JPH0612528Y2 - 電気化学的装置 - Google Patents

電気化学的装置

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JPH0612528Y2
JPH0612528Y2 JP1985024182U JP2418285U JPH0612528Y2 JP H0612528 Y2 JPH0612528 Y2 JP H0612528Y2 JP 1985024182 U JP1985024182 U JP 1985024182U JP 2418285 U JP2418285 U JP 2418285U JP H0612528 Y2 JPH0612528 Y2 JP H0612528Y2
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electrochemical cell
electrochemical
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一 西澤
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Description

【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案は、酸素イオン導電性固体電解質を用いてガス濃
度を検出する電気化学的装置に関するものであり、特に
同一酸素濃度の被測定ガスに対する個々の装置の出力信
号のばらつきが小さい電気化学的装置に関するものであ
る。
(従来の技術) 従来、酸素イオン導電性固体電解質を用いた電気化学的
セルを使用する装置、例えば自動車用内期間の排気ガス
中の酸素濃度もしくは未燃焼ガス濃度を検出する空燃比
センサとして、酸素イオン導電性の固体電解質であるジ
ルコニア磁器と一対の多孔質電極とを用いた電気化学的
ポンピングを利用して、一方の多孔質電極を所定のガス
拡散抵抗を有する細隙な空間あるいは多孔質セラミック
層などの拡散律速部を経て外部に連通せしめ、外部の酸
素濃度もしくは未燃焼ガス濃度に対応したポンピング電
流を出力するセンサが開発されている。
(考案が解決しようとする問題点) しかしながら、上述した従来の電気化学的装置では、複
数の装置を製造した場合電気化学的セルの拡散律速部の
拡散抵抗が個々に大きくばらつくため、同一酸素濃度の
被測定ガスに対する個々の出力が一定である、換言すれ
ば品質の一定な電気化学的装置を得ることは困難であっ
た。
すなわち、拡散律速部の拡散抵抗は、例えば固体電解質
で囲まれた微細隙な空間や、スクリーン印刷あるいは積
層後焼成するか溶射等により形成された多孔質セラミッ
ク層などにより形成されているが、固体電解質の種類,
生成形体の寸法,印刷層の塗布厚,積層時の変形量,焼
成時のそりや変形量あるいは溶射条件等によって個々に
大きくばらつくためである。
本考案の目的は上述した不具合を解消して、個別に拡散
抵抗のばらつきを補償して、複数の装置を製造した場合
でも品質の一定な電気化学的装置を提供しようとするも
のである。
(問題点を解決するための手段) 本考案の電気化学的装置は、酸素イオン導電性固体電解
質と、該固体電解質の両側に接して設けられた一対の多
孔質電極からなる第1の電極および第2の電極と、該第
1の電極を被測定ガスに対して所定の拡散抵抗で被測定
ガス存在空間へ連通せしめる拡散律速部とより構成され
る電気化学的セルと、該電気化学的セルと外部の測定制
御部とを接続するコネクター部とを有し、該電気化学的
セルのポンピングにより第1の電極近傍のガス雰囲気を
変化せしめ、該ガス雰囲気変化の生じた時の該電気化学
的セルのポンピング電流値により被測定ガス濃度を検出
する電気化学的装置において、少なくとも該電気化学的
セルと該コネクター部との間に、該電気化学的セルと直
列に接続された、該ポンピング電流を分流する一対の抵
抗素子を配設したことを特徴とするものである。
(作用) 本考案では拡散律速部の拡散抵抗のばらつきに基因する
出力信号であるポンピング電流値のばらつきを、所定の
酸素濃度中で電気化学的セルを所定の温度に加熱してポ
ンピングを行い、電気化学的セルに直列接続された一対
の抵抗素子により分流された電流を測定し、出力電流を
所定の一定値となるように抵抗素子の抵抗値の比率を調
整することによって補償している。なお、本考案におけ
る一対の抵抗素子は、ボンプ電流を分流してその片方の
電流のみを出力として取り出すためのもので、少なくと
も片方の抵抗値を調整可能とする必要がある。抵抗値の
調整は、可変抵抗を用いるか、抵抗値のトリミングを行
うか、もしくは複数の水準の抵抗値を有する抵抗素子の
中から適正な抵抗値水準の抵抗素子を選択して用いるこ
とにより行う。また、ポテンショメータのように一つの
素子内に一対の抵抗を有するものも同様に用いることが
できる。
(実施例) 第1図は本考案の電気化学的装置の一実施例を外部回路
と共に示す線図であり、本実施例では補償用の一対の抵
抗を2個の抵抗から構成して保護外被6内に設けた例を
示している。第1図において、電気化学的セルは有底円
筒状のジルコニア固体電解質3の外面および内面に第1
の電極1および第2の電極2を有し、第1の電極1上に
多孔質セラミックスからなる拡散律速部4を設けてい
る。また、第1の電極1と固体電解質3との間には部分
的に絶縁層7を設けると共に、低温での測定をより有効
に実施できるようセラミックヒータ5を設けている。
上述した電気化学的装置は被測定ガス濃度を好適に測定
できる構成をとっているが、大量生産を行なう場合は拡
散律速部4の厚さ、多孔度や形状を一定にすることが難
しい等の理由で、拡散抵抗値が数〜数十パーセント変動
して個々の出力を一定にすることは難しい。そこで本実
施例では、補償用に電気化学的セルと直列にポンピング
電流を分流する一対の抵抗素子8,9を配設して、コネ
クター部での出力電流すなわち抵抗素子8に流れる電流
が常に一定になるように調整している。
第2図は上述した電気化学的セル20を保護外被18内に固
定してセンサとして組立した一実施例を示す断面図であ
る。第2図において、第1図に示した実施例と同一部分
には第1図と同一の符号を付してその説明を省略する。
セラミックヒータ5は止め金具19によって電気化学的素
子20内に挿入する長さを調整し、固定されている。ま
た、被測定ガス中に曝される電気化学的素子20の周囲
は、ハウジング12に設けた孔明きのルーバー13を設ける
ことにより保護している。電気化学的セル20の各リード
部は、その端部より金属片21a,21bを介して外部へ導か
れる。円筒形の碍子中にリード線導通用の孔を有する構
造の中間碍子14内には、個別に異なる拡散抵抗値を有す
る電気化学的セルと直列に接続された補償用の一対の抵
抗素子8,9を設ける。この抵抗素子8,9はアルミナ
磁器板上に形成した厚膜抵抗素子より構成され、仮組み
した電気化学的セルを所定雰囲気、所定温度の状態にし
て一方の各抵抗素子8に流れる電流を測定しながら他方
の抵抗素子9のトリミングを行なって抵抗値の調整を実
施した後、センサとして組立てている。この時、電流測
定を行う抵抗素子とトリミングを行う抵抗素子が同一の
ものであっても良い。また電気化学的セル20から導かれ
たリード線はさらに碍子15、密閉用のゴム栓17を通って
電気化学的セルの外部の図示しないコネクター部へ導か
れている。上述した各構成要素は皿バネ16を介して保護
外被18をハウジング12に取付けることにより導通を保っ
た状態で固定される。
第3図は本考案の電気化学的装置の他の実施例を外部回
路と共に示す線図であり、本実施例ではポンプ用および
フィードバック制御用の第1および第2の電気化学的セ
ル47および48を有する例を示している。まず、出力電流
を得るのに使用する第1の電気化学的セル47は、ジルコ
ニア磁器等の固体電解質板33とその両側にリード部絶縁
層34および35を介して設けられた一対の多孔質電極から
なる第1の電極31および第2の電極32とより構成され
る。また、第1の電極31は多孔質絶縁層36を介して固体
電解質板37に設けた拡散律速部38に面していて、被測定
ガスに対して所定の拡散抵抗で被測定ガス存在空間へ連
通している。さらに制御用の第2の電気化学的セル48
は、固体電解質板39とその両側にリード部絶縁層40を介
して設けられた第3の電極41と第4の電極42とより構成
されている。第3の電極41はさらに多孔質拡散層43を介
して上述した拡散律速部38に面しており、第3の電極41
近傍の雰囲気変化を第2の電気化学的セル48の起電力V
として検知し、これを一定とするように電源回路43の出
力電圧もしくは出力電流を変化させ、第1の電気化学的
セル47に流れるポンプ電流を自動的に制御している。被
測定ガス濃度が変化すると、その拡散量が変わるため上
記制御されたポンプ電流値はこれに応じて変化し被測定
ガス濃度に対応した値となる。上述した構成をとること
により、どのような被測定ガス濃度においても精度の良
い出力値を得ることができる。
本実施例では、一対の抵抗素子をポテンショメータ49に
より構成し、第4図(A)および(B)にその平面図および断
面図を示すように電気化学的セル側のコネクター部50内
に設けている。このポテンショメータ49は上述した実施
例と同様所定雰囲気、所定温度下で出力電流が一定にな
るようにその抵抗比を調整している。調整は第4図(B)
に示す抵抗調整用孔51を介してドライバー等によりポテ
ンショメータのネジをまわして実施する。上述した素子
側コネクター部50を外部側コネクター部52に接続して測
定および制御を行なっている。
第5図は本考案の電気化学的装置のさらに他の実施例を
外部回路と共に示す線図であり、本実施例では一対の抵
抗素子を構成する抵抗素子8,9を素子側のコネクター
部50内に設けた例を示している。第5図において電気化
学的素子は第3図に示す例とほぼ同様であり、同一部分
には第3図と同一符号を付してその説明を省略する。相
違する点は、第3図に示した実施例に、低温での測定を
より有効に実施できるように絶縁層61上にパターンを印
刷して形成したヒータ62を設けている点である。本実施
例における抵抗素子8,9は、第6図(A)および(B)にそ
の部分断面図およびI−I線にそった断面図を示すよう
に、アルミナ基板65上に酸化ルテニウム系のペーストを
印刷して焼成して形成している。これらの抵抗素子8,
9は上述した実施例と同様所定雰囲気、所定温度下で出
力電流が一定になるよう少なくとも片方を個々にトリミ
ングして調整している。
第7図は本考案の電気化学的装置のさらに他の実施例を
外部回路と共に示す線図であり、本実施例では補償用の
一対の抵抗素子を電気化学的セルとコネクター部との間
の接続線71上に設けた例を示しているすなわち本実施例
では、接続線71に第8図に示した構造の一対の抵抗素子
8,9を設けている。更に、外部回路中には電流検出用
抵抗素子72及び抵抗素子73が配設されており、これら4
本の抵抗素子によって分流された電流を測定している。
抵抗素子8,9はアルミナ磁器板上に形成した厚膜抵抗
素子より構成され、抵抗素子8の抵抗値は10.0±0.1Ω
である。抵抗素子9にはあらかじめ▲10.0+0.1 -0.0▼Ω
から▲39.0+0.1 -0.0▼Ωの30水準にそれぞれトリミン
グされた抵抗素子を用意しておき、窒素希釈の20%酸
素中、温度700℃で測定した電気化学的セルのポンプ
電流に対して最適分流比を与える水準の抵抗素子を用い
た。
(考案の効果) 以上詳細に説明したところから明らかなように、本考案
の電気化学的装置によれば、少なくとも電気化学的セル
とコネクター部との間に電気化学的セルと直列に接続し
たポンピング電流を分流する一対の抵抗素子を設けるこ
とにより、個別に生じる拡散抵抗のばらつきを補償して
複数の装置を製造した場合でも出力値を一定すなわち品
質を一定にすることができ、センサを交換する毎に外部
回路を調整する必要はなくなる。
また、一対の抵抗素子の周囲温度の影響を小さくするこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の電気化学的装置の一実施例を外部回路
と共に示す線図、 第2図は第1図に示す電気化学的素子を保護外被内に固
定してセンサとして組立てた一実施例を示す部分断面
図、 第3図は本考案の電気化学的装置の他の実施例を外部回
路と共に示す線図、 第4図(A),(B)は第3図に示す実施例のコネクター部を
示す平面図および断面図、 第5図は本考案の電気化学的装置のさらに他の実施例を
外部回路と共に示す線図、 第6図(A),(B)は第5図に示す実施例のコネクター部を
示す部分断面図およびI−I線にそった断面図、 第7図は本考案の電気化学的装置のさらに他の実施例を
外部回路と共に示す線図、 第8図は第7図に示す実施例の一対の抵抗素子の一実施
例を示す線図である。 3,33…固体電解質 1,31…第1の電極 2,32…第2の電極 4,38…拡散律速部 50,52…コネクター部 8,9…抵抗素子 49…ポテンショメータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 7363−2J 327 R

Claims (5)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸素イオン導電性固体電解質と、該固体電
    解質の両側に接して設けられた一対の多孔質電極からな
    る第1の電極および第2の電極と、該第1の電極を被測
    定ガスに対して所定の拡散抵抗で被測定ガス存在空間へ
    連通せしめる拡散律速部とより構成される電気化学的セ
    ルと、該電気化学的セルと外部の測定制御部とを接続す
    るコネクター部とを有し、該電気化学的セルのポンピン
    グにより第1の電極近傍のガス雰囲気を変化せしめ、該
    ガス雰囲気変化の生じた時の該電気化学的セルのポンピ
    ング電流値により被測定ガス濃度を検出する電気化学的
    装置において、 少なくとも該電気化学的セルと該コネクター部との間
    に、該電気化学的セルと直列に接続された、該ポンピン
    グ電流を分流する一対の抵抗素子を配設したことを特徴
    とする電気化学的装置。
  2. 【請求項2】酸素イオン導電性固体電解質と該固体電解
    質の両側に設けられた第3および第4電極とからなる第
    2の電気化学的セルを該第3の電極が前記電気化学的セ
    ルの第1の電極に隣接するように一体に設ける実用新案
    登録請求の範囲第1項記載の電気化学的装置。
  3. 【請求項3】前記一対の抵抗素子を前記電気化学的セル
    の保護外被内に設ける実用新案登録請求の範囲第1項ま
    たは第2項記載の電気化学的装置。
  4. 【請求項4】前記一対の抵抗素子を前記コネクター部内
    に設ける実用新案登録請求の範囲第1項または第2項記
    載の電気化学的装置。
  5. 【請求項5】前記一対の抵抗素子を前記電気化学的セル
    と前記コネクター部との接続線上に設ける実用新案登録
    請求の範囲第1項または第2項記載の電気化学的装置。
JP1985024182U 1985-02-14 1985-02-23 電気化学的装置 Expired - Lifetime JPH0612528Y2 (ja)

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DE8686300915T DE3670911D1 (de) 1985-02-14 1986-02-11 Elektrochemisches geraet und verfahren zu seiner herstellung.
EP86300915A EP0191627B1 (en) 1985-02-14 1986-02-11 Electrochemical apparatus and method of manufacturing the same

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JPS61140957U JPS61140957U (ja) 1986-09-01
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07111413B2 (ja) * 1987-08-28 1995-11-29 株式会社日立製作所 排気ガス濃度検出装置
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