JP2002340841A - 二酸化炭素ガスの測定方法、および、ガス検出方法 - Google Patents
二酸化炭素ガスの測定方法、および、ガス検出方法Info
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- JP2002340841A JP2002340841A JP2001142131A JP2001142131A JP2002340841A JP 2002340841 A JP2002340841 A JP 2002340841A JP 2001142131 A JP2001142131 A JP 2001142131A JP 2001142131 A JP2001142131 A JP 2001142131A JP 2002340841 A JP2002340841 A JP 2002340841A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 測定対象雰囲気中に存在する水蒸気あるい
は、水素、一酸化炭素あるいはエタノール蒸気などの可
燃性ガスの影響を排除することができる二酸化炭素ガス
の測定方法を提供する。 【解決手段】 固体電解質層を挟んで、対極と金属炭酸
塩に覆われた検知電極とが配され、該対極が絶縁体を介
してヒータを有し、かつ、全体が無機多孔質体を介して
ガスフィルタにより覆われてなる固体電解質型二酸化炭
素ガスセンサ素子を用いる二酸化炭素ガスの測定方法に
おいて、固体電解質の加熱を上記ヒータに交流電流を流
し、かつ、該交流電流のアースと対極との間の電位差か
ら予め求められた検量線によってセンサ素子出力を補正
する。
は、水素、一酸化炭素あるいはエタノール蒸気などの可
燃性ガスの影響を排除することができる二酸化炭素ガス
の測定方法を提供する。 【解決手段】 固体電解質層を挟んで、対極と金属炭酸
塩に覆われた検知電極とが配され、該対極が絶縁体を介
してヒータを有し、かつ、全体が無機多孔質体を介して
ガスフィルタにより覆われてなる固体電解質型二酸化炭
素ガスセンサ素子を用いる二酸化炭素ガスの測定方法に
おいて、固体電解質の加熱を上記ヒータに交流電流を流
し、かつ、該交流電流のアースと対極との間の電位差か
ら予め求められた検量線によってセンサ素子出力を補正
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二酸化炭素の他、
水素ガス、一酸化炭素、エタノール蒸気などのガス濃度
を検出する方法に関する。
水素ガス、一酸化炭素、エタノール蒸気などのガス濃度
を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体電解質型ガス検出素子は、二酸化炭
素ガスセンサとして用いられることが多い。すなわち、
固体電解質層を挟んで一方の面には金属炭酸塩層に覆わ
れた炭酸ガス検知電極を、他方の面には炭酸塩層を有し
ない参照電極を配しセンサ素子を構成し、含二酸化炭素
ガス環境下で固体電解質層のイオン伝導に適した温度に
昇温すると、参照電極では二酸化炭素との間で何らの反
応も生じないが、検知電極ではその環境の二酸化炭素濃
度に応じた起電力が生じる。この起電力を用いて、二酸
化炭素濃度を検知することができる。
素ガスセンサとして用いられることが多い。すなわち、
固体電解質層を挟んで一方の面には金属炭酸塩層に覆わ
れた炭酸ガス検知電極を、他方の面には炭酸塩層を有し
ない参照電極を配しセンサ素子を構成し、含二酸化炭素
ガス環境下で固体電解質層のイオン伝導に適した温度に
昇温すると、参照電極では二酸化炭素との間で何らの反
応も生じないが、検知電極ではその環境の二酸化炭素濃
度に応じた起電力が生じる。この起電力を用いて、二酸
化炭素濃度を検知することができる。
【０００３】図１に固体電解質型炭酸ガスセンサの一例
のモデル断面図を示す。図中符号αで示されるのは固体
電解質で通常ＮＡＳＩＣＯＮ（Ｎａ1+xＺｒ2Ｐ3-xＳｉx
Ｏ12、ｘは１または２）などが使われる。この固体電解
質αを挟んで検知極β、すなわち炭酸リチウムなどの金
属炭酸塩に覆われた金からなる電極及び白金からなる基
準極γが配され、さらにヒータζを有するアルミナ製基
板ηが配されて全体として固体電解質型炭酸ガスセンサ
素子が構成されている。
のモデル断面図を示す。図中符号αで示されるのは固体
電解質で通常ＮＡＳＩＣＯＮ（Ｎａ1+xＺｒ2Ｐ3-xＳｉx
Ｏ12、ｘは１または２）などが使われる。この固体電解
質αを挟んで検知極β、すなわち炭酸リチウムなどの金
属炭酸塩に覆われた金からなる電極及び白金からなる基
準極γが配され、さらにヒータζを有するアルミナ製基
板ηが配されて全体として固体電解質型炭酸ガスセンサ
素子が構成されている。
【０００４】このセンサ素子全体は保護の目的でシリカ
・アルミナやアルミナ等からなる無機多孔質体である多
孔質セラミック体δを介してガスフィルタεによって覆
われ、また、固体電解質αは上記ヒータζによりそのイ
オン伝導に適した温度に保たれる。
・アルミナやアルミナ等からなる無機多孔質体である多
孔質セラミック体δを介してガスフィルタεによって覆
われ、また、固体電解質αは上記ヒータζによりそのイ
オン伝導に適した温度に保たれる。
【０００５】ここでセンサの置かれた雰囲気中の二酸化
炭素ガスの濃度に応じて検知極β及び基準極γとの間に
起電力が生じる。すなわち、この起電力を測定すること
により雰囲気中の二酸化炭素ガス濃度を知ることができ
る。
炭素ガスの濃度に応じて検知極β及び基準極γとの間に
起電力が生じる。すなわち、この起電力を測定すること
により雰囲気中の二酸化炭素ガス濃度を知ることができ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような固体電解質型二酸化炭素センサは、使用せずに無
通電状態で放置すると、吸湿などにより検知極の金属炭
酸塩に変化が生じ、使用開始後も、長時間に亘って正確
な測定ができないことがある。
ような固体電解質型二酸化炭素センサは、使用せずに無
通電状態で放置すると、吸湿などにより検知極の金属炭
酸塩に変化が生じ、使用開始後も、長時間に亘って正確
な測定ができないことがある。
【０００７】本願発明者等は、その原因が無機多孔質体
である多孔質セラミック体に含まれる微量の金属の偏析
によることを突き止め、特願平１１−１１９３８７号に
よって、ヒータに供給する加熱用電流を交流電流とする
ことにより解決する方法を提案した。
である多孔質セラミック体に含まれる微量の金属の偏析
によることを突き止め、特願平１１−１１９３８７号に
よって、ヒータに供給する加熱用電流を交流電流とする
ことにより解決する方法を提案した。
【０００８】その後、このようなヒータ加熱に交流電源
を用いるセンサ素子について鋭意研究を進めた結果、様
々な特性を見いだし、本発明に至った。すなわち、本発
明の課題のうち、第１の課題は測定対象雰囲気中に存在
する水蒸気あるいは、水素、一酸化炭素あるいはエタノ
ール蒸気などの可燃性ガスの影響を排除することができ
る二酸化炭素ガスの測定方法を提供することである。
を用いるセンサ素子について鋭意研究を進めた結果、様
々な特性を見いだし、本発明に至った。すなわち、本発
明の課題のうち、第１の課題は測定対象雰囲気中に存在
する水蒸気あるいは、水素、一酸化炭素あるいはエタノ
ール蒸気などの可燃性ガスの影響を排除することができ
る二酸化炭素ガスの測定方法を提供することである。
【０００９】第２の課題は、測定対象雰囲気中に存在す
る水蒸気、水素、一酸化炭素あるいはエタノール蒸気の
濃度を測定する方法を提供することである。
る水蒸気、水素、一酸化炭素あるいはエタノール蒸気の
濃度を測定する方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の二酸化炭素ガス
の測定方法は上記課題のうち第１の課題を解決するた
め、請求項１に記載の通り、固体電解質層を挟んで、対
極と金属炭酸塩に覆われた検知電極とが配され、該対極
が絶縁体を介してヒータを有し、かつ、全体が無機多孔
質体を介してガスフィルタにより覆われてなる固体電解
質型二酸化炭素ガスセンサ素子を用いる二酸化炭素ガス
の測定方法において、固体電解質の加熱を上記ヒータに
交流電流を流し、かつ、該交流電流のアースと対極との
間の電位差から予め求められた検量線によってセンサ素
子出力を補正する構成を有する二酸化炭素ガスの測定方
法である。
の測定方法は上記課題のうち第１の課題を解決するた
め、請求項１に記載の通り、固体電解質層を挟んで、対
極と金属炭酸塩に覆われた検知電極とが配され、該対極
が絶縁体を介してヒータを有し、かつ、全体が無機多孔
質体を介してガスフィルタにより覆われてなる固体電解
質型二酸化炭素ガスセンサ素子を用いる二酸化炭素ガス
の測定方法において、固体電解質の加熱を上記ヒータに
交流電流を流し、かつ、該交流電流のアースと対極との
間の電位差から予め求められた検量線によってセンサ素
子出力を補正する構成を有する二酸化炭素ガスの測定方
法である。
【００１１】このような構成により、従来の二酸化炭素
の測定方法では除去できなかった測定対象ガス中の水蒸
気、各種可燃性ガス（水素ガス、一酸化炭素ガス、及
び、エタノール蒸気等）などの影響を排除することがで
きる。
の測定方法では除去できなかった測定対象ガス中の水蒸
気、各種可燃性ガス（水素ガス、一酸化炭素ガス、及
び、エタノール蒸気等）などの影響を排除することがで
きる。
【００１２】本発明のガス検出方法は上記課題のうち第
２の課題を解決するために、請求項５に記載の通り、固
体電解質層を挟んで、対極と金属炭酸塩に覆われた検知
電極とが配され、該対極が絶縁体を介してヒータを有
し、かつ、全体が無機多孔質体を介してガスフィルタに
より覆われてなる固体電解質型二酸化炭素ガスセンサ素
子を用い、固体電解質の加熱をヒータに交流電流を流し
て行い、かつ、このときの交流電流のアースと対極との
間の電位差から目的ガス濃度を検出するガス検出方法で
ある。
２の課題を解決するために、請求項５に記載の通り、固
体電解質層を挟んで、対極と金属炭酸塩に覆われた検知
電極とが配され、該対極が絶縁体を介してヒータを有
し、かつ、全体が無機多孔質体を介してガスフィルタに
より覆われてなる固体電解質型二酸化炭素ガスセンサ素
子を用い、固体電解質の加熱をヒータに交流電流を流し
て行い、かつ、このときの交流電流のアースと対極との
間の電位差から目的ガス濃度を検出するガス検出方法で
ある。
【００１３】このような構成により、水蒸気、あるい
は、各種可燃性ガス（水素ガス、一酸化炭素ガス、及
び、エタノール蒸気等）の濃度を測定することができ
る。特に低濃度の水素ガスあるいはエタノール蒸気に対
しては極めて高感度の測定が可能となる。
は、各種可燃性ガス（水素ガス、一酸化炭素ガス、及
び、エタノール蒸気等）の濃度を測定することができ
る。特に低濃度の水素ガスあるいはエタノール蒸気に対
しては極めて高感度の測定が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明において、用いるセンサ素
子は固体電解質型ガスセンサ素子であり、固体電解質層
を挟んで、対極と金属炭酸塩に覆われた検知電極とが配
され、該対極が絶縁体を介してヒータを有し、かつ、全
体が無機多孔質体を介してガスフィルタにより覆われて
なる固体電解質型センサ素子である。
子は固体電解質型ガスセンサ素子であり、固体電解質層
を挟んで、対極と金属炭酸塩に覆われた検知電極とが配
され、該対極が絶縁体を介してヒータを有し、かつ、全
体が無機多孔質体を介してガスフィルタにより覆われて
なる固体電解質型センサ素子である。
【００１５】このような固体電解質型センサ素子は二酸
化炭素検出用に用いられているものをそのまま用いるこ
とができる。用いる固体電解質としては、ＮＡＳＩＣＯ
Ｎ（Ｎａ1+xＺｒ2Ｐ3-xＳｉxＯ12、ｘは１または２）が
挙げられる。
化炭素検出用に用いられているものをそのまま用いるこ
とができる。用いる固体電解質としては、ＮＡＳＩＣＯ
Ｎ（Ｎａ1+xＺｒ2Ｐ3-xＳｉxＯ12、ｘは１または２）が
挙げられる。
【００１６】検知電極の電極部及び対極は通常、多孔質
であることが求められ、一般に白金の焼結体が用いられ
る。検知電極は炭酸リチウム、あるいはその他の金属炭
酸塩との混合物からなる層（炭酸金属層）によって覆わ
れている。対極にはアルミナなどからなる緻密な絶縁層
を介して白金等の耐酸化性に富んだ金属からなるヒータ
が設けられている。
であることが求められ、一般に白金の焼結体が用いられ
る。検知電極は炭酸リチウム、あるいはその他の金属炭
酸塩との混合物からなる層（炭酸金属層）によって覆わ
れている。対極にはアルミナなどからなる緻密な絶縁層
を介して白金等の耐酸化性に富んだ金属からなるヒータ
が設けられている。
【００１７】このように形成されたセンサ素子主部は無
機多孔質を介してガスフィルタにより覆われている。こ
こで無機多孔質としてはシリカ・アルミナ、アルミナ等
が用いられる。以下の実施例ではシリカ・アルミナを用
いた。また、ガスフィルタとしてはセンサ主部を保護す
る目的が果たせるものであればよく、例えばパラジウム
担持アルミナが挙げられる。
機多孔質を介してガスフィルタにより覆われている。こ
こで無機多孔質としてはシリカ・アルミナ、アルミナ等
が用いられる。以下の実施例ではシリカ・アルミナを用
いた。また、ガスフィルタとしてはセンサ主部を保護す
る目的が果たせるものであればよく、例えばパラジウム
担持アルミナが挙げられる。
【００１８】このようなセンサ素子は使用に際して、固
体電解質がそのイオン伝導に適した温度に加熱されてい
ることが必要であるが、そのためにヒータに流される電
流は交流であることが必要である。ヒータに流される電
流が直流であると、詳細は不明であるが、その周囲に存
在する無機多孔質は一種のイオン伝導性を持ち、そこに
含まれる微量な金属（ナトリウム等）イオンが偏析する
と考えられる。そのため、センサ素子を使用開始した場
合のセンサ出力が長時間にわたって安定せず、その間測
定できない。
体電解質がそのイオン伝導に適した温度に加熱されてい
ることが必要であるが、そのためにヒータに流される電
流は交流であることが必要である。ヒータに流される電
流が直流であると、詳細は不明であるが、その周囲に存
在する無機多孔質は一種のイオン伝導性を持ち、そこに
含まれる微量な金属（ナトリウム等）イオンが偏析する
と考えられる。そのため、センサ素子を使用開始した場
合のセンサ出力が長時間にわたって安定せず、その間測
定できない。
【００１９】本発明ではヒータに交流（例えば単相交
流）を流してセンサ素子の加熱を行い、その交流電流の
アース（接地）側と検知極、及び／あるいは、その交流
電流のアース側と対極との電位差を調べる必要がある。
流）を流してセンサ素子の加熱を行い、その交流電流の
アース（接地）側と検知極、及び／あるいは、その交流
電流のアース側と対極との電位差を調べる必要がある。
【００２０】このような電位差のチェックは図２にモデ
ル的に示す回路で可能となる。すなわち、図１にその断
面をモデル的に示すようなＮＡＳＩＣＯＮを固体電解質
として有するセンサ素子を、モデル的に示すような回路
に組み込んでガスセンサとし、この図においてオペアン
プはセンサ素子の検知極及び基準極からの信号をそれぞ
れインピーダンス変換する。センサ素子としては、固体
電解質層を挟んで、対極と金属炭酸塩に覆われた検知電
極とが配され、該対極が絶縁体を介してヒータを有し、
かつ、全体が無機多孔質体を介してガスフィルタにより
覆われてなる固体電解質型センサ素子を用いる。
ル的に示す回路で可能となる。すなわち、図１にその断
面をモデル的に示すようなＮＡＳＩＣＯＮを固体電解質
として有するセンサ素子を、モデル的に示すような回路
に組み込んでガスセンサとし、この図においてオペアン
プはセンサ素子の検知極及び基準極からの信号をそれぞ
れインピーダンス変換する。センサ素子としては、固体
電解質層を挟んで、対極と金属炭酸塩に覆われた検知電
極とが配され、該対極が絶縁体を介してヒータを有し、
かつ、全体が無機多孔質体を介してガスフィルタにより
覆われてなる固体電解質型センサ素子を用いる。
【００２１】センサ素子のヒータには交流電流を流し、
センサ素子の加熱を行う。このとき交流電流のアースと
対極との間の電位差をＥ+とし、交流電流のアースと検
知極との間の電位差をＥ―とする。ここで、Ｅ+とＥ―
との差ＥＭＦは従来のセンサ出力に等しい。
センサ素子の加熱を行う。このとき交流電流のアースと
対極との間の電位差をＥ+とし、交流電流のアースと検
知極との間の電位差をＥ―とする。ここで、Ｅ+とＥ―
との差ＥＭＦは従来のセンサ出力に等しい。
【００２２】また、本発明において用いる交流電流の波
形は、矩形波（図３（ａ）にその例を示す）、三角波
（図３（ｂ）にその例を示す）、サイン波など、周期的
にプラス、マイナスを繰り返す形であれば、波形を問わ
ず用いることができる。また、交流電流の周波数として
はとくに限定しないが、使いやすい範囲は通常５０〜１
ｋＨｚである。
形は、矩形波（図３（ａ）にその例を示す）、三角波
（図３（ｂ）にその例を示す）、サイン波など、周期的
にプラス、マイナスを繰り返す形であれば、波形を問わ
ず用いることができる。また、交流電流の周波数として
はとくに限定しないが、使いやすい範囲は通常５０〜１
ｋＨｚである。
【００２３】このようなヒータ加熱用電流である交流電
流を供給するヒータ用電源（ヒータ電源供給手段）とし
ては、例えば１００Ｖの商用交流電源の電圧を変換する
電源（トランス等による）であっても良く、また、直流
電流を変換して交流電流とする電源（発振器とアンプの
組み合わせ等）でも良い。
流を供給するヒータ用電源（ヒータ電源供給手段）とし
ては、例えば１００Ｖの商用交流電源の電圧を変換する
電源（トランス等による）であっても良く、また、直流
電流を変換して交流電流とする電源（発振器とアンプの
組み合わせ等）でも良い。
【００２４】
【実施例】以下に本発明について具体的に説明する。図
２にモデル的に示した、センサ素子（無機多孔質として
はシリカ・アルミナを使用）を組み込んだ回路をセンサ
として、ヒータには検出部温度が３９０℃となるよう１
ｋＨｚの交流電流を流した。
２にモデル的に示した、センサ素子（無機多孔質として
はシリカ・アルミナを使用）を組み込んだ回路をセンサ
として、ヒータには検出部温度が３９０℃となるよう１
ｋＨｚの交流電流を流した。
【００２５】このとき、測定対象ガス（相対湿度：４０
％）中の二酸化炭素濃度変化によるＥ+及びＥＭＦの変
化を調べた。結果を図４に示す。図４により、センサ出
力ＥＭＦは二酸化炭素濃度の上昇と共に低下するが、交
流電流のアースと対極との間の電位差Ｅ+は測定対象ガ
ス中の二酸化炭素濃度に影響されないことが判る。
％）中の二酸化炭素濃度変化によるＥ+及びＥＭＦの変
化を調べた。結果を図４に示す。図４により、センサ出
力ＥＭＦは二酸化炭素濃度の上昇と共に低下するが、交
流電流のアースと対極との間の電位差Ｅ+は測定対象ガ
ス中の二酸化炭素濃度に影響されないことが判る。
【００２６】さらに、このセンサを二酸化炭素濃度４０
０ｐｐｍと一定としながら相対湿度のみ変化させた空気
（２５℃）での相対湿度変化によるＥＭＦ、Ｅ―および
Ｅ+への影響を調べた。結果を図５に示す。
０ｐｐｍと一定としながら相対湿度のみ変化させた空気
（２５℃）での相対湿度変化によるＥＭＦ、Ｅ―および
Ｅ+への影響を調べた。結果を図５に示す。
【００２７】図５により、交流電流のアースと検知極と
の間の電位差Ｅ―および対極との電位差Ｅ+はともに相
対湿度の影響を受けるがその変化量は異なり、これらの
電位差の差であるＥＭＦ（通常のセンサ出力）は湿度の
影響を受け、正確な二酸化炭素濃度が測定できないこと
が理解できる。
の間の電位差Ｅ―および対極との電位差Ｅ+はともに相
対湿度の影響を受けるがその変化量は異なり、これらの
電位差の差であるＥＭＦ（通常のセンサ出力）は湿度の
影響を受け、正確な二酸化炭素濃度が測定できないこと
が理解できる。
【００２８】しかし、測定対象ガス中の二酸化炭素濃度
に影響を受けない交流電流のアースと対極との間の電位
差Ｅ+を検出し、その値から図５に示された検量線（Ｅ+
と相対湿度の関係を示す検量線）を用いて測定対象ガス
中の相対湿度を求め、その相対湿度におけるＥＭＦへの
影響を図５のＥＭＦと相対湿度の関係を示す検量線によ
って求め、湿度の影響をＥＭＦから除去することができ
る。
に影響を受けない交流電流のアースと対極との間の電位
差Ｅ+を検出し、その値から図５に示された検量線（Ｅ+
と相対湿度の関係を示す検量線）を用いて測定対象ガス
中の相対湿度を求め、その相対湿度におけるＥＭＦへの
影響を図５のＥＭＦと相対湿度の関係を示す検量線によ
って求め、湿度の影響をＥＭＦから除去することができ
る。
【００２９】例えば、二酸化炭素濃度及び相対湿度が不
明なサンプルガスに対してのＥ+が−４２０ｍＶで、Ｅ
ＭＦが２５９ｍＶであれば、Ｅ+の値から、図５の検量
線を用いてその相対湿度が６０％であることが判り、従
って、センサ出力ＥＭＦを１６ｍＶだけ補正すればよい
ことが判る。その補正後のＥＭＦは２７５ｍＶで、この
値を与える二酸化炭素濃度は５５０ｐｐｍであることが
判る。このようにして水蒸気が共存するサンプルガス中
の二酸化炭素濃度を知ることができる。
明なサンプルガスに対してのＥ+が−４２０ｍＶで、Ｅ
ＭＦが２５９ｍＶであれば、Ｅ+の値から、図５の検量
線を用いてその相対湿度が６０％であることが判り、従
って、センサ出力ＥＭＦを１６ｍＶだけ補正すればよい
ことが判る。その補正後のＥＭＦは２７５ｍＶで、この
値を与える二酸化炭素濃度は５５０ｐｐｍであることが
判る。このようにして水蒸気が共存するサンプルガス中
の二酸化炭素濃度を知ることができる。
【００３０】さらに、図２にその回路を示すセンサを用
いて水素、一酸化炭素、エタノール蒸気などの可燃性ガ
ス濃度の測定方法、あるいは二酸化炭素濃度測定時にお
けるこれらのガスの影響を除去する方法について説明す
る。
いて水素、一酸化炭素、エタノール蒸気などの可燃性ガ
ス濃度の測定方法、あるいは二酸化炭素濃度測定時にお
けるこれらのガスの影響を除去する方法について説明す
る。
【００３１】図６、図７及び図８はそれぞれ、さまざま
な濃度で水素、一酸化炭素あるいはエタノール蒸気を含
有する乾燥空気（二酸化炭素濃度：４００ｐｐｍ、相対
湿度：４０％）に対する交流電流のアースと対極との間
の電位差Ｅ+およびＥＭＦの影響を調べた結果である。
な濃度で水素、一酸化炭素あるいはエタノール蒸気を含
有する乾燥空気（二酸化炭素濃度：４００ｐｐｍ、相対
湿度：４０％）に対する交流電流のアースと対極との間
の電位差Ｅ+およびＥＭＦの影響を調べた結果である。
【００３２】これら図において、Ｅ+値の変化量は相対
的にＥＭＦ値の変化量にほぼ一致するので、これら起電
力の変化に関与しているのは対極のみであることが判
る。また図６及び図８の低濃度域の変化から理解できる
ように、水素ガス、エチルアルコール蒸気に対しては対
数的な出力が得られる。このため、特にこれらガスが低
濃度であるとき、極めて高感度な測定が可能となる。
的にＥＭＦ値の変化量にほぼ一致するので、これら起電
力の変化に関与しているのは対極のみであることが判
る。また図６及び図８の低濃度域の変化から理解できる
ように、水素ガス、エチルアルコール蒸気に対しては対
数的な出力が得られる。このため、特にこれらガスが低
濃度であるとき、極めて高感度な測定が可能となる。
【００３３】一方、一酸化炭素ガスについては直線性が
比較的良好で、出力は濃度依存性を有しており、１００
ｐｐｍの濃度差に対して、２５ｍＶ程度の測定分解能を
有することが判る。このように水素、一酸化炭素あるい
はエタノール蒸気の濃度はＥ+値の変化量によってこれ
ら図６〜図８に示した検量線を用いて測定することがで
き、また、そのとき、これらガスと共に二酸化炭素ガス
が存在する場合、センサ出力ＥＭＦを補正し、その二酸
化炭素ガス濃度を測定することができる。
比較的良好で、出力は濃度依存性を有しており、１００
ｐｐｍの濃度差に対して、２５ｍＶ程度の測定分解能を
有することが判る。このように水素、一酸化炭素あるい
はエタノール蒸気の濃度はＥ+値の変化量によってこれ
ら図６〜図８に示した検量線を用いて測定することがで
き、また、そのとき、これらガスと共に二酸化炭素ガス
が存在する場合、センサ出力ＥＭＦを補正し、その二酸
化炭素ガス濃度を測定することができる。
【００３４】例えば、共に濃度未知の二酸化炭素及び水
素ガスが乾燥空気中に存在するサンプルガスに対しての
Ｅ+が−４９０ｍＶで、ＥＭＦが２０３ｍＶであれば、
Ｅ+の値から、図６の検量線を用いてそのときの水素ガ
ス濃度が１００ｐｐｍであることが判り、従って、セン
サ出力ＥＭＦを７５ｍＶだけ補正すればよいことが判
る。その補正後のＥＭＦは２７８ｍＶとなり、この値を
与える二酸化炭素濃度は５００ｐｐｍであることが判
る。同様にして、一酸化炭素あるいはエタノール蒸気が
共存するサンプルガス中の二酸化炭素濃度を知ることが
できる。
素ガスが乾燥空気中に存在するサンプルガスに対しての
Ｅ+が−４９０ｍＶで、ＥＭＦが２０３ｍＶであれば、
Ｅ+の値から、図６の検量線を用いてそのときの水素ガ
ス濃度が１００ｐｐｍであることが判り、従って、セン
サ出力ＥＭＦを７５ｍＶだけ補正すればよいことが判
る。その補正後のＥＭＦは２７８ｍＶとなり、この値を
与える二酸化炭素濃度は５００ｐｐｍであることが判
る。同様にして、一酸化炭素あるいはエタノール蒸気が
共存するサンプルガス中の二酸化炭素濃度を知ることが
できる。
【００３５】
【発明の効果】本発明の二酸化炭素ガスの測定方法は、
固体電解質層を挟んで、対極と金属炭酸塩に覆われた検
知電極とが配され、該対極が絶縁体を介してヒータを有
し、かつ、全体が無機多孔質体を介してガスフィルタに
より覆われてなる固体電解質型二酸化炭素ガスセンサ素
子を用いる二酸化炭素ガスの測定方法において、固体電
解質の加熱を上記ヒータに交流電流を流し、かつ、該交
流電流のアースと対極との間の電位差から予め求められ
た検量線によってセンサ素子出力を補正する構成を有す
る二酸化炭素ガスの測定方法であり、従来の二酸化炭素
の測定方法では除去できなかった測定対象ガス中の水蒸
気、各種可燃性ガス（水素ガス、一酸化炭素ガス、及
び、エタノール蒸気等）などの影響を排除することがで
き、正確な測定を行うことができる。
固体電解質層を挟んで、対極と金属炭酸塩に覆われた検
知電極とが配され、該対極が絶縁体を介してヒータを有
し、かつ、全体が無機多孔質体を介してガスフィルタに
より覆われてなる固体電解質型二酸化炭素ガスセンサ素
子を用いる二酸化炭素ガスの測定方法において、固体電
解質の加熱を上記ヒータに交流電流を流し、かつ、該交
流電流のアースと対極との間の電位差から予め求められ
た検量線によってセンサ素子出力を補正する構成を有す
る二酸化炭素ガスの測定方法であり、従来の二酸化炭素
の測定方法では除去できなかった測定対象ガス中の水蒸
気、各種可燃性ガス（水素ガス、一酸化炭素ガス、及
び、エタノール蒸気等）などの影響を排除することがで
き、正確な測定を行うことができる。
【００３６】さらに、上記交流電流のアースと対極との
間の電位差を定期的に基準値に戻す補正を行うことによ
り、長期的に安定した測定が可能になると共に、この補
正の量をチェックすることによりセンサ素子の故障の有
無を知ることができる。本発明のガス検出方法は、固体
電解質層を挟んで、対極と金属炭酸塩に覆われた検知電
極とが配され、該対極が絶縁体を介してヒータを有し、
かつ、全体が無機多孔質体を介してガスフィルタにより
覆われてなる固体電解質型二酸化炭素ガスセンサ素子を
用い、固体電解質の加熱をヒータに交流電流を流して行
い、かつ、このときの交流電流のアースと対極との間の
電位差から目的ガス濃度を検出するガス検出方法であ
り、水蒸気、あるいは、各種可燃性ガス（水素ガス、一
酸化炭素ガス、及び、エタノール蒸気等）の濃度を測定
することができる。特に低濃度の水素ガスあるいはエタ
ノール蒸気に対しては極めて高感度の測定が可能とな
る。
間の電位差を定期的に基準値に戻す補正を行うことによ
り、長期的に安定した測定が可能になると共に、この補
正の量をチェックすることによりセンサ素子の故障の有
無を知ることができる。本発明のガス検出方法は、固体
電解質層を挟んで、対極と金属炭酸塩に覆われた検知電
極とが配され、該対極が絶縁体を介してヒータを有し、
かつ、全体が無機多孔質体を介してガスフィルタにより
覆われてなる固体電解質型二酸化炭素ガスセンサ素子を
用い、固体電解質の加熱をヒータに交流電流を流して行
い、かつ、このときの交流電流のアースと対極との間の
電位差から目的ガス濃度を検出するガス検出方法であ
り、水蒸気、あるいは、各種可燃性ガス（水素ガス、一
酸化炭素ガス、及び、エタノール蒸気等）の濃度を測定
することができる。特に低濃度の水素ガスあるいはエタ
ノール蒸気に対しては極めて高感度の測定が可能とな
る。
【００３７】このとき、上記交流電流のアースと対極と
の間の電位差を定期的に基準値に戻す補正を行うことに
より、長期的に安定した測定が可能になると共に、この
補正の量をチェックすることによりセンサ素子の故障の
有無を知ることができる。
の間の電位差を定期的に基準値に戻す補正を行うことに
より、長期的に安定した測定が可能になると共に、この
補正の量をチェックすることによりセンサ素子の故障の
有無を知ることができる。
【００３８】
【図１】本発明で用いる固体電解質型ガスセンサ素子の
一例の断面を示すモデル図である。
一例の断面を示すモデル図である。
【図２】図１の固体電解質型ガスセンサ素子を組み込ん
でなる回路（ガスセンサ）の一例を示す図である。
でなる回路（ガスセンサ）の一例を示す図である。
【図３】本発明での交流電流の波形を示すモデル図であ
る。 （ａ）矩形波を示す図である。 （ｂ）三角波を示す図である。
る。 （ａ）矩形波を示す図である。 （ｂ）三角波を示す図である。
【図４】図２に示す固体電解質型ガスセンサの二酸化炭
素ガスに対する感度を調べた結果を示す図である。
素ガスに対する感度を調べた結果を示す図である。
【図５】図２に示す固体電解質型ガスセンサの水蒸気に
対する感度を調べた結果を示す図である。
対する感度を調べた結果を示す図である。
【図６】図２に示す固体電解質型ガスセンサの水素に対
する感度を調べた結果を示す図である。
する感度を調べた結果を示す図である。
【図７】図２に示す固体電解質型ガスセンサの一酸化炭
素に対する感度を調べた結果を示す図である。
素に対する感度を調べた結果を示す図である。
【図８】図２に示す固体電解質型ガスセンサのエタノー
ル蒸気に対する感度を調べた結果を示す図である。
ル蒸気に対する感度を調べた結果を示す図である。
α 固体電解質 β 検知極 γ 基準極 δ 多孔質セラミック体 ε ガスフィルタ ζ ヒータ η 基板（無機保護層）
Claims (8)
- 【請求項１】 固体電解質層を挟んで、対極と金属炭酸
塩に覆われた検知電極とが配され、該対極が絶縁体を介
してヒータを有し、かつ、全体が無機多孔質体を介して
ガスフィルタにより覆われてなる固体電解質型二酸化炭
素ガスセンサ素子を用いる二酸化炭素ガスの測定方法に
おいて、固体電解質の加熱を上記ヒータに交流電流を流
し、かつ、該交流電流のアースと対極との間の電位差か
ら予め求められた検量線によってセンサ素子出力を補正
することを特徴とする二酸化炭素ガスの測定方法。 - 【請求項２】 上記検量線が交流電流のアースと対極と
の間の電位差と水蒸気濃度との検量線であることを特徴
とする請求項１に記載の二酸化炭素ガスの測定方法。 - 【請求項３】 上記検量線が交流電流のアースと対極と
の間の電位差と可燃性ガス濃度との検量線であることを
特徴とする請求項２に記載の二酸化炭素ガスの測定方
法。 - 【請求項４】 上記可燃性ガスが水素ガス、一酸化炭素
ガス、及び、エタノール蒸気のいずれかであることを特
徴とする請求項３に記載の二酸化炭素ガスの測定方法。 - 【請求項５】 固体電解質層を挟んで、対極と金属炭酸
塩に覆われた検知電極とが配され、該対極が絶縁体を介
してヒータを有し、かつ、全体が無機多孔質体を介して
ガスフィルタにより覆われてなる固体電解質型二酸化炭
素ガスセンサ素子を用い、固体電解質の加熱をヒータに
交流電流を流して行い、かつ、このときの交流電流のア
ースと対極との間の電位差から目的ガス濃度を検出する
ことを特徴とするガス検出方法。 - 【請求項６】 上記目的ガスが水蒸気または可燃性ガス
であることを特徴とする請求項５に記載のガス検出方
法。 - 【請求項７】 上記可燃性ガスが水素ガス、一酸化炭素
ガス、及び、エタノール蒸気のいずれかであることを特
徴とする請求項６に記載のガス検出方法。 - 【請求項８】 上記交流電流のアースと対極との間の電
位差を定期的に基準値に戻す補正を行うことを特徴とす
る請求項５ないし請求項７のいずれかに記載のガス検出
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001142131A JP2002340841A (ja) | 2001-05-11 | 2001-05-11 | 二酸化炭素ガスの測定方法、および、ガス検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001142131A JP2002340841A (ja) | 2001-05-11 | 2001-05-11 | 二酸化炭素ガスの測定方法、および、ガス検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002340841A true JP2002340841A (ja) | 2002-11-27 |
Family
ID=18988488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001142131A Withdrawn JP2002340841A (ja) | 2001-05-11 | 2001-05-11 | 二酸化炭素ガスの測定方法、および、ガス検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002340841A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009229285A (ja) * | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Figaro Eng Inc | 電気化学式アルコールセンサ |
| CN102854230A (zh) * | 2012-09-04 | 2013-01-02 | 南京工业大学 | 一种生物检测仪 |
| WO2015002060A1 (ja) * | 2013-07-02 | 2015-01-08 | 国立大学法人長崎大学 | Ｃｏセンサおよびｃｏセンサの製造方法 |
-
2001
- 2001-05-11 JP JP2001142131A patent/JP2002340841A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009229285A (ja) * | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Figaro Eng Inc | 電気化学式アルコールセンサ |
| CN102854230A (zh) * | 2012-09-04 | 2013-01-02 | 南京工业大学 | 一种生物检测仪 |
| WO2015002060A1 (ja) * | 2013-07-02 | 2015-01-08 | 国立大学法人長崎大学 | Ｃｏセンサおよびｃｏセンサの製造方法 |
| CN105358970A (zh) * | 2013-07-02 | 2016-02-24 | 国立大学法人长崎大学 | Co传感器和co传感器的制造方法 |
| JPWO2015002060A1 (ja) * | 2013-07-02 | 2017-02-23 | 国立大学法人 長崎大学 | Ｃｏセンサおよびｃｏセンサの製造方法 |
| CN105358970B (zh) * | 2013-07-02 | 2018-01-16 | 国立大学法人长崎大学 | Co传感器和co传感器的制造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080805 |