JP2012021925A - Ammonia gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガス中のアンモニアガス濃度測定に好適に用いられるアンモニアガスセンサに関する。 The present invention relates to an ammonia gas sensor suitably used for measuring ammonia gas concentration in combustion gas and exhaust gas of, for example, a combustor and an internal combustion engine.
自動車等の内燃機関の排気ガス中の窒素酸化物(NOx)の浄化方法として、尿素SCR(Selective Catalytic Reduction、選択還元触媒)方式が開発されている。尿素SCR方式は、SCR触媒に尿素を添加してアンモニアを発生させ、アンモニアによりNOxを還元するものであり、尿素SCR方式には、NOxを還元するアンモニア濃度が適量かどうかを測定するためのアンモニアガスセンサが用いられている。 A urea SCR (Selective Catalytic Reduction) system has been developed as a method for purifying nitrogen oxides (NO x ) in exhaust gas of internal combustion engines such as automobiles. Urea SCR system, by adding urea to the SCR catalyst to generate ammonia, is intended to reduce NO x with ammonia, the urea SCR system, since the ammonia concentration for reducing NO x to determine whether an appropriate amount An ammonia gas sensor is used.
このようなアンモニアガスセンサとして、酸素イオン伝導性の固体電解質体の表面に基準電極と検知電極とを形成し、電極間の起電力に基づいてアンモニア濃度を検出するものが従来から提案されてきた。例えば、検知電極として、固体電解質体に接する第1電極層(Au)と、第1電極層表面を覆う第2電極層(AuとCeO2の混合物)との2層構造を有するセンサが提案されている(特許文献1参照)。
このセンサによれば、酸素濃度の変化が大きいリーンバーンエンジン中でも、酸素濃度の影響を受けずに可燃性ガス(HCガス、COガス、アンモニアガス等)濃度を測定できる(つまり、可燃性ガスの選択性を確保できる)とされている。
As such an ammonia gas sensor, a sensor in which a reference electrode and a detection electrode are formed on the surface of an oxygen ion conductive solid electrolyte body and an ammonia concentration is detected based on an electromotive force between the electrodes has been proposed. For example, a sensor having a two-layer structure of a first electrode layer (Au) in contact with a solid electrolyte body and a second electrode layer (a mixture of Au and CeO 2 ) covering the surface of the first electrode layer is proposed as a detection electrode. (See Patent Document 1).
According to this sensor, the concentration of combustible gas (HC gas, CO gas, ammonia gas, etc.) can be measured without being affected by the oxygen concentration even in a lean burn engine with a large change in oxygen concentration (that is, the combustible gas Selectivity can be secured).
しかしながら、特許文献1記載のアンモニアガスセンサの場合、アンモニアガス以外のHCガスやCOガス等にもアンモニアガスと同等の感度を示すので、アンモニアガスの選択性に課題があり、アンモニアガスのみの濃度を測定することが困難である。また、被測定ガス中の酸素の影響により、アンモニアセンサの出力にバラツキが生じ、精度良くアンモニアガスを測定することが困難である。
すなわち、本発明は、被測定ガス中の酸素の影響を低減し、且つアンモニアガス以外の可燃性ガスの影響を低減してアンモニアガスのみの選択性に優れたアンモニアガスセンサの提供を目的とする。
However, in the case of the ammonia gas sensor described in Patent Document 1, HC gas and CO gas other than ammonia gas have the same sensitivity as ammonia gas, so there is a problem in the selectivity of ammonia gas, and the concentration of only ammonia gas is reduced. It is difficult to measure. In addition, the output of the ammonia sensor varies due to the influence of oxygen in the gas to be measured, and it is difficult to accurately measure the ammonia gas.
That is, an object of the present invention is to provide an ammonia gas sensor excellent in selectivity of only ammonia gas by reducing the influence of oxygen in the gas to be measured and reducing the influence of combustible gas other than ammonia gas.
上記課題を解決するため、本発明のアンモニアガスセンサは、酸素イオン伝導性の固体電解質体と、前記固体電解質体の表面にそれぞれ設けられる検知電極及び基準電極とを備え、前記検知電極は貴金属を主成分とし、2〜30質量%のCe酸化物を含有し、かつCe酸化物及び前記貴金属が少なくとも前記検知電極と前記固体電解質体との界面領域に存在している。
このように、検知電極にCe酸化物を含有しつつ、且つCe酸化物が上記界面領域に存在すると、アンモニアのみの選択性を確保でき、且つ被測定ガス中の酸素の影響が低減する。これは上記界面に介在するCe酸化物が界面でのNH3以外の可燃性のガス種との電極反応を抑制するためと考えられる。又、Ce酸化物は絶縁体であるが、上記界面に貴金属も共存することで、検知電極の導電性も確保できる。
また、貴金属が上記界面領域に存在することで、検知電極が集電体としての能力を確保できる。なお、界面領域に貴金属が存在しないと、検知電極が集電体としての能力を確保できないことがある。
In order to solve the above problems, an ammonia gas sensor of the present invention includes an oxygen ion conductive solid electrolyte body, and a detection electrode and a reference electrode provided on the surface of the solid electrolyte body, respectively. It contains 2 to 30% by mass of Ce oxide as a component, and Ce oxide and the noble metal exist at least in the interface region between the detection electrode and the solid electrolyte body.
Thus, when Ce oxide is contained in the detection electrode and Ce oxide is present in the interface region, the selectivity of only ammonia can be secured and the influence of oxygen in the gas to be measured is reduced. This is presumably because the Ce oxide intervening at the interface suppresses the electrode reaction with combustible gas species other than NH 3 at the interface. Further, Ce oxide is an insulator, but the conductivity of the detection electrode can be ensured by coexistence of a noble metal at the interface.
In addition, the presence of the noble metal in the interface region ensures the ability of the detection electrode as a current collector. If no precious metal is present in the interface region, the detection electrode may not be able to secure the ability as a current collector.
なお、界面領域とは、固体電解質体の成分と検知電極の成分とが混ざりあった領域のことを指し、具体的には、検知電極と固体電解質体を含むアンモニアガスセンサの断面をEPMA(電子線マイクロアナライザ)等にて分析することで、両方の成分が混ざり合った領域を特定することができる。 The interface region refers to a region where the components of the solid electrolyte body and the detection electrode are mixed. Specifically, the cross section of the ammonia gas sensor including the detection electrode and the solid electrolyte body is represented by EPMA (electron beam). By analyzing with a microanalyzer etc., it is possible to specify a region where both components are mixed.
さらに、界面領域が固体電解質体の成分と貴金属との混合層と、固体電解質体の成分と金属酸化物との混合層の2層構成となっていても良いが、固体電解質体の成分と貴金属と金属酸化物との3成分の混合層となっていることがアンモニアのみの選択性がより向上するため、好ましい。 Further, the interface region may have a two-layer structure of a mixed layer of the solid electrolyte component and the noble metal and a mixed layer of the solid electrolyte component and the metal oxide. It is preferable that it is a mixed layer of three components of bismuth and metal oxide because the selectivity of only ammonia is further improved.
前記検知電極中の前記貴金属の含有割合が70質量%以上であることが好ましい。
検知電極中の貴金属の含有割合が70質量%未満であると、絶縁体であるCe酸化物の特性が現れ、検知電極の導通不良が生じて導電性が低下する場合がある。
The content ratio of the noble metal in the detection electrode is preferably 70% by mass or more.
When the content ratio of the noble metal in the detection electrode is less than 70% by mass, the characteristics of the Ce oxide that is an insulator appear, and a conduction failure of the detection electrode may occur, resulting in a decrease in conductivity.
また、前記Ce酸化物が、CeO2を少なくとも含むことが、アンモニアのみの選択性の向上、及び酸素の影響が低減の観点で好ましい。 In addition, it is preferable that the Ce oxide contains at least CeO 2 from the viewpoint of improving the selectivity of only ammonia and reducing the influence of oxygen.
この発明によれば、被測定ガス中の酸素の影響を低減し、且つアンモニアガス以外の可燃性ガスの影響を低減してアンモニアガスのみの選択性に優れたアンモニアガスセンサが得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain an ammonia gas sensor excellent in selectivity only for ammonia gas by reducing the influence of oxygen in the gas to be measured and reducing the influence of combustible gas other than ammonia gas.
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るアンモニアガスセンサ(アンモニアセンサ)200Aの長手方向に沿う断面図を示す。アンモニアセンサ200Aは、アンモニアを検出するセンサ素子部50Aを組み付けたアッセンブリである。アンモニアセンサ200Aは、軸線方向に延びる板状のセンサ素子部50Aと、排気管に固定されるためのねじ部139が外表面に形成された筒状の主体金具138と、センサ素子部50Aの径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ106と、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔168の内壁面がセンサ素子部50Aの後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材166と、センサ素子部50Aと絶縁コンタクト部材166との間に配置される複数個(図1では2つのみ図示)の接続端子110とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 shows a cross-sectional view along the longitudinal direction of an ammonia gas sensor (ammonia sensor) 200A according to an embodiment of the present invention. The
主体金具138は、軸線方向に貫通する貫通孔154を有し、貫通孔154の径方向内側に突出する棚部152を有する略筒状形状に構成されている。また、主体金具138は、センサ素子部50Aの先端側を貫通孔154の先端側外部に配置し、電極端子部40A〜44Aを貫通孔154の後端側外部に配置する状態で、センサ素子部50Aを貫通孔154に保持している。さらに、棚部152は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。
The
なお、主体金具138の貫通孔154の内部には、センサ素子部50Aの径方向周囲を取り囲む状態で環状形状のセラミックホルダ151、粉末充填層153、156(以下、滑石リング153、156ともいう)、および上述のセラミックスリーブ106がこの順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ106と主体金具138の後端部140との間には、加締めパッキン157が配置されており、セラミックホルダ151と主体金具138の棚部152との間には、滑石リング153やセラミックホルダ151を保持し、気密性を維持するための金属ホルダ158が配置されている。なお、主体金具138の後端部140は、加締めパッキン157を介してセラミックスリーブ106を先端側に押し付けるように、加締められている。
In addition, inside the
一方、図1に示すように、主体金具138の先端側(図1における下方)外周には、センサ素子部50Aの突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製(例えば、ステンレスなど)二重の外部プロテクタ142および内部プロテクタ143が、溶接等によって取り付けられている。
On the other hand, as shown in FIG. 1, a metal (for example, stainless steel) having a plurality of holes and covering the protruding portion of the sensor element portion 50 </ b> A on the outer periphery of the front end side (lower side in FIG. 1) of the
そして、主体金具138の後端側外周には、外筒144が固定されている。また、外筒144の後端側(図1における上方)の開口部には、センサ素子部50Aの電極端子部40A〜44Aとそれぞれ電気的に接続される5本のリード線146(図1では3本のみ)が挿通されるリード線挿通孔161が形成されたグロメット150が配置されている。
An outer cylinder 144 is fixed to the outer periphery of the rear end side of the
また、主体金具138の後端部140より突出されたセンサ素子部50Aの後端側(図1における上方)には、絶縁コンタクト部材166が配置される。なお、この絶縁コンタクト部材166は、センサ素子部50Aの後端側の表面に形成される電極端子部40A〜44Aの周囲に配置される。この絶縁コンタクト部材166は、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔168を有する筒状形状に形成されると共に、外表面から径方向外側に突出する鍔部167が備えられている。絶縁コンタクト部材166は、鍔部167が保持部材169を介して外筒144に当接することで、外筒144の内部に配置される。そして、絶縁コンタクト部材166側の接続端子110と、センサ素子部50Aの電極端子部40A〜44Aとが電気的に接続され、リード線146により外部と導通するようになっている。
Further, an
次に、センサ素子部50Aの構成について展開図2を参照して説明する。センサ素子部50Aは長尺板状であり、排気ガス中のアンモニアガスを検出する検知部が先端部に露出し、センサ素子部50Aの後端部には、電極端子部40A〜44Aがそれぞれ露出している。
図2において、絶縁層6Aの上面には、長手方向に沿ってリード31Aが延び、リード31Aの末端が電極端子部41Aを形成している。さらに、絶縁層6A上には、リード31Aと平行にリード30Aが延び、リード30Aの末端(絶縁層6Aの右端部)が電極端子部40Aを形成している。なお、リード30A、31Aは絶縁層6Aの中央部分から末端にかけて長手方向に延びている。さらに、リード30A,31Aを覆うように絶縁層20Aが形成されている。但し、絶縁層6Aの先端側(リード30A、31Aが形成されていない部位)、リード30A、31Aの先端側及び電極端子部40A、41Aは、絶縁層20Aで被覆されずに露出している。
Next, the configuration of the
In FIG. 2, a lead 31A extends along the longitudinal direction on the upper surface of the insulating
一方、絶縁層6Aのうち絶縁層20Aに覆われていない部位には、固体電解質体22Aが積層される。さらに、固体電解質体22A上には、基準電極4Aが形成されると共に、基準電極と平行に検知電極2Aが形成されている。基準電極4Aは、リード31Aと接続し、検知電極2Aは、リード30Aと接続している。
このように、基準電極4Aと検知電極2Aは固体電解質体22Aの同じ面側に露出し、被測定ガスに曝される。又、固体電解質体22A、基準電極4A、及び検知電極2Aがセル70を構成している。
On the other hand, a
Thus, the
一方、絶縁層26Aの下面(図2の下面)には、測温抵抗体である温度検出手段(温度センサ)14A及びリード32A、34Aが形成されている。そして、リード34Aの末端が電極端子部44Aを形成している。また、リード34Aと平行にリード32Aが延び、リード32Aの末端が電極端子部42Aを形成している。絶縁層26Aの上面には、発熱抵抗体16A、及び発熱抵抗体16Aから延長するリード35A,36Aが形成されている。温度検出手段14A及びリード32A、34Aは、絶縁層11Aで被覆されており、発熱抵抗体16A、及びリード35A,36Aは絶縁層6Aで被覆されている。さらに、絶縁層26Aの右端にはそれぞれスルーホール26x、26yが開口している。そして、リード35A,36Aは、それぞれスルーホール26x、26yを介して、絶縁層26Aの下面に配置された電極端子部42A、43Aにそれぞれ接続されている。
なお、検出電極2A及び基準電極4Aの両方、又はいずれか一方の上にガス透過性の保護層を設けてもよい。
On the other hand, on the lower surface of the insulating
A gas-permeable protective layer may be provided on both or either of the
検知電極2Aは、可燃性ガスが電極表面では燃焼し難い電極である。そして、アンモニアは検知電極2Aを通って固体電解質体との界面で酸素と反応して燃焼するので、アンモニアガスの検知電極として機能する。
この検知電極2Aは、貴金属を主成分とし、2〜30質量%のCe酸化物を含有し、かつCe酸化物及び前記貴金属が少なくとも検知電極2Aと固体電解質体22Aとの界面領域に存在していることが必要である。
ここで、貴金属を主成分とするとは、検知電極2A中の貴金属の割合が50質量%を超えることをいう。又、貴金属は、Au、Pt、Ag、Ir,Ru、及びこれらの合金であり、特にAuが好ましい。又、Ce酸化物としては、例えば、CeO2が挙げられる。
The
The
Here, the precious metal as a main component means that the ratio of the precious metal in the
図3は、図2のIII−III線に沿う断面図である。なお、図3では、セル70以外の構成については簡略化して図示している。検知電極2Aは、例えば、90質量%のAuと、10質量%のCe酸化物を含有し、さらに、検知電極2Aと固体電解質体22Aとの界面領域にはAu及びCeO2が存在している。
Ce酸化物(CeO2)及び上記した貴金属(Au)が界面領域に存在することは、検知電極2Aと固体電解質体22Aを含むアンモニアガスセンサの断面をEPMA(電子線マイクロアナライザ)分析することで確認することができる。
ここで、図4に示すように、固体電解質体22A側から検知電極2Aに向かって上記断面を厚み方向にEPMA分析すると、固体電解質体22Aの成分(この例では、YSZ(イットリア安定化ジルコニア))の濃度がほぼ一定の最大値(Max)から急激に減少し、やがてほぼ一定の最小値(Min)になる。この際、最大値(Max)から所定の割合で減少した地点の濃度をP1とし、最小値(Min)から所定の割合で増加した地点の濃度をP2とし、各濃度P1,P2のときの厚み方向の位置をL1、L2とする。このとき、L1〜L2の間の領域を、特許請求の範囲の「界面領域R」と規定する。そして、界面領域RでEPMAの検出限界を超えてCe酸化物及び上記した貴金属が検出されれば、これらの成分が界面領域Rに存在しているとみなす。
3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. In FIG. 3, the configuration other than the
The presence of Ce oxide (CeO 2 ) and the above-mentioned noble metal (Au) is confirmed by EPMA (electron beam microanalyzer) analysis of the cross section of the ammonia gas sensor including the
Here, as shown in FIG. 4, when the cross section is subjected to EPMA analysis in the thickness direction from the
なお、最大値(Max)及び最小値(Min)からの乖離率が5%となった地点をそれぞれP2,P1と定める。なぜなら、最大値(Max)及び最小値(Min)となった地点をそれぞれP2,P1としてしまうと、多少の変動、誤差も含んでしまうため精度が下げる可能性があるからである。又、最大値(Max)及び最小値(Min)は、例えばL1及びL2から厚み方向に十分離れた領域での固体電解質体22Aの成分濃度を厚み方向に複数測定し、それらの平均値を採用することができる。なお、最大値(Max)が100質量%である必要はなく、例えば、固体電解質体22AがYSZ80質量%とアルミナ(Al2O3)20質量%とから形成されている場合には、最大値(Max)は80質量%とみなせばよい。また、最小値(Min)が0質量%である必要はなく、例えば、検知電極2Aに共素地としてYSZが20質量%含有されている場合には、最小値(Min)は20質量%とみなせばよい。
又、EPMA分析は、上記した断面のうち、15μm四方の視野を複数箇所(例えば、3箇所)測定と、界面領域Rを特定する精度が向上するので、より好ましい。
The points where the deviation rate from the maximum value (Max) and the minimum value (Min) is 5% are defined as P2 and P1, respectively. This is because if the points having the maximum value (Max) and the minimum value (Min) are set to P2 and P1, respectively, some fluctuations and errors are included, and the accuracy may be lowered. For the maximum value (Max) and the minimum value (Min), for example, a plurality of component concentrations of the
Further, the EPMA analysis is more preferable because the measurement of a plurality of (for example, three) 15 μm square visual fields in the above-described cross section and the accuracy of specifying the interface region R are improved.
なお、図5(a)に示すように、界面領域R(L1〜L2)内では、検知電極2Aが、固体電解質層22A側から順に、Auを含む層2AA、CeO2を含む層2ABの2層構造となっていてもよい。また、図5(b)に示すように、図5(a)とは逆に、界面領域R内では、検知電極2Aが、固体電解質層22A側から順に、CeO2を含む層2AB、Auを含む層2AAの2層構造となっていてもよい。また、図5(c)に示すように、界面領域R内では、検知電極2Aが、固体電解質層22A側から順に、AuとCeO2との混合物からなる層2AC、CeO2を含む層2ADの2層構造となっていてもよい。また、図5(d)に示すように、図5(c)とは逆に、界面領域R内では、検知電極2Aが、固体電解質層22A側から順に、CeO2を含む層2AD、AuとCeO2との混合物からなる層2ACの2層構造となっていてもよい。さらに、図5(e)に示すように、界面領域R内では、検知電極2Aが、固体電解質層22A側から順に、AuとCeO2との混合物からなる層2AE、Auを含む層2AFの2層構造となっていてもよい。また、図5(f)に示すように、図5(e)とは逆に、界面領域R内では、検知電極2Aが、固体電解質層22A側から順に、Auを含む層2AF、AuとCeO2との混合物からなる層2AEの2層構造となっていてもよい。但し、図5(a)〜図5(f)の層2AA、層2AB、層2AC、層2AD、層2AE、層2AFには、固体電解質体22Aの成分が含有されていることは言うまでもない。
As shown in FIG. 5 (a), in the interface region R (L1 to L2), the
図6は、検知電極2Aの変形例を示す断面図である。図6(a)は、AuとCeO2との混合物からなる検知電極2A2の表面及び側面に、CeO2からなる被覆層を設けた断面構造を示す。図6(b)は、AuとCeO2との混合物からなる検知電極2A3の表面に、CeO2からなる被覆層を設けた断面構造を示す。この検知電極2A2、2A3においても、Ce酸化物及びAu(貴金属)が界面領域Rに確実に存在する。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a modification of the
以上のようにして、Ce酸化物及び上記した貴金属が界面領域Rに存在すると、アンモニアガス以外のガス(HCガス等)に対する感度が低下し、アンモニアガスの選択性が向上する。この原因は明確ではないが、界面領域Rに介在するCe酸化物が、界面でのNH3以外の可燃性のガス種との電極反応を抑制するためと考えられる。また、Ce酸化物及び上記した貴金属が界面領域Rに存在すると、酸素濃度の影響を受けずに、アンモニアガス濃度を測定できる。この原因は明確ではないが、以下の理由と推定される。通常、この種のセンサは、雰囲気の酸素濃度が変化すると、酸素の電極反応性が変化するため起電力の変化が生じる。しかしながら、Ce酸化物が界面に存在する場合、Ce酸化物の酸素吸蔵放出能力により界面近傍の酸素濃度変化が抑制され、影響が抑制されるものと推定している。
なお、Ce酸化物は絶縁体であり、界面領域RにCe酸化物のみが存在する場合には検知電極の導通不良が生じてしまう。従って、導電性を確保するため、界面領域RにはCe酸化物と貴金属とが共に存在する必要がある。
As described above, when Ce oxide and the above-described noble metal are present in the interface region R, the sensitivity to a gas other than ammonia gas (HC gas or the like) is reduced, and the selectivity of ammonia gas is improved. Although the cause of this is not clear, it is considered that the Ce oxide intervening in the interface region R suppresses the electrode reaction with combustible gas species other than NH 3 at the interface. Further, when Ce oxide and the above-described noble metal exist in the interface region R, the ammonia gas concentration can be measured without being affected by the oxygen concentration. The reason for this is not clear, but is presumed to be as follows. Normally, in this type of sensor, when the oxygen concentration in the atmosphere changes, the electrode reactivity of oxygen changes, so that the electromotive force changes. However, when Ce oxide is present at the interface, it is presumed that the oxygen concentration change in the vicinity of the interface is suppressed and the influence is suppressed by the oxygen storage / release ability of Ce oxide.
In addition, Ce oxide is an insulator, and when only Ce oxide exists in the interface region R, conduction failure of the detection electrode occurs. Therefore, in order to ensure conductivity, both the Ce oxide and the noble metal need to exist in the interface region R.
検知電極2A中のCe酸化物の含有割合が2〜30質量%であることが必要である。検知電極2A中のCe酸化物の含有割合が2質量%未満であると、上記したアンモニアガスの選択性の向上効果が十分でなく、さらに被測定ガス中の酸素の影響が大きくなる。検知電極2A中の金属酸化物の含有割合が30質量%を超えると、検知電極2Aの導電性が低下し、導通不良となる。
又、検知電極は貴金属を70質量%以上含有すると集電能力に優れるので好ましい。検知電極中の貴金属が70質量%未満になると、集電体としての能力が得られず、導通不良が生じてアンモニアガスが検出できない。
It is necessary that the content ratio of Ce oxide in the
Further, it is preferable that the sensing electrode contains no less than 70% by mass of noble metal because of its excellent current collecting ability. When the precious metal in the detection electrode is less than 70% by mass, the ability as a current collector cannot be obtained, and poor conduction occurs, and ammonia gas cannot be detected.
検知電極2Aは、Ce酸化物及び上記した貴金属の混合物を含むものであればよく、他の副成分を更に含んでもよい。副成分としては、固体電解質体を構成する成分(例えばYSZ)や、Al2O3が挙げられる。これら副成分を混合して使用してもよい。固体電解質体を構成する成分は、共素地として検知電極の密着性向上や接触抵抗の低減を図ることができる。
The
一方、基準電極4Aは、その電極表面で可燃性ガスが燃焼する電極であり、例えばPt単体であるか、又はPtを主成分とする材料で構成されている。
各リード30A、31A、32A、34A、35A,36A、電極端子部40A〜44A、温度検出手段14A及び発熱抵抗体16Aは、例えばPt、Pd又はこれらの合金を主成分とする材料で構成されている。
各絶縁層6A、11A、20A及び26Aは、例えばアルミナ等の絶縁性セラミックで構成されている。
On the other hand, the
Each of the
Each of the insulating
固体電解質体22Aは、例えば部分安定化ジルコニア(YSZ等)で構成されている。そして、固体電解質体22Aは、発熱抵抗体16Aによって活性化温度に制御される。固体電解質体22Aとしては、YSZ(イットリア部分安定化ジルコニア)の他、SDC(サマリアドープセリア)、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)が挙げられる。
The
次に、センサ素子部50Aの製造方法の一例を簡単に説明する。まず、センサ素子部の本体となる比較的厚い(例えば300μm)グリーンシートのアルミナ絶縁層26Aを用意し、絶縁層26Aの上面にPt、アルミナ(共素地として用いる無機酸化物)バインダ及び有機溶剤を含む電極ペースト(以下、「Pt系ペースト」という)をスクリーン印刷して発熱抵抗体16A(及びこれから延長するリード35A,36A)を、下面に温度検出手段14A(及びこれから延長するリード32A、34A)、電極端子部42A,43A,44Aを形成する。さらに、温度検出手段14Aの下面に絶縁材料(アルミナ等)、バインダ及び有機溶剤を含むペーストをスクリーン印刷して絶縁層11Aを形成する。なお、絶縁層26Aのスルーホール26x、26yの内面に適宜スルーホール導体を充填する。
Next, an example of a manufacturing method of the
次に、センサ素子部の本体となる比較的厚い(例えば300μm)グリーンシートのアルミナ絶縁層6Aを、発熱抵抗体16Aに積層する。そして、絶縁層6A上にリード30A、31A、及び電極端子部40A、41Aを形成する。さらに、リード30A,31Aを覆うようにして絶縁層20Aをスクリーン印刷する。なお、絶縁層6Aは、絶縁ペーストをスクリーン印刷して形成してもよい。
Next, an
そして、この積層体を所定温度(例えば、250℃)で脱バインダし、所定温度(例えば、1400℃)で焼成する。 Then, the laminate is debindered at a predetermined temperature (for example, 250 ° C.) and fired at a predetermined temperature (for example, 1400 ° C.).
次に、固体電解質体の成分となる酸化物粉末、バインダ及び有機溶剤を含むペーストを焼成後の絶縁層6A上にスクリーン印刷して固体電解質体22Aを形成し、所定温度(例えば、750℃)で焼成する。
Next, a paste containing oxide powder, binder, and organic solvent, which are components of the solid electrolyte body, is screen-printed on the fired insulating
そして、固体電解質体22A上に、Pt系ペーストをスクリーン印刷して基準電極4Aを形成するとともに、Au系ペースト(上記Ce酸化物を含む)をスクリーン印刷して検知電極2Aを形成し、所定温度(例えば、750℃)で焼成する。
Then, on the
本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、固体電解質体の表面と裏面とにそれぞれ検知電極と基準電極とを設け、基準電極を大気雰囲気に曝し、検知電極を被測定ガスに曝すよう、2室型のセンサ構造としてもよい。
又、固体電解質体を筒状として、筒の外面と内面とにそれぞれ検知電極と基準電極とを設け、筒内面を大気雰囲気に曝し、筒外面の検知電極を被測定ガスに曝すようなセンサ構造としてもよい。
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and extends to various modifications and equivalents included in the spirit and scope of the present invention. For example, a two-chamber sensor structure may be employed in which a detection electrode and a reference electrode are provided on the front and back surfaces of the solid electrolyte body, respectively, so that the reference electrode is exposed to the atmosphere and the detection electrode is exposed to the gas to be measured.
Also, a sensor structure in which the solid electrolyte body has a cylindrical shape, and a detection electrode and a reference electrode are provided on the outer surface and the inner surface of the tube, respectively, the inner surface of the tube is exposed to the atmosphere, and the detection electrode on the outer surface of the tube is exposed to the gas to be measured. It is good.
以下、実施例を挙げて、本発明を具体的に説明するが、本発明は勿論これらの例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to these examples of course.
図1、図2に示す上記実施形態に係るアンモニアガスセンサを作製した。まず、アルミナ基板(絶縁層)26Aの上面に、Pt系ペーストをスクリーン印刷して発熱抵抗体16A(及びこれから延長するリード35A,36A)を形成し、下面にPt系ペーストをスクリーン印刷して温度検出手段14A(及びこれから延長するリード32A、34A)、電極端子部42A,43A,44Aを形成した。さらに、発熱抵抗体16A上及び温度検出手段14A上に絶縁材料、バインダ及び有機溶剤を含むペーストをスクリーン印刷して絶縁層11Aを形成した。
次に、センサ素子部の本体となる比較的厚い(例えば300μm)グリーンシートのアルミナ絶縁層6Aを、発熱抵抗体16Aに積層した。そして、絶縁層6Aの上にPtペーストをスクリーン印刷してリード30A、31A、及び電極端子部40A、41Aを形成し、さらにリード30A、31Aを覆うようにして絶縁層20Aをスクリーン印刷した。その後、14500℃で60分間焼成した。
次に、絶縁層6A上に固体電解質体22Aの材料となるYSZ(Y安定化ジルコニア)ペーストを印刷した。この積層体を1480℃で60分間焼成した。YSZペーストは、乳鉢にYSZ、有機溶剤、分散剤を入れ、らいかい機で4時間分散混合した後、バインダー、粘度調整剤を所定量添加し、更に4時間湿式混合を行い調製した。
An ammonia gas sensor according to the above embodiment shown in FIGS. 1 and 2 was produced. First, the Pt paste is screen-printed on the upper surface of the alumina substrate (insulating layer) 26A to form the
Next, an
Next, a YSZ (Y-stabilized zirconia) paste as a material for the
そして、固体電解質体22A上に、Pt系ペーストをスクリーン印刷して基準電極4Aを形成して1420℃で焼成した後、以下に示した成分にて形成されたAu系ペーストをスクリーン印刷して検知電極2Aを形成し、1000℃で焼成した。得られたセンサ素子部を主体金具等に組み付け、アンモニアガスセンサを作製した。
なお、上記Au系ペーストは、市販のAuペーストに対し、それぞれ表1に記載した割合でCeO2の粉末を混入し、均一になるよう10分以上、混ぜることで調製した。
上記Au系ペースト中の金属酸化物粉末の種類及び含有割合を、表1に示すように変化させて実施例1〜6、及び比較例1〜5の各アンモニアガスセンサを作製した。なお、検知電極に対し、副成分を添加した場合の添加量は、(Au+CeO2)の合計質量に対する割合である。
又、上記Pt系ペーストは、乳鉢にPt粉末、Pt粉末に対し10wt%のYSZ粉末、及び有機溶剤を入れ、らいかい機で4時間分散混合した後、有機バインダー、粘度調整剤を所定量添加し、更に4時間湿式混合して調製した。
Then, a Pt-based paste is screen-printed on the
The Au-based paste was prepared by mixing CeO 2 powder in a proportion described in Table 1 with a commercially available Au paste and mixing the mixture for 10 minutes or more so as to be uniform.
The ammonia gas sensors of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 5 were prepared by changing the type and content ratio of the metal oxide powder in the Au-based paste as shown in Table 1. Incidentally, with respect to the detection electrode, the amount of the case of adding subcomponent is a percentage of the total weight of (Au + CeO 2).
The Pt paste is mixed with Pt powder, 10 wt% of YSZ powder and organic solvent in a mortar, and dispersed and mixed for 4 hours with a roughing machine. Then, organic binder and viscosity modifier are added in predetermined amounts. The mixture was further wet mixed for 4 hours.
<評価>
1.Ce酸化物によるアンモニア選択性の評価
モデルガス発生装置のガス流中に実施例1、2及び比較例1〜3のアンモニアガスセンサを取り付け、センサの感度の評価を行った。モデルガスのガス温度280℃、センサ素子部の制御温度(ヒータ加熱)650℃とし、ガス組成をO2=10% H2O=5% CO2=5% N2=bal.とした。
まず、NH3濃度に対するアンモニアガスセンサの出力の関係を求め、濃度換算式を作成した。最初に、NH3を0ppmとし、モデルガス発生装置から上記ガスを流したとき、基準電極4Aと検知電極2Aの間の電位差を測定し、ベース起電力(ベースEMF)とした。次に、NH3を0〜100ppmの間で所定量モデルガスに混合してガスを流したときの基準電極4Aと検知電極2Aの間の電位差を測定し、測定時の起電力(測定時のEMF)とした。そして、測定時の(起電力)−(ベース起電力)(ベース起電力;被測定ガスに曝されない時の起電力)でNH3濃度に対するアンモニアガスセンサのEMF出力の関係を求めた。実施例1のセンサについて得られた濃度換算式を図7に示す。
次に、妨害ガスとしてC3H6を100ppmCモデルガスに混合してガスを流したときのアンモニアガスセンサの出力(EMF値)を、図7の濃度換算式に代入し、NH3濃度換算値を計算した。NH3濃度換算値は、C3H6をアンモニアとして検知する度合いを示し、NH3濃度換算値が高い程、C3H6をアンモニアとして検知していることとなり、アンモニアの選択性が低いと判断できる。他方、NH3濃度換算値が小さい程、、C3H6をアンモニアとして検知していないこととなり、アンモニアの選択性が高いと判断できる。なお、実使用を考えた場合、C3H6の影響はゼロであることが好ましいが、NH3濃度換算値が5ppm以下(精度±5ppm以内)であれば、アンモニアの選択性が良好であると判断した。
<Evaluation>
1. Evaluation of ammonia selectivity by Ce oxide The ammonia gas sensors of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 were attached to the gas flow of the model gas generator, and the sensitivity of the sensor was evaluated. The gas temperature of the model gas was 280 ° C., the control temperature of the sensor element (heater heating) was 650 ° C., and the gas composition was O 2 = 10% H 2 O = 5% CO 2 = 5% N 2 = bal.
First, the relationship of the output of the ammonia gas sensor to the NH 3 concentration was obtained, and a concentration conversion formula was created. First, when NH 3 was set to 0 ppm and the above gas was flowed from the model gas generator, the potential difference between the
Then, the output of the ammonia gas sensor when a current of gas mixture of C 3 H 6 as an interference gas 100ppmC model gas (EMF values) are substituted into the concentration conversion equation 7, the NH 3 concentration conversion value Calculated. NH 3 converted concentration value indicates the degree to detect the C 3 H 6 as ammonia, higher NH 3 equivalent concentration value, it is possible to have detected the C 3 H 6 as ammonia, when the low selectivity of ammonia I can judge. On the other hand, as the NH 3 concentration conversion value is smaller, C 3 H 6 is not detected as ammonia, and it can be determined that the selectivity of ammonia is higher. In consideration of actual use, the effect of C 3 H 6 is preferably zero. However, if the NH 3 concentration conversion value is 5 ppm or less (accuracy within ± 5 ppm), the selectivity of ammonia is good. It was judged.
得られた結果を図8に示す。実施例1の場合、NH3濃度換算値がいずれも5ppm以下(2ppm程度)であり、妨害ガスの影響を低減し、アンモニアの選択性が良好であることがわかる。
又、CeO2以外の副成分として、検知電極の密着性向上や接触抵抗の低減を目的とした共素地であるYSZを検知電極に添加した実施例2の場合も、アンモニアの選択性が良好であり、検知電極中にCeO2が含有されていればアンモニアの選択性が向上することが確認された。なお、副成分としてYSZの代わりにAl2O3を検知電極に添加した場合も、同様の結果が得られた。
一方、検知電極がAu単体からなる比較例1の場合、及びCeO2の代わりにIn2O3を用いた比較例2の場合、NH3濃度換算値がいずれも5ppmを大幅に超え、妨害ガスの影響によりアンモニアの選択性が低下した。なお、上記した特許文献1には、In2O3を添加することで酸素濃度低減効果を有すると記載されているが、特許文献1記載のセンサはアンモニアだけでなくC3H6にも大きな感度を示すため、アンモニアセンサとしては適用が難しいことがわかる。
又、CeO2を用いずに検知電極にYSZを配合した比較例3の場合も、NH3濃度換算値がいずれも5ppmを大幅に超え、妨害ガスの影響によりアンモニア選択性が低下した。
The obtained result is shown in FIG. In the case of Example 1, the NH 3 concentration conversion values are all 5 ppm or less (about 2 ppm), which shows that the influence of interfering gas is reduced and the selectivity of ammonia is good.
In addition, in Example 2 in which YSZ, which is a common substrate for the purpose of improving the adhesion of the sensing electrode and reducing the contact resistance, was added to the sensing electrode as an auxiliary component other than CeO 2 , the selectivity of ammonia was good. It was confirmed that the selectivity of ammonia was improved if CeO 2 was contained in the detection electrode. Similar results were obtained when Al 2 O 3 was added to the detection electrode instead of YSZ as a subcomponent.
On the other hand, in the case of Comparative Example 1 in which the detection electrode is made of Au alone, and in the case of Comparative Example 2 in which In 2 O 3 is used instead of CeO 2 , the NH 3 concentration converted value greatly exceeds 5 ppm, and the interference gas As a result, the selectivity of ammonia decreased. In Patent Document 1 described above, it is described that the addition of In 2 O 3 has an effect of reducing the oxygen concentration. However, the sensor described in Patent Document 1 is large not only for ammonia but also for C 3 H 6. Since sensitivity is shown, it turns out that application is difficult as an ammonia sensor.
In Comparative Example 3 in which YSZ was blended in the sensing electrode without using CeO 2 , the NH 3 concentration conversion value greatly exceeded 5 ppm, and the ammonia selectivity was lowered due to the influence of the interference gas.
2.Ce酸化物の含有量とアンモニア選択性の評価
次に、実施例1、3〜6、及び比較例1、4、5の各アンモニアガスセンサについて、評価1と同様にしてアンモニア選択性の評価を行った。得られた結果を図9に示す。
又、図9は、実施例1、3〜6、及び比較例1、4、5について、検知電極中のCeO2の含有割合とNH3濃度換算値との関係を示す。
検知電極中のCeO2の含有割合が2〜30質量%である実施例1、3〜6の場合、NH3濃度換算値がいずれも5ppm以下であり、アンモニア選択性が良好であることがわかる。
一方、検知電極中のCeO2の含有割合がそれぞれ0質量%,1質量%である比較例1、4の場合、NH3濃度換算値が5ppmを超え、アンモニア選択性が低下した。又、検知電極中のCeO4の含有割合が30質量%を超えた比較例5の場合、検知電極の導通不良が生じ、評価不能となった。ここで、ここで、インピーダンスアナライザ(東洋テクニカ社製Solartron 1260/1287)により、基準電極と検知電極との間のインピーダンスを測定したとき1Hzにおけるインピーダンス値が1MΩを超えた場合を導通不良が生じたとみなした。
2. Evaluation of Ce Oxide Content and Ammonia Selectivity Next, the ammonia selectivity of each of the ammonia gas sensors of Examples 1, 3 to 6, and Comparative Examples 1, 4, and 5 was evaluated in the same manner as Evaluation 1. It was. The obtained results are shown in FIG.
FIG. 9 shows the relationship between the CeO 2 content ratio in the detection electrode and the NH 3 concentration converted value for Examples 1, 3 to 6 and Comparative Examples 1, 4, and 5.
In Examples 1 and 3 to 6 in which the content ratio of CeO 2 in the detection electrode is 2 to 30% by mass, the NH 3 concentration conversion value is 5 ppm or less, and the ammonia selectivity is good. .
On the other hand, in the case of Comparative Examples 1 and 4 in which the CeO 2 content in the sensing electrode was 0% by mass and 1% by mass, respectively, the NH 3 concentration conversion value exceeded 5 ppm, and the ammonia selectivity was lowered. Moreover, in the case of the comparative example 5 in which the content ratio of CeO 4 in the detection electrode exceeds 30% by mass, the conduction failure of the detection electrode occurred and the evaluation was impossible. Here, when the impedance between the reference electrode and the detection electrode is measured with an impedance analyzer (Solartron 1260/1287 manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.), if the impedance value at 1 Hz exceeds 1 MΩ, a conduction failure has occurred. I saw it.
3.界面領域Rにおける金属酸化物の存在とアンモニア選択性の評価
つぎに、検知電極の界面領域Rを、実施例1と、図10に示す2層の断面構造を有する比較例6、比較例7のアンモニアガスセンサとで比較した。なお、比較例6のアンモニアガスセンサは、図10(a)に示すように、固体電解質体上に、界面領域Rを越える厚みでCeO2からなる単体層を設け、その表面にAu単体層を設けている。つまり、界面領域Rには、固体電解質体の成分以外では、CeO2のみが存在することになる。また、比較例7のアンモニアガスセンサは、図10(b)に示すように、固体電解質体上に、界面領域Rを越える厚みでAuからなる単体層を設け、その表面にCeO2単体層を設けている。つまり、界面領域Rには、固体電解質体の成分以外では、Auのみが存在することになる。なお、比較例6、7において、検知電極に含有されるAuの含有量、Ce酸化物(CeO2)の含有量は実施例1と同様に、Auの含有量を90質量%、CeO2を10質量%としている。
3. Evaluation of Presence of Metal Oxide and Ammonia Selectivity in Interface Region R Next, the interface region R of the sensing electrode is shown in Example 1 and Comparative Examples 6 and 7 having the two-layer cross-sectional structure shown in FIG. Comparison was made with an ammonia gas sensor. In the ammonia gas sensor of Comparative Example 6, as shown in FIG. 10A, a single layer made of CeO 2 with a thickness exceeding the interface region R is provided on the solid electrolyte body, and an Au single layer is provided on the surface thereof. ing. That is, only CeO 2 exists in the interface region R except for the components of the solid electrolyte body. In addition, as shown in FIG. 10B, the ammonia gas sensor of Comparative Example 7 is provided with a single layer of Au having a thickness exceeding the interface region R on the solid electrolyte body, and a single layer of CeO 2 provided on the surface thereof. ing. In other words, only Au is present in the interface region R except for the components of the solid electrolyte body. In Comparative Examples 6 and 7, the content of Au contained in the detection electrode and the content of Ce oxide (CeO 2 ) were the same as in Example 1 except that the Au content was 90% by mass, and
又、検知電極と固体電解質体との界面領域RにAu及び金属酸化物が存在するか否かは、両者を含む断面のうち、15μm四方の視野をEPMAで3箇所測定して判定した。つまり、図4に記載したように、15μm四方の視野のうち、厚み方向に両端部側となる領域での固体電解質体22Aの成分濃度を厚み方向に複数測定し、それらの平均値をそれぞれ最大値(Max)及び最小値(Min)とした。そして、最大値(Max)及び最小値(Min)からの乖離率が5%となった地点をそれぞれP2,P1とし、それに対応する厚み方向の位置をL1、L2とした。L1〜L2の領域を界面領域Rとし、その中にEPMAの検出限界を超えて金属酸化物及びAuが検出されればAu及び金属酸化物が界面領域Rに存在したものとみなした。 Further, whether or not Au and a metal oxide exist in the interface region R between the detection electrode and the solid electrolyte body was determined by measuring three 15 μm square visual fields with EPMA in the cross section including both. That is, as described in FIG. 4, a plurality of component concentrations of the solid electrolyte body 22 </ b> A are measured in the thickness direction in the region of the 15 μm square field on both ends in the thickness direction, and the average value thereof is maximized. The value (Max) and the minimum value (Min) were used. Then, points where the deviation rate from the maximum value (Max) and the minimum value (Min) was 5% were P2 and P1, respectively, and the corresponding positions in the thickness direction were L1 and L2. The region L1 to L2 was defined as an interface region R, and if metal oxide and Au were detected in the interface region R exceeding the detection limit of EPMA, it was considered that Au and metal oxide were present in the interface region R.
実施例1及び比較例6、7の各アンモニアガスセンサについて、評価1と同様にしてアンモニアの選択性の評価を行った。
得られた結果を図11に示す。実施例1の場合、NH3濃度換算値が5ppm以下であり、妨害ガスの影響を低減し、アンモニアの選択性が良好であることがわかる。なお、図11には、実施例1の値も併記してある。
一方、界面領域RにAuのみ存在する比較例7の場合、NH3濃度換算値が5ppmを大幅に超え、アンモニアの選択性が低下した。また、界面領域RにCeO2のみ存在する比較例6の場合、検知電極の導通不良が生じ、評価不能となった。
これらのことより、検知電極を2層構造としても、界面領域RにAu及びCe酸化物が存在すればアンモニア選択性が良好になることが判明した。
The ammonia selectivity of each of the ammonia gas sensors of Example 1 and Comparative Examples 6 and 7 was evaluated in the same manner as in Evaluation 1.
The obtained results are shown in FIG. In the case of Example 1, the NH 3 concentration conversion value is 5 ppm or less, which shows that the influence of the interfering gas is reduced and the selectivity of ammonia is good. In FIG. 11, the values of Example 1 are also shown.
On the other hand, in the case of Comparative Example 7 in which only Au exists in the interface region R, the NH 3 concentration conversion value greatly exceeded 5 ppm, and the selectivity of ammonia was lowered. Further, in the case of Comparative Example 6 where only CeO 2 exists in the interface region R, the conduction failure of the detection electrode occurred and the evaluation became impossible.
From these facts, it was found that even if the sensing electrode has a two-layer structure, the ammonia selectivity is improved if Au and Ce oxides are present in the interface region R.
次に、検知電極の界面領域Rを、それぞれ図5(a)〜(d)に示す2層の断面構造としたこと以外は、実施例1〜6と同様にして、実施例7〜10の各アンモニアガスセンサを作製した。なお、それぞれ図5(a)が実施例7、図5(b)が実施例8、図5(c)が実施例9、図5(d)が実施例10のアンモニアガスセンサである。
実施例7〜10の各アンモニアガスセンサについて、評価1と同様にしてアンモニア選択性の評価を行った。
得られた結果を図12に示す。実施例7〜10の場合、NH3濃度換算値がいずれも5ppm以下であり、妨害ガスの影響を低減し、アンモニア選択性が良好であることがわかる。
Next, in the same manner as in Examples 1 to 6, except that the detection electrode interface region R has a two-layer cross-sectional structure shown in FIGS. Each ammonia gas sensor was produced. FIG. 5A shows the ammonia gas sensor of the seventh embodiment, FIG. 5B shows the ammonia gas sensor of the eighth embodiment, FIG. 5C shows the ammonia gas sensor of the ninth embodiment, and FIG.
About each ammonia gas sensor of Examples 7-10, it carried out similarly to the evaluation 1, and evaluated ammonia selectivity.
The obtained result is shown in FIG. In Examples 7 to 10, the NH 3 concentration conversion values are all 5 ppm or less, which shows that the influence of the interfering gas is reduced and the ammonia selectivity is good.
3.アンモニア感度に対するO2の影響の評価
実施例1及び比較例1〜3のアンモニアガスセンサをモデルガス発生装置のガス流中に取り付け、アンモニア感度に対するO2の影響の評価を行った。モデルガスのガス組成をH2O=5% CO2=5% N2=bal.とし、ガス温度280℃、センサ素子部の制御温度(ヒータ加熱)650℃とした。そして、O2をそれぞれ1、5、10%でモデルガスに混合すると共に、NH3を0〜100ppmの範囲で混合し、モデルガス発生装置から上記ガスを流したとき、実施例1〜6と同様にアンモニアガスセンサの出力(EMF値)を図6の濃度換算式に代入し、NH3濃度換算値を計算した。
なお、NH3=60ppmのときのNH3濃度換算値が55〜65ppmの範囲内(60±5ppm)であれば、アンモニア感度に対するO2の影響が少ないとみなした。O2の影響がまったく無い場合、NH3濃度換算値が60ppmとなる。
3. Evaluation of influence of O 2 on ammonia sensitivity The ammonia gas sensors of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 were installed in the gas flow of the model gas generator, and the influence of O 2 on the ammonia sensitivity was evaluated. The gas composition of the model gas was H 2 O = 5% CO 2 = 5% N 2 = bal., The gas temperature was 280 ° C., and the sensor element control temperature (heater heating) was 650 ° C. Then, when O 2 was mixed with the model gas at 1, 5 and 10%, NH 3 was mixed in the range of 0 to 100 ppm, and the above gas was allowed to flow from the model gas generator, Examples 1 to 6 and Similarly, the output (EMF value) of the ammonia gas sensor was substituted into the concentration conversion formula of FIG. 6, and the NH 3 concentration conversion value was calculated.
When the NH 3 concentration conversion value when NH 3 = 60 ppm is in the range of 55 to 65 ppm (60 ± 5 ppm), it was considered that the influence of O 2 on the ammonia sensitivity was small. When there is no influence of O 2 , the NH 3 concentration conversion value is 60 ppm.
得られた結果を図13〜図16に示す。図13は、実施例1におけるアンモニア感度に対するO2の影響を示し、図14は、比較例1におけるアンモニア感度に対するO2の影響を示し、図15は、比較例2におけるアンモニア感度に対するO2の影響を示し、図16は、比較例3におけるアンモニア感度に対するO2の影響を示す。実施例1の場合、NH3=60ppmのときのNH3濃度換算値が55〜65ppmの範囲内にあり、アンモニア感度に対するO2の影響が少ないものとなった。
一方、検知電極中にCeO2を含まない比較例1、3の場合、NH3=60ppmのときのNH3濃度換算値が55〜65ppmの範囲を超え、アンモニア感度に対するO2の影響が大きくなった。又、CeO2の代わりにIn2O3を用いた比較例2の場合、アンモニア感度に対するO2の影響が少なかったが、アンモニア選択性がそもそも低いものとなった。
The obtained results are shown in FIGS. Figure 13 shows the effect of O 2 to ammonia sensitivity in Example 1, Figure 14 shows the effect of O 2 to ammonia sensitivity in Comparative Example 1, FIG. 15, the O 2 to ammonia sensitivity in Comparative Example 2 FIG. 16 shows the influence of O 2 on the ammonia sensitivity in Comparative Example 3. In the case of Example 1, the NH 3 concentration conversion value when NH 3 = 60 ppm was in the range of 55 to 65 ppm, and the influence of O 2 on the ammonia sensitivity was small.
On the other hand, in Comparative Examples 1 and 3 in which the sensing electrode does not contain CeO 2 , the NH 3 concentration conversion value when NH 3 = 60 ppm exceeds the range of 55 to 65 ppm, and the influence of O 2 on ammonia sensitivity increases. It was. Further, in Comparative Example 2 using In 2 O 3 instead of CeO 2 , the influence of O 2 on the ammonia sensitivity was small, but the ammonia selectivity was originally low.
2A、2A2〜2A6 検知電極
4A 基準電極
22A 固体電解質体
50A ガスセンサ素子
200A アンモニアガスセンサ
2A, 2A2-
Claims (3)
前記検知電極は貴金属を主成分とし、2〜30質量%のCe酸化物を含有し、かつCe酸化物及び前記貴金属が少なくとも前記検知電極と前記固体電解質体との界面領域に存在しているアンモニアガスセンサ。 An oxygen ion conductive solid electrolyte body, and a detection electrode and a reference electrode provided on the surface of the solid electrolyte body,
The detection electrode contains noble metal as a main component, contains 2 to 30% by mass of Ce oxide, and Ce oxide and the noble metal are present at least in an interface region between the detection electrode and the solid electrolyte body. Gas sensor.
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