DE69114941T2 - Sensor zum Nachweis von gasförmigem Kohlendioxid. - Google Patents

Sensor zum Nachweis von gasförmigem Kohlendioxid.

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Description

    Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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:
  • Fig. 1 eine Ansicht ist, die die Struktur eines Sensors zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • Fig. 14 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung aus Natriumkarbonat und Bariumkarbonat bei einem Molverhältnis von 1:1,7 ist;
  • Fig. 15 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung aus Natriumkarbonat und Bariumkarbonat bei einem Molverhältnis von 1:1 ist;
  • Fig. 16 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung aus Lithiumkarbonat und Bariumkarbonat bei einem Molverhältnis von 1:2,5 ist;
  • Fig. 17 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung aus Lithiumkarbonat und Bariumkarbonat bei einem Molverhältnis von 1:1 ist;
  • Fig. 18 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung aus Kaliumkarbonat und Bariumkarbonat bei einem Molverhältnis von 1:3 ist;
  • Fig. 19 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung aus Kaliumkarbonat und Bariumkarbonat bei einem Molverhältnis von 1:1 ist;
  • Fig. 20 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung aus Natriumkarbonat und Strontiumkarbonat bei einern Molverhältnis von 1:2 ist;
  • Fig. 21 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung aus Natriumkarbonat und Strontiumkarbonat bei einem Molverhältnis von 1:1 ist;
  • Fig. 22 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung aus Lithiumkarbonat und Calciumkarbonat bei einem Molverhältnis von 1:3 ist;
  • Fig. 23 ein Röntgenbeugungsdiagramm für eine feste Lösung aus Lithiumkarbonat und Calciumkarbonat bei einem Molverhältnis von 1:1 ist;
  • Fig. 24 ist ein Röntgenbeugungsdiagramm für Bariumkarbonat;
  • Fig. 25 ist ein Röntgenbeugungsdiagramm für Strontiumkarbonat;
  • Fig. 26 ist ein Röntgenbeugungsdiagramm für Calciumkarbonat;
  • Fig. 27 ist ein Röntgenbeugungsdiagramm für Natriumkarbonat;
  • Fig. 28 ist ein Röntgenbeugungsdiagramm für Lithiumkarbonat; und
  • Fig. 29 ist ein Röntgenbeugungsdiagramm für Kaliumkarbonat.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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.
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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.
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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.
  • 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
  • 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
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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.

Claims (4)

1. Sensor zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid mit einer Erfassungselektrode und einer Bezugselektrode, die auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Ionenleiters angeordnet sind, wobei eine Mischung, die ein Mol eines Alkalimetallkarbonates und mehr als ein Mol eines alkalischen Erdmetallkarbonates aufweist, als Erfassungsmaterial für die Erfassungselektrode verwendet wird.
2. Sensor zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid nach Anspruch 1, wobei das Erfassungsmaterial eine feste Lösung ist, die das Alkalimetallkarbonat und das alkalische Erdmetallkarbonat aufweist und keine Kristalle des Alkalimetallkarbonats enthält.
3. Sensor zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Alkalimetallkarbonat mindestens eines von Lithium-, Soda- oder Pottasche-Karbonat ist.
4. Sensor zum Erfassen von gasförmigem Kohlendioxid nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die alkalischen Erdmetallkarbonate mindestens eines von Kalzium-, Stronthium- oder Barium-Karbonat ist.
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