JPH0336190B2 - - Google Patents
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- JPH0336190B2 JPH0336190B2 JP58220274A JP22027483A JPH0336190B2 JP H0336190 B2 JPH0336190 B2 JP H0336190B2 JP 58220274 A JP58220274 A JP 58220274A JP 22027483 A JP22027483 A JP 22027483A JP H0336190 B2 JPH0336190 B2 JP H0336190B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/404—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
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、電解液中に設置され互に平行で対
向している作用電極および対電極によりガスを酸
化還元し、これにより発生する出力によつてガス
濃度等を測定するようにした電気化学式ガスセン
サに関する。
向している作用電極および対電極によりガスを酸
化還元し、これにより発生する出力によつてガス
濃度等を測定するようにした電気化学式ガスセン
サに関する。
従来、前述のような電気化学式ガスセンサとし
ては、例えば、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は容器であり、この容
器１内には電解液を含浸している含浸材２が収納
されている。この含浸材２は丸められたグラスウ
ール、海綿等から構成され、無方向性のものであ
る。前記容器１に形成された第１開口３はガス透
過性の隔膜４により閉止され、この隔膜４の内面
には電解液に接する作用電極５が付着されてい
る。また、前記第１開口３に対向する位置の容器
１には第２開口６が形成され、この第２開口６は
隔膜７および酸素透過膜８によつて閉止されてい
る。この酸素透過膜８の内面には電解液に接する
対電極９および参照電極１０が付着されている。
前記作用電極５、対電極９、参照電極１０にはポ
テンシオスタツト１１から一定の電位が与えられ
ている。
ては、例えば、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は容器であり、この容
器１内には電解液を含浸している含浸材２が収納
されている。この含浸材２は丸められたグラスウ
ール、海綿等から構成され、無方向性のものであ
る。前記容器１に形成された第１開口３はガス透
過性の隔膜４により閉止され、この隔膜４の内面
には電解液に接する作用電極５が付着されてい
る。また、前記第１開口３に対向する位置の容器
１には第２開口６が形成され、この第２開口６は
隔膜７および酸素透過膜８によつて閉止されてい
る。この酸素透過膜８の内面には電解液に接する
対電極９および参照電極１０が付着されている。
前記作用電極５、対電極９、参照電極１０にはポ
テンシオスタツト１１から一定の電位が与えられ
ている。
しかしながら、このような電気化学式ガスセン
サにあつては、電解液を含浸している含浸材２が
無方向性のものであるため、ガスセンサの長期使
用によつて電解液が蒸発して減少すると、電解液
が含浸材２の随所に偏在し、これにより、作用、
対電極５，９同士を導通する電解液の面積が減少
し、センサ感度が低下するという問題点がある。
また、電解液が凝固するような低温下では、固化
した電解液と固体である作用、対電極５，９との
固体同士の接触となるため、両者が導通し難くな
るが、前記含浸材２は無方向性であるので電解液
を作用、対電極５，９に押し付ける力が弱く、こ
の結果、接触不良が発生してセンサ感度が低下す
るという問題点もある。
サにあつては、電解液を含浸している含浸材２が
無方向性のものであるため、ガスセンサの長期使
用によつて電解液が蒸発して減少すると、電解液
が含浸材２の随所に偏在し、これにより、作用、
対電極５，９同士を導通する電解液の面積が減少
し、センサ感度が低下するという問題点がある。
また、電解液が凝固するような低温下では、固化
した電解液と固体である作用、対電極５，９との
固体同士の接触となるため、両者が導通し難くな
るが、前記含浸材２は無方向性であるので電解液
を作用、対電極５，９に押し付ける力が弱く、こ
の結果、接触不良が発生してセンサ感度が低下す
るという問題点もある。
この発明は、前述の問題点に着目してなされた
もので、電解液が減少しても、また、電解液が温
度低下により凝固してもセンサ出力の低下の少な
いガスセンサを提供することを目的としている。
もので、電解液が減少しても、また、電解液が温
度低下により凝固してもセンサ出力の低下の少な
い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、電解液に接触し互に平行で
対向している作用電極および対電極によりガス濃
度等を測定するようにした電気化学式ガスセンサ
において、前記作用電極と対電極との間にこれら
の両電極をつなぐ方向に延び両端が前記両電極に
圧接する繊維束を設けることにより達成すること
ができる。
対向している作用電極および対電極によりガス濃
度等を測定するようにした電気化学式ガスセンサ
において、前記作用電極と対電極との間にこれら
の両電極をつなぐ方向に延び両端が前記両電極に
圧接する繊維束を設け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２図において、２１は容器であり、この容器
２１内には例えば硫酸、リン酸等の水溶液からな
る電解液２２が収納されている。容器２１には第
１開口２３が形成され、この第１開口２３はテフ
ロン等からなるガス透過性の隔膜２４により閉止
されている。この隔膜２４は例えば、CO、H2S、
SOx、NOx、DH3、AsH3、HCl等の毒性ガスが
透過できる。一方、第１開口２３に対向する位置
の容器２１には第２開口２５が形成され、この第
２開口２５は前記隔膜２４と同一の隔膜２６およ
びテフロン等からなる酸素透過膜２７により閉止
されている。この酸素透過膜２７は前記隔膜２４
と平行でO2ガスのみが透過できる。前記隔膜２
４の内面には電解液２２に接する膜状の作用電極
２８が付着され、この作用電極２８は白金、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、多孔質である。
一方、前記酸素透過膜２７の内面には、電解液２
２に接する膜状の対電極２９および参照電極３０
が付着され、これら対電極２９、参照電極３０は
前記作用電極２８と同様の物質から構成され、多
孔質でもある。これにより、作用電極２８と対電
極２９とは互に平行で対向していることになる。
前記作用電極２８と対、参照電極２９，３０との
間には電解液２２に浸漬された繊維束３１が設置
され、この繊維束３１は電解液２２を含浸する含
浸材として機能する。この繊維束３１は第３図に
示すようにポリエチレン、ポリプロピレン等から
なる多数の単繊維３２を束にしたもので、全体と
して円柱状を呈するとともに作用、対電極２８，
２９をつなぐ方向に延びている。そして、この繊
維束３１の充填率、すなわち、全単繊維３２の合
計体積を繊維束３１が設置された空間の容積で除
した値を100倍したもの、は10％から40％までの
範囲が好ましい。その理由は前記充填率が10％未
満であると、単繊維３２間を電解液２２が毛管現
象によつて上昇する距離が小さくなりすぎるとと
もに、繊維束３１の腰が弱くなつて小さい力で座
屈してしまうからである。また、前記充填率が40
％を超えると、単繊維３２の表面同士が接触して
これ以上押し込むことができないからである。ま
た、前記繊維束３１の両端は作用電極２８および
対、参照電極２９，３０にそれぞれ圧接してい
る。そして、この常温における圧接力は、繊維束
３１が電極２８，２９，３０に直接圧接している
場合には、単位面積当り0.8Kgから2.8Kgまでの範
囲が好ましく、また、なじみを良好にするために
ガラス繊維等からなるロ紙を繊維束３１と電極２
８，２９，３０との間に介装した場合には、圧力
分散するので単位面積当り0.05Kgから2.8Kgまで
の範囲が好ましい。ここで、単位面積とは直径８
mmの円の面積、すなわち16πmm2、である。その理
由は、前述した下限、すなわち0.8Kg又は0.05Kg、
未満になると、電解液２２が凝固したとき、押付
力が弱すぎて固体同士、すなわち固化凝固液と電
極、を確実に導通させられないからであり、ま
た、上限、すなわち2.8Kg、を超えると、繊維束
３１が座屈してしまうからである。再び、第２図
において、３３，３４，３５は一端が作用電極２
８、対電極２９、参照電極３０に接続されたリー
ド線であり、これらのリード線３３，３４，３５
の他端はポテンシオスタツト３６に接続され、作
用電極２８に一定の電位が与えられる。
２１内には例えば硫酸、リン酸等の水溶液からな
る電解液２２が収納されている。容器２１には第
１開口２３が形成され、この第１開口２３はテフ
ロン等からなるガス透過性の隔膜２４により閉止
されている。この隔膜２４は例えば、CO、H2S、
SOx、NOx、DH3、AsH3、HCl等の毒性ガスが
透過できる。一方、第１開口２３に対向する位置
の容器２１には第２開口２５が形成され、この第
２開口２５は前記隔膜２４と同一の隔膜２６およ
びテフロン等からなる酸素透過膜２７により閉止
されている。この酸素透過膜２７は前記隔膜２４
と平行でO2ガスのみが透過できる。前記隔膜２
４の内面には電解液２２に接する膜状の作用電極
２８が付着され、この作用電極２８は白金、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、多孔質である。
一方、前記酸素透過膜２７の内面には、電解液２
２に接する膜状の対電極２９および参照電極３０
が付着され、これら対電極２９、参照電極３０は
前記作用電極２８と同様の物質から構成され、多
孔質でもある。これにより、作用電極２８と対電
極２９とは互に平行で対向していることになる。
前記作用電極２８と対、参照電極２９，３０との
間には電解液２２に浸漬された繊維束３１が設置
され、この繊維束３１は電解液２２を含浸する含
浸材として機能する。この繊維束３１は第３図に
示すようにポリエチレン、ポリプロピレン等から
なる多数の単繊維３２を束にしたもので、全体と
して円柱状を呈するとともに作用、対電極２８，
２９をつなぐ方向に延びている。そして、この繊
維束３１の充填率、すなわち、全単繊維３２の合
計体積を繊維束３１が設置された空間の容積で除
した値を100倍したもの、は10％から40％までの
範囲が好ましい。その理由は前記充填率が10％未
満であると、単繊維３２間を電解液２２が毛管現
象によつて上昇する距離が小さくなりすぎるとと
もに、繊維束３１の腰が弱くなつて小さい力で座
屈してしまうからである。また、前記充填率が40
％を超えると、単繊維３２の表面同士が接触して
これ以上押し込むことができないからである。ま
た、前記繊維束３１の両端は作用電極２８および
対、参照電極２９，３０にそれぞれ圧接してい
る。そして、この常温における圧接力は、繊維束
３１が電極２８，２９，３０に直接圧接している
場合には、単位面積当り0.8Kgから2.8Kgまでの範
囲が好ましく、また、なじみを良好にするために
ガラス繊維等からなるロ紙を繊維束３１と電極２
８，２９，３０との間に介装した場合には、圧力
分散するので単位面積当り0.05Kgから2.8Kgまで
の範囲が好ましい。ここで、単位面積とは直径８
mmの円の面積、すなわち16πmm2、である。その理
由は、前述した下限、すなわち0.8Kg又は0.05Kg、
未満になると、電解液２２が凝固したとき、押付
力が弱すぎて固体同士、すなわち固化凝固液と電
極、を確実に導通させられないからであり、ま
た、上限、すなわち2.8Kg、を超えると、繊維束
３１が座屈してしまうからである。再び、第２図
において、３３，３４，３５は一端が作用電極２
８、対電極２９、参照電極３０に接続されたリー
ド線であり、これらのリード線３３，３４，３５
の他端はポテンシオスタツト３６に接続され、作
用電極２８に一定の電位が与えられる。
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、例えばCOガスを隔膜２４に導びくと、
COガスは隔膜２４、作用電極２８を透過し、こ
の作用電極２８と電解液２２との界面において以
下のような酸化反応が起こる。
COガスは隔膜２４、作用電極２８を透過し、こ
の作用電極２８と電解液２２との界面において以
下のような酸化反応が起こる。
CO＋H2O→CO2＋2H+＋2e-
一方、大気中のO2ガスは隔膜２６、酸素透過
膜２７、対電極２９を透過し、この対電極２９と
電解液２２との界面で以下のような還元反応が起
こる。
膜２７、対電極２９を透過し、この対電極２９と
電解液２２との界面で以下のような還元反応が起
こる。
１／２O2＋2H+＋2e-→H2O
この結果、作用電極２８と対電極２９との間に
はCOガスの濃度に対応した電解電流が流れるの
で、この電流を測定すれば濃度を知ることができ
る。ここで、参照電極３０の電位は対電極２９の
静止電位を正確に表示し、測定するガスの影響を
受けない。このようにして長期間に亘りガスを測
定すると、電解液２２の蒸気が隔膜２４，２６を
透過して外部に逃げるため、電解液２２の量が減
少してくる。このとき、容器２１内に残つた電解
液２２は繊維束３１内、すなわち単繊維３２間、
において毛管現象により上昇、すなわち作用、対
電極２８，２９をつなぐ方向に延び、このため、
電解液２２が減少しても作用、対電極２８，２９
は共に電解液２２の細い柱の束により接続され
る。この結果、電解液２２が減少してもセンサ出
力が低下することはない。また、環境温度が電解
液２２の凝固点以下の温度まで低下すると、電解
液２２が固化し、電解液２２と作用、対電極２
８，２９とが固体同士の接触となる。このような
固体同士の接触は接触抵抗が大きいので導通し難
いが、繊維束３１の両端が作用、対電極２８，２
９に圧接しているので、固化した電解液２２は繊
維束３１により作用、対電極２８，２９に押し付
けられ確実に導通する。この結果、電解液２２の
凝固点以下の低温であつても、センサ出力は低下
せず使用できる。第４図は電解液２２が凝固した
ときのセンサの応答曲線を示すグラフであり、電
解液２２の凝固点以下の−45℃で60時間放置した
後前記温度で硫化水素（H2S）ガスを30ppm含む
ガスを測定したものである。
はCOガスの濃度に対応した電解電流が流れるの
で、この電流を測定すれば濃度を知ることができ
る。ここで、参照電極３０の電位は対電極２９の
静止電位を正確に表示し、測定するガスの影響を
受けない。このようにして長期間に亘りガスを測
定すると、電解液２２の蒸気が隔膜２４，２６を
透過して外部に逃げるため、電解液２２の量が減
少してくる。このとき、容器２１内に残つた電解
液２２は繊維束３１内、すなわち単繊維３２間、
において毛管現象により上昇、すなわち作用、対
電極２８，２９をつなぐ方向に延び、このため、
電解液２２が減少しても作用、対電極２８，２９
は共に電解液２２の細い柱の束により接続され
る。この結果、電解液２２が減少してもセンサ出
力が低下することはない。また、環境温度が電解
液２２の凝固点以下の温度まで低下すると、電解
液２２が固化し、電解液２２と作用、対電極２
８，２９とが固体同士の接触となる。このような
固体同士の接触は接触抵抗が大きいので導通し難
いが、繊維束３１の両端が作用、対電極２８，２
９に圧接しているので、固化した電解液２２は繊
維束３１により作用、対電極２８，２９に押し付
けられ確実に導通する。この結果、電解液２２の
凝固点以下の低温であつても、センサ出力は低下
せず使用できる。第４図は電解液２２が凝固した
ときのセンサの応答曲線を示すグラフであり、電
解液２２の凝固点以下の−45℃で60時間放置した
後前記温度で硫化水素（H2S）ガスを30ppm含む
ガスを測定したものである。
なお、前述の実施例においては、この発明を定
電位電解方式のガスセンサに適用した場合につい
て説明したが、この発明はガルバニ電池方式、ポ
ーラログラフ方式、電量方式、溶液電導度方式の
ガスセンサにも適用することができる。
電位電解方式のガスセンサに適用した場合につい
て説明したが、この発明はガルバニ電池方式、ポ
ーラログラフ方式、電量方式、溶液電導度方式の
ガスセンサにも適用することができる。
以上説明したように、この発明によれば、電解
液が減少しても、また、電解液が温度低下により
凝固してもセンサ感度を維持でき、また、電解液
の容器内への注入も容易となる。
液が減少しても、また、電解液が温度低下により
凝固してもセンサ感度を維持でき、また、電解液
の容器内への注入も容易となる。
第１図は従来の電気化学式ガスセンサを示す概
略断面図、第２図はこの発明の一実施例を示す概
略断面図、第３図は第２図のＡ−Ａ矢視断面図、
第４図はセンサの応答曲線を示すグラフである。 ２２……電解液、２８……作用電極、２９……
対電極、３１……繊維束。
略断面図、第２図はこの発明の一実施例を示す概
略断面図、第３図は第２図のＡ−Ａ矢視断面図、
第４図はセンサの応答曲線を示すグラフである。 ２２……電解液、２８……作用電極、２９……
対電極、３１……繊維束。
Claims (1)
- １ 電解液に接触し互に平行で対向している作用
電極および対電極によりガス濃度等を測定するよ
うにした電気化学式ガスセンサにおいて、前記作
用電極と対電極との間にこれらの両電極をつなぐ
方向に延び両端が前記両電極に圧接する繊維束を
設けたことを特徴とする電気化学式ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58220274A JPS60111951A (ja) | 1983-11-22 | 1983-11-22 | 電気化学式ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58220274A JPS60111951A (ja) | 1983-11-22 | 1983-11-22 | 電気化学式ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60111951A JPS60111951A (ja) | 1985-06-18 |
| JPH0336190B2 true JPH0336190B2 (ja) | 1991-05-30 |
Family
ID=16748601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58220274A Granted JPS60111951A (ja) | 1983-11-22 | 1983-11-22 | 電気化学式ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60111951A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6576054B2 (ja) * | 2015-03-06 | 2019-09-18 | 新コスモス電機株式会社 | 定電位電解式ガスセンサ |
-
1983
- 1983-11-22 JP JP58220274A patent/JPS60111951A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60111951A (ja) | 1985-06-18 |
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