JPH0593706A - 限界電流式ガスセンサ - Google Patents
限界電流式ガスセンサInfo
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- JPH0593706A JPH0593706A JP3255570A JP25557091A JPH0593706A JP H0593706 A JPH0593706 A JP H0593706A JP 3255570 A JP3255570 A JP 3255570A JP 25557091 A JP25557091 A JP 25557091A JP H0593706 A JPH0593706 A JP H0593706A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低コストでガス流の影響を防止できる限界電
流式ガスセンサの提供。 【構成】 プローブ１と、このプローブ１の先端面１１
に突設されるセンサ本体２と、センサ本体２を包囲する
とともに、開口端３１がプローブ１の嵌合部１２に接着
され、通気用小穴３２を側面に形成した耐熱性プロテク
ター３と、開口端４１がプローブ１の嵌合部１３に差し
込まれ、耐熱性プロテクター３を包囲する金属焼結フィ
ルター４とを備える。
流式ガスセンサの提供。 【構成】 プローブ１と、このプローブ１の先端面１１
に突設されるセンサ本体２と、センサ本体２を包囲する
とともに、開口端３１がプローブ１の嵌合部１２に接着
され、通気用小穴３２を側面に形成した耐熱性プロテク
ター３と、開口端４１がプローブ１の嵌合部１３に差し
込まれ、耐熱性プロテクター３を包囲する金属焼結フィ
ルター４とを備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、限界電流の大きさに拠
りガス濃度を測定する、限界電流式ガスセンサに関す
る。
りガス濃度を測定する、限界電流式ガスセンサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】安定化ジルコニア板、白金陰電極および
陽電極、およびセラミックヒータを備える限界電流式の
センサ本体にガス流が当たると、安定化ジルコニア板の
温度が低下し、被測定ガス中の酸素濃度に変化が無くて
も、酸素イオン伝導率が下がり、電流値が減少し、正確
なガス濃度を測定できなくなる。このため、従来よりセ
ンサ本体を、筒状（先端閉塞）の金属メッシュフィルタ
ーで包囲し、応答性を著しく低下させずにガス流の影響
を少なくした限界電流式ガスセンサが提案されている。
陽電極、およびセラミックヒータを備える限界電流式の
センサ本体にガス流が当たると、安定化ジルコニア板の
温度が低下し、被測定ガス中の酸素濃度に変化が無くて
も、酸素イオン伝導率が下がり、電流値が減少し、正確
なガス濃度を測定できなくなる。このため、従来よりセ
ンサ本体を、筒状（先端閉塞）の金属メッシュフィルタ
ーで包囲し、応答性を著しく低下させずにガス流の影響
を少なくした限界電流式ガスセンサが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、この限界電
流式ガスセンサは以下の様な欠点がある。 （あ）ガス流の影響の防止効果に劣り、図９に示す様
に、被測定ガス中の酸素濃度に変化が無くても、ガス流
の流速が０．８ｍ／Ｓ以上になると電流値が減少すし、
正確なガス濃度が測定できなくなる。 （い）金属メッシュフィルターを二重にすると、ガス流
の影響の防止効果が増す（２ｍ／Ｓ程度迄）が、限界電
流式ガスセンサの体格の増大を招くとともに、材料代が
大幅にかさむ。本発明の目的は、低コストでガス流の影
響を防止できる、限界電流式ガスセンサの提供にある。
流式ガスセンサは以下の様な欠点がある。 （あ）ガス流の影響の防止効果に劣り、図９に示す様
に、被測定ガス中の酸素濃度に変化が無くても、ガス流
の流速が０．８ｍ／Ｓ以上になると電流値が減少すし、
正確なガス濃度が測定できなくなる。 （い）金属メッシュフィルターを二重にすると、ガス流
の影響の防止効果が増す（２ｍ／Ｓ程度迄）が、限界電
流式ガスセンサの体格の増大を招くとともに、材料代が
大幅にかさむ。本発明の目的は、低コストでガス流の影
響を防止できる、限界電流式ガスセンサの提供にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為、
本発明は、棒状のプローブと、酸素イオン良導電性の固
体電解質板、該固体電解質板に密着して配され被測定ガ
ス中の酸素濃度に対応した大きさの限界電流が得られる
電圧が印加される多孔質の陰電極および陽電極、これら
電極の検出部に位置する前記固体電解質板を加熱する電
熱ヒータ、及び前記陰電極に対して被測定ガスの拡散を
制限するガス供給制限手段を備え、前記プローブの先端
面に突設されるセンサ本体と、該センサ本体を包囲する
とともに、開口端が前記プローブの先端に固定され、前
記検出部から離れた位置に通気用小穴を形成した、先端
が閉じた筒状の耐熱性プロテクターと、開口端が前記プ
ローブの先端に固定され、前記耐熱性プロテクターを包
囲する多孔質フィルターとを備える。
本発明は、棒状のプローブと、酸素イオン良導電性の固
体電解質板、該固体電解質板に密着して配され被測定ガ
ス中の酸素濃度に対応した大きさの限界電流が得られる
電圧が印加される多孔質の陰電極および陽電極、これら
電極の検出部に位置する前記固体電解質板を加熱する電
熱ヒータ、及び前記陰電極に対して被測定ガスの拡散を
制限するガス供給制限手段を備え、前記プローブの先端
面に突設されるセンサ本体と、該センサ本体を包囲する
とともに、開口端が前記プローブの先端に固定され、前
記検出部から離れた位置に通気用小穴を形成した、先端
が閉じた筒状の耐熱性プロテクターと、開口端が前記プ
ローブの先端に固定され、前記耐熱性プロテクターを包
囲する多孔質フィルターとを備える。
【０００５】
【作用】限界電流式ガスセンサを被測定ガス中に配し、
電熱ヒータに通電すると、陰電極、陽電極の検出部に位
置する固体電解質板の酸素イオン導電性が高まる。多孔
質フィルターは、限界電流式ガスセンサ内へ侵入する被
測定ガスの流速を略ゼロにするとともに、被測定ガス中
の微細な塵を捕捉し、その侵入を防ぐ。多孔質フィルタ
ー内に進入した被測定ガスは、通気用小穴からプロテク
ター内部に入り、センサ本体に達する。ここで、耐熱性
プロテクターの通気用小穴が、陰電極、陽電極の検出部
から離れた位置に形成されているので、プロテクター内
部に被測定ガスが入る際、検出部近傍の温度低下を殆ど
生じさせない。被測定ガス中の酸素は、陰電極の検出部
内に拡散し、ここでイオン化されて酸素イオンとなり、
印加電圧に応じて陽電極へポンピングされる。印加電圧
を或る値にすると、ガス供給制限手段に拠り、陰電極の
検出部内ヘの酸素拡散量が、被測定ガス中の酸素濃度に
応じて決まる値で頭打ちとなり、印加電圧を上げても電
流値が増大しなくなる（限界電流）。この限界電流の大
きさに基づいて被測定ガス中の酸素濃度が求められる。
電熱ヒータに通電すると、陰電極、陽電極の検出部に位
置する固体電解質板の酸素イオン導電性が高まる。多孔
質フィルターは、限界電流式ガスセンサ内へ侵入する被
測定ガスの流速を略ゼロにするとともに、被測定ガス中
の微細な塵を捕捉し、その侵入を防ぐ。多孔質フィルタ
ー内に進入した被測定ガスは、通気用小穴からプロテク
ター内部に入り、センサ本体に達する。ここで、耐熱性
プロテクターの通気用小穴が、陰電極、陽電極の検出部
から離れた位置に形成されているので、プロテクター内
部に被測定ガスが入る際、検出部近傍の温度低下を殆ど
生じさせない。被測定ガス中の酸素は、陰電極の検出部
内に拡散し、ここでイオン化されて酸素イオンとなり、
印加電圧に応じて陽電極へポンピングされる。印加電圧
を或る値にすると、ガス供給制限手段に拠り、陰電極の
検出部内ヘの酸素拡散量が、被測定ガス中の酸素濃度に
応じて決まる値で頭打ちとなり、印加電圧を上げても電
流値が増大しなくなる（限界電流）。この限界電流の大
きさに基づいて被測定ガス中の酸素濃度が求められる。
【０００６】
【発明の効果】限界電流式ガスセンサが被測定ガスのガ
ス流に晒されても、検出部近傍の温度が殆ど低下しな
い。この為、被測定ガス中の酸素濃度に変化が無い場
合、陰電極、陽電極の検出部に位置する固体電解質板の
酸素イオン導電性も略一定値を保持し、限界電流値もガ
ス流ゼロの場合と略同一となる。よって、限界電流式ガ
スセンサは、被測定ガスの流速に関わらず、被測定ガス
中の酸素濃度を正確に検出できる。先端が閉じた筒状の
耐熱性プロテクターに通気用小穴を穿設しただけなの
で、材料代や加工代も安く済み、また、プローブヘの固
定も容易に行える。このため、限界電流式ガスセンサの
製造コストを著しく増大させない。
ス流に晒されても、検出部近傍の温度が殆ど低下しな
い。この為、被測定ガス中の酸素濃度に変化が無い場
合、陰電極、陽電極の検出部に位置する固体電解質板の
酸素イオン導電性も略一定値を保持し、限界電流値もガ
ス流ゼロの場合と略同一となる。よって、限界電流式ガ
スセンサは、被測定ガスの流速に関わらず、被測定ガス
中の酸素濃度を正確に検出できる。先端が閉じた筒状の
耐熱性プロテクターに通気用小穴を穿設しただけなの
で、材料代や加工代も安く済み、また、プローブヘの固
定も容易に行える。このため、限界電流式ガスセンサの
製造コストを著しく増大させない。
【０００７】
【実施例】本発明の一実施例を図１〜図８に基づいて説
明する。図１、図２に示す如く、限界電流式ガスセンサ
Ａは、丸棒状のプローブ１と、プローブ１の先端面１１
に突出状態に挿着されるセンサ本体２と、センサ本体２
を包囲するプロテクター３と、プロテクター３を包囲す
る金属焼結フィルター４とを備える。
明する。図１、図２に示す如く、限界電流式ガスセンサ
Ａは、丸棒状のプローブ１と、プローブ１の先端面１１
に突出状態に挿着されるセンサ本体２と、センサ本体２
を包囲するプロテクター３と、プロテクター３を包囲す
る金属焼結フィルター４とを備える。
【０００８】プローブ１は、中空の金属で形成され、先
端には、プロテクター３、金属焼結フィルター４を嵌着
する、円盤状の嵌合部１２、１３が形成されている。
端には、プロテクター３、金属焼結フィルター４を嵌着
する、円盤状の嵌合部１２、１３が形成されている。
【０００９】センサ本体２は、図２〜図４に示す様に、
安定化ジルコニア板２１、多孔質の陰電極２２および陽
電極２３、これら電極の検出部２２１、２３１に位置す
る安定化ジルコニア板２１を加熱するセラミックヒータ
２４、及びガス供給制限手段２５を有する。
安定化ジルコニア板２１、多孔質の陰電極２２および陽
電極２３、これら電極の検出部２２１、２３１に位置す
る安定化ジルコニア板２１を加熱するセラミックヒータ
２４、及びガス供給制限手段２５を有する。
【００１０】図３に示す、安定化ジルコニア板２１は、
酸化ジルコニウムに安定化剤として酸化イットリウムを
添加固溶させた酸素イオン良導電性の固体電解質であ
り、本実施例では、縦５ｍｍ、横７ｍｍ、厚さ０．３ｍ
ｍの大きさのものを使用している。
酸化ジルコニウムに安定化剤として酸化イットリウムを
添加固溶させた酸素イオン良導電性の固体電解質であ
り、本実施例では、縦５ｍｍ、横７ｍｍ、厚さ０．３ｍ
ｍの大きさのものを使用している。
【００１１】図３、図４に示す様に、陰電極２２、陽電
極２３は、多孔質をなす白金電極であり、安定化ジルコ
ニア板２１の図示上面に密着して並設されている。本実
施例では、陰電極２２、陽電極２３の厚さは２０μｍで
あり、その検出部２２１、２３１の大きさは、一辺２．
５ｍｍ、また、接続部２２２、２３２の大きさは、幅１
ｍｍ、長さ２ｍｍである。
極２３は、多孔質をなす白金電極であり、安定化ジルコ
ニア板２１の図示上面に密着して並設されている。本実
施例では、陰電極２２、陽電極２３の厚さは２０μｍで
あり、その検出部２２１、２３１の大きさは、一辺２．
５ｍｍ、また、接続部２２２、２３２の大きさは、幅１
ｍｍ、長さ２ｍｍである。
【００１２】図３に示すセラミックヒータ２４は、アル
ミナを主体とするセラミック中にタングステンを埋設し
たものであり、通電に拠り検出部２２１、２３１を３０
０℃〜７００℃に局所加熱する。尚、２４１は通電用露
出部、２４２は安定化ジルコニア板２１の加熱効率を上
げる為の通気口である。
ミナを主体とするセラミック中にタングステンを埋設し
たものであり、通電に拠り検出部２２１、２３１を３０
０℃〜７００℃に局所加熱する。尚、２４１は通電用露
出部、２４２は安定化ジルコニア板２１の加熱効率を上
げる為の通気口である。
【００１３】ガス供給制限手段２５は、陰電極２２の接
続部２２２の一部および検出部２２１を覆うアルミナ多
孔質層２５１、被測定ガスが検出部２２１に直接侵入し
ない様にアルミナ多孔質層２５１を含む検出部２２１の
周辺を覆うグレーズ層２５２、及びグレーズ層２５２に
覆われない接続部２２２の露出部に拠り構成される。
続部２２２の一部および検出部２２１を覆うアルミナ多
孔質層２５１、被測定ガスが検出部２２１に直接侵入し
ない様にアルミナ多孔質層２５１を含む検出部２２１の
周辺を覆うグレーズ層２５２、及びグレーズ層２５２に
覆われない接続部２２２の露出部に拠り構成される。
【００１４】ここで、センサ本体２の製造方法を述べ
る。焼成後に安定化ジルコニア板２１となるグリーンシ
ート上に、焼成後に陰電極２２、陽電極２３となる白金
ペーストを印刷し、１５００℃で一体焼成する。陰電極
２２、陽電極２３を形成した安定化ジルコニア板２１上
に、アルミナ粉末にガラスを混ぜてなるペースト（焼成
後にアルミナ多孔質層２５１となる）を、陰電極２２の
接続部２２２の一部および検出部２２１を覆う様に塗布
し、さらに、この上にガラス粉末（焼成後にグレーズ層
２５２となる）をばらまき、８５０℃〜９００℃で焼き
付け、センサ体チップを製造する。焼成後に通気口２４
２となる窓２４３を穿設したアルミナ９６重量％のグリ
ーンシート２４４の上面にタングステンペーストでヒー
タパターン２４５を印刷し、この上に、焼成後に通電用
露出部２４１となる導電ペースト２４６および焼成後に
センサ電極２４７、２４８となる酸化ルテニウム製ペー
ストを印刷した同様のグリーンシート２４９を被せ、こ
れを焼成一体化してセラミックヒータ２４を製造する
（図５参照）。センサ体チップとセラミックヒータ２４
とを、封着ガラスを用いて約８００℃で接合（約８００
℃）する。センサ電極２４７、２４８と、接続部２２
２、２３２とをろう付けする。
る。焼成後に安定化ジルコニア板２１となるグリーンシ
ート上に、焼成後に陰電極２２、陽電極２３となる白金
ペーストを印刷し、１５００℃で一体焼成する。陰電極
２２、陽電極２３を形成した安定化ジルコニア板２１上
に、アルミナ粉末にガラスを混ぜてなるペースト（焼成
後にアルミナ多孔質層２５１となる）を、陰電極２２の
接続部２２２の一部および検出部２２１を覆う様に塗布
し、さらに、この上にガラス粉末（焼成後にグレーズ層
２５２となる）をばらまき、８５０℃〜９００℃で焼き
付け、センサ体チップを製造する。焼成後に通気口２４
２となる窓２４３を穿設したアルミナ９６重量％のグリ
ーンシート２４４の上面にタングステンペーストでヒー
タパターン２４５を印刷し、この上に、焼成後に通電用
露出部２４１となる導電ペースト２４６および焼成後に
センサ電極２４７、２４８となる酸化ルテニウム製ペー
ストを印刷した同様のグリーンシート２４９を被せ、こ
れを焼成一体化してセラミックヒータ２４を製造する
（図５参照）。センサ体チップとセラミックヒータ２４
とを、封着ガラスを用いて約８００℃で接合（約８００
℃）する。センサ電極２４７、２４８と、接続部２２
２、２３２とをろう付けする。
【００１５】プロテクター３は、一定温度の加熱が必要
な部分の後端（図示Ｐ−Ｐ’ライン）から、後部方向に
所定距離（本実施例では穴周縁部との距離２ｍｍ）離れ
た側面位置に、９０°間隔で四個、直径１ｍｍの通気用
小穴３２を穿設したステンレス製の有底円筒体であり、
開口端３１がプローブ１の嵌合部１２に無機系接着剤で
固着されている。
な部分の後端（図示Ｐ−Ｐ’ライン）から、後部方向に
所定距離（本実施例では穴周縁部との距離２ｍｍ）離れ
た側面位置に、９０°間隔で四個、直径１ｍｍの通気用
小穴３２を穿設したステンレス製の有底円筒体であり、
開口端３１がプローブ１の嵌合部１２に無機系接着剤で
固着されている。
【００１６】金属焼結フィルター４（ポア径７０μｍ）
は、プロテクター３を包囲する有底円筒状を呈するとと
もに、開口端４１がプローブ１の嵌合部１３に差し込ま
れて止着される。
は、プロテクター３を包囲する有底円筒状を呈するとと
もに、開口端４１がプローブ１の嵌合部１３に差し込ま
れて止着される。
【００１７】つぎに、限界電流式ガスセンサＡの動作を
説明する。限界電流式ガスセンサＡを被測定ガス中に配
し、セラミックヒータ２４に通電し、陽電極２３- 陰電
極２２間に電圧を印加する。陰電極２２の検出部２２１
内部の酸素は、イオン化されて酸素イオンとなり、被測
定ガス中の酸素は、印加電圧Ｖに応じ、陰電極２２から
陽電極２３にポンピングされる。この時、検出部２２１
の安定化ジルコニア板２１のみ局所加熱され、接続部２
２２の安定化ジルコニア板２１は酸素イオン導電性を示
す程充分に加熱されない為、酸素はグレーズ層２５２に
覆われない接続部２２２の露出部からグレーズ層２５２
に覆われた検出部２２１内に拡散する。ここで、陽電極
２３- 陰電極２２間に流れる出力電流Ｉは、図６に示す
様に変化する。印加電圧Ｖが電圧値Ｖ１〜Ｖ２において
は、検出部２２１内への酸素拡散量は、陰電極２２のガ
ス供給制限手段２５で制御され、被測定ガス中の酸素濃
度に応じて制限されるため拡散量が制限され、それに伴
い電流値も制限されて拡散制限電流値ＩL1となり、第１
の平坦部Ｆ１となる。印加電圧Ｖが拡散制限電流値ＩL1
が得られる電圧値Ｖ２よりさらに高くなると、被測定ガ
ス中の水蒸気（水分）が分解され、その分解で生じた酸
素イオンが陽電極２３にポンピングされるため、水蒸気
も、グレーズ層２５２に覆われない接続部２２２の露出
部からグレーズ層２５２に覆われた検出部２２１内に拡
散し、拡散量に応じて電流値が増大する。印加電圧Ｖを
さらに高くして電圧値Ｖ３〜Ｖ４にすると出力電流値Ｉ
は水蒸気濃度に応じてさらに増大するが、陰電極２２の
ガス供給制限手段２５で水蒸気の拡散量が制限され、そ
れに伴い電流値も制限され、水蒸気濃度に応じた拡散制
限電流値ＩL2となり、第２の平坦部Ｆ２を示す。ここ
で、陽電極２３- 陰電極２２間にＶ１〜Ｖ２の電圧を印
加して拡散制限電流値ＩL1を測定すれば拡散制限電流値
ＩL1の大きさから酸素濃度が検出できる。また、Ｖ３〜
Ｖ４の電圧を印加して拡散制限電流値ＩL2を測定すれば
拡散制限電流値ＩL2の大きさから湿度が検出できる。
説明する。限界電流式ガスセンサＡを被測定ガス中に配
し、セラミックヒータ２４に通電し、陽電極２３- 陰電
極２２間に電圧を印加する。陰電極２２の検出部２２１
内部の酸素は、イオン化されて酸素イオンとなり、被測
定ガス中の酸素は、印加電圧Ｖに応じ、陰電極２２から
陽電極２３にポンピングされる。この時、検出部２２１
の安定化ジルコニア板２１のみ局所加熱され、接続部２
２２の安定化ジルコニア板２１は酸素イオン導電性を示
す程充分に加熱されない為、酸素はグレーズ層２５２に
覆われない接続部２２２の露出部からグレーズ層２５２
に覆われた検出部２２１内に拡散する。ここで、陽電極
２３- 陰電極２２間に流れる出力電流Ｉは、図６に示す
様に変化する。印加電圧Ｖが電圧値Ｖ１〜Ｖ２において
は、検出部２２１内への酸素拡散量は、陰電極２２のガ
ス供給制限手段２５で制御され、被測定ガス中の酸素濃
度に応じて制限されるため拡散量が制限され、それに伴
い電流値も制限されて拡散制限電流値ＩL1となり、第１
の平坦部Ｆ１となる。印加電圧Ｖが拡散制限電流値ＩL1
が得られる電圧値Ｖ２よりさらに高くなると、被測定ガ
ス中の水蒸気（水分）が分解され、その分解で生じた酸
素イオンが陽電極２３にポンピングされるため、水蒸気
も、グレーズ層２５２に覆われない接続部２２２の露出
部からグレーズ層２５２に覆われた検出部２２１内に拡
散し、拡散量に応じて電流値が増大する。印加電圧Ｖを
さらに高くして電圧値Ｖ３〜Ｖ４にすると出力電流値Ｉ
は水蒸気濃度に応じてさらに増大するが、陰電極２２の
ガス供給制限手段２５で水蒸気の拡散量が制限され、そ
れに伴い電流値も制限され、水蒸気濃度に応じた拡散制
限電流値ＩL2となり、第２の平坦部Ｆ２を示す。ここ
で、陽電極２３- 陰電極２２間にＶ１〜Ｖ２の電圧を印
加して拡散制限電流値ＩL1を測定すれば拡散制限電流値
ＩL1の大きさから酸素濃度が検出できる。また、Ｖ３〜
Ｖ４の電圧を印加して拡散制限電流値ＩL2を測定すれば
拡散制限電流値ＩL2の大きさから湿度が検出できる。
【００１８】つぎに、通気用小穴３２と限界電流および
応答性との関係について述べる。発明者は、通気用小穴
３２の穿設位置、穴数ｎ、穴直径ｄなどを様々変更した
プロテクター３を製造し、以下に示す、通気用小穴３２
の最適範囲を見出した。 （１）一定温度の加熱が必要な部分の後端（図示Ｐ−
Ｐ’ライン）から穴周縁部迄の距離が２．０ｍｍ未満の
場合、通気用小穴３２の穴数ｎが少なく穴直径ｄが小さ
くても、通気用小穴３２から被測定ガスが進入した際、
検出部２２１、２３１位置の安定化ジルコニア板２１の
温度が低下し易い。 （２）通気用小穴３２の総開口面積｛ｎ×π×（ｄ／
２）2 ｝を、プロテクター３の有効長Ｌの占める外側面
の面積（Ｌ×πＤ）から一定温度の加熱が必要な部分の
後端（図示Ｐ−Ｐ’ライン）およびその先端（図示Ｑ−
Ｑ’ライン）から、軸方向に前後各２ｍｍとった長さｍ
（本実施例では１０ｍｍ）の占める外側面の面積（ｍ×
πＤ）をひいたプロテクター３の外側面の面積｛π×Ｄ
×（Ｌ−ｍ）｝で割った値をＲとすると、Ｒ≦４．５×
１０-2であれば、流速３ｍ／Ｓ迄のガス流に対して、拡
散制限電流値を殆ど低下させない（図７参照）。尚、Ｒ
＝４．５×１０-2は、本実施例の場合、穴直径ｄ＝３ｍ
ｍの通気用小穴３２を３個穿設したものに相当する。 （３）Ｒ≧４×１０-4であれば、図８に示す様に、実用
上差し使えない程度の応答性を示す。尚、Ｒ＝４×１０
-4は、本実施例の場合、穴直径ｄ＝０．５ｍｍの通気用
小穴３２を１個穿設したものに相当する。
応答性との関係について述べる。発明者は、通気用小穴
３２の穿設位置、穴数ｎ、穴直径ｄなどを様々変更した
プロテクター３を製造し、以下に示す、通気用小穴３２
の最適範囲を見出した。 （１）一定温度の加熱が必要な部分の後端（図示Ｐ−
Ｐ’ライン）から穴周縁部迄の距離が２．０ｍｍ未満の
場合、通気用小穴３２の穴数ｎが少なく穴直径ｄが小さ
くても、通気用小穴３２から被測定ガスが進入した際、
検出部２２１、２３１位置の安定化ジルコニア板２１の
温度が低下し易い。 （２）通気用小穴３２の総開口面積｛ｎ×π×（ｄ／
２）2 ｝を、プロテクター３の有効長Ｌの占める外側面
の面積（Ｌ×πＤ）から一定温度の加熱が必要な部分の
後端（図示Ｐ−Ｐ’ライン）およびその先端（図示Ｑ−
Ｑ’ライン）から、軸方向に前後各２ｍｍとった長さｍ
（本実施例では１０ｍｍ）の占める外側面の面積（ｍ×
πＤ）をひいたプロテクター３の外側面の面積｛π×Ｄ
×（Ｌ−ｍ）｝で割った値をＲとすると、Ｒ≦４．５×
１０-2であれば、流速３ｍ／Ｓ迄のガス流に対して、拡
散制限電流値を殆ど低下させない（図７参照）。尚、Ｒ
＝４．５×１０-2は、本実施例の場合、穴直径ｄ＝３ｍ
ｍの通気用小穴３２を３個穿設したものに相当する。 （３）Ｒ≧４×１０-4であれば、図８に示す様に、実用
上差し使えない程度の応答性を示す。尚、Ｒ＝４×１０
-4は、本実施例の場合、穴直径ｄ＝０．５ｍｍの通気用
小穴３２を１個穿設したものに相当する。
【００１９】以下、限界電流式ガスセンサＡの作用効果
を述べる。 （ア）上記（１）〜（３）の条件を通気用小穴３２が全
て満たせば、実用上差し使えない程度の応答性が得られ
るとともに、流速３ｍ／Ｓ迄のガス流に対して拡散制限
電流を低下させないという効果を奏することが判明し
た。 （イ）金属焼結フィルター４のポア径を小さくする必要
がないので、金属焼結フィルター４の目詰まりが起こり
難い。 （ウ）プロテクター３は、単なる有底円筒体であるの
で、これと遊嵌する金属焼結フィルター４の径を大きく
したり長さを長くしたりする必要が無く、限界電流式ガ
スセンサＡの体格の増大を招かない。また、ステンレス
製のプロテクター３を付加しただけなのでコストの上昇
が僅かである。
を述べる。 （ア）上記（１）〜（３）の条件を通気用小穴３２が全
て満たせば、実用上差し使えない程度の応答性が得られ
るとともに、流速３ｍ／Ｓ迄のガス流に対して拡散制限
電流を低下させないという効果を奏することが判明し
た。 （イ）金属焼結フィルター４のポア径を小さくする必要
がないので、金属焼結フィルター４の目詰まりが起こり
難い。 （ウ）プロテクター３は、単なる有底円筒体であるの
で、これと遊嵌する金属焼結フィルター４の径を大きく
したり長さを長くしたりする必要が無く、限界電流式ガ
スセンサＡの体格の増大を招かない。また、ステンレス
製のプロテクター３を付加しただけなのでコストの上昇
が僅かである。
【００２０】本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施
態様を含む。 ａ．上記実施例では、通気用小穴３２をプロテクター３
の後部側に形成したが、プロテクター３の前部側に形成
しても良い。 ｂ．上記実施例では、多孔質フィルターに、金属焼結フ
ィルター４を使用したが、ガラスやテフロンなどの高分
子フィルター、金属メッシュフィルタ等を使用しても良
い。 ｃ．限界電流式ガスセンサＡは、酸素濃度や水蒸気量以
外に、ＣＯ2 やＮＯ2 濃度を測定しても良い。 ｄ．陰電極、陽電極は、固体電解質板中に埋設されてい
ても良い。 ｅ．限界電流式ガスセンサのセンサ本体２は、図１０に
示す様に、被測定ガスの拡散を制限する微小穴２６１
（ガス供給制限手段）を陰電極２２側に形成した、空隙
部２６２を有するハウジング２６０を備えたものであっ
ても良い。
態様を含む。 ａ．上記実施例では、通気用小穴３２をプロテクター３
の後部側に形成したが、プロテクター３の前部側に形成
しても良い。 ｂ．上記実施例では、多孔質フィルターに、金属焼結フ
ィルター４を使用したが、ガラスやテフロンなどの高分
子フィルター、金属メッシュフィルタ等を使用しても良
い。 ｃ．限界電流式ガスセンサＡは、酸素濃度や水蒸気量以
外に、ＣＯ2 やＮＯ2 濃度を測定しても良い。 ｄ．陰電極、陽電極は、固体電解質板中に埋設されてい
ても良い。 ｅ．限界電流式ガスセンサのセンサ本体２は、図１０に
示す様に、被測定ガスの拡散を制限する微小穴２６１
（ガス供給制限手段）を陰電極２２側に形成した、空隙
部２６２を有するハウジング２６０を備えたものであっ
ても良い。
【図１】本発明の一実施例に係る限界電流式ガスセンサ
の組み付け図である。
の組み付け図である。
【図２】その限界電流式ガスセンサの構造説明図であ
る。
る。
【図３】その限界電流式ガスセンサのセンサ本体の構造
説明図である。
説明図である。
【図４】そのセンサ本体の断面図である。
【図５】その限界電流式ガスセンサのセラミックヒータ
の製造方法を説明する為の説明図である。
の製造方法を説明する為の説明図である。
【図６】その限界電流式ガスセンサの作動を説明するグ
ラフである。
ラフである。
【図７】その限界電流式ガスセンサのガス流の影響の防
止効果を示すグラフである。
止効果を示すグラフである。
【図８】その限界電流式ガスセンサの応答性を示すグラ
フである。
フである。
【図９】従来の限界電流式ガスセンサのガス流の影響の
防止効果を示すグラフである。
防止効果を示すグラフである。
【図１０】本発明に係る限界電流式ガスセンサのセンサ
本体の他の実施例の構造説明図である。
本体の他の実施例の構造説明図である。
１ プローブ ２ センサ本体 ３ プロテクター（耐熱性プロテクター） ４ 金属焼結フィルター（多孔質フィルター） １１ 先端面 ２１ 安定化ジルコニア板（固体電解質板） ２２ 陰電極 ２３ 陽電極 ２４ セラミックヒータ（電熱ヒータ） ２５ ガス供給制限手段 ３１、４１ 開口端 ３２ 通気用小穴 ２２１、２３１ 検出部 Ａ 限界電流式ガスセンサ ＩL1、ＩL2 拡散制限電流値（限界電流）
Claims (1)
- 【請求項１】 棒状のプローブと、 酸素イオン良導電性の固体電解質板、該固体電解質板に
密着して配され被測定ガス中の酸素濃度に対応した大き
さの限界電流が得られる電圧が印加される多孔質の陰電
極および陽電極、これら電極の検出部に位置する前記固
体電解質板を加熱する電熱ヒータ、及び前記陰電極に対
して被測定ガスの拡散を制限するガス供給制限手段を備
え、前記プローブの先端面に突設されるセンサ本体と、 該センサ本体を包囲するとともに、開口端が前記プロー
ブの先端に固定され、前記検出部から離れた位置に通気
用小穴を形成した、先端が閉じた筒状の耐熱性プロテク
ターと、 開口端が前記プローブの先端に固定され、前記耐熱性プ
ロテクターを包囲する多孔質フィルターとを備える限界
電流式ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25557091A JP3152699B2 (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | 限界電流式ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25557091A JP3152699B2 (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | 限界電流式ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0593706A true JPH0593706A (ja) | 1993-04-16 |
| JP3152699B2 JP3152699B2 (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=17280555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25557091A Expired - Fee Related JP3152699B2 (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | 限界電流式ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3152699B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005058194A1 (de) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Testo Ag | Schutzeinrichtung für einen Sensor zur Messung von Parametern eines Fluids |
| WO2009059865A1 (de) * | 2007-11-06 | 2009-05-14 | Robert Bosch Gmbh | Schutzrohr für einen abgassensor |
| KR101876641B1 (ko) * | 2016-11-11 | 2018-07-09 | 박지성 | 고습에 대비하는 습도계의 보호 장치 |
-
1991
- 1991-10-02 JP JP25557091A patent/JP3152699B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005058194A1 (de) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Testo Ag | Schutzeinrichtung für einen Sensor zur Messung von Parametern eines Fluids |
| WO2009059865A1 (de) * | 2007-11-06 | 2009-05-14 | Robert Bosch Gmbh | Schutzrohr für einen abgassensor |
| KR101876641B1 (ko) * | 2016-11-11 | 2018-07-09 | 박지성 | 고습에 대비하는 습도계의 보호 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3152699B2 (ja) | 2001-04-03 |
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