JPH06148129A - Oxygen sensor - Google Patents

Oxygen sensor

Info

Publication number
JPH06148129A
JPH06148129A JP4294627A JP29462792A JPH06148129A JP H06148129 A JPH06148129 A JP H06148129A JP 4294627 A JP4294627 A JP 4294627A JP 29462792 A JP29462792 A JP 29462792A JP H06148129 A JPH06148129 A JP H06148129A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ionic conductor
oxygen
electrode
oxygen sensor
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4294627A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takafumi Kajima
孝文 鹿嶋
Katsuaki Nakamura
克明 中村
Atsunari Ishibashi
功成 石橋
Yoshinori Kato
嘉則 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujikura Ltd filed Critical Fujikura Ltd
Priority to JP4294627A priority Critical patent/JPH06148129A/en
Publication of JPH06148129A publication Critical patent/JPH06148129A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent the deterioration of an ion conductor's mechanism strength and the occurrence of distortion or microcracks inside of the ion conductor, and decrease the fluctuation in the quantity of oxygen being introduced, as well as the variation in an ionic current characteristics. CONSTITUTION:In an oxygen sensor 31, electrodes 34 and 35 wherein a predetermined voltage is applied across respective surfaces 33a and 33b an ion conductor 33 are provide. An electrode protecting layer 36 is provided at the upper position of one electrode 35 of the ion conductor 33. A sealing layer 37 with airtightness is provided all over the surfaces of the external surface 36a of the electrode protecting layer 36, and an air gap part is provided between the electrode protecting layer 36 and the ion conductor 33. The electrode protecting layer 36 is made of a material whose thermal expansion coefficient is smaller than that of the ion conductor 33, and the sealing layer 37 is made of another material whose thermal expansion coefficient is approximate to that of the ion conductor 33.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、地下室等における酸欠
事故防止、エンジンやボイラー等の燃焼管理等に用いて
好適な限界電流式の酸素センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a limiting current type oxygen sensor suitable for use in preventing oxygen deficiency accidents in basements and in combustion management of engines and boilers.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、安定化ジルコニアをイオン導電体
として用いた限界電流式の酸素センサが提案され実用化
されている。この酸素センサは、セラミックスの一種で
あるジルコニア(ZrO2)にイットリア(Y23)、
マグネシア(MgO)、カルシア(CaO)等の酸化物
を数mol%程度固溶させた安定化ジルコニアをイオン
導電体として用いたもので、広範囲の酸素分圧の検知が
可能、応答速度が速い、起電力が安定、高温雰囲気中で
使用可能等の様々な特徴があるために、地下室等の密室
における酸欠事故防止、溶鋼中の酸素濃度測定、エンジ
ンやボイラー等の燃焼管理、公害計測用等様々な目的に
適合したセンサである。
2. Description of the Related Art Conventionally, a limiting current type oxygen sensor using stabilized zirconia as an ionic conductor has been proposed and put into practical use. This oxygen sensor uses zirconia (ZrO 2 ) which is a type of ceramics, yttria (Y 2 O 3 ),
Stabilized zirconia in which several mol% of oxides such as magnesia (MgO) and calcia (CaO) are solid-solved is used as an ion conductor, and it is possible to detect a wide range of oxygen partial pressure, and the response speed is fast Since it has various features such as stable electromotive force and can be used in a high temperature atmosphere, it prevents oxygen deficiency accidents in closed rooms such as basements, measures oxygen concentration in molten steel, manages combustion in engines and boilers, and measures pollution. It is a sensor that is suitable for various purposes.

【0003】上記酸素センサの一例としては、図4に示
す様な厚膜型構造の酸素センサが知られている。この酸
素センサ1は安定化ジルコニア(例えば、ZrO2ー8
mol%Y23)等のイオン導電性を有する薄厚の固体
電解質からなるイオン導電体2と、このイオン導電体2
の両面にそれぞれ形成され一定のセンサ監視電圧が印加
される多孔質の白金の電極3,4と、イオン導電体2の
電極3側に結晶化ガラス5,5により接合され、かつ、
中央部に上下に貫通する気体拡散孔6が形成されたセラ
ミックキャップ7と、該セラミックキャップ7の上面に
形成された加熱用ヒーター8とから概略構成されてい
る。なお、前記セラミックキャップ7は、極めて酸素透
過性のよい無機多孔質体、例えば多孔質アルミナ等に置
き換えてもよい。そして、前記酸素センサ1では、ヒー
ター8に所定の電圧を印加し、かつ両電極3,4間に所
定の電圧を印加した状態にしておくと、気体拡散孔6を
通してイオン導電体2中に取り込まれた試料ガス中の酸
素が酸素ポンピング作用により該イオン導電体2中をイ
オンとなって流れ、この酸素イオンをキャリアとする電
流値から前記試料ガス中の酸素濃度が測定される。
As an example of the oxygen sensor, a thick film type oxygen sensor as shown in FIG. 4 is known. The oxygen sensor 1 is stabilized zirconia (e.g., ZrO 2 over 8
mol% Y 2 O 3 ) etc. and an ionic conductor 2 made of a thin solid electrolyte having ionic conductivity, and this ionic conductor 2
Porous platinum electrodes 3 and 4 respectively formed on both surfaces of each of the electrodes and to which a constant sensor monitoring voltage is applied, and bonded to the electrode 3 side of the ionic conductor 2 by crystallized glass 5 and 5, and
It is roughly composed of a ceramic cap 7 in which a gas diffusion hole 6 that penetrates vertically is formed in a central portion, and a heater 8 for heating formed on the upper surface of the ceramic cap 7. The ceramic cap 7 may be replaced with an inorganic porous material having extremely high oxygen permeability, such as porous alumina. In the oxygen sensor 1, if a predetermined voltage is applied to the heater 8 and a predetermined voltage is applied between the electrodes 3 and 4, the oxygen sensor 1 is taken into the ionic conductor 2 through the gas diffusion hole 6. Oxygen contained in the sample gas flows as ions in the ionic conductor 2 due to the oxygen pumping action, and the oxygen concentration in the sample gas is measured from the current value using the oxygen ions as carriers.

【0004】また、図5に示す酸素センサ11の様に、
セラミックキャップ7に気体拡散孔6を形成せずに、イ
オン導電体2の中央部に上下に貫通する気体拡散孔12
を形成したものも知られている。そして、この構成の酸
素センサ11においても、イオン導電体2の気体拡散孔
12から取り込まれた試料ガス中の酸素が酸素ポンピン
グ作用により該イオン導電体2中をイオンとなって流
れ、この酸素イオンをキャリアとする電流値から前記試
料ガス中の酸素濃度が測定される。
Further, like the oxygen sensor 11 shown in FIG.
Without forming the gas diffusion hole 6 in the ceramic cap 7, the gas diffusion hole 12 penetrating vertically in the center of the ionic conductor 2.
It is also known that formed. Also in the oxygen sensor 11 having this configuration, oxygen in the sample gas taken in through the gas diffusion holes 12 of the ionic conductor 2 flows as ions in the ionic conductor 2 due to the oxygen pumping action. The oxygen concentration in the sample gas is measured from the current value using as a carrier.

【0005】また、図6に示す酸素センサ21の様に、
イオン導電体2の電極3の上部全体を内面に気密性のあ
るガラス膜22が形成されたセラミックキャップ23に
より覆った構造のものも知られている。そして、この構
成の酸素センサ21においても、イオン導電体2の気体
拡散孔12から取り込まれた試料ガス中の酸素が酸素ポ
ンピング作用により該イオン導電体2中をイオンとなっ
て流れ、この酸素イオンをキャリアとする電流値から前
記試料ガス中の酸素濃度が測定される。
Further, like the oxygen sensor 21 shown in FIG.
There is also known a structure in which the entire upper portion of the electrode 3 of the ionic conductor 2 is covered with a ceramic cap 23 having an airtight glass film 22 formed on its inner surface. Also in the oxygen sensor 21 having this configuration, oxygen in the sample gas taken in from the gas diffusion holes 12 of the ionic conductor 2 flows as ions in the ionic conductor 2 due to the oxygen pumping action. The oxygen concentration in the sample gas is measured from the current value using as a carrier.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した酸
素センサ1,11は、機械加工工程により所定の形状に
加工されたイオン導電体2の電極3側に、同じく機械加
工工程により所定の形状に加工されたセラミックキャッ
プ7を結晶化ガラス5,5により接合したものであり、
また、酸素センサ21は、イオン導電体2の電極3側
に、同じく機械加工工程により所定の形状に加工された
セラミックキャップ23を接合したものであるから、こ
れらの機械加工によりイオン導電体の機械的強度が低下
し、該イオン導電体内部に歪やマイクロクラック等が発
生し易くなるという問題点があった。また、小型化する
ためには機械加工精度を大幅に向上させなければなら
ず、現状の機械加工工程を大幅に改良する必要があると
いう問題点があった。また、高い精度が要求されるため
に、機械加工工程が非常に熟練を要する工程となり、ま
た、工程終了までに長時間を要することから、非常に高
コストになるという問題点もあった。
By the way, the above-mentioned oxygen sensors 1 and 11 are formed on the side of the electrode 3 of the ionic conductor 2 which has been machined into a predetermined shape by a machining process, and also formed into a predetermined shape by a machining process. The processed ceramic cap 7 is joined by crystallized glass 5 and 5,
Further, since the oxygen sensor 21 is formed by joining a ceramic cap 23, which is similarly machined into a predetermined shape by a machining process, to the electrode 3 side of the ionic conductor 2, the machine of the ionic conductor is machined by these machining processes. However, there is a problem in that the mechanical strength of the ionic conductor is lowered and strains, microcracks, and the like are likely to occur inside the ionic conductor. Further, in order to reduce the size, the machining accuracy must be greatly improved, and the current machining process must be greatly improved. Further, since high precision is required, the machining process becomes a process that requires a great deal of skill, and it takes a long time to complete the process, resulting in a very high cost.

【0007】特に、酸素センサ21の場合、セラミック
キャップ23の内面に厚みが均一なガラス膜22を形成
しなければならないために、小型化しようとするとガラ
ス膜22の厚みの不均一が大きくなり、イオン電流特性
のバラツキが大きくなるという問題点があった。また、
酸素センサ21の実際の製造工程においては、歩留まり
が低い、作業が複雑、製造コストが高い等の様々な問題
点があった。これらの欠点は自動化ラインを導入する際
に障害となることから、これらの酸素センサ1〜21に
おいては量産化が困難であった。
In particular, in the case of the oxygen sensor 21, since the glass film 22 having a uniform thickness must be formed on the inner surface of the ceramic cap 23, the nonuniformity of the thickness of the glass film 22 becomes large when the size is reduced. There is a problem that the variation of the ion current characteristics becomes large. Also,
In the actual manufacturing process of the oxygen sensor 21, there were various problems such as low yield, complicated work, and high manufacturing cost. Since these drawbacks are obstacles when introducing an automated line, it was difficult to mass-produce these oxygen sensors 1 to 21.

【0008】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、高信頼性、量産化が可能、製造が容易、低
コスト等の優れた特徴を有する酸素センサを提供するこ
とにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an oxygen sensor having excellent characteristics such as high reliability, mass production, easy manufacture, and low cost. .

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な酸素センサを採用した。すなわ
ち、イオン導電体の各面に所定の電圧が印加される電極
を設け、気体拡散孔を通じて前記イオン導電体中に取り
込まれた試料ガス中の酸素が酸素ポンピング作用により
該イオン導電体中をイオンとなって流れ、この酸素イオ
ンをキャリアとする電流値から、前記試料ガス中の酸素
濃度が測定される酸素センサにおいて、前記イオン導電
体の一方側に位置する電極の上部位置に、当該電極を全
体的に覆う電極保護層を設け、該電極保護層の外面全面
に気密性を有する封止層を設け、前記電極保護層と前記
イオン導電体との間に空隙部を設け、前記電極保護層は
前記イオン導電体より膨張係数が小さな材料からなり、
前記封止層は前記イオン導電体と膨張係数が近似した材
料からなることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following oxygen sensor. That is, an electrode to which a predetermined voltage is applied is provided on each surface of the ionic conductor, and oxygen in the sample gas taken into the ionic conductor through the gas diffusion holes is ionized in the ionic conductor by the oxygen pumping action. In the oxygen sensor in which the oxygen concentration in the sample gas is measured from the current value using the oxygen ions as carriers, the electrode is placed above the electrode located on one side of the ion conductor. An electrode protective layer is provided to cover the entire surface, an airtight sealing layer is provided on the entire outer surface of the electrode protective layer, and a gap is provided between the electrode protective layer and the ionic conductor. Is made of a material having a smaller expansion coefficient than the ionic conductor,
The sealing layer is made of a material having an expansion coefficient similar to that of the ionic conductor.

【0010】[0010]

【作用】本発明の酸素センサでは、前記封止層をイオン
導電体と膨張係数が近似した材料とすることにより、該
封止層は前記イオン導電体に強固に接合される。また、
前記電極保護層をイオン導電体より膨張係数が小さな材
料とすることにより、該電極保護層は前記イオン導電体
に接合されずに前記封止層に接合される。したがって、
電極保護層とイオン導電体との間に僅かな空間部分が生
じ、この空間部分が空隙部としての機能を有することと
なる。
In the oxygen sensor of the present invention, the sealing layer is made of a material having an expansion coefficient similar to that of the ionic conductor, whereby the sealing layer is firmly bonded to the ionic conductor. Also,
When the electrode protection layer is made of a material having a smaller expansion coefficient than the ionic conductor, the electrode protection layer is bonded to the sealing layer without being bonded to the ionic conductor. Therefore,
A slight space is generated between the electrode protection layer and the ionic conductor, and this space has a function as a void.

【0011】この酸素センサは、イオン導電体より膨張
係数が小さな材料から構成される電極保護層が電極及び
空隙部を全体的に覆い、この電極保護層の外面全面にイ
オン導電体と膨張係数が近似した材料から構成される気
密性を有する封止層を設けることにより、この封止層が
前記イオン導電体の機械的強度を補強し、該イオン導電
体の機械的強度の低下及びイオン導電体内部の歪やマイ
クロクラックの発生を防止する。また、これら電極保護
層及び封止層が前記空隙部を高精度で所定の形状に保持
した状態で外部環境から良好に隔離する。したがって、
イオン電流特性のバラツキが小さくなる。
In this oxygen sensor, an electrode protective layer made of a material having a smaller expansion coefficient than that of the ionic conductor covers the electrodes and voids entirely, and the ionic conductor and the expansion coefficient are provided on the entire outer surface of the electrode protective layer. By providing an airtight sealing layer composed of an approximate material, the sealing layer reinforces the mechanical strength of the ionic conductor, and the mechanical strength of the ionic conductor is reduced and the ionic conductor is reduced. Prevents internal distortion and microcracks. Further, the electrode protective layer and the sealing layer satisfactorily separate the external space from the external environment while maintaining the void portion in a predetermined shape with high accuracy. Therefore,
Variations in ion current characteristics are reduced.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の酸素センサの一実施例につい
て図面に基づき説明する。図1は、本発明の酸素センサ
31を示す正断面図である。この酸素センサ31は、中
央部に上下に貫通する気体拡散孔32が形成された安定
化ジルコニア(例えば、ZrO2ー8mol%Y23
等からなる薄厚のイオン導電体33の各面33a,33
bに多孔質の白金の電極34,35がそれぞれ設けら
れ、この電極35の上部位置に当該電極35を全体的に
覆う電極保護層36が設けられ、該電極保護層36の外
面36a全面に気密性を有する封止層37が設けられ、
該封止層37の上面37aにはイオン導電体33を所定
の温度に加熱するためのヒーター38が一体に設けら
れ、前記電極保護層35とイオン導電体33との間には
空隙部39が形成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the oxygen sensor of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a front sectional view showing an oxygen sensor 31 of the present invention. The oxygen sensor 31 includes a stabilized zirconia (for example, ZrO 2 -8 mol% Y 2 O 3 ) in which a gas diffusion hole 32 that vertically penetrates is formed in a central portion.
Each surface 33a, 33 of the thin ion conductor 33 composed of
b is provided with porous platinum electrodes 34 and 35, respectively, and an electrode protection layer 36 that entirely covers the electrodes 35 is provided above the electrodes 35, and the entire outer surface 36a of the electrode protection layer 36 is airtight. A sealing layer 37 having a property is provided,
A heater 38 for heating the ionic conductor 33 to a predetermined temperature is integrally provided on the upper surface 37a of the sealing layer 37, and a space 39 is provided between the electrode protection layer 35 and the ionic conductor 33. Has been formed.

【0013】電極保護層36は、イオン導電体33より
膨張係数が小さな材料から構成されており、例えば、イ
オン導電体である安定化ジルコニア(線膨張係数:8×
10-6〜11.4×10-6/℃)より線膨張係数が小さ
な結晶化ガラス(線膨張係数:5×10-6〜5.5×1
-7/℃)が好適に用いられる。また、封止層37は、
イオン導電体33と膨張係数が近似し、かつ、電極保護
層36と組成が類似した材料から構成されており、例え
ば、上述した安定化ジルコニアに対して線膨張係数が近
似した結晶化ガラス(線膨張係数:8×10-6〜11×
10-6/℃)が好適に用いられる。
The electrode protection layer 36 is made of a material having a smaller expansion coefficient than the ionic conductor 33. For example, stabilized zirconia (linear expansion coefficient: 8 ×) which is an ionic conductor.
Crystallized glass having a linear expansion coefficient smaller than that of 10 −6 to 11.4 × 10 −6 / ° C. (coefficient of linear expansion: 5 × 10 −6 to 5.5 × 1)
(0 −7 / ° C.) is preferably used. The sealing layer 37 is
It is made of a material having a coefficient of expansion close to that of the ionic conductor 33 and a composition similar to that of the electrode protective layer 36. Expansion coefficient: 8 × 10 −6 to 11 ×
10 −6 / ° C.) is preferably used.

【0014】次に、この酸素センサ31の製造方法につ
いて図2に基づき説明する。まず、図2(a)に示すよ
うに、イオン導電体33の各面33a,33bに電極3
4,35を形成した後に、スクリーン印刷技術を用い
て、当該電極35を覆い前記イオン導電体33より線膨
張係数が小さな第1の結晶化ガラス層41、該第1の結
晶化ガラス層41を覆い前記イオン導電体33と線膨張
係数が近似した第2の結晶化ガラス層42を順次印刷
し、焼成用のペレット43とする。
Next, a method of manufacturing the oxygen sensor 31 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 2A, the electrodes 3 are formed on the surfaces 33 a and 33 b of the ionic conductor 33.
After forming 4, 35, the first crystallized glass layer 41 that covers the electrode 35 and has a smaller linear expansion coefficient than the ionic conductor 33 by screen printing, and the first crystallized glass layer 41. A second crystallized glass layer 42 having a linear expansion coefficient similar to that of the ionic conductor 33 is sequentially printed to form pellets 43 for firing.

【0015】次いで、図2(b)に示すように、この焼
成用のペレット43を、これら第1の結晶化ガラス層4
1及び第2の結晶化ガラス層42が溶融する温度(50
0〜900℃)以上の温度、例えば1000℃で焼成す
る。この場合、イオン導電体33と第2の結晶化ガラス
層42とは線膨張係数が近似しているために強固に接合
され、また、第1の結晶化ガラス層41と第2の結晶化
ガラス層42とは線膨張係数は異なるものの組成が類似
しているために強固に接合される。一方、イオン導電体
33と第1の結晶化ガラス層41とは線膨張係数及び組
成が異なるために接合されず、該第1の結晶化ガラス層
41は加熱により溶融するにしたがって第2の結晶化ガ
ラス層42側に移動し接合されることとなり、イオン導
電体33と第1の結晶化ガラス層41との間に形状が高
精度で制御される空隙部39が形成される。焼成終了
後、第1の結晶化ガラス層41は電極保護層36、第2
の結晶化ガラス層42は封止層37とされる。この焼成
されたペレット43にヒーター38、所定の電気回路等
を設け、酸素センサ31とする。
Then, as shown in FIG. 2 (b), the pellets 43 for firing are mixed with the first crystallized glass layer 4
The temperature at which the first and second crystallized glass layers 42 melt (50
Baking is performed at a temperature of 0 to 900 ° C. or higher, for example, 1000 ° C. In this case, the ionic conductor 33 and the second crystallized glass layer 42 are firmly bonded to each other because the linear expansion coefficients are close to each other, and the first crystallized glass layer 41 and the second crystallized glass layer 42 are also firmly bonded. The layer 42 has a different coefficient of linear expansion but has a similar composition, so that it is firmly bonded. On the other hand, the ionic conductor 33 and the first crystallized glass layer 41 are not joined because they have different linear expansion coefficients and compositions, and the first crystallized glass layer 41 is melted by heating to cause the second crystal. As a result of moving to the side of the crystallized glass layer 42 and joining, a space 39 whose shape is controlled with high precision is formed between the ionic conductor 33 and the first crystallized glass layer 41. After the firing is completed, the first crystallized glass layer 41 is formed into the electrode protective layer 36 and the second crystallized glass layer 41.
The crystallized glass layer 42 is used as the sealing layer 37. A heater 38, a predetermined electric circuit, and the like are provided on the fired pellet 43 to form the oxygen sensor 31.

【0016】この酸素センサ31においては、電極3
4,35間に所定の電圧を印加することにより、試料ガ
ス中の酸素は気体拡散孔32から空隙部39に侵入す
る。前記酸素は、酸素ポンピング作用により電極35の
表面で電子を吸収して酸素イオンに変わり該イオン導電
体33中を流れ、この酸素イオンをキャリアとする電流
値から、前記試料ガス中の酸素濃度が測定される。ここ
では、空隙部39はその形状が高精度で制御され、か
つ、外部環境から良好に隔離されているので、取り込ま
れる酸素量の変動が小さくなり、イオン電流特性のバラ
ツキも小さくなる。
In this oxygen sensor 31, the electrode 3
By applying a predetermined voltage between No. 4 and No. 35, oxygen in the sample gas enters the void 39 through the gas diffusion hole 32. The oxygen absorbs electrons on the surface of the electrode 35 by the oxygen pumping action and changes into oxygen ions to flow in the ionic conductor 33. From the current value using the oxygen ions as carriers, the oxygen concentration in the sample gas is To be measured. Here, since the shape of the void 39 is controlled with high accuracy and is well isolated from the external environment, the fluctuation of the amount of oxygen taken in is small and the variation of the ion current characteristics is also small.

【0017】図3は酸素センサ31の限界電流特性を示
す図である。この図は、該酸素センサ31を400℃に
加熱し、電極34,35間に印加される電圧の大きさを
変化させた場合に得られる電流の大きさをグラフ化した
ものであり、非常に良好な限界電流特性を示すことがわ
かる。
FIG. 3 is a diagram showing the limiting current characteristics of the oxygen sensor 31. This figure is a graph showing the magnitude of the electric current obtained when the oxygen sensor 31 is heated to 400 ° C. and the magnitude of the voltage applied between the electrodes 34 and 35 is changed. It can be seen that good limiting current characteristics are exhibited.

【0018】以上説明した様に、上記一実施例の酸素セ
ンサ31によれば、電極35の上部位置に電極保護層3
6を設け、該電極保護層36の外面36a全面に封止層
37を設け、電極保護層35とイオン導電体33との間
に空隙部39を形成し、電極保護層36はイオン導電体
33より膨張係数が小さな材料とし、封止層37はイオ
ン導電体33と膨張係数が近似しかつ電極保護層36と
組成が類似した材料としたので、この封止層37がイオ
ン導電体33の機械的強度を補強し、該イオン導電体3
3の機械的強度の低下及びイオン導電体33内部の歪や
マイクロクラックの発生を防止することができる。
As described above, according to the oxygen sensor 31 of the above-described embodiment, the electrode protection layer 3 is provided at the upper position of the electrode 35.
6, a sealing layer 37 is provided on the entire outer surface 36a of the electrode protection layer 36, and a gap 39 is formed between the electrode protection layer 35 and the ion conductor 33. The electrode protection layer 36 is the ion conductor 33. Since the material having a smaller expansion coefficient is used and the sealing layer 37 is made of a material having a coefficient of expansion similar to that of the ionic conductor 33 and a composition similar to that of the electrode protection layer 36, the sealing layer 37 serves as a mechanical member of the ionic conductor 33. The ionic conductor 3 by reinforcing the physical strength
It is possible to prevent deterioration of the mechanical strength of No. 3 and generation of strain and microcracks inside the ionic conductor 33.

【0019】また、電極保護層36及び封止層37が空
隙部39の形状を高精度で制御し、該空隙部39を外部
環境から良好に隔離することにより、取り込まれる酸素
量の変動を小さくすることができ、イオン電流特性のバ
ラツキを小さくすることができる。したがって、従来の
ように機械加工工程を高精度で制御する必要がなくな
り、製造工程を簡単化することができ、製造コストも低
減することができる。
Further, the electrode protection layer 36 and the sealing layer 37 control the shape of the voids 39 with high accuracy, and the voids 39 are well isolated from the external environment, so that the fluctuation of the amount of oxygen taken in is reduced. Therefore, it is possible to reduce variations in ion current characteristics. Therefore, it is not necessary to control the machining process with high precision as in the conventional case, the manufacturing process can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上詳細に説明した様に、本発明の酸素
センサによれば、前記イオン導電体の一方側に位置する
電極の上部位置に、当該電極を全体的に覆う電極保護層
を設け、該電極保護層の外面全面に気密性を有する封止
層を設け、前記電極保護層と前記イオン導電体との間に
空隙部を設け、前記電極保護層は前記イオン導電体より
膨張係数が小さな材料からなり、前記封止層は前記イオ
ン導電体と膨張係数が近似した材料からなることとした
ので、この封止層がイオン導電体の機械的強度を補強
し、該イオン導電体の機械的強度の低下及びイオン導電
体内部の歪やマイクロクラックの発生を防止することが
できる。
As described in detail above, according to the oxygen sensor of the present invention, an electrode protective layer that entirely covers the electrode is provided above the electrode located on one side of the ionic conductor. A sealing layer having airtightness is provided on the entire outer surface of the electrode protective layer, and a gap is provided between the electrode protective layer and the ionic conductor, and the electrode protective layer has a coefficient of expansion larger than that of the ionic conductor. Since the sealing layer is made of a small material and has a coefficient of expansion similar to that of the ionic conductor, the sealing layer reinforces the mechanical strength of the ionic conductor, and It is possible to prevent the reduction of the mechanical strength and the generation of strain and microcracks inside the ionic conductor.

【0021】また、電極保護層及び封止層が空隙部の形
状を高精度で制御し、該空隙部を外部環境から良好に隔
離することにより、取り込まれる酸素量の変動を小さく
することができ、イオン電流特性のバラツキを小さくす
ることができる。したがって、従来のように機械加工工
程を高精度で制御する必要がなくなり、製造工程を簡単
化することができ、製造コストも低減することができ
る。
Further, the electrode protective layer and the sealing layer control the shape of the void portion with high accuracy and well isolate the void portion from the external environment, whereby the fluctuation of the amount of oxygen taken in can be reduced. Therefore, variations in ion current characteristics can be reduced. Therefore, it is not necessary to control the machining process with high precision as in the conventional case, the manufacturing process can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の一実施例の酸素センサを示す正断面
図である。
FIG. 1 is a front sectional view showing an oxygen sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の一実施例の酸素センサの製造方法を
示す過程図である。
FIG. 2 is a process drawing showing a method for manufacturing an oxygen sensor according to an embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の一実施例の酸素センサの限界電流特
性を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a limiting current characteristic of an oxygen sensor according to an embodiment of the present invention.

【図4】 従来の酸素センサを示す正断面図である。FIG. 4 is a front sectional view showing a conventional oxygen sensor.

【図5】 従来の酸素センサを示す正断面図である。FIG. 5 is a front sectional view showing a conventional oxygen sensor.

【図6】 従来の酸素センサを示す正断面図である。FIG. 6 is a front sectional view showing a conventional oxygen sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31…酸素センサ、32…気体拡散孔、33…イオン導
電体、33a,33b…面、34,35…電極、36…
電極保護層、36a…外面、37…封止層、37a…上
面、38…ヒーター、39…空隙部、41…第1の結晶
化ガラス層、42…第2の結晶化ガラス層、43…焼成
用のペレット。
31 ... Oxygen sensor, 32 ... Gas diffusion hole, 33 ... Ion conductor, 33a, 33b ... Surface, 34, 35 ... Electrode, 36 ...
Electrode protection layer, 36a ... Outer surface, 37 ... Sealing layer, 37a ... Top surface, 38 ... Heater, 39 ... Void portion, 41 ... First crystallized glass layer, 42 ... Second crystallized glass layer, 43 ... Firing Pellets for.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 嘉則 東京都江東区木場一丁目5番1号 株式会 社フジクラ木場工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshinori Kato 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Kiba Factory Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオン導電体の各面に所定の電圧が印加
される電極を設け、 気体拡散孔を通じて前記イオン導電体中に取り込まれた
試料ガス中の酸素が酸素ポンピング作用により該イオン
導電体中をイオンとなって流れ、この酸素イオンをキャ
リアとする電流値から、前記試料ガス中の酸素濃度が測
定される酸素センサにおいて、 前記イオン導電体の一方側に位置する電極の上部位置
に、当該電極を全体的に覆う電極保護層を設け、該電極
保護層の外面全面に気密性を有する封止層を設け、前記
電極保護層と前記イオン導電体との間に空隙部を設け、 前記電極保護層は前記イオン導電体より膨張係数が小さ
な材料からなり、 前記封止層は前記イオン導電体と膨張係数が近似した材
料からなることを特徴とする酸素センサ。
1. An electrode to which a predetermined voltage is applied is provided on each surface of an ionic conductor, and oxygen in a sample gas taken into the ionic conductor through a gas diffusion hole is oxygen-pumping action to cause the ionic conductor to flow. Flowing as ions in the inside, from the current value using the oxygen ions as carriers, in the oxygen sensor in which the oxygen concentration in the sample gas is measured, in the upper position of the electrode located on one side of the ionic conductor, An electrode protective layer that entirely covers the electrode is provided, a sealing layer having airtightness is provided on the entire outer surface of the electrode protective layer, and a void is provided between the electrode protective layer and the ionic conductor, The oxygen sensor, wherein the electrode protective layer is made of a material having a smaller expansion coefficient than that of the ionic conductor, and the sealing layer is made of a material having a similar expansion coefficient to that of the ionic conductor.
JP4294627A 1992-11-02 1992-11-02 Oxygen sensor Pending JPH06148129A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4294627A JPH06148129A (en) 1992-11-02 1992-11-02 Oxygen sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4294627A JPH06148129A (en) 1992-11-02 1992-11-02 Oxygen sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06148129A true JPH06148129A (en) 1994-05-27

Family

ID=17810209

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4294627A Pending JPH06148129A (en) 1992-11-02 1992-11-02 Oxygen sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06148129A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5755940A (en) Lithium ionic conducting glass thin film and carbon dioxide sensor comprising the glass thin film
US4798693A (en) Method of manufacturing an electrochemical device
US7233226B2 (en) Method of producing a platinum temperature sensor
US4859307A (en) Electrochemical gas sensor, and method for manufacturing the same
JP3694377B2 (en) Oxygen sensor and air-fuel ratio detection method
US4902400A (en) Gas sensing element
EP0580206B1 (en) Wide-range oxygen sensor
US5288389A (en) Oxygen sensor with higher resistance to repeated thermal-shocks and shorter warm-up time
JP4646167B2 (en) Exhaust gas sensor
US20150355137A1 (en) Thermal shock resistant gas sensor element
KR100322981B1 (en) Insulation layer system for circuit electrical insulation
JPH0467912B2 (en)
US4808293A (en) Oxygen sensor and method of making such sensor
JP2002340854A (en) Sensor element
JPH06148129A (en) Oxygen sensor
JP2805811B2 (en) Combustion control sensor
JP2812524B2 (en) Oxygen sensor
KR980010415A (en) Air-fuel ratio sensor
JPH03142353A (en) Oxygen sensor
JPH05312768A (en) Oxigen sensor
JPH06148136A (en) Oxygen sensor
JPH06148137A (en) Oxygen sensor
JPH05240830A (en) Oxygen sensor
JP2002131278A (en) Sensor element
JP2643409B2 (en) Limit current type oxygen sensor