(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛・ビスマス、ビスマス、鉛の液体金属もしくは溶融金属中の酸素濃度を計測するための酸素濃度計であって、中空管状の延長スリーブの先端に耐食性のスリーブを固着し、該耐食性スリーブの先端に固体電解質からなる細長い容器状の計測部を装着するとともに、該容器状の計測部内に標準極を収容し、該標準極に前記各スリーブ内を通って標準電極用リード線を差し込み、更に、前記延長スリーブに対向電極用リード線を接続した酸素濃度計において、前記耐食性スリーブの下面に、該耐食性スリーブの内径より大径の穴を設け、該穴に前記容器状の計測部の開口部側を挿入してインロウ継手構造により結合し、且つ、耐食性スリーブの穴と前記容器状の計測部との隙間をハーメチックシールによりシールすることを特徴とする酸素濃度計。
【請求項２】
前記延長スリーブと前記耐食性スリーブとを、溶接による結合あるいは気密性継ぎ手による結合により結合することを特徴とする請求項１記載の酸素濃度計。
【請求項３】
前記耐食性スリーブを、フェライト系ステンレス鋼で形成することを特徴とする請求項１又は２記載の酸素濃度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛・ビスマス、ビスマス、鉛などの低融点液体金属中の酸素濃度を計測するための酸素濃度計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３に示すように、従来、不活性ガスａの雰囲気において、酸素濃度計１を用いて溶融鉛・ビスマスｂに含まれている酸素濃度を計測することが行なわれている。図３中、２は、容器又は装置、３及び４は、通常のリード線、５は、計測器を示している。
【０００３】
この酸素濃度計１は、図２に示すように、オーステナイト系ステンレス鋼で形成されている中空管状の延長スリーブ６の先端にアルミナ製のハウジング７を挿着し、このハウジング７の下部にモリブデン（Ｍｏ）製の対向極リード線１３を有するモリブデン製の対向電極８と、標準電極９とを取り付けている。この標準電極９は、イットリア安定ジルコニアなどの固体電解質で形成された試験管のように細長い容器状の計測部１０と、この計測部１０内に収容した標準極ｃとからなり、標準極ｃ内には、モリブデン製の標準極用リード線１４が挿入されている。
【０００４】
ところが、従来の酸素濃度計１は、ハウジング７と対向電極８の接合部１５、ハウジング７と容器状の計測部１０の接合部１６およびハウジング７と延長スリーブ６の接合部１７をそれぞれセラミックセメントｄでシールしているので、気密性の確保が困難であり、長期の耐久性に問題があった。特に、ハウジング７と容器状の計測部１０の接合部１６の気密保持が困難であった。
【０００５】
従って、不活性ガスの雰囲気では、使用可能であるが、還元ガスや酸化ガスの雰囲気では、容器状の計測部１０内に納められている標準極ｃが還元、或いは、酸化され、正確な酸素濃度の測定が不可能である。
【０００６】
更に、対向極と標準極の２本のリード線１３，１４が延長スリーブ６内に納められているので、これら２本のリード線１３，１４間の絶縁確保が困難であるうえ、２本のリード線１３，１４どうしの相互作用によって起電力の安定性に欠けるため、正確な酸素濃度の計測が困難であった。
【０００７】
この種の酸素濃度計は、標準極ｃと溶融金属ｂとの間の電圧Ｅを測ることによって溶融金属ｂの酸素濃度を計測するように構成されている。この原理を酸素濃度計の模式図により説明すると（図４参照）、
・図の左側の電極では、式１となり、
Ｏ2 （Ｐ1 ）＋４ｅ- ＝２Ｏ2-    ・・・・・  （１）
・図の右側の電極では、式２となり、
２Ｏ2-＝Ｏ2 （Ｐ2 ）＋４ｅ-     ・・・・・  （２）
・総括反応は、式３のようになる。
【０００８】
Ｏ2 （Ｐ1 ）＝Ｏ2 （Ｐ2 ）      ・・・・・  （３）
従って、酸素分圧差に応じた起電力Ｅ（式４）が発生するので、この起電力Ｅを計測することにより溶融金属の酸素濃度を計測できるのである。
【０００９】
Ｅ＝（ＲＴ／４Ｆ）×Ｉｎ（Ｐ1 ／Ｐ2 ）  ・・・・・  （４）
ここで、
Ｒ：ガス定数あるいは気体定数（８．３１４４ｍｏｌ-1Ｋ-1）
Ｔ：温度（Ｋ）
Ｆ：ファラデー定数（９６４８５ｍｏｌ-1）
Ｉn ：自然対数
Ｐ1 ：計測側の酸素分圧（ここでは溶融金属／鉛・ビスマスの酸素分圧）
Ｐ2 ：標準極の酸素分圧
である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであり、スリーブとハウジング間、ハウジングと容器状の計測部間およびハウジングと対向電極間のシール性の向上、並びに２本のリード線間の不具合を抑制することができる酸素濃度計を提供することを主たる目的とするものである。
【００１１】
このような課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。すなわち、請求項１に記載の発明に係る酸素濃度計は、鉛・ビスマス、ビスマス、鉛の液体金属もしくは溶融金属中の酸素濃度を計測するための酸素濃度計であって、中空管状の延長スリーブの先端に耐食性のスリーブを固着し、該耐食性スリーブの先端に固体電解質からなる細長い容器状の計測部を装着するとともに、該容器状の計測部内に標準極を収容し、該標準極に前記各スリーブ内を通って標準電極用リード線を差し込み、更に、前記延長スリーブに対向電極用リード線を接続した酸素濃度計において、前記耐食性スリーブの下面に、該耐食性スリーブの内径より大径の穴を設け、該穴に前記容器状の計測部の開口部側を挿入してインロウ継手構造により結合し、且つ、耐食性スリーブの穴と前記容器状の計測部との隙間をハーメチックシールによりシールすることを特徴としている。
【００１３】
請求項２に記載の発明に係る酸素濃度計は、請求項１記載の酸素濃度計において、前記延長スリーブと前記耐食性スリーブとを、溶接による結合あるいは気密性継ぎ手による結合により結合することを特徴としている。
【００１４】
請求項３に記載の発明に係る酸素濃度計は、請求項１又は２記載の酸素濃度計において、前記耐食性スリーブを、フェライト系ステンレス鋼で形成することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１７】
図１において、１ａは、鉛・ビスマス、ビスマス、鉛などの低融点液体金属中の酸素濃度を計測するための酸素濃度計である。
【００１８】
この酸素濃度計１ａは、オーステナイト系ステンレス鋼で形成した中空管状の延長スリーブ６の先端に、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、クロムモリブデン鋼などの耐食性の鋼材で形成された耐食性スリーブ１９が溶接されている。
【００１９】
この耐食性スリーブ１９の先端には、イットリア安定ジルコニアなどの固体電解質からなる試験管のように細長い容器状の計測部１０が挿着されている。具体的に説明すると、耐食性スリーブ１９の下面に、その内径より大径の穴２０を設け、この穴２０に容器状の計測部１０の開口部側を挿入して結合させている。その上、その隙間をハーメチックシールやセラミックセメントなどのシール材ｄ′でシールしている。
【００２０】
この容器状の計測部１０内に標準極ｃを収容するとともに、当該溶融標準極ｃに上記スリーブ６，１９内の孔１１を通ってモリブデン製の標準極用リード線１４が差し込まれている。更に、ここでは、一例として、上記延長スリーブ６の外側に対向極用リード線４を接続させている。
【００２１】
図中、２１は、標準極用リード線１４を絶縁するためのアルミナ製の絶縁管、２２は、延長スリーブ６の上端部を封ずるアルミナ製のシールである。ここで、標準極としては、Ｂｉ／Ｂｉ2 Ｏ3 、Ｐｂ／ＰｂＯ、Ｉｎ／Ｉｎ2 Ｏ3 、Ｓｎ／ＳｎＯなどが好ましく使用される。
【００２２】
上記のように、本発明は、耐食性スリーブ１９と容器状の計測部１０とがインロー継手構造により堅固に結合され、更に、その接合部がハーメチックシールやセラミックセメントなどのシール材ｄ′でシールされているので、気密性の優れ、還元ガスや酸化ガスの雰囲気においても正確な計測が可能である。また、同様の理由により、長期の耐久性にも優れている。更に、２本のリード線が延長スリーブ６の内と外に分かれて設けられているので、起電力の安定性が確保でき、正確な計測が可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
上記のように、本発明は、鉛・ビスマス、ビスマス、鉛などの低融点液体金属中の酸素濃度を計測するための酸素濃度計であって、中空管状の延長スリーブの先端に耐食性のスリーブを固着し、該耐食性スリーブの先端に固体電解質からなる細長い容器状の計測部をインロー継手構造により装着するとともに、該容器状の計測部内に標準極を収容し、更に、該標準極に前記スリーブ内を通って標準極用リード線を差し込み、対向極用リード線は別に設置したこと特徴とするものである。
【００２４】
上記のように、本発明は、耐食性スリーブと容器状の計測部とがインロー継手構造により堅固に結合され、更に、その接合部がハーメチックシールやセラミックセメントなどのシール材でシールされているので、気密性の優れ、還元ガスや酸化ガスの雰囲気においても正確な計測が可能である。また、同様の理由により、長期の耐久性にも優れている。更に、２本のリード線が延長スリーブの内と外に分かれて設けられているので、起電力の安定性が確保でき、正確な計測が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る酸素濃度計の断面図である。
【図２】従来の酸素濃度計の断面図である。
【図３】従来の酸素濃度測定装置の概略図である。
【図４】酸素濃度計の模式図である。
【符号の説明】
ｂ  鉛・ビスマス、ビスマス、鉛などの低融点液体金属
ｃ  鉛・ビスマスからなる標準極
１ａ  酸素濃度計
３  対向極用リード線
６  延長スリーブ
１０  固体電解質からなる細長い容器状の計測部
１４  標準極用リード線
１９  耐食性のスリーブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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