はホルダ20の筒部21の内径より大きい。そのため、ホルダ20の筒部21の内部空間に素子本体11を挿入した状態で、ホルダ20の筒部21におけるフランジ部25側の端面(以下、「開端面」と称する)に、センサ素子10のフランジ部15を当接させることができる。
The
センサ素子10のフランジ部15とホルダ20の開端面との間には、第一のOリング31を介在させている。第一のOリング31は、内径が素子本体11の外径より大きい。なお、ホルダ20の開端面には、第一のOリング31を嵌め込むことができる第一凹部25rが形成されている。
A first O-
本実施形態では、第一のOリング31と同一のサイズの第二のOリング32を使用し、第一のOリング31と第二のOリング32とでセンサ素子10のフランジ部15を挟み込んでいる。更に、第二のOリング32には、円盤状の圧接板35を当接させている。圧接板35の外径は、Oリング31,32の外径及びセンサ素子10のフランジ部15の外径より大きく、中央に素子本体11の内径と同程度の大きさの孔部35hが貫設されている。また、圧接板35において第二のOリング32と当接させる面には、第二のOリング32を嵌め込むことができ、深さが第二のOリングの厚さより小さい第二凹部35rが形成されている。更に、圧接板35には、小型のボルト37を通すための複数の小孔35pが貫設されている。一方、ホルダ20のフランジ25部には、複数の小孔35pに対応する位置関係で、ボルト37の雄ネジと螺合するネジ溝27が形成されている。
In this embodiment, a second O-
上記構成により、第二のOリング32に圧接板35を当接し、圧接板35の小孔35pに通したボルト37を、ホルダ20のフランジ部25のネジ溝27に留め付けることにより、第一のOリング31と第二のOリング32とで挟み込まれたセンサ素子10のフランジ部15が、圧接板35によってホルダ20の開端面に圧接される。これにより、有底筒状のセンサ素子10の内部空間である第一空間S1と、外部空間である第二空間S2とが区画される。センサ素子10のフランジ部15は第一のOリング31を介してホルダ20の開端面に密着しているため、第一空間S1と第二空間S2とが気密に区画されている。ここで、第一のOリング31として、ガスバリア性が高く耐熱性に優れるフッ素系ゴムのOリングを使用することにより、高温下で使用される固体電解質センサ1において、第一空間S1と第二空間S2とを極めて気密性高く区画することができる。
With the above configuration, the
センサ素子10のフランジ部15と圧接板35との間には、第二のOリング32が介在させてあるため、脆性材料であるセンサ素子10のフランジ部15に圧接板35から作用する応力の一部を、第二のOリング32に吸収させることができ、フランジ部15の割れや亀裂の発生を抑制しつつ、フランジ部15をホルダ20の開端面に十分に圧接することができる。
Since the second O-
なお、図示は省略しているが、センサ素子10において第一空間S1に接している表面に第一電極が設けられると共に、第二空間S2に接している表面に第二電極が設けられ、第一電極と第二電極との間に生じる起電力が測定される。
Although not shown, a first electrode is provided on the surface of the
第一空間S1と第二空間S2のうち、第一空間S1が検出対象のガスの濃度が既知である基準ガスが導入される空間であり、第二空間S2がガス濃度を測定する被測定雰囲気と通気孔24を介して連通させる空間である。そのため、固体電解質センサ1は、上記のようにセンサ素子10が固定されているホルダ20において、フランジ部25より底部22側の部分が、被測定雰囲気である工業炉の内部空間に挿入された状態で使用される。ホルダ20の筒部21には、工業炉の炉壁にホルダ20を固定するための部材を更に設けることができる。
Of the first space S1 and the second space S2, the first space S1 is a space into which a reference gas whose concentration of the gas to be detected is known is introduced, and the second space S2 is the atmosphere to be measured in which the gas concentration is measured. This is a space that is communicated with through the
本実施形態の固体電解質センサ1では、センサ素子10がフランジ部15を備えており、素子本体11をホルダ20の内部空間に位置させた状態でフランジ部15をホルダ20の開端面に当接させている。そのため、仮に、被測定空間である第二空間S2が減圧されており、素子本体11に対して第二空間S2に引き込むような力が作用しても、センサ素子10がホルダ20に対してずれることがなく、センサ素子10がホルダ20に強固かつ安定的に支持された状態が継続する。
In the
第一空間S1には、基準ガスを導入するためのガス導入管40が挿入される。ガス導入管40は、ステンレス鋼などの金属製の円筒であり、ホルダ20の筒部21の内部空間に挿入できる径の小径部41と、系外から固体電解質センサ1まで基準ガスを供給する一般的な配管と径を対応させた大径部42と、小径部41と大径部42とを接続している継手43とを有している。
A
継手43は食い込み型継手であり、詳細な図示は省略しているが、二つの雄ネジ部が相反する方向に突出しており、それぞれの雄ネジ部を軸方向に貫通している孔部が連通している継手本体と、それぞれの雄ネジ部と螺合する雌ネジ部と、それぞれの雄ネジ部に雌ネジ部を締め込むことにより雄ネジ部の孔部に押し込まれる環状部とを有している。継手43では二つの雄ネジ部の孔部の径は異なっており、一方の径は小径部41の外径より僅かに大きく、他方の径は大径部42の外径より僅かに大きい。そして、一方の雄ネジ部の孔部に小径部41を挿入する一方で他方の雄ネジ部の孔部に大径部42を挿入した状態で、それぞれの雄ネジ部に雌ネジ部を締め込むことにより、それぞれの環状部が縮径するように塑性変形して孔部に押し込まれ、小径部41及び大径部42の外周面にそれぞれ食い込む。これにより、小径部41と大径部42とが、継手43を介して気密に接続される。
The joint 43 is a biting type joint, and although detailed illustration is omitted, two male threaded parts protrude in opposite directions, and a hole passing through each male threaded part in the axial direction communicates with each other. It has a joint main body, a female threaded part that screws into each male threaded part, and an annular part that is pushed into the hole of the male threaded part by tightening the female threaded part to each male threaded part. ing. In the joint 43, the diameters of the holes in the two male threaded portions are different; one diameter is slightly larger than the outer diameter of the
なお、ガス導入管40は、小径部41及び大径部42の少なくとも一方を、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス製の管とすることができる。この場合、継手43の環状部はセラミックス製の管の外周面に食い込むことはないが、塑性変形により外周面に沿って広がり外周面に密着する。
In addition, in the
小径部41の途中には、小径部41の外径より大径のストッパ46が固着されている。そして、ストッパ46より継手43側で、小径部41に圧縮コイルバネ47が挿通されている。圧縮コイルバネ47の径はストッパ46より小径である。更に、圧縮コイルバネ47より継手43側で、固定板45が小径部41に挿通されている。固定板45は圧接板35より大径の円盤状で、中央に孔部45hが貫設されており、この孔部45hに小径部41を挿通させている。この孔部45hは圧縮コイルバネ47より小径である。つまり、小径部41において、ストッパ46より大径部42に接続される端部側に、圧縮コイルバネ47と固定板45の孔部45hを通した状態で、小径部41は継手43によって大径部42に接続されている。
A
固定板45には、複数の小孔45pが貫設されている。一方、ホルダ20のフランジ部25には、複数の小孔45pと対応させた位置関係で、複数の雄ネジ軸28が配置されている。雄ネジ軸28の外径は小孔45pの径より小さく、雄ネジ軸28はフランジ部25に対して直角に、すなわち、ホルダ20の筒部21の軸方向と平行に延びている。このような構成により、固定板45の小孔45pにそれぞれ雄ネジ軸28を通し、ナット48で留め付けることにより、ガス導入管40がホルダ20に固定される。この際、固定板45とストッパ46との間で、圧縮コイルバネ47が少し圧縮されている状態とする。これにより、圧縮コイルバネ47からガス導入管40に対して、ホルダ20の底部22に向かって付勢する力が作用するため、小径部41の開端を、ホルダ20に挿入されている有底筒状の素子本体11の底部に押し付けるように、当接させることができる。
A plurality of
ヘッド部50は、ステンレス鋼などの金属製であり、ホルダ20の筒部21よりかなり大径の筒状部50aと、筒状部50aの側面に接続された二つの枝管とが一体化された構成である。二つの枝管のうち一方は、端子台70が接続される端子台接続管50bである。二つの枝管のうち他方は、小径のガス排出管50cである。ガス導入管40においてホルダ20のフランジ部25から露出している部分は、ヘッド部50の筒状部50aの一方の開口である第一開口部51hから挿入され、筒状部50aの内部空間を貫通した上で、筒状部50aの他方の開口である第二開口部52hからヘッド部50の外部空間に引き出されている。
The
第一開口部51h及び第二開口部52hの開口縁からは、それぞれフランジ部51,52が外方へ張り出している。また、端子接続管50bの開口である第三開口部53hの開口縁からも、同じくフランジ部53が外方に張り出している。
ヘッド部50のフランジ部51は、Oリング81rを介してホルダ20のフランジ部25に当接させている。具体的には、金属製のインナーリング81iの外周にOリング81rが装着された継手81が使用されている。ホルダ20のフランジ部25には、インナーリング81iが嵌め込まれる円形溝26が形成されている。一方、第一開口部51hの径は、インナーリング81iの外径より大きくOリング81rの外径より小さい。従って、インナーリング81iを円形溝26に嵌め込むことによって継手81をホルダ20のフランジ部25に支持させた状態で、フランジ部25にヘッド部50のフランジ部51を重ね合わせることにより、Oリング81rを介してフランジ部25とフランジ部51とが密着する。そして、重ね合わされた状態のフランジ部25,51をクランプ(図示を省略)で挟持すれば、ホルダ20とヘッド部50とが気密に接続される。
The
ヘッド部50のフランジ部52には、ガス導入管40と一体化させている継手60が、Oリング82rを介して取り付けられている。具体的には、継手60はステンレス鋼などの金属製であり、ガス導入管40の大径部42が挿通される筒状であって一端に雄ネジが形成されている筒部61と、筒部61の他端から外方に張り出しているフランジ部65と、筒部61の雄ネジと螺合する雌ネジを有すると共に大径部42が挿通される大きさの孔部62hが貫設されているナット部62と、を備えている。
A joint 60 that is integrated with the
ガス導入管40は、その大径部42を継手60の筒部61及びナット部62に挿通した上で、筒部61の雄ネジにナット部62の雌ネジを締め付けることにより、継手60と一体化されている。その際、筒部61の両端において、大径部42の外周面との間にそれぞれOリング67,68を嵌め込むことにより、ガス導入管40と継手60とが気密に一体化されている。
The
一方、ヘッド部50の第二開口部52hの開口縁には、フランジ部52の面より突出するように管状部52iが形成されており、この管状部52iの外周にOリング82rが装着されている。継手60のフランジ部65は、筒部61が延びている方とは反対側の面において、外周に沿って平らな管状平坦部65fを有しており、管状平坦部65fより内側は凹んでいる。管状平坦部65fの内径は管状部52iの外径より大きく、Oリング82rの外径より小さい。
On the other hand, a
このような構成により、管状部52iにOリング82rが装着された状態で、ガス導入管40と一体化されている継手60のフランジ部65をヘッド部50のフランジ部52に重ね合わせると、フランジ部65の管状平坦部65fとフランジ部52とがOリング82rを介して密着する。そして、重ね合わされた状態のフランジ部65,52をクランプ(図示を省略)で挟持すれば、ガス導入管40と一体化された継手60とヘッド部50とが気密に接続される。
With this configuration, when the
ヘッド部50のフランジ部53には、Oリング83rを介して端子台70が取り付けられている。具体的には、金属製のインナーリング83iの外周にOリング83rが装着された継手83が使用されている。端子台70は、複数のピン70pが保持されている端子台本体71と、端子台本体71から外方に張り出しているフランジ部75とを有している。フランジ部75の片面には、インナーリング83iが嵌め込まれる円形溝76が形成されている。一方、第三開口部53hの径は、インナーリング83iの外径より大きくOリング83rの外径より小さい。従って、インナーリング83iを円形溝76に嵌め込むことにより継手83を端子台70のフランジ部75に支持させた状態で、フランジ部75にヘッド部50のフランジ部53を重ね合わせることにより、Oリング83rを介してフランジ部75とフランジ部53とが密着する。そして、重ね合わされた状態のフランジ部75,53をクランプ(図示を省略)で挟持すれば、端子台70とヘッド部50とが気密に接続される。
A
なお、端子台70において、フランジ部75は端子台本体71に溶接されるなど固着されている構成とすることもできるが、本実施形態では端子台本体71とは別体である。具体的には、端子台本体71は、雄ネジが形成された筒状の雄ネジ部71sと、雄ネジ部71sと一体で外方に張り出しているフランジ部71fと、雄ネジ部71sの端部を閉鎖している電気絶縁性の底部71bとを有しており、底部71bをピン70pが貫通している。ピン70pと底部71b、及び、底部71bと雄ネジ部71sとは、樹脂系のシーリング材によって気密にシールされている。フランジ部75は円盤状であり、雄ネジ部71sの外径より僅かに大径の孔部75hを有している。フランジ部75は、Oリング72を介在させた状態で雄ネジ部71sを孔部75hに挿通させており、雄ネジ部71sにはワッシャ73を介してナット74が留め付けられる。ナット74を雄ネジ部71sに締め付けることにより、フランジ部75がフランジ部71fに圧接され、Oリング72によって気密に封止される。従って、上記のように、フランジ部75を第三開口部53hのフランジ部53に密着させることにより、端子台70の全体がヘッド部50に気密に接続される。
In the
以上のように、ホルダ20、ガス導入管40と一体化された継手60、及び、端子台70を、それぞれヘッド部50に接続することにより、ヘッド部50の内部空間を第一空間S1と連通させると共に、ヘッド部50を、ガス導入管40及びガス排出管50cのみで外部空間とつながった気密構造とすることができる。
As described above, by connecting the
そして、ヘッド部50は金属製であり、ホルダ20、継手60、及び端子台70との接続は、何れも金属製のフランジ部同士(フランジ部25とフランジ部51、フランジ部65とフランジ部52、フランジ部75とフランジ部53)を、Oリング81r,82r,83rを介して密着させたものである。そのため、Oリング81r,82r,83rとして、フッ素系ゴムなどガスバリア性が高い材質のOリングを使用することにより、ヘッド部50の気密性を非常に高めることができる。
The
そして、ヘッド部50が気密構造であることにより、ガス導入管40を介して第一空間S1に導入された基準ガスは、第一空間S1を満たした後、ヘッド部50の内部空間に充満し、新たに導入される基準ガスの分だけ、ガス排出管50cを介して外部空間に排出される。従って、本実施形態の固体電解質センサ1によれば、ガス漏れなく第一空間S1まで基準ガスを導入することができ、且つ、ガス漏れなく基準ガスを排出することができる。
Since the
なお、第一電極は有底筒状の素子本体11における底部の内周面に設けることができ、第一電極に電気的に接続されるリード線(図示を省略)は、電気絶縁性の材料で被覆した上でガス導入管40の小径部41の外表面に沿って軸方向に配設することにより、圧接板35の孔部35hを介してヘッド部50の内部空間に引き入れ、端子台70のピン70pに接続することができる。また、センサ素子10の温度を測定するための熱電対も、同様の態様でヘッド部50の内部空間に引き入れ、端子台70のピン70pに接続することができる。上記のように、ガス導入管40が圧縮コイルバネ47によって付勢されていることにより、小径部41の端部が素子本体11における底部に押し付けられているため、第一電極の剥離を有効に抑制して、リード線を介した起電力の測定や、熱電対を介した温度の測定を、安定して良好に行うことができる。
Note that the first electrode can be provided on the inner peripheral surface of the bottom of the bottomed
一方、第二電極は、センサ素子10において素子本体11の外表面からフランジ部15の側面まで、白金などの電極用金属ペーストを線状に塗布し、固化させることにより形成することができる。このように形成された第一電極は、フランジ部15の側面でリード線(図示を省略)と電気的に接続し、そのリード線を第二のOリング32とホルダ20との隙間からヘッド部50の内部空間に引き入れて、端子台70のピン70pに接続することができる。このようにすることにより、センサ素子10をホルダ20に対して気密に固定するために、センサ素子10のフランジ部15に密着させている第一のOリング31には影響を与えることなく、第一電極を端子台70のピン70pに接続することができる。
On the other hand, the second electrode can be formed by linearly applying an electrode metal paste such as platinum from the outer surface of the
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。 Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and as shown below, various improvements can be made without departing from the gist of the present invention. and design changes are possible.
例えば、ガス導入管40において、ヘッド部50から外部空間に延び出している部分(図6において一点鎖線で示した部分A)、及び、ガス排出管50c(図6において二点鎖線で示した部分B)に、逆止弁を設けることができる。これらの逆止弁は、ヘッド部50の内部空間が負圧となったときに、ガスの流通が遮断される構成であり、ボール型逆止弁を使用することができる。このような逆止弁を備える構成とすることにより、被測定雰囲気が減圧されている場合に、万一、センサ素子10に亀裂や割れが生じればヘッド部50の内部空間が負圧となることにより、ガス導入管40及びガス排出管50cを介したガスの流通が遮断される。これにより、センサ素子10の亀裂や割れに起因して、被測定雰囲気である工業炉内に外気が浸入するおそれや、工業炉内のガスが系外に漏出するおそれを、効果的に低減することができる。
For example, in the
また、上記では、ヘッド部50の第一開口部51hがホルダ20に気密に接続されている場合を例示したが、ヘッド部50はホルダ20と一体とすることもできる。つまり、ヘッド部の第一開口部51hがホルダ20の開端面に固着された構成に、相当する構成である。
Moreover, although the case where the
更に、上記では、ヘッド部50の第三開口部53hが端子台70に気密に接続されている場合を例示したが、ピン70pがヘッド部50の周壁を貫通するように端子台70がヘッド部50の周壁に固着されている構成とすることもできる。
Further, in the above example, the
1 固体電解質センサ
10 センサ素子
20 ホルダ
25 フランジ部
40 ガス導入管
50 ヘッド部
50c ガス排出管
51h 第一開口部
51 フランジ部
52h 第二開口部
52 フランジ部
53h 第三開口部
53 フランジ部
60 継手
65 フランジ部
70 端子台
75 フランジ部
81r,82r,83r Oリング
S1 第一空間
S2 第二空間
1
Claims (4)
内部空間が前記第一空間と連通しているヘッド部と、
一端側が前記第一空間に挿入されていると共に、他端側で前記ヘッド部を貫通している金属製またはセラミックス製のガス導入管と、を具備していると共に、
前記ヘッド部は、前記ホルダが接続されている第一開口部、前記ガス導入管と一体化された継手が接続されている第二開口部、及び、前記ヘッド部の外部空間に内部空間を連通させるガス排出管を有しており、
前記第一開口部の開口縁から外方に張り出しているフランジ部は、前記ホルダが有するフランジ部にOリングを介して当接していると共に、前記第二開口部の開口縁から外方に張り出しているフランジ部は、前記継手が有するフランジ部にOリングを介して当接している
ことを特徴とする固体電解質センサ。 A solid electrolyte sensor in which a first space and a second space are partitioned by fixing a solid electrolyte sensor element to a holder,
a head portion whose internal space communicates with the first space;
A gas introduction pipe made of metal or ceramics, one end of which is inserted into the first space, and the other end of which passes through the head portion;
The head portion communicates an internal space with a first opening to which the holder is connected, a second opening to which a joint integrated with the gas introduction pipe is connected, and an external space of the head portion. It has a gas exhaust pipe that allows
The flange portion extending outward from the opening edge of the first opening is in contact with the flange portion of the holder via an O-ring, and the flange portion extends outward from the opening edge of the second opening. The solid electrolyte sensor is characterized in that the flange portion of the joint is in contact with the flange portion of the joint via an O-ring.
内部空間が前記第一空間と連通しているヘッド部と、
一端側が前記第一空間に挿入されていると共に、他端側で前記ヘッド部を貫通している金属製またはセラミックス製のガス導入管と、を具備していると共に、
前記ヘッド部は、前記ホルダと一体であると共に、前記ガス導入管と一体化された継手が接続されている第二開口部、及び、前記ヘッド部の外部空間に内部空間を連通させるガス排出管を有しており、
前記第二開口部の開口縁から外方に張り出しているフランジ部は、前記継手が有するフランジ部にOリングを介して当接している
ことを特徴とする固体電解質センサ。 A solid electrolyte sensor in which a first space and a second space are partitioned by fixing a solid electrolyte sensor element to a holder,
a head portion whose internal space communicates with the first space;
A gas introduction pipe made of metal or ceramics, one end of which is inserted into the first space, and the other end of which passes through the head portion;
The head part is integrated with the holder, and has a second opening to which a joint integrated with the gas introduction pipe is connected, and a gas exhaust pipe that communicates the internal space with the external space of the head part. It has
A solid electrolyte sensor characterized in that a flange portion projecting outward from an opening edge of the second opening abuts a flange portion of the joint via an O-ring.
前記第三開口部の開口縁から外方に張り出しているフランジ部は、前記端子台が有するフランジ部にOリングを介して当接している
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の固体電解質センサ。 The head portion has a third opening to which a terminal block is connected,
3. A flange portion projecting outward from an opening edge of the third opening portion is in contact with a flange portion of the terminal block via an O-ring. solid electrolyte sensor.
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一つに記載の固体電解質センサ。 A check valve is provided in a portion of the gas introduction pipe located in the external space of the head part and in the gas discharge pipe, which blocks the flow of gas when the internal space of the head part becomes negative pressure. The solid electrolyte sensor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020071410A JP7432429B2 (en) | 2020-04-13 | 2020-04-13 | solid electrolyte sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020071410A JP7432429B2 (en) | 2020-04-13 | 2020-04-13 | solid electrolyte sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021167780A JP2021167780A (en) | 2021-10-21 |
JP7432429B2 true JP7432429B2 (en) | 2024-02-16 |
Family
ID=78079655
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020071410A Active JP7432429B2 (en) | 2020-04-13 | 2020-04-13 | solid electrolyte sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7432429B2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012042458A (en) | 2010-07-20 | 2012-03-01 | Energy Support Corp | Oxygen sensor |
JP2015004646A (en) | 2013-06-24 | 2015-01-08 | 株式会社村田製作所 | Oxygen concentration measurement device |
JP2019070582A (en) | 2017-10-10 | 2019-05-09 | 東京窯業株式会社 | Solid electrolyte sensor |
-
2020
- 2020-04-13 JP JP2020071410A patent/JP7432429B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012042458A (en) | 2010-07-20 | 2012-03-01 | Energy Support Corp | Oxygen sensor |
JP2015004646A (en) | 2013-06-24 | 2015-01-08 | 株式会社村田製作所 | Oxygen concentration measurement device |
JP2019070582A (en) | 2017-10-10 | 2019-05-09 | 東京窯業株式会社 | Solid electrolyte sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021167780A (en) | 2021-10-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9140585B2 (en) | Gas sensor | |
TWI719664B (en) | Pressure sensor | |
KR20180089021A (en) | Pipe clamp | |
CN107436211A (en) | A kind of air-tightness detection device and detection method suitable for straight-through stop valve | |
JP7432429B2 (en) | solid electrolyte sensor | |
US6913678B2 (en) | Gas sensor | |
US10775342B2 (en) | Gas sensor | |
KR102541108B1 (en) | flange assembly | |
US10908116B2 (en) | Gas sensor | |
JP2021167779A (en) | Solid electrolytic sensor | |
JP2007327850A (en) | Inspection tool for inspecting helium leakage in pipe welded part | |
US20070220955A1 (en) | Structure of gas sensor ensuring enhanced mechanical durability | |
JP6890061B2 (en) | Gas sensor | |
JP2001059794A (en) | Method and device for inspecting airtightness of pipe joint part | |
CN210484828U (en) | Online detection wall-penetrating sealing device | |
JP2015036653A (en) | Method of manufacturing gas sensor, gas sensor and fitting structure of gas sensor | |
JP7445379B2 (en) | solid electrolyte sensor | |
JP2017187167A (en) | Pipe for high pressure gas, pipe joint, welding method, manufacturing method of device for high pressure gas, and device for high pressure gas | |
US20180347740A1 (en) | Weldless sample port | |
KR101464659B1 (en) | Double pipe clamping band with a bulit-in packing for prevent leakage | |
KR200194660Y1 (en) | Link structure of exhaust pipe for gas boiler | |
JP5735375B2 (en) | Pipe fitting | |
KR20180070105A (en) | Press sensor module | |
JPH0524051Y2 (en) | ||
JP7141878B2 (en) | Sealed container for leak test |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230403 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20231225 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240130 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240205 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7432429 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |