JPH0298660A

JPH0298660A - ガス濃度センサ

Info

Publication number: JPH0298660A
Application number: JP63251155A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yamamoto; 秀男山本
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1988-10-05
Filing date: 1988-10-05
Publication date: 1990-04-11

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、圧力変動による出力の変化が少ないガス濃度
センサに関する。

「従来の技術」固体電解質を使用したガス濃度センサとしては、例えば
酸素を担体とした固体電解質をイオン伝導体として使用
した酸素濃度センサが知られている。

その従来例を第２図により説明する。

第２図において、１は従来の酸素濃度センサのエレメン
トである。以下、このエレメントＩの構成について説明
する。

酸素を担体とする固体電解質材料、例えば安定化ジルコ
ニア、によりなるイオン伝導板２の上面と下面には、そ
れぞれ電極板３．４が貼着されている。この電極板３，
４は例えば多孔質白金よりなっている。また、イオン伝
導板２の上面には、イオン伝導板２の上面及び電極板３
を覆うようにキャップ５が取付けられ、このキャップ５
とイオン伝導板２は内部室６を形成している。キャップ
５は酸素を透過しない材料よりなっている。さらに、こ
のキャップ５には、内部室６と外部を連通ずる酸素拡散
孔７（ガス拡散孔）が設けられている。

上記構成のエレメントｌは、図示していないリードビン
、ステム、カバー等と組合わされてユニット化され、全
体として酸素センサを形成する。

今、酸素センサを、エレメント１が酸素濃度を測定した
い雰囲気にさらされるように、配置する。

そして、酸素センサに、図に示すように、電極３が陰極
、電極４が陽極になるように、所定の電圧の直流電源８
を接続し、電極間に流れる限界電流の値を検出すれば、
これに応じた酸素濃度を知ることができる。この際、電
気化学式酸素ポンプ作用により、陰極側である電極３か
ら陽極側である電極４へ酸素イオンが移動する。このた
め、内部室６内の酸素はイオン伝導板２の外側に移送さ
れ、内部室６内の酸素が減少し、これをおぎなうように
雰囲気中の酸素が酸素拡散孔７より、自然拡散により、
取り込まれる。

ここで、限界電流とは、電荷移動の媒体である酸素の供
給が制限されているため、ある電圧の範囲内で、電圧を
増加させても増えないで一定となるときの電流のことで
ある。そして、この限界電流の値は、雰囲気の酸素濃度
に応じて変化することが一般的に知られている。

上記酸素濃度センサは、固体電解質材料の特性をうまく
生かして、非常に簡単な構成で、酸素の濃度をアナログ
値として、しかも扱い易い電気信号に変換して出力する
というすぐれたものであつた。

「発明が解決しようとする課題」ところが、上記従来の酸素濃度センサは、雰囲気の圧力
に変動があると、酸素の濃度が一定でも、出力が大きく
変化するという欠点があった。例えば、大気中で圧力が
安定している時に出力が２０μＡの場合に、ｔｌＯｍｂ
の圧力脈動がおきると出力は２３μ人となった。また、
急激な圧力の変化に対しても、ピーク的な大きな出力の
変動が過渡的に発生することが、実験で確かめられてい
る。

実用上、酸素濃度センサはガスを移送する箇所に設けら
れ、ポンプの脈動等の圧力変動を受けることがよくある
ので、このような場合には、前記出力の変化は誤差とな
っていた。

また、以上述べたガス濃度センサの一例である酸素濃度
センサの欠点は、同様な構成の他のガス濃度センサにつ
いても、同様に言えることであった。

本発明は上記従来の問題点に鑑みなされたものであって
、雰囲気の圧力に変動があっても、出力の変化の少ない
ガス濃度センサを提供することをｌ」的としている。

［課題を解決するための手段　ｊ本発明は、固体電解質よりなるイオン伝導板の両面に電
極板を貼着し、同イオン伝導板の片面に、ガス拡散孔を
何し前記イオン伝導板との間に内部室を形成するキャッ
プを被せてなるガス濃度センサにおいて、前記ガス拡散
孔にガス透過性を合する多孔性材料を配設することによ
り上記目的を達成している。

「作用　」本発明のガス濃度センサにおいて、ガス拡散孔に配設さ
れた多孔性の材料は、雰囲気の圧力変動を吸収し、急激
な圧力変化が内部に及ばないようにする。

「実施例」以ド、本発明の一実施例を第１図により説明する。

図において、９は本発明を適用した酸素濃度センサのエ
レメントである。ここで、第２図に示す従来のニレメン
）Ｉと同じ構成要素には、同符号を付し、その説明は省
略する。ここで、従来と兇なるのは、キャップ５の酸素
拡散孔７（ガス拡散孔）に多孔性材料１０が配設されて
いることである。この多孔性材料１０は、例えばセラミ
ックスの粉を酸素拡散孔７に詰めて、ポーラスなまま焼
結させたもので、その化学組成、孔径５気孔率は下記の
ものを用いることができる。

［化学組成ｉ・・−Ａ　Ｉｔｏ　３又はＺｒ０ｔ　　Ｙ
２Ｏ３［孔径］・・・・・・５〜２００μｍ［気孔率］・・・・・・１０〜７０％上記構成のエレメント９は、図示していないリードピン
、ステム、カバー等と組合わされてユニット化され、全
体として酸素センサを形成する。

今、酸素センサを、エレメント９が酸素濃度を測定した
い雰囲気にさらされるように、配置する。

そして、酸素センサに、図に示すように、？ａ電極が陰
極、電極４が陽極になるように、所定の電圧の直流ｒｉ
源８を接続し、限界電流の値を検出すれば、これに応じ
た酸素濃度を知ることができる。

この際、酸素拡散孔７には多孔性材料１０が配設されて
いるため、雰囲気中の酸素はこの多孔性材料１０を透過
して内部室６内に取り込まれるが、雰囲気の圧力変動は
、多孔性材料ｌＯにより吸収されて、内部室６内に及び
にくい。

本実施例の酸素センサは、酸素拡散孔７に配設された多
孔性材料ＩＯが雰囲気の圧力変動を吸収するので、急激
な圧力変化は内部に及ばない。このため雰囲気に圧力変
動があってら出力の変化が少ない。例えば、大気中で圧
力が安定している時に出力が２０１ｔ＾の場合に、±１
０１１Ｉｂの圧力脈動がおきてら出力は２１７１Ａであ
り、その差は１μＡであった。また、急激な圧力の変化
に対して過渡的に発生する出力の変動ら、従来に比べ少
ないことが実験で確かめられている。

また、本実施例の酸素ａＩｆセンサは、従来の部品の中
で、キャップ５に多孔性材料１０を配設するだけで容易
に実現できるので、従来品と部品を共用することができ
る。ただし、この場合、酸素濃度に対する出力値の大き
さ（酸素濃度センサの特性）か変わってしまう。しかし
、酸素拡散孔７を従来よりも大きくして、内部室６への
酸素の拡散抵抗を従来と等しくすることで、他の部品は
変えないで、特性を従来と等しくすることができる。

このため、従来と同じ特性のらのを生産する場合でも、
多孔性材料ＩＯと多孔性材料１０を配設し、たキャップ
５以外は、従来と同じ部品を使用することができるとい
う利点がある。

「発明の効果」本発明のガス濃度センサは、ガス拡散孔に配設された多
孔性材料が雰囲気の圧力変動を吸収するので、急激な圧
力変化は内部に及ばない。このため雰囲気に圧力変動が
あっても出力の変化が少ないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例である酸素濃度センサを示す図
である。第２図は従来の酸素濃度センサを示す図である
。２　・・・・イオン伝導板、　　３．４・・・・・・電
極板、５・・・・・キャップ、　　　　６・・・・・内
部室、７・・・・・・ガス拡散孔（酸素拡散孔）、１０
・・・・・・多孔性材料。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

固体電解質よりなるイオン伝導板の両面に電極板を貼着
し、同イオン伝導板の片面に、ガス拡散孔を有し前記イ
オン伝導板との間に内部室を形成するキャップを被せて
なるガス濃度センサにおいて、前記ガス拡散孔にガス透
過性を有する多孔性材料を配設したことを特徴とするガ
ス濃度センサ。