JPH0518936A - Electrochemical gas sensor - Google Patents

Electrochemical gas sensor

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JPH0518936A
JPH0518936A JP3173683A JP17368391A JPH0518936A JP H0518936 A JPH0518936 A JP H0518936A JP 3173683 A JP3173683 A JP 3173683A JP 17368391 A JP17368391 A JP 17368391A JP H0518936 A JPH0518936 A JP H0518936A
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gas
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Abstract

PURPOSE:To obtain an electrochemical type gas sensor with a function for self-diagnosing that its life expired by extending life and at the same time allowing the sensor itself to detect sensitivity characteristics constantly without requiring inspection. CONSTITUTION:A target gas detection portion A for detecting a target gas to be detected and a life-reporting means 110 which emits a signal when a detection output is below a certain value are connected and a reference gas detection portion B for detecting a reference gas which exists at a certain concentration within an environment of use is also provided. Protection films 90 and 92 for protecting solid electrolytes 80 and 82 are formed at both gas- detection portions A and B and a thickness on an operation pole 50 of the solid electrolyte 82 is thicker than that of other portions in the reference gas detection portion B.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、電気化学式ガスセン
サに関し、詳しくは、電気化学反応を利用して、大気中
のガス等を検出するガスセンサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrochemical gas sensor, and more particularly to a gas sensor which detects gas in the atmosphere by utilizing an electrochemical reaction.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気化学反応を利用したガスセンサの基
本的な構造としては、複数の電極をイオン伝導体すなわ
ち電解質でつないで電気化学的な反応を起こさせるよう
になっている。イオン伝導体の材料としては、従来、液
体電解質やゲル状電解質を用いていたが、液漏れや溶媒
の蒸発が生じるために、センサの耐久性や信頼性に劣る
という問題があった。このような問題を解決するため
に、無機あるいは有機の固体電解質を用いたガスセンサ
の開発が進められた。
2. Description of the Related Art As a basic structure of a gas sensor using an electrochemical reaction, a plurality of electrodes are connected by an ionic conductor, that is, an electrolyte to cause an electrochemical reaction. Conventionally, a liquid electrolyte or a gel electrolyte has been used as a material for the ionic conductor, but there is a problem in that the sensor is inferior in durability and reliability due to liquid leakage and solvent evaporation. In order to solve such a problem, development of a gas sensor using an inorganic or organic solid electrolyte has been advanced.

【0003】無機物の固体電解質としては、β−アルミ
ナ、ナシコン、リシコン、安定化ジルコニア等がある。
しかし、これらの無機物からなる固体電解質では、常温
におけるインピーダンスが高いため、常温ではイオンが
伝導し難い状態にある。したがって、一般には、前記の
ような無機固体電解質は加熱してインピーダンスが低い
状態にして利用するが、このことはガスセンサの消費電
力がおおきくなるとこを意味しており、実用上好ましく
ない。
Examples of inorganic solid electrolytes include β-alumina, naconone, ricicon, and stabilized zirconia.
However, in a solid electrolyte made of these inorganic substances, the impedance is high at room temperature, and thus it is difficult for ions to conduct at room temperature. Therefore, in general, the inorganic solid electrolyte as described above is used by heating it to have a low impedance, which means that the gas sensor consumes a large amount of power, which is not preferable in practice.

【0004】有機物の固体電解質としては、ポリスチレ
ンスルホネート、ポリビニルスルホネート、パーフルオ
ロスルホネートポリマー、ポーフルオロカルボキシレー
トポリマー等のカチオン交換樹脂に属するポリマーがあ
る。これらの樹脂のうち、パーフルオロスルホネートポ
リマーが、実用的に最も適したものとして広く使用され
ており、例えば、ナフィオン(商品名:デュポン社製)
と呼ばれるものがある。
As the organic solid electrolyte, there are polymers belonging to the cation exchange resin such as polystyrene sulfonate, polyvinyl sulfonate, perfluorosulfonate polymer, and pofluorocarboxylate polymer. Among these resins, perfluorosulfonate polymer is widely used as the most practically suitable one, and for example, Nafion (trade name: manufactured by DuPont)
There is something called.

【0005】上記パーフルオロスルホネートポリマーが
好ましい理由は、カチオンの解離度が大きいこと、すな
わちインピーダンスが小さいこと、あるいは、熱的、電
気化学的に比較的安定であること等である。また、パー
フルオロスルホネートポリマーは、溶媒に可溶であるた
め、溶液をキャスティングすることによって、絶縁基板
や電極の上に容易にパーフルオロスルホネートポリマー
からなる固体電解質層を形成することができる。このこ
とは、ガスセンサの製造が容易であることを意味してい
る。
The reason why the above-mentioned perfluorosulfonate polymer is preferable is that the degree of dissociation of cations is large, that is, the impedance is small, or that it is relatively stable thermally and electrochemically. Since the perfluorosulfonate polymer is soluble in the solvent, the solid electrolyte layer made of the perfluorosulfonate polymer can be easily formed on the insulating substrate or the electrode by casting the solution. This means that the gas sensor is easy to manufacture.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記のようなパーフル
オロスルホネートポリマーを電解質に用いた電気化学式
ガスセンサでは、パーフルオロスルホネートポリマーの
物性値が経時的に変化していくため、センサの感度が経
時的に変化し、ある時点でセンサとしての機能を発揮で
きなくなり、いわゆる寿命がくる。このような電気化学
式ガスセンサの寿命を出来るだけ延ばすことも重要な課
題であるが、寿命を延ばすことには限界がある。そし
て、従来の電気化学式ガスセンサでは、使用中のガスセ
ンサに寿命がきたことを簡単に知ることが出来ないとい
う問題があった。
In the electrochemical gas sensor using the above-mentioned perfluorosulfonate polymer as the electrolyte, the physical properties of the perfluorosulfonate polymer change with time, so that the sensitivity of the sensor changes with time. The sensor function cannot be exhibited at a certain point and the so-called life ends. It is important to extend the life of such an electrochemical gas sensor as much as possible, but there is a limit to extending the life. Further, the conventional electrochemical gas sensor has a problem that it cannot be easily known that the gas sensor in use has reached the end of its life.

【0007】詳しく説明すると、電極間をつなぐ電解質
であるパーフルオロスルホネートポリマーのインピーダ
ンスやガス透過性等の物性値は、ガスセンサの感度に非
常に大きな影響を与えるため、その物性値の経時的変化
は、そのままセンサ感度の経時的変化となって表れるの
である。そして、センサ感度が経時的に低下して、セン
サとしての機能を発揮するために必要な最低値以下の感
度になってしまうと、この時点でセンサの寿命がきたこ
とになる。寿命のきているガスセンサをそのまま使用し
続けることは非常に危険であり、寿命がきたことを速や
かに知ることが要求される。
More specifically, the physical properties such as impedance and gas permeability of the perfluorosulfonate polymer, which is the electrolyte connecting the electrodes, have a very large effect on the sensitivity of the gas sensor. The sensor sensitivity appears as it is with time. Then, when the sensor sensitivity decreases with time and becomes a sensitivity equal to or lower than the minimum value necessary for exhibiting the function as the sensor, the sensor has reached the end of its life. It is extremely dangerous to continue to use a gas sensor that has reached the end of its life, and it is necessary to promptly know that the life has come to the end.

【0008】従来のガスセンサでは、定期的に一定濃度
の検知対象ガスを打ち込み、それに対するセンサ感度を
計測して、センサが充分に機能できるだけの感度を有し
ているかどうかを判断していた。しかし、このような方
法によるセンサの点検作業は、時間と労力が非常にかか
るとともに、一定期間をおいて実施する点検の間にセン
サの寿命が来た場合には、それを知ることが出来ず、セ
ンサの寿命を迅速かつ確実に知るには不十分な方法であ
った。
In the conventional gas sensor, a gas to be detected having a constant concentration is periodically injected, and the sensor sensitivity to the gas is measured to determine whether or not the sensor has sufficient sensitivity. However, the inspection work of the sensor by such a method is very time-consuming and labor-intensive, and it cannot be known when the sensor has reached the end of its life during the inspection performed after a certain period of time. However, it was an inadequate method for knowing the sensor life quickly and reliably.

【0009】そこで、この発明の課題は、前記したよう
な電気化学式ガスセンサにおいて、その寿命を延ばすこ
とが出来ると同時に、前記した点検作業のような面倒な
手間をかけずに、センサ自身が、常時感度特性を検知す
ることにより、寿命のきたことを自己診断する機能をも
った電気化学式ガスセンサを提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to extend the life of the electrochemical gas sensor as described above, and at the same time, the sensor itself is always operated without the troublesome work of the inspection work described above. An object of the present invention is to provide an electrochemical gas sensor having a function of self-diagnosing the end of its life by detecting the sensitivity characteristic.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する、こ
の発明にかかる電気化学式ガスセンサは、絶縁基板上の
複数の電極を固体電解質でつないで検知作用を行わせる
電気化学式ガスセンサにおいて、同一基板上に、検知対
象となる対象ガスを検知するための対象ガス検知部と使
用環境に一定の濃度で存在する基準ガスを検知するため
の基準ガス検知部とを備え、基準ガス検知部には、検知
出力が一定値以下になると信号を発する寿命告知手段が
接続されており、前記対象ガス検知部は、作用極、対
極、参照極からなる1組の電極、各電極の上および間を
覆う固体電解質、および、固体電解質を保護するための
保護膜からなり、前記基準ガス検知部は、作用極、対
極、参照極からなる1組の電極、各電極の上および間を
覆うとともに作用極上の厚みが他の部分の厚みよりも厚
い固体電解質、および、固体電解質を保護するための保
護膜からなる。
SUMMARY OF THE INVENTION An electrochemical gas sensor according to the present invention for solving the above-mentioned problems is an electrochemical gas sensor in which a plurality of electrodes on an insulating substrate are connected by a solid electrolyte to perform a detection action. In addition, the target gas detection unit for detecting the target gas to be detected and the reference gas detection unit for detecting the reference gas existing at a constant concentration in the operating environment are provided. A life notification means that outputs a signal when the output becomes a certain value or less is connected, and the target gas detection unit includes a pair of electrodes including a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode, and a solid electrolyte covering the top and the space between the electrodes. , And a protective film for protecting the solid electrolyte, and the reference gas detection unit covers a pair of electrodes including a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode, and covers each electrode above and between them, and on the working electrode. Thick solid electrolyte than the thickness of other portions thickness, and, a protective film for protecting the solid electrolyte.

【0011】まず、ガス検知部の基本的な構造を説明す
る。電極は、作用極、対極、参照極で1組となってお
り、金、白金その他の電極材料からなり、絶縁基板上
に、それぞれの機能に対応した形状や配置構造となるよ
うに形成される。そして、これらの電極の上およびその
間を覆って、固体電解質層が形成され、電極同士が固体
電解質でつながれた状態になっている。そして、さらに
固体電解質の経時変化を低減するために、フッ素樹脂な
どからなり固定電解質の表面を覆う保護膜が形成されて
いる。保護膜の具体的な材料や作製手段は、従来の電気
化学式ガスセンサなどで採用されているものと同様でよ
い。
First, the basic structure of the gas detector will be described. The electrodes are a set of a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode, and are made of an electrode material such as gold, platinum, or the like, and are formed on an insulating substrate so as to have a shape or an arrangement structure corresponding to each function. .. Then, a solid electrolyte layer is formed so as to cover the electrodes and between the electrodes, so that the electrodes are connected to each other by the solid electrolyte. Further, in order to further reduce the change with time of the solid electrolyte, a protective film made of fluororesin or the like and covering the surface of the fixed electrolyte is formed. The specific material and manufacturing means of the protective film may be the same as those used in conventional electrochemical gas sensors and the like.

【0012】この発明では、1つの素子内に、前記のよ
うなガス検知部を2つ備えている。まず、検知対象とな
る対象ガスを検知するための対象ガス検知部を備えてい
る。検知対象となるガスは、一酸化炭素、アルコール、
硫化水素等、各種のガスがあり、検知対象となるガスの
種類に合わせて、作用極と参照極の間にかける電圧を設
定しておく。つぎに、使用環境に一定の濃度で存在する
基準ガスを検知するための基準ガス検知部を備えてい
る。基準ガスとしては、例えば、大気中で使用する場合
には、酸素が好ましいものとなるが、使用環境が違え
ば、その環境に対応した基準ガスを選択すればよい。基
準ガス検知部では、上記のような基準ガスを検知できる
ように、作用極と参照極の間にかける電圧を設定してお
く。
According to the present invention, two gas detectors as described above are provided in one element. First, the target gas detection part for detecting the target gas used as a detection target is provided. The gases to be detected are carbon monoxide, alcohol,
There are various gases such as hydrogen sulfide, and the voltage applied between the working electrode and the reference electrode is set according to the type of gas to be detected. Next, a reference gas detection unit for detecting a reference gas existing at a constant concentration in the use environment is provided. As the reference gas, for example, oxygen is preferable when used in the atmosphere, but if the use environment is different, a reference gas corresponding to the environment may be selected. In the reference gas detection unit, the voltage applied between the working electrode and the reference electrode is set so that the above reference gas can be detected.

【0013】対象ガス検知部と基準ガス検知部は、ほぼ
同一の形状構造を備えているが、基準ガス検知部は、各
電極の上および間を覆う固体電解質の厚みが、作用極上
で他の部分よりも厚くなっている。作用極上と他の部分
で固体電解質の厚みを違えるには、平坦な絶縁基板上に
作用極および他の電極を形成しておき、作用極上のみで
固体電解質が分厚くなるように固体電解質の上面に段差
をつけて形成しておいてもよいし、絶縁基板に、作用極
の形成個所のみが他の部分よりも低くなるように段差を
つけておき、固体電解質は上面が平坦になるように形成
しておいてもよい。さらに、絶縁基板の表面および固体
電解質の上面の両方に段差をつけておくこともできる。
基準ガス検知部の作用極を覆う固体電解質の厚みは、基
準ガスの電気化学反応に伴う反応生成物が作用極に溜ま
らないように、基準ガスが作用極に到達するのを抑制で
きるだけの厚みが必要であるとともに、一定の検知出力
を得るために必要なある程度の量の基準ガスは固体電解
質を通過して作用極まで到達できるように設定してお
く。具体的な固体電解質の厚みは、センサ全体の構造や
要求性能によって異なる。
The target gas detection unit and the reference gas detection unit have substantially the same shape and structure, but the reference gas detection unit has a thickness of the solid electrolyte covering the above and between each electrode different from that on the working electrode. It is thicker than the part. To make the thickness of the solid electrolyte different between the working electrode and other parts, form the working electrode and other electrodes on a flat insulating substrate, and place it on the upper surface of the solid electrolyte so that the solid electrolyte becomes thick only on the working electrode. It may be formed with steps, or a step may be formed on the insulating substrate so that only the working electrode formation portion is lower than other portions, and the solid electrolyte is formed so that the top surface is flat. You may keep it. Furthermore, a step may be provided on both the surface of the insulating substrate and the upper surface of the solid electrolyte.
The thickness of the solid electrolyte covering the working electrode of the reference gas detection unit is such that the reaction gas accompanying the electrochemical reaction of the reference gas does not accumulate in the working electrode, and the thickness of the reference gas can be suppressed from reaching the working electrode. The reference gas is set to be necessary and to a certain extent necessary to obtain a certain detection output so that it can reach the working electrode through the solid electrolyte. The specific thickness of the solid electrolyte depends on the structure of the entire sensor and the required performance.

【0014】対象ガス検知部および基準ガス検知部に
は、通常のガスセンサと同様に、対象ガス検知部および
基準ガス検知部に電圧を印加する電源や、対象ガス検知
部で検出された出力信号を処理する信号処理回路、対象
ガスの検知濃度を表示したり、一定濃度以上の対象ガス
が検出された場合に信号や警告を発したりする外部回路
および外部機器が接続されている。
The target gas detection unit and the reference gas detection unit are provided with a power supply for applying a voltage to the target gas detection unit and the reference gas detection unit, and an output signal detected by the target gas detection unit, as in a normal gas sensor. A signal processing circuit for processing, an external circuit and an external device for displaying the detected concentration of the target gas and for issuing a signal or warning when the target gas having a certain concentration or more is detected are connected.

【0015】さらに、基準ガス検知部には、寿命告知手
段が接続されている。寿命告知手段は、基準ガスの検知
信号を監視しておき、検知信号が一定値以下になった場
合に、ガスセンサの寿命がきたとして、警告信号を発し
たり、警告表示を行ったりして、ガスセンサの寿命を告
知できるものである。寿命告知手段としては、警告音や
警告ランプ等で視覚や聴覚に訴えて寿命を告知するだけ
でなく、ガスセンサを組み込まれた外部機器や装置に制
御信号を送って、外部機器の作動を制御したり、ガスセ
ンサを交換する等の作業を自動的に行わせたりすること
もできる。
Further, a life notification means is connected to the reference gas detecting section. The service life notification means monitors the detection signal of the reference gas, and when the detection signal falls below a certain value, the warning signal is issued or a warning is displayed to indicate that the gas sensor has reached the end of its life. The life of the can be announced. As the life notification means, not only visual and audible notifications such as warning sounds and warning lamps are used to notify the end of life, but also control signals are sent to external devices and devices that incorporate gas sensors to control the operation of external devices. Alternatively, the work of replacing the gas sensor or the like can be automatically performed.

【0016】ガスセンサの寿命は、例えば、センサ感度
が初期値の半分になる等、一定の割合以下になったとき
に寿命であるとしたり、予め設定した一定のしきい値以
下にセンサ感度が低下したときに寿命であるとしたりす
ればよく、寿命であると判断するセンサ感度の値は、ガ
スセンサの用途や目的に応じて自由に設定できる。
The service life of the gas sensor is considered to be the service life when the sensor sensitivity falls below a certain rate, for example, when the sensor sensitivity becomes half of the initial value, or the sensor sensitivity decreases below a preset certain threshold value. The value of the sensor sensitivity for determining the end of life can be set freely according to the use and purpose of the gas sensor.

【0017】[0017]

【作用】電気化学式ガスセンサにおいては、ガス成分が
作用極と電解質との界面で電気化学反応を起こすことに
よって、ガス成分を検知する。したがって、センサ感度
が経時的に低下していく原因としては、ガス成分が作用
極と電解質の界面まで到達する時間が経時的に遅くなっ
ていくこと、電気化学反応の反応速度が経時的に遅くな
っていくこと、反応でできた生成物が対極まで移動する
速度が経時的に遅くなっていくこと等がある。これらの
現象は何れも、センサの構成によって決まった経過をた
どる。したがって、基準ガス検知部の電極や電解質等の
構成を適当に設定すれば、対象ガス検知部とほぼ同等の
経時特性を有する基準ガス検知部を形成することが可能
である。
In the electrochemical gas sensor, the gas component detects the gas component by causing an electrochemical reaction at the interface between the working electrode and the electrolyte. Therefore, the reason why the sensor sensitivity decreases with time is that the time for the gas component to reach the interface between the working electrode and the electrolyte is delayed with time, and the reaction rate of the electrochemical reaction is delayed with time. And the speed at which the product formed by the reaction moves to the counter electrode becomes slower with time. Each of these phenomena follows a fixed course depending on the sensor configuration. Therefore, by appropriately setting the configuration of the electrodes and the electrolyte of the reference gas detection unit, it is possible to form the reference gas detection unit having substantially the same temporal characteristics as the target gas detection unit.

【0018】このように、感度の経時特性が同等である
ような対象ガス検知部と基準ガス検知部とを用いれば、
対象ガス検知部と基準ガス検知部における経時的な感度
低下は同じように進行することになる。したがって、使
用環境に一定濃度で存在する基準ガスに対する基準ガス
検知部の検知出力(感度)を継続的に監視しておけば、
基準ガス検知部の感度の経時的な低下を知ることができ
る。この基準ガス検知部における感度の低下は、前記し
たように、対象ガス検知部における感度の低下をも示す
ことになる。すなわち、基準ガス検知部におけるセンサ
感度が、初期値に対して一定割合以下になり、ある一定
のしきい値以下になった段階で、基準ガス検知部に接続
された寿命告知手段を作動させれば、対象ガス検知部す
なわちガスセンサの寿命が来たことを知らせることがで
きるのである。
As described above, if the target gas detecting section and the reference gas detecting section having the same sensitivity characteristics with time are used,
The decrease in sensitivity with time in the target gas detection unit and the reference gas detection unit will proceed in the same manner. Therefore, if you continuously monitor the detection output (sensitivity) of the reference gas detector for the reference gas that exists in a certain concentration in the operating environment,
It is possible to know the decrease in the sensitivity of the reference gas detector with time. The decrease in sensitivity in the reference gas detection unit also indicates the decrease in sensitivity in the target gas detection unit, as described above. In other words, when the sensor sensitivity in the reference gas detection unit falls below a certain ratio with respect to the initial value and falls below a certain threshold value, the life notification means connected to the reference gas detection unit is activated. For example, it is possible to notify that the target gas detection unit, that is, the gas sensor has reached the end of its life.

【0019】一方、センサの長寿命化を図るために、対
象ガス検知部の固体電解質を、フッ素系樹脂などからな
る保護膜で保護することが有効である。この保護膜は、
外部環境から有害な物質が固体電解質に侵入するのを防
いだり、逆に、固体電解質に含まれる水分が蒸発するの
を防いで固体電解質の特性を安定化させる等の機能を有
しており、その結果として、センサの長寿命化を図るこ
とができるのである。但し、対象ガス検知部の固体電解
質を保護膜で覆うのであれば、基準ガス検知部の固体電
解質も保護膜で覆っておかないと、基準ガス検知部に対
象ガス検知部と同等の経時特性を持たすことができな
い。
On the other hand, in order to prolong the life of the sensor, it is effective to protect the solid electrolyte of the target gas detecting portion with a protective film made of a fluorine resin or the like. This protective film is
It has the function of preventing harmful substances from entering the solid electrolyte from the external environment, and, on the contrary, stabilizing the characteristics of the solid electrolyte by preventing evaporation of water contained in the solid electrolyte, As a result, the life of the sensor can be extended. However, if the solid electrolyte of the target gas detection unit is covered with a protective film, the solid electrolyte of the reference gas detection unit must also be covered with a protective film so that the reference gas detection unit will have the same temporal characteristics as the target gas detection unit. I can't have it.

【0020】ところが、対象ガス検知部および基準ガス
検知部の固体電解質を保護膜で覆うと、この保護膜の形
状構造が全く同一であっても、対象ガス検知部と基準ガ
ス検知部の経時特性が大きく異なるものになってしまう
という問題が発生する。その原因は次のように考えられ
る。基準ガス検知部では、使用環境中に常に一定濃度で
存在する基準ガスと接触しているため、作用極上におい
ては電気化学反応が絶えず起きていることになり、電気
化学反応に伴う反応生成物も絶えず生成され続けること
になる。例えば、基準ガスが酸素であるとすると、基準
ガス検知部の作用極上では、 O2+4H++4e- →2H2O という反応が起こって、水が発生し続ける。このような
反応生成物が固体電解質内に溜まると、基準ガス検知部
の感度に影響が生じる。これに対し、対象ガス検知部で
は、環境中に、例えば一酸化炭素などの対象ガスが発生
しない限り、作用極上では電気化学反応が生じず、当
然、反応生成物が生成することもない。
However, when the solid electrolytes of the target gas detection section and the reference gas detection section are covered with a protective film, the characteristics of the target gas detection section and the reference gas detection section with time are even if the protective film has exactly the same shape and structure. There will be a problem that will be greatly different. The cause is considered as follows. Since the reference gas detection unit is in contact with the reference gas that is always present at a constant concentration in the operating environment, the electrochemical reaction is constantly occurring on the working electrode, and the reaction products accompanying the electrochemical reaction are also generated. It will continue to be generated. For example, if the reference gas is oxygen, the reaction of O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O occurs on the working electrode of the reference gas detection unit, and water continues to be generated. When such reaction products accumulate in the solid electrolyte, the sensitivity of the reference gas detection unit is affected. On the other hand, in the target gas detection unit, unless a target gas such as carbon monoxide is generated in the environment, no electrochemical reaction occurs on the working electrode, and naturally no reaction product is generated.

【0021】すなわち、常に反応生成物が生成されてい
る基準ガス検知部と、常には反応生成物が生成されない
対象ガス検知部では、経時的に感度特性が違ってくるの
である。但し、固体電解質の表面が保護膜で覆われず露
出していた場合には、基準ガス検知部で生成された反応
生成物は、固体電解質の表面から環境中に放出され易い
ので、基準ガス検知部に反応生成物が溜まることが少な
く、対象ガス検知部と基準ガス検知部の経時特性の違い
も比較的少ない。
That is, the sensitivity characteristics of the reference gas detection unit in which the reaction products are always generated and the target gas detection unit in which the reaction products are not always generated differ with time. However, if the surface of the solid electrolyte is exposed without being covered by the protective film, the reaction product generated in the reference gas detection unit is easily released from the surface of the solid electrolyte into the environment, so the reference gas detection The reaction product is less likely to accumulate in the part, and the difference in characteristics over time between the target gas detection part and the reference gas detection part is relatively small.

【0022】しかし、固体電解質の表面が保護膜で覆わ
れていると、基準ガス検知部で生成された反応生成物
は、固体電解質から環境中に放出され難く、固体電解質
内に溜まってしまうのである。そのため、保護膜を使用
した場合には、基準ガス検知部の経時特性を対象ガス検
知部の経時特性に合わせるのが非常に困難になる。そこ
で、この発明では、基準ガス検知部の作用極を覆う固体
電解質の厚みを他の部分の厚みよりも厚くしておくこと
によって、基準ガス検知部の作用極に前記反応生成物が
溜まるのを防ぐ。すなわち、基準ガス検知部の作用極を
覆う固体電解質が分厚ければ、環境中から固体電解質を
通過して作用極に到達する基準ガスの量が少なくなり、
作用極上における前記電気化学反応および反応生成物の
生成も少なくなる。その結果、基準ガス検知部の感度が
変化することもなくなり、対象ガス検知部と同等の経時
特性を維持することができる。しかも、固体電解質の厚
みが分厚くても、少量の基準ガスは作用極まで到達する
ので、基準ガス検知部で、基準ガスの検知信号を常時出
力させておき、その経時変化を監視しておくことは可能
である。また、基準ガス検知部の作用極と対象ガス検知
部の作用極で、その上を覆う固体電解質の厚みが異なる
ことは、基準ガス検知部と対象ガス検知部で構造的に違
いが生じることになるが、このこと自体による感度の経
時特性に与える影響は少ない。また、このような固体電
解質の厚みの違いにもとづく感度特性の違いは、予めセ
ンサの作製時点で判るので、適当な感度補正を行ったり
しておけば、基準ガス検知部の経時特性を対象ガス検知
部の経時特性に合わせることは容易である。
However, when the surface of the solid electrolyte is covered with the protective film, the reaction product generated in the reference gas detection section is hard to be released from the solid electrolyte into the environment and accumulates in the solid electrolyte. is there. Therefore, when the protective film is used, it becomes very difficult to match the time characteristics of the reference gas detection unit with the time characteristics of the target gas detection unit. Therefore, in the present invention, by making the thickness of the solid electrolyte covering the working electrode of the reference gas detection portion thicker than the thickness of the other portion, the reaction product is accumulated in the working electrode of the reference gas detection portion. prevent. That is, if the solid electrolyte covering the working electrode of the reference gas detection unit is thick, the amount of the reference gas that passes through the solid electrolyte from the environment to reach the working electrode is reduced,
The electrochemical reaction and the formation of reaction products on the working electrode are also reduced. As a result, the sensitivity of the reference gas detection unit does not change, and the temporal characteristics equivalent to those of the target gas detection unit can be maintained. Moreover, even if the solid electrolyte is thick, a small amount of reference gas reaches the working electrode.Therefore, the reference gas detection unit should always output the reference gas detection signal and monitor its change over time. Is possible. Further, the difference in the thickness of the solid electrolyte covering the working electrode of the reference gas detection unit and the working electrode of the target gas detection unit means that the reference gas detection unit and the target gas detection unit have structural differences. However, this has little effect on the sensitivity with time. In addition, such a difference in sensitivity characteristics based on the difference in the thickness of the solid electrolyte can be known at the time of manufacturing the sensor in advance.Therefore, if appropriate sensitivity correction is performed, the time-dependent characteristics of the reference gas detection unit can be used for the target gas. It is easy to match the characteristics of the detector with time.

【0023】以上に説明したように、この発明にかかる
電気化学式ガスセンサでは、保護膜を形成しておくこと
によって、長寿命化あるいは性能向上を図ると同時に、
基準ガス検知部の作用極上における固体電解質の厚みを
前記のように設定することによって、対象ガス検知部と
基準ガス検知部における感度の経時特性が違わないよう
にできることになる。
As described above, in the electrochemical gas sensor according to the present invention, by forming the protective film, it is possible to prolong the life or improve the performance, and at the same time,
By setting the thickness of the solid electrolyte on the working electrode of the reference gas detection unit as described above, it is possible to prevent the target gas detection unit and the reference gas detection unit from having different sensitivity aging characteristics.

【0024】[0024]

【実施例】ついで、この発明の実施例について、図面を
参照しながら以下に詳しく説明する。図1〜図3は、こ
の発明にかかる電気化学式ガスセンサの模式的構造を示
している。まず、表面に絶縁膜を形成したシリコン基板
などからなる絶縁基板10の表面は、全体がほぼ平坦で
あるとともに、図2に明らかなように、一部分12のみ
は低く掘り下げられた形で、残りの部分との間に段差が
付いている。このような絶縁基板10の表面に、白金や
金その他の電極材料からなる2組の電極が形成されてい
る。すなわち、検知対象ガスを検知するための作用極2
0、対極30、参照極40の3本の矩形状電極からなる
対象ガス検知用電極組と、この電極組と対称的に向かい
合うように配置された、基準ガスを検知するための作用
極50、対極60および参照極70の3本の矩形状電極
からなる基準ガス検知用電極組である。このうち、基準
ガス検知用の作用極50は、前記した絶縁基板10の低
い部分12に形成されている。各電極の形成は、スパッ
タや蒸着等の通常の電極形成手段が利用される。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. 1 to 3 show a schematic structure of an electrochemical gas sensor according to the present invention. First, the entire surface of the insulating substrate 10 made of a silicon substrate or the like having an insulating film formed thereon is substantially flat, and, as is clear from FIG. 2, only a portion 12 is dug low to leave the remaining surface. There is a step between the part and it. On the surface of such an insulating substrate 10, two sets of electrodes made of an electrode material such as platinum or gold are formed. That is, the working electrode 2 for detecting the gas to be detected
0, a counter electrode 30, and a reference electrode 40, a target gas detection electrode set composed of three rectangular electrodes, and a working electrode 50 for detecting a reference gas, which is arranged symmetrically opposite to the electrode set. It is a reference gas detection electrode set including three rectangular electrodes of a counter electrode 60 and a reference electrode 70. Of these, the working electrode 50 for detecting the reference gas is formed on the lower portion 12 of the insulating substrate 10 described above. For forming each electrode, a normal electrode forming means such as sputtering or vapor deposition is used.

【0025】2組の電極20〜40および50〜70に
は、それぞれの上および間を覆って、パーフルオロスル
ホネートポリマー等からなる固体電解質層80、82
が、基準ガス検知用と対象ガス検知用とで、互いに分離
された状態で形成されている。固体電解質層80、82
の上面は平坦に形成されている。したがって、図2に示
すように、基準ガス検知用の作用極50の上の固体電解
質層82の厚みT1 は、その他の部分における固体電解
質層82の厚みT0 に比べて、絶縁基板10の段差の分
だけ厚くなっている。固体電解質層80、82の材料や
形成手段は、通常のガスセンサの場合と同様でよい。
The two sets of electrodes 20-40 and 50-70 are covered with a solid electrolyte layer 80, 82 made of a perfluorosulfonate polymer or the like so as to cover the above and between the electrodes.
However, the reference gas detection target gas and target gas detection target are formed separately from each other. Solid electrolyte layer 80, 82
Has a flat upper surface. Therefore, as shown in FIG. 2, the thickness T 1 of the solid electrolyte layer 82 on the working electrode 50 for reference gas detection is larger than the thickness T 0 of the solid electrolyte layer 82 in other portions of the insulating substrate 10. It is thicker for the difference in level. The material and forming means of the solid electrolyte layers 80 and 82 may be the same as in the case of a normal gas sensor.

【0026】そして、上記のような固体電解質層80、
82の表面全体を覆って、フッソ系樹脂からなる保護膜
90、92が形成されている。図1では、保護膜90、
92の形成個所をハッチングで表している。保護膜9
0、92は、蒸着法やプラズマ重合法などで形成され
る。各電極20〜70の一端は、固体電解質層80、8
2および保護膜90、92の外まで延長されて外部に露
出しており、外部回路への接続用端子部22、32、4
2、52、62、72となっている。このようにして、
ひとつの絶縁基板10上に、対象ガス検知部Aと基準ガ
ス検知部Bが並んで設けられている。
Then, the solid electrolyte layer 80 as described above,
Protective films 90 and 92 made of fluorine resin are formed so as to cover the entire surface of 82. In FIG. 1, the protective film 90,
The formation location of 92 is represented by hatching. Protective film 9
0 and 92 are formed by a vapor deposition method, a plasma polymerization method, or the like. One end of each of the electrodes 20 to 70 has a solid electrolyte layer 80, 8
2 and the protective films 90 and 92 are extended to the outside to be exposed to the outside, and are connected to external circuits.
2, 52, 62, 72. In this way
The target gas detection unit A and the reference gas detection unit B are provided side by side on one insulating substrate 10.

【0027】対象ガス検知部Aの各電極20〜40は、
端子部22〜42に接続されたリード線102を介し
て、信号処理回路100に接続されており、対象ガス検
知部Aで検知された対象ガスの検知信号を、外部に取り
出して利用できるようになっている。基準ガス検知部B
の各電極50〜70は、端子部52〜72に接続された
リード線104を介して、寿命告知手段110に接続さ
れている。
The electrodes 20 to 40 of the target gas detector A are
The detection signal of the target gas, which is connected to the signal processing circuit 100 and is detected by the target gas detection unit A, is connected to the signal processing circuit 100 via the lead wires 102 connected to the terminal portions 22 to 42 so that the detection signal can be used outside. Is becoming Reference gas detector B
The respective electrodes 50 to 70 are connected to the life notification means 110 via the lead wires 104 connected to the terminals 52 to 72.

【0028】寿命告知手段110は、基準ガス検知部B
の検知出力を監視して、検知出力が一定値以下になった
ときに信号を発して、警告音を出したり警告ランプを点
灯したりして、センサの寿命が来たことを告知できるよ
うになっている。このような機能を有する寿命告知手段
110は、各種機器類で用いられているのと同様の、通
常の電子回路等で構成されている。
The life notification means 110 is a reference gas detection unit B.
The sensor output can be monitored, and when the detected output falls below a certain value, a signal is emitted and a warning sound is emitted or a warning lamp is turned on to notify that the sensor has reached the end of its life. Is becoming The life notification means 110 having such a function is composed of an ordinary electronic circuit or the like similar to that used in various devices.

【0029】以上のような構造を有するガスセンサにお
いて、対象ガス検知部Aにおけるセンサ作用を説明す
る。検知対象ガスのガス成分は、保護膜90の表面か
ら、保護膜90および固体電解質層80を透過して作用
極20に到達し、ここで電気化学反応を起こす。対極3
0では、上記作用極20と対になる反応が起きる。その
結果、作用極20と対極30の間に検知電流が流れて、
ガス成分の検知および定量が行える。参照極40は、作
用極20の電位を一定に維持するための基準としての機
能を果たす。すなわち、作用極20の電位を、検知対象
となるガス成分に対応する一定の電位に維持しておくこ
とによって、検知対象となるガス成分が作用極20で電
気化学反応を起こすのである。このようなセンサ作用
は、通常の電気化学式ガスセンサの場合と同様である。
In the gas sensor having the above structure, the sensor function of the target gas detection unit A will be described. The gas component of the gas to be detected passes through the protective film 90 and the solid electrolyte layer 80 from the surface of the protective film 90 and reaches the working electrode 20, where an electrochemical reaction occurs. Counter electrode 3
At 0, a reaction pairing with the working electrode 20 occurs. As a result, a detection current flows between the working electrode 20 and the counter electrode 30,
Can detect and quantify gas components. The reference electrode 40 functions as a reference for keeping the potential of the working electrode 20 constant. That is, by keeping the potential of the working electrode 20 at a constant potential corresponding to the gas component to be detected, the gas component to be detected causes an electrochemical reaction in the working electrode 20. Such a sensor action is similar to that of a normal electrochemical gas sensor.

【0030】ついで、基準ガス検知部Bにおける寿命検
知作用について説明する。基準ガス検知部Bでは、基準
ガスである酸素が、保護膜92の表面から、保護膜92
および固体電解質層82を透過して作用極50に到達
し、ここで電気化学反応を起こす。但し、作用極50の
上の固体電解質層82の厚みT1 が分厚いため、作用極
50まで到達する酸素の量は少なく、反応量は極くわず
かである。対極60では、上記作用極50と対になる反
応が起こり、作用極50と対極60の間に酸素検知電流
が流れる。なお、この基準ガス検知部Bでは、作用極5
0の電位を、参照極70を基準にして、酸素に対応する
一定の電位に維持しているので、酸素を検知できるので
ある。すなわち、基準ガス検知部Bと対象ガス検知部A
では、作用極20と50の電位設定が異なるだけで、基
本的な電気化学反応や検知電流が流れる原理作用は同じ
である。
Next, the life detecting operation in the reference gas detecting section B will be described. In the reference gas detection unit B, oxygen as the reference gas is transferred from the surface of the protective film 92 to the protective film 92.
And, it penetrates through the solid electrolyte layer 82 and reaches the working electrode 50, where an electrochemical reaction occurs. However, since the thickness T 1 of the solid electrolyte layer 82 on the working electrode 50 is large, the amount of oxygen reaching the working electrode 50 is small and the reaction amount is extremely small. In the counter electrode 60, a reaction to form a pair with the working electrode 50 occurs, and an oxygen detection current flows between the working electrode 50 and the counter electrode 60. In the reference gas detection unit B, the working electrode 5
Since the potential of 0 is maintained at a constant potential corresponding to oxygen with reference to the reference electrode 70, oxygen can be detected. That is, the reference gas detector B and the target gas detector A
Then, only the potential settings of the working electrodes 20 and 50 are different, but the basic electrochemical reaction and the principle action through which the detection current flows are the same.

【0031】酸素は大気中に常に一定濃度で存在してい
るので、感度の経時的な変化がなければ、基準ガス検知
部Bにおいて常に一定の検知電流が得られるはずであ
る。しかし、前記したように、基準ガス検知部Bの感度
は経時的に低下するので、検知電流が徐々に小さくなっ
てくる。この基準ガス検知部Bにおける検知電流すなわ
ち感度の経時変化と同じ現象は、対象ガス検知部Aでも
同時進行で生じている。したがって、基準ガス検知部B
における検知電流(感度)を常時モニタしておき、検知
電流が所定の値以下になれば、センサすなわち対象ガス
検知部Aの寿命であると判断すればよい。
Since oxygen is always present in the atmosphere at a constant concentration, a constant detection current should always be obtained in the reference gas detection section B unless the sensitivity changes with time. However, as described above, the sensitivity of the reference gas detection unit B decreases over time, so the detection current gradually decreases. The same phenomenon as the change in the detected current in the reference gas detection unit B, that is, the sensitivity, with time also occurs in the target gas detection unit A at the same time. Therefore, the reference gas detector B
The detection current (sensitivity) in (1) is constantly monitored, and when the detection current becomes a predetermined value or less, it may be determined that the sensor, that is, the target gas detection unit A has reached the end of its life.

【0032】つぎに、上記した構造の電気化学式ガスセ
ンサを製造して、そのガス検知作用を経時変化を試験し
た結果について説明する。 −実施例1− 絶縁基板10の材料として、10mm角で厚さ1mmのシリ
コン基板を用いた。シリコン基板の表面のうち、一部分
12のみは、他部分よりも0.1mm低く段差を付けられ
ているとともに、表面全体に酸化処理を施している。ま
た、基板と電極との密着性を高めるために、シリコン基
板の表面にスパッタリングで厚さ2000Å程度のポリ
シリコン層を形成した。この絶縁基板10の上に、スパ
ッタリングで白金からなる作用極20、50、対極3
0、60および金からなる参照極40、70を形成し
た。但し、作用極50は、前記した絶縁基板10の表面
のうち、他部分よりも低くなった部分12に形成した。
その後、パーフルオロスルホネートポリマーを5重量%
含む溶液を、各電極20〜40、50〜70およびその
周囲の絶縁基板10の上にキャスティングすることによ
り、厚さ3μmのパーフルオロスルホネートポリマーか
らなる固体電解質層80、82を形成した。固体電解質
層80、82の上面は平坦であるので、前記した絶縁基
板10の低い部分12に形成された作用極50の上に
は、厚さ約0.1mmで固体電解質層82が覆うことにな
る。さらに、固体電解質層80、82の表面全体を覆っ
て、テトラフルオロエチレンの重合体からなる保護膜9
0、92をプラズマ重合によって形成した。
Next, the results of manufacturing the electrochemical gas sensor having the above-mentioned structure and testing the gas detecting action with time will be described. -Example 1-As the material for the insulating substrate 10, a 10 mm square and 1 mm thick silicon substrate was used. Of the surface of the silicon substrate, only a part 12 is stepped by 0.1 mm lower than the other parts, and the entire surface is oxidized. Further, in order to enhance the adhesion between the substrate and the electrode, a polysilicon layer having a thickness of about 2000 Å was formed on the surface of the silicon substrate by sputtering. Working electrodes 20, 50 and counter electrode 3 made of platinum are formed on the insulating substrate 10 by sputtering.
Reference electrodes 40 and 70 made of 0 and 60 and gold were formed. However, the working electrode 50 was formed on the portion 12 of the surface of the insulating substrate 10 which was lower than the other portions.
Then, 5% by weight of perfluorosulfonate polymer
The solution containing was cast on each of the electrodes 20-40, 50-70 and the insulating substrate 10 around the electrodes to form solid electrolyte layers 80, 82 made of perfluorosulfonate polymer having a thickness of 3 μm. Since the upper surfaces of the solid electrolyte layers 80 and 82 are flat, the working electrode 50 formed on the lower portion 12 of the insulating substrate 10 is covered with the solid electrolyte layer 82 with a thickness of about 0.1 mm. Become. Further, a protective film 9 covering the entire surfaces of the solid electrolyte layers 80 and 82 and made of a polymer of tetrafluoroethylene
0, 92 were formed by plasma polymerization.

【0033】このようにして作製された対象ガス検知部
Aおよび基準ガス検知部Bを組み合わせたガスセンサ
が、対象ガスに対するセンサ機能および寿命の告知機能
を有していることを確認するために、対象ガス検知部A
と基準ガス検知部Bの、一酸化炭素と酸素に対する感度
の経時的変化を、それぞれ測定した。測定には、図4に
示す試験装置を用いた。測定用チャンバー120の中に
ガスセンサを収容し、各電極20…の端子部22…をリ
ード線121を介して、対象ガス検知部A用と基準ガス
検知部B用のそれぞれのポテンショスタット122、1
23に接続した。対象ガス検知部A用と基準ガス検知部
B用のそれぞれのポテンショスタット122、123に
は、それぞれレコーダ124、125が接続されてい
る。
In order to confirm that the gas sensor in which the target gas detection unit A and the reference gas detection unit B thus manufactured have a sensor function for the target gas and a life notification function, Gas detector A
The time-dependent changes in the sensitivity of the reference gas detection unit B and the sensitivity to carbon monoxide and oxygen were measured. The test apparatus shown in FIG. 4 was used for the measurement. The gas sensor is housed in the measurement chamber 120, and the terminal portions 22 of the electrodes 20 are connected to the potentiometers 122 for the target gas detection portion A and the reference gas detection portion B via the lead wires 121.
Connected to 23. Recorders 124 and 125 are connected to the potentiostats 122 and 123 for the target gas detection unit A and the reference gas detection unit B, respectively.

【0034】上記のような試験装置を用い、一酸化炭素
を検知する対象ガス検知部Aの作用極20と参照極40
の間の印加電圧を0.45Vに設定し、酸素を検知する
基準ガス検知部Bの作用極50と参照極70の間の印加
電圧を−0.6Vに設定して試験を行った。そして、基
準ガス検知部Bの作用極50と対極60の間を流れる酸
素検知電流は、レコーダ125で常時監視した。また、
チャンバー120内の雰囲気を、空気のみの状態から一
酸化炭素を1000ppm 含む空気に置き換え、その際に
対象ガス検知部Aの作用極20と対極30の間に流れる
一酸化炭素検知電流をレコーダ124で測定した。チャ
ンバー120内には一定時間毎に、一酸化炭素を含む空
気を供給して測定を繰り返した。
Using the test apparatus as described above, the working electrode 20 and the reference electrode 40 of the target gas detecting section A for detecting carbon monoxide are used.
The test was conducted by setting the applied voltage between 0.4 and 5V and the applied voltage between the working electrode 50 and the reference electrode 70 of the standard gas detection unit B for detecting oxygen to -0.6V. The oxygen detection current flowing between the working electrode 50 and the counter electrode 60 of the reference gas detection unit B was constantly monitored by the recorder 125. Also,
The atmosphere in the chamber 120 is replaced with air containing 1000 ppm of carbon monoxide from the state of only air, and the carbon monoxide detection current flowing between the working electrode 20 and the counter electrode 30 of the target gas detection unit A is recorded by the recorder 124. It was measured. The measurement was repeated by supplying air containing carbon monoxide into the chamber 120 at regular intervals.

【0035】図5に測定結果を示している。このグラフ
から明らかなように、一酸化炭素に対する対象ガス検知
部Aの感度と、酸素に対する基準ガス検知部Bの感度の
経時変化は、ほとんど同様の傾向を示していることがわ
かる。したがって、対象ガス検知部Aがセンサとして機
能を果たせなくなる感度になるまでの時間を寿命とすれ
ば、基準ガス検知部Bの感度が、対象ガス検知部Bの寿
命に対応する経過時間における感度以下になった段階
で、センサの寿命であると判断して、適当な警告信号を
発するようにしておけば、センサの寿命を迅速かつ確実
に検知することができる。
FIG. 5 shows the measurement result. As is clear from this graph, it can be seen that the temporal changes in the sensitivity of the target gas detection unit A to carbon monoxide and the sensitivity of the reference gas detection unit B to oxygen show almost the same tendency. Therefore, if the time until the sensitivity at which the target gas detection unit A cannot function as a sensor becomes the life, the sensitivity of the reference gas detection unit B is less than or equal to the sensitivity at the elapsed time corresponding to the life of the target gas detection unit B. If the sensor life is judged to have expired and an appropriate warning signal is issued, the sensor life can be detected quickly and reliably.

【0036】−実施例2− 前記実施例1において、保護膜90、92の材料として
テフロンを用い、その形成方法として蒸着法を用いた以
外は、実施例1と同様の製造工程を経てガスセンサを製
造した。このようにして製造されたガスセンサについて
も、前記実施例1と同様の測定を行った。図6に測定結
果を示している。実施例2の場合、実施例1に比べて、
感度の劣化速度が大きいが、対象ガス検知部Aと基準ガ
ス検知部Bの感度の経時変化についての挙動は同様であ
り、このガスセンサの場合も、基準ガス検知部Bの検知
出力から、センサの寿命を検知できることがわかる。
Example 2 A gas sensor is manufactured through the same manufacturing process as in Example 1 except that Teflon is used as the material of the protective films 90 and 92 and the vapor deposition method is used as the forming method in Example 1. Manufactured. With respect to the gas sensor manufactured in this manner, the same measurement as in Example 1 was performed. The measurement results are shown in FIG. In the case of Example 2, as compared with Example 1,
Although the sensitivity deterioration rate is high, the behaviors of the target gas detection unit A and the reference gas detection unit B with respect to changes in sensitivity with time are similar. In the case of this gas sensor as well, from the detection output of the reference gas detection unit B, It turns out that the life can be detected.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上に述べた、この発明にかかかる電気
化学式ガスセンサによれば、通常のガスセンサと同様の
対象ガス検知部に加えて、使用環境に一定の濃度で存在
する基準ガスを検知する基準ガス検知部を備えているこ
とにより、ガスセンサの寿命を迅速かつ確実に検知する
ことができる。すなわち、ガスセンサ自身に、寿命が来
たのかどうかを自己診断する機能が備わっていることに
なる。その結果、センサの機能確認のための点検作業に
要する多大な労力と時間を節約でき、メンテナンスにか
かる費用の大幅な削減が可能になる。また、寿命がきた
ガスセンサをそのまま使用した場合に生じる危険な状況
を確実に回避できる信頼性の高いガスセンサを提供する
ことができる。
As described above, according to the electrochemical gas sensor of the present invention, in addition to the target gas detecting section similar to the normal gas sensor, the reference gas existing at a constant concentration in the use environment is detected. Since the reference gas detection unit is provided, the life of the gas sensor can be detected quickly and reliably. That is, the gas sensor itself has a function of self-diagnosing whether or not the life has expired. As a result, it is possible to save a great deal of labor and time required for the inspection work for confirming the function of the sensor, and it is possible to significantly reduce the maintenance cost. Further, it is possible to provide a highly reliable gas sensor that can reliably avoid a dangerous situation that occurs when a gas sensor that has reached the end of its life is used as it is.

【0038】特に、固体電解質を保護する保護層を設け
ていることによって、固体電解質層の経時的な物性変化
に伴うセンサの感度低下を防ぎ、センサの寿命を延ばす
ことができる。さらに、基準ガス検知部の作用極上では
固体電解質層の厚みを他部分よりも分厚くしているの
で、前記のような保護層を形成していても、基準ガスの
電気化学反応に伴う反応生成物が作用極上に溜まり難
く、基準ガス検知部の経時特性を対象ガス検知部の経時
特性と確実に一致させることができ、基準ガス検知部に
よる寿命告知機能を良好に発揮できることになる。
In particular, by providing the protective layer for protecting the solid electrolyte, it is possible to prevent the sensitivity of the sensor from being lowered due to the change in physical properties of the solid electrolyte layer with time, and to extend the life of the sensor. Further, since the thickness of the solid electrolyte layer is thicker than the other portions on the working electrode of the reference gas detection unit, even if the protective layer as described above is formed, the reaction product accompanying the electrochemical reaction of the reference gas Is less likely to accumulate on the working electrode, the time-dependent characteristics of the reference gas detection unit can be reliably matched with the time-dependent characteristics of the target gas detection unit, and the life notification function of the reference gas detection unit can be exhibited well.

【0039】以上の結果、この発明にかかる電気化学式
ガスセンサは、超寿命化と寿命の迅速かつ確実な告知と
いう従来実現不可能であった相反する要求を何れも満足
させることが可能になり、この種のガスセンサの機能向
上あるいは用途の拡大に大きく貢献できることになる。
As a result of the above, the electrochemical gas sensor according to the present invention can satisfy both contradictory requirements, which have heretofore been unrealizable, of a long service life and quick and reliable notification of the service life. This will greatly contribute to improving the functions of various types of gas sensors or expanding their applications.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明の実施例を示すガスセンサの全体構
成図
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a gas sensor showing an embodiment of the present invention.

【図2】 基準ガス検知部の拡大断面図FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a reference gas detection unit.

【図3】 対象ガス検知部の拡大断面図FIG. 3 is an enlarged sectional view of a target gas detection unit.

【図4】 センサ感度の試験装置の概略構成図FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a sensor sensitivity test device.

【図5】 感度測定結果を示す線図[Fig. 5] Diagram showing sensitivity measurement results

【図6】 別の実施例の感度測定結果を示す線図FIG. 6 is a diagram showing the sensitivity measurement results of another example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A 対象ガス検知部 B 基準ガス検知部 10 絶縁基板 12 低い部分 20、50 作用極 30、60 対極 40、70 参照極 80、82 固体電解質 90、92 保護膜 110 寿命告知手段 A target gas detection unit B reference gas detection unit 10 insulating substrate 12 low part 20, 50 working electrode 30, 60 counter electrode 40, 70 reference electrode 80, 82 solid electrolyte 90, 92 protective film 110 life notification means

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成3年11月9日[Submission date] November 9, 1991

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0026[Correction target item name] 0026

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0026】そして、上記のような固体電解質層80、
82の表面全体を覆って、フッ素系樹脂からなる保護膜
90、92が形成されている。図1では、保護膜90、
92の形成個所をハッチングで表している。保護膜9
0、92は、蒸着法やプラズマ重合法、キャスティング
などで形成される。各電極20〜70の一端は、固体
電解質層80、82および保護膜90、92の外まで延
長されて外部に露出しており、外部回路への接続用端子
部22、32、42、52、62、72となっている。
このようにして、ひとつの絶縁基板10上に、対象ガス
検知部Aと基準ガス検知部Bが並んで設けられている。
Then, the solid electrolyte layer 80 as described above,
Protective films 90 and 92 made of fluorocarbon resin are formed so as to cover the entire surface of 82. In FIG. 1, the protective film 90,
The formation location of 92 is represented by hatching. Protective film 9
0 and 92 are vapor deposition method, plasma polymerization method , casting
It is formed by the method . One end of each of the electrodes 20 to 70 is extended to the outside of the solid electrolyte layers 80, 82 and the protective films 90, 92 and exposed to the outside, and the terminal portions 22, 32, 42, 52 for connecting to an external circuit are provided. 62 and 72.
In this way, the target gas detection unit A and the reference gas detection unit B are provided side by side on one insulating substrate 10.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 絶縁基板上の複数の電極を固体電解質で
つないで検知作用を行わせる電気化学式ガスセンサにお
いて、同一基板上に、検知対象となる対象ガスを検知す
るための対象ガス検知部と使用環境に一定の濃度で存在
する基準ガスを検知するための基準ガス検知部とを備
え、基準ガス検知部には、検知出力が一定値以下になる
と信号を発する寿命告知手段が接続されており、前記対
象ガス検知部は、作用極、対極、参照極からなる1組の
電極、各電極の上および間を覆う固体電解質、および、
固体電解質を保護するための保護膜からなり、前記基準
ガス検知部は、作用極、対極、参照極からなる1組の電
極、各電極の上および間を覆うとともに作用極上の厚み
が他の部分の厚みよりも厚い固体電解質、および、固体
電解質を保護するための保護膜からなることを特徴とす
る電気化学式ガスセンサ。
Claim: What is claimed is: 1. An electrochemical gas sensor for detecting a gas by connecting a plurality of electrodes on an insulating substrate with a solid electrolyte, for detecting a target gas to be detected on the same substrate. A target gas detection unit and a reference gas detection unit for detecting a reference gas that exists at a constant concentration in the operating environment, and the reference gas detection unit issues a signal when the detection output falls below a certain value. Are connected, the target gas detection unit is a pair of electrodes consisting of a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode, a solid electrolyte covering the above and between the electrodes, and
The reference gas detection unit is composed of a protective film for protecting the solid electrolyte, and the reference gas detection unit covers a pair of electrodes including a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode, and covers each electrode over and between the electrodes, and has a thickness on the working electrode at other portions. An electrochemical gas sensor characterized by comprising a solid electrolyte thicker than the thickness of the solid electrolyte and a protective film for protecting the solid electrolyte.
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