JP2012185048A - ガスセンサ素子およびガス濃度検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスセンサ素子1は、プロトン導電性の固体電解質体10を共有する第1セル11および第2セル12を備える。第1セル11は、固体電解質体10、水素原子を含む被測定ガスに接する第1アノード電極11a、第1カソード電極11cを有する。第2セル12は、固体電解質体10、第2アノード電極12a、第2カソード電極12c、第2アノード電極12aを被覆するガス不透過性の遮蔽体13を有する。第1セル11に電圧を印加し、固体電解質体10のプロトン導電及び電子導電による電流値の和を測定し、第2セル12に電圧を印加し、固体電解質体10の電子導電による電流値を測定し、第1セル11の電流値と第2セル12の電流値との差から被測定ガスの濃度を検出する。
【選択図】図1
Description
以上、第1の発明によれば、水素原子を含む被測定ガスの濃度を高精度に検出することが可能なガスセンサ素子を提供することができる。
以上、第2の発明によれば、水素原子を含む被測定ガスの濃度を高精度に検出することが可能なガス濃度検出方法を提供することができる。
本発明の実施例に係るガスセンサ素子、ガス濃度検出方法について、図1〜図3を用いて説明する。
本例のガスセンサ素子1は、図1に示すように、プロトン導電性の固体電解質体10を共有する第1セルお11よび第2セル12を備えている。本例において、固体電解質体10は、シート状に形成されており、組成式SrZr0.9Yb0.1O2.95からなるペロブスカイト型酸化物を母体とする固体電解質から構成されている。固体電解質体10の厚みは、200μmである。
本例において、第1アノード電極11aと第2アノード電極12a、第1カソード電極11cと第2カソード電極12cは、それぞれ同一形状、同一面積の層状に形成されている。各電極11a、11c、12a、12cは、いずれもPtとSrZr0.9Yb0.1O2.95との多孔質サーメットから構成されている。各電極11a、11c、12a、12cの厚みは、いずれも10μmである。また、遮蔽体13は、膜状に形成されており、アルミナから構成されている。遮蔽体13の厚みは、20μmである。
本例のガスセンサ素子1は、図1に示すように、上述の第1セル11および第2セル12を有する固体電解質体10と、スペーサ14と、ヒータ部15とが順次積層されて構成されている。第1セル11および第2セル12は、ガスセンサ素子1の先端部に形成されている。
本例において、拡散部材142は、多孔質の層状に形成されており、アルミナから構成されている。拡散部材142は、アルミナ以外の他の絶縁材料から構成することもできる。拡散部材142の厚みは、スペーサ14の厚みと同じ200μmである。拡散部材142の気孔率は、40%、気孔径は、1〜5μmである。
本例において、基層151および絶縁層153は、ともにアルミナから構成されている。基層151および絶縁層153の厚みは、ともに200μmである。ヒータ電極152は、Ptとアルミナとのサーメットから構成されている。ヒータ電極152の厚みは、30μmである。
よって、本例のガスセンサ素子1によれば、被測定ガス(水素ガス)の濃度を高精度に検出することが可能である。
一方、第2セル12は、遮蔽体13により第2アノード電極12aが水素ガスと接触しない構造になっている。そのため、水素ガスからプロトンを取り込むことができず、プロトン導電による電流は流れない。それ故、第2セル12については、電子導電による電流のみとなり、「△」印の特性となる。
第1セル11と第2セル12の電流差をとると、「□」印の特性となり、電子導電の影響をキャンセルすることができる。
この結果から、本例のガス濃度検出方法によれば、水素ガスの濃度を高精度に検出することが可能であることが確認できた。
本例は、図4に示すように、実施例1のガスセンサ素子1において、第1カソード電極11c、第2カソード電極12cの構造を変形した例である。
本例は、図5に示すように、実施例1のガスセンサ素子1において、遮蔽体13およびスペーサ14の構成を変形した例である。
10 固体電解質体
11 第1セル
11a 第1アノード電極
11c 第1カソード電極
12 第2セル
12a 第2アノード電極
12c 第2カソード電極
13 遮蔽体
14 スペーサ
141 貫通穴
141 被測定ガス室
142 拡散部材
15 ヒータ部
151 基層
152 ヒータ電極
153 絶縁層
Claims (6)
- プロトン導電性の固体電解質体を共有する第1セルおよび第2セルを備えたガスセンサ素子であって、
上記第1セルは、上記固体電解質体と、該固体電解質体の一方面に設けられ、水素原子を含む被測定ガスに接する第1アノード電極と、上記固体電解質体の他方面に設けられた第1カソード電極とを有し、
上記第2セルは、上記固体電解質体と、上記固体電解質体の一方面に設けられた第2アノード電極と、上記固体電解質体の他方面に設けられた第2カソード電極と、上記第2アノード電極を被覆するガス不透過性の遮蔽体とを有することを特徴とするガスセンサ素子。 - 請求項1に記載のガスセンサ素子において、
被測定ガスが存在する外部空間と拡散部材を介して連通し、かつ上記被測定ガスが導入される被測定ガス室をさらに備え、
該被測定ガス室内に、少なくとも上記第1セルの第1アノード電極が配置されていることを特徴とするガスセンサ素子。 - 請求項2に記載のガスセンサ素子において、
被測定ガス室内に、上記遮蔽体に被覆された上記第2セルの第2アノード電極が配置されていることを特徴とするガスセンサ素子。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載のガスセンサ素子において、
上記遮蔽体は、アルミナを主成分とすることを特徴とするガスセンサ素子。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載のガスセンサ素子において、
上記遮蔽体の厚みは、5〜50μmの範囲内にあることを特徴とするガスセンサ素子。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載のガスセンサ素子を用いて水素原子を含む被測定ガスの濃度を検出するガス濃度検出方法であって、
上記第1セルに電圧を印加し、上記固体電解質体のプロトン導電による電流値と電子導電による電流値との和を測定する工程と、
上記第2セルに電圧を印加し、上記固体電解質体の電子導電による電流値を測定する工程と、
上記測定した第1セルの電流値と第2セルの電流値との差から水素原子を含む被測定ガスの濃度を検出する工程と、
を有することを特徴とするガス濃度検出方法。
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