JPH06247768A - 酸素検出器 - Google Patents
酸素検出器Info
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- JPH06247768A JPH06247768A JP5031681A JP3168193A JPH06247768A JP H06247768 A JPH06247768 A JP H06247768A JP 5031681 A JP5031681 A JP 5031681A JP 3168193 A JP3168193 A JP 3168193A JP H06247768 A JPH06247768 A JP H06247768A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、ＹＳＺ系複合酸化物以外のより比
抵抗の小さい固体電解質を用いることにより、従来の温
度領域ではより優れた特性を示し、さらに使用温度領域
を低温側に拡張して広い温度範囲において使用可能な酸
素検出器を提供することを目的とする。 【構成】 本発明の酸素検出器は、酸素イオン伝導性固
体電解質として（１−ｘ−ｙ）ＺｒＯ２−ｘＳｃ２Ｏ３
−ｙＡｌ２Ｏ３（０．０７≦ｘ＋ｙ≦０．１３かつ０．
００５≦ｙ≦０．０２）なる組成を有する酸素イオン導
伝体を用いることを特徴とする。
抵抗の小さい固体電解質を用いることにより、従来の温
度領域ではより優れた特性を示し、さらに使用温度領域
を低温側に拡張して広い温度範囲において使用可能な酸
素検出器を提供することを目的とする。 【構成】 本発明の酸素検出器は、酸素イオン伝導性固
体電解質として（１−ｘ−ｙ）ＺｒＯ２−ｘＳｃ２Ｏ３
−ｙＡｌ２Ｏ３（０．０７≦ｘ＋ｙ≦０．１３かつ０．
００５≦ｙ≦０．０２）なる組成を有する酸素イオン導
伝体を用いることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体電解質を用いる酸素
検出器に関し、さらに詳しくは固体電解質を用いた酸素
ポンプを利用した限界電流型酸素検出器および固体電解
質を用いた酸素濃度差電池を利用したガス中の酸素濃度
検出器に関するものである。
検出器に関し、さらに詳しくは固体電解質を用いた酸素
ポンプを利用した限界電流型酸素検出器および固体電解
質を用いた酸素濃度差電池を利用したガス中の酸素濃度
検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ガス中の酸素濃度検出は、固体電
解質型酸素ポンプ素子の片面の電極を陰極とし、その陰
極面にガスの拡散孔を設け、検出ガス中の酸素を拡散現
象により固体電解質に導入し、所定の印加電圧を印加す
ることにより流れる電流値を測定して検出ガス中酸素濃
度を検出する限界電流型酸素検出器が提案されている。
限界電流型酸素検出器は、比較的高濃度の酸素を検出す
る目的に適している。このような酸素検出器では、固体
電解質として、ＺｒＯ2に７〜９ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3を固溶
した完全安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を使用しており、
作動温度としては４５０〜１０００℃である。そのた
め、高温雰囲気での酸素濃度検出に限定するか、作動温
度以下で使用するための加熱装置を必要とする。
解質型酸素ポンプ素子の片面の電極を陰極とし、その陰
極面にガスの拡散孔を設け、検出ガス中の酸素を拡散現
象により固体電解質に導入し、所定の印加電圧を印加す
ることにより流れる電流値を測定して検出ガス中酸素濃
度を検出する限界電流型酸素検出器が提案されている。
限界電流型酸素検出器は、比較的高濃度の酸素を検出す
る目的に適している。このような酸素検出器では、固体
電解質として、ＺｒＯ2に７〜９ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3を固溶
した完全安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を使用しており、
作動温度としては４５０〜１０００℃である。そのた
め、高温雰囲気での酸素濃度検出に限定するか、作動温
度以下で使用するための加熱装置を必要とする。
【０００３】一方、比較的低濃度の酸素濃度の検出につ
いては、固体電解質の両面に電極を設け一方の電極側を
標準となるガス（一般的には空気）にして酸素濃淡電池
を構成して、その起電力を測定して検出ガス中酸素濃度
を検出する平衡電位型酸素検出器が提案されている。限
界電流型酸素検出器と同様に、このような酸素検出器で
は、固体電解質として、ＺｒＯ2に７〜９ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ
3を固溶した完全安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を使用し
ており、作動温度としては４５０〜１０００℃である。
そのため、高温雰囲気での酸素濃度検出に限定するか、
作動温度以下で使用するための加熱装置を必要とする。
いては、固体電解質の両面に電極を設け一方の電極側を
標準となるガス（一般的には空気）にして酸素濃淡電池
を構成して、その起電力を測定して検出ガス中酸素濃度
を検出する平衡電位型酸素検出器が提案されている。限
界電流型酸素検出器と同様に、このような酸素検出器で
は、固体電解質として、ＺｒＯ2に７〜９ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ
3を固溶した完全安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を使用し
ており、作動温度としては４５０〜１０００℃である。
そのため、高温雰囲気での酸素濃度検出に限定するか、
作動温度以下で使用するための加熱装置を必要とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述の特徴を有する固
体電解質型酸素検出器は、固体電解質としてイットリア
安定化ジルコニア系の複合酸化物（ＹＳＺ）が用いられ
ていた。固体電解質に要求される特性としては、その比
抵抗（Ω・ｃｍ）が小さいこと、電子伝導性がないこと
が上げられる。しかしながら、現在用いられているＹＳ
Ｚではその比抵抗が大きいために限られた温度範囲（４
５０〜１０００℃）でしか、用いることができない。
体電解質型酸素検出器は、固体電解質としてイットリア
安定化ジルコニア系の複合酸化物（ＹＳＺ）が用いられ
ていた。固体電解質に要求される特性としては、その比
抵抗（Ω・ｃｍ）が小さいこと、電子伝導性がないこと
が上げられる。しかしながら、現在用いられているＹＳ
Ｚではその比抵抗が大きいために限られた温度範囲（４
５０〜１０００℃）でしか、用いることができない。
【０００５】本発明の目的は上述した欠点を解決するた
めに、ＹＳＺ系複合酸化物と比較し、より比抵抗の小さ
い固体電解質を用いることにより、従来の温度領域では
より優れた特性を示し、さらに使用温度領域を低温側に
拡張して広い温度範囲において使用可能な酸素検出器を
提供することにある。
めに、ＹＳＺ系複合酸化物と比較し、より比抵抗の小さ
い固体電解質を用いることにより、従来の温度領域では
より優れた特性を示し、さらに使用温度領域を低温側に
拡張して広い温度範囲において使用可能な酸素検出器を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は酸素イオン伝導
性固体電解質を用いた酸素検出器において、酸素イオン
伝導性固体電解質としてＺｒＯ2−Ｓｃ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3
系立方晶安定化ジルコニアを用いた広い温度範囲におい
て使用可能な酸素検出器である。
性固体電解質を用いた酸素検出器において、酸素イオン
伝導性固体電解質としてＺｒＯ2−Ｓｃ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3
系立方晶安定化ジルコニアを用いた広い温度範囲におい
て使用可能な酸素検出器である。
【０００７】即ち、本発明における限界電流型酸素検出
器は、平板状の酸素イオン導伝体である固体電解質の両
面に電極を設け、その片面に微細孔を有するアルミナ平
板を設けた酸素検出器と、これらの両電極間に電圧を印
加すべく構成した電源と、両電極間に流れる電流を測定
する電流計を具備するとともに、前記固体電解質をＺｒ
Ｏ2−Ｓｃ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3系立方晶安定化ジルコニアと
したものである。
器は、平板状の酸素イオン導伝体である固体電解質の両
面に電極を設け、その片面に微細孔を有するアルミナ平
板を設けた酸素検出器と、これらの両電極間に電圧を印
加すべく構成した電源と、両電極間に流れる電流を測定
する電流計を具備するとともに、前記固体電解質をＺｒ
Ｏ2−Ｓｃ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3系立方晶安定化ジルコニアと
したものである。
【０００８】同様に、本発明における平衡電位型酸素検
出器は、平板状の酸素イオン導伝体である固体電解質の
両面に電極を設け、その片面に標準ガスを導入する構造
を有する酸素検出器と、これらの電極間の電位差を測定
する電圧計を具備するとともに、前記固体電解質をＺｒ
Ｏ2−Ｓｃ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3系立方晶安定化ジルコニアと
したものである。
出器は、平板状の酸素イオン導伝体である固体電解質の
両面に電極を設け、その片面に標準ガスを導入する構造
を有する酸素検出器と、これらの電極間の電位差を測定
する電圧計を具備するとともに、前記固体電解質をＺｒ
Ｏ2−Ｓｃ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3系立方晶安定化ジルコニアと
したものである。
【０００９】
【作用】本発明はＺｒＯ2−Ｙ2Ｏ3系酸素イオン導伝体
よりも更に高いイオン伝導度を有するジルコニア系の材
料の探索を行い。その結果、ドーパントのイオン半径が
Ｚｒ4+に近いＳｃ3+を用いたとき、高いイオン伝導度が
現われることに注目しＺｒＯ2−Ｓｃ2Ｏ3の材料を探索
した。しかし、この材料系はイオン伝導度の高い８〜１
３ｍｏｌ％付近で菱面体相が安定になり、６５０℃付近
で立方晶に構造相転移を起こし熱膨張率の相違に基づ
き、熱サイクルによる破壊を引き起こし材料として使用
できない。そこで、本発明ではかかる相転移を防止する
ために特定の第２ドーパントを加えて立方晶を室温まで
安定化した高いイオン伝導性を有する材料を用いた（特
願平４−３３４５０７号）。すなわちＺｒＯ2−Ｓｃ2Ｏ
3−Ａｌ2Ｏ3系立方晶安定化ジルコニアにおいては、８
００℃で１×１０-1Ｓ／ｃｍ程度のイオン伝導度が実現
できるが、この値は従来材料のＹＳＺの１０００℃での
値に匹敵するものである。
よりも更に高いイオン伝導度を有するジルコニア系の材
料の探索を行い。その結果、ドーパントのイオン半径が
Ｚｒ4+に近いＳｃ3+を用いたとき、高いイオン伝導度が
現われることに注目しＺｒＯ2−Ｓｃ2Ｏ3の材料を探索
した。しかし、この材料系はイオン伝導度の高い８〜１
３ｍｏｌ％付近で菱面体相が安定になり、６５０℃付近
で立方晶に構造相転移を起こし熱膨張率の相違に基づ
き、熱サイクルによる破壊を引き起こし材料として使用
できない。そこで、本発明ではかかる相転移を防止する
ために特定の第２ドーパントを加えて立方晶を室温まで
安定化した高いイオン伝導性を有する材料を用いた（特
願平４−３３４５０７号）。すなわちＺｒＯ2−Ｓｃ2Ｏ
3−Ａｌ2Ｏ3系立方晶安定化ジルコニアにおいては、８
００℃で１×１０-1Ｓ／ｃｍ程度のイオン伝導度が実現
できるが、この値は従来材料のＹＳＺの１０００℃での
値に匹敵するものである。
【００１０】ここで、本発明では、酸素イオン伝導性固
体電解質（１−ｘ−ｙ）ＺｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3−ｙＡｌ2
Ｏ3の添加量を０．０７≦ｘ＋ｙ≦０．１３かつ０．０
０５≦ｙ≦０．０２とする。かかる限定された範囲にお
ける添加量とすれば、相変態がなく、より一層高いイオ
ン伝導度を有する導伝体が得られる。
体電解質（１−ｘ−ｙ）ＺｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3−ｙＡｌ2
Ｏ3の添加量を０．０７≦ｘ＋ｙ≦０．１３かつ０．０
０５≦ｙ≦０．０２とする。かかる限定された範囲にお
ける添加量とすれば、相変態がなく、より一層高いイオ
ン伝導度を有する導伝体が得られる。
【００１１】本発明ではこのＺｒＯ2−Ｓｃ2Ｏ3−Ａｌ2
Ｏ3系立方晶安定化ジルコニアを固体電解質として用い
ることにより、低温においても高いイオン伝導度を有す
るため、ＹＳＺを用いた酸素検出器よりも低温で動作が
可能である。よって従来の酸素検出器にくらべ、同一条
件下では、その高いイオン伝導度により応答速度が改善
が得られる。
Ｏ3系立方晶安定化ジルコニアを固体電解質として用い
ることにより、低温においても高いイオン伝導度を有す
るため、ＹＳＺを用いた酸素検出器よりも低温で動作が
可能である。よって従来の酸素検出器にくらべ、同一条
件下では、その高いイオン伝導度により応答速度が改善
が得られる。
【００１２】
（実施例１）本発明の実施例を図１を用いて説明する。
【００１３】図１は本発明の一実施例である限界電流型
酸素検出器の断面図である。図１において、酸素イオン
伝導性固体電解質１はＺｒＯ2−Ｓｃ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3系
立方晶安定化ジルコニア粉末を、例えばドクターブレー
ド法により厚さ１００μｍ程度の平板型グリーンシート
としたものである。このような酸素イオン伝導性固体電
解質１の両面に陽極３、陰極４を設ける。陰極４側に微
細孔を有するＡｌ2Ｏ3平板２をドクターブレード法によ
り成形し、陽極３、陰極４を設けた酸素イオン伝導性固
体電解質１にグリーンシート（生シート）の状態で接合
し、一体で焼結させるようにして酸素検出器とする。
酸素検出器の断面図である。図１において、酸素イオン
伝導性固体電解質１はＺｒＯ2−Ｓｃ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3系
立方晶安定化ジルコニア粉末を、例えばドクターブレー
ド法により厚さ１００μｍ程度の平板型グリーンシート
としたものである。このような酸素イオン伝導性固体電
解質１の両面に陽極３、陰極４を設ける。陰極４側に微
細孔を有するＡｌ2Ｏ3平板２をドクターブレード法によ
り成形し、陽極３、陰極４を設けた酸素イオン伝導性固
体電解質１にグリーンシート（生シート）の状態で接合
し、一体で焼結させるようにして酸素検出器とする。
【００１４】陽極３、陰極４を形成する材料としては、
白金を主成分とするぺーストを用いる。微細孔を有する
Ａｌ2Ｏ3平板２は原料Ａｌ2Ｏ3紛体の粗粒、微細粒混合
比を調節することにより、被検ガス中の酸素ガスが拡散
できる細孔構造に制御できる。
白金を主成分とするぺーストを用いる。微細孔を有する
Ａｌ2Ｏ3平板２は原料Ａｌ2Ｏ3紛体の粗粒、微細粒混合
比を調節することにより、被検ガス中の酸素ガスが拡散
できる細孔構造に制御できる。
【００１５】本実施例では酸素イオン伝導性固体電解質
１の材料として０．９０ＺｒＯ2−０．０９Ｓｃ2Ｏ3−
０．０１Ａｌ2Ｏ3を用いて固体電解質粉末を作製し、ド
クターブレード用バインダーと混練し、所定の厚みのグ
リーンシートを成形する。また、粗粒と微粒を混合した
Ａｌ2Ｏ3粉末を同様にドクターブレード法によってグリ
ーンシートに成形する。次に、固体電解質、Ａｌ2Ｏ3の
グリーンシートを所定の形状に打ち抜き、固体電解質グ
リーンシートの両面に白金ペーストを印刷して陽極３、
陰極４を設け、陰極４を有する固体電解質とＡｌ2Ｏ3の
グリーンシートを圧着する。
１の材料として０．９０ＺｒＯ2−０．０９Ｓｃ2Ｏ3−
０．０１Ａｌ2Ｏ3を用いて固体電解質粉末を作製し、ド
クターブレード用バインダーと混練し、所定の厚みのグ
リーンシートを成形する。また、粗粒と微粒を混合した
Ａｌ2Ｏ3粉末を同様にドクターブレード法によってグリ
ーンシートに成形する。次に、固体電解質、Ａｌ2Ｏ3の
グリーンシートを所定の形状に打ち抜き、固体電解質グ
リーンシートの両面に白金ペーストを印刷して陽極３、
陰極４を設け、陰極４を有する固体電解質とＡｌ2Ｏ3の
グリーンシートを圧着する。
【００１６】４００〜５００℃の温度で空気中において
約５時間加熱し、バインダーを蒸発させてバインダー抜
きを行った後、１４００〜１５００℃、空気中で約１０
時間焼成し、図１に示すような形態のものを作製する。
約５時間加熱し、バインダーを蒸発させてバインダー抜
きを行った後、１４００〜１５００℃、空気中で約１０
時間焼成し、図１に示すような形態のものを作製する。
【００１７】この酸素検出器の特性を以下に説明する。
Ｎ2−Ｏ2雰囲気中において、温度、雰囲気ガス圧及び酸
素分圧を変化させた場合の、印加電圧１Ｖでの限界電流
値を表１に示す。従来型の酸素検出器と同じ温度領域で
は、本実施例の酸素検出器の限界電流領域がより低い電
圧において測定されている。表１より明らかなように、
２００℃〜１０００℃の範囲において印加電圧１Ｖにお
ける限界電流値が検出可能であり、同一の測定回路を用
いて２００〜１０００℃の広い温度範囲において限界電
流型酸素検出器としての性能を有する。
Ｎ2−Ｏ2雰囲気中において、温度、雰囲気ガス圧及び酸
素分圧を変化させた場合の、印加電圧１Ｖでの限界電流
値を表１に示す。従来型の酸素検出器と同じ温度領域で
は、本実施例の酸素検出器の限界電流領域がより低い電
圧において測定されている。表１より明らかなように、
２００℃〜１０００℃の範囲において印加電圧１Ｖにお
ける限界電流値が検出可能であり、同一の測定回路を用
いて２００〜１０００℃の広い温度範囲において限界電
流型酸素検出器としての性能を有する。
【００１８】本実施例において使用した固体電解質を
（１−ｘ−ｙ）ＺｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3−ｙＡｌ2Ｏ
3（０．０７≦ｘ＋ｙ≦０．１３かつ０．００５≦ｙ≦
０．０２）なる組成を有する酸素イオン導伝体の任意の
ものに置き換えた場合、限界電流値の絶対値の変化を示
すが全体的な酸素検出器としての特性は同様のものが得
られた。また、印加電圧を増加させた場合、更に低温の
５０℃においても限界電流値を観測することができた。
（１−ｘ−ｙ）ＺｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3−ｙＡｌ2Ｏ
3（０．０７≦ｘ＋ｙ≦０．１３かつ０．００５≦ｙ≦
０．０２）なる組成を有する酸素イオン導伝体の任意の
ものに置き換えた場合、限界電流値の絶対値の変化を示
すが全体的な酸素検出器としての特性は同様のものが得
られた。また、印加電圧を増加させた場合、更に低温の
５０℃においても限界電流値を観測することができた。
【００１９】
【表１】 （実施例２）本発明の実施例を図２を用いて説明する。
図２は本発明の一実施例である平衡電位差型酸素検出器
の断面図である。
図２は本発明の一実施例である平衡電位差型酸素検出器
の断面図である。
【００２０】図２において、酸素イオン伝導性固体電解
質１はＺｒＯ2−Ｓｃ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ 3系立方晶安定化ジ
ルコニア粉末を、例えばドクターブレード法により厚さ
１００μｍ程度のの平板型グリーンシートとしたもので
ある。このような酸素イオン伝導性固体電解質１の両面
に電極５を設け、基準ガスを導入するためのジルコニア
管８を片面に接着し電位差を測定するために白金線６及
び白金ロジウム熱電対７を電極５に接続して酸素検出器
とする。電極５を形成する材料としては、白金を主成分
とするペーストを用いる。
質１はＺｒＯ2−Ｓｃ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ 3系立方晶安定化ジ
ルコニア粉末を、例えばドクターブレード法により厚さ
１００μｍ程度のの平板型グリーンシートとしたもので
ある。このような酸素イオン伝導性固体電解質１の両面
に電極５を設け、基準ガスを導入するためのジルコニア
管８を片面に接着し電位差を測定するために白金線６及
び白金ロジウム熱電対７を電極５に接続して酸素検出器
とする。電極５を形成する材料としては、白金を主成分
とするペーストを用いる。
【００２１】本実施例では酸素イオン伝導性固体電化質
１の材料として０．９０ＺｒＯ2−０．０９Ｓｃ2Ｏ3−
０．０１Ａｌ2Ｏ3を用いて固体電解質粉末を作製し、固
体電解質グリーンシートの両面に白金ペーストを印刷し
て電極５を設ける。４００〜５００℃の温度で空気中に
おいて約５時間加熱し、バインダーを蒸発させてバイン
ダー抜きを行った後、１４００〜１５００℃、空気中で
約ｌ０時間焼成し、白金線６及び白金ロジウム熱伝対７
を接続した後、ガス動入用のジルコニア管８の末端に高
温用接着剤によって固定して酸素検出器を作製する。
１の材料として０．９０ＺｒＯ2−０．０９Ｓｃ2Ｏ3−
０．０１Ａｌ2Ｏ3を用いて固体電解質粉末を作製し、固
体電解質グリーンシートの両面に白金ペーストを印刷し
て電極５を設ける。４００〜５００℃の温度で空気中に
おいて約５時間加熱し、バインダーを蒸発させてバイン
ダー抜きを行った後、１４００〜１５００℃、空気中で
約ｌ０時間焼成し、白金線６及び白金ロジウム熱伝対７
を接続した後、ガス動入用のジルコニア管８の末端に高
温用接着剤によって固定して酸素検出器を作製する。
【００２２】この酸素検出器の特性を以下に説明する。
基準ガスとして空気を用いた場合、被検ガスの酸素分圧
がｌ〜１０-6ａｔｍの範囲、温度範囲２００〜１０００
℃において起電力を測定することができた。即ち、本発
明におけるこの酸素検出器は２００〜１０００℃の広い
温度範囲において平衡電位差型酸素検出器としての性能
を有する。また、表２に本実施例にて作製した固体電解
質の組成と各温度での起電力を示す。
基準ガスとして空気を用いた場合、被検ガスの酸素分圧
がｌ〜１０-6ａｔｍの範囲、温度範囲２００〜１０００
℃において起電力を測定することができた。即ち、本発
明におけるこの酸素検出器は２００〜１０００℃の広い
温度範囲において平衡電位差型酸素検出器としての性能
を有する。また、表２に本実施例にて作製した固体電解
質の組成と各温度での起電力を示す。
【００２３】
【表２】 なお、本実施例において、固体電解質を（１−ｘ−ｙ）
ＺｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3（０．０７≦ｘ＋ｙ≦
０．１３かつ０．００５≦ｙ≦０．０２）なる組成を有
する酸素イオン導伝体の任意のものに置き換えた場合、
同様の起電力が得られた。
ＺｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ3（０．０７≦ｘ＋ｙ≦
０．１３かつ０．００５≦ｙ≦０．０２）なる組成を有
する酸素イオン導伝体の任意のものに置き換えた場合、
同様の起電力が得られた。
【００２４】（実施例３）本発明の実施例を図３を用い
て説明する。図３は本発明の一実施例である平衡電位差
型酸素検出器の断面図である。
て説明する。図３は本発明の一実施例である平衡電位差
型酸素検出器の断面図である。
【００２５】図３において、酸素イオン伝導性固体電解
質１はＺｒＯ2−Ｓｃ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ 3系立方晶安定化ジ
ルコニア粉末を、例えばキャスト成形によって外径２ｍ
ｍ長さ１０ｍｍ程度のアンプル状のグリーン成形品とし
たものである。このような酸素イオン伝導性固体電解質
１の内面と外面に電極９を設け、固体基準物質１３をア
ンプルに詰めて電位差の測定と温度の測定のために白金
線１０白金ロジウム熱電対１１を電極に接続して固体基
準物質が外気と触れないようにガラス封入１２を行って
酸素検出器とする。電極９を形成する材料としては、白
金を主成分とするペーストを用いる。固体基準物質１３
としては、Ｎｉ−ＮｉＯ，Ｆｅ−ＦｅＯ，Ｃｒ−Ｃｒ
Ｏ，Ｐｄ−ＰｄＯなどの金属−金属酸化物２相共存系を
用いる。
質１はＺｒＯ2−Ｓｃ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ 3系立方晶安定化ジ
ルコニア粉末を、例えばキャスト成形によって外径２ｍ
ｍ長さ１０ｍｍ程度のアンプル状のグリーン成形品とし
たものである。このような酸素イオン伝導性固体電解質
１の内面と外面に電極９を設け、固体基準物質１３をア
ンプルに詰めて電位差の測定と温度の測定のために白金
線１０白金ロジウム熱電対１１を電極に接続して固体基
準物質が外気と触れないようにガラス封入１２を行って
酸素検出器とする。電極９を形成する材料としては、白
金を主成分とするペーストを用いる。固体基準物質１３
としては、Ｎｉ−ＮｉＯ，Ｆｅ−ＦｅＯ，Ｃｒ−Ｃｒ
Ｏ，Ｐｄ−ＰｄＯなどの金属−金属酸化物２相共存系を
用いる。
【００２６】本実施例では酸素イオン伝導性固体電解質
１の材料として０．９０ＺｒＯ2−０．０９Ｓｃ2Ｏ3−
０．０１Ａｌ2Ｏ3を用いて固体電解質粉末を作製し、固
体電解質グリーン成形品の両面に白金ペーストを印刷し
て電極９を設ける。４００〜５００℃の温度で空気中に
おいて約５時間加熱し、バインダーを蒸発させてバイン
ダー抜きを行った後、１４００〜ｌ５００℃、空気中で
約１０時間焼成し、白金線１０及び白金ロジウム熱電対
１１を接続した後、固体基準物質１３を詰めてガラス封
入１２を行って酸素検出器を作製する。
１の材料として０．９０ＺｒＯ2−０．０９Ｓｃ2Ｏ3−
０．０１Ａｌ2Ｏ3を用いて固体電解質粉末を作製し、固
体電解質グリーン成形品の両面に白金ペーストを印刷し
て電極９を設ける。４００〜５００℃の温度で空気中に
おいて約５時間加熱し、バインダーを蒸発させてバイン
ダー抜きを行った後、１４００〜ｌ５００℃、空気中で
約１０時間焼成し、白金線１０及び白金ロジウム熱電対
１１を接続した後、固体基準物質１３を詰めてガラス封
入１２を行って酸素検出器を作製する。
【００２７】この酸素検出器の特性を以下に説明する。
基準物質としてＰｄ−ＰｄＯを用いた場合、被検ガスの
酸素分圧が１〜１０-6ａｔｍの範囲、温度範囲２００〜
１０００℃において起電力を測定することができた。即
ち、本発明におけるこの酸素検出器は２００〜１０００
℃の広い温度範囲において平衡電位差型酸素検出器とし
ての性能を有する。
基準物質としてＰｄ−ＰｄＯを用いた場合、被検ガスの
酸素分圧が１〜１０-6ａｔｍの範囲、温度範囲２００〜
１０００℃において起電力を測定することができた。即
ち、本発明におけるこの酸素検出器は２００〜１０００
℃の広い温度範囲において平衡電位差型酸素検出器とし
ての性能を有する。
【００２８】なお、本実施例において使用した固体電解
質を（１−ｘ−ｙ）ＺｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ
3（０．０７≦ｘ＋ｙ≦０．１３かつ０．００５≦ｙ≦
０．０２）なる組成を有する酸素イオン導伝体の任意の
ものに置き換えた場合、同様の起電力が得られた。ま
た、固体基準物質をＮｉ−ＮｉＯ，Ｆｅ−ＦｅＯ，Ｃｒ
−ＣｒＯ，などの他の金属−金属酸化物２相共存系に置
き換えた場合、基準物質に応じて起電力の大きさが変化
するが同様に酸素分圧を測定することができた。
質を（１−ｘ−ｙ）ＺｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3−Ａｌ2Ｏ
3（０．０７≦ｘ＋ｙ≦０．１３かつ０．００５≦ｙ≦
０．０２）なる組成を有する酸素イオン導伝体の任意の
ものに置き換えた場合、同様の起電力が得られた。ま
た、固体基準物質をＮｉ−ＮｉＯ，Ｆｅ−ＦｅＯ，Ｃｒ
−ＣｒＯ，などの他の金属−金属酸化物２相共存系に置
き換えた場合、基準物質に応じて起電力の大きさが変化
するが同様に酸素分圧を測定することができた。
【００２９】
【発明の効果】本発明の酸素検出器によれば、 （１）固体電解質として（１−ｘ−ｙ）ＺｒＯ2−ｘＳ
ｃ2Ｏ3−ｙＡｌ2Ｏ3（０．０７≦ｘ＋ｙ≦０．ｌ３かつ
０．００５≦ｙ≦０．０２）なる組成を有する酸素イオ
ン導伝体を用いているため、従来の酸素検出器より低温
から従来と同等の高温までの広い温度範囲で作動可能で
ある。
ｃ2Ｏ3−ｙＡｌ2Ｏ3（０．０７≦ｘ＋ｙ≦０．ｌ３かつ
０．００５≦ｙ≦０．０２）なる組成を有する酸素イオ
ン導伝体を用いているため、従来の酸素検出器より低温
から従来と同等の高温までの広い温度範囲で作動可能で
ある。
【００３０】（２）固体電解質として（１−ｘ−ｙ）Ｚ
ｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3−ｙＡｌ2Ｏ3（０．０７≦ｘ＋ｙ≦
０．ｌ３かつ０．００５≦ｙ≦０．０２）なる組成を有
するイオン導伝体を用いているため、すべての温度にお
いて従来のＹＳＺ系の酸素イオン導伝体を用いた酸素検
出器に比較して優れた応答速度を示すものが提供でき
る。
ｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3−ｙＡｌ2Ｏ3（０．０７≦ｘ＋ｙ≦
０．ｌ３かつ０．００５≦ｙ≦０．０２）なる組成を有
するイオン導伝体を用いているため、すべての温度にお
いて従来のＹＳＺ系の酸素イオン導伝体を用いた酸素検
出器に比較して優れた応答速度を示すものが提供でき
る。
【図１】本発明の実施例１に係わる限界電流型酸素検出
器の断面図である。
器の断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係わる基準ガスを用いる平
衡電位差型酸素検出器の断面図である。
衡電位差型酸素検出器の断面図である。
【図３】本発明の実施例３に係わる固体基準極を用いる
平衡電位差型酸素検出器の断面図である。
平衡電位差型酸素検出器の断面図である。
１ 酸素イオン導電性電解質、 ２ Ａｌ2Ｏ3平板、 ３ 陽極、 ４ 陰極。
Claims (1)
- 【請求項１】 酸素イオン伝導性固体電解質として（１
−ｘ−ｙ）ＺｒＯ2−ｘＳｃ2Ｏ3−ｙＡｌ2Ｏ3（０．０
７≦ｘ＋ｙ≦０．１３かつ０．００５≦ｙ≦０．０２）
なる組成を有する酸素イオン導伝体を用いることを特徴
とする酸素検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5031681A JPH06247768A (ja) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | 酸素検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5031681A JPH06247768A (ja) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | 酸素検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06247768A true JPH06247768A (ja) | 1994-09-06 |
Family
ID=12337846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5031681A Pending JPH06247768A (ja) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | 酸素検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06247768A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11166913A (ja) * | 1997-10-03 | 1999-06-22 | Riken Corp | ガスセンサ |
| JP2001091493A (ja) * | 1999-09-22 | 2001-04-06 | Riken Corp | ガスセンサ |
| JP2003068324A (ja) * | 2001-06-15 | 2003-03-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素イオン伝導性固体電解質並びにこれを用いた電気化学デバイス及び固体電解質型燃料電池 |
| JP2012511713A (ja) * | 2008-12-12 | 2012-05-24 | エンバイロンメンタル モニタリング アンド コントロール リミティド | ガス濃度のモニタリングの方法と装置 |
-
1993
- 1993-02-22 JP JP5031681A patent/JPH06247768A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11166913A (ja) * | 1997-10-03 | 1999-06-22 | Riken Corp | ガスセンサ |
| JP2001091493A (ja) * | 1999-09-22 | 2001-04-06 | Riken Corp | ガスセンサ |
| JP2003068324A (ja) * | 2001-06-15 | 2003-03-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素イオン伝導性固体電解質並びにこれを用いた電気化学デバイス及び固体電解質型燃料電池 |
| JP2012511713A (ja) * | 2008-12-12 | 2012-05-24 | エンバイロンメンタル モニタリング アンド コントロール リミティド | ガス濃度のモニタリングの方法と装置 |
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