JP2525517B2 - 炭酸ガス検知センサ - Google Patents
炭酸ガス検知センサInfo
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- JP2525517B2 JP2525517B2 JP3074950A JP7495091A JP2525517B2 JP 2525517 B2 JP2525517 B2 JP 2525517B2 JP 3074950 A JP3074950 A JP 3074950A JP 7495091 A JP7495091 A JP 7495091A JP 2525517 B2 JP2525517 B2 JP 2525517B2
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- carbonate
- dioxide detection
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型の炭酸ガ
スセンサに関するものである。
スセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在開発されている固体電解質型のセン
サは、イオン伝導体からなる固体電解質板体の両面に電
極を設けて構成されているのが普通である。こうした固
体電解質型の炭酸ガスセンサとしては、例えば炭酸カリ
ウムをプレス成形したのち焼成したペレット状のイオン
伝導体の両側面に金電極を設けて検知電極と基準電極と
した素子を用いた炭酸ガスセンサＸがある（第１回化学
センサ国際会議講演予稿集３５３頁、１９８３年９
月）。
サは、イオン伝導体からなる固体電解質板体の両面に電
極を設けて構成されているのが普通である。こうした固
体電解質型の炭酸ガスセンサとしては、例えば炭酸カリ
ウムをプレス成形したのち焼成したペレット状のイオン
伝導体の両側面に金電極を設けて検知電極と基準電極と
した素子を用いた炭酸ガスセンサＸがある（第１回化学
センサ国際会議講演予稿集３５３頁、１９８３年９
月）。
【０００３】このセンサにおいては、被測定ガスに接す
る検知電極と基準電極との間の電位差を測定することに
よりガス中の炭酸ガス濃度を検出できるようになってい
る。しかし、被測定ガスに含まれる水分によって起電力
特性が変化し、湿度による誤差の補正が必要であるため
に実用的でないという欠点がある。
る検知電極と基準電極との間の電位差を測定することに
よりガス中の炭酸ガス濃度を検出できるようになってい
る。しかし、被測定ガスに含まれる水分によって起電力
特性が変化し、湿度による誤差の補正が必要であるため
に実用的でないという欠点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
技術における問題点を解消して、湿度特性が改良された
高信頼性の炭酸ガス検知センサを提供することを目的と
している。
技術における問題点を解消して、湿度特性が改良された
高信頼性の炭酸ガス検知センサを提供することを目的と
している。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の炭酸ガス検知センサは、イオン伝導体を挟
んで２個の電極を対設しそれぞれの電極と接触するガス
の濃度の差に対応する電気信号を出力するガスセンサに
おいて、該イオン伝導体が、アルカリ金属炭酸塩とアル
カリ土類金属炭酸塩との粉末混合物よりなる、アルカリ
金属炭酸塩に対するアルカリ土類金属炭酸塩のモル混合
比が１を超えた材料からの成形体であることを特徴とす
る。
め、本発明の炭酸ガス検知センサは、イオン伝導体を挟
んで２個の電極を対設しそれぞれの電極と接触するガス
の濃度の差に対応する電気信号を出力するガスセンサに
おいて、該イオン伝導体が、アルカリ金属炭酸塩とアル
カリ土類金属炭酸塩との粉末混合物よりなる、アルカリ
金属炭酸塩に対するアルカリ土類金属炭酸塩のモル混合
比が１を超えた材料からの成形体であることを特徴とす
る。
【０００６】本発明の炭酸ガス検知センサのイオン伝導
体に用いられるアルカリ土類金属炭酸塩は、好ましくは
炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウムか
ら選ばれたものであり、またアルカリ金属炭酸塩は、炭
酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムから選ばれ
た一つ以上の炭酸塩であることが好ましい。
体に用いられるアルカリ土類金属炭酸塩は、好ましくは
炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウムか
ら選ばれたものであり、またアルカリ金属炭酸塩は、炭
酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムから選ばれ
た一つ以上の炭酸塩であることが好ましい。
【０００７】これらの中から選ばれたアルカリ土類金属
炭酸塩とアルカリ金属炭酸塩とは、それぞれ粉末状で均
一に混合したのちプレスしてペレット状などに成形し、
イオン伝導体とすることができる。この際の配合割合は
材料の組合せによっても多少異なるが、アルカリ金属炭
酸塩１モルに対してアルカリ土類金属炭酸塩が１モルを
超えるように配合するのがよい。
炭酸塩とアルカリ金属炭酸塩とは、それぞれ粉末状で均
一に混合したのちプレスしてペレット状などに成形し、
イオン伝導体とすることができる。この際の配合割合は
材料の組合せによっても多少異なるが、アルカリ金属炭
酸塩１モルに対してアルカリ土類金属炭酸塩が１モルを
超えるように配合するのがよい。
【０００８】このようなイオン伝導体を用いて組み立て
られた本発明の炭酸ガス検知センサの構造を第１図に示
す。図において、１は検知素子であり、２は検知素子を
構成するイオン伝導体ペレット、３は検知電極、４は基
準電極である。図の(a),(b),(c) は、それぞれ形態は異
なるが基本的には共通の構造を有している。ここで検知
電極および基準電極は、例えば白金、パラジウム、ロジ
ウム、ルテニウム、イリジウム、金、銀等の貴金属など
を真空蒸着やスパッタリング、あるいは貴金属などを導
電材とする導電ペーストなどを印刷するなどの適宜の方
法によって、ペレット２またはペレット２を載せる基板
６の面などに対向するように設けるのがよい。
られた本発明の炭酸ガス検知センサの構造を第１図に示
す。図において、１は検知素子であり、２は検知素子を
構成するイオン伝導体ペレット、３は検知電極、４は基
準電極である。図の(a),(b),(c) は、それぞれ形態は異
なるが基本的には共通の構造を有している。ここで検知
電極および基準電極は、例えば白金、パラジウム、ロジ
ウム、ルテニウム、イリジウム、金、銀等の貴金属など
を真空蒸着やスパッタリング、あるいは貴金属などを導
電材とする導電ペーストなどを印刷するなどの適宜の方
法によって、ペレット２またはペレット２を載せる基板
６の面などに対向するように設けるのがよい。
【０００９】このように構成された検知素子１は、一方
の面上にヒータ５を設けたセラミック基板６の他方の面
に融着したのち基準電極４の周りを無機シール材７で封
止して形成され、台座８に貫設したピン９のそれぞれに
ヒータ５の端子、検知電極３、基準電極４をそれぞれ引
出し線１０によって接続して組み立てられている。な
お、ヒータ５は例えば白金、パラジウム、ロジウム、ル
テニウム、イリジウム、金、銀等の貴金属などの電気抵
抗膜を真空蒸着やスパッタリング、あるいはメッキなど
の方法によってセラミック基板６の面上に形成するか、
またはこれら貴金属などを導電材とする導電塗料を印刷
するなどの方法によってセラミック基板６の面に電気抵
抗膜を形成することによって設けることができる。
の面上にヒータ５を設けたセラミック基板６の他方の面
に融着したのち基準電極４の周りを無機シール材７で封
止して形成され、台座８に貫設したピン９のそれぞれに
ヒータ５の端子、検知電極３、基準電極４をそれぞれ引
出し線１０によって接続して組み立てられている。な
お、ヒータ５は例えば白金、パラジウム、ロジウム、ル
テニウム、イリジウム、金、銀等の貴金属などの電気抵
抗膜を真空蒸着やスパッタリング、あるいはメッキなど
の方法によってセラミック基板６の面上に形成するか、
またはこれら貴金属などを導電材とする導電塗料を印刷
するなどの方法によってセラミック基板６の面に電気抵
抗膜を形成することによって設けることができる。
【００１０】
【作用】本発明の炭酸ガス検知センサは、ヒータに通電
して加熱した状態で被測定ガスを接触させると、ガス中
の炭酸ガスの濃度に対応した起電力が両電極間に出力さ
れる。本発明の炭酸ガス検知センサは、少量のアルカリ
金属炭酸塩と大量のアルカリ土類金属炭酸塩との混合物
から形成されたイオン伝導体を使用しているために、特
別に高温度でなくても良好な検知出力特性を有してお
り、湿度による測定誤差はごく僅かである。
して加熱した状態で被測定ガスを接触させると、ガス中
の炭酸ガスの濃度に対応した起電力が両電極間に出力さ
れる。本発明の炭酸ガス検知センサは、少量のアルカリ
金属炭酸塩と大量のアルカリ土類金属炭酸塩との混合物
から形成されたイオン伝導体を使用しているために、特
別に高温度でなくても良好な検知出力特性を有してお
り、湿度による測定誤差はごく僅かである。
【００１１】
【実施例】〔実施例１〕炭酸ナトリウムと炭酸バリウム
とをモル比で１：１．１となるよう混合し、１０Kg／cm
2 の圧力でプレス成形して３mm×３mm×０．５mmのイオ
ン伝導体ペレットとした。一方、裏面に白金をスパッタ
することにより発熱抵抗線を形成してヒータとした４mm
×３mm×０．３mmのアルミナ系セラミック基板の上面
に、更に白金をスパッタすることにより長辺に沿って両
側に幅０．５mmの電極を設けたものを用意した。
とをモル比で１：１．１となるよう混合し、１０Kg／cm
2 の圧力でプレス成形して３mm×３mm×０．５mmのイオ
ン伝導体ペレットとした。一方、裏面に白金をスパッタ
することにより発熱抵抗線を形成してヒータとした４mm
×３mm×０．３mmのアルミナ系セラミック基板の上面
に、更に白金をスパッタすることにより長辺に沿って両
側に幅０．５mmの電極を設けたものを用意した。
【００１２】次に４フッ化エチレン樹脂の台座に貫通し
て設けたヒータ用ピンと電極端子用ピンに対して、基板
のヒータ端末と電極とをそれぞれ引出し線で結合するこ
とにより、台座に基板を固定した。続いて、基板の上面
にイオン伝導体ペレットを載せたのちヒータに通電して
ペレットを融着固定し、更に白金電極の一方を設けたペ
レット部分の周りにアルミナ系無機耐熱塗料を塗布して
雰囲気ガスに対するシールを行い、これを基準電極とし
た。
て設けたヒータ用ピンと電極端子用ピンに対して、基板
のヒータ端末と電極とをそれぞれ引出し線で結合するこ
とにより、台座に基板を固定した。続いて、基板の上面
にイオン伝導体ペレットを載せたのちヒータに通電して
ペレットを融着固定し、更に白金電極の一方を設けたペ
レット部分の周りにアルミナ系無機耐熱塗料を塗布して
雰囲気ガスに対するシールを行い、これを基準電極とし
た。
【００１３】このようにして図１の(a) のように組み立
てた炭酸ガス検知センサＡを、図２の測定装置のチャン
バ１５に組み込み、ヒータ５によって所定の温度に加熱
し、次に流量計１１、１２、１３を介して所定のガス濃
度となるよう空気、酸素、炭酸ガスを混合し、また水槽
１４を通過させて所定の湿度に調整したうえ、チャンバ
１５に供給した。こうして検知電極３と基準電極４との
間の起電力を電圧計１６で測定した。なお、１７は外気
遮断用の水槽、１８は排気口である。
てた炭酸ガス検知センサＡを、図２の測定装置のチャン
バ１５に組み込み、ヒータ５によって所定の温度に加熱
し、次に流量計１１、１２、１３を介して所定のガス濃
度となるよう空気、酸素、炭酸ガスを混合し、また水槽
１４を通過させて所定の湿度に調整したうえ、チャンバ
１５に供給した。こうして検知電極３と基準電極４との
間の起電力を電圧計１６で測定した。なお、１７は外気
遮断用の水槽、１８は排気口である。
【００１４】こうして素子温度を５５０℃として、湿り
空気中及び乾燥空気中の炭酸ガスの濃度２００〜５００
０ppm に対する検知出力特性を測定し、その結果を図３
に示した。この結果を見ると、本発明の炭酸ガス検知セ
ンサＡは湿度５０％の空気中でも乾燥空気中とほぼ同一
の検知出力特性を有し、湿度の影響をごく僅かしか受け
ないことがわかる。
空気中及び乾燥空気中の炭酸ガスの濃度２００〜５００
０ppm に対する検知出力特性を測定し、その結果を図３
に示した。この結果を見ると、本発明の炭酸ガス検知セ
ンサＡは湿度５０％の空気中でも乾燥空気中とほぼ同一
の検知出力特性を有し、湿度の影響をごく僅かしか受け
ないことがわかる。
【００１５】〔比較例１〕炭酸ナトリウムと炭酸バリウ
ムとをモル比で１：０．８となるよう混合した他は実施
例１と全く同様にして炭酸ガス検知センサａを得た。こ
の炭酸ガス検知センサａについて実施例１と全く同様に
して検知出力特性を測定し、その結果を図４に示した
が、測定誤差が大きいことがわかる。
ムとをモル比で１：０．８となるよう混合した他は実施
例１と全く同様にして炭酸ガス検知センサａを得た。こ
の炭酸ガス検知センサａについて実施例１と全く同様に
して検知出力特性を測定し、その結果を図４に示した
が、測定誤差が大きいことがわかる。
【００１６】〔実施例２ないし４〕炭酸リチウムと炭酸
カルシウムとをモル比で１：１．１となるよう混合して
作成したイオン伝導体ペレットを用いたほかは実施例１
と同様にして、炭酸ガス検知センサＢを組み立てた。
カルシウムとをモル比で１：１．１となるよう混合して
作成したイオン伝導体ペレットを用いたほかは実施例１
と同様にして、炭酸ガス検知センサＢを組み立てた。
【００１７】また同様にして炭酸ナトリウムと炭酸スト
ロンチウムとをモル比で１：１．１となるよう混合して
作成したイオン伝導体ペレット、及び炭酸カリウムと炭
酸バリウムとをモル比で１：１．１となるよう混合して
作成したイオン伝導体ペレットを用いて上記と同様にし
て炭酸ガス検知センサＣ及びＤを組み立てた。これらの
炭酸ガス検知センサは、いずれも優れた耐湿特性を有し
ていることがわかった。
ロンチウムとをモル比で１：１．１となるよう混合して
作成したイオン伝導体ペレット、及び炭酸カリウムと炭
酸バリウムとをモル比で１：１．１となるよう混合して
作成したイオン伝導体ペレットを用いて上記と同様にし
て炭酸ガス検知センサＣ及びＤを組み立てた。これらの
炭酸ガス検知センサは、いずれも優れた耐湿特性を有し
ていることがわかった。
【００１８】
【発明の効果】以上のように、本発明の炭酸ガス検知セ
ンサは検知出力特性が湿度の影響を受け難いという特長
があるほか、比較的に低温度で精度の良い検知ができ、
更には効率よく素子を加熱することができるために消費
電力が少なくて済み、従って長寿命であり、また構造が
簡単で製造が容易であるという利点もある。
ンサは検知出力特性が湿度の影響を受け難いという特長
があるほか、比較的に低温度で精度の良い検知ができ、
更には効率よく素子を加熱することができるために消費
電力が少なくて済み、従って長寿命であり、また構造が
簡単で製造が容易であるという利点もある。
【図１】本発明の炭酸ガス検知センサの構成図である。
【図２】炭酸ガス検知センサの検知出力特性測定装置の
構成図である。
構成図である。
【図３】本発明の実施例１である炭酸ガス検知センサＡ
の湿り空気中および乾燥空気中における炭酸ガス濃度に
対する検知出力特性図である。
の湿り空気中および乾燥空気中における炭酸ガス濃度に
対する検知出力特性図である。
【図４】比較例１の炭酸ガス検知センサａの湿り空気中
および乾燥空気中における炭酸ガス濃度に対する検知出
力特性図である。
および乾燥空気中における炭酸ガス濃度に対する検知出
力特性図である。
１ 検知素子 ２ イオン伝導体ペレット ３ 検知電極 ４ 基準電極 ５ ヒータ ６ セラミック基板 ７ 無機シール材 ８ 台座 ９ ピン １０ 引出し線 １１，１２，１３ 流量計 １４ 水槽 １５ チャンバ １６ 電圧計 １７ 水槽 １８ 排気口
Claims (3)
- 【請求項１】 イオン伝導体を挟んで２個の電極を対設
しそれぞれの電極と接触するガスの濃度の差に対応する
電気信号を出力するガスセンサにおいて、該イオン伝導
体が、アルカリ金属炭酸塩とアルカリ土類金属炭酸塩と
の粉末混合物よりなる、アルカリ金属炭酸塩に対するア
ルカリ土類金属炭酸塩のモル混合比が１を超えた材料か
らの成形体であることを特徴とする炭酸ガス検知セン
サ。 - 【請求項２】 アルカリ土類金属炭酸塩がカルシウム、
ストロンチウム又はバリウムの炭酸塩のいずれかである
ことを特徴とする請求項１記載の炭酸ガス検知センサ。 - 【請求項３】 アルカリ金属炭酸塩がリチウム、ナトリ
ウム又はカリウムのいずれか一つ以上の炭酸塩であるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の炭酸ガス検知セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3074950A JP2525517B2 (ja) | 1991-04-08 | 1991-04-08 | 炭酸ガス検知センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3074950A JP2525517B2 (ja) | 1991-04-08 | 1991-04-08 | 炭酸ガス検知センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04309858A JPH04309858A (ja) | 1992-11-02 |
| JP2525517B2 true JP2525517B2 (ja) | 1996-08-21 |
Family
ID=13562117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3074950A Expired - Lifetime JP2525517B2 (ja) | 1991-04-08 | 1991-04-08 | 炭酸ガス検知センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2525517B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040084308A1 (en) * | 2002-11-01 | 2004-05-06 | Cole Barrett E. | Gas sensor |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0827253B2 (ja) * | 1990-10-23 | 1996-03-21 | 矢崎総業株式会社 | 炭酸ガス検知センサ |
-
1991
- 1991-04-08 JP JP3074950A patent/JP2525517B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04309858A (ja) | 1992-11-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960409 |
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