JPH03277959A - ガス濃度センサ - Google Patents
ガス濃度センサInfo
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- JPH03277959A JPH03277959A JP2079182A JP7918290A JPH03277959A JP H03277959 A JPH03277959 A JP H03277959A JP 2079182 A JP2079182 A JP 2079182A JP 7918290 A JP7918290 A JP 7918290A JP H03277959 A JPH03277959 A JP H03277959A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (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
【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、酸素ガスまたは湿
度等のガス濃度を測定するセンサに関するものである。
度等のガス濃度を測定するセンサに関するものである。
1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1i(陰極)に多孔質材等の律速手段を設け、4&
極間に電圧を印加し、電極間を流れる電流値から酸素濃
度を測定している。
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1i(陰極)に多孔質材等の律速手段を設け、4&
極間に電圧を印加し、電極間を流れる電流値から酸素濃
度を測定している。
つまり、第6図で示すように、1体電解質1の一方の側
に1対の電f!21.22を形成し、その一方の電極2
2に律速手段としての多孔質層3を形成し、固体電解質
1の他方の側に膜状のヒータ6を形成する。そして、電
極21.22間に電圧源7から電圧を印加し、電流測定
手段8で電流値を測定するとともに、ヒータ6に電圧源
9から電流か供給され、加熱し、最適状態としている。
に1対の電f!21.22を形成し、その一方の電極2
2に律速手段としての多孔質層3を形成し、固体電解質
1の他方の側に膜状のヒータ6を形成する。そして、電
極21.22間に電圧源7から電圧を印加し、電流測定
手段8で電流値を測定するとともに、ヒータ6に電圧源
9から電流か供給され、加熱し、最適状態としている。
ここの発明か解決しようとする課題]
このようにして、酸素等のガス濃度の測定を行うのであ
るが、固体電解質1には、電[!21.22間を流れる
酸素に起因する電流の他に、ヒータ6を加熱する電流が
流れ込み、測定誤差を生じていた。
るが、固体電解質1には、電[!21.22間を流れる
酸素に起因する電流の他に、ヒータ6を加熱する電流が
流れ込み、測定誤差を生じていた。
この発明の目的は、以上の点に鑑み、簡単な構成で、精
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。
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、固体電解質の一方の側に一対の電極を設け
るとともに、他方の側に絶縁してヒータを設けるように
したガス濃度センサである。
るとともに、他方の側に絶縁してヒータを設けるように
したガス濃度センサである。
二実緒例コ
第1図は、この発明の一実施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ZrO□等に酸化イ
ツトリウムY2O3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等よりなる電極21.22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)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
状として電極22に塗付し熱処理によりカラスフリット
を溶融固化させてガラス質とし形成される。
ツトリウムY2O3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等よりなる電極21.22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)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
状として電極22に塗付し熱処理によりカラスフリット
を溶融固化させてガラス質とし形成される。
なお、第2図で分るように、電極21.22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等のし−タ6か形成されている。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。
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等のし−タ6か形成されている。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、電極21.22間には直流の電圧源7から電f
!21を陽極、電極22を陰極をして所定の電圧か印加
され、電流測定手段8で@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より電流か供給される。
!21を陽極、電極22を陰極をして所定の電圧か印加
され、電流測定手段8で@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より電流か供給される。
つまり、酸素カ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t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。
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t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lを透過して
!#121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02等を含む
外気か固体電解質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
圧に応じ電流が電極21.22間に流れ、この電流値を
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。
化し、この酸素イオン02−が固体電解質lを透過して
!#121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02等を含む
外気か固体電解質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
圧に応じ電流が電極21.22間に流れ、この電流値を
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も、この電流
値から酸素濃度を検出できる。
値とし、酸素濃度が変わると電流値が変化も、この電流
値から酸素濃度を検出できる。
このように、カ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カ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。
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カ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、このカラスフリットの量(重量比)で気孔率の制
御ができる。
御ができる。
また、空気中に水分が存在すると、電極22で水分H2
0は電気分解して酸素イオンができ、この酸素イオンが
t極21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、酸素カス濃度に
ついては、15v付近で測定すれば水分の影響を受けな
い。
0は電気分解して酸素イオンができ、この酸素イオンが
t極21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、酸素カス濃度に
ついては、15v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
か変化する。ヒータ6に加熱用の定電流を電圧源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カスを検出する。なお1図示し
ない別の温度センサで可燃性カスの燃焼発熱を検出して
もよい。
媒作用で燃焼発生し、この発熱によりヒータ6の抵抗値
か変化する。ヒータ6に加熱用の定電流を電圧源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カスを検出する。なお1図示し
ない別の温度センサで可燃性カスの燃焼発熱を検出して
もよい。
また、可燃性カスが燃焼すると、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。
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、他の一実施例を示し、第1図、第2図と同一
符号は同一構成要素を示す。
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″rjh極21.2
2の一方の電極22上にたとえば固#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。
2の一方の電極22上にたとえば固#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電流式ガスセンサは、固
体電解質1のイオン輸送現象(ボンピンク作用)を利用
しているなめ、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t41
i!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。
体電解質1のイオン輸送現象(ボンピンク作用)を利用
しているなめ、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t41
i!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、t&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、著しくポンピング性能か悪化してしまう
。
3にガラスフリットを用いると、t&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、著しくポンピング性能か悪化してしまう
。
このように、を極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1oを設けることにより、
直接に溶融ガラスがt Ii 22に達せず、3相界面
が広くとれ、性能が向上する。
スを含む)との間に無機質層1oを設けることにより、
直接に溶融ガラスがt Ii 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、′I!jh極22、無機質層1o、多孔
質層3の側面を含む外方にたとえば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
′!4流特性が得られる。
質層3の側面を含む外方にたとえば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
′!4流特性が得られる。
さらに、センサ素子全体をたとえば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。
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熱処
理してガラス粉末を溶融固化させて製造するとよい。
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熱処
理してガ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、固#電解質の他方の側
に絶縁膜を介してヒータを形成しているので、ヒータを
加熱するための電流が測定電流に加わることなく、高精
度の測定が可能となる。
に絶縁膜を介してヒータを形成しているので、ヒータを
加熱するための電流が測定電流に加わることなく、高精
度の測定が可能となる。
第1図、第2図、第3図はこの発明の一実施例を示す構
成説明図、第4図、第5図は動作説明図、第6図は、従
来例を示す構l説明図である。 1・・・固体電解質、21.22・・・電極、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
成説明図、第4図、第5図は動作説明図、第6図は、従
来例を示す構l説明図である。 1・・・固体電解質、21.22・・・電極、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
Claims (1)
- 1、酸素イオンを透過する固体電解質に設けられた1対
の電極と、この1対の電極の一方に設けられた酸素の律
速手段と、前記電極間に電圧を印加する電圧源と、前記
電極間を流れる電流値を測定する電流測定手段と、前記
固体電解質の他方の側に絶縁層を介して設けられたヒー
タを備えたガス濃度センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2079182A JPH03277959A (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | ガス濃度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2079182A JPH03277959A (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | ガス濃度センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03277959A true JPH03277959A (ja) | 1991-12-09 |
Family
ID=13682837
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2079182A Pending JPH03277959A (ja) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | ガス濃度センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03277959A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0599889A (ja) * | 1991-10-04 | 1993-04-23 | Fujikura Ltd | 酸素センサ |
WO1997018443A1 (de) * | 1995-11-14 | 1997-05-22 | Ernst Messerschmid | Verfahren und vorrichtung zur simultanen messung eines volumenstroms und von gaspartialdrucken |
KR100629683B1 (ko) * | 1999-11-02 | 2006-09-29 | 김태진 | 필름의 산소 투과도 측정 장치 및 이를 이용한 산소투과도 측정방법 |
-
1990
- 1990-03-27 JP JP2079182A patent/JPH03277959A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0599889A (ja) * | 1991-10-04 | 1993-04-23 | Fujikura Ltd | 酸素センサ |
WO1997018443A1 (de) * | 1995-11-14 | 1997-05-22 | Ernst Messerschmid | Verfahren und vorrichtung zur simultanen messung eines volumenstroms und von gaspartialdrucken |
KR100629683B1 (ko) * | 1999-11-02 | 2006-09-29 | 김태진 | 필름의 산소 투과도 측정 장치 및 이를 이용한 산소투과도 측정방법 |
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