JPH02287253A - 炭酸ガスセンサ - Google Patents

炭酸ガスセンサ

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JPH02287253A
JPH02287253A JP1109441A JP10944189A JPH02287253A JP H02287253 A JPH02287253 A JP H02287253A JP 1109441 A JP1109441 A JP 1109441A JP 10944189 A JP10944189 A JP 10944189A JP H02287253 A JPH02287253 A JP H02287253A
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carbon dioxide
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Masashi Nishiguchi
昌志 西口
Tooru Onouchi
徹 小野内
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Panasonic Ecology Systems Co Ltd
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Matsushita Seiko Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、施設園芸、環境衛生、防災用、工業用などの
炭酸ガス濃度を計測し制御する場所に使用するイオン伝
導体を用いた固体電解質型炭酸ガスセンサに関するもの
である。
従来の技術 近年、空調、農畜産分野を中心に炭酸ガスセンサに対す
るニーズが高まり、種々の方式の士ンサの開発が進めら
れている。
以下、従来のこの種の炭酸ガスセンサについて第3図〜
第6図に基づいて説明する。第4図において、固体電解
質である薄板状のNAXS(す) l)ラムイオン伝導
体(Na20−A6203−XS 1o2(X = 2
 。
’ t 6t 8) )板11は、その両端に1対の電
極層である陰極層12aおよび陽極層12bを備え、陰
極層12aはAuを用いた電極層内に炭酸ナトリウムが
分散して添加形成されており、陽極層12bはAuを用
いた電極層で形成され、ガス感知部1を構成していた。
つぎに第6図に示すように、このガス感知部1には片面
下部に加熱用ヒータ2を備え、一対の陰極層12aと陽
極層12bから引き出した2本のリード線3a、3bお
よび加熱用ヒータ2から引出したリード線5a、sbの
それぞれに接続したピン7C1、7b、ピン8a。
8bを介して下部の台座6に固定されている。
ピン7a、了す、8a、8bは、それぞれ信号出力用お
よび電圧印加用で台座6をKAしており外部と接続でき
るようになっている。
プロテクタ4は、内包するガス感知部1、ヒータ2、リ
ード線3a、3b、5a、5b、  ビン7a、7b、
sa、sbそれぞれを機械的損傷から保護するとともに
測定雰囲気と接触を良くするためにステンレス製金網で
t(成され、台座6に固定されている。
上記構成において、ガス感知部1は以下の電池を構成し
得る。すなわち このような電池を構成するガス感知部1をヒータ2によ
り測定温度に加熱すると、陰極層12aおよび陽陰層1
2bに各々以下のような電池度広が起き (陰極)Na2CO3=2Na++CO2+3Ao2+
2e(陽極)  2 N a ” +3AO2+ 2 
e −=Na 20−= ・−−−−(2)両電極間に
は次式で表わされる起電力が発生する。
ここで、 E;発生起電力 P1芥囲気全圧 R;気体定数 P   ;雰囲気中の炭酸ガス分圧 o2 F;ファラディ定数 aNa20 ; lI’JAX S中のiN’ (L 
20の活量T;絶対温度 aNd2C03:lq&2CO3)活量(3)式かられ
かるように発生起電力Eは雰囲気中の炭酸ガス分圧の対
数に比例するから、この起電力を陰極層12a、陽極層
12bより、リード線3a。
3bを介して取り出すことにより雰囲気中の炭酸ガス濃
度を電気的に構出するものであった。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような構成では以下のような課題
を有していた。すなわち、前記の式(3)に示す式によ
り発生起電力Eは、ガス感知部の絶対温度Tが変化する
ことによシ大きく変化する。よって、測定雰囲気の温度
変化の影響を受は第3図に示すような雰囲気温度依存性
を待っていた。
また、雰囲気温度依存性を補償するためにヒータ温度を
一定に保つ制御を用いた場合においても、発生起電力E
は、雰囲気温度の変化に対して負の依存性を河っている
ことから補償することはできないという問題があった。
本発明は上記課題に留意し、炭酸ガス濃度と比例する発
生起電力Eの温度依存性を小さくし、高い信頼性を得る
ことを第1の目的とする。
第2の目的は、発生起電力Eの温度依存性を雰囲気温度
の変化に対し正の特性とし、ヒータ温度を一定に保つこ
とによる雰囲気温度依存性の補償を可能とすることにあ
る。
課題を解決するための手段 第1の目的を達成するために本発明の第1の手段は、固
体電解質からなるイオン伝導性セラミックス板の両端に
1対の電極層を設け、前記電極層の一方に、炭酸ガスと
解離平衡を形成する金属炭酸塩を添加して陰陽層を形成
し、他方に酸素イオン伝導性物質を10〜20 w t
%添加して陽極層としたガス感知部と、前記ガス感知部
を動作温度に加熱する加熱部とを備えた構成としたもの
である。
第2の目的を達成する第2の手段は、第1の手段の陽極
層に酸素イオン伝導性物質を重量比で20〜40wt%
添加して、ガス感知部の加熱度を一定に制御する構成と
したものである。
作  用 第1の手段の構成により陽極層に添加されている酸素イ
オン伝導性物質が固有の温度依存性を持つため、式(2
)に示す陽極の酸素分圧が温度によ−て変化し、式(3
)の発生起電力Eを変化させる。この酸素イオン伝導性
物質の温度依存性による発生起電力Eの変化が、発生起
電力Eの温度依存性を打ち消す方向に働くこととなる。
第2の手段の構成により、陽極層に酸素イオン伝導性物
質を約20〜40wt%添加することにより、発生起電
力Eの雰囲気温度依存性は、雰囲気温度の変化に対し正
の依存性を待つ。よって、発生起電力Eの温度依存性は
少くなり、ヒータ温度を一定に保つことによシ温度補償
ができることとなる。
実施例 以下、本発明の第1の手段による一実施例を第1図に基
づいて説明する。なお従来例と同一の箇所には同一記号
を付し詳細な説明は省略する。
図に示すように、NAXS板11の両端に陰極層12a
と陽極層12bを有しガス感知部1としている。このガ
ス感知部1の下面に加熱用ヒータ2を設けている。そし
て陰極層12aのリード線3aと陽極層12bのリード
線3bおよび加熱用ヒータ2のリード線5a 、sbが
それぞれ台座6に貫通回定したピン7a、7b、8a、
8bに接続している。台座6の貫通したビンのリード線
が接続されていない方を除き、全体をステンレス製の金
網17によって覆われている。
薄板状のNAXS板11の一端に形成した陽極層13a
は電極材料であるAuペーストに酸素イオンと電子の両
方に対して伝導性を持つ混合伝導性セラミックスでペロ
プスカイト型酸化物L ao 、 s s、r o 、
 5Coo3の粉末、いわゆる酸素イオン伝導性物質1
6を10〜20 wt% 添加し、混合してペースト状
にしたものを塗布し、160℃程度で乾燥後、8oo℃
で焼成したものである。
以上のように構成された炭酸ガスセンサについて以下そ
の動作について説明する。
上記構成において、その検出動作は従来例と同様なので
説明は省略する。ガス感知部1を測定温度に加熱すると
、NAXS板11と陰極層12a。
陽極層13aの各々の界面で、従来例で示した式(1)
および(2)の電池反応が生じ、式(3)で示した発生
起電力Eが生じる。その際、雰囲気温度が変化すると、
式(3)に示す、絶対温度TやaNaOが変化し発生起
電力Eが変化する。すなわち雰囲気温度依存性が生じる
。その際、陽極層13a内に添加した酸素イオン伝導性
物質”L ao 、 s sr o 、sCO○3粉末
の温度依存性により、陽極層13aの酸素分圧が変化し
、発生起電力Eの雰囲気温度依存性を打ち消す様に働く
。この効果は、酸素イオン伝導性物質16 Lao、5
Sro、5COOs 粉末の添加量を変えることにより
次に説明するように変化する。
第3図の特性図はLA o 、s S r o 、5C
oo3 の添加量刑に発生起電力の温度依存性を示して
いる。横軸は雰囲気温度、縦軸は20℃での発生起電力
を基準とした発生起電力の変化量を示している。なお炭
順ガス濃度は500 ppm  で一定である。図に示
すように、L ao 、s S ro 、5COO3を
添加しない0チの従来のセンサは温度変化に対し負の依
存性を待っており、20℃の変化で約30mV変化する
しかし、L ao 、 s S r o 、5COO3
の添加すると依存性は減少し、20%添加すると20℃
の温度変化で約5mVとなる。
以上のように、陽極層13aに酸素イオン伝導性物質1
eを添加することにより、発生起電力の雰囲気温度依存
性を小さくすることができる。
なお、本実施例ではイオン伝導性セラミックス板11を
NAXS板としたがNASICON板でもよい。
また、酸素イオン伝導性物質16を L ao 、 s S r o 、5CO○3 とした
が、イツトリウムを含有した安定化ジルコニアであるy
sz−または、カルシウムを含有した安定化ジルコニア
であるCSZでも良い。
つぎに、本発明の第2の手段による一実施例を第2図に
基づいて説明する。
なお従来例と同一の箇所には同一記号を付して説明は省
略する。
図において薄板状のNAXS基11の一端に形成した陽
極層13bは電極材料であるAuペーストに酸素イオン
と電子の両方に対して伝導性を持つ混合伝導性セラミッ
クスでペロプスカイト型酸化物L ao 、 s S 
ro 、 csCOO3の粉末、いわゆる酸素イオン伝
導性物質16を20〜40wt% 添加し、混合してペ
ースト状にしたものを塗布し、150℃程度で乾燥後8
00Cで焼成したものである。
以上のように構成された伏酸ガスセンサについて以下そ
の動作について説明する。
上記構成において、その検出動作は従来例と同様なので
説明は省略する。ガス感知部1を測定温度に加熱すると
、NAXS板11と陰極層12a。
陽極層13bの各々の界面で従来例で示した式(1)お
よび(2)の電池反応が生じ、式(3)で示した発生起
電力Eが生じる。その際、雰囲気温度が変化すると、式
(3)に示す、絶対温度Tや”NaOが変化し、発生起
電力Eが変化する。すなわち雰囲気温度依存性が生じる
。また、この依存性は、図に示すように温度変化に対し
負の特性を持っていた、そのため、ヒータ2の温度を一
定に保つ様に制御した場合においても、雰囲気温度依存
性を補償することはできなかった。しかし、陽極層13
b内に酸素イオ’J伝導性物質16 L ao 、 s
S r o 、 5Coo3粉末を20〜4owt%添
加することにより、酸素イオン伝導性物質16の温度依
存性の作用によって、発生起電力Eの雰囲気温度依存性
は、第3図に示すように雰囲気温度の変化に対し正の特
性となる。
以上のように、陽極層13bに識素イオン伝導性物質j
6を20〜4owt%添加することにより、発生起電力
Eの雰囲気温度依存性を小さくすることができ、さらに
、ヒータ2を制御し、ヒータ温度を一定に保つことによ
り温度依存性を補償することができる。
なお、本実施例ではイオン伝導性セラミックス板11を
NAXS板とシタ力、NASICON板でも良い。
また、酸素イオン伝導性物質16を L ao 、 sS r o 、 5Coo3  とし
だがイ、ソトリウ4を含有した安定化ジルコニアである
YSZまたは、カルシウムを含有した安定化ジルコニア
であるC8Zでも良い。
発明の効果 以上のように本発明によれば、陽極層内に酸素イオン伝
導性物質を10〜20 W t%添加することによシ発
生起電力の雰囲気温度依存性が小さくなり、発生起電力
が安定し、センサーの感度が安定し、信頼性が向上する
また、陽極層に酸素イオン伝導性物質を2o〜4c)w
t%添加することにより、発生起電力の雰囲気温度依存
性は、雰囲気温度の変化に対し正の特性となるからヒー
タ温度を一定に保つことによシ雰囲気温度依存性を補償
することができ測定感度の安定向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の手段の実施例を示す炭嘔ガスセ
ンサのガス感知部の縦断面図、第2図は同第2の手段の
実施例を示す炭酸ガスセンサのガス感知部の縦断面図、
第3図は炭酸ガスセンサの雰囲気温度依存性を示すグラ
フ、第4図は従来の炭酸ガスセンサのガス感知部の縦断
面図、第6図は同炭酸ガスセンサの構造を示す縦断面図
である。 1・・・・・・ガス感知部、2・・・・・・ヒータ、3
a、3b・・・・・・リード線、7a、アb、8a、8
b・・・・・・ピン、11・・・・・・NAXS板、1
2a・・・・・・陰極層、12b・・・・・・陽極層、
13a・・・・・・陽極層、13b・・・・・・陽極層
、16・・・・・・酸素イオン伝導性物質。 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか1名第2
図 1−一一刀“ス&矢〕壱や jk−−一暉筏1 1σ・−Ut+χ〉(云秦沫1才カ鵞 第 図 La、6.g5翳CoO3のAaot+=r> 赫#4
&み困気逼ま / C 味

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)固体電解質からなるイオン伝導性セラミックス板
    の両端に一対の電極層を設け、前記電極層の一方に、炭
    酸ガスと解離平衡を形成する金属炭酸塩を添加して陰極
    層を形成し、他方に酸素イオン伝導性物質を10〜20
    wt%添加して陽極層としたガス感知部と、前記ガス感
    知部を測定温度に加熱する加熱部とを備えた炭酸ガスセ
    ンサ。
  2. (2)陽極層に酸素イオン伝導性物質を20〜40wt
    %添加して、ガス感知部の加熱温度を一定に制御する構
    成とした請求項1記載の炭酸ガスセンサ。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6415453A (en) * 1987-07-10 1989-01-19 Diesel Kiki Co Electronic control type fuel injection device
JPH01213565A (ja) * 1988-02-22 1989-08-28 Nippon Ceramic Kk Co↓2ガスセンサの電極形成方法

Patent Citations (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6415453A (en) * 1987-07-10 1989-01-19 Diesel Kiki Co Electronic control type fuel injection device
JPH01213565A (ja) * 1988-02-22 1989-08-28 Nippon Ceramic Kk Co↓2ガスセンサの電極形成方法

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