JPH03277959A

JPH03277959A - ガス濃度センサ

Info

Publication number: JPH03277959A
Application number: JP2079182A
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: 1991-12-09

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

［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。

【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

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。