JPH0479542B2 - - Google Patents

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JPH0479542B2
JPH0479542B2 JP59110856A JP11085684A JPH0479542B2 JP H0479542 B2 JPH0479542 B2 JP H0479542B2 JP 59110856 A JP59110856 A JP 59110856A JP 11085684 A JP11085684 A JP 11085684A JP H0479542 B2 JPH0479542 B2 JP H0479542B2
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gas
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alumina
gas sensor
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Hiroaki Yanagida
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    • 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
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4073Composition or fabrication of the solid electrolyte
    • G01N27/4074Composition or fabrication of the solid electrolyte for detection of gases other than oxygen

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はCO2、Cl2、SOx、NOx等の各種ガス
成分濃度を測定するための新規ガスセンサ構造に
関する。
従来、固体電解質型ガスセンサとしては各種構
成のものが提案されているが(水崎ら電気化学50
7(1982)、山内ら同誌50 46(1982)等、参
照)、その多くは基準ガスと接する照合極を要す
るものであるためその構造は複雑且つ大型なもの
とならざるを得ず、他方、基準ガスを要しない構
成のものにあつては充分な安定性が得られない等
の結果、現在実用に供せられているのは安定化ジ
ルコニアO2センサのみであるという技術状況に
ある。
上記に鑑み本発明者らは鋭意研究の結果、ガス
センサをNa−βアルミナ等の固体電解質と、そ
の表面の1部分に塗布されたCO2等の被測定ガス
成分と解離平衡を形成し得るNa2CO3等の金属塩
層及びその表面の残余の部分をガス等の外部ふん
囲気との接触を可及的に回避すべく密閉被覆する
ガス遮断材層より構成することにより、構造簡易
で超小型可能である且つその作動特性も充分な安
定性を有するものが提供され得ることを知見し、
本発明に到達したものである。
以下、本発明ガスセンサ各構成要素、構造及び
動作機構等について詳細に分説する。
金属塩 CO2、Cl2、SOx、NOx等の各種被測定ガス成
分と解離平衡を形成し得る各種金属塩が使用され
得、例えばLi2CO3、Na2CO3、BaCO3、SrCO3
CaCO3、MgCO3、PbCO3、FeCO3、ZnCO3
NaCl、AgCl、CaCl2、PbCl2、CDCl2、CuCl2
CoCl2、MnCl2、NiCl2、FeCl2、ZnCl2、BiCl2
MgCl2、VCl2;Na2CO4、BaSO4、SrSO4
CaSO4、Ag2SO4、CdSO4、NiSO4、ZnSO4
CoSO4及びNaNO3、Ba(NO32、Ca(NO32
AgNO3等々を例示し得る。
尚、後記動作機構に於いて示す通りこれらの塩
類の選定はセンサ使用条件に応じてNernst式に
基づいて或る程度予測可能であるが、一般的には
解離平衡分圧が大きいものが好ましい。
固体電解質 前記金属塩の金属イオン伝導体であれば足り、
Li−βアルミナ、Li14Zn(CeO44、Li5AlO4;Na
−β”アルミナ、Na−βアルミナ、
Na2Zr2PSi2O12、Na3Zr2Si2PO12(NASICON)、
Na−βGa2O3、Na−Fe2O3;K−βアルミナ、
K1.6Al0.8Ti7.2O16;CaS等が例示され得、より詳
細は前掲参照文献乃至その引用文献が再び参照さ
れる。
ガス遮断材 実質的に気体不透過性且つ電気絶縁性材が使用
され得、セラミツク、ガラス、プラスチツク等を
例示し得る。
構造と動作機構 添付第1図は本発明ガスセンサの構造の1例を
示す模式断面図であり、固体電解質3の表面の1
部分に塗布又はアルミナ等のセラミツク粉体と混
合して焼付け形成された金属塩層1、その表面の
残余の部分を実質的に完全に密閉被覆するガス遮
断材層2及びAg、Pt等の電位導出用金属電極乃
至リード4,5より一体的に形成されている。
この構造の形成に於いて特に留意されるべきこ
とは、被測定ガス等の測定ふん囲気と接触するの
は前記金属塩層のみであつて、固体電解質はそれ
より充全に遮断されるような密閉構造を取る点で
あり、特にこの点に於いて本発明センサ構造は先
行技術の夫と決定的に区別される。
以上の構造を有する本発明ガスセンサの作動機
構については必ずしも充分明瞭なものとは云い難
いが、後記実験例にも示す通り充分な作動安定性
を有し、且つその発生起電力がNernst式に合致
する等の点からすれば結果的には金属塩の解離平
衡のみ依拠する極めて単純な電池系か安定的に実
現されているものと推定される。
すなわち、従来センサ構造にあつては一般に高
反応物質である固体電解質の周囲気体よりの遮断
につき充全な考慮を欠くのみならずむしろ積極的
に開放する構造であつたため制御し難い撹乱要因
が作用してその安定性、再現性の達成が困難であ
つたものと思料される。
このように、本発明ガスセンサ構造に依れば実
質的に金属塩の解離平衡反応のみに基づく被測定
ガス成分濃度の測定が可能となるので、金属塩の
種類や固体電解質を適宜選定することにより広汎
な利用が容易に達成され得る。
実験例 1 円柱状β−アルミナ(密度約60%、直径10
mm、厚さ3mm)の上部表面の1部分にα−アル
ミナ0.5gと飽和Na2CO3水溶液2mlとの混合ペ
ースト(Na2CO3/Al2O3=1.2)を調製し、厚
さ1mmとなるように塗布し、β−アルミナ残部
表面を耐熱性無機被覆剤“セラマボンド503”
(日産化学社製)で厚さ約1mmに亙り完全に密
閉被覆し、全体を赤外線ランプで加熱乾燥して
第1図に図示の構造のガスセンサを得た。尚、
金属電極及びリードとしては銀電極及び銀線を
使用した。このガスセンサを各種CO2分圧の
500℃に維持された炉中に挿入し、発生起電力
のPCO2依存性を測定した。結果を第2図に示
す。
図中、縦軸はN2/O2=4/1の基準ガス系
の起電力とN2の1部を置換したCO2の混合被
検ガス系の夫との差(ΔE;mV)を示し、横
軸はCO2分圧(Pa)である。
図から明らかなように、CO2分圧依存起電力
は広範囲に亙り良好な直線性を有し、Nernst
式に合致するものであり、且つそのみかけの応
答速度は増減共に約10分程度と極めて良好であ
り、しかもこれらの特性は3ケ月経時後も安定
に維持された。
更に、基準ガス中、O2濃度をPO2=10-5Pa
まで低下させた場合にも直線性(PCO2依存性)
は何等損なわれなかつた。
因みに、円柱状β−アルミナの照合極側を開
放したものにあつては、再現性あるガス応答は
全然得られなかつた。
2 前記Na2CO3に代えてLi2CO3を使用し前項と
同様な実験を行なつた。
PCO2依存性を示すデータを第3図に要約し
て示す。応答速度は増減共に5分以内と極めて
良好であつた。
このガスセンサのこれら諸特性も又、極めて
長期に亙り安定維持された。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明ガスセンサ構造の1例を示す模
式断面図、第2乃至3図は同実験例説明図であ
る。 1……金属塩層、2……ガス遮断材層、3……
固体電解質、4……銀電極及び5……銀線。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 被測定ガス成分と解離平衡を形成しうる金属
    塩の金属イオン伝導性を有する固体電解質、該固
    体電解質の表面に設けられた電位導出用の一対の
    電極、該電極の一方の表面を含む該固体電解質の
    一部表面を上記金属塩によつて被覆形成した金属
    塩層、及びその表面の残余の部分を被覆するガス
    遮断層より成ることを特徴とするガスセンサ。
JP59110856A 1984-06-01 1984-06-01 ガスセンサ Granted JPS60256043A (ja)

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US06/833,400 US4715944A (en) 1984-06-01 1985-05-31 Gas sensor
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