JPH05240833A - 酸素センサ素子 - Google Patents
酸素センサ素子Info
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- JPH05240833A JPH05240833A JP4079023A JP7902392A JPH05240833A JP H05240833 A JPH05240833 A JP H05240833A JP 4079023 A JP4079023 A JP 4079023A JP 7902392 A JP7902392 A JP 7902392A JP H05240833 A JPH05240833 A JP H05240833A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 第１の酸素イオン固体電解質部材に空気と接
する第１電極及び第２電極を形成した電気化学的ポンプ
部と第２の酸素イオン固体電解質部材に第３電極及び隔
離された被検ガス室に接する第４電極を形成した電気化
学的センサ部とが、密封空間を介して配置され、第２電
極と第３電極とが密封空間に接するよう構成されてなる
酸素センサ素子。 【効果】 本発明の酸素センサ素子は被検ガス中の酸素
分圧が極めて低くても、基準ガス中の酸素分圧が低く制
御されている為、電気化学的センサ部を挟むガス中の酸
素濃度差が小さいので、空気を基準ガスとする場合に比
べて、電気化学的ガス透過現象が効果的に抑制される。
その為、被検ガスに接する電極近傍の酸素濃度変化も無
く、精度良く、酸素濃度を検出する事が出来る。
する第１電極及び第２電極を形成した電気化学的ポンプ
部と第２の酸素イオン固体電解質部材に第３電極及び隔
離された被検ガス室に接する第４電極を形成した電気化
学的センサ部とが、密封空間を介して配置され、第２電
極と第３電極とが密封空間に接するよう構成されてなる
酸素センサ素子。 【効果】 本発明の酸素センサ素子は被検ガス中の酸素
分圧が極めて低くても、基準ガス中の酸素分圧が低く制
御されている為、電気化学的センサ部を挟むガス中の酸
素濃度差が小さいので、空気を基準ガスとする場合に比
べて、電気化学的ガス透過現象が効果的に抑制される。
その為、被検ガスに接する電極近傍の酸素濃度変化も無
く、精度良く、酸素濃度を検出する事が出来る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に低濃度酸素領域の
測定精度に優れた酸素イオン固体電解質を用いた酸素セ
ンサ素子に関する。
測定精度に優れた酸素イオン固体電解質を用いた酸素セ
ンサ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸素イオン固体電解質を用いた酸素セン
サは、気体中の酸素濃度測定器、自動車の空燃比制御等
に広く用いられている。その基本構成は図１に示される
様に、酸素イオン固体電解質（１）の両面に電極（２）
及び（３）が設置されている。電極（３）は空気と接し
ている。被検ガスは被検ガス導入管（４）により、セラ
ミック管（５）により隔離された被検ガス室に導びかれ
る。従って電極（２）は被検ガスと接している。電極
（１）及び（２）に接する酸素分圧が異なると両電極間
に以下に示すＮｅｒｎｓｔ式に従って起電力Ｅが発生す
る。 Ｅ＝（ＲＴ）／（４Ｆ）ｌｎ（ＰＯ2 （Ｉ））／（ＰＯ
2 （II）） （ここでＥは起電力、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度、Ｆ
はファラディー定数、ＰＯ2 （Ｉ）はカソード側の酸素
分圧、ＰＯ2 （II）はアノード側の酸素分圧を表わ
す。）一方の電極を既知の一定酸素分圧とし、他の電極
に被検ガスを接触させる事により、Ｅから被検ガスの酸
素分圧、即ち酸素濃度が算出される。通常、既知の一定
酸素分圧を有する基準ガスとして、１気圧の空気が用い
られる。
サは、気体中の酸素濃度測定器、自動車の空燃比制御等
に広く用いられている。その基本構成は図１に示される
様に、酸素イオン固体電解質（１）の両面に電極（２）
及び（３）が設置されている。電極（３）は空気と接し
ている。被検ガスは被検ガス導入管（４）により、セラ
ミック管（５）により隔離された被検ガス室に導びかれ
る。従って電極（２）は被検ガスと接している。電極
（１）及び（２）に接する酸素分圧が異なると両電極間
に以下に示すＮｅｒｎｓｔ式に従って起電力Ｅが発生す
る。 Ｅ＝（ＲＴ）／（４Ｆ）ｌｎ（ＰＯ2 （Ｉ））／（ＰＯ
2 （II）） （ここでＥは起電力、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度、Ｆ
はファラディー定数、ＰＯ2 （Ｉ）はカソード側の酸素
分圧、ＰＯ2 （II）はアノード側の酸素分圧を表わ
す。）一方の電極を既知の一定酸素分圧とし、他の電極
に被検ガスを接触させる事により、Ｅから被検ガスの酸
素分圧、即ち酸素濃度が算出される。通常、既知の一定
酸素分圧を有する基準ガスとして、１気圧の空気が用い
られる。
【０００３】かかる空気（酸素濃度２０．６％）を基準
ガスとした酸素センサ素子を用いて酸素濃度を測定する
に際し、被検ガスの酸素濃度が例えば１０ｐｐｍと低い
場合、その測定精度が悪くなる。その理由は、電気化学
的ガス透過、即ち固体電解質に僅かに存在する電子伝導
に見合う酸素イオンの移動が空気側電極から被検側電極
に向って起り、被検ガス側電極の近傍の酸素濃度が変化
する為とされている。その改良策として、点接触式又は
二重管式のセンサが提案されているが例えば斉藤安俊、
表面、２１巻１１号、頁７（１９８３）、いずれも構造
が複雑で、長期に亘る安定性に難点がある。一方、電気
化学的センサ部と電気化学式酸素ポンプとを併用し、基
準ガスの酸素濃度を電気化学式酸素ポンプを用いて積極
的に制御する方式が、特にリーンバー方式の自動車空燃
比制御用のセンサ素子への適用を目指して開発が進めら
れている。このセンサ素子は酸素濃度が常に変動する被
検ガス即ち自動車排ガス中にセンサ素子全体が曝される
為に、一定酸素濃度のガスと接していないので、酸素ポ
ンプを用いて自動車排ガス中の酸素をセンサ内部に供給
し、高濃度の酸素を含む基準ガスを作製しようとするも
のである。しかし、こうして得られる基準ガスの酸素濃
度を厳密に制御する事は困難であり、自動車空燃比制御
に求められる所謂λ型センサとしては使用できるが、厳
密な測定精度が必要な用途には使用出来ない。
ガスとした酸素センサ素子を用いて酸素濃度を測定する
に際し、被検ガスの酸素濃度が例えば１０ｐｐｍと低い
場合、その測定精度が悪くなる。その理由は、電気化学
的ガス透過、即ち固体電解質に僅かに存在する電子伝導
に見合う酸素イオンの移動が空気側電極から被検側電極
に向って起り、被検ガス側電極の近傍の酸素濃度が変化
する為とされている。その改良策として、点接触式又は
二重管式のセンサが提案されているが例えば斉藤安俊、
表面、２１巻１１号、頁７（１９８３）、いずれも構造
が複雑で、長期に亘る安定性に難点がある。一方、電気
化学的センサ部と電気化学式酸素ポンプとを併用し、基
準ガスの酸素濃度を電気化学式酸素ポンプを用いて積極
的に制御する方式が、特にリーンバー方式の自動車空燃
比制御用のセンサ素子への適用を目指して開発が進めら
れている。このセンサ素子は酸素濃度が常に変動する被
検ガス即ち自動車排ガス中にセンサ素子全体が曝される
為に、一定酸素濃度のガスと接していないので、酸素ポ
ンプを用いて自動車排ガス中の酸素をセンサ内部に供給
し、高濃度の酸素を含む基準ガスを作製しようとするも
のである。しかし、こうして得られる基準ガスの酸素濃
度を厳密に制御する事は困難であり、自動車空燃比制御
に求められる所謂λ型センサとしては使用できるが、厳
密な測定精度が必要な用途には使用出来ない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この様に、従来の方式
の酸素イオン導電性の固体電解質を用いた酸素センサ素
子では、特に低酸素濃度を含む広い濃度範囲で、酸素濃
度を精度良く検出する事は困難である。本発明は、上記
の事情に鑑み為されたものであり、検出精度に優れた酸
素イオン導電性の固体電解質を用いた酸素センサ素子を
提供する事を目的とする。
の酸素イオン導電性の固体電解質を用いた酸素センサ素
子では、特に低酸素濃度を含む広い濃度範囲で、酸素濃
度を精度良く検出する事は困難である。本発明は、上記
の事情に鑑み為されたものであり、検出精度に優れた酸
素イオン導電性の固体電解質を用いた酸素センサ素子を
提供する事を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的は第１の酸素
イオン固体電解質部材に空気と接する第１電極及び第２
電極を形成した電気化学的ポンプ部と、第２の酸素イオ
ン固体電解質部材に第３電極及び隔離された被検ガス室
に接する第４電極を形成した電気化学的センサ部とが、
密封空間を介して配置され、第２電極と第３電極とが密
封空間に接するよう構成されてなる酸素センサ素子によ
り達成される。
イオン固体電解質部材に空気と接する第１電極及び第２
電極を形成した電気化学的ポンプ部と、第２の酸素イオ
ン固体電解質部材に第３電極及び隔離された被検ガス室
に接する第４電極を形成した電気化学的センサ部とが、
密封空間を介して配置され、第２電極と第３電極とが密
封空間に接するよう構成されてなる酸素センサ素子によ
り達成される。
【０００６】本発明の酸素センサ素子の基本構成を図２
に示す。第１の酸素イオン固体電解質部材（７）の両面
には、空気と接する第１電極（９）と第２電極（１０）
とが設置されており、両電極間に外部電源（１７）にて
直流電圧を印加して電気化学的ポンプ部として機能させ
る。第２の酸素イオン固体電解質部材（８）の両面には
第３電極（１１）と被検ガス室（１６）に接する第４電
極（１２）とが設置されており、両者間には電圧計（１
８）を接続された電気化学的センサ部として機能する。
第２電極（１０）と第３電極（１１）は気密空間（１
５）に接している。被検ガスは被検ガス導入管（１３）
によりセラミックス管（１４）で外部の空気と遮断され
た被検ガス室（１６）に導びかれる。第１及び第２電極
との間に直流電圧を印加し、電気化学的酸素ポンプの原
理に従って、密封空間に存在する酸素ガスを空気中に排
出して、空気よりも低酸素分圧となる様に制御する。第
３電極と第４電極との間に直流電圧計を接続して、被検
ガスと密封空間との酸素分圧の比に相当する起電力を読
み取り、前述のＮｅｒｎｓｔ式に基づき、被検ガス中の
酸素濃度を測定する。従って密封空間は基準ガス室とも
言い換える事ができる。
に示す。第１の酸素イオン固体電解質部材（７）の両面
には、空気と接する第１電極（９）と第２電極（１０）
とが設置されており、両電極間に外部電源（１７）にて
直流電圧を印加して電気化学的ポンプ部として機能させ
る。第２の酸素イオン固体電解質部材（８）の両面には
第３電極（１１）と被検ガス室（１６）に接する第４電
極（１２）とが設置されており、両者間には電圧計（１
８）を接続された電気化学的センサ部として機能する。
第２電極（１０）と第３電極（１１）は気密空間（１
５）に接している。被検ガスは被検ガス導入管（１３）
によりセラミックス管（１４）で外部の空気と遮断され
た被検ガス室（１６）に導びかれる。第１及び第２電極
との間に直流電圧を印加し、電気化学的酸素ポンプの原
理に従って、密封空間に存在する酸素ガスを空気中に排
出して、空気よりも低酸素分圧となる様に制御する。第
３電極と第４電極との間に直流電圧計を接続して、被検
ガスと密封空間との酸素分圧の比に相当する起電力を読
み取り、前述のＮｅｒｎｓｔ式に基づき、被検ガス中の
酸素濃度を測定する。従って密封空間は基準ガス室とも
言い換える事ができる。
【０００７】本発明の酸素イオン固体電解質として、酸
素イオンの輸率が高い固体電解質が用いられる。例え
ば、ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｙ2 Ｏ3 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ
3 ，Ｓｍ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3 ，Ｇｄ2 Ｏ3 ，Ｎｄ2 Ｏ3
等を単独又は２種以上をドープしたＺｒＯ2 ，Ｃｅ
Ｏ2 ，ＴｈＯ2 が挙げられるが、これらのうちＭｇＯ，
ＣａＯ，又はＹ2 Ｏ3 をドープしたＺｒＯ2 が好まし
く、Ｙ2 Ｏ3 をドープしたＺｒＯ2 が最も好ましい。こ
れらの固体電解質は公知のセラミックスの製造方法、即
ち、成型体の高温焼成，ＰＶＤ，ＣＶＤ等の方法で作製
される。酸素イオン固体電解質の厚みは、特に限定され
ないが、通常０．０１〜５ｍｍが好ましい。本発明に用
いる電極は、Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｐａの１
種又は２種以上から成る貴金属多孔質体、並びにＬａ，
Ｓｒ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｐｒ，Ｎｄの２種以上からな
る酸化物半導体の多孔質体が挙げられる。更にこれらの
貴金属及び酸化物半導体の混合物を用いても良い。これ
らのうち、長期安定性に優れる白金の多孔質体が好まし
い。電極は常法、即ち刷毛塗り，スクリーン印刷により
塗布した後、高温で焼付けたり、スパッタリング，ＣＶ
Ｄ，ＰＶＤ等の方法で設置する事が出来る。
素イオンの輸率が高い固体電解質が用いられる。例え
ば、ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｙ2 Ｏ3 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ
3 ，Ｓｍ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3 ，Ｇｄ2 Ｏ3 ，Ｎｄ2 Ｏ3
等を単独又は２種以上をドープしたＺｒＯ2 ，Ｃｅ
Ｏ2 ，ＴｈＯ2 が挙げられるが、これらのうちＭｇＯ，
ＣａＯ，又はＹ2 Ｏ3 をドープしたＺｒＯ2 が好まし
く、Ｙ2 Ｏ3 をドープしたＺｒＯ2 が最も好ましい。こ
れらの固体電解質は公知のセラミックスの製造方法、即
ち、成型体の高温焼成，ＰＶＤ，ＣＶＤ等の方法で作製
される。酸素イオン固体電解質の厚みは、特に限定され
ないが、通常０．０１〜５ｍｍが好ましい。本発明に用
いる電極は、Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｐａの１
種又は２種以上から成る貴金属多孔質体、並びにＬａ，
Ｓｒ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｐｒ，Ｎｄの２種以上からな
る酸化物半導体の多孔質体が挙げられる。更にこれらの
貴金属及び酸化物半導体の混合物を用いても良い。これ
らのうち、長期安定性に優れる白金の多孔質体が好まし
い。電極は常法、即ち刷毛塗り，スクリーン印刷により
塗布した後、高温で焼付けたり、スパッタリング，ＣＶ
Ｄ，ＰＶＤ等の方法で設置する事が出来る。
【０００８】本発明の酸素センサ素子は、前述の通り、
電気化学式酸素ポンプ部，密封空間及び電気化学的セン
サ部から構成される。電気化学式酸素ポンプ部の両電極
間に外部電圧を印加し、密封空間に存在する酸素ガスを
強性的に電気化学式酸素ポンプの原理に従って、外部に
排出し、基準ガス室内を所定の低酸素分圧に制御する。
酸素ポンプ部の外部側電極に接するガスの種類は通常、
大気を用いるのが、センサ素子の使用時の制約が無く、
簡便である。両電極に印加する電圧は通常直流電圧を用
いる。直流電圧に交流電圧を重量して使用してもよい。
基準ガス室内の酸素分圧は、１％以下、好ましくは０．
５％以下、更に好ましくは０．２％以下である。本発明
の目的より、酸素分圧は低い方が望ましいが、あまり低
過ぎると、その分圧制御が困難となり、その制御方式も
頻雑且つ高価となる。電気化学的センサ部の両電極は上
記酸素ポンプで制御された低酸素分圧ガスと被検ガスと
に接する。両者の酸素分圧の差により、Ｎｅｒｎｓｔ式
に基づく起電力を発生する。
電気化学式酸素ポンプ部，密封空間及び電気化学的セン
サ部から構成される。電気化学式酸素ポンプ部の両電極
間に外部電圧を印加し、密封空間に存在する酸素ガスを
強性的に電気化学式酸素ポンプの原理に従って、外部に
排出し、基準ガス室内を所定の低酸素分圧に制御する。
酸素ポンプ部の外部側電極に接するガスの種類は通常、
大気を用いるのが、センサ素子の使用時の制約が無く、
簡便である。両電極に印加する電圧は通常直流電圧を用
いる。直流電圧に交流電圧を重量して使用してもよい。
基準ガス室内の酸素分圧は、１％以下、好ましくは０．
５％以下、更に好ましくは０．２％以下である。本発明
の目的より、酸素分圧は低い方が望ましいが、あまり低
過ぎると、その分圧制御が困難となり、その制御方式も
頻雑且つ高価となる。電気化学的センサ部の両電極は上
記酸素ポンプで制御された低酸素分圧ガスと被検ガスと
に接する。両者の酸素分圧の差により、Ｎｅｒｎｓｔ式
に基づく起電力を発生する。
【０００９】酸素イオン固体電解質は高温に加熱されて
はじめて、実用可能な酸素イオン導電性が発現する為、
酸素センサ素子は２００〜１０００℃、好ましくは５０
０〜８００℃に加熱して使用される。本発明に於いて、
密封空間を構成する酸素ポンプ部とセンサ部との間隙
は、薄ければ薄い程、密封空間の酸素分圧の制御精度が
高まり、且つ測定可能となる立上り時間が短かくなり好
ましい。本発明において、密封空間部分の気密性を厳密
に保つ事は重要である。気密性が劣ると、外部の空気中
の酸素が、拡散流入し、基準ガスの酸素分圧の制御に著
しい悪影響を与え、その結果として、酸素濃度の測定精
度が劣化する。気密性の密封空間を形成する方法として
２枚の固体電解質を高温のもと、圧着焼成若しくは圧着
接着する方法、ガラス質を用いて、溶融接着する方法等
を例示する事が出来る。本発明の酸素センサ素子の形状
は、図２に示す様に、円筒状物の先端に密封設置しても
良く、更には円筒状の固体電解室の側面部に同様の構成
を形成する等の任意の形状を取る事が出来る。
はじめて、実用可能な酸素イオン導電性が発現する為、
酸素センサ素子は２００〜１０００℃、好ましくは５０
０〜８００℃に加熱して使用される。本発明に於いて、
密封空間を構成する酸素ポンプ部とセンサ部との間隙
は、薄ければ薄い程、密封空間の酸素分圧の制御精度が
高まり、且つ測定可能となる立上り時間が短かくなり好
ましい。本発明において、密封空間部分の気密性を厳密
に保つ事は重要である。気密性が劣ると、外部の空気中
の酸素が、拡散流入し、基準ガスの酸素分圧の制御に著
しい悪影響を与え、その結果として、酸素濃度の測定精
度が劣化する。気密性の密封空間を形成する方法として
２枚の固体電解質を高温のもと、圧着焼成若しくは圧着
接着する方法、ガラス質を用いて、溶融接着する方法等
を例示する事が出来る。本発明の酸素センサ素子の形状
は、図２に示す様に、円筒状物の先端に密封設置しても
良く、更には円筒状の固体電解室の側面部に同様の構成
を形成する等の任意の形状を取る事が出来る。
【００１０】
【発明の効果】本発明の酸素センサ素子は被検ガス中の
酸素分圧が極めて低くても、基準ガス中の酸素分圧が低
く制御されている為、電気化学的センサ部を挟むガス中
の酸素温度差が小さいので、空気を基準ガスとする場合
に比べて、電気化学的ガス透過現象が効果的に抑制され
る。その為、被検ガスに接する電極近傍の酸素濃度変化
も無く、精度良く、酸素濃度を検出する事が出来る。更
に低濃度領域での検出精度の向上は、高濃度領域を含め
た全濃度領域での検出精度の向上を意味するものであ
る。以下、実施例について、比較例と併せて説明する。
酸素分圧が極めて低くても、基準ガス中の酸素分圧が低
く制御されている為、電気化学的センサ部を挟むガス中
の酸素温度差が小さいので、空気を基準ガスとする場合
に比べて、電気化学的ガス透過現象が効果的に抑制され
る。その為、被検ガスに接する電極近傍の酸素濃度変化
も無く、精度良く、酸素濃度を検出する事が出来る。更
に低濃度領域での検出精度の向上は、高濃度領域を含め
た全濃度領域での検出精度の向上を意味するものであ
る。以下、実施例について、比較例と併せて説明する。
【００１１】
【比較例】Ｙ2 Ｏ3 を８モル％ドープした直径１５ｍｍ
のＺｒＯ2 の焼結体の両面に、直径５ｍｍの白金ペース
トを厚さ０．２ｍｍにスクリーン印刷した後、１０００
℃で焼付け、更に、白金導線を両電極に点接着して、再
度、同条件で焼付処理を行なって酸素センサ素子を作製
した。尚ＺｒＯ2 の焼結体は同組成で粒径０．５μｍの
粉体をプレス成型した後、１４００℃で３時間焼成した
ものを、平面研削して作製した。センサ素子を内径１３
ｍｍ，外径１５ｍｍの同組成のＺｒＯ2 質円筒の先端に
ＺｒＯ2 質接着剤で密着設置した。ＺｒＯ2 質円筒の内
側に更に直径７ｍｍ，内径５ｍｍのＺｒＯ2 質細管を、
その先端が被検ガス側電極の近傍に位置する様に設置、
これを被検ガス導入管とした図１に示す形状の酸素セン
サを作製した。アルミナ質の保護管を設置した電気炉内
に上記酸素センサを設置して、酸素センサを７００℃に
加熱しつつ、各種濃度の酸素ガスを含有する窒素ガスを
被検ガス導入管を通して、供給し、外面を空気に曝しつ
つ発生する起電力の定常値を測定した。結果を図４に示
す。起電力は被検ガス中の酸素濃度が１０3 ｐｐｍを下
廻るとＮｅｒｎｓｔ式の理論値と一致せず、検出精度が
劣る事が判る。
のＺｒＯ2 の焼結体の両面に、直径５ｍｍの白金ペース
トを厚さ０．２ｍｍにスクリーン印刷した後、１０００
℃で焼付け、更に、白金導線を両電極に点接着して、再
度、同条件で焼付処理を行なって酸素センサ素子を作製
した。尚ＺｒＯ2 の焼結体は同組成で粒径０．５μｍの
粉体をプレス成型した後、１４００℃で３時間焼成した
ものを、平面研削して作製した。センサ素子を内径１３
ｍｍ，外径１５ｍｍの同組成のＺｒＯ2 質円筒の先端に
ＺｒＯ2 質接着剤で密着設置した。ＺｒＯ2 質円筒の内
側に更に直径７ｍｍ，内径５ｍｍのＺｒＯ2 質細管を、
その先端が被検ガス側電極の近傍に位置する様に設置、
これを被検ガス導入管とした図１に示す形状の酸素セン
サを作製した。アルミナ質の保護管を設置した電気炉内
に上記酸素センサを設置して、酸素センサを７００℃に
加熱しつつ、各種濃度の酸素ガスを含有する窒素ガスを
被検ガス導入管を通して、供給し、外面を空気に曝しつ
つ発生する起電力の定常値を測定した。結果を図４に示
す。起電力は被検ガス中の酸素濃度が１０3 ｐｐｍを下
廻るとＮｅｒｎｓｔ式の理論値と一致せず、検出精度が
劣る事が判る。
【００１２】
【実施例１】比較例にて用いた酸素センサ素子を２枚、
その間隔が０．５ｍｍとなる様にＺｒＯ2 質接着剤で密
閉接着した。この空間が、密封空間として機能する。
尚、内側の２本の白金導線はＺｒＯ2 質接着剤中を貫通
して、外部に取り出されている。被検ガス側のＺｒＯ2
焼結体を電気化学的センサ部として、空気側のＺｒＯ2
焼結体を酸素ポンプ部として、それぞれ機能させる。比
較例と同様の方法で図２に示される形状の酸素センサの
作製及び起電力の測定を行なった。尚ここで測定に先立
ち、被検ガスに空気を用い、起電力測定値の絶対値が、
１００ｐｐｍ酸素ガス測定時の理論値となる様に、酸素
ポンプ部の外部印加直流電圧を調整後、決定し、上記測
定中も、その印加電圧を保った。結果を図５に示す。広
い酸素濃度範囲で起電力はＮｅｒｎｓｔの理論式と一致
し、検出精度が優れる事が判る。
その間隔が０．５ｍｍとなる様にＺｒＯ2 質接着剤で密
閉接着した。この空間が、密封空間として機能する。
尚、内側の２本の白金導線はＺｒＯ2 質接着剤中を貫通
して、外部に取り出されている。被検ガス側のＺｒＯ2
焼結体を電気化学的センサ部として、空気側のＺｒＯ2
焼結体を酸素ポンプ部として、それぞれ機能させる。比
較例と同様の方法で図２に示される形状の酸素センサの
作製及び起電力の測定を行なった。尚ここで測定に先立
ち、被検ガスに空気を用い、起電力測定値の絶対値が、
１００ｐｐｍ酸素ガス測定時の理論値となる様に、酸素
ポンプ部の外部印加直流電圧を調整後、決定し、上記測
定中も、その印加電圧を保った。結果を図５に示す。広
い酸素濃度範囲で起電力はＮｅｒｎｓｔの理論式と一致
し、検出精度が優れる事が判る。
【００１３】
【実施例２】実施例１の第１の酸素イオン固体電解質及
び第１電極と第２電極を分割して、その間にマイカガラ
スセラミックス部材（１９）を間挿して加熱融着する事
と、第１の酸素イオン固体電解質と第２の酸素イオン固
体電解質との間にマイカガラスセラミックス部材（１
９）を間挿して加熱融着する事以外は実施例１に準じて
酸素センサ素子を作製した。その構造を図３に示す。新
たに形成された第１電極（９′）と第２電極（１０′）
との間に電圧計（１８′）を設置し、電圧計（１８′）
の起電力が密封空間の酸素分圧が１００ｐｐｍとなる様
に外部電源により供給される電流値を電子制御した。そ
の結果、実施例１と同様の結果を得た事より、検出精度
が優れる事が判る。
び第１電極と第２電極を分割して、その間にマイカガラ
スセラミックス部材（１９）を間挿して加熱融着する事
と、第１の酸素イオン固体電解質と第２の酸素イオン固
体電解質との間にマイカガラスセラミックス部材（１
９）を間挿して加熱融着する事以外は実施例１に準じて
酸素センサ素子を作製した。その構造を図３に示す。新
たに形成された第１電極（９′）と第２電極（１０′）
との間に電圧計（１８′）を設置し、電圧計（１８′）
の起電力が密封空間の酸素分圧が１００ｐｐｍとなる様
に外部電源により供給される電流値を電子制御した。そ
の結果、実施例１と同様の結果を得た事より、検出精度
が優れる事が判る。
【００１４】
図１は従来の酸素センサ素子の基本構成図、図２は本発
明の酸素センサ素子の１例の基本構成図、図３は本発明
の酸素センサ素子の他の１例の基本構成図、図４は従来
の酸素センサ素子の起電力特性図、図５は本発明の酸素
センサ素子の起電力特性図である。 １ 酸素イオン固体電解質 ２ 電極 ３ 電極 ４ 被検ガス導入管 ５ セラミック管 ６ 被検ガス導入室 ７ 第１の酸素イオン固体電解質 ８ 第２の酸素イオン固体電解質 ９ 第１電極 １０ 第２電極 １１ 第３電極 １２ 第４電極 １３ 被検ガス導入管 １４ セラミック管 １５ 密封空間 １６ 被検ガス室 １７ 外部電源 １８ 電圧計 １９ マイカガラスセラミックス
明の酸素センサ素子の１例の基本構成図、図３は本発明
の酸素センサ素子の他の１例の基本構成図、図４は従来
の酸素センサ素子の起電力特性図、図５は本発明の酸素
センサ素子の起電力特性図である。 １ 酸素イオン固体電解質 ２ 電極 ３ 電極 ４ 被検ガス導入管 ５ セラミック管 ６ 被検ガス導入室 ７ 第１の酸素イオン固体電解質 ８ 第２の酸素イオン固体電解質 ９ 第１電極 １０ 第２電極 １１ 第３電極 １２ 第４電極 １３ 被検ガス導入管 １４ セラミック管 １５ 密封空間 １６ 被検ガス室 １７ 外部電源 １８ 電圧計 １９ マイカガラスセラミックス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 静夫 石川県石川郡美川町宇和波町56番地の17 (72)発明者 漢野 救泰 石川県金沢市大場町東81番地
Claims (1)
- 【請求項１】 第１の酸素イオン固体電解質部材に空気
と接する第１電極及び第２電極を形成した電気化学的ポ
ンプ部と第２の酸素イオン固体電解質部材に第３電極及
び隔離された被検ガス室に接する第４電極を形成した電
気化学的センサ部とが、密封空間を介して配置され、第
２電極と第３電極とが密封空間に接するよう構成されて
なる酸素センサ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4079023A JPH05240833A (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | 酸素センサ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4079023A JPH05240833A (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | 酸素センサ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05240833A true JPH05240833A (ja) | 1993-09-21 |
Family
ID=13678349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4079023A Pending JPH05240833A (ja) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | 酸素センサ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05240833A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110261459A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-09-20 | 北京科技大学 | 一种用于控制气氛中极低氧含量并测量其氧分压的装置 |
-
1992
- 1992-02-28 JP JP4079023A patent/JPH05240833A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110261459A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-09-20 | 北京科技大学 | 一种用于控制气氛中极低氧含量并测量其氧分压的装置 |
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