JPH04232826A - 電気化学的力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に力および圧力を感
知して生成する装置、特に電気化学的プロセスによって
電圧に機械的な力または圧力を可逆的に変換する圧力変
換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】力および圧力を測定するいくつかの方法
は技術的に知られている。重力列測定を除いて、このよ
うな方法は一般に与えられた圧力を電圧に変換するため
に圧力変換器を使用する。圧力変換器は一般に電圧を発
生するために与えられた圧力によって導出された中間的
な物理的変位に依存している。変換原理または物理的変
位を電圧または電流回路中の変化に変換する手段は、最
近の科学において知られている多数の物理的な関係によ
って変化する。しかしながら、変換技術の一般的な使用
は比較的少数のものに限定されている。これらは本質的
に抵抗、インダクタンスおよび磁気抵抗の変化に関与し
ている。有効なデータは、このような変換器に入力電圧
を供給し、測定されるべき圧力または力の供給の中間結
果として生成された変位の変化の関数として出力電圧を
発生することによって得られる。

【０００３】残りの変換原理のうち、圧電および振動ワ
イヤタイプが最も普通に使用されている。圧電変換器は
時間にわたる歪の変化率に比例して出力電圧を生成する
結晶材料を使用する。出力電圧はダイナミック状況下だ
けで生成されるため、圧電装置は静止または一定状態の
圧力または力測定に対して使用されることができない。 それは通常振動またはダイナミック圧力を測定する小型
計器として使用される。

【０００４】振動ワイヤ変換器は、その張力および歪が
与えられた圧力または力に応じて変化するように支持さ
れた微細なワイヤを含んでいる。このワイヤが永久磁石
の磁極間に存在する場合、それは発振電圧の供給時にそ
の自然周波数で振動する。振動ワイヤ変換出力は、与え
られた圧力または力によって誘導されたワイヤ張力の変
化に応じて周波数が変化する発振電圧である。

【０００５】これらの変換原理は、それぞれセンサから
電圧出力を発生するために変位を必要とする。圧力測定
は、制限された移動が許容されているフレキシブルな材
料にわたって与えられた圧力を合計することによって行
われる。フレキシブル部材はダイヤグラム、カプセル、
ベローズまたはオルガンの管等の種々の形態にすること
ができる。これらはそれぞれ与えられた圧力下で制限さ
れた変位を行う。絶対的な圧力は一般に通常ゼロに近い
基準圧力でカプセルまたはベローズ構造、或は計器室の
いずれかを密封することによって決定される。ゲージ圧
力（周辺大ガス圧力に関する）は一般に周辺状態に計器
の基準側を接続することによって測定される。圧力差は
、感知部材の対向した側にアクセスする２つの圧力を導
くことによって測定される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の変換技術はそれ
ぞれいくつかの制限を受ける。圧電変換器を除いて、こ
のような方法は全て分離した電源を必要とする。圧電変
換器は分離した電源を必要としないが、静止圧力測定に
は利用できない。圧電変換器を除いて、上記の変換技術
は自己較正を行うことができない。圧電変換器は往復原
理によって自己較正されることができるが、この方法は
ダイナミック（正弦曲線的に変動する）圧力に対しての
み有効である。較正基準を参照せずに静止圧力の絶対値
を正確に感知するように較正されることができる簡単な
自己較正圧力センサは技術的に知られていない。

【０００７】力または圧力を簡単に測定する以外に、２
つの別の関連した感知要求が技術的に存在する。第１に
、混合気体中の１つの気体の分圧の測定がしばしば要求
される。例えば、酸素（Ｏ２　）の分圧の直接感知は医
療、生物学、自動車エンジニアリング、化学、石油エン
ジニアリングその他において技術的に要求されている。 第２に、ロボット技術において力または圧力を感知する
性能に所望の力または圧力を生成する性能を結合する変
換器が必要とされていることは良く知られている。この
ような装置は力または圧力センサ／作動体と考えられて
よく、ロボット操作装置に有効である。変換現象が非可
逆的であるか、或は（圧電変換器の場合のように）変換
現象が静止状況下において存在しないため、上記の力変
換技術はこれらの重要な要求のいずれかを満足させるこ
とができない。

【０００８】酸素の分圧を測定する別の方法は、Ｒ．Ｒ
ｉｃｈｔｅｒ氏により論文（“ＭｅａｓｕｒｉｎｇＡｂ
ｓｏｌｕｔｅ　Ｏｘｙｇｅｎ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　”，
ＮＡＳＡ　Ｔｅｃｈ　Ｂｒｉｅｆ　８　，Ｎｏ．３，Ｉ
ｔｅｍ＃９７　，１９８４年，Ｊｅｔ　　Ｐｒｏｐｕｌ
ｓｉｏｎ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　）において報告され
ている。Ｒｉｃｈｔｅｒ氏は高温（＞１０００℃）のジ
ルコニア電解質燃料電池で酸素の分圧の測定のために使
用した。Ｒｉｃｈｔｅｒ氏の方法は酸素の分圧を測定す
るのに有効ではない。Ｒｉｃｈｔｅｒ氏の方法は周辺温
度で他の電気化学アクチブガス（例えば、Ｈ２　，Ｃｌ
２　等）の分圧を測定するのにも有効ではない。

【０００９】電気化学セルは典型的に陰極と陽極とのそ
れと間に接触して電解質膜を位置することによって形成
される。このようなセルは電気を発生するか（燃料セル
として）、或は機械動作を行うか（モータとして）のい
ずれかが可能であるが、これまで力または圧力を感知ま
たは生成する変換器として使用されてはいない。セルが
電気を発生する燃料セルとして構成された場合、Ｗｅｎ
ｔｗｏｒｔｈ氏により米国特許第３，４１８，１６８　
号明細書に記載されているように水素のような燃料ガス
は陽極に供給され、酸素のようなガス状酸化体は陰極に
供給される。セルが機械エネルギを生成するためにモー
タとして構成された場合、Ｍａｇｎｅｔ　氏よる米国特
許第４，４０２，８１７　号明細書に記載されているよ
うに電圧は陽極・陰極間に供給され、酸化／還元反応に
入ることができる電気化学的にアクチブなガスは陽極に
供給される。これらの特許出願はいずれも力または圧力
センサとしての電気化学セルの使用を教示および示唆し
ていない。このような適応は本発明者による米国特許出
願０７／５６３，０５０号明細書（“Ｅｆｆｉｃｉｅｎ
ｔ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｏｔｏｒ　”
）に簡単に記載されている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、膜の両面間の
圧力差と電圧との間の可逆的な変換をする圧力変換器と
して電解質膜を使用する電気化学反応力センサである。 本発明は接触力を感知して反応することができる反応接
触センサを提供する。これは、電解質膜センサおよび反
応駆動装置を集積して簡単な小型制御装置によって動作
される単一の素子にする実施態様によって実現される。 本発明はまた圧力基準を参照せずに、簡単な自己較正過
程を使用することによって絶対圧力の正確な測定を行う
簡単な自己較正型の受動圧力センサを提供する。本発明
の利点は、別の実施態様において酸素（Ｏ２　）、水素
（Ｈ２　）およびいくつかのハロゲンのような複数の電
気化学的にアクチブなガス用の直接分圧ガスセンサ提供
することである。

【００１１】本発明は従来の関連技術に対していくつか
の利点を提供する。電気化学変換現象は可逆的である。 これは本発明が力の感知および供給または作用の両者に
十分適合することを意味する。電気化学力センサ／作動
体の精度は、変換現象の特性により内部較正を特に行わ
なくても０．０５％を越える。

【００１２】変換現象の可逆性による付加的な利点は、
簡単な自己較正過程に対する能力である。電気化学圧力
センサの二重室の実施例は、出力電圧を最初に測定し、
既知の期間既知の直流電流を供給し、出力電圧を再測定
することによって自己較正されることができる。簡単な
代数関係を使用すると、電解質膜の両側の電気化学ガス
の絶対圧力は電圧および電流測定手段だけによって制限
される精度および正確さにより較正されることができる
。適用できる式は、電解質膜を通る電流が１単位時間当
たり電解質膜を横切って転送されたイオン数に等しい電
気化学変換現象の試験から理解されることができる。 電解質膜を横切るガス圧力比はまた膜を横切って転送さ
れたイオン数（ガス分子）に関連し、正確な関係は膜電
流と膜圧力比との間に存在する。すなわち、流れている
電子の数は、電解質膜を横切る圧力差によって生じた拡
散損失を除いて、転送されたガス分子数と厳密に関連し
ている。センサ電圧出力に応答して電解質膜にバイアス
電流を供給する簡単な制御手段は拡散損失を補償する。 すなわち、逆拡散ガス流は測定された圧力差に対して計
算された拡散評価に応答して制御装置によって自動的に
誘起される。

【００１３】電気化学変換現象の可逆性による本発明の
さらに別の利点は、同じ感知装置を使用して所望の力を
生成する性能である。これは、機械的なグリッパーまた
は操作装置において使用するロボット技術への適応性を
有する。ほとんどの接触センサは受動的である。機械的
な作動体は操縦装置を接触力に応答させるためにかなり
のフィードバックおよび計算を要求する。本発明は、電
解質膜に電流を供給する手段へのセンサ出力電圧の簡単
なフィードバックを含む簡単な局部制御手段により接触
力を感知して応答することができる実施態様を許容する
。作動体／センサによって与えられた力は供給された電
流に対して直ちに正確に応答する。

【００１４】電解質膜は膜表面におけるイオン反応に関
与する電気化学的にアクチブなガスの分子だけを転送す
るため、本発明は特に水素、酸素およびハロゲンのよう
な選択された電気化学的にアクチブなガスの分圧の測定
に適している。事実、電解質膜の一面が測定中にガスに
さらされた場合、電解質膜出力電圧は常にガス混合圧の
比ではなく電解質膜を横切る分圧の比に直接関連してい
る。

【００１５】本発明の別の利点は小型化への適合性であ
る。電解質膜からの出力電圧は膜面積に関連していない
。したがって、例えば２ｍｍ２　より小さい面積を持つ
膜は体内血圧および細胞圧の測定用の導管内で使用する
圧力センサとして効果的に機能することができる。技術
的に知られている従来の典型的な圧力センサ変換器は、
変換器出力信号を発生するいくつかの物理的な変位に依
存し、これらのセンサは多数の可動部品を具備している
ことが多く、それによって小型化の実現を制限している
。

【００１６】最後に、本発明は高性能、小電力要求およ
びフレキシブルな幾何学形状の利点を提供する。これら
全ての利点は可動部品（フレキシブルなベローズまたは
ダイヤグラムを除く）を不要にし、結果的に本発明の好
ましい実施例に対して生産コストを低くする。

【００１７】本発明の単一室の実施例の素子は、電気化
学セルの両側に電気的に接続する手段を有するセンサハ
ウジング中に配置された電気化学セルを含む。二重室型
圧力または力センサの実施例はさらに２つの内部ガス室
の一方に外部圧力を伝達するためにハウジングの一端に
ダイヤグラムまたはベローズを含む。２つの内部ガス室
はそれぞれ電気化学的にアクチブなガス、好ましくは水
素を充填されている。２つの内部ガス室の一方は温度セ
ンサを含む。温度センサ出力および電気化学セル出力電
圧に応答するセンサ／作動体制御手段は、膜を横切るガ
ス拡散によって生じた圧力差を補償するために必要なバ
イアス電流および装置によって感知された圧力値を計算
して表示するために必要な信号を供給する。

【００１８】集積されたセンサ／作動体の実施例は電気
化学セル駆動電流用の付加的な小型制御装置を含み、電
気化学セル出力電圧（感知された圧力）および所望の接
触を設定する遠隔ロボット制御信号に応答する。この局
部的な小型制御装置は、駆動電流を変化し、それによっ
てダイヤグラムまたはベローズ下のガス圧力を変化する
ことによって感知された力に応答する。局部的に制御さ
れる圧力変化は、ロボット機械操作装置に有効な外部環
境との物理的な圧力相互作用を構成する。

【００１９】本発明はまた同一出願人による米国特許出
願０７／５６３，０５０号明細書（“Ｅｆｆｉｃｉｅｎ
ｔ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｏｔｏｒ　”
）に記載されているように理想的に電気化学モータにお
ける内部圧力センサとしての適応に適している。

【００２０】本発明の上記およびその他の特徴および利
点は、以下の説明、特許請求の範囲および添付図面から
明らかになるであろう。

【００２１】

【実施例】本発明の３つの示された実施例は、圧力およ
び力センサおよび作動体として最も重要である。

【００２２】図１は、膜１６の両側の透過性導体１８お
よび２０と、電極／イオノマー装置の両側に堅牢な支持
体を構成する印刷回路板（ＰＣＢ）１７および１９を有
する堅牢に支持された電解質膜１６によって分離された
基準室１２および感知室１４を有する二重室電気化学圧
力センサ１０を示す。感知室１４は、感知室１４内の圧
力が外部測定圧力と等しくなるまで外部測定圧力下で変
形するフレキシブルなダイヤグラム２２を具備している
。室１２および１４は共に電気化学的にアクチブなガス
を含んでいる。堅牢な支持部１７および１９、並びに電
極１８および２０は電気化学的にアクチブなガスに対し
て透過性であり、ガス分子が電極面からイオノマー１６
の表面間を移動することを可能にする。

【００２３】室１２の圧力が室１４と異なる場合、結果
的に電極１２とイオノマー１６との間の表面のガス分子
の還元、並びにイオノマー１６と電極２０との間の境界
面におけるガスイオンの酸化を発生させる良く知られた
プロセスが生じる。このプロセスに関して、水素ガスの
場合、電子はこのような各還元に対して電極１８から除
去され、このような各酸化に対して電子が電極２０に与
えられる。このプロセスは室２　および１４の圧力比を
逆にするだけで逆転される。全体的なプロセスは結果的
に電極１８と２０との間に電圧を生成し、これは電圧計
２４によって測定される。電圧計２４の内部インピーダ
ンスが非常に高い場合、電極１８および２０間に電流は
流れず、膜１６を横切るイオン転送は生ぜず、それによ
り圧力により生じる拡散損失を除いて室１２と１４間の
相対圧力差を他の影響を受けることなく維持する。

【００２４】この電気化学変換現象の実際の適応には、
図１において膜１６、電極１８および２０並びにＰＣＢ
１７および１９の組合せとして示された堅牢に支持され
たＥＥセルを使用することが必要である。このようなセ
ルまたはセパレータは高いイオン導電性およびセパレー
タを横切る圧力差によって誘導される低いガス拡散を有
していなければならない。ペルフロロスルホン化された
イオノマー膜はこの目的に良く適しており、技術的に良
く知られている。例えば、Ｈ．Ｍａｇｅｔ氏による論文
（“Ｉｏｎ　　Ｅｘｃｈａｎｇｅ　Ｍｅｍｂｒａｎｅ　
Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌｓ”，Ｈａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　　
Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　，Ｃ．Ｂ
ｅｒｇｅｒ　，Ｅｄｉｔｏｒ　，Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈ
ａｌｌ　，１９６８年）を参照されたい。

【００２５】Ｌａ　Ｃｏｎｔｉ、Ａ．．氏他による論文
（“Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎ
ｄ　　Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｆｏｒ　　Ｅｎｅｒｇｙ　
Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓ”，ＥＣＳ　　Ｐｒｏｃｅｅｄ
ｉｎｇｓ，３５４　乃至３７４　頁，１９７７年）を参
照されたい。

【００２６】重要な第２の実施例は図２に示された分圧
ガスセンサである。図２Ａは、基準室１２および膜１６
、電極１８および２０、並びに測定されるガス圧力にさ
らされた堅牢な支持部１７および１９を含む電気化学セ
ルを有するガスセンサ２６を示す。基準室１２は酸素で
あることができる電気化学的にアクチブなガスを含む。 電極２０が空気混合物にさらされた場合、電気化学セル
を横切って生じる酸化物還元プロセスは空気混合物２８
中の電気化学的にアクチブなガス圧力に対する基準室１
２中の電気化学的にアクチブなガス圧力の比を関連させ
る電圧を電極１８と２０間に誘導する。したがって、図
２Ａに示された実施例は、空気混合物２８の電気化学的
にアクチブなガス成分の分圧を測定するように動作する
ことが理解される。水素、酸素または選択されたハロゲ
ンのいずれかの所望の成分は基準室１２中の電気化学的
にアクチブなガスの化学的比で形成される。

【００２７】図２Ｂを参照すると、類似した分圧ガスセ
ンサの実施例が示されている。しかしながら、半透過性
の膜３０はイオノマー１６の湿気成分の蒸発を防止する
ように電気化学セル装置をカバーするように付加される
。膜３０は測定される電気化学ガスに対しては透過性で
あり、一方湿気に対しては非透過性であるように選択さ
れる。

【００２８】重要な第３の実施例は以降詳細に論じられ
る図３に示された二重室力センサである。

【００２９】図３を参照すると、二重室圧力センサ１０
は医療適用に適切な導管（カテーテル）ベースの実施例
に含まれている。図３Ｂは導管３６の外側および内側の
、それぞれめっきされた導体管３２および３４の図３Ａ
で矢印で示された断面を示す。導体管３２および３４は
、感知室１４に対する基準室１２の圧力比に応答して電
気化学セルの出力電圧を監視するために電極１８および
２０への接続手段を提供する。導管３６は実質的に直径
が１．６ｍｍ　である。電極１８への電気接続は、内部
めっきされた電極３４と接触している堅牢な導電壁３８
との接触によって形成される。電極２０への電気接続は
、外部めっきされた電極３２と接触している金属体４０
によって行われる。

【００３０】電気化学的圧力感知現象をさらに詳細に説
明するために、図１および図４を考慮する。室１２およ
び１４のボリュームは同一、或いは特定の関係である必
要はない。基準室１２は酸素または水素のような既知の
量の電気化学的にアクチブガスを含み、基準圧力として
使用される。図４において、この基準圧力はＰ１　であ
る。感知室１４もまた最初に圧力Ｐ１　であるならば、
システムは平衡状態であり、電圧計２４の電圧はゼロで
ある。外部圧力がＰ２　まで増加した場合、圧力差は室
１２と１４との間で生成される。この状態は以下の熱力
学的な関係によって示される。

【００３１】 　　　　Ｖ＝（ＲＴ／ｎＦ）ｌｎ（Ｐ２　／Ｐ１　）　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）ここで
、 　　Ｖ＝圧力差の結果生じた電極１８と２０間の電圧（
ボルト）、　　Ｒ＝ガス定数、 　　Ｔ＝絶対温度（°Ｋ） 　　ｎ＝アクチブガスの分子当りの電気化学レドックス
（酸化還元）プロセスに含まれる電子の数（レドックス
結合水素／水素に対してｎ＝２）、　　Ｆ＝ファラデイ
定数。

【００３２】係数（ＲＴ／ｎＦ）は室温で実質的に１３
ｍＶに等しい。ＰＲ　が圧力比Ｐ２　／Ｐ１　として定
められ、１に近いと定められた場合、式（１）は以下の
ように示されることができる。

【００３３】 　　　　Ｖ＝０．０１３　（ＰＲ　−１）　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　（２）式（２）は電気化学的にアクチブなガスと
して水素を使用する電気化学圧力センサに対して有効で
ある。例えば、ＰＲ　が１．０１に等しい場合、電圧計
２４は０．１３ｍＶの電圧を読取る。

【００３４】センサ１０は完全に包囲され密封されてい
るため、室１２中の圧力はゼロを含む任意の値を仮定し
てもよい。電気化学圧力センサは膜１６の機械限界まで
の任意の圧力レベルで動作することができる。膜１６の
両面間の過度の圧力差を防止するために、基準室１２中
の基準圧力はセンサ室１４において測定される外部圧力
に近いように設定されることができる。

【００３５】明らかに、水素以外のガスが使用されても
よい。適切なガスは酸素／水、塩素／塩化水素酸等の可
逆的レドックス反応に参加することができる全てを含む
。その他のレドックス結合の使用を説明するために、酸
素／水システムを考慮する。酸素が室１２および１４中
に存在し、水がイオノマー１６中の電解質内で利用でき
る場合、レドックス結合の全ての化学成分は利用可能で
ある。式（１）および（２）はｎ＝４であり、式（２）
がＶ＝０．００６５（Ｒ−１）になることを除き、適用
可能である。

【００３６】図１における膜１６は約５乃至約２０ミル
（０．１３ｍｍ乃至０．５０ｍｍ）の厚さであることが
できる。電極１８および２０は望ましくないおよび予測
できない過剰電位を避けるために十分に電気化学的にア
クチブでなければならず、白金またはパラジウム金属ブ
ラックから構成されるか、多孔性の金属または非導電性
の堅牢な支持部１７および１９によって堅牢に支持され
てもよい。電極１８および２０からの電子導電は金属ス
クリーンまたは類似の電流キャリアによって行われるこ
とができる。

【００３７】電極１８および２０の設計は意図された適
用により変動する。電極１８および２０は、膜１６の表
面領域の分離された一部分をカバーするいくつかの絶縁
体対を含んでいてもよい。これらの対は強化された出力
電圧に対して相互接続されるか、或いは良く知られた電
気技術を使用してアクチブポンプ動作、受動感知または
その両方のために分離して接続されてもよい。単一の対
はアクチブおよび受動の両機能を以下図６により説明さ
れるような適切な制御手段により提供するが、２つの絶
縁された対は図５、図８および図９示されたアクチブ／
受動適用に対して好ましい。

【００３８】室１２および１４の設計は、センサ出力が
膜１６を貫通するイオン転送の比よりも圧力の比に関連
しているため重要ではない。ダイヤグラム２２はまた圧
力変動に応答するようにベローズその他の類似したフレ
キシブルな構造であることも可能である。

【００３９】図２Ａにおいて、室１２が酸素または空気
を充填されている場合、センサ２６は酸素センサとして
機能する。イオノマー１６の汚染または乾燥を避けるた
めに、保護フィルム３０は図２Ｂに示されるように電極
２０上に位置されることができる。フィルム３０はシリ
コンシートまたはその他の類似した半透過性材料である
ことができる。

【００４０】本発明の示された実施例は、上記の式１に
したがって電圧に圧力比を変換することができる。既知
の基準圧力または以下に論じられる自己較正方法のいず
れかは示された実施例が絶対圧力を正確に測定すること
を可能にする。既知の基準圧力を提供する１つの有効な
方法は基準室１２をポンプで排気して高い真空状態（ゼ
ロ圧力）にすることである。しかしながら、電気化学的
アクチブガスは室１２と１４との間の圧力差に応答して
イオノマー１６を貫通して拡散する傾向があり、最終的
に室１２と１４との間の圧力を等しくする。本発明の重
要な部分は、膜１６を横切る圧力によって生じる拡散を
消去するガス逆流を導く手段を含む。これは、拡散フラ
ックスと反対方向にバイアス電流を供給することによっ
て実現される。 平衡は以下のパラメータに関連している。

【００４１】 　　圧力比による電圧、Ｖ＝０．０１３　ｌｎＰ２　／
Ｐ１　（水素／水素）、圧力差によって誘導されたガス
フラックス、Ｆ＝Ａ（Ｐ１　−Ｐ２）、ここで比例係数
Ａは正確に知られることができる。

【００４２】電流Ｉが反対のフラックスＦのために供給
された場合、Ｉ＝−ｋＡ（Ｐ２　−Ｐ１　）であり、ｋ
が係数であり、ガス流に関連した電流である。

【００４３】電流Ｉは上記から得られることができる。

【００４４】 　　　　Ｉ＝−ｋＡＰ１　（Ｐ２　／Ｐ１　−１）　　
　　　　＝−ｋＡＰ１　［ｅｘｐ（ｎＦ／ＲＴ）Ｖ−１
］　　　　　　　　　　（３）　　室温において式（３
）は、 　　　　Ｉ＝−ｋＡＰ１　［ｅｘｐ（Ｖ／０．０１３　
）−１］および、非常に小さい圧力差に対して、 　　　　Ｉ＝−ｋＡＰ１　Ｖ／０．０１３　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（４）したがって、拡散フラックス補償バイアス電流は
図１における電圧計２４によって測定された電流Ｖおよ
び基準室１２中の最初の圧力Ｐ１　から計算されること
ができることが理解される。このバイアス電流は高圧範
囲にわたって動作するセンサの精度を維持するために有
効であるが、低圧範囲にわたって動作するセンサには不
要である。

【００４５】これを説明するために図３の実施例を考慮
する。圧力測定は、海面レベルで人体において見られる
ように７６０　乃至１，０００　ｍｍＨｇ　の範囲にわ
たって要求されると仮定する。またＰ１　は最初に８８
０　ｍｍＨｇ　に維持され、したがって±１２０　ｍｍ
Ｈｇ変動すると仮定する。水素電極が選択された場合、
イオノマー１６を横切る水素透過率は１０−８（ｃｍ３
　／ｓｅｃ　）ｃｍ２　面積／ｃｍ−厚さ／ａｔｍ　で
ある。０．０２ｃｍ２　面積および０．０５ｃｍの厚さ
に対して、拡散率はゼロと±６（１０）−１０　ｃｍ３
　／ｓｅｃ　との間または５（１０）−５ｃｍ３　／日
の間で変動する。基準室１２中のガスのボリュームは０
．０５ｃｍ３　であり、この拡散は±０．１　％／日の
圧力の変化を表す。すなわち、基準室１２の圧力が最初
に　７６０ｍｍＨｇ　ならば、それは長期間安定し、最
大１，０００ｍｍ　Ｈｇ　レベルで使用された場合、０
．２　％／日ドリフトするに過ぎない。したがって、装
置の安定性は拡散補償バイアス電流手段を使用せずに低
圧範囲にわたって全ての適切な目的に適していることが
理解される。

【００４６】１乃至１０大気圧のような高圧範囲でのセ
ンサ１０の適用を考えると、基準室１２の圧力は最初に
１気圧に設定されると仮定する。センサ室１４中の圧力
が１０気圧である場合、水素拡散率は　４（１０）−３
ｃｍ３　／日である。０．０５ｃｍ３　の基準室１２の
ボリュームに対して、この拡散は８％／日のドリフト率
を表す。この拡散流と反対方向に対応する３．３　マイ
クロアンペアのバイアス電流は上記の式（４）にしたが
って基準室１２において一定の１気圧を維持する。

【００４７】本発明の重要な特徴は、図１および図４に
示されたセンサの実施例の自己較正の性能である。以下
の論議は、図４に示された既知のボリュームＶ１　およ
びＶ２　が任意の二重室電気化学圧力センサに対して知
られていない圧力Ｐ１　およびＰ２　を計算するために
どのように使用されることができるかを表す。

【００４８】Ｐ１　およびＰ２　の較正は、式（１）か
らの開回路電圧Ｅおよび圧力比率ＰＲ　の関係に基づい
ている。

【００４９】 　　　　Ｅ＝ＲＴ　ｌｏｇ（Ｐ１　／Ｐ２　）／ｎＦ　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）最初に
、Ｐ２　／Ｐ１　＝ｅｂＥを生成するＥを測定する。こ
こで、 ２５℃において、ｂ＝ｎＦ／ＲＴ，ｂ＝１／２９．５（
ｍＶ）−１＝０．０７８　（ｍＶ）−１ いずれかの方向における時間ｔ（秒）に対する駆動電流
Ｉ（アンペア）に対する関係は、ａＩ＝−Ｖ１　（ｄＰ
２　／ｄｔ），ここでａは０．１２ｍｌ−気圧／アンペ
ア−秒に近似している。

【００５０】圧力は次のようになる。

【００５１】 　　　　Ｐ１　−Ａ＝Ｐ１　−　ａＩｔ　／Ｖ１　　　
　　Ｐ２　＋Ｂ＝Ｐ２　＋　ａＩｔ　／Ｖ２　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）
　　以下の関係： 　　　　（Ｐ２　＋Ｂ）／（Ｐ１　−Ａ）＝ｅｂＥ’　
　　　　＝（Ｐ２　＋　ａＩｔ　／Ｖ２　）／（Ｐ１　
−　ａＩｔ　／Ｖ１　）が成立するように、新しい開回
路電圧Ｅ´を測定する。

【００５２】 　　Ｐ１　＝（ａＩｔ）（１／Ｖ１　）［ｅｂＥ’　＋
（Ｖ１　／Ｖ２　）］　／（ｅｂＥ’　−ｅｂＥ）　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　…（７）　　Ｐ２　＝ 　　（ａＩｔ）（１／Ｖ２　）（ｅｂＥ）［１＋（Ｖ２
　／Ｖ１　）ｅｂＥ’　］　／（ｅｂＥ’　−ｅｂＥ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　…（８）近似すると、ｂＥおよびｂＥ´の小さ
い値に対して、　　ｅｂＥ’　＝１＋ｂＥ；ｅｂＥ’　
＝１＋ｂＥ´；およびｅｂＥ１　−ｅｂＥ＝ｂ（Ｅ１　
−Ｅ） したがって、 　　　　Ｐ１　＝（ａＩｔ／Ｖ１　）［１＋（Ｖ１　／
Ｖ２　）ｅｂＥ’　］　／（Ｅ´−Ｅ）］および 　　　　Ｐ２　＝（１＋ｂＥ）Ｐ１　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（９）
式（９）は電圧測定ＥおよびＥ´、並びに物理的定数ａ
およびｂに関係する室１２および１４（既知のボリュー
ムＶ１　およびＶ２　を有する）における圧力Ｐ１　お
よびＰ２　を表していることに留意すべきである。この
自己較正方法は、図５に示されているような局部的制御
手段を使用する圧力センサ実施例において有効である。 拡散補償バイアス電流はセンサ較正ドリフトを最小にす
るが、式（９）の関係は任意時のセンサ再較正がバイア
ス電流の補償されない全てのドラフトに対して補正する
ことを可能にする。

【００５３】図５を参照すると、センサ１０は温度セン
サ４２を付加されている図１に対して上記したものと本
質的に同様に構成されている。温度センサ４２は式１お
よび式５が温度依存性であるため必要とされる。電圧計
２４および温度センサ４２はＡ／Ｄ変換器４４にアナロ
グ信号を供給する。変換器４４はマイクロプロセッサ４
６にデジタル温度および圧力データを送る。マイクロプ
ロセッサ４６は蓄積されたプログラム制御の下において
いくつかの機能を実行する。最初に、電圧計２４からの
圧力データはディスプレイ４８に適した形態に変換され
る。式４からの拡散補償バイアス電流は、マイクロプロ
セッサ４６によって計算され、可変抵抗５２および電源
（バッテリィ）５４によってイオノマー膜１６を通る電
流レベルを対応して調節する電流制御装置５０に送られ
る。

【００５４】温度範囲が狭く、温度が一定の動作条件に
対して、４２乃至５４の素子は除去されることができ、
実施例は図１に示されたものと同じになる。

【００５５】図５に示された実験的試験（パラジウム電
極による２４．３℃における）は、１乃至２気圧におい
てマイクロボルトで平衡電圧が５０＋１２８００　ｌｎ
（Ｐ２　／Ｐ１　）に等しいことを確認している。５０
マイクロボルトバイアス電圧は、電極間の小さい差また
は２つの電極・膜境界部の一方におけるイオン濃度の差
の結果である。係数の理論的な値は、測定された値と実
質的に同じ１２８１８　マイクロボルトである。１０マ
イクロボルトの電圧計読取りエラーは、０．６ｍｍ　Ｈ
ｇ　の圧力のエラーに等しい。１．５　気圧の圧力にお
いてこれは０．０５％の精度に等しく、本発明の高精度
を示す。

【００５６】先に示唆されたように、電気化学的圧力セ
ンサの原理は図６に示されたような電気化学装置内の圧
力差を監視するために２つの異なる方法で使用されるこ
とができる。１つの方法は短い遮断期間中に圧力を監視
するために単一の対の駆動電極を使用する。水素ガスは
パラジウムブラック電極と共に使用されると仮定すると
、ガスは電流制御装置５０および可変抵抗５２によって
ポンプ室５６と５８との間で往復運動する。ガスの往復
移動は電気化学的モータ（示されていない）内の作用生
成プロセスの一部である。電流制御装置５０は遮断装置
６０によって駆動回路において電流遮断を開始する。電
圧センサ２４および温度センサ４２はＡ／Ｄ変換器４４
およびマイクロプロセッサ４６に情報を提供し、ディス
プレイ４８によって示された圧力比を生成するようにデ
ータに作用する。電流遮断の終端部において、電源５４
は電流制御装置５０の方向において遮断装置６０によっ
て再接続される。遮断期間はほぼ２０乃至５０ｍ秒であ
る。モータ動作中、電極１８と２０との間の電圧はＶＤ
　＝ＩＲＤ　＋０．０１３　ｌｎＰ２　／Ｐ１　であり
、ここでＲＤ　はイオン膜１６の抵抗である。駆動電流
が遮断されたとき、ＶＤ　はＶ０　＝ＶＤ　−ＩＲＤ　
＝０．０１３　ｌｎＰ２　／Ｐ１　に低下する。ＶＤ　
からＶ０　への低下が急速ならば、圧力比は測定され、
電流は短い遅延の直後に再開されることができる。

【００５７】この教示は、蓄積されたプログラム制御に
よって開始された非常に短い電流遮断サイクルが単一の
電極対を有する電気化学モータまたはセンサ／作動体中
の圧力比の計算および表示を可能にすることを示す。モ
ータ内の圧力を監視する第２の方法は、モータ膜上で分
離された圧力センサ電極を使用することである。この第
２の方法は、図１に関して論じられた方法でモータ駆動
回路を遮断せずに連続的な圧力の監視を行う。

【００５８】既に述べられたように、図１および図５の
二重室型センサは受動または反応的な感応モードに有効
である。受動感知モードは測定された圧力の関数として
変動する電圧出力を供給するだけである。反応的な感知
モードは圧力感知出力を供給し、センサに与えられた駆
動電流に応答した測定点における所望の圧力を維持する
。図８は測定点で所望の力を与える二重室型センサの実
施例を示す。

【００５９】図７は種々の動作モードの反応接触センサ
の特性を示す。図７のＡは与えられた力との相互作用を
持たない受動センサの特性を示す。与えられた力の特性
８２はガス圧力特性８４およびセンサ出力電圧特性８６
を生成する。図７のＡにおける重要な特性は与えられた
力特性８２、ガス圧力特性８４およびセンサ出力電圧特
性８６の類似した形状である。

【００６０】図７のＢは、ゼロ力接触を維持する近接セ
ンサとしてのセンサ動作を示す。力特性８２に対するゼ
ロ純粋力平衡を維持するために要求される反応駆動電流
は駆動電流特性８８として示される。力特性８２および
電流特性８８の組合せは結果的にガス圧力特性９０およ
びセンサ出力電圧特性９２を生じる。ガス圧力特性９０
は本質的に平坦であることに留意されたい。

【００６１】図７のＣは、センサが非ゼロ接触力を維持
するために強制された接触センサまた作動体として動作
する類似したセンサ反応モードを示す。駆動電流９４は
、供給された力８２に応答する制御手段（示されていな
い）によって接触センサに与えられる。ガス圧力特性９
６およびセンサ出力電圧特性９８は結果的に力特性８２
および電流特性９４の組合せから生じる。圧力および電
圧出力の両者はゼロでスタートし、所望の力レベルに急
速に上昇し、以降実質的に固定された力レベルを維持す
る。

【００６２】図７は受動センサが電圧によって外部的に
与えられた力にどのように応答するかを示し、反応セン
サは蓄積されたプログラム制御に応答する環境によりソ
フト接触（ゼロ力）またはハード接触（非ゼロ力）を維
持する。反応センサは、センサ室１４中のガス圧力を変
化する電気化学セル膜１６に電流を供給することによっ
て外部的な力の刺激に応答する。図８はこのような力セ
ンサを示す。

【００６３】図８において、センサ室１２および１４並
びに堅牢に支持された膜１６は上記の図１に対して示さ
れたように動作する。導電体６８および７０は単一の膜
１６上の感知電極（図示せず）の１つ以上の独立した対
へのアクセスを行い、導電体７２および７４はアクチブ
駆動電極（示されていない）の１つ以上の独立した対へ
のアクセスを行なわせる。電極の両セットは互いに分離
され、図１および図５に対して示された方法で膜１６の
両側に配置されている。ベローズ７６および接触子７８
は、８０で感知された外力を感知室１４に伝達するよう
に動作する。図８Ａにおいて、室１４は室１２よりも大
きく示されている。図８Ｂにおいて、室１２は室１４に
関して拡大され、膜１６の領域は室１２における適当に
一定の蓄積圧力レベルで高い透過率を可能にするように
拡大される。

【００６４】図９のＡは、同じ基準室１２を共有する１
つ以上の独立センサを持つ多数の反応力センサを示す。 この場合、各センサは局部的蓄積プログラム制御の下で
別々に動作し、２つの外部力１８０　および２８０　を
生成する。 図９のＢにおいて、２つ以上の接触子は同じセンサ室１
４を共有する。この場合、単一の電解質膜１６は単一の
センサ室１４の圧力を有するいくつかの接触子を制御す
るように動作し、２つの接触子１７８　および２７８　
を持つ単一の外力を生成する。図９のＡに示された実施
例は、制御技術において良く知られたタイプの、図７を
参照して述べられたものに類似した適切な局部マイクロ
プロセッサ制御ルーチンを付加されたロボット操縦装置
の適用に対して有効であることが理解されるであろう。

【００６５】図１から示された実施例はベローズまたは
ダイヤグラム感知室または等価なものを含んでいる。ベ
ローズ感知室により、センサは自己較正ステップを含む
以外の方法で圧力を測定するために使用されることがで
きる。図１０を参照すると、この“フレキシブルな壁”
の概念は以下の説明から理解されることができる。

【００６６】外部圧力Ｐｅ　が通過し、ベローズ１０４
　を押すことを可能にするオリフィス１０２　を持つ堅
牢な壁１００　を考慮する。センサの最初の状態はベロ
ーズ１０４　の変形がなく、ベローズ１０４の端部が堅
牢な壁１００　（ｘ＝０）と接触しているようにセンサ
室１４の圧力Ｐ１　＝Ｐｅ　である。蓄積室１２のボリ
ュームＶｓ　は知られている。蓄積室１２の圧力Ｐ２　
は知られていない。

【００６７】センサの較正は意図された測定範囲内の任
意の圧力より小さいＰｅ　において行われる。較正する
ために電流Ｉは、壁１００　からベローズ１０４　への
導電率（示されていない）を監視することによって決定
されるような方法でベローズ１０４　が堅牢な壁１００
　と接触するまで電源５４から流れる。接触時に距離ｘ
＝０であり、Ｐｓ　／Ｐ１　＝Ｐｓ　／Ｐｅ　＝ｅｂＥ
１　ここでｂは最初に定められた物理的定数であり、Ｅ
１　は電圧計２４におけるセンサ電圧出力である。

【００６８】Ｅ１　およびＰ１　＝Ｐｅ　が知られてい
るため、 Ｐｓ　＝Ｐｅ　（ｅｂＥ１　） センサ較正に続いて、外部圧力Ｐｅ　は意図された測定
範囲Ｐｅ　´内の値まで増加することが可能である。ベ
ローズ１０４　は距離ｘだけ壁１００　から離れ、電圧
計２４が電圧Ｅ２　を読取る。センサ室圧力Ｐ２　に対
して以下の関係が得られる。

【００６９】Ｐ２　−Ｐｅ　／−ｋｘ／ｓここでｋ＝ベ
ローズばね定数、 およびＰｓ　／Ｐｅ　＝ｅｂＥ２　 したがって、Ｐ２　　　Ｐｓ　／（ｅｂＥ２　）はＰｓ
　およびＥ２　が知られているために計算されることが
できる。

【００７０】ベローズ１０４　がｋ／ｓが知られるよう
に較正された場合、Ｐｅ　´＝Ｐｓ　＋ｋｘ／ｓも計算
されることができる。ベローズが較正されない場合、Ｐ
ｅ　´は以下の過程で発見されることができる。

【００７１】時間ｔに対する駆動電流Ｉはベローズ１０
４　と壁１００　との間の定数を再設定する。電流Ｉ、
時間Ｔおよび電圧計２４の電圧はｅ３　を測定する。

【００７２】Ｐｓ　／　＝Ｐｓ　−　ａＩｔ／Ｖｓ　は
新しい蓄積室圧力である。

【００７３】ここで、ａ＝最初に限められた物理定数Ｐ
ｓ　＝Ｐｅにおける最初の較正ステップから計算された
最初の蓄積室圧力。

【００７４】 　　したがって、Ｐｓ　／　／Ｐ３　 　　　　　　　　　　　　　　＝（Ｐｓ　／　／Ｐｅ　
／）−［　（Ｐｓ　−　ａＩｔ　／Ｖｓ　）／Ｐｅ　／
］　　　　　　　　　　　　　　＝ｅｂＥ３　　　Ｉ，
ｔ，ｂ，Ｅ３　，Ｖｓ　，ａおよびＰｓ　は知られてい
るため、　　　　Ｐ３　＝Ｐｅ　／　＝（Ｐｓ　−　ａ
Ｉｔ／Ｖｓ　）／ｅｂＥ３　 上記の関係は新しい外部圧力Ｐｅ　´の計算を可能にす
る。

【００７５】この技術は、図１０に示された二重室セン
サの示された実施例と共に使用するのに適している別の
自己較正圧力感知方法である。

【００７６】明らかに、本発明の別の実施例および修正
はこれらの技術の検討から当業者によって容易に理解さ
れるであろう。したがって、本発明は上記の説明および
添付図面を考慮するとこのような明らかな実施例および
修正を全て包括している特許請求の範囲によってのみ限
定されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】二重室型電気化学分圧センサの概略断面図。

【図２】単一室型電気化学分圧センサの２つの異なる形
式の概略断面図。

【図３】カテーテルの一体で使用される電気化学的分圧
センサの概略断面図。

【図４】電解質膜によって分割された単一ガス蓄積室の
概略断面図。

【図５】拡散消去のためのバイアス電流フィードバック
を備えた電気化学的分圧センサの概略図。

【図６】ダイナミック圧力比表示のために電気素子を備
えた電気化学分圧センサの概略図。

【図７】受動型および反応性電気化学圧力センサ／作動
体の両者に関する時間に対する与えられた力、ガス圧力
およびセンサ電圧特性を示す特性図。

【図８】ベローズおよびピストン接触子配列を有する電
気化学的力センサ／作動体構造の２つの形態の概略断面
図。

【図９】ロボット操縦装置を適応された２つの多重型力
センサ／作動体構造の概略断面図。

【図１０】フレキシブルな壁を使用する本発明のセンサ
の動作説明図。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　２つの端部の第１の端部における第１
   の壁を有する気密のハウジングと、前記気密のハウジン
   グの第２の端部に第２の壁を形成するように配置された
   、電気化学的にアクチブなガスの供給を保持するために
   蓄積室を限定する堅牢に支持された電解質膜と、前記電
   解質膜の両側面上にそれと接触して配置された１以上の
   透過性電極と、前記１以上の電極対間の電圧を測定する
   測定手段とを具備し、前記電解質膜の前記第１の側面上
   の前記１以上の電極が間隔を隔てられて互いに分離され
   、前記電解質膜の前記第２の側面上の前記１以上の電極
   が前記第１の側面上の前記１以上の電極と共に前記電解
   質膜によって分離された１以上の電極対を形成するよう
   に配置され、前記ガスは、前記１以上の電極対の一方の
   電極側でガス分子が前記電解質膜を通じて転送可能なイ
   オンに変換される陽極反応に入り、また前記１以上の電
   極対の他方の電極側で前記イオンがガス分子に再変換さ
   れる陰極反応に入るように電気化学的に可逆的にアクチ
   ブであることを特徴とするガス圧力センサ。
2. 【請求項２】　　さらに気密のハウジングの外側に配置
   された前記電解質膜の部分上を覆っている半透過性カバ
   ーを具備し、前記半透過性カバーが水蒸気に対して不浸
   透性であり、前記電気化学的にアクチブなガスに対して
   は透過性である請求項１記載のガス圧力センサ。
3. 【請求項３】　　前記電気化学的にアクチブなガスは酸
   素（Ｏ２　）である請求項２記載のガス圧力センサ。
4. 【請求項４】　　前記電気化学的にアクチブなガスは水
   素（Ｈ２　）である請求項２記載のガス圧力センサ。
5. 【請求項５】　　２つの端部の第１の端部における第１
   の壁を有する流体密のハウジングと、前記流体密のハウ
   ジングの第２端部における第２の壁を形成し、電気化学
   的にアクチブなガスの供給を保持する蓄積室を限定する
   ように配置されたフレキシブルなダイヤグラムと、小さ
   い蓄積室およびセンサ室に前記蓄積室を分割するように
   前記第１および第２の壁の間に配置された２つの側面を
   有する堅牢に支持された電解質膜と、前記電解質膜の前
   記各側面上に設けられ、それと接触している１以上の透
   過性電極と、前記１以上の電極対間の電圧を測定する測
   定手段とを具備し、前記電解質膜の第１の側面上の前記
   １以上の電極が間隔を隔てて互いに分離され、前記電解
   質膜の前記第２の側面上の前記１以上の電極が前記第１
   の側面上の前記１以上の電極と共に前記電解質膜によっ
   て分離された１以上の電極対を形成するように設けられ
   、前記ガスは、前記１以上の電極対の一方の電極側でガ
   ス分子が前記電解質膜を通じて転送可能なイオンに変換
   される陽極反応に入り、また前記１以上の電極対の他方
   の電極側で前記イオンがガス分子に再変換される陰極反
   応に入るように電気化学的に可逆的にアクチブであるこ
   とを特徴とする流体圧力センサ。
6. 【請求項６】　　前記流体密のハウジングは内面および
   外面を有する長い中空のシリンダを含む堅牢な導管のチ
   ップの内側に配置されている請求項５記載の流体圧力セ
   ンサ。
7. 【請求項７】　　前記１以上の電極対に反転可能な電流
   を供給する手段であって、前記電流が前記電解質膜を通
   じて前記イオンを転送し、それによって前記ガスが前記
   蓄積室と前記センサ室との間で可逆的にポンプ動作され
   る手段と、前記電解質膜の両面間のガス圧力差によって
   生じた前記電解質膜を通っての拡散の影響を除去するた
   めに前記ガスを１つの前記室から他の室に流動させるよ
   うに前記電流の大きさおよび方向を変化する制御手段と
   を具備している請求項５記載の流体圧力センサ。
8. 【請求項８】　　前記センサの自動較正を行う第２の制
   御手段を具備している請求項７記載の流体圧力センサ。
9. 【請求項９】　　前記電気化学的にアクチブなガスの温
   度を決定する温度感知手段と、前記センサの自動較正を
   行うために前記温度感知手段に応答する第２の制御手段
   とを具備している請求項８記載の流体圧力センサ。
10. 【請求項１０】　　２つの端部および第１の端部におけ
    る第１の壁を有する流体密のハウジングと、前記センサ
    に外力を伝達する接触面を有し、前記流体密のハウジン
    グの第２の端部に第２の壁を形成するように配置され、
    電気化学的にアクチブなガスの供給を保持するために蓄
    積室を限定するフレキシブルなベローズと、小さい蓄積
    室およびセンサ室に前記蓄積室を分割するように前記第
    １および第２の壁の間に配置された２つの側面を有する
    堅牢に支持された電解質膜と、前記電解質膜の前記各側
    面上に設けられ、それと接触している１以上の透過性電
    極と、それら１以上の電極の対間の電圧を測定する測定
    手段とを具備し前記電解質膜の第１の側面上の前記１以
    上の電極が間隔を隔てて互いに分離され、前記電解質膜
    の前記第２の側面上の前記１以上の電極が前記第１の側
    面上の前記１以上の電極と共に前記電解質膜によって分
    離された１以上の電極対を形成するように設けられ、前
    記ガスは、前記１以上の電極対の一方の電極側でガス分
    子が前記電解質膜を通じて転送可能なイオンに変換され
    る陽極反応に入り、また前記１以上の電極対の他方の電
    極側で前記イオンがガス分子に再変換される陰極反応に
    入るように電気化学的に可逆的にアクチブであることを
    特徴とする力センサ。
11. 【請求項１１】　　請求項１０記載の力センサを具備し
    、さらに、前記１以上の電極対に可逆的な電流を供給す
    る手段であって、前記電流が前記電解質膜を通って前記
    イオンを転送するように動作し、それによって前記ガス
    が前記蓄積室から前記センサ室まで可逆的にポンブ動作
    で移送される手段と、前記ガスを前記室の一方から他方
    に流動させるように電流の大きさおよび方向を変化させ
    る制御手段とを具備していることを特徴とする力センサ
    ／作動体。
12. 【請求項１２】　　前記センサ／作動体の自動較正を行
    うために第２の制御手段を具備している請求項１１記載
    の信号センサ／作動体。
13. 【請求項１３】　　電解質膜の両面間のガス圧力の差に
    よって生じる前記電解質膜を通じて拡散の影響を消去さ
    せるように前記１以上の電極対に前記電流を供給する第
    ２の制御手段を具備している請求項１２記載の力センサ
    ／作動体。
14. 【請求項１４】　　前記電気化学的にアクチブなガスの
    温度を決定する温度感知手段と、前記センサの自動較正
    を行うための前記温度感知手段に応答する第２の制御手
    段とを具備している請求項１２記載の力センサ／作動体
    。
15. 【請求項１５】　　１以上の電極対を具備した電解質膜
    を有する電気化学的な流体圧力センサの蓄積室およびセ
    ンサ室中の電気化学的にアクチブなガスの圧力を決定す
    る方法において、前記１以上の電極対間の電圧を測定し
    、ある時間の間前記１以上の電極対に電流を供給し、前
    記１以上の電極対間の電圧を再測定し、前記電解質膜の
    両側における電気化学的にアクチブなガス圧力を計算す
    るステップを含むことを特徴とする電気化学的にアクチ
    ブなガスの圧力を決定する方法。
16. 【請求項１６】　　１以上の電極対を具備した電解質膜
    およびセンサ室のフレキシブルな壁と接触するように配
    置された堅牢な壁を有する二重室型電気化学圧力センサ
    を較正する方法において、前記フレキシブルな壁および
    堅牢な壁が接触し、測定された圧力が知られているとき
    に、前記１以上の電極対間の電圧を測定し、測定された
    圧力が知られている場合に前記フレキシブルな壁および
    堅牢な壁を接触させるように必要な時間の間前記１以上
    の電極対に電流を供給し、前記フレキシブルな壁および
    堅牢な壁が接触したとき前記１以上の電極対間の電圧を
    再測定し、知られていない測定された圧力を計算するス
    テップを含むことを特徴とする電気化学圧力センサの較
    正方法。