JPH03120456A

JPH03120456A - 酸素センサ

Info

Publication number: JPH03120456A
Application number: JP1257799A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Kaneyasu; 一成兼安; Takeshi Nakahara; 毅中原
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 1989-10-04
Filing date: 1989-10-04
Publication date: 1991-05-22

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ｉｍ＊イオン導伝性固体電解質を用いて気体中
の酸素濃度を測定する酸素センサの新規な構造に間する
ものである。

（従来の技術及び問題点〕従来、気体中の酸素濃度を測定するための酸素センサと
して、筒状の酸素イオン導伝性固体電解質の内外両面に
電極を形成し、その一方に被測定ガスを他方に酸素濃度
既知の参照ガスを接触させ、両電極間に発生する起電力
を測定することにより、被測定ガス中の酸素濃度を測定
する濃淡電池式が一般に知られている。また、第２図、
第３図に示したように固体電解質ｌの両面に電極３，４
を形成し、その一方に小孔を有するキャップ２又は多孔
質セラミックス７を設けて、電極上で反応する酸素の量
を制限した構造の、限界電流式と呼ばれる酸素センサも
提案されている。このセンサは酸素のイオン化反応を起
こすためヒーターにより数百℃に加熱されている。キャ
ップ又は多孔質セラミックスを設番すた側の電極３を陰
極、その反対側の電極４を陽極として電圧を印加すると
、陰極から陽極への酸素イオン透過層を通しての酸素イ
オンの移動に伴う電流が流れる。その際、陰極側に設け
たキャップ又は多孔質セラミックスの小孔により酸素分
子の拡散が制限され、被測定ガスの酸素濃度と一定の関
係を有する限界電流が現れてくる。そして、その限界電
流値を測定することにより被測定ガスの酸素濃度を測定
しようとするものである。限界電流式酸素センサは濃淡
電池式酸素センサに比べ幅広い酸素濃度を測定できる、
小型化が可能である、参照ガスが不要である等の特徴を
有している。

しかしながら上記限界電流式酸素センサでは個々の製品
間において酸素の拡散を制限するための小孔の大きさ又
は多孔質セラミックスの気孔率等の制御が困難である。

従って、センサ間の出力電流のばらつきが大きいという
問題点を有していた。

さらに、酸素の拡散を制限するための上記小孔あるいは
多孔質セラミックスは長期の使用においてほこりなどに
よる目づまりを起こしやすく、使用環境が制限されると
いった欠点があった。

（問題を解決するための手段〕本発明者は上記の問題点を解決するために鋭意研究を重
ねた結果、被測定ガスの透過量を制御する方法として、
小孔あるいは多孔質セラミ・ンクスを使用する物理的手
段に代えて被測定ガス中の酸素をイオン化させて透過す
る酸素制御スクリーンを設けることによって個々のセン
サ間の出力電流のばらつきが小さく、さらに上記スクリ
ーンはほこり等による目づまりもなく、長期間にわたフ
て安定した特性が得られることを見いだし本発明を完成
するに至った。

以下、本発明を図面に従って詳細に説明するが、本発明
は、これらの図面に何ら制限されるものではない。

第１図、第４図〜第９図は、本発明の酸素センサの代表
的な態様を示す断面図である。

即ち、本発明は、陽極１１及び陰極１０間に酸素イオン
透過層９を介在させて構成された酸素センサ部及び２つ
の導電体層１２及び１８閏に酸素イオン透過層８を介在
させ、且つ各導電体層１２及び１８を電気的に接続して
構成された酸素制御スクリーンよりなり、該酸素センサ
部の陰極面に該酸素制御スクリーンを設けたことを特徴
とする酸素センサである。

される。

上記の酸素イオン透過層としては酸素イオンを透過する
ものであれば公知のものが何ら制限なく使用テキル、一
般にはＣｅ　０２．　　Ｚ　ｒ　０２．　　Ｈｆ　０２
、　Ｔ　ｈ　０２．　　Ｂ　ｉ　２０ｍ等の酸化物の少
なくとも一種に、　Ｃ＆Ｏ，Ｙ２０＊ｓ　　Ｇｄ２０ａ
、Ｓｍ２０ａ、　　ＭｇＯ等の少なくとも一種を固溶さ
せた固体電解質が好適に使用できる。特にＣｅＯ２系は
低温でのイオン伝導度が高いため、酸素センサ素子の飯
温作動化が期待でき最適である。上記の固溶量は固溶す
る酸化物との組合せによって異なるが、一般には２〜４
０％の範囲であれば十分である。

酸素透過層の厚みは特に制限されないが、一般には０．
１〜２０００μｍ、好ましくは０．５〜１０００μｍの
範囲が好適である。

また、酸素イオン透過層の製造方法は、特に制限されな
い、一般には、上記酸化物の微粉体を成型、焼結させる
方法、スパッタリング法、イオンブレーティング法、蒸
着法等による方法が好適に採用される。

上記酸素イオン透過層９を介して形成する陽極層１１及
Ｕ陰極層１０（以下、電極層と総称することもある）は
酸素分子をイオン化できるものであれば特に限定されな
い、好適なものを例示すれば、白金、パラジウム、銀等
からなる金属、一般式Ｌ　ａ　１−ＸＳ　ｒ　ｘＢ　Ｏ
ｓで示されるベロアスカイト型酸化物からなる酸化物、
上記の金属と酸化物を混合した複合組成物等が挙げられ
る。尚、上記一般式においてＢはＣｏ、Ｃｕ＋　　Ｆｅ
、Ｎｉ等の元素を示し、Ｘは０．０１〜０．５である。

また、電極層の厚みは一般に０．　１μｍ〜６０μｍの
範囲、好ましくは０．２μｍ〜３０μｍが適している。

さらに、酸素分子あるいは生成したイオンの酸素イオン
透過層への拡散を効率よく行わせるため、電極層は多孔
質体を使用することが望ましい。かかる電極層の形成方
法は、特に限定されるものではなく、公知の方法が制限
なく採用される０代表的な方法を例示すれば、スクリー
ン印刷、Ｘ空蒸着、化学メツキ、イオンブレーティング
、スパッタリング等の方法が挙げられる。

本発明において、酸素センサ部は、陽極層１１及び陰極
層１０問に酸素イオン透過層９を介在させた構造であれ
ば特に制限されない０例えば、第１図、第４図、第５図
、第６図及び第９図に示すように、陽極層１１及び陰極
層１０に酸素イオン透過層９を挟着する態様、第７図及
び第８図に示すように、陽極層１１及び陰極層ｌＯを酸
素イオン透過層９の同一面上に独立して設ける態様等が
望ましい。

本発明において、酸素制御スクリーンは、２つの導電体
層１２及び１８間に酸素イオン透過層８を介在させると
共に、各導電体層１２及び１８を電気的に接続して構成
される。上記導電体層としては、酸素分子をイオン化し
得るものが特に制限なく使用される。一般には、前記し
た電極の材質が好適に使用される。また、酸素イオン透
過層８も前記した材質が特に制限なく使用されるが、酸
素イオン透過層９と同一の材質を用いた方が熱膨張係数
の差による剥離の問題がなくなるため好まい、更に、導
電体層１２及び１８間に酸素イオン透過層８を介在させ
る構造も前記酸素センサ部と同様な構造が採用できる。

即ち、導電体層間に酸素イオン透過層を挟着する態様と
して、第１図。

第４図、第６図、第６図、第７図及び第９図に示す構造
が、また各導電体層を酸素イオン透過層の同一平面上に
独立して設ける態様として第８図に示す構造が挙げられ
る。尚、導電体層は、後記する酸素制御スクリーン層を
酸素センサ部に密着させて設ける態様にあっては、陰極
層を兼用させ、導電体層を兼ねる陰極層１０９として構
成することもできる。

上記の酸素制御スクリーンにおいて、各導電体層を電気
的に接続する態様は特に限定されるものではない、一般
には、第１図、第５図、第６図。

第７図及び第８図に示すようにリード線で接続する態様
、第４図に示すように導電体層を延長して接続する態様
等が好適である。

本発明において、前記した酸素センサ部の陰極面に酸素
制御スクリーンを設ける構造は、該陰極面が直接被測定
ガスに接触しないように酸素制御スクリーンで遮断する
構造が特に制限なく採用される０例えば、第１図、第４
図及び第９図に示すように、酸素制御スクリーンを陰極
面と間隙をあけて積層し、該間隙の周囲を封止材７で封
止する態様、第６図に示すようにガス透過性のスペーサ
ー１９を設ける態様、第６図、第７図及び第８図に示す
ように、陰極面に酸素制御スクリーンを密着させて設け
る態様等が挙げられる。上記した態様において、封止材
７の材質は、酸素ガス不透過性のものであれば特に限定
されない、好適な材料を例示すれば、ガラス、無機セメ
ント、低融点セラミックス等が挙げられる。

また、スペーサー１９は、間隙を保持し、且つ酸素ガス
の透過を制限しないものが特に制限なく使用される。一
般には、ＳｉＯ２・ＭｇＯ，ＳｉＯ２・Ａ　Ｉ　２０ｓ
ｅ　　ゼオライト、５ｉＯａ等の多孔質セラミックスが
好適に使用される。上記多孔質セラミックスは、酸素ガ
スの透過を妨げない範囲で任意に選ぶことができる。

本発明の酸素センサにおいて、他の構造は公知の限界電
流式酸素センサの構造が特に制限なく採用される。即ち
、陽極層１１及び陰極層１０には酸素濃度の測定回路が
接続される０例えば、上記電極間に一定の電圧を印加す
るための電源５．電流計６を直列に接続した回路が接続
される。また、酸素センサの作動する温度が高温である
場合は必要に応じて酸素センサを加熱すればよい。かか
る酸素センサの加熱は、酸素センサ外部の熱源からの放
熱によフてもよいし、予めヒーターを酸素センサに装着
し、ヒーターからの熱伝導や放熱を利用してもよい、酸
素センサへのヒーターの装着位置は、酸素センサの作動
を阻害しない位置であれば特に限定されない、具体的に
は、第５１！Ｉ及び第６図に示すように、絶縁性を有す
る多孔質Ｎ１７を介して、酸素センサ部の陽極側にヒー
ター１３を設ける態様、第７図及び第８図に示すように
、酸素ガス不透過性の絶縁層２１を介して酸素ガスセン
サ部の側壁にヒーター１３を設ける態様が代表的である
。１６はヒーター用の電源である。

（作用〕本発明の酸素センサの動作を、第１図に従って説明する
が、他の態様の酸素センサも同様の作動をするものであ
る。

即ち、第１図において、酸素イオン透過層９０両面に形
成された電極層に１０が陰極、１１が陽極となるように
直流電源６を用いて一定電圧を印加すると電極１０上で
酸素分子がイオン化され酸素イオン透過層を通過して電
極１１へ運ばれ、再び酸素分子となって気相中へ拡散す
る。このため、２つの酸素イオン透過Ｎ８，９及び封止
材７で囲まれた空間の酸素濃度が減少し、センサ素子外
部との間に酸素の濃度勾配が生じる。今、酸素イオン透
過層８の両面に形成された導電体層１２，１８を電気的
に接続すると、酸素の濃度勾配によって生じる起電力を
相殺する方向に電流が流れ、センサ素子外部の酸素濃度
に相関し　た量の酸素イオンが酸素イオン透過層８を通
して導電体層１２から１８へ移動する。さらに酸素イオ
ンは導電体層１８において再び酸素分子となり陰極１１
に供給される。而して、外部の酸ｉＩ濃度に応じて一定
の酸素量を供給する電気化学的な酸素制御スクリーンを
設けその酸素供給量によつて酸素イオン透過ＦＪ９を流
れる電流が律速になる条件を選べば、その時の限界電流
値からセンサ素子外部の酸素濃度を測定できるわけであ
る。

尚、限界電流値は、酸素センサ部の陰極１０及び陽極１
１間に設けた電流計６或は酸素制御スクリーンの導電体
層１２及び１８間の電流計２０によって測定できるが、
構成回路がより簡単である点から後者の測定法がより望
ましい。

〔効果〕

本発明の酸素センサは、酸素イオン透過層を利用した酸
素制御スクリーンを用いて酸素センサ部に供給する酸素
を電気化学的に制限するものである。従って従来からの
物理的に酸素の透過量を制限する構造の酸素センサに比
較して、センサ間の出力電流値のばらつきが著しく小さ
い、しかも、本発明における酸素制御スクリーンはほこ
り等による目づまりがまったくなく、長期間にわたって
安定した特性が得られるため、特に使用環境のきびしい
排気ガス用の酸素センサとして最も有効に用いることが
できる。

〔実施例〕

本発明を更に具体的に説明するために、以下実施例を挙
げて説明するが、本発明はこれらの実施例に制限される
ものではない。

なお、酸素センサの限界電流特性、酸素センサ間の出力
電流のばらつき、目づまりに対する耐久性の測定方法を
以下に述べる。

（１）限界電流特性測定・・酸素センサ＆ｉを酸素濃度
の異なる被測定ガス中に置き、酸素センサ部の酸素制御
スクリーンに接する側の電極を陰極、もう一方を陽極と
して電圧を印加する。印加電圧はＯｖから０．０４Ｖ／
ｍｉｎの速度で連続的に変化させ、その電流れる電流を
電流計により測定し、レコーダーに記録した。その結果
より、各酸素濃度において共通に限界電流の得られる電
圧を、素子の最適印加電圧とした。

加電圧をそれぞれ印加し、大気中における出力電流を測
定した。

（３）目づまりに対する耐久性測定・・酸素センサ囁４
３０個を重油炊きボイラーの排気ガス中に挿入し、酸素
センサには限界電流特性測定によって得られた最適印加
電圧を印加して出力電流を測定した。

実施例１第４図に示した如く酸素イオン透過層９の両面に電極１
０．１１を形成した酸素センサ部、酸素イオン透過層８
０両面に形成した導電体層１２゜１８の一部を電気的に
接続したさせた酸素制御スクリーンと多孔質セラミック
ス上にヒーターを形成したヒータ一部により酸素センサ
を構成した。

酸素センサ部、酸素制御スクリーン、ヒータ一部はガラ
ス７により接合しその側面をガラス１４で封止した。ヒ
ータ一部のヒーター１３の両端には直流電圧１６を印加
し、４５０℃にセンサ素子を前紡した。酸素センサ部の
酸素制御スクリーン側の電極】０を陰極、ヒータ一部側
の電極１１を陽極として直流電圧５を印加し、その原流
れる電流値を測定するために電流計６接続した。

上記において、酸素イオン透過層８，９には酸化第二セ
リウムに酸化カルシウムを３０ｍｏ１％固溶させた（Ｃ
ｅ　Ｏ２）　＠、ｙ　（Ｃａ　Ｏ）　＠、ｓ粉末を成型
、焼結した直径４　ｍ　ｍ、　　厚さ約０．３ｍｍの緻
密な円盤状の固体電解質焼結体を用いた。

陽陰電極１０．１１には白金ペーストをスクリーン印刷
し、８００℃で焼き付けたものを、さらにリード線１５
には白金線を用いた。また、酸素制御スクリーンの導電
体層１２．１８は酸素イオン透過層８の両面に白金ペー
ストをスクリーン印刷し、その一部を酸素イオン透過層
８の側面を介して白金ペーストで接続し、８００℃でｔ
Ａき付けたものを用いた。

ヒータ一部に用いた多孔質セラミックス１７は、酸素の
拡散・が律速になることがないように十分な気孔を有し
、酸素イオン透過層と熱膨張係数の近い耐熱性無機物質
であればいずれでも良いが、たとえばＡ　１２０ｓ、　
　Ｓ　ｉ　Ｏ２，ＭｇＯ−５ｉ　０２．　　ＭｇＯ等が
好ましい０本実施例においては、ＭｇＯ・５ｉｆ２粉末
を成型、焼結した直径４　ｍ　ｍ、　　厚さ約ｏ、６ｍ
ｍの円盤状の焼結体を用いた。

ヒーター１３は、従来から公知のものが使用できるが、
安定性、耐熱性の点から白金、ニッケル。

ＲｕＯ２等が好ましい。本実施例においては、上記多孔
質セラミックス上に白金ペーストを波型にスクリーン印
刷し９００℃で焼き付けたものを用いた。

接合用のガラス７は、熱膨張係数が酸素イオン透過層と
等しいかやや小さく、粒径が１０μｍ以下、望ましくは
５μｍ以下のものが好ましい０本実施例においては、平
均粒径６μｍのガラス粉末をボールミルで３時間粉砕し
、テレピネオール。

エチルセルロースでペースト化し、酸素イオン透過層９
の電極の形成されていない部分にスクリーン印刷するこ
とにより酸素センサ部とヒータ一部。

酸素制御スクリーンの接合を行った。封止用のガラス１
４は上記と同様のガラスペーストを用い、センサ素子の
側面に２回塗布することにより形成した。これらのガラ
ス７ｊ　１４は６２０’Ｃで焼結することによりｎｅｗ
の透過のない緻密なものとなった。

第１０図は、酸素濃度の異なる被測定ガス中に酸素セン
サを置き、電極１０．１１間に印加する電圧を変化させ
、各電圧における電流値を測定した結果を縦軸に電流（
μＡ）、横軸に電圧（Ｖ）をとって示したものである。

第１Ｏ図において、電圧が変化しても電流が変化しない
横軸に対してほぼ平行な線を示す部分が認められるが、
その線の示す電流値が各酸素濃度における限界電流値で
ある。

第１表は、第１０図より各酸素濃度において共通に限界
電流の得られ′る電圧８００　ｍ　Ｖにおける限界電流
値と酸素濃度の関係を示したものである。

第１１図は、第１表を縦軸に限界電流（μＡ）横軸に酸
素濃度の間数−Ｉ　ｎ　（１−ＰＯ２／Ｐ）と酸素濃度
（％）をとって示したものである。第１１図は、酸素濃
度が未知の被測定ガスの酸素濃度を測定する際の検量線
として用いられる。つまり第４図に示した酸素センサの
被測定ガス中での限界電流値を測定することにより、酸
素濃度未知の被測定ガスの酸素濃度を測定することがで
きる。

また、酸素センサ３０個を用い、それぞれの酸素センサ
の出力電流のばらつきを測定した。第４表には、出力電
流の最大値、最小値、平均値、変動係数を示した。第４
表より、本発明の酸素センサは、従来の小孔や多孔質セ
ラミックスを用いる酸素センサに比へてセンサ間の出力
電流のばらつきが小さく、再現性良く製造することが可
能である。

さらに、酸素センサ３０個を用いて、目づまりに対する
耐久性を測定した。第５表は、３，５゜１０．２０．３
０日後の出力電流が初期の出力電流の半分以下になった
酸素センサの個数を示したものである。第５表より、本
発明の酸素センサは、重油炊きボイラーの排気ガス中と
いうほこりやすすの非常に多い雰囲気においても、従来
の小孔や多孔質セラミックスを用いる酸素センサのよう
に目づまりによる出力電流の低下もほとんど見られず、
長期間にわたって安定した出力を示すことがわかった。

実施例２第６図に示すような酸素センサ素子を作製した。

本センサは、第４図において酸素センサ部と酸素制御ス
クリーンをガラス７により接合した部分をセラミックペ
ーストで接合し、酸素センサ部と酸素制御スクリーンの
中間に多孔質セラミックＮ１９を形成したものである。

さらに、ヒーター１３も酸素センサ部の酸素制御スクリ
ーンに接しない側にセラミックペーストをスクリーン印
刷することにより形成した多孔質セラミックス１７の上
に形成した。上記の多孔質セラミックス１７．１９は、
酸素の透過が律速になることがないように十分な気孔を
有するものとした。

本センサにおいても実施例１と同様に、被測定ガスの酸
素濃度と一定の関係を有する限界電流が得られた。

また、実施例１と同様に、酸素センサの出力電流のばら
つきを測定した結果を第４表にに示した。

第４表より、本発明の酸素センサは、従来の小孔や多孔
質セラミックスを用いる酸素センサに比べてセンサ間の
出力電流のばらつきが小さく、再現性良く製造すること
が可能である。

さらに、実施例１と同様に、目づまりに対する耐久性を
測定した結果を、第５表に示した。第５表より、本発明
の酸素センサは、従来の小孔や多孔質セラミックスを用
いる酸素センサのように目づまりによる出力電流の低下
もほとんど見られず、長期間にわたって安定した出力を
示すことがわかった。

実施例３第６図に示すような酸素センサ素子を作製した。

本センサは、第４図と同様の多孔質セラミックス基板１
７上に電極１０’、１１、導電体７１１２、酸素イオン
透過層８，９を積層してなるものである。上記における
電極１０９は、第４図において酸素制御スクリーンに形
成した導電体層１８と酸素センサ部に形成した電極ｌＯ
を同一の電極として形成したものであり、酸素の透過が
律速になることがないように十分な気孔を有するものと
した。

酸素制御スクリーンの導電体層１２より取り出したリー
ド線１５は、電極１０’より取り出したリード線１６と
接続した。

実施例４第７図に示すような酸素センサ素子を作製した。

本センサは、酸素イオン透過ＦＩ９．の片面に電極１０
’　　１１を平行に形成し、さらに電極１０’上に酸素
イオン透過Ｆｊ８、導電体Ｍ１２を積層してなるもので
ある。酸素イオン透過層９の電極を形成していない側に
は電気絶縁Ｎ２１を設け、その上にヒーター１３を形成
した。上記における電極１０′は、実施例３と同様に十
分な気孔を有するものとした。

さらに、実施例１と同様に、目づまりに対する耐久性を
測定した結果を、第６表に示した。第５表より、本発明
の酸素センサは、従来の小孔や多孔質セラミックスを用
いる酸素センサのように目づまりによる出力電流の低下
もほとんど見られず、長期間にわたって安定した出力を
示すことがわかった。

実施例５第８図に示すような酸素センサ素子を作製した。

本センサは、第４図と同様の多孔質セラミックス基板１
７上に電極１０’　　１１、導電体層１２を電極１０′
が中心にくるようにして平行に形成し、電極１０′と導
電体層１２の一部にわたりて酸素イオン透過層８と、電
極ｌＯゝと１１の一部にわたって酸素イオン透過層９を
接触しないように形成したものである。その際、酸素イ
オン透過層８と９の閏は、ガラス１４により封止した。

上記における電極１０’は、実施例３と同様に十分な気
孔を有するものとした。

本センサにおいても実施例１と同様に、被測定ガスの酸
素濃度と一定の間係を有する限界電流が得られた。

実施例６第９図に示すような酸素センサ素子を作製した。

本センサは、筒状に作製した酸素イオン透過Ｍ８の両面
に導電体層１２．１８を形成した酸素制御スクリーンの
内側に、同じ形状で酸素イオン透過層８より小さく作製
した酸素イオン透過層９０両面に電極１０．１１を形成
した酸素センサ部を、ガラス７により嵌合してなるもの
である。第１３図においては、酸素制御スクリーンが外
側で酸素センサ部が内側となっているが、この構造が逆
であった場合酸素制御スクリーンに接する側の酸素セン
サ部の電極を陰極、その逆を陽極とすればなんら問題は
ない、さらに第８図に示したように、酸素センサ部と酸
素制御スクリーンの接する側の両方の電極を一つの電極
として形成しても良い。

第４表より、本発明の酸素センサは、従来の小孔や多孔
質セラミックスを用いる酸素センサに比へてセンサ間の
出力電流のばらつきが小さく、再現性良く製造すること
が可能である。

実施例７酸素イオン透過層８，９には、酸化ジルコニウムに酸化
イツトリウムを７ｍｏ１％固溶した（Ｚｒ　Ｏａ）　ｓ
、＊ａ　（Ｙ２Ｏ５）　ｓ、ｓｖの焼結体を、１１ｔ極
１０゜１１、導電体層１２．１８には白金を用い、ヒー
ター１３、ガラス７．１４は実施例１と同様よこして、
第４図に示した構造の酸素センサ素子を作製した。

ヒーター１ａには直流電圧を印加し、素子を５００℃に
加熱した。実施例１と同様に、電極１゜を陰極、電極１
１を陽極として直流電圧を印加し、その際流れる電流を
電流計６により測定した。

その結果、第１０図に示したものと同様に、各酸素濃度
において限界電流が得られた。

第２表は各ｗｉ素濃度で共通に限界電流の得られる電圧
１．３Ｖにおける限界電流値とｍ素濃度の関係を示した
ものである。第１２１！ｌは、第２表を縦軸に限界電流
値（μＡ）、横軸に＊ｉ瀾度の関数−Ｉ　ｎ　（１−Ｐ
Ｏ２／Ｐ）と酸素濃度（％）をとって示したものである
。ｉｅ素イオン透過層に（２ｒ　Ｏ２）　ｌ［（Ｙ　２
０１）　ａ、ａｙを用いた本素子は（Ｃｅ　０２）　ａ
、ｒ　（Ｃａ　Ｏ）　ａ、ｘを用いた素子よりは素子温
度−が高温ではあるが、大きな限界電流値を示し、第１
４図のような検ｍｖＡが得られた。

実施例８電極１０，１１、導電体層１２．１８には、ベロアスカ
イト型酸化物であるＬ　＆ａ、ｅＳ　ｒ　＠、ａＣ００
３と白金の複合組成物を、酸素イオン透過Ｍ８゜９には
（Ｃｅｏｚ）　＠、ｖ（Ｃａｂ）１３の焼結体を用い、
ヒーター１３、ガラス７．１４は実施例１と同様にして
、第４図に示した構造の酸素センサを作製した。

電極１０，１１３導電体層１２．１８に用いた複合組成
物は、炭酸ランタン、炭酸ストロンチウム、酢酸コバル
トを所定のモル比で混合し、焼成。

粉砕して得られたペロブスカイト型酸化物Ｌａ＠。

ｅｓｒ・、ａＣＯＯｓの粉末と、白金ペーストを重量比
２：８で混合しペースト化したものを、スクリーン印刷
により形成したものである。

ヒーター１３には直流電圧を印加し、素子を４００℃に
加熱した。実施例１と同様に、電極ｌＯを陰極、電極１
１を陽極として直流電圧を印加し、その際流れる電流を
電流計６で測定した。

第３表は各酸素濃度で共通に限界電流の得られる電圧１
．ＯＶにおける限界電流値と酸素濃度の関係を示したも
のである。第１３図は、第３表を縦軸に限界電流値（μ
Ａ）、横軸に酸素濃度の間数−１ｎ　（１−Ｐｏｔ／　
Ｐ）と酸素濃度（％）をとって示したものである。電極
に複合電極を用いた本素子は白金電極を用いた素子より
も素子温度が低いにもかかわらず大きな限界電流値を示
し、さらに第１３図に示すような検量線が得られた。

本発明の酸素センサは、酸素の拡散を制限するために小
孔や多孔質セラミックスを用いるのではなく、酸素イオ
ン透過層を用いていて電気化学的に酸素の流入を制限し
ているため、製造条件による特性のばらつきも小さく、
小孔の目づまり等による特性の劣化も認められず長期間
にわたって幅広い酸素濃度を精度良く測定することが可
能である。

以下余白第１表第２表第３表第４表

【図面の簡単な説明】

第２，３図は従来の限界電流式酸素センサの断面図で、
第１図〜第９図は本発明酸素センサの代表的な態様を示
す断面図である。第１０図は実施例１において電圧と電
流の関係を示し、第１１゜１２．１３図は実施例１．　
９．　１０において限界電流値と酸素濃度の関係を示し
た図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１、陽極層及び陰極層間に酸素イオン透過層を介在させ
て構成した酸素センサ部及び２つの導電体層間に酸素イ
オン透過層を介在させ、且つ各導電体層を電気的に接続
して構成した酸素制御スクリーンよりなり、該酸素セン
サ部の陰極面に該酸素制御スクリーンを設けたことを特
徴とする酸素センサ。