JP2948984B2 - 窒素酸化物検出センサ - Google Patents
窒素酸化物検出センサInfo
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- Japan
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本願は、窒素酸化物低減技術、窒
素酸化物分解技術等の分野に使用される窒素酸化物の検
出に関するものである。
素酸化物分解技術等の分野に使用される窒素酸化物の検
出に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】排ガス中等の窒素酸化物濃度を測定する
ための手法としては、化学発光方式、赤外線吸収方式、
紫外線吸収方式、定電位電解方式、定電位電量方式等が
知られている。
ための手法としては、化学発光方式、赤外線吸収方式、
紫外線吸収方式、定電位電解方式、定電位電量方式等が
知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ここで、化学発光式の
ものは、最も精度が高く、信頼性も高く、現在最も有力
な方法とされているが、オゾン発生器、光電子倍増管、
高電圧源などを要し、小型化、低価格化、メンテナンス
条件に限界がある。一方、吸光法は検出閾が高く、補正
も必要である。また、厳密な精度を必要としない場合に
は、定電位電解方式が簡便であるが、電極性能の経時変
化、電解質溶液のメンテナンスに難がある。そして、こ
れらの方式に使用される機器は、価格が数十万円〜数百
万円もする点問題があるとともに、測定精度が高い反
面、ドリフトを生ずるために補正が必要であったり、耐
久性を欠く欠点を有している。
ものは、最も精度が高く、信頼性も高く、現在最も有力
な方法とされているが、オゾン発生器、光電子倍増管、
高電圧源などを要し、小型化、低価格化、メンテナンス
条件に限界がある。一方、吸光法は検出閾が高く、補正
も必要である。また、厳密な精度を必要としない場合に
は、定電位電解方式が簡便であるが、電極性能の経時変
化、電解質溶液のメンテナンスに難がある。そして、こ
れらの方式に使用される機器は、価格が数十万円〜数百
万円もする点問題があるとともに、測定精度が高い反
面、ドリフトを生ずるために補正が必要であったり、耐
久性を欠く欠点を有している。
【０００４】従って本発明の目的は、比較的構造が簡単
であるとともに、安価な窒素酸化物検出センサを得るこ
とにある。
であるとともに、安価な窒素酸化物検出センサを得るこ
とにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの窒素酸化物検出センサの特徴構成は、電気導電性あ
るいは半導電性を備えた
めの窒素酸化物検出センサの特徴構成は、電気導電性あ
るいは半導電性を備えた
【０００６】
【化２】
【０００７】（ＡはIVｂ族元素より選ばれた一種類以上
の元素、Ａ'はIIａ属元素より選ばれた一種類以上の元
素、ｘは０〜２、ｎは１以上、δは０〜０．２）により
表される複合酸化物を主成分とするガス検出部と、ガス
検出部と電気的に接続された電極より構成されることを
特徴とすることにあり、その作用・効果は以下のとおり
である。
の元素、Ａ'はIIａ属元素より選ばれた一種類以上の元
素、ｘは０〜２、ｎは１以上、δは０〜０．２）により
表される複合酸化物を主成分とするガス検出部と、ガス
検出部と電気的に接続された電極より構成されることを
特徴とすることにあり、その作用・効果は以下のとおり
である。
【０００８】
【作用】このセンサのガス検出部に採用される複合酸化
物は、結晶構造中に層状の酸素格子欠陥構造を有してお
り、この酸素欠陥部位に窒素酸化物分子が可逆的に配位
・脱離する。この反応は気相中の窒素酸化物の濃度に応
じたものであり、可逆的な反応である。ここで、この反
応が起こると、ガス検出部は、気相中の窒素酸化物の濃
度に応じて電気抵抗値が変化する。この電気抵抗値の変
化が、センサに備えられている電極を利用して検出さ
れ、センサが窒素酸化物センサとして働くこととなる。
物は、結晶構造中に層状の酸素格子欠陥構造を有してお
り、この酸素欠陥部位に窒素酸化物分子が可逆的に配位
・脱離する。この反応は気相中の窒素酸化物の濃度に応
じたものであり、可逆的な反応である。ここで、この反
応が起こると、ガス検出部は、気相中の窒素酸化物の濃
度に応じて電気抵抗値が変化する。この電気抵抗値の変
化が、センサに備えられている電極を利用して検出さ
れ、センサが窒素酸化物センサとして働くこととなる。
【０００９】
【発明の効果】即ち、本願のセンサにおいてはガス検出
部の電気抵抗値の変化を、電極を介して測定することに
より、大気中あるいは燃焼排ガス中などに含まれる、窒
素酸化物ガスのみの濃度を、検出することができる。さ
らに、複合酸化物の電極を設けただけのものであるた
め、装置的に簡単且つ安価なものとして構成される。
部の電気抵抗値の変化を、電極を介して測定することに
より、大気中あるいは燃焼排ガス中などに含まれる、窒
素酸化物ガスのみの濃度を、検出することができる。さ
らに、複合酸化物の電極を設けただけのものであるた
め、装置的に簡単且つ安価なものとして構成される。
【００１０】
【実施例】以下本願の実施例を、センサ構造、センサの
製法、センサの特性の順に、図面に基づいて説明する。
製法、センサの特性の順に、図面に基づいて説明する。
【００１１】１．センサ構造 本願の窒素酸化物検出センサ１の構成を図１に示す。セ
ンサ１は、ＭｇＯ基板２の上部側に薄膜状のガス検出部
３を備えて構成されており、このガス検出部３に対し
て、一対のＰｔ電流加流電極４と、これらの電流加流電
極４に対するＰｔ電圧検出電極５を備えている。さら
に、前記基板２の下部には、加熱手段としてのセラミッ
クヒータ板６が備えられている。さて、前述のガス検出
部３の主成分は
ンサ１は、ＭｇＯ基板２の上部側に薄膜状のガス検出部
３を備えて構成されており、このガス検出部３に対し
て、一対のＰｔ電流加流電極４と、これらの電流加流電
極４に対するＰｔ電圧検出電極５を備えている。さら
に、前記基板２の下部には、加熱手段としてのセラミッ
クヒータ板６が備えられている。さて、前述のガス検出
部３の主成分は
【００１２】
【化３】
【００１３】即ち、このセンサ構成により、ガス検出部
３の電気抵抗値の変化が検出される。ここで、ガス検出
部３を薄膜状に構成すると、ガス検出部全体のうち、検
査対象のガス中に含まれる窒素酸化物がこの部位と反応
する場合に、気相−固相反応により抵抗が変化する部分
の割合を大きく、窒素酸化物のガス検出部中での拡散等
の影響を少なくすることができるため、窒素酸化物の吸
収・放出の速度（センサの応答速度）を向上することが
可能となる。結果、低濃度の窒素酸化物に対する感度、
及び、窒素酸化物の濃度変化に対する感度の応答性が向
上する。さらに、電極構成については、上記の構成を採
用することにより、電流がガス検出部中の抵抗変化部分
にも流れ、窒素酸化物ガスによるガス検出部の電気抵抗
変化を有効に検出することができる。
３の電気抵抗値の変化が検出される。ここで、ガス検出
部３を薄膜状に構成すると、ガス検出部全体のうち、検
査対象のガス中に含まれる窒素酸化物がこの部位と反応
する場合に、気相−固相反応により抵抗が変化する部分
の割合を大きく、窒素酸化物のガス検出部中での拡散等
の影響を少なくすることができるため、窒素酸化物の吸
収・放出の速度（センサの応答速度）を向上することが
可能となる。結果、低濃度の窒素酸化物に対する感度、
及び、窒素酸化物の濃度変化に対する感度の応答性が向
上する。さらに、電極構成については、上記の構成を採
用することにより、電流がガス検出部中の抵抗変化部分
にも流れ、窒素酸化物ガスによるガス検出部の電気抵抗
変化を有効に検出することができる。
【００１４】２．センサの製法 ガス検出部３を構成する複合酸化物薄膜の製法について
以下に説明する。 １．酸化物を所定のモル比で混合するとともに、焼結し
て焼結体を得る。 ２．得られた焼結体をターゲットとし、レーザーアブレ
ーション法により、薄膜状のガス検出部３を作成する。
このようにして基板２上にガス検出部３が形成され、こ
の検出部３に対して電極４．５が設けられる。
以下に説明する。 １．酸化物を所定のモル比で混合するとともに、焼結し
て焼結体を得る。 ２．得られた焼結体をターゲットとし、レーザーアブレ
ーション法により、薄膜状のガス検出部３を作成する。
このようにして基板２上にガス検出部３が形成され、こ
の検出部３に対して電極４．５が設けられる。
【００１５】３．センサの特性 ３−１ 対窒素酸化物感応特性 感応特性を以下のようにして測定した。セラミックヒー
ター板６に一定電圧を加えガス検出部を２００℃に保
ち、電流加流電極４に１０ｍＡの電流を加流し、空気中
に種々の成分を所定濃度含むガスを接触させ、電圧検出
電極５により電圧を測定し、電気抵抗値を求めた。図２
に各ガス（ＮＯ，ＮＯ2, Ｃ2Ｈ5ＯＨ，ＣＨ3ＯＨ，
Ｈ2 ）に対する感応特性を示す。図中、空気中での抵抗
値をＲ0（Ω）、各ガス中での抵抗値をＲ（Ω）で示
す。同図に於いて、横軸は各ガスの濃度（ｐｐｍ単位）
を示し、縦軸は応答率（ｌｏｇ（Ｒ0／Ｒ））を示して
いる。
ター板６に一定電圧を加えガス検出部を２００℃に保
ち、電流加流電極４に１０ｍＡの電流を加流し、空気中
に種々の成分を所定濃度含むガスを接触させ、電圧検出
電極５により電圧を測定し、電気抵抗値を求めた。図２
に各ガス（ＮＯ，ＮＯ2, Ｃ2Ｈ5ＯＨ，ＣＨ3ＯＨ，
Ｈ2 ）に対する感応特性を示す。図中、空気中での抵抗
値をＲ0（Ω）、各ガス中での抵抗値をＲ（Ω）で示
す。同図に於いて、横軸は各ガスの濃度（ｐｐｍ単位）
を示し、縦軸は応答率（ｌｏｇ（Ｒ0／Ｒ））を示して
いる。
【００１６】結果、このセンサは、ＮＯ，ＮＯ2に対し
て十分な感応特性を示した。
て十分な感応特性を示した。
【００１７】３−２ Ｐｔ担持の窒素酸化物感応特性 上記のセンサ１に対して、前述の干渉成分（Ｃ2Ｈ5Ｏ
Ｈ，ＣＨ3ＯＨ，Ｈ2 ）を酸化反応により除去するＰ
ｔ，Ｐｄ等の白金族元素を備えた酸化触媒層７を形成し
たもの（ガス検出部を構成する膜上に、活性アルミナ中
にＰｔを１％混合分散させたものを５００μｍの厚みに
スクリーン印刷法により印刷し、６００℃２４ｈｒ焼成
を行うことにより形成）も、窒素酸化物検出には有効で
ある。このセンサ１０の構成が図３に示されている。さ
らに図４に、このセンサ１０の図２に対応する測定結果
を示した。結果、干渉成分に対する選択性が向上すると
ともに、ＮＯ，ＮＯ2成分に対する感度が向上してい
る。即ち、複合酸化物上にＰｔ，Ｐｄ等の白金族元素を
含む触媒層７を設けることにより、高濃度の干渉成分の
影響をも抑制することができることがわかる。
Ｈ，ＣＨ3ＯＨ，Ｈ2 ）を酸化反応により除去するＰ
ｔ，Ｐｄ等の白金族元素を備えた酸化触媒層７を形成し
たもの（ガス検出部を構成する膜上に、活性アルミナ中
にＰｔを１％混合分散させたものを５００μｍの厚みに
スクリーン印刷法により印刷し、６００℃２４ｈｒ焼成
を行うことにより形成）も、窒素酸化物検出には有効で
ある。このセンサ１０の構成が図３に示されている。さ
らに図４に、このセンサ１０の図２に対応する測定結果
を示した。結果、干渉成分に対する選択性が向上すると
ともに、ＮＯ，ＮＯ2成分に対する感度が向上してい
る。即ち、複合酸化物上にＰｔ，Ｐｄ等の白金族元素を
含む触媒層７を設けることにより、高濃度の干渉成分の
影響をも抑制することができることがわかる。
【００１８】４．実験例 ガス検出部３を構成する複合酸化物として適合する材料
の検討として、発明者がおこなった種々の材料に関する
実験結果を以下に示す。センサ構成は、図１のものと同
一であり、感応特性の結果は図２と同様に整理した。図
５にＮＯ2に対する結果を、図６にＮＯに対する結果を
示す。これらの図において、Ｒ0はＮＯ2あるいはＮＯが
存在しないときの抵抗値、ＲはＮＯ2あるいはＮＯがあ
る濃度存在するときの抵抗値を示す。検討の対象とした
複合酸化物試料の組成を表１に示す。また図５、図６に
おいて、夫々の番号が各試料の番号に対応している。
の検討として、発明者がおこなった種々の材料に関する
実験結果を以下に示す。センサ構成は、図１のものと同
一であり、感応特性の結果は図２と同様に整理した。図
５にＮＯ2に対する結果を、図６にＮＯに対する結果を
示す。これらの図において、Ｒ0はＮＯ2あるいはＮＯが
存在しないときの抵抗値、ＲはＮＯ2あるいはＮＯがあ
る濃度存在するときの抵抗値を示す。検討の対象とした
複合酸化物試料の組成を表１に示す。また図５、図６に
おいて、夫々の番号が各試料の番号に対応している。
【００１９】
【表１】
【００２０】結果いずれの試料においても、窒素酸化物
の検出が行えることが判明した。従って、検出原理、結
晶構造より本願のガス検出部３に採用可能な複合酸化物
として、
の検出が行えることが判明した。従って、検出原理、結
晶構造より本願のガス検出部３に採用可能な複合酸化物
として、
【００２１】
【化４】
【００２２】により表される複合酸化物を採用できるこ
とがわかる。式中、元素Ａとしては、Ｓｎ，Ｐｂ等のI
Ｖｂ族元素より選ばれた一種類以上の元素（２種類以上
の元素の混合体若しくは固溶体でもよい）を挙げること
ができ、また、元素Ａ’としてはＣａ，Ｓｒ，Ｂａ等の
IIａ族元素より選ばれた一種類以上の元素（２種類以上
の元素の混合体若しくは固溶体でもよい）が挙げられ、
Ｃｕの価数がある程度変化しうるため、酸素の量は、２
ｎ＋６−δ（δは０〜０．６）の範囲で変化しうる。ま
た、Ａ，Ａ’，ｎ，ｘ，δの組合せについては、センサ
構成、検出原理構成より、この材料が電気導電性あるい
は半導電性のものであるべきである。
とがわかる。式中、元素Ａとしては、Ｓｎ，Ｐｂ等のI
Ｖｂ族元素より選ばれた一種類以上の元素（２種類以上
の元素の混合体若しくは固溶体でもよい）を挙げること
ができ、また、元素Ａ’としてはＣａ，Ｓｒ，Ｂａ等の
IIａ族元素より選ばれた一種類以上の元素（２種類以上
の元素の混合体若しくは固溶体でもよい）が挙げられ、
Ｃｕの価数がある程度変化しうるため、酸素の量は、２
ｎ＋６−δ（δは０〜０．６）の範囲で変化しうる。ま
た、Ａ，Ａ’，ｎ，ｘ，δの組合せについては、センサ
構成、検出原理構成より、この材料が電気導電性あるい
は半導電性のものであるべきである。
【００２３】〔別実施例〕以下に別実施例について説明
する。 （１）酸化触媒層の構成 上記の実施例においては、活性アルミナ中にＰｔを担持
させた酸化触媒層７を設ける例を示したが、これは、以
下のようにも構成してもよい。 ａ．複合酸化物中にＰｔ，Ｐｄ等の白金族元素を０〜２
％程度添加混合する。 ｂ．複合酸化物中表面上にＰｔ，Ｐｄ等の白金族元素を
担持する。
する。 （１）酸化触媒層の構成 上記の実施例においては、活性アルミナ中にＰｔを担持
させた酸化触媒層７を設ける例を示したが、これは、以
下のようにも構成してもよい。 ａ．複合酸化物中にＰｔ，Ｐｄ等の白金族元素を０〜２
％程度添加混合する。 ｂ．複合酸化物中表面上にＰｔ，Ｐｄ等の白金族元素を
担持する。
【００２４】（２）電極構成 上記の実施例においては、一対の電流加流電極４と一対
の電圧検出電極５を設けて抵抗値の変化を検出する例を
示したが、一対の電圧印加電極間に、一定の電圧を印加
し、一対の電流検出電極間の電流を検出するものとして
もよい。さらに、電極の構成方法として、通常の二端子
電極（電流電極と電圧電極を共通したもの）を用いるこ
とも可能であるが、この場合、本発明に関るガス検出部
の場合窒素酸化物の吸収により部分的に抵抗が変化する
部分が生成するため、電流は低抵抗相のみを優先的に流
れてしまう。従って、電極より検出できるガス検出部の
抵抗値の変化は微小となる可能性があるため、実施例に
開示の構成が好ましい。ただし、電極の機能としては、
ガス検出部に起こる抵抗値の変化を検出できるものであ
ればいかなる構成でもよい。
の電圧検出電極５を設けて抵抗値の変化を検出する例を
示したが、一対の電圧印加電極間に、一定の電圧を印加
し、一対の電流検出電極間の電流を検出するものとして
もよい。さらに、電極の構成方法として、通常の二端子
電極（電流電極と電圧電極を共通したもの）を用いるこ
とも可能であるが、この場合、本発明に関るガス検出部
の場合窒素酸化物の吸収により部分的に抵抗が変化する
部分が生成するため、電流は低抵抗相のみを優先的に流
れてしまう。従って、電極より検出できるガス検出部の
抵抗値の変化は微小となる可能性があるため、実施例に
開示の構成が好ましい。ただし、電極の機能としては、
ガス検出部に起こる抵抗値の変化を検出できるものであ
ればいかなる構成でもよい。
【００２５】（３）加熱手段 窒素酸化物ガスの濃度の変化に対する窒素酸化物検出セ
ンサの電気抵抗値の応答性および回復性を高めるために
は、実施例のようにセンサを１５０℃以上に加熱するこ
とが望ましく、この目的のために、実施例のセラミック
ヒータ板６の他、任意の加熱手段を設けることが好まし
い。加熱手段を設けることにより、窒素酸化物の吸収・
放出の速度が十分大きくなり、窒素酸化物ガスの濃度の
変化に対する窒素酸化物検出センサの電気抵抗値の応答
性および、回復性を高められる。但し、抵抗値の変化が
確保できれば、この加熱手段がない場合でも検出はおこ
なえる。また自己加熱型のものも考えられる。
ンサの電気抵抗値の応答性および回復性を高めるために
は、実施例のようにセンサを１５０℃以上に加熱するこ
とが望ましく、この目的のために、実施例のセラミック
ヒータ板６の他、任意の加熱手段を設けることが好まし
い。加熱手段を設けることにより、窒素酸化物の吸収・
放出の速度が十分大きくなり、窒素酸化物ガスの濃度の
変化に対する窒素酸化物検出センサの電気抵抗値の応答
性および、回復性を高められる。但し、抵抗値の変化が
確保できれば、この加熱手段がない場合でも検出はおこ
なえる。また自己加熱型のものも考えられる。
【００２６】（４） 膜形成法 ガス検出部を形成する薄膜形成法としては、上記のもの
の他、真空蒸着法、スパッタリング法などの物理的蒸着
法、ＭＯ−ＣＶＤ、塩化物ＣＶＤなどの化学的蒸着法も
ある。
の他、真空蒸着法、スパッタリング法などの物理的蒸着
法、ＭＯ−ＣＶＤ、塩化物ＣＶＤなどの化学的蒸着法も
ある。
【００２７】（５） 基板の材質 基板の材質としては、ＭｇＯの他、ＳｒＴｉＯ3も採用
できる。
できる。
【００２８】（６） センサ構成 ガス検出部３の形状構成は薄膜状の他、塊状等、任意の
構造を採用した場合も窒素酸化物に対する検出機能を発
揮しえる。
構造を採用した場合も窒素酸化物に対する検出機能を発
揮しえる。
【００２９】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。
【図１】センサ構成を示す図
【図２】ガスに対する感応特性を示す図
【図３】Ｐｔ担持の触媒層を備えたセンサ構成を示す図
【図４】触媒層を備えたセンサのガス感応特性を示す図
【図５】実験例の各複合酸化物のＮＯ2に対するガス感
応特性を示す図
応特性を示す図
【図６】実験例の各複合酸化物のＮＯに対するガス感応
特性を示す図
特性を示す図
２ 基板 ３ ガス検出部 ４ 電極 ５ 電極 ７ 酸化触媒層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 一本松 正道 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２ 号 大阪瓦斯株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−200057（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−332970（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 27/12
Claims (4)
- 【請求項１】 電気導電性あるいは半導電性を備えた 【化１】 （ＡはIVｂ族元素より選ばれた一種類以上の元素、Ａ'
はIIａ属元素より選ばれた一種類以上の元素、ｘは０〜
２、ｎは１以上、δは０〜０．２）により表される複合
酸化物を主成分とするガス検出部（３）と、前記ガス検
出部（３）と電気的に接続された電極（４、５）より構
成されることを特徴とする窒素酸化物検出センサ。 - 【請求項２】 前記ＩＩａ族元素がＢａである請求項１
記載の窒素酸化物検出センサ。 - 【請求項３】 前記ガス検出部（３）の少なくとも表面
側に、白金族元素を担持した酸化触媒層（７）が設けら
れている請求項１又は２記載の窒素酸化物検出センサ。 - 【請求項４】 前記ガス検出部（３）が平板形状の基板
（２）上に設けられる薄膜である請求項１又は２記載の
窒素酸化物検出センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13944292A JP2948984B2 (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 窒素酸化物検出センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13944292A JP2948984B2 (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 窒素酸化物検出センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05332973A JPH05332973A (ja) | 1993-12-17 |
| JP2948984B2 true JP2948984B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=15245300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13944292A Expired - Lifetime JP2948984B2 (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 窒素酸化物検出センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2948984B2 (ja) |
-
1992
- 1992-05-29 JP JP13944292A patent/JP2948984B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05332973A (ja) | 1993-12-17 |
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