JPH0342425B2 - - Google Patents
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- JPH0342425B2 JPH0342425B2 JP57183621A JP18362182A JPH0342425B2 JP H0342425 B2 JPH0342425 B2 JP H0342425B2 JP 57183621 A JP57183621 A JP 57183621A JP 18362182 A JP18362182 A JP 18362182A JP H0342425 B2 JPH0342425 B2 JP H0342425B2
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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
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4073—Composition or fabrication of the solid electrolyte
- G01N27/4074—Composition or fabrication of the solid electrolyte for detection of gases other than oxygen
Description
【発明の詳細な説明】
発明の分野
この発明は一般にガス環境を監視するための固
体電解質電池に関し、更に詳しくはこの発明は監
視されるガスと標準ガスとを非常に経済的且つ効
果的な仕方で分離する固体電解質電池に関する。
体電解質電池に関し、更に詳しくはこの発明は監
視されるガスと標準ガスとを非常に経済的且つ効
果的な仕方で分離する固体電解質電池に関する。
発明の背景
煙突排煙からの汚染剤を監視し制御する必要性
により、SO2、CO2及びNO2のようなガス汚染剤
にだけよく応答する電解質組成をもつ固体電解質
ガスセンサが開発された。空気中または酸素含有
ガス中の酸無水物または関連化合物を含むガスを
監視するための固体電解質センサはカナダ特許第
1002599号及び第1040264号明細書に記載されてい
る。上述のセンサは共に問題とするガス種の平衡
を検知する電気化学的濃淡電池であつて、固体電
解質センサの両側のガス種の分圧の差に対応する
EMF（起電力）の信号を発信する。代表的には固
体電解質センサはイオン伝導性固体電解質で、そ
の両側表面に電極が備えられる。煙突排煙すなわ
ち監視されるガス環境は検知用電極と接触し、反
対側の対向する電極は標準電極として働く。慣用
の固体電解質組成物は適当なEMF信号を発生す
るのに望ましいイオン伝導性を示すためには約
600℃〜900℃の動作温度を必要とする。EMF測
定の精度は電気化学電池の検知用電極に接触する
監視されるガス環境から標準電極を有効に遮断す
る、すなわち有効に隔離することに一部依存す
る。高動作温度でのガス環境間の隔離すなわち遮
断を必要とすることは所望の隔離を達成するため
に多くの高価につく複雑な設計を生じさせるに至
つた。
により、SO2、CO2及びNO2のようなガス汚染剤
にだけよく応答する電解質組成をもつ固体電解質
ガスセンサが開発された。空気中または酸素含有
ガス中の酸無水物または関連化合物を含むガスを
監視するための固体電解質センサはカナダ特許第
1002599号及び第1040264号明細書に記載されてい
る。上述のセンサは共に問題とするガス種の平衡
を検知する電気化学的濃淡電池であつて、固体電
解質センサの両側のガス種の分圧の差に対応する
EMF（起電力）の信号を発信する。代表的には固
体電解質センサはイオン伝導性固体電解質で、そ
の両側表面に電極が備えられる。煙突排煙すなわ
ち監視されるガス環境は検知用電極と接触し、反
対側の対向する電極は標準電極として働く。慣用
の固体電解質組成物は適当なEMF信号を発生す
るのに望ましいイオン伝導性を示すためには約
600℃〜900℃の動作温度を必要とする。EMF測
定の精度は電気化学電池の検知用電極に接触する
監視されるガス環境から標準電極を有効に遮断す
る、すなわち有効に隔離することに一部依存す
る。高動作温度でのガス環境間の隔離すなわち遮
断を必要とすることは所望の隔離を達成するため
に多くの高価につく複雑な設計を生じさせるに至
つた。
発明の開示
ここに図を参照して固体電解質電気化学的電池
組体の監視されるガス環境と標準ガス環境との間
の所望の隔離を達成するための簡単で有効な技法
を以下に記載する。この発明は空気または酸素含
有ガス中に酸無水物または関連する化合物を含む
監視されるガス環境中の選定されたガスを、該監
視されるガス環境と標準ガス環境との間の該選定
されたガス分圧の差に基づいて発生する電気信号
によつて監視することからなる監視されるガス環
境中の選定されたガスを監視するためのガス分析
装置において、該装置が第１半電池及び類似の第
２半電池を備え、各半電池がアルカリイオン伝導
性電解質要素からなる固体電解質濃淡電池組体、
第１半電池及び第２半電池の間に挟持され且つ前
記各半電池のアルカリイオン伝導性に相当するア
ルカリイオン伝導性を示し且つ前記半電池とは異
なる組成をもつ固体隔膜装置、各半電池の隔膜を
挟持していない表面上に備えられた接点電極を備
え、前記監視されるガス環境は第１半電池と連通
し、前記標準ガス環境は第２半電池と連通し、前
記固体隔膜装置は監視されるガス環境を標準ガス
環境から隔離し且つ第１半電池と第２半電池との
間のアルカリイオン伝導性を維持してなる、監視
されるガス環境と標準ガス環境との間の隔離が改
善されてなるガス分析装置に存在する。ここに記
載する好適な実施態様においては固体電解質電池
組体は２個の同じ半電池からなり、各半電池はそ
の一方の表面と緊密に接触して配置された電極を
備えた円形電解質要素からなる。２個の固体円形
電解質要素の向い合つた表面は高めた温度では固
体電解質要素のイオン伝導性と一致するイオン伝
導性を示す組成の材料からなる固体管状膜の閉じ
た端部の両側とそれぞれ接触する。端部が閉じた
管状隔膜と２つの同じ固体電解質半電池との組体
はハウジング内に設置され、このハウジングは固
体電解質半電池の一方と接触するための標準ガス
環境と他方の固体電解質と接触するための監視さ
れるガス環境とをそれぞれの半電池に供給する。
閉じた端部をもつ管状セラミツク隔膜は監視され
るガス環境から標準ガス環境を効果的に隔離し、
同時に固体電解質電気化学電池の所望のイオン伝
導性を支持する。
組体の監視されるガス環境と標準ガス環境との間
の所望の隔離を達成するための簡単で有効な技法
を以下に記載する。この発明は空気または酸素含
有ガス中に酸無水物または関連する化合物を含む
監視されるガス環境中の選定されたガスを、該監
視されるガス環境と標準ガス環境との間の該選定
されたガス分圧の差に基づいて発生する電気信号
によつて監視することからなる監視されるガス環
境中の選定されたガスを監視するためのガス分析
装置において、該装置が第１半電池及び類似の第
２半電池を備え、各半電池がアルカリイオン伝導
性電解質要素からなる固体電解質濃淡電池組体、
第１半電池及び第２半電池の間に挟持され且つ前
記各半電池のアルカリイオン伝導性に相当するア
ルカリイオン伝導性を示し且つ前記半電池とは異
なる組成をもつ固体隔膜装置、各半電池の隔膜を
挟持していない表面上に備えられた接点電極を備
え、前記監視されるガス環境は第１半電池と連通
し、前記標準ガス環境は第２半電池と連通し、前
記固体隔膜装置は監視されるガス環境を標準ガス
環境から隔離し且つ第１半電池と第２半電池との
間のアルカリイオン伝導性を維持してなる、監視
されるガス環境と標準ガス環境との間の隔離が改
善されてなるガス分析装置に存在する。ここに記
載する好適な実施態様においては固体電解質電池
組体は２個の同じ半電池からなり、各半電池はそ
の一方の表面と緊密に接触して配置された電極を
備えた円形電解質要素からなる。２個の固体円形
電解質要素の向い合つた表面は高めた温度では固
体電解質要素のイオン伝導性と一致するイオン伝
導性を示す組成の材料からなる固体管状膜の閉じ
た端部の両側とそれぞれ接触する。端部が閉じた
管状隔膜と２つの同じ固体電解質半電池との組体
はハウジング内に設置され、このハウジングは固
体電解質半電池の一方と接触するための標準ガス
環境と他方の固体電解質と接触するための監視さ
れるガス環境とをそれぞれの半電池に供給する。
閉じた端部をもつ管状セラミツク隔膜は監視され
るガス環境から標準ガス環境を効果的に隔離し、
同時に固体電解質電気化学電池の所望のイオン伝
導性を支持する。
以下に図を参照して記載する下記の示例からこ
の発明の理解は一層容易となろう。
の発明の理解は一層容易となろう。
好適な実施例の記載
第１Ａ図及び第１Ｂ図は電池Ｃの標準電極RE
と接触する標準ガス環境RGから電池Ｃの検知電
極SEと接触する監視ガス環境MGを隔離するよ
うに管状ハウジングＨ内に固体電解質電気化学電
池Ｃを固定する代表的先行技術を説明する。固体
電解質電気化学的電池は監視されるガス環境の選
定されたガス種を示す電気信号を発生するのに適
した高めた温度でのイオン伝導性をもつ固体電解
質要素Ｅを含む。電池Ｃにより発生した起電力
（EMF）信号は電極SE及びREを通つて接続され
る測定回路MCにより測定される。固体電解質電
気化学電池ＣがSO2、CO2、NO2などを測定する
のに適させるために適当なアルカリ陽イオン伝導
性固体電解質組成物が選定される。工業的に利用
できる酸素測定電池は電解質材料として代表的に
は酸素陰イオン伝導性安定化ジルコニアを使用す
る。固体電解質電気化学的電池を使用する酸素測
定に適した酸素陰イオン伝導物質組成物及び濃淡
電池構造の詳細な記載は米国再発行特許第28792
号に与えられている。監視されるガス環境中の
SO2測定のためのアルカリ陽イオン伝導性を支持
するのに適した電解質組成物にはK2SO4及び
Na2SO4がある。Na2CO3及びNaNO3を含む電解
質組成物は監視されるガス環境のCO2及びNO2を
それぞれ示すEMF信号を発信する。
と接触する標準ガス環境RGから電池Ｃの検知電
極SEと接触する監視ガス環境MGを隔離するよ
うに管状ハウジングＨ内に固体電解質電気化学電
池Ｃを固定する代表的先行技術を説明する。固体
電解質電気化学的電池は監視されるガス環境の選
定されたガス種を示す電気信号を発生するのに適
した高めた温度でのイオン伝導性をもつ固体電解
質要素Ｅを含む。電池Ｃにより発生した起電力
（EMF）信号は電極SE及びREを通つて接続され
る測定回路MCにより測定される。固体電解質電
気化学電池ＣがSO2、CO2、NO2などを測定する
のに適させるために適当なアルカリ陽イオン伝導
性固体電解質組成物が選定される。工業的に利用
できる酸素測定電池は電解質材料として代表的に
は酸素陰イオン伝導性安定化ジルコニアを使用す
る。固体電解質電気化学的電池を使用する酸素測
定に適した酸素陰イオン伝導物質組成物及び濃淡
電池構造の詳細な記載は米国再発行特許第28792
号に与えられている。監視されるガス環境中の
SO2測定のためのアルカリ陽イオン伝導性を支持
するのに適した電解質組成物にはK2SO4及び
Na2SO4がある。Na2CO3及びNaNO3を含む電解
質組成物は監視されるガス環境のCO2及びNO2を
それぞれ示すEMF信号を発信する。
固体電解質電気化学濃淡電池Ｃによつて発生し
たEMF信号は可変要因として電池温度及び検知
電極SE及び標準電極REにおける両方の測定しよ
うとするガス成分の分圧の変化を含む周知のネル
ンストの式により発生する。電池温度及び標準ガ
スRGのガス成分分圧の変化を可変要因から除く
ために電池温度を本質的に一定に保ち、標準ガス
RGの被測定ガス成分の分圧を既知の、すなわち
一定のレベルに保つ。電池Ｃの温度は温度を制御
した炉により、一定に保つことができ、或は温度
変化は測定回路MCと結合したサーキツトリーで
電子的に補償することができる。標準ガス環境中
の測定しようとするガス成分の分圧を一定すなわ
ち既知の値に保つためには監視されるガス環境
MGのガスが標準ガス環境RG中に漏洩するのを
防ぐようにハウジングＨ内で電池Ｃを効果的に封
止することが是非とも必要である。これは第１Ａ
図では管状ハウジングＨ内に電気化学電池Ｃを固
定するために結合剤Ｂを使用することによつて達
成される。代表的電池動作温度は約600℃〜900℃
であるからこのような結合剤はその高温のために
劣化する。また結合剤Ｂと固体電解質要素との反
応が腐食性工業的環境中で屡々生ずる。同様な封
止の問題は第１Ｂ図に示すように金属すなわち金
または弾性体材料の封止環Ｓを使用して監視され
るガス環境MGと標準ガス環境RGとの間にガス
密な封止を行なうとする場合にも遭遇する。
たEMF信号は可変要因として電池温度及び検知
電極SE及び標準電極REにおける両方の測定しよ
うとするガス成分の分圧の変化を含む周知のネル
ンストの式により発生する。電池温度及び標準ガ
スRGのガス成分分圧の変化を可変要因から除く
ために電池温度を本質的に一定に保ち、標準ガス
RGの被測定ガス成分の分圧を既知の、すなわち
一定のレベルに保つ。電池Ｃの温度は温度を制御
した炉により、一定に保つことができ、或は温度
変化は測定回路MCと結合したサーキツトリーで
電子的に補償することができる。標準ガス環境中
の測定しようとするガス成分の分圧を一定すなわ
ち既知の値に保つためには監視されるガス環境
MGのガスが標準ガス環境RG中に漏洩するのを
防ぐようにハウジングＨ内で電池Ｃを効果的に封
止することが是非とも必要である。これは第１Ａ
図では管状ハウジングＨ内に電気化学電池Ｃを固
定するために結合剤Ｂを使用することによつて達
成される。代表的電池動作温度は約600℃〜900℃
であるからこのような結合剤はその高温のために
劣化する。また結合剤Ｂと固体電解質要素との反
応が腐食性工業的環境中で屡々生ずる。同様な封
止の問題は第１Ｂ図に示すように金属すなわち金
または弾性体材料の封止環Ｓを使用して監視され
るガス環境MGと標準ガス環境RGとの間にガス
密な封止を行なうとする場合にも遭遇する。
第１Ｂ図の場合には調節可能な棒部材Ｒが電池
Ｃを弾性体部材封止環Ｓに押圧状態で接触させて
固定することによつて監視されるガス環境MGと
標準ガス環境RGとの間の隔離を行つている。こ
の場合にも再び高温操作と監視ガス環境MGを構
成する代表的環境MG中の腐食性元素とが時間の
経過と共に封止環Ｓ上に有害な作用を及ぼす。
Ｃを弾性体部材封止環Ｓに押圧状態で接触させて
固定することによつて監視されるガス環境MGと
標準ガス環境RGとの間の隔離を行つている。こ
の場合にも再び高温操作と監視ガス環境MGを構
成する代表的環境MG中の腐食性元素とが時間の
経過と共に封止環Ｓ上に有害な作用を及ぼす。
上述の封止問題はアルカリイオン伝導濃淡電池
の場合には第２図のガス探触子組体１０中に示す
ようにアルカリイオン伝導性隔膜Ｍを使用するこ
とによつて本質的に除かれることが実験的に決定
された。固体電解質電気化学濃淡電池組体２０は
固体電解質要素２３及び検知電極２６と、固体電
解質要素２５及び標準電極２８とをそれぞれ備え
る同じアルカリイオン半電池２２及び２４からな
る。半電池２２及び２４は閉じた端部を備える管
状隔膜Ｍの閉じた端部Ｅの両側に取付けられる。
固体電解質電気化学濃淡電池組体２０の検知電極
２６は電解質要素２３の隔膜Ｍとの接触表面とは
反対側の電解質要素２３の表面と接触して配置さ
れる。一方標準電極２８は電解質要素２５の隔膜
Ｍと接触する表面とは反対側の表面に緊密に接触
する。同じアルカリイオン伝導半電池２２及び２
４からなる固体電解質電気化学電池組体２０は管
状ハウジング３０内に設置され、この管状ハウジ
ング３０は監視されるガス環境MGがハウジング
３０内に入つて検知電極２６と接触することを可
能となすための孔３２を備える。測定しようとす
るガス成分の安定濃度すなわち既知濃度を含む標
準ガス環境RGは離れた標準ガス源RSから導入管
Ｔにより標準電極２８に供給されて標準電極２８
と接触する。検知電極２６と標準電極２８との間
で測定された測定しようとするガス成分の分圧の
差すなわち平衡圧の変化に応答して濃淡電池２０
により発生するEMF信号は測定回路MCにより
示される。温度調節装置TCは温度センサTSによ
り測定された電気化学電池動作温度に応答してヒ
ーターHTを調節して濃淡電池２０の動作温度を
本質的に一定に保つ。
の場合には第２図のガス探触子組体１０中に示す
ようにアルカリイオン伝導性隔膜Ｍを使用するこ
とによつて本質的に除かれることが実験的に決定
された。固体電解質電気化学濃淡電池組体２０は
固体電解質要素２３及び検知電極２６と、固体電
解質要素２５及び標準電極２８とをそれぞれ備え
る同じアルカリイオン半電池２２及び２４からな
る。半電池２２及び２４は閉じた端部を備える管
状隔膜Ｍの閉じた端部Ｅの両側に取付けられる。
固体電解質電気化学濃淡電池組体２０の検知電極
２６は電解質要素２３の隔膜Ｍとの接触表面とは
反対側の電解質要素２３の表面と接触して配置さ
れる。一方標準電極２８は電解質要素２５の隔膜
Ｍと接触する表面とは反対側の表面に緊密に接触
する。同じアルカリイオン伝導半電池２２及び２
４からなる固体電解質電気化学電池組体２０は管
状ハウジング３０内に設置され、この管状ハウジ
ング３０は監視されるガス環境MGがハウジング
３０内に入つて検知電極２６と接触することを可
能となすための孔３２を備える。測定しようとす
るガス成分の安定濃度すなわち既知濃度を含む標
準ガス環境RGは離れた標準ガス源RSから導入管
Ｔにより標準電極２８に供給されて標準電極２８
と接触する。検知電極２６と標準電極２８との間
で測定された測定しようとするガス成分の分圧の
差すなわち平衡圧の変化に応答して濃淡電池２０
により発生するEMF信号は測定回路MCにより
示される。温度調節装置TCは温度センサTSによ
り測定された電気化学電池動作温度に応答してヒ
ーターHTを調節して濃淡電池２０の動作温度を
本質的に一定に保つ。
端部が閉じた管状隔膜Ｍは固体組成物すなわち
セラミツク、ガラスなどで電解質要素２３及び２
５のアルカリイオン伝導度と対応する、すなわち
一致する高温度でのアルカリイオン伝導性を示
す。実験的に大抵のセラミツクは数％までの量の
K2O及びNa2Oのようなアルカリ酸化物を含むこ
とが確められた。これらのセラミツク材料は固体
電解質電気化学電池２０の動作温度に対応する高
温度ではK+及びNa+伝導体となる。こうして
SO2、CO2等を監視するためのアルカリイオン伝
導性末端閉鎖管状隔膜Ｍと同じ半電池２２及び２
４のアルカリイオン伝導性電解質要素２３及び２
５との組合わせにより監視されるガス環境MGと
標準ガス環境RGとの間に必要な隔離が達成さ
れ、同時に電極SEとREとの間の必要なアルカリ
イオン伝導が行われる。同じ電解質要素２３と２
５とがK2SO4である場合には隔膜Ｍの固体組成物
はK+イオン伝導性を示す物質から選ばれる。同
様に電解質要素２３及び２５がNa2SO4からなる
ときは隔膜Ｍに対して選ばれるアルカリ酸化物は
Na+イオン伝導性を示す物質である。β−アルミ
ナ（β−Al2O3）及びβ″−アルミナ（β″−Al2O3）
のセラミツク組成物はナトリウムイオン伝導体で
あり、Na2SO4及びNa2CO3のようなナトリウム
電解質要素と組合わせる隔膜Ｍとして使用して
SO2及びCO2をそれぞれ測定するための電気化学
濃淡電池を構成するのに最も適している。隔膜Ｍ
として使用するのに適したアルカリ酸化物含量を
示す多数の固体材料があるけれども好適な隔膜材
料はムライトなる商品名で知られる材料であり、
このムライトは比較的低価格な材料でK+イオン
伝導性を示すだけでなく機械的に丈夫で高めた温
度で長期間使用できる。更にムライトは監視され
るガス環境MGを構成する工業的排煙ガス環境中
にしばしば存在する硝酸及び硫酸のような腐食性
液体及びガスに対して不活性である。
セラミツク、ガラスなどで電解質要素２３及び２
５のアルカリイオン伝導度と対応する、すなわち
一致する高温度でのアルカリイオン伝導性を示
す。実験的に大抵のセラミツクは数％までの量の
K2O及びNa2Oのようなアルカリ酸化物を含むこ
とが確められた。これらのセラミツク材料は固体
電解質電気化学電池２０の動作温度に対応する高
温度ではK+及びNa+伝導体となる。こうして
SO2、CO2等を監視するためのアルカリイオン伝
導性末端閉鎖管状隔膜Ｍと同じ半電池２２及び２
４のアルカリイオン伝導性電解質要素２３及び２
５との組合わせにより監視されるガス環境MGと
標準ガス環境RGとの間に必要な隔離が達成さ
れ、同時に電極SEとREとの間の必要なアルカリ
イオン伝導が行われる。同じ電解質要素２３と２
５とがK2SO4である場合には隔膜Ｍの固体組成物
はK+イオン伝導性を示す物質から選ばれる。同
様に電解質要素２３及び２５がNa2SO4からなる
ときは隔膜Ｍに対して選ばれるアルカリ酸化物は
Na+イオン伝導性を示す物質である。β−アルミ
ナ（β−Al2O3）及びβ″−アルミナ（β″−Al2O3）
のセラミツク組成物はナトリウムイオン伝導体で
あり、Na2SO4及びNa2CO3のようなナトリウム
電解質要素と組合わせる隔膜Ｍとして使用して
SO2及びCO2をそれぞれ測定するための電気化学
濃淡電池を構成するのに最も適している。隔膜Ｍ
として使用するのに適したアルカリ酸化物含量を
示す多数の固体材料があるけれども好適な隔膜材
料はムライトなる商品名で知られる材料であり、
このムライトは比較的低価格な材料でK+イオン
伝導性を示すだけでなく機械的に丈夫で高めた温
度で長期間使用できる。更にムライトは監視され
るガス環境MGを構成する工業的排煙ガス環境中
にしばしば存在する硝酸及び硫酸のような腐食性
液体及びガスに対して不活性である。
ガス探触子組体１０の好適な機械的組体を第３
図に示す。半電池２２の固体電解質要素２３を最
初にアルカリイオン伝導性管状隔膜Ｍの閉じた端
部の固体電解質部材Ｅの外側表面上に固定する。
固体電解質要素２３の表面上に白金の網が形成さ
れ、それによつて多孔質の弾力のある検知電極２
６が形成される。次に管状セラミツク隔膜Ｍを保
護ハウジング３０内に挿入して管状ハウジング３
０の穿孔したハウジングの孔の３２の端部に電極
２６を接触させる。少量の固体電解質粉末すなわ
ちK2SO4をアルカリイオン伝導性固体隔膜Ｍの閉
じた端部Ｅの内側に置いて隔膜Ｍの中に機械的に
挿入され且つ隔膜Ｍの閉じた端部と接触する半電
池２４の固体電解質と隔膜Ｍの閉じた端部との所
望の接触を確保する。管状棒部材Ｒの端部に取付
けられた白金網部材は多孔質弾性標準電極２８と
して働く。管状棒部材Ｒは代表的にはアルミナか
ら造られるが、温度センサTS、電極リード線４
２及び４４及び離れた標準ガス源から標準電極２
８を構成する多孔質白金電極を通つて標準ガスを
流すことによつて標準ガス環境RGをつくるため
の通路を内蔵する。固体電解質２３及び２５が
K2SO4組成物からなる場合には標準ガス環境RG
はSO2ガス雰囲気からなり、隔膜Ｍを構成するセ
ラミツク材料はK+イオン伝導性を示す。管状棒
部材Ｒ及びその閉放端部に取付けられた標準電極
２８は管状隔膜Ｍ内に別々に挿入される。管状棒
部材Ｒの反対側の端部は機械的固定具６２のねじ
山付き手動ネジ固定調整部材６０に結合され、該
固定具６２は固定ネジ６４によつて管状ハウジン
グ３０の外側表面に取付けられる。固定調整部材
６０は管状セラミツク隔膜Ｍ内の棒部材Ｒと心合
わせされ、ネジ調整部材６０をまわすことによつ
て半電池２４と管状隔膜Ｍの閉じた端部Ｅと半電
池２２との組体に圧力をかけることができ、それ
によつて前記組体を管状ハウジング３０の穿孔端
部３２との接触が確保される。この配列はＭ、半
電池２２及び２４の取出し及ひ取替えを容易に行
うことができるようにする。リード線４２，４４
はそれぞれ電極２６及び２８からEMF測定回路
MCに延びる。
図に示す。半電池２２の固体電解質要素２３を最
初にアルカリイオン伝導性管状隔膜Ｍの閉じた端
部の固体電解質部材Ｅの外側表面上に固定する。
固体電解質要素２３の表面上に白金の網が形成さ
れ、それによつて多孔質の弾力のある検知電極２
６が形成される。次に管状セラミツク隔膜Ｍを保
護ハウジング３０内に挿入して管状ハウジング３
０の穿孔したハウジングの孔の３２の端部に電極
２６を接触させる。少量の固体電解質粉末すなわ
ちK2SO4をアルカリイオン伝導性固体隔膜Ｍの閉
じた端部Ｅの内側に置いて隔膜Ｍの中に機械的に
挿入され且つ隔膜Ｍの閉じた端部と接触する半電
池２４の固体電解質と隔膜Ｍの閉じた端部との所
望の接触を確保する。管状棒部材Ｒの端部に取付
けられた白金網部材は多孔質弾性標準電極２８と
して働く。管状棒部材Ｒは代表的にはアルミナか
ら造られるが、温度センサTS、電極リード線４
２及び４４及び離れた標準ガス源から標準電極２
８を構成する多孔質白金電極を通つて標準ガスを
流すことによつて標準ガス環境RGをつくるため
の通路を内蔵する。固体電解質２３及び２５が
K2SO4組成物からなる場合には標準ガス環境RG
はSO2ガス雰囲気からなり、隔膜Ｍを構成するセ
ラミツク材料はK+イオン伝導性を示す。管状棒
部材Ｒ及びその閉放端部に取付けられた標準電極
２８は管状隔膜Ｍ内に別々に挿入される。管状棒
部材Ｒの反対側の端部は機械的固定具６２のねじ
山付き手動ネジ固定調整部材６０に結合され、該
固定具６２は固定ネジ６４によつて管状ハウジン
グ３０の外側表面に取付けられる。固定調整部材
６０は管状セラミツク隔膜Ｍ内の棒部材Ｒと心合
わせされ、ネジ調整部材６０をまわすことによつ
て半電池２４と管状隔膜Ｍの閉じた端部Ｅと半電
池２２との組体に圧力をかけることができ、それ
によつて前記組体を管状ハウジング３０の穿孔端
部３２との接触が確保される。この配列はＭ、半
電池２２及び２４の取出し及ひ取替えを容易に行
うことができるようにする。リード線４２，４４
はそれぞれ電極２６及び２８からEMF測定回路
MCに延びる。
第１Ａ図及び第１Ｂ図は固体電解質電気化学的
電池ガスセンサを備えた先行技術のガス探触子組
体の断面図、第２図はこの発明による固体電解質
電気化学電池組体を組入れたガス探触子組体の拡
大断面図、第３図はガス探針子ハウジング内の第
２図に示した新規なガス探触子組体の断面図であ
る。図中、 １０……ガス探触子組体、２０……固体電解質
電気化学濃淡電池組体（濃淡電池）、２２……半
電池、２３……固体電解質要素、２４……半電
池、２５……固体電解質要素、２６……検知電
池、２８……標準電極、３０……ハウジング、３
２……孔、４２，４４……リード線、６０……固
定調整部材、６２……取付具、６４……固定ネ
ジ、Ｂ……結合剤、Ｃ……電池、Ｅ……隔膜の閉
じた端部（固体電解質要素）、Ｈ……ハウジング、
Ｍ……隔膜、Ｒ……棒部材、Ｓ……封止環、Ｔ…
…導入管、HT……ヒータ、MC……測定回路、
MG……監視ガス環境、RE……標準電極、SE…
…検知電極、RG……標準ガス環境、RS……標準
ガス源、TS……温度センサ、TC……温度調節装
置。
電池ガスセンサを備えた先行技術のガス探触子組
体の断面図、第２図はこの発明による固体電解質
電気化学電池組体を組入れたガス探触子組体の拡
大断面図、第３図はガス探針子ハウジング内の第
２図に示した新規なガス探触子組体の断面図であ
る。図中、 １０……ガス探触子組体、２０……固体電解質
電気化学濃淡電池組体（濃淡電池）、２２……半
電池、２３……固体電解質要素、２４……半電
池、２５……固体電解質要素、２６……検知電
池、２８……標準電極、３０……ハウジング、３
２……孔、４２，４４……リード線、６０……固
定調整部材、６２……取付具、６４……固定ネ
ジ、Ｂ……結合剤、Ｃ……電池、Ｅ……隔膜の閉
じた端部（固体電解質要素）、Ｈ……ハウジング、
Ｍ……隔膜、Ｒ……棒部材、Ｓ……封止環、Ｔ…
…導入管、HT……ヒータ、MC……測定回路、
MG……監視ガス環境、RE……標準電極、SE…
…検知電極、RG……標準ガス環境、RS……標準
ガス源、TS……温度センサ、TC……温度調節装
置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 空気または酸素含有ガス中に酸無水物または
関連する化合物を含む監視されるガス環境中の選
定されたガスを、該監視されるガス環境と標準ガ
ス環境との間の該選定されたガスの分圧の差に基
づいて発生する電気信号によつて監視することか
らなる監視されるガス環境中の選定されたガスを
監視するためのガス分析装置において、該装置が
第１半電池及び類似の第２半電池を備え、各半電
池がアルカリイオン伝導性電解質要素からなる固
体電解質濃淡電池組体、第１半電池及び第２半電
池の間に挟持され且つ前記各半電池のアルカリイ
オン伝導性に相当するアルカリイオン伝導性を示
し且つ前記半電池とは異なる組成をもつ固体隔膜
装置、各半電池の隔膜を挟持していない表面上に
備えられた接点電極を備え、前記監視されるガス
環境は第１半電池と連通し、前記標準ガス環境は
第２半電池と連通し、前記固体隔膜装置は監視さ
れるガス環境を標準ガス環境から隔離し且つ第１
半電池と第２半電池との間のアルカリイオン伝導
性を維持してなる、監視されるガス環境と標準ガ
ス環境との間の隔離が改善されてなるガス分析装
置。 ２ 固体電解質が閉じた端部をもつ管状部材から
なり、第２半電池及び第１半電池が隔膜の閉じた
端部のそれぞれ内側及び外側に接して配置されて
なる特許請求の範囲第１項記載のガス分析装置。 ３ 固体隔膜装置がセラミツク組成物からなる特
許請求の範囲第１項記載のガス分析装置。 ４ 固体隔膜装置がムライト組成物からなる特許
請求の範囲第１項記載のガス分析装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US312552 | 1981-10-19 | ||
| US06/312,552 US4377460A (en) | 1981-10-19 | 1981-10-19 | Solid electrolyte gas sensing apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5879152A JPS5879152A (ja) | 1983-05-12 |
| JPH0342425B2 true JPH0342425B2 (ja) | 1991-06-27 |
Family
ID=23211987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57183621A Granted JPS5879152A (ja) | 1981-10-19 | 1982-10-19 | ガス分析装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4377460A (ja) |
| EP (1) | EP0078627B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5879152A (ja) |
| AU (1) | AU561657B2 (ja) |
| CA (1) | CA1187940A (ja) |
| DE (1) | DE3269860D1 (ja) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58214851A (ja) * | 1982-06-08 | 1983-12-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 二酸化イオウ用ガスセンサ |
| WO1986003587A1 (en) * | 1983-04-18 | 1986-06-19 | Logothetis Eleftherios M | PLANAR ZrO2 OXYGEN PUMPING SENSOR |
| US4487680A (en) * | 1983-04-18 | 1984-12-11 | Ford Motor Company | Planar ZrO2 oxygen pumping sensor |
| JPS60256043A (ja) * | 1984-06-01 | 1985-12-17 | Advance Res & Dev Co Ltd | ガスセンサ |
| DE3516315A1 (de) * | 1985-05-07 | 1986-11-13 | Draegerwerk Ag | Verfahren zur messung der aktivitaet einer komponente eines mediums, insbesondere zur partialdruckmessung einer komponente eines gasgemisches |
| DE3610363A1 (de) * | 1986-03-27 | 1987-10-01 | Kernforschungsz Karlsruhe | Verfahren zum kontinuierlichen ueberwachen von konzentrationen von gasfoermigen bestandteilen in gasgemischen, ausgenommen o(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts) |
| DE3639802A1 (de) * | 1986-11-21 | 1988-05-26 | Battelle Institut E V | Sensor zur ueberwachung von wasserstoffkonzentrationen in gasen |
| US4976991A (en) * | 1987-11-23 | 1990-12-11 | Battelle-Institut E.V. | Method for making a sensor for monitoring hydrogen concentrations in gases |
| US4828672A (en) * | 1988-03-30 | 1989-05-09 | Westinghouse Electric Corp. | Unitary self-generating reference gas sensor |
| US4828671A (en) * | 1988-03-30 | 1989-05-09 | Westinghouse Electric Corp. | Unitary self-referencing combined dual gas sensor |
| US5192404A (en) * | 1988-10-06 | 1993-03-09 | Mineral Industry Research Organisation | Method for measuring a minor element in a molten metal |
| GB8828431D0 (en) * | 1988-12-06 | 1989-01-05 | Mineral Ind Res Org | Monitoring progress of pyrometallurgical processes |
| US4902402A (en) * | 1989-03-30 | 1990-02-20 | Westinghouse Electric Corp. | Chloride containing solid electrolyte gas sensing apparatus |
| US5194134A (en) * | 1990-08-09 | 1993-03-16 | Yazaki Corporation | Gaseous carbon dioxide detection sensor |
| US5169506A (en) * | 1990-12-31 | 1992-12-08 | Invacare Corporation | Oxygen concentration system utilizing pressurized air |
| US5186793A (en) * | 1990-12-31 | 1993-02-16 | Invacare Corporation | Oxygen concentrator utilizing electrochemical cell |
| US5120422A (en) * | 1991-03-01 | 1992-06-09 | Ceramatec, Inc. | Sodium ion sensor |
| GB9308305D0 (en) * | 1993-04-22 | 1993-06-09 | Abb Kent Taylor Ltd | Sensors |
| US5498487A (en) * | 1994-08-11 | 1996-03-12 | Westinghouse Electric Corporation | Oxygen sensor for monitoring gas mixtures containing hydrocarbons |
| GB2306656B (en) * | 1995-10-16 | 1999-01-06 | Univ Leeds | Solid State Sensors |
| US9804117B2 (en) * | 2013-08-13 | 2017-10-31 | Schlumberger Technology Corporation | CO2 concentration measurement in dry gas mixtures |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3546086A (en) * | 1968-10-30 | 1970-12-08 | Westinghouse Electric Corp | Device for oxygen measurement |
| FR2110620A6 (ja) * | 1970-10-23 | 1972-06-02 | Anvar | |
| CA952983A (en) * | 1971-04-14 | 1974-08-13 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organization | Ceramic oxygen probe |
| US3787308A (en) * | 1972-02-16 | 1974-01-22 | Esb Inc | Oxygen sensor |
| US3776831A (en) * | 1972-11-15 | 1973-12-04 | Atomic Energy Commission | Device for measuring oxygen activity in liquid sodium |
| CA1040264A (en) * | 1975-08-29 | 1978-10-10 | Hydro-Quebec | Solid state sensor for anhydrides |
| US4186072A (en) * | 1976-06-28 | 1980-01-29 | Blumenthal Robert N | Hot gas measuring device |
| US4088543A (en) * | 1976-09-10 | 1978-05-09 | Westinghouse Electric Corp. | Technique for protecting sensing electrodes in sulfiding environments |
| JPS584986B2 (ja) * | 1978-06-16 | 1983-01-28 | 日産自動車株式会社 | 酸素濃度測定装置 |
| JPS55166040A (en) * | 1979-06-13 | 1980-12-24 | Nissan Motor Co Ltd | Air fuel ratio detector |
| JPS6029065B2 (ja) * | 1979-07-28 | 1985-07-08 | 日産自動車株式会社 | 空燃比制御信号発生装置 |
| DE2938179A1 (de) * | 1979-09-21 | 1981-04-09 | Bosch Gmbh Robert | Polarographischer messfuehler zum messen der sauerstoffkonzentration in gasen, insbesondere in abgasen von brennkraftmaschinen |
-
1981
- 1981-10-19 US US06/312,552 patent/US4377460A/en not_active Expired - Fee Related
-
1982
- 1982-09-09 AU AU88161/82A patent/AU561657B2/en not_active Ceased
- 1982-09-16 CA CA000411568A patent/CA1187940A/en not_active Expired
- 1982-10-18 EP EP82305537A patent/EP0078627B1/en not_active Expired
- 1982-10-18 DE DE8282305537T patent/DE3269860D1/de not_active Expired
- 1982-10-19 JP JP57183621A patent/JPS5879152A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU8816182A (en) | 1983-04-28 |
| EP0078627B1 (en) | 1986-03-12 |
| EP0078627A1 (en) | 1983-05-11 |
| DE3269860D1 (en) | 1986-04-17 |
| CA1187940A (en) | 1985-05-28 |
| AU561657B2 (en) | 1987-05-14 |
| JPS5879152A (ja) | 1983-05-12 |
| US4377460A (en) | 1983-03-22 |
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