JPH03202766A - 厚膜型炭酸ガスセンサ - Google Patents
厚膜型炭酸ガスセンサInfo
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- JPH03202766A JPH03202766A JP1340833A JP34083389A JPH03202766A JP H03202766 A JPH03202766 A JP H03202766A JP 1340833 A JP1340833 A JP 1340833A JP 34083389 A JP34083389 A JP 34083389A JP H03202766 A JPH03202766 A JP H03202766A
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- Japan
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- solid electrolyte
- carbon dioxide
- thick film
- dioxide sensor
- sensor
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- Pending
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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
本発明は、固体電解質を用いた空気中の炭酸ガス濃度を
計測あるいは制御する厚躾型炭酸ガスセンサに関する。 本発明の厚鯛型炭酸ガスセンサは環境制御、施設園芸、
防災用燃焼制御及び医療を始めとする多数の分野の炭酸
ガス濃度計測あるいは制御に使用することができる。
計測あるいは制御する厚躾型炭酸ガスセンサに関する。 本発明の厚鯛型炭酸ガスセンサは環境制御、施設園芸、
防災用燃焼制御及び医療を始めとする多数の分野の炭酸
ガス濃度計測あるいは制御に使用することができる。
従来の固体電解質を用いた炭酸ガスセンサは図１に示す
ようにアルカリイオン導電性の固体電解質焼結体ブロッ
ク（４）の両端にＡｕなとの貴金属からなる多孔質の基
準電極（３）及び炭酸ガスと解離平衡を生じる金属炭酸
塩と貴金属より成る検知電極（１０）を形成した感ガス
部（１１〉と板状ヒータ（９〉から構成され、３００〜
６００℃の範囲内の任意の温度に加熱すると、雰囲気中
の炭酸ガスにより起電力を発生するものである。 その起電力は雰囲気中の炭酸ガス分圧と以下のネルンス
トの式によって関係づけられる。 Ｅ＝Ｅ″″ −Ａ （ＲＴ／２Ｆ）Ｉｎ （Ｐｃｏ
ｔ）ここでＥ＠、Ａは定数、Ｒは気体定数、Ｔは絶対、
濃度、Ｆはファラデ一定数を示し、Ｐ ｅｏ、は炭酸ガ
ス分圧を示す。 一体電解質を用いた炭酸ガスセンサは、一種のガス電池
を形成している。従って温度が一定であれば炭酸ガス分
圧の変化のみで起電力が決定されるものであるため起電
力から逆に炭酸ガス分圧を知ることができるものである
。 ［発明が解決しようとする問題点］ 一方、ネルンストの式より推察されるとおり、この種の
センサは濃度を厳密に管理または制御しなければ正確な
計測を行うことはできない、また温度に変動が生ずれば
炭酸ガスセンサのノイズあるいは誤差となって現れる。 次に図１の構造上ヒータの発熱部より熱伝導により感ガ
ス部（１１〉が接着層を介し片面より加熊されるため、
面６〜面ｄの各面において濃度差が生じる０図２におい
てＴ、−Ｔｊは面６〜面ｄの濃度を示し、Ｔ ＋ ＞
Ｔ ２ ＞ Ｔ ２ ＞ Ｔ Ｊのような順になる。濃
度Ｔ、を制御して一定とすることは可能であるが、固体
電解質焼結体ブロック（４〉の内部にＴ、−Ｔ、の温度
差が生じるため図３に示すようにネルンストの式からは
ずれた動作をするため再現性に欠ける。また、ヒータ温
度Ｔ、とのＪ！Ｔ ＋−ＴｊあるいはＴ ＋ −Ｔ ａ
が大きいため、設定通りの温度から大きくずれるため、
低温作動化は困難であった。
ようにアルカリイオン導電性の固体電解質焼結体ブロッ
ク（４）の両端にＡｕなとの貴金属からなる多孔質の基
準電極（３）及び炭酸ガスと解離平衡を生じる金属炭酸
塩と貴金属より成る検知電極（１０）を形成した感ガス
部（１１〉と板状ヒータ（９〉から構成され、３００〜
６００℃の範囲内の任意の温度に加熱すると、雰囲気中
の炭酸ガスにより起電力を発生するものである。 その起電力は雰囲気中の炭酸ガス分圧と以下のネルンス
トの式によって関係づけられる。 Ｅ＝Ｅ″″ −Ａ （ＲＴ／２Ｆ）Ｉｎ （Ｐｃｏ
ｔ）ここでＥ＠、Ａは定数、Ｒは気体定数、Ｔは絶対、
濃度、Ｆはファラデ一定数を示し、Ｐ ｅｏ、は炭酸ガ
ス分圧を示す。 一体電解質を用いた炭酸ガスセンサは、一種のガス電池
を形成している。従って温度が一定であれば炭酸ガス分
圧の変化のみで起電力が決定されるものであるため起電
力から逆に炭酸ガス分圧を知ることができるものである
。 ［発明が解決しようとする問題点］ 一方、ネルンストの式より推察されるとおり、この種の
センサは濃度を厳密に管理または制御しなければ正確な
計測を行うことはできない、また温度に変動が生ずれば
炭酸ガスセンサのノイズあるいは誤差となって現れる。 次に図１の構造上ヒータの発熱部より熱伝導により感ガ
ス部（１１〉が接着層を介し片面より加熊されるため、
面６〜面ｄの各面において濃度差が生じる０図２におい
てＴ、−Ｔｊは面６〜面ｄの濃度を示し、Ｔ ＋ ＞
Ｔ ２ ＞ Ｔ ２ ＞ Ｔ Ｊのような順になる。濃
度Ｔ、を制御して一定とすることは可能であるが、固体
電解質焼結体ブロック（４〉の内部にＴ、−Ｔ、の温度
差が生じるため図３に示すようにネルンストの式からは
ずれた動作をするため再現性に欠ける。また、ヒータ温
度Ｔ、とのＪ！Ｔ ＋−ＴｊあるいはＴ ＋ −Ｔ ａ
が大きいため、設定通りの温度から大きくずれるため、
低温作動化は困難であった。
【問題を解決するための手段］
固体電解質を用いた炭酸ガスセンサにおいて、固体電解
質を焼結体ブロックの状態で使用するのではなく、厚膜
状とすることである。また手段として、固体電解質部が
一体電解質の微粉と固体電解質の構成元素の内、少なく
とも１種類の元素を含むゲル状物質あるいはゾルを混合
して成る材料を用いた厚膜であることを特徴とする厚膜
型炭酸ガスセンサを構成することである。さらに、固体
電解質厚膜を成分元素のコロイド溶液をゲル化′させた
材料あるいは、固体電解質粉体と有樋系結着剤の混合材
料より厚膜状に形成することを特徴とする厚膜型炭酸ガ
スセンサを構成することである。 ［作用］ 本発明の厚１１Ｗ炭酸ガスセンサは図４に示すように、
固体電解質部ＩＩ（１２）は板状ヒータ（９）上に直接
形成され、従来のＣＯ２センサのように接着層（５〉が
存在しないこと、さらに厚膜の厚さが固体電解質焼結体
ブロックと比較して充分薄いため固体電解質微粉末の均
熱性が向上する。すなわち、Ｔ、−Ｔ、、Ｔ、−Ｔ、が
城少する。 従って、図６に示すように低温までネルンストの式に従
う再現性のよい炭酸ガスセンサを構成することができる
。 本発明の実施例を示す。 【実施例１］ 塩化アルミニウムＡｌＣｌ３・６Ｈ２０４０゜２ｇにア
ンモニア水を当量加えゲル状の水酸化アルミニウムを得
る。これをＳｉ、ＡＩ、Ｎａ、０を主成分とする固体電
解質微粉末に適量加え良く混合し固体電解質ペーストを
調製する。このようにして得られた固体電解質ペースト
を板状ヒータの片面に図４のよりに塗布し、１００℃に
約１時間加熱して乾爆させた徨１２００℃で約４時間熱
処理して固体電解質厚膜を得た。 このようにして得られた固体電解質厚膜に基準電極（３
）、検知電極（１０）及びｐｔリード線（７）を設けて
、厚膜型炭酸ガスセンサを構成した０本厚膜型炭酸ガス
センサのヒータ温度を変化させて炭酸ガス濃度が４００
ｐｐｍ−４０００ｐｐｍの変化した場合の起電力の変化
量（ΔＥＭＦと示す）を測定した。その結果は図６に示
す。 【実施例２】 また同一の固体電解質ペーストを図５に示すように絶縁
セラミック管（１５）上に塗布して所定の条件により熱
処理して厚膜を得て、厚膜型炭酸ガスセンサを構成した
０本厚＃ＩＩ型炭酸ガスセンサを［実施例１］と同様に
起電力の測定をしたところ同様な結果が得られた。 さらに厚讃の材料として、コロイド溶液をゲル化させた
もの、有機系結着剤と固体電解質の粉体を混合したもの
をそれぞれ用いて浮態型炭酸ガスセンサを構成した場合
においても同様な結果が得られた。 ［発明の効果］ 以上のようにして製作した厚膜型炭酸ガスセンサは従来
の固体電解！ｌ！焼結体ブロックを板状ヒータに接着層
を介して接合したセンサと比較してセンサ内の濃度分布
を改善できた。そのことにより低温まで安定に作動する
ことが可能となり炭酸ガスセンサを普及する上で非常に
有効であり、工業上意義がある。
質を焼結体ブロックの状態で使用するのではなく、厚膜
状とすることである。また手段として、固体電解質部が
一体電解質の微粉と固体電解質の構成元素の内、少なく
とも１種類の元素を含むゲル状物質あるいはゾルを混合
して成る材料を用いた厚膜であることを特徴とする厚膜
型炭酸ガスセンサを構成することである。さらに、固体
電解質厚膜を成分元素のコロイド溶液をゲル化′させた
材料あるいは、固体電解質粉体と有樋系結着剤の混合材
料より厚膜状に形成することを特徴とする厚膜型炭酸ガ
スセンサを構成することである。 ［作用］ 本発明の厚１１Ｗ炭酸ガスセンサは図４に示すように、
固体電解質部ＩＩ（１２）は板状ヒータ（９）上に直接
形成され、従来のＣＯ２センサのように接着層（５〉が
存在しないこと、さらに厚膜の厚さが固体電解質焼結体
ブロックと比較して充分薄いため固体電解質微粉末の均
熱性が向上する。すなわち、Ｔ、−Ｔ、、Ｔ、−Ｔ、が
城少する。 従って、図６に示すように低温までネルンストの式に従
う再現性のよい炭酸ガスセンサを構成することができる
。 本発明の実施例を示す。 【実施例１］ 塩化アルミニウムＡｌＣｌ３・６Ｈ２０４０゜２ｇにア
ンモニア水を当量加えゲル状の水酸化アルミニウムを得
る。これをＳｉ、ＡＩ、Ｎａ、０を主成分とする固体電
解質微粉末に適量加え良く混合し固体電解質ペーストを
調製する。このようにして得られた固体電解質ペースト
を板状ヒータの片面に図４のよりに塗布し、１００℃に
約１時間加熱して乾爆させた徨１２００℃で約４時間熱
処理して固体電解質厚膜を得た。 このようにして得られた固体電解質厚膜に基準電極（３
）、検知電極（１０）及びｐｔリード線（７）を設けて
、厚膜型炭酸ガスセンサを構成した０本厚膜型炭酸ガス
センサのヒータ温度を変化させて炭酸ガス濃度が４００
ｐｐｍ−４０００ｐｐｍの変化した場合の起電力の変化
量（ΔＥＭＦと示す）を測定した。その結果は図６に示
す。 【実施例２】 また同一の固体電解質ペーストを図５に示すように絶縁
セラミック管（１５）上に塗布して所定の条件により熱
処理して厚膜を得て、厚膜型炭酸ガスセンサを構成した
０本厚＃ＩＩ型炭酸ガスセンサを［実施例１］と同様に
起電力の測定をしたところ同様な結果が得られた。 さらに厚讃の材料として、コロイド溶液をゲル化させた
もの、有機系結着剤と固体電解質の粉体を混合したもの
をそれぞれ用いて浮態型炭酸ガスセンサを構成した場合
においても同様な結果が得られた。 ［発明の効果］ 以上のようにして製作した厚膜型炭酸ガスセンサは従来
の固体電解！ｌ！焼結体ブロックを板状ヒータに接着層
を介して接合したセンサと比較してセンサ内の濃度分布
を改善できた。そのことにより低温まで安定に作動する
ことが可能となり炭酸ガスセンサを普及する上で非常に
有効であり、工業上意義がある。
図１：従来の炭酸ガスセンサの断面図
図２：従来の炭酸ガスセンサの概略図
図３：従来の炭酸ガスセンサの温度−ΔＥＭＦ特性
図４＝本発明の実施例１の断面図
図５二本発明の実施例２の断面図
図６＝本発明の炭酸ガスセンサの濃度−ΔＥＭＦ特性
１・・・Ａｕリード線
２・・・Ａｕペースト
３・・・基準電極
４・・・固体電解質焼結体ブロック
５・・・接着層
６・・・絶縁セラミック基板
７・・・ｐｔリード線
８・・・ヒータパターン
９・・・板状ヒータ
１０・・・検知電極
１１・・・感ガス部
１２・・・固体電解質厚膜
１３・・・Ａｕバッド
１４・・・コイルヒータ
１５・・・絶縁セラミック管
２００ ３００ ４００ ５００ヒ一ター温
度（’Ｃ） 図２ 図３ 図 ４ 図 手続補正 書 方式） １、事件の表示 平成１年特許願第３４０８３３号 ２）発明の名称 厚膜型炭酸ガスセンサ ３、補正をする者 事件との関係
度（’Ｃ） 図２ 図３ 図 ４ 図 手続補正 書 方式） １、事件の表示 平成１年特許願第３４０８３３号 ２）発明の名称 厚膜型炭酸ガスセンサ ３、補正をする者 事件との関係
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）アルカリイオン導電性固体電解質（以後、単に固
体電解質という）を用いた炭酸ガスセンサにおいて、固
体電解質を厚膜状としたことを特徴とする厚膜型炭酸ガ
スセンサ。（２）特許請求の範囲（１）のおいて固体電
解質部が固体電解質の粉体と固体電解質の構成元素の内
、少なくとも１種類の元素を含むゲル状物質あるいはゾ
ルを混合して成る材料を用いた厚膜であることを特徴と
する厚膜型炭酸ガスセンサ。 （３）特許請求の範囲（１）において、固体電解質が成
分元素のコロイド溶液をゲル化させた材料より厚膜状に
形成することを特徴とする厚膜型炭酸ガスセンサ。 （４）特許請求の範囲（１）において、固体電解質厚膜
が有機系結着剤と固体電解質の粉体を混合した材料より
形成されることを特徴とする厚膜型炭酸ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1340833A JPH03202766A (ja) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | 厚膜型炭酸ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1340833A JPH03202766A (ja) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | 厚膜型炭酸ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03202766A true JPH03202766A (ja) | 1991-09-04 |
Family
ID=18340729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1340833A Pending JPH03202766A (ja) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | 厚膜型炭酸ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03202766A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104914153A (zh) * | 2015-06-03 | 2015-09-16 | 西安交通大学 | 双层电极式固体电解质co2气体传感器及制备工艺 |
-
1989
- 1989-12-29 JP JP1340833A patent/JPH03202766A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104914153A (zh) * | 2015-06-03 | 2015-09-16 | 西安交通大学 | 双层电极式固体电解质co2气体传感器及制备工艺 |
| CN104914153B (zh) * | 2015-06-03 | 2018-02-27 | 西安交通大学 | 双层电极式固体电解质co2气体传感器及制备工艺 |
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