JPH05296975A - 化学センサー - Google Patents
化学センサーInfo
- Publication number
- JPH05296975A JPH05296975A JP4121458A JP12145892A JPH05296975A JP H05296975 A JPH05296975 A JP H05296975A JP 4121458 A JP4121458 A JP 4121458A JP 12145892 A JP12145892 A JP 12145892A JP H05296975 A JPH05296975 A JP H05296975A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- concentration
- sensor
- frequency
- electrode
- oscillation circuit
- Prior art date
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- Pending
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 長時間使用による劣化を抑えることができ、
また基準物質が不要且つ構造も簡単で、反応物質の濃度
を精度良く測定でき、しかも検出物質、検出感度の広範
な多種、多様な設計のできる化学センサーを提供する。 【構成】 固体電解質の相対向する両面に触媒電極を備
え、この電極系を発振回路に含め、反応物質の濃度変化
を電極反応の緩和現象を利用して発振周波数の変化によ
って検出するようにしたことを特徴とする化学センサ
ー。
また基準物質が不要且つ構造も簡単で、反応物質の濃度
を精度良く測定でき、しかも検出物質、検出感度の広範
な多種、多様な設計のできる化学センサーを提供する。 【構成】 固体電解質の相対向する両面に触媒電極を備
え、この電極系を発振回路に含め、反応物質の濃度変化
を電極反応の緩和現象を利用して発振周波数の変化によ
って検出するようにしたことを特徴とする化学センサ
ー。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車用排ガスセンサ
ーをはじめハザードセンサー等の固体電解質を用いる種
々の用途の化学センサーに関する。
ーをはじめハザードセンサー等の固体電解質を用いる種
々の用途の化学センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、固体電解質を用いた化学セン
サーには、測定対象成分の濃度変化を、電流の変化で捕
らえる型（クーロメトリー）と、電圧の変化で捕らえる
型（ポテンショメトリー）とがある。前者の化学センサ
ーは、長時間使用に対する劣化等の問題があり、後者の
化学センサーは、化学種の濃度の絶対値が測定できる反
面、基準物質が必要であり、電極室の分離や基準物質の
保護の為にセンサー構造が複雑となる難点がある。
サーには、測定対象成分の濃度変化を、電流の変化で捕
らえる型（クーロメトリー）と、電圧の変化で捕らえる
型（ポテンショメトリー）とがある。前者の化学センサ
ーは、長時間使用に対する劣化等の問題があり、後者の
化学センサーは、化学種の濃度の絶対値が測定できる反
面、基準物質が必要であり、電極室の分離や基準物質の
保護の為にセンサー構造が複雑となる難点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、長時
間使用による劣化を抑えることができ、また基準物質が
不要且つ構造も簡単で、反応物質の濃度を精度良く測定
でき、しかも検出物質、検出感度の広範な多種多様な設
計のできる化学センサーを提供しようとするものであ
る。
間使用による劣化を抑えることができ、また基準物質が
不要且つ構造も簡単で、反応物質の濃度を精度良く測定
でき、しかも検出物質、検出感度の広範な多種多様な設
計のできる化学センサーを提供しようとするものであ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の化学センサーは、固体電解質の相対向する両
面に触媒電極を備え、この電極系を発振回路に含め、反
応物質の濃度変化を電極反応の緩和現象を利用して発振
周波数の変化によって検出するようにしたことを特徴と
する新しい型（リラクソメトリー）の化学センサーであ
る。
の本発明の化学センサーは、固体電解質の相対向する両
面に触媒電極を備え、この電極系を発振回路に含め、反
応物質の濃度変化を電極反応の緩和現象を利用して発振
周波数の変化によって検出するようにしたことを特徴と
する新しい型（リラクソメトリー）の化学センサーであ
る。
【０００５】
【作用】上記化学センサーの作用をその原理にかえて説
明する。固体電解質例えばディスク状の安定化ジルコニ
ア電解質の両面に、触媒電極例えば白金多孔質電極を設
けたセルを考えると、ジルコニア上の白金電極の単純化
した等価回路は、図１のように表すことができる。これ
を一定の電圧で充電すると、電極の電位は図２のように
時間遅れを示して上昇する。この遅れは電極抵抗Ｒ2 に
よって変化するので、電極反応物質（ここでは酸素）の
濃度に依存する。今、このセルを図３に示すような回路
に取り入れると、電極の電位が一定の値に到達した際、
充電電圧が反転するので、セルは放電に転じ、図４に示
すように発振現象が生じる。この発振周波数または周期
は、周波数カウンターで測定できるので、これにより反
応物質の量を検知できる。
明する。固体電解質例えばディスク状の安定化ジルコニ
ア電解質の両面に、触媒電極例えば白金多孔質電極を設
けたセルを考えると、ジルコニア上の白金電極の単純化
した等価回路は、図１のように表すことができる。これ
を一定の電圧で充電すると、電極の電位は図２のように
時間遅れを示して上昇する。この遅れは電極抵抗Ｒ2 に
よって変化するので、電極反応物質（ここでは酸素）の
濃度に依存する。今、このセルを図３に示すような回路
に取り入れると、電極の電位が一定の値に到達した際、
充電電圧が反転するので、セルは放電に転じ、図４に示
すように発振現象が生じる。この発振周波数または周期
は、周波数カウンターで測定できるので、これにより反
応物質の量を検知できる。
【０００６】
【実施例】本発明の化学センサーの一実施例を説明する
ＹＳＺ（８mol ％Ｙ2Ｏ3 ）の多結晶焼結体のディスク
（６mmφ×５mmt ）の両端面に、白金ペーストを塗布
し、乾燥後大気中1100℃で焼成した電極を前記の図３に
示した回路に含め、アルゴンガス中の酸素濃度０、１、
２、３、４％の状態における酸素量を測定雰囲気温度97
3Ｋで測定した。発振周波数は、駆動電流を制御する抵
抗Ｒ1 、と反転電圧を制御する抵抗Ｒ2 によって設定さ
れ、濃度変化は周波数の設定値からのずれとして検出さ
れる。濃度の増大に伴い、電極抵抗Ｒｅが小さくなる
と、図５に示すように遅れ時間が増えるので、周波数は
低周波側に移動する。点Ｂにおける出力波形は点線で示
す一定電圧の矩形波となり、周波数カウンターによって
精度良く検出される。図６に酸素濃度の測定結果を示
す。
ＹＳＺ（８mol ％Ｙ2Ｏ3 ）の多結晶焼結体のディスク
（６mmφ×５mmt ）の両端面に、白金ペーストを塗布
し、乾燥後大気中1100℃で焼成した電極を前記の図３に
示した回路に含め、アルゴンガス中の酸素濃度０、１、
２、３、４％の状態における酸素量を測定雰囲気温度97
3Ｋで測定した。発振周波数は、駆動電流を制御する抵
抗Ｒ1 、と反転電圧を制御する抵抗Ｒ2 によって設定さ
れ、濃度変化は周波数の設定値からのずれとして検出さ
れる。濃度の増大に伴い、電極抵抗Ｒｅが小さくなる
と、図５に示すように遅れ時間が増えるので、周波数は
低周波側に移動する。点Ｂにおける出力波形は点線で示
す一定電圧の矩形波となり、周波数カウンターによって
精度良く検出される。図６に酸素濃度の測定結果を示
す。
【０００７】上記のように本発明の化学センサーは、電
極反応の遅れを検出するものであるから、電極反応の抵
抗となるもの、もしくは触媒となる層を電極上に構成
し、その層中の化学種の透過性や触媒能を制御すること
により、多種多様な化学センサーの設計が可能である。
また、従来のポテンショメトリー型センサーのような基
準極は不要であるので、タンマン管を使用する必要がな
くなり、板状の固体電解質を用いることができ、従って
従来のタンマン管内壁の基準極を作成する手作業が不要
となり、センサー自体の小型化が可能である。さらに本
発明の化学センサーは、電流が交流となるので、従来型
の直流電流が流れる各種センサーに発生する物質移動に
伴う劣化が生じにくいので、長時間使用できる。さらに
また本発明の化学センサーは、電解質にプロトン導電性
固体電解質を用いることにより、水素を含んだ電極反応
についても同様の作用をすることとなる。
極反応の遅れを検出するものであるから、電極反応の抵
抗となるもの、もしくは触媒となる層を電極上に構成
し、その層中の化学種の透過性や触媒能を制御すること
により、多種多様な化学センサーの設計が可能である。
また、従来のポテンショメトリー型センサーのような基
準極は不要であるので、タンマン管を使用する必要がな
くなり、板状の固体電解質を用いることができ、従って
従来のタンマン管内壁の基準極を作成する手作業が不要
となり、センサー自体の小型化が可能である。さらに本
発明の化学センサーは、電流が交流となるので、従来型
の直流電流が流れる各種センサーに発生する物質移動に
伴う劣化が生じにくいので、長時間使用できる。さらに
また本発明の化学センサーは、電解質にプロトン導電性
固体電解質を用いることにより、水素を含んだ電極反応
についても同様の作用をすることとなる。
【０００８】
【発明の効果】以上の通り本発明の化学センサーは、長
時間使用による劣化を抑えることができ、また基準物質
が不要且つ構造も簡単で、反応物質の濃度を精度良く測
定でき、しかも検出物質、検出感度の広範な多種、多様
な設計ができる。
時間使用による劣化を抑えることができ、また基準物質
が不要且つ構造も簡単で、反応物質の濃度を精度良く測
定でき、しかも検出物質、検出感度の広範な多種、多様
な設計ができる。
【図１】本発明の化学センサーにおける触媒電極の等価
回路を示す図である。
回路を示す図である。
【図２】図１の触媒電極の充電曲線を示す図である。
【図３】本発明の化学センサーの検出回路を示す図であ
る。
る。
【図４】本発明の化学センサーの発振波形を示す図であ
る。
る。
【図５】本発明の化学センサーの電極抵抗が小さい場合
の発振波形を示す図である。
の発振波形を示す図である。
【図６】本発明の化学センサーによるアルゴンガス中の
酸素濃度の測定結果を示す図である。
酸素濃度の測定結果を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 固体電解質の相対向する両面に触媒電極
を備え、この電極系を発振回路に含め、反応物質の濃度
変化を電極反応の緩和現象を利用して発振周波数の変化
によって検出するようにしたことを特徴とする化学セン
サー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4121458A JPH05296975A (ja) | 1992-04-15 | 1992-04-15 | 化学センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4121458A JPH05296975A (ja) | 1992-04-15 | 1992-04-15 | 化学センサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05296975A true JPH05296975A (ja) | 1993-11-12 |
Family
ID=14811638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4121458A Pending JPH05296975A (ja) | 1992-04-15 | 1992-04-15 | 化学センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05296975A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6406181B1 (en) * | 1999-03-10 | 2002-06-18 | Robert Bosch Gmbh | Temperature sensor |
-
1992
- 1992-04-15 JP JP4121458A patent/JPH05296975A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6406181B1 (en) * | 1999-03-10 | 2002-06-18 | Robert Bosch Gmbh | Temperature sensor |
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