JPH0443233B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0443233B2
JPH0443233B2 JP59270252A JP27025284A JPH0443233B2 JP H0443233 B2 JPH0443233 B2 JP H0443233B2 JP 59270252 A JP59270252 A JP 59270252A JP 27025284 A JP27025284 A JP 27025284A JP H0443233 B2 JPH0443233 B2 JP H0443233B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
asno
sio
oxygen
sensitivity
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP59270252A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS61147146A (ja
Inventor
Kazuko Sasaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Matsuda KK
Original Assignee
Matsuda KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsuda KK filed Critical Matsuda KK
Priority to JP59270252A priority Critical patent/JPS61147146A/ja
Priority to US06/807,257 priority patent/US4658632A/en
Priority to DE19853545372 priority patent/DE3545372A1/de
Publication of JPS61147146A publication Critical patent/JPS61147146A/ja
Publication of JPH0443233B2 publication Critical patent/JPH0443233B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 この発明はλセンサの改良に関するもので、自
動車エンジン等の内燃機関の制御や、ストーブや
ボイラー等の燃焼機器の制御に適したもので有
る。 〔従来技術〕 発明者は、BaSnO3-〓、RaSnO3-〓、CaSnO3-〓、
SrSnO3-〓等の化合物がλセンサとして優れた特
性を示すことを発見した(特願昭59−63900号、
特願昭59−63901号)。これらの化合物はプロブス
カイト型の結晶構造を示し、λセンサの材料とし
ては新規なもので有る。これらの化合物の特長
は、高温の還元雰囲気への耐久性に優れ、かつ酸
素分圧の変化への感度が大きい点に有る。次の特
長は、可燃性ガスへの感度と酸素との感度が比較
的良くバランスしていることで有る。 なお他の関連する先行技術を挙げると、特公昭
50−23317号は、SnO2へのシリカバインダの添加
により、通気性を損ねずにガスセンサの機械的強
度を向上し得ることを開示している。 〔発明の課題〕 この発明の課題は、λセンサの酸素感度を増す
とともに、酸素感度の温度依存性を小さくするこ
とに有る。 〔発明の構成〕 この発明のλセンサは、化合物ASnO3-〓、ここ
にAはRa、Ba、Sr、Caの少くとも一員を、δは
非化学量論的パラメータを現わす、の抵抗値の変
化により、空燃比λを検出するとともに、化合物
ASnO3-〓にはその1mol当り5〜300mmolの
SiO2、GeO2、ZrO2、HfO2、からなる群の少く
とも一員の物質を添加したもので有る。 酸素勾配という概念を考える。これは、センサ
の抵抗値RsをRs=K・Pom 2とした際のmの値に
より示される。酸素勾配の理論的上限はn形半導
体については1/4、または1/6、P形半導体につい
ては−1/4、または−1/6で有る。n形半導体につ
いてそのモデルを示すと、格子のO2-イオンが、
電子1個をトラツプした欠陥と1つの自由電子と
1/2個の気相酸素分子とに変化するとのモデルか
ら、1/4の値が得られる。電子をトラツプしない
欠陥と2つの自由電子と1/2個の気相酸素分子へ
の平衡模型からは、1/6の値が得られる。 化合物ASnO3-〓の場合、酸素勾配の値は最良の
もので0.18程度で有り、SiO2等の添加により0.03
〜0.04程度酸素勾配を改善し得る。この変化はわ
ずかで有るとも言えるが、酸素勾配の値が理論的
上限付近に有ることを考えると極めて大きいとも
評価し得る。いずれにせよ酸素勾配の改善は、λ
センサの特性を大きく向上させる。 酸素勾配の改善には、SiO2の他にGeO2
ZrO2、HfO2が有効で、これらは相互に均等物と
言える。添加効果は比較的多量の添加で生じ、少
くとも1mol当り5mmolの添加が、より好まし
くは20mmol以上の添加が必要で有る。添加効果
は50mmol程度の添加で飽和する。添加量の上限
には本質的意味がなく、大量に添加するとセンサ
が高抵抗化し扱いにくいという事実により定ま
る。 SiO2やGeO2等の添加の他の効果は、酸素感度
の温度依存性を小さくする点に有る。BaSnO3-
やRaSnO3-〓の場合、酸素感度は温度とともに減
少する。CaSnO3-〓やSrSnO3-〓の場合、酸素温度
は温度とともに増大する。SiO2やGeO2、HfO2
るいはZrO2を添加すると、酸素感度の温度依存
性が減少する。このことは温度による誤差要因が
小さくなることを意味する。 化合物ASnO3-〓の酸素勾配は、結晶成長と共に
改善される。そこで特に限定するものではない
が、化合物ASnO3-〓の平均結晶子径を0.02〜25μ
とするのが好ましく、さらに好ましくは平均結晶
子径を0.15〜8μとする。なお結晶成長による酸素
勾配の改善と、SiO2等の添加による酸素勾配の
改善とは、独立した現象で有る。 化合物ASnO3-〓のうち、BaSnO3-〓とRaSnO3-
とは完全なn形半導体で、酸素勾配の絶対値は、
CaSnO3-〓やSrSnO3-〓よりも大きい。従つて最も
好ましい化合物は、BaSnO3-〓やRaSnO3-〓、ある
いはBa0.5Ra0.5−SnO3-〓等のBaの1部をRaで置
換したものやこの逆のもので有る。 これに対してCaSnO3-〓やSrSnO3-〓は特異な化
合物で、λ<1からλ>1への当量点付近の変化
にはn形性を示すが、λ>1のリーンバーン領域
の変化ではP形性を示し酸素勾配は負となる。 なお限定の意味でなく実施上の注意として、可
燃性ガスの感度と酸素への感度とをバランスさせ
ることが有る。化合物ASnO3-〓は可燃性ガスへの
感度が比較的小さな物質では有るが、酸素感度に
くらべて可燃性ガスへの感度が高い。このため未
燃焼の可燃性ガスの存在により、λは実際よりも
低く評価されることになる。このためには、Pt
等の貴金属を化合物ASnO3-〓1g当り、20μg〜
3mg添加することが好ましい。大量の添加、例え
ば10mgの添加は、雰囲気変化への応答性を損ね
る。なお貴金属の添加効果は、SiO2等の効果や、
結晶成長の効果とも独立した現象で、酸素への感
度にほとんど影響しない。 〔実施例〕 (材料の調整) BaCO3、RaCO3、SrCO3、CaCO3を等モル量
のSnO2と混合し、空気中で900℃または1100℃で
4時間仮焼する。生成物はペロブスカイト型の化
合物、BaSnO3-〓、RaSnO3-〓、CaSnO3-〓、
SrSnO3-〓で有る。なおマグネシウム化合物やベ
リリウム化合物は、SnO2と反応させても、
MgSnO3-〓やBeSnO3-〓には転化しない。 仮焼生成物の粉砕後、1〜20モル%のシリカコ
ロイド、水酸化ゲルマニウム、水酸化ハフニウ
ム、水酸化ジルコニウムと混合する。なお用語法
としてモル%という時は、化合物ASnO3-〓100モ
ル%への添加量を意味する。混合物を第8図の形
状に成型し、空気中で4時間本焼成する。本焼成
温度は900℃で仮焼したものについては1000℃ま
たは1100℃、1100℃で仮焼したものについては
1200℃から1800℃とする。比較のためシリカコロ
イド等に代えて、スズ酸コロイドや水酸化チタニ
ウムを混合した試料を得る。 貴金属、例えばPtやRh、Ir、Os、Ru、Pd、を
加えた試料を作る場合、紛焼成後の試料に貴金属
塩の化合物を含浸させ、950℃で2時間焼成し、
貴金属を化合物ASnO3-〓やSiO2等に担持させる。
用いた添加量は、化合物ASnO3-〓1g当り、金属
換算で30μg〜10mgで有る。なお以下では化合物
ASnO3-〓1g当り1μgの添加を1ppmとして表記
する。 (ASnO3-〓とSnO2) 公知のλセンサ材料としてSnO2を用い、化合
物ASnO3-〓と対比する。SnO2は1100℃で仮焼後、
1400℃で本焼成したもので有る。 BaSnO3-〓とSnO2とを対比すると、高温の還元
性雰囲気への耐久性が飛躍的に改善され、可燃性
ガス感度もO2感度とのバランスに近ずく。耐久
性の向上や可燃性ガス感度の抑制の効果は、
RaSnO3-〓や、SrSnO3-〓、CaSnO3-〓でも共通で
有る。
【表】 (SiO2等の効果) SiO2の添加による700℃での酸素勾配の変化
を、1400℃で本焼成したBaSnO3-〓を例に、第1
図に示す。5モル%のSiO2の添加により、酸素
勾配は0.18から0.22へ向上する。また添加したPt
は酸素勾配に無関係で有る。 SiO2の添加量を変えた際の結果、SiO2に代え
てGeO2やZrO2、HfO2を用いた際の結果を表2に
示す。なおSiO2とGeO2の混合物等を用いても同
種の結果が得られる。
【表】
【表】 いずれの化合物においても、SiO2の添加によ
り酸素勾配の絶対値が増大する。添加効果は1モ
ル%の添加でもかなり大きく、5モル%以上の添
加ではほぼ飽和している。実験の範囲では、添加
量の増大による欠点は、センサの高抵抗化で有
り、この点から30モル%以下の添加が良いことが
わかつた。 添加物を代えると、GeO2やZrO2、HfO2
SiO2と同効で有るが、SnO2やTiO2では効果が得
られなかつた。 SiO2等の添加の第2の効果は、酸素勾配の温
度依存性が小さくなる点に有る。このことは温度
変動による誤差要因の1つが小さくなることを意
味する。 (結晶成長の効果) 5モル%のSiO2を添加した化合物ASnO3-〓を
例に、酸素勾配への結晶成長の効果を表3に示
す。いずれの化合物でも、酸素勾配の絶対値は結
晶成長とともに増し、特に平均結晶子径を0.15μ
以上にすることにより、クリテイカルな改善が見
られる。 なおここに言う平均結晶子径は、化合物
ASnO3-〓についての値とし、以下の測定法による
ものとする。電子顕微鏡写真から化合物ASnO3-
の像を求め、各結晶の長軸方向の長さと短軸方向
の長さの相加平均を結晶子径とする。これを結晶
粒子について平均したものを、平均結晶子径とす
る。
【表】
【表】 (貴金属の添加効果) 第1図や表2に示したように、貴金属の添加は
酸素勾配にほとんど影響しない。貴金属は、化合
物ASnO3-〓1g当り金属換算で30μg〜100μg程
度の小量の添加から、可燃性ガスへの感度を抑制
し酸素感度とのバランスを達成するという効果を
持つ。しかし大量の添加、例えば1g当り10mgの
添加は、雰囲気変化への応答性を損う。 第2図に、5モル%のSiO2を添加し1400℃で
焼成したBaSnO3-〓の可燃性ガス感度を示す。
100ppmのPtを加えると、COやC3H6への感度が
抑制され、O2感度とのバランスが得られる。こ
の図での実験条件は、雰囲気温度を700℃とし、
4.6%のO2とN2とでバランスした雰囲気中で、
CO濃度とC3H6濃度とを変えた際のもので有る。 第3図から第5図は、それぞれPt100ppm、
1000ppm、10000ppmを加えた試料の、雰囲気変
化への応答特性を示すもので有る。試料は5モル
%のSiO2を加えて1400℃で焼成したBaSnO3-〓を
用いた。 雰囲気をλ=0.99と1.01との間で各1秒ずつ2
秒周期で切り替えた際の抵抗値を、図の折線で示
す。一方雰囲気変化を、3秒ずつの6秒周期とし
た際の抵抗値を、図の破線の頂点で示す。なお高
抵抗側がλ=1.01、低抵抗側がλ=0.99で有る。
Ptの大量添加は雰囲気への応答を損ね、添加量
は1g当り3mg以下とするのが好ましい。 表4に貴金属の添加効果を示す。表から明らか
なように、可燃性ガス感度の抑制に最も有効なの
はPtで、Rhがこれに次ぎ、Pdではやや劣つてい
る。これ以外の貴金属、例えばRu、Ir、Os、や、
PtとRhとの混合物等を用いても良いことは言う
までもない。また添加効果はRaSnO3-〓にSiO2
加えた系や、BaSnO3-〓にGeO2を加えた系などで
も得られる。
〔発明の効果〕
この発明では、化合物ASnO3-〓の酸素感度を向
上させるとともに、酸素感度の温度依存性を小さ
くし、検出確度を向上させている。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第5図はそれぞれ実施例の特性図、第
6図は実施例のλセンサの斜視図で、第7図はそ
の長手方向断面図、第8図はガス検出片の断面図
で有る。 図において、8……ガス検出片、10……温度
検出片、16,18……電極、20……ムライト
膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導
    体を用いたλセンサにおいて、 前記金属酸化物半導体は化合物ASnO3-〓、(こ
    こにAはRa、Ba、Sr、Caからなる群の少くとも
    一員を、δは非化学量論的パラメータを現わす。)
    で有り、 かつ化合物ASnO3-〓には、SiO2、GeO2
    ZrO2、HfO2からなる群の少くとも一員を添加
    し、その添加量は化合物ASnO3-〓1mol当り5〜
    300mmolで有る、 ことを特徴とするλセンサ。 2 特許請求の範囲第1項記載のλセンサにおい
    て、 前記添加物SiO2で有り、かつその添加量は化
    合物ASnO3-〓1mol当り20〜300mmolで有ること
    を特徴とするλセンサ。 3 特許請求の範囲第2項記載のλセンサにおい
    て、 前記添加量は化合物ASnO3-〓1mol当り20〜200
    mmolで有ることを特徴とするλセンサ。 4 特許請求の範囲第1項〜第3項のいずれかに
    記載のλセンサにおいて、 化合物ASnO3-〓の平均結晶子径は0.02〜〜25μ
    であることを特徴とするλセンサ。 5 特許請求の範囲第4項に記載のλセンサにお
    いて、 化合物ASnO3-〓の平均結晶子径は0.15〜8μであ
    ることを特徴とするλセンサ。 6 特許請求の範囲第5項に記載のλセンサにお
    いて、 化合物ASnO3-〓のA元素は、Ba元素およびRa
    元素からなる群の少くとも一員であることを特徴
    とするλセンサ。
JP59270252A 1984-12-20 1984-12-20 λセンサ Granted JPS61147146A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59270252A JPS61147146A (ja) 1984-12-20 1984-12-20 λセンサ
US06/807,257 US4658632A (en) 1984-12-20 1985-12-10 Sensor
DE19853545372 DE3545372A1 (de) 1984-12-20 1985-12-20 (lambda)-fuehler

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59270252A JPS61147146A (ja) 1984-12-20 1984-12-20 λセンサ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61147146A JPS61147146A (ja) 1986-07-04
JPH0443233B2 true JPH0443233B2 (ja) 1992-07-15

Family

ID=17483654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59270252A Granted JPS61147146A (ja) 1984-12-20 1984-12-20 λセンサ

Country Status (3)

Country Link
US (1) US4658632A (ja)
JP (1) JPS61147146A (ja)
DE (1) DE3545372A1 (ja)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07104310B2 (ja) * 1986-09-29 1995-11-13 フイガロ技研株式会社 排気ガスセンサおよびその製造方法
JP2632537B2 (ja) * 1988-03-15 1997-07-23 フィガロ技研株式会社 ガスセンサ
JPH02193053A (ja) * 1988-07-14 1990-07-30 Figaro Eng Inc 排ガスセンサ及びその製造方法
CH682340A5 (ja) * 1990-04-27 1993-08-31 Klaus Leistritz
JPH0833327B2 (ja) * 1990-06-11 1996-03-29 株式会社村田製作所 温度センサ
US5242225A (en) * 1990-06-11 1993-09-07 Murata Manufacturing Co., Ltd. Temperature sensor
TW338795B (en) * 1996-02-21 1998-08-21 Osaka Gas Co Ltd Method of manufacturing nitrogen oxide sensor and nitrogen oxide sensor manufactured by the method and material therefor
US20040009605A1 (en) * 1999-06-30 2004-01-15 U.S. As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics & Space Administration Method for the detection of volatile organic compounds using a catalytic oxidation sensor
US6468682B1 (en) 2000-05-17 2002-10-22 Avista Laboratories, Inc. Ion exchange membrane fuel cell
US6532792B2 (en) 2001-07-26 2003-03-18 Avista Laboratories, Inc. Method of compensating a MOS gas sensor, method of manufacturing a MOS gas sensor, MOS gas sensor, and fuel cell system
US20040084308A1 (en) * 2002-11-01 2004-05-06 Cole Barrett E. Gas sensor
US8827930B2 (en) 2011-01-10 2014-09-09 Bioguidance Llc System and method for patient monitoring

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5023317B1 (ja) * 1969-12-19 1975-08-06
US4314996A (en) * 1979-04-04 1982-02-09 Matsushita Electric Industrial Company, Limited Oxygen sensor
EP0055104B1 (en) * 1980-12-19 1986-04-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Sensor element and method for fabricating same
JPS5927253A (ja) * 1982-08-06 1984-02-13 Shinei Kk ガスセンサおよびその製造法
US4701739A (en) * 1984-03-30 1987-10-20 Figaro Engineering Inc. Exhaust gas sensor and process for producing same

Also Published As

Publication number Publication date
JPS61147146A (ja) 1986-07-04
US4658632A (en) 1987-04-21
DE3545372A1 (de) 1986-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0017502B1 (en) Oxygen sensor element
JPH0443233B2 (ja)
CA1208424A (en) Gas sensor
US4816800A (en) Exhaust gas sensor
JPH0562697B2 (ja)
JPH07201526A (ja) サーミスタ用磁器組成物
JPS6349181B2 (ja)
JPH01150849A (ja) NOxガス検知素子
CA1123117A (en) Rare earth or yttrium, transition metal oxide thermistors
JPH06325907A (ja) サーミスタ用磁器組成物
JPS6152421B2 (ja)
JPH0778481B2 (ja) 酸素センサ素子の製造方法
JPS6161344B2 (ja)
JPH052096B2 (ja)
JPH052097B2 (ja)
JPS61155746A (ja) 排ガスセンサ
JP2532104B2 (ja) ガス検出器
JPS5919310B2 (ja) ガス成分検出素子
JP3608907B2 (ja) 一酸化炭素センサ及び一酸化炭素の検出方法
JPH0616016B2 (ja) 排ガスセンサ
JPH01260355A (ja) 排ガスセンサ
JP3669807B2 (ja) 一酸化炭素検出センサー
JPH053898B2 (ja)
CA1133231A (en) Rare earth or yttrium, transition metal oxide thermistors
JPS61283860A (ja) 半導体ガスセンサ−用ガスフイルタ−材