JPH0525063B2 - - Google Patents
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- JPH0525063B2 JPH0525063B2 JP60247462A JP24746285A JPH0525063B2 JP H0525063 B2 JPH0525063 B2 JP H0525063B2 JP 60247462 A JP60247462 A JP 60247462A JP 24746285 A JP24746285 A JP 24746285A JP H0525063 B2 JPH0525063 B2 JP H0525063B2
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- JP
- Japan
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- sensor
- sensitive body
- oxygen
- combustion control
- electrode
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- Expired - Lifetime
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- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 28
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Landscapes
- 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
本発明は、感応体の抵抗変化により、ストー
ブ，ボイラー等の燃焼機器や自動車エンジン等の
内燃機関に供給される空気と燃料の比を制御する
センサに関するものである。
ブ，ボイラー等の燃焼機器や自動車エンジン等の
内燃機関に供給される空気と燃料の比を制御する
センサに関するものである。
従来の技術
従来、燃焼の空燃比を制御するセンサとして安
定化ジルコニア固体電解質よりなるセンサが提案
されている（特開昭59−60253号公報，特開昭59
−83048号公報）。
定化ジルコニア固体電解質よりなるセンサが提案
されている（特開昭59−60253号公報，特開昭59
−83048号公報）。
上記記載のセンサは、酸素濃度に比例してジル
コニアに流れる酸素イオンを流すためのポンプ電
流が変化するものである。これに対して、発明者
らは、酸素イオン導電性固体電解質に通電する電
流を変えることにより、任意の酸素濃度で感応体
の抵抗を特異的に変化させることができるセンサ
を提案した。
コニアに流れる酸素イオンを流すためのポンプ電
流が変化するものである。これに対して、発明者
らは、酸素イオン導電性固体電解質に通電する電
流を変えることにより、任意の酸素濃度で感応体
の抵抗を特異的に変化させることができるセンサ
を提案した。
発明が解決しようとする問題点
本発明は、従来のセンサが、センサ外部からの
感応体への酸素の拡散量が多く、高い酸素濃度雰
囲気下では固体電解質の酸素ポンプとしての能力
が律速となり感応体の抵抗があまり変化しないこ
とや、酸素ポンプ動作の温度依存性が大きく影響
し、低温でのセンサ特性が劣ることを解決しよう
とするものである。
感応体への酸素の拡散量が多く、高い酸素濃度雰
囲気下では固体電解質の酸素ポンプとしての能力
が律速となり感応体の抵抗があまり変化しないこ
とや、酸素ポンプ動作の温度依存性が大きく影響
し、低温でのセンサ特性が劣ることを解決しよう
とするものである。
問題点を解決するための手段
本発明は、上記の問題点を解決するために、片
面に電極を形成した酸素イオン導電性固体電解質
板のもう一方の面上に感応体を形成し、該感応体
上に酸素引き抜きのためのリング状電極と抵抗測
定用電極を形成し、さらにその上にヒータを組み
込んだ緻密なセラミツクス絶縁板を重ねて取り付
け、センサ部からの酸素の拡散量を制限するとと
もに、ヒータ加熱により温度依存性をなくし低温
雰囲気中でも正常に動作するようにした。
面に電極を形成した酸素イオン導電性固体電解質
板のもう一方の面上に感応体を形成し、該感応体
上に酸素引き抜きのためのリング状電極と抵抗測
定用電極を形成し、さらにその上にヒータを組み
込んだ緻密なセラミツクス絶縁板を重ねて取り付
け、センサ部からの酸素の拡散量を制限するとと
もに、ヒータ加熱により温度依存性をなくし低温
雰囲気中でも正常に動作するようにした。
作 用
本発明になるセンサは、センサ外部からの感応
体への酸素の拡散を酸素引き抜き用リング状電極
を設けた感応体の外周部分に制限する構造をとつ
ており、雰囲気中の酸素濃度が高い場合にも感応
体の抵抗を大きく変化させることができる。さら
に酸素ポンプの陽極を固体電解質板の片面全面に
形成するため、ポンプ電流が固体電解質板の中央
付近まで流れ、感応体中の酸素引き抜き効果を高
めることができる。また加熱用ヒータによつて一
定温度以上に加熱しておくことにより、酸素ポン
プの温度依存性をなくし、従来不可能であつた低
温雰囲気での動作も可能になつた。
体への酸素の拡散を酸素引き抜き用リング状電極
を設けた感応体の外周部分に制限する構造をとつ
ており、雰囲気中の酸素濃度が高い場合にも感応
体の抵抗を大きく変化させることができる。さら
に酸素ポンプの陽極を固体電解質板の片面全面に
形成するため、ポンプ電流が固体電解質板の中央
付近まで流れ、感応体中の酸素引き抜き効果を高
めることができる。また加熱用ヒータによつて一
定温度以上に加熱しておくことにより、酸素ポン
プの温度依存性をなくし、従来不可能であつた低
温雰囲気での動作も可能になつた。
実施例
本発明になるセンサ素子の構成を第１図を用い
て説明する。第１図ａは側断面図、ｂは上面図で
ある。１は科学式La1-x/2Sr1+x/2Co1-xMexO3-〓
（MeはFe，Mn，Cr，Ｖのうち少なくとも一種の
元素、０≦ｘ≦１，０≦δ≦0.5）で表わされる
酸化物とSrMe′O3（Me′はTi，Zr，Hfのうち少な
くとも一種の元素）で表わされる酸化物とを混合
して焼成したものにPt族，Pd族のうち少なくと
も一種の元素を添加した材料をジルコニア固体電
解質板（6φ×1tmm）２に溶射によつて付着形成し
た厚膜感応体（70μmt）である。酸素引き抜き用
リング状電極（兼抵抗測定用電極）３、下部電極
４、抵抗測定用電極５はいずれもPtペーストを
スクリーン印刷によつて形成し、あらかじめPt
ヒータ７を形成し保護被覆８を設けた緻密なセラ
ミツクス板（6φ×1tmm）６をこれに重ねて接着し
た。各電極にはPtリード線９を取り付けた。
て説明する。第１図ａは側断面図、ｂは上面図で
ある。１は科学式La1-x/2Sr1+x/2Co1-xMexO3-〓
（MeはFe，Mn，Cr，Ｖのうち少なくとも一種の
元素、０≦ｘ≦１，０≦δ≦0.5）で表わされる
酸化物とSrMe′O3（Me′はTi，Zr，Hfのうち少な
くとも一種の元素）で表わされる酸化物とを混合
して焼成したものにPt族，Pd族のうち少なくと
も一種の元素を添加した材料をジルコニア固体電
解質板（6φ×1tmm）２に溶射によつて付着形成し
た厚膜感応体（70μmt）である。酸素引き抜き用
リング状電極（兼抵抗測定用電極）３、下部電極
４、抵抗測定用電極５はいずれもPtペーストを
スクリーン印刷によつて形成し、あらかじめPt
ヒータ７を形成し保護被覆８を設けた緻密なセラ
ミツクス板（6φ×1tmm）６をこれに重ねて接着し
た。各電極にはPtリード線９を取り付けた。
上記のようにして作製したセンサを石英ガラス
管中に入れ、所定の温度に保つた電気炉に設置
し、O2とN2の混合ガスを所定の割合で流通させ、
ジルコニア固体電解質に流す直流電流値と感応体
の抵抗変化を測定することによつてセンサの特性
試験を行なつた。
管中に入れ、所定の温度に保つた電気炉に設置
し、O2とN2の混合ガスを所定の割合で流通させ、
ジルコニア固体電解質に流す直流電流値と感応体
の抵抗変化を測定することによつてセンサの特性
試験を行なつた。
第２図には、0.35La0.35Sr0.65Co0.7Fe0.3O3-〓＋
0.65SrTiO3＋Pd0.6wt％からなる材料を感応体と
した本センサの感度特性を示した。センサ感度は
（ジルコニア固体電解質に電流を流した時の抵
抗）／（非通電時の抵抗）で表わした。雰囲気は
O2１％N299％、通電電流値は1mAとした。雰囲
気温度は400〜800℃で100℃毎に測定した。また、
ヒータ作動素子温度が700℃になるように加熱の
場合には、O2７％N293％，O215％N285％の雰囲
気においても測定した。その場合、通電電流値は
それぞれ5mA，8mAとした。雰囲気の酸素濃度
が高い場合にもセンサ感度は大きく、しかも応答
性にも優れている。また、ヒータを作動させない
場合には温度依存性が著者に現われ、400℃では
センサ感度が殆ど得られないが、素子温度が700
℃になるようにヒータを作動させた場合には温度
依存性がなくなり、雰囲気温度にかかわらず一致
した特性を示した。これは、ヒータで加熱するこ
とによつて酸素ポンプ動作の温度依存性がなくな
り、感応体自体がもつ高温で温度依存のない特性
が発現したものである。
0.65SrTiO3＋Pd0.6wt％からなる材料を感応体と
した本センサの感度特性を示した。センサ感度は
（ジルコニア固体電解質に電流を流した時の抵
抗）／（非通電時の抵抗）で表わした。雰囲気は
O2１％N299％、通電電流値は1mAとした。雰囲
気温度は400〜800℃で100℃毎に測定した。また、
ヒータ作動素子温度が700℃になるように加熱の
場合には、O2７％N293％，O215％N285％の雰囲
気においても測定した。その場合、通電電流値は
それぞれ5mA，8mAとした。雰囲気の酸素濃度
が高い場合にもセンサ感度は大きく、しかも応答
性にも優れている。また、ヒータを作動させない
場合には温度依存性が著者に現われ、400℃では
センサ感度が殆ど得られないが、素子温度が700
℃になるようにヒータを作動させた場合には温度
依存性がなくなり、雰囲気温度にかかわらず一致
した特性を示した。これは、ヒータで加熱するこ
とによつて酸素ポンプ動作の温度依存性がなくな
り、感応体自体がもつ高温で温度依存のない特性
が発現したものである。
第３図にはセンサの応答特性を示した。雰囲気
温度は400℃とし、O2７％N293％とO2１％N299
％との間で雰囲気を切替えて測定を行なつた。通
電電流値は2mAとし、（O2１％N299％での抵
抗）／（O2７％N293％での抵抗）でセンサ感度
を求めた。図から明らかなように、ヒータ作動
（素子温度700℃）によつて、雰囲気変化にともな
うセンサの応答性は極めて優れ、加熱効果が著し
いことがわかる。
温度は400℃とし、O2７％N293％とO2１％N299
％との間で雰囲気を切替えて測定を行なつた。通
電電流値は2mAとし、（O2１％N299％での抵
抗）／（O2７％N293％での抵抗）でセンサ感度
を求めた。図から明らかなように、ヒータ作動
（素子温度700℃）によつて、雰囲気変化にともな
うセンサの応答性は極めて優れ、加熱効果が著し
いことがわかる。
第４図にはセンサ特性の安定化を示した。前記
センサを石英ガラス管に入れて電気炉中に設置
し、炉温を400℃に保ち、センサ素子温度が800℃
になるようにヒータを作動させた。雰囲気をO2
７％N293％１分間，O2１％N299％１分間と切替
えてこれを１サイクルとし、計5000サイクルくり
かえした。500サイクル毎にセンサ感度（＝（O2
１％N299％での抵抗）／（O2７％N293％での抵
抗））を求めてその変化を追跡した。なおここで
は初期感度を１とし、それに対する比でセンサ感
度変化を表わした。図で明らかなように、本セン
サは極めて安定化した特性を示すことが認められ
た。
センサを石英ガラス管に入れて電気炉中に設置
し、炉温を400℃に保ち、センサ素子温度が800℃
になるようにヒータを作動させた。雰囲気をO2
７％N293％１分間，O2１％N299％１分間と切替
えてこれを１サイクルとし、計5000サイクルくり
かえした。500サイクル毎にセンサ感度（＝（O2
１％N299％での抵抗）／（O2７％N293％での抵
抗））を求めてその変化を追跡した。なおここで
は初期感度を１とし、それに対する比でセンサ感
度変化を表わした。図で明らかなように、本セン
サは極めて安定化した特性を示すことが認められ
た。
本実施例ではMeとしてFeを、Me′としてTiを
用い、ｘ＝0.65の場合について示したが、Meが
Mn，Cr，Ｖ，Me′がZr，Hfの場合にも同様の効
果が認められ、ｘ値を変えた場合にもほぼ同様の
効果が認められた。また、Pdに代えてPtを添加
した場合も同等の結果であつた。感応体材料とし
ては、この外、SnO2，TiO2などを用いることも
可能である。
用い、ｘ＝0.65の場合について示したが、Meが
Mn，Cr，Ｖ，Me′がZr，Hfの場合にも同様の効
果が認められ、ｘ値を変えた場合にもほぼ同様の
効果が認められた。また、Pdに代えてPtを添加
した場合も同等の結果であつた。感応体材料とし
ては、この外、SnO2，TiO2などを用いることも
可能である。
感応体は成分の混合物だけでなく、その混合物
の焼成物でもよく、その焼成物を溶射してもよ
く、成分もスクリーン印刷などによつても形成す
ることができる。ヒータ形状も任意であり、セラ
ミツクス板の中にあらかじめ形成しておくことも
できる。
の焼成物でもよく、その焼成物を溶射してもよ
く、成分もスクリーン印刷などによつても形成す
ることができる。ヒータ形状も任意であり、セラ
ミツクス板の中にあらかじめ形成しておくことも
できる。
発明の効果
本発明になるセンサは、雰囲気からの酸素の拡
散を制限することによつて、高い酸素濃度雰囲気
中においても優れた応答性を示し、また加熱用ヒ
ータを組み込むことにより、酸素ポンプ動作の温
度依存性をなくし、従来不可能であつた低温雰囲
気でも一定の動作を可能にするものである。
散を制限することによつて、高い酸素濃度雰囲気
中においても優れた応答性を示し、また加熱用ヒ
ータを組み込むことにより、酸素ポンプ動作の温
度依存性をなくし、従来不可能であつた低温雰囲
気でも一定の動作を可能にするものである。
第１図は本発明の一実施例のセンサの側断面図
ａと上面図ｂ、第２図は異なる雰囲気におけるセ
ンサ特性におよぼすヒータの効果を示す図、第３
図はセンサ応答性におよぼすヒータの効果を示す
図、第４図はセンサ特性の安定性を示す図であ
る。 １……感応体、２……酸素イオン導電性固体電
解質板（ジルコニア固体電解質板）、３……リン
グ状電極、４……下部電極、５……抵抗測定用電
極、６……セラミツクス絶縁板（セラミツクス
板）、７……ヒータ、８……保護被覆、９……リ
ード線。
ａと上面図ｂ、第２図は異なる雰囲気におけるセ
ンサ特性におよぼすヒータの効果を示す図、第３
図はセンサ応答性におよぼすヒータの効果を示す
図、第４図はセンサ特性の安定性を示す図であ
る。 １……感応体、２……酸素イオン導電性固体電
解質板（ジルコニア固体電解質板）、３……リン
グ状電極、４……下部電極、５……抵抗測定用電
極、６……セラミツクス絶縁板（セラミツクス
板）、７……ヒータ、８……保護被覆、９……リ
ード線。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 酸素イオン導電性固体電解質板の一方の面に
電極を、もう一方の面に、雰囲気の酸素濃度に応
じて抵抗が変化する感応体をそれぞれ形成し、前
記感応体上面に酸素引き抜きのためのリング状電
極と抵抗測定用の電極を形成し、さらにその上に
加熱用ヒータを組み込んだ緻密なセラミツクス絶
縁板を取り付けたことを特徴とする燃焼制御用セ
ンサ。 ２ 感応体が化学式La1-x/2Sr1+x/2Co1-xMexO3-〓
（MeはFe，Mn，Cr，Ｖのうちの少なくとも一種
の元素、０≦ｘ≦１，０≦δ≦0.5）で表わされ
る酸化物とSrMe′O3（Me′はTi，Zr，Hfのうち少
なくとも一種の元素）で表わされる酸化物を成分
とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の燃焼制御用センサ。 ３ 感応体の第三成分としてPd族，Pt族のうち
の少なくとも一種の元素を含むことを特徴とする
特許請求の範囲第１項または第２項記載の燃焼制
御用センサ。 ４ 感応体はその成分の混合物、前記混合物の焼
成物もしくは前記焼成物の溶射物であることを特
徴とする特許請求の範囲第２項記載の燃焼制御用
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60247462A JPS62106357A (ja) | 1985-11-05 | 1985-11-05 | 燃焼制御用センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60247462A JPS62106357A (ja) | 1985-11-05 | 1985-11-05 | 燃焼制御用センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62106357A JPS62106357A (ja) | 1987-05-16 |
| JPH0525063B2 true JPH0525063B2 (ja) | 1993-04-09 |
Family
ID=17163804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60247462A Granted JPS62106357A (ja) | 1985-11-05 | 1985-11-05 | 燃焼制御用センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62106357A (ja) |
-
1985
- 1985-11-05 JP JP60247462A patent/JPS62106357A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62106357A (ja) | 1987-05-16 |
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