JP2008008666A - Limiting current type oxygen sensor and concentration detecting and measuring method of oxygen using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、酸素濃度の検知測定を行うために用いられる限界電流式酸素センサ及びこれを用いた酸素濃度の検知測定方法に関し、特に低酸素濃度であっても精度良く酸素濃度を検知測定することができる限界電流式酸素センサ及びこれを用いた酸素濃度の検知測定方法に関する。 The present invention relates to a limiting current type oxygen sensor used for detecting and measuring oxygen concentration and an oxygen concentration detecting and measuring method using the same, and particularly to detect and measure oxygen concentration accurately even at a low oxygen concentration. The present invention relates to a limiting current type oxygen sensor that can perform and a method for detecting and measuring oxygen concentration using the same.
従来より、限界電流式酸素センサとして、例えば酸化イットリウム(YtO)を添加物とする固体電解質の安定化ジルコニア(Yttria Stabilized Zirconia:YSZ)をイオン伝導体として用いたものが知られている。図8は、従来の限界電流式酸素センサの構造を示す模式図である。図8に示すように、一般的な従来の限界電流式酸素センサ100は、固体電解質のイオン伝導体101の両面に監視電圧を印加するための多孔質材料からなるアノード側及びカソード側の電極102,103をそれぞれ形成し、一方の電極103側に拡散律速されたガスを供給するための気体拡散孔104,105と内部空間106aとからなるガス拡散機構が形成されたキャップ106を取り付けて構成されている。
Conventionally, as a limiting current type oxygen sensor, for example, a solid electrolyte stabilized zirconia (Ytria Stabilized Zirconia: YSZ) using, for example, yttrium oxide (YtO) as an additive is known as an ion conductor. FIG. 8 is a schematic diagram showing the structure of a conventional limiting current oxygen sensor. As shown in FIG. 8, a general conventional limiting current
また、このキャップ106の外側には、イオン伝導体101を、例えば数百℃の監視温度に設定するためのヒータ107が設けられており、このヒータ107にはリード線108が接続されている。なお、気体拡散孔104は、電極103に向かってキャップ106を貫通した状態で、また、気体拡散孔105は、電極103の表面に沿った方向に向かって貫通した状態でそれぞれ形成されている。ここで、限界電流式酸素センサとしては、これら気体拡散孔104,105のうち、例えば気体拡散孔105が形成されていないようなタイプのものも多く用いられている。
Further, a
そして、このような限界電流式酸素センサ100は、各電極102,103間に監視電圧を印加した場合、電圧が小さい間はその電圧に比例する出力電流がイオン伝導体101を通って流れる構造からなる。また、この限界電流式酸素センサ100は、監視電圧をさらに上昇させると、やがて出力電流が飽和する特性を備えている。このような飽和領域の出力電流を限界電流といい、この限界電流の大きさは酸素濃度と一定の関係を有している。したがって、このような限界電流式酸素センサ100では、監視電圧で得られる限界電流値から酸素濃度を検知測定することが可能となる。
Such a limiting current
また、限界電流式酸素センサ100のイオン伝導体101に流れる電流は、酸素イオンの移動に基づくもので、その電流値は電圧と温度とに依存するものである。このため、限界電流式酸素センサ100では、例えば400℃〜500℃程度の監視温度に設定されて電圧駆動がなされる。通常、この監視温度の設定は、上述したような限界電流式酸素センサ100の本体部分であるキャップ106にヒータ107を設け、これに通電することによって行われる。
Further, the current flowing through the
なお、このような限界電流式酸素センサ100の駆動には、多くの場合ヒータ107を常時通電した状態で、各電極102,103間に監視電圧を与えるという方法が採られている(例えば、特許文献1参照。)。そして、このように構成された従来の限界電流式酸素センサ100では、低濃度の酸素濃度を検知測定するに際して、出力電流値を大きくするために、キャップ106に気体拡散孔104のみならず気体拡散孔105を形成したガス拡散機構を備えている。
In many cases, such a limiting
こうした気体拡散孔104,105などの孔部をキャップ106に設けた構造のガス拡散機構を有する限界電流式酸素センサ100では、ガス拡散機構が、ファラデー定数(F)、拡散係数(D)、孔部の孔面積(S)、ガス全圧(P)、気体定数(R)、温度(T)、孔部の孔長(l)、酸素分圧(PO2)、及び出力電流値(IL)の関係として、次式(1)の条件を満たすように構成されていることによって、酸素濃度を測定している。
In the limiting current
しかしながら、上述した従来の限界電流式酸素センサ100では、低濃度の酸素濃度を検知測定するために、キャップ106に気体拡散孔104のみならず気体拡散孔105を新たに形成しなければならない。このため、限界電流式酸素センサ100の製造工程における工程数が多くなり、センサ構造自体も複雑となって、結果的にコスト増大に繋がってしまうという問題がある。
However, in the above-described conventional limiting
また、限界電流式酸素センサ100における新たな気体拡散孔105をイオン伝導体101の電極103の表面(電極面)に沿った方向に向かって貫通するように形成するため、気体拡散孔105が形成されていないタイプのものに比べて加工精度によっては製造精度のバラつきが大きくなりやすく、結果的にセンサ特性にバラつきが生じ、測定精度が安定しないという問題がある。
Further, since the new
さらに、上述した特許文献1に記載の従来の限界電流式酸素センサのような気体拡散孔105の代わりに気体拡散孔104の孔径を大きくして、気体拡散孔105を設けないタイプの場合、例えば酸素濃度が1%以下と低い状態における限界電流領域では、限界電流値が上記数式(1)の条件を満たさないため、正確な酸素濃度の検知測定ができなくなるという問題がある。
Furthermore, in the case of a type in which the
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、低酸素濃度であっても高精度で良好に酸素濃度を検知測定することができるとともに、容易に製造可能で特性のバラつきを防止しコストを削減することができる限界電流式酸素センサ及びこれを用いた酸素濃度の検知測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and can detect and measure the oxygen concentration with good accuracy even at a low oxygen concentration, and can be easily manufactured to prevent variation in characteristics. It is an object of the present invention to provide a limiting current type oxygen sensor capable of reducing cost and a method for detecting and measuring oxygen concentration using the same.
本発明に係る限界電流式酸素センサは、固体電解質からなるイオン伝導体と、このイオン伝導体に設けられた電界を印加するための多孔質の電極対と、この電極対の一方の面側に拡散律速されたガスを供給するためのガス拡散機構と、前記イオン伝導体を加熱するヒータとを備え、前記ガス拡散機構は、前記電極対の一方の電極と接する内部空間と、この内部空間と外部とを連通する気体拡散孔とを有し、前記内部空間における酸素濃度勾配が、ファラデー定数(F)、拡散係数(D)、酸素濃度(CO2)、気体拡散孔の孔面積(S)、気体拡散孔の貫通方向の孔長(l)、内部空間の前記電極とそれに対向する内面の間の距離(lin)、内部空間の有効断面積(Sin)、及び出力電流値(Ilim)の関係に基づく、1/Ilim=(1/4FDCO2){(l/S)+(lin/Sin)}の式を満たすように構成されていることを特徴とする。 The limiting current type oxygen sensor according to the present invention includes an ion conductor made of a solid electrolyte, a porous electrode pair for applying an electric field provided on the ion conductor, and one electrode side of the electrode pair. A gas diffusion mechanism for supplying a diffusion-controlled gas; and a heater for heating the ion conductor, wherein the gas diffusion mechanism includes an internal space in contact with one electrode of the electrode pair, and the internal space A gas diffusion hole communicating with the outside, and an oxygen concentration gradient in the internal space includes a Faraday constant (F), a diffusion coefficient (D), an oxygen concentration (C O2 ), and a hole area (S) of the gas diffusion hole , The hole length (l) in the penetration direction of the gas diffusion hole, the distance (l in ) between the electrode in the internal space and the inner surface facing it, the effective sectional area (S in ) of the internal space, and the output current value (I based on the relationship of lim), 1 / I l m = (1 / 4FDC O2), characterized in that it is configured to satisfy the equation of {(l / S) + ( l in / S in)}.
本発明に係る酸素濃度の検知測定方法は、固体電解質からなるイオン伝導体と、このイオン伝導体に設けられた電界を印加するための多孔質の電極対と、この電極対の一方の面側に拡散律速されたガスを供給するためのガス拡散機構と、前記イオン伝導体を加熱するヒータとを備える限界電流式酸素センサを用いた酸素濃度の検知測定方法であって、前記ガス拡散機構に、前記電極対の一方の電極と接する内部空間及びこの内部空間と外部とを連通する気体拡散孔を形成し、前記内部空間における酸素濃度勾配が、ファラデー定数(F)、拡散係数(D)、酸素濃度(CO2)、前記気体拡散孔の孔面積(S)、前記気体拡散孔の貫通方向の孔長(l)、前記内部空間の前記電極とそれに対向する内面の間の距離(lin)、前記内部空間の有効断面積(Sin)、及び出力電流値(Ilim)の関係に基づく、1/Ilim=(1/4FDCO2){(l/S)+(lin/Sin)}の式の条件を満たすように演算を行って酸素濃度を検知測定することを特徴とする。 An oxygen concentration detection and measurement method according to the present invention includes an ion conductor made of a solid electrolyte, a porous electrode pair for applying an electric field provided on the ion conductor, and one surface side of the electrode pair. A method for detecting and measuring oxygen concentration using a limiting current oxygen sensor comprising a gas diffusion mechanism for supplying a diffusion-controlled gas to a gas and a heater for heating the ion conductor, Forming an internal space that is in contact with one electrode of the electrode pair and a gas diffusion hole that communicates the internal space with the outside, and an oxygen concentration gradient in the internal space includes a Faraday constant (F), a diffusion coefficient (D), Oxygen concentration (C O2 ), hole area (S) of the gas diffusion hole, hole length (l) in the penetration direction of the gas diffusion hole, distance between the electrode in the internal space and the inner surface facing it (l in ), The internal space 1 / I lim = (1/4 FDC O2 ) {(l / S) + (l in / S in )} based on the relationship between the effective area (S in ) and the output current value (I lim ) The oxygen concentration is detected and measured by performing an operation so as to satisfy the above condition.
また、ガス拡散機構は、内部空間の電極とそれに対向する内面の間の距離が、気体拡散孔の孔径よりも大きくなるように形成される。また、ガス拡散機構は、気体拡散孔の孔面積(S)と孔長(l)との比率(S/l)が50μm〜250μmとなるように構成されている。 The gas diffusion mechanism is formed so that the distance between the electrode in the internal space and the inner surface facing the electrode is larger than the diameter of the gas diffusion hole. The gas diffusion mechanism is configured such that the ratio (S / l) of the hole area (S) to the hole length (l) of the gas diffusion holes is 50 μm to 250 μm.
本発明によれば、ガス拡散機構が、電極対の一方の電極と接する内部空間と、この内部空間と外部とを連通する気体拡散孔とを有し、内部空間における酸素濃度勾配が所定の式の条件を満たすように構成されている。このため、従来のように気体拡散孔を複数設ける場合と比較して気体拡散孔の加工が簡単となるとともに、所定の式の条件を満たす濃度勾配に基づいて酸素濃度の検知測定を正確に行うことが可能となる。これにより、例えば酸素濃度が1%以下の低酸素濃度であっても高精度で良好に検知測定することができ、容易に製造可能で加工精度特性のバラつきを抑え製造コストを削減することができる。 According to the present invention, the gas diffusion mechanism has an internal space that is in contact with one electrode of the electrode pair and a gas diffusion hole that communicates the internal space with the outside, and the oxygen concentration gradient in the internal space is a predetermined formula. It is configured to satisfy the following conditions. For this reason, the processing of the gas diffusion hole is simplified as compared with the case where a plurality of gas diffusion holes are provided as in the prior art, and the oxygen concentration detection measurement is accurately performed based on the concentration gradient satisfying the condition of the predetermined formula. It becomes possible. Thereby, for example, even if the oxygen concentration is a low oxygen concentration of 1% or less, it can be detected and measured with high accuracy and can be easily manufactured, and variations in processing accuracy characteristics can be suppressed and manufacturing costs can be reduced. .
以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係る限界電流式酸素センサ及びこれを用いた酸素濃度の検知測定方法について説明する。 Hereinafter, a limiting current type oxygen sensor according to an embodiment of the present invention and a method for detecting and measuring oxygen concentration using the same will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る限界電流式酸素センサの構造を示す模式図である。また、図2は、同限界電流式酸素センサを図1における矢印A方向から見た斜視図である。また、図3は、同限界電流式酸素センサを図1における矢印B方向から見た斜視図である。図1〜図3に示すように、本発明の一実施形態に係る限界電流式酸素センサ10は、固体電解質からなるイオン導電体11と、このイオン導電体11に設けられた電界を印加するための多孔質材料からなる電極対である電極12a,12bと、これら電極12a,12bのうちの一方の電極12aを覆うキャップ13と、イオン伝導体11を加熱するヒータ17とを備えて構成されている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a limiting current oxygen sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the limiting current oxygen sensor as viewed from the direction of arrow A in FIG. FIG. 3 is a perspective view of the limiting current type oxygen sensor as viewed from the direction of arrow B in FIG. As shown in FIGS. 1 to 3, a limiting
イオン伝導体11は、数百℃の高温になると内部イオンの移動によって導電性を示す絶縁体であり、例えば安定化ジルコニアからなる。各電極12a,12bは、例えば多孔質な白金(Pt)あるいは銀(Ag)などからなり、イオン伝導体11の両面に形成されている。なお、本例の限界電流式酸素センサ10は、電極12aがカソード電極となり、電極12bがアノード電極となるように構成されている。
The
キャップ13は、例えば有底円筒形の外観を有するセラミックなどからなり、イオン伝導体11に取り付けられる側が凹状に形成されている。また、キャップ13の有底円筒形の底部分中央には、厚さ方向に貫通する気体拡散孔14が一つ形成されている。そして、キャップ13は、イオン伝導体11のカソード電極となる電極12a側の面に、気体拡散孔14のみからガスが電極12aに供給されるように密着した状態で取り付けられており、これらキャップ13とイオン伝導体11の電極12a側の面によって内部空間15を形成している。これら内部空間15及び気体拡散孔14によって、電極12aに拡散律速されたガスを供給するガス拡散機構16が構成されている。
The
したがって、限界電流式酸素センサ10において、電極12aは内部空間15に接し、電極12bは外部雰囲気に接するように設けられている。また、このキャップ13のイオン伝導体11取付側と反対側の外面には、イオン導電体11を例えば400℃〜500℃程度の監視温度に加熱するためのヒータ17が設けられている。
Therefore, in the limiting
ガス拡散機構16の気体拡散孔14は、図1に示すように、所定の孔径(Sl)と、貫通方向の所定の長さである孔長(l)とを有するようにキャップ13に形成されている。また、ガス拡散機構16の内部空間15は、気体拡散孔14の貫通方向に所定の厚さ(すなわち、具体的には電極12aの表面と、この表面と対向配置されたキャップ13の内壁面との間の距離)(lin)を備えるように形成されている。そして、ガス拡散機構16は、内部空間15における酸素濃度勾配が後述する所定の式の条件を満たすように構成されている。また、ガス拡散機構16は、ここでは内部空間15の厚さ(lin)が、気体拡散孔14の孔径(Sl)よりも大きくなるように形成されているが、これに限るものではない。
As shown in FIG. 1, the
なお、電極12a,12bにはそれぞれリード線18a,18bが接続されており、これらリード線18a,18bは、外部に取り出されて監視電圧を与えるための電源30に接続されている。また、この電源30には、それぞれ直列及び並列に電流計31及び電圧計32が接続されている。さらに、ヒータ17にはリード線19が接続されており、このリード線19はヒータ電源33に接続されている。ヒータ17は、例えば使用期間中、常にヒータ電源33によって通電され、400℃程度の監視温度に設定されている。
このように構成された限界電流式酸素センサ10では、ヒータ電源33からヒータ17に給電して抵抗発熱させることにより、限界電流式酸素センサ10自体を上記監視温度に加熱するとともに、電源30によって電極12a,12b間に所定の監視電圧(V)を印加する。監視電圧を印加すると、イオン伝導体11とキャップ13とに囲まれたガス拡散機構16の内部空間15内に存在する気体中に含有されている酸素分子は、電極12aを介して電子を得て酸素イオンになり、イオン伝導体11内に入る。そして、この酸素イオンは、イオン伝導体11内の酸素イオン空孔を介してイオン伝導体11内を、例えば図1中におけるその厚さ方向上方に移動する。移動した酸素イオンは、電極12bに到達して電子を放出し、再度酸素分子となって外部雰囲気中に放出される。この酸素イオンの移動によって、各電極12a,12b間に電流(A)が流れる。
In the limit current
このとき、酸素イオンの移動により限界電流式酸素センサ10の内部空間15は負圧となり、気体拡散孔14を介して外部雰囲気から気体が流入する。この場合の気体の流入量は、気体拡散孔14によって制限されるため、限界電流式酸素センサ10の電流(I)−電圧(V)特性においては、各電極12a,12b間に印加する監視電圧を上昇させても電流が変化しない限界電流値を検知することができる。
At this time, due to the movement of oxygen ions, the
このような限界電流式酸素センサ10の限界電流値は、気体拡散孔14の形状や測定時のセンサ温度、雰囲気の圧力などが一定であるとすると、雰囲気中の酸素濃度に依存するものである。したがって、本発明者等は、限界電流値と酸素濃度との関係に基づき、適切な酸素濃度勾配を解析し、ガス拡散機構16に適用することによって、限界電流式酸素センサ10により低酸素濃度においても良好に酸素濃度を検知測定することを可能とした。
The limit current value of the limit current
図4及び図5は、同限界電流式酸素センサにおける気体拡散孔の孔面積及び孔長と出力電流との関係を表わすグラフである。まず、本発明者等は、限界電流式酸素センサ10において、上述したように気体拡散孔14をキャップ13の底部分中央に一つだけ形成したうえで、気体拡散孔14の孔面積(S)と孔長(l)とを様々に変化させた環境にて、センサ出力電流(IL)である限界電流値の測定を行った。その結果、気体拡散孔14の孔面積(S)と孔長(l)との比(以下、「S/l」とする)と限界電流(IL)には、図4に示すような関係が成り立つことを確認し、破線41及び実線42によって表わされる特性を得ることができた。なお、破線41は、上述した従来の数式(1)を用いて算出した理論値により表わされる特性を示しており、実線42は、実測値により表わされる特性を示している。
4 and 5 are graphs showing the relationship between the area and length of the gas diffusion holes and the output current in the limiting current type oxygen sensor. First, in the limiting current
図4に示すように、実線42によって示す実測値による限界電流(IL)は、S/lの値が大きくなるにつれて、破線41によって示す従来の数式(1)を用いて算出した理論値よりも小さな値を示すようになることが判明した。そして、例えばS/lの値が約50μm〜約250μmの範囲においては、S/lと限界電流(IL)とが直線関係を示すことが判明した。このことから、例えば1%以下の低酸素濃度では、ガス拡散機構16の気体拡散孔14内だけではなく内部空間15においても濃度勾配があると仮定し、近似式の解析を行って、ガス拡散機構16に適用される酸素濃度勾配を満たす条件の次式(2)を算出した。なお、S/lの値が約50μm〜約250μmの範囲である場合には、気体拡散孔14は一つでなくても良い。
As shown in FIG. 4, the limit current (IL) based on the actual measurement value indicated by the
すなわち、本発明者等は、ファラデー定数(F)、拡散係数(D)、酸素濃度(CO2)、気体拡散孔の孔面積(S)、気体拡散孔の貫通方向の孔長(l)、内部空間の厚さ(lin)、内部空間の有効断面積(Sin)、及び出力電流値(Ilim)の関係が、 That is, the present inventors have Faraday constant (F), diffusion coefficient (D), oxygen concentration (C O2 ), hole area (S) of the gas diffusion hole, hole length (l) in the penetration direction of the gas diffusion hole, The relationship among the thickness (l in ) of the internal space, the effective cross-sectional area (S in ) of the internal space, and the output current value (I lim )
となるような条件の酸素濃度勾配を限界電流式酸素センサ10に適用することによって、図5に示すような実線51によって表わされる特性の気体拡散孔14の孔長(l)と孔面積(S)との比(以下、「l/S」とする)と限界電流の逆数(1/IL)との関係を得ることができた。この結果、例えば上述したS/lが50μm以下のときは、ガス拡散機構16に従来の数式(1)を適用して酸素濃度の検知測定を行うことができるが、限界電流(IL)の値が小さいためあまり実用的であるとはいえない。
5 is applied to the limiting
なお、上記出力電流値(Ilim)は限界電流(IL)と等価である。また、内部空間15の有効断面積(Sin)は、内部空間15における酸素分子の流れが、気体拡散孔14から電極12aに向かって台形形状に広がっているとの推測に基づき、気体拡散孔14の断面積と内部空間15の断面積の半分程度を目安とすることによって設定されている。
The output current value (I lim ) is equivalent to the limit current (IL). The effective cross-sectional area (S in ) of the
図6は、同限界電流式酸素センサの電圧(V)−電流(I)特性を示すグラフである。また、図7は、同限界電流式酸素センサのガス濃度特性を示すグラフである。限界電流式酸素センサ10において、例えばガス拡散機構16の気体拡散孔14のS/lを150μmとし、1000ppmの酸素ガス中で監視電圧(Vs)−出力電流(Is)特性を評価した場合、図6に示すような実線61,62によって表わされる結果を得ることができた。ここで、実線61は、ガス拡散機構16に従来の数式(1)を適用した場合を表わしている。
FIG. 6 is a graph showing voltage (V) -current (I) characteristics of the limiting current type oxygen sensor. FIG. 7 is a graph showing the gas concentration characteristics of the limiting current type oxygen sensor. In the limiting current
このように、ガス拡散機構16に上述した数式(2)によって定義される酸素濃度勾配を適用した場合は、実線62で示す出力電流値は実線61が示す出力電流値よりは低い値を示すこととなる。しかし、数式(2)で定義される酸素濃度勾配を適用した場合の方が、限界電流を示すフラット域63を明確に得ることができる。また、図7に示すように、限界電流式酸素センサ10のガス拡散機構16の内部空間15において、上記数式(2)の酸素濃度勾配を適用した場合、実線71で示すような直線関係を有するガス濃度と出力電流との特性を得ることができた。
As described above, when the oxygen concentration gradient defined by the above equation (2) is applied to the
このため、例えば1%以下の低酸素濃度であっても本発明の限界電流式酸素センサ10によれば、高精度で良好に酸素濃度を検知測定することができる。また、本発明の限界電流式酸素センサ10によれば、ガス拡散機構16の気体拡散孔14が一つであるため、製造工程において容易に製造することができ、加工精度特性のバラつきを抑えて製造コストを削減することが可能となる。
For this reason, for example, even with a low oxygen concentration of 1% or less, according to the limiting current
以上述べたように、本発明によれば、限界電流式酸素センサ10のガス拡散機構16が、キャップ13に形成され電極12aに向かって貫通された気体拡散孔14及びこの気体拡散孔14と連通する内部空間15を有し、内部空間15における酸素濃度勾配が所定の条件として上記数式(2)を満たすように構成されている。また、例えばこの内部空間15の厚さ(lin)が気体拡散孔14の孔径(Sl)よりも大きくなるように形成されている。このため、気体拡散孔14の加工が簡単となるとともに、所定の条件を満たす酸素濃度勾配に基づいて酸素濃度の検知測定を正確に行うことが可能となる。これにより、例えば酸素濃度が1%以下の低酸素濃度であっても高精度で良好に検知測定することができ、容易に製造可能で加工精度特性のバラつきを抑え製造コストを削減することができる。
As described above, according to the present invention, the
10…限界電流式酸素センサ、11…イオン伝導体、12a,12b…電極、13…キャップ、14…気体拡散孔、15…内部空間、16…ガス拡散機構、17…ヒータ、18a,18b,19…リード線。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
このイオン伝導体に設けられた電界を印加するための多孔質の電極対と、
この電極対の一方の面側に拡散律速されたガスを供給するためのガス拡散機構と、
前記イオン伝導体を加熱するヒータとを備え、
前記ガス拡散機構は、前記電極対の一方の電極と接する内部空間と、この内部空間と外部とを連通する気体拡散孔とを有し、前記内部空間における酸素濃度勾配が、ファラデー定数(F)、拡散係数(D)、酸素濃度(CO2)、前記気体拡散孔の孔面積(S)、前記気体拡散孔の貫通方向の孔長(l)、前記内部空間の前記電極とそれに対向する内面の間の距離(lin)、前記内部空間の有効断面積(Sin)、及び出力電流値(Ilim)の関係に基づく、
1/Ilim=(1/4FDCO2){(l/S)+(lin/Sin)}
の式を満たすように構成されていることを特徴とする限界電流式酸素センサ。 An ionic conductor made of a solid electrolyte;
A porous electrode pair for applying an electric field provided on the ion conductor;
A gas diffusion mechanism for supplying a diffusion-controlled gas to one surface side of the electrode pair;
A heater for heating the ion conductor,
The gas diffusion mechanism has an internal space that is in contact with one electrode of the electrode pair, and a gas diffusion hole that communicates the internal space with the outside, and an oxygen concentration gradient in the internal space has a Faraday constant (F). , Diffusion coefficient (D), oxygen concentration (C O2 ), hole area (S) of the gas diffusion hole, hole length (l) in the penetration direction of the gas diffusion hole, the electrode in the internal space and the inner surface facing it Based on the relationship between the distance (l in ), the effective cross-sectional area (S in ) of the internal space, and the output current value (I lim ),
1 / I lim = (1/4 FDC O2 ) {(l / S) + (l in / S in )}
A limiting current type oxygen sensor configured to satisfy the formula:
前記ガス拡散機構に、前記電極対の一方の電極と接する内部空間及びこの内部空間と外部とを連通する気体拡散孔を形成し、
前記内部空間における酸素濃度勾配が、ファラデー定数(F)、拡散係数(D)、酸素濃度(CO2)、前記気体拡散孔の孔面積(S)、前記気体拡散孔の貫通方向の孔長(l)、前記内部空間の前記電極とそれに対向する内面の間の距離(lin)、前記内部空間の有効断面積(Sin)、及び出力電流値(Ilim)の関係に基づく、
1/Ilim=(1/4FDCO2){(l/S)+(lin/Sin)}
の式の条件を満たすように演算を行って酸素濃度を検知測定する
ことを特徴とする酸素濃度の検知測定方法。 An ion conductor made of a solid electrolyte, a porous electrode pair for applying an electric field provided on the ion conductor, and a gas for supplying a diffusion-controlled gas to one side of the electrode pair A method for detecting and measuring oxygen concentration using a limiting current oxygen sensor comprising a diffusion mechanism and a heater for heating the ion conductor,
In the gas diffusion mechanism, an internal space that is in contact with one electrode of the electrode pair and a gas diffusion hole that communicates the internal space with the outside are formed.
The oxygen concentration gradient in the internal space includes a Faraday constant (F), a diffusion coefficient (D), an oxygen concentration (C O2 ), a hole area (S) of the gas diffusion hole, and a hole length in the penetration direction of the gas diffusion hole ( l), based on the relationship between the distance between the electrode of the internal space and the inner surface facing the electrode (l in ), the effective cross-sectional area of the internal space (S in ), and the output current value (I lim ),
1 / I lim = (1/4 FDC O2 ) {(l / S) + (l in / S in )}
A method for detecting and measuring oxygen concentration, wherein the oxygen concentration is detected and measured by performing an operation so as to satisfy the condition of the equation (1).
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