JP2634498B2 - 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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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型炭酸ガス
センサに関するものである。
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センサ
は、イオン伝導体である固体電解質の両側に検知電極と
基準電極とを設けて構成されているのが普通である。こ
のようなセンサを用いて雰囲気中に存在するガス成分を
検出するには、固体電解質として作用するイオン伝導体
を用いると共に、特定のイオンと目的のガス成分とを含
む化合物を検知材料として、たとえば白金等の電極に被
覆して用いるようにしている。
は、イオン伝導体である固体電解質の両側に検知電極と
基準電極とを設けて構成されているのが普通である。こ
のようなセンサを用いて雰囲気中に存在するガス成分を
検出するには、固体電解質として作用するイオン伝導体
を用いると共に、特定のイオンと目的のガス成分とを含
む化合物を検知材料として、たとえば白金等の電極に被
覆して用いるようにしている。
【０００３】このような原理に基づく炭酸ガスセンサと
しては、たとえばβアルミナ（一般式Ｎａ２Ｏ・ｎＡｌ
２Ｏ３，ｎ＝５〜１１）やＮＡＳＩＣＯＮ（一般式Ｎａ
１−ｘＺｒ２Ｐ３−ｘＳｉｘＯ１２）等のナトリウムイ
オン伝導体を用いた例がある。この場合、検知電極には
白金の網などに炭酸ナトリウムを被覆したものが用いら
れており、また基準電極としては白金のみあるいはこれ
に炭酸ナトリウム等を被覆したうえ、これを空気または
炭酸ガスの中に密封したものが標準的である。従って、
被測定ガスとしての炭酸ガスは上記の検知電極には接触
できるが、反対側の基準電極には接触できない状態に置
かれることになる。
しては、たとえばβアルミナ（一般式Ｎａ２Ｏ・ｎＡｌ
２Ｏ３，ｎ＝５〜１１）やＮＡＳＩＣＯＮ（一般式Ｎａ
１−ｘＺｒ２Ｐ３−ｘＳｉｘＯ１２）等のナトリウムイ
オン伝導体を用いた例がある。この場合、検知電極には
白金の網などに炭酸ナトリウムを被覆したものが用いら
れており、また基準電極としては白金のみあるいはこれ
に炭酸ナトリウム等を被覆したうえ、これを空気または
炭酸ガスの中に密封したものが標準的である。従って、
被測定ガスとしての炭酸ガスは上記の検知電極には接触
できるが、反対側の基準電極には接触できない状態に置
かれることになる。
【０００４】このセンサは、作動時には通常４００〜６
００℃程度の一定温度に加熱されていて、検知電極と接
触する被検ガス中の炭酸ガスの分圧に対応して検知電極
部で検知材料の解離平衡状態が変化し、両電極間の起電
力の差に比例したナトリウムイオンがイオン伝導体中を
伝導するから、この起電力を測定することによって炭酸
ガス濃度が検出できるものである。
００℃程度の一定温度に加熱されていて、検知電極と接
触する被検ガス中の炭酸ガスの分圧に対応して検知電極
部で検知材料の解離平衡状態が変化し、両電極間の起電
力の差に比例したナトリウムイオンがイオン伝導体中を
伝導するから、この起電力を測定することによって炭酸
ガス濃度が検出できるものである。
【０００５】ところが、上記のように検知電極の検知材
料として炭酸ナトリウムを用い、イオン伝導体としてＮ
ＡＳＩＣＯＮを使用した従来例の炭酸ガスセンサの場合
には、その起電力特性が被検ガス中の水分によって大き
く影響を受けるばかりでなく、炭酸ガスの濃度変化に対
する応答特性が良くないという問題点があった。
料として炭酸ナトリウムを用い、イオン伝導体としてＮ
ＡＳＩＣＯＮを使用した従来例の炭酸ガスセンサの場合
には、その起電力特性が被検ガス中の水分によって大き
く影響を受けるばかりでなく、炭酸ガスの濃度変化に対
する応答特性が良くないという問題点があった。
【０００６】これに対して、炭酸ガスは透過するが水分
は透過しないようなガス透過膜で検知電極部を覆う等の
改良方法が提案されているが、透過膜の作成方法が非常
に面倒であるばかりでなく、この方法によっても前記の
問題点を解決することは困難であった。
は透過しないようなガス透過膜で検知電極部を覆う等の
改良方法が提案されているが、透過膜の作成方法が非常
に面倒であるばかりでなく、この方法によっても前記の
問題点を解決することは困難であった。
【０００７】
【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の解消を図ったもので、湿度特性と
ともに応答特性も改良された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の解消を図ったもので、湿度特性と
ともに応答特性も改良された炭酸ガス検知センサを提供
することを目的としている。
【０００８】
【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、アルカリ金属イオ
ン伝導体を挟んで検知電極と基準電極とを対設してなる
炭酸ガスセンサにおいて、アルカリ金属炭酸塩とアルカ
リ土類金属炭酸塩との混合物であって、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
を超える検知材料で検知電極を被覆した。
め、本発明の炭酸ガス検知センサは、アルカリ金属イオ
ン伝導体を挟んで検知電極と基準電極とを対設してなる
炭酸ガスセンサにおいて、アルカリ金属炭酸塩とアルカ
リ土類金属炭酸塩との混合物であって、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
を超える検知材料で検知電極を被覆した。
【０００９】すなわち本発明の炭酸ガス検知センサにお
いては、検知電極が、たとえば白金黒を付着した白金網
等で形成され、その上に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、アル
カリ金属炭酸塩とアルカリ土類金属炭酸塩との混合物を
被覆して構成される。かかる混合物に用いられるアルカ
リ金属炭酸塩は、好ましくは炭酸リチウム、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
り、またアルカリ土類金属炭酸塩は、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一つ以
上の炭酸塩であることが好ましい。
いては、検知電極が、たとえば白金黒を付着した白金網
等で形成され、その上に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、アル
カリ金属炭酸塩とアルカリ土類金属炭酸塩との混合物を
被覆して構成される。かかる混合物に用いられるアルカ
リ金属炭酸塩は、好ましくは炭酸リチウム、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
り、またアルカリ土類金属炭酸塩は、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一つ以
上の炭酸塩であることが好ましい。
【００１０】電極間導電材料である固体電解質としては
イオン伝導体、たとえばβアルミナあるいはＮＡＳＩＣ
ＯＮ の焼結体等のナトリウムイオン伝導体などのアル
カリ金属イオン伝導体を用いることができるが、これに
限られるものではない。また基準電極には、たとえば白
金黒を付着した白金網や白金蒸着膜等で形成したものが
用いられ、場合によっては検知電極と同様にアルカリ金
属炭酸塩とアルカリ土類金属炭酸塩との混合物などの電
極材料で被覆されていてもよい。このような基準電極
は、ガス非透過性のカバーで覆って被検ガス中の炭酸ガ
スの濃度の影響を受けないようにすれば、電極材料や固
体電解質の種類に応じた安定な電極電位が得られる。
イオン伝導体、たとえばβアルミナあるいはＮＡＳＩＣ
ＯＮ の焼結体等のナトリウムイオン伝導体などのアル
カリ金属イオン伝導体を用いることができるが、これに
限られるものではない。また基準電極には、たとえば白
金黒を付着した白金網や白金蒸着膜等で形成したものが
用いられ、場合によっては検知電極と同様にアルカリ金
属炭酸塩とアルカリ土類金属炭酸塩との混合物などの電
極材料で被覆されていてもよい。このような基準電極
は、ガス非透過性のカバーで覆って被検ガス中の炭酸ガ
スの濃度の影響を受けないようにすれば、電極材料や固
体電解質の種類に応じた安定な電極電位が得られる。
【００１１】
【作用】以上のように構成された炭酸ガス検知センサ
は、４００から６００℃程度に加温した状態で被検ガス
が検知電極と接触すると、被検ガス中の炭酸ガスの分圧
に対応する起電力が検知電極に発生するので、検知電極
と基準電極との間の起電力を測定することにより、被検
ガス中の炭酸ガスの濃度を湿度の影響を受けることなく
迅速に検出することができる。
は、４００から６００℃程度に加温した状態で被検ガス
が検知電極と接触すると、被検ガス中の炭酸ガスの分圧
に対応する起電力が検知電極に発生するので、検知電極
と基準電極との間の起電力を測定することにより、被検
ガス中の炭酸ガスの濃度を湿度の影響を受けることなく
迅速に検出することができる。
【００１２】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１に本発明の炭酸ガス検知センサの構造を示
す。同図において、１は炭酸ガス検知センサ、２は検知
電極である。この検知電極２は、例えば白金黒を付着し
た白金網からなる電極部２ａ上にアルカリ金属炭酸塩と
アルカリ土類金属炭酸塩との混合物の検知材料層２ｂを
被覆したものである。
する。図１に本発明の炭酸ガス検知センサの構造を示
す。同図において、１は炭酸ガス検知センサ、２は検知
電極である。この検知電極２は、例えば白金黒を付着し
た白金網からなる電極部２ａ上にアルカリ金属炭酸塩と
アルカリ土類金属炭酸塩との混合物の検知材料層２ｂを
被覆したものである。
【００１３】３はイオン伝導体であり、また４は基準電
極であって例えば白金黒を付着した白金網で形成され、
被検ガスから遮蔽するためにガラス等からなるカバー５
で覆って封止してある。なお、６はセラミック基板であ
り、７は基板の裏面に設けられた白金膜からなるヒータ
である。
極であって例えば白金黒を付着した白金網で形成され、
被検ガスから遮蔽するためにガラス等からなるカバー５
で覆って封止してある。なお、６はセラミック基板であ
り、７は基板の裏面に設けられた白金膜からなるヒータ
である。
【００１４】炭酸ガス検知センサ１は、図２の測定装置
のチャンバ９の中に設置し、ヒータ７によって加熱す
る。空気、O 2 及び炭酸ガスを流量計１０、１１及び１
２を通して所定の濃度となるよう混合してチャンバ９に
供給し、検知電極２と基準電極５との間の起電力を電圧
計８で測定する。なお、１３は被検ガスに水分を付加す
るための水槽で、１４は逆流防止用のトラップ、１５は
排気口である。
のチャンバ９の中に設置し、ヒータ７によって加熱す
る。空気、O 2 及び炭酸ガスを流量計１０、１１及び１
２を通して所定の濃度となるよう混合してチャンバ９に
供給し、検知電極２と基準電極５との間の起電力を電圧
計８で測定する。なお、１３は被検ガスに水分を付加す
るための水槽で、１４は逆流防止用のトラップ、１５は
排気口である。
【００１５】（実施例１）イオン伝導体３としてNASICO
N を用い、また白金網電極部２ａを被覆する検知材料層
２ｂとして、炭酸ナトリウムと炭酸バリウムとをモル比
で１：１．１となるよう混合したものを用いて、図１に
示すような構造を有する本発明の炭酸ガス検知センサＡ
を得た。
N を用い、また白金網電極部２ａを被覆する検知材料層
２ｂとして、炭酸ナトリウムと炭酸バリウムとをモル比
で１：１．１となるよう混合したものを用いて、図１に
示すような構造を有する本発明の炭酸ガス検知センサＡ
を得た。
【００１６】この炭酸ガス検知センサＡを、図２の測定
装置により素子温度550 ℃となるようヒータ７で加熱
し、100 〜2000ppm の濃度の炭酸ガスに対する起電力特
性を相対湿度５０％の湿り空気中および乾燥空気中で測
定した結果を図３に示す。また、炭酸ガスの濃度を300p
pmと1000ppm との間で変化させて濃度変化に対する応答
特性を測定した結果を図４に示す。
装置により素子温度550 ℃となるようヒータ７で加熱
し、100 〜2000ppm の濃度の炭酸ガスに対する起電力特
性を相対湿度５０％の湿り空気中および乾燥空気中で測
定した結果を図３に示す。また、炭酸ガスの濃度を300p
pmと1000ppm との間で変化させて濃度変化に対する応答
特性を測定した結果を図４に示す。
【００１７】（比較例１） 炭酸ナトリウムと炭酸バリウムとをモル比で１：１．１
とする代わりに、１：０．８とした混合物を検知材料と
して用いた他は実施例１と全く同様な構造を有する炭酸
ガス検知センサａを得た。
とする代わりに、１：０．８とした混合物を検知材料と
して用いた他は実施例１と全く同様な構造を有する炭酸
ガス検知センサａを得た。
【００１８】更に実施例１と同様にして炭酸ガスに対す
る起電力特性を湿り空気中および乾燥空気中で測定した
結果を図５に、また実施例１と同様にして炭酸ガス濃度
変化に対する応答特性を測定した結果を図６に示す。
る起電力特性を湿り空気中および乾燥空気中で測定した
結果を図５に、また実施例１と同様にして炭酸ガス濃度
変化に対する応答特性を測定した結果を図６に示す。
【００１９】これらの結果をみると、実施例１は比較例
１よりも著しく湿度に対する影響が少なくなっており、
また応答速度も改善されていることがわかる。
１よりも著しく湿度に対する影響が少なくなっており、
また応答速度も改善されていることがわかる。
【００２０】（実施例２）炭酸ナトリウムと炭酸バリウ
ムとの混合物を用いる代わりに、炭酸リチウムと炭酸カ
ルシウムとをモル比で１：１．１とした混合物を用いた
他は実施例１と全く同様な構造を有する炭酸ガス検知セ
ンサＢを得た。この炭酸ガス検知センサＢは炭酸ガス検
知センサＡと同様な耐湿度特性及び応答速度を示した。
ムとの混合物を用いる代わりに、炭酸リチウムと炭酸カ
ルシウムとをモル比で１：１．１とした混合物を用いた
他は実施例１と全く同様な構造を有する炭酸ガス検知セ
ンサＢを得た。この炭酸ガス検知センサＢは炭酸ガス検
知センサＡと同様な耐湿度特性及び応答速度を示した。
【００２１】（実施例３）炭酸ナトリウムと炭酸バリウ
ムとの混合物を用いる代わりに、炭酸カリウムと炭酸ス
トロンチウムとをモル比で１：１．１とした混合物を用
いた他は実施例１と全く同様な構造を有する炭酸ガス検
知センサＣを得た。この炭酸ガス検知センサＣも炭酸ガ
ス検知センサＡと同様な耐湿度特性及び応答速度を示し
た。
ムとの混合物を用いる代わりに、炭酸カリウムと炭酸ス
トロンチウムとをモル比で１：１．１とした混合物を用
いた他は実施例１と全く同様な構造を有する炭酸ガス検
知センサＣを得た。この炭酸ガス検知センサＣも炭酸ガ
ス検知センサＡと同様な耐湿度特性及び応答速度を示し
た。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の炭酸ガス
検知センサは、検知電極を被覆する検知材料として、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を超えたアルカリ金属炭酸塩とアルカリ土
類金属炭酸塩との混合物を用いたから、炭酸ガスに対す
る起電力特性が被検ガス中の水分の影響を受けにくいば
かりでなく、炭酸ガスの濃度変化に対する応答特性が優
れているという特長がある。
検知センサは、検知電極を被覆する検知材料として、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を超えたアルカリ金属炭酸塩とアルカリ土
類金属炭酸塩との混合物を用いたから、炭酸ガスに対す
る起電力特性が被検ガス中の水分の影響を受けにくいば
かりでなく、炭酸ガスの濃度変化に対する応答特性が優
れているという特長がある。
【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炭酸ガスに対する起電力
特性を測定する装置の構成図である。
特性を測定する装置の構成図である。
【図３】本発明の実施例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の炭酸ガスの検出特性図であ
る。
り空気中および乾燥空気中の炭酸ガスの検出特性図であ
る。
【図４】炭酸ガス検知センサＡの、炭酸ガスの濃度変化
に対する応答特性図である。
に対する応答特性図である。
【図５】比較例の炭酸ガス検知センサａの、湿り空気中
および乾燥空気中の炭酸ガスの検出特性図である。
および乾燥空気中の炭酸ガスの検出特性図である。
【図６】炭酸ガス検知センサａの、炭酸ガスの濃度変化
に対する応答特性図である。
に対する応答特性図である。
１ 炭酸ガス検知センサ ２ 検知電極 ２ａ 電極部 ２ｂ 検知材料層 ３ イオン伝導体 ４ 基準電極 ５ カバー ６ セラミック基板 ７ ヒータ ８ 電圧計 ９ チャンバ １０、１１、１２ 流量計 １３ 水槽 １４ トラップ １５ 排気口
Claims (3)
- 【請求項１】 アルカリ金属イオン伝導体を挟んで検知
電極と基準電極とを対設してなる炭酸ガスセンサにおい
て、アルカリ金属炭酸塩とアルカリ土類金属炭酸塩との
混合物であって、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を超える検知材料で検
知電極を被覆した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 (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3064652A JP2634498B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 炭酸ガス検知センサ |
| US07/741,907 US5194134A (en) | 1990-08-09 | 1991-08-08 | Gaseous carbon dioxide detection sensor |
| CA002048812A CA2048812C (en) | 1990-08-09 | 1991-08-08 | Gaseous carbon dioxide detection sensor |
| EP91113350A EP0470625B1 (en) | 1990-08-09 | 1991-08-08 | Gaseous carbon dioxide detection sensor |
| DE69114941T DE69114941T2 (de) | 1990-08-09 | 1991-08-08 | Sensor zum Nachweis von gasförmigem Kohlendioxid. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3064652A JP2634498B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 炭酸ガス検知センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06288966A JPH06288966A (ja) | 1994-10-18 |
| JP2634498B2 true JP2634498B2 (ja) | 1997-07-23 |
Family
ID=13264380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3064652A Expired - Fee Related JP2634498B2 (ja) | 1990-08-09 | 1991-03-28 | 炭酸ガス検知センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2634498B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4412540C2 (de) * | 1994-03-02 | 1996-08-01 | Max Planck Gesellschaft | Referenzelektrode für galvanische Zellen mit einem kationenleitenden Festelektrolyten |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2598172B2 (ja) * | 1990-08-09 | 1997-04-09 | 矢崎総業株式会社 | 炭酸ガス検知センサ |
-
1991
- 1991-03-28 JP JP3064652A patent/JP2634498B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06288966A (ja) | 1994-10-18 |
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19970218 |
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