JP4075645B2 - Oil pH sensor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オイル中のpHを測定するために使用するオイル用pHセンサに関する。特に、自動車においてエンジンオイル等の高温雰囲気におけるオイル劣化を検出するpHを測定するのに好適なオイル用pHセンサに関する。ここでは、エンジンオイルの劣化度を判定するための車載用pHセンサに使用する場合を例に採り説明するが、これに限られるものではない。
【0002】
すなわち、車載用pHセンサ以外に、産業界における燃料、作動油、潤滑油等のオイル劣化測定のためのpHセンサにも本発明は適用可能である。
【0003】
【従来技術】
自動車におけるエンジンオイルは、高温、高圧にさらされ、さらには、汚染物も混入して、劣化が促進される。このオイル劣化は、エンジンの各運動部の抵抗を増大させ、エンジン性能の低下をもたらすとともに摩耗を促進させる。このため、通常、所定距離走行毎にエンジンオイルの交換を行っている。
【0004】
しかし、エンジンオイルの劣化は、オイル種類、運転状況、エンジン使用時間、及び外気温等にも影響され、必ずしも走行距離に比例しない場合が多い。このため、エンジンオイルの交換が最適なときに行われるとは限らない。なお、エンジンオイルは、同種類のエンジン用オイルでも、オイルの質、及び、酸化防止剤等の添加剤の配合処方を変えて各メーカから多種類供給されているのが現状である。
【0005】
そこで、最適なときでのオイル交換を目的とし、オイル中に電極を直接浸漬させ、電位差(pHにより変化する。)等の電気的特性の変化を測定することで、オイル劣化度を判定する方法が提案されている(特許文献1等)。
【0006】
上記従来技術におけるオイルの劣化度を電気的に測定する方法は、pHの違いによりオイルの劣化度を測定するものである。オイルは、酸化防止剤等の添加剤の化学変化およびオイル自体の酸化等により水素イオン濃度が増大してpH(−log[H])が低下する。
【0007】
例えば、特許文献1において、エンジンオイルの自動交換に関する技術分野で下記のようなものが記載されている。
【0008】
オイルパンに設けたpHセンサによりオイルのpHを介してオイルの劣化度を検出する。そして、オイルのアルカリ度(pH)が所定値を超えて低下したときを判定して、オイルを抜き取ってオイル交換をするものである。
【0009】
上記公報には、具体的にはどのようなpHセンサを使用するかは開示されていない。
【0010】
また一般的に、pHセンサは、オイル中に基準電極および作用電極を直接浸漬して、その電位差を測定する構成である(特許文献2・3・4等参照)。
【0011】
このため、オイルの種類により基準電極側の電位が一定とならないという問題点があった。また、作用電極側においても、オイル組成が同じ種類でも各メーカによって異なるとともに、経時的にオイルが水分を吸収するため、作用電極の電位が劣化度と正確に対応しないおそれがあった。
【0012】
オイルの比誘電率は、通常1.6〜3程度と低く、一般に水溶液と同等に扱えるのは比誘電率が35以上であり、水などの高比誘電率(ε=78.5)の溶媒が混入した場合、混合溶媒のイオンに及ぼす影響(溶媒和状況)が必ずしも一定でないことが劣化度と正しく対応しないためである。
【0013】
本発明は、上記にかんがみて成されたもので、オイル組成が異なっていても、また、経時的にオイルが水分を吸収しても、正確にオイル劣化度の測定が可能となるオイル用pHセンサを提供することを目的とする。
【0014】
なお、特許文献6には、オイル接触側を分離膜(水素イオンのみを選択的に透過するナフィン(デュポン社商品名)等の水素イオン感応膜)で密封した内腔に、電極対を配設するとともに、支持塩を添加した高沸点の極性溶媒を封入して、電気的特性を検出するセンサが提案されている。
【0015】
しかし、これは、pHセンサの如く、基準電極と作用電極との電池作用による起電力を測定することを想定しておらず、極性溶媒中における電極対間(通常、同一金属材)に電圧を印加させて電気抵抗、誘電率、静電容量等の電気的特性のうちの1種又は2種以上を測定するものであり、本願発明とは全く異なるものである(同文献第8頁第第6〜9行参照)。
【0016】
【特許文献1】
特開昭56−47614号公報
【特許文献2】
特開平4−350552号公報
【特許文献3】
特開平5−005720号公報
【特許文献4】
特開平5−281188号公報
【特許文献5】
特開平6−201649号公報
【特許文献6】
実願平2−80679号(実開平4−38557号)のマイクロフィルムの写し
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を下記構成のオイル用pHセンサにより解決するものである。
【0018】
オイル中の劣化度をpH測定により検出するために使用する基準電極(比較電極)と作用電極(応答電極)とを備えたpHセンサであって、
基準電極と作用電極とが、被測定液と基準電極と作用電極とが、電気伝導性区画板で区画された構造であり、また、
作用電極が、極性樹脂と、強電解質が添加された高比誘電率で高沸点の極性溶媒(電解液)とからなる極性樹脂/電解液複合体で、電極本体を囲繞させて水素イオン選択性を有するものであることを特徴とする。
【0019】
ここで、被検オイル中の水素イオンは、選択的に交換樹脂(イオン選択性を有する。)を介して作用電極の電極本体に到達するため、オイルの種類や誘電率変化(溶媒和等による)の影響を受けない。また、基準電極は作用電極と電気伝導性区画板で隔離されているため、作用電極に作用する水素イオン濃度の影響を実質的に受けないか、又は、全く受けない。このため、安定した水素イオン濃度の検出、すなわち、pH検出が可能となる。
【0020】
また、極性溶媒として高比誘電率で高沸点の極性溶媒を使用するのは、エンジンオイル等は高温になるものであり、かつ、イオン伝導性を確保するためである(比誘電率が小さいと電解質がイオン解離しない。)。
【0021】
なお、基準電極(比較電極)をオイルに直接浸漬した場合、
▲1▼新油の場合:油種の相違はオイルの構成化学種の相違であり、一定でない環境が基準電極の異なる原因となる。
【0022】
▲2▼劣化油の場合:劣化の過程の相違により劣化油を構成する化学種が異なり、基準電極の電位が異なる原因となる。
【0023】
したがって、基準電極をオイルから隔離することは、基準電極の電位を安定させることにつながる。
【0024】
また、作用電極(応答電極)においても、電極電位は電極表面から遊離したイオンと如何に溶媒が溶媒和するかによって影響される。図4に、ホモ選択溶媒和とヘテロ選択溶媒和における混合溶媒の溶媒比と溶媒和の関係を示す(Viktor Gutmann(ヴィクトール・グートマン)著「ドナーとアクセプター」学会出版センター、1983.3.10、p145図9-5から引用)。溶媒和状態が略選択溶媒和若しくはヘテロ選択溶媒和によって、溶媒比と溶媒和との関係が点線から外れ、作用電極の電極電位がバラツク原因となることが考えられる。
【0025】
したがって、作用電極をオイルから隔離することは、作用電極の電位のバラツキを低減することにつながる。
【0026】
なお、「ホモ選択溶媒和」とは、陽イオンと陰イオンとが同じ溶媒成分により選択的に溶媒和されている場合をいい、「ヘテロ選択溶媒和」とは、陽イオンと陰イオンとがそれぞれ別の溶媒によって溶媒和されている場合をいう。
【0027】
そして、上記極性樹脂/電解液複合体の形態としては、陽イオン交換体に陽イオンが添加された高沸点の極性溶媒が含浸されたもの、又は、陽イオン交換膜で被測定オイルと非接触となるように極性溶媒が保持されたものとする。
【0028】
上記、高比誘電率で高沸点の極性溶媒とは、比誘電率35以上で沸点150℃以上の極性溶媒をいい、具体的には、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、プロピレンカーボネートの群から選択される1種又は2種以上の溶媒を好適に使用できる。
【0029】
また、板状イオン透過体の形態としては、板状イオン透過体が、通常、孔径が10〜100μmの多孔性板状体又は半透膜とする。
【0030】
上記、板状導電体の形態としては、良導電性の貴金属からなる通電部が絶縁性板状体の両面に露出させて形成したものがある。
【0031】
さらに、基準電極としては、通常、汎用性のある銀/塩化銀電極を使用する。
【0032】
【発明の実施の形態】
図1(A)・(B)に本発明のpHセンサの一実施形態を示す。
【0033】
本実施形態のpHセンサは、基本的には、オイル中の劣化度をpH測定により検出するために使用する作用電極(応答電極)11と基準電極(比較電極)13とを備えたものである。
【0034】
そして、作用電極11と基準電極13とは、板状のイオン透過体(フィルター)15を介して電気的接続可能とされて隔離されている。
【0035】
ここで、イオン透過体15としては、電解液(イオン添加極性溶媒)中のイオン(導電媒体)を透過可能なもので、両電極間の電解液を必要以上に混合させない作用を奏するものなら、特に限定されず、孔径10〜100μmの多孔板又は半透膜とする。ここで、多孔板の材質は、通常、プラスチックとするが、ガラス、セラミック等の非導電体でもよく、さらには、金属導電体でもよい。なお、イオン透過体15は、全面的をイオン透過部とする必要はなく部分的にイオン透過部(液絡部)を形成してもよい。
【0036】
そして、作用電極11は、極性樹脂17と、強電解質が添加された高比誘電率で高沸点の極性溶媒(電解液)とからなる極性樹脂/電解液複合体で、作用電極本体19を囲繞させて水素イオン選択性を有するものである。
【0037】
ここで、水素イオン選択性とは、極性樹脂/電解液複合体が、水素イオンのみを透過(伝導)する性質をいう。
【0038】
そして、極性樹脂/電解液複合体は、いわゆる、極性高分子/無機塩/高沸点溶媒ハイブリッド系と称される高分子超イオン伝導体を意味する(高分子学会編「電子機能『高分子錯体』3」学会出版センター、1990年5月10日、p102〜104参照)。
【0039】
そして、極性樹脂(極性基導入樹脂)としては、電解液を含浸させたとき水素イオン選択性(プロトン伝導性)を有するものなら特に限定されず、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリルニトリル、ポリエチレンオキシド等でもよいが、図1では陽イオン交換樹脂17を電解液(強電解質添加極性溶媒)で含浸させたものである。
【0040】
ここで、作用電極11の作用電極本体19は、通常、耐食性(耐酸性)に優れたステンレス鋼、チタン等を使用することが望ましい。
【0041】
また、陽イオン交換樹脂としては、一般に市販されている陽イオン交換樹脂、例えば、「ダイヤイオン」(三菱化成社製)、「ローム・アンド・ハース=アンバーライト」(東京有機化学社製)、「ダウエックス」(ダウ・ケミカル人社製)、「デュオライト」(住友化学社製)等、さらには後述のデュポン社製「ナフィオン」(PSF)等を適宜使用することができる。これらのうちで、強酸性タイプのものに導電性電解液を含浸させたとき、センサーの反応性が良好で望ましい。イオン交換樹脂の形態としては、通常、ポーラス型樹脂を使用するがゲル型であってもよい。さらに、本実施形態では成形体であるが、イオン交換樹脂のビーズ体または膜積層体を充填して、前記イオン透過体で蓋をしてもよい。
【0042】
そして、極性溶媒として、比誘電率(ε)35以上で沸点(bp)150℃以上(望ましくは160℃以上)の極性溶媒を使用する。比誘電率が低いと、電解質のイオン分離がし難くなり、イオン伝導性が低下して、pH測定が困難となる。また、沸点が低すぎると、エンジンオイル等が昇温した場合に、沸騰して、同様にpH測定が困難となる。
【0043】
具体的な極性溶媒としては、N,N−ジメチルアセトアミド(ε:38.9、bp:163〜165℃)、N,N−ジメチルホルムアミド(ε:36.7、bp:153℃)ジメチルスルホキシド(ε:46.6、bp:189℃)、プロピレンカーボネート(炭酸プロピレン)(ε:64.9、bp:240℃)の群から選択される1種又は2種以上の溶媒を好適に使用できる。なお、上記において、括弧内に、参考のために、比誘電率と沸点を前後に記した。
【0044】
そして、陽イオンの供給源としては、例えば、塩化リチウム、塩化カリウム、塩素酸リチウム等の強電解質を好適に使用でき、それらの添加量は、4〜6N(規定)となる量とする。
【0045】
そして、基準電極(比較電極)13は、通常、汎用の銀/塩化銀電極において、電解液の溶媒を前記極性溶媒としたものとする。すなわち、Ag板(又はAg棒)の表面にAgCl膜を形成した基準電極本体20を、塩素イオンを含有する高沸点で高比誘電率の極性溶媒で囲繞したものである。なお、この基準電極は、電極ケース21及び板状イオン透過体15で囲繞されている。また、基準電極としては、銀/塩化銀電極に限らず、白金/よう素電極等も使用可能である。
【0046】
電極ケース21は、通常、絶縁性及び耐熱性の良好なものなら特に限定されないが、例えば、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、エポキシ樹脂等の耐熱性樹脂で形成(成形)することが望ましい。
【0047】
このときの、塩素イオン供給源としては、前述の、塩化リチウム、塩化カリウム等の強電解質を使用することができる。そして、これらの添加量は、4〜6N(規定)となる量とする。なお、比較電極においても、上記同様、陽イオン交換樹脂に電解液を含浸させてもよい。
【0048】
図2に示すpHセンサは、図1の変形態様で、電気伝導性区画板を、板状導電体16としたものである、全体を導電体としてもよいが、電気抵抗の見地から、絶縁性材料の板材16aの中央に、良導電性の貴金属(白金、銀、金等)からなる通電部16bの両側を露出させたものが望ましい。ここで、貴金属を使用するのは、貴金属は腐蝕しないためである。
【0049】
さらに、図3に示す実施形態は、極性樹脂/電解液複合体が、陽イオン交換膜18で被測定オイルと非接触となるように高比誘電率で高沸点の電解液(電解質添加極性溶媒)23が保持されたものである。ここで、極性溶媒、電解質、及び、比較電極は図1の場合と同様である。
【0050】
そして、陽イオン交換膜(イオン選択性膜)18としては、デュポン社製「ナフィオン」(PSF)等のポリパーフルオロカーボン系ポリアニオン(ポリパーフルオロスルホン酸:PSF)等を好適に使用できる。
【0051】
次に、上記pHセンサの使用態様を説明する。
【0052】
本発明のpHセンサは、通常、図示しないが、オイルパンの底部に取付けられたオイルを導入可能とされた被験オイル槽内に設置する。そして、pHセンサの作用電極11及び基準電極13の各導出端子11aおよび13aは、測定回路25を介して表示回路27に接続されて、オイルのアルカリ度(pH)が所定値を超えて低下したときオイル警告等により表示(出力)させるようになっている。
【0053】
このとき、オイル中の水素イオン濃度(pH)は、作用電極11に水素イオン選択性を有するイオン交換樹脂体(膜)を介して作用するため、オイルの種類の影響や、及び、オイル吸水による誘電率変化の影響を受けず、安定したpH検出が可能となる。したがって、自動車用におけるオイル劣化の検出用等のpHセンサとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)、(B)は、本発明におけるpHセンサの一実施形態を示す縦概略断面図及び水平概略断面図
【図2】図1のpHセンサの変形態様を示す縦概略断面図
【図3】本発明におけるpHセンサの他の態様を示す概略断面図
【図4】ホモ選択溶媒和およびヘテロ選択溶媒和の各例を示すグラフ図
【符号の説明】
11 作用電極(応答電極)
13 基準電極(比較電極)
15 板状イオン透過体(板状伝導性区画板)
16 板状導電体(板状伝導性区画板)
17 陽イオン交換樹脂
18 陽イオン交換樹脂膜
19 作用電極本体
20 基準電極本体
21 電極ケース
23 電解液
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an oil pH sensor used for measuring pH in oil. In particular, the present invention relates to an oil pH sensor suitable for measuring pH for detecting oil deterioration in a high temperature atmosphere such as engine oil in an automobile. Here, the case where it uses for the vehicle-mounted pH sensor for determining the deterioration degree of engine oil is taken as an example, but it is not restricted to this.
[0002]
That is, the present invention can be applied to a pH sensor for measuring the deterioration of oil such as fuel, hydraulic oil, and lubricating oil in the industry in addition to the on-vehicle pH sensor.
[0003]
[Prior art]
Engine oil in automobiles is exposed to high temperatures and high pressures, and further contaminated materials are mixed to promote deterioration. This oil deterioration increases the resistance of each moving part of the engine, causes a decrease in engine performance and promotes wear. For this reason, the engine oil is usually exchanged every predetermined distance.
[0004]
However, deterioration of engine oil is also affected by oil type, operating conditions, engine usage time, outside air temperature, etc., and is not always proportional to the travel distance. For this reason, it is not always performed when the engine oil is optimally changed. It should be noted that, even in the same type of engine oil, various types of engine oil are supplied from each manufacturer by changing the quality of the oil and the formulation of additives such as antioxidants.
[0005]
Therefore, a method for judging the degree of oil deterioration by immersing the electrode directly in oil and measuring changes in electrical characteristics such as potential difference (changes with pH) for the purpose of oil exchange at the optimum time. Has been proposed (Patent Document 1, etc.).
[0006]
The above-described method for electrically measuring the degree of deterioration of oil is to measure the degree of deterioration of oil based on the difference in pH. Oil has a high hydrogen ion concentration due to a chemical change of an additive such as an antioxidant and an oxidation of the oil itself, resulting in a decrease in pH (-log [H]).
[0007]
For example, Patent Document 1 describes the following in the technical field related to automatic replacement of engine oil.
[0008]
The degree of deterioration of the oil is detected through the pH of the oil by a pH sensor provided in the oil pan. Then, it is determined when the alkalinity (pH) of the oil has dropped below a predetermined value, and the oil is removed and the oil is changed.
[0009]
The above publication does not specifically disclose what pH sensor is used.
[0010]
In general, a pH sensor has a configuration in which a reference electrode and a working electrode are directly immersed in oil and a potential difference thereof is measured (see Patent Documents 2, 3, 4, etc.).
[0011]
For this reason, there is a problem that the potential on the reference electrode side is not constant depending on the type of oil. On the working electrode side, even if the oil composition is the same, it varies depending on the manufacturer, and the oil absorbs moisture over time, so that the potential of the working electrode may not accurately correspond to the degree of deterioration.
[0012]
The relative dielectric constant of oil is usually as low as about 1.6 to 3. Generally, it can be handled in the same way as an aqueous solution with a relative dielectric constant of 35 or more, and a solvent having a high relative dielectric constant (ε = 78.5) such as water. This is because the influence of the mixed solvent on the ions (solvation state) is not necessarily constant, and does not correspond to the degree of deterioration correctly.
[0013]
The present invention has been made in view of the above, and it is possible to accurately measure the degree of oil degradation even if the oil composition is different or the oil absorbs moisture over time. An object is to provide a sensor.
[0014]
In Patent Document 6, an electrode pair is arranged in a lumen sealed on the oil contact side with a separation membrane (hydrogen ion sensitive membrane such as Nafin (trade name of DuPont) that selectively permeates only hydrogen ions). At the same time, a sensor for detecting an electrical characteristic by enclosing a polar solvent having a high boiling point to which a supporting salt is added has been proposed.
[0015]
However, this does not assume that the electromotive force due to the battery action between the reference electrode and the working electrode is measured like a pH sensor, and a voltage is applied between the electrode pair (usually the same metal material) in a polar solvent. It is applied to measure one or more of electrical characteristics such as electric resistance, dielectric constant, capacitance, etc., and is completely different from the present invention (page 8, page 8). (See lines 6-9).
[0016]
[Patent Document 1]
JP 56-47614 A [Patent Document 2]
JP-A-4-350552 [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-005720 [Patent Document 4]
JP-A-5-281188 [Patent Document 5]
JP-A-6-201649 [Patent Document 6]
Copy of microfilm of Japanese Utility Model No. 2-80679 (Japanese Utility Model Application No. 4-38557)
[Means for Solving the Problems]
This invention solves the said subject with the pH sensor for oil of the following structure.
[0018]
A pH sensor comprising a reference electrode (comparison electrode) and a working electrode (response electrode) used for detecting the degree of deterioration in oil by pH measurement,
The reference electrode and the working electrode have a structure in which the liquid to be measured, the reference electrode, and the working electrode are partitioned by an electrically conductive partition plate, and
The working electrode is a polar resin / electrolyte complex composed of a polar resin and a polar solvent (electrolyte) with a high relative dielectric constant and a high boiling point to which a strong electrolyte is added. It is characterized by having.
[0019]
Here, since hydrogen ions in the test oil selectively reach the electrode body of the working electrode via an exchange resin (having ion selectivity), the oil type and the dielectric constant change (due to solvation, etc.) ) Is not affected. Moreover, since the reference electrode is separated by the working electrode and the electrically conductive partition plate, the reference electrode is not substantially affected by the hydrogen ion concentration acting on the working electrode or not at all. For this reason, stable detection of hydrogen ion concentration, that is, pH detection becomes possible.
[0020]
Moreover, the reason why a polar solvent having a high relative dielectric constant and a high boiling point is used as the polar solvent is that engine oil or the like is at a high temperature and ensures ionic conductivity (if the relative dielectric constant is small) The electrolyte does not ion dissociate.)
[0021]
In addition, when the reference electrode (comparative electrode) is directly immersed in oil,
(1) In the case of new oil: The difference in the oil type is the difference in the chemical species of the oil, and the non-constant environment causes the reference electrode to be different.
[0022]
(2) In the case of deteriorated oil: The chemical species constituting the deteriorated oil differ depending on the process of deterioration, which causes the potential of the reference electrode to be different.
[0023]
Therefore, isolating the reference electrode from the oil leads to stabilizing the potential of the reference electrode.
[0024]
Also in the working electrode (response electrode), the electrode potential is affected by how the solvent solvates with ions liberated from the electrode surface. Fig. 4 shows the relationship between the solvent ratio of the mixed solvent and the solvation in the homo-selective solvation and the hetero-selective solvation (Viktor Gutmann, "Donor and Acceptor" Society Publishing Center, 1983.3.10, p145 figure). (Quoted from 9-5). It is considered that the relationship between the solvent ratio and the solvation deviates from the dotted line due to the solvation state being substantially selective solvation or heteroselective solvation, and the electrode potential of the working electrode becomes a cause of variation.
[0025]
Therefore, isolating the working electrode from the oil leads to a reduction in variation in potential of the working electrode.
[0026]
“Homo-selective solvation” refers to the case where a cation and an anion are selectively solvated by the same solvent component, and “heteroselective solvation” refers to the case where a cation and an anion are combined. The case where each is solvated by a different solvent.
[0027]
As the form of the polar resin / electrolyte complex, the cation exchanger is impregnated with a high-boiling polar solvent in which a cation is added, or the cation exchange membrane is not in contact with the oil to be measured. It is assumed that the polar solvent is retained so that
[0028]
The above polar solvent having a high relative dielectric constant and a high boiling point refers to a polar solvent having a relative dielectric constant of 35 or more and a boiling point of 150 ° C. or more. Specifically, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, One or two or more solvents selected from the group of dimethyl sulfoxide and propylene carbonate can be suitably used.
[0029]
Moreover, as a form of a plate-shaped ion permeable body, a plate-shaped ion permeable body is usually a porous plate-shaped body or a semipermeable membrane having a pore diameter of 10 to 100 μm.
[0030]
As a form of the plate-like conductor, there is one in which a current-carrying portion made of a highly conductive noble metal is exposed on both surfaces of the insulating plate-like body.
[0031]
Further, a general-purpose silver / silver chloride electrode is usually used as the reference electrode.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1A and 1B show an embodiment of the pH sensor of the present invention.
[0033]
The pH sensor of the present embodiment basically includes a working electrode (response electrode) 11 and a reference electrode (comparison electrode) 13 that are used to detect the degree of deterioration in oil by pH measurement. .
[0034]
The working electrode 11 and the reference electrode 13 are isolated by being electrically connectable via a plate-like ion permeable body (filter) 15.
[0035]
Here, as the ion permeator 15, it is possible to transmit ions (conductive medium) in the electrolytic solution (ion-added polar solvent), and if it has an effect of not mixing the electrolytic solution between both electrodes more than necessary, It does not specifically limit, It is set as the perforated board or semipermeable membrane with a hole diameter of 10-100 micrometers. Here, the material of the perforated plate is usually plastic, but it may be a non-conductor such as glass or ceramic, and may further be a metal conductor. In addition, the ion permeable body 15 does not need to be an ion permeable part entirely, and may form an ion permeable part (liquid junction part) partially.
[0036]
The working electrode 11 is a polar resin / electrolyte complex composed of a polar resin 17 and a polar solvent (electrolyte) having a high relative dielectric constant and a high boiling point to which a strong electrolyte is added, and surrounds the working electrode body 19. To have hydrogen ion selectivity.
[0037]
Here, the hydrogen ion selectivity refers to the property that the polar resin / electrolyte complex permeates (conducts) only hydrogen ions.
[0038]
The polar resin / electrolyte complex means a so-called polar polymer / inorganic salt / high-boiling-point solvent hybrid system. 3 ”The Society Publishing Center, May 10, 1990, p. 102-104).
[0039]
The polar resin (polar group-introducing resin) is not particularly limited as long as it has hydrogen ion selectivity (proton conductivity) when impregnated with an electrolytic solution, and may be polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polyethylene oxide, or the like. In FIG. 1, the cation exchange resin 17 is impregnated with an electrolytic solution (strong electrolyte added polar solvent).
[0040]
Here, it is generally desirable that the working electrode body 19 of the working electrode 11 is made of stainless steel, titanium or the like having excellent corrosion resistance (acid resistance).
[0041]
Further, as the cation exchange resin, a commercially available cation exchange resin such as “Diaion” (manufactured by Mitsubishi Kasei Co., Ltd.), “Rohm and Haas = Amberlite” (manufactured by Tokyo Organic Chemical Co., Ltd.), “Dawex” (manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.), “Duolite” (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), and “Nafion” (PSF) manufactured by DuPont, which will be described later, can be used as appropriate. Among these, when a strongly acidic type is impregnated with a conductive electrolyte, it is desirable that the sensor has good reactivity. As a form of the ion exchange resin, a porous resin is usually used, but a gel type resin may be used. Furthermore, although it is a molded body in this embodiment, it may be filled with an ion exchange resin bead body or a membrane laminated body and covered with the ion permeable body.
[0042]
A polar solvent having a relative dielectric constant (ε) of 35 or more and a boiling point (bp) of 150 ° C. or more (preferably 160 ° C. or more) is used. If the relative dielectric constant is low, ion separation of the electrolyte becomes difficult, ion conductivity decreases, and pH measurement becomes difficult. On the other hand, if the boiling point is too low, the engine oil will boil when the temperature rises, and pH measurement will be difficult as well.
[0043]
Specific polar solvents include N, N-dimethylacetamide (ε: 38.9, bp: 163 to 165 ° C.), N, N-dimethylformamide (ε: 36.7, bp: 153 ° C.) dimethyl sulfoxide ( One or more solvents selected from the group of ε: 46.6, bp: 189 ° C.) and propylene carbonate (propylene carbonate) (ε: 64.9, bp: 240 ° C.) can be suitably used. In the above description, the relative dielectric constant and boiling point are shown before and after in parentheses for reference.
[0044]
And as a supply source of a cation, strong electrolytes, such as lithium chloride, potassium chloride, lithium chlorate, etc. can be used conveniently, for example, The addition amount shall be the quantity used as 4-6N (regulation).
[0045]
The reference electrode (comparative electrode) 13 is generally a general-purpose silver / silver chloride electrode, and the solvent of the electrolytic solution is the polar solvent. That is, the reference electrode body 20 in which an AgCl film is formed on the surface of an Ag plate (or Ag bar) is surrounded by a polar solvent having a high boiling point and a high relative dielectric constant containing chlorine ions. The reference electrode is surrounded by the electrode case 21 and the plate-like ion permeable body 15. The reference electrode is not limited to a silver / silver chloride electrode, and a platinum / iodine electrode or the like can also be used.
[0046]
The electrode case 21 is not particularly limited as long as it has good insulation and heat resistance, but is preferably formed (molded) with a heat resistant resin such as polyphenylene sulfide (PPS) or epoxy resin.
[0047]
At this time, as the chloride ion supply source, the above-described strong electrolyte such as lithium chloride or potassium chloride can be used. And let these addition amount be the quantity used as 4-6N (regulation). Also in the comparative electrode, as described above, a cation exchange resin may be impregnated with an electrolytic solution.
[0048]
The pH sensor shown in FIG. 2 is a modification of FIG. 1, in which the electrically conductive partition plate is a plate-like conductor 16. The whole may be a conductor, but from the viewpoint of electrical resistance, What exposed both sides of the electricity supply part 16b which consists of a highly conductive noble metal (platinum, silver, gold | metal | money etc.) in the center of the board | plate material 16a of material is desirable. Here, the precious metal is used because the precious metal does not corrode.
[0049]
Further, in the embodiment shown in FIG. 3, the polar resin / electrolyte complex is not in contact with the oil to be measured by the cation exchange membrane 18 and has a high dielectric constant and high boiling point electrolyte (electrolyte-added polar solvent). ) 23 is held. Here, the polar solvent, the electrolyte, and the reference electrode are the same as those in FIG.
[0050]
As the cation exchange membrane (ion selective membrane) 18, a polyperfluorocarbon-based polyanion (polyperfluorosulfonic acid: PSF) such as “Nafion” (PSF) manufactured by DuPont can be suitably used.
[0051]
Next, how the pH sensor is used will be described.
[0052]
Although not shown, the pH sensor of the present invention is usually installed in a test oil tank that can introduce oil attached to the bottom of an oil pan. The working electrode 11 of the pH sensor and the lead-out terminals 11a and 13a of the reference electrode 13 are connected to the display circuit 27 via the measurement circuit 25, and the alkalinity (pH) of the oil has dropped below a predetermined value. Sometimes it is displayed (output) by an oil warning or the like.
[0053]
At this time, the hydrogen ion concentration (pH) in the oil acts on the working electrode 11 through an ion exchange resin body (membrane) having hydrogen ion selectivity, and therefore, the influence of the type of oil and oil absorption. Stable pH detection is possible without being affected by changes in dielectric constant. Therefore, it is suitable as a pH sensor for detecting oil deterioration in automobiles.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are a vertical schematic cross-sectional view and a horizontal schematic cross-sectional view showing an embodiment of a pH sensor according to the present invention. FIG. 2 is a vertical schematic cross-sectional view showing a modification of the pH sensor of FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the pH sensor according to the present invention. FIG. 4 is a graph showing examples of homo-selective solvation and hetero-selective solvation.
11 Working electrode (response electrode)
13 Reference electrode (reference electrode)
15 Plate-shaped ion permeator (plate-shaped conductive partition plate)
16 Plate-shaped conductor (plate-shaped conductive partition plate)
17 Cation Exchange Resin 18 Cation Exchange Resin Membrane 19 Working Electrode Body 20 Reference Electrode Body 21 Electrode Case 23 Electrolyte

Claims (8)

オイル中の劣化度をpH測定により検出するために使用する基準電極(比較電極)と作用電極(応答電極)とを備えたpHセンサであって、
前記基準電極と作用電極とが、電気伝導性区画板で区画された構造であり、また、
前記作用電極が、極性樹脂と、強電解質が添加された高比誘電率で高沸点の極性溶媒とからなる極性樹脂/電解液複合体で、電極本体を囲繞させて水素イオン選択性を有するものであることを特徴とするオイル用pHセンサ。
A pH sensor comprising a reference electrode (comparison electrode) and a working electrode (response electrode) used for detecting the degree of deterioration in oil by pH measurement,
The reference electrode and the working electrode have a structure partitioned by an electrically conductive partition plate, and
The working electrode is a polar resin / electrolyte complex composed of a polar resin and a polar solvent having a high relative dielectric constant and a high boiling point to which a strong electrolyte is added, and has hydrogen ion selectivity by surrounding the electrode body. An oil pH sensor.
前記極性樹脂/電解液複合体が、陽イオン交換体に高比誘電率で高沸点の極性溶媒が含浸されたものであることを特徴とする請求項1記載のpHセンサ。  The pH sensor according to claim 1, wherein the polar resin / electrolyte complex is a cation exchanger impregnated with a polar solvent having a high relative dielectric constant and a high boiling point. 前記極性樹脂/電解液複合体が、陽イオン交換膜で被測定オイルと非接触となるように高比誘電率で高沸点の極性溶媒が保持されたものであることを特徴とする請求項1記載のオイル用pHセンサ。 Claim 1, wherein the polar resin / electrolyte complex, and characterized in that the high-boiling polar solvent high specific dielectric constant such that the measured oil and non-contact with a cation exchange membrane is held The pH sensor for oil described . 前記極性溶媒が、比誘電率35以上で沸点150℃以上の陽イオン交換樹脂で形成されていることを特徴とする請求項1記載のオイル用pHセンサ。  The oil pH sensor according to claim 1, wherein the polar solvent is formed of a cation exchange resin having a relative dielectric constant of 35 or more and a boiling point of 150 ° C or more. 前記極性溶媒が、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、プロピレンカーボネートの群から選択される1種又は2種以上の溶媒からなることを特徴とする請求項2記載のオイル用pHセンサ。  The said polar solvent consists of 1 type, or 2 or more types of solvents selected from the group of N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, and propylene carbonate. Oil pH sensor. 前記電気伝導性区画板が、イオン透過部を備えていることを特徴とする請求項1記載のオイル用pHセンサ。  The oil pH sensor according to claim 1, wherein the electrically conductive partition plate includes an ion permeable portion. 前記電気伝導性区画板が、通電部を備えていることを特徴とする請求項1記載のオイル用pHセンサ。  The oil pH sensor according to claim 1, wherein the electrically conductive partition plate includes an energization portion. 前記基準電極が銀/塩化銀電極であることを特徴とする請求項1記載のオイル用pHセンサ。  The oil pH sensor according to claim 1, wherein the reference electrode is a silver / silver chloride electrode.
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