JPH10227761A

JPH10227761A - ガスセンサ及びガス分析装置

Info

Publication number: JPH10227761A
Application number: JP9029229A
Authority: JP
Inventors: Motosuke Nishiwaki; 基祐西脇; Takao Murase; 隆生村瀬
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1997-02-13
Filing date: 1997-02-13
Publication date: 1998-08-25
Anticipated expiration: 2017-02-13
Also published as: JP3649544B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関や燃焼炉から排出される排気ガスに
含まれる各種のガスの分析に用いられ、燃焼炉等へ直接
に脱着することが可能であり、保守性に優れ、かつ構造
が簡易であるために、低コストで作製可能なガスセンサ
およびガス分析装置を提供する。【解決手段】板状のガスセンサ素子６０のガス検出部
６１が露出するようにして、ガスセンサ素子６０の胴体
部６２を一次カバー２４を貫通して円筒形碍管２２内に
ガラス等の粉体により気密に固定し、ガスセンサ素子６
０に取り付けられた延長リード線１４を保護碍管１８に
通したものを、任意長さの円筒形金属パイプ２６と一次
カバー２４が接続されるように円筒形金属パイプ２６内
に固定し、ガス検出部６１を保護する保護カバー２５を
一次カバー２４に取り付けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関や燃焼
炉等から排出される排気ガス等に含まれる酸素、一酸化
炭素あるいは二酸化炭素等のガス濃度を検出するための
ガスセンサとガス分析装置に関し、さらに詳しくは、燃
焼炉や大型の排気管に容易に直接に脱着することが可能
であり、かつ、メンテナンスの容易なガスセンサおよび
ガス分析装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ガスセンサは、自動車のエ
ンジン等の内燃機関、あるいは、燃焼炉、焼却炉等から
の排気ガス中に含まれる酸素や一酸化炭素、あるいは二
酸化炭素等のガス濃度を検知し、その検出信号に基づい
て内燃機関等の燃焼状態を最適に制御するように、酸化
剤である空気あるいは燃料の供給量を制御することによ
って、不完全燃焼ガスの排出抑制、排気ガスの浄化、あ
るいは燃費の節減等を行うことに使用されている。

【０００３】このようなガスセンサとしては、被測定
ガスとの選択的反応性が高いことは言うまでもなく、高
温の排気ガスに対して化学的に安定であり、しかも製造
が容易であり、コンパクト化が可能なものが好ましい。
したがって、固体センサ素子を用いたものが好ましく、
たとえば、酸素イオン伝導性を有する固体電解質を利用
した酸素センサや、酸化すずの半導体特性を利用した一
酸化炭素センサが知られている。

【０００４】たとえば、安定化ジルコニア焼結体を用
いた酸素センサの基本構造としては、図９に示されるよ
うに、固体電解質７０として筒状の安定化ジルコニア焼
結体を用い、固体電解質７０の内外面に電極７１、７２
を白金等により形成してリード線７３、７４を取付けた
ものがあげられる。この場合、たとえば、電極７１には
測定ガスが接触し、電極７２には基準ガスが接触するよ
うにそれぞれのガスを緻密体７５で隔離すると、酸素濃
淡電池が形成され、測定ガスと基準ガスの酸素分圧の差
に応じて発生した起電力を測定することによって測定ガ
ス中の酸素濃度を知ることが可能となる。

【０００５】このようなガスセンサ素子は、実際の使
用にあたっては上述した基本構造等を基にして様々に構
造が変更されるが、一般に、固体電解質板や半導体基板
あるいは電極やリード線が露出した状態では、ガスセン
サ素子が損傷しやすく、また、被測定ガスが流れる排気
管等への取付けが困難である。したがって、ガスセンサ
素子は種々のハウジングに納められた形で使用に供され
る。たとえば、実公平７−５４８５２号公報には、図１
０に示す酸素ガスセンサが開示されており、ここで酸素
センサ素子８０はそのガス検出部８６が露出するように
して、セラミックサポータ８１の間に充填されたタルク
８２を介して固定されると同時に気密に封止されてお
り、このセラミックサポータ８１が金属製円筒８３を溶
接した金属製のハウジング８４に固定される。さらに、
酸素センサ素子８０のガス検出部８６を取り囲むように
して、ガス検出部８６を保護するためのフィルタ８５が
ハウジング８４に取付けられている。こうした酸素セン
サあるいはこれに類似したガスセンサは、実際の排気管
等へ装着されて使用されることとなる。

【０００６】図１１は、このような従来型ガスセンサ
９４の実際の排気管等への取付け状態を示したもので、
従来型ガスセンサ９４は、燃焼室壁または燃焼炉壁９０
から分岐した排気管９１等に設けられたセンサ取付け金
具９２に固定される。したがって、従来型ガスセンサ９
４は排気管９１に流れ込んだ管壁近くのガスを分析する
ことになる。一方、図１３に示すガス分析装置１００
は、特公平６−４００９１号公報または特開平４−２８
５８５０号公報に開示されているように、ガスセンサ素
子１０１は、プローブ１０２の先端部にフィルタ１０３
とともに固定されており、ガス分析装置の長さに応じた
特定位置を流れるガスの分析が可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述
した従来型ガスセンサ９４においては、排気管９１等の
内壁近傍の空燃比しか測定ができず、燃焼ガス全体の平
均的組成を計測しているかは疑問である。また、大型の
燃焼炉等に使用する場合には、排気管９１の径が大きく
なり、排気管９１の肉厚も厚くなることから、直接には
取付けが出来ず、偏流板やサンプリング装置を必要とし
た。さらに、このようなガスセンサは、燃焼部の下流側
に取付けられることが多く、燃焼直後の空燃比を測定で
きるとは言い難い面がある。

【０００８】また、上述した従来型のガス分析装置１
００は、製造メーカーの規格で挿入長さが決められてい
ることが多いことから、使用する排気管の中心にガス検
出部が合うようにガス分析装置の取付けフランジ位置を
調整する合フランジを取付ける等の必要が生ずる。

【０００９】さらに、ガス分析装置の長さにかかわら
ず、ガス分析装置のメンテナンスを行う際には、ガス分
析装置全体を排気管等から取り外さなければならず、し
かもガスセンサ素子やそれを保護するフィルターは、小
型のボルトやナット、ネジ等によってハウジングあるい
は金属製のプローブパイプ等のガス分析装置の先端部に
固定されるためにこれらを取り外さなければならず、手
間がかかる。さらに、高温で使用した場合には、フィル
タの取付け部が焼き付いてフィルタの取外しができなく
なる場合もあり、この場合、ガス分析装置全体を新品と
交換する必要が生ずる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した問
題点に鑑みてなされたものであり、燃焼部や大型の排気
管に任意の長さに調節して直接に挿入することが可能で
あり、かつ、メンテナンスの容易なガスセンサおよびガ
ス分析装置を提供することを目的とする。すなわち、本
発明によれば、板状のガスセンサ素子を、該ガスセンサ
素子に設けられたガス検出部が露出するようにして、該
ガスセンサ素子の残部を円筒形碍管に気密固定し、該ガ
スセンサ素子の検出部分が測定雰囲気と連通した状態
で、該円筒形碍管の外周を囲むように、該円筒形碍管を
円筒形金属パイプ内へ気密に取付けたことを特徴とする
ガスセンサ、が提供される。

【００１１】ここで、板状のガスセンサ素子のガス検
出部を除く他の部分の円筒形碍管への気密固定、および
円筒形碍管の円筒形金属パイプへの気密固定には、それ
ぞれの部材の間隙に、ガラスまたは／およびタルク等の
無機粉体を充填して行われることが好ましい。また、円
筒形碍管の該円筒形金属パイプ内への固定方法として
は、円筒形金属パイプの両端部の少なくとも一方の端部
をかしめ加工することが好ましい。さらに、ガスセンサ
に用いられるガスセンサ素子としては、ジルコニア固体
電解質を用いた限界電流方式のものであって、センサの
温度を一定温度に制御するヒータを一体化させたガスセ
ンサが好適に用いられる。そして、このようなセンサの
排気管等への取付けに際して、前記ガスセンサが、チュ
ーブ継手の内孔を貫通して配管／ダクト等の排気管に取
付けられることで、任意長さでのセンサの挿入が可能と
なる。

【００１２】さらに、本発明によれば、排気管に設け
られたガス分析装置用取付けフランジに第１のチューブ
継手を設け、該第１のチューブ継手の貫通孔を貫通する
ように金属製のガイドパイプを挿入して、該ガイドパイ
プの一方の先端を該排気管内の任意の測定位置に合わせ
て該ガイドパイプが該第１のチューブ継手において固定
され、該ガイドパイプの他端には第２のチューブ継手が
設けられ、ガスセンサ素子の先端部が該ガイドパイプの
先端位置に合うように、ガスセンサが該第２のチューブ
継手の貫通孔を貫通して該ガイドパイプに挿入されて、
該第２のチューブ継手により固定されたことを特徴とす
るガス分析装置、が提供される。

【００１３】ここで、ガイドパイプの先端にはフィル
タが設けられ、ガイドパイプとガスセンサとの間に生ず
る間隙は校正ガス導入口として好適に用いられる。

【００１４】

【発明の実施の形態】上述のように、本発明のガスセ
ンサおよびガス分析装置によれば、ガスセンサの構造が
簡単であるので、低コストで作製することができ、種々
の長さのガスセンサをチューブ継手を貫通して任意の位
置に取付けることが可能となる。さらに、ガスセンサを
保護するフィルタとガスセンサ自体は別々に構成される
ことから、センサ自体のメンテナンスが容易である利点
を有する。以下、本発明について図面を参照しながら説
明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるもの
ではない。

【００１５】図１は、本発明に好適に用いられるガス
センサの一つである酸素センサ素子１の構造を示したも
ので、図１（ａ）は正面断面図、図１（ｂ）は側面断面
図である。図１（ａ）より、酸素センサ素子１はセンサ
部２とヒータ部３に大別され、さらにセンサ部２はセン
シングセル部４とポンピングセル部５に分けることがで
きる。一方、図１（ｂ）より、酸素センサ素子１は固体
電解質板６・１０、電極７・１１、ガス検出室８、基準
酸素室９およびヒータ部３等から構成されるガス検出部
２０と、ガス検出部２０を支持する胴体部２１とに分け
ることができる。

【００１６】センシングセル部４には、固体電解質板
６を挟む一対の電極７の一方がガス検出室８に、他方の
電極が基準酸素室９に設けられ、また、ポンピングセル
部５には固体電解質板１０を挟む一対の電極１１の一方
がガス検出室８に、他方の電極が測定ガス側に設けられ
ており、これらの電極のそれぞれに内蔵リード線１２が
接続されて、この内蔵リード線１２の酸素センサ素子１
の外表面に設けられた接続ターミナル１３おいて、さら
に延長リード線１４が取付けられて構成される。また、
ガス検出室８の外周にはガス拡散孔１５が設けられ、ヒ
ータ部３には発熱抵抗体１６を内蔵したセラミックヒー
タ１７等が用いられる。

【００１７】このようなセンサ部２に使用される固体
電解質板６・１０としては、高い酸素イオン伝導性を有
する材料が用いられ、本発明においては、高温安定性、
化学的安定性に優れた安定化ジルコニアが好適に使用さ
れる。安定化ジルコニアとは、安定化材と呼ばれる２価
または３価の金属酸化物を固溶させて、酸化ジルコニウ
ムの高温安定相である立方晶を全温度範囲で安定相とさ
せたものである。また、このような安定化材の固溶は、
酸素欠陥を生じさせ、イオン伝導度を向上させる役割を
も果たす。本発明における安定化材としては、酸化マグ
ネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化
イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、酸化セリウム（ＣｅＯ₂）、
酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）および希土類酸化物が好
適に用いられる。

【００１８】電極７・１１には酸素との触媒反応性と
耐熱性に優れる白金が好適に用いられ、内蔵リード線１
２としても、高温での安定性に優れる白金あるいは白金
系合金が使用される。また、延長リード線１４として
は、安価で耐熱性に優れるニッケル線、あるいはニッケ
ル合金線が好適に使用され、その長さは、酸素センサ素
子１で感知される電流、電圧の延長リード線１４の抵抗
による電圧降下が酸素濃度の定量に支障のない範囲内で
あればよい。そして、延長リード線１４の接続ターミナ
ル１３への取付は、スポット溶接により強固に行われ
る。さらに、各延長リード線１４はそれぞれが接触しな
いように、絶縁性の保護碍管１８によって保護される。
この保護碍管１８としては、単数あるいは複数穴を有す
るアルミナ碍管、あるいは酸化マグネシウムをステンレ
スパイプ内に充填したもので、延長リード線１４のそれ
ぞれが接触またはステンレスパイプの内面に接触しない
ように配置されたものが好適に使用される。

【００１９】このセンサの作動方法は、まず、センシ
ングセル部４の電極７の間に微小電流を流して基準酸素
室９の酸素濃度を約１００％とすると、センシングセル
部４の電極７の間にはガス検出室８と基準酸素室９との
酸素濃度の違いによりネルンストの式に基づく起電力が
発生する。このとき、センシングセル部４の電極７の間
に生じた起電力が、固体電解質板６に隔離された基準酸
素室９の酸素濃度１００％のガスと、ガス検出室８の酸
素濃度がほぼ０％の測定ガスによる濃淡電池の起電力値
となるように、ポンピングセル部５に設けた電極１１に
電流を流してガス検出室８の酸素濃度がほぼ０％となる
ように制御すると、ポンピングセル部５の電極１１に印
加する電流値と測定ガス中の酸素濃度が比例することか
ら、測定ガス中の酸素濃度を測定することができる。な
お、センシングセル部４の電極７に電流を流すことによ
ってガス検出室８から基準酸素室９へ移動する酸素の量
は、極めて少ないためにガス検出室８内の酸素濃度への
影響はないものとみなすことができる。

【００２０】ここで、固体電解質板６・１０のイオン
伝導度は温度によって変化することから、測定精度を向
上させるためにはセンサ温度を常に一定に保つ必要があ
る。ヒータ部３は測定ガスの温度によらず、センサ部２
を一定温度に保持する役割を果たし、モルタルやガラス
といった高温耐熱接着剤等によるヒータ接続部１９によ
ってセンサ部２と一体化される。

【００２１】さて、上述した酸素センサ素子１に限ら
れず、図１２に示されるように、固体素子を用いたガス
センサ素子６０は、一般的に、半導体や固体電解質等に
電極を設けたガス検出部６１とガス検出部６１を支持す
る胴体部６２とから構成される。たとえば、図１に示し
た酸素センサ素子１において、センシングセル部４のガ
ス検出室８側に設けられる電極７として、金からなる多
孔性電極を形成した場合には、この金電極は基準酸素室
９に設けられた白金電極と比べて、一酸化炭素および酸
素との反応性やガス選択性が異なるので、一酸化炭素ガ
スセンサとして使用することができる。また、半導体表
面へのガス分子の吸着や反応による半導体の電気的特性
の変化を利用したガスセンサ、たとえば、多孔性酸化す
ず焼結体からなる一酸化炭素および硫化水素用のガスセ
ンサ素子の基本構造もまた、図１２に示したガスセンサ
素子６０と同様である。したがって、以下、上述した酸
素センサ素子１を、酸素センサ素子１を含む一般的なガ
スセンサ素子６０に置き換えて、本発明のガスセンサの
構造について説明する。

【００２２】上述した板状のガスセンサ素子６０は、
図２に示されるように、そのガス検出部６１が測定ガス
雰囲気に露出するように、そして胴体部６２が円筒形碍
管２２内に固定されるようにして円筒形碍管２２へ挿入
され、これらの間に生じた隙間２３にガラスまたはタル
クが充填されて気密に封止される。このときの円筒形碍
管２２としては、アルミナ管が好適に使用される。

【００２３】続いて、円筒形碍管２２のガスセンサ素
子６０のガス検出部６１側の端部には、ガスセンサ素子
６０の位置決めと円筒形碍管２２の脱落を防止するため
の一次カバー２４が、ガスセンサ素子６０が一次カバー
２４を貫通するように配置され、円筒形碍管２２とガラ
スまたはタルクによって固定される。なお、この一次カ
バー２４の材質としては、円筒形碍管２２と熱膨張係数
が近似するフェライトまたはマルテンサイト系ステンレ
スが好適に用いられる。

【００２４】さらに、一次カバー２４には、ガスセン
サ素子６０のガス検出部６１を保護するための保護カバ
ー２５が取付けられる。この保護カバー２５は一次カバ
ー２４と同じ材料あるいは耐熱合金からなるものが好適
に用いられ、保護カバー２５と一次カバー２４との接続
は、かしめ加工または溶接によって接続しても良いし、
一次カバー２４と保護カバー２５が一体のパイプを用い
てもよい。ただし、後述する図７に示されるように、本
発明のガスセンサは、ガスセンサと相似形のガイドパイ
プ４４に挿入される場合、そのガイドパイプ４４の先端
部には、ガス検出部６１を保護するフィルタ５１が取付
けられていることから、この保護カバー２５は、必ず取
付けなければならない部品ではない。

【００２５】次に、円筒形碍管２２および延長リード
線１４用の保護碍管１８を円筒形金属パイプ２６に挿入
して、円筒形金属パイプ２６と一次カバー２４とを溶接
またはかしめ加工によって接合する。このとき、円筒形
金属パイプ２６としては、一次カバー２４と同じ材質の
ものが最も扱い易い。また、円筒形碍管２２または保護
碍管１８と円筒形金属パイプ２６の隙間が大きい場合に
は、それぞれの隙間にガラスまたはタルク等を充填し
て、円筒形碍管２２および保護碍管１８を円筒形金属パ
イプ２４内で安定させる処理が施される。

【００２６】一方、円筒形金属パイプ２６と延長リー
ド線１４の取出し口側の端部は、図３に示されるよう
に、円筒形金属パイプ２６を固定するための金属製の固
定パイプ２７と、延長リード線１４に接続される絶縁被
覆付電線２８を有する端子箱２９に固定される。この作
業は、たとえば、まず絶縁被覆付電線２８を固定パイプ
２７の開口端から引き出して、絶縁被覆付電線２８の数
と同じ孔を有するバイトンゴムブーツ３０を貫通させ、
そして各絶縁被覆付電線２８を対応する延長リード線１
４と溶接して、その溶接部分を覆うようにバイトンゴム
ブーツ３０をはめ込み、続いて円筒形金属パイプ２６を
固定パイプ２７に挿入して固定パイプ２７の開口端にお
いて、溶接またはかしめ加工によって行うことができ
る。また、延長リード線１４と絶縁被覆付電線２８との
接続は、外部を絶縁被覆した圧着端子を用いて行っても
よく、こうして本発明のガスセンサ３１が作製される。

【００２７】ここで、図４から図６には上述した一次
カバーの形状、あるいは円筒金属パイプの端部における
円筒形碍管の固定方法等を変更した実施形態を示した。
まず、図４に示す実施形態においては、円筒形碍管２２
と一次カバー２４との接続は、図２に示した実施形態と
同じであるが、保護カバー３２および円筒形金属パイプ
３３が一次カバー２４の外側を覆うようにして、かしめ
加工あるいは溶接によって一次カバー２４と接続され、
円筒形金属パイプ３３と円筒形碍管２２との隙間３４に
は、ガラスまたはタルクが充填される。

【００２８】また、図５に示した実施形態は、図２に
示した円筒形金属パイプ２６と一次カバー２４とを一体
化させた有底円筒形金属パイプ３５を使用したものであ
る。有底円筒形金属パイプ３５の底部には、ガスセンサ
素子６０のガス検出部６１が貫通できる孔が設けられ、
ガスセンサ素子６０を固定した円筒形碍管２２が有底円
筒形金属パイプ３５に挿入されて、それらに生じた隙間
３６にガラスまたはタルクが充填される。さらに、有底
円筒形金属パイプ３５の開口端は円筒形碍管２２の長さ
に応じてかしめ加工部３７が形成されることにより円筒
形碍管２２が固定され、ガスセンサ素子６０のガス検出
部６１が露出する有底円筒形金属パイプ３５の底部に
は、保護カバー３８が取付けられる。なお、有底円筒形
金属パイプ３５の材質としては、円筒形碍管２２と熱膨
張係数の近似したフェライトまたはマルテンサイト系ス
テンレスが好適に使用される。

【００２９】ここで、本実施形態では有底円筒形金属
パイプ３５の開口端を円筒形碍管２２の長さに合わせて
いるために、延長リード線１４を保護する保護碍管１８
を保護する延長パイプ３９を別途取付けなければならな
い。この延長パイプ３９は有底円筒形金属パイプ３５と
同材質のものが好ましく、かしめ加工された有底円筒形
金属パイプ３５の開口端部に、溶接またはかしめ加工に
よって取付けられる。

【００３０】さらに、図６に示した実施形態は、一端
をかしめた円筒形金属パイプ４０に、ガスセンサ素子６
０のガス検出部６１が貫通する孔を設けた円板４１とガ
スセンサ素子６０を固定した円筒形碍管２２を挿入し
て、円筒形金属パイプ４０との間に生じた隙間４２にガ
ラスまたはタルクを充填し、さらに円筒形金属パイプ４
０の他端を、延長リード線１４の保護碍管１８を貫通す
る円板４３を介してかしめ加工することにより、円筒形
碍管２２が固定されるものである。本実施形態の場合に
も、ガスセンサ素子６０のガス検出部６１が露出する部
分には保護カバー３８が、円筒形金属パイプ４０の延長
リード線１４側の端部には延長パイプ３９が、それぞれ
かしめ加工あるいは溶接によって取付けられる。

【００３１】上述のようにして作製されたガスセンサ
３１を、次に、図７に示されるガイドパイプ４４に挿入
する。このガイドパイプ４４は、図３に示した端子箱２
９と固定パイプ２７との接合部４５から、ガスセンサ３
１先端までの外形と相似形であり、ステンレス等の耐熱
金属が好適に用いられる。また、ガイドパイプ４４のガ
スセンサ３１の挿入口にはチューブ継手４６が溶接また
はネジ込みされており、このチューブ継手４６の拡大断
面図を図８に示す。チューブ継手４６とガスセンサ３１
の固定パイプ２７とが、フロントフェルール４７とリア
フェルール４８を介してナット４９で締めつけることに
よって気密に固定される。このようなチューブ継手４６
を用いた接続方法により、ガスセンサ３１は、いつでも
簡単にガイドパイプ４４との取付け、取外しが可能とな
る。

【００３２】さらに、ガイドパイプ４４にはガスセン
サ３１校正用の空気等を送入するための校正ガス導入口
５０が形成され、ガイドパイプ４４とガスセンサ３１と
の間に生じた隙間が導入通路として利用される。このよ
うな構造とすることで、ガスセンサ３１を取外すことな
く、ガスセンサの検出感度を校正することが可能とな
る。

【００３３】また、ガスセンサ３１の先端に相応する
ガイドパイプ４４の先端には、ガスセンサ素子６０のガ
ス検出部６１を保護するための焼結金属製、あるいはセ
ラミック製のフィルタ５１がかしめ加工、溶接あるいは
フィルタ５１とガイドパイプ４４の先端とをネジ加工す
るなどの方法により取付けられる。こうして、ガスセン
サ３１の先端にも保護フィルタを設けることにより、二
重にガスセンサ素子６０のガス検出部６１を保護するこ
とも可能である。

【００３４】次に、上述のようにしてガイドパイプ４
４が取付けられたガスセンサ３１は、排気管等へ取付け
られることとなるが、図７には、本発明のガスセンサ３
１を取付けるために、排気管等に取付けられるフランジ
５２の構造も示されている。フランジ５２はボルト等を
用いて排気管等へ固定される。そして、フランジ５２の
中央部には、ガスセンサ３１に取付けられたガイドパイ
プ４４を貫通できるチューブ継手５４が溶接またはネジ
込みされ、この貫通部分にガイドパイプ４４が挿入され
る。こうして、図８に示したチューブ継手４６を用いた
場合と同様の方法によって、ガイドパイプ４４は図７に
示されるガイドパイプ４４の一部分である長さＡの範囲
内の任意の位置でチューブ継手５４において、ナット５
５によって固定することができる。このようにして、フ
ランジ５２等からなる排気管取付け金具と、ガイドパイ
プ４４およびガスセンサ３１とから構成されるガス分析
装置が形成される。

【００３５】したがって、本発明のガス分析装置にお
いては、チューブ継手５４を利用すると、ガスセンサ３
１のガス検出部６１を、ガスセンサ３１を取付けるガイ
ドパイプ４４の長さの範囲内において自由に調整するこ
とでき、排気管内の任意の位置での燃焼ガスのガス濃度
分析が可能となる。また、ガスセンサ３１の取付け方法
は、上述してきたように、予めガスセンサ３１をガイド
パイプ４４にチューブ継手４６によって固定したものを
排気管へ取付けられたフランジ５２から挿入し、チュー
ブ継手５４で固定することができる。あるいは、先にガ
イドパイプ４４を排気管等に取付けられたフランジ５２
に挿入して測定位置を決定し、チューブ継手５４によっ
て固定した後に、ガスセンサ３１をガイドパイプ４４に
挿入してチューブ継手４６で固定してもよい。さらに、
チューブ継手４６を排気管等に直接取付けた後、ガスセ
ンサ３１をガイドパイプ４４なしで排気管内へ挿入して
チューブ継手４６で固定してもよい。

【００３６】以上、本発明のガスセンサおよびガス分
析装置について、詳述してきたが、本発明はこれらの実
施形態によって何らの限定をも受けるものでないことは
言うまでもないところである。また、本発明には、上記
の実施形態の他にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りに
おいて、当業者の知識に基づいて種々の変更、修正、改
良等を加え得るものであることが理解されるべきであ
る。

【００３７】

【発明の効果】上述の通り、本発明のガスセンサによ
れば、ガスセンサのガス検出部の位置を、ガス分析装置
に設けられたガイドパイプの長さ調整が可能な範囲内で
任意に設定することが可能となるので、測定位置の変更
ごとのガスセンサの交換を必要とせず、しかも、小刻み
に位置を調節することが可能である。したがって、排気
管等内の種々の位置でのガス組成を分析することが可能
となるので、より良好な燃焼状態への燃料や酸化剤の供
給制御を可能とする顕著な効果を奏する。また、ガスセ
ンサはガイドパイプと、ガイドパイプはフランジと、そ
れぞれチューブ継手によってのみ気密に固定されること
から、取付け取外しが容易であり、ガスセンサ自体やフ
ィルタのメンテナンスを簡単に行うことが可能であると
いう効果を奏する。さらに、従来のガスセンサにおいて
は、必要に応じて種々の長さのセンサを製造、品揃えし
なければならなかったが、本発明のセンサにおいては、
センサの長さ調節範囲が重複しない範囲で品揃えすれば
よく、しかも構造が簡単であるので、低コスト化、在庫
の低減にも効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスセンサの一つである酸素センサ
素子の構造の一例を示すもので、（ａ）は正面断面図、
（ｂ）は側面断面図である。

【図２】本発明のガスセンサの実施形態の一部を示す
断面図である。

【図３】本発明のガスセンサの実施形態の一部を示す
断面図である。

【図４】本発明のガスセンサの別の実施形態の一部を
示す断面図である。

【図５】本発明のガスセンサのさらに別の実施形態の
一部を示す断面図である。

【図６】本発明のガスセンサのさらに別の実施形態の
一部を示す断面図である。

【図７】本発明のガス分析装置の部品の実施形態を示
す断面図である。

【図８】本発明のガスセンサの固定部を示す断面図で
ある。

【図９】従来の酸素センサの基本構造を示す断面図で
ある。

【図１０】従来の酸素センサの構造の一例を示す断面
図である。

【図１１】従来のガスセンサの排気管等への取付け方
の例を示す断面図である。

【図１２】一般的な固体型ガスセンサの基本構造を示
す斜視図である。

【図１３】従来のガス分析装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１…酸素センサ素子、２…センサ部、３…ヒータ部、４
…センシングセル部、５…ポンピングセル部、６…固体
電解質板、７…電極、８…ガス検出室、９…基準酸素
室、１０…固体電解質板、１１…電極、１２…内蔵リー
ド線、１３…接続ターミナル、１４…延長リード線、１
５…ガス拡散孔、１６…発熱抵抗体、１７…セラミック
ヒータ、１８…保護碍管、１９…ヒータ接続部、２０…
ガス検出部、２１…胴体部、２２…円筒形碍管、２３…
ガスセンサ素子６０と円筒形碍管２２との隙間、２４…
一次カバー、２５…保護カバー、２６…円筒形金属パイ
プ、２７…固定パイプ、２８…絶縁被覆付電線、２９…
端子箱、３０…バイトンゴムブーツ、３１…ガスセン
サ、３２…保護カバー、３３…円筒形金属パイプ、３４
…円筒形金属パイプ３３と円筒形碍管２２との隙間、３
５…有底円筒形金属パイプ、３６…有底円筒形金属パイ
プ３５と円筒形碍管２２との隙、３７…かしめ加工部、
３８…保護カバー、３９…延長パイプ、４０…円筒形金
属パイプ、４１…円板、４２…円筒形金属パイプ４０と
円筒形碍管２２との隙間、４３…円板、４４…ガイドパ
イプ、４５…接合部、４６…チューブ継手、４７…フロ
ントフェルール、４８…リアフェルール、４９…ナッ
ト、５０…校正ガス導入口、５１…フィルタ、５２…フ
ランジ、５４…チューブ継手、５５…ナット、６０…ガ
スセンサ素子、６１…ガス検出部、６２…胴体部、７０
…固体電解質、７１…電極、７２…電極、７３…リード
線、７４…リード線、７５…緻密体、８０…酸素センサ
素子、８１…セラミックサポータ、８２…タルク、８３
…金属製円筒、８４…ハウジング、８５…フィルタ、８
６…ガス検出部、９０…燃焼室壁または燃焼炉壁、９１
…排気管、９２…センサ取付け金具、９４…従来型ガス
センサ、９６…ガスセンサ先端、１００…ガス分析装
置、１０１…ガスセンサ素子、１０２…プローブ、１０
３…フィルタ、Ａ…ガイドパイプ固定調節範囲。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板状のガスセンサ素子を、該ガスセンサ
素子に設けられたガス検出部が露出するようにして、該
ガスセンサ素子の残部を円筒形碍管に気密固定し、該ガ
スセンサ素子の検出部分が測定雰囲気と連通した状態
で、該円筒形碍管の外周を囲むように、該円筒形碍管を
円筒形金属パイプ内へ気密に取付けたことを特徴とする
ガスセンサ。
【請求項２】前記板状のガスセンサ素子の露出したガ
ス検出部を除く他の部分が、ガラスまたは／および粉体
を用いて前記円筒形碍管内に気密に固定されていること
を特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】前記円筒形碍管がガラスまたは／および
タルク等の無機粉体によって前記円筒形金属パイプ内に
気密に固定されていることを特徴とする請求項１または
２記載のガスセンサ。
【請求項４】前記円筒形金属パイプの両端部の少なく
とも一方の端部をかしめ加工することにより、前記円筒
形碍管を該円筒形金属パイプ内に気密に固定したことを
特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガスセン
サ。
【請求項５】前記ガスセンサ素子が、安定化ジルコニ
アを固体電解質板として用いたガスセンサ素子であっ
て、該ガスセンサの温度を一定に保持するためのヒータ
を具備したガスセンサ素子であることを特徴とした請求
項１〜４のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項６】前記ガスセンサが、チューブ継手の内孔
を貫通して配管／ダクト等の排気管に取付けられること
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のガスセン
サ。
【請求項７】排気管に設けられたガス分析装置用取付
けフランジに第１のチューブ継手を設け、該第１のチュ
ーブ継手の貫通孔を貫通するように金属製のガイドパイ
プを挿入して、該ガイドパイプの一方の先端を該排気管
内の任意の測定位置に合わせて該ガイドパイプが該第１
のチューブ継手において固定され、該ガイドパイプの他
端には第２のチューブ継手が設けられ、ガスセンサ素子
のガス検出部が該ガイドパイプの先端位置に合うよう
に、ガスセンサが該第２のチューブ継手の貫通孔を貫通
して該ガイドパイプに挿入されて、該第２のチューブ継
手により固定されたことを特徴とするガス分析装置。
【請求項８】前記ガイドパイプの先端にフィルタを設
けたことを特徴とする請求項７記載のガス分析装置。
【請求項９】前記ガイドパイプと前記ガスセンサとの
間に生ずる間隙を校正ガス導入口として用いることによ
り、校正ガスを供給することを特徴とする請求項７また
は８記載のガス分析装置。