JPH0423212B2 - - Google Patents
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- JPH0423212B2 JPH0423212B2 JP57195431A JP19543182A JPH0423212B2 JP H0423212 B2 JPH0423212 B2 JP H0423212B2 JP 57195431 A JP57195431 A JP 57195431A JP 19543182 A JP19543182 A JP 19543182A JP H0423212 B2 JPH0423212 B2 JP H0423212B2
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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
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ガス中の酸素含量を測定するための
センサに関するものである。
センサに関するものである。
かかるセンサは、例えば西独国公開特許第
2742278号明細書に示され、この明細書に示され
ているセンサは、イオン導電性を示す固体電解質
が、両側に電極被膜を備える隔壁の形態で使用さ
れている。既知含量の酸素を含有するガスが隔壁
の片側に基準ガスとして存在し、未知濃度の酸素
を含有するガスがもう一方の側に存在する。この
結果、電位差が２つの電極被膜間に確立され、こ
れにより物質を介して固体電解質内を酸素イオン
により輸送される電流が流れる。この電流は隔壁
の両側における酸素濃度の比に比例する値を有
し、従つてこれにより未知酸素濃度を計算するこ
とができる。
2742278号明細書に示され、この明細書に示され
ているセンサは、イオン導電性を示す固体電解質
が、両側に電極被膜を備える隔壁の形態で使用さ
れている。既知含量の酸素を含有するガスが隔壁
の片側に基準ガスとして存在し、未知濃度の酸素
を含有するガスがもう一方の側に存在する。この
結果、電位差が２つの電極被膜間に確立され、こ
れにより物質を介して固体電解質内を酸素イオン
により輸送される電流が流れる。この電流は隔壁
の両側における酸素濃度の比に比例する値を有
し、従つてこれにより未知酸素濃度を計算するこ
とができる。
固体電解質内のイオンの移動度は著しく温度に
左右され、この温度依存性の結果、酸素量測定も
温度に依存する感度を有する。実際、測定中固体
電解質の温度は少なくとも250℃でなければなら
ない。
左右され、この温度依存性の結果、酸素量測定も
温度に依存する感度を有する。実際、測定中固体
電解質の温度は少なくとも250℃でなければなら
ない。
この既知タイプの酸素センサの欠点は、正確に
一定に維持されている酸素濃度を有する基準ガス
が必要であるということである。
一定に維持されている酸素濃度を有する基準ガス
が必要であるということである。
本発明の目的は、かかる基準ガスを使用するこ
となく作動するセンサを提供することである。
となく作動するセンサを提供することである。
両側に電極被膜を備えるイオン導電性の固体電
解質を使用する前記タイプのセンサは、本発明に
おいては、固体電解質が電極被膜を備えるタブレ
ツト形態の安定化したBi2O3から成りかつ分析す
べきガスにより全体的に包囲され、電極被膜間の
抵抗が酸素分圧に依存する量として測定されるこ
とを特徴とする。
解質を使用する前記タイプのセンサは、本発明に
おいては、固体電解質が電極被膜を備えるタブレ
ツト形態の安定化したBi2O3から成りかつ分析す
べきガスにより全体的に包囲され、電極被膜間の
抵抗が酸素分圧に依存する量として測定されるこ
とを特徴とする。
Bi2O3を、酸化イツトリウム、原子番号62〜70
を有するランタニド群から選ばれた元素の酸化
物、最終酸化数（terminal values）の酸化ニオ
ブ、酸化タンタルまたは酸化タングステンの添加
による既知方法により安定化する。安定化の結
果、この物質は面心立方格子を得、この構造にお
いてのみこれをセンサとして使用することができ
る。
を有するランタニド群から選ばれた元素の酸化
物、最終酸化数（terminal values）の酸化ニオ
ブ、酸化タンタルまたは酸化タングステンの添加
による既知方法により安定化する。安定化の結
果、この物質は面心立方格子を得、この構造にお
いてのみこれをセンサとして使用することができ
る。
本発明のセンサの操作は、酸素分圧の関数とし
ての電極抵抗の変化に基づく。直流電圧により、
電極／電解質の組合せ体抵抗を測定する。これに
関して： Ｒ電極＝Ｒ合計−Ｒ電解質＝Ｋ・PO2 n の関係がある、ここで Ｒ合計は測定すべき量； Ｒ電解質およびＫは酸素分圧に無関係であり、
既知の温度関数である。所定の選択温度ではＲ電
解質およびＫは一定である。従つてこの場合測定
もまた一定に維持された特定の温度で行なわれな
ければならない。
ての電極抵抗の変化に基づく。直流電圧により、
電極／電解質の組合せ体抵抗を測定する。これに
関して： Ｒ電極＝Ｒ合計−Ｒ電解質＝Ｋ・PO2 n の関係がある、ここで Ｒ合計は測定すべき量； Ｒ電解質およびＫは酸素分圧に無関係であり、
既知の温度関数である。所定の選択温度ではＲ電
解質およびＫは一定である。従つてこの場合測定
もまた一定に維持された特定の温度で行なわれな
ければならない。
これは、選択された特定電極形態に適合し；上
記式におけるＫ並びに指数ｎはこの電極形態に左
右される。例えば網電極に関してｎ＝−3/8であ
り、スパツタ化した電極に関してｎ＝−1/2であ
る。
記式におけるＫ並びに指数ｎはこの電極形態に左
右される。例えば網電極に関してｎ＝−3/8であ
り、スパツタ化した電極に関してｎ＝−1/2であ
る。
電極形態およびタブレツト寸法を正確に選択す
る場合には電解質の抵抗値が全体の抵抗に関し小
であり、無視される場合もある。正確な値を得る
ことができる測定範囲は、センサの温度／酸素分
圧の組合せの選択および電極の性質に左右され、
これは一般に500〜800℃の温度および10-3〜１気
圧（102〜105Pa）の酸素分圧範囲である。この方
法では電極の固体電解質との接触面を小さくする
と、この範囲は酸素分圧の更に高い値の方へ移行
する。
る場合には電解質の抵抗値が全体の抵抗に関し小
であり、無視される場合もある。正確な値を得る
ことができる測定範囲は、センサの温度／酸素分
圧の組合せの選択および電極の性質に左右され、
これは一般に500〜800℃の温度および10-3〜１気
圧（102〜105Pa）の酸素分圧範囲である。この方
法では電極の固体電解質との接触面を小さくする
と、この範囲は酸素分圧の更に高い値の方へ移行
する。
本システムの独特な特徴は、使用することので
きる温度範囲が他のシステム、例えばY2O3によ
り安定したZrO2の場合よりも著しく低く、あま
り低いので老化による影響が殆ど見られないこと
である。更に酸素分圧の関数としての抵抗は、測
定範囲内で極小が生ずる他のシステムとは対照的
に単一変化を示す。
きる温度範囲が他のシステム、例えばY2O3によ
り安定したZrO2の場合よりも著しく低く、あま
り低いので老化による影響が殆ど見られないこと
である。更に酸素分圧の関数としての抵抗は、測
定範囲内で極小が生ずる他のシステムとは対照的
に単一変化を示す。
本発明のセンサの電極被膜は貴金属例えばPb
またはAuから成るが、白金が好ましい。また、
本発明のセンサが小型化に適することも利点であ
る。
またはAuから成るが、白金が好ましい。また、
本発明のセンサが小型化に適することも利点であ
る。
前述の如く、本発明のセンサでは他のシステム
における如くサーモスタツトの使用が必要である
という欠点がある。然しこのことは２種の交流周
波数、低い値（100Hz未満）および高い値（10K
Hzまたはそれ以上）で電解質抵抗を測定すること
により回避することができる。温度は、インピー
ダンスの実数部分と虚数部分が与えられるイピー
ダンスサークル（circle）により測定することが
できる。高周波数で上記サークルは軸と交差し、
電解質の抵抗を与え、低周波数でも上記サークル
は軸と交差し、電解質と電極の合計の値を与え
る。高周波数での抵抗値を温度の関数として補正
曲線上にプロツトすることができる。この方法
で、所要に応じてマイクロプロセツサーに記憶さ
れた基準曲線により温度を読み取ることができ
る。この場合熱電対はセンサに不必要であるが、
交流電圧信号の発生器および、できるだけこれに
接続される回路を有するマイクロプロセツサーが
必要であることはもちろんである。
における如くサーモスタツトの使用が必要である
という欠点がある。然しこのことは２種の交流周
波数、低い値（100Hz未満）および高い値（10K
Hzまたはそれ以上）で電解質抵抗を測定すること
により回避することができる。温度は、インピー
ダンスの実数部分と虚数部分が与えられるイピー
ダンスサークル（circle）により測定することが
できる。高周波数で上記サークルは軸と交差し、
電解質の抵抗を与え、低周波数でも上記サークル
は軸と交差し、電解質と電極の合計の値を与え
る。高周波数での抵抗値を温度の関数として補正
曲線上にプロツトすることができる。この方法
で、所要に応じてマイクロプロセツサーに記憶さ
れた基準曲線により温度を読み取ることができ
る。この場合熱電対はセンサに不必要であるが、
交流電圧信号の発生器および、できるだけこれに
接続される回路を有するマイクロプロセツサーが
必要であることはもちろんである。
本発明を次の実施例につき説明する。
実施例 １
７mmの直径および1.5mmの厚さを有する組成物
（Bi2O3）0.80（Er2O3）0.20
の焼結したタブレツトの両側の主要面に、スパツ
タリングにより厚さ0.7μｍの白金層を設けた。こ
の構造に対して前記式中のｎの値はｎ＝−1/2で
ある。
タリングにより厚さ0.7μｍの白金層を設けた。こ
の構造に対して前記式中のｎの値はｎ＝−1/2で
ある。
700℃での測定により以下の値を得た：
Ｒ電極（100％O2）＝2.6Ω
〃 （1.6％O2）＝22.3Ω
Ｒ電解質 2.5Ω
Ｋ＝2.7±0.1；
550℃での測定により以下の値を得た：
Ｒ電極（100％O2）＝62Ω
Ｒ電極（1.6％O2）＝420Ω
Ｒ電解質 130Ω
Ｋ＝58／±４。
実施例 ２
実施例１で使用したものと同じ組成を有するタ
ブレツトを、200メツシユ／cm2を有する２つの白
金の網の間にはさんだ。この構造に対しては、前
記式中のｎの値をｎ＝−3/8に維持した。
ブレツトを、200メツシユ／cm2を有する２つの白
金の網の間にはさんだ。この構造に対しては、前
記式中のｎの値をｎ＝−3/8に維持した。
700℃での測定により以下の値を得た；
Ｒ電極（100％O2）＝73Ω
Ｒ電極（1.6％O2）＝353Ω
Ｒ電解質 5Ω
Ｋ＝74±１；
550℃では次の値を得た：
Ｒ電極（100％O2）＝1420Ω
Ｒ電極（1.6％O2）＝5400Ω
Ｒ電解質 490Ω
Ｋ＝1300±100。
Claims (1)
- １ イオン導電性を示し両側に電極被膜を備える
固体電解質を使用することによりガス中の酸素含
有量を測定するセンサにおいて、固体電解質が電
極被膜を備えるタブレツト形態の、安定化剤を加
えることにより結晶構造を安定化したBi2O3から
成りかつ分析すべきガスにより包囲され、電極被
膜間の抵抗が酸素分圧に依存する量として測定さ
れることを特徴とするガス中の酸素含有量測定セ
ンサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8105116 | 1981-11-12 | ||
| NL8105116A NL8105116A (nl) | 1981-11-12 | 1981-11-12 | Sensor voor het bepalen van het zuurstofgehalte in een fluidum. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5888645A JPS5888645A (ja) | 1983-05-26 |
| JPH0423212B2 true JPH0423212B2 (ja) | 1992-04-21 |
Family
ID=19838359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57195431A Granted JPS5888645A (ja) | 1981-11-12 | 1982-11-09 | ガス中の酸素含量測定センサ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4770761A (ja) |
| EP (1) | EP0079652B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5888645A (ja) |
| CA (1) | CA1198345A (ja) |
| DE (1) | DE3277080D1 (ja) |
| NL (1) | NL8105116A (ja) |
Families Citing this family (6)
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| US5183801A (en) * | 1989-04-24 | 1993-02-02 | Gas Research Institute | Stabilized bismuth oxide |
| US5332524A (en) * | 1992-04-20 | 1994-07-26 | Valkyrie Scientific Proprietary, L.C. | Methods for dissolving water soluble polymers and compositions using same |
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| DE19617297A1 (de) | 1996-04-30 | 1997-11-13 | Brand Gerhart Rosemarie | Simultane Detektion von oxidierbaren und reduzierbaren Gasen mit Metalloxidsensoren unter Einsatz von Impedanzspektroskopie |
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- 1982-11-09 JP JP57195431A patent/JPS5888645A/ja active Granted
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- 1982-11-10 DE DE8282201422T patent/DE3277080D1/de not_active Expired
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| JPS55162052A (en) * | 1979-05-31 | 1980-12-17 | Bosch Gmbh Robert | Polarograph measuring sensor for oxygen content of gas |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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