JPH03276063A

JPH03276063A - ガス濃度センサ

Info

Publication number: JPH03276063A
Application number: JP2079181A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Shiono; 塩野　政昭
Original assignee: Chino Corp
Current assignee: Chino Corp
Priority date: 1990-03-27
Filing date: 1990-03-27
Publication date: 1991-12-06

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］この発明は、固体電解質を利用した、酸素カスまたは湿
度等のカス濃度を測定するセンサに関するものである。

ご従来の技術］従来、たとえば固体電解質を利用した酸素センサは、出
願人が特開昭６３−２６５６８号公報等で提案している
ように、板状の固体電解質に一対の電極を形成し、一方
の電極（陰極）に多孔質材等の律速手段を設け、電極間
に電圧を印加し、電極間を流れるｔ流値から酸素濃度を
測定している。

［この発明か解決しようとする課題］この多孔質材として、通常、無機粉末層を用いているが
、この場合、空隙が多すぎ、過剰の酸素が透過し、十分
な律速かできす、測定誤差を招いていた。

この発明の目的は、以上の点に鑑み、簡単な構成で、感
度良く、酸素その他のガス濃度の検出ができるガス濃度
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〕この発明は、固体電解質に設けた一対の電極の一方の電
極に設けられた律速手段として、ｆ＃、機質粉末および
ガラス粉末を含む多孔質層等を用いるようにしたガス濃
度センサである。

［実鎌例コ第１図は、この発明の一実油例を示す構成説明図である
。

図において、１は酸化ジルコニウムＺ　ｒ　Ｏｚ等に酸
化イツトリウムＹ　２０　ｓ等を固溶させた酸素イオン
を透過する基板状の固体電解質で、この固体電解質１の
一方の側にＰｔ、Ａｇ等よりなる電１１２１．２２が蒸
着、スパッタリング等で形成され、この一方の電極２２
には律速手段として、たとえば固体電解質と同一材料の
無機質粉末およびガラス質（ガラスフリットンを含む多
孔質層３が設けられている。この多孔質層３は、たとえ
ば無機質粉末とガラスフリット粉末を有機溶剤に混合し
てペースト状として＠　＃１２２に塗付し熱処理により
ガラスフリットを溶融固化させてカラス質とし形成され
る。

なお、第２図で分るように、ｔ　Ｉｉ２１．２２は羽子
板状で、取出部２１０．２２０にリード線４１．４２が
接続されている。また、固体電解質１の他方の側には、
絶縁層５を介してＰｔ等のヒータ６が形成されている。

この絶縁層５は、ヒータ６への電流が固体電解質１を流
れ、測定誤差を招くのを防止する。

そして、を極２１．２２間には直流の電圧源７から電極
２１を陽極、電極２２を陰極として所定の電圧が印加さ
れ、電流測定手段８で電極２１゜２２間を流れる電流値
が測定される。また、ヒータ６には、たとえは電圧源９
より電流が供給される。

つまり、酸素ガス濃度を測定する場合、ヒータ６に通電
加熱する等して固体電解質１をたとえば約３５０℃以上
に加熱し、そのイオン導電率を高める。そして、電圧源
７より′ｇｊｈ極２１．２２に電圧を印加し、固体電解
質１を酸素ポンプとして機能させる。

酸素０２は電極２２で電子を受は取って０２とイオン化
し、この酸素イオン０２−が固体電解質１を透過して電
極２１に達し、再び酸素０２となって外気へ排出される
。このとき、多孔質層３を介して酸素０□等を含む外気
が固体電解質１の酸素ポンプの酸素送出能力を越えない
程度に拡散・流入して電極２２に達し、この酸素分圧に
応じｔ流がｔ［！２１．２２間に流れ、この＠流値を電
流測定手段８で測定することにより、雰囲気中の酸素濃
度を検出できる。

つまり、第４図で示すように、電圧源７の電圧を所定の
値とし、酸素濃度が変わると電流値が変化し、この電流
値から酸素濃度を検出できる。

このように、ガラスフリットが固溶した無機質粉末を含
む多孔質層よりなる律速手段３を用いることにより、ガ
ラスフリットによりガスの流入が阻止されて調整され、
最適の感度に調整できる。

特に、このガラスフリットの量（重量比）で気孔率の制
御ができる。

また、空気中に水分が存在すると、を極２２で水分Ｈ，
Ｏは電気分解して酸素イオンができ、この酸素イオンが
＄１２１に移動し、電流が発生する。第４図で点線で示
すように水分値に応じた出力が得られ、これにより水分
率を検出することができる。この場合、酸素ガス濃度に
ついては、１゜５Ｖ付近で測定すれば水分の影響を受け
ない。

また、空気中に可燃性ガスが存在すると、ヒータ６の触
媒作用で燃焼発生し、この発熱によりヒータ６の抵抗値
が変化する。ヒータ６に加熱用の定を流を電圧源９から
供給しておき、ヒータ６の抵抗値変化を図示しない電圧
測定手段で測定し可燃性ガスを検出する。なお０図示し
ない別の温度センサで可燃性ガスの燃焼発熱を検出して
もよい。

また、可燃性ガスか燃焼すると、電流測定手段８の測定
値が減少するので、このことによっても可燃性ガスの検
出ができる。

第３図は、他の一実純例を示し、第１図、第２図と同一
符号は同一構成要素を示す。

図において、固体電解質１の１対の電極２１、２２の一
方のｔ　ｉｌｉ　２２上にたとえＣｉ固体電解質と同材
質の粉末よりなる無機質層１０を介して多孔質層３を形
成する。なお、ヒータ等は図示していない。

これは、この発明のような限界ｔ７Ｍ式ガスセンサは、
固体電解質１のイオン輸送現象（ポンピング作用）を利
用しているため、ガスがイオン化する必要がある。これ
は、第５図で示すように、固体電解質１と多孔性の電極
２２と、ガスの３相界面Ｐでなされ、この３相界面の面
積が広いことが望ましい。

ところで、第１図のように、律速手段としての多孔質層
３にガラスフリットを用いると、を極２２が直接溶融し
たガラス質により覆われて気密化してしまい３相界面の
面積が減少し、著しくボンピング性能が悪化してしまう
。

このように、電＠２２と多孔質層３（無機質粉末、ガラ
スを含む）との間に無機質層１０を設けることにより、
直接に溶融ガラスが電極２２に達せず、３相界面が広く
とれ、性能が向上する。

また、さらに、電極２２、無機質層１０、多孔質層３の
側面を含む外方にたとえは固体電解質と同一材料に過剰
のガラス粉末を含む気密層１１を設けることにより、横
方向からのガスの流入が防止され、良好な限界電流特性
が得られる４さらに、センサ素子全体をたとえは固体電
解質と同一材料に少いガラス粉末を含む多孔質フィルタ
１２で包囲することにより、粉塵等の付着による感度低
下が防げる。

なお、以上で説明した無機質粉末類は膨脹係数等から固
体電解質と同一材料としたが、これに限定されるもので
はない。また、第３図のように全体を構成してから熟処
理してカラス粉末を溶融固化させて製造するとよい。

［発明の効果］以上述べたように、この発明は、電極の上に無機質粉末
とガラスフリットを含む多孔質層を用いたので、最適の
気孔率とすることができ性能が向上する。また、電極と
多孔質層との間に無機質層、側部に気密層、これらセン
サ素子全体に多孔質フィルタを設けるようにしたので、
さらに、性能、感度等の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図はこの発明の一実膝例を示す構
成説明図、第４図、第５図は動作説明図である。１・・・固体電解質、２１．２２・・・を極、３・・・
多孔質層、４１．４２・・・リード線、５・・・絶縁層
、６・・・ヒータ、７．９・・・電圧源、８・・・電流
測定手段、１０・・・無機質層、１１・・・気密層、１
２・・・多孔質フィルタ第２図

Claims

【特許請求の範囲】１、酸素イオンを透過する固体電解質に設けられた１対
の電極の一方に酸素の律速手段を設け、両電極に電圧を
印加したとき電極間を流れる電流から酸素または湿度等
のガス濃度を測定するセンサにおいて、前記律速手段と
して、無機質粉末およびガラス質を含む多孔質層を用い
たガス濃度センサ。２、前記多孔質層と電極との間に無機質層を設けた請求
項１記載のガス濃度センサ。３、前記電極、無機質層、多孔質層の側面を含む外方に
気密層を設けた請求項２記載のガス濃度センサ。４、前記ガス濃度センサの全体を多孔質フィルタで包囲
した請求項１、２、または３記載のガス濃度センサ。５、前記ガス濃度センサを熱処理して少くとも多孔質層
のガラス粉末を溶融させた請求項１、２、３、または４
記載のガス濃度センサの製造方法。