JPH0560054B2 - - Google Patents
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- JPH0560054B2 JPH0560054B2 JP58124208A JP12420883A JPH0560054B2 JP H0560054 B2 JPH0560054 B2 JP H0560054B2 JP 58124208 A JP58124208 A JP 58124208A JP 12420883 A JP12420883 A JP 12420883A JP H0560054 B2 JPH0560054 B2 JP H0560054B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ガス雰囲気中の酸素濃度を検出する
ための限界電流式酸素濃度検出素子の出力調整方
法に関するものである。
ための限界電流式酸素濃度検出素子の出力調整方
法に関するものである。
自動車等の内燃機関の空燃比制御や排気ガス浄
化のために、またボイラーの燃焼状態制御のため
に酸素濃度検出器が使用されている。この酸素濃
度検出器には種々のものが知られているが、その
うちの一つとして限界電流式酸素濃度検出器が開
発されている。この限界電流式酸素濃度検出器は
酸素イオン透過性固体電解質の両面に電極を設け
て素子本体となし、この素子本体の両電極間に一
定の電圧を印加してやると一方の電極（陰極）側
から他方の電極（陽極）側に酸素イオンが透過す
るので、その際少くとも一方の電極から入る（ま
たは出る）酸素イオン量を制限してやると被測定
ガス中の酸素濃度に応じて両電極間に限界電流が
流れることを利用したものである。この限界電流
式酸素濃度検出器において、素子本体の一方の電
極面への酸素の拡散速度を律速させる方法として
は、例えば円板状の固体電解質セルの両面に形成
された電極面上にプラズマ溶射して直接多孔質セ
ラミツクコーテイング層を形成するとか、またセ
ラミツク板に細孔を開けた拡散板を電極面上に配
置する方法によつている。
化のために、またボイラーの燃焼状態制御のため
に酸素濃度検出器が使用されている。この酸素濃
度検出器には種々のものが知られているが、その
うちの一つとして限界電流式酸素濃度検出器が開
発されている。この限界電流式酸素濃度検出器は
酸素イオン透過性固体電解質の両面に電極を設け
て素子本体となし、この素子本体の両電極間に一
定の電圧を印加してやると一方の電極（陰極）側
から他方の電極（陽極）側に酸素イオンが透過す
るので、その際少くとも一方の電極から入る（ま
たは出る）酸素イオン量を制限してやると被測定
ガス中の酸素濃度に応じて両電極間に限界電流が
流れることを利用したものである。この限界電流
式酸素濃度検出器において、素子本体の一方の電
極面への酸素の拡散速度を律速させる方法として
は、例えば円板状の固体電解質セルの両面に形成
された電極面上にプラズマ溶射して直接多孔質セ
ラミツクコーテイング層を形成するとか、またセ
ラミツク板に細孔を開けた拡散板を電極面上に配
置する方法によつている。
しかしながら、上記セラミツクコーテイング層
による拡散層も、また拡散孔をあけた拡散板も、
これらを形成するための各工程およびその後の各
工程で生じるバラツキのために、最終的に検出素
子の形に組み込んだ段階では出力にかなり大きな
バラツキが生じていた。そのため、従来より出力
に差のない素子を製造する方法が求められてい
た。
による拡散層も、また拡散孔をあけた拡散板も、
これらを形成するための各工程およびその後の各
工程で生じるバラツキのために、最終的に検出素
子の形に組み込んだ段階では出力にかなり大きな
バラツキが生じていた。そのため、従来より出力
に差のない素子を製造する方法が求められてい
た。
本発明は上記従来の要望に応えるためのもの
で、出力が得られる形に素子を組み付けた後、容
易に所望の出力を得ることができる限界電流式酸
素濃度検出素子の出力調整方法を提供せんとする
ものである。
で、出力が得られる形に素子を組み付けた後、容
易に所望の出力を得ることができる限界電流式酸
素濃度検出素子の出力調整方法を提供せんとする
ものである。
本発明の限界電流式酸素濃度検出素子の出力調
整方法は、均一で一定の断面積を有する拡散孔ま
たは拡散層を含む限界電流式酸素濃度検出素子の
第１出力値を検出し、前記拡散孔または拡散層を
所定長さ切り落とし、切り落とし後の前記検出素
子の第２出力値を検出し、前記第１および第２出
力値と切り落とした前記所定長さとから要求出力
が得られる切り落とし長さを算出し、該切り落と
し長さで前記拡散孔または拡散層を切り落とすこ
とを特徴とする。
整方法は、均一で一定の断面積を有する拡散孔ま
たは拡散層を含む限界電流式酸素濃度検出素子の
第１出力値を検出し、前記拡散孔または拡散層を
所定長さ切り落とし、切り落とし後の前記検出素
子の第２出力値を検出し、前記第１および第２出
力値と切り落とした前記所定長さとから要求出力
が得られる切り落とし長さを算出し、該切り落と
し長さで前記拡散孔または拡散層を切り落とすこ
とを特徴とする。
限界電流式酸素濃度検出器は、上記したように
ジルコニアなどの固体電解質セルの表裏両面に互
いに対応させて白金等からなる通気性薄膜状の電
極を設けて素子本体となし、この素子本体の両電
極間に電圧を印加すると陰電極側から陽電極側に
酸素イオンが透過し両電極間に電流が流れるが、
透過する酸素イオン量を制限してやると、或る値
までは電圧の増加に比例して電流も増加するがそ
れ以上は電圧を増しても電流が増加しない現象を
とらえ、このときの電流値（限界電流値）を測定
して酸素濃度を検出するものである。
ジルコニアなどの固体電解質セルの表裏両面に互
いに対応させて白金等からなる通気性薄膜状の電
極を設けて素子本体となし、この素子本体の両電
極間に電圧を印加すると陰電極側から陽電極側に
酸素イオンが透過し両電極間に電流が流れるが、
透過する酸素イオン量を制限してやると、或る値
までは電圧の増加に比例して電流も増加するがそ
れ以上は電圧を増しても電流が増加しない現象を
とらえ、このときの電流値（限界電流値）を測定
して酸素濃度を検出するものである。
この限界電流値（出力）は、次式：
Ｉ∝L-1 （）
（但し、Ｌは拡散孔の深さまたは拡散層の厚さ
を示す） で表わされる関係にあることが知られている。
を示す） で表わされる関係にあることが知られている。
出力Ｉは、拡散孔または拡散層を通つて陰電
極面に達する酸素量に比例する。すなわち、酸素
量が多ければ出力も大きくなる。なお、拡散層も
結局は細い拡散孔の集りであると考えられる。し
かして、この拡散孔を通るガス量Ｑは、拡散孔を
第６図に示すような細い管と考えたとき、その面
積Ｓに比例するがその長さL′に反比例するため、 Ｑ∝Ｓ／L′ で表わされ、Ｑ∝Ｉであるため、上記式の関
係となる。
極面に達する酸素量に比例する。すなわち、酸素
量が多ければ出力も大きくなる。なお、拡散層も
結局は細い拡散孔の集りであると考えられる。し
かして、この拡散孔を通るガス量Ｑは、拡散孔を
第６図に示すような細い管と考えたとき、その面
積Ｓに比例するがその長さL′に反比例するため、 Ｑ∝Ｓ／L′ で表わされ、Ｑ∝Ｉであるため、上記式の関
係となる。
上記において面積Ｓを一定として拡散孔の長さ
L′（またはＬ）を短くしてやると、それに伴つて
拡散孔内を通過するガス量は大きくなるため、出
力を変えることができる。本発明は、この知見を
もとに完成されたものである。
L′（またはＬ）を短くしてやると、それに伴つて
拡散孔内を通過するガス量は大きくなるため、出
力を変えることができる。本発明は、この知見を
もとに完成されたものである。
以下、本発明を実施例により説明する。
第１実施例として、第１図および第２図に示す
ものは、本発明の代表的な実施例で平板状に形成
した検出素子の例である。
ものは、本発明の代表的な実施例で平板状に形成
した検出素子の例である。
第１図は検出素子の構成を示すための分解斜視
図で、１はプレート状に成形された固体電解質セ
ルで、この表裏両面にはそれぞれ対応させた位置
に対応させた面積で陰電極２と陽電極３が形成さ
れて素子本体を構成している。セル１の上部に位
置する５は、ヒータ６付の耐熱性セラミツク板
で、セル１の電極に対応させて開口させた窓５′
から端部に達する長い拡散孔８となるスリツトが
設けられている。このヒータ６付セラミツク板
は、その上部に示される耐熱性セラミツク板４と
重ね合せて貼合せることによりセラミツクヒータ
を構成する。セル１の下の７は、同様に電極に対
応する部位に窓７′を有する耐熱性セラミツク板
である。
図で、１はプレート状に成形された固体電解質セ
ルで、この表裏両面にはそれぞれ対応させた位置
に対応させた面積で陰電極２と陽電極３が形成さ
れて素子本体を構成している。セル１の上部に位
置する５は、ヒータ６付の耐熱性セラミツク板
で、セル１の電極に対応させて開口させた窓５′
から端部に達する長い拡散孔８となるスリツトが
設けられている。このヒータ６付セラミツク板
は、その上部に示される耐熱性セラミツク板４と
重ね合せて貼合せることによりセラミツクヒータ
を構成する。セル１の下の７は、同様に電極に対
応する部位に窓７′を有する耐熱性セラミツク板
である。
これらセラミツク板４とヒータ６付セラミツク
板５とからなるセラミツクヒータ、セル１および
セラミツク板７を、例えば800℃程度の軟化点を
有するガラスを接着剤として一体的に貼合わせ
て、第２図に示すような板状検出素子を得る。
板５とからなるセラミツクヒータ、セル１および
セラミツク板７を、例えば800℃程度の軟化点を
有するガラスを接着剤として一体的に貼合わせ
て、第２図に示すような板状検出素子を得る。
なお、上記においてセル１は、酸化イツトリウ
ム８モル％を添加した酸化ジルコニウム粉末を用
い常法にしたがつて圧粉成形し、約1600℃で焼結
して作る。また、セラミツク板４，５，７はセル
１と同等の熱膨張率を有するセラミツク粉末を用
い、セル１と同様にして作ることができる。ヒー
タ６は白金−ロジウム等の粉末を有機溶剤と混練
したペーストをシルクスクリーン印刷などによつ
て印刷して形成する。
ム８モル％を添加した酸化ジルコニウム粉末を用
い常法にしたがつて圧粉成形し、約1600℃で焼結
して作る。また、セラミツク板４，５，７はセル
１と同等の熱膨張率を有するセラミツク粉末を用
い、セル１と同様にして作ることができる。ヒー
タ６は白金−ロジウム等の粉末を有機溶剤と混練
したペーストをシルクスクリーン印刷などによつ
て印刷して形成する。
上記のようにして組み付けた検出素子Ｓを、第
１図および第２図に示すように拡散孔８が開口す
る端を所定量切り落して出力を調整する。
１図および第２図に示すように拡散孔８が開口す
る端を所定量切り落して出力を調整する。
この切り落し量は次のようにして求める。
まずでき上つた素子について、例えば大気中で
の限界電流値（出力）（AnA）を測定する。次に、
この素子端部を破線Ｂで示すように拡散孔開口端
から任意の長さ1mm切り落した後、出力（BnA）
を測定する。
の限界電流値（出力）（AnA）を測定する。次に、
この素子端部を破線Ｂで示すように拡散孔開口端
から任意の長さ1mm切り落した後、出力（BnA）
を測定する。
限界電流値Ｉは前記したように拡散孔の深深
さＬとＩ∝L-1の関係にあるため、切り落しし
たあとの素子の有効拡散孔Lx（mm）は次式： （Lx＋1）／Lx＝Ｂ／Ａ …（） Ａ：１／（Lx＋1）＝Ｂ：１／Lx …（′） より求まる。
さＬとＩ∝L-1の関係にあるため、切り落しし
たあとの素子の有効拡散孔Lx（mm）は次式： （Lx＋1）／Lx＝Ｂ／Ａ …（） Ａ：１／（Lx＋1）＝Ｂ：１／Lx …（′） より求まる。
要求出力（限界電流値）をCnAとすると、更に
切り落す長さxは、上記式と同様に、 Ｂ：１／Lx＝Ｃ：１／Lx−x となり、この式から x＝Lx×Ｃ−Ｂ／Ｃ …（） となり、式と式から、次式： x＝Ｃ−Ｂ／Ｂ−Ａ×Ａ／Ｃ×1 …（） で表わされ、この式（）をとくことによつて求
められる。図中、一点鎖線Ｃは目的とする検出素
子を得るための切断位置を示す。
切り落す長さxは、上記式と同様に、 Ｂ：１／Lx＝Ｃ：１／Lx−x となり、この式から x＝Lx×Ｃ−Ｂ／Ｃ …（） となり、式と式から、次式： x＝Ｃ−Ｂ／Ｂ−Ａ×Ａ／Ｃ×1 …（） で表わされ、この式（）をとくことによつて求
められる。図中、一点鎖線Ｃは目的とする検出素
子を得るための切断位置を示す。
同様にして、本発明の方法により、第３図ない
し第５図に示すような限界電流式酸素濃度検出素
子の出力を調整することができる。
し第５図に示すような限界電流式酸素濃度検出素
子の出力を調整することができる。
第３図は本発明の第２実施例を示す断面図で、
一端が閉止した円筒状に成形した固体電解質セル
１の外側に陰電極２、内側に陽電極３を設けた素
子本体を、一端部に拡散層として多孔質のセラミ
ツクフイルター９を内蔵する円筒状のセラミツク
ハウジング１０内に装着して検出素子とした例を
示し、上記第１実施例と同様に線Ｂ，Ｃにしたが
つて素子のフイルター９側端部を切り落して出力
を調整する。
一端が閉止した円筒状に成形した固体電解質セル
１の外側に陰電極２、内側に陽電極３を設けた素
子本体を、一端部に拡散層として多孔質のセラミ
ツクフイルター９を内蔵する円筒状のセラミツク
ハウジング１０内に装着して検出素子とした例を
示し、上記第１実施例と同様に線Ｂ，Ｃにしたが
つて素子のフイルター９側端部を切り落して出力
を調整する。
第４図は第３実施例で、第２実施例と同様の形
のセル１の内側に陰電極２、外側に陽電極３を設
けガスの拡散律速のために、細い拡散孔８を有す
るセラミツク細管１２を設けた例である。このセ
ラミツク細管１２を切断して出力を調整する。な
お、１１は支持体を示す。
のセル１の内側に陰電極２、外側に陽電極３を設
けガスの拡散律速のために、細い拡散孔８を有す
るセラミツク細管１２を設けた例である。このセ
ラミツク細管１２を切断して出力を調整する。な
お、１１は支持体を示す。
第５図は、第４実施例で第３図の第２実施例で
セラミツクフイルターを用いている代りに拡散孔
８を設たセラミツク成形体１３を用いた例であ
る。同様に、拡散孔８の開口側端部から切り落し
て出力を調整する。なお、第３図および第５図に
おいて、６はニクロム線などのヒータ（発熱体）
を示す。
セラミツクフイルターを用いている代りに拡散孔
８を設たセラミツク成形体１３を用いた例であ
る。同様に、拡散孔８の開口側端部から切り落し
て出力を調整する。なお、第３図および第５図に
おいて、６はニクロム線などのヒータ（発熱体）
を示す。
本発明は上記したように完全な素子の形に製造
した後出力を調整することができ、しかも調整法
が簡単でかつ目的とする出力を有する検出素子を
容易に得ることができる。そのため、従来の如く
例えばプラズマ溶射するためのセラミツクの材
質、粉粒度などをきびしく管理するとか、また素
子組み付けの工程を不必要に厳重に管理するなど
の必要がなくなるなどの効果をも併有する。ま
た、従来の方法では、得られた素子が所定の出力
を有しないときは、不良品として使用できなかつ
たが、本発明方法によればそのような無駄も無く
することができる。
した後出力を調整することができ、しかも調整法
が簡単でかつ目的とする出力を有する検出素子を
容易に得ることができる。そのため、従来の如く
例えばプラズマ溶射するためのセラミツクの材
質、粉粒度などをきびしく管理するとか、また素
子組み付けの工程を不必要に厳重に管理するなど
の必要がなくなるなどの効果をも併有する。ま
た、従来の方法では、得られた素子が所定の出力
を有しないときは、不良品として使用できなかつ
たが、本発明方法によればそのような無駄も無く
することができる。
第１図は本発明の第１実施例を示す検出素子の
分解斜視図、第２図は第１実施例の検出素子の斜
視図、第３図、第４図および第５図は本発明の他
の実施例を示す検出素子の断面図、第６図はガス
拡散孔の模式図である。 図中、１……固体電解質セル、２，３……電
極、４，５，７……セラミツク板、６……ヒー
タ、８……拡散孔、９……セラミツクフイルタ
ー。
分解斜視図、第２図は第１実施例の検出素子の斜
視図、第３図、第４図および第５図は本発明の他
の実施例を示す検出素子の断面図、第６図はガス
拡散孔の模式図である。 図中、１……固体電解質セル、２，３……電
極、４，５，７……セラミツク板、６……ヒー
タ、８……拡散孔、９……セラミツクフイルタ
ー。
Claims (1)
- １ 均一で一定の断面積を有する拡散孔または拡
散層を含む限界電流式酸素濃度検出素子の第１出
力値を検出し、前記拡散孔または拡散層を所定長
さ切り落とし、切り落とし後の前記検出素子の第
２出力値を検出し、前記第１および第２出力値と
切り落とした前記所定長さとから要求出力が得ら
れる切り落とし長さを算出し、該切り落とし長さ
で前記拡散孔または拡散層を切り落とすことを特
徴とする限界電流式酸素濃度検出素子の出力調整
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58124208A JPS6015552A (ja) | 1983-07-08 | 1983-07-08 | 酸素濃度検出素子の出力調整方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58124208A JPS6015552A (ja) | 1983-07-08 | 1983-07-08 | 酸素濃度検出素子の出力調整方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6015552A JPS6015552A (ja) | 1985-01-26 |
| JPH0560054B2 true JPH0560054B2 (ja) | 1993-09-01 |
Family
ID=14879663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58124208A Granted JPS6015552A (ja) | 1983-07-08 | 1983-07-08 | 酸素濃度検出素子の出力調整方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6015552A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3493784B2 (ja) * | 1995-01-19 | 2004-02-03 | 株式会社デンソー | 酸素濃度検出素子 |
| JP4569034B2 (ja) * | 2000-06-20 | 2010-10-27 | 株式会社デンソー | ガスセンサ素子の出力特性調整方法 |
| JP5018738B2 (ja) * | 2008-11-04 | 2012-09-05 | 株式会社デンソー | ガスセンサ素子の製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5272286A (en) * | 1975-12-12 | 1977-06-16 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | Oxygen concentration analyzer |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5893862U (ja) * | 1981-12-21 | 1983-06-25 | 日本特殊陶業株式会社 | 酸素センサ |
-
1983
- 1983-07-08 JP JP58124208A patent/JPS6015552A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5272286A (en) * | 1975-12-12 | 1977-06-16 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | Oxygen concentration analyzer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6015552A (ja) | 1985-01-26 |
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