JP3109833B2 - 混合ガス中のｎｏ濃度を連続的に監視する装置 - Google Patents
混合ガス中のｎｏ濃度を連続的に監視する装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、主請求項の前提部分に記載した装置に関す
るものである。
るものである。
かかる装置は公知である（ドイツ特許出願明細書P 41
02 741.8:図2b）。しかし、この公知の装置では、窒素
酸化物、例えばNOの濃度は、２つの電気化学的半電池に
通電することなく、電極の１つと対極との間に自然に生
じる電位差を測定することによって、比較的悪い感度で
電位差測定が可能であるにすぎない。
02 741.8:図2b）。しかし、この公知の装置では、窒素
酸化物、例えばNOの濃度は、２つの電気化学的半電池に
通電することなく、電極の１つと対極との間に自然に生
じる電位差を測定することによって、比較的悪い感度で
電位差測定が可能であるにすぎない。
そこで、本発明の課題は、主請求項の前提部分に記載
された類概念に係わる装置を更に改良して、著しく向上
した感度でNOの測定が可能となるようにすることであ
る。
された類概念に係わる装置を更に改良して、著しく向上
した感度でNOの測定が可能となるようにすることであ
る。
この課題は、主請求項の前提部分に記載された装置に
おいて、本発明によれば、特徴部分に明示された特徴に
よって解決される。本発明の望ましい諸構成及び諸展開
は、従属請求項に明示されている。
おいて、本発明によれば、特徴部分に明示された特徴に
よって解決される。本発明の望ましい諸構成及び諸展開
は、従属請求項に明示されている。
本発明によれば、測定電極と対極との間に可変電圧が
印加され、これにより、測定ガス中のNO濃度の関数を表
す電流が対極を通して進出する。指定された電圧は、測
定電極と基準電極との間に定電位が発生するように修正
される。測定された電流の強さは、経過する電極反応の
運動力学によって限定されており、該力学はNOの存在に
よって変化する。それ故、電極材料選択の重要な基礎
は、NOに対するこの材料の接触作用であることが実証さ
れる。電極材料としてここで考えられるのはLn1-xAMO3
の形のペロブスカイト化合物であり、ここに、LnはSc、
Ｙ、Ｌ系列の元素又はランタノイド（元素番号58〜71）
を代表するもの、Ａは第２主群の少なくとも１元素、Ｍ
は遷移金属Cr、Mn、Fe、Coの少なくとも１元素、そして
ｘは0.01〜0.5である。
印加され、これにより、測定ガス中のNO濃度の関数を表
す電流が対極を通して進出する。指定された電圧は、測
定電極と基準電極との間に定電位が発生するように修正
される。測定された電流の強さは、経過する電極反応の
運動力学によって限定されており、該力学はNOの存在に
よって変化する。それ故、電極材料選択の重要な基礎
は、NOに対するこの材料の接触作用であることが実証さ
れる。電極材料としてここで考えられるのはLn1-xAMO3
の形のペロブスカイト化合物であり、ここに、LnはSc、
Ｙ、Ｌ系列の元素又はランタノイド（元素番号58〜71）
を代表するもの、Ａは第２主群の少なくとも１元素、Ｍ
は遷移金属Cr、Mn、Fe、Coの少なくとも１元素、そして
ｘは0.01〜0.5である。
更に、両電極の材料選択によって横感度、即ち混合ガ
ス中の別のガスに対する感度を、適切に最小限に抑える
ことができる。ここでも、NOに対する接触作用が決定的
に実証される。
ス中の別のガスに対する感度を、適切に最小限に抑える
ことができる。ここでも、NOに対する接触作用が決定的
に実証される。
本発明の望ましい諸構成及び諸展開は、従属請求項に
明示されている。
明示されている。
以下、図面を参考に、好ましい１実施例を詳しく説明
する。
する。
図１は、装置の第１実施態様を横断面図で示す。
図２は、図１に示す装置の平面図である。
図３は、測定装置の基本構造を示す。
図４は、NO濃度をパラメータとする、測定電極と対極
との間を流れる電流と印加電圧Ｕとの関係を示す特性曲
線である。
との間を流れる電流と印加電圧Ｕとの関係を示す特性曲
線である。
図５は、流れる電流とNOとの関係を示す線図である。
図６は、長期試験の線図である。
電気化学的電池用の基板41、好ましくはAl2O3は、そ
の片面７に対極40、その上に陰イオン伝導性固体電解
質、好ましくはイットリウム添加ジルコニア（８モル
％）の多孔質膜、その上に基準電極11a及び測定電極11b
を有し、以下でなおこれらを詳しく説明する。この装置
では、測定電極11bが、平面図で見て、対極40を完全に
覆わねばならない。更に、セラミック板片41の片面７
に、電気化学的電池を取り囲む温度検出器８が設けられ
ている。基板41の裏面９には抵抗加熱層10が設けられて
おり、この層は平面図で見て蛇行させて設けておくこと
ができる。
の片面７に対極40、その上に陰イオン伝導性固体電解
質、好ましくはイットリウム添加ジルコニア（８モル
％）の多孔質膜、その上に基準電極11a及び測定電極11b
を有し、以下でなおこれらを詳しく説明する。この装置
では、測定電極11bが、平面図で見て、対極40を完全に
覆わねばならない。更に、セラミック板片41の片面７
に、電気化学的電池を取り囲む温度検出器８が設けられ
ている。基板41の裏面９には抵抗加熱層10が設けられて
おり、この層は平面図で見て蛇行させて設けておくこと
ができる。
固体電解質膜として役立つ薄膜６の上面に、２種類の
電極、つまり、好ましくは、分子式Ln1-XAxMO3（ｘ＝0.
01〜0.5）のペロブスカイト材料を有する基準面11a及び
測定電極11bが、薄膜の形で、それぞれ互いに離間配置
されて被着されている。
電極、つまり、好ましくは、分子式Ln1-XAxMO3（ｘ＝0.
01〜0.5）のペロブスカイト材料を有する基準面11a及び
測定電極11bが、薄膜の形で、それぞれ互いに離間配置
されて被着されている。
スクリーン印刷技術及びそれに続く焼結によって、プ
レーナ技術又は厚膜技術で製造されたこの装置は、きわ
めて僅かな質量と小さな取付寸法とを有し、更には、小
さなケースを取付具として必要とするだけである。
レーナ技術又は厚膜技術で製造されたこの装置は、きわ
めて僅かな質量と小さな取付寸法とを有し、更には、小
さなケースを取付具として必要とするだけである。
測定電流を取り出し、測定電圧を供給し、且つ抵抗加
熱層10を加熱するために、基板41に、印刷された導体路
25の形で金属層が設けられている。
熱層10を加熱するために、基板41に、印刷された導体路
25の形で金属層が設けられている。
使用された電流測定装置の基本構造が図３に示してあ
る。測定電極11bと対極40との間に電圧U31が印加され、
測定電極11b、固体電解質、好ましくはYSZ（８モル
％）、及び対極40によって、流れる電流Ｉとして測定さ
れる。その際、電圧U31は、測定電極11bと基準電極11a
との間に定電位差Un30が生じるように修正される。いず
れにしても、固体電解質は、例えばZrO2又はCeO2等のO2
陰イオン導体でなければならない。
る。測定電極11bと対極40との間に電圧U31が印加され、
測定電極11b、固体電解質、好ましくはYSZ（８モル
％）、及び対極40によって、流れる電流Ｉとして測定さ
れる。その際、電圧U31は、測定電極11bと基準電極11a
との間に定電位差Un30が生じるように修正される。いず
れにしても、固体電解質は、例えばZrO2又はCeO2等のO2
陰イオン導体でなければならない。
それに応じて、図２では、電極11b、40間に電圧源31
が、測定電極に至るリード線と対極に至るリード線との
間に電流測定器20が、そして測定電極11bと基準電極11a
との間に電圧測定器30が設けられている。図４に示すよ
うに、各NO濃度ごとに、電圧に依存した電流の曲線が得
られる。従って、電圧UKが一定の場合、電流はI0値とI
Konz2値との間を変動する。
が、測定電極に至るリード線と対極に至るリード線との
間に電流測定器20が、そして測定電極11bと基準電極11a
との間に電圧測定器30が設けられている。図４に示すよ
うに、各NO濃度ごとに、電圧に依存した電流の曲線が得
られる。従って、電圧UKが一定の場合、電流はI0値とI
Konz2値との間を変動する。
図５は、La0.8Sr0.2MnO3を電極材料とした本発明装置
の電流とNO濃度との関係を線図で示す。NO濃度０及び27
25ppmにおける測定信号（Ｉ）の長期安定性は、図６の
線図から容易に明らかとなる。
の電流とNO濃度との関係を線図で示す。NO濃度０及び27
25ppmにおける測定信号（Ｉ）の長期安定性は、図６の
線図から容易に明らかとなる。
フロントページの続き (72)発明者 ゲッペル、ヴォルフガング ドイツ国、72076 ティュービンゲン、 ハインブッヘンヴェーグ 29番地 (72)発明者 ヴィームヘフェル、ハンス ディーテル ドイツ国、72800 エニンゲン、ヤーン シュトラーセ 28番地 (72)発明者 ラインハルト、ゲッツ ドイツ国、72074 ティュービンゲン、 ミュールシュトラーセ 10番地 １／２ (56)参考文献 特開 昭60−259952（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−259459（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−78149（ＪＰ，Ａ) 特表 平５−507360（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/416 G01N 27/41 ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (15)
- 【請求項１】混合ガス中の窒素酸化物、好ましくは一酸
化窒素（NO）の濃度を連続的に監視する装置であって、
基板（41）が、少なくとも２つの電気化学的半電池を有
し、該半電池が、薄膜（６）としての酸素イオン伝導性
固体電解質（FE）を、多孔質固体構造を伴うようにして
備えるとともに、気体成分と作用する薄膜（11a,11b,4
0）としての電極を備えており、NO濃度に依存し且つ濃
度値に換算可能な電気信号が発生され、固体電解質の片
面、つまり上面に、少なくとも２つの電極が、測定電極
（11b）及び基準電極（11a）として、相互に離間配置さ
れた薄膜の形で被着されており、この２つの電極（11a,
11b）が、薄膜（６）として構成された共通の固体電解
質の上面に被着されており、それらの下で対極（40）が
基板（41）上に配置されているものにおいて、測定電極
（11b）と対極（40）との間に電圧が印加され、対極（4
0）から進出した電流（Ｉ）がNO濃度の関数として測定
されることを特徴とする装置。 - 【請求項２】測定電極（11b）と基準電極（11a）との間
の電位差が一定に保たれるように、印加電圧（31）が修
正されることを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】基板（41）の反対面（９）に電気抵抗加熱
層（10）がヒータとして設けられていることを特徴とす
る請求項１又は２に記載の装置。 - 【請求項４】片面（７）に、固体電解質膜（６）及び両
電極（11a,11b）から離間した温度検出器（８）が、基
板（41）の縁で、電極（11a,11b）、固体電解質薄膜
（６）及び対極（40）の周りに巡らせてあることを特徴
とする請求項１又は２に記載の装置。 - 【請求項５】基板（41）が非イオン伝導性セラミックと
して構成されており、片面（７）に対極（40）も薄膜
（６）としての固体電解質も有し、固体電解質上に電極
（11a,11b）が被着されており、基板が更に温度検出器
（８）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれ
か１項に記載の装置。 - 【請求項６】基板（41）がアルミナ（Al2O3）を有する
ことを特徴とする請求項５に記載の装置。 - 【請求項７】セラミックからなる基板（41）が電気配線
（20,21,25）用接続部材（24）を備えていることを特徴
とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項８】固体電解質が陰イオン導体であることを特
徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項９】固体電解質が安定化ZrO2又はCeO2を有する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の
装置。 - 【請求項１０】固体電解質がイットリウム添加されてい
ることを特徴とする請求項９に記載の装置。 - 【請求項１１】添加量が８モル％であることを特徴とす
る請求項10に記載の装置。 - 【請求項１２】全ての層、つまり電極（11a,11b）の
層、固体電解質の薄膜（６）、温度検出器（８）及び抵
抗加熱層（10）が、厚膜技術で基板（41）に被着されて
いることを特徴とする請求項１〜11のいずれか１項に記
載の装置。 - 【請求項１３】層がスクリーン印刷法により被着されて
いることを特徴とする請求項12に記載の装置。 - 【請求項１４】対極（40）、測定電極（11b）及び／又
は基準電極（11a）が、Ln1-xAxMO3からなり、ここに、L
nがSc、Ｙ、La系列の元素、又はランタノイド（元素番
号58〜71）を代表するもの、Ａが第２主群の少なくとも
１元素、Ｍが遷移金属Cr、Mn、Fe又はCoの少なくとも１
元素であることを特徴とする請求項１〜13のいずれか１
つに記載の装置。 - 【請求項１５】ｘ＝0.01〜0.5である請求項14に記載の
装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4225775,1 | 1992-08-04 | ||
| DE4225775A DE4225775C2 (de) | 1992-08-04 | 1992-08-04 | Anordnung zum kontinuierlichen Überwachen der Konzentration von NO in Gasgemischen |
| PCT/EP1993/002075 WO1994003796A1 (de) | 1992-08-04 | 1993-08-04 | Anordnung zum kontinuierlichen überwachen der konzentration von no in gasgemischen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06511560A JPH06511560A (ja) | 1994-12-22 |
| JP3109833B2 true JP3109833B2 (ja) | 2000-11-20 |
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ID=6464826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06505016A Expired - Fee Related JP3109833B2 (ja) | 1992-08-04 | 1993-08-04 | 混合ガス中のｎｏ濃度を連続的に監視する装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3109833B2 (ja) |
| KR (1) | KR100275306B1 (ja) |
| DE (2) | DE4225775C2 (ja) |
| ES (1) | ES2098050T3 (ja) |
| WO (2) | WO1994003795A1 (ja) |
Families Citing this family (11)
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|---|---|---|---|---|
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| ATE186410T1 (de) * | 1995-09-18 | 1999-11-15 | Werner Goehring | Verfahren und vorrichtung zur messung und regelung einer aufkohlungs- und/oder nitrieratmosphäre |
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