JPH06160348A - Ｃｏ２センサ - Google Patents
Ｃｏ２センサInfo
- Publication number
- JPH06160348A JPH06160348A JP4131943A JP13194392A JPH06160348A JP H06160348 A JPH06160348 A JP H06160348A JP 4131943 A JP4131943 A JP 4131943A JP 13194392 A JP13194392 A JP 13194392A JP H06160348 A JPH06160348 A JP H06160348A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- reference electrode
- sensor
- solid electrolyte
- porous
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- Pending
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体電解質上にＣＯ2検知素子とヒータを形
成したセンサにおいて基準電極上の絶縁膜を多孔質化す
ることによりセンサ出力を安定化させる。 【構成】 固体電解質２上に検知電極１、基準電極３を
形成し、さらに基準電極上に多孔質絶縁層８を形成しさ
らにヒータ４を形成したＣＯ2センサ。
成したセンサにおいて基準電極上の絶縁膜を多孔質化す
ることによりセンサ出力を安定化させる。 【構成】 固体電解質２上に検知電極１、基準電極３を
形成し、さらに基準電極上に多孔質絶縁層８を形成しさ
らにヒータ４を形成したＣＯ2センサ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質を用いた気
相中のＣＯ2濃度を測定するためのＣＯ2センサに関す
る。本発明のＣＯ2センサは、環境制御、医療、農畜
産、発酵工業プロセスを始めとする多数の分野のＣＯ2
濃度測定及び濃度制御に使用することができる。
相中のＣＯ2濃度を測定するためのＣＯ2センサに関す
る。本発明のＣＯ2センサは、環境制御、医療、農畜
産、発酵工業プロセスを始めとする多数の分野のＣＯ2
濃度測定及び濃度制御に使用することができる。
【０００２】
【従来の技術】気相中のＣＯ2濃度を測定する手段とし
て、従来から隔膜式ガラス電極法、非分散赤外吸収法
（ＮＤＩＲ）など種々の方式のＣＯ2ガスセンサが開
発、使用されている。しかしながら、その多くが応答速
度、信頼性など種々の問題を抱えている。これらの問題
を解決すべく、図３に示すような固体電解質を用いたＣ
Ｏ2センサが種々提案されている。従来のＣＯ2センサ
は、たとえばＮＡＳＩＣＯＮ、β−アルミナ、その他Ｎ
ａイオン導電性を有した固体電解質２、気相中のＣＯ2
と解離平衡をなすＮａ2ＣＯ3を含んでいる検知電極１、
基準電極３、及び平面状のヒータ板１２により構成さ
れ、平面上ヒータにより２００℃〜８００℃に保たれて
いる。
て、従来から隔膜式ガラス電極法、非分散赤外吸収法
（ＮＤＩＲ）など種々の方式のＣＯ2ガスセンサが開
発、使用されている。しかしながら、その多くが応答速
度、信頼性など種々の問題を抱えている。これらの問題
を解決すべく、図３に示すような固体電解質を用いたＣ
Ｏ2センサが種々提案されている。従来のＣＯ2センサ
は、たとえばＮＡＳＩＣＯＮ、β−アルミナ、その他Ｎ
ａイオン導電性を有した固体電解質２、気相中のＣＯ2
と解離平衡をなすＮａ2ＣＯ3を含んでいる検知電極１、
基準電極３、及び平面状のヒータ板１２により構成さ
れ、平面上ヒータにより２００℃〜８００℃に保たれて
いる。
【０００３】図３の場合、センサ素子部はヒータ板１２
の上に設けられ、シール材１１によって密閉された構造
となっている。固体電解質と金属炭酸塩より構成される
ＣＯ2センサは、これまで多く提言されてきており、こ
れらのセンサの出力Ｅは数式１で表される。
の上に設けられ、シール材１１によって密閉された構造
となっている。固体電解質と金属炭酸塩より構成される
ＣＯ2センサは、これまで多く提言されてきており、こ
れらのセンサの出力Ｅは数式１で表される。
【数１】 しかし、この式で表すことができるのは、基準電極、検
知電極の酸素濃度が等しい場合である。両電極の酸素濃
度が異なる場合、検知電極の酸素濃度をＯ2 1基準電極の
酸素濃度をＯ2 2とするとセンサ出力Ｅ’は数式２で表さ
れる。
知電極の酸素濃度が等しい場合である。両電極の酸素濃
度が異なる場合、検知電極の酸素濃度をＯ2 1基準電極の
酸素濃度をＯ2 2とするとセンサ出力Ｅ’は数式２で表さ
れる。
【数２】 両電極の酸素濃度がそれぞれ一定となっていればセンサ
出力は安定するが、基準電極が外気より閉されている場
合基準電極の酸素は徐々に消費され酸素濃度は変化して
しまうため、センサ出力Ｅ’は経時変化を伴うことにな
る。さらに酸素が消費されれば気相中のＣＯ2とＮａ2Ｃ
Ｏ3との平衡反応は円滑には進まなくなり感度自体も減
少してしまうことになる。したがって基準電極も気相に
接していなければならない。
出力は安定するが、基準電極が外気より閉されている場
合基準電極の酸素は徐々に消費され酸素濃度は変化して
しまうため、センサ出力Ｅ’は経時変化を伴うことにな
る。さらに酸素が消費されれば気相中のＣＯ2とＮａ2Ｃ
Ｏ3との平衡反応は円滑には進まなくなり感度自体も減
少してしまうことになる。したがって基準電極も気相に
接していなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように基準電極３
は気相に接していなければならないが、図３の従来セン
サの例のように基準電極３は密閉されてしまっているた
め、本センサの作動原理である気相中のＣＯ2とＮａ2Ｃ
Ｏ3との平衡反応が円滑に進まず、長期にわたって安定
な出力を得ることは困難である。上記の事柄が本発明が
解決しようとする課題である。
は気相に接していなければならないが、図３の従来セン
サの例のように基準電極３は密閉されてしまっているた
め、本センサの作動原理である気相中のＣＯ2とＮａ2Ｃ
Ｏ3との平衡反応が円滑に進まず、長期にわたって安定
な出力を得ることは困難である。上記の事柄が本発明が
解決しようとする課題である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ため基準電極面を覆うように設けられているヒータを多
孔質化したＣＯ2センサを発明した。
ため基準電極面を覆うように設けられているヒータを多
孔質化したＣＯ2センサを発明した。
【０００６】
【作用】上記の構成により基準電極は気相中にさらされ
ることとなり、本センサの作動原理である気相中のＣＯ
2とＮａ2ＣＯ3との平衡反応が円滑に進み、長期間にわ
たり安定した出力を得ることが期待される。
ることとなり、本センサの作動原理である気相中のＣＯ
2とＮａ2ＣＯ3との平衡反応が円滑に進み、長期間にわ
たり安定した出力を得ることが期待される。
【０００７】
【実施例】図１、図２に本発明の実施例を示す。
【０００８】〈実施例１〉図１は本発明のＣＯ2センサ
の断面図である。固体電解質２は導電種がアルカリ金属
イオン又はアルカリ土類金属イオンの内いずれでもよ
く、Ｎａイオン導電性固体電解質の場合、ＮＡＳＩＣＯ
Ｎ、β−アルミナが一般的であるが、ＮａＡｌＳｉ3Ｏ
10、ＮａＡｌＳｉ4Ｏ10などＮａイオン導電率があまり
高くなくても固体電解質として使用できる。本発明の実
施例にはＮＡＳＩＣＯＮの薄板（５mm×５mm×０．２５
mm）を使用する。基準電極３は、このＮＡＳＩＣＯＮ薄
板の片面に市販の金ペーストを印刷し９００℃、１０分
間焼成されている。なお、基準電極材は白金でもよく、
形成方法も蒸着法、スパッタ法などを用いてもよい。多
孔質絶縁層はアルミナを主成分とするペーストを９００
℃、１時間焼成されている。その他の形成方法としてＣ
ＶＤ法、スパッタ法、プラズマ溶射法などを用いても良
い。ヒータ４は白金を用いスパッタ法により形成されて
いるが、蒸着法、メッキ法、ペースト焼付法などの方法
も可能であり、素材としては白金以外にロジウム、白金
−ロジウム合金、ニッケル−クロム合金なども使用でき
る。検知電極１はＮａ2ＣＯ3を含む金ペーストが印刷、
焼付けられている。
の断面図である。固体電解質２は導電種がアルカリ金属
イオン又はアルカリ土類金属イオンの内いずれでもよ
く、Ｎａイオン導電性固体電解質の場合、ＮＡＳＩＣＯ
Ｎ、β−アルミナが一般的であるが、ＮａＡｌＳｉ3Ｏ
10、ＮａＡｌＳｉ4Ｏ10などＮａイオン導電率があまり
高くなくても固体電解質として使用できる。本発明の実
施例にはＮＡＳＩＣＯＮの薄板（５mm×５mm×０．２５
mm）を使用する。基準電極３は、このＮＡＳＩＣＯＮ薄
板の片面に市販の金ペーストを印刷し９００℃、１０分
間焼成されている。なお、基準電極材は白金でもよく、
形成方法も蒸着法、スパッタ法などを用いてもよい。多
孔質絶縁層はアルミナを主成分とするペーストを９００
℃、１時間焼成されている。その他の形成方法としてＣ
ＶＤ法、スパッタ法、プラズマ溶射法などを用いても良
い。ヒータ４は白金を用いスパッタ法により形成されて
いるが、蒸着法、メッキ法、ペースト焼付法などの方法
も可能であり、素材としては白金以外にロジウム、白金
−ロジウム合金、ニッケル−クロム合金なども使用でき
る。検知電極１はＮａ2ＣＯ3を含む金ペーストが印刷、
焼付けられている。
【０００９】〈実施例２〉図２は本発明の他の例の断面
図である。多孔質のヒータの上に基準電極、固体電解質
薄膜、検知電極の順に成膜された構造となっている。本
実施例では多孔質アルミナ板上に白金をスパッタ法にて
ヒータを形成しているが、その他の方法として、多孔質
フォルステライト、多孔質ムライトのようなセラミック
板の片面に、白金−ロジウム合金、ニッケル−クロム合
金などを蒸着法、スパッタ法、メッキ法、塗布焼付法な
どで形成しても良い。基準電極は白金をスパッタ法にて
形成している。電極材料は金でも良く、形成方法も蒸着
法でも良い。さらに塗布焼付法により厚膜として形成し
ても良い。固体電解質の素材として例えばＮａイオン導
電性固体電解質を使用する場合、ＮＡＳＩＣＯＮ、β−
アルミナ、ＮａＡｌＳｉ4Ｏ10、ＮａＡｌ2Ｓｉ3Ｏ10な
どが使用できる。Ｌｉイオン導電性固体電解質の場合、
ＬＩＳＩＣＯＮ、Ｌｉ3.6Ｓｉ0.6Ｐ0.4Ｏ4など使用でき
る。本実施例ではＬｉイオン導電性固体電解質であるＬ
ｉ3.6Ｓｉ0.6Ｐ0.4Ｏ4をスパッタ法にて形成している。
他の形成方法として蒸着法を用いても良い。検知電極は
白金をスパッタ法にて格子状に形成し、さらにその上に
Ｌｉ2ＣＯ3膜をスパッタ法にて成膜し、形成しているが
蒸着法、塗布焼付法を用いても良く、検知電極材料とし
ては白金の他に金でも良い。また、検知電極は電極材料
と炭酸塩を混合したペーストを用いた塗布焼付法により
電極材料とＬｉ2ＣＯ3も一体とした厚膜として形成して
も良い。
図である。多孔質のヒータの上に基準電極、固体電解質
薄膜、検知電極の順に成膜された構造となっている。本
実施例では多孔質アルミナ板上に白金をスパッタ法にて
ヒータを形成しているが、その他の方法として、多孔質
フォルステライト、多孔質ムライトのようなセラミック
板の片面に、白金−ロジウム合金、ニッケル−クロム合
金などを蒸着法、スパッタ法、メッキ法、塗布焼付法な
どで形成しても良い。基準電極は白金をスパッタ法にて
形成している。電極材料は金でも良く、形成方法も蒸着
法でも良い。さらに塗布焼付法により厚膜として形成し
ても良い。固体電解質の素材として例えばＮａイオン導
電性固体電解質を使用する場合、ＮＡＳＩＣＯＮ、β−
アルミナ、ＮａＡｌＳｉ4Ｏ10、ＮａＡｌ2Ｓｉ3Ｏ10な
どが使用できる。Ｌｉイオン導電性固体電解質の場合、
ＬＩＳＩＣＯＮ、Ｌｉ3.6Ｓｉ0.6Ｐ0.4Ｏ4など使用でき
る。本実施例ではＬｉイオン導電性固体電解質であるＬ
ｉ3.6Ｓｉ0.6Ｐ0.4Ｏ4をスパッタ法にて形成している。
他の形成方法として蒸着法を用いても良い。検知電極は
白金をスパッタ法にて格子状に形成し、さらにその上に
Ｌｉ2ＣＯ3膜をスパッタ法にて成膜し、形成しているが
蒸着法、塗布焼付法を用いても良く、検知電極材料とし
ては白金の他に金でも良い。また、検知電極は電極材料
と炭酸塩を混合したペーストを用いた塗布焼付法により
電極材料とＬｉ2ＣＯ3も一体とした厚膜として形成して
も良い。
【００１０】
【発明の効果】以上実施例１、２のようにして製作され
たＣＯ2センサは基準電極、検知電極共に気相と接して
いるため両電極の酸素濃度は等しく、本センサの基本原
理である平衡反応は円滑に進むため安定な出力が得ら
れ、出力経時変化、感度劣化も低減される。
たＣＯ2センサは基準電極、検知電極共に気相と接して
いるため両電極の酸素濃度は等しく、本センサの基本原
理である平衡反応は円滑に進むため安定な出力が得ら
れ、出力経時変化、感度劣化も低減される。
【００１１】
【図１】本発明の実施例１の断面図である。
【図２】本発明の実施例２の断面図である。
【図３】従来のＣＯ2センサの断面図である。
１ 検知電極 ２ 固体電解質 ３ 基準電極 ４ ヒータ ５ 信号取り出し線 ６ ヒータリード線 ７ センサ素子部 ８ 多孔質絶縁層 ９ 固体電解質薄膜 １０ 多孔質ヒータ板 １１ シール材 １２ ヒータ板
Claims (2)
- 【請求項１】 固体電解質の基準極面を含む一面もしく
は複数の面に絶縁層を設け、その上にヒータを形成して
いるＣＯ2センサにおいて、絶縁層を多孔質化すること
を特徴とするＣＯ2センサ。 - 【請求項２】 ヒータ板上に基準電極、固体電解質薄膜
もしくは厚膜、検知電極を積層した構造のＣＯ2センサ
において、ヒータ板を多孔質化することを特徴とするＣ
Ｏ2センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4131943A JPH06160348A (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | Ｃｏ２センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4131943A JPH06160348A (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | Ｃｏ２センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06160348A true JPH06160348A (ja) | 1994-06-07 |
Family
ID=15069840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4131943A Pending JPH06160348A (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | Ｃｏ２センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06160348A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995034515A1 (en) * | 1994-06-13 | 1995-12-21 | Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. | Lithium ion-conductive glass film and thin carbon dioxide gas sensor using the same film |
-
1992
- 1992-04-23 JP JP4131943A patent/JPH06160348A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995034515A1 (en) * | 1994-06-13 | 1995-12-21 | Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. | Lithium ion-conductive glass film and thin carbon dioxide gas sensor using the same film |
| US5755940A (en) * | 1994-06-13 | 1998-05-26 | Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. | Lithium ionic conducting glass thin film and carbon dioxide sensor comprising the glass thin film |
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