JP6429193B2 - Alcohol sensor - Google Patents
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Description
本発明は、アルコールセンサの技術に関し、特に、CO等の検知妨害ガスの影響を減少させたアルコールセンサに関する。 The present invention relates to an alcohol sensor technology, and more particularly to an alcohol sensor in which the influence of a detection interference gas such as CO is reduced.
アルコールガスは、Pt黒を触媒にして化学反応が生じ、電流が生成される性質がある。従来より、人間の呼気等の検出対象ガス中のアルコール濃度を測定するために、検出対象ガスをPt黒に接触させ、生成された電流を抵抗素子に流し、電圧を測定することで、検出対象ガス中に含有されるアルコール濃度を測定するアルコールセンサが用いられている。 Alcohol gas has the property that a chemical reaction occurs using Pt black as a catalyst to generate an electric current. Conventionally, in order to measure the alcohol concentration in a detection target gas such as human exhalation, the detection target gas is brought into contact with Pt black, the generated current is passed through a resistance element, and the voltage is measured. An alcohol sensor that measures the concentration of alcohol contained in gas is used.
しかしながら、COガスもPt黒と接触すると化学反応し、電流を発生させる性質を有するため、検出対象ガス中に、アルコールと共に、COが含有されていると、アルコール濃度の測定値が不正確になる。
また、アルコールの化学反応により生成される電流は微少であるため、Pt黒が含有された電極を含む測定回路中の抵抗が大きいと、アルコール濃度の測定値が不正確になる。
However, since CO gas also has a property of chemically reacting with Pt black when it comes into contact with Pt black, if the detection target gas contains CO together with alcohol, the measured value of the alcohol concentration becomes inaccurate. .
In addition, since the current generated by the chemical reaction of the alcohol is very small, the measured value of the alcohol concentration becomes inaccurate if the resistance in the measurement circuit including the electrode containing Pt black is large.
下記文献に記載されているように、アルコール濃度を正確に求めるための試行錯誤が行われているが、低コストで製造することは困難である。 As described in the following document, trial and error for accurately determining the alcohol concentration is performed, but it is difficult to manufacture at low cost.
本発明は、上記従来技術の課題を解決するために、簡単に製造することができ、正確な測定値が得られるアルコールセンサを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-described problems of the prior art, an object of the present invention is to provide an alcohol sensor that can be easily manufactured and can obtain an accurate measurement value.
上記課題を解決するため本発明は、通気側容器と、液溜側容器と、フィルム状のアルコール検出シートと、を有し、前記アルコール検出シートには、第一の基材フィルムの表面に、白金黒を含有する作用極が形成されたフィルム状の作用部と、第二の基材フィルムの表面に、白金黒を含有する対極が形成されたフィルム状の対部と、陽イオンを通過させる陽イオン透過膜と、が設けられ、前記通気側容器の内周面には、前記通気側容器の内部に向けて突出された通気側押圧部が設けられ、前記液溜側容器の内周面には、前記液溜側容器の内部に向けて突出された液溜側押圧部が設けられ、前記通気側容器の容器開口である通気側開口が前記作用極に向けられ、前記液溜側容器の容器開口である液溜側開口が前記対極に向けられ、前記通気側押圧部と前記液溜側押圧部とによって、前記アルコール検出シートの縁部分の少なくとも一部が挟まれて押圧された状態で、前記アルコール検出シートは前記通気側容器と前記液溜側容器とで構成される密閉容器内に配置され、前記アルコール検出シートは不揮発性酸溶液を含有し、前記密閉容器の内部は、前記アルコール検出シートによって、前記通気側容器の底板と前記アルコール検出シートとの間の検出空間と、前記液溜側容器の底板と前記アルコール検出シートとの間の液溜空間とに二分され、前記密閉容器には、前記密閉容器の外部と前記検出空間とをそれぞれ接続する導入口と排出口とが設けられ、アルコールを含有する測定対象ガスが前記導入口から前記検出空間に導入され、前記排出口から排出されると、前記測定対象ガスに含有される前記アルコールが前記作用極と反応し、前記作用極と前記対極との間に、前記測定対象ガスのアルコール濃度に応じた電流を発生させるアルコールセンサである。
本発明はアルコールセンサであって、前記通気側容器の底板には、前記通気側開口に向けて突出された容器側突起が設けられ、前記液溜側容器の底板には、前記液溜側開口に向けて突出された液溜側突起が設けられ、前記アルコール検出シートの中央を含む中央部分は、前記容器側突起と前記液溜側突起とで挟まれて押圧されているアルコールセンサである。
本発明はアルコールセンサであって、前記アルコール検出シートの外周面と、前記密閉容器の内周面との間には、前記不揮発性酸溶液が存在するアルコールセンサである。
本発明はアルコールセンサであって、前記陽イオン透過膜は、パーフルオロスルホン酸−ポリテトラフルオロエチレン膜であるアルコールセンサである。
本発明はアルコールセンサであって、前記第一の基材フィルムと、前記第二の基材フィルムは、樹脂粉末がフィルム状に焼結されて形成されたアルコールセンサである。
本発明はアルコールセンサであって、前記不揮発性酸溶液には、界面活性剤が含有されたアルコールセンサである。
本発明はアルコールセンサであって、前記作用極は、前記第一の基材フィルムの表面に白金黒が押圧されて形成され、前記対極は、前記第二の基材フィルムの表面に白金黒が押圧されて形成されたアルコールセンサである。
本発明は、フィルム状の作用部と、フィルム状の対部と、陽イオン透過膜とが設けられたフィルム状のアルコール検出シートであって、前記作用部は、樹脂粉末がフィルム状に焼結されて形成され裏面が前記陽イオン透過膜の片面に接触された第一の基材フィルムと、前記第一の基材フィルムの表面に押圧されて固定された白金黒を含有する作用極とを有し、前記対部は、樹脂粉末がフィルム状に焼結されて形成され、裏面が前記陽イオン透過膜の前記片面とは反対側の面に接触された第二の基材フィルムと、前記第二の基材フィルムの表面に押圧されて固定された白金黒を含有する対極とを有し、前記陽イオン透過膜は、パーフルオロスルホン酸−ポリテトラフルオロエチレン膜であり、前記第一、第二の基材フィルムに不揮発性酸溶液が含有されると、前記作用極と接触したアルコールの化学反応によって発生した水素イオンが、前記陽イオン透過膜を通過して前記対極に到達するアルコール検出シートである。
本発明は、通気側容器と、液溜側容器と、前記不揮発性酸溶液が含有された前記記載のアルコール検出シートとを有し、前記通気側容器の内周面には、前記通気側容器の内部に向けて突出された通気側押圧部が設けられ、前記液溜側容器の内周面には、前記液溜側容器の内部に向けて突出された液溜側押圧部が設けられ、前記通気側容器の容器開口である通気側開口が前記作用極に向けられ、前記液溜側容器の容器開口である液溜側開口が前記対極に向けられ、前記通気側押圧部と前記液溜側押圧部とによって、前記アルコール検出シートの縁部分の少なくとも一部が挟まれて押圧された状態で、前記アルコール検出シートは前記通気側容器と前記液溜側容器とで構成される密閉容器内に配置され、前記密閉容器の内部は、前記アルコール検出シートによって、前記通気側容器の底板と前記アルコール検出シートとの間の検出空間と、前記液溜側容器の底板と前記アルコール検出シートとの間の液溜空間とに二分され、前記密閉容器には、前記密閉容器の外部と前記検出空間とをそれぞれ接続する導入口と排出口とが設けられ、アルコールを含有する測定対象ガスが前記導入口から前記検出空間に導入され、前記排出口から排出されると、前記測定対象ガスに含有される前記アルコールが前記作用極と反応し、前記作用極と前記対極との間に、前記測定対象ガスのアルコール濃度に応じた電流を発生させるアルコールセンサである。
本発明はアルコールセンサであって、前記通気側容器の底板には、前記通気側開口に向けて突出された容器側突起が設けられ、前記液溜側容器の底板には、前記液溜側開口に向けて突出された液溜側突起が設けられ、前記アルコール検出シートの中央を含む中央部分は、前記通気側突起と前記液溜側突起とで挟まれて押圧されているアルコールセンサである。
本発明はアルコールセンサであって、前記アルコール検出シートの外周面と、前記密閉容器の内周面との間には、前記不揮発性酸溶液が存在するアルコールセンサである。
In order to solve the above problems, the present invention has a vent-side container, a liquid reservoir-side container, and a film-like alcohol detection sheet, and the alcohol detection sheet has a surface on the first base film, A film-like working portion in which a working electrode containing platinum black is formed, a film-like working portion in which a counter electrode containing platinum black is formed on the surface of the second base film, and a cation to pass therethrough. A cation permeable membrane, and provided on the inner peripheral surface of the vent-side container is a vent-side pressing portion that protrudes toward the inside of the vent-side container. Is provided with a liquid reservoir-side pressing portion that protrudes toward the inside of the liquid reservoir-side container, and a vent-side opening that is a container opening of the vent-side container is directed to the working electrode. A reservoir side opening, which is a container opening of the container, is directed to the counter electrode, and the ventilation side push The alcohol detection sheet is composed of the vent-side container and the liquid-side container in a state where at least a part of the edge portion of the alcohol-detection sheet is sandwiched and pressed by the liquid reservoir-side pressing part. The alcohol detection sheet contains a non-volatile acid solution, and the inside of the closed container is located between the bottom plate of the vent-side container and the alcohol detection sheet by the alcohol detection sheet. Divided into a detection space and a liquid storage space between the bottom plate of the liquid storage side container and the alcohol detection sheet, the closed container is connected to the outside of the closed container and the detection space, respectively. And a discharge port, and when a measurement target gas containing alcohol is introduced into the detection space from the introduction port and discharged from the discharge port, the measurement target gas is It said alcohol being closed reacts with the working electrode, between the counter electrode and the working electrode, an alcohol sensor that generates a current corresponding to the alcohol concentration of the measurement target gas.
The present invention is an alcohol sensor, wherein a bottom plate of the vent-side container is provided with a container-side projection protruding toward the vent-side opening, and the bottom plate of the liquid-side container has the liquid-side opening. A liquid reservoir-side protrusion protruding toward the surface is provided, and a central portion including the center of the alcohol detection sheet is an alcohol sensor sandwiched and pressed between the container-side protrusion and the liquid reservoir-side protrusion.
The present invention is an alcohol sensor, wherein the nonvolatile acid solution is present between an outer peripheral surface of the alcohol detection sheet and an inner peripheral surface of the sealed container.
The present invention is an alcohol sensor, wherein the cation permeable membrane is a perfluorosulfonic acid-polytetrafluoroethylene membrane.
This invention is an alcohol sensor, Comprising: Said 1st base film and said 2nd base film are alcohol sensors formed by resin powder being sintered in the film form.
The present invention is an alcohol sensor, wherein the nonvolatile acid solution contains a surfactant.
The present invention is an alcohol sensor, wherein the working electrode is formed by pressing platinum black on a surface of the first base film, and the counter electrode has platinum black on a surface of the second base film. It is an alcohol sensor formed by being pressed.
The present invention is a film-like alcohol detection sheet provided with a film-like action part, a film-like pair part, and a cation permeable membrane, wherein the action part is obtained by sintering a resin powder into a film form. And a first base film whose back surface is in contact with one surface of the cation permeable membrane, and a working electrode containing platinum black pressed and fixed to the surface of the first base film. The counter part is formed by sintering a resin powder into a film, and a back surface of the second base film in contact with a surface opposite to the one surface of the cation permeable membrane; A counter electrode containing platinum black pressed and fixed to the surface of the second base film, and the cation permeable membrane is a perfluorosulfonic acid-polytetrafluoroethylene membrane, Non-volatile acid solution on the second base film Once closed, the hydrogen ions generated by chemical reaction of the alcohol in contact with the working electrode, passes through the cation permeable membrane is an alcohol detection sheet to reach the counter electrode.
The present invention includes a vent-side container, a liquid reservoir-side container, and the above-described alcohol detection sheet containing the non-volatile acid solution, and the vent-side container is provided on an inner peripheral surface of the vent-side container. A vent-side pressing portion that protrudes toward the inside of the liquid reservoir-side container, and a liquid reservoir-side pressing portion that protrudes toward the inside of the liquid reservoir-side container is provided on the inner peripheral surface of the liquid reservoir-side container. A vent side opening, which is a container opening of the vent side container, is directed to the working electrode, a liquid reservoir side opening, which is a container opening of the liquid reservoir side container, is directed to the counter electrode, and the vent side pressing portion and the liquid reservoir In the state where at least a part of the edge portion of the alcohol detection sheet is sandwiched and pressed by the side pressing portion, the alcohol detection sheet is in an airtight container constituted by the vent side container and the liquid reservoir side container. The inside of the sealed container is placed in the alcohol test. The sheet is divided into a detection space between the bottom plate of the vent-side container and the alcohol detection sheet and a liquid storage space between the bottom plate of the liquid-side container and the alcohol detection sheet. Is provided with an inlet and an outlet for connecting the outside of the hermetic container and the detection space, respectively, and a gas to be measured containing alcohol is introduced into the detection space from the inlet and discharged from the outlet. Then, the alcohol contained in the measurement object gas reacts with the working electrode, and generates an electric current according to the alcohol concentration of the measurement object gas between the working electrode and the counter electrode. is there.
The present invention is an alcohol sensor, wherein a bottom plate of the vent-side container is provided with a container-side projection protruding toward the vent-side opening, and the bottom plate of the liquid-side container has the liquid-side opening. A liquid reservoir-side protrusion protruding toward the surface is provided, and a central portion including the center of the alcohol detection sheet is an alcohol sensor sandwiched and pressed between the vent-side protrusion and the liquid reservoir-side protrusion.
The present invention is an alcohol sensor, wherein the nonvolatile acid solution is present between an outer peripheral surface of the alcohol detection sheet and an inner peripheral surface of the sealed container.
正確なアルコール濃度を簡単に測定することができる。
また、アルコールセンサを簡単に製造することができる。
Accurate alcohol concentration can be easily measured.
Also, the alcohol sensor can be easily manufactured.
<アルコール検出シート>
図5、図10の符号2、3は、本発明の第一、第二例のアルコールセンサであり、密閉容器21と、密閉容器21の内部に配置されたアルコール検出シート10とを有している。
<Alcohol detection sheet>
まず、アルコール検出シート10の製造工程を説明する。図1(a)〜(g)を参照し、図1(a)の符号11は、樹脂粉末を焼成して形成した膜状の基材フィルムを示している。この基材フィルム11の表面上には、白金黒の粉末が溶媒中に分散された白金黒ペーストが塗布されて、ペースト層18が形成されている。この例では、白金黒ペーストは、水と2−プロパノール(イソプロピルアルコール)との混合物に、白金黒の粉末が分散されており、バインダは含有されていない。
また、基材フィルム11は、ポリエチレン粉末のフィルム状の焼結体であり、吸水性と保水性とを有している。
First, the manufacturing process of the
Moreover, the
次に、ペースト層18が形成された基材フィルム11を、乾燥装置内に搬入し、100℃よりも低温の温度で乾燥させて溶媒を蒸発させ、図1(b)に示すように、ペースト層18を溶媒を含有しない白金黒層19に変化させる。
Next, the
この白金黒層19が形成された基材フィルム11を、図1(c)に示すように台31上に配置し、白金黒層19に押圧装置37を接触させ、押圧装置37により、押圧装置37と台31とが近づく方向に、一定圧力で白金黒層19を押圧する。
The
白金黒層19が押圧されると、白金黒層19を形成する白金黒の粒子は基材フィルム11にめり込み、白金黒の粒子は基材フィルム11に固定され、図1(d)に示すように、白金黒層19が電極層12にされた原反16が得られる。
When the platinum
押圧の条件は、例えば、圧力1MPa、10分であり、常温(ここでは23℃とする)で押圧しても良いが、押圧の際には、基材フィルム11と白金黒層19とを加熱し、100℃以下の範囲で常温以上の温度に昇温させてもよい。
The pressing condition is, for example, a pressure of 1 MPa for 10 minutes, and the pressing may be performed at room temperature (here, 23 ° C.), but the
次に、電極層12と、電極層12が形成された基材フィルム11とを一緒に切断し、図1(e)に示すように、原反16から、同一面積、同一形状の小片17を形成する。
複数の小片17のうち、作用部として用いる小片17と、対部として用いる小片17とを選択し、作用部の小片17の電極層12を作用極12aとし、作用極12aが配置された基材フィルム11を第一の基材フィルム11aとすると、図1(f)に示すように、小片17と同じ形状、同じ面積の陽イオン透過膜14の片面に、第一の基材フィルム11aを接触させて、陽イオン透過膜14上に作用部5aを配置する。
Next, the
Of the plurality of
次に、対部の小片17の電極層12を対極12bとし、対極12bが配置された基材フィルム11を第二の基材フィルム11bとすると、図1(g)に示すように、片面に作用部5aが配置された陽イオン透過膜14の反対側の面に、第二の基材フィルム11bを接触させて、対部5bを配置すると、アルコール検出シート10が得られる。
Next, assuming that the
上記例では、同じ原反16から作用部5aと対部5bとを得ていたが、異なる原反から作用部5aと対部5bとを得ることができ、作用部5aと対部5bとで、第一、第二の基材フィルム11a、11bの膜厚や材質を異ならせることができ、また、作用極12aと対極12bの白金黒の密度や、膜厚等を異ならせることもできる。
なお、作用極12aと、対極12bとは、薄膜の膜厚方向と広がり方向との両方に導電性を有している。
In the above example, the
Note that the working
陽イオン透過膜14には、下記構造式、
このアルコール検出シート10の製造工程には、陽イオン透過膜14の両面に、白金黒ペーストを塗布する工程は無いので、製造が容易であり、また、白金黒ペーストには、接着剤やバインダ等の疎水性成分が含有されていないので、親水性が高い。
In the manufacturing process of the
<アルコールセンサ>
次に、図5、図10を参照し、アルコール検出シート10を、密閉容器21の内部に配置した第一例、第二例のアルコールセンサ2、3を説明する。
<Alcohol sensor>
Next, with reference to FIG. 5 and FIG. 10, the
密閉容器21は、第一例、第二例では、図2、図8に示すように、通気側容器21a、21cと液溜側容器21b、21dとで構成されている。
組み立て工程を第一例のアルコールセンサ2で説明すると、図4に示すように、通気側容器21aの容器開口である通気側開口27aと、液溜側容器21bの容器開口である液溜側開口27bとを向かい併せ、側壁32a、32bの上端を接触させて互いに固定できるようになっている。図3は通気側容器21aと液溜側容器21bとを組み立てたときの密閉容器21を示している。
In the first example and the second example, the sealed
The assembly process will be described with the
通気側容器21aの側壁32aの内周面には、側壁32aが取り囲む領域の中央方向に向けて突出された通気側押圧部33aが設けられており、同様に、液溜側容器21bの側壁32bの内周面には、側壁32bが取り囲む領域の中央方向に向けて突出された液溜側押圧部33bが設けられている。
The inner peripheral surface of the
ここでは、通気側押圧部33aと液溜側押圧部33bとは、表面が底板31a、31bに向けられ、反対側の面が、通気側開口27a又は液溜側開口27bに向けられた薄い環状の平坦な板である。
Here, the vent-side
通気側容器21aの底板31aには、通気側容器21aの通気側開口27aに向けて突き出された通気側突起34aが設けられており、また、液溜側容器21bの底板31bには、液溜側容器21bの液溜側開口27bに向けて突き出された液溜側突起34bが設けられている。
The
通気側押圧部33aの通気側開口27aに向けられた表面の底板31aからの高さと、通気側突起34aの先端の底板31aからの高さは、側壁32a上端の底板31aからの高さよりも低くされ、同様に、液溜側押圧部33bの液溜側開口27bに向けられた表面の底板31bからの高さと、液溜側突起34bの先端の底板31bの上端からの高さとは、側壁32b上端の底板31bからの高さよりも低くされている。
The height from the
従って、側壁32a、32bの上端同士を接触させて、密閉容器21を構成させたときには、通気側押圧部33aと液溜側押圧部33bとの間には、一定の押圧部間距離T1を空けて互いに対面し、また、通気側突起34aの先端と液溜側突起34bの先端とも、一定の突起間距離T2を空けて互いに対面する。
Therefore, when the upper ends of the
通気側押圧部33aと液溜側押圧部33bとが対面する表面は平行にされ、通気側突起34aと液溜側突起34bとが対面する部分は平面にされ、互いに平行になるようにされている。
The surface where the ventilation side
ここで、アルコール検出シート10の厚さをT0とすると、押圧部間距離T1<厚さT0 ,突起間距離T2<厚さT0 になるようにされている。
Here, when the thickness of the
通気側容器21aの側壁32aには、通気側押圧部33aと側壁32aの上端との間の位置に、通気側配線導入孔36aが設けられ、液溜側容器21bの側壁32bには、側壁側押圧部33bと側壁32bの上端との間の位置に、液溜側配線導入孔36bが設けられている。
The
アルコール検出シート10を密閉容器21の内部に配置する際には、アルコール検出シート10に、不揮発性酸が水に溶解された不揮発性酸溶液を含有させておく。
When the
そのアルコール検出シート10の作用極12aと対極12bとは、表面を露出させておき、通気側配線導入孔36aと、液溜側配線導入孔36bとに、先端付近の部分が、通気側突起34aの上端上又は液溜側突起34bの上端上に位置するように、それぞれ作用極側接続配線15aと、対極側接続配線15bとを、それぞれ挿通させておく。挿通した状態を図5に示す。
The working
その状態で、通気側容器21aは、通気側開口27aを一枚のアルコール検出シート10の作用極12aに向け、液溜側容器21bは液溜側開口27bを、同じアルコール検出シート10の対極12bに向けて配置する。
In this state, the vent-
通気側容器21aの側壁32aの上端の形状と、壁面側容器21bの側壁32bの上端の形状とは、同じ大きさ、同じ形状であり、アルコール検出シート10は、通気側容器21aの側壁32aの上端の形状と、液溜側容器21bの側壁32bの上端の形状とよりも小さな形状にされている。
The shape of the upper end of the
通気側容器21aと液溜側容器21bとを近接させると、側壁32a、32bの上端同士が接触する前に、先ず、アルコール検出シート10は、作用極12aの外周付近の部分が通気側押圧部33aと接触し、同じアルコール検出シート10の対極12bの外周付近の部分が液溜側押圧部33bと接触し、アルコール検出シート10の外周付近の部分が通気側押圧部33aと液溜側押圧部33bとによって挟まれて押圧され、また、作用極12aの中央部分が通気側突起34aの先端と接触し、対極12bの中央部分が液溜側突起34bと接触し、アルコール検出シート10の中央部分が通気側突起34aと液溜側突起34bとに挟まれて押圧される。
When the
そのとき、作用極側接続配線15aの通気側配線導入孔36a付近の部分と先端付近の部分と、対極側接続配線15bの液溜側配線導入孔36b付近の部分と先端付近の部分とは、アルコール検出シート10と一緒に押圧され、作用極側接続配線15aは、押圧された部分が作用極12aに接触され、対極側接続配線15bは、押圧された部分が対極12bに接触される。
At that time, the portion near the ventilation side
その状態で、通気側容器21aと液溜側容器21bとを押圧し、互いに近接する方向に移動させると、アルコール検出シート10の、通気側押圧部33aと液溜側押圧部33bとで押圧された部分と、通気側突起34aと液溜側突起34bとで押圧された部分とは、圧縮変形し、厚さが薄くなり、通気側押圧部33aと液溜側押圧部33bとで押圧された部分の厚みが押圧部間距離T1になり、通気側突起34aと液溜側突起34bとで押圧された部分が突起間距離T2になると、側壁32a、32bの上端同士が全周に亘って接触し、アルコール検出シート10が内部に配置された密閉容器21が形成され、アルコールセンサ2が得られる。
In this state, when the
通気側容器21aと液溜側容器21bの側壁32a、32bの上端のいずれか一方又は両方に、溶着用のリブが配置されており、通気側容器21aと液溜側容器21bとが加熱されると、接触している側壁32a、32bの上端同士は溶着され、通気側容器21aと液溜側容器21bとの押圧を終了させても、密閉容器21が形成された状態が維持される。
A welding rib is arranged on one or both of the upper ends of the
密閉容器21が形成されたときには、作用極側接触配線15aは作用極12aと接触し、作用極12aに電気的に接続されており、対極側接続配線15bは対極12bと接触し、対極12bに電気的に接続されている。
When the sealed
また、密閉容器21が形成されたときには、アルコール検出シート10の圧縮変形の復元力によって、アルコール検出シート10の外周付近のリング状の部分は、通気側押圧部33aと液溜側押圧部33bとを押圧しており、アルコール検出シート10の外周付近のリング状の部分は、通気側押圧部33aの表面と液溜側押圧部33bの表面と密着した状態が維持される。
Further, when the sealed
図7は、アルコールセンサ2の平面図であり、図5は、図7のA−A線截断断面図に相当し、図6は、同図7のB−B線截断断面図に相当する。
側壁32a、32bの上端及び内周面は円形であり、アルコール検出シート10の平面形状も円形である。
7 is a plan view of the
The upper ends and inner peripheral surfaces of the
アルコール検出シート10の外周側面は、通気側容器21aの側壁32aと液溜側容器21bの側壁32bとのいずれか一方又は両方に接触しているか、又は、近接して位置しており、アルコール検出シート10の外周側面と、通気側容器21aの側壁32aまたは、液溜側容器21bの側壁32bとの間に形成された隙間は、不揮発性酸溶液が存在し、気体が通過できないようになっている。
The outer peripheral side surface of the
また、作用極12aと対極12bとは、不揮発性酸溶液を含有した状態で、通気側押圧部33aと液溜側押圧部33bとに接触しており、従って、アルコール検出シート10と通気側押圧部33aが接触する部分と、アルコール検出シート10と液溜側押圧部33bとが接触する部分とでも、気体が通過できないようになっている。
Further, the working
また、作用極12aと通気側容器21aの底板31aとの間の空間を検出空間28とし、対極12bと液溜側容器21bの底板31bとの間の空間を液溜空間29とすると、検出空間28と液溜空間29とは分離され、検出空間28と液溜空間29との間では、気体の移動はできないようにされている。
In addition, when the space between the working
通気側容器21aの側壁32aには、通気側押圧部33aが設けられた部分と、底板31aとの間の位置に、導入口24と排出口25とが設けられており、検出空間28は、導入口24と排出口25とによって、それぞれ密閉容器21の外部雰囲気に接続できるようにされている。
The
導入口24から測定対象ガスが検出空間28に導入された場合、検出空間28に導入された測定対象ガスは、液溜空間29に侵入して対極12bと接触することはない。
なお、液溜空間29は、密閉容器21の外部雰囲気に接続されておらず、また、検出空間28にも接続されていない。
When the measurement target gas is introduced into the
The
他方、作用極12aと対極12bとは、白金黒の粒子間に隙間があり、また、第一、第二の基材フィルム11a、11bにも、焼結された樹脂の粒子の間にも隙間がある。
陽イオン透過膜14は陽イオンを透過させる膜であり、従って、気体が不揮発性酸溶液に溶解され、作用極12aや対極12bで分解されて陽イオンが生成された場合には、生成された陽イオンは、アルコール検出シート10中を、アルコール検出シート10の膜厚方向に移動することができる。
なお、検出空間28は、中央に、通気側突起34aが配置されたリング状であり、液溜空間29は、中央に、液溜側突起34bが配置されたリング状である。
On the other hand, the working
The cation
The
なお、第二例の通気側容器21cに通気側配線導入孔36cと液溜側配線導入口36dとが設けられており、液溜側容器21dとを組み立てる際には、通気側配線導入孔36cと液溜側配線導入口36dとに、作用極側接続配線15aと、対極側接続配線15bをそれぞれ挿通させる。挿通された状態を図9に示す。対極側接続配線15bを折り曲げた状態で、アルコール検出シート10を通気側容器21cと液溜側容器21dとの間に配置し、アルコール検出シート10を作用極側接続配線15aと対極側接続配線15bとの間に配置して組み立てると、第一例のアルコールセンサ2と同じ構造の第二例のアルコールセンサ3(図10)が得られる。
The
<不揮発性酸溶液>
不揮発性酸溶液に含有される不揮発性酸は、硫酸、リン酸等であり、不揮発性酸は水に溶解又は希釈されており、濃度が高すぎると、高湿度雰囲気に置かれたときに吸水し、不揮発性酸溶液の水分を増加させ、アルコールセンサ2,3内から不揮発性酸溶液を漏洩させてしまうので不適当であり、濃度が薄すぎると低湿度雰囲気に置かれた時に水分が乾燥し、基材フィルム11a、11b全体に液が満たなくなり、作用極12aと対極12bとの間の導通ができなくなる。
<Non-volatile acid solution>
The non-volatile acid contained in the non-volatile acid solution is sulfuric acid, phosphoric acid, etc., and the non-volatile acid is dissolved or diluted in water. If the concentration is too high, water will be absorbed when placed in a high humidity atmosphere. However, it is inappropriate because it increases the water content of the non-volatile acid solution and causes the non-volatile acid solution to leak from the
内部の水分が増加する速度は、乾燥速度の約1/3倍であるため、漏洩の危険性よりも乾燥による不動作を防止するために硫酸の場合は、濃度が4mol/L以上8mol/L以下が適当である。 The rate at which the internal moisture increases is about 1/3 times the drying rate, so in the case of sulfuric acid to prevent malfunction due to drying rather than the risk of leakage, the concentration is 4 mol / L or more and 8 mol / L. The following are appropriate.
また、押圧によって作用極12aと対極12bとを形成する際に、電極層12を加熱して押圧するため、作用極12aの表面と、対極12bの表面とは撥水性になっている。そのため、不揮発性酸溶液には界面活性剤を含有させておき、アルコール検出シート10に不揮発性酸溶液を塗布又はアルコール検出シート10を不揮発性酸溶液に浸漬したときに、作用極12aと、対極12bと、陽イオン透過膜14と、第一、第二の基材フィルム11a、11bとに、不揮発性酸溶液が浸透し、一定量の不揮発性酸溶液がアルコール検出シート10に含有され、陽イオン透過膜14は、不揮発性酸溶液を含有する第一、第二の基材フィルム11a、11bに接触した状態が維持される。
界面活性剤には、湿潤剤としての効果を有し、低湿度環境下でのセンサー不動作を防止するドデシルベンゼンスルホン酸を0.5%以上5%以下の範囲で含有させた。
Further, when the working
In the surfactant, dodecylbenzenesulfonic acid having an effect as a wetting agent and preventing sensor malfunction in a low humidity environment was contained in the range of 0.5% to 5%.
<検出手順>
アルコールセンサ2、3を用いてサンプリングされた検出対象ガス中のアルコール濃度を測定する。
<Detection procedure>
The alcohol concentration in the detection target gas sampled using the
先ず、作用極側接続配線15aと対極側接続配線15bとを測定装置20に接続し、導入口24に導入管38の一端を接続し、排出口25に排出管39の一端を接続し、導入管38の他端から、サンプリングした検出対象ガスを検出空間28に導入して作用極12aに接触させた後、排出管39を通して密閉容器21の外部雰囲気に放出させる。
First, the working electrode
導入した検出対象ガスにアルコール(ここではエチルアルコール)が含有されている場合は、アルコールは不揮発性酸溶液に溶解され、作用極12aと接触し、下記化学反応、
C2H5OH+H2O → CH3COOH+4H++4e- ……(1)
によって水素イオンを発生させる。
When the introduced gas to be detected contains alcohol (in this case, ethyl alcohol), the alcohol is dissolved in the non-volatile acid solution and comes into contact with the working
C 2 H 5 OH + H 2 O → CH 3 COOH + 4H + + 4e − (1)
To generate hydrogen ions.
発生した水素イオンは、第一の基材フィルム11a中を移動し、陽イオン透過膜14を透過し、第二の基材フィルム11b中を移動して対極12bに到達すると、下記化学反応、
2O2+4H++4e- → 2H2O ……(2)
によって、水を発生させる。
The generated hydrogen ions move in the
2O 2 + 4H + + 4e − → 2H 2 O (2)
To generate water.
(1)式によって放出され、(2)式によって吸収された電子により、測定装置20の内部に設けられた抵抗素子に、アルコール量に応じた大きさの電流が流れるので、抵抗素子に発生した電圧の大きさを測定し、予め求めておいたアルコール濃度と電圧値との関係に照合することで、検出対象ガス中のアルコールの濃度を求めることができる。
呼気中のエチルアルコール濃度を測定する際に、測定対象ガスが対極12bに到達すると、対極12bで上記(1)式の化学反応が発生し、アルコール濃度の正確な測定を妨害する。
Electrons emitted by the equation (1) and absorbed by the equation (2) cause a current having a magnitude corresponding to the amount of alcohol to flow through the resistance element provided in the measuring
When measuring the concentration of ethyl alcohol in the exhaled breath, if the gas to be measured reaches the
本発明のアルコール検出シート10では、陽イオン透過膜14によって検出空間28と液溜空間29とは分離されており、測定対象ガスが、検出空間28から液溜空間29に移動することは無く、また、不揮発性酸溶液に溶解したアルコールは吸収され、対極12bに到達するが、陽イオン透過膜14を用いない場合より透過量が少なくなり、透過を防ぐことになる。
In the
また、喫煙者から排出される呼気中にはCOガスが含まれており、サンプリングガス中のCOが不揮発性酸溶液に溶解すると、
CO+H2O → CO2+2H++2e- ……(3)
の化学反応によって水素イオンを発生させ、電子が放出させることから、COは、アルコール濃度の正確な測定を妨害する。
Moreover, CO gas is contained in the exhaled air discharged from the smoker, and when CO in the sampling gas is dissolved in the non-volatile acid solution,
CO + H 2 O → CO 2 + 2H + + 2e − (3)
Since CO ions generate hydrogen ions and emit electrons, CO interferes with accurate measurement of alcohol concentration.
第一、第二の基材フィルム11a、11bの親水性が低い場合は、アルコールの出力に対するCOの影響が高いことが実験的に分かっているが、本発明のアルコール検出シート10は、第一、第二の基材フィルム11a、11bは多孔質であり、親水性が高いから、COの感度が小さくなる。
従って、本発明のアルコールセンサ2、3は、COに対する感度が低く、呼気中に含まれるエチルアルコールに対する感度が高い。
When the hydrophilicity of the first and
Therefore, the
なお、不揮発性酸溶液は吸水しやすいため、アルコール検出シート10が高湿度の雰囲気中に置かれた場合、不揮発性酸溶液に含有される水分が増加し、アルコール検出シート10が保持できる量を超えると、保持できない量の不揮発性酸溶液が落下する。
Since the non-volatile acid solution easily absorbs water, when the
液溜側容器21bは、容器形状であり、図5,6に示すように、アルコール検出シート10が保持できなくなった不揮発性酸溶液30を、底板31b上に保持するようになっている。
The liquid
なお、上記例では、Nafionの膜を用いたが、不揮発性酸溶液中でH+を透過させ、COを透過させないイオン透過膜であれば、本発明に用いることができる。
作用極12aと対極12bとには、テフロン(イー アイ デュポン ドゥ ヌムール アンド カンパニーの登録商標)バインダーが含まれていないことからも、親水性が向上されているが、熱圧着の際に表面の親水性がわずかに減少するため、界面活性剤を不揮発性酸溶液に添加すると良い。
In the above example, a Nafion film is used. However, any ion permeable film that transmits H + in a non-volatile acid solution and does not transmit CO can be used in the present invention.
Since the working
2、3……アルコールセンサ
10……アルコール検出シート
11a……第一の基材フィルム
11b……第二の基材フィルム
12a……作用極
12b……対極
14……陽イオン透過膜
21……密閉容器
21a、21c……通気側容器
21b、21d……液溜側容器
24……導入口
25……排出口
27a……通気側開口
27b……液溜側開口
2, 3 ...
Claims (11)
前記アルコール検出シートには、
第一の基材フィルムの表面に、白金黒を含有する作用極が形成されたフィルム状の作用部と、
第二の基材フィルムの表面に、白金黒を含有する対極が形成されたフィルム状の対部と、
陽イオンを通過させる陽イオン透過膜と、
が設けられ、
前記通気側容器の内周面には、前記通気側容器の内部に向けて突出された通気側押圧部が設けられ、
前記液溜側容器の内周面には、前記液溜側容器の内部に向けて突出された液溜側押圧部が設けられ、
前記通気側容器の容器開口である通気側開口が前記作用極に向けられ、前記液溜側容器の容器開口である液溜側開口が前記対極に向けられ、前記通気側押圧部と前記液溜側押圧部とによって、前記アルコール検出シートの縁部分の少なくとも一部が挟まれて押圧された状態で、前記アルコール検出シートは前記通気側容器と前記液溜側容器とで構成される密閉容器内に配置され、
前記アルコール検出シートは不揮発性酸溶液を含有し、
前記密閉容器の内部は、前記アルコール検出シートによって、前記通気側容器の底板と前記アルコール検出シートとの間の検出空間と、前記液溜側容器の底板と前記アルコール検出シートとの間の液溜空間とに二分され、
前記密閉容器には、前記密閉容器の外部と前記検出空間とをそれぞれ接続する導入口と排出口とが設けられ、
アルコールを含有する測定対象ガスが前記導入口から前記検出空間に導入され、前記排出口から排出されると、前記測定対象ガスに含有される前記アルコールが前記作用極と反応し、前記作用極と前記対極との間に、前記測定対象ガスのアルコール濃度に応じた電流を発生させるアルコールセンサ。 A vent-side container, a liquid reservoir-side container, and a film-like alcohol detection sheet;
In the alcohol detection sheet,
On the surface of the first base film, a film-like action part in which a working electrode containing platinum black is formed,
On the surface of the second base film, a film-like pair portion in which a counter electrode containing platinum black is formed,
A cation permeable membrane for passing cations;
Is provided,
The inner peripheral surface of the vent-side container is provided with a vent-side pressing portion that protrudes toward the inside of the vent-side container,
On the inner peripheral surface of the liquid reservoir-side container, a liquid reservoir-side pressing portion that protrudes toward the inside of the liquid reservoir-side container is provided,
A vent side opening, which is a container opening of the vent side container, is directed to the working electrode, a liquid reservoir side opening, which is a container opening of the liquid reservoir side container, is directed to the counter electrode, and the vent side pressing portion and the liquid reservoir In the state where at least a part of the edge portion of the alcohol detection sheet is sandwiched and pressed by the side pressing portion, the alcohol detection sheet is in an airtight container constituted by the vent side container and the liquid reservoir side container. Placed in
The alcohol detection sheet contains a non-volatile acid solution,
The inside of the hermetic container includes a detection space between the bottom plate of the vent-side container and the alcohol detection sheet, and a liquid reservoir between the bottom plate of the liquid reservoir-side container and the alcohol detection sheet. Divided into space and
The sealed container is provided with an inlet and an outlet that connect the outside of the sealed container and the detection space, respectively.
When the measurement target gas containing alcohol is introduced into the detection space from the introduction port and discharged from the discharge port, the alcohol contained in the measurement target gas reacts with the working electrode, and the working electrode An alcohol sensor that generates a current according to the alcohol concentration of the measurement target gas between the counter electrode and the counter electrode.
前記液溜側容器の底板には、前記液溜側開口に向けて突出された液溜側突起が設けられ、
前記アルコール検出シートの中央を含む中央部分は、前記容器側突起と前記液溜側突起とで挟まれて押圧されている請求項1記載のアルコールセンサ。 The bottom plate of the vent side container is provided with a container side protrusion protruding toward the vent side opening,
The bottom plate of the reservoir side container is provided with a reservoir side protrusion protruding toward the reservoir side opening,
The alcohol sensor according to claim 1, wherein a central portion including a center of the alcohol detection sheet is pressed by being sandwiched between the container side protrusion and the liquid reservoir side protrusion.
前記対極は、前記第二の基材フィルムの表面に白金黒が押圧されて形成された請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載のアルコールセンサ。 The working electrode is formed by pressing platinum black on the surface of the first base film,
The alcohol sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the counter electrode is formed by pressing platinum black on a surface of the second base film.
前記作用部は、樹脂粉末がフィルム状に焼結されて形成され裏面が前記陽イオン透過膜の片面に接触された第一の基材フィルムと、前記第一の基材フィルムの表面に押圧されて固定された白金黒を含有する作用極とを有し、
前記対部は、樹脂粉末がフィルム状に焼結されて形成され、裏面が前記陽イオン透過膜の前記片面とは反対側の面に接触された第二の基材フィルムと、前記第二の基材フィルムの表面に押圧されて固定された白金黒を含有する対極とを有し、
前記陽イオン透過膜は、パーフルオロスルホン酸−ポリテトラフルオロエチレン膜であり、
前記第一、第二の基材フィルムに不揮発性酸溶液が含有されると、前記作用極と接触したアルコールの化学反応によって発生した水素イオンが、前記陽イオン透過膜を通過して前記対極に到達するアルコール検出シート。 A film-like alcohol detection sheet provided with a film-like action part, a film-like pair part, and a cation permeable membrane,
The action part is pressed against the surface of the first base film and the first base film formed by sintering the resin powder into a film and having the back surface in contact with one side of the cation permeable membrane. And a working electrode containing platinum black fixed,
The counter part is formed by sintering a resin powder into a film, and a second base film in which a back surface is in contact with a surface opposite to the one surface of the cation permeable membrane, and the second Having a counter electrode containing platinum black pressed and fixed to the surface of the base film,
The cation permeable membrane is a perfluorosulfonic acid-polytetrafluoroethylene membrane,
When the non-volatile acid solution is contained in the first and second base films, hydrogen ions generated by a chemical reaction of alcohol in contact with the working electrode pass through the cation permeable membrane to the counter electrode. Reaching alcohol detection sheet.
前記通気側容器の内周面には、前記通気側容器の内部に向けて突出された通気側押圧部が設けられ、
前記液溜側容器の内周面には、前記液溜側容器の内部に向けて突出された液溜側押圧部が設けられ、
前記通気側容器の容器開口である通気側開口が前記作用極に向けられ、前記液溜側容器の容器開口である液溜側開口が前記対極に向けられ、前記通気側押圧部と前記液溜側押圧部とによって、前記アルコール検出シートの縁部分の少なくとも一部が挟まれて押圧された状態で、前記アルコール検出シートは前記通気側容器と前記液溜側容器とで構成される密閉容器内に配置され、
前記密閉容器の内部は、前記アルコール検出シートによって、前記通気側容器の底板と前記アルコール検出シートとの間の検出空間と、前記液溜側容器の底板と前記アルコール検出シートとの間の液溜空間とに二分され、
前記密閉容器には、前記密閉容器の外部と前記検出空間とをそれぞれ接続する導入口と排出口とが設けられ、
アルコールを含有する測定対象ガスが前記導入口から前記検出空間に導入され、前記排出口から排出されると、前記測定対象ガスに含有される前記アルコールが前記作用極と反応し、前記作用極と前記対極との間に、前記測定対象ガスのアルコール濃度に応じた電流を発生させるアルコールセンサ。 The alcohol detection sheet according to claim 8, comprising a ventilation side container, a liquid storage side container, and the nonvolatile acid solution.
The inner peripheral surface of the vent-side container is provided with a vent-side pressing portion that protrudes toward the inside of the vent-side container,
On the inner peripheral surface of the liquid reservoir-side container, a liquid reservoir-side pressing portion that protrudes toward the inside of the liquid reservoir-side container is provided,
A vent side opening, which is a container opening of the vent side container, is directed to the working electrode, a liquid reservoir side opening, which is a container opening of the liquid reservoir side container, is directed to the counter electrode, and the vent side pressing portion and the liquid reservoir In the state where at least a part of the edge portion of the alcohol detection sheet is sandwiched and pressed by the side pressing portion, the alcohol detection sheet is in an airtight container constituted by the vent side container and the liquid reservoir side container. Placed in
The inside of the hermetic container includes a detection space between the bottom plate of the vent-side container and the alcohol detection sheet, and a liquid reservoir between the bottom plate of the liquid reservoir-side container and the alcohol detection sheet. Divided into space and
The sealed container is provided with an inlet and an outlet that connect the outside of the sealed container and the detection space, respectively.
When the measurement target gas containing alcohol is introduced into the detection space from the introduction port and discharged from the discharge port, the alcohol contained in the measurement target gas reacts with the working electrode, and the working electrode An alcohol sensor that generates a current according to the alcohol concentration of the measurement target gas between the counter electrode and the counter electrode.
前記液溜側容器の底板には、前記液溜側開口に向けて突出された液溜側突起が設けられ、
前記アルコール検出シートの中央を含む中央部分は、前記通気側突起と前記液溜側突起とで挟まれて押圧されている請求項9記載のアルコールセンサ。 The bottom plate of the vent side container is provided with a container side protrusion protruding toward the vent side opening,
The bottom plate of the reservoir side container is provided with a reservoir side protrusion protruding toward the reservoir side opening,
The alcohol sensor according to claim 9, wherein a central portion including a center of the alcohol detection sheet is pressed while being sandwiched between the vent-side protrusion and the liquid reservoir-side protrusion.
11. The alcohol sensor according to claim 9, wherein the nonvolatile acid solution is present between an outer peripheral surface of the alcohol detection sheet and an inner peripheral surface of the sealed container.
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