Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor für
gasförmiges Kohlendioxid vom Typ mit Festelektrolyt, und
insbesondere betrifft sie eine Verbesserung der
Feuchtigkeitsdichtungseigenschaft einer Erfassungselektrode.
Beschreibung des Standes der Technik
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Sich gegenwärtig in der Entwicklung befindende Sensoren mit
Festkörperelektrolyt verwenden üblicherweise eine
Erfassungselektrode und eine Bezugselektrode, die auf beiden
Seiten eines Festelektrolyt als Ionenleiter angeordnet sind.
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Im allgemeinen wird in einem Fall zum Erfassen von
gasförmigen Bestandteilen, die in einer Atmosphäre vorhanden sind,
indem ein Sensor mit Festelektrolyt verwendet wird, ein
Ionenleiter, in dem bestimmte Ionen bewegbar sind, und in
Kombination mit diesem bestimmten Ionenleiter, der als der
Festelektrolyt verwendet wird, eine Verbindung, die die
bestimmten Ionen enthält und ein zu bestimmender,
gasförmiger Bestandteil als ein Erfassungsmaterial verwendet, mit
dem eine Elektrode überdeckt ist, die beispielsweise aus
Platin hergestellt wird.
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Ein Sensor für gasförmiges Kohlendioxid, dem ein solches
Prinzip zugrundeliegt, verwendet beispielsweise einen
Natriumionenleiter wie aus β-Aluminiumoxid (allgemeine Formel:
Na&sub2;O.nAl&sub2;O&sub3;, n = 5 - 11) oder NASICON (allgemeine Formel:
Na1-x Zr&sub2;P3-x SixO&sub1;&sub2;) In diesem Fall wird eine
Platinmeßeinrichtung, die mit Natriumkarbonat oder ähnlichem bedeckt
ist, als eine Erfassungselektrode verwendet (vergleiche
beispielsweise EP-A-O 182 921).
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Eine typische Bezugselektrode umfaßt Gold oder Platin allein
oder mit Natriumkarbonat oder ähnlichem überdeckt, die dicht
in Luft oder in gasförmigem Kohlendioxid abgedichtet ist.
Demgemäß kann, während gasförmiges Kohlendioxid, als ein zu
messendes Gas, in Berührung mit der Erfassungselektrode
gelangen, aber nicht mit der Bezugselektrode auf der
gegenüberliegenden Seite.
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Der Sensorabschnitt wird beim Betrieb üblicherweise auf eine
konstante Temperatur von ungefähr 400º C bis 600º C erwärmt,
bei der eine elektromotorische Kraft von Natriumionen zu der
Erfassungselektrode entsprechend dem Partialdruck des
gasförmigen Kohlendioxids in einem zu erfassenden Gas veranlaßt
wird, das mit der Erfassungselektrode in Berührung steht,
und Natriumionen fließen proportional zu der Differenz der
elektromotorischen Kraft zwischen beiden Elektroden durch
den Ionenleiter. Demgemäß kann die Konzentration des
gasförmigen Kohlendioxids erfaßt werden, indem die
elektromotorische Kraft gemessen wird.
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Jedoch leitet in einem Fall des bestehenden Sensors für
gasförmiges Kohlendioxid, der Natriumkarbonat als das
Erfassungsmaterial für die Erfassungselektrode verwendet und
NASICON für den Ionenleiter verwendet, wie es oben
beschrieben worden ist, die Eigenschaft der elektromotorischen
Kraft stark an der Wirkung eines Feuchtigkeitsgehalts des
Gases, das erfaßt werden soll. Fig. 3 zeigt die Kennlinie
der elektromotorischen Kraft der Einrichtung, die auf eine
Elementtemperatur von 550ºC erwärmt worden ist, als
Funktion der Konzentrationsänderung des gasförmigen
Kohlendioxids in der Luft bei einer Feuchtigkeit von 20% und 75%
sowie in einem wasserfreien Zustand. Wie es in der Figur
gezeigt ist, wird, selbst wenn die Luft einen
Feuchtigkeitsgehalt von so wenig wie 20% enthält, die
elektromotorische Kraft als Funktion der Konzentrationsänderung des
gasförmigen Kohlendioxids verringert und versagt damit, daß
eine zufriedenstellende Erfassung erreicht werden kann, und
es kann nicht unterschieden werden, ob die Änderung der
elektromotorischen Kraft derjenigen der Konzentration des
gasförmigen Kohlendioxids oder derjenigen der Feuchtigkeit
zuzuordnen ist.
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Obgleich im Hinblick auf das Vorstehende ein verbessertes
Verfahren vorgeschlagen worden ist, beispielsweise die
Erfassungselektrode mit einer solchen gasundurchlässigen
Membran zu überdecken, die nur gasförmiges Kohlendioxid aber
keinen Wasseranteil hindurchgehen läßt, ist die Herstellung
der Durchlässigkeitsmembran äußerst mühsam, wobei ebenso die
Wirkung nicht ausreichend ist, und es ist schwierig gewesen,
das vorstehende Problem bei diesem Stand der Technik zu
lösen.
Zielsetzung der Erfindung
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Die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist, die
vorstehenden Schwierigkeiten bei dem Stand der Technik zu
überwinden und einen Sensor zum Erfassen von gasförmigem
Kohlendioxid zu schaffen, der die Konzentration von gasförmigem
Kohlendioxid mit hoher Genauigkeit messen kann, wobei die
Feuchtigkeitseigenschaft und die Ansprechkennlinie des
Sensor zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid, der einen
Festelektrolyt verwendet, verbessert werden.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorstehende Zielsetzung der vorliegenden Erfindung kann
durch einen Sensor zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid
erreicht werden, der eine Erfassungselektrode und eine
Bezugselektrode umfaßt, die aufeinander gegenüberliegenden
Seiten eines Ionenleiters angeordnet sind, wobei eine
Mischung, die ein Mol eines Alkalimetallkarbonats und mehr als
ein Mol eines Erdalkalimetallkarbonats aufweist, als
Erfassungsmaterial für die Erfassungselektrode verwendet wird.
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Eine weitere ausgezeichnete Wirkung kann erwartet werden,
indem eine feste Lösung verwendet wird, die als das
Erfassungsmaterial ein Alkalimetallkarbonat und ein
Erdalkalimetallkarbonat umfaßt, und keine Kristalle aus
Alkalimetallkarbonat enthält.
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Bei dem Sensor zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid
gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Erfassungselektrode
aus einer Mischung gebildet, die ein Mol
Alkalimetallkarbonat und mehr als ein Mol Erdalkalimetallkarbonat umfaßt,
vorzugsweise davon eine feste Lösung, die keine Kristalle
des Alkalimetallkarbonats enthält, und als
Erfassungsmaterial eine Elektrode überdeckt, die aus einer
Platinmeßeinrichtung gebildet ist, auf der Platinschwarz oder ähnliches
abgeschieden ist. Als das Alkalimetallkarbonat, das das
Erfassungsmaterial bildet, werden Lithiumkarbonat,
Natriumkarbonat und Kaliumkarbonat vorzugsweise allein oder als eine
Mischung von zwei oder mehr von ihnen verwendet. Ferner
werden als das Erdalkalimetallkarbonat Calciumkarbonat,
Strontiumkarbonat und Bariumkarbonat vorzugsweise allein
oder als eine Mischung von zwei oder mehr von ihnen
verwendet.
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Die feste Lösung, wie Alkalimetallkarbonat und
Erdalkalimetallkarbonat umfaßt, enthält keine Kristalle des
Alkalimetallkarbonats. Das heißt, da Kristalle des
Alkalimetallkarbonats allein dazu neigen, erzeugt zu werden, wenn das
Mischverhältnis des Erdalkalimetallkarbonats zu dem
Alkalimetallkarbonat klein in der festen Lösung ist, ist ein
größerer Mischanteil an Alkalimetallkarbonat nicht
wünschenswert. Andererseits wird bevorzugt, daß der Mischanteil des
Alkalimetallkarbonats klein ist, da die Kristalle aus
Alkalimetallkarbonat allein weniger gebildet werden, wobei
dieses aber den Schmelzpunkt der festen Lösung höher macht, so
daß die Arbeitsbedingungen zum Bilden der
Erfassungselektrode beschwerlicher werden.
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Das Mischverhältnis zwischem dem Alkalimetallkarbonat und
dem Erdalkalimetallkarbonat ist verschieden in Abhängigkeit
von der Art des Alkalimetallkarbonats und des
Erdalkalimetallkarbonats, die kombiniert werden, und es wird allgemein
bevorzugt, einen geringeren Anteil an Alkalimetallkarbonat
und einen größeren Anteil an Erdlkalimetallkarbonat als
Kombination zu verwenden.
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Als Festelektrolyt können Sintermaterial wie β-Aluminiumoxid
oder NASICON sowie andere geeignete Natriumionenleiter ohne
besondere Beschränkung nur darauf verwendet werden. Als
Bezugselektrode kann eine Platinmeßeinrichtung mit
abgeschiedenen Platinschwarz oder dampfabgeschiedenem Platinfilm
beispielsweise verwendet werden, und kann in Abhängigkeit
von dem Fall mit einer Mischung aus beispielsweise einem
Alkalimetallkarbonat und einem Erdalkalimetallkarbonat, wie
die der Erfassungselektrode überzogen werden. Es ist für
eine solche Bezugselektrode notwendig, daß sie mit einem
gasundurchlässigen Überzug überdeckt ist, so daß sie von der
Wirkung der Konzentration des in einem Gas zu erfassenden
gasförmigen Kohlendioxids frei ist.
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Bei dem Sensor zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid,
der wie oben beschrieben worden ist, gebildet ist, kann,
wenn ein Gas, das erfaßt werden soll, in Berührung mit der
Erfassungselektrode in einem auf ungefähr 400º C bis 600ºC
geheizten Zustand gelangt, die Konzentration des gasförmigen
Kohlendioxids in dem zu erfassenden Gas frei von der Wirkung
der Feuchtigkeit erfaßt werden, da eine elektromotorische
Kraft entsprechend dem Partialdruck des gasförmigen
Kohlendioxids in dem Gas, das erfaßt werden soll, zu der
Erfassungselektrode veranlaßt wird, indem die elektromotorische
Kraft zwischen der Erfassungselektrode und der
Bezugselektrode gemessen wird.
Beschreibung der beigefügten Zeichnungen
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Diese und andere Zielsetzungen sowie vorteilhafte Merkmale
der vorliegenden Erfindung werden durch das Lesen der
folgenden Beschreibungen unter Bezugnahme auf die bevorzugten
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung
offensichtlich, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug
genommen wird, in denen:
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Fig. 1 eine Ansicht ist, die die Struktur eines Sensors
zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid gemäß
der vorliegenden Erfindung darstellt,
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Fig. 2 eine Ansicht ist, in der eine Struktur einer
Einrichtung zum Messen der elektromotorischen
Kraftkennlinie des Sensors zum Erfassen von gasförmigem
Kohlendioxid als Funktion von gasförmigem
Kohlendioxid zeigt;
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Fig. 3 eine Kennlinie zum Erfassen von gasförmigem
Kohlendioxid in feuchter Luft und in wasserfreier
Luft bei einem Sensor zum Erfassen von gasförmigem
Kohlendioxid nach dem Stand der Technik ist;
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Fig. 4 eine Kennlinie zum Erfassen von gasförmigem
Kohlendioxid in feuchter Luft und in wasserfreier
Luft bei einem Sensor A zum Erfassen von
gasförmigem Kohlendioxid gemäß einer ersten
Ausführungsform der Erfindung ist;
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Fig. 5 eine Kennlinie zum Erfassen von gasförmigem
Kohlendioxid in feuchter Luft und in wasserfreier
Luft bei einem Sensor a zum Erfassen von
gasförmigem Kohlendioxid einer ersten
Vergleichsausführungsform ist;
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Fig. 6 eine Kennlinie zum Erfassen von gasförmigem
Kohlendioxid in feuchter Luft und in wasserfreier
Luft bei einem Sensor B zum Erfassen von
gasförmigern Kohlendioxid einer zweiten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 7 eine Kennlinie zum Erfassen von gasförmigem
Kohlendioxid in feuchter Luft und in wasserfreier
Luft bei einem Sensor b zum Erfassen von
gasförmigern Kohlendioxid einer zweiten
Vergleichsausführungsform ist;
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Fig. 8 eine Kennlinie zum Erfassen von gasförmigem
Kohlendioxid in feuchter Luft und in wasserfreier
Luft bei einem Sensor C zum Erfassen von
gasförmigern Kohlendioxid einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 9 eine Kennlinie zum Erfassen von gasförmigem
Kohlendioxid in feuchter Luft und in wasserfreier
Luft bei einem Sensor c zum Erfassen von
gasförmigern Kohlendioxid einer dritten
Vergleichausführungsform ist;
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Fig. 10 eine Kennlinie zum Erfassen von gasförmigem
Kohlendioxid in feuchter Luft und in wasserfreier
Luft bei einem Sensor D zum Erfassen von
gasförmigern Kohlendioxid einer vierten Ausführungsform der
gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 11 eine Kennlinie zum Erfassen von gasförmigem
Kohlendioxid in feuchter Luft und in wasserfreier
Luft bei einem Sensor d zum Erfassen von
gasförmigem Kohlendioxid einer vierten
Vergleichsausführungsform ist;
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Fig. 12 eine Kennlinie zum Erfassen von gasförmigem
Kohlendioxid in feuchter Luft und in wasserfreier
Luft bei einem Sensor E zum Erfassen von
gasförmigern Kohlendioxid einer fünften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 13 eine Kennlinie zum Erfassen von gasförmigern
Kohlendioxid in feuchter Luft und in wasserfreier
Luft bei einem Sensor e zum Erfassen von
gasförmigern Kohlendioxid einer fünften
Vergleichsausführungsform ist;
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Fig. 14 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung
aus Natriumkarbonat und Bariumkarbonat bei einem
Molverhältnis von 1:1,7 ist;
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Fig. 15 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung
aus Natriumkarbonat und Bariumkarbonat bei einem
Molverhältnis von 1:1 ist;
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Fig. 16 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung
aus Lithiumkarbonat und Bariumkarbonat bei einem
Molverhältnis von 1:2,5 ist;
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Fig. 17 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung
aus Lithiumkarbonat und Bariumkarbonat bei einem
Molverhältnis von 1:1 ist;
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Fig. 18 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung
aus Kaliumkarbonat und Bariumkarbonat bei einem
Molverhältnis von 1:3 ist;
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Fig. 19 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung
aus Kaliumkarbonat und Bariumkarbonat bei einem
Molverhältnis von 1:1 ist;
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Fig. 20 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung
aus Natriumkarbonat und Strontiumkarbonat bei
einern
Molverhältnis von 1:2 ist;
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Fig. 21 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung
aus Natriumkarbonat und Strontiumkarbonat bei
einem Molverhältnis von 1:1 ist;
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Fig. 22 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung
aus Lithiumkarbonat und Calciumkarbonat bei einem
Molverhältnis von 1:3 ist;
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Fig. 23 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung
aus Lithiumkarbonat und Calciumkarbonat bei einem
Molverhältnis von 1:1 ist;
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Fig. 24 ist ein Röntgenbeugungsdiagramm für
Bariumkarbonat;
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Fig. 25 ist ein Röntgenbeugungsdiagramm für
Strontiumkarbonat;
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Fig. 26 ist ein Röntgenbeugungsdiagramm für
Calciumkarbonat;
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Fig. 27 ist ein Röntgenbeugungsdiagramm für
Natriumkarbonat;
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Fig. 28 ist ein Röntgenbeugungsdiagramm für
Lithiumkarbonat; und
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Fig. 29 ist ein Röntgenbeugungsdiagramm für
Kaliumkarbonat.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 zeigt eine Struktur eines Sensors zum Erfassen von
gasförmigem Kohlendioxid gemäß der vorliegenden Erfindung.
In der Figur sind ein Sensor 1 zum Erfassen von gasförmigem
Kohlendioxid und eine Erfassungselektrode 2 gezeigt. Die
Erfassungselektrode 2 umfaßt eine Elektrode 2a, die
beispielsweise aus einer Platinmeßeinrichtung hergestellt ist,
auf der Platinschwarz und eine Erfassungsmaterialschicht 2d
abgeschieden worden sind, die eine Mischung aus einem
Alkalimetallkarbonat und einem Erdalkalimetallkarbonat umfaßt
und mit der die Elektrode 2a beschichtet ist.
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Es sind auch ein Ionenleiter 3 und eine Bezugselektrode 4
gezeigt, die beispielsweise aus einer Platinmeßeinrichtung
gebildet ist, auf der Platinschwarz abgesetzt worden ist und
die abgedichtet ist, indem eine Abdeckung 5, die aus Glas
hergestellt ist, zum Abschirmen gegenüber einem Gas, das
gemessen werden soll, angewendet wird. Eine Heizeinrichtung
7, die aus einer Platinschicht hergestellt ist, ist auf der
Rückseite eines Keramiksubstrats 6 angeordnet.
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Der Sensor 1 zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid ist
in einer Kammer 9 einer Meßeinrichtung angeordnet, die in
Fig. 2 gezeigt ist, und wird durch die Heizeinrichtung 7
erwärmt. Luft, O&sub2; und gasförmiges Kohlendioxid werden durch
Flußmeter 10, 11 und 12 jeweils auf eine vorbestimmte
Konzentration gemischt und der Kammer 9 zugeführt, und eine
elektromotorische Kraft zwischen der Erfassungselektrode 2
und der Bezugselektrode 5 wird mit einem Voltmeter 8
gemessen. In der Figur sind ein Wasserbehälter 13, um einen
Feuchtigkeitsanteil zu dem zu messenden Gas hinzuzufügen,
eine Rückströmungssperre 14 und eine Auslaßöffnung 15
vorgesehen.
Erste Ausführungsform
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Diese Ausführungsform verwendet NASICON als
Natriumionenleiter 3, und Natriumkarbonat und Bariumkarbonat festgelöst
mit einem Molverhältnis von 1:1,7 werden als eine Mischung
des Alkalimetallkarbonats und des Erdalkalimetallkarbonats
der Schicht 2b aus Erfassungsmaterial zum Überziehen der
Elektrode 2a verwendet, die mit einer Platinmeßeinrichtung
gebildet ist, auf der Platinschwarz abgeschieden ist. Die
anderen Bestandteile sind die gleichen wie oben beschrieben
ist.
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Der Sensor A zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid der
ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird
durch die Heizeinrichtung auf eine Elementtemperatur von
550ºC in der Meßeinrichtung, die in Fig. 2 gezeigt ist,
erwärmt, und die Kennlinie der elektromotorischen Kraft als
Funktion einer Konzentration von 100 bis 2000 ppm an
gasförmigem Kohlendioxid wurde in feuchter Luft und in
wasserfreier Luft gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 4 gezeigt.
Wie man aus den in der Fig. gezeigten Ergebnissen sehen
kann, zeigt der Sensor im wesentlichen die gleichen
Eigenschaften in feuchter Luft bei 20% und 75% Feuchtigkeit sowie
in wasserfreier Luft.
Erste Vergleichsausführungsform
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Unter Verwendung eines Sensors a zum Erfassen von
gasförmigern Kohlendioxid, der ganz in der gleichen Weise wie bei der
ersten Ausführungsform mit der Ausnahme gebildet ist, daß
als Erfassungsmaterial eine feste Lösung verwendet wird, die
Natriumkarbonat und Bariumkarbonat mit einem Molverhältnis
von 1:1 statt von 1:1,7 bei der ersten Ausführungsform
aufweist, wurde die Kennlinie der elektromotorischen Kraft als
Funktion des gasförmigen Kohlendioxid in feuchter Luft bei
50% Feuchtigkeit und in wasserfreier Luft in der gleichen
Weise wie bei der ersten Ausführungsform gemessen. Die
Ergebnisse sind in Fig. 5 gezeigt. Wie man aus der Figur sehen
kann, ändert sich der Ausgang von dem Sensor a zum Erfassen
von gasförmigem Kohlendioxid der ersten
Vergleichsausführungsform stark in Abhängigkeit von dem Feuchtigkeitsanteil
des zu erfassenden Gases.
Erste Bezugsausführungsform
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Kristallstrukturen wurden durch Röntgenbeugung bei der
festen Lösung analysiert, die Natriumkarbonat und
Bariumkarbonat mit einem Molverhältnis von 1:1,7 umfaßt und bei der
ersten Ausführungsform verwendet wurde, und der festen
Lösung mit einem Molverhältnis von 1:1, die bei der ersten
Vergleichsausführungsform verwendet wurde. Die Diagramme
sind in Fig. 14 und 15 gezeigt. Im Vergleich mit dem
Diagramm für Bariumkarbonat in Fig. 24 und dem Diagramm für
Natriumkarbonat in Fig. 27 als Bezug kann man sehen, daß die
feste Lösung mit einem Molverhältnis von 1:1 Spitzen zeigt,
die den Kristallen von Natriumkarbonat zueigen sind,
wohingegen die feste Lösung mit dem Molverhältnis von 1:1,7 keine
solche Spitzen zeigt und keine Kristalle aus Natriumkarbonat
enthält.
Zweite Ausführungsform
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Diese Ausführungsform liefert einen Sensor zum Erfassen von
gasförmigem Kohlendioxid, der ganz in der gleichen Weise wie
bei der ersten Ausführungsform mit Ausnahme davon gebildet
ist, daß als das Erfassungsmaterial eine feste Lösung
verwendet wird, die Lithiumkarbonat und Bariumkarbonat mit
einem Molverhältnis 1:2,5 umfaßt, statt die feste Lösung zu
verwenden, die Natriumkarbonat und Bariumkarbonat mit einem
Molverhältnis von 1:1,7 umfaßt.
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Der Sensor B zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid der
zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung
wurde auf eine Elementtemperatur von 550ºC ähnlich wie bei
der ersten Ausführungsform erwärmt, und die Kennlinie der
elektromotorischen Kraft als Funktion von gasförmigem
Kohlendioxid wurde in feuchter Luft bei 50% Feuchtigkeit und in
wasserfreier Luft gemessen. Wie man aus den Ergebnissen, die
in Fig. 6 gezeigt sind, sehen kann, zeigt der Sensor im
wesentlichen die gleiche Kennlinie in feuchter Luft wie in
wasserfreier Luft.
Zweite Vergleichsausführungsform
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Unter Verwendung eines Sensors b zum Erfassen von
gasförmigem Kohlendioxid, der ganz in der gleichen Weise wie bei der
zweiten Ausführungsform mit der Ausnahme gebildet ist, daß
als Erfassungsmaterial eine feste Lösung verwendet wird, die
Lithiumkarbonat und Bariumkarbonat mit einem Molverhältnis
von 1:1 statt von 1:2,5 aufweist, wurde die Kennlinie der
elektromotorischen Kraft als Funktion von gasförmigem
Kohlendioxid in feuchter Luft bei 50% Feuchtigkeit und in
wasserfreier Luft in der gleichen Weise wie bei der zweiten
Ausführungsform gemessen. Wie man aus den in der Fig. 7
gezeigten Ergebnissen sehen kann, ändert sich der Ausgang von
dem Sensor a zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid der
zweiten Vergleichsausführungsform stark in Abhängigkeit von
dem Feuchtigkeitsanteil des zu erfassenden Gases.
Zweite Bezugsausführungsform
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Kristallstrukturen wurden durch Röntgenbeugung bei der
festen Lösung analysiert, die Lithiumkarbonat und
Bariumkarbonat mit einem Molverhältnis von 1:2,5 umfaßt, die bei der
zweiten Ausführungsform verwendet wurde, und der festen
Lösung mit einem Molverhältnis von 1:1, die bei der ersten
Vergleichsausführungsform verwendet wurde. Die Diagramme
sind in Fig. 16 und 17 gezeigt. Im Vergleich mit dem
Diagramm für Bariumkarbonat in Fig. 24 und dem Diagramm für
Natriumkarbonat in Fig. 28 als Bezug kann man sehen, daß die
feste Lösung mit einem Molverhältnis von 1:1 Spitzen zeigt,
die den Kristallen von Lithiumkarbonat zueigen sind,
wohingegen die feste Lösung mit dem Molverhältnis von 1:2,5 keine
solche Spitzen zeigt und keine Kristalle aus Lithiumkarbonat
enthält.
Dritte Ausführungsform
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Diese Ausführungsform liefert einen Sensor zum Erfassen von
gasförmigem Kohlendioxid, der ganz in der gleichen Weise wie
bei der ersten Ausführungsform mit Ausnahme davon gebildet
ist, daß als das Erfassungsmaterial eine feste Lösung
verwendet wird, die Natriumkarbonat und Bariumkarbonat mit
einem Molverhältnis 1:3 umfaßt, statt daß die feste Lösung
verwendet wird, die Natriumkarbonat und Bariumkarbonat mit
einem Molverhältnis von 1:1,7 umfaßt.
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Der Sensor C zum Erfassen von gasförmigern Kohlendioxid der
dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung
wurde auf eine Elementtemperatur von 550ºC ähnlich wie bei
der zweiten Ausführungsform erwärmt, und die Kennlinie der
elektromotorischen Kraft als Funktion von gasförmigem
Kohlendioxid wurde in feuchter Luft bei 50% Feuchtigkeit und in
wasserfreier Luft gemessen. Wie man aus den Ergebnissen, die
in Fig. 8 gezeigt sind, sehen kann, zeigt der Sensor im
wesentlichen die gleiche Kennlinie in feuchter Luft wie in
wasserfreier Luft.
Dritte Vergleichsausführungsform
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Unter Verwendung eines Sensors c zum Erfassen von
gasförmigern Kohlendioxid, der ganz in der gleichen Weise wie bei der
dritten Ausführungsform mit der Ausnahme gebildet ist, daß
als Erfassungsmaterial eine feste Lösung verwendet wird, die
Kaliumkarbonat und Bariumkarbonat mit einem Molverhältnis
von 1:1 statt von 1:3 aufweist, wurde die Kennlinie der
elektromotorischen Kraft als Funktion von gasförmigem
Kohlendioxid in feuchter Luft bei 50% Feuchtigkeit und in
wasserfreier Luft in der gleichen Weise wie bei der
Ausführungsform gemessen. Wie man aus den in der Fig. 9 gezeigten
Ergebnissen sehen kann, ändert sich der Ausgang von dem
Sensor c zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid der
dritten Vergleichsausführungsform stark in Abhängigkeit von dem
Feuchtigkeitsanteil des zu erfassenden Gases.
Dritte Bezugsausführungsform
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Kristallstrukturen wurden durch Röntgenbeugung bei der
festen Lösung analysiert, die Kaliumkarbonat und
Bariumkarbonat mit einem Molverhältnis von 1:3 umfaßt, die bei der
ersten Ausführungsform verwendet wurde, und die feste Lösung
mit einem Molverhältnis von 1:1, die bei der ersten
Vergleichsausführungsform verwendet wurde. Die Diagramme sind
in Fig. 18 und 19 gezeigt. Im Vergleich mit dem Diagramm für
Bariumkarbonat in Fig. 24 und dem Diagramm für
Kaliumkarbonat in Fig. 29 als Bezug kann man sehen, daß die feste
Lösung mit einem Molverhältnis von 1:1 Spitzen zeigt, die den
Kristallen von Kaliumkarbonat zueigen sind, wohingegen die
feste Lösung mit dem Molverhältnis von 1:3 keine solche
Spitzen zeigt und keine Kristalle aus Kaliumkarbonat
enthält.
Vierte Ausführungsform
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Diese Ausführungsform liefert einen Sensor zum Erfassen von
gasförmigem Kohlendioxid, der ganz in der gleichen Weise wie
bei der ersten Ausführungsform mit Ausnahme davon gebildet
ist, daß als das Erfassungsmaterial eine feste Lösung
verwendet wird, die Natriumkarbonat und Strontiumkarbonat mit
einem Molverhältnis 1:2 umfaßt, statt die feste Lösung zu
verwenden, die Natriumkarbonat und Bariumkarbonat mit einem
Molverhältnis von 1:1,7 umfaßt.
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Der Sensor D zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid der
vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung
wurde auf eine Elementtemperatur von 550ºC ähnlich wie bei
der ersten Ausführungsform erwärmt, und die Kennlinie der
elektromotorischen Kraft als Funktion von gasförmigem
Kohlendioxid wurde in feuchter Luft bei 50% Feuchtigkeit und in
wasserfreier Luft gemessen. Wie man aus den Ergebnissen, die
in Fig. 10 gezeigt sind, sehen kann, zeigt der Sensor im
wesentlichen die gleiche Kennlinie in feuchter Luft wie in
wasserfreier Luft.
Vierte Vergleichsausführungsform
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Unter Verwendung eines Sensors d zum Erfassen von
gasförmigem Kohlendioxid, der ganz in der gleichen Weise wie bei der
vierten Ausführungsform mit der Ausnahme gebildet ist, daß
als Erfassungsmaterial eine feste Lösung verwendet wird, die
Natriumkarbonat und Strontiumkarbonat mit einem
Molverhältnis von 1:1 statt von 1:2 aufweist, wurde die Kennlinie der
elektromotorischen Kraft als Funktion von gasförmigem
Kohlendioxid in feuchter Luft bei 50% Feuchtigkeit und in
wasserfreier Luft in der gleichen Weise wie bei der zweiten
Ausführungsform gemessen. Wie man aus den in der Fig. 11
gezeigten Ergebnissen sehen kann, ändert sich der Ausgang
von dem Sensor d zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid
der vierten Vergleichsausführungsform stark in Abhängigkeit
von dem Feuchtigkeitsanteil des zu erfassenden Gases.
Vierte Bezugsausführungsform
-
Kristallstrukturen wurden durch Röntgenbeugung bei der
festen Lösung analysiert, die Natriumkarbonat und
Strontiumkarbonat mit einem Molverhältnis von 1:2 umfaßt, die bei der
vierten Ausführungsform verwendet wurde, und die feste
Lösung mit einem Molverhältnis von 1:1, die bei der ersten
Vergleichsausführungsform verwendet wurde. Die Diagramme
sind in Fig. 20 und 21 gezeigt. Im Vergleich mit dem
Diagramm für Strontiumkarbonat in Fig. 25 und dem Diagramm für
Natriumkarbonat in Fig. 27 als Bezug kann man sehen, daß die
feste Lösung mit einem Molverhältnis von 1:1 Spitzen zeigt,
die den Kristallen von Natriumkarbonat zueigen sind,
wohingegen die feste Lösung mit dem Molverhältnis von 1:2 keine
solche Spitzen zeigt und keine Kristalle aus Natriumkarbonat
enthält.
Fünfte Ausführungsform
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Diese Ausführungsform liefert einen Sensor zum Erfassen von
gasförmigem Kohlendioxid, der ganz in der gleichen Weise wie
bei der ersten Ausführungsform mit Ausnahme davon gebildet
ist, daß als das Erfassungsmaterial eine feste Lösung
verwendet wird, die Lithiumkarbonat und Calciumkarbonat mit
einem Molverhältnis 1:3 umfaßt, statt die feste Lösung zu
verwenden, die Natriumkarbonat und Bariumkarbonat mit einem
Molverhältnis von 1:1,7 umfaßt.
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Der Sensor E zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid der
fünfte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung
wurde auf eine Elementtemperatur von 550ºC ähnlich wie bei
der zweiten Ausführungsform erwärmt, und die Kennlinie der
elektromotorischen Kraft als Funktion von gasförmigem
Kohlendioxid wurde in feuchter Luft bei 50% Feuchtigkeit und in
wasserfreier Luft gemessen. Wie man aus den Ergebnissen, die
in Fig. 12 gezeigt sind, sehen kann, zeigt der Sensor im
wesentlichen die gleiche Kennlinie in feuchter Luft wie in
wasserfreier Luft.
Fünfte Vergleichsausführungsform
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Unter Verwendung eines Sensors e zum Erfassen von
gasförmigem Kohlendioxid, der ganz in der gleichen Weise wie bei der
ersten Ausführungsform mit der Ausnahme gebildet ist, daß
als Erfassungsmaterial eine feste Lösung verwendet wird, die
Lithiumkarbonat und Calciumkarbonat mit einem Molverhältnis
von 1:1 statt von 1:3 aufweist, wurde die Kennlinie der
elektromotorischen Kraft als Funktion von gasförmigem
Kohlendioxid in feuchter Luft bei 50% Feuchtigkeit und in
wasserfreier Luft in der gleichen Weise wie bei der ersten
Ausführungsform gemessen. Wie man aus den in der Fig. 13
gezeigten Ergebnissen sehen kann, ändert sich der Ausgang
von dem Sensor e zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid
der fünften Vergleichsausführungsform stark in Abhängigkeit
von dem Feuchtigkeitsanteil des zu erfassenden Gases.
Fünfte Bezugsausführungsform
-
Kristallstrukturen wurden durch Röntgenbeugung bei der
festen Lösung analysiert, die Lithiumkarbonat und
Calciumkarbonat
mit einem Molverhältnis von 1:3 umfaßt, die bei der
fünften Ausführungsform verwendet wurde, und die feste
Lösung mit einem Molverhältnis von 1:1, die bei der fünften
Vergleichsausführungsform verwendet wurde. Die Diagramme
sind in Fig. 22 und 23 gezeigt. Im Vergleich mit dem
Diagramm für Calciumkarbonat in Fig. 26 und dem Diagramm für
Natriumkarbonat in Fig. 27 als Bezug kann man sehen, daß die
feste Lösung mit einem Molverhältnis von 1:1 Spitzen zeigt,
die den Kristallen von Lithiumkarbonat zueigen sind,
wohingegen die feste Lösung mit dem Molverhältnis von 1:3 keine
solche Spitzen zeigt und keine Kristalle aus Lithiumkarbonat
enthält.
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Wie es oben beschrieben worden ist, kann geinäß der
vorliegenden Erfindung, da eine Mischung, die ein Mol aus einem
Alkalimetallkarbonat und mehr als ein Mol aus einem
Erdalkalimetallkarbonat umfaßt, vorzugsweise eine feste Lösung,
die keine Kristalle des Alkalimetallkarbonats enthält, als
das Erfassungsmaterial verwendet wird, ein Sensor für
gasförmiges Kohlendioxid erhalten werden, bei dem die Kennlinie
der elektromotorischen Kraft als Funktion von gasförmigem
Kohlendioxid geringer der Wirkung eines Feuchtigkeitsgehalts
in einem Gas, das erfaßt werden soll, ausgesetzt ist, und es
kann eine hohe Empfindlichkeit erhalten werden.