JPH02269949A - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
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- JPH02269949A JPH02269949A JP1091340A JP9134089A JPH02269949A JP H02269949 A JPH02269949 A JP H02269949A JP 1091340 A JP1091340 A JP 1091340A JP 9134089 A JP9134089 A JP 9134089A JP H02269949 A JPH02269949 A JP H02269949A
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- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
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Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、燃焼制御、酸欠検知、酸素モニター等に用い
られる酸素センサに関するものである。
られる酸素センサに関するものである。
従来の技術
従来、この種のセンナとしては、酸素イオン導電性固体
電解質基体として安定化ジルコニアを用い、また陽極及
び陰極として白金を用い、さらに、陰極上に加熱用ヒー
ターを形成したガス拡散律速体を設けた形のものがある
。該センサにおいては、両極間に印加される電圧により
酸素ボンピング作用が生じて酸素イオン導電性固体電解
質基体中を酸素イオンが移動し、これを電流として取り
出すことができる。この酸素イオンの移動は陰極上に設
けたガス拡散律速体によって結果として律速されるため
、出力電流は一定値まで増加した後飽和する。この飽和
電流値は雰囲気中の酸素濃度に応じた値を示すため、電
流値を測定することにより、被測定雰囲気中の酸素濃度
を知ることができる。
電解質基体として安定化ジルコニアを用い、また陽極及
び陰極として白金を用い、さらに、陰極上に加熱用ヒー
ターを形成したガス拡散律速体を設けた形のものがある
。該センサにおいては、両極間に印加される電圧により
酸素ボンピング作用が生じて酸素イオン導電性固体電解
質基体中を酸素イオンが移動し、これを電流として取り
出すことができる。この酸素イオンの移動は陰極上に設
けたガス拡散律速体によって結果として律速されるため
、出力電流は一定値まで増加した後飽和する。この飽和
電流値は雰囲気中の酸素濃度に応じた値を示すため、電
流値を測定することにより、被測定雰囲気中の酸素濃度
を知ることができる。
発明が解決しようとする課題
従来のセンサにおいては、センサ素子を最適な動作温度
に保つための加熱用ヒーターは、もっばらガス拡散律速
体の外面、場合によっては内面に印刷などの方法によっ
て形成され、ヒーターを形成したガス拡散律速体は固体
電解質基体と無機接着剤などで接合されていた。しかし
、このようなセンサにおいては、ヒーターと酸素ポンプ
部分が離れている上、ガス拡散律速体と固体電解質基体
を接合する接合材の熱伝導性が悪く、またガス拡散律速
体と酸素ポンプとの間に空間があるなどの点で、ヒータ
ー加熱による素子の温度制御に時間的な遅れが生じる。
に保つための加熱用ヒーターは、もっばらガス拡散律速
体の外面、場合によっては内面に印刷などの方法によっ
て形成され、ヒーターを形成したガス拡散律速体は固体
電解質基体と無機接着剤などで接合されていた。しかし
、このようなセンサにおいては、ヒーターと酸素ポンプ
部分が離れている上、ガス拡散律速体と固体電解質基体
を接合する接合材の熱伝導性が悪く、またガス拡散律速
体と酸素ポンプとの間に空間があるなどの点で、ヒータ
ー加熱による素子の温度制御に時間的な遅れが生じる。
そのため、特に温度変動の激しい雰囲気での迅速な酸素
濃度測定において、測定精度が低い、応答速度が遅いな
どの課題があった。
濃度測定において、測定精度が低い、応答速度が遅いな
どの課題があった。
本発明は、このような従来技術の課題を解決することを
目的とする。
目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は、酸素ポンプを構成する固体電解質基体上に電
極に近接して加熱用ヒーターを形成するものである。
極に近接して加熱用ヒーターを形成するものである。
作用
本発明によるセンサにおいては、酸素ポンプを構成する
固体電解質基体上に電極に近接して加熱用ヒーターを形
成するため、電極、電極と固体電解質の界面、固体電解
質基体など、電気化学的反応に関与する部分を速やかに
最適な動作温度に制御することができる。
固体電解質基体上に電極に近接して加熱用ヒーターを形
成するため、電極、電極と固体電解質の界面、固体電解
質基体など、電気化学的反応に関与する部分を速やかに
最適な動作温度に制御することができる。
実施例
以下に、本発明の実施例について図面を参照しなから説
明する。
明する。
第１図は本発明になるセンサ素子の一実施例を示す模式
図である。同図（ａ）は断面、同図（ｂ）は陽極側から
見た図である。１は、８ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３安定化ジルコ
ニア固体電解質基体（８ｍｍφ×０．５ｍｍｔ）、２は
化学式Ｌ ａ＠、３６ Ｓ ｒａ、ｓａ Ｃｏ＠、７Ｆ
ｅＴ！、３０３−δで表わされるペロブスカイト型複合
酸化物をスパッタによって付着させて形成した陰極（０
，１μｍｔＬ３は、同じく化学式Ｌａ＠、ａｓＳ ｒａ
、ａ６ Ｃ０１１，７Ｆ ｅＱ、３０３−δで表わされ
るペロブスカイト型複合゛酸化物をスパッタによって付
着させて形成した陽極（０，１μｍｔ）、４は５ｒＴＩ
Ｏ３をスパッタにより付着させて形成した絶縁層（０，
１μｍｔ）、５はスクリーン印刷によって形成した白金
ヒーター、６は８ｍｏ １％Ｙ２Ｏ３安定化ジルコニア
からなるガス拡散律速体（肉厚０． ５ｍｍｔ高さ１ｍ
ｍ）、７はガス拡散用細孔である。なお、固体電解質基
体１とガス拡散律速体８は無機接合材で接合されている
。比較のため、ガス拡散用細孔周囲のガス拡散律速体外
面に前記と同様にして白金ヒーターを形成したセンサ素
子（従来例）を作製した。
図である。同図（ａ）は断面、同図（ｂ）は陽極側から
見た図である。１は、８ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３安定化ジルコ
ニア固体電解質基体（８ｍｍφ×０．５ｍｍｔ）、２は
化学式Ｌ ａ＠、３６ Ｓ ｒａ、ｓａ Ｃｏ＠、７Ｆ
ｅＴ！、３０３−δで表わされるペロブスカイト型複合
酸化物をスパッタによって付着させて形成した陰極（０
，１μｍｔＬ３は、同じく化学式Ｌａ＠、ａｓＳ ｒａ
、ａ６ Ｃ０１１，７Ｆ ｅＱ、３０３−δで表わされ
るペロブスカイト型複合゛酸化物をスパッタによって付
着させて形成した陽極（０，１μｍｔ）、４は５ｒＴＩ
Ｏ３をスパッタにより付着させて形成した絶縁層（０，
１μｍｔ）、５はスクリーン印刷によって形成した白金
ヒーター、６は８ｍｏ １％Ｙ２Ｏ３安定化ジルコニア
からなるガス拡散律速体（肉厚０． ５ｍｍｔ高さ１ｍ
ｍ）、７はガス拡散用細孔である。なお、固体電解質基
体１とガス拡散律速体８は無機接合材で接合されている
。比較のため、ガス拡散用細孔周囲のガス拡散律速体外
面に前記と同様にして白金ヒーターを形成したセンサ素
子（従来例）を作製した。
これらのセンサを用いて以下の評価を行なった。
まず、雰囲気温度を３０℃一定に保ち、ヒーターに通電
してから陽極中央部分が所定の温度になるまでの所要時
間を測定した。測定結果を表１に示した。
してから陽極中央部分が所定の温度になるまでの所要時
間を測定した。測定結果を表１に示した。
表１
本発明になるセンサ素子の場合、はぼ２秒以内にセンサ
素子が所定の温度に加熱されることが明らかになった。
素子が所定の温度に加熱されることが明らかになった。
一方従来例のセンサ素子の場合には数秒を要することが
わかった。従来例のセンサ素子においては、実施例に比
べて熱伝導バスが長いことや異種材料が介在しているこ
となどが原因となっているものと考えられる。
わかった。従来例のセンサ素子においては、実施例に比
べて熱伝導バスが長いことや異種材料が介在しているこ
となどが原因となっているものと考えられる。
次に、雰囲気の温度変動の影響を評価した。センサ素子
を石英ガラス管の中に固定し、陽極中央部分の温度が６
００°Ｃになるようにヒーターに通電した。そして、石
英ガラス管の一方の端から３０°Ｃの空気を２０ｃｍ／
ｓｅｃの流速で送り込み、温度変化を測定した。測定の
結果を第２図に示した。実施例になるセンサ素子の場合
は、送給空気が接触した瞬間に数度の温度低下が見られ
たが、１秒前後で約５９９°Ｃまで温度が上昇し、その
後は一定温度を保つことが明らかになった。これに対し
て、従来例のセンサ素子の場合には、実施例よりも温度
低下が数度大きく、また温度上昇速度も遅く約４秒後に
５９５°Ｃ付近に達した後温度が安定した。
を石英ガラス管の中に固定し、陽極中央部分の温度が６
００°Ｃになるようにヒーターに通電した。そして、石
英ガラス管の一方の端から３０°Ｃの空気を２０ｃｍ／
ｓｅｃの流速で送り込み、温度変化を測定した。測定の
結果を第２図に示した。実施例になるセンサ素子の場合
は、送給空気が接触した瞬間に数度の温度低下が見られ
たが、１秒前後で約５９９°Ｃまで温度が上昇し、その
後は一定温度を保つことが明らかになった。これに対し
て、従来例のセンサ素子の場合には、実施例よりも温度
低下が数度大きく、また温度上昇速度も遅く約４秒後に
５９５°Ｃ付近に達した後温度が安定した。
この他、４００°Ｃ〜８００°Ｃの範囲で送給空気の流
速を変えて測定したが、前記と同様の傾向を示す結果で
あった。
速を変えて測定したが、前記と同様の傾向を示す結果で
あった。
この結果からも明らかなように、従来のセンサ素子は雰
囲気の温度変動の影響を受は易く、温度の回復速度が遅
いとともに設定温度からの変化も大きい。種々の測定環
境を想定した場合、この欠点によって生ずる酸素濃度測
定の精度の低下や応答速度の低下が問題になり、場合に
よってはさらに温度補償機能を付加する必要が生じると
考えられる。本発明になるセンサ素子においては、温度
変動の影響が小さく、かつ速やかに温度の安定が得られ
るため、センサ特性の変動やばらつきを実用上問題のな
い程度に抑えることができる。
囲気の温度変動の影響を受は易く、温度の回復速度が遅
いとともに設定温度からの変化も大きい。種々の測定環
境を想定した場合、この欠点によって生ずる酸素濃度測
定の精度の低下や応答速度の低下が問題になり、場合に
よってはさらに温度補償機能を付加する必要が生じると
考えられる。本発明になるセンサ素子においては、温度
変動の影響が小さく、かつ速やかに温度の安定が得られ
るため、センサ特性の変動やばらつきを実用上問題のな
い程度に抑えることができる。
なお、少なくとも陰極は、 一般式 Ｌ ｎ ＋ −Ｘ
Ａ ＸＧｏ＋−ｙＭｅ、ｏａ−δ（ＬｎはＬａ＋
Ｃｅ＋ Ｐｒ＋ Ｎｄから選ぶ少なくとも一種の元
素、ＭｅはＮｌｌ Ｆｅ＋ Ｍｎ。
Ａ ＸＧｏ＋−ｙＭｅ、ｏａ−δ（ＬｎはＬａ＋
Ｃｅ＋ Ｐｒ＋ Ｎｄから選ぶ少なくとも一種の元
素、ＭｅはＮｌｌ Ｆｅ＋ Ｍｎ。
Ｃｒ、 Ｖから選ぶ少なくとも一種の元素、０≦ｘ≦
１．０≦ｙ≦１．δは酸素欠損量）で表わされるペロブ
スカイト型複合酸化物を含むが望ましい。
１．０≦ｙ≦１．δは酸素欠損量）で表わされるペロブ
スカイト型複合酸化物を含むが望ましい。
また、電極材料としてＳｒＭｅ’ Ｏｓ （ＭｅはＴ
Ｉ 、Ｚ ｒ。
Ｉ 、Ｚ ｒ。
Ｈｆから選ぶ少なくとも一種の元素）が前記ペロブスカ
イト型複合酸化物に対して０〜８０ｍｏｌ％望ましくは
４０〜７０ｍｏ １％添加されることが一種の白金族元
素を前記ペロブスカイト型複合酸化物に対して添加する
ことが望ましい。
イト型複合酸化物に対して０〜８０ｍｏｌ％望ましくは
４０〜７０ｍｏ １％添加されることが一種の白金族元
素を前記ペロブスカイト型複合酸化物に対して添加する
ことが望ましい。
実施例においては、酸素イオン導電性固体電解質基体と
して８ｍｏ １％Ｙ２Ｏ３安定化ジルコニアを用いたが
、同様の機能を仔するものであればこれに限定するもの
ではない。電極材料も実施例に限定するものではなく、
同様の機能を有するものであればよい。ガス拡散律連体
としては、細孔を設けたものに限らず、多孔体を用いる
こともでき、また材料も実施例に限るものではない。絶
縁層材料もヒーター材料などと非反応性のものであれば
よい。センサ形態も発明の主旨に反しない限り任意の形
態を取り得るものである。ヒーターは陰極側に形成する
ことも可能であるが、実施例と同様の構造とする場合に
は、センサ素子作製の容易さから陽極側に形成するのが
よいと考えられる。センサの作製法も焼結、印刷、溶射
その他の公知の方法、及びそれらの組合せを用いること
ができるものである。
して８ｍｏ １％Ｙ２Ｏ３安定化ジルコニアを用いたが
、同様の機能を仔するものであればこれに限定するもの
ではない。電極材料も実施例に限定するものではなく、
同様の機能を有するものであればよい。ガス拡散律連体
としては、細孔を設けたものに限らず、多孔体を用いる
こともでき、また材料も実施例に限るものではない。絶
縁層材料もヒーター材料などと非反応性のものであれば
よい。センサ形態も発明の主旨に反しない限り任意の形
態を取り得るものである。ヒーターは陰極側に形成する
ことも可能であるが、実施例と同様の構造とする場合に
は、センサ素子作製の容易さから陽極側に形成するのが
よいと考えられる。センサの作製法も焼結、印刷、溶射
その他の公知の方法、及びそれらの組合せを用いること
ができるものである。
発明の効果
以上のように、本発明になる酸素センサはきわめて安定
した特性を示し、長期間にわたって精度よく雰囲気中の
酸素濃度を測定できるものである。
した特性を示し、長期間にわたって精度よく雰囲気中の
酸素濃度を測定できるものである。
第１図（ａ）は本発明の一実施例の酸素センサの模式的
断面図、第１図（ｂ）は同実施例の酸素センサの模式的
底面図、第２図は前記実施例および従来例の酸素センサ
の温度変化を示すグラフである。 １・・・酸素イオン導電性固体電解質基体、２・・・陰
極、３・・・陽極、４・・・絶縁層、５・・・ヒーター
、６・・・ガス拡散律連体、７・・・ガス拡散用細孔。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝はか１名１１図 （久） （ｂ） 第２図 ０／２３４５６ 碍・間 （ｓｅす
断面図、第１図（ｂ）は同実施例の酸素センサの模式的
底面図、第２図は前記実施例および従来例の酸素センサ
の温度変化を示すグラフである。 １・・・酸素イオン導電性固体電解質基体、２・・・陰
極、３・・・陽極、４・・・絶縁層、５・・・ヒーター
、６・・・ガス拡散律連体、７・・・ガス拡散用細孔。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝はか１名１１図 （久） （ｂ） 第２図 ０／２３４５６ 碍・間 （ｓｅす
Claims (4)
- （１）酸素イオン導電性固体電解質を含んだ基体の一方
の面上に陰極が形成され、相対するもう一方の面上に陽
極が形成され、陰極が形成された側に陰極を覆ってガス
拡散律速体が設けられ、さらに、前記固体電解質基体面
上に電極に近接して絶縁層を介して加熱用ヒーターが形
成されたことを特徴とする酸素センサ。 - （２）少なくとも陰極が一般式Ｌｎ＿１＿−＿ｘＡ＿ｘ
Ｃｏ＿１＿−＿ｙＭｅ＿ｙＯ＿ｓ＿−δ（ＬｎはＬａ、
Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄから選ぶ少なくとも一種の元素、Ｍｅ
はＮｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖから選ぶ少なくとも一種
の元素、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、δは酸素欠損量）で
表わされるペロブスカイト型複合酸化物を含むことを特
徴とする請求項１記載の酸素センサ。 - （３）電極材料としてＳｒＭｅ′Ｏ＿３（ＭｅはＴｉ、
Ｚｒ、Ｈｆから選ぶ少なくとも一種の元素）が前記ペロ
ブスカイト型複合酸化物に対して０〜８０ｍｏｌ％添加
されたことを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載
の酸素センサ。 - （４）電極材料として少なくとも一種の白金族元素が前
記ペロブスカイト型複合酸化物に対して添加されたこと
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の酸素セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1091340A JPH02269949A (ja) | 1989-04-11 | 1989-04-11 | 酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1091340A JPH02269949A (ja) | 1989-04-11 | 1989-04-11 | 酸素センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02269949A true JPH02269949A (ja) | 1990-11-05 |
Family
ID=14023692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1091340A Pending JPH02269949A (ja) | 1989-04-11 | 1989-04-11 | 酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02269949A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016005758A1 (de) | 2015-05-13 | 2016-11-17 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gesintertes elektrisch leitfähiges Oxid für eine Sauerstoffsensorelektrode und dieses verwendender Sauerstoffsensor |
| US10379076B2 (en) | 2015-05-13 | 2019-08-13 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Electrically conductive oxide sintered compact, member for electrical conduction, and gas sensor |
-
1989
- 1989-04-11 JP JP1091340A patent/JPH02269949A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016005758A1 (de) | 2015-05-13 | 2016-11-17 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gesintertes elektrisch leitfähiges Oxid für eine Sauerstoffsensorelektrode und dieses verwendender Sauerstoffsensor |
| US10379076B2 (en) | 2015-05-13 | 2019-08-13 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Electrically conductive oxide sintered compact, member for electrical conduction, and gas sensor |
| US10883192B2 (en) | 2015-05-13 | 2021-01-05 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Sintered electrically conductive oxide for oxygen sensor electrode, and oxygen sensor using the same |
| DE112016002136B4 (de) | 2015-05-13 | 2023-04-27 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Gassensor |
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