JPH037269B2 - - Google Patents
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- JPH037269B2 JPH037269B2 JP58021727A JP2172783A JPH037269B2 JP H037269 B2 JPH037269 B2 JP H037269B2 JP 58021727 A JP58021727 A JP 58021727A JP 2172783 A JP2172783 A JP 2172783A JP H037269 B2 JPH037269 B2 JP H037269B2
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- 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
- G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
-
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
この発明は、自動車、ボイラ等に実装するガス
分析機器に関し、特に酸欠モニタとして信頼性の
高い酸素計を構成し得るガス分析機器に関する。
分析機器に関し、特に酸欠モニタとして信頼性の
高い酸素計を構成し得るガス分析機器に関する。
従来、例えば、自動車用エンジンの燃焼効率を
現在得られているものよりも改善し、排気ガスの
無害化をさらに良好な状態にするため、空気と燃
料との重量比率である空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比
14.7よりも高いリーン側で運転する所謂リーンバ
ーン燃焼方式のエンジンの開発が進められてい
る。しかし、従来において理論空燃比の測定に用
いられている酸素センサ（空燃比計）はリーン雰
囲気において起電力の変化がほとんどなく、した
がつてリーン側における空燃比を厳密に測定また
は検出することは不可能で、これがためほぼ一定
のリーン雰囲気に保持するために吸気系側に各種
の装置を設けてオープン制御を行なつている。し
かし、かかる制御方式では燃焼ガス組成制御がコ
スト高になるばかりでなく応答性が低いため高精
度の制御を行うことができない欠点があつた。
現在得られているものよりも改善し、排気ガスの
無害化をさらに良好な状態にするため、空気と燃
料との重量比率である空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比
14.7よりも高いリーン側で運転する所謂リーンバ
ーン燃焼方式のエンジンの開発が進められてい
る。しかし、従来において理論空燃比の測定に用
いられている酸素センサ（空燃比計）はリーン雰
囲気において起電力の変化がほとんどなく、した
がつてリーン側における空燃比を厳密に測定また
は検出することは不可能で、これがためほぼ一定
のリーン雰囲気に保持するために吸気系側に各種
の装置を設けてオープン制御を行なつている。し
かし、かかる制御方式では燃焼ガス組成制御がコ
スト高になるばかりでなく応答性が低いため高精
度の制御を行うことができない欠点があつた。
しかるに、空燃比（Ａ／Ｆ、空気と燃料の重量
比）は、燃焼ガス中の酸素濃度を測定することに
より決定することができることから、酸素濃度測
定をサンプリング法により行うよう構成したガス
分析セルが提案されている（例えば、特公昭55−
31419号公報参照）。このガス分析セルの原理的構
成を示せば、第１図に示す通りである。第１図に
示すガス分析セルにおいては、まず測定ガスを結
合手段１０を介して測定空間１２に導入し、次い
で測定空間から酸素を汲み出すことを行う。結合
手段１０はガス拡散に対して高抵抗を示す例えば
開口として構成される。測定空間に形成する壁１
４の一部を酸素イオン導電体からなる隔壁１６に
より構成し、一対の電極例えば２２，２２′を、
２２′が陰極に、２２が陽極になるように直流電
流源に接続する。
比）は、燃焼ガス中の酸素濃度を測定することに
より決定することができることから、酸素濃度測
定をサンプリング法により行うよう構成したガス
分析セルが提案されている（例えば、特公昭55−
31419号公報参照）。このガス分析セルの原理的構
成を示せば、第１図に示す通りである。第１図に
示すガス分析セルにおいては、まず測定ガスを結
合手段１０を介して測定空間１２に導入し、次い
で測定空間から酸素を汲み出すことを行う。結合
手段１０はガス拡散に対して高抵抗を示す例えば
開口として構成される。測定空間に形成する壁１
４の一部を酸素イオン導電体からなる隔壁１６に
より構成し、一対の電極例えば２２，２２′を、
２２′が陰極に、２２が陽極になるように直流電
流源に接続する。
陰極２２′において、
O2＋4e→202-
により酸素イオンが発生し、この酸素イオンが酸
素イオン導電体内を通つて陽極２２に到達し、陽
極２２において、 202-→O2＋4e によつて酸素ガスとなり、セル外に汲み出される
ことになる。適宜の動作温度において、酸素イオ
ン導電体はイオン導電性は示すが電子伝導性を示
さないものであるから、このときの隔壁１６を介
して電極２２，２２′に流れる電流を測定するこ
とによつて、測定空間１２からセル外に汲み出さ
れた酸素の量が決定される。このイオン電流（即
ち酸素の汲み出した要した電荷量）の測定は、例
えば直流電流源に設けられた電流計により行われ
る。先述のように、結合手段１０はガス拡散に対
して高抵抗を示すように構成されているので、こ
の結合手段１０を介するガス拡散の速度より充分
に速い速度で測定空間１２内の酸素の汲み出しを
行うと、即ち充分に大きな直流電流を電極２２，
２２′に流しておくと、測定空間１２内の酸素の
分圧は初期値P1から、測定ガスの酸素分圧P1と
汲み出しの結果として小さくなつた測定空間１２
内の酸素の分圧との差及び結合手段１０を介する
ガス拡散の拡散能で定まる或る酸素分圧P2に低
下する。セル外の雰囲気中の酸素分圧をP0とす
ると、汲み出し前にはセンシング用電極２０，２
０′の間にはネルンストの式によつて示される電
位差 Ｅ＝（RT／4F1n（P1／P0） が発生していたものが（但し、Ｒは気体定数、Ｔ
は絶対温度、Ｆはフアラデー定数）、汲み出しの
結果、前記のネルンストポテンシヤルは Ｅ＝（RT／4F）1n（P2／P0） に変化する。従つて、実効的に酸素が汲み出され
たと見做し得る酸素分圧P2の値を予め定めてお
き、センシング用電極２０，２０′間の電位差を
監視することによつて汲み出しの終点を検知する
ことができる。
素イオン導電体内を通つて陽極２２に到達し、陽
極２２において、 202-→O2＋4e によつて酸素ガスとなり、セル外に汲み出される
ことになる。適宜の動作温度において、酸素イオ
ン導電体はイオン導電性は示すが電子伝導性を示
さないものであるから、このときの隔壁１６を介
して電極２２，２２′に流れる電流を測定するこ
とによつて、測定空間１２からセル外に汲み出さ
れた酸素の量が決定される。このイオン電流（即
ち酸素の汲み出した要した電荷量）の測定は、例
えば直流電流源に設けられた電流計により行われ
る。先述のように、結合手段１０はガス拡散に対
して高抵抗を示すように構成されているので、こ
の結合手段１０を介するガス拡散の速度より充分
に速い速度で測定空間１２内の酸素の汲み出しを
行うと、即ち充分に大きな直流電流を電極２２，
２２′に流しておくと、測定空間１２内の酸素の
分圧は初期値P1から、測定ガスの酸素分圧P1と
汲み出しの結果として小さくなつた測定空間１２
内の酸素の分圧との差及び結合手段１０を介する
ガス拡散の拡散能で定まる或る酸素分圧P2に低
下する。セル外の雰囲気中の酸素分圧をP0とす
ると、汲み出し前にはセンシング用電極２０，２
０′の間にはネルンストの式によつて示される電
位差 Ｅ＝（RT／4F1n（P1／P0） が発生していたものが（但し、Ｒは気体定数、Ｔ
は絶対温度、Ｆはフアラデー定数）、汲み出しの
結果、前記のネルンストポテンシヤルは Ｅ＝（RT／4F）1n（P2／P0） に変化する。従つて、実効的に酸素が汲み出され
たと見做し得る酸素分圧P2の値を予め定めてお
き、センシング用電極２０，２０′間の電位差を
監視することによつて汲み出しの終点を検知する
ことができる。
実際的には、汲み出し開始から測定空間１２内
の酸素の分圧が所定の値P2に低下するまでの間
に電極２２，２２′に流れた電荷量（従つて電流
量）を測定して測定ガス中の酸素分圧P1を求め
る方法と、直流電源として定電流源を用い、電流
測定は行わず、汲み出し開始から測定空間１２内
の酸素の分圧が所定の値P2に低下するまでの時
間を測定して測定ガス中の酸素分圧P1を求める
方法とがある。
の酸素の分圧が所定の値P2に低下するまでの間
に電極２２，２２′に流れた電荷量（従つて電流
量）を測定して測定ガス中の酸素分圧P1を求め
る方法と、直流電源として定電流源を用い、電流
測定は行わず、汲み出し開始から測定空間１２内
の酸素の分圧が所定の値P2に低下するまでの時
間を測定して測定ガス中の酸素分圧P1を求める
方法とがある。
電極１８，１８′は、酸素イオン導電体が示す
イオン伝導度の温度依存性を利用して温度を検出
するために設けられるものである。検出された温
度は、例えば前述のネルンストポテンシヤルＥの
算出、補正等に用いられる。なお、参照符号２４
は、前記各電極１８，１８′，２０，２０′および
２２，２２′から導出されるリード線である。
イオン伝導度の温度依存性を利用して温度を検出
するために設けられるものである。検出された温
度は、例えば前述のネルンストポテンシヤルＥの
算出、補正等に用いられる。なお、参照符号２４
は、前記各電極１８，１８′，２０，２０′および
２２，２２′から導出されるリード線である。
本発明の目的は、酸素汲み出し作用を応用した
ガス分析機器において、酸素汲み出し作用を有す
るセルと、このセルから導出される電極リードと
を共通の基板上に堅固に一体化構成することによ
り強度および信頼性の向上を図り、自動車等の実
装用として適したガス分析機器を提供するにあ
る。
ガス分析機器において、酸素汲み出し作用を有す
るセルと、このセルから導出される電極リードと
を共通の基板上に堅固に一体化構成することによ
り強度および信頼性の向上を図り、自動車等の実
装用として適したガス分析機器を提供するにあ
る。
本発明は、酸素イオン導電体とガス拡散用開口
とを備えた隔壁によつて測定空間を形成し、前記
酸素イオン導電体の内外表面に一対の電極を設け
て前記測定空間内の拡散酸素ガスの汲み出しを行
い、この酸素ガスの汲み出しに要する電荷量より
ガス組成を決定するガス分析機器において、 長手方向の中央部より一端部側に偏在する幅広
部分を有する絶縁性の長方形セラミツク基板と、 このセラミツク基板の他端部に設けられ、前記
セラミツク基板の厚さ方向に多段的に設けた同心
円からなる異径の円形溝の中心となる基板部分に
穿設された貫通孔と、前記円形溝内に嵌合封着さ
れたジルコニア固体電解質円板と、前記円形溝と
前記固体電解質円板とによつて形成される前記測
定空間と、よりなるセルと、 前記セラミツク基板の表面に白金厚膜の被着に
よりその主要部が形成された複数の金属厚膜リー
ドと、 この金属厚膜リードの各々の一端部を前記ジル
コニア固体電解質円板の内部電極または外部電極
と隣接する白金ワイヤと、 前記金属厚膜リードの他端部を前記セラミツク
基板から導出する端子に接続するべく前記セラミ
ツク基板表面に被着されたガラスフリツト入り白
金厚膜帯と、 先端部に測定ガス導入用の開口を有し、その内
部に前記セラミツク基板がこのセラミツク基板の
前記幅広部分を被うように２個の絶縁カラーの間
に加圧充填された粉体と前記絶縁カラーとによつ
て気密に装着される金属ハウジングと、を備えた
ことを特徴とする。
とを備えた隔壁によつて測定空間を形成し、前記
酸素イオン導電体の内外表面に一対の電極を設け
て前記測定空間内の拡散酸素ガスの汲み出しを行
い、この酸素ガスの汲み出しに要する電荷量より
ガス組成を決定するガス分析機器において、 長手方向の中央部より一端部側に偏在する幅広
部分を有する絶縁性の長方形セラミツク基板と、 このセラミツク基板の他端部に設けられ、前記
セラミツク基板の厚さ方向に多段的に設けた同心
円からなる異径の円形溝の中心となる基板部分に
穿設された貫通孔と、前記円形溝内に嵌合封着さ
れたジルコニア固体電解質円板と、前記円形溝と
前記固体電解質円板とによつて形成される前記測
定空間と、よりなるセルと、 前記セラミツク基板の表面に白金厚膜の被着に
よりその主要部が形成された複数の金属厚膜リー
ドと、 この金属厚膜リードの各々の一端部を前記ジル
コニア固体電解質円板の内部電極または外部電極
と隣接する白金ワイヤと、 前記金属厚膜リードの他端部を前記セラミツク
基板から導出する端子に接続するべく前記セラミ
ツク基板表面に被着されたガラスフリツト入り白
金厚膜帯と、 先端部に測定ガス導入用の開口を有し、その内
部に前記セラミツク基板がこのセラミツク基板の
前記幅広部分を被うように２個の絶縁カラーの間
に加圧充填された粉体と前記絶縁カラーとによつ
て気密に装着される金属ハウジングと、を備えた
ことを特徴とする。
また、前記ガス分析機器において、前記絶縁性
の長方形セラミツク基板はアルミナセラミツク基
板を用いれば好適である。
の長方形セラミツク基板はアルミナセラミツク基
板を用いれば好適である。
さらに、基板上に形成されたジルコニア固体電
解質円板の外部電極および金属厚膜リードの外表
面をセラミツクコーテイングを施せば一層好適で
ある。
解質円板の外部電極および金属厚膜リードの外表
面をセラミツクコーテイングを施せば一層好適で
ある。
次に、本発明に係るガス分析機器の実施例につ
き、添付図面を参照しながら以下詳細に説明す
る。
き、添付図面を参照しながら以下詳細に説明す
る。
第２図および第３図は本発明に係るガス分析機
器の一実施例を示す平面図および縦断面図、第４
図はその要部拡大断面図である。すなわち、第２
図および第３図において、参照符号３０は一枚の
長方形セラミツク基板を示し、この基板３０の長
手方向一端部に酸素汲み出し作用を有するガス分
析セル３２を設けると共にこの基板３０の表面に
セル３２に設けた各電極と接続される貴金属厚膜
リード３４，３６，３８を被着してこれらリード
３４〜３８を基板３０の他端部まで延在させた構
成からなる。
器の一実施例を示す平面図および縦断面図、第４
図はその要部拡大断面図である。すなわち、第２
図および第３図において、参照符号３０は一枚の
長方形セラミツク基板を示し、この基板３０の長
手方向一端部に酸素汲み出し作用を有するガス分
析セル３２を設けると共にこの基板３０の表面に
セル３２に設けた各電極と接続される貴金属厚膜
リード３４，３６，３８を被着してこれらリード
３４〜３８を基板３０の他端部まで延在させた構
成からなる。
しかるに、基板３０は、アルミナ等の絶縁性セ
ラミツク基板からなり、長方形に構成すると共に
その一端部にそれぞれ厚さ方向に同心円からなる
異径の円形溝４０，４２が多段的に位置するよう
プレス成形および焼成し、さらに円形溝４０，４
２と同心に約10μの貫通孔４３をYAGレーザを使
用して穿設する。次いで、基板３０の一側面に、
白金ペーストおよびガラスフリツト（硼珪酸アル
ミ）入りの白金ペーストを第２図に示すパターン
３４，３６，３８，４４に従つて印刷し、乾燥さ
せた後1300℃で同時焼成して白金厚膜リード３
４，３６，３８およびガラスフリツト入り白金厚
膜帯４４を基板３０上に被着する。
ラミツク基板からなり、長方形に構成すると共に
その一端部にそれぞれ厚さ方向に同心円からなる
異径の円形溝４０，４２が多段的に位置するよう
プレス成形および焼成し、さらに円形溝４０，４
２と同心に約10μの貫通孔４３をYAGレーザを使
用して穿設する。次いで、基板３０の一側面に、
白金ペーストおよびガラスフリツト（硼珪酸アル
ミ）入りの白金ペーストを第２図に示すパターン
３４，３６，３８，４４に従つて印刷し、乾燥さ
せた後1300℃で同時焼成して白金厚膜リード３
４，３６，３８およびガラスフリツト入り白金厚
膜帯４４を基板３０上に被着する。
その後、ジルコニア固体電解質円板４６を基板
３０に設けた円形溝４０に遊嵌し埋設する。な
お、円板４６を円形溝４０に対して遊嵌するの
は、熱膨張率差を吸収するためと白金ワイヤを引
出し可能とするためである。また、ジルコニア固
体電解質円板４６は米国ジルカー社製の安定化ジ
ルコニア原料（Y2O3Stabilized ６モル％）を使
用して1550℃で２時間焼成して焼結することによ
つて作成することができる。そして、円形溝４０
への嵌合に先立つて内部電極４８，５０を白金の
スパツタ（約1μ）によりジルコニア固体電解質
円板４６の片側表面に被着し、さらに内部電極４
８，５０のいずれか一方の端線部に白金ワイヤ５
２をパラレルギヤツプスポツト溶接しておく。し
かるに、ジルコニア固体電解質円板４６を基板３
０に嵌合した後両者の封着を行う。この場合、白
金Ｏリング５４（第４図参照）を温度1010℃、時
間60分、応力65MPaの空気雰囲気でホツトプレ
スすることにより、接着強度の高いセラミツク金
属間のハーメチツクシールを行う。封着後、外部
電極５６，５８を白金のスパツタ（1μ）により
形成し、白金ワイヤ５２により内部電極４８，５
０および外部電極５６，５８を白金厚膜リード３
４，３６，３８にパラレルギヤツプスポツト溶接
する。この際、内部電極４８，５０はリードを共
通にできるので、両者は白金Ｏリング５４を介し
て短絡せしめ共通の白金厚膜リード３４に接続す
る。本実施例においては、例えば固体電解質円板
４６を挾んで対向して設けられる内部電極４８と
外部電極５６とをセンシング用電極とし、内部電
極５０と外部電極５８とを酸素汲み出し用電極と
するものとすると、電極４８と電極５６とがそれ
ぞれ接続されている端子６２，６２の間に電圧測
定手段を接続し、これら電極間のネルンストポテ
ンシヤルに基づく電位差を測定して酸素汲み出し
の終点を検出し、電極５０と電極５８とがそれぞ
れ接続されている端子６２，６２の間に直流電源
を接続してセル３２内の空間から酸素汲み出しを
行う。この際、酸素の汲み出しに要した電荷量か
ら測定ガス中の酸素濃度を求めるための電流測定
手段が接続されることは勿論である。なお、上記
より明瞭なように、本実施例においては内部電極
４８と内部電極５０とはセル内において互いに接
続され、共通の端子６２に接続され、かくするこ
とによつてセル構造の簡略化が図られるものの、
電位差測定及び電流測定それぞれに何ら支障が生
じるものではない。ちなみに、測定ガス中の酸素
濃度を酸素の汲み出しに要した時間によつて求め
る場合には、直流電源は定電流源であり、何らか
の時間測定手段をセル外に設ける代わりに、電流
測定手段を省略できるが、これらのことはガス分
析セルの構造には何ら影響を及ぼすものではな
い。なお、本実施例において、第１図に示す温度
検出用電極１８，１８′に相当する電極は、セン
シング用外部電極５６、酸素汲み出し用外部電極
５８等と作用効果上実質的に同一であるため省略
される。
３０に設けた円形溝４０に遊嵌し埋設する。な
お、円板４６を円形溝４０に対して遊嵌するの
は、熱膨張率差を吸収するためと白金ワイヤを引
出し可能とするためである。また、ジルコニア固
体電解質円板４６は米国ジルカー社製の安定化ジ
ルコニア原料（Y2O3Stabilized ６モル％）を使
用して1550℃で２時間焼成して焼結することによ
つて作成することができる。そして、円形溝４０
への嵌合に先立つて内部電極４８，５０を白金の
スパツタ（約1μ）によりジルコニア固体電解質
円板４６の片側表面に被着し、さらに内部電極４
８，５０のいずれか一方の端線部に白金ワイヤ５
２をパラレルギヤツプスポツト溶接しておく。し
かるに、ジルコニア固体電解質円板４６を基板３
０に嵌合した後両者の封着を行う。この場合、白
金Ｏリング５４（第４図参照）を温度1010℃、時
間60分、応力65MPaの空気雰囲気でホツトプレ
スすることにより、接着強度の高いセラミツク金
属間のハーメチツクシールを行う。封着後、外部
電極５６，５８を白金のスパツタ（1μ）により
形成し、白金ワイヤ５２により内部電極４８，５
０および外部電極５６，５８を白金厚膜リード３
４，３６，３８にパラレルギヤツプスポツト溶接
する。この際、内部電極４８，５０はリードを共
通にできるので、両者は白金Ｏリング５４を介し
て短絡せしめ共通の白金厚膜リード３４に接続す
る。本実施例においては、例えば固体電解質円板
４６を挾んで対向して設けられる内部電極４８と
外部電極５６とをセンシング用電極とし、内部電
極５０と外部電極５８とを酸素汲み出し用電極と
するものとすると、電極４８と電極５６とがそれ
ぞれ接続されている端子６２，６２の間に電圧測
定手段を接続し、これら電極間のネルンストポテ
ンシヤルに基づく電位差を測定して酸素汲み出し
の終点を検出し、電極５０と電極５８とがそれぞ
れ接続されている端子６２，６２の間に直流電源
を接続してセル３２内の空間から酸素汲み出しを
行う。この際、酸素の汲み出しに要した電荷量か
ら測定ガス中の酸素濃度を求めるための電流測定
手段が接続されることは勿論である。なお、上記
より明瞭なように、本実施例においては内部電極
４８と内部電極５０とはセル内において互いに接
続され、共通の端子６２に接続され、かくするこ
とによつてセル構造の簡略化が図られるものの、
電位差測定及び電流測定それぞれに何ら支障が生
じるものではない。ちなみに、測定ガス中の酸素
濃度を酸素の汲み出しに要した時間によつて求め
る場合には、直流電源は定電流源であり、何らか
の時間測定手段をセル外に設ける代わりに、電流
測定手段を省略できるが、これらのことはガス分
析セルの構造には何ら影響を及ぼすものではな
い。なお、本実施例において、第１図に示す温度
検出用電極１８，１８′に相当する電極は、セン
シング用外部電極５６、酸素汲み出し用外部電極
５８等と作用効果上実質的に同一であるため省略
される。
前述した白金ワイヤ５２の接続を行つた後、外
部電極５６，５８および白金厚膜リード３４，３
６，３８の保護のため、マグネシアスピネル
（MgO・Al2O3）をプラズマ溶射し、セラミツク
コーテイング６０を厚さ約100μの多孔質状態に
形成する。最後に、端子６２をガラスフリツト入
り白金厚膜帯４に還元雰囲気中でろう付けしてガ
ス分析機器としてのエレメント（第２図および第
３図参照）を完成する。なお、このように構成さ
れたエレメントは、実装の必要から端子６２に適
宜口出リード線を接続する。
部電極５６，５８および白金厚膜リード３４，３
６，３８の保護のため、マグネシアスピネル
（MgO・Al2O3）をプラズマ溶射し、セラミツク
コーテイング６０を厚さ約100μの多孔質状態に
形成する。最後に、端子６２をガラスフリツト入
り白金厚膜帯４に還元雰囲気中でろう付けしてガ
ス分析機器としてのエレメント（第２図および第
３図参照）を完成する。なお、このように構成さ
れたエレメントは、実装の必要から端子６２に適
宜口出リード線を接続する。
第５図は、前述した実施例のエレメントを金属
ハウジングに装着して、所定の使用目的に適した
酸素センサとして構成した場合の実装状態の実施
例を示すものである。すなわち、第５図におい
て、エレメント６４は下部金属ハウジング６６に
絶縁カラー６８と粉体７０を介して装着する。こ
の場合の装着による固定は、粉体７０の加圧充填
によつて達成される。次いで、止め金７２を適宜
金属ハウジング６６に対しスポツト溶接して、絶
縁カラー６８、粉体７０の固定を行い、その後フ
ランジ等を溶接して酸素センサとしての実装を完
了することができる。
ハウジングに装着して、所定の使用目的に適した
酸素センサとして構成した場合の実装状態の実施
例を示すものである。すなわち、第５図におい
て、エレメント６４は下部金属ハウジング６６に
絶縁カラー６８と粉体７０を介して装着する。こ
の場合の装着による固定は、粉体７０の加圧充填
によつて達成される。次いで、止め金７２を適宜
金属ハウジング６６に対しスポツト溶接して、絶
縁カラー６８、粉体７０の固定を行い、その後フ
ランジ等を溶接して酸素センサとしての実装を完
了することができる。
前述した実施例から明らかなように、本発明に
よれば、ガス分析セルを長方形の絶縁性セラミツ
ク基板の一端部に形成し、このセルからの出力信
号を基板表面の他端部に至る白金厚膜リードで伝
達するようにして、セルと厚膜リードとを同一の
セラミツク基板に一体的に形成したエレメントを
構成したものであるから、実装に際して堅固な構
成となり、信頼性の高いものが得られる。また、
セルの製作に際しては、予めプレス成形されたセ
ラミツク基板の円形溝にジルゴニア固体電解質円
板を嵌合封着すれば足り、この場合セルは基板に
一体的に形成されているためその保持が確実とな
り、エレメントの取扱いが極めて簡便となる。さ
らに、セルの電極と接続されるリード線は、厚膜
の形態でセルと同一のセラミツク基板上に被着固
定されるため、リード自体による断線の危険がな
く、しかもセルとリードとが相互分離することも
ない。なお、前記エレメントに対してセラミツク
コーテイングを施すことにより、外部電極および
白金厚膜リードをガスエロージヨンから保護する
ことができ、エレメントの信頼性の向上に有効に
寄与する。従つて、このように構成されたエレメ
ントを所要の金属ハウジング等に装着してなるガ
ス分析機器は、特に自動車用等に実装する酸素セ
ンサ（空熱比計）として好適に応用することがで
きる。
よれば、ガス分析セルを長方形の絶縁性セラミツ
ク基板の一端部に形成し、このセルからの出力信
号を基板表面の他端部に至る白金厚膜リードで伝
達するようにして、セルと厚膜リードとを同一の
セラミツク基板に一体的に形成したエレメントを
構成したものであるから、実装に際して堅固な構
成となり、信頼性の高いものが得られる。また、
セルの製作に際しては、予めプレス成形されたセ
ラミツク基板の円形溝にジルゴニア固体電解質円
板を嵌合封着すれば足り、この場合セルは基板に
一体的に形成されているためその保持が確実とな
り、エレメントの取扱いが極めて簡便となる。さ
らに、セルの電極と接続されるリード線は、厚膜
の形態でセルと同一のセラミツク基板上に被着固
定されるため、リード自体による断線の危険がな
く、しかもセルとリードとが相互分離することも
ない。なお、前記エレメントに対してセラミツク
コーテイングを施すことにより、外部電極および
白金厚膜リードをガスエロージヨンから保護する
ことができ、エレメントの信頼性の向上に有効に
寄与する。従つて、このように構成されたエレメ
ントを所要の金属ハウジング等に装着してなるガ
ス分析機器は、特に自動車用等に実装する酸素セ
ンサ（空熱比計）として好適に応用することがで
きる。
以上、本発明の好適な実施例について説明した
が、本発明は前記実施例に限定されることなく
種々の設計変更をなし得ることは勿論である。
が、本発明は前記実施例に限定されることなく
種々の設計変更をなし得ることは勿論である。
例えば、前述の実施例においては、セラミツク
基板に貫通孔を穿設した場合を示したが、セラミ
ツク基板には貫通孔を設けることなく、ジルコニ
ア固体電解質円板の中心に孔部を穿設してもよ
い。この場合は、セラミツクコーテイングを形成
しないか、もしくは貫通孔相当部のみセラミツク
コーテイングを形成しないようにすれば好適であ
る。なお、セラミツクコーテイングはセンサの応
用分野によつては必ずしも必要としない場合もあ
る。
基板に貫通孔を穿設した場合を示したが、セラミ
ツク基板には貫通孔を設けることなく、ジルコニ
ア固体電解質円板の中心に孔部を穿設してもよ
い。この場合は、セラミツクコーテイングを形成
しないか、もしくは貫通孔相当部のみセラミツク
コーテイングを形成しないようにすれば好適であ
る。なお、セラミツクコーテイングはセンサの応
用分野によつては必ずしも必要としない場合もあ
る。
また、ジルコニア固体電解質円板は、セラミツ
ク基板に必ずしも埋設することを必要としない場
合もあり、この際にはジルコニア固体電解質円板
嵌合用の円形溝は不要であり、前記ジルコニア固
体電解質円板の一側面に必要とする空間形成用の
円形溝のみで足り、ジルコニア固体電解質円板は
セラミツク基板上に穿設すればよい。
ク基板に必ずしも埋設することを必要としない場
合もあり、この際にはジルコニア固体電解質円板
嵌合用の円形溝は不要であり、前記ジルコニア固
体電解質円板の一側面に必要とする空間形成用の
円形溝のみで足り、ジルコニア固体電解質円板は
セラミツク基板上に穿設すればよい。
さらに、セラミツク基板の背面には、必要に応
じて厚膜によるヒータ回路および温度検出回路を
形成することができる。この場合、セラミツク基
板の正面および背面よりリード端子を取出すよう
構成すれば好適である。
じて厚膜によるヒータ回路および温度検出回路を
形成することができる。この場合、セラミツク基
板の正面および背面よりリード端子を取出すよう
構成すれば好適である。
第１図は測定ガスからの酸素汲み出し作用によ
つて酸素濃度を測定するガス分析セルの原理的構
成図、第２図は本発明に係るガス分析機器の一実
施例を示す平面図、第３図は第２図に示すガス分
析機器の縦断面図、第４図は第３図に示すセル部
分の要部拡大断面図、第５図は第２図に示すガス
分析機器の実装状態を示す説明図である。 １０…結合手段、１２…測定空間、１４…壁、
１６…隔壁、１８，１８′…温度検出用電極、２
０，２０′…センシング用電極、２２，２２′…酸
素汲み出し用電極、３０…絶縁性セラミツク、３
２…ガス分析セル、３４，３６，３８…白金厚膜
リード、４０，４２…円形溝、４３…貫通孔、４
４…白金厚膜帯、４６…ジルコニア固体電解質円
板、４８，５０…内部電極、５２…白金ワイヤ、
５４…白金Ｏリング、５６，５８…外部電極、６
０…セラミツクコーテイング、６２…端子、６４
…エレメント、６６…下部金属ハウジング、６８
…絶縁カラー、７０…粉体、７２…止め金。
つて酸素濃度を測定するガス分析セルの原理的構
成図、第２図は本発明に係るガス分析機器の一実
施例を示す平面図、第３図は第２図に示すガス分
析機器の縦断面図、第４図は第３図に示すセル部
分の要部拡大断面図、第５図は第２図に示すガス
分析機器の実装状態を示す説明図である。 １０…結合手段、１２…測定空間、１４…壁、
１６…隔壁、１８，１８′…温度検出用電極、２
０，２０′…センシング用電極、２２，２２′…酸
素汲み出し用電極、３０…絶縁性セラミツク、３
２…ガス分析セル、３４，３６，３８…白金厚膜
リード、４０，４２…円形溝、４３…貫通孔、４
４…白金厚膜帯、４６…ジルコニア固体電解質円
板、４８，５０…内部電極、５２…白金ワイヤ、
５４…白金Ｏリング、５６，５８…外部電極、６
０…セラミツクコーテイング、６２…端子、６４
…エレメント、６６…下部金属ハウジング、６８
…絶縁カラー、７０…粉体、７２…止め金。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 酸素イオン導電体とガス拡散用開口とを備え
た隔壁によつて測定空間を形成し、前記酸素イオ
ン導電体の内外表面に一対の電極を設けて前記測
定空間内の拡散酸素ガスの汲み出しを行い、この
酸素ガスの汲み出しに要する電荷量よりガス組成
を決定するガス分析機器において、 長手方向の中央部より一端部側に偏在する幅広
部分を有する絶縁性の長方形セラミツク基板と、 このセラミツク基板の他端部に設けられ、前記
セラミツク基板の厚さ方向に多段的に設けた同心
円からなる異径の円形溝の中心となる基板部分に
穿設された貫通孔と、前記円形溝内に嵌合封着さ
れたジルコニア固体電解質円板と、前記円板溝と
前記固体電解質円板とによつて形成される前記測
定空間と、よりなるセルと、 前記セラミツク基板の表面に白金厚膜の被着に
よりその主要部が形成された複数の金属厚膜リー
ドと、 この金属厚膜リードの各々の一端部を前記ジル
コニア固体電解質円板の内部電極または外部電極
と接続する白金ワイヤと、 前記金属厚膜リードの他端部を前記セラミツク
基板から導出する端子に接続するべく前記セラミ
ツク基板表面に被着されたガラスフリツト入り白
金厚膜帯と、 先端部に測定ガス導入用の開口を有し、その内
部に前記セラミツク基板がこのセラミツク基板の
前記幅広部分を被うように２個の絶縁カラーの間
に加圧充填された粉体と前記絶縁カラーとによつ
て気密に装着される金属ハウジングと、 を備えたことを特徴とするガス分析機器。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のガス分析機器に
おいて、前記絶縁性の長方形セラミツク基板はア
ルミナセラミツク基板からなるガス分析機器。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載のガ
ス分析機器において、基板上に形成されたジルコ
ニア固体電解質円板の外部電極および金属厚膜リ
ードの外表面をセラミツクコーテイングしてなる
ガス分析機器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58021727A JPS59147250A (ja) | 1983-02-14 | 1983-02-14 | ガス分析機器 |
| US06/576,636 US4574042A (en) | 1983-02-14 | 1984-02-03 | Gas analyzing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58021727A JPS59147250A (ja) | 1983-02-14 | 1983-02-14 | ガス分析機器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59147250A JPS59147250A (ja) | 1984-08-23 |
| JPH037269B2 true JPH037269B2 (ja) | 1991-02-01 |
Family
ID=12063102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58021727A Granted JPS59147250A (ja) | 1983-02-14 | 1983-02-14 | ガス分析機器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4574042A (ja) |
| JP (1) | JPS59147250A (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4908119A (en) * | 1986-09-01 | 1990-03-13 | Nippondenso Co., Ltd. | Apparatus for determining oxygen concentration |
| EP0273304B1 (en) * | 1986-12-19 | 1992-07-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Oxygen sensor |
| DE3807907A1 (de) * | 1987-03-13 | 1988-10-13 | Mitsubishi Motors Corp | Sauerstoffuehler, und lambdaregelung fuer eine brennkraftmaschine mit einem solchen fuehler |
| DE3834987A1 (de) * | 1988-10-14 | 1990-04-19 | Bosch Gmbh Robert | Sensorelement fuer grenzstromsensoren zur bestimmung des (lambda)-wertes von gasgemischen |
| US5384030A (en) * | 1994-02-15 | 1995-01-24 | General Motors Corporation | Exhaust sensor including a composite tile sensing element and methods of making the same |
| US5739414A (en) * | 1996-02-12 | 1998-04-14 | General Motors Corporation | Sensor with glass seal |
| US5817920A (en) * | 1997-03-18 | 1998-10-06 | General Motors Corporation | Oxygen sensor with annular support member providing improved mechanical shock resistance |
| JP3701124B2 (ja) * | 1998-07-08 | 2005-09-28 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ及び窒素酸化物センサ |
| US10533965B2 (en) | 2016-04-19 | 2020-01-14 | Industrial Scientific Corporation | Combustible gas sensing element with cantilever support |
| CN109565516A (zh) | 2016-04-19 | 2019-04-02 | 工业科技有限公司 | 工作人员安全系统 |
| RU186865U1 (ru) * | 2018-09-20 | 2019-02-06 | Егор Владимирович Широких | Газоанализатор горючих газов |
| US11246187B2 (en) | 2019-05-30 | 2022-02-08 | Industrial Scientific Corporation | Worker safety system with scan mode |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5516603A (en) * | 1978-07-18 | 1980-02-05 | Toushiyuu Hen | Automatic bubble fire extinguisher |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL7309537A (nl) * | 1973-07-09 | 1975-01-13 | Philips Nv | Gasanalyse-apparaat. |
| US3989614A (en) * | 1975-01-08 | 1976-11-02 | Tseng Ying Tien | Gas sensor |
| US3940327A (en) * | 1975-04-11 | 1976-02-24 | Universal Oil Products Company | Oxygen sensing device |
| US4119513A (en) * | 1977-03-07 | 1978-10-10 | Uop Inc. | Oxygen sensor for industrial air/fuel control |
| DE2923483A1 (de) * | 1979-06-09 | 1980-12-11 | Bosch Gmbh Robert | Polarographischer messfuehler fuer die bestimmung des sauerstoffgehaltes in gasen, insbesondere in abgasen von verbrennungsmotoren |
| US4272331A (en) * | 1980-03-03 | 1981-06-09 | Ford Motor Company | Oscillatory mode oxygen sensor and method |
| JPS57211543A (en) * | 1981-06-23 | 1982-12-25 | Nissan Motor Co Ltd | Electric current control device for oxygen sensor |
-
1983
- 1983-02-14 JP JP58021727A patent/JPS59147250A/ja active Granted
-
1984
- 1984-02-03 US US06/576,636 patent/US4574042A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5516603A (en) * | 1978-07-18 | 1980-02-05 | Toushiyuu Hen | Automatic bubble fire extinguisher |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4574042A (en) | 1986-03-04 |
| JPS59147250A (ja) | 1984-08-23 |
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