JPH045562A

JPH045562A - ガス濃度センサ

Info

Publication number: JPH045562A
Application number: JP2107766A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Shiono; 塩野　政昭
Original assignee: Chino Corp
Current assignee: Chino Corp
Priority date: 1990-04-23
Filing date: 1990-04-23
Publication date: 1992-01-09

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】［産業上の利用分野］この発明は、固体電解質を利用した、酸素ガスまたは湿
度等のガス濃度を測定するセンサに関するものである。

［従来の技術］従来、たとえば固体電解質を利用した、限界電流式の酸
素センサは、出願人か特開昭６３−２６５６８号公報で
提案しているように酸素０２の他、水分Ｈ２０、さらに
はＣＯ２等の酸素を含む多原子分子ガスの測定が可能で
ある。

これは、第５図（上記公報の第３図に相当）の実線部が
０□濃度、破線部がＨ２０濃度に対応し、それぞれ異な
った電圧を印加して測定することができる。

この場合、電圧を順次切り換えて測定を行う方法や、複
数センサに異った電圧を印加して測定を行う方法が考え
られる。

［この発明が解決しようとする課題］しかしながら、電圧を順次切り換える方法では測定に時
間がかかり、同時性が保てない。また、複数センサを用
いると形状が大きくなり、加熱用ヒータが複数必要とな
る問題点があった。

この発明の目的は、以上の点に鑑み、小型、高性能に、
複数のガス濃度を測定することかできるガス濃度センサ
を提供することである。

こ課題を解決するための手段２この発明は、酸素イオンを透過する固体電解質の一方の
側に２対以上の電極を設け、多対の一方に律速手段を設
け、多対の電極間に電圧を印加し、電極間を流れる電流
値から複数のカス濃度を測定するガス濃度センサである
。

［実施例］第１図、第２図は、この発明の一実施例を示す構成説明
図である。

図において、１は酸化ジルコニウムＺ　ｒ　０２等に酸
化イツトリウムＹ２Ｏ３等を固溶させた酸素イオンを透
過する基板状の固体電解質で、この固体電解質１の一方
の側にＰｔ−Ａｇ等よりなる２対の電極２１．２２．３
１．３２が蒸着、スパッタリング等で形成され、この多
対の一方の電極３１．３２には律速手段４１．４２とし
て、たとえば固体電解質と同一材料の無機質粉末および
カラス質（ガラスフリット）を含む多孔質層か設けられ
ている。この多孔質層よりなる律速手段４１．４２は、
たとえば無機質粉末とガラスフリット粉末を有機溶剤に
混合してペースト状として電極３１．３２に塗付し熱処
理によりカラスフッリドを溶融固化させてガラス質とし
形成される。

なお、第２図で分るように律速手段４１．４２は、を極
３１．３２上に無機質層４１１を介して多孔質層４１２
を形成し、側面に気密層４１３を設けるようにしてもよ
い。また、固体電解質１の他方の側には、絶縁層７を介
してｐｔ等のヒータ８が形成されている。この絶縁層７
は、ヒータ８への電流が固体電解質１を流れ、測定誤差
を招くのを防止する。

そして、多対の電極２１．３１間および、電極２２．３
２間には直流の電圧源５１．５２から電極２１．２２を
陽極、電極３１．３２を陰極として所定の電圧が印加さ
れ、電流測定手段６１．６２で電極２１．３１問および
電極２２．３２間を流れる電流値か測定される。またヒ
ータ８には図示しない電圧源より電流か供給される。

つまり、酸素ガス濃度と水分濃度を測定する場合、ヒー
タ８に通電加熱する等して固体電解質１をたとえば約３
５０℃以上に加熱し、そのイオン導電率を高める。そし
て、たとえば電圧源５１より電極２１．３１間に第５図
■１の電圧を印加し、電圧源５２より電＆２２．３２間
に第５図ｖ２の電圧を印加し、固体電解質１を酸素ポン
プとして機能させる。

酸素０２は電極３１で電子を受は取って０□とイオン化
し、この酸素イオンｏ２−が固体電解質１を透過してｔ
極２１に達し、再び酸素０□となって外気へ排出される
。このとき、多孔質層４１を介して酸素０□等を含む外
気が固体電解質１の酸素ポンプの酸素送出能力を越えな
い程度に拡散・流入して電極３１に達し、この酸素分圧
に応じ電流が電極２１．３１間に流れ、この電流値を電
流測定手段６１で測定することにより、雰囲気中の酸素
濃度を検出できる。

つまり、第５図で示すように、電圧源５１の電圧を所定
の値ｖ１とし、酸素濃度か変わるとこれに対応して電流
値が変化し、酸素濃度を検出できる。

このように、カラスフリットか固溶した無機質粉末を含
む多孔質層よりなる律速手段４１を用いることにより、
ガラスフリットによりガスの流入が阻止されて調整され
、最適の感度に調整できる。

特に、このガラスフリットの量（重量比）で気孔率の制
御ができる。

また、空気中に水分が存在すると、電極３２で水分Ｈ２
０は電気分解して酸素イオンができ、この酸素イオンか
電極２２に移動し、電流が発生する。第５図で点線で示
すように水分値に応じた出力か得られ、これにより水分
率を検出することができる。

つまり第５図で示すように、電圧源５２の電圧を所定の
値ｖ２とし、水分濃度に対応した電流値を電流測定手段
６２で測定し、水分・湿度を測定できる。

また、空気中に可燃性ガスか存在するとヒータ８の触媒
作用で燃焼発熱し、この発熱によりヒータ８の抵抗値が
変化する。ヒータ８に加熱用の定電流を電圧源から供給
しておき、ヒータ８の抵抗鎖交化を図示しない電圧測定
手段で測定し可燃性カスの検出ができる。

第３図、第４図は、他の一実施例を示し、第１図、第２
図と同一符号は同一構成要素を示す。

図において、固体電解質１の一方の電８ｉ！２を共通と
し電極３１．３２とで２対のｒ！ｊｈ極を構成すること
で、さらに小型かが図れる。

また、センサ素子全体をたとえば固体電解質と同一材料
に少いガラス粉末を含む多孔質フィルタで包囲すること
により、粉塵等の付着による感度低下が防げる。

なお、以上２対のものについて説明したが、これに限定
されるものではない。

また、以上の限界電流式のもののみならず、濃淡電池式
のものにも適用できる。

［発明の効果コ固体電解質の一方の側に複数対の電極を形成するように
したガス濃度センサで、小型、安価に、多種類のカス濃
度の測定ができ、ヒータも他方の側に共通化でき、各種
の回路の簡素化も図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図はこの発明の一実施例
を示す構成説明図、第５図は動作説明図である。１・・・固体電解質、２．２１．２２．３１．３２・・
・電極、４１．４２・・・律速手段、５１．５２・・・
電圧源、６１．６２・・・電流測定手段、７・・・絶縁
層、８・・・ヒータ、４１１・・・無機質層、４１２・
・・多孔質層、４１３・・・気密層

Claims

【特許請求の範囲】１、酸素イオンを透過する固体電解質の一方の側に設け
られ２対以上の電極と、この各対の一方の電極に設けら
れた律速手段と、各対の電極間に電圧を印加する電圧源
と、各電極間を流れる電流値を測定する電流測定手段と
を備え、この電流測定手段の電流値から複数のガス濃度
を測定するガス濃度センサ。２、各対の他方の電極を共通に接続した請求項１記載の
ガス濃度センサ。３、固体電解質の他方の側にヒータを設けた請求項１ま
たは２記載のガス濃度センサ。