JP3308624B2 - 炭化水素センサ - Google Patents
炭化水素センサInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス中の炭化水素ガス
の濃度を測定する炭化水素センサに関する。
の濃度を測定する炭化水素センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体型センサ及び接触燃焼式可燃性ガ
スセンサ等の炭化水素ガスセンサは、従来数多く報告さ
れており、実際に実用化されているものも多い。接触燃
焼式のセンサの場合は、可燃性ガスの燃焼によりセンサ
素子の温度が上昇し、この温度上昇に伴い、センサ素子
の抵抗が変化することを利用するものであり、センサの
外部回路から抵抗測定用の電流を流し、そのときの電圧
変化からセンサ素子の抵抗値を求めることにより、炭化
水素濃度を測定する方法である。半導体型センサの場合
には、例えばＳｎＯ2に種々の燃焼触媒を担持させた素
子を高温に保ち、そのセンサ素子を炭化水素ガスに曝し
たときに、炭化水素ガスが燃焼すると半導体素子表面に
吸着した酸素を消費することにより生じるセンサ素子の
抵抗変化を利用してガス濃度を測定する。これらのセン
サは、酸化錫を基体としたセンサ素子の表面に種々の燃
焼触媒を担持させ、その触媒の活性の差を利用すること
により、炭化水素ガスの燃焼時にセンサ素子の吸着酸素
量が変化することに伴うセンサ素子の抵抗変化からガス
濃度を検知するものである。
スセンサ等の炭化水素ガスセンサは、従来数多く報告さ
れており、実際に実用化されているものも多い。接触燃
焼式のセンサの場合は、可燃性ガスの燃焼によりセンサ
素子の温度が上昇し、この温度上昇に伴い、センサ素子
の抵抗が変化することを利用するものであり、センサの
外部回路から抵抗測定用の電流を流し、そのときの電圧
変化からセンサ素子の抵抗値を求めることにより、炭化
水素濃度を測定する方法である。半導体型センサの場合
には、例えばＳｎＯ2に種々の燃焼触媒を担持させた素
子を高温に保ち、そのセンサ素子を炭化水素ガスに曝し
たときに、炭化水素ガスが燃焼すると半導体素子表面に
吸着した酸素を消費することにより生じるセンサ素子の
抵抗変化を利用してガス濃度を測定する。これらのセン
サは、酸化錫を基体としたセンサ素子の表面に種々の燃
焼触媒を担持させ、その触媒の活性の差を利用すること
により、炭化水素ガスの燃焼時にセンサ素子の吸着酸素
量が変化することに伴うセンサ素子の抵抗変化からガス
濃度を検知するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術では、センサ素子に電流を印加し、そのとき
の電圧値からセンサ素子の抵抗値を求めるため、抵抗測
定用の電源が必要となり、センサの回路が複雑になると
いう問題点がある。更に、センサ素子の抵抗値は、セン
サの製造方法でかなり差が出てくるため、完成したセン
サ素子は個別的にキャリブレーションをする必要があ
る。また、センサの抵抗値は、初期状態にドリフトを起
こすことを防ぐため、エージング処理する必要があると
いった問題点がある。
た従来技術では、センサ素子に電流を印加し、そのとき
の電圧値からセンサ素子の抵抗値を求めるため、抵抗測
定用の電源が必要となり、センサの回路が複雑になると
いう問題点がある。更に、センサ素子の抵抗値は、セン
サの製造方法でかなり差が出てくるため、完成したセン
サ素子は個別的にキャリブレーションをする必要があ
る。また、センサの抵抗値は、初期状態にドリフトを起
こすことを防ぐため、エージング処理する必要があると
いった問題点がある。
【０００４】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、センサ自体が自発的に出す起電力を利用し
て炭化水素ガス濃度を測定するようにして従来のような
センサ素子抵抗を測定するための外部電源を必要とせ
ず、センサ抵抗の時間的変化に影響を受けずにガス濃度
を検出することができる炭化水素センサ及び炭化水素濃
度の測定方法を提供することを目的とする。
のであって、センサ自体が自発的に出す起電力を利用し
て炭化水素ガス濃度を測定するようにして従来のような
センサ素子抵抗を測定するための外部電源を必要とせ
ず、センサ抵抗の時間的変化に影響を受けずにガス濃度
を検出することができる炭化水素センサ及び炭化水素濃
度の測定方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る炭化水素セ
ンサは、プロトン導電性固体電解質と、この固体電解質
を挟む位置で前記固体電解質に接触する一対の多孔質電
極とを有し、前記多孔質電極のうち、一方が測定する炭
化水素ガスの燃焼に不活性な電極触媒からなり、他方が
活性な電極触媒からなることを特徴とする。
ンサは、プロトン導電性固体電解質と、この固体電解質
を挟む位置で前記固体電解質に接触する一対の多孔質電
極とを有し、前記多孔質電極のうち、一方が測定する炭
化水素ガスの燃焼に不活性な電極触媒からなり、他方が
活性な電極触媒からなることを特徴とする。
【０００６】
【作用】本願発明者等は、センサ自体が発生する起電力
を利用し、センサ抵抗の変化によらず炭化水素ガス濃度
を検出できるセンサを開発すべく、種々の実験研究を繰
り返した。その結果、プロトン導電性固体電解質を用い
ると共に、炭化水素ガスの燃焼に対する活性が異なる導
電性触媒を前記電解質に対する電極材として用いること
により、炭化水素ガスが固体電解質上で燃焼する際に両
電極上で生じる水蒸気分圧の差により発生する起電力を
利用して炭化水素ガス濃度を測定できることを見いだし
た。
を利用し、センサ抵抗の変化によらず炭化水素ガス濃度
を検出できるセンサを開発すべく、種々の実験研究を繰
り返した。その結果、プロトン導電性固体電解質を用い
ると共に、炭化水素ガスの燃焼に対する活性が異なる導
電性触媒を前記電解質に対する電極材として用いること
により、炭化水素ガスが固体電解質上で燃焼する際に両
電極上で生じる水蒸気分圧の差により発生する起電力を
利用して炭化水素ガス濃度を測定できることを見いだし
た。
【０００７】つまり、固体電解質の両面に接触させた導
電性触媒の活性が異なるため、活性触媒側では完全燃焼
が起こり、不活性触媒側では不完全燃焼が起こる。この
ため、両電極上で発生する水蒸気量が相互に異なるため
水蒸気分圧差が生じ、この水蒸気分圧差により両電極間
に起電力が発生する。この起電力が炭化水素ガスの濃度
に比例するため炭化水素ガス濃度を求めることができ
る。
電性触媒の活性が異なるため、活性触媒側では完全燃焼
が起こり、不活性触媒側では不完全燃焼が起こる。この
ため、両電極上で発生する水蒸気量が相互に異なるため
水蒸気分圧差が生じ、この水蒸気分圧差により両電極間
に起電力が発生する。この起電力が炭化水素ガスの濃度
に比例するため炭化水素ガス濃度を求めることができ
る。
【０００８】
【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。図１は本発明の実施例に係るセンサ
プローブを示す断面図である。ディスク状のペロブスカ
イト型プロトン導電性固体電解質１の一方の平面に活性
電極２が焼き付けにより形成され、他方の平面に不活性
電極３が同様に焼き付けにより形成されている。これら
のプロトン導電性固体電解質１は例えばＣａＺｒ0.9Ｉ
ｎ0.1Ｏ3-αからなり、活性電極２はＬａ0.6Ｂａ0.4Ｃ
ｏＯ3からなり、不活性電極３はＡｇからなる。活性電
極２及び不活性電極３には、夫々例えばＰｔ線からなる
リード線４が取り付けられている。
参照して説明する。図１は本発明の実施例に係るセンサ
プローブを示す断面図である。ディスク状のペロブスカ
イト型プロトン導電性固体電解質１の一方の平面に活性
電極２が焼き付けにより形成され、他方の平面に不活性
電極３が同様に焼き付けにより形成されている。これら
のプロトン導電性固体電解質１は例えばＣａＺｒ0.9Ｉ
ｎ0.1Ｏ3-αからなり、活性電極２はＬａ0.6Ｂａ0.4Ｃ
ｏＯ3からなり、不活性電極３はＡｇからなる。活性電
極２及び不活性電極３には、夫々例えばＰｔ線からなる
リード線４が取り付けられている。
【０００９】このように構成されたセンサプローブにお
いては、固体電解質１の両面に接触させた導電性触媒電
極２，３の炭化水素ガスに対する活性が異なるため、活
性触媒電極２側では炭化水素ガスの完全燃焼が起こり、
不活性触媒電極３側では不完全燃焼が起こる。このた
め、両電極上で発生する水蒸気量が相互に異なるため、
両電極上で水蒸気分圧差が生じ、この水蒸気分圧差によ
り両電極間に起電力が発生する。この起電力が炭化水素
ガスの濃度に比例し又は両者に相関関係があるため、予
め起電力と炭化水素ガス濃度との間の関係を求めておけ
ば、この関係を校正データとして、測定された起電力に
基づいて炭化水素ガス濃度を求めることができる。
いては、固体電解質１の両面に接触させた導電性触媒電
極２，３の炭化水素ガスに対する活性が異なるため、活
性触媒電極２側では炭化水素ガスの完全燃焼が起こり、
不活性触媒電極３側では不完全燃焼が起こる。このた
め、両電極上で発生する水蒸気量が相互に異なるため、
両電極上で水蒸気分圧差が生じ、この水蒸気分圧差によ
り両電極間に起電力が発生する。この起電力が炭化水素
ガスの濃度に比例し又は両者に相関関係があるため、予
め起電力と炭化水素ガス濃度との間の関係を求めておけ
ば、この関係を校正データとして、測定された起電力に
基づいて炭化水素ガス濃度を求めることができる。
【００１０】次に、本実施例の炭化水素センサの特性試
験をした結果について説明する。図１に示す構造の炭化
水素センサを製造した。先ず、その製造方法について説
明する。ペロブスカイト型のプロトン導電性固体電解質
１であるＣａＺｒ0.9Ｉｎ0.1Ｏ3-α（直径が7.8mm、厚
さが7.9mm）のディスク状試料の片面にＬａ0.6Ｂａ0.4
ＣｏＯ3の粉末ペーストを塗布し、空気中で1000℃に１
時間熱処理することによりこれを焼き付け、炭化水素ガ
スに対して活性な触媒としての活性電極２を形成した。
その後、Ａｇペーストを他方の面に塗布し、これを750
℃に１時間、空気中で熱処理して焼き付け、炭化水素ガ
スに対して不活性な不活性電極３を形成した。このよう
にして製造したセンサ素子の電極２，３にリード線４と
してＰｔ線を取付けた。その後、リード線４に図５に示
す電圧計５を接続し、常温におけるセンサの起電力を測
定した。
験をした結果について説明する。図１に示す構造の炭化
水素センサを製造した。先ず、その製造方法について説
明する。ペロブスカイト型のプロトン導電性固体電解質
１であるＣａＺｒ0.9Ｉｎ0.1Ｏ3-α（直径が7.8mm、厚
さが7.9mm）のディスク状試料の片面にＬａ0.6Ｂａ0.4
ＣｏＯ3の粉末ペーストを塗布し、空気中で1000℃に１
時間熱処理することによりこれを焼き付け、炭化水素ガ
スに対して活性な触媒としての活性電極２を形成した。
その後、Ａｇペーストを他方の面に塗布し、これを750
℃に１時間、空気中で熱処理して焼き付け、炭化水素ガ
スに対して不活性な不活性電極３を形成した。このよう
にして製造したセンサ素子の電極２，３にリード線４と
してＰｔ線を取付けた。その後、リード線４に図５に示
す電圧計５を接続し、常温におけるセンサの起電力を測
定した。
【００１１】次いで、このセンサ素子を770℃の電気炉
６内にセットした。この電気炉６にはアルミナ管７が挿
入されており、センサ素子をアルミナ管７内に挿入し、
電気炉６の中心に配置した。そして、ボンベ９からの炭
化水素ガス（測定ガス）を混合器８によりボンベ１０か
らの空気と所定の比で混合した後、配管１１を介してア
ルミナ管７内に導入し、アルミナ管７内のセンサ素子に
供給した。ボンベ９からの測定ガスは流量260ml/minで
電気炉内に導入した。そして、出口ガスの組成をガスク
ロマトグラフ（図示せず）により検量した。
６内にセットした。この電気炉６にはアルミナ管７が挿
入されており、センサ素子をアルミナ管７内に挿入し、
電気炉６の中心に配置した。そして、ボンベ９からの炭
化水素ガス（測定ガス）を混合器８によりボンベ１０か
らの空気と所定の比で混合した後、配管１１を介してア
ルミナ管７内に導入し、アルミナ管７内のセンサ素子に
供給した。ボンベ９からの測定ガスは流量260ml/minで
電気炉内に導入した。そして、出口ガスの組成をガスク
ロマトグラフ（図示せず）により検量した。
【００１２】図３はボンベ９からの測定ガスがメタンガ
スの場合、図４はプロパンガスの場合のセンサ起電力の
測定例を示す。各図において、横軸は時間、縦軸はセン
サ起電力を示している。本実施例に係るセンサプローブ
は、炭化水素ガスの濃度変化に対して安定な起電力を示
し、再現性も良好であった。また、応答に要した時間は
2分以内で実験装置のガスの置換を考慮にいれると応答
速度はかなり迅速なものであった。
スの場合、図４はプロパンガスの場合のセンサ起電力の
測定例を示す。各図において、横軸は時間、縦軸はセン
サ起電力を示している。本実施例に係るセンサプローブ
は、炭化水素ガスの濃度変化に対して安定な起電力を示
し、再現性も良好であった。また、応答に要した時間は
2分以内で実験装置のガスの置換を考慮にいれると応答
速度はかなり迅速なものであった。
【００１３】図５は横軸に炭化水素ガス（プロパン及び
メタンガス）濃度、縦軸にセンサ起電力をとって、セン
サ起電力と炭化水素ガス濃度との関係を示したものであ
る。プロパンガス及びメタンガスの濃度測定では、ガス
濃度とセンサ起電力との間には良好な一対一の対応が見
られた。
メタンガス）濃度、縦軸にセンサ起電力をとって、セン
サ起電力と炭化水素ガス濃度との関係を示したものであ
る。プロパンガス及びメタンガスの濃度測定では、ガス
濃度とセンサ起電力との間には良好な一対一の対応が見
られた。
【００１４】なお、センサ素子に設ける電極触媒として
は、測定する炭化水素ガスの燃焼に対する触媒活性が異
なる２種類の導電性触媒を組み合わせることによってそ
の感度を変化させることもできる。また、測定すべきガ
スの種類は触媒の種類を適切なものに設定することによ
り選択することができる。
は、測定する炭化水素ガスの燃焼に対する触媒活性が異
なる２種類の導電性触媒を組み合わせることによってそ
の感度を変化させることもできる。また、測定すべきガ
スの種類は触媒の種類を適切なものに設定することによ
り選択することができる。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
炭化水素ガスセンサのプローブとして、プロトン導電性
固体電解質をセンサ素子に用い、その片面に炭化水素ガ
スの燃焼に活性な電極触媒を配置し、もう片面に炭化水
素ガスの燃焼に対して不活性な電極触媒を配置すること
により、炭化水素ガスがセンサ電極上に到達して燃焼す
る際に両電極上に発生する水蒸気量の差によって生じる
起電力を利用して炭化水素濃度を測定するから、この炭
化水素濃度を連続して安定且つ簡便に測定することがで
きる。
炭化水素ガスセンサのプローブとして、プロトン導電性
固体電解質をセンサ素子に用い、その片面に炭化水素ガ
スの燃焼に活性な電極触媒を配置し、もう片面に炭化水
素ガスの燃焼に対して不活性な電極触媒を配置すること
により、炭化水素ガスがセンサ電極上に到達して燃焼す
る際に両電極上に発生する水蒸気量の差によって生じる
起電力を利用して炭化水素濃度を測定するから、この炭
化水素濃度を連続して安定且つ簡便に測定することがで
きる。
【図１】本発明の実施例に係るセンサプローブの断面図
である。
である。
【図２】本センサプローブによる測定方法を示す概略図
である。
である。
【図３】メタンガス濃度を測定したときのセンサプロー
ブの起電力特性を示すグラフ図である。
ブの起電力特性を示すグラフ図である。
【図４】プロパンガス濃度を測定したときのセンサプロ
ーブの起電力特性を示すグラフ図である。
ーブの起電力特性を示すグラフ図である。
【図５】同じくセンサ素子の炭化水素ガス濃度に対する
起電力特性を示すグラフ図である。
起電力特性を示すグラフ図である。
１；固体電解質 ２；活性電極 ３；不活性電極 ４；白金線 ５；電圧計 ６；電気炉 ７；アルミナ管 ８；ガス混合器 ９；炭化水素ガスボンベ １０；空気ボンベ １１；ガス導入管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢嶋 保 岐阜県可児郡御嵩町御嵩2192−345 (56)参考文献 特開 平３−276058（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−8439（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−136739（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−77055（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−240850（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−172257（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−322844（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−6454（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/406 G01N 27/416 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 プロトン導電性固体電解質と、この固体
電解質を挟む位置で前記固体電解質に接触する一対の多
孔質電極とを有し、前記多孔質電極のうち、一方が測定
する炭化水素ガスの燃焼に不活性な電極触媒からなり、
他方が活性な電極触媒からなることを特徴とする炭化水
素センサ。 - 【請求項２】 前記活性電極触媒上で炭化水素ガスの燃
焼時に生じる水蒸気の分圧と前記不活性電極触媒上の水
蒸気分圧との差により生じるセンサ起電力を利用して炭
化水素濃度を測定することを特徴とする請求項１に記載
の炭化水素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03362293A JP3308624B2 (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | 炭化水素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03362293A JP3308624B2 (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | 炭化水素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06242060A JPH06242060A (ja) | 1994-09-02 |
| JP3308624B2 true JP3308624B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=12391555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03362293A Expired - Fee Related JP3308624B2 (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | 炭化水素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3308624B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3311218B2 (ja) * | 1995-11-02 | 2002-08-05 | 松下電器産業株式会社 | 炭化水素センサ |
| JP3825129B2 (ja) * | 1997-04-03 | 2006-09-20 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 炭化水素センサ |
| JP4241993B2 (ja) * | 1999-04-01 | 2009-03-18 | パナソニック株式会社 | 炭化水素センサ |
| JP4730635B2 (ja) * | 2001-03-21 | 2011-07-20 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 炭化水素ガスセンサ及び炭化水素ガス濃度測定方法 |
| JP4743375B2 (ja) * | 2001-09-12 | 2011-08-10 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 可燃性ガス濃度測定方法 |
| CN102590315A (zh) * | 2007-07-19 | 2012-07-18 | 郡是株式会社 | 氢气传感器及其制造方法 |
-
1993
- 1993-02-23 JP JP03362293A patent/JP3308624B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06242060A (ja) | 1994-09-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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