JP2000329734A - 固体電解質型ガスセンサー - Google Patents

固体電解質型ガスセンサー

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JP2000329734A
JP2000329734A JP11140630A JP14063099A JP2000329734A JP 2000329734 A JP2000329734 A JP 2000329734A JP 11140630 A JP11140630 A JP 11140630A JP 14063099 A JP14063099 A JP 14063099A JP 2000329734 A JP2000329734 A JP 2000329734A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】被検知ガスであるCO2 ,NOx,SOx等の
ガスに対する応答時間を短くでき、かつ、固体電解質型
ガスセンサ−の組み付け精度を良くできる固体電解質型
ガスセンサーを提供する。 【解決手段】 アルカリイオン導電体に押しつけるよう
に基準極8と検知極9を配置し、さらに前記基準極8と
検知極9に接して集電体を配置してなる固体電解質型ガ
スセンサ−において、前記基準極8をアルカリ金属等を
含む遷移金属酸化物の二相共存系混合物を用いた基準極
材に前記基準極材と反応しない電子導伝性材料を添加し
た複合材によって構成するとともに、前記集電体を前記
電子導電性材料と同じ材料で構成したことを特徴とする
固体電解質型ガスセンサ−。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基準極を有する固体電
解質型ガスセンサ−に関するのものであり、更に詳細に
は、被検知ガスであるCO2 ,NOx,SOx等のガス
に対する応答時間を短くでき、かつ、固体電解質型ガス
センサ−の組み付け精度を良くできる固体電解質型ガス
センサーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】固体電解質型ガスセンサーの一つである
CO2 ガスセンサーは,大気中のCO 2 濃度の測定,居
住空間,ビル等空調システム,さらに,農工業プロセ
ス,医療関係など多岐の分野等で利用できるものであ
り、地球温暖化問題との関連で大気中のCO2 ガス濃度
を連続的に且つ精度良く検出できるCO2 ガスセンサー
の開発が盛んになってきている。
【0003】こうした中、最近、小型化,低コスト化と
保守の容易化,移動可能を図るために,固体電解質を用
いてCO2 ガス濃度を検出する種々の固体電解質型CO
2 ガスセンサ−が提案されている。このガスセンサ−
は、例えば、検知極にアルカリ金属あるいはアルカリ土
類金属の炭酸塩を用い、基準極にアルカリ金属を含む遷
移金属(Fe,V,Cr,Ti,C等)酸化物の二相共存系混合物を
用いることでセンサ−起電力値の安定性を得ており(特
開平8−34905号を参照)、この起電力を測定する
ことによってCO2 濃度を求めることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなCO2 ガスセンサ−は、CO2 ガスに対する応答
時間が5 〜10分と比較的長く、実用上ではやや難点とな
っている。そこで、本発明は、上記従来の固体電解質型
CO2 ガスセンサー起電力の精度の向上と経時変化と応
答速度を改善し,実用化に耐えうる固体電解質型CO2
ガスセンサーを提供し、上記問題点を解決することを目
的とする。また従来の固体電解質型ガスセンサの構成に
比較してその組み付け精度を向上させ、生産性の向上を
図ることができる固体電解質型CO2 ガスセンサ−を提
供することを目的とする。
【0005】そこで研究の結果、応答性並びに性能の安
定性は素子全体のインピーダンスが大きく関与すること
を見いだした。さらに素子全体のインピーダンスのうち
基本的にはごく僅かなイオン伝導性と電子伝導性をもつ
基準極の部分のインピーダンスが大きく影響することを
見いだし、この部分のインピーダンスの低減のために以
下のような手段を発明するに至った。本発明は、CO2
ガスセンサ−を構成する基準極内に、導伝率がさらに高
く基準極と反応しない電子導伝性材料(例えばPt,Au,Rh
等)を添加することにより電子伝導性を付与し、インピ
ーダンスを低減することによってCO2 ガスに対する応
答時間を半減し測定器としての価値を向上させる。ま
た、基準極8と検知極9の上に配置する集電体14を、
基準極内の電子導電性材料(Pt Au Rh等)と同
一の材料で構成することにより、加熱工程での焼結効果
が促進され、基準極内の電子導伝性材料の複合材と集電
体14の接合強度が向上し、この結果固体電解質型CO
2 ガスセンサ−の組み付け精度も向上する。
【0006】
【課題を解決するための手段】このため、本発明は、ア
ルカリイオン導電体に押しつけるように基準極と検知極
を配置し、さらに前記基準極と検知極に接して集電体を
配置してなる固体電解質型ガスセンサ−において、前記
基準極をアルカリ金属等を含む遷移金属酸化物の二相共
存系混合物を用いた基準極材に前記基準極材と反応しな
い電子導伝性材料を添加した複合材によって構成すると
ともに、前記集電体を前記電子導電性材料と同じ材料で
構成したことを特徴とする固体電解質型ガスセンサ−で
あり、アルカリイオン導電体に接して基準極と検知極を
配置し、弾性体の弾性力を利用して基準極と検知極をイ
オン導電体に押しつけるようにした固体電解質型ガスセ
ンサ−において、前記基準極と検知極は支持板によって
直接あるいは集電体を介して支持板によって保持されて
いることを特徴とする固体電解質型ガスセンサ−であ
る。
【0007】
【実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実施の形
態を説明すると、図1は本実施形態に係わるCO2 ガス
センサーの構成図、図2は図1中の要部拡大図である。
図において1は網目カバ−、2は断熱材、3はリ−ド
線、4はリ−ドピン、5は断熱材、6は保持板、7は支
持板、8は基準極材と電子導電性材料の複合材で構成さ
れた基準極、9は検知極、10は固体電解質(アルカリ
イオン導電体)、11はパネルヒ−タ−、12は板バ
ネ、13は板バネステム、14は集電体である。
【0008】保持板6の上には断熱材5が載置され、断
熱材5の上にパネルヒーター11が載置され、パネルヒ
ーター11の上にアルカリイオン導電体10が載置さ
れ、このアルカリイオン導電体10の上には、図2に示
すように基準極8と検知極9が配置されている。基準極
8と検知極9の上にはそれぞれ集電体14を介して支持
板7が載置され、その上に断熱材2が載置され、さらに
断熱材2の上には押しつけ力を発揮する双子山状の板バ
ネ12が当接し、この板バネ12の付勢力によって断熱
材2を介して、ガスセンサーを構成する各部品が押圧保
持され、これらによって固体電解質型CO2 センサーが
構成されている。なお板バネ12は板バネステム13に
よって支持されている。
【0009】板バネによる押し付け力は各素子の大きさ
と配置によって決まるが、一定値以下の接触抵抗(今回
の素子については2×105 Ω)を有すれば可である。
このため、スプリング(弾性体)の付勢力(弾性力)に
よる押し付け力としては比較的広範囲の許容値をとるこ
とができ、この例では双子状の板バネを採用している。
また、保持板6の上部には、上記各部品を保護するため
に検知ガスの通過が許容される網目カバー1が配置され
ている。
【0010】ところで、本実施形態による前述の基準極
8は、従来の固体電解質型CO2 ガスセンサ−において
使用されている材料〔アルカリ金属等を含む遷移金属
(Fe、V、Cr、Ti、Cu)〕酸化物の2相共存系
混合物からなる基準極材に、基準極材と反応しない電子
導電性材料(Pt Au Rh等)を添加した複合材で
構成する。なお、この基準極材については本出願人に係
る特開平9−229902号に記載されている固体基準
極(基準極材)の材料をその儘使用することも可能であ
る。さらに、基準極8と検知極9の上に配置する集電体
14も、上記電子導電性材料(Pt Au Rh等)と
同一の材料で構成する。
【0011】こうすることで、前述の複合材で構成され
ている基準極中の電子導伝性材料と、図2に示す集電体
14の材質が同一であるため、加熱工程での焼結効果が
促進し、基準極内の電子導伝性材料の複合材と集電体1
4の接合強度が向上する。また図1に示す支持板7を集
電体14と接合性の高い材料で構成することにより、基
準極内の電子導伝性材料の複合材を直接、もしくは集電
体14を介して、支持板7に容易に接合でき、それによ
り基準極8の素子の中での位置が正確に決まり、組み付
け精度を向上させることができる。
【0012】上記構成からなる固体電解質型センサーの
作動を説明すると、図示状態で固体電解質型センサ−を
加熱し、動作させると検知極9と基準極8との間に起電
力が発生し、この起電力によってガス濃度を測定するこ
とができる。測定中、基準極の電極反応は電極反応場
(アルカリイオンと基準極と電子特開平酸素の4種が同
時に存在する点)で進行する。この時本実施形態では基
準極に電子導伝性材料を添加した複合材を使用している
ため電子導伝性材料により基準極内への電子伝導経路が
増加する。この結果、基準極内の電極反応場が増加し、
CO2 ガス濃度を変更した際のセンサの応答時間を短縮
することが可能となる。
【0013】図3に上記素子を使用した場合の、CO2
濃度を変更した際の、センサーの応答時間と電子導電性
材料の添加量との関係を表したグラフを示す。この図か
らも明らかなように電子導電性材料の添加量を多くする
と応答時間は短縮される。なお上記構成において基準極
材と電子導伝性材料との複合材からなる基準極8と検知
極9の配列は上下、左右方向に関わらず自由に設定で
き、また各構成材料間の電子、アルカリイオンの伝導性
を得る手段としてはバネによる押し付けの他に、焼き付
け、接合材等の方法などを採用することができる。な
お、上記実施形態は被検知ガスとしてCO2 ガスを対称
としたセンサーとして説明したが、同様のガスセンサ−
によりNOx,SOx等のガスの測定も可能であり、C
2 ガスの場合と同じように応答時間を短くでき、か
つ、固体電解質型ガスセンサ−の組み付け精度を良くで
きることは当然である。
【0014】
【発明の効果】以上詳述したように,本発明の固体電解
質型CO2 ガスセンサーは、基準極を、アルカリ金属等
を含む遷移金属(Fe、V、Cr、Ti、Cu)酸化物
の2相共存系混合物からなる基準極材に、基準極材と反
応しない電子導電性材料(PtAu Rh等)を添加し
た複合材によって構成したことにより従来の固体電解質
型CO2 ガスセンサー起電力の精度の向上と経時変化と
応答速度を改善でき、実用化に耐えうるCO2 ガスセン
サーとすることができる。また従来の固体電解質型ガス
センサの構成に比較してその組み付け精度を向上させ、
生産性の向上を図ることができる、CO2 ガスセンサー
は、その構成が単純であるため,小型化を図ることがで
きる。さらに、各構成部品が板バネの付勢力によって所
定の力で互いに接触されている構造となっているため、
各部品同志を接着させた場合に発生する反応生成物の副
作用による問題を無くすことができる。また、素子を構
成する部品の厚みや、縦横各方向への熱膨張にも充分対
応できるため、ガスセンサー素子の長寿命化を図ること
ができる。さらに、部品毎の熱膨張、熱収縮による隙間
や亀裂の発生がないため形状の設計や寸法設定の自由度
が大きくなる、等の優れた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係わるCO2 ガスセンサーの構成
図である。
【図2】図1中の要部拡大図である。
【図3】本実施形態に係る固体電解質型CO2 ガスセン
サ−を使用した場合の、CO2 濃度を変更した際の、セ
ンサーの応答時間と電子導電性材料の添加量との関係を
表したグラフである。
【符号の説明】
1 網目カバ− 2 断熱材 3 リ−ド線 4 リ−ドピン 5 断熱材 6 保持板 7 支持板 8 基準極材と電子導電性材料の複合材で
構成された基準極 9 検知極 10 固体電解質(アルカリイオン導電体) 11 パネルヒ−タ− 12 板バネ 13 板バネステム 14 集電体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルカリイオン導電体に押しつけるように
    基準極8と検知極9を配置し、さらに前記基準極8と検
    知極9に接して集電体14を配置してなる固体電解質型
    ガスセンサ−において、前記基準極8をアルカリ金属等
    を含む遷移金属酸化物の二相共存系混合物を用いた基準
    極材に前記基準極材と反応しない電子導伝性材料を添加
    した複合材によって構成するとともに、前記集電体を前
    記電子導電性材料と同じ材料で構成したことを特徴とす
    る固体電解質型ガスセンサ−。
  2. 【請求項2】アルカリイオン導電体に接して基準極8と
    検知極9を配置し、弾性体12の弾性力を利用して基準
    極と検知極をイオン導電体に押しつけるようにした固体
    電解質型ガスセンサ−において、前記基準極8と検知極
    9は支持板7によって直接あるいは集電体14を介して
    支持板7によって保持されていることを特徴とする固体
    電解質型ガスセンサ−。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104749235A (zh) * 2015-03-12 2015-07-01 宁波大学 一种高选择性抵偿型co传感器及其制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104749235A (zh) * 2015-03-12 2015-07-01 宁波大学 一种高选择性抵偿型co传感器及其制备方法
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