固体電気化学セルの電力供給方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、工業炉などの煙道中のガス酸素濃度等を測定するのに好適に使用できる固体電気化学セルの電力供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、工業炉などの煙道中のガス酸素濃度などを測定するには、固体電気化学セルと加熱体とを有する酸素検出装置を煙道内に設置し、この酸素検出装置に離れた場所に設けた別体の電力供給装置からリード線を介して一定の電圧を供給して、ガス酸素濃度などを測定するシステムが知られている。この際、酸素検出器と信号変換器を含む電力供給装置との距離が例えば１０ｍのときは、予め１０ｍのリード線の電圧降下分を求めておき、その電圧降下分を加味して電力供給装置の出力電圧を決定していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した従来の酸素濃度検出システムでは、酸素検出器と信号変換器を含む電力供給装置との距離が設置条件により異なるとき、リード線による電圧降下がその距離により異なるため、上記電力供給装置の出力電圧を、電力供給装置とは離れた場所にある酸素検出器の端子台の電圧を監視して、離れた位置にある電力供給装置において規定の電圧に調整しなければならないため、非常に手間のかかる問題があった。
【０００４】本発明の目的は上述した課題を解消して、酸素検出器と信号変換器との距離によらず、酸素検出器の加熱体に供給する電圧を自動的に補正できる固体電気化学セルの電力供給方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の固体電気化学セルの電力供給方法の第１発明は、固体電気化学セルと加熱体とを有する酸素検出器に、別体の電力供給装置からリード線を介して一定電圧を供給する方法であって、前記酸素検出器の接続端子部または電力供給装置内に、前記固体電気化学セルが稼働温度になるときの前記加熱部の抵抗値に相当する抵抗値を有する抵抗を設け、前記電力供給装置内において電力供給装置と酸素供給部との間を接続するリード線による電圧降下分を求め、その補償をすることを特徴とするものである。
【０００６】本発明の固体電気化学セルの電力供給方法の第２発明は、固体電気化学セルと加熱体とを有する酸素検出器に、別体の電力供給装置からリード線を介して一定電圧を供給する方法であって、前記酸素検出器の電力供給用の２つの接続端子に、前記加熱部に供給する電圧を検知するための各別の検知用補助線を接続して、各検知用補助線にリード線を接続して前記電力供給装置に導き、電力供給装置においてこれら検知用補助線間の電圧が一定になるよう制御することを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】上述した構成において、第１発明では、固体電気化学セルが稼働温度になるときの加熱部の抵抗値に相当する抵抗値を有する抵抗を酸素検出器または電力供給装置内に設けてリード線による電圧降下分を補償することにより、また第２発明では、酸素検出器の加熱部の２つの接続端子の各別に検知用補助線を設け、この補助線をリード線を介して電力供給装置に導き、電力供給装置内において補助線間の電圧が一定になるように制御することにより、酸素検出器と電力供給装置との間のリード線の長さにかかわらず、酸素検出器の加熱体に供給する電圧を常に一定にすることができる。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の第１発明である固体電気化学セルの電力供給方法の一例を説明するための図である。図１に示す実施例では、トランスＴｒ、スイッチＳＷ、整流器１、ツェナダイオードＺＤ１、抵抗Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５、可変抵抗器ＶＲ１、トランジスタＴＲ、コンデンサＣ１、オペアンプＯＰを図示のように接続することにより、電力供給装置２を構成している。また、抵抗ＲＨは酸素検出器３の加熱体４を抵抗として表示している。固体電気化学セルが稼働温度になる時の加熱体４の抵抗値に相当する抵抗Ｒ２を酸素検出器の内部に設ける。電力供給装置２の４ケの端子５ー１〜５ー４と酸素検出器３の４ケの端子６ー１〜６ー４との間は線抵抗が１ｍ当たりｒΩ／ｍで、長さＬｍのリード線７ー１〜７ー４により接続する。
【０００９】図１に示す回路における動作は以下の通りになる。オペアンプＯＰの出力Ｖ０（電力供給装置２の５−１端子の電圧）はツェナダイオードＺＤ１の電圧をＶＺとすると、
【化１】
となる。リード線が短い時は２ｒＬは０であるからこのときヒータの供給電圧を規定の電圧になるよう可変抵抗ＶＲ１で調整し、リード線の長さがＬｍと長くなればリード線の抵抗は２ｒＬの抵抗増加となり、補償抵抗Ｒ２に対するこの抵抗増加分の電圧を端子５−１に加え、電流分はトランジスタＴＲより供給することにより、検出器３と電力供給装置２との間にリード線Ｌｍを接続した時のリード線の抵抗による電圧降下を補償することが出来る。
【００１０】図２は本発明の第２発明である固体電気化学セルの電力供給方法の一例を説明するための図である。図２に示す実施例では、図１に示す例と同様に、トランスＴｒ，スイッチＳＷ、整流器１、コンデンサＣ１、ツェナダイオードＺＤ１、抵抗Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、トランジスタＴＲ、オペレーショナル・アンプＯＰを図示のように結線するとともに、さらに差動アンプ８を図示のように結線している。図１に示す例と異なるのは、図１における補償用の抵抗Ｒ２を使用せず、酸素検出器３の加熱体４に電力を供給するための２つの接続端子６ー１、６ー４の各別に検知用補助線９ー１、９ー４を設け、この補助線９ー１、９ー４をリード線７ー２、７ー３を介して電力供給装置２内の差動アンプ８に入力している点である。
【００１１】図２に示す回路では、設定電圧はＲ２＊ＶＺ／（Ｒ１＋Ｒ２）となり、この設定電圧を誤差検知用のオペレーショナル・アンプＯＰの＋側に入力し、また差動アンプ８により加熱体４の抵抗ＲＨの両端の電圧（ヒータ電圧）を検知して誤差検知用のオペレーショナル・アンプＯＰのー側に入力している。一方、誤差検知用のオペレーショナル・アンプＯＰの出力に抵抗Ｒ３を介してレギュレーション用ＴＲを挿入してリード線７ー１を介して加熱体４の抵抗ＲＨの一端に接続している。これにより、設定電圧 ヒータ電圧となるようにオペレーショナル・アンプＯＰがレギュレーションＴＲを動作させるため、電力供給装置内において補助線間の電圧が一定になるように制御することができ、その結果、酸素検出器と電力供給装置との間のリード線の長さにかかわらず、酸素検出器の加熱体に供給する電圧を常に一定にすることができる。
【００１２】実際に、図１に示す本発明の回路におけるヒータ印加電圧ＶＨと、図３に示す従来の回路におけるヒータ印加電圧ＶＨとを比較したグラフを図４に示す。図４に示したように、従来例では１００ｍで１．２７Ｖの電圧降下が発生する。そのため、ヒータ端子間の設定電圧が１４Ｖでセンサ温度が約５５０℃であるとすると、１００ｍリード線を延ばしたときヒータ端子間の電圧がリード線による電圧降下で１２．７５Ｖとなり、その結果センサ温度が約４００℃に低下し、センサとして十分な動作ができなくなる。これに対し、本発明例では、リード線延長距離にかかわりなく、ヒータ端子間の電圧が１４Ｖの一定となり、その結果センサ稼働温度を約５５０℃に常に維持することができ、安定したセンサ稼働状態を得ることができる。
【００１３】本発明は上述した実施例にのみ限定されるものでなく、幾多の変形、変更が可能である。例えば、上述した実施例は本発明の電力供給方法を実施できる一例を開示しているにすぎず、他の構成でも本発明の方法を実施できる構成であれば本発明の範囲内であることはいうまでもない。また、上述した第１発明の実施例において、固体電気化学セルが稼動温度になるときの加熱部の抵抗値に相当する抵抗値を有する抵抗を酸素検出器内に設けたが、電力供給装置内に設けても同様な補償ができることはいうまでもない。
【００１４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明によれば、いずれも酸素検出器と電力供給装置との間のリード線の電圧降下分を補償することになるため、酸素検出器と電力供給装置との間のリード線長が種々変化した場合でも、その都度ヒータ設定電圧を再調整することなく、リード線長に対応して正しい設定電圧が自動的に設定できるため、リード線によるヒータ電圧の再調整が不要となり、現地での作業を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１発明である電気化学セルの電力供給方法の一例を説明するための図である。
【図２】本発明の第２発明である電気化学セルの電力供給方法の一例を説明するための図である。
【図３】従来の電気化学セルの電力供給方法の一例を説明するための図である。
【図４】本発明例および従来例におけるヒータ印加電圧の変化を示す図である。
【符号の説明】
１ 整流器
２ 電力供給装置
３ 酸素検出器
４ 加熱体
５ー１〜５ー４ 端子
６ー１〜６ー４ 端子
７ー１〜７ー４ リード線
８ 差動アンプ
９ー１、９ー４ 検知用補助線
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、工業炉などの煙道中のガス酸素濃度等を測定するのに好適に使用できる固体電気化学セルの電力供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、工業炉などの煙道中のガス酸素濃度などを測定するには、固体電気化学セルと加熱体とを有する酸素検出装置を煙道内に設置し、この酸素検出装置に離れた場所に設けた別体の電力供給装置からリード線を介して一定の電圧を供給して、ガス酸素濃度などを測定するシステムが知られている。この際、酸素検出器と信号変換器を含む電力供給装置との距離が例えば１０ｍのときは、予め１０ｍのリード線の電圧降下分を求めておき、その電圧降下分を加味して電力供給装置の出力電圧を決定していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した従来の酸素濃度検出システムでは、酸素検出器と信号変換器を含む電力供給装置との距離が設置条件により異なるとき、リード線による電圧降下がその距離により異なるため、上記電力供給装置の出力電圧を、電力供給装置とは離れた場所にある酸素検出器の端子台の電圧を監視して、離れた位置にある電力供給装置において規定の電圧に調整しなければならないため、非常に手間のかかる問題があった。
【０００４】本発明の目的は上述した課題を解消して、酸素検出器と信号変換器との距離によらず、酸素検出器の加熱体に供給する電圧を自動的に補正できる固体電気化学セルの電力供給方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の固体電気化学セルの電力供給方法の第１発明は、固体電気化学セルと加熱体とを有する酸素検出器に、別体の電力供給装置からリード線を介して一定電圧を供給する方法であって、前記酸素検出器の接続端子部または電力供給装置内に、前記固体電気化学セルが稼働温度になるときの前記加熱部の抵抗値に相当する抵抗値を有する抵抗を設け、前記電力供給装置内において電力供給装置と酸素供給部との間を接続するリード線による電圧降下分を求め、その補償をすることを特徴とするものである。
【０００６】本発明の固体電気化学セルの電力供給方法の第２発明は、固体電気化学セルと加熱体とを有する酸素検出器に、別体の電力供給装置からリード線を介して一定電圧を供給する方法であって、前記酸素検出器の電力供給用の２つの接続端子に、前記加熱部に供給する電圧を検知するための各別の検知用補助線を接続して、各検知用補助線にリード線を接続して前記電力供給装置に導き、電力供給装置においてこれら検知用補助線間の電圧が一定になるよう制御することを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】上述した構成において、第１発明では、固体電気化学セルが稼働温度になるときの加熱部の抵抗値に相当する抵抗値を有する抵抗を酸素検出器または電力供給装置内に設けてリード線による電圧降下分を補償することにより、また第２発明では、酸素検出器の加熱部の２つの接続端子の各別に検知用補助線を設け、この補助線をリード線を介して電力供給装置に導き、電力供給装置内において補助線間の電圧が一定になるように制御することにより、酸素検出器と電力供給装置との間のリード線の長さにかかわらず、酸素検出器の加熱体に供給する電圧を常に一定にすることができる。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の第１発明である固体電気化学セルの電力供給方法の一例を説明するための図である。図１に示す実施例では、トランスＴｒ、スイッチＳＷ、整流器１、ツェナダイオードＺＤ１、抵抗Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５、可変抵抗器ＶＲ１、トランジスタＴＲ、コンデンサＣ１、オペアンプＯＰを図示のように接続することにより、電力供給装置２を構成している。また、抵抗ＲＨは酸素検出器３の加熱体４を抵抗として表示している。固体電気化学セルが稼働温度になる時の加熱体４の抵抗値に相当する抵抗Ｒ２を酸素検出器の内部に設ける。電力供給装置２の４ケの端子５ー１〜５ー４と酸素検出器３の４ケの端子６ー１〜６ー４との間は線抵抗が１ｍ当たりｒΩ／ｍで、長さＬｍのリード線７ー１〜７ー４により接続する。
【０００９】図１に示す回路における動作は以下の通りになる。オペアンプＯＰの出力Ｖ０（電力供給装置２の５−１端子の電圧）はツェナダイオードＺＤ１の電圧をＶＺとすると、
【化１】
となる。リード線が短い時は２ｒＬは０であるからこのときヒータの供給電圧を規定の電圧になるよう可変抵抗ＶＲ１で調整し、リード線の長さがＬｍと長くなればリード線の抵抗は２ｒＬの抵抗増加となり、補償抵抗Ｒ２に対するこの抵抗増加分の電圧を端子５−１に加え、電流分はトランジスタＴＲより供給することにより、検出器３と電力供給装置２との間にリード線Ｌｍを接続した時のリード線の抵抗による電圧降下を補償することが出来る。
【００１０】図２は本発明の第２発明である固体電気化学セルの電力供給方法の一例を説明するための図である。図２に示す実施例では、図１に示す例と同様に、トランスＴｒ，スイッチＳＷ、整流器１、コンデンサＣ１、ツェナダイオードＺＤ１、抵抗Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、トランジスタＴＲ、オペレーショナル・アンプＯＰを図示のように結線するとともに、さらに差動アンプ８を図示のように結線している。図１に示す例と異なるのは、図１における補償用の抵抗Ｒ２を使用せず、酸素検出器３の加熱体４に電力を供給するための２つの接続端子６ー１、６ー４の各別に検知用補助線９ー１、９ー４を設け、この補助線９ー１、９ー４をリード線７ー２、７ー３を介して電力供給装置２内の差動アンプ８に入力している点である。
【００１１】図２に示す回路では、設定電圧はＲ２＊ＶＺ／（Ｒ１＋Ｒ２）となり、この設定電圧を誤差検知用のオペレーショナル・アンプＯＰの＋側に入力し、また差動アンプ８により加熱体４の抵抗ＲＨの両端の電圧（ヒータ電圧）を検知して誤差検知用のオペレーショナル・アンプＯＰのー側に入力している。一方、誤差検知用のオペレーショナル・アンプＯＰの出力に抵抗Ｒ３を介してレギュレーション用ＴＲを挿入してリード線７ー１を介して加熱体４の抵抗ＲＨの一端に接続している。これにより、設定電圧 ヒータ電圧となるようにオペレーショナル・アンプＯＰがレギュレーションＴＲを動作させるため、電力供給装置内において補助線間の電圧が一定になるように制御することができ、その結果、酸素検出器と電力供給装置との間のリード線の長さにかかわらず、酸素検出器の加熱体に供給する電圧を常に一定にすることができる。
【００１２】実際に、図１に示す本発明の回路におけるヒータ印加電圧ＶＨと、図３に示す従来の回路におけるヒータ印加電圧ＶＨとを比較したグラフを図４に示す。図４に示したように、従来例では１００ｍで１．２７Ｖの電圧降下が発生する。そのため、ヒータ端子間の設定電圧が１４Ｖでセンサ温度が約５５０℃であるとすると、１００ｍリード線を延ばしたときヒータ端子間の電圧がリード線による電圧降下で１２．７５Ｖとなり、その結果センサ温度が約４００℃に低下し、センサとして十分な動作ができなくなる。これに対し、本発明例では、リード線延長距離にかかわりなく、ヒータ端子間の電圧が１４Ｖの一定となり、その結果センサ稼働温度を約５５０℃に常に維持することができ、安定したセンサ稼働状態を得ることができる。
【００１３】本発明は上述した実施例にのみ限定されるものでなく、幾多の変形、変更が可能である。例えば、上述した実施例は本発明の電力供給方法を実施できる一例を開示しているにすぎず、他の構成でも本発明の方法を実施できる構成であれば本発明の範囲内であることはいうまでもない。また、上述した第１発明の実施例において、固体電気化学セルが稼動温度になるときの加熱部の抵抗値に相当する抵抗値を有する抵抗を酸素検出器内に設けたが、電力供給装置内に設けても同様な補償ができることはいうまでもない。
【００１４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明によれば、いずれも酸素検出器と電力供給装置との間のリード線の電圧降下分を補償することになるため、酸素検出器と電力供給装置との間のリード線長が種々変化した場合でも、その都度ヒータ設定電圧を再調整することなく、リード線長に対応して正しい設定電圧が自動的に設定できるため、リード線によるヒータ電圧の再調整が不要となり、現地での作業を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１発明である電気化学セルの電力供給方法の一例を説明するための図である。
【図２】本発明の第２発明である電気化学セルの電力供給方法の一例を説明するための図である。
【図３】従来の電気化学セルの電力供給方法の一例を説明するための図である。
【図４】本発明例および従来例におけるヒータ印加電圧の変化を示す図である。
【符号の説明】
１ 整流器
２ 電力供給装置
３ 酸素検出器
４ 加熱体
５ー１〜５ー４ 端子
６ー１〜６ー４ 端子
７ー１〜７ー４ リード線
８ 差動アンプ
９ー１、９ー４ 検知用補助線
【特許請求の範囲】
【請求項１】 固体電気化学セルと加熱体とを有する酸素検出器に、別体の電力供給装置からリード線を介して一定電圧を供給する方法であって、前記酸素検出器の接続端子部または電力供給装置内に、前記固体電気化学セルが稼働温度になるときの前記加熱部の抵抗値に相当する抵抗値を有する抵抗を設け、前記電力供給装置内において電力供給装置と酸素検出器との間を接続するリード線による電圧降下分を求め、その補償をすることを特徴とする固体電気化学セルの電力供給方法。
【請求項２】 固体電気化学セルと加熱体とを有する酸素検出器に、別体の電力供給装置からリード線を介して一定電圧を供給する方法であって、前記酸素検出器の加熱部の２つの接続端子に、前記加熱部に供給する電圧を検知するための各別の検知用補助線を接続して、各検知用補助線にリード線を接続して前記電力供給装置に導き、電力供給装置においてこれら検知用補助線間の電圧が一定になるよう制御することを特徴とする固体電気化学セルの電力供給方法。
【請求項１】 固体電気化学セルと加熱体とを有する酸素検出器に、別体の電力供給装置からリード線を介して一定電圧を供給する方法であって、前記酸素検出器の接続端子部または電力供給装置内に、前記固体電気化学セルが稼働温度になるときの前記加熱部の抵抗値に相当する抵抗値を有する抵抗を設け、前記電力供給装置内において電力供給装置と酸素検出器との間を接続するリード線による電圧降下分を求め、その補償をすることを特徴とする固体電気化学セルの電力供給方法。
【請求項２】 固体電気化学セルと加熱体とを有する酸素検出器に、別体の電力供給装置からリード線を介して一定電圧を供給する方法であって、前記酸素検出器の加熱部の２つの接続端子に、前記加熱部に供給する電圧を検知するための各別の検知用補助線を接続して、各検知用補助線にリード線を接続して前記電力供給装置に導き、電力供給装置においてこれら検知用補助線間の電圧が一定になるよう制御することを特徴とする固体電気化学セルの電力供給方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【特許番号】特許第３０４５８４８号（Ｐ３０４５８４８）
【登録日】平成１２年３月１７日（２０００．３．１７）
【発行日】平成１２年５月２９日（２０００．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−３０９３０１
【出願日】平成３年１１月２５日（１９９１．１１．２５）
【公開番号】特開平５−１４２１９３
【公開日】平成５年６月８日（１９９３．６．８）
【審査請求日】平成９年７月１０日（１９９７．７．１０）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【登録日】平成１２年３月１７日（２０００．３．１７）
【発行日】平成１２年５月２９日（２０００．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成３年１１月２５日（１９９１．１１．２５）
【公開番号】特開平５−１４２１９３
【公開日】平成５年６月８日（１９９３．６．８）
【審査請求日】平成９年７月１０日（１９９７．７．１０）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
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