JPH06201644A - 限界電流式窒素酸化物センサ - Google Patents
限界電流式窒素酸化物センサInfo
- Publication number
- JPH06201644A JPH06201644A JP5001596A JP159693A JPH06201644A JP H06201644 A JPH06201644 A JP H06201644A JP 5001596 A JP5001596 A JP 5001596A JP 159693 A JP159693 A JP 159693A JP H06201644 A JPH06201644 A JP H06201644A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode film
- oxygen
- solid electrolyte
- limiting current
- nitrogen oxide
- 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.)
- Granted
Links
Abstract
(57)【要約】
【目的】 空気中の酸素と窒素酸化物の濃度を同時に測
定するセンサを提供する。 【構成】 対となる第１電極膜２ａ、２ｂおよび第２電
極膜３ａ、３ｂを両面に対で形成した酸素イオン伝導性
固体電解質板１と、固体電解質板１の片側に配置された
２個の螺旋型スペ−サ４ａ−１、４ａ−２と、２個の酸
素拡散孔６ａ−１、６ａ−２を内部に形成するためにシ
ール板５とで構成され、カソ−ド側第１電極膜２ａが貴
金属と銅系超伝導金属酸化物の混合物からなり、カソ−
ド側第１電極膜３ａが貴金属からなる。窒素酸化物は、
カソ−ド側第１電極膜２ａにおいて銅系超伝導金属酸化
物により吸着され、さらに貴金属と直流電圧により分解
して酸素イオンに変化し低印加電圧から窒素酸化物に関
する限界電流が得られる。一方貴金属からなるカソ−ド
側第２電極膜３ａにおいて酸素の限界電流が得られる。
従って、低い動作温度で窒素酸化物と酸素の濃度を同時
に測定できる。
定するセンサを提供する。 【構成】 対となる第１電極膜２ａ、２ｂおよび第２電
極膜３ａ、３ｂを両面に対で形成した酸素イオン伝導性
固体電解質板１と、固体電解質板１の片側に配置された
２個の螺旋型スペ−サ４ａ−１、４ａ−２と、２個の酸
素拡散孔６ａ−１、６ａ−２を内部に形成するためにシ
ール板５とで構成され、カソ−ド側第１電極膜２ａが貴
金属と銅系超伝導金属酸化物の混合物からなり、カソ−
ド側第１電極膜３ａが貴金属からなる。窒素酸化物は、
カソ−ド側第１電極膜２ａにおいて銅系超伝導金属酸化
物により吸着され、さらに貴金属と直流電圧により分解
して酸素イオンに変化し低印加電圧から窒素酸化物に関
する限界電流が得られる。一方貴金属からなるカソ−ド
側第２電極膜３ａにおいて酸素の限界電流が得られる。
従って、低い動作温度で窒素酸化物と酸素の濃度を同時
に測定できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気中の窒素酸化物と
酸素の濃度を同時に計測する限界電流式窒素酸化物セン
サに関するものである
酸素の濃度を同時に計測する限界電流式窒素酸化物セン
サに関するものである
【０００２】
【従来の技術】空気中の酸素濃度を計測できる従来の限
界電流式センサの断面斜視図を図５に示す。１は酸素イ
オン伝導性固体電解質板であり、対となる白金電極膜３
ａと３ｂ（記載せず）が両面に対で形成されている。こ
の固体電解質板１の片側上部にカソード側電極膜３ａを
囲み、始端と終端がお互いに間隔を有するように配置さ
れた螺旋型スペーサ４が配置されている。そして螺旋型
スペーサ４の上部にシール板５を配置して、酸素拡散孔
６が螺旋型スペーサ４の相対向する隔壁と固体電解質板
１とシール板５で囲まれる螺旋型の空間で形成されてい
る。一方、シール板５の上部には加熱部７が配置されセ
ンサ素子を加熱している。電極膜３ａと３ｂはリード線
（記載せず）により直流電圧源（記載せず）と接続され
ており、直流電圧が印加されている。酸素は酸素拡散孔
６を経由してカソード側電極膜３ａへ拡散し、電場によ
り低電圧でも簡単に酸素イオンに変化し酸素イオン伝導
性固体電解質板をアノード電極膜３ｂに向かって移動
し、アノード電極膜３ｂで電子を奪われて再び酸素にな
り空気中に拡散する挙動を示す。一方、窒素酸化物も酸
素拡散孔６を経由してカソード側電極膜３ａへ拡散し、
直流電圧により高電圧側で電気分解して酸素と窒素に分
解する。そして生成物の酸素はさらに酸素イオンに変化
し酸素イオン伝導性固体電解質板１をアノード電極膜３
ｂに向かって移動し、アノード電極膜３ｂで電子を奪わ
れて再び酸素になり空気中に拡散する挙動を示す。
界電流式センサの断面斜視図を図５に示す。１は酸素イ
オン伝導性固体電解質板であり、対となる白金電極膜３
ａと３ｂ（記載せず）が両面に対で形成されている。こ
の固体電解質板１の片側上部にカソード側電極膜３ａを
囲み、始端と終端がお互いに間隔を有するように配置さ
れた螺旋型スペーサ４が配置されている。そして螺旋型
スペーサ４の上部にシール板５を配置して、酸素拡散孔
６が螺旋型スペーサ４の相対向する隔壁と固体電解質板
１とシール板５で囲まれる螺旋型の空間で形成されてい
る。一方、シール板５の上部には加熱部７が配置されセ
ンサ素子を加熱している。電極膜３ａと３ｂはリード線
（記載せず）により直流電圧源（記載せず）と接続され
ており、直流電圧が印加されている。酸素は酸素拡散孔
６を経由してカソード側電極膜３ａへ拡散し、電場によ
り低電圧でも簡単に酸素イオンに変化し酸素イオン伝導
性固体電解質板をアノード電極膜３ｂに向かって移動
し、アノード電極膜３ｂで電子を奪われて再び酸素にな
り空気中に拡散する挙動を示す。一方、窒素酸化物も酸
素拡散孔６を経由してカソード側電極膜３ａへ拡散し、
直流電圧により高電圧側で電気分解して酸素と窒素に分
解する。そして生成物の酸素はさらに酸素イオンに変化
し酸素イオン伝導性固体電解質板１をアノード電極膜３
ｂに向かって移動し、アノード電極膜３ｂで電子を奪わ
れて再び酸素になり空気中に拡散する挙動を示す。
【０００３】また、銅系超伝導金属酸化物は、電気抵抗
が非常に小さいとともに窒素酸化物を選択的に吸着する
ことが最近知られつつある。
が非常に小さいとともに窒素酸化物を選択的に吸着する
ことが最近知られつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図６に、動作温度４５
０℃での従来構成の白金電極におけるヘリウム中の各ガ
ス濃度における電圧電流特性を示す。一酸化窒素（Ｎ
Ｏ）や二酸化窒素（ＮＯ2）は、０．５Ｖ前後から分解
を開始して２．０Ｖ前後から限界電流が得られ始め、さ
らに２．２Ｖ前後になると電子伝導の影響で限界電流が
得られない。この窒素酸化物の分解電流は、窒素酸化物
が電気分解することで発生する電流が小さいため限界電
流が高電圧側で得られることとなるが、あまり高電圧に
なると電子伝導が顕著になるため限界電流が得られなく
なる弊害がある。そのため動作温度が低いと平坦な限界
電流が得られにくく一酸化窒素の濃度が正確に測定でき
ない。そこでこのことを回避して明確な限界電流を得て
一酸化窒素の濃度を正確に測定するためにセンサの動作
温度を上昇させているが、このことはセンサの寿命を短
くする課題がある。
０℃での従来構成の白金電極におけるヘリウム中の各ガ
ス濃度における電圧電流特性を示す。一酸化窒素（Ｎ
Ｏ）や二酸化窒素（ＮＯ2）は、０．５Ｖ前後から分解
を開始して２．０Ｖ前後から限界電流が得られ始め、さ
らに２．２Ｖ前後になると電子伝導の影響で限界電流が
得られない。この窒素酸化物の分解電流は、窒素酸化物
が電気分解することで発生する電流が小さいため限界電
流が高電圧側で得られることとなるが、あまり高電圧に
なると電子伝導が顕著になるため限界電流が得られなく
なる弊害がある。そのため動作温度が低いと平坦な限界
電流が得られにくく一酸化窒素の濃度が正確に測定でき
ない。そこでこのことを回避して明確な限界電流を得て
一酸化窒素の濃度を正確に測定するためにセンサの動作
温度を上昇させているが、このことはセンサの寿命を短
くする課題がある。
【０００５】本発明はかかる従来の問題点を解消するも
ので、センサの動作温度を上昇させることなく低い動作
温度で窒素酸化物の濃度を正確に測定するものである。
ので、センサの動作温度を上昇させることなく低い動作
温度で窒素酸化物の濃度を正確に測定するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の限界電流式窒素酸化物センサは、対となる第
１電極膜および第２電極膜を両面に２対形成した酸素イ
オン伝導性固体電解質板と、前記固体電解質板の片側の
２個のカソード電極膜を各々囲み始端と終端がお互いに
間隔を有するように配置された２個の螺旋型スペーサ
と、前記螺旋型スペーサの相対向する隔壁と前記固体電
解質板とで囲まれる第１酸素拡散孔および第２酸素拡散
孔を内部に形成するために前記螺旋型スペーサの上部に
配置したシール板とで構成され、前記第１電極膜のカソ
ード電極膜が貴金属と銅系超伝導金属酸化物の混合物か
らなり前記第２電極膜のカソード電極膜が貴金属からな
る構成とした。
に本発明の限界電流式窒素酸化物センサは、対となる第
１電極膜および第２電極膜を両面に２対形成した酸素イ
オン伝導性固体電解質板と、前記固体電解質板の片側の
２個のカソード電極膜を各々囲み始端と終端がお互いに
間隔を有するように配置された２個の螺旋型スペーサ
と、前記螺旋型スペーサの相対向する隔壁と前記固体電
解質板とで囲まれる第１酸素拡散孔および第２酸素拡散
孔を内部に形成するために前記螺旋型スペーサの上部に
配置したシール板とで構成され、前記第１電極膜のカソ
ード電極膜が貴金属と銅系超伝導金属酸化物の混合物か
らなり前記第２電極膜のカソード電極膜が貴金属からな
る構成とした。
【０００７】また、両面に対となる第１電極膜を形成し
た第１酸素イオン伝導性固体電解質板と、前記固体電解
質板の片側の電極膜を囲み始端と終端がお互いに間隔を
有するように配置された螺旋型スペーサと、前記螺旋型
スペーサの上部に配置されており両面に対となる第２電
極膜を形成した第２酸素イオン伝導性固体電解質板とで
構成され、前記第１電極膜のカソード電極膜が貴金属と
銅系超伝導金属酸化物の混合物からなり、前記第２電極
膜のカソード電極膜が貴金属からなる構成とした。
た第１酸素イオン伝導性固体電解質板と、前記固体電解
質板の片側の電極膜を囲み始端と終端がお互いに間隔を
有するように配置された螺旋型スペーサと、前記螺旋型
スペーサの上部に配置されており両面に対となる第２電
極膜を形成した第２酸素イオン伝導性固体電解質板とで
構成され、前記第１電極膜のカソード電極膜が貴金属と
銅系超伝導金属酸化物の混合物からなり、前記第２電極
膜のカソード電極膜が貴金属からなる構成とした。
【０００８】
【作用】上記構成により、窒素酸化物は第１酸素拡散孔
を経由して、貴金属と銅系超伝導金属酸化物の混合物か
らなるカソード側第１電極膜へ拡散する。そしてカソー
ド側第１電極膜において銅系超伝導金属酸化物により吸
着され、さらに貴金属と直流電圧により簡単に分解して
酸素イオンに変化し酸素イオン伝導性固体電解質板をア
ノード電極膜に向かって移動する。そのため、第１酸素
拡散孔において低印加電圧から窒素酸化物に関する限界
電流が得られる。一方、第２酸素拡散孔においては貴金
属からなる第２電極膜において酸素の限界電流が得られ
る。従って、センサの動作温度を上昇させることなく低
い動作温度で一酸化窒素と酸素の濃度を２つの電極を用
いて同時に正確に測定できる。
を経由して、貴金属と銅系超伝導金属酸化物の混合物か
らなるカソード側第１電極膜へ拡散する。そしてカソー
ド側第１電極膜において銅系超伝導金属酸化物により吸
着され、さらに貴金属と直流電圧により簡単に分解して
酸素イオンに変化し酸素イオン伝導性固体電解質板をア
ノード電極膜に向かって移動する。そのため、第１酸素
拡散孔において低印加電圧から窒素酸化物に関する限界
電流が得られる。一方、第２酸素拡散孔においては貴金
属からなる第２電極膜において酸素の限界電流が得られ
る。従って、センサの動作温度を上昇させることなく低
い動作温度で一酸化窒素と酸素の濃度を２つの電極を用
いて同時に正確に測定できる。
【０００９】また上記構成により、窒素酸化物は酸素拡
散孔を経由して、貴金属と銅系超伝導金属酸化物の混合
物からなるカソード側第１電極膜へ拡散する。そしてカ
ソード側第１電極膜において銅系超伝導金属酸化物によ
り吸着され、さらに貴金属と直流電圧により簡単に分解
して酸素イオンに変化し酸素イオン伝導性固体電解質板
をアノード電極膜に向かて移動する。そのため、第１電
極膜において低印加電圧から窒素酸化物に関する限界電
流が得られる。一方、貴金属からなる第２電極膜におい
て酸素の限界電流が得られる。従って、センサの動作温
度を上昇させることなく低い動作温度で一酸化窒素と酸
素の濃度を２つの電極を用いて同時に正確に測定でき
る。
散孔を経由して、貴金属と銅系超伝導金属酸化物の混合
物からなるカソード側第１電極膜へ拡散する。そしてカ
ソード側第１電極膜において銅系超伝導金属酸化物によ
り吸着され、さらに貴金属と直流電圧により簡単に分解
して酸素イオンに変化し酸素イオン伝導性固体電解質板
をアノード電極膜に向かて移動する。そのため、第１電
極膜において低印加電圧から窒素酸化物に関する限界電
流が得られる。一方、貴金属からなる第２電極膜におい
て酸素の限界電流が得られる。従って、センサの動作温
度を上昇させることなく低い動作温度で一酸化窒素と酸
素の濃度を２つの電極を用いて同時に正確に測定でき
る。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。
明する。
【００１１】図１は、発明の第１の実施例である限界電
流式窒素酸化物センサの断面斜視図である。図１におい
て、１は酸素イオン伝導性固体電解質板であり、対とな
る第１電極膜２ａと２ｂ（記載せず）および第２電極膜
３ａと３ｂ（記載せず）が両面に２対形成されている。
この固体電解質板１の片側上部にカソード側第１電極膜
２ａおよびカソード側第２電極膜３ａを各々囲み、始端
と終端がお互いに間隔を有するように配置された第１螺
旋型スペーサ４ａ−１および第２螺旋型スペーサ４ａ−
２が配置されている。そして螺旋型スペーサ４ａ−１、
４ａ−２の上部にシール板５を配置した。そのため、第
１酸素拡散孔６ａ−１および第２酸素拡散孔６ａ−２が
螺旋型スペーサ４ａ−１、４ａ−２の相対向する隔壁と
固体電解質板１とシール板５で囲まれる螺旋型の空間で
形成されている。一方、シール板５の上部には加熱部７
が配置されセンサ素子を加熱している。カソード側第１
電極膜２ａは貴金属と銅系超伝導金属酸化物の混合物か
らなり、カソード側第２電極膜３ａは貴金属からなる。
流式窒素酸化物センサの断面斜視図である。図１におい
て、１は酸素イオン伝導性固体電解質板であり、対とな
る第１電極膜２ａと２ｂ（記載せず）および第２電極膜
３ａと３ｂ（記載せず）が両面に２対形成されている。
この固体電解質板１の片側上部にカソード側第１電極膜
２ａおよびカソード側第２電極膜３ａを各々囲み、始端
と終端がお互いに間隔を有するように配置された第１螺
旋型スペーサ４ａ−１および第２螺旋型スペーサ４ａ−
２が配置されている。そして螺旋型スペーサ４ａ−１、
４ａ−２の上部にシール板５を配置した。そのため、第
１酸素拡散孔６ａ−１および第２酸素拡散孔６ａ−２が
螺旋型スペーサ４ａ−１、４ａ−２の相対向する隔壁と
固体電解質板１とシール板５で囲まれる螺旋型の空間で
形成されている。一方、シール板５の上部には加熱部７
が配置されセンサ素子を加熱している。カソード側第１
電極膜２ａは貴金属と銅系超伝導金属酸化物の混合物か
らなり、カソード側第２電極膜３ａは貴金属からなる。
【００１２】次に具体的実験例にもとづいて説明する。
図１の限界電流式窒素酸化物センサにおいて固体電解質
板１としてＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3（Ｙ2Ｏ3８mol％添加）、第
１電極膜２ａ、２ｂとして白金とＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7系超
伝導金属酸化物の混合物、第２電極膜３ａ、３ｂとして
白金、螺旋型スペーサ４ａ−１、４ａ−２として硝子
（熱膨脹係数はＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3と概略同一であり、所
定粒径の耐熱性粒子を微量含有）、シール板５としてフ
ォルステライト、加熱部７として白金ヒータを用いた。
製法について説明する。まず白金とＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7系
超伝導金属酸化物を３：１の重量比で混合し、酸化銅系
硝子フリットや有機溶剤を添加して第１電極膜２ａ、２
ｂのペーストを試作した。次に、第１電極膜２ａ、２ｂ
および第２電極膜３ａ、３ｂを固体電解質板１の上に、
さらに螺旋型スペーサ４ａ−１、４ａ−２を固体電解質
板１の上に厚膜印刷技術および焼成技術を用いて形成し
た。一方、シール板５の上には加熱部７を厚膜印刷技術
および焼成技術を用いて形成した。次に、固体電解質板
１上の螺旋型スペーサ４ａ−１、４ａ−２とシール板５
とを積層し加熱溶融することで酸素拡散孔６ａ−１、６
ａ−２を形成した。そしてリード線（記載せず）を取り
つけて完成である。完成品素子の寸法は１２×１２×
０．９mmである。
図１の限界電流式窒素酸化物センサにおいて固体電解質
板１としてＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3（Ｙ2Ｏ3８mol％添加）、第
１電極膜２ａ、２ｂとして白金とＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7系超
伝導金属酸化物の混合物、第２電極膜３ａ、３ｂとして
白金、螺旋型スペーサ４ａ−１、４ａ−２として硝子
（熱膨脹係数はＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3と概略同一であり、所
定粒径の耐熱性粒子を微量含有）、シール板５としてフ
ォルステライト、加熱部７として白金ヒータを用いた。
製法について説明する。まず白金とＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7系
超伝導金属酸化物を３：１の重量比で混合し、酸化銅系
硝子フリットや有機溶剤を添加して第１電極膜２ａ、２
ｂのペーストを試作した。次に、第１電極膜２ａ、２ｂ
および第２電極膜３ａ、３ｂを固体電解質板１の上に、
さらに螺旋型スペーサ４ａ−１、４ａ−２を固体電解質
板１の上に厚膜印刷技術および焼成技術を用いて形成し
た。一方、シール板５の上には加熱部７を厚膜印刷技術
および焼成技術を用いて形成した。次に、固体電解質板
１上の螺旋型スペーサ４ａ−１、４ａ−２とシール板５
とを積層し加熱溶融することで酸素拡散孔６ａ−１、６
ａ−２を形成した。そしてリード線（記載せず）を取り
つけて完成である。完成品素子の寸法は１２×１２×
０．９mmである。
【００１３】図２に、動作温度４５０℃での酸素２．５
％と二酸化窒素（ＮＯ2）５．０％における電圧電流特
性を示す。白金とＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7系超伝導金属酸化物
（略称でＹＢＣ吸着材）の混合物からなるカソード側第
１電極膜２ａを有する酸素拡散孔６ａ−１（第１酸素拡
散孔）は、二酸化窒素の限界電流が１．５Ｖ〜２．２５
Ｖ前後で得られている。一方、白金からなるカソード側
第２電極膜３ａを有する酸素拡散孔６ａ−２（第２酸素
拡散孔）は、酸素の限界電流が０．７５Ｖ〜１．２５Ｖ
前後で得られ、この２つの限界電流から酸素と二酸化窒
素の計測が可能となった。また、この実施例において二
酸化窒素の限界電流が１．５Ｖ〜２．２５Ｖ前後で得ら
れることは、従来の白金電極における２．０Ｖ〜２．２
５Ｖに比較して低電圧側にシフトしており、ＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏ7系超伝導金属酸化物の吸着効果によりものであ
る。
％と二酸化窒素（ＮＯ2）５．０％における電圧電流特
性を示す。白金とＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7系超伝導金属酸化物
（略称でＹＢＣ吸着材）の混合物からなるカソード側第
１電極膜２ａを有する酸素拡散孔６ａ−１（第１酸素拡
散孔）は、二酸化窒素の限界電流が１．５Ｖ〜２．２５
Ｖ前後で得られている。一方、白金からなるカソード側
第２電極膜３ａを有する酸素拡散孔６ａ−２（第２酸素
拡散孔）は、酸素の限界電流が０．７５Ｖ〜１．２５Ｖ
前後で得られ、この２つの限界電流から酸素と二酸化窒
素の計測が可能となった。また、この実施例において二
酸化窒素の限界電流が１．５Ｖ〜２．２５Ｖ前後で得ら
れることは、従来の白金電極における２．０Ｖ〜２．２
５Ｖに比較して低電圧側にシフトしており、ＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏ7系超伝導金属酸化物の吸着効果によりものであ
る。
【００１４】なお、第１電極膜における２．２５Ｖ以上
の電流挙動は電子伝導のため、第２電極膜における１．
２５Ｖ以上の電流挙動は二酸化窒素の分解電流のためで
あり、これら影響のため限界電流が得られなかった。
の電流挙動は電子伝導のため、第２電極膜における１．
２５Ｖ以上の電流挙動は二酸化窒素の分解電流のためで
あり、これら影響のため限界電流が得られなかった。
【００１５】また、白金とＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7伝導金属酸
化物との混合比であるが、ＰｔをＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7に対
して９９〜０．１倍の範囲で混合しても効果が得られ
た。この混合割合は、Ｐｔが多いと酸素の吸着特性に優
れ、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7が多いと窒素酸化物の吸着特性に
優れることの相関で決められると推定される。
化物との混合比であるが、ＰｔをＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7に対
して９９〜０．１倍の範囲で混合しても効果が得られ
た。この混合割合は、Ｐｔが多いと酸素の吸着特性に優
れ、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7が多いと窒素酸化物の吸着特性に
優れることの相関で決められると推定される。
【００１６】図３は、本発明の第２の実施例である限界
電流式窒素酸化物センサの断面斜視図である。図３にお
いて、１ａ−１は第１の酸素イオン伝導性固体電解質板
であり、対となる第１電極膜２ａと２ｂ（記載せず）が
形成されている。この第１固体電解質板１ａ−１の片側
上部にカソード側第１電極膜２ａを囲み、始端と終端が
お互いに間隔を有するように配置された螺旋型スペーサ
４が配置されている。一方、１ａ−２は第２酸素イオン
伝導性固体電解質板であり、対となる第２電極膜３ａ
（記載せず）と３ｂが形成されている。そして螺旋型ス
ペーサ４の上部に第２の酸素イオン伝導性固体電解質板
１ａ−２を配置し、酸素拡散孔６が螺旋型スペーサ４の
相対向する隔壁と第１固体電解質板１ａ−１と第２固体
電解質板１ａ−２で囲まれる螺旋型の空間で形成されて
いる。そのため、第１電極膜２ａ、２ｂと第２電極膜３
ａ、３ｂで１個の酸素拡散孔６を共有している。第１カ
ソード側電極膜２ａは貴金属と銅系超伝導金属酸化物の
混合物からなり、第２カソード側電極膜３ａは貴金属か
らなる。
電流式窒素酸化物センサの断面斜視図である。図３にお
いて、１ａ−１は第１の酸素イオン伝導性固体電解質板
であり、対となる第１電極膜２ａと２ｂ（記載せず）が
形成されている。この第１固体電解質板１ａ−１の片側
上部にカソード側第１電極膜２ａを囲み、始端と終端が
お互いに間隔を有するように配置された螺旋型スペーサ
４が配置されている。一方、１ａ−２は第２酸素イオン
伝導性固体電解質板であり、対となる第２電極膜３ａ
（記載せず）と３ｂが形成されている。そして螺旋型ス
ペーサ４の上部に第２の酸素イオン伝導性固体電解質板
１ａ−２を配置し、酸素拡散孔６が螺旋型スペーサ４の
相対向する隔壁と第１固体電解質板１ａ−１と第２固体
電解質板１ａ−２で囲まれる螺旋型の空間で形成されて
いる。そのため、第１電極膜２ａ、２ｂと第２電極膜３
ａ、３ｂで１個の酸素拡散孔６を共有している。第１カ
ソード側電極膜２ａは貴金属と銅系超伝導金属酸化物の
混合物からなり、第２カソード側電極膜３ａは貴金属か
らなる。
【００１７】次に具体的実験例にもとづいて説明する。
図３の限界電流式窒素酸化物センサにおいて固体電解質
板１ａ−１および１ａ−２としてＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3（Ｙ2
Ｏ3８mol％添加）、第１電極膜２ａ、２ｂとして白金と
ＧａＢａ2Ｃｕ3Ｏ7系超伝導金属酸化物の混合物、第２
電極膜３ａ、３ｂとして白金、螺旋型スペーサ４として
硝子（熱膨脹係数はＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3と概略同一であ
り、所定粒径の耐熱性粒子を微量含有）を用いた。製法
について説明する。まず白金とＧａＢａ2Ｃｕ3Ｏ 7系超
伝導金属酸化物を３：１の重量比で混合し、酸化銅系硝
子フリットや有機溶剤を添加して第１電極膜２ａ、２ｂ
のペーストを試作した。次に、電極膜２ａ、２ｂを第１
固体電解質板１ａ−１の上に、第２電極膜３ａ、３ｂを
第２固体電解質板１ａ−２の上に厚膜印刷技術および焼
成技術を用いて各々形成した。さらに螺旋型スペーサ４
を第１固体電解質板１ａ−１の上に厚膜印刷技術および
焼成技術を用いて形成した。最後に第１固体電解質板１
ａ−１の上に第２固体電解質板１ａ−２とを積層し加熱
溶融することで酸素拡散孔６を形成した。そしてリード
線（記載せず）を取りつけて完成である。完成品素子の
寸法は１２×１２×０．９mmである。
図３の限界電流式窒素酸化物センサにおいて固体電解質
板１ａ−１および１ａ−２としてＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3（Ｙ2
Ｏ3８mol％添加）、第１電極膜２ａ、２ｂとして白金と
ＧａＢａ2Ｃｕ3Ｏ7系超伝導金属酸化物の混合物、第２
電極膜３ａ、３ｂとして白金、螺旋型スペーサ４として
硝子（熱膨脹係数はＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3と概略同一であ
り、所定粒径の耐熱性粒子を微量含有）を用いた。製法
について説明する。まず白金とＧａＢａ2Ｃｕ3Ｏ 7系超
伝導金属酸化物を３：１の重量比で混合し、酸化銅系硝
子フリットや有機溶剤を添加して第１電極膜２ａ、２ｂ
のペーストを試作した。次に、電極膜２ａ、２ｂを第１
固体電解質板１ａ−１の上に、第２電極膜３ａ、３ｂを
第２固体電解質板１ａ−２の上に厚膜印刷技術および焼
成技術を用いて各々形成した。さらに螺旋型スペーサ４
を第１固体電解質板１ａ−１の上に厚膜印刷技術および
焼成技術を用いて形成した。最後に第１固体電解質板１
ａ−１の上に第２固体電解質板１ａ−２とを積層し加熱
溶融することで酸素拡散孔６を形成した。そしてリード
線（記載せず）を取りつけて完成である。完成品素子の
寸法は１２×１２×０．９mmである。
【００１８】図４に、動作温度４５０℃での酸素２．５
％と二酸化窒素（ＮＯ2 ）５．０％における電圧電流特
性を示す。白金とＧａＢａ2Ｃｕ3Ｏ7系超伝導金属酸化
物（略称でＧＢＣ吸着材）の混合物からなるカソ−ド側
第１電極膜２ａは、二酸化窒素の限界電流が１．５Ｖ〜
２．２５Ｖ前後で得られている。一方、白金からなるカ
ソ−ド側第２電極膜３ａは、酸素の限界電流が０．７５
Ｖ〜１．２５Ｖ前後で得られ、この２つの限界電流から
酸素と二酸化窒素の計測が可能となった。また、この実
施例において二酸化窒素の限界電流が１．５Ｖ〜２．２
５Ｖ前後で得られることは、従来の白金電極における
２．０Ｖ〜２．２５Ｖに比較して低電圧側にシフトして
おり、ＧａＢａ2Ｃｕ3Ｏ7系超伝導金属酸化物の吸着効
果によりものである。
％と二酸化窒素（ＮＯ2 ）５．０％における電圧電流特
性を示す。白金とＧａＢａ2Ｃｕ3Ｏ7系超伝導金属酸化
物（略称でＧＢＣ吸着材）の混合物からなるカソ−ド側
第１電極膜２ａは、二酸化窒素の限界電流が１．５Ｖ〜
２．２５Ｖ前後で得られている。一方、白金からなるカ
ソ−ド側第２電極膜３ａは、酸素の限界電流が０．７５
Ｖ〜１．２５Ｖ前後で得られ、この２つの限界電流から
酸素と二酸化窒素の計測が可能となった。また、この実
施例において二酸化窒素の限界電流が１．５Ｖ〜２．２
５Ｖ前後で得られることは、従来の白金電極における
２．０Ｖ〜２．２５Ｖに比較して低電圧側にシフトして
おり、ＧａＢａ2Ｃｕ3Ｏ7系超伝導金属酸化物の吸着効
果によりものである。
【００１９】なお、第１電極膜における２．２５Ｖ以上
の電流挙動は電子伝導のため、第２電極膜における１．
２５Ｖ以上の電流挙動は二酸化窒素の分解電流のためで
あり、これら影響のため限界電流が得られなかった。
の電流挙動は電子伝導のため、第２電極膜における１．
２５Ｖ以上の電流挙動は二酸化窒素の分解電流のためで
あり、これら影響のため限界電流が得られなかった。
【００２０】また、白金とＧａＢａ2Ｃｕ3Ｏ7系超伝導
金属酸化物との混合比であるが、ＰｔをＧａＢａ2Ｃｕ3
Ｏ7に対して９９〜０．１倍の範囲で混合しても効果が
得られた。この割合は、Ｐｔが多いと酸素の吸着特性に
優れ、ＧａＢａ2Ｃｕ3Ｏ7多いと窒素酸化物の吸着特性
に優れることの相関で決められると推定される。
金属酸化物との混合比であるが、ＰｔをＧａＢａ2Ｃｕ3
Ｏ7に対して９９〜０．１倍の範囲で混合しても効果が
得られた。この割合は、Ｐｔが多いと酸素の吸着特性に
優れ、ＧａＢａ2Ｃｕ3Ｏ7多いと窒素酸化物の吸着特性
に優れることの相関で決められると推定される。
【００２１】銅系超伝導金属酸化物として、ＹＢａ2Ｃ
ｕ3Ｏ7およびＧａＢａ2Ｃｕ3Ｏ7以外にＢａ2ＣｕＯ3.5
やＬａＣｕＯ4、ＢｉｚＣａＳｒ2Ｃｕ2Ｏ10、Ｔｌ2Ｃａ
ＢａＣｕ2Ｏ9、ＢａＣｕ3Ｏ5、ＹａＢａＣｕＯ5、Ｂａ
Ｃｕ3Ｏ5も検討したが同様な効果が得られ、低電圧側か
ら二酸化窒素の限界電流が観察された。また、白金との
混合割合も白金を銅系超伝導金属酸化物に対して９９〜
０．１倍の範囲で混合すると良好な特性が得られた。
ｕ3Ｏ7およびＧａＢａ2Ｃｕ3Ｏ7以外にＢａ2ＣｕＯ3.5
やＬａＣｕＯ4、ＢｉｚＣａＳｒ2Ｃｕ2Ｏ10、Ｔｌ2Ｃａ
ＢａＣｕ2Ｏ9、ＢａＣｕ3Ｏ5、ＹａＢａＣｕＯ5、Ｂａ
Ｃｕ3Ｏ5も検討したが同様な効果が得られ、低電圧側か
ら二酸化窒素の限界電流が観察された。また、白金との
混合割合も白金を銅系超伝導金属酸化物に対して９９〜
０．１倍の範囲で混合すると良好な特性が得られた。
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明の限界電流式窒素酸
化物センサによれば、次の効果が得られる。
化物センサによれば、次の効果が得られる。
【００２３】（１）対となる第１電極膜および第２電極
膜を両面に２対形成した酸素イオン伝導性固体電解質板
と、固体電解質板の片側の２個のカソ−ド電極膜を各々
囲み始端と終端がお互いに間隔を有するように配置され
た２個の螺旋型スペ−サと、螺旋型スペーサの相対向す
る隔壁と固体電解質板とで囲まれる第１酸素拡散孔およ
び第２酸素拡散孔を内部に形成するために螺旋型スペー
サの上部に配置したシール板とで構成され、第１電極膜
のカソ−ド電極膜が貴金属と銅系超伝導金属酸化物の混
合物からなり、第２電極膜のカソ−ド電極膜が貴金属か
らなる。窒素酸化物は第１酸素拡散孔を経由して拡散
し、カソ−ド側第１電極膜において銅系超伝導金属酸化
物により吸着され、さらに貴金属と直流電圧により分解
して酸素イオンに変化し、酸素イオン伝導性固体電解質
板をアノ−ド電極膜に向かって移動する。そのため、第
１酸素拡散孔において低印加電圧から窒素酸化物に関す
る限界電流が得られる。一方、第２酸素拡散孔において
は貴金属からなる第２電極膜において酸素の限界電流が
得られる。従って、センサの動作温度を上昇させること
なく低い動作温度で一酸化窒素と酸素の濃度を同時に測
定できる。
膜を両面に２対形成した酸素イオン伝導性固体電解質板
と、固体電解質板の片側の２個のカソ−ド電極膜を各々
囲み始端と終端がお互いに間隔を有するように配置され
た２個の螺旋型スペ−サと、螺旋型スペーサの相対向す
る隔壁と固体電解質板とで囲まれる第１酸素拡散孔およ
び第２酸素拡散孔を内部に形成するために螺旋型スペー
サの上部に配置したシール板とで構成され、第１電極膜
のカソ−ド電極膜が貴金属と銅系超伝導金属酸化物の混
合物からなり、第２電極膜のカソ−ド電極膜が貴金属か
らなる。窒素酸化物は第１酸素拡散孔を経由して拡散
し、カソ−ド側第１電極膜において銅系超伝導金属酸化
物により吸着され、さらに貴金属と直流電圧により分解
して酸素イオンに変化し、酸素イオン伝導性固体電解質
板をアノ−ド電極膜に向かって移動する。そのため、第
１酸素拡散孔において低印加電圧から窒素酸化物に関す
る限界電流が得られる。一方、第２酸素拡散孔において
は貴金属からなる第２電極膜において酸素の限界電流が
得られる。従って、センサの動作温度を上昇させること
なく低い動作温度で一酸化窒素と酸素の濃度を同時に測
定できる。
【００２４】（２）両面に対となる第１電極膜を形成し
た第１酸素イオン伝導性固体電解質板と、固体電解質板
の片側の電極膜を囲み始端と終端がお互いに間隔を有す
るように配置された螺旋型スペーサと、螺旋型スペーサ
の上部に配置されており両面に対となる第２電極膜を形
成した第２酸素イオン伝導性固体電解質板とで構成さ
れ、第１電極膜のカソ−ド電極膜が貴金属と銅系超伝導
金属酸化物の混合物からなり第２電極膜のカソ−ド電極
膜が貴金属からなる。窒素酸化物は酸素拡散孔を経由し
て拡散しカソ−ド側第１電極膜において銅系超伝導金属
酸化物により吸着され、さらに貴金属と直流電圧により
分解して酸素イオンに変化し酸素イオン伝導性固体電解
質板をアノ−ド電極膜に向かて移動する。そのため、第
１電極膜において低印加電圧から窒素酸化物に関する限
界電流が得られる。一方、貴金属からなる第２電極膜に
おいては酸素の限界電流が得られる。従って、センサの
動作温度を上昇させることなく低い動作温度で一酸化窒
素と酸素の濃度を同時に正確に測定できる。
た第１酸素イオン伝導性固体電解質板と、固体電解質板
の片側の電極膜を囲み始端と終端がお互いに間隔を有す
るように配置された螺旋型スペーサと、螺旋型スペーサ
の上部に配置されており両面に対となる第２電極膜を形
成した第２酸素イオン伝導性固体電解質板とで構成さ
れ、第１電極膜のカソ−ド電極膜が貴金属と銅系超伝導
金属酸化物の混合物からなり第２電極膜のカソ−ド電極
膜が貴金属からなる。窒素酸化物は酸素拡散孔を経由し
て拡散しカソ−ド側第１電極膜において銅系超伝導金属
酸化物により吸着され、さらに貴金属と直流電圧により
分解して酸素イオンに変化し酸素イオン伝導性固体電解
質板をアノ−ド電極膜に向かて移動する。そのため、第
１電極膜において低印加電圧から窒素酸化物に関する限
界電流が得られる。一方、貴金属からなる第２電極膜に
おいては酸素の限界電流が得られる。従って、センサの
動作温度を上昇させることなく低い動作温度で一酸化窒
素と酸素の濃度を同時に正確に測定できる。
【図１】本発明の第１の実施例である限界電流式窒素酸
化物センサの断面斜視図
化物センサの断面斜視図
【図２】図１の限界電流式窒素酸化物センサの効果特性
図
図
【図３】本発明の第２の実施例である限界電流式窒素酸
化物センサの断面斜視図
化物センサの断面斜視図
【図４】図３の限界電流式窒素酸化物センサの効果特性
図
図
【図５】従来の限界電流式窒素酸化物センサの断面斜視
図
図
【図６】従来の限界電流式窒素酸化物センサの効果特性
図
図
１ 酸素イオン伝導性固体電解質板 １ａ−１ 第１酸素イオン伝導性固体電解質板 １ａ−２ 第２酸素イオン伝導性固体電解質板 ２ａ カソ−ド側第１電極膜 ３ａ カソ−ド側第２電極膜 ３ｂ アノ−ド側第２電極膜 ４ 螺旋型スペーサ ４ａ−１ 第１螺旋型スペーサ ４ａ−２ 第２螺旋型スペーサ ５ シール板 ６ 酸素拡散孔 ６ａ−１ 第１酸素拡散孔 ６ａ−２ 第２酸素拡散孔
フロントページの続き (72)発明者 梅田 孝裕 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 黄地 謙三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】対となる第１電極膜および第２電極膜を両
面に２対形成した酸素イオン伝導性固体電解質板と、前
記固体電解質板の片側の２個のカソード電極膜を各々囲
み始端と終端がお互いに間隔を有するように配置された
２個の螺旋型スペーサと、前記螺旋型スペーサの相対向
する隔壁と前記固体電解質板とで囲まれる第１酸素拡散
孔および第２酸素拡散孔を内部に形成するために前記螺
旋型スペーサの上部に配置したシール板とで構成され、
前記第１電極膜のカソード電極膜が貴金属と銅系超伝導
金属酸化物の混合物からなり、前記第２電極膜のカソー
ド電極膜が貴金属からなる限界電流式窒素酸化物セン
サ。 - 【請求項２】両面に対となる第１電極膜を形成した第１
酸素イオン伝導性固体電解質板と、前記固体電解質板の
片側の電極膜を囲み始端と終端がお互いに間隔を有する
ように配置された螺旋型スペーサと、前記螺旋型スペー
サの上部に配置されており両面に対となる第２電極膜を
形成した第２酸素イオン伝導性固体電解質板とで構成さ
れ、前記第１電極膜のカソード電極膜が貴金属と銅系超
伝導金属酸化物の混合物からなり、前記第２電極膜のカ
ソード電極膜が貴金属からなる限界電流式窒素酸化物セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5001596A JP2936933B2 (ja) | 1993-01-08 | 1993-01-08 | 限界電流式窒素酸化物センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5001596A JP2936933B2 (ja) | 1993-01-08 | 1993-01-08 | 限界電流式窒素酸化物センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06201644A true JPH06201644A (ja) | 1994-07-22 |
| JP2936933B2 JP2936933B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=11505888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5001596A Expired - Fee Related JP2936933B2 (ja) | 1993-01-08 | 1993-01-08 | 限界電流式窒素酸化物センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2936933B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002122567A (ja) * | 2000-09-29 | 2002-04-26 | Robert Bosch Gmbh | ガス混合気におけるガス成分の濃度を検出するためのセンサ素子およびその方法 |
| JP2003503734A (ja) * | 1999-07-02 | 2003-01-28 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 電気化学的ガスセンサ及びガス成分の特定法 |
-
1993
- 1993-01-08 JP JP5001596A patent/JP2936933B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003503734A (ja) * | 1999-07-02 | 2003-01-28 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 電気化学的ガスセンサ及びガス成分の特定法 |
| JP2002122567A (ja) * | 2000-09-29 | 2002-04-26 | Robert Bosch Gmbh | ガス混合気におけるガス成分の濃度を検出するためのセンサ素子およびその方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2936933B2 (ja) | 1999-08-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3314426B2 (ja) | 酸素センサ | |
| US5516410A (en) | Planar sensor element having a solid electrolyte substrate | |
| KR890001983B1 (ko) | 산소농도센서 | |
| CN1050667C (zh) | 在一种气体混合物中测量某种气体浓度的方法和用于测量气体浓度的一种电化学传感器 | |
| JPS634660B2 (ja) | ||
| JPS59163558A (ja) | 電気化学的装置 | |
| JPH06201644A (ja) | 限界電流式窒素酸化物センサ | |
| JP2003322634A (ja) | ＮＯｘ分解電極及びＮＯｘ濃度測定装置 | |
| JPS5965758A (ja) | 電気化学的装置 | |
| JPH0829387A (ja) | 電気化学素子及び窒素酸化物濃度測定装置 | |
| JP3067439B2 (ja) | 限界電流式窒素酸化物センサ | |
| JP2993340B2 (ja) | ガスセンサ | |
| JPH1062380A (ja) | ２つの測定領域を有する酸素分圧測定用センサ | |
| JPH03120456A (ja) | 酸素センサ | |
| JP2918990B2 (ja) | ガスセンサ | |
| JP3124472B2 (ja) | 電気化学素子とこれを用いた電気化学装置、処理装置 | |
| JPH06160344A (ja) | 電気化学素子 | |
| JP2003149195A (ja) | ガスセンサ | |
| JPH06148115A (ja) | ガスセンサー | |
| JPH03274452A (ja) | 電界効果トランジスタ型酸素センサ | |
| JPS57137848A (en) | Oxygen concentration measuring element | |
| JPH05332985A (ja) | 酸素センサのセンサエレメントとその製造方法 | |
| JPH1123518A (ja) | 一酸化炭素ガス検知素子 | |
| JP2643409B2 (ja) | 限界電流式酸素センサ | |
| JP3256618B2 (ja) | 固体電解質型ガスセンサ素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |