説明

防爆型ガスセンサ

【課題】 焼結金属が用いられて防爆構造が形成されてなり、圧力変化を生じさせることなしに、高い応答速度を得ることのでき、所期のガス検知を高い応答速度でかつ高い信頼性をもって行うことのできる防爆型ガスセンサを提供すること。
【解決手段】 ガス透過性を有する焼結金属が用いられて防爆構造が形成されたセンサ部を有してなり、ガスの導入、排出が焼結金属を介して行われる防爆型ガスセンサにおいて、センサ部を構成する焼結金属部分と、センサ部に対するガス導入、排出口を有する構成部材との間に、0.05〜0.2mmの間隔が形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば焼結金属が用いられて防爆構造が構成されたセンサ部を有する防爆型ガスセンサに関する
【背景技術】
【0002】
可燃性のガスや蒸気を含む爆発性雰囲気の存在により、引火、爆発が発生し得る環境で使用されるガスセンサにおいては、所定の防爆性能を有した防爆構造を具備していることが要求されており、例えばガス透過性を有する焼結金属を用いたセンサ構造が採用されている。
【0003】
例えば、ガス導入排出口を有する円筒形状のガスセル内の両端に、赤外線光源と赤外線センサ素子が位置され、ガスセルの外周に焼結金属よりなる防爆ケースがガス導入口を覆うよう装着されてなる構造のものが知られている(特許文献1参照)。
【0004】
このような焼結金属を用いたセンサ構造においては、焼結金属の通気性負荷(通気抵抗)のため、センサ内部へのガスの通気に時間がかかり、応答時間(応答速度)が遅くなりやすいという、問題がある。
例えばH2 やCH4 などは比較的に通気性はよいが、i−C4 10などは通気性が悪いため、応答時間が遅くなる。
一方、焼結金属部分とガス導入排出口とを密着させた構造である場合には、焼結金属による通気性負荷が低減されて応答時間を速くすることができる反面、センサ部の内圧変化が生じて検知結果(センサ出力)に変動が生ずるという、問題がある。
【0005】
【特許文献1】特開2002−22655号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、焼結金属が用いられて防爆構造が形成されてなり、圧力変化を生じさせることなしに、高い応答速度を得ることのでき、従って、所期のガス検知を高い応答速度でかつ高い信頼性をもって行うことのできる防爆型ガスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の防爆型ガスセンサは、ガス透過性を有する焼結金属が用いられて防爆構造が形成されたセンサ部を有してなり、ガスの導入、排出が焼結金属を介して行われる防爆型ガスセンサにおいて、
センサ部を構成する焼結金属部分と、センサ部に対するガス導入、排出口を有する構成部材との間に、0.05〜0.2mmの間隔が形成されていることを特徴とする。
【0008】
本発明の防爆型ガスセンサにおいては、センサ本体と、このセンサ本体が保持されるセンサ保持部にガス導入口およびガス排出口が開口するガス導入路およびガス排出路が形成されたセンサホルダーとを備えてなり、
センサ本体は、円筒状のケーシングを備えてなり、このケーシングの一端側開口を覆うよう焼結金属からなるガス透過性カバー部材が設けられて被検ガスが当該ガス透過性カバー部材を介して導入、排出される測定空間が形成されると共に、当該測定空間内に、赤外線光源および赤外線センサ素子が配設されており、赤外線光源からの赤外線が反射部材によって反射されて赤外線センサ素子に入射される構成のものとすることができる。
このような構成のものにおいては、ガス透過性カバー部材は、気孔サイズが70〜100μm、厚みが2〜3mmであるものであり、測定空間内に導入されるガス流量が0.3〜1.5リットル/minとされた構成とすることができる。
【発明の効果】
【0009】
本発明の防爆型ガスセンサによれば、センサ部を構成する焼結金属部分とガス導入排出口との間に特定の大きさの間隙が形成されていることにより、当該間隙がいわば緩衝室として機能するので、センサ部の内圧変化が小さく抑制されながら、焼結金属による通気性負荷が小さく低減される状態が得られ、従って、所期のガス検知を高い応答速度で、かつ、高い信頼性をもって行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
図1は、本発明に係る防爆型赤外線ガスセンサの一例における構成を示す部分断面図、図2は、図1に示す防爆型赤外線ガスセンサのセンサ本体の構成を示す部分断面図、図3は、図2に示すA−A線断面を示す横断面図である。
この防爆型赤外線ガスセンサ10は、例えばステンレス鋼などの金属製からなり、全体が円筒形態のケーシング11Aを備えたセンサ本体11と、このセンサ本体11を保持するセンサホルダー30とにより構成されている。図1における符号25は、例えばOリングよりなるシール部材である。
【0011】
センサ本体11におけるケーシング11Aの内部には、円板状の回路基板15がケーシング11Aの中心軸に対して垂直な方向に伸びるよう配設されており、当該回路基板15によってケーシング11Aの内部空間が区画されている。
【0012】
回路基板15の一面上には、点滅型の赤外線光源16と赤外線センサ素子18とが例えばケーシング11Aの径方向に並んだ位置に実装されており、さらに、赤外線光源16から放射される赤外線を反射して赤外線センサ素子18に入射させる反射器20が設けられている。
【0013】
赤外線光源16は、例えばコイルフィラメントを備えたランプよりなり、回路基板15の一面において支持された高さ調整用スペーサ部材17によって下方から支持されている。
この赤外線光源16は、例えば1Hzの周期で、すなわち0.5秒間点灯した後、0.5秒間消灯するよう、点滅駆動される。
【0014】
赤外線センサ素子18は、背の低い円柱状のものであって、例えば検知対象ガスが吸収する赤外線に対してのみ高い透過率を有するバンドパスフィルター(図示せず)を備えている。
【0015】
反射器20は、例えば凹面状の反射面を有する集光性凹面鏡よりなる反射ミラー21と、この反射ミラーの両端部を支持する一対の板状の支持部材22とにより構成されている。
この反射器20は、反射ミラー21が赤外線センサ素子18の直上に位置された状態で、配置されており、赤外線光源16から回路基板15の一面に沿って放射された赤外線が反射ミラー21によって反射されて赤外線センサ素子18に対して垂直方向から入射される構成とされている。
【0016】
ケーシング11Aの一端側開口には、焼結金属からなる円板状のガス透過性カバー部材13が当該開口を覆うよう設けられており、これにより、ケーシング11Aの内部に被検ガスが導入される測定空間Sが形成されている。
【0017】
ガス透過性カバー部材13は、例えばステンレス鋼粉末の焼結体により構成されており、十分なガス透過性が得られると共に外部への火炎逸走が確実に防止されるという理由から、気孔サイズが例えば70〜100μmであり、厚みが2〜3mmであるものであることが好ましい。
【0018】
センサホルダー30は、略円柱状のものであって、その一端面における中央位置に、センサ本体装着用凹所31が形成されていると共に、センサ本体装着用凹所31の底壁における略中央位置においてガス導入口32が開口するガス導入路33およびセンサ本体装着用凹所31の底壁におけるガス導入口32と並んだ位置においてガス排出口35が開口するガス排出路36が形成されている。
【0019】
上記防爆型赤外線ガスセンサ10においては、図4に示すように、センサ本体11におけるガス透過性カバー部材13と、センサホルダー30におけるセンサ本体装着用凹所31の底壁との間に、例えば塩化ビニルからなる円環状のスペーサ部材40が設けられており、これにより、ガス透過性カバー部材13とガス導入口32およびガス排出口35との間に間隙Kが形成された状態とされている。
ガス透過性カバー部材13とガス導入口32およびガス排出口35との間の離間距離Lは、0.05〜0.2mmの範囲内、例えば0.1mmに設定されている。当該離間距離Lが0.05mmより小さい場合には、ガス導入、排出の際の内圧変化が大きくなってセンサ出力に変動が生じるため、信頼性の高いガス検知を行うことが困難であり、一方、0.2mmより大きい場合には、ガス導入、排出の際の通気性負荷が大きくなって応答速度が遅くなる。
【0020】
上記防爆型赤外線ガスセンサ10においては、赤外線光源16が所定の周期で点滅駆動されてこの赤外線光源16から放射された赤外線が反射器20によって反射されて赤外線センサ素子18に入射される一方で、被検ガスがガス透過性カバー部材13を介して測定空間S内に導入される。そして、被検ガス中に含まれる検知対象ガスによる赤外線の吸収に伴う赤外線光量の減衰の程度に応じて、検知対象ガスの濃度が検出される。ここに、測定空間Sに導入されるガス流量は、例えば0.3〜1.5リットル/minである。
【0021】
而して、上記防爆型赤外線ガスセンサ10によれば、センサ本体11を構成する焼結金属からなるガス透過性カバー部材13と、センサホルダー30におけるガス導入口32およびガス排出口35との間に、0.05〜0.2mmの範囲内で適正な大きさに設定された間隙Kが形成されていることにより、当該間隙Kがいわば緩衝室として機能するので、センサ部の内圧変化が小さく抑制されながら、ガス透過性カバー部材13による通気性負荷が小さく低減される状態が得られ、従って、所期のガス検知を高い応答速度で、かつ、高い信頼性をもって行うことができる。
【0022】
以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
<実験例1>
図1乃至図4に示す構成に従って、以下に示す基本構成を有すると共に、ガス透過性カバー部材とセンサホルダーにおけるガス導入口およびガス排出口との間の離間距離が、それぞれ、0mm、0.1mm、0.13mm、0.5mmに設定された4種類の防爆型赤外線ガスセンサを作製し、ガス流量と応答時間(規定濃度のイソブタンガスの導入を開始した時点から、規定濃度の90パーセントの濃度値に到達するまでの時間(T90〔s〕))との関係を調べた。結果を図5に示す。図5中、(a)離間距離が0mm、(b)離間距離が0.1mm、(c)離間距離が0.13mm、(d)離間距離が0.5mmの結果である。
【0023】
〔防爆型赤外線ガスセンサの構成〕
センサ本体は、例えば内径が17.5mm、外径が23.5mm、肉厚が3.0mmのものであり、測定空間の内容積の大きさが約4.2cm3 である。
赤外線光源は、例えば定格電圧値が5V、定格電流値が0.115A、ランプ高さが6.2mmのランプであり、赤外線センサ素子は、例えば高さが4.8mm、外径がφ9.2mmであるものであり、赤外線光源と赤外線センサ素子との離間距離(中心間距離)が例えば7mm、赤外線光路の光路長(全長)が例えば約10mmである。
ガス透過性カバー部材は、粒子径が850μm以下であるステンレス鋼粉末の焼結体であって、最大気孔サイズが100μm、最小密度が4.3g/cm3 、厚みが3mmである。
センサホルダーにおけるガス導入口の開口径がφ2mm、ガス排出口の開口径がφ3mmであり、ガス導入口とガス排出口との中心間距離が6mmである。
【0024】
<実験例2>
上記実験例1において作製した防爆型赤外線ガスセンサのうち、ガス透過性カバー部材とセンサホルダーにおけるガス導入口およびガス排出口との間の離間距離が、それぞれ、0mm、0.1mm、0.13mmに設定された3種類のものを用い、ガス流量と内圧変化との関係を調べた。結果を図6に示す。図6中、(a)離間距離が0mm、(b)離間距離が0.1mm、(c)離間距離が0.13mmの結果である。
【0025】
以上の結果から明らかなように、ガス透過性カバー部材とセンサホルダーにおけるガス導入口およびガス排出口との間の離間距離が0.05〜0.2mmの範囲内で設定された、本発明に係る防爆型赤外線ガスセンサによれば、内圧変化(差圧)が1.0kPa以下に小さく抑制されながら、応答時間が30.0s以下となる高い応答性が得られることが確認された。
【0026】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
本発明は、焼結金属が用いられて防爆構造が構成されたセンサ部を有するものであれば、上記実施例のような反射型のガスセンサに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明に係る防爆型赤外線ガスセンサの一例における構成を示す部分断面図である。
【図2】図1に示す防爆型赤外線ガスセンサのセンサ部の構成を示す部分断面図である。
【図3】図2に示すA−A線断面を示す横断面図である。
【図4】図1に示す防爆型赤外線ガスセンサの要部を示す拡大断面図である。
【図5】ガス流量と応答時間の関係を示すグラフである。
【図6】ガス流量と内圧変化の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【0028】
10 防爆型赤外線ガスセンサ
11 センサ本体
11A ケーシング
13 ガス透過性カバー部材
15 回路基板
16 赤外線光源
17 高さ調整用スペーサ部材
18 赤外線センサ素子
20 反射器
21 反射ミラー
22 支持部材
25 シール部材
30 センサホルダー
31 センサ本体装着用凹所
32 ガス導入口
33 ガス導入路
35 ガス排出口
36 ガス排出路
40 スペーサ部材
S 測定空間
K 間隙

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガス透過性を有する焼結金属が用いられて防爆構造が形成されたセンサ部を有してなり、ガスの導入、排出が焼結金属を介して行われる防爆型ガスセンサにおいて、
センサ部を構成する焼結金属部分と、センサ部に対するガス導入、排出口を有する構成部材との間に、0.05〜0.2mmの間隔が形成されていることを特徴とする防爆型ガスセンサ。
【請求項2】
センサ本体と、このセンサ本体が保持されるセンサ保持部にガス導入口およびガス排出口が開口するガス導入路およびガス排出路が形成されたセンサホルダーとを備えてなり、 センサ本体は、円筒状のケーシングを備えてなり、このケーシングの一端側開口を覆うよう焼結金属からなるガス透過性カバー部材が設けられて被検ガスが当該ガス透過性カバー部材を介して導入、排出される測定空間が形成されると共に、当該測定空間内に、赤外線光源および赤外線センサ素子が配設されており、赤外線光源からの赤外線が反射部材によって反射されて赤外線センサ素子に入射される構成とされていることを特徴とする請求項1に記載の防爆型ガスセンサ。
【請求項3】
ガス透過性カバー部材は、気孔サイズが70〜100μm、厚みが2〜3mmであるものであり、測定空間内に導入されるガス流量が0.3〜1.5リットル/minであることを特徴とする請求項2に記載の防爆型ガスセンサ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2009−74899(P2009−74899A)
【公開日】平成21年4月9日(2009.4.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−243676(P2007−243676)
【出願日】平成19年9月20日(2007.9.20)
【出願人】(000250421)理研計器株式会社 (216)
【Fターム(参考)】