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Info
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
O2 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。
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。
図である。
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。
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)
- 【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−。 - 【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−。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14063099A JP4132402B2 (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | 固体電解質型ガスセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14063099A JP4132402B2 (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | 固体電解質型ガスセンサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000329734A true JP2000329734A (ja) | 2000-11-30 |
| JP4132402B2 JP4132402B2 (ja) | 2008-08-13 |
Family
ID=15273173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14063099A Expired - Fee Related JP4132402B2 (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | 固体電解質型ガスセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4132402B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
-
1999
- 1999-05-20 JP JP14063099A patent/JP4132402B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN104749235B (zh) * | 2015-03-12 | 2018-12-04 | 宁波大学 | 一种高选择性抵偿型co传感器及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4132402B2 (ja) | 2008-08-13 |
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