JPH04291145A - ガス拡散制御アセンブリ及びその製造方法並びにガスセンサ - Google Patents
ガス拡散制御アセンブリ及びその製造方法並びにガスセンサInfo
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- JPH04291145A JPH04291145A JP3322373A JP32237391A JPH04291145A JP H04291145 A JPH04291145 A JP H04291145A JP 3322373 A JP3322373 A JP 3322373A JP 32237391 A JP32237391 A JP 32237391A JP H04291145 A JPH04291145 A JP H04291145A
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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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0011—Sample conditioning
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばガスセンサと共
に用いるためのガス拡散制御アセンブリ及びこのような
アセンブリを製造する方法に関する。
に用いるためのガス拡散制御アセンブリ及びこのような
アセンブリを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ガスセ
ンサの一例として、限界電流原理に従ってガス又は蒸気
の濃度を測定するための電気化学センサがある。このセ
ンサは、検出電極、対抗電極、及び電解質の介在体を有
する電解質セルを備えており、さらに検出電極へのガス
又は蒸気のアクセス率の制限体を含んでいる。このタイ
プの電気化学センサは、英国特許出願ＧＢ−Ａ−１５７
１２８２及びＧＢ−Ａ−２０４９９５２に記載されてい
る。従来より製造されてきた市販の酸素センサは、バリ
アを構成するために毛細管を組み込んでいる。これらの
センサは、大きな成功を収めてきているが、製造に比較
的コストがかかり、特に酸素センサの場合、比較的短い
有効期間を有している。これは、高濃度の酸素が、比較
的大きな電流発生を招き、これが金属製の対抗電極を比
較的急速に消耗させるためである。市販のセンサでは、
また、バルク流（ｂｕｌｋ ｆｌｏｗ） 制限手段とい
うある形態を備えている必要がある。このバルク流制限
手段は、例えば、センサの指向方向を変える際の突然の
圧力変化、吸込み、電極の撓みによって生じる遷移（過
渡）効果を最小限にするための、低い透過性であるが高
い拡散率を有する微細孔質の毛細管被覆用薄膜である。
ンサの一例として、限界電流原理に従ってガス又は蒸気
の濃度を測定するための電気化学センサがある。このセ
ンサは、検出電極、対抗電極、及び電解質の介在体を有
する電解質セルを備えており、さらに検出電極へのガス
又は蒸気のアクセス率の制限体を含んでいる。このタイ
プの電気化学センサは、英国特許出願ＧＢ−Ａ−１５７
１２８２及びＧＢ−Ａ−２０４９９５２に記載されてい
る。従来より製造されてきた市販の酸素センサは、バリ
アを構成するために毛細管を組み込んでいる。これらの
センサは、大きな成功を収めてきているが、製造に比較
的コストがかかり、特に酸素センサの場合、比較的短い
有効期間を有している。これは、高濃度の酸素が、比較
的大きな電流発生を招き、これが金属製の対抗電極を比
較的急速に消耗させるためである。市販のセンサでは、
また、バルク流（ｂｕｌｋ ｆｌｏｗ） 制限手段とい
うある形態を備えている必要がある。このバルク流制限
手段は、例えば、センサの指向方向を変える際の突然の
圧力変化、吸込み、電極の撓みによって生じる遷移（過
渡）効果を最小限にするための、低い透過性であるが高
い拡散率を有する微細孔質の毛細管被覆用薄膜である。
【０００３】より長い有効寿命を得るという必要性は、
より制限的な拡散バリアを要求することとなる。毛細管
の直径をより小さくすることは、製造の困難性を増大さ
せかつ製造コストをより高くすると共により大きなバル
ク流効果を被ることとなる。従って、従来の毛細管バリ
アのこれら制限を克服する異なったバリア設計による装
置が要求されている。
より制限的な拡散バリアを要求することとなる。毛細管
の直径をより小さくすることは、製造の困難性を増大さ
せかつ製造コストをより高くすると共により大きなバル
ク流効果を被ることとなる。従って、従来の毛細管バリ
アのこれら制限を克服する異なったバリア設計による装
置が要求されている。
【０００４】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明の１つの
態様によれば、ガス入口と、このガス入口を横切って広
がる多孔質拡散バリアの形態をなしており、ガス入口か
らのガス又は蒸気の流量率の制限体と、上述の入口を通
過して拡散バリアへ入る全てのガス又は蒸気を、このガ
ス入口を通過するアクセス方向に対して横方向外側の成
分を有する通路に沿って、バリアの一部を介して拡散せ
しめる制御手段とを備えたガス拡散制御アセンブリが提
供される。
態様によれば、ガス入口と、このガス入口を横切って広
がる多孔質拡散バリアの形態をなしており、ガス入口か
らのガス又は蒸気の流量率の制限体と、上述の入口を通
過して拡散バリアへ入る全てのガス又は蒸気を、このガ
ス入口を通過するアクセス方向に対して横方向外側の成
分を有する通路に沿って、バリアの一部を介して拡散せ
しめる制御手段とを備えたガス拡散制御アセンブリが提
供される。
【０００５】多孔質バリアは、バリア通過中はガスがガ
ス相に維持されるガス相拡散バリア、活性孔を介する拡
散がクヌーセン原理に従うべく（即ち、拡散率が分子間
衝突よりも孔壁での衝突によって制御されるように）活
性孔が充分に小さくなっているクヌーセンバリア、又は
これら２つのタイプのバリアの混合体であるかもしれな
い。
ス相に維持されるガス相拡散バリア、活性孔を介する拡
散がクヌーセン原理に従うべく（即ち、拡散率が分子間
衝突よりも孔壁での衝突によって制御されるように）活
性孔が充分に小さくなっているクヌーセンバリア、又は
これら２つのタイプのバリアの混合体であるかもしれな
い。
【０００６】横方向のガス拡散を生じせしめる制御手段
が、バリアに接着されたポリエチレンディスクのような
不浸透性部材からなるかもしれない。
が、バリアに接着されたポリエチレンディスクのような
不浸透性部材からなるかもしれない。
【０００７】好ましくは、アセンブリがほぼ対称に形成
され、ガス拡散通路を規定するガス入口が対称軸の中心
に位置される。この場合、横方向のガス拡散を生じせし
める手段は、好ましくは、対称軸に関してほぼ対称に横
方向外側へガスを拡散するように配設される。
され、ガス拡散通路を規定するガス入口が対称軸の中心
に位置される。この場合、横方向のガス拡散を生じせし
める手段は、好ましくは、対称軸に関してほぼ対称に横
方向外側へガスを拡散するように配設される。
【０００８】アセンブリが微細孔背面テープと共に検出
電極を有するガスセンサ内に合体される場合、ガスが、
（不浸透性ポリエチレンディスクのような）制御手段に
よって規定される領域の周囲の向こうの位置で電極の微
細孔背面テープに入り、これによって他の大きな拡散抵
抗を全く受けることなくセンサの電気触媒層に入ること
ができるように、検出電極は多孔質拡散バリアに対して
好ましくは平行に配置される。
電極を有するガスセンサ内に合体される場合、ガスが、
（不浸透性ポリエチレンディスクのような）制御手段に
よって規定される領域の周囲の向こうの位置で電極の微
細孔背面テープに入り、これによって他の大きな拡散抵
抗を全く受けることなくセンサの電気触媒層に入ること
ができるように、検出電極は多孔質拡散バリアに対して
好ましくは平行に配置される。
【０００９】従来のセンサにおける指向方向効果は検出
電極の撓みによって引き起こされ得、これがガスのバル
ク流を招くと共にセンサ信号上に過渡電流を生じさせる
結果となる。これら過渡電流の大きさは、拡散バリアの
下流の内部ガス容積に関連する。上述のバリア設計によ
れば、不浸透性ガスアクセス通路を提供することによっ
て、指向方向効果を含むいかなるバルク流効果をも減少
させる。
電極の撓みによって引き起こされ得、これがガスのバル
ク流を招くと共にセンサ信号上に過渡電流を生じさせる
結果となる。これら過渡電流の大きさは、拡散バリアの
下流の内部ガス容積に関連する。上述のバリア設計によ
れば、不浸透性ガスアクセス通路を提供することによっ
て、指向方向効果を含むいかなるバルク流効果をも減少
させる。
【００１０】本発明の第２の態様によれば、検出電極触
媒層と、対抗電極と、本発明の上述の第１の態様による
ガス拡散制御アセンブリとを備えており、多孔質拡散バ
リアが検出電極触媒層に直接的に固着されているガスセ
ンサが提供される。
媒層と、対抗電極と、本発明の上述の第１の態様による
ガス拡散制御アセンブリとを備えており、多孔質拡散バ
リアが検出電極触媒層に直接的に固着されているガスセ
ンサが提供される。
【００１１】この固着は、直接的な加圧接着によって、
ヒートシーリングによって、又はバリア及び電極間のな
んらかの他の手段によって行われるかもしれない。１つ
の実施態様において、多孔質バリア及び制御手段、例え
ば不浸透性ディスクの複合体は、主拡散バリア及び電極
支持テープの両方として働き、これによって内部ガス容
積が非常に低いレベルに減少されかつ電極の撓みによる
指向方向効果が実質的に排除される。
ヒートシーリングによって、又はバリア及び電極間のな
んらかの他の手段によって行われるかもしれない。１つ
の実施態様において、多孔質バリア及び制御手段、例え
ば不浸透性ディスクの複合体は、主拡散バリア及び電極
支持テープの両方として働き、これによって内部ガス容
積が非常に低いレベルに減少されかつ電極の撓みによる
指向方向効果が実質的に排除される。
【００１２】本発明の第３の態様によれば、ガス入口と
、このガス入口を横切って広がるガス相拡散バリアの形
態をなしており、ガス入口へのガス又は蒸気の流量率の
制限体と、全てのガス又は蒸気を、上述のガス入口を通
過するアクセス方向に対して横方向成分を有する通路に
沿って、バリアの一部を介してこの入口へ通過せしめる
制御手段とを備えたガス拡散制御アセンブリが提供され
る。
、このガス入口を横切って広がるガス相拡散バリアの形
態をなしており、ガス入口へのガス又は蒸気の流量率の
制限体と、全てのガス又は蒸気を、上述のガス入口を通
過するアクセス方向に対して横方向成分を有する通路に
沿って、バリアの一部を介してこの入口へ通過せしめる
制御手段とを備えたガス拡散制御アセンブリが提供され
る。
【００１３】前と同様に、横方向のガス拡散を生じせし
める制御手段が、バリアに接着されたポリエチレンディ
スクのような不浸透性部材からなるかもしれない。
める制御手段が、バリアに接着されたポリエチレンディ
スクのような不浸透性部材からなるかもしれない。
【００１４】本発明のこの第３の態様のアセンブリは、
ガス入口の上流にバリアを設けているため、バリアの拡
散率を正確に制御でき、かつ、このアセンブリが結合し
たガスセンサの場合、センサ信号を調整することができ
る。
ガス入口の上流にバリアを設けているため、バリアの拡
散率を正確に制御でき、かつ、このアセンブリが結合し
たガスセンサの場合、センサ信号を調整することができ
る。
【００１５】その結果、本発明の第４の態様により、ガ
ス又は蒸気が進むことのできるガス入口を用意し、この
ガス入口へのガス又は蒸気の流量率を制限すべくガス入
口を横切るように多孔質拡散バリアを配置し、この多孔
質拡散バリアに接触して熱可塑性プラスチック部材を配
置し、熱可塑性プラスチック材料がバリアに含浸される
ように、及び／又は望ましい拡散率が達成できるまでバ
リアの孔が圧縮されるように熱可塑性プラスチック部材
及び多孔質拡散バリアを加熱するガス拡散制御アセンブ
リを製造する方法が提供される。
ス又は蒸気が進むことのできるガス入口を用意し、この
ガス入口へのガス又は蒸気の流量率を制限すべくガス入
口を横切るように多孔質拡散バリアを配置し、この多孔
質拡散バリアに接触して熱可塑性プラスチック部材を配
置し、熱可塑性プラスチック材料がバリアに含浸される
ように、及び／又は望ましい拡散率が達成できるまでバ
リアの孔が圧縮されるように熱可塑性プラスチック部材
及び多孔質拡散バリアを加熱するガス拡散制御アセンブ
リを製造する方法が提供される。
【００１６】この調整動作は、現存するアセンブリ（こ
れらはクヌーセンバリアを利用している）においては、
バリアを被覆するための金属が設けられているため簡単
に実施できない。この金属の被覆又はキャップは、孔の
大きさがクヌーセンの寸法まで低減されるようにバリア
を圧縮する。これに対して本発明の第４の態様では、拡
散バリアを露出しており、適切な加熱処理によりバリア
の拡散特性を制御できることを認識している。
れらはクヌーセンバリアを利用している）においては、
バリアを被覆するための金属が設けられているため簡単
に実施できない。この金属の被覆又はキャップは、孔の
大きさがクヌーセンの寸法まで低減されるようにバリア
を圧縮する。これに対して本発明の第４の態様では、拡
散バリアを露出しており、適切な加熱処理によりバリア
の拡散特性を制御できることを認識している。
【００１７】本発明の第４の態様による方法で用いられ
る多孔質拡散バリアが、ガス相拡散バリア、クヌーセン
バリア、又はこれら２つのタイプのバリアの混合体から
なるかもしれないことに注目すべきである。
る多孔質拡散バリアが、ガス相拡散バリア、クヌーセン
バリア、又はこれら２つのタイプのバリアの混合体から
なるかもしれないことに注目すべきである。
【００１８】１つの適用例において、ガス拡散制御アセ
ンブリはガスセンサを構成すべくガス検出デバイスに連
結されており、このアセンブリはガス検出デバイスへの
ガス又は蒸気のアクセス率を制御する。ガス検出デバイ
スは、例えば、限界電流原理に従ってガス又は蒸気の濃
度を測定するための電気化学センサを備えており、さら
にこの検出デバイスが、検出電極、対抗電極、及び電解
質の介在体を有する電解質セルを備えているかもしれな
い。
ンブリはガスセンサを構成すべくガス検出デバイスに連
結されており、このアセンブリはガス検出デバイスへの
ガス又は蒸気のアクセス率を制御する。ガス検出デバイ
スは、例えば、限界電流原理に従ってガス又は蒸気の濃
度を測定するための電気化学センサを備えており、さら
にこの検出デバイスが、検出電極、対抗電極、及び電解
質の介在体を有する電解質セルを備えているかもしれな
い。
【００１９】本ガスセンサは、等価の毛細管によるセン
サに比して、組立てがより簡単かつ安価であり、より小
さい電流を発生する。例えば酸素センサの場合、従来の
毛細管センサでは空気中（２１％の酸素）で１ｍＡのオ
ーダの電流を発生するが、本発明によれば周囲空気中で
０．１ｍＡ又はそれ以下のオーダというより小さい電流
を発生するセンサを容易に構成することができる。さら
に、バルク流の問題が著しく低減され、毛細管を省くこ
とができる。これは、より安価でよりコンパクトな構成
を導くこととなる。
サに比して、組立てがより簡単かつ安価であり、より小
さい電流を発生する。例えば酸素センサの場合、従来の
毛細管センサでは空気中（２１％の酸素）で１ｍＡのオ
ーダの電流を発生するが、本発明によれば周囲空気中で
０．１ｍＡ又はそれ以下のオーダというより小さい電流
を発生するセンサを容易に構成することができる。さら
に、バルク流の問題が著しく低減され、毛細管を省くこ
とができる。これは、より安価でよりコンパクトな構成
を導くこととなる。
【００２０】本発明の第５の態様によれば、検出電極を
有するガス検出デバイスと、この検出デバイスへのガス
通路の一部を構成するガス入口と、多孔質拡散バリアの
形態をなしており、ガス検出デバイスへのガス又は蒸気
のアクセス率の制限体と、全てのガス又は蒸気を、ガス
入口を通過するアクセス方向に対して横方向成分を有す
る通路に沿って、バリアの一部を介して拡散せしめる手
段とを含む第１のサブアセンブリ、対抗電極を含む第２
のサブアセンブリ、及び前記第１及び第２のサブアセン
ブリが設けられており、検出電極及び対抗電極にそれぞ
れ接続された電気的コンタクトを含む第３のサブアセン
ブリを備えたガスセンサが提供される。
有するガス検出デバイスと、この検出デバイスへのガス
通路の一部を構成するガス入口と、多孔質拡散バリアの
形態をなしており、ガス検出デバイスへのガス又は蒸気
のアクセス率の制限体と、全てのガス又は蒸気を、ガス
入口を通過するアクセス方向に対して横方向成分を有す
る通路に沿って、バリアの一部を介して拡散せしめる手
段とを含む第１のサブアセンブリ、対抗電極を含む第２
のサブアセンブリ、及び前記第１及び第２のサブアセン
ブリが設けられており、検出電極及び対抗電極にそれぞ
れ接続された電気的コンタクトを含む第３のサブアセン
ブリを備えたガスセンサが提供される。
【００２１】好ましくは、第１のサブアセンブリが本発
明の第１又は第３の態様によるもしくは本発明の第４の
態様により製造されたガス拡散制御アセンブリを備えて
いる。
明の第１又は第３の態様によるもしくは本発明の第４の
態様により製造されたガス拡散制御アセンブリを備えて
いる。
【００２２】典型的には、本発明の全ての態様において
、多孔質拡散バリアは、一般的なディスク状の形状を有
しているが、いくつかの場合には、半円又は１／４円の
ようにストリップ形又は扇形の形状であり得る。
、多孔質拡散バリアは、一般的なディスク状の形状を有
しているが、いくつかの場合には、半円又は１／４円の
ようにストリップ形又は扇形の形状であり得る。
【００２３】
【実施例】添付の図面を参照して本発明による電気化学
ガスセンサのいくつかの実施例を以下に説明する。
ガスセンサのいくつかの実施例を以下に説明する。
【００２４】その一部が図１に示されているセンサは、
長さ約３ｍｍ及び直径約２ｍｍを有するガスアクセス孔
２を具備する円形の頂部プレート１（直径約３０ｍｍ）
を含んでいる。拡散バリアを規定する直径約１０ｍｍ及
び厚さ約０．１８ｍｍの多孔質ＰＴＦＥディスク３がプ
レート１にヒートシールされている。拡散バリアは、純
ガス相拡散バリア、クヌーセンの原理で動作するバリア
、又はこれらの特性を組み合わせたバリアかもしれない
。ガスは、アクセス孔２を介して入り、拡散バリア３へ
通過する。このガスは、バリア３の下側にヒートシール
されたポリエチレンディスク４（直径７ｍｍ及び厚さ０
．１ｍｍ）によって、バリア３を直ちに直線的に通過す
ることが妨げられる。多孔質ＰＴＦＥの背面テープ５（
直径１９ｍｍ及び厚さ０．１８ｍｍ）がディスク４にヒ
ートシールされており、検出電極触媒層６（直径１９ｍ
ｍ及び厚さ０．１８ｍｍ）がテープ５に取り付けられて
いる。領域７内において触媒層６に電解質が接触する。 電解質がバリア３に達することを防止するために、８で
示す背面テープ５の表面の環状部分は頂部プレート１に
ヒートシールされている（図１では離隔して示されてい
る）。センサは、また、金属製の対抗電極と、電極間の
セパレータに吸収された電解質による介在体と、この図
には示されてない適当な格納金物とを含んでいる。 センサは、図６に示すタイプの一般的な電気回路に接続
されている。この回路において、検出電極６（Ｓと示さ
れている）及び対抗電極Ｃは負荷抵抗ＲＬ の両端に接
続されている。電極での電気化学反応が、抵抗ＲＬ を
含む回路を介して電極間を流れる電流を発生させる。こ
の設計のセンサによって発生せしめられる電流は、セン
サがさらされている雰囲気の酸素濃度に比例しており、
従って端子４１間の電圧値は、酸素濃度の直接測定値を
提供する。この電圧は、直接的に測定されるか、又は必
要に応じて増幅される。図６は非常に単純化された図で
あるがこのタイプのガスセンサと共に用いる典型的な一
般の回路を表していることを理解すべきである。
長さ約３ｍｍ及び直径約２ｍｍを有するガスアクセス孔
２を具備する円形の頂部プレート１（直径約３０ｍｍ）
を含んでいる。拡散バリアを規定する直径約１０ｍｍ及
び厚さ約０．１８ｍｍの多孔質ＰＴＦＥディスク３がプ
レート１にヒートシールされている。拡散バリアは、純
ガス相拡散バリア、クヌーセンの原理で動作するバリア
、又はこれらの特性を組み合わせたバリアかもしれない
。ガスは、アクセス孔２を介して入り、拡散バリア３へ
通過する。このガスは、バリア３の下側にヒートシール
されたポリエチレンディスク４（直径７ｍｍ及び厚さ０
．１ｍｍ）によって、バリア３を直ちに直線的に通過す
ることが妨げられる。多孔質ＰＴＦＥの背面テープ５（
直径１９ｍｍ及び厚さ０．１８ｍｍ）がディスク４にヒ
ートシールされており、検出電極触媒層６（直径１９ｍ
ｍ及び厚さ０．１８ｍｍ）がテープ５に取り付けられて
いる。領域７内において触媒層６に電解質が接触する。 電解質がバリア３に達することを防止するために、８で
示す背面テープ５の表面の環状部分は頂部プレート１に
ヒートシールされている（図１では離隔して示されてい
る）。センサは、また、金属製の対抗電極と、電極間の
セパレータに吸収された電解質による介在体と、この図
には示されてない適当な格納金物とを含んでいる。 センサは、図６に示すタイプの一般的な電気回路に接続
されている。この回路において、検出電極６（Ｓと示さ
れている）及び対抗電極Ｃは負荷抵抗ＲＬ の両端に接
続されている。電極での電気化学反応が、抵抗ＲＬ を
含む回路を介して電極間を流れる電流を発生させる。こ
の設計のセンサによって発生せしめられる電流は、セン
サがさらされている雰囲気の酸素濃度に比例しており、
従って端子４１間の電圧値は、酸素濃度の直接測定値を
提供する。この電圧は、直接的に測定されるか、又は必
要に応じて増幅される。図６は非常に単純化された図で
あるがこのタイプのガスセンサと共に用いる典型的な一
般の回路を表していることを理解すべきである。
【００２５】バリア３に入ったガスが、ディスク３内を
横方向に通過するようにディスク４によって強いられ、
かつポリエチレンディスク４によってカバーされていな
いバリア下側部分から出ていくことが図１から分るであ
ろう。次いでガスは、環状領域９を介してテープ５に入
り、その後、検出電極触媒６に達する。
横方向に通過するようにディスク４によって強いられ、
かつポリエチレンディスク４によってカバーされていな
いバリア下側部分から出ていくことが図１から分るであ
ろう。次いでガスは、環状領域９を介してテープ５に入
り、その後、検出電極触媒６に達する。
【００２６】電気触媒部分６を横切るガス拡散束の拡が
りを促進させるために、低い拡散抵抗の付加的「拡散体
」薄膜（図１には示されていない）が、ＰＴＦＥの背面
テープ５とポリエチレンディスク４及び多孔質ＰＴＦＥ
ディスク３の複合体との間に随意に設けられるかもしれ
ない。
りを促進させるために、低い拡散抵抗の付加的「拡散体
」薄膜（図１には示されていない）が、ＰＴＦＥの背面
テープ５とポリエチレンディスク４及び多孔質ＰＴＦＥ
ディスク３の複合体との間に随意に設けられるかもしれ
ない。
【００２７】バリア３を通るより長い通路を経てガスを
流すことは、ガスをアクセス孔２から直接的に電極触媒
６へ通す場合よりもより小さな電流をより簡単に発生さ
せることができ、従って金属製の対抗電極の寿命を延ば
し得ることが知られている。さらに、この装置はバルク
流効果を最小とすることができ、従来のセンサに比して
構成が簡単であるため、製造が比較的安価となる。
流すことは、ガスをアクセス孔２から直接的に電極触媒
６へ通す場合よりもより小さな電流をより簡単に発生さ
せることができ、従って金属製の対抗電極の寿命を延ば
し得ることが知られている。さらに、この装置はバルク
流効果を最小とすることができ、従来のセンサに比して
構成が簡単であるため、製造が比較的安価となる。
【００２８】ディスク３がバリアであると記述したが、
テープ５も制限体として働くことができる。ただし、テ
ープ５が電解質の流れに対するバリアとして働くとすれ
ば、このテープ５は制限体としては最小の効果を好まし
くは有するべきである。
テープ５も制限体として働くことができる。ただし、テ
ープ５が電解質の流れに対するバリアとして働くとすれ
ば、このテープ５は制限体としては最小の効果を好まし
くは有するべきである。
【００２９】図２は、図１に示すセンサに類似してはい
るが、この場合は多孔質ＰＴＦＥディスク３（直径１９
ｍｍ及び厚さ０．１８ｍｍ）が、図１の例におけるテー
プ５の代わりに背面テープとしても働き、ポリエチレン
ディスク４が電極触媒層６内に埋め込まれているセンサ
の一部を示している。
るが、この場合は多孔質ＰＴＦＥディスク３（直径１９
ｍｍ及び厚さ０．１８ｍｍ）が、図１の例におけるテー
プ５の代わりに背面テープとしても働き、ポリエチレン
ディスク４が電極触媒層６内に埋め込まれているセンサ
の一部を示している。
【００３０】図１の例では、多数のヒートシール工程が
要求される。しかしながら、ＰＴＦＥディスク３にヒー
トシールされるべきポリエチレンディスク４にとって、
正しいガス拡散通路を確実に得られるようにすることは
必須である。
要求される。しかしながら、ＰＴＦＥディスク３にヒー
トシールされるべきポリエチレンディスク４にとって、
正しいガス拡散通路を確実に得られるようにすることは
必須である。
【００３１】図２の例は、ヒートシール工程の数が減少
せしめられているためより好ましい。実際に、単一のヒ
ートシール機械を１回用いるだけで、ＰＴＦＥディスク
３及びプレート１間とポリエチレンディスク４及びディ
スク３間とのヒートシールを行うことが可能である。こ
の後者の装置は、必要なのが単一のヒートシール工程で
あることのみならず、内部自由ガス空間を実質的に排除
しており構成部品間の相対的な動きに起因する指向方向
効果が生じないであろうことから最も好ましい。
せしめられているためより好ましい。実際に、単一のヒ
ートシール機械を１回用いるだけで、ＰＴＦＥディスク
３及びプレート１間とポリエチレンディスク４及びディ
スク３間とのヒートシールを行うことが可能である。こ
の後者の装置は、必要なのが単一のヒートシール工程で
あることのみならず、内部自由ガス空間を実質的に排除
しており構成部品間の相対的な動きに起因する指向方向
効果が生じないであろうことから最も好ましい。
【００３２】図３は、完全なセンサを図１の例に比例し
ていない分解図で表している。この例において、プレー
ト１はセンサを囲繞ハウジングにシール可能とするため
のＯリング溝３０を具備しており、ガスアクセス孔２は
小水滴を排除するように働く多孔質ＶＹＯＮプラグ１０
が挿入されている対抗穴３１に連通している。
ていない分解図で表している。この例において、プレー
ト１はセンサを囲繞ハウジングにシール可能とするため
のＯリング溝３０を具備しており、ガスアクセス孔２は
小水滴を排除するように働く多孔質ＶＹＯＮプラグ１０
が挿入されている対抗穴３１に連通している。
【００３３】構成要素１〜１０は第１のサブアセンブリ
ＳＡ１を形成している。第２のサブアセンブリＳＡ２は
、薄いプラスチック絶縁クリップ１３内に固定された、
広げられたステンレススチールメッシュのディスクによ
る電流コレクタ１２を伴うプリフォームされた多孔質Ｐ
ｂウール陽極１１（対抗電極）を備えている。サブアセ
ンブリＳＡ１及びＳＡ２は、それらの間にセパレータ１
４を伴って互いに連結されている。
ＳＡ１を形成している。第２のサブアセンブリＳＡ２は
、薄いプラスチック絶縁クリップ１３内に固定された、
広げられたステンレススチールメッシュのディスクによ
る電流コレクタ１２を伴うプリフォームされた多孔質Ｐ
ｂウール陽極１１（対抗電極）を備えている。サブアセ
ンブリＳＡ１及びＳＡ２は、それらの間にセパレータ１
４を伴って互いに連結されている。
【００３４】第３のサブアセンブリＳＡ３は、カップ形
状を有するＡＢＳカン１８を備えている。１対のＮｉ−
ＰＣＢピン１５及び１６は、検出電極触媒層６及び陽極
１１にそれぞれ接触するようにベースプレート（カン１
８）の底を通過して伸長している。ピン１５及び検出電
極触媒層６間の接続は、Ｎｉ箔電流コレクタ１７を介し
て行われる。
状を有するＡＢＳカン１８を備えている。１対のＮｉ−
ＰＣＢピン１５及び１６は、検出電極触媒層６及び陽極
１１にそれぞれ接触するようにベースプレート（カン１
８）の底を通過して伸長している。ピン１５及び検出電
極触媒層６間の接続は、Ｎｉ箔電流コレクタ１７を介し
て行われる。
【００３５】センサは、サブアセンブリＳＡ２をサブア
センブリＳＡ３内に設置することによって組み立てられ
る。次いでカン１８は電解質で満たされる。その後、サ
ブアセンブリＳＡ２及びＳＡ１間のセパレータ１４と共
にサブアセンブリＳＡ１がカン１８内に設置される。セ
パレータは、電解質で侵潤された状態となるであろう。
センブリＳＡ３内に設置することによって組み立てられ
る。次いでカン１８は電解質で満たされる。その後、サ
ブアセンブリＳＡ２及びＳＡ１間のセパレータ１４と共
にサブアセンブリＳＡ１がカン１８内に設置される。セ
パレータは、電解質で侵潤された状態となるであろう。
【００３６】本発明を２電極センサに関連して記述して
きたが、本発明は参照電極をさらに具備した３電極セン
サについて適用することもできる点に注目すべきである
。さらに、本センサは、酸素について用いて特に適切で
あるが、検出電極において電気化学的に反応する他のい
かなるガスについても用いることができる。検出電極で
陽極的に反応する一酸化炭素、硫化水素のようなガスを
用いる場合、金属製の対抗電極は、電気化学的還元（陰
極）反応に耐えることのできる適切な電極に置き換える
必要がある。
きたが、本発明は参照電極をさらに具備した３電極セン
サについて適用することもできる点に注目すべきである
。さらに、本センサは、酸素について用いて特に適切で
あるが、検出電極において電気化学的に反応する他のい
かなるガスについても用いることができる。検出電極で
陽極的に反応する一酸化炭素、硫化水素のようなガスを
用いる場合、金属製の対抗電極は、電気化学的還元（陰
極）反応に耐えることのできる適切な電極に置き換える
必要がある。
【００３７】図４は、ガスセンサの他の例を表している
。ポリエチレンディスク２０（直径１２ｍｍ及び厚さ０
．１０ｍｍ）が、２つの多孔質ＰＴＦＥディスク２１及
び２２（直径１９ｍｍ及び厚さ０．１８ｍｍ）間にサン
ドイッチされており、それらの接触表面は、図にドット
で示すように、ポリエチレン及びＰＴＦＥ間で（ヒート
）シールされている。
。ポリエチレンディスク２０（直径１２ｍｍ及び厚さ０
．１０ｍｍ）が、２つの多孔質ＰＴＦＥディスク２１及
び２２（直径１９ｍｍ及び厚さ０．１８ｍｍ）間にサン
ドイッチされており、それらの接触表面は、図にドット
で示すように、ポリエチレン及びＰＴＦＥ間で（ヒート
）シールされている。
【００３８】ガスは、ディスク２１及び２２の周囲から
入り、主（ガス相）拡散バリアを構成するディスク２２
に沿って横断方向（横方向）に拡散せしめら、次いでセ
ンサ本体２４に形成されたオリフィス２３（直径２ｍｍ
及び長さ３ｍｍを有する非制限体）を通る。ディスク２
０とディスク２１及び２２とのサンドイッチ体は、セン
サ本体２４内にシールされており、このシールされた領
域がドットで示されている。
入り、主（ガス相）拡散バリアを構成するディスク２２
に沿って横断方向（横方向）に拡散せしめら、次いでセ
ンサ本体２４に形成されたオリフィス２３（直径２ｍｍ
及び長さ３ｍｍを有する非制限体）を通る。ディスク２
０とディスク２１及び２２とのサンドイッチ体は、セン
サ本体２４内にシールされており、このシールされた領
域がドットで示されている。
【００３９】オリフィス２３を通過するガスは、随意に
設けられる拡散体２５（直径１２ｍｍ及び厚さ０．１８
ｍｍ）、多孔質ＰＴＦＥの背面テープ２６（直径１９ｍ
ｍ及び厚さ０．８ｍｍ）を通って電気触媒層２７（直径
１２ｍｍ及び厚さ０．１８ｍｍ）内へ入りそこで電気化
学反応が行われる。
設けられる拡散体２５（直径１２ｍｍ及び厚さ０．１８
ｍｍ）、多孔質ＰＴＦＥの背面テープ２６（直径１９ｍ
ｍ及び厚さ０．８ｍｍ）を通って電気触媒層２７（直径
１２ｍｍ及び厚さ０．１８ｍｍ）内へ入りそこで電気化
学反応が行われる。
【００４０】図４に示す装置は、サブアセンブリとして
形成可能であり、上側のＰＴＦＥディスク２１に対して
ヒートシールシューを当てることにより単一のヒートシ
ール工程で異なる構成要素を図示のように互いにヒート
シールすることができる。このシューを当てる場合、デ
ィスク２１及び２２の拡散抵抗に影響を与えるべくポリ
エチレンディスク２０がこれらディスクの孔に部分的に
含浸されるように制御された状態で行うことができる。 加えて又は選択的に、ヒートシールは、ディスク２１及
び２２の孔を部分的に閉じて、その結果、拡散抵抗を増
大するように設定することができる。
形成可能であり、上側のＰＴＦＥディスク２１に対して
ヒートシールシューを当てることにより単一のヒートシ
ール工程で異なる構成要素を図示のように互いにヒート
シールすることができる。このシューを当てる場合、デ
ィスク２１及び２２の拡散抵抗に影響を与えるべくポリ
エチレンディスク２０がこれらディスクの孔に部分的に
含浸されるように制御された状態で行うことができる。 加えて又は選択的に、ヒートシールは、ディスク２１及
び２２の孔を部分的に閉じて、その結果、拡散抵抗を増
大するように設定することができる。
【００４１】図４に示したサブアセンブリは、図３に示
したＳＡ１のサブアセンブリに代えてこの図３に示すタ
イプの完全なガスセンサに合体することができる。
したＳＡ１のサブアセンブリに代えてこの図３に示すタ
イプの完全なガスセンサに合体することができる。
【００４２】図５は、ガスセンサのさらに他の例を表し
ており、この例において、広いフランジ５１を有するね
じ５０は、金属キャップ５３内の穴５２に螺合されてい
る。ＰＴＦＥワッシャ５４がフランジ５１及びキャップ
５３間にサンドイッチされている。実際、ガスは、ＰＴ
ＦＥワッシャ５４を通って横方向内側へねじ５０の軸部
に向かって拡散し、次いでねじ山を介し穴５２を貫通し
て浸透する。この構成による大きな利点の１つは、ねじ
５０を単に回しワッシャ５４の圧縮を調整することによ
って拡散率が比較的容易に制御できることにある。
ており、この例において、広いフランジ５１を有するね
じ５０は、金属キャップ５３内の穴５２に螺合されてい
る。ＰＴＦＥワッシャ５４がフランジ５１及びキャップ
５３間にサンドイッチされている。実際、ガスは、ＰＴ
ＦＥワッシャ５４を通って横方向内側へねじ５０の軸部
に向かって拡散し、次いでねじ山を介し穴５２を貫通し
て浸透する。この構成による大きな利点の１つは、ねじ
５０を単に回しワッシャ５４の圧縮を調整することによ
って拡散率が比較的容易に制御できることにある。
【図１】本発明の第１の例の一部の部分的に分解した縦
方向断面図である。
方向断面図である。
【図２】本発明の第２の例の一部の縦方向断面図である
。
。
【図３】本発明の第３の例の部分的に分解した縦方向断
面図である。
面図である。
【図４】本発明の第４の例の一部の縦方向断面図である
。
。
【図５】本発明の第５の例の一部の縦方向断面図である
。
。
【図６】２電極ガスセンサが接続される簡単な回路の回
路図である。
路図である。
１ 頂部プレート
２ ガスアクセス孔
３、２１、２２ 多孔質ＰＴＦＥディスク４、２０
ポリエチレンディスク ５、２６ 多孔質ＰＴＦＥ背面テープ６ 検出電極
触媒層 １０ プラグ １１ 多孔質Ｐｂウール陽極 １２ 電流コレクタ １３ 絶縁クリップ １４ セパレータ １５、１６ Ｎｉ−ＰＣＢピン １７ Ｎｉ箔電流コレクタ １８ ＡＢＳカン ２３ オリフィス ２４ センサ本体 ２５ 拡散体 ２７ 電気触媒層 ５０ ねじ ５１ フランジ ５２ 穴 ５３ 金属キャップ ５４ ＰＴＦＥワッシャ
ポリエチレンディスク ５、２６ 多孔質ＰＴＦＥ背面テープ６ 検出電極
触媒層 １０ プラグ １１ 多孔質Ｐｂウール陽極 １２ 電流コレクタ １３ 絶縁クリップ １４ セパレータ １５、１６ Ｎｉ−ＰＣＢピン １７ Ｎｉ箔電流コレクタ １８ ＡＢＳカン ２３ オリフィス ２４ センサ本体 ２５ 拡散体 ２７ 電気触媒層 ５０ ねじ ５１ フランジ ５２ 穴 ５３ 金属キャップ ５４ ＰＴＦＥワッシャ
Claims (14)
- 【請求項１】 ガス入口（２）と、該ガス入口を横切
って広がる多孔質拡散バリアの形態をなしており、該ガ
ス入口からのガス又は蒸気の流量率の制限体（３）と、
前記入口を通過して前記拡散バリアへ入る全てのガス又
は蒸気を、前記ガス入口を通過するアクセス方向に対し
て横方向外側の成分を有する通路に沿って、前記バリア
の一部を介して拡散せしめる制御手段（４）とを備えた
ことを特徴とするガス拡散制御アセンブリ。 - 【請求項２】 前記バリア（３）が、ガス相拡散バリ
ア、クヌーセンバリア、又は該２つのタイプのバリアの
混合体を備えた請求項１に記載のアセンブリ。 - 【請求項３】 ガス入口（２３）と、該ガス入口を横
切って広がるガス相拡散バリア（２２）の形態をなして
おり、該ガス入口へのガス又は蒸気の流量率の制限体と
、全てのガス又は蒸気を、前記ガス入口を通過するアク
セス方向に対して横方向成分を有する通路に沿って、前
記バリアの一部を介して前記入口へ通過せしめる制御手
段（２０）とを備えたことを特徴とするガス拡散制御ア
センブリ。 - 【請求項４】 前記ガス入口が、ねじのねじ山の周囲
の螺旋状通路によって規定される請求項３に記載のアセ
ンブリ。 - 【請求項５】 前記バリアが、その拡散特性を制御す
るために前記ねじの回転によって圧縮可能である請求項
４に記載のアセンブリ。 - 【請求項６】 前記制御手段が、不浸透性部材（４）
を備えている請求項１から５のいずれか１項に記載のア
センブリ。 - 【請求項７】 前記不浸透性部材（４）が、前記バリ
アに接着されたプラスチックディスクである請求項６に
記載のアセンブリ。 - 【請求項８】 ガス又は蒸気が進むことのできるガス
入口（２３）を用意し、該ガス入口へのガス又は蒸気の
流量率を制限すべく該ガス入口を横切るように多孔質拡
散バリア（２２）を配置し、該多孔質拡散バリアに接触
して熱可塑性プラスチック部材を配置し、熱可塑性プラ
スチック材料が前記バリアに含浸されるように及び／又
は望ましい拡散率が達成できるまでバリアの孔が圧縮さ
れるように前記熱可塑性プラスチック部材及び前記多孔
質拡散バリアを加熱することを特徴とするガス拡散制御
アセンブリを製造する方法。 - 【請求項９】 ガス検出デバイスと、該ガス検出デバ
イスへのガス又は蒸気のアクセス率を制御するための請
求項１から７のいずれか１項に記載の又は請求項８の方
法によって製造されるガス拡散制御アセンブリとを備え
たことを特徴とするガスセンサ。 - 【請求項１０】 前記ガス検出デバイスが、限界電流
原理に従ってガス又は蒸気の濃度を測定するための電気
化学センサを備えており、さらに該検出デバイスが、検
出電極、対抗電極、及び電解質の介在体を有する電解質
セルを備えている請求項９に記載のセンサ。 - 【請求項１１】 検出電極触媒層と、対抗電極と、請
求項１、２、又は６に記載のガス拡散制御アセンブリと
を備えており、前記多孔質拡散バリアが前記検出電極触
媒層に直接的に固着されていることを特徴とするガスセ
ンサ。 - 【請求項１２】 前記多孔質バリア及び前記制御手段
が、拡散バリア及び検出電極支持体の両方として働く請
求項１１に記載のセンサ。 - 【請求項１３】 検出電極を有するガス検出デバイス
と、該検出デバイスへのガス通路の一部を構成するガス
入口と、多孔質拡散バリアの形態をなしており、前記ガ
ス検出デバイスへのガス又は蒸気のアクセス率の制限体
と、全てのガス又は蒸気を、前記ガス入口を通過するア
クセス方向に対して横方向成分を有する通路に沿って、
前記バリアの一部を介して拡散せしめる手段とを含む第
１のサブアセンブリ（ＳＡ１）、対抗電極を含む第２の
サブアセンブリ（ＳＡ２）、及び前記第１及び第２のサ
ブアセンブリが設けられており、前記検出電極及び前記
対抗電極にそれぞれ接続された電気的コンタクトを含む
第３のサブアセンブリ（ＳＡ３）を備えたことを特徴と
するガスセンサ。 - 【請求項１４】 検出電極を有するガス検出デバイス
と、該検出デバイスへのガス通路の一部を構成するガス
入口と、多孔質拡散バリアの形態をなしており、前記ガ
ス検出デバイスへのガス又は蒸気のアクセス率の制限体
と、全てのガス又は蒸気を、前記ガス入口を通過するア
クセス方向に対して横方向成分を有する通路に沿って、
前記バリアの一部を介して拡散せしめる手段とを含む第
１のサブアセンブリ（ＳＡ１）、対抗電極を含む第２の
サブアセンブリ（ＳＡ２）、及び前記第１及び第２のサ
ブアセンブリが設けられており、前記検出電極及び前記
対抗電極にそれぞれ接続された電気的コンタクトを含む
第３のサブアセンブリ（ＳＡ３）を備えており、前記第
１のサブアセンブリが請求項１から７のいずれか１項に
記載のガス拡散制御アセンブリを備えたことを特徴とす
るガスセンサ。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9024521.8 | 1990-11-12 | ||
| GB909024521A GB9024521D0 (en) | 1990-11-12 | 1990-11-12 | Gas sensor |
| GB919106531A GB9106531D0 (en) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | Gas diffusion control assembly |
| GB9106531.8 | 1991-03-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04291145A true JPH04291145A (ja) | 1992-10-15 |
Family
ID=26297936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3322373A Withdrawn JPH04291145A (ja) | 1990-11-12 | 1991-11-12 | ガス拡散制御アセンブリ及びその製造方法並びにガスセンサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5321971A (ja) |
| EP (1) | EP0486179A3 (ja) |
| JP (1) | JPH04291145A (ja) |
| CA (1) | CA2055008A1 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5560810A (en) * | 1995-03-16 | 1996-10-01 | Sem Corporation | Electrochemical gas sensor assembly |
| GB9526101D0 (en) * | 1995-12-20 | 1996-02-21 | City Tech | Electrochemical gas sensor |
| JP3553613B2 (ja) * | 1996-10-10 | 2004-08-11 | サムソン・エレクトロニクス・カンパニー・リミテッド | ガスセンサのハイブリッド集積回路 |
| JP3553316B2 (ja) * | 1997-05-20 | 2004-08-11 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ |
| US6071476A (en) * | 1997-11-14 | 2000-06-06 | Motorola, Inc. | Exhaust gas sensor |
| US6413395B1 (en) | 1999-12-16 | 2002-07-02 | Roche Diagnostics Corporation | Biosensor apparatus |
| FI20002057A (fi) * | 2000-09-18 | 2002-04-18 | Vaisala Oyj | Mittalaite kaasumaisen aineen diffuusion mittaamiseksi rakenteen pinnalta |
| DE10345141A1 (de) * | 2003-09-29 | 2005-04-21 | Bosch Gmbh Robert | Sensorelement |
| GB0700556D0 (en) * | 2007-01-11 | 2007-02-21 | Honeywell Int Inc | Electrochemical gas sensor |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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