JP2615138B2

JP2615138B2 - 複合ガスセンサ

Info

Publication number: JP2615138B2
Application number: JP63152682A
Authority: JP
Inventors: 幸雄中野内; 俊彦重永; 一洋高橋; 太小竹; 健増本
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1988-06-21
Filing date: 1988-06-21
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: JPH026732A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は限界電流式酸素センサと、半導体式還元性ガ
スセンサとを一体化した複合ガスセンサに関し、特にジ
ルコニア固体電解質を酸素イオン伝導体として用いた限
界電流式酸素センサと、酸化スズ系半導体を用いた還元
性ガスセンサとを一体化した複合ガスセンサに関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕

従来から空気中の各種のガスの濃度を測定するため
に、種々のタイプのセンサが提案され、使用されてい
る。特に酸素濃度は、暖房中の室内、地下設備中、マン
ホール中、船倉中、サイロ中等において検知する必要が
あり、種々のタイプの酸素センサが利用されている。

ポータブル型の酸素センサとしては、電解液を用いる
ガルバニ方式のものが主流となっているが、寿命が１年
程度と短いことが問題である。また、定置型では、酸素
イオン伝導性の固体電解質を用いた濃淡式のものが主流
であるが、700℃〜800℃と高温で使用されることと、基
準ガス（参照ガス）を用いるため大型化してしまうとい
う問題点がある。

そこで限界電流式の酸素センサが開発された。これ
は、酸素イオン伝導性の固体電解質を用いるという点で
は濃淡式のものと変わらないが、300℃以上に温度を上
げれば目的とする酸素イオンの伝導度が得られること
と、酸素分子の細孔内拡散律速現象による限界電流値が
酸素濃度に比例することを利用しているので、基準ガス
を用いずに被測定ガスの酸素濃度を検知でき、比較的小
型化できる。また、電解液等の劣化の速いものを使わな
いので、電極のシンタリング以外、寿命の問題となるも
のはなく、また使用温度が低いことから電極は５年程度
の寿命を有する。

一方、都市ガス、プロパンガス、一酸化炭素ガス等の
還元性ガスが空気中に混入することによる事故を防止す
るために、これらの還元性ガスを検知することも必要で
ある。そこで各種の還元性ガスセンサが広く利用されて
きた。

中でも半導体ガスセンサが有利であるが、従来の半導
体ガスセンサは検知用素子と補償用素子との組合せによ
り還元性ガスを検知するもので、検知用素子は50μｍ程
度の白金線を精度良く直径1mm程度のコイル状に巻い
て、これをヒーター兼検知用電極として用い、酸化錫等
の還元性ガス感応性の酸化物半導体材料でそのコイル部
を完全に包み込むことにより形成され、補償用素子は同
様にして作成したコイルをアルミナ等の非感応性の酸化
物材料で完全に包み込むようにして形成されている。し
かし、この半導体ガスセンサでは、直径1mm程度に、且
つピッチを揃えて50μｍ程度と非常に細い白金線をコイ
ル状に巻き、その形状を崩さないようにして前記の酸化
物材料を包み込まなければならないため、一工程に要す
る時間が非常に長く、かつ歩留りも低く、生産性の悪さ
が問題であった。

そこで、最近、酸化物からなる薄い板状の基板に熱線
を印刷技術や蒸着技術を用いて形成し、その上に還元性
ガス感応性の酸化物半導体により検知用素子を形成し、
また還元性ガス非感応性の酸化物により補償用素子を作
成することにより形成した還元性ガスセンサが提案され
た。これは熱線型半導体ガスセンサと呼ばれるものであ
るが、このガスセンサでは、生産面での効率や歩留まり
は上がるが、前述のコイルをモールドしたものに比べ
て、多少大きめになる問題がある。

これとは別に対向電極を用いた半導体ガスセンサも開
発されている。これは、成膜技術を用いた燃線型のもの
とよく似ているが、酸化物からなる薄い板状の基板に櫛
形等の対向する電極を印刷技術や蒸着技術を用いて形成
し、その上に感ガス性の酸化物半導体を厚膜生成技術又
は薄膜生成技術を用いて作成したものである。この対向
電極型半導体ガスセンサによれば、熱線型のような補償
用の素子は必要がなくなる。しかし、この対向電極型の
素子の場合にも温度を上げる必要があるため熱線は省く
ことができない。また素子全体の電極抵抗も酸化物半導
体を直列に接続する形となり高くなるために、精度良く
検出するためには検出用の印加電圧を高めにする必要が
あり、消費電力が多少多くなる問題がある。

ところで、工事現場やタンク等の作業環境において
は、酸素濃度が高い場合に、還元性ガス又は可燃性ガス
がある程度混入すると、爆発を引き起こす危険性がある
ことから、酸素センサと半導体ガスセンサを用いて、そ
れぞれ酸素及び還元性ガスを検知する必要がある。まは
暖房中の室内でも、酸欠状態をチェックするだけでな
く、不完全燃焼やガスもれをチェックするために、酸素
ガス及び還元性ガスをチェックする必要がある。その
他、船倉、地下設備等においても同様な必要がある。

しかしながら、従来から酸素センサと還元性ガスセン
サとは別々に設けられているために、占有空間が多くな
るという問題の他に、余分な検知コストがかかるという
問題がある。というのは、いずれのセンサもヒータによ
り加熱された状態で作動するので、２台にすればそれだ
け消費電力が多くなるからである。

従って、本発明の目的は酸素濃度の低下を検知するこ
とにより酸欠を防止するだけでなく、酸素濃度が上がっ
た場合の還元性及び可燃性ガスの混入による誘爆を防止
するためにも使用でき、また、作業環境の悪化や危険を
検知するばかりでなく、一般の家庭においても室内環境
の悪化や危険を検知することができる複合ガスセンサを
提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は酸素セン
サ用の固体電解質基板の両側に設けたカバー上に還元性
ガスセンサ用の還元性ガス感応膜を設け、両センサのヒ
ータを共用することにより、小型の複合ガスセンサが得
られることを発見し、本発明を想到した。

すなわち、本発明の第一の複合ガスセンサは、（ａ）
両面に連通するガス拡散孔を有する固体電解質基板と、
（ｂ）前記固体電解質基板の両面に形成された正負の多
孔質電極と、（ｃ）前記固体電解質基板の負の多孔質電
極側に設けられた密封用カバーと、（ｄ）前記固体電解
質基板の正の多孔質電極側に設けられた外気と連通する
開口部を有するカバーと、（ｅ）前記カバーのいずれか
に設けられた熱線を含む還元性ガス感応膜と、（ｆ）前
記カバーのいずれかに設けられた前記還元性ガス感応膜
の温度補償素子とを有し、前記熱線の両端における抵抗
変化により還元性ガスを検知することを特徴とする。

また本発明の酸素及び還元性ガスを同時に検知する第
二の複合ガスセンサは、（ａ）両面に連通するガス拡散
孔を有する固体電解質基板と、（ｂ）前記固体電解質基
板の両面に形成された正負の多孔質電極と、（ｃ）前記
固体電解質基板の負の多孔質電極側に設けられた密封用
カバーと、（ｄ）前記固体電解質基板の正の多孔質電極
側に設けられた外気と連通する開口部を有するカバー
と、（ｅ）前記カバーのいずれかに設けられた対向電極
を含む還元性ガス感応膜と、（ｆ）前記カバーのいずれ
かに設けられたヒータとを有することを特徴とする。

〔実施例〕

本発明の複合ガスセンサを添付図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は本発明の一実施例による温度補償素子付き還
元性ガス感応膜を有する複合ガスセンサを示す断面図で
ある。

この複合ガスセンサは酸素イオン伝導性を有する固体
電解質からなる基板１と、基板１の両面に形成された多
孔質電極2a、2bと、各多孔質電極2a、2bを覆うように基
板１の両側に設けられたカバー3a、3bと、カバー3a上に
形成された還元性ガス検知素子４と、カバー3b上に形成
された温度補償素子５とを有する。

基板１を構成する固体電解質は、ZrO₂に安定化剤とし
てY₂O₃、MgO、Yb₂O₃等を固溶させたジルコニア固体電解
質である。ジルコニア固体電解質は所定の電圧を印加し
た状態で350℃以上加熱すると、高い酸素イオン伝導性
を示す。

本発明においては、固体電解質基板１にガス拡散孔11
が形成されている。ガス拡散孔11内に酸素ガスが拡散す
るが、拡散速度は一般に孔径に比例する。そこで細孔内
拡散律速となるように孔径を決める。さらに酸素センサ
自体も小型化し、低温作動（特に350〜500℃）を実現す
るために、孔径は５〜20μｍとするのが好ましい。この
場合基板１の厚さは0.1〜0.5mm程度である。

基板１の両面にガス拡散孔11の開口部を覆うように形
成さた多孔質電極2a、2bは、空気と接触する外部電極
（陽極）2bと、接触しないように密封されている内部電
極（陰極）2aとからなる。

なお、陽極側となる外部電極2bは、拡散孔11のフィル
ターとしても作用するため、拡散孔11を覆うように形成
した方がよい。また内部電極2aも、拡散孔11の開口部を
覆うように形成するのが好ましいが、被測定ガスに直接
晒されず塵埃の影響を受けないので、拡散孔11の開口部
を覆わないように形成することもできる。

内部電極2a及び外部電極2bは、接触活性電極として機
能するために、Pt、Pd、Ag、Rh、In等の金属材料若しく
はこれらの合金材料、又はこれらの金属材料のうち少な
くとも一種と酸素イオン伝導性酸化物材料との混合材料
により形成するのが好ましく、特にシンタリングを防止
するためにPt又はPtとZrO₂との混合材料により形成する
のが好ましい。

また内部電極2a及び外部電極2bは、それぞれ多孔質の
ものでなければならないが、この場合、電極の平均粒子
径は１〜３μｍ、平均孔径は0.1〜５μｍ、また空孔率
は70〜85％の範囲にあることが好ましい。

これらの諸因子が上述のような範囲にあれば、電極2
a、2bは被測定ガス中の塵埃に対するフィルターとして
も機能し、このために拡散孔11の有効径寸法は変化せ
ず、拡散孔11の正確な細孔内拡散律速機能が維持され
る。

内部電極2aは、その上に内部室６が形成されるように
して、カバー3aに密閉される。本実施例の場合には、環
状の密閉用スペーサ８を介してカバー3aを基板１に固着
することにより、密閉している。なお、カバー3aを一体
的な部材により形成してもよい。酸素センサ自体の熱容
量を小さくするために、内部室６を小容積にするのが好
ましい。

カバー3aは、耐熱性を持ったAl₂O₃、ZrO₂等の板状の
絶縁性酸化物で形成し、熱膨脹による応力を緩和するた
めに、固体電解質基板１の熱膨張係数と同程度の熱膨張
係数の材料を用いることが好ましい。特に、固体電解質
基板１と同じ材料を用いるのが好ましい。

また密閉用スペーサ８としては、内部室６の密閉を完
全にするために、固体電解質基板１と同程度の熱膨張係
数を有するガラス質等の封着剤を用いるのが好ましい。

固体電解質基板１の外部電極（陰極）2b側に、カバー
3aと同様に板状の酸化物からなるカバー3bが設けられて
いる。カバー3bと固体電解質基板１との間に形成される
内部室７は、常に被測定ガスと同じ酸素濃厚を有するこ
とが必要である。そのために、カバー3bは開口部を有す
るスペーサ９を介して、封着剤により固体電解質基板１
に固着する。開口部を有するスペーサ９としては、空孔
率が30〜80％の多孔板でも、また複数の開口部を有する
板状体でもよく、さらにカバー3bの四角だけ固着するよ
うに設けた部材でもよい。さらにスペーサ９を用いず
に、開口部を有する皿状部材によりカバー3bを形成して
もよい。

本実施例においては、カバー3a上に還元性ガス検知素
子４が形成されている。還元性ガス検知素子４は、Sn
O₂、ZnO等の感ガス性の半導体材料、もしくはこれらにP
t、Pd等の触媒活性化材料を添加した半導体材料により
形成された還元性ガス感応膜12と、熱線13とからなる。

特に、還元性ガス感応膜12には、酸化スズ（SnO₂−
ｘ、ｘ≦１）とPt、Pd、Irのいずれか１種は２種以上か
らなる触媒金属とをスパッタリング法あるいは真空蒸着
法により同時蒸着させて、触媒金属を酸化スズ中に微細
に分散させた、高活性の触媒作用を有する酸化スズ半導
体を用いるのが好ましい。

このような酸化スズ半導体は以下の方法により作製す
ることができる。

スパッタリング法により作製する場合は、酸化スズ焼
結体ターゲットの表面にPt、Pd、Irのいずれか１種ある
いは２種以上の板状チップを貼りつけて複合ターゲット
を構成し、ArあるいはArとO₂の混合ガスを作動気体とし
て、常用されている高周波スパッタリン装置によりスパ
ッタ膜をカバー3a上に形成する。スパッタ時の負荷電力
をターゲットの面積当りで1.3W/cm²以上とすると、でき
た膜は結晶質で金属（Pt、Pd、Ir等）と酸化スズ相との
二相組織となり、それ未満では、Ｘ線回折で見る限り、
ハローパターンを示す非晶質状態の薄膜となる。スパッ
タ時の作動ガスとして、Ar単独の場合は非晶質状態とな
り易く、Ar＋O₂の混合ガスの場合は結晶質になる傾向が
ある。しかし、非晶質状態のものでも、約400℃以上の
大気中での熱処理により、触媒金属（Pt、Pd、Ir等）と
酸化スズの二相複合組織となる。このようにして作製さ
れた触媒金属・酸化スズ二相組織薄膜に電極を取付けて
電気抵抗を測定すると、電気抵抗は酸化スズ単体の電気
抵抗よりも大きくなるが、十分抵抗変化を計測し得る範
囲である。

また、真空蒸着法により、酸化スズと前述した触媒金
属とをベース板上に同時に蒸着させた場合でも、前述し
たスパッタリング法により得られた触媒金属・酸化スズ
二相組織薄膜と同様の薄膜が得られる。

次に、このようにして作製された触媒金属・酸化スズ
二相組織薄膜に各種還元性ガスを接触させて電気抵抗変
化を計測すると、200℃以上の温度は勿論、200℃以下で
も各種ガスに対して抵抗変化を示しており、低温作動す
るセンサー素子となることがわかる。分散合金化するP
d、Pt、Ir等は、検知するガスの種類により、選択して
用いればよい。例えばPdを入れると、メタンガスに対し
て大きな抵抗変化を示すようになるので、メタンガスに
対する感度がとくに重要てある場合に都合がよい。また
Pd、Pt、Irを併用すれば、広い範囲のガスに対して感度
を有するようになる。但し、これら金属の割合が多くな
ると（20％以上）、作製される膜の性質は金属的にな
り、各種の還元性ガスに対して、抵抗変化を示さなくな
り、還元性ガスセンサ素子として用いることができなく
なる。

本実施例の還元性ガス感応膜12の中には熱線13が埋設
されている。熱線13は触媒活性化電極として機能するた
め、Pt、Pd、Ag、Rh、In等の金属材料、もしくはこれら
の合金材料を用いることが好ましく、特にPtが好まし
い。

また熱線13は、例えば第２図に示すはように、蛇行す
る形状とするのが好ましく、その両端部14a、14bにリー
ド線15a、15bが接続されている。

温度補償素子５は、被測定ガス中の還元性ガスに感応
しない材料からなる膜16と熱線17とからなるもので、還
元性ガス非感応性膜16は例えばAl₂O₃等のセラミックス
により形成することができる。また温度補償素子５中に
埋設された熱線17は実質的に検知素子４中の熱線13と同
一の材料及び形状とするのが好ましい。

このような温度補償素子５による温度補償は第３図に
示すような回路により行われる。すなわち、検知素子４
と温度補償素子５は第３図に示すようなブリッジ回路に
接続されており、ブリッジ回路中には適当な抵抗値を有
する抵抗20、21、22が接続されている。ブリッジのAB間
に直流電源24により直流電圧がかけられており、抵抗22
への接点23を調節することによりCD間の電圧を０にす
る。このようにすることにより、熱線13、17の発熱によ
る検知素子４及び補償素子５の温度が変動しても温度の
影響を除去することができる。

第４図は本発明の第二の実施例による複合ガスセンサ
を示す断面図である。

この複合ガスセンサは、酸素センサに関しては第１図
の実施例のものと実質的に異ならないので、同一部品に
対しては第１図のものと同じ参照番号を付す。

この実施例においては、カバー3a上に対向電極30a、3
0bを有する還元性ガス感応膜31が形成されており、カバ
ー3b上にはヒータ32が形成されている。ガス感応膜31は
第１図の実施例における半導体膜と同じでよい。また対
向電極30a、30bは熱線13と同じ材料で形成できる。

対向電極30a、30bの形状としては第５図に示すよう
に、櫛型とするのが好ましい。

本実施例において、カバー3b上にヒータ32が設けられ
ている。ヒータ32としては、厚膜法により形成した熱線
の形状であるのが好ましく、材料としては対向電極30
a、30bと同様にPt、Pd、Ag、Rh、In等の金属材料もしく
はこれらの合金材料を用いるのが好ましく、特にPtが好
ましい。

対向電極30a、30bは直流電源44に接続しており、また
ヒータ32は電源45に接続している。

次に本発明の複合ガスセンサの動作について説明す
る。

第１図の実施例において、まず熱線13に３〜12Vの電
圧をかけ、350〜500℃に発熱させる。この状態で被測定
ガスに接触させるとジルコニア固体電解質からなる基板
１は酸素イオンの伝導媒体として機能し、また基板１に
形成されたガス拡散孔11は、被測定ガスから内部室６へ
拡散により補給される酸素に対して細孔内拡散律速を与
えるように機能する。

この内部電極2aはカバー3aにより密閉されているの
で、これにより内部室６内の雰囲気を被測定雰囲気から
実質的に隔離することができる。

また、拡散孔11によって酸素が拡散律速されることに
より、電流測定回路42に流れる限界電流が被測定ガス中
の酸素濃度に比例し、この限界電流を測定することによ
り、酸素濃度を検知できる。

また、内部電極2a及び外部電極2bは多孔質に構成され
ているので、電極反応を活性化させる触媒活性電極とし
て機能し、固体電解質基板１、電極2a、2b及び酸素の三
相界面を長くして酸素ポンプピングを高める。

次に還元性ガス感応膜４については、温度補償素子付
型（第１図）の場合、検知素子４中の熱線13がヒータと
して機能するとともに、熱線の両端における抵抗値の変
化により還元性ガス濃度を求める。この場合、熱線13の
両端において得られる抵抗値は、熱線自身の抵抗値と半
導体膜12の抵抗値とが並列に組合わされたものである。
また対向電極型（第４図）の場合、酸素センサ用のヒー
タ32により350〜450℃に加熱された状態で作動するが、
対向電極30a、30b間に存在する半導体膜の抵抗値の変化
により、還元性ガス濃度を求める。

いずれの場合も半導体膜の抵抗値は加熱条件下では還
元性ガスの濃度に応じて変化するが、これは以下の原理
による。まずSnO₂中に分散したPd、Pt等の触媒作用をす
る金属に酸素ガスが吸着される。そこに被測定ガス中の
還元性ガス（H₂、CO、CH₄等）が吸着されると、既に吸
着されている酸素ガスが酸化反応に消費されてSnO₂半導
体膜の抵抗値が低下する。

本発明の具体的実施例を以下に説明する。

実施例１第１図において、固体電解質基板１、カバー3a、3b
は、ZrO₂に安定化剤とてY₂O₃を8mol％固溶させて得られ
たジルコニア固体電解質により形成した。空孔率は５％
以下であった。板厚はそれぞれ基板１が0.2mm、カバー3
a、3bが0.1mmであった。拡散孔11は、固体電解質基板１
の略中心部において、その厚み方向に形成されており、
孔径は約15μｍであった。また、多孔性の触媒活性電極
2a（陰極）及び2b（陽極）は、それぞれ平均粒径0.1μ
ｍのPt粉末に、有機バインダーとしてエチルセルロース
と有機溶剤としてα−テルピノールを添加した導電ペー
ストを、固体電解質基板１の両面に約1mm幅の外周部を
除いて、所定のパターンに印刷塗付した後、大気中にお
いて800℃で焼結することにより形成した。

ガラス質の封着剤による密閉用スペーサー８により、
カバー3aと固体電解質基板１を密封固着し、小容積の内
部室６を形成するとともに、拡散孔11を被測定ガスとの
唯一の通路とした。

また、50％の空孔率となるようにZrO₂を成形焼結した
厚さ1mm、幅1mmの環状の多孔性スペーサー９を、カバー
3bと固体電解質基板１との間に設けて、スペーサー９の
上下面を密閉用スペーサー８と同じガラス質の封着剤に
より基板１に固着した。

カバー3aの外面には、Ptペーストを印刷塗付して焼結
することにより還元性ガス及び可燃性ガスの検知用の電
極を兼ねた熱線13を形成して、その上にスパッタリング
法によりSnO₂とPdとを混相膜となるように蒸着して、感
ガス性の半導体膜12を形成した。また、カバー3bの外面
には、Ptペーストを印刷塗付して焼結することにより温
度補償用の熱線17を形成し、その上にAl₂O₃をスパッタ
リング法で蒸着するこにより非感ガス性の酸化物膜16を
形成した。

また、電極2aに接続するリード線40aは、Pt線を密閉
用スペーサ８の中を十分に密着して通すことにより引き
出し、直流電源41の陰極に接続した。また、電極2bに接
続するリード線40bは、環状多孔性のスペーサー９と固
体電解質基板１とを固着している封着剤の中を通って引
き出し、電流測定回路42を介して直流電源41の陽極に接
続した。また、熱線13及び17のリード線となる15a、15b
及び43a、43bには、それぞれPt線を用いており、第３図
に示すような測定用のブリッジ回路に組み込んだ。

まず、測定用のブリッジ回路の動作電源も兼ねている
直流電源24により熱線13及び17に所定の電圧を印加し
て、素子全体を400℃にした。この状態で、酸素センサ
ーの駆動用直流電源41により1.4Vの電圧を電極2aと2bの
間に印加した。これにより、400℃に加熱された固体電
解質基板１は十分な酸素イオン伝導性を示し、拡散孔11
による細孔内拡散律速現象を実現し、電流測定回路42に
は限界電流が流れた。なおこの状態で測定用ブリッジ回
路のゼロバランスは可変抵抗器22を操作することにより
得た。

次に、酸素濃度が21％、16％、10％、５％、０％の測
定用標準ガスを順次流して、各酸素濃度に対する限界電
流値を測定した。この測定結果を第６図及び第７図に示
す。第６図は、酸素濃度が10％（図中ａ）、21％（図中
ｂ）の場合の印加電圧に対する電流測定用回路により測
定された出力電流の特性を示す。また、第７図は、上記
各酸素濃度における限界電流値の酸素濃度依存性を示し
たものである。これらの図から、各酸素濃度に対して限
界電流が確認され、また、その限界電流値が酸素濃度に
比例していることが確かめられた。

次に、水素ガス濃度が100ppm、500ppm、1000ppm、100
00ppmの標準ガスを流し、半導体ガスセンサーの特性を
調べた。その結果を第８図に示す。両対数目盛のグラフ
上において、縦軸を測定抵抗値に対する大気中の抵抗値
をとり、横軸に水素ガス濃度をとって、その関係を示し
たものであるが、ガス濃度と相対出力が比例しているこ
とがわかる。この時の、酸素濃度はいづれのガスにおい
ても21％であり、酸素センサーの限界電流値は、いづれ
のガスにおいても、150μＡであった。

実施例２第４図において、酸素センサ部は実施例１と同様にし
て作成した。還元性ガスセンサ部において、対向電極30
a、30bはカバー3aの外面に第５図に示すようにPtペース
トにより櫛形に印刷塗付し、焼結することにより形成
し、その上にスパッタ法によりSnO₂とPdが混相膜となる
ように感ガス性の半導体膜31を蒸着し、またカバー3bの
外面に熱線32をPtペーストを印刷塗付して焼結すること
により形成した。

このようにして得られた複合ガスセンサを用いて、実
施例１と同様の測定を行ったところ、同様の結果が得ら
れた。

〔発明の効果〕

以上のように構成された本発明の複合ガスセンサによ
れば、熱線13、17、及び熱線32は、酸素濃度と還元性ガ
ス及び加熱性ガス濃度を検出するのに適した温度まで昇
温し、その温度で保温するためのヒーターとして機能す
るので、消費電力は、従来の限界電流式酸素センサと半
導体ガスセンサの２台を駆動する場合の半分程度にな
る。また、１つの素子に、酸素濃度検出素子と、還元性
ガス及び可燃性ガス濃度を検出するための検知素子・補
償素子がまとめられているので、従来に比べて飛躍的に
占有空間を減らすことができる。また、１つのモジュー
ルにまとまるので、酸素濃度と還元性及び可燃性ガス濃
度を相関的に捉えることが可能となり、爆発等の危険性
をより敏感に、より的確に検知できるようになる。ま
た、モジュール化をする場合に電気回路等を共有できる
ので、コスト的にも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による複合ガスセンサを示す
概略断面図であり、第２図は第１図の複合ガスセンサに用いる熱線の形状を
示す図であり、第３図は第１図の複合ガスセンサを駆動するブリッジ回
路を示す概略図であり、第４図は本発明の別の実施例による複合ガスセンサを示
す概略断面図であり、第５図は第４図の複合ガスセンサに用いる対向電極を示
す図であり、第６図は第１図の複合ガスセンサにおいて印加電圧と出
力電流との関係を示すグラフであり、第７図は第１図の複合ガスセンサにおいて、酸素濃度と
出力電流との関係を示すグラフであり、第８図は第１図の複合ガスセンサにおいて、水素ガス濃
度と相対出力との関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋一洋埼玉県熊谷市熊谷810番地株式会社リケン熊谷事業所内 (72)発明者小竹太埼玉県熊谷市熊谷810番地株式会社リケン熊谷事業所内 (72)発明者増本健宮城県仙台市上杉３―８―22 (56)参考文献特開平１−201149（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−80552（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−26565（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】酸素及び還元性ガスを同時に検知する複合
ガスセンサにおいて、（ａ）両面に連通するガス拡散孔を有する固体電解質
基板と、（ｂ）前記固体電解質基板の両面に形成された正負の
多孔質電極と、（ｃ）前記固体電解質基板の負の多孔質電極側に設け
られた密封用カバーと、（ｄ）前記固体電解質基板の正の多孔質電極側に設け
られた外気と連通する開口部を有するカバーと、（ｅ）前記カバーのいずれかに設けられた熱線を含む
還元性ガス感応膜と、（ｆ）前記カバーのいずれかに設けられた温度補償素
子とを有し、前記熱線の両端における抵抗変化により還元性ガ
スを検知することを特徴とする複合ガスセンサ。
【請求項２】酸素及び還元性ガスを同時に検知する複合
ガスセンサにおいて、（ａ）両面に連通するガス拡散孔を有する固体電解質
基板と、（ｂ）前記固体電解質基板の両面に形成された正負の
多孔質電極と、（ｃ）前記固体電解質基板の負の多孔質電極側に設け
られた密封用カバーと、（ｄ）前記固体電極質基板の正の多孔質電極側に設け
られた外気と連通する開口部を有するカバーと、（ｅ）前記カバーのいずれかに設けられた対向電極を
含む還元性ガス感応膜と、（ｆ）前記カバーのいずれかに設けられたヒータとを有することを特徴とする複合ガスセンサ。
【請求項３】請求項１又は２に記載の複合ガスセンサに
おいて、前記固体電解質基板が安定化剤としてY₂O₃、Mg
O又はYb₂O₃を含有するZrO₂系セラミックス焼結体からな
り、前記還元性ガス感応膜が触媒金属を含有するSnO₂又
はZnO系半導体からなることを特徴とする複合ガスセン
サ。