JPH0334824B2 - - Google Patents
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- JPH0334824B2 JPH0334824B2 JP58220275A JP22027583A JPH0334824B2 JP H0334824 B2 JPH0334824 B2 JP H0334824B2 JP 58220275 A JP58220275 A JP 58220275A JP 22027583 A JP22027583 A JP 22027583A JP H0334824 B2 JPH0334824 B2 JP H0334824B2
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- G—PHYSICS
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- G01N27/4045—Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors for gases other than oxygen
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、電解液に接する作用電極でガスを
還元又は酸化することにより、作用、対電極間に
ガス濃度に対応したガルバニ電流を発生させるよ
うにしたガルバニ電池式ガスセンサに関する。
還元又は酸化することにより、作用、対電極間に
ガス濃度に対応したガルバニ電流を発生させるよ
うにしたガルバニ電池式ガスセンサに関する。
従来のガルバニ電池式ガスセンサ、例えば水素
センサ、としては、第１図に示すようなものが知
られている。同図において、１は電解液２が収納
された容器であり、この容器１に形成された窓３
は、例えば弗素樹脂フイルム等のガス透過性の透
過膜４により閉止されている。５は電解液２で満
たされた窓３内に配置された例えば白金からなる
作用電極であり、この作用電極５と透過膜４との
間には極薄の電解液層６が形成される。前記容器
１内には電解液２に浸漬された対電極７が設けら
れ、この対電極７は例えば白金からなる。８，９
は前記作用電極５、対電極７にそれぞれ接続され
たリード線である。このような水素センサは、透
過膜４に接している気体中の水素が透過膜４の水
素透過能に応じて該透過膜４を透過した電解液２
中に供給される。この電解液２中の水素は、電解
液層６中を拡散して作用電極５に到達し、この作
用電極５において、H2→2H+＋2e-という酸化反
応が、一方、対電極７において、2H+＋2e-→H2
という還元反応が、行なわれ、これらの作用電極
５と対電極７との間にガルバニ電流が流れる。こ
のガルバニ電流は水素濃度に比例しているので、
このガルバニ電流値から水素濃度を知ることがで
きる。
センサ、としては、第１図に示すようなものが知
られている。同図において、１は電解液２が収納
された容器であり、この容器１に形成された窓３
は、例えば弗素樹脂フイルム等のガス透過性の透
過膜４により閉止されている。５は電解液２で満
たされた窓３内に配置された例えば白金からなる
作用電極であり、この作用電極５と透過膜４との
間には極薄の電解液層６が形成される。前記容器
１内には電解液２に浸漬された対電極７が設けら
れ、この対電極７は例えば白金からなる。８，９
は前記作用電極５、対電極７にそれぞれ接続され
たリード線である。このような水素センサは、透
過膜４に接している気体中の水素が透過膜４の水
素透過能に応じて該透過膜４を透過した電解液２
中に供給される。この電解液２中の水素は、電解
液層６中を拡散して作用電極５に到達し、この作
用電極５において、H2→2H+＋2e-という酸化反
応が、一方、対電極７において、2H+＋2e-→H2
という還元反応が、行なわれ、これらの作用電極
５と対電極７との間にガルバニ電流が流れる。こ
のガルバニ電流は水素濃度に比例しているので、
このガルバニ電流値から水素濃度を知ることがで
きる。
しかしながら、このような従来の水素センサに
あつては、電解液２中に気泡が混入すると、この
気泡はセンサ周囲の雰囲気の温度および気圧の変
動によつて膨張収縮し、電解液２の内圧を昇降さ
せる。この内圧の昇降により軟弱な透過膜４が上
下に変形し、これにより、透過膜４と作用電極５
との間の電解液層６の厚さが変化する。この電解
液層６の厚さが変化すると、水素濃度が一定で
も、透過膜４を透過した水素の作用電極５への到
達量が変動し、この結果、ガルバニ電流値が変動
してセンサ出力が不安定になるという問題点があ
る。また、対電極７に白金板等を使用したもので
は、透過膜４に高濃度の水素又は長期間連続的に
水素を接触させると、対電極７が水素の還元反応
に追従できなくなり、これにより対電極７の電位
が変動してガルバニ電流値が変動するという問題
点もある。第２図は、水素の電流電位曲線を示す
もので、同図から明らかなように、対電極７の電
位変動による両極間電位の変動によつて水素濃度
が一定であつても電流値が大きく変化するのであ
る。この電流電位曲線は、作用電極５として白金
をスパツタ法により付着したものを使用し、ま
た、対電極７として白金ブラツクをバインダで焼
結したものを使用し、水素濃度を3000ppm／N2
として測定した結果である。
あつては、電解液２中に気泡が混入すると、この
気泡はセンサ周囲の雰囲気の温度および気圧の変
動によつて膨張収縮し、電解液２の内圧を昇降さ
せる。この内圧の昇降により軟弱な透過膜４が上
下に変形し、これにより、透過膜４と作用電極５
との間の電解液層６の厚さが変化する。この電解
液層６の厚さが変化すると、水素濃度が一定で
も、透過膜４を透過した水素の作用電極５への到
達量が変動し、この結果、ガルバニ電流値が変動
してセンサ出力が不安定になるという問題点があ
る。また、対電極７に白金板等を使用したもので
は、透過膜４に高濃度の水素又は長期間連続的に
水素を接触させると、対電極７が水素の還元反応
に追従できなくなり、これにより対電極７の電位
が変動してガルバニ電流値が変動するという問題
点もある。第２図は、水素の電流電位曲線を示す
もので、同図から明らかなように、対電極７の電
位変動による両極間電位の変動によつて水素濃度
が一定であつても電流値が大きく変化するのであ
る。この電流電位曲線は、作用電極５として白金
をスパツタ法により付着したものを使用し、ま
た、対電極７として白金ブラツクをバインダで焼
結したものを使用し、水素濃度を3000ppm／N2
として測定した結果である。
この発明は前述の問題点に着目してなされたも
ので、雰囲気の変動に対して出力が安定し、か
つ、小型化しても低濃度から高濃度までのガスを
連続的に測定可能なガスセンサを提供することを
目的としている。
ので、雰囲気の変動に対して出力が安定し、か
つ、小型化しても低濃度から高濃度までのガスを
連続的に測定可能なガスセンサを提供することを
目的としている。
このような目的は、電解液が収納された容器
と、容器に形成された第１開口を閉止し測定ガス
に接するガス透過性の第１透過膜と、容器に形成
された第２開口を閉止し外気に接するガス透過性
の第２透過膜と、第１透過膜の電解液に接する内
面に被着された多孔性の作用電極膜と、第２透過
膜の電解液に接する内面に披着された多孔性の対
電極膜と、を備え、第１透過膜を透過したガスが
作用電極膜で還元又は酸化されることにより作用
電極膜と対電極膜との間にガス濃度に応じたガル
バニ電流が流れるようにすることにより達成する
ことができる。
と、容器に形成された第１開口を閉止し測定ガス
に接するガス透過性の第１透過膜と、容器に形成
された第２開口を閉止し外気に接するガス透過性
の第２透過膜と、第１透過膜の電解液に接する内
面に被着された多孔性の作用電極膜と、第２透過
膜の電解液に接する内面に披着された多孔性の対
電極膜と、を備え、第１透過膜を透過したガスが
作用電極膜で還元又は酸化されることにより作用
電極膜と対電極膜との間にガス濃度に応じたガル
バニ電流が流れるようにすることにより達成する
ことができる。
以下、この発明の一実施例の構成を図面に基づ
いて説明する。
いて説明する。
第３図において、１１は容器であり、この容器
１１は本体１２と、本体１２に固定された側壁１
３，１４と、から構成されている。この容器１１
内には電解液１５が収納されており、この電解液
１５は例えば、硫酸、リン酸、水酸化カリウム、
水酸化ナトリウム、塩化カリウム等の水溶液によ
り構成される。１６は側壁１３に形成された第１
開口としてのガス取入口であり、このガス取入口
１６は本体１２と側壁１３との間に挾持された第
１透過膜１７により閉止されている。１８は側壁
１４に形成された第２開口としての空気取入口で
あり、この空気取入口１８は本体１２と側壁１４
との間に挾持された第２透過膜１９により閉止さ
れている。前記第１、第２透過膜１７，１９は共
にポリエチレンフイルム、弗素樹脂フイルム等の
ガス透過性を有する多孔質膜から構成され、この
結果、測定ガスに接する第１透過膜１７をガス、
例えば水素、が透過して電解液１５に供給され、
一方、外気に接する第２透過膜１９を酸素が透過
して電解液１５に供給される。前記第１透過膜１
７の電解液１５に接する内面には、白金、パラジ
ウム、ロジウム、ルテニウム、オスニウム、イリ
ジウムおよびそれらの合金よりなる群から選択さ
れた物質から構成された作用電極膜２０が被着さ
れている。この作用電極膜２０は蒸着、スパツ
タ、イオンプレーテイングの方法または弗素樹脂
の粒子と結合した状態で被着され、この結果、作
用電極膜２０は多孔性を有する。一方、前記第２
透過膜１９の電解液１５に接する内面には、白
金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、オスニ
ウム、イリジウムおよびそれらの合金よりなる群
から選択された物質から構成された対電極膜２１
が被着されている。この対電極膜２１は蒸着、ス
パツタ、イオンプレーテイングの方法または弗素
樹脂の粒子と結合した状態で被着され、この結
果、対電極膜２１は多孔性を有する。２２，２３
は一端が作用電極膜２０、対電極膜２１にそれぞ
れ接続されたリード線であり、これらのリード線
２２，２３間には温度補償用のサーミスタ２４が
介装され、また、これらのリード線２２，２３の
他端には出力端子２５，２６が設けられている。
１１は本体１２と、本体１２に固定された側壁１
３，１４と、から構成されている。この容器１１
内には電解液１５が収納されており、この電解液
１５は例えば、硫酸、リン酸、水酸化カリウム、
水酸化ナトリウム、塩化カリウム等の水溶液によ
り構成される。１６は側壁１３に形成された第１
開口としてのガス取入口であり、このガス取入口
１６は本体１２と側壁１３との間に挾持された第
１透過膜１７により閉止されている。１８は側壁
１４に形成された第２開口としての空気取入口で
あり、この空気取入口１８は本体１２と側壁１４
との間に挾持された第２透過膜１９により閉止さ
れている。前記第１、第２透過膜１７，１９は共
にポリエチレンフイルム、弗素樹脂フイルム等の
ガス透過性を有する多孔質膜から構成され、この
結果、測定ガスに接する第１透過膜１７をガス、
例えば水素、が透過して電解液１５に供給され、
一方、外気に接する第２透過膜１９を酸素が透過
して電解液１５に供給される。前記第１透過膜１
７の電解液１５に接する内面には、白金、パラジ
ウム、ロジウム、ルテニウム、オスニウム、イリ
ジウムおよびそれらの合金よりなる群から選択さ
れた物質から構成された作用電極膜２０が被着さ
れている。この作用電極膜２０は蒸着、スパツ
タ、イオンプレーテイングの方法または弗素樹脂
の粒子と結合した状態で被着され、この結果、作
用電極膜２０は多孔性を有する。一方、前記第２
透過膜１９の電解液１５に接する内面には、白
金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、オスニ
ウム、イリジウムおよびそれらの合金よりなる群
から選択された物質から構成された対電極膜２１
が被着されている。この対電極膜２１は蒸着、ス
パツタ、イオンプレーテイングの方法または弗素
樹脂の粒子と結合した状態で被着され、この結
果、対電極膜２１は多孔性を有する。２２，２３
は一端が作用電極膜２０、対電極膜２１にそれぞ
れ接続されたリード線であり、これらのリード線
２２，２３間には温度補償用のサーミスタ２４が
介装され、また、これらのリード線２２，２３の
他端には出力端子２５，２６が設けられている。
次に、この発明の一実施例の作用について説明
する。
する。
まず、ガス取入口１６を通じて水素を含む気体
を第１透過膜１７の導びくと、水素は第１透過膜
１７中を該第１透過膜１７の透過能に応じて透過
し、次に、多孔性の作用電極膜２０を透過する。
そして、作用電極膜２０を抜け出た電解液１５と
の界面において、この水素はH2→2H+＋2e-とい
う酸化反応によりイオン化する。一方、空気取入
口１８には常時外気が供給されているため、この
外気中の高濃度（21％）酸素が第２透過膜１９、
多孔性の対電極膜２１を透過する。そして、対電
極膜２１を抜け出た電解液１５との界面におい
て、この酸素は1/2O2＋2H+＋2e-→H2Oという
還元反応により水が生成され、対電極膜２１が安
定した電位の静止電極となる。上述のような酸化
還元反応により、作用電極膜２０と対電極膜２１
との間にガルバニ電流が発生し、このガルバニ電
流はリード線２２，２３を通じてサーミスタ２４
を流れ、出力端子２５，２６に出力電圧が発生す
る。この出力電圧は作用電極膜２０で酸化される
水素の濃度に比例しているので、この出力電圧を
測定することにより水素濃度を知ることができ
る。ここで、電解液１５中に気泡が混入し、この
状態でセンサの雰囲気の温度、気圧が変動する
と、容器１１の内圧が昇降し、第１、第２透過膜
１７，１９がこの内圧の昇降に応じて変形する。
しかしながら、作用電極膜２０および対電極膜２
１は前述のように第１透過膜１７および第２透過
膜１９にそれぞれ被着されているため、第１、第
２透過膜１７，１９の変形に追従し、この結果、
酸化還元反応が行なわれる界面へは供給された水
素の濃度に正確に対応した量の水素が到達し、第
１、第２透過膜１７，１９の変形によつてはガル
バニ電流値は変動しない。また、前述のように対
電極膜２１へ定濃度（21％）の酸素が供給されて
いるため還元電位が一定に保たれ、しかも、この
酸素濃度は高いため、電極面積を小さくすること
ができる。この結果、センサを小型化しても、水
素を低濃度から高濃度に至るまて安定した出力で
測定でき、しかも、水素に連続接触しても出力が
変動することはない。なお、前記還元電位は電解
液が硫酸溶液の場合標準水素電極電位に対して約
1.23Vとなる。また、作用電極膜２０は多孔性で
あるため、表面積は大きく低濃度（10ppm）の水
素も測定可能となつた。
を第１透過膜１７の導びくと、水素は第１透過膜
１７中を該第１透過膜１７の透過能に応じて透過
し、次に、多孔性の作用電極膜２０を透過する。
そして、作用電極膜２０を抜け出た電解液１５と
の界面において、この水素はH2→2H+＋2e-とい
う酸化反応によりイオン化する。一方、空気取入
口１８には常時外気が供給されているため、この
外気中の高濃度（21％）酸素が第２透過膜１９、
多孔性の対電極膜２１を透過する。そして、対電
極膜２１を抜け出た電解液１５との界面におい
て、この酸素は1/2O2＋2H+＋2e-→H2Oという
還元反応により水が生成され、対電極膜２１が安
定した電位の静止電極となる。上述のような酸化
還元反応により、作用電極膜２０と対電極膜２１
との間にガルバニ電流が発生し、このガルバニ電
流はリード線２２，２３を通じてサーミスタ２４
を流れ、出力端子２５，２６に出力電圧が発生す
る。この出力電圧は作用電極膜２０で酸化される
水素の濃度に比例しているので、この出力電圧を
測定することにより水素濃度を知ることができ
る。ここで、電解液１５中に気泡が混入し、この
状態でセンサの雰囲気の温度、気圧が変動する
と、容器１１の内圧が昇降し、第１、第２透過膜
１７，１９がこの内圧の昇降に応じて変形する。
しかしながら、作用電極膜２０および対電極膜２
１は前述のように第１透過膜１７および第２透過
膜１９にそれぞれ被着されているため、第１、第
２透過膜１７，１９の変形に追従し、この結果、
酸化還元反応が行なわれる界面へは供給された水
素の濃度に正確に対応した量の水素が到達し、第
１、第２透過膜１７，１９の変形によつてはガル
バニ電流値は変動しない。また、前述のように対
電極膜２１へ定濃度（21％）の酸素が供給されて
いるため還元電位が一定に保たれ、しかも、この
酸素濃度は高いため、電極面積を小さくすること
ができる。この結果、センサを小型化しても、水
素を低濃度から高濃度に至るまて安定した出力で
測定でき、しかも、水素に連続接触しても出力が
変動することはない。なお、前記還元電位は電解
液が硫酸溶液の場合標準水素電極電位に対して約
1.23Vとなる。また、作用電極膜２０は多孔性で
あるため、表面積は大きく低濃度（10ppm）の水
素も測定可能となつた。
なお、前記実施例では作用電極膜２０でガスを
還元したが、ガスの種類によつては酸化する場合
もある。
還元したが、ガスの種類によつては酸化する場合
もある。
以上説明したように、この発明によれば、雰囲
気が変動しても出力は安定し、また、小型化して
も低濃度から高濃度のガスを連続的に測定するこ
とができる。
気が変動しても出力は安定し、また、小型化して
も低濃度から高濃度のガスを連続的に測定するこ
とができる。
第１図は従来のガルバニ電池式ガスセンサの一
例を示す断面図、第２図は水素の電流電位曲線を
示すグラフ、第３図はこの発明の一実施例を示す
断面図である。 １１……容器、１５……電解液、１６……第１
開口（ガス取入口）、１７……第１透過膜、１８
……第２開口（空気取入口）、１９……第２透過
膜、２０……作用電極膜、２１……対電極膜。
例を示す断面図、第２図は水素の電流電位曲線を
示すグラフ、第３図はこの発明の一実施例を示す
断面図である。 １１……容器、１５……電解液、１６……第１
開口（ガス取入口）、１７……第１透過膜、１８
……第２開口（空気取入口）、１９……第２透過
膜、２０……作用電極膜、２１……対電極膜。
Claims (1)
- １ 電解液が収納された容器と、容器に形成され
た第１開口を閉止し測定ガスに接するガス透過性
の第１透過膜と、容器に形成された第２開口を閉
止し外気に接するガス透過性の第２透過膜と、第
１透過膜の電解液に接する内面に被着された多孔
性の作用電極膜と、第２透過膜の電解液に接する
内面に被着された多孔性の対電極膜と、を備え、
第１透過膜を透過したガスが作用電極膜で還元又
は酸化されることにより作用電極膜と対電極膜と
の間にガス濃度に応じたガルバニ電流が流れるよ
うにしたことを特徴とするガルバニ電池式ガスセ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58220275A JPS60111952A (ja) | 1983-11-22 | 1983-11-22 | ガルバニ電池式ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58220275A JPS60111952A (ja) | 1983-11-22 | 1983-11-22 | ガルバニ電池式ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60111952A JPS60111952A (ja) | 1985-06-18 |
| JPH0334824B2 true JPH0334824B2 (ja) | 1991-05-24 |
Family
ID=16748615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58220275A Granted JPS60111952A (ja) | 1983-11-22 | 1983-11-22 | ガルバニ電池式ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60111952A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE78341T1 (de) * | 1985-11-13 | 1992-08-15 | Esa Inc | Elektrochemisches pruefsystem. |
| JPH07109411B2 (ja) * | 1992-07-21 | 1995-11-22 | 日本電池株式会社 | ガルバニ電池式可燃性ガスセンサ |
| JP4124536B2 (ja) * | 1999-03-26 | 2008-07-23 | 山里産業株式会社 | 水素センサ |
| JP4630108B2 (ja) * | 2005-03-31 | 2011-02-09 | 新コスモス電機株式会社 | ガルバニ電池式酸素センサ |
-
1983
- 1983-11-22 JP JP58220275A patent/JPS60111952A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60111952A (ja) | 1985-06-18 |
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