JPH026732A - 複合ガスセンサ - Google Patents

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〕 本発明は限界電流式酸素センサと、半導体式還元性ガス
センサとを一体化した複合ガスセンサに関し、特にジル
コニア固体電解質を酸素イオン伝導体として用いた限界
電流式酸素センサと、酸化スズ系半導体を用いた還元性
ガスセンサとを一体化した複合ガスセンサに関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来か
ら空気中の各種のガスの濃度を測定するために、種々の
タイプのセンサが提案され、使用されている。特に酸素
濃度は、暖房中の室内、地下設備中、マンホール中、船
倉中、サイロ中等において検知する必要があり、種々の
タイプの酸素センサが利用されている。

ポータプル型の酸素センサとしては、電解液を用いるガ
ルバニ方式のものが主流となっているが、寿命が１年程
度と短いことが問題である。また、定置型では、酸素イ
オン伝導性の固体電解質を用いた濃淡式のものが主流で
あるが、７００℃〜８００℃と高温で使用されることと
、基準ガス（参照ガス）を用いるため大型化してしまう
という問題点がある。

そこで限界電流式の酸素センサが開発された。

これは、酸素イオン伝導性の固体電解質を用いるという
点では濃淡式のものと変わらないが、３００℃以上に温
度を上げれば目的とする酸素イオンの伝導度が得られる
ことと、酸素分子の細孔的拡散律速現象による限界電流
値が酸素濃度に比例することを利用しているので、基準
ガスを用いずに被測定ガスの酸素濃度を検知でき、比較
的小型化できる。また、電解液等の劣化の速いものを使
わないので、電極のシンタリング以外、寿命の問題とな
るものはなく、また使用温度が低いことから電極は５年
程度の寿命を有する。

一方、都市ガス、プロパンガス、−酸化炭素ガス等の還
元性ガスが空気中に混入することによる事故を防止する
ために、これらの還元性ガスを検知することも必要であ
る。そこで各種の還元性ガスセンサが広く利用されてき
た。

中でも半導体ガスセンサが有利であるが、従来の半導体
ガスセンサは検知用素子と補償用素子との組合せにより
還元性ガスを検知するもので、検知用素子は５０μｍ程
度の白金線を精度良く直径１ｍｍ程度のコイル状に巻い
て、これをヒーター兼検知用電極として用い、酸化錫等
の還元性ガス感応性の酸化物半導体材料でそのコイル部
を完全に包み込むことにより形成され、補償用素子は同
様にして作成したコイルをアルミナ等の非感応性の酸化
物材料で完全に包み込むようにして形成されている。し
かし、この半導体ガスセンサでは、直径１ｍｍ程度に、
且つピッチを揃えて５０μｍ程度と非常に細い白金線を
コイル状に巻き、その形状を崩さないようにして前記の
酸化物材料を包み込まなければならないため、−工程に
要する時間が非常に長く、かつ歩留りも低く、生産性の
悪さが問題であった。

そこで、最近、酸化物からなる薄い板状の基板に熱線を
印刷技術や蒸着技術を用いて形成し、その上に還元性ガ
ス感応性の酸化物半導体により検知用素子を形成し、ま
た還元性ガス非感応性の酸化物により補償用素子を作成
することにより形成した還元性ガスセンサが提案された
。これは熱線型半導体ガスセンサと呼ばれるものである
が、このガスセンサでは、生産面での効率や歩留まりは
上がるが、前述のコイルをモールドしたものに比べて、
多少大きめになる問題がある。

これとは別に対向電極を用いた半導体ガスセンサも開発
されている。これは、成膜技術を用いた熱線型のものと
よく似ているが、酸化物からなる薄い板状の基板に櫛形
等の対向する電極を印刷技術や蒸着技術を用いて形成し
、その上に感ガス性の酸化物半導体を厚膜生成技術又は
薄膜生成技術を用いて作成したものである。この対向電
極型半導体ガスセンサによれば、熱線型のような補償用
の素子は必要がなくなる。しかし、この対向電極型の素
子の場合にも温度を上げる必要があるため熱線は省くこ
とができない。また素子全体の電気抵抗も酸化物半導体
を直列に接続する形となり高くなるために、精度良く検
出するためには検出用の印加電圧を高めにする必要があ
り、消費電力が多少多くなる問題がある。

ところで、工事現場やタンク等の作業環境においては、
酸素濃度が高い場合に、還元性ガス又は可燃性ガスがあ
る程度混入すると、爆発を引き起こす危険性があること
から、酸素センサと半導体ガスセンサを用いて、それぞ
れ酸素及び還元性ガスを検知する必要がある。また暖房
中の室内でも、酸欠状態をチエツクするだけでなく、不
完全燃焼やガスもれをチエツクするために、酸素ガス及
び還元性ガスをチエツクする必要がある。その他、船倉
、地下設備等においても同様な必要がある。

しかしながら、従来から酸素センサと還元性ガスセンサ
とは別々に設けられているために、占有空間が多くなる
という問題の他に、余分な検知コストがかかるという問
題がある。というのは、いずれのセンサもヒータにより
加熱された状態で作動するので、２台にすればそれだけ
消費電力が多くなるからである。

従って、本発明の目的は酸素濃度の低下を検知すること
により酸欠を防止するだけでなく、酸素濃−度が上がっ
た場合の還元性及び可燃性ガスの混入による誘爆を防止
するためにも使用でき、また、作業環境の悪化や危険を
検知するばかりでなく、一般の家庭においても室内環境
の悪化や危険を検知することができる複合ガスセンサを
提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は酸素センサ
用の固体電解質基板の両側に設けたカバ上に還元性ガス
センサ用の還元性ガス感応膜を設け、両センサのヒータ
を共用することにより、小型の複合ガスセンサが得られ
ることを発見し、本発明を想到した。

すなわち、本発明の第一の複合ガスセンサは、（ａ）両
面に連通ずるガス拡散孔を有する固体電解質基板と、ら
）前記固体電解質基板の両面に形成された正負の多孔質
電極と、（ｃ）前記固体電解質基板の負の多孔質電極側
に設けられた密封用カバーと、（ｄ）前記固体電解質基
板の正の多孔質電極側に設けられた外気と連通ずる開口
部を有するカバーと、（ｅ）前記カバーのいずれかに設
けられた熱線を含む還元性ガス感応膜と、（ｆ）前記カ
バーのいずれかに設けられた前記還元性ガス感応膜の温
度補償素子とを有し、前記熱線の両端における抵抗変化
により還元性ガスを検知することを特徴とする。

また本発明の酸素及び還元性ガスを同時に検知する第二
の複合ガスセンサは、（ａ）両面に連通ずるガス拡散孔
を有する固体電解質基板と、（ｂ）前記固体電解質基板
の両面に形成された正負の多孔質電極と、（ｃ）前記固
体電解質基板の負の多孔質電極側に設けられた密封用カ
バーと、（ｄ）前記固体電解質基板の正の多孔質電極側
に設けられた外気と連通ずる開口部を有するカバーと、
（ｅ）前記カバーのいずれかに設けられた対向電極を含
む還元性ガス感応膜と、（ｆ）前記カバーのいずれかに
設けられたヒータとを有することを特徴とする。

〔実施例〕

本発明の複合ガスセンサを添付図面を参照して詳細に説
明する。

第１図は本発明の一実施例による温度補償素子付き還元
性ガス感応膜を有する複合ガスセンサを示す断面図であ
る。

この複合ガスセンサは酸素イオン伝導性を有する固体電
解質からなる基板１と、基板１の両面に形成された多孔
質電極２ａ、２ｂと、各多孔質電極２ａ、２ｂを覆うよ
うに基板１の両側に設けられたカバー３ａ、３ｂと、カ
バー３ａ上に形成された還元性ガス検知素子４と、カバ
ー３ｂ上に形成された温度補償素子５とを有する。

基板１を構成する固体電解質は、ＺｒＯ２に安定化剤と
してＹ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｙｂ２Ｏ３等を固溶させたジル
コニア固体電解質である。ジルコニア固体電解質は所定
の電圧を印加した状態で３５０℃以上に加熱すると、高
い酸素イオン伝導性を示す。

本発明においては、固体電解質基板１にガス拡散孔１１
が形成されている。ガス拡散孔１１内に酸素ガスが拡散
するが、拡散速度は一般に孔径に比例する。そこで細孔
的拡散律速となるように孔径を決める。さらに酸素セン
サ自体も小型化し、低温作動（特に３５０〜５００℃）
を実現するために、孔径は５〜２０μｍとするのが好ま
しい。この場合基板１の厚さは０．１〜０．５ｍｍ程度
である。

基板１の両面にガス拡散孔１１の開口部を覆うように形
成さた多孔質電極２ａ、２ｂは、空気と接触する外部電
極（陽極）２ｂと、接触しないように密封されている内
部電極（陰極）２ａとからなる。

なお、陽極側となる外部電極２ｂは、拡散孔１１のフィ
ルターとしても作用するため、拡散孔１１を覆うように
形成した方がよい。また内部電極２ａも、拡散孔１１の
開口部を覆うように形成するのが好ましいが、被測定ガ
スに直接晒されず塵埃の影響を受けないので、拡散孔１
１の開口部を覆わないように形成することもできる。

内部電極２ａ及び外部電極２ｂは、触媒活性電極として
機能するために、ＰｔＸＰｄ、　Ａｇ、　Ｒｈ、　Ｉｈ
等の金属材料若しくはこれらの合金材料、又はこれらの
金属材料のうち少なくとも一種と酸素イオン伝導性酸化
物材料との混合材料により形成するのが好ましく、特に
シンタリングを防止するためにｐｔ又はＰｔとＺｒＯ□
との混合材料により形成するのが好ましい。

また内部電極２ａ及び外部電極２ｂは、それぞれ多孔質
のものでなければならないが、この場合、電極の平均粒
子径は１〜３μｍ、平均孔径は０１〜５μｍ、また空孔
率は７０〜８５％の範囲にあることが好ましい。

これらの諸因子が上述のような範囲にあれば、電極２ａ
、２ｂは被測定ガス中の塵埃に対するフィルターとして
も機能し、このために拡散孔１１の有効径寸法は変化せ
ず、拡散孔１１の正確な細孔内拡散律速機能が維持され
る。

内部電極２ａは、その上に内部室６が形成されるように
して、カバー３３により密閉される。本実施例の場合に
は、環状の密閉用スペーサ８を介してカバー３８を基板
１に固着することにより、密閉している。なお、カバー
３８を一体的な部材により形成してもよい。酸素センサ
自体の熱容量を小さくするために、内部室６を小容積に
するのが好ましい。

カバー３ａは、耐熱性を持った八１２０３、ＺｒＯ２等
の板状の絶縁性酸化物で形成し、熱膨張による応力を緩
和するために、固体電解質基板１の熱膨張係数と同程度
の熱膨張係数の材料を用いることが好ましい。特に、固
体電解質基板１と同じ材料を用いるのが好ましい。

また密閉用スペーサ８としては、内部室６の密閉を完全
にするために、固体電解質基板１と同程度の熱膨張係数
を有するガラス質等の封着剤を用いるのが好ましい。

固体電解質基板１の外部電極（陰極）２ｂ側に、カバー
３ａと同様に板状の酸化物からなるカバー３ｂが設けら
れている。カバー３ｂと固体電解質基板１との間に形成
される内部室７は、常に被測定ガスと同じ酸素濃厚を有
することが必要である。

そのために、カバー３ｂは開口部を有するスペーサ９を
介して、封着剤により固体電解質基板１に固着する。開
口部を有するスペーサ９としては、空孔率が３０〜８０
％の多孔板でも、また複数の開口部を有する板状体でも
よく、さらにカバー３ｂの四角だけ固着するように設け
た部材でもよい。さらにスペーサ９を用いずに、開口部
を有する皿状部材によりカバー３ｂを形成してもよい。

本実施例においては、カバー３ａ上に還元性ガス検知素
子４が形成されている。還元性ガス検知素子４は、Ｓｎ
Ｏ□、ＺｎＯ２等の感ガス性の半導体材料、もしくはこ
れらにＰｔ、　Ｐｄ等の触媒活性化材料を添加した半導
体材料により形成された還元性ガス感応膜１２と、熱線
１３とからなる。

特に、還元性ガス感応膜１２には、酸化スズ（Ｓｎ０２
−、Ｘ％Ｘ≦１）とＰｔ、　Ｐｄ、　Ｉｒのいずれか１
種は２種以上からなる触媒金属とをスパッタリング法あ
るいは真空蒸着法により同時蒸着させて、触媒金属を酸
化スズ中に微細に分散させた、高活性の触媒作用を有す
る酸化スズ半導体を用いるのが好ましい。

このような酸化スズ半導体は以下の方法により作製する
ことができる。

スパッタリング法により作製する場合は、酸化スズ焼結
体ターゲットの表面にＰｔ、　Ｐｄ、　Ｉｒのいずれか
１種あるいは２種以上の板状チップを貼りつけて複合タ
ーゲットを構成し、ＡｒあるいはＡｒと０２の混合ガス
を作動気体として、常用されている高周波スパッタリン
グ装置によりスパッタ膜をカバ３ａ上に形成する。スパ
ッタ時の負荷電力をタゲットの面積当りで１．３Ｗ　／
　ｃｕｔ以上とすると、できた膜は結晶質で金属（Ｐｔ
、　Ｐｄ、　ｌｒ等）と酸化スズ相との二相組織となり
、それ未満では、Ｘ線回折で見る限り、ハローパターン
を示す非晶質状態の薄膜となる。スパッタ時の作動ガス
として、Ａｒ単独の場合は非晶質状態となり易＜　、Ａ
ｒ＋０２の混合ガスの場合は結晶質になる傾向がある。

しかし、非晶質状態のものでも、約４００℃以上の大気
中での熱処理により、触媒金属（Ｐｔ、　Ｐｄ、　Ｉｒ
等）と酸化スズの二相複合組織となる。このようにして
作製された触媒金属・酸化スズ二相組織薄膜に電極を取
付けて電気抵抗を測定すると、電気抵抗は酸化スズ単体
の電気抵抗よりも大きくなるが、十分抵抗変化を計測し
得る範囲である。

また、真空蒸着法により、酸化スズと前述した触媒金属
とをベース板上に同時に蒸着させた場合でも、前述した
スパッタリング法により得られた触媒金属・酸化スズ二
相組織薄膜と同様の薄膜が得られる。

次に、このようにして作製された触媒金属・酸化スズ二
相組織薄膜に各種還元性ガスを接触させて電気抵抗変化
を計測すると、２００℃以上の温度は勿論、２００℃以
下でも各種ガスに対して抵抗変化を示しており、低温作
動するセンサー素子となることがわかる。分散合金化す
るＰｄ、　Ｐｔ、Ｉｒ等は、検知するガスの種類により
、選択して用いればよい。例えばＰｄを入れると、メタ
ンガスに対して大きな抵抗変化を示すようになるので、
メタンガスに対する感度がとくに重要である場合に都合
がよい。またＰｄ、　Ｐｔ、　Ｉｒを併用すれば、広い
範囲のガスに対して感度を有するようになる。但し、こ
れら金属の割合が多くなると（２０％以上）、作製され
る膜の性質は金属的になり、各種の還元性ガスに対して
、抵抗変化を示さなくなり、還元性ガスセンサ素子とし
て用いることができなくなる。

本実施例の還元性ガス感応膜１２の中には熱線１３が埋
設されている。熱線１３は触媒活性化電極として機能す
るため、Ｐｔ、　Ｐｄ、　Ａｇ、　Ｒｈ、　Ｉｎ等の金
属材料、もしくはこれらの合金材料を用いることが好ま
しく、特にｐｔが好ましい。

また熱線１３は、例えば第２図に示すように、蛇行する
形状とするのが好ましく、その両端部１４ａ１１４ｂに
リード線Ｌ５ａ、１５ｂが接続されている。

温度補償素子５は、被測定ガス中の還元性ガスに感応し
ない材料からなる膜１６と熱線１７とからなるもので、
還元性ガス非感応性膜１６は例えば１２０３等のセラミ
ックスにより形成することができる。また温度補償素子
５中に埋設された熱線１７は実質的に検知素子４中の熱
線１３と同一の材料及び形状とするのが好ましい。

このような温度補償素子５による温度補償は第３図に示
すような回路により行われる。すなわち、検知素子４と
温度補償素子５は第３図に示すようなブリッジ回路に接
続されており、ブリッジ回路中には適当な抵抗値を有す
る抵抗２０．２１．２２が接続されている。ブリッジの
ＡＢ間に直流電源２４により直流電圧がかけられており
、抵抗２２への接点２３を調節することによりＣＤ間の
電圧を０にする。

このようにすることにより、熱線１３．１７の発熱によ
る検知素子４及び補償素子５の温度が変動しても温度の
影響を除去することができる。

第３図は本発明の第二の実施例による複合ガスセンサを
示す断面図である。

この複合ガスセンサは、酸素センサに関しては第１図の
実施例のものと実質的に異ならないので、同一部品に対
しては第１図のものと同じ参照番号を付す。

この実施例においては、カバー３ａ上に対向電極３０ａ
、３０ｂを有する還元性ガス感応膜３１が形成されてお
り、カバー３ｂ上にはヒータ３２が形成されている。ガ
ス感応膜３１は第１図の実施例における半導体膜と同じ
でよい。また対向電極３０ａ、３０ｂは熱線１３と同じ
材料で形成できる。

対向電極３０ａ、３０ｂの形状としては第５図に示すよ
うに、櫛型とするのが好ましい。

本実施例において、カバー３ｂ上にヒータ３２が設けら
れている。ヒータ３２としては、厚膜法により形成した
熱線の形状であるのが好ましく、材料としては対向電極
３０ａ、’３０ｂと同様にＰ３　ＰｄＳＡｇ。

Ｒｈ、　Ｉｎ等の金属材料もしくはこれらの合金材料を
用いるのが好ましく、特にＰｔが好ましい。

対向電極３０ａ、３Ｄｂは直流電源４４に接続しており
、またヒータ３２は電源４５に接続している。

次に本発明の複合ガスセンサの作動について説明する。

第１図の実施例において、まず熱線１３に３〜１２Ｖの
電圧をかけ、３５０〜５００℃に発熱させる。この状態
で被測定ガスに接触させるとジルコニア固体電解質から
なる基板１は酸素イオンの伝導媒体として機能し、また
基板１に形成されたガス拡散孔１１は、被測定ガスから
内部室６へ拡散により補給される酸素に対して細孔内拡
散律速を与えるように機能する。

この内部電極２ａはカバー３８により密閉されているの
で、これにより内部室６内の雰囲気を被測定雰囲気から
実質的に隔離することができる。

また、拡散孔１１によって酸素が拡散律速されることに
より、電流測定回路４２に流れる限界電流が被測定ガス
中の酸素濃度に比例し、この限界電流を測定することに
より、酸素濃度を検知できる。

また、内部電極２ａ及び外部電極２ｂは多孔質に構成さ
れているので、電極反応を活性化させる触媒活性電極と
して機能し、固体電解質基板１、電極２ａ、２ｂ及び酸
素の三相界面を長くして酸素ポンピングを高める。

次に還元性ガス感応膜４については、温度補償素子付型
（第１図）の場合、検知素子４中の熱線１３がヒータと
して機能するとともに、熱線の両端における抵抗値の変
化により還元性ガス濃度を求める。この場合、熱線１３
の両端において得られる抵抗値は、熱線自身の抵抗値と
半導体膜１２の抵抗値とが並列に組合わされたものであ
る。また対向電極型（第４図）の場合、酸素センサ用の
ヒータ３２により３５０〜４５０℃に加熱された状態で
作動するが、対向電極３０ａ、３０ｂ間に存在する半導
体膜の抵抗値の変化により、還元性ガス濃度を求める。

いずれの場合も半導体膜の抵抗値は加熱条件下では還元
性ガスの濃度に応じて変化するが、これは以下の原理に
よる。まずＳｎＯ２中に分散したＰｄ。

ｐｔ等の触媒作用をする金属に酸素ガスが吸着される。

そこに被測定ガス中の還元性ガス（ＩＩ２、Ｃ０１ＣＨ
４等）が吸着されると、既に吸着されている酸素ガスが
酸化反応に消費されてＳｎＯ２半導体膜の抵抗値が低下
する。

本発明の具体的実施例を以下に説明する。

実施例１ 第１図において、固体電解質基板１、カバー３ａ、３ｂ
は、ＺｒＯ２に安定化剤としてＹ２Ｏ３を８ｍ０１％固
溶させて得られたジルコニア固体電解質により形成した
。空孔率は５％以下であった。板厚はそれぞれ基板１が
０．２論、カバー３ａ、３ｂが０゜１＋＋ｕｎであった
。拡散孔１１は、固体電解質基板１の略中心部において
、その厚み方向に形成されており、孔径は約１５μｍで
あった。また、多孔性の触媒活性電極２ａ（陰極）及び
２ｂ（陽極）は、それぞれ平均粒径０．１μｍのｐｔ粉
末に、有機バインダーとしてエチルセルロールと有機溶
剤としてαチルピノールを添加した導電ペーストを、固
体電解質基板１の両面に約１　ｍｍ幅の外周部を除いて
、所定のパターンに印刷塗布した後、大気中において８
００℃で焼結することにより形成した。

ガラス質の封着剤による密閉用スペーサー８により、カ
バー３８と固体電解質基板１を密封固着し、小容積の内
部室６を形成するとともに、拡散孔１１を被測定ガスと
の唯一の通路とした。

また、５０％の空孔率となるようにＺｒＯ２を成形焼結
した厚さ１ｍｍ、幅１　ｍｍの環状の多孔性スペーサー
９を、カバー３ｂと固体電解質基板１との間に設けて、
スペーサー９の上下面を密閉用スペーサ８と同じガラス
質の封着剤により基板１に固着した。

カバー３ａの外面には、ｐｔペーストを印刷塗布して焼
結することにより還元性ガス及び可燃性ガスの検知用の
電極を兼ねた熱線１３を形成して、その上にスパッタリ
ンク法によりＳｎ口２とＰｄとを混相膜となるように蒸
着して、感ガス性の半導体膜１２を形成した。また、カ
バー３ｂの外面には、ｐｔペストを印刷塗布して焼結す
ることにより温度補償用の熱線１７を形成し、その上に
Ａｆ１２０３をスノ＜ツタリンク法で蒸着することによ
り非感ガス性の酸化物膜１６を形成した。

また、電極２ａに接続するリード線４０ａは、ｐｔ線を
密閉用スペーサ８の中を十分に密着して通すことにより
引き出し、直流電源４１の陰極に接続した。また、電極
２ｂに接続するリード線４０ｂは、環状多孔性のスペー
サ−９と固体電解質基板１とを固着している封着剤の中
を通って引き出し、電流測定回路４２を介して直流電源
４１の陽極に接続した。また、熱線１３及び１７のリー
ド線となる１５ａ、１５ｂ及び４３ａ、４３ｂには、そ
れぞれｐｔ線を用いており、第３図に示すような測定用
のブリッジ回路に組み込んだ。

まず、測定用のブリッジ回路の動作電源も兼ねている直
流電源２４により熱線１３及び１７に所定の電圧を印加
して、素子全体を４００℃にした。この状態で、酸素セ
ンサーの駆動用直流電源４１により１゜４Ｖの電圧を電
極２ａと２ｂの間に印加した。これにより、４００℃に
加熱された固体電解質基板１は十分な酸素イオン伝導性
を示し、拡散孔１１による細孔内拡散律速現象を実現し
、電流測定回路４２には限界電流が流れた。なおこの状
態で測定用ブリッジ回路のゼロバランスは可変抵抗器２
２を操作することにより得た。

次に、酸素濃度が２１％、１６％、１０％、５％、０％
の測定用標準ガスを順次流して、各酸素濃度に対する限
界電流値を測定した。この測定結果を第６図及び第７図
に示す。第６図は、酸素濃度が１０％（図中ａ＞、２１
％（図中ｂ）の場合の印加電圧に対する電流測定用回路
により測定された出力型流の特性を示す。また、第７図
は、上記各酸素濃度における限界電流値の酸素濃度依存
性を示したものである。これらの図から、各酸素濃度に
対して限界電流が確認され、また、その限界電流値が酸
素濃度に比例していることが確かめられた。

次に、水素ガス濃度が１１００ｐｐ、　５００ｐｐｍ、
１１０００ｐｐ。

１１００００ｐｐの標準ガスを流し、半導体ガスセンサ
ーの特性を調べた。その結果を第８図に示す。両対数目
盛のグラフ上において、縦軸を測定抵抗値に対する大気
中の抵抗値をとり、横軸に水素ガス濃度をとって、その
関係を示したものであるが、ガス濃度と相対出力が比例
していることがわかる。

この時の、酸素濃度はいづれのガスにおいても２１％で
あり、酸素センサーの限界電流値は、いづれのガスにお
いても、１５０μＡであった。

実施例２ 第４図において、酸素センサ部は実施例１と同様にして
作成した。還元性ガスセンサ部において、対向電極３０
ａ、３０ｂはカバー３ａの外面に第５図に示すようにｐ
ｔペーストにより櫛形に印刷塗布し、焼結することによ
り形成し、その上にスパッタ法により５ｎ０２とＰｄが
混相膜となるように感ガス性の半導体膜３１を蒸着し、
またカバー３ｂの外面に熱線３２をＰｔペーストを印刷
塗布して焼結することにより形成した。

このようにして得られた複合ガスセンサを用いて、実施
例１と同様の測定を行ったところ、同様の結果が得られ
た。

〔発明の効果〕

以上のように構成された本発明の複合ガスセンサによれ
ば、熱線１３．１７、及び熱線３２は、酸素濃度と還元
性ガス及び可燃性ガス濃度を検出するのに適した温度ま
で昇温し、その温度で保温するためのヒーターとして機
能するので、消費電力は、従来の限界電流式酸素センサ
と半導体ガスセンサの２台を駆動する場合の半分程度に
なる。また、１つの素子に、酸素濃度検出素子と、還元
性ガス及び可燃性ガス濃度を検出するための検知素子・
補償素子がまとめられているので、従来に比べて飛躍的
に占有空間を減らすことができる。また、１つのモジュ
ールにまとまるので、酸素濃度と還元性及び可燃性ガス
濃度を相関的に捉えることが可能となり、爆発等の危険
性をより敏感に、より的確に検知できるようになる。ま
た、モジュール化をする場合に電気回路等を共有できる
ので、コスト的にも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による複合ガスセンサを示す
概略断面図であり、 第２図は第１図の複合ガスセンサに用いる熱線の形状を
示す図であり、 第３図は第１図の複合ガスセンサを駆動するブリッジ回
路を示す概略図であり、 第４図は本発明の別の実施例による複合ガスセンサを示
す概略断面図であり、 第５図は第４図の複合ガスセンサに用いる対向電極を示
す図であり、 第６図は第１図の複合ガスセンサにおいて印加電圧と出
力電流との関係を示すグラフであり、第７図は第１図の
複合ガスセンサにおいて、酸素濃度と出力電流との関係
を示すグラフであり、第８図は第１図の複合ガスセンサ
において、水素ガス濃度と相対出力との関係を示すグラ
フである。 出　　願　　人 代　　理　　人 株式会社　リケン 新技術開発事業団

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素及び還元性ガスを同時に検知する複合ガスセ
   ンサにおいて、 （ａ）両面に連通するガス拡散孔を有する固体電解質基
   板と、 （ｂ）前記固体電解質基板の両面に形成された正負の多
   孔質電極と、 （ｃ）前記固体電解質基板の負の多孔質電極側に設けら
   れた密封用カバーと、 （ｄ）前記固体電解質基板の正の多孔質電極側に設けら
   れた外気と連通する開口部を有するカバーと、 （ｅ）前記カバーのいずれかに設けられた熱線を含む還
   元性ガス感応膜と、 （ｆ）前記カバーのいずれかに設けられた温度補償素子
   とを 有し、前記熱線の両端における抵抗変化により還元性ガ
   スを検知することを特徴とする複合ガスセンサ。
2. （２）酸素及び還元性ガスを同時に検知する複合ガスセ
   ンサにおいて、 （ａ）両面に連通するガス拡散孔を有する固体電解質基
   板と、 （ｂ）前記固体電解質基板の両面に形成された正負の多
   孔質電極と、 （ｃ）前記固体電解質基板の負の多孔質電極側に設けら
   れた密封用カバーと、 （ｄ）前記固体電極質基板の正の多孔質電極側に設けら
   れた外気と連通する開口部を有するカバーと、 （ｅ）前記カバーのいずれかに設けられた対向電極を含
   む還元性ガス感応膜と、 （ｆ）前記カバーのいずれかに設けられたヒータとを 有することを特徴とする複合ガスセンサ。
3. （３）請求項１又は２に記載の複合ガスセンサにおいて
   、前記固体電解質基板が安定化剤としてＹ＿２Ｏ＿３、
   ＭｇＯ又はＹｂ＿２Ｏ＿３を含有するＺｒＯ＿２系セラ
   ミックス焼結体からなり、前記還元性ガス感応膜が触媒
   金属を含有するＳｎＯ＿２又はＺｎＯ＿２系半導体から
   なることを特徴とする複合ガスセンサ。