JP2881426B2 - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
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- JP2881426B2 JP2881426B2 JP2140379A JP14037990A JP2881426B2 JP 2881426 B2 JP2881426 B2 JP 2881426B2 JP 2140379 A JP2140379 A JP 2140379A JP 14037990 A JP14037990 A JP 14037990A JP 2881426 B2 JP2881426 B2 JP 2881426B2
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- oxygen sensor
- electrode
- delay
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （発明の利用分野） 本発明は、内燃機関等の排気ガス中の酸素濃度を測定
する酸素センサに関する。
する酸素センサに関する。
（従来技術） 従来から、自動車排気ガスの空燃比を検知するセンサ
としてジルコニア焼結体等の固体電解質（イオン伝導固
体質）の表面に一対の多孔質の電極を設け、排気ガス側
の電極上には酸素の拡散を律速する多孔質の拡散律速層
が設けられた限界電流式酸素センサが提案されている。
としてジルコニア焼結体等の固体電解質（イオン伝導固
体質）の表面に一対の多孔質の電極を設け、排気ガス側
の電極上には酸素の拡散を律速する多孔質の拡散律速層
が設けられた限界電流式酸素センサが提案されている。
この酸素センサの構造について第１図の断面図をもと
に説明すると、第１図によれば、ジルコニア質固体電解
質１の両面に白金（Pt）等からなる測定用電極２と基準
用電極３とが被着形成され、さらに被測定ガスを拡散律
速するために、測定用電極２の表面にスピネル等から構
成される拡散律速層４が形成される。センサ本体Ａに
は、内部に大気導入孔５が設けられ、大気が基準用電極
３と、測定用ガスが拡散律速層４を介して測定用電極２
と接するように構成されている。
に説明すると、第１図によれば、ジルコニア質固体電解
質１の両面に白金（Pt）等からなる測定用電極２と基準
用電極３とが被着形成され、さらに被測定ガスを拡散律
速するために、測定用電極２の表面にスピネル等から構
成される拡散律速層４が形成される。センサ本体Ａに
は、内部に大気導入孔５が設けられ、大気が基準用電極
３と、測定用ガスが拡散律速層４を介して測定用電極２
と接するように構成されている。
また、上記の酸素センサＡには、表面に付着した汚染
物質の除去や低温におけるガス感応性を向上させるため
に、酸素センサ自体を800℃程度に加熱するために内部
に白金やタングステン等の発熱抵抗体６を内蔵したヒー
タＢを併設する場合もある。
物質の除去や低温におけるガス感応性を向上させるため
に、酸素センサ自体を800℃程度に加熱するために内部
に白金やタングステン等の発熱抵抗体６を内蔵したヒー
タＢを併設する場合もある。
このような酸素センサの特性評価の１つに第２図に示
すＶ−Ｉ特性が挙げられる。このＶ−Ｉ特性は、電極間
に電圧（Ｖ）を印加しその時に電極間に流れる電流値
（Ｉ）を測定することにより得られ、原理的には第２図
の線ａに示すように直線性を示し作動温度によってその
傾きが大きくなる傾向にある。また酸素センサの特性の
点からは電流値の検知幅を拡げ、測定精度を高める上で
センサの抵抗を下げ、直線の傾きを大きくすることが望
ましい。
すＶ−Ｉ特性が挙げられる。このＶ−Ｉ特性は、電極間
に電圧（Ｖ）を印加しその時に電極間に流れる電流値
（Ｉ）を測定することにより得られ、原理的には第２図
の線ａに示すように直線性を示し作動温度によってその
傾きが大きくなる傾向にある。また酸素センサの特性の
点からは電流値の検知幅を拡げ、測定精度を高める上で
センサの抵抗を下げ、直線の傾きを大きくすることが望
ましい。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、現実的にはこのＶ−Ｉ特性は第２図の
線ｂに示すように、直線性を示さず、電圧Ｖを高くする
に従って電流値Ｉが追随せず、次第に遅れる傾向にあ
る。このような遅れは分極により発生しており、この遅
れが大きくなると抵抗の経時変化が大きくなるために、
センサとしての測定精度や安定性に欠けるといった問題
があった。
線ｂに示すように、直線性を示さず、電圧Ｖを高くする
に従って電流値Ｉが追随せず、次第に遅れる傾向にあ
る。このような遅れは分極により発生しており、この遅
れが大きくなると抵抗の経時変化が大きくなるために、
センサとしての測定精度や安定性に欠けるといった問題
があった。
そこで、従来から電極の組成等を変更するなど各種の
改良がなされているが、十分な効果は得られていない。
改良がなされているが、十分な効果は得られていない。
（問題点を解決するための手段） 本発明者等は、上記の問題点に対し検討を重ねた結
果、拡散律速された被測定ガスに晒される測定用電極の
面積（So）を標準空気に晒される基準用電極の面積（S
i）より大きくするに従い、Ｖ−Ｉ特性に於ける電流値
の遅れがなくなり、直線性を高められることを知見し
た。
果、拡散律速された被測定ガスに晒される測定用電極の
面積（So）を標準空気に晒される基準用電極の面積（S
i）より大きくするに従い、Ｖ−Ｉ特性に於ける電流値
の遅れがなくなり、直線性を高められることを知見し
た。
ジルコニア質固体電解質の表面に一対の多孔質電極が
形成されてなるセル部を具備した酸素センサにおいて、
前記一対の多孔質電極のうち拡散律速された被測定ガス
に接する側の電極面積をS0、標準空気に接する側の電極
面積をSiとしたとき、S0/Siで表される面積比率が1.1以
上であるとともに、Ｖ（電圧）−Ｉ（電流）特性の実測
線のＶ＝０の接線に対するＶ＝1.0における接線からの
遅れｉが3mAよりも小さいことを特徴とするものであ
る。なお、この面積比率が過大なもの作成するには、内
部電極に比較して外部電極をかなり大きくしなければな
らず、コストアップにもつながるために上記面積比率は
1.3〜3.0であることが望ましい。
形成されてなるセル部を具備した酸素センサにおいて、
前記一対の多孔質電極のうち拡散律速された被測定ガス
に接する側の電極面積をS0、標準空気に接する側の電極
面積をSiとしたとき、S0/Siで表される面積比率が1.1以
上であるとともに、Ｖ（電圧）−Ｉ（電流）特性の実測
線のＶ＝０の接線に対するＶ＝1.0における接線からの
遅れｉが3mAよりも小さいことを特徴とするものであ
る。なお、この面積比率が過大なもの作成するには、内
部電極に比較して外部電極をかなり大きくしなければな
らず、コストアップにもつながるために上記面積比率は
1.3〜3.0であることが望ましい。
（作用） 本発明における酸素センサは、各電極面積を上記の範
囲に設定することによりＶ−Ｉ特性の直線性が向上した
理由は定かではないが、電極間に電圧を印加した際に被
測定ガス中の酸素が測定用電極側でイオン化されイオン
電流を生じる時の効率がその電極面積を大きくすること
により向上したためと考えられる。
囲に設定することによりＶ−Ｉ特性の直線性が向上した
理由は定かではないが、電極間に電圧を印加した際に被
測定ガス中の酸素が測定用電極側でイオン化されイオン
電流を生じる時の効率がその電極面積を大きくすること
により向上したためと考えられる。
以下、本発明を次の例で説明する。
（実施例） Y2O3を５モル％の割合で含むジルコニア（ZrO2）質原
料を用いて、ドクターブレード法によって厚さ100μｍ
の生成形体を作成した。この成形体の表面に白金粉末
と、必要に応じてZrO2や所定量のバインダー、溶剤とか
らなる白金ペーストを用いてその両面に測定用電極と基
準用電極をそれぞれの電極面積比率が第１表になるよう
にスクリーン印刷した。その後、大気導入孔や測定用ガ
ス導入孔を形成したシート成形体等を第１図に基づき積
層し、酸素センサ用成形体Ａを作製した。
料を用いて、ドクターブレード法によって厚さ100μｍ
の生成形体を作成した。この成形体の表面に白金粉末
と、必要に応じてZrO2や所定量のバインダー、溶剤とか
らなる白金ペーストを用いてその両面に測定用電極と基
準用電極をそれぞれの電極面積比率が第１表になるよう
にスクリーン印刷した。その後、大気導入孔や測定用ガ
ス導入孔を形成したシート成形体等を第１図に基づき積
層し、酸素センサ用成形体Ａを作製した。
一方、アルミナ粉末を用いてドクターブレード法によ
って100μｍの厚さの成形体を作成した。得られた各成
形体の表面に前記白金ペーストと同じものを用いてスク
リーン印刷法で発熱抵抗体のパターンを形成し、さらに
そのパターン上に同じ成形体を重ね、ヒータ用成形体Ｂ
を作製した。
って100μｍの厚さの成形体を作成した。得られた各成
形体の表面に前記白金ペーストと同じものを用いてスク
リーン印刷法で発熱抵抗体のパターンを形成し、さらに
そのパターン上に同じ成形体を重ね、ヒータ用成形体Ｂ
を作製した。
このようにして得られたセンサ成形体とヒータ成形体
を重ね合わせ、焼成温度1300〜1500℃で大気中で３時間
時間焼成した。
を重ね合わせ、焼成温度1300〜1500℃で大気中で３時間
時間焼成した。
得られた各試料に対して0.2V/secで電圧を上げながら
Ｖ−Ｉ特性を測定し、第２図に示すように得られた実測
線ｂのＶ＝０における接線ａに対して、Ｖ＝1.0（Ｖ）
における直線からの遅れｉを測定した。
Ｖ−Ｉ特性を測定し、第２図に示すように得られた実測
線ｂのＶ＝０における接線ａに対して、Ｖ＝1.0（Ｖ）
における直線からの遅れｉを測定した。
なお、各サンプルについてセンサの抵抗が30Ωになる
ようにセンサの温度を調整して200個作成し、そのうち
遅れｉが3mA以上となるものを不良品、遅れｉが3mAより
も小さいものを良品と判定しその良品率を算出した。
ようにセンサの温度を調整して200個作成し、そのうち
遅れｉが3mA以上となるものを不良品、遅れｉが3mAより
も小さいものを良品と判定しその良品率を算出した。
結果は第１表に示した。
第１表の結果によれば、電極の面積比率（So/Si）が
１以下の試料No.1、２では実測線ｂの接線ａからの遅れ
ｉが大きいのに対して、その面積比率が1.1以上では実
測線ｂの接線ａからの遅れｉが3mAに近くなり、特に面
積比率1.3以上で優れた直線性を示した。
１以下の試料No.1、２では実測線ｂの接線ａからの遅れ
ｉが大きいのに対して、その面積比率が1.1以上では実
測線ｂの接線ａからの遅れｉが3mAに近くなり、特に面
積比率1.3以上で優れた直線性を示した。
（発明の効果） 以上述べた通り、本発明の酸素センサは、測定用電極
と基準用電極との面積比を特定の範囲に設定することに
よって、Ｖ−Ｉ特性において直線性を調整することがで
き、酸素センサとしての測定精度および安定性を高める
ことができる。
と基準用電極との面積比を特定の範囲に設定することに
よって、Ｖ−Ｉ特性において直線性を調整することがで
き、酸素センサとしての測定精度および安定性を高める
ことができる。
第１図は、酸素センサの一般的構造を説明するための断
面図であり、第２図は、酸素センサのＶ−Ｉ特性を説明
するための図である。 １……ジルコニア質固体電解質 ２……測定用電極 ３……基準用電極 ４……拡散律速層 ５……発熱抵抗体 Ａ……酸素センサ Ｂ……ヒータ
面図であり、第２図は、酸素センサのＶ−Ｉ特性を説明
するための図である。 １……ジルコニア質固体電解質 ２……測定用電極 ３……基準用電極 ４……拡散律速層 ５……発熱抵抗体 Ａ……酸素センサ Ｂ……ヒータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 27/41
Claims (1)
- 【請求項１】ジルコニア質固体電解質の表面に一対の多
孔質電極が形成されてなるセル部を具備した酸素センサ
において、前記一対の多孔質電極のうち拡散律速された
被測定ガスに接する側の電極面積をS0、標準空気に接す
る側の電極面積をSiとしたとき、S0/Siで表される面積
比率が1.1以上であるとともに、Ｖ（電圧）−Ｉ（電
流）特性の実測線のＶ＝０の接線に対するＶ＝1.0にお
ける接線からの遅れｉが3mAよりも小さいことを特徴と
する酸素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2140379A JP2881426B2 (ja) | 1990-05-30 | 1990-05-30 | 酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2140379A JP2881426B2 (ja) | 1990-05-30 | 1990-05-30 | 酸素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0432759A JPH0432759A (ja) | 1992-02-04 |
| JP2881426B2 true JP2881426B2 (ja) | 1999-04-12 |
Family
ID=15267451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2140379A Expired - Fee Related JP2881426B2 (ja) | 1990-05-30 | 1990-05-30 | 酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2881426B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004085493A (ja) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Kyocera Corp | 酸素センサ素子 |
| JP3898603B2 (ja) * | 2002-08-28 | 2007-03-28 | 京セラ株式会社 | 酸素センサ素子 |
| JP2004085494A (ja) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Kyocera Corp | 酸素センサ素子 |
| JP3898613B2 (ja) * | 2002-09-25 | 2007-03-28 | 京セラ株式会社 | 酸素センサ素子 |
-
1990
- 1990-05-30 JP JP2140379A patent/JP2881426B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0432759A (ja) | 1992-02-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090205 Year of fee payment: 10 |
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