JP2868913B2 - Solid electrolyte gas sensor - Google Patents

Solid electrolyte gas sensor

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JP2868913B2
JP2868913B2 JP3055660A JP5566091A JP2868913B2 JP 2868913 B2 JP2868913 B2 JP 2868913B2 JP 3055660 A JP3055660 A JP 3055660A JP 5566091 A JP5566091 A JP 5566091A JP 2868913 B2 JP2868913 B2 JP 2868913B2
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oxygen
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一成 兼安
毅 中原
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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質よりなる選
択透過膜を用いたガスセンサに関する。特にセンサの検
出部に供給される検出ガスの供給速度よりも大きい速度
で検出ガスを電解し、排出することにより生ずる急激な
電圧の立上り或いは該検出ガスの供給速度が律速となっ
た状況下での電流、即ち限界電流を測定することによ
り、検出ガスの濃度を求める形式のガスセンサ、即ち限
界電流式ガスセンサに関する発明である。更に詳しく
は、本発明は、限界電流式ガスセンサにおいて、検出ガ
スを検出部に供給する機構に特徴を有する固体電解質ガ
スセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas sensor using a permselective membrane made of a solid electrolyte. In particular, when the detection gas is electrolyzed at a speed greater than the supply speed of the detection gas supplied to the detection unit of the sensor and the voltage suddenly rises due to the discharge of the detection gas or when the supply speed of the detection gas is limited. The present invention relates to a gas sensor of a type in which the concentration of a detected gas is determined by measuring the current, that is, the limiting current, that is, the limiting current gas sensor. More specifically, the present invention relates to a solid electrolyte gas sensor having a feature in a mechanism for supplying a detection gas to a detection unit in a limiting current gas sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から限界電流式固体電解質ガスセン
サは公知であり、その利点は、濃淡電池式酸素センサに
比べ幅広い濃度域に亘って測定でき、小型化が可能であ
り、更に参照ガスが不要である等が知られている。限界
電流式固体電解質ガスセンサの基本的な構造は、イオン
導伝性固体電解質を挟んでその両面に電極を配したセン
サの検出部の一方の電極(検出ガスをイオン化させる電
極)に供給する被測定混合ガスの供給量を制御するため
該電極をキャピラリーを持ったキャップで覆うとか、或
いは該電極を多孔質のセラミックスで被覆する構造であ
った。これらの構造にあっては、被測定混合ガスがキャ
ピラリー或いは多孔質セラミックスの細孔を通して電極
に供給される。そこで被測定混合ガス中の検出ガスは、
電極反応により、それ自体イオン化するか或いは電極反
応により生ずる別のイオン(これらを総称して、電極反
応により生成するイオンという)となり、固体電解質を
通して反対側の電極に至る。そこで前記イオン化の反応
とは逆の反応によりガス化して放出される。ここでキャ
ピラリー或いは多孔質セラミックスの細孔から気体の拡
散により供給される検出ガスの供給速度よりもセンサの
検出部におけるガスの排出速度を大きくすることにより
限界電流を生ずるのであるが、検出ガスのセンサ検出部
への供給はキャピラリーを通したキャップ内又は多孔質
セラミックスの細孔内を検出ガスが拡散する速度に支配
されるため細孔内の拡散抵抗の微妙な変化、例えば、被
測定混合ガス中に存在する固体浮遊物の付着などの影響
を容易に受けて、限界電流値が変動し、延いて検出ガス
の測定値にバラツキを生ずる。特に限界電流値を明確に
生ぜしめるために検出ガスの拡散抵抗を大きく持たせる
必要がある。このため細孔部の路程を長くする必要があ
る。しかしながら、被測定混合ガスは、しばしば浮遊固
体やミストを含んでおり、それらが細孔内に付着するこ
とにより測定値の狂いが生じやすいという欠点が避けら
れなかった。
2. Description of the Related Art A limiting current type solid electrolyte gas sensor has been known in the art, and its advantages are that it can measure over a wide concentration range as compared with a concentration cell type oxygen sensor, can be miniaturized, and does not require a reference gas. Is known. The basic structure of the limiting current type solid electrolyte gas sensor is that the electrode to be measured is supplied to one electrode (electrode for ionizing the detected gas) of the detection part of the sensor with electrodes disposed on both sides of the ion conductive solid electrolyte. In order to control the supply amount of the mixed gas, the electrode is covered with a cap having a capillary, or the electrode is covered with a porous ceramic. In these structures, the gas mixture to be measured is supplied to the electrode through a capillary or a pore of a porous ceramic. Therefore, the detected gas in the measured gas mixture is
The electrode reaction ionizes itself or becomes another ion generated by the electrode reaction (collectively, ions generated by the electrode reaction), and reaches the opposite electrode through the solid electrolyte. Then, it is gasified and released by a reaction reverse to the ionization reaction. Here, the limiting current is generated by increasing the discharge speed of the gas at the detection portion of the sensor than the supply speed of the detection gas supplied by gas diffusion from the pores of the capillary or the porous ceramics. Since the supply to the sensor detection unit is governed by the speed at which the detection gas diffuses in the cap through the capillary or in the pores of the porous ceramic, a subtle change in the diffusion resistance in the pores, for example, the mixed gas to be measured The threshold current value fluctuates easily due to the influence of the adhesion of the solid suspended matter present therein, and the measured value of the detection gas fluctuates. In particular, in order to clearly generate the limit current value, it is necessary to increase the diffusion resistance of the detection gas. For this reason, it is necessary to lengthen the path of the pore portion. However, the gas mixture to be measured often contains suspended solids and mist, and the disadvantage that measurement values are likely to be out of order due to the adhesion of the gas to the pores is unavoidable.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、被測定混合ガスに固体或いは粘性を有する浮遊物が
存在している場合であっても、長時間に亘って検出ガス
の濃度(又は分圧)を正確に測定し得る限界電流式固体
電解質ガスセンサを提供するにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a method for measuring the concentration of a detection gas over a long period of time even when a solid or viscous suspended matter is present in the gas mixture to be measured. Or partial pressure) can be accurately measured.

【0004】本発明の別の目的は、被測定混合ガスに含
まれる検出ガスの電極反応により生成するイオンを選択
的に透過し得る固体電解質膜の両面に多孔性導体が各々
存在し、且つ両導電体間に検出ガスの酸化又は還元電位
又は、それ以上の電位差を形成するように電気的に接続
された構造よりなる検出ガス制御スクリーンを通して、
検出ガスをセンサの検出部に供給し、該検出部において
検出ガスの供給される速度よりも速い汲出し速度で検出
ガスを排出するよう構成した固体電解質ガスセンサによ
り限界電流値を測定することを特徴とするガス濃度の測
定方法を提供するにある。
Another object of the present invention is to provide a solid electrolyte membrane which can selectively transmit ions generated by an electrode reaction of a detection gas contained in a mixed gas to be measured, and porous conductors are present on both surfaces of the solid electrolyte membrane. Through a detection gas control screen consisting of a structure electrically connected to form an oxidation or reduction potential of the detection gas or a potential difference between the conductors, or higher,
The detection gas is supplied to a detection portion of the sensor, and the limit current value is measured by a solid electrolyte gas sensor configured to discharge the detection gas at a pumping speed higher than a speed at which the detection gas is supplied at the detection portion. To provide a method for measuring the gas concentration.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明によれば、
被測定混合ガスに含まれる検出ガスのイオン又は、検出
ガスの電極反応により生成するイオンを選択的に透過し
得る固体電解質膜の両面に多孔性導体が各々存在し、且
つ両導体は検出ガスの酸化及び還元に要する電位を形成
するように電気的に接続された構造よりなる検出ガス制
御スクリーンと、固体電解質ガスセンサの検出部とを有
し、前記検出ガス制御スクリーンが検出部のイオン化電
極を覆うように構成されており、且つ検出ガス制御スク
リーンの固体電解質膜の単位時間当りのイオン透過量
は、作動条件下にあって、検出部のイオン透過量よりも
小さくなるよう構成されていることを特徴とする固体電
解質ガスセンサが提供される。
That is, according to the present invention,
Porous conductors are present on both surfaces of the solid electrolyte membrane that can selectively transmit ions of the detection gas contained in the mixed gas to be measured or ions generated by an electrode reaction of the detection gas, and both conductors are formed of the detection gas. A detection gas control screen having a structure electrically connected to form a potential required for oxidation and reduction; and a detection unit of a solid electrolyte gas sensor, wherein the detection gas control screen covers an ionization electrode of the detection unit. And the amount of ion permeation per unit time of the solid electrolyte membrane of the detection gas control screen is set to be smaller than the amount of ion permeation of the detector under the operating conditions. A featured solid electrolyte gas sensor is provided.

【0006】また、本発明によれば、被測定混合ガスに
含まれる検出ガスの電極反応により生成するイオンを選
択的に透過し得る固体電解質膜の両面に多孔性導電体が
各々存在し、且つ両導電体は、検出ガスの酸化及び還元
に要する電位を形成するように電気的に接続された構造
よりなる検出ガス制御スクリーンを通して、検出ガスを
センサの検出部に供給し、当該供給された検出ガスの供
給速度よりも速い汲出し速度を有する検出部を有する固
体電解質ガスセンサにより、限界電流値を測定すること
を特徴とする被測定混合ガス中の検出ガス濃度の測定方
法が提供される。
Further, according to the present invention, porous conductors are present on both surfaces of a solid electrolyte membrane capable of selectively transmitting ions generated by an electrode reaction of a detection gas contained in a mixed gas to be measured, and Both conductors supply the detection gas to the detection unit of the sensor through a detection gas control screen having a structure electrically connected to form a potential required for oxidation and reduction of the detection gas, and the supplied detection A method for measuring the concentration of a detected gas in a mixed gas to be measured, characterized by measuring a limit current value by a solid electrolyte gas sensor having a detecting portion having a pumping speed higher than a gas supply speed.

【0007】従来の限界電流式固体電解質ガスセンサ
は、図3、図4に示すように固体電解質1の両面に夫々
電極3及び4が存在したセンサの検出部の一方の電極に
キャピラリーaを有するキャップ2(図4の場合)又は
多孔質セラミックス20(図3の場合)を設けて、該電
極上で反応するガス量を制限する構造である。
As shown in FIGS. 3 and 4, a conventional limiting current type solid electrolyte gas sensor has a cap having a capillary a on one electrode of a detection portion of a sensor in which electrodes 3 and 4 are present on both surfaces of a solid electrolyte 1, respectively. 2 (in the case of FIG. 4) or the porous ceramics 20 (in the case of FIG. 3) are provided to limit the amount of gas reacting on the electrode.

【0008】上記の限界電流式固体電解質ガスセンサを
酸素センサとして使用する場合、キャップ又は多孔質セ
ラミックスを設けた側の電極3を陰極、その反対側の電
極4を陽極となるように両電極間に電源5によって酸素
の還元に要する電圧以上の電圧を印加する。該陰極上で
酸素は還元されて酸素、イオン(O2-)となり、固体電
解質よりなるイオン透過層1を通して酸素イオンは陽極
側に移動し、陽極上で酸化されて酸素ガスとなって放出
される。この酸素イオンの移動によって電流が流れる。
この電流はリード線15により、電源5と直列に接続さ
れている電流計6によって測定することができる。
When the above-mentioned limiting current type solid electrolyte gas sensor is used as an oxygen sensor, the electrode 3 on the side provided with the cap or the porous ceramic is a cathode, and the electrode 4 on the opposite side is an anode, so that the electrode 3 is between the two electrodes. A voltage higher than the voltage required for oxygen reduction is applied by the power supply 5. On the cathode, oxygen is reduced to oxygen and ions (O 2− ), and oxygen ions move to the anode side through the ion permeable layer 1 made of a solid electrolyte, and are oxidized on the anode to be released as oxygen gas. You. A current flows due to the movement of the oxygen ions.
This current can be measured by a lead wire 15 and by an ammeter 6 connected in series with the power supply 5.

【0009】また陰側に供給される酸素は、酸素イオ
ンとなり陽極側に汲み出されることになる。そこで陰極
側に供給する酸素をキャップのキャピラリーa又は多孔
質セラミックス20の細孔の拡散抵抗により制限し、被
測定混合ガス中の酸素濃度と一定の関係を有する限界電
流が現れてくる。この限界電流値を前記電流計6で測定
し、あらかじめ、酸素濃度と限界電流値との関係につい
て検量線を求めておくことによって、酸素濃度を知るこ
とができる。また規格化された装置にあっては、前記検
量線に基づいて、限界電流値から直接酸素濃度を表示さ
せることも可能である。
[0009] Oxygen is supplied to the negative electrode side, will be pumped to the anode side becomes oxygen ions. Therefore, oxygen supplied to the cathode side is limited by the diffusion resistance of the capillaries a of the cap or the pores of the porous ceramics 20, and a limiting current having a certain relationship with the oxygen concentration in the mixed gas to be measured appears. The oxygen concentration can be known by measuring the limit current value with the ammeter 6 and obtaining a calibration curve for the relationship between the oxygen concentration and the limit current value in advance. In a standardized device, it is also possible to directly display the oxygen concentration from the limit current value based on the calibration curve.

【0010】しかしながら、このような限界電流式固体
電解質ガスセンサは前述したように酸素(検出ガス)を
陰極面に供給する機構において、ガス拡散量を制限する
ための細孔の大きさや多孔質セラミックスの気孔率や細
孔径の制御が容易でなく、センサの製品間で出力電流の
バラツキが大きい事や、長期間の使用において目詰まり
することによる測定値の変動などの問題があった。
However, such a limiting current type solid electrolyte gas sensor has a mechanism for supplying oxygen (detection gas) to the cathode surface, as described above, in which the size of pores for limiting the amount of gas diffusion and the size of the porous ceramics are limited. Control of porosity and pore diameter is not easy, and there are problems such as large variations in output current among sensor products, and fluctuations in measured values due to clogging during long-term use.

【0011】本発明は、上述の欠点を解消するものとし
て、キャピラリー付のキャップや多孔質セラミックスに
よる検出ガスの拡散速度或いは拡散量を制御する方式に
代えて、後に詳述する検出ガス制御スクリーンを用い被
測定混合ガス中の検出ガスを電極反応により生成するイ
オンとして固体電解質を通して移動させることにより制
限する方式を用いたものである。かくして、被測定ガス
中の検出ガスは、何等細孔内を拡散により移動させるこ
とはなく、センサの検出部に検出ガスを供給することが
可能となるため、センサ製品間のバラツキや、長期間の
使用による測定値の変動など、不都合の少ないセンサが
得られるのである。
The present invention solves the above-mentioned drawbacks by using a detection gas control screen, which will be described in detail later, in place of a method of controlling the diffusion rate or amount of a detection gas by a cap with a capillary or a porous ceramic. The method uses a method in which the detection gas in the mixed gas to be measured is restricted by moving it through a solid electrolyte as ions generated by an electrode reaction. In this way, the detection gas in the gas to be measured does not move inside the pores by diffusion at all, and it is possible to supply the detection gas to the detection portion of the sensor. Thus, a sensor having few inconveniences such as a fluctuation of the measured value due to the use of the sensor can be obtained.

【0012】本発明のガスセンサをその代表的な実施態
様を示す図1及び図2により説明する。これらの例から
分かるように本発明は、電極10及び11間に固体電解
質からなるイオン透過層9を介在させて構成されたセン
サの検出部と2個の多孔性導電体12及び18間に固体
電解質からなるイオン透過層8を介在させ、且つ両導電
体12及び18を電気的に接続して構成された検出ガス
制御スクリーンとよりなる。そして、該検出ガス制御ス
クリーンを構成する2つの多孔性導電体間には、被測定
混合ガス中の検出ガスをイオン化するか或いは該検出ガ
スの電極反応によりイオン性物質を生成するにたる電位
差又はそれ以上の電位差が形成されている。かかる電位
差は、検出ガスが酸素等の場合一般に導電体12と18
とが夫々接している検出ガスの濃度の差により形成され
る濃淡電池の起電力によって形成される。しかしなが
ら、検出ガスの種類によっては、イオン発生のための酸
化或いは還元電位が大きい場合があり、更に検出ガスと
多孔性導電体12との間の過電圧が大きい場合等は図2
に例示する如く、外部電源22により電圧を適宜印加す
るべきである。またセンサの検出部の機構は、従来公知
の限界電流式固体電解質ガスセンサのそれと同様であ
る。即ち電極10及び11間に固体電解質からなるイオ
ン透過層9が介在し、且つ両電極10と11とはリード
線15によって、電源5と電流計6とが直列に接続され
て回路を形成している。検出ガス制御スクリーンとセン
サの検出部とは、周辺部を封止材7により気密にシール
されている。封止材7の材質は、検出ガス例えば、酸素
ガスの不透過性のものであれば特に限定されない。好適
な材料を例示すれば、ガラス、無機セメント、低融点セ
ラミックス等が挙げられる。これらの材質のうち、熱膨
張係数がイオン透過層と等しいか、やや小さいものを用
いるのが好ましい。また接合性から粒径は10μm以下
望ましくは5μm以下の微粉末として用いるのがより好
ましい。更に必要に応じて、検出ガス制御スクリーンと
センサの検出部の側面を封止材によりコートし、ケーシ
ング14を形成させることにより、気密性を高め外側を
保護することも工業的に有意義である。
A gas sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. As can be seen from these examples, the present invention provides a solid-state device between the detecting portion of the sensor having the ion permeable layer 9 made of a solid electrolyte interposed between the electrodes 10 and 11, and the two porous conductors 12 and 18. The detection gas control screen is constituted by interposing an ion permeable layer 8 made of an electrolyte and electrically connecting both conductors 12 and 18. Then, between the two porous conductors constituting the detection gas control screen, a potential difference or ionization of the detection gas in the mixed gas to be measured or an electric potential difference to generate an ionic substance by an electrode reaction of the detection gas. A larger potential difference is formed. Such a potential difference generally occurs when the detection gas is oxygen or the like.
Are formed by the electromotive force of the concentration cell formed by the difference between the concentrations of the detection gases in contact with each other. However, depending on the type of the detection gas, the oxidation or reduction potential for ion generation may be large, and when the overvoltage between the detection gas and the porous conductor 12 is large, FIG.
The voltage should be appropriately applied from the external power supply 22 as illustrated in FIG. The mechanism of the detection unit of the sensor is the same as that of a conventionally known limiting current type solid electrolyte gas sensor. That is, the ion permeable layer 9 made of a solid electrolyte is interposed between the electrodes 10 and 11, and the power source 5 and the ammeter 6 are connected in series between the electrodes 10 and 11 by the lead wire 15 to form a circuit. I have. The periphery of the detection gas control screen and the detection portion of the sensor are hermetically sealed by a sealing material 7. The material of the sealing material 7 is not particularly limited as long as it is impermeable to a detection gas, for example, an oxygen gas. Examples of suitable materials include glass, inorganic cement, low melting point ceramics, and the like. Among these materials, those having a thermal expansion coefficient equal to or slightly smaller than that of the ion-permeable layer are preferably used. Also, from the viewpoint of bonding properties, it is more preferable to use as a fine powder having a particle size of 10 μm or less, preferably 5 μm or less. It is also industrially meaningful to coat the side surfaces of the detection gas control screen and the detection portion of the sensor with a sealing material and form the casing 14 as necessary to increase airtightness and protect the outside.

【0013】本発明においては、2枚の固体電解質から
なるイオン透過層を用いることを特徴としており、これ
らのイオン透過層は目的とするイオンを透過する固体電
解質であればよく、従来公知のものが使用できる。例え
ば検出ガスが酸素の場合、一般には、CeO2 ,ZrO
2 ,HfO2 ,ThO2 ,Bi2 3 等の酸化物の少な
くとも一種に、CaO,Y2 3 ,Gd2 3 ,Sm2
3 ,MgO等の少なくとも一種を固溶させた固体電解
質が好適に使用できる。特にCeO2 系は低温でのイオ
ン伝導度が高いため、酸素センサ素子の低温作動化が期
待でき最適である。上記の固溶量は固溶する酸化物との
組合せによって異なるが、一般には2〜40%の範囲で
あれば十分である。可燃性ガスセンサの場合、プロトン
伝導性のものであれば公知のものが何ら制限なく使用で
きる。一般にはアンチモン酸(Sb2 5 ・nH
2 O),リン酸ジルコニウム(Zr(HPO4 2 ・H
2 O),リンモリブデン酸(H3 Mo1240・nH2
O),リンタングステン酸(H3 1240・nH
2 O),リン酸ウラニル(HUO2 PO4 ・nH
2 O)、H型ゼオライトで代表される無機イオン交換
体、ポリスチレンスルホン酸、Nafion(デュポン
社の登録商標)で代表される有機高分子イオン交換体等
を挙げることができる。上記プロトン導電性固体電解質
は、単独で、あるいは2種以上を混合して用いることが
できる。フッ素ガスセンサの場合、フッ素イオン伝導性
であれば公知のものが何ら制限なく使用できる。一般に
はβ−PbF2 ,CaF2 ,SrF2 ,LaF2 ,Ti
Sn2 3 の単独、あるいは2種以上を混合して用いる
ことができる。その他ハロゲンガスに対してはKAg4
5 ,PbCl2 ,PbBr 2 ,なども使用できる。
The present invention is characterized in that an ion-permeable layer composed of two solid electrolytes is used, and these ion-permeable layers may be any solid electrolyte that transmits desired ions. Can be used. For example, when the detection gas is oxygen, generally, CeO 2 , ZrO
At least one kind of oxide such as H 2 , HfO 2 , ThO 2 , Bi 2 O 3 includes CaO, Y 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Sm 2
A solid electrolyte in which at least one of O 3 , MgO and the like is dissolved can be suitably used. Particularly, CeO 2 system has high ionic conductivity at a low temperature, and therefore, it is expected that the oxygen sensor element can be operated at a low temperature and is optimal. The above-mentioned solid solution amount varies depending on the combination with the solid solution oxide, but in general, a range of 2 to 40% is sufficient. In the case of a combustible gas sensor, a known sensor can be used without limitation as long as it is proton-conductive. Generally, antimonic acid (Sb 2 O 5 .nH
2 O), zirconium phosphate (Zr (HPO 4 ) 2 .H
2 O), phosphomolybdic acid (H 3 P Mo 12 O 40 .nH 2
O), phosphotungstic acid (H 3 P W 12 O 40 · nH
2 O), uranyl phosphate (HUO 2 PO 4 .nH)
2 O), inorganic ion exchangers typified by H-type zeolite, polystyrene sulfonic acid, Nafion (can include organic polymeric ion exchangers typified by DuPont registered trademark). The proton conductive solid electrolytes can be used alone or in combination of two or more. In the case of a fluorine gas sensor, a known one can be used without any limitation as long as it is fluorine ion conductive. Generally, β-PbF 2 , CaF 2 , SrF 2 , LaF 2 , Ti
Sn 2 F 3 can be used alone or in combination of two or more. KAg 4 for other halogen gases
I 5, PbCl 2, PbBr 2 , or the like can also be used.

【0014】更にSO2 ,SO3 ,CO,CO2 ,NO
2 などにはそれぞれK2 SO4 ,K2 CO3 ,Ba(N
3 2 などが使用可能である。検出ガス制御スクリー
ンに使用されるイオン透過層は、基本的にセンサ検出部
において汲み出される検出ガスの排出速度よりも少ない
検出ガスを供給するよう構成される必要がある。このた
め、該スクリーン層の固体電解質は、検出部の固体電解
質よりも輸率の小さい物質を用いるとか、同種の固体電
解質にあっては、有効面積を小さく(例えば10〜90
%程度)するか、層の厚さを大きくする等が考えられ
る。また輸率を小さくするには、固体電解質のイオン交
換容量を小さくするか導電性の高い金属粉を混合する等
の手段が可能である。しかしながら、イオン透過層は、
ガスの通り抜けに大使バリヤーとなること及び工業的使
用に耐えるという実用的意義から、0.1〜5000μ
m、特にイオン透過層が無機材質の場合には0.5〜1
000μm、有機材質の場合には1〜2000μmの範
囲が好適である。
Further, SO 2 , SO 3 , CO, CO 2 , NO
2 etc. are respectively K 2 SO 4 , K 2 CO 3 , Ba (N
O 3 ) 2 and the like can be used. The ion permeable layer used in the detection gas control screen basically needs to be configured to supply a detection gas that is less than the discharge speed of the detection gas pumped in the sensor detection unit. For this reason, as the solid electrolyte of the screen layer, a substance having a lower transport number than that of the solid electrolyte of the detection unit is used, or in the case of the same type of solid electrolyte, the effective area is reduced (for example, 10 to 90%).
%) Or increasing the thickness of the layer. To reduce the transport number, it is possible to reduce the ion exchange capacity of the solid electrolyte or to mix a highly conductive metal powder. However, the ion permeable layer
From the practical significance of being an ambassador barrier to gas passage and enduring industrial use, 0.1-5000 μm
m, especially 0.5 to 1 when the ion permeable layer is made of an inorganic material.
In the case of an organic material, the range is preferably 1 to 2000 μm.

【0015】また、イオン透過層の製造方法は、特に制
限されない。一般には、上記の固体電解質の微粉体を成
型する方法、成型,焼結させる方法、スパッタリング
法、イオンプレーティング法、蒸着法等による方法が好
適に採用される。勿論ナフィオレ等市販の材料をそのま
ま使用することも可能である。
The method for producing the ion-permeable layer is not particularly limited. In general, a method of molding the fine powder of the solid electrolyte, a method of molding and sintering, a method of sputtering, an ion plating method, a vapor deposition method and the like are suitably adopted. Of course, commercially available materials such as Nafiore can also be used as they are.

【0016】固体電解質よりなるイオン透過層の両側に
夫々存在させる導電体12及び18並びに電極10及び
11は夫々同種又は異種の導電体で構成される。好まし
い材質の例は、白金パラジウム、ロジウム、銀等の貴金
属類及びそれらの酸化物、一般式La1-X SrX BO3
(但しBはCo,Cu,Fe,Ni等の元素を表し、x
は0.01〜0.5の数)で表されるペロブスカイト型
酸化物からなる酸化物、上記貴金属と金属酸化物を混合
した複合組成物が挙げられる。
The conductors 12 and 18 and the electrodes 10 and 11 which are present on both sides of the ion permeable layer made of a solid electrolyte are made of the same or different conductors. Examples of preferable materials include noble metals such as platinum palladium, rhodium, and silver and oxides thereof, and a general formula La 1-X Sr X BO 3
(Where B represents an element such as Co, Cu, Fe, Ni, etc., and x
Is a number of 0.01 to 0.5), which is a perovskite-type oxide, and a composite composition obtained by mixing the above-mentioned noble metal and metal oxide.

【0017】また検出ガス制御スクリーンの多孔性導電
体及び、検出部の電極層の厚みは、一般に0.1μm〜
50μmの範囲、好ましくは0.2μm〜30μmが適
している。さらに、ガス分子あるいは生成したイオンの
イオン透過層への拡散を効率よく行わせるため、電極層
も多孔質体を使用することが望ましい。前記導電体12
及び18並びに電極10及び11の形成方法は、特に限
定されるものではなく、公知の方法が制限なく採用され
る。代表的な方法を例示すれば、固体電解質膜の両面に
スクリーン印刷、真空蒸着、化学メッキ、イオンプレー
ティング、スパッタリング法を行う方法が挙げられる。
The thickness of the porous conductor of the detection gas control screen and the thickness of the electrode layer of the detection section are generally 0.1 μm or more.
A range of 50 μm, preferably 0.2 μm to 30 μm, is suitable. Further, in order to efficiently diffuse gas molecules or generated ions into the ion-permeable layer, it is desirable to use a porous body also for the electrode layer. The conductor 12
And 18 and the method of forming the electrodes 10 and 11 are not particularly limited, and a known method is adopted without limitation. Typical examples include a method of performing screen printing, vacuum deposition, chemical plating, ion plating, and sputtering on both surfaces of the solid electrolyte membrane.

【0018】また、ガスセンサの作動する温度が高温で
ある場合は必要に応じてガスセンサを加熱すればよい。
かかるガスセンサの加熱は、ガスセンサ外部の熱源から
の放熱によってもよいし、予めヒーターをガスセンサに
装着し、ヒーターからの熱伝導や放熱を利用してもよ
い。ガスセンサへのヒーターの装着位置は、ガスセンサ
の作動を阻害しない位置であれば特に限定されない。
When the operating temperature of the gas sensor is high, the gas sensor may be heated if necessary.
Such heating of the gas sensor may be performed by heat radiation from a heat source outside the gas sensor, or a heater may be mounted on the gas sensor in advance, and heat conduction or heat radiation from the heater may be used. The mounting position of the heater on the gas sensor is not particularly limited as long as the position does not hinder the operation of the gas sensor.

【0019】図5は本発明の具体的態様の一つである。
検出ガス制御スクリーンの導電体12及び18は一方の
端部で接続されており、該スクリーン部の起電力は、導
電体12に接する検出ガス濃度と同18に接する検出ガ
ス濃度との差によってもたらされる。該スクリーンとセ
ンサの検出部とは封止材7によって周辺を密封された間
隙bが形成されている。更にセンサの検出部の下部は還
元cをおいて、絶縁性を有する多孔質体17及びヒータ
ー13及び該ヒーター用の電源13が備えられている。
図5の例にあっても固体電解質膜8を通して間隙部bに
供給されるガス量は、間隙部cに汲み出される量よりも
少なくなるよう構成されている。また絶縁性の多孔質体
17の孔は間隙部cを内に汲み出されたガスが何ら抵抗
なく外界に排出し得るための孔径と孔数を有している。
FIG. 5 shows a specific embodiment of the present invention.
The conductors 12 and 18 of the detection gas control screen are connected at one end, and the electromotive force of the screen portion is caused by the difference between the concentration of the detection gas in contact with the conductor 12 and the concentration of the detection gas in contact with the same 18. It is. A gap b whose periphery is sealed by the sealing material 7 is formed between the screen and the detection unit of the sensor. Further, the lower part of the detection portion of the sensor is provided with a porous body 17 having an insulating property, a heater 13 and a power supply 13 for the heater, with a reduction c.
Even in the example of FIG. 5, the amount of gas supplied to the gap b through the solid electrolyte membrane 8 is configured to be smaller than the amount pumped into the gap c. The holes of the insulating porous body 17 have a diameter and the number of holes so that the gas pumped into the gap c can be discharged to the outside without any resistance.

【0020】図6は本発明の別の態様であり、検出ガス
制御スクリーンの導電体12及び18間に外部の電源2
2により導電体12の表面で、被測定混合ガス中の検出
ガスに基づく電極反応を生ぜしめるに必要な電位差以上
の電圧を印加する方式である。また加熱の効率のため多
孔質体17と電極11とを密着させた構造である。
FIG. 6 shows another embodiment of the present invention, in which an external power supply 2 is connected between the conductors 12 and 18 of the detection gas control screen.
2 is a method of applying a voltage equal to or higher than a potential difference required to cause an electrode reaction based on a detection gas in a mixed gas to be measured on the surface of the conductor 12. In addition, the porous body 17 and the electrode 11 are in close contact with each other for heating efficiency.

【0021】図7は、本発明の別の態様であり、検出ガ
ス制御スクリーンとセンサの検出部との間に存在する間
隙部bに多孔質よりなるスペーサー19を介在させた態
様である。スペーサー19は、間隙を保持し、且つ検出
ガスの透過を制限しないものが特に制限なく使用され
る。一般には、SiO2 ・MgO,SiO2 ・Al2
3 ,ゼオライト,SiO2 等の多孔質セラミックスが好
適に使用される。上記多孔質セラミックスは、検出ガス
の透過を妨げない範囲で任意に選ぶことができる。
FIG. 7 shows another embodiment of the present invention, in which a porous spacer 19 is interposed in a gap b existing between the detection gas control screen and the detection section of the sensor. As the spacer 19, one that maintains a gap and does not restrict the permeation of the detection gas is used without any particular limitation. Generally, SiO 2 .MgO, SiO 2 .Al 2 O
3 , porous ceramics such as zeolite and SiO 2 are preferably used. The porous ceramics can be arbitrarily selected within a range that does not hinder the permeation of the detection gas.

【0022】図8は、被測定混合ガスと接する導電体1
2を保護する目的で、金網、開孔率の高いセラミックス
その他の多孔体よりなるカバー23を付設した態様であ
る。
FIG. 8 shows the conductor 1 in contact with the mixed gas to be measured.
In this embodiment, a cover 23 made of a metal mesh, ceramics having a high porosity, or other porous material is provided for the purpose of protecting the cover 2.

【0023】図9は、検出ガス制御スクリーンがセンサ
の検出部を覆う別の態様の例であって、検出ガス制御ス
クリーンの固体電解質膜8と検出部の固体電解質膜9と
が一体に構成されており、該スクリーンを透過して供給
されるガスはカバー21によって形成される間隙bに一
旦保持されて検出部に供給される態様である。即ち、こ
の例では検出ガス制御スクリーンの導電体12の電極反
応により形成されたイオンは導電体18によりガスとな
り間隙部bに供給される。間隙部b内のガスは検出部に
おいて汲み出され、電極11の部分から排出される。こ
の例の特徴は、下面のヒーター13により、検出ガス制
御スクリーンとセンサの検出部とを均一に加熱すること
が可能となる。
FIG. 9 is an example of another embodiment in which the detection gas control screen covers the detection section of the sensor. The solid electrolyte membrane 8 of the detection gas control screen and the solid electrolyte membrane 9 of the detection section are integrally formed. In this mode, the gas supplied through the screen is temporarily held in the gap b formed by the cover 21 and supplied to the detection unit. That is, in this example, ions formed by the electrode reaction of the conductor 12 of the detection gas control screen are turned into gas by the conductor 18 and supplied to the gap b. The gas in the gap b is pumped out by the detection unit and discharged from the electrode 11. The feature of this example is that the detection gas control screen and the detection section of the sensor can be uniformly heated by the heater 13 on the lower surface.

【0024】図10は、図9の態様の変形であり、固体
電解質膜8と同じく9との間を絶縁性の封止材7によっ
て分断してある。更に検出ガス制御スクリーンの導電体
10と検出部の電極10とが一体に構成されている。こ
の場合導電体18と電極10とは同じ電位になるが、導
電体12と18との間及び電極10と11との間の各電
位差を検出ガスに基づく電極反応に必要な範囲に保つこ
とによって支障なく測定することが可能となる。
FIG. 10 shows a modification of the embodiment shown in FIG. 9, in which the solid electrolyte membrane 8 and the solid electrolyte membrane 9 are separated by an insulating sealing material 7. Further, the conductor 10 of the detection gas control screen and the electrode 10 of the detection section are integrally formed. In this case, the conductor 18 and the electrode 10 have the same potential, but by keeping each potential difference between the conductors 12 and 18 and between the electrodes 10 and 11 within a range necessary for the electrode reaction based on the detection gas. Measurement can be performed without hindrance.

【0025】図11は基本的に図1に示す態様である
が、本発明のセンサーの構造は板状に限られるものでな
いことを例示したものである。
FIG. 11 basically shows the embodiment shown in FIG. 1, but illustrates that the structure of the sensor of the present invention is not limited to a plate.

【0026】本発明は、勿論図示した態様に限定される
ものではなく、限界電流式固体電解質ガスセンサであっ
て、該センサの検出部に供給するガスが固体電解質膜に
よるイオン透過層によりイオンとして透過した後、再度
ガスとして供給される方式を用いることを特徴とするあ
らゆる態様を包含するものである。
The present invention is, of course, not limited to the illustrated embodiment, but is a limiting current type solid electrolyte gas sensor in which gas supplied to a detection portion of the sensor is permeated as ions by an ion permeable layer formed of a solid electrolyte membrane. After that, all modes characterized by using a method of supplying again as a gas are included.

【0027】本発明の限界電流式固体電解質ガスセンサ
は、酸素ガス、炭酸ガス、各種ハロゲンガス、SO2
SO3 、CO、NO、NO2 、NH3 、H2 S等の種々
のガスの濃度測定に適用することができる。
The limiting current type solid electrolyte gas sensor according to the present invention comprises oxygen gas, carbon dioxide gas, various halogen gases, SO 2 ,
The present invention can be applied to measurement of the concentration of various gases such as SO 3 , CO, NO, NO 2 , NH 3 , and H 2 S.

【0028】[0028]

【効果】以上の説明より理解されるように、本発明の限
界電流式固体電解質ガスセンサは、検知ガス制御スクリ
ーンによって、被測定混合ガス中の検出ガスを電極反応
により生成するイオンとして固体電解質を通して移動さ
せることにより、センサ検出部への該検出ガスの移動を
制限する方式により、検出ガスの拡散量を制限する方式
の従来の限界電流式固体電解質ガスセンサに比べて製造
条件による特性のばらつきが小さく、小孔の目づまり等
による特性の劣化も認められず長期間にわたって幅広い
酸素濃度を精度良く測定することが可能である。
As can be understood from the above description, the limiting current type solid electrolyte gas sensor of the present invention moves the detection gas in the mixed gas to be measured through the solid electrolyte as ions generated by the electrode reaction by the detection gas control screen. By limiting the movement of the detection gas to the sensor detection unit, the variation in characteristics due to manufacturing conditions is smaller than that of a conventional limiting current type solid electrolyte gas sensor of the type that limits the amount of diffusion of the detection gas, Deterioration of characteristics due to clogging of small holes is not observed, and a wide range of oxygen concentration can be accurately measured over a long period of time.

【0029】[0029]

【実施例】本発明を更に具体的に説明するために、以下
実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に
制限されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described more specifically with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0030】なお、ガスセンサの限界電流特性の測定方
法を以下に述べる。限界電流特性測定・・ガスセンサを
検地ガス濃度の異なる被測定ガス中に置き、センサ部の
電極に直流電圧を印加する。印加電圧は0Vから0.0
4V/minの速度で連続的に変化させ、その際流れる
電流を電流計により測定し、レコーダーに記録した。そ
の結果より、各検地ガス濃度において共通に限界電流の
得られる電圧を、素子の最適印加電圧とした。
The method for measuring the limiting current characteristic of the gas sensor will be described below. Limit current characteristic measurement: Put the gas sensor in the gas to be measured having different concentrations of the detection gas, and apply a DC voltage to the electrodes of the sensor unit. The applied voltage is 0V to 0.0
The current was continuously changed at a speed of 4 V / min, and the current flowing at that time was measured by an ammeter and recorded on a recorder. Based on the results, the voltage at which the limit current was obtained in common at each test gas concentration was determined as the optimum applied voltage of the element.

【0031】実施例1 図5に示した如くイオン透過層9の両面に電極10,1
1を形成した酸素検出部、イオン透過層8の両面に形成
した導電体層12,18の一部を電気的に接続させた酸
素制御スクリーンと多孔質セラミックス上にヒーターを
形成したヒーター部により酸素センサを構成した。酸素
検出部、酸素制御スクリーン、ヒーター部はガラス7に
より接合しその側面をガラス14で封止した。ヒーター
部のヒーター13には直流電圧16を印加し、450℃
にセンサ素子を加熱した。酸素検出部の酸素制御スクリ
ーン側の電極10を陰極、ヒーター部側の電極11を陽
極として直流電圧5を印加し、その際流れる電流値を測
定するために電流計6を電源に直列に接続した。
Embodiment 1 As shown in FIG. 5, electrodes 10 and 1 are provided on both surfaces of an ion-permeable layer 9.
1 is formed by an oxygen detector, an oxygen control screen electrically connecting a part of the conductive layers 12 and 18 formed on both surfaces of the ion permeable layer 8 and a heater formed by forming a heater on the porous ceramics. The sensor was configured. The oxygen detector, the oxygen control screen, and the heater were joined with glass 7 and the side was sealed with glass 14. DC voltage 16 is applied to the heater 13 of the heater section,
The sensor element was heated at the same time. A DC voltage 5 was applied using the electrode 10 on the oxygen control screen side of the oxygen detection unit as a cathode and the electrode 11 on the heater unit side as an anode, and an ammeter 6 was connected in series with a power supply to measure the value of the current flowing at that time. .

【0032】上記において、イオン透過層8,9には、
酸素イオン伝導体である酸化第二セリウムに酸化カルシ
ウムを30mol%固溶させた(CeO2 0.7 (Ca
O)0.3 粉末を成型、焼結した直径4mm、厚さ約0.3
mmの緻密な円盤状の固体電解質焼結体を用いた。
In the above, the ion permeable layers 8 and 9 have
30 mol% of calcium oxide was dissolved in ceric oxide (oxygen ion conductor) (CeO 2 ) 0.7 (Ca
O) Molded and sintered 0.3 powder, diameter 4mm, thickness about 0.3
A dense disc-shaped solid electrolyte sintered body of mm was used.

【0033】陽陰電極10,11として白金ペーストを
スクリーン印刷し、800℃で焼き付けたものを、ま
た、リード線15には白金線を用いた。更に、酸素制御
スクリーンの導電体層12,18はイオン透過層8の両
面に白金ペーストをスクリーン印刷し、その一部をイオ
ン透過層8の側面を介して白金ペーストで接続し、80
0℃で焼き付けたものを用いた。
Platinum paste was screen-printed and baked at 800 ° C. as the positive and negative electrodes 10 and 11, and a platinum wire was used as the lead wire 15. Further, the conductor layers 12 and 18 of the oxygen control screen are screen-printed with platinum paste on both sides of the ion permeable layer 8 and a part thereof is connected with the platinum paste via the side surface of the ion permeable layer 8.
What was baked at 0 ° C was used.

【0034】ヒーター部に用いた多孔質セラミックス1
7は、酸素の拡散が律速になることがないように十分な
気孔を有し、イオン透過層と熱膨張係数の近い耐熱性無
機物質として、MgO・SiO2 粉末を成型、焼結した
直径4mm、厚さ約0.6mmの円盤状の焼結体を用いた。
Porous ceramics 1 used for heater part
7 has a diameter of 4 mm obtained by molding and sintering MgO.SiO 2 powder as a heat-resistant inorganic substance having sufficient pores so that diffusion of oxygen does not become rate-determining and having a thermal expansion coefficient close to that of the ion-permeable layer. A disc-shaped sintered body having a thickness of about 0.6 mm was used.

【0035】ヒーター13は、従来から公知のものが使
用できるが、安定性、耐熱性の点から本実施例において
は、上記多孔質セラミックス上に白金ペーストを波型に
スクリーン印刷し900℃で焼き付けたものを用いた。
As the heater 13, a conventionally known heater can be used. However, in this embodiment, a platinum paste is screen-printed on the porous ceramic in a wave form and baked at 900 ° C. in view of stability and heat resistance. Was used.

【0036】接合用のガラス7は、熱膨張係数がイオン
透過層と等しいかやや小さく、粒径が10μm以下、望
ましくは5μm以下のものが好ましい。そこで本実施例
においては、平均粒径6μmのガラス粉末をボールミル
で3時間粉砕し、テレビネオール、エチルセルロースで
ペースト化し、イオン透過層9の電極の形成されていな
い部分にスクリーン印刷することにより酸素検出部とヒ
ーター部、酸素制御スクリーンの接合を行った。封止用
のガラス14は上記と同様のガラスペーストを用い、セ
ンサ素子の側面に2回塗布することにより形成した。こ
れらのガラス7,14は620℃で焼結することにより
酸素の透過のない緻密なものとなった。
The bonding glass 7 preferably has a coefficient of thermal expansion equal to or slightly smaller than that of the ion-permeable layer and a particle size of 10 μm or less, preferably 5 μm or less. Therefore, in this embodiment, a glass powder having an average particle diameter of 6 μm is pulverized by a ball mill for 3 hours, pasted with TVneol and ethylcellulose, and screen-printed on a portion of the ion-permeable layer 9 where the electrodes are not formed by oxygen. The detection part, the heater part, and the oxygen control screen were joined. The glass 14 for sealing was formed by applying the same glass paste as described above to the side face of the sensor element twice. By sintering at 620 ° C., these glasses 7 and 14 became dense without oxygen permeation.

【0037】図12は、酸素濃度の異なる被測定ガス中
に酸素センサを置き、電極10,11間に印加する電圧
を変化させ、各電圧における電流値を測定した結果を縦
軸に電流(μA)、横軸に電圧(V)をとって示したも
のである。図12において、電圧が変化しても電流が変
化しない横軸に対してほぼ平行な線を示す部分が認めら
れるが、その線の示す電流値が各酸素濃度における限界
電流値である。
FIG. 12 shows an oxygen sensor placed in gases to be measured having different oxygen concentrations, changing the voltage applied between the electrodes 10 and 11 and measuring the current value at each voltage. ), And the voltage (V) is shown on the horizontal axis. In FIG. 12, a portion showing a line substantially parallel to the horizontal axis where the current does not change even when the voltage changes is recognized, and the current value indicated by the line is the limit current value at each oxygen concentration.

【0038】第1表は、図12より各酸素濃度において
共通に限界電流の得られる電圧800mVにおける限界
電流値と酸素濃度の関係を示したものである。図13
は、第1表を縦軸に限界電流(μA)、横軸下線に酸素
濃度の関数−ln (1−PO2/P)〔Pは被測定ガスの
全圧、PO2は酸素分圧を夫々表す〕と同じく横軸上線に
酸素濃度(%)をとって示したものである。図13は、
酸素濃度が未知の被測定ガスの酸素濃度を測定する際の
検量線として用いられる。つまり図5に示した酸素セン
サの被測定ガス中での限界電流値を測定することによ
り、酸素濃度未知の被測定ガスの酸素濃度を測定するこ
とができる。
Table 1 shows the relationship between the limiting current value and the oxygen concentration at a voltage of 800 mV at which a limiting current is obtained in common at each oxygen concentration from FIG. FIG.
In Table 1, the vertical axis indicates the limit current (μA), and the horizontal axis indicates the function of the oxygen concentration −ln (1−PO 2 / P) [P is the total pressure of the gas to be measured and PO 2 is the oxygen partial pressure. Respectively, the oxygen concentration (%) is shown on the upper line of the horizontal axis. FIG.
It is used as a calibration curve when measuring the oxygen concentration of the gas to be measured whose oxygen concentration is unknown. That is, by measuring the limiting current value of the oxygen sensor shown in FIG. 5 in the gas to be measured, the oxygen concentration of the gas to be measured whose oxygen concentration is unknown can be measured.

【0039】さらに、出力電流のばらつき測定として酸
素センサ30個について、限界電流特性測定により得ら
れた最適印加電圧をそれぞれ印加し、大気中における出
力電流を測定した。第4表には、出力電流の最大値、平
均値、変動係数を示した。第4表より、本発明の酸素セ
ンサは、従来の小孔や多孔質セラミックスを用いる酸素
センサに比べてセンサ間の出力電流のばらつきが小さ
く、再現性良く製造することが可能である。
Further, as a measurement of the variation of the output current, the optimum applied voltage obtained by the measurement of the limiting current characteristic was applied to each of the 30 oxygen sensors, and the output current in the atmosphere was measured. Table 4 shows the maximum value, average value, and variation coefficient of the output current. From Table 4, it can be seen that the oxygen sensor of the present invention has less variation in output current among sensors than conventional oxygen sensors using small holes or porous ceramics, and can be manufactured with good reproducibility.

【0040】さらに、目づまりに対する耐久性測定とし
て、酸素センサ30個を重油炊きボイラーの排気ガス中
に挿入し、酸素センサには限界電流特性測定によって得
られた最適印加電圧を印加して出力電流を測定した。第
5表は、3,5,10,20,30日後の出力電流が初
期の出力電流の半分以下になった酸素センサの個数を示
したものである。第5表より、本発明のセンサは、重油
炊きボイラーの排気ガス中というほこりやすすの非常に
多い雰囲気においても、従来の小孔や多孔質セラミック
スを用いる酸素センサのように目づまりにより出力電流
の低下もほとんど見られず、長期間にわたって安定した
出力を示すことがわかった。
Further, as a measure of durability against clogging, 30 oxygen sensors were inserted into the exhaust gas of a boiler cooked with heavy oil, and the oxygen sensor was applied with the optimum applied voltage obtained by the limiting current characteristic measurement to output current. Was measured. Table 5 shows the number of oxygen sensors whose output current after 3, 5, 10, 20, and 30 days became less than half of the initial output current. From Table 5, it can be seen that the output current of the sensor of the present invention is clogged by clogging like a conventional oxygen sensor using small holes or porous ceramics even in a very dusty and soot-rich atmosphere, such as in the exhaust gas of a heavy oil boiler. , And it was found that the output was stable over a long period of time.

【0041】実施例2 図7に示すような酸素センサ素子を作製した。本センサ
は、図5において酸素検出部と酸素制御スクリーンをガ
ラス7により接合した部分をセラミックペーストで接合
し、酸素検出部と酸素制御スクリーンの空間部bに多孔
質セラミック19を存在させたものである。さらに、ヒ
ーター13も酸素検出部の酸素制御スクリーンに接しな
い側にセラミックペーストをスクリーン印刷することに
より形成した多孔質セラミックス17の上に形成した。
上記の多孔質セラミックス17,19は、酸素の透過が
律速になることがないように十分な気孔を有するものと
した。
Example 2 An oxygen sensor element as shown in FIG. 7 was manufactured. In this sensor, the portion where the oxygen detection section and the oxygen control screen are bonded by the glass 7 in FIG. 5 is bonded with a ceramic paste, and a porous ceramic 19 is present in the space b between the oxygen detection section and the oxygen control screen. is there. Further, the heater 13 was also formed on the porous ceramics 17 formed by screen-printing a ceramic paste on the side of the oxygen detector not in contact with the oxygen control screen.
The porous ceramics 17 and 19 had sufficient pores so that the transmission of oxygen was not limited.

【0042】本センサにおいても実施例1と同様に、被
測定ガスの酸素濃度と一定の関係を有する限界電流が得
られた。
As in the first embodiment, a limit current having a certain relationship with the oxygen concentration of the gas to be measured was obtained in the present sensor.

【0043】また、実施例1と同様に、酸素センサの出
力電流のばらつきを測定した結果を第4表に示した。第
4表より、本発明の酸素センサは、従来の小孔や多孔質
セラミックスを用いる酸素センサに比べてセンサ間の出
力電流のばらつきが小さく、再現性良く製造することが
可能である。
Table 4 shows the results of measuring the variation in the output current of the oxygen sensor in the same manner as in Example 1. From Table 4, it can be seen that the oxygen sensor of the present invention has less variation in output current among sensors than conventional oxygen sensors using small holes or porous ceramics, and can be manufactured with good reproducibility.

【0044】さらに、実施例1と同様に、目づまりに対
する耐久性を測定した結果を、第5表に示した。第5表
より、本発明の酸素センサは、従来の小孔や多孔質セラ
ミックスを用いる酸素センサのように目づまりによる出
力電流の低下もほとんど見られず、長期間にわたって安
定した出力を示すことがわかった。
Further, the results of measuring the durability against clogging in the same manner as in Example 1 are shown in Table 5. From Table 5, it can be seen that the oxygen sensor of the present invention shows almost no decrease in output current due to clogging unlike the conventional oxygen sensor using small holes or porous ceramics, and shows stable output for a long period of time. all right.

【0045】実施例3 図8に示すような酸素センサ素子を作製した。本センサ
は、図5とほぼ同様の構造のセンサであるが、被検出ガ
スに直接さらされている導電体層12にほこりや塵、す
す等が体積するのを防止するために保護カバー23を設
けたものである。この保護カバー23は、導電体層12
に供給される酸素の透過を制限しないものが特に制限な
く使用される。一般には、SiO2 ・MgO,SiO2
・Al2 3 ,SiO2 ,ゼオライト等の多孔質セラミ
ックス、ステンレス等の金属のメッシュ、石綿等のセラ
ミックス綿等が好適に使用されるものである。
Example 3 An oxygen sensor element as shown in FIG. 8 was manufactured. This sensor is a sensor having substantially the same structure as that of FIG. 5, except that a protective cover 23 is provided to prevent dust, dust, soot and the like from being volumeized on the conductive layer 12 directly exposed to the gas to be detected. It is provided. This protective cover 23 is formed of the conductor layer 12.
Those that do not limit the permeation of oxygen supplied to the water are used without particular limitation. Generally, SiO 2 · MgO, SiO 2
· Al 2 O 3, SiO 2 , in which the porous ceramic such as zeolite, a metal mesh such as stainless steel, ceramics cotton such as asbestos can be suitably used.

【0046】本センサにおいても実施例1と同様に、被
測定ガスの酸素濃度と一定の関係を有する限界電流が得
られた。
Also in this sensor, a limit current having a certain relation with the oxygen concentration of the gas to be measured was obtained as in the first embodiment.

【0047】また、実施例1と同様に、酸素センサの出
力電流のばらつきを測定した結果を第4表に示した。第
4表より、本発明の酸素センサは、従来の小孔や多孔質
セラミックスを用いる酸素センサに比べてセンサ間の出
力電流のばらつきが小さく、再現性良く製造することが
可能である。
Table 4 shows the results of measuring the variation in the output current of the oxygen sensor in the same manner as in Example 1. From Table 4, it can be seen that the oxygen sensor of the present invention has less variation in output current among sensors than conventional oxygen sensors using small holes or porous ceramics, and can be manufactured with good reproducibility.

【0048】さらに、実施例1と同様に、目づまりに対
する耐久性を測定した結果を、第5表に示した。第5表
より、本発明の酸素センサは、従来の小孔や多孔質セラ
ミックスを用いる酸素センサのように目づまりによる出
力電流の低下もほとんど見られず、長期間にわたって安
定した出力を示すことがわかった。
Further, the results of measuring the durability against clogging in the same manner as in Example 1 are shown in Table 5. From Table 5, it can be seen that the oxygen sensor of the present invention shows almost no decrease in output current due to clogging unlike the conventional oxygen sensor using small holes or porous ceramics, and shows stable output for a long period of time. all right.

【0049】実施例4 図9に示すような酸素センサ素子を作製した。本センサ
は、酸素イオン透過層8は実施例1で用いた焼結体と同
じ材料、製造方法で、その形状が縦約4mm、横約3mm、
厚さ約0.6mmの直方体のものを用いた。この酸素イオ
ン透過層8の界面に導電体層11,12を、他方の面に
導電体層10,18を形成し、導電体層10,18の側
に緻密質セラミックス21を接合しその上にヒーター1
3を形成した。
Example 4 An oxygen sensor element as shown in FIG. 9 was manufactured. In this sensor, the oxygen ion permeable layer 8 is made of the same material and the same manufacturing method as the sintered body used in Example 1, and has a shape of about 4 mm in length, about 3 mm in width,
A rectangular parallelepiped having a thickness of about 0.6 mm was used. Conductor layers 11 and 12 are formed on the interface of the oxygen ion permeable layer 8, and conductor layers 10 and 18 are formed on the other surface. Dense ceramics 21 is joined to the conductor layers 10 and 18 side, and Heater 1
3 was formed.

【0050】本センサにおいても実施例1と同様に、被
測定ガスの酸素濃度と一定の関係を有する限界電流が得
られた。
In the present sensor, as in the case of the first embodiment, a limit current having a fixed relationship with the oxygen concentration of the gas to be measured was obtained.

【0051】また、実施例1と同様に、酸素センサの出
力電流のばらつきを測定した結果を第4表に示した。第
4表より、本発明の酸素センサは、従来の小孔や多孔質
セラミックスを用いる酸素センサに比べてセンサ間の出
力電流のばらつきが小さく、再現性良く製造することが
可能である。
Table 4 shows the results of measuring the variation in the output current of the oxygen sensor in the same manner as in Example 1. From Table 4, it can be seen that the oxygen sensor of the present invention has less variation in output current among sensors than conventional oxygen sensors using small holes or porous ceramics, and can be manufactured with good reproducibility.

【0052】さらに、実施例1と同様に、目づまりに対
する耐久性を測定した結果を、第5表に示した。第5表
より、本発明の酸素センサは、従来の小孔や多孔質セラ
ミックスを用いる酸素センサのように目づまりによる出
力電流の低下もほとんど見られず、長期間にわたって安
定した出力を示すことがわかった。
Further, the results of measuring the durability against clogging in the same manner as in Example 1 are shown in Table 5. From Table 5, it can be seen that the oxygen sensor of the present invention shows almost no decrease in output current due to clogging unlike the conventional oxygen sensor using small holes or porous ceramics, and shows stable output for a long period of time. all right.

【0053】実施例5 図10に示すような酸素センサ素子を作製した。本セン
サは、実施例4で用いた酸素イオン透過層と同様のもの
を2枚用い、その酸素イオン透過層8,9の片面にそれ
ぞれ導電体層12,11を形成した。酸素イオン透過層
8,9は導電体層11,12を形成した面を上にして一
方の側面をガラス7により接合する事により電気的に絶
縁し、導電体層11,12を形成していない側に図9に
おいては単独の導電体層として形成していた導電体層1
0,18を共通の導電体層として形成した。また、共通
の導電体層を10,18を形成した側には緻密質セラミ
ックス21を接合しその上にヒーター13を形成した。
Example 5 An oxygen sensor element as shown in FIG. 10 was manufactured. In this sensor, two layers similar to the oxygen ion permeable layer used in Example 4 were used, and conductor layers 12 and 11 were formed on one surface of the oxygen ion permeable layers 8 and 9, respectively. The oxygen ion permeable layers 8 and 9 are electrically insulated by bonding one side by glass 7 with the surfaces on which the conductor layers 11 and 12 are formed facing upward, and the conductor layers 11 and 12 are not formed. On the side, the conductor layer 1 formed as a single conductor layer in FIG.
0,18 were formed as a common conductor layer. On the side where the common conductor layers 10 and 18 were formed, dense ceramics 21 was joined, and the heater 13 was formed thereon.

【0054】本センサにおいても実施例1と同様に、被
測定ガスの酸素濃度と一定の関係を有する限界電流が得
られた。
In this sensor, as in the case of the first embodiment, a limit current having a fixed relationship with the oxygen concentration of the gas to be measured was obtained.

【0055】また、実施例1と同様に、酸素センサの出
力電流のばらつきを測定した結果を第4表に示した。第
4表より、本発明の酸素センサは、従来の小孔や多孔質
セラミックスを用いる酸素センサに比べてセンサ間の出
力電流のばらつきが小さく、再現性良く製造することが
可能である。
Table 4 shows the results of measuring the variation in the output current of the oxygen sensor in the same manner as in Example 1. From Table 4, it can be seen that the oxygen sensor of the present invention has less variation in output current among sensors than conventional oxygen sensors using small holes or porous ceramics, and can be manufactured with good reproducibility.

【0056】さらに、実施例1と同様に、目づまりに対
する耐久性を測定した結果を、第5表に示した。第5表
より、本発明の酸素センサは、従来の小孔や多孔質セラ
ミックスを用いる酸素センサのように目づまりによる出
力電流の低下もほとんど見られず、長期間にわたって安
定した出力を示すことがわかった。
Further, the results of measuring the durability against clogging in the same manner as in Example 1 are shown in Table 5. From Table 5, it can be seen that the oxygen sensor of the present invention shows almost no decrease in output current due to clogging unlike the conventional oxygen sensor using small holes or porous ceramics, and shows stable output for a long period of time. all right.

【0057】実施例6 図11に示すような酸素センサ素子を作製した。本セン
サは、筒状に作製したイオン透過層8の両面に導電体層
12,18を形成した酸素制御スクリーンの内側に、同
じ形状でイオン透過層8より小さく作製したイオン透過
層9の両面に電極11を形成した酸素センサ部を、ガラ
ス7により嵌合してなるものである。図9においては、
酸素制御スクリーンが外側で酸素センサ部が内側となっ
ているが、この構造が逆であった場合酸素制御スクリー
ンに接する側の酸素センサ部の電極を陰極、その逆を陽
極とすればなんら問題はない。
Example 6 An oxygen sensor element as shown in FIG. 11 was manufactured. This sensor is provided on the inside of an oxygen control screen in which conductor layers 12 and 18 are formed on both sides of a cylindrically formed ion permeable layer 8, and on both sides of an ion permeable layer 9 formed in the same shape but smaller than the ion permeable layer 8. The oxygen sensor section on which the electrode 11 is formed is fitted with the glass 7. In FIG.
The oxygen control screen is outside and the oxygen sensor part is inside, but if this structure is reversed, if the electrode of the oxygen sensor part on the side in contact with the oxygen control screen is the cathode and the reverse is the anode, there is no problem. Absent.

【0058】本センサにおいても実施例1と同様に、被
測定ガスの酸素濃度と一定の関係を有する限界電流が得
られた。
In the present sensor, as in the case of the first embodiment, a limit current having a fixed relationship with the oxygen concentration of the gas to be measured was obtained.

【0059】また、実施例1と同様に、酸素センサの出
力電流のばらつきを測定した結果を第4表に示した。第
4表より、本発明の酸素センサは、従来の小孔や多孔質
セラミックスを用いる酸素センサに比べてセンサ間の出
力電流のばらつきが小さく、再現性良く製造することが
可能である。
Table 4 shows the results of measuring the variation in the output current of the oxygen sensor in the same manner as in Example 1. From Table 4, it can be seen that the oxygen sensor of the present invention has less variation in output current among sensors than conventional oxygen sensors using small holes or porous ceramics, and can be manufactured with good reproducibility.

【0060】さらに、実施例1と同様に、目づまりに対
する耐久性を測定した結果を、第5表に示した。第5表
より、本発明の酸素センサは、従来の小孔や多孔質セラ
ミックスを用いる酸素センサのように目づまりによる出
力電流の低下もほとんど見られず、長期間にわたって安
定した出力を示すことがわかった。
Further, the results of measuring the durability against clogging in the same manner as in Example 1 are shown in Table 5. From Table 5, it can be seen that the oxygen sensor of the present invention shows almost no decrease in output current due to clogging unlike the conventional oxygen sensor using small holes or porous ceramics, and shows stable output for a long period of time. all right.

【0061】実施例7 イオン透過層8,9には、酸素イオン伝導体である酸化
ジルコニウムに酸化イットリウムを7mol%固溶した
(ZrO2 0.93(Y2 3 0.07の焼結体を、電極1
0,11、導電体層12,18には白金を用い、ヒータ
ー13、ガラス7,14は実施例1と同様にして、図5
に示した構造の酸素センサ素子を作製した。
Example 7 A sintered body of (ZrO 2 ) 0.93 (Y 2 O 3 ) 0.07 in which yttrium oxide was solid-dissolved in zirconium oxide as an oxygen ion conductor in a concentration of 7 mol% was used for the ion permeable layers 8 and 9. Electrode 1
5, platinum is used for the conductor layers 12 and 18, and the heater 13 and the glasses 7 and 14 are the same as in the first embodiment.
An oxygen sensor element having the structure shown in FIG.

【0062】ヒーター13には直流電流電圧を印加し、
素子を500℃に加熱した。実施例1と同様に、電極1
0を陰極、電極11を陽極として直流電圧を印加し、そ
の際流れる電流を電流計6に測定した。
A direct current voltage is applied to the heater 13,
The device was heated to 500C. As in the first embodiment, the electrode 1
A direct current voltage was applied with 0 as the cathode and the electrode 11 as the anode, and the current flowing at that time was measured by the ammeter 6.

【0063】その結果、図12に示したものと同様に、
各酸素濃度において限界電流が得られた。
As a result, similar to the one shown in FIG.
The limiting current was obtained at each oxygen concentration.

【0064】第2表は各酸素濃度で共通に限界電流の得
られる電圧1.3Vにおける限界電流値と酸素濃度の関
係を示したものである。図14は、第2表のデータを縦
軸に限界電流値(μA)、横軸に酸素濃度の関数−ln
(1−PO2/P)と酸素濃度(%)をとって示したもの
である。イオン透過層に(ZrO2 0.93(Y2 3
0.07を用いた本素子は(CeO2 0.7 (CaO)0.3
を用いた素子よりは素子温度が高温ではあるが、大きな
限界電流値を示し、図14のような検量線が得られた。
Table 2 shows the relationship between the limiting current value and the oxygen concentration at a voltage of 1.3 V at which a limiting current is obtained in common at each oxygen concentration. FIG. 14 shows the limit current value (μA) on the ordinate and the oxygen concentration function −ln on the abscissa.
It illustrates taking (1-PO 2 / P) and oxygen concentration (%). (ZrO 2 ) 0.93 (Y 2 O 3 )
This element using 0.07 is (CeO 2 ) 0.7 (CaO) 0.3
Although the device temperature was higher than that of the device using, a large limit current value was shown, and a calibration curve as shown in FIG. 14 was obtained.

【0065】実施例8 電極10,11、導電体層12,18には、ペロブスカ
イト型酸化物であるLa0.6 Sr0.4 CoO3 と白金の
複合組成物を、イオン透過層8,9には(CeO2
0.7 (CaO)0.3 の焼結体を用い、ヒーター13、ガ
ラス7,14は実施例1と同様にして、図5に示した構
造の酸素センサを作製した。
[0065] Example 8 electrodes 10 and 11, the conductor layer 12 and 18, a La 0.6 Sr 0.4 CoO 3 and complex composition of platinum is perovskite-type oxide, the ion permeable layer 8, 9 (CeO 2 )
An oxygen sensor having the structure shown in FIG. 5 was manufactured by using a sintered body of 0.7 (CaO) 0.3 and using the heater 13 and the glasses 7 and 14 in the same manner as in Example 1.

【0066】電極10,11、導電体層12,18に用
いた複合組成物は、炭酸ランタン、炭酸ストロンチウ
ム、酢酸コバルトを所定のモル比で混合し、焼成、粉砕
して得られたペロブスカイト型酸化物La0.6 Sr0.4
CoO3 の粉末と、白金ペーストを重量比2:8で混合
しペースト化したものを、スクリーン印刷により形成し
たものである。
The composite composition used for the electrodes 10 and 11 and the conductor layers 12 and 18 was obtained by mixing lanthanum carbonate, strontium carbonate, and cobalt acetate at a predetermined molar ratio, and firing and pulverizing the perovskite-type oxide. Product La 0.6 Sr 0.4
The powder obtained by mixing CoO 3 powder and platinum paste at a weight ratio of 2: 8 to form a paste was formed by screen printing.

【0067】ヒーター13には直流電圧を印加し、素子
を400℃に加熱した。実施例1と同様に、電極10を
陰極、電極11を陽極として直流電圧を印加し、その際
流れる電流を電流計6で測定した。
A direct current voltage was applied to the heater 13 to heat the element to 400.degree. As in Example 1, a DC voltage was applied using the electrode 10 as a cathode and the electrode 11 as an anode, and the current flowing at that time was measured with an ammeter 6.

【0068】その結果、図12に示したものと同様に、
各酸素濃度において限界電流が得られた。
As a result, similar to the one shown in FIG.
The limiting current was obtained at each oxygen concentration.

【0069】第3表は各酸素濃度で共通に限界電流の得
られる電圧1.0Vにおける限界電流値と酸素濃度の関
係を示したものである。図15は、第3表のデータを縦
軸に限界電流値(μA)、横軸に酸素濃度の関数−ln
(1−PO2/P)と酸素濃度(%)をとって示したもの
である。電極に複合電極を用いた本素子は白金電極を用
いた素子よりも素子温度が低いにもかかわらず大きな限
界電流値を示し、さらに図15に示すような検量線が得
られた。
Table 3 shows the relationship between the limiting current value and the oxygen concentration at a voltage of 1.0 V at which a limiting current can be obtained in common at each oxygen concentration. FIG. 15 shows the data of Table 3 on the vertical axis as the limiting current value (μA) and on the horizontal axis as a function of oxygen concentration −ln.
It illustrates taking (1-PO 2 / P) and oxygen concentration (%). This device using the composite electrode as the electrode showed a large limit current value despite the device temperature being lower than the device using the platinum electrode, and a calibration curve as shown in FIG. 15 was obtained.

【0070】実施例9 図1に示した構造の水素センサを作製した。イオン伝導
体8,9にはプロトン導電体であるアンチモン(Sb2
5 ・nH2 O)にテフロン粉末を混合したものを用い
た。陽陰電極10,11、導電体層12,18には白金
ブラックを用い、プロトン導電体を直径5mmの円盤状に
成型する際に同時に形成した。イオン伝導体8,9は、
単位時間当りのイオン透過量に差を持たせるために、イ
オン伝導体8をイオン伝導体9に比べて厚みを厚くし
た。実施例1と同様にガラス7によりセンサ部とイオン
透過層とを接合し、その側面をガラス14により封止し
た。ガラス7,14は250℃で焼結することによりガ
スの透過のない緻密なものとなった。
Example 9 A hydrogen sensor having the structure shown in FIG. 1 was manufactured. The ionic conductors 8 and 9 include antimony (Sb 2 ) which is a proton conductor.
It was a mixture of Teflon powder O 5 · nH 2 O). Platinum black was used for the positive and negative electrodes 10 and 11 and the conductor layers 12 and 18, and the proton conductor was formed at the same time as forming a disk having a diameter of 5 mm. The ion conductors 8, 9 are
The ion conductor 8 was made thicker than the ion conductor 9 in order to have a difference in the amount of ion permeated per unit time. The sensor portion and the ion permeable layer were joined by the glass 7 in the same manner as in Example 1, and the side surface was sealed by the glass 14. Glasses 7 and 14 were sintered at 250 ° C. and became dense without gas permeation.

【0071】本センサにおいても電極10を陽極、電極
11を陰極として直流電圧5を印加し、実施例1と同様
の方法で限界電流特性を測定した結果、被測定ガス中の
水素濃度と一定の関係を有する限界電流が得られた。そ
の際の水素濃度と限界電流値の関係を第6表に示した。
Also in this sensor, a DC voltage 5 was applied using the electrode 10 as the anode and the electrode 11 as the cathode, and the limiting current characteristic was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the hydrogen concentration in the gas to be measured was kept constant. A relevant limiting current is obtained. Table 6 shows the relationship between the hydrogen concentration and the limiting current value at that time.

【0072】図16は、第6表を縦軸に限界電流(μ
A)、横軸下線に水素濃度の関数−ln (1−PO2
P)〔Pは被測定ガスの全圧、PO2は水素分圧を夫々表
す〕と同じく横軸上線に水素濃度(%)をとって示した
ものである。図16は、水素濃度が未知の被測定ガスの
水素濃度を測定する際の検量線として用いられる。つま
り上記水素センサの被測定ガス中での限界電流値を測定
することにより、水素濃度未知の被測定ガスの水素濃度
を測定することができる。
FIG. 16 shows the limiting current (μ
A), the function of the hydrogen concentration -ln (1-PO 2 /
P) [P is total pressure, PO 2 represents respectively a hydrogen partial pressure in the measurement gas] illustrates taking the hydrogen concentration in the same horizontal axis upper line (%). FIG. 16 is used as a calibration curve when measuring the hydrogen concentration of the gas to be measured whose hydrogen concentration is unknown. That is, by measuring the limiting current value of the hydrogen sensor in the gas to be measured, the hydrogen concentration of the gas to be measured whose hydrogen concentration is unknown can be measured.

【0073】さらに、本センサは水素だけではなく、一
酸化炭素、エタノールなどの可燃性ガスに対しても感度
を有することがわかった。
Further, it was found that this sensor has sensitivity not only to hydrogen but also to combustible gases such as carbon monoxide and ethanol.

【0074】実施例10 図6に示すような構造のフッ素ガスセンサを作製した。
イオン伝導体8,9にはフッ素イオン導電体であるCa
2 にNaFをドープしたものを用い、直径5mm、厚さ
0.4mmの円盤状に成型し、900℃で焼結した。イオ
ン伝導体8はイオン伝導体9に比べて単位時間当りのイ
オン透過量を少なくする必要があるため、NaFのドー
プ量を変化させることで輸率を変化させた。実際には、
イオン伝導体8はNaFを0.5%、イオン伝導体9は
NaFを1%ドープした。電極10,11、導電体層1
2,18には白金を用い、スクリーン印刷し、800℃
で焼付けを行うことによって形成した。センサ部とイオ
ン透過層はガラス7により接合し、その側面をガラス1
4で密封して、620℃で焼結することにより、ガスの
透過のない緻密なものとなった。
Example 10 A fluorine gas sensor having a structure as shown in FIG. 6 was manufactured.
The ion conductors 8 and 9 include fluorine ion conductor Ca
Used doped with NaF to F 2, and molded into a disk having a diameter of 5 mm, a thickness of 0.4 mm, sintered at 900 ° C.. Since the ion conductor 8 needs to have a smaller ion permeation amount per unit time than the ion conductor 9, the transport number was changed by changing the doping amount of NaF. actually,
The ion conductor 8 was doped with 0.5% of NaF, and the ion conductor 9 was doped with 1% of NaF. Electrodes 10, 11, conductor layer 1
Screen printing using platinum for 2, 18 and 800 ° C
Formed by baking. The sensor section and the ion permeable layer are joined by glass 7,
4 and sintering at 620 ° C., it became dense without gas permeation.

【0075】本センサはヒーター13に直流電圧16を
印加することによりセンサ素子を450℃に加熱した。
また、導電体層12でのイオン化を促進するために、検
出ガス制御スクリーンの両面に形成された導電体層1
2,18の間に直流電圧22で1Vを印加した。
This sensor heated the sensor element to 450 ° C. by applying a DC voltage 16 to the heater 13.
Further, in order to promote ionization in the conductor layer 12, the conductor layers 1 formed on both sides of the detection gas control screen are provided.
1V was applied between DC and DC voltage 22 between 2 and 18.

【0076】本センサにおいても電極10を陰極、電極
11を陽極として直流電圧5を印加して、実施例1と同
様に限界電流特性を測定した。その結果、被測定ガス中
のフッ素濃度に依存した限界電流が得られた。その時の
フッ素ガス濃度と限界電流値の関係を第7表に示した。
In this sensor, the limiting current characteristic was measured in the same manner as in Example 1 by applying a DC voltage 5 with the electrode 10 serving as a cathode and the electrode 11 serving as an anode. As a result, a limiting current depending on the fluorine concentration in the gas to be measured was obtained. Table 7 shows the relationship between the fluorine gas concentration and the limiting current value at that time.

【0077】図17は、第7表を縦軸に限界電流(μ
A)、横軸下線にフッ素濃度の関数−ln (1−PO2
P)〔Pは被測定ガスの全圧、PO2はフッ素分圧を夫々
表す〕と同じく横軸上線にフッ素濃度(%)をとって示
したものである。図17は、フッ素濃度が未知の被測定
ガスのフッ素濃度を測定する際の検量線として用いられ
る。つまり上記フッ素センサの被測定ガス中での限界電
流値を測定することにより、フッ素濃度未知の被測定ガ
スのフッ素濃度を測定することができる。
FIG. 17 shows the limit current (μ
A), a function of fluorine concentration on the horizontal axis underlined -ln (1-PO 2 /
P) [P is total pressure, PO 2 represents respectively fluorine partial pressure in the measurement gas] illustrates taking the fluorine concentration in the same horizontal axis upper line (%). FIG. 17 is used as a calibration curve when measuring the fluorine concentration of the gas to be measured whose fluorine concentration is unknown. That is, by measuring the limit current value of the fluorine sensor in the gas to be measured, the fluorine concentration of the gas to be measured whose fluorine concentration is unknown can be measured.

【表1】 [Table 1]

【表2】 [Table 2]

【表3】 [Table 3]

【表4】 [Table 4]

【表5】 [Table 5]

【表6】 [Table 6]

【表7】 [Table 7]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の限界電流式固体電解質ガスセンサの基
本構成を示す概念図
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a basic configuration of a limiting current type solid electrolyte gas sensor of the present invention.

【図2】本発明のガスセンサの基本構成を示す概念図FIG. 2 is a conceptual diagram showing a basic configuration of a gas sensor of the present invention.

【図3】従来の限界電流式固体電解質ガスセンサの概念
FIG. 3 is a conceptual diagram of a conventional limiting current type solid electrolyte gas sensor.

【図4】従来の限界電流式固体電解質ガスセンサの概念
FIG. 4 is a conceptual diagram of a conventional limiting current type solid electrolyte gas sensor.

【図5】本発明の限界電流式固体電解質ガスセンサの他
の態様を示す図
FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the limiting current type solid electrolyte gas sensor of the present invention.

【図6】本発明の限界電流式固体電解質ガスセンサの他
の態様を示す図
FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the limiting current type solid electrolyte gas sensor of the present invention.

【図7】本発明の限界電流式固体電解質ガスセンサの他
の態様を示す図
FIG. 7 is a diagram showing another embodiment of the limiting current type solid electrolyte gas sensor of the present invention.

【図8】本発明の限界電流式固体電解質ガスセンサの他
の態様を示す図
FIG. 8 is a diagram showing another embodiment of the limiting current type solid electrolyte gas sensor of the present invention.

【図9】本発明の限界電流式固体電解質ガスセンサの他
の態様を示す図
FIG. 9 is a diagram showing another embodiment of the limiting current type solid electrolyte gas sensor of the present invention.

【図10】本発明の限界電流式固体電解質ガスセンサの
他の態様を示す図
FIG. 10 is a diagram showing another embodiment of the limiting current type solid electrolyte gas sensor of the present invention.

【図11】本発明の限界電流式固体電解質ガスセンサの
他の態様を示す図
FIG. 11 is a diagram showing another embodiment of the limiting current type solid electrolyte gas sensor of the present invention.

【図12】実施例1の酸素センサにおける被検体混合ガ
ス中の酸素濃度の異なる例に対する電圧と電流の関係を
示す図
FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between a voltage and a current for an example in which the oxygen concentration in the sample mixed gas is different in the oxygen sensor according to the first embodiment.

【図13】実施例1における限界電流密度と酸素濃度と
の関係を表す図
FIG. 13 is a diagram illustrating a relationship between a limiting current density and an oxygen concentration in the first embodiment.

【図14】実施例7における限界電流密度と酸素濃度と
の関係を表す図
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a limit current density and an oxygen concentration in Example 7.

【図15】実施例8における限界電流密度と酸素濃度と
の関係を表す図
FIG. 15 is a diagram showing a relationship between a limit current density and an oxygen concentration in Example 8.

【図16】実施例9における限界電流密度と酸素濃度と
の関係を表す図
FIG. 16 is a diagram showing a relationship between a limit current density and an oxygen concentration in Example 9.

【図17】実施例10における限界電流密度と酸素濃度
との関係を表す図
FIG. 17 is a diagram showing a relationship between a limit current density and an oxygen concentration in Example 10.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 イオン透過層(固体電解質膜) 2 電極 3 電極 4 キャップ 5 電源 6 電流計 7 封止材 8 イオン透過層(固体電解質膜) 9 イオン透過層(固体電解質膜) 10 電極 11 電極 12 多孔性導電体 13 ヒーター 14 ケーシング 15 リード線 16 電源 17 絶縁性の多孔質体 18 多孔性導電体 19 スペーサー 20 多孔質セラミックス a キャピラリー b 間隙部 c 間隙部 Reference Signs List 1 ion permeable layer (solid electrolyte membrane) 2 electrode 3 electrode 4 cap 5 power supply 6 ammeter 7 sealing material 8 ion permeable layer (solid electrolyte membrane) 9 ion permeable layer (solid electrolyte membrane) 10 electrode 11 electrode 12 porous conductive Body 13 Heater 14 Casing 15 Lead wire 16 Power supply 17 Insulating porous body 18 Porous conductor 19 Spacer 20 Porous ceramic a Capillary b Gap c Gap

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被測定混合ガスに含まれる検出ガスのイ
オン又は、検出ガスの電極反応により生成するイオンを
選択的に透過し得る固体電解質膜の両面に多孔性導体が
各々存在し、且つ両導体は検出ガスの酸化及び還元に要
する電位を形成するように電気的に接続された構造より
なる検出ガス制御スクリーンと、固体電解質ガスセンサ
の検出部とを有し、 前記検出部のイオン化電極に供給
される検出ガスの全量が前記検出ガス制御スクリーンを
イオンとして透過したガスよりなるように構成され、
つ検出ガス制御スクリーンの固体電解質膜の単位時間当
りのイオン透過量は、作動条件下にあって、検出部のイ
オン透過量よりも小さくなるよう構成されていることを
特徴とする固体電解質ガスセンサ。
1. A porous conductor is present on both surfaces of a solid electrolyte membrane capable of selectively transmitting ions of a detection gas contained in a gas mixture to be measured or ions generated by an electrode reaction of the detection gas, and both porous conductors are provided. The conductor has a detection gas control screen having a structure electrically connected so as to form a potential required for oxidation and reduction of the detection gas, and a detection unit of the solid electrolyte gas sensor, and is supplied to the ionization electrode of the detection unit.
The entire amount of the detected gas is detected by the detection gas control screen.
The detection gas control screen is configured so as to be composed of gas permeated as ions, and the ion permeation amount per unit time of the solid electrolyte membrane of the detection gas control screen is smaller than the ion permeation amount of the detection unit under the operating condition. A solid electrolyte gas sensor characterized in that:
【請求項2】 被測定混合ガスに含まれる検出ガスの電
極反応により生成するイオンを選択的に透過し得る固体
電解質膜の両面に多孔性導電体が各々存在し、且つ両導
電体は検出ガスの酸化及び還元に要する電位を形成する
ように電気的に接続された構造よりなる検出ガス制御ス
クリーンを通して、固体電解質ガスセンサの検出部のイ
オン化電極へ検出ガスの全量を供給し、該検出部におい
て、供給される検出ガスの供給速度よりも速い速度で汲
み出すことにより生ずる限界電流値を測定することを特
徴とする被測定混合ガス中の検出ガス濃度の測定方法。
2. A porous electrolyte is present on both sides of a solid electrolyte membrane capable of selectively transmitting ions generated by an electrode reaction of a detection gas contained in a mixed gas to be measured, and both conductors are detection gases. Of the detection unit of the solid electrolyte gas sensor through a detection gas control screen having a structure electrically connected to form a potential required for oxidation and reduction of the gas.
Supply the entire amount of the detection gas to the ON electrode, and
Pump at a speed higher than the supply speed of the supplied detection gas.
A method for measuring a concentration of a detected gas in a mixed gas to be measured, wherein a limit current value generated by the detection is measured.
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