JPH06308076A - 固体電解質ガスセンサ - Google Patents

固体電解質ガスセンサ

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JPH06308076A
JPH06308076A JP5100721A JP10072193A JPH06308076A JP H06308076 A JPH06308076 A JP H06308076A JP 5100721 A JP5100721 A JP 5100721A JP 10072193 A JP10072193 A JP 10072193A JP H06308076 A JPH06308076 A JP H06308076A
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JP
Japan
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solid electrolyte
base material
gas sensor
heater
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP5100721A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Kobayashi
壮 小林
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.)
Shinko Electric Industries Co Ltd
Original Assignee
Shinko Electric Industries Co Ltd
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Publication date
Application filed by Shinko Electric Industries Co Ltd filed Critical Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority to JP5100721A priority Critical patent/JPH06308076A/ja
Priority to US08/236,021 priority patent/US5482609A/en
Publication of JPH06308076A publication Critical patent/JPH06308076A/ja
Priority to US08/432,830 priority patent/US5547556A/en
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 固体電解質を用いたガスセンサがコンパクト
に形成できてその作製も容易にでき、複数種のガス検知
にも好適に利用できる。 【構成】 固体電解質の基材10に、特定のガスを検知
するための検知電極12、参照電極14および外部接続
用のアウターリード20、22等の導体部と、前記固体
電解質の基材10を所要温度まで加熱するためのヒータ
部24が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はジルコニアセラミックス
等の固体電解質材料を用いた固体電解質ガスセンサに関
する。
【0002】
【従来の技術】固体電解質材料はイオン伝導性が高いと
いう特性を有することから、その特性を生かしてガスセ
ンサに利用されている。たとえば、ジルコニアセラミッ
クスは酸素イオンの伝導性を有することから酸素ガスセ
ンサとしての適応性があり、実際に酸素濃度検出用セン
サとして用いられている。ジルコニアセラミックスを用
いて酸素ガスセンサを構成した例としては、図5に示す
ようにジルコニアセラミックスの筒体4を用いて筒体4
の内面と外面に白金の電極5、6を被着し、筒体4内に
被検ガスを流通させ電極5、6間の起電力を検出するよ
うにしたものがある。
【0003】この酸素ガスセンサの作用はジルコニアセ
ラミックスの両面で酸素濃度が異なると酸素イオンがジ
ルコニアセラミックス中を移動し、両面で起電力が生じ
ることからこれを測定することによって酸素ガス濃度を
検知するものである。したがって、ガスセンサの検知能
率を上げるためにはイオン伝導性を良くする必要があ
り、固体電解質を用いたガスセンサを実際に使用する場
合は数百度以上に加熱して使用している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のように固体電解
質材料を用いたガスセンサは使用の際は高温に加熱する
必要があるから、前記酸素ガスセンサではジルコニアセ
ラミックスの筒体4の外側にニクロム線ヒータ7を設置
して筒体4を加熱するようにしている。なお、8は熱電
対である。このため、従来のガスセンサは装置が大型に
なり、構成も複雑になるという問題点があった。
【0005】本発明者は従来の固体電解質ガスセンサに
おける問題点を解消すべく本発明をなしたものであり、
その目的とするところは、センサの構造を単純化してコ
ンパクトに形成することができ、ガスセンサとして手軽
に取り扱うことができ、製造も容易な固体電解質ガスセ
ンサを提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため次の構成を備える。すなわち、固体電解質の基
材上に、特定のガスを検知するための検知電極、参照電
極および外部接続用のアウターリード等の導体部と、前
記固体電解質の基材を所要温度まで加熱するためのヒー
タ部が設けられたことを特徴とする。また、前記固体電
解質の基材上に異種のガスを検知するための複数の検知
部が設けられ、該検知部の各々に特定ガスを検知するた
めのセンサを配置したことを特徴とする。また、前記固
体電解質の基材の一方の面に検知部を設け、前記基材の
他方の面に前記検知部に配置したセンサの各々に共通に
利用する参照電極を設けたことを特徴とする。また、前
記固体電解質の基材がジルコニアセラミックスであり、
基材の一方の面に検知電極が設けられ他方の面に参照電
極が設けられたことを特徴とする。
【0007】
【作用】固体電解質材料を用いた基材に検知電極、参照
電極等の所要の導体部とヒータ部を一体に形成したこと
によって、ガスセンサ用のデバイスをコンパクトに形成
でき、従来のセラミックの焼成方法とセラミック体への
導体部の形成方法が好適に適用でき固体電解質を利用し
たガスセンサを容易に作製することができる。また、異
種ガス成分を検知するため複数種のセンサを同一基材上
に配置することができ、一つのデバイスで複数種類のガ
スを検知することが可能になる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基
づいて詳細に説明する。図1および図2は本発明に係る
固体電解質ガスセンサの実施例として酸素ガスセンサを
構成した例を示す。図1はセンサの断面図、図2は平面
図である。実施例のセンサは固体電解質材料としてジル
コニアセラミックスを使用したもので、イットリアで安
定化したジルコニアを用いて焼成して成る。図で10は
ジルコニアセラミックスの基材で、12は基材10の上
面に設けた検知電極、14は基材10の下面に設けた参
照電極である。
【0009】図示するように基材10の上下面には基材
10と同材料を用いて各々矩形の枠体部16、18を一
体に焼成して形成する。検知電極12および参照電極1
4はこの枠体部16、18の内側の基材10の表面に設
け、検知電極12および参照電極14と電気的に導通す
るアウターリード20、22を基材10の上面および下
面に設ける。アウターリード20、22は基材10の外
縁部まで引き出され、外部接続用として用いられる。
【0010】24は枠体部16、18の表面に設けたヒ
ータ部である。ヒータ部24は図2に示すように枠体部
16、18の頂部面の全体に設け、ヒータ部24と電気
的に接続するヒータ用リード26を基材10の表面に設
ける。ヒータ用リード26はヒータ部24の縁部から枠
体部16、18の外側面を通り、基材10の外縁部まで
引き出される。
【0011】ヒータ部24、ヒータ用リード26、検知
電極12、参照電極14およびアウターリード20、2
2は基材10および枠体部16、18に形成する導体部
であるが、実施例ではこれら導体部を白金で形成した。
酸素ガスを実際に検知する場合には基材10および導体
部全体が高温になるから、導体部としては耐熱性があっ
て信頼性の高い金属を使用する必要があるからである。
なお、白金以外の適宜導体金属を用いてももちろんかま
わない。
【0012】上記のような固体電解質ガスセンサを形成
する場合には、半導体装置用パッケージとして用いられ
るセラミックパッケージの製造技術が有効に利用でき
る。すなわち、基材10、枠体部16、18を形成する
複数枚のジルコニアセラミックスのグリーンシートに検
知電極12、参照電極14、アウターリード20、2
2、ヒータ部24、ヒータ用リード26等の導体パター
ンを白金メタライズにより形成し、これらを積層して焼
成することにより固体電解質ガスセンサを得ることがで
きる。
【0013】上記実施例の固体電解質ガスセンサは検知
電極12と参照電極14の両側における酸素濃度の相違
を検知するから、検知電極12側と参照電極14側を別
々の遮断空間にすることによって酸素濃度の相違を検知
することができる。酸素濃度を測定する際にはヒータ部
24に通電して基材10を加熱するとともに、検知電極
12と参照電極14との間で生じる起電力を検知するこ
とによって行う。ヒータ部24は枠体部16、18に被
着されているから基材10へ直接的に熱伝導し、ヒータ
用リード26からの通電により容易に500 〜700 ℃の高
温に基材10(ジルコニアセラミックス)を加熱するこ
とができ、効果的な測定を行うことができる。
【0014】本実施例の固体電解質ガスセンサはジルコ
ニアセラミックスの基材10に検知電極12および参照
電極14を設け、かつヒータ部24をジルコニアセラミ
ックスによる酸素ガスの検知部に接近させて配置したか
ら、酸素ガスの検知部を容易に高温に加熱して有効な測
定を可能にするとともに、構成的にもジルコニアセラミ
ックスの基材10に導体部を作り込んだ形態としたこと
で単純化してコンパクトに形成でき、製造も容易で、か
つ取扱いも容易なガスセンサデバイスとして使用するこ
とが可能である。
【0015】上記実施例の固体電解質ガスセンサは酸素
ガス濃度を検出するため固体電解質としてジルコニアセ
ラミックスを使用し、基材10を挟んだ位置に検知電極
12と参照電極14を配置することによって酸素ガスの
検知部を設けた。しかし、基材10に任意のパターンで
導体部を形成することは容易にできるし、枠体部等の基
材部分の形状も任意に設定できるからデザインの異なる
デバイスを容易に提供することができる。そして、基材
上での導体部のパターンや枠体部の形状を適宜設定し、
特定のガス検知用の検知部を基材10上に設けることに
よって、異種類のガスを検知する複合型のガスセンサを
構成することが可能になる。
【0016】図3および図4は酸素ガスの他に異種類の
ガスを同時に検知できるよう構成した固体電解質ガスセ
ンサの実施例を示す。このセンサも固体電解質としてジ
ルコニアセラミックスを使用し、ジルコニアセラミック
スを焼成して基材10とする。図4に示すように実施例
のデバイスは上記実施例と同様に基材10上に枠体部1
6を設けるとともに枠体部16の中側に十字の仕切り部
28を設けて枠体部16の中側を4つの検知部に分離し
ている。
【0017】4つの検知部には各々異なる種類のガスを
検知するためのセンサを設けることが可能であり、これ
によって同時に4種類のガスを検知することが可能にな
る。図4で12は上記実施例と同様の構成によって酸素
ガスを検知するための検知電極である。図3に示すよう
に基材10の下面には上記実施例と同様な枠体部18が
設けられており、枠体部18の中側には全面に参照電極
14が設けられている。これによって、検知電極12部
分ではジルコニアセラミックスを検知電極12と参照電
極14で挟んだ酸素ガスセンサを構成する。
【0018】30、32、34は仕切り部28と枠体部
16によって仕切られた残りの3つの検知部で基材10
上に設けた酸素ガス以外のガスを検知するためのセンサ
である。センサ30、32、34で検知するガスとして
はたとえば、SOx 、COX、NOX といったガスを対
象とすることができる。これらのガスを検知するための
センサは各々のガスイオンについてそのイオン伝導性を
有する固体電解質をジルコニアセラミックスの基材10
上に形成し、固体電解質の最上層に接続用の電極を設け
る。
【0019】各々のセンサ30、32、34から信号を
取り出すため、各々のセンサ30、32、34に対して
基材10の上面にアウターリード36、38、40を設
け、各々のセンサ30、32、34と各々のアウターリ
ード36、38、40をワイヤボンディングによって接
続する。各センサ30、32、34の参照電極について
は基材10の下面に設けた参照電極14を共通に利用す
ることができる。
【0020】なお、ヒータ部24は基材10の下面側で
は枠体部18に設け、基材10の上面側では仕切り部2
8の上面に設ける。測定に際してはヒータ部24によっ
て各検知部を加熱しイオン伝導性を良好にして検査す
る。本実施例のガスセンサの場合は、基材10上に異な
る種類のガスを検知できるセンサを設置することがで
き、酸素ガスに加えて他の種類のガスをも検知すること
が可能になる。
【0021】前述したように基材10に形成する導体部
等のパターンは任意に設定できるから、センサ30、3
2、34等を配置する検知部等の配置も種々の変更が可
能である。基材10に設定する検知部の数をさらに増や
すことによって、さらに多種類のガスを検知できるよう
にすることも可能である。このように、本発明に係る固
体電解質ガスセンサはデバイスのデザインとして任意の
パターンを選択することができ、これによって多用途に
適用できるという特徴がある。
【0022】なお、上記各実施例の固体電解質ガスセン
サは適宜用途に応じてガスセンサを組み込んだデバイス
として提供でき、その使用方法はとくに限定されない。
図1にはデバイスの例としてキャップ状に形成したケー
ス42の端面にガスセンサを封着した例を示す。
【0023】上記各実施例では固体電解質としてジルコ
ニアセラミックスを使用した例について説明したが、本
発明に係る固体電解質ガスセンサは基材としてジルコニ
アセラミックスを使用するものに限定されるものではな
い。ガスイオンの伝導性の良好な固体電解質を用いれ
ば、同様の構成によって酸素以外のガスセンサとしても
もちろん使用することが可能である。
【0024】
【発明の効果】本発明に係る固体電解質ガスセンサによ
れば、上述したように、固体電解質の基材に検知電極、
参照電極等の所要の導体部とヒータ部を一体に形成した
ことによって小型で簡易な構成とすることができる。ま
た、公知のセラミックの焼成方法等を適用することによ
って導体部の形状等を任意のパターンで作製でき、容易
に種々用途に適応することが可能になる。また、異種ガ
ス成分を検知するための複数のセンサを同一基材上に組
み込むことも容易に可能であり、一つのデバイスで複数
種類のガス検知が可能になる。また、基材の固体電解質
としてジルコニアセラミックスを使用したセンサは酸素
ガスセンサとして好適に利用できる等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】固体電解質ガスセンサの一実施例の断面図であ
る。
【図2】固体電解質ガスセンサの一実施例の平面図であ
る。
【図3】固体電解質ガスセンサの他の実施例の断面図で
ある。
【図4】固体電解質ガスセンサの他の実施例の平面図で
ある。
【図5】固体電解質ガスセンサの従来例の構成を示す説
明図である。
【符号の説明】
4 ジルコニアセラミックスの筒体 5、6 電極 10 基材 12 検知電極 14 参照電極 16、18 枠体部 20、22 アウターリード 24 ヒータ部 26 ヒータ用リード 28 仕切り部 30、32、34 センサ 36、38、40 アウターリード
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年9月13日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0018
【補正方法】変更
【補正内容】
【0018】30、32、34は仕切り部28と枠体部
16によって仕切られた残りの3つの検知部で基材10
上に設けた酸素ガス以外のガスを検知するためのセンサ
である。センサ30、32、34で検知するガスとして
はたとえば、SOx 、COX、NOX といったガスを対
象とすることができる。これらのガスを検知するための
センサは各々のガスイオンについてそのイオン伝導性を
有する固体電解質を副電極としてジルコニアセラミック
スの基材10上に形成し、固体電解質の最上層に接続用
の電極を設ける。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体電解質の基材上に、特定のガスを検
    知するための検知電極、参照電極および外部接続用のア
    ウターリード等の導体部と、前記固体電解質の基材を所
    要温度まで加熱するためのヒータ部が設けられたことを
    特徴とする固体電解質ガスセンサ。
  2. 【請求項2】 固体電解質の基材上に異種のガスを検知
    するための複数の検知部が設けられ、該検知部の各々に
    特定ガスを検知するためのセンサを配置したことを特徴
    とする請求項1記載の固体電解質ガスセンサ。
  3. 【請求項3】 固体電解質の基材の一方の面に検知部を
    設け、前記基材の他方の面に前記検知部に配置したセン
    サの各々に共通に利用する参照電極を設けたことを特徴
    とする請求項2記載の固体電解質ガスセンサ。
  4. 【請求項4】 固体電解質の基材がジルコニアセラミッ
    クスであり、基材の一方の面に検知電極が設けられ他方
    の面に参照電極が設けられたことを特徴とする酸素ガス
    検知用の請求項1記載の固体電解質ガスセンサ。
JP5100721A 1993-04-27 1993-04-27 固体電解質ガスセンサ Pending JPH06308076A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5100721A JPH06308076A (ja) 1993-04-27 1993-04-27 固体電解質ガスセンサ
US08/236,021 US5482609A (en) 1993-04-27 1994-04-26 Solid electrolyte gas sensor
US08/432,830 US5547556A (en) 1993-04-27 1995-05-02 Solid electrolyte gas sensor and process of producing joined body of ceramics and hard-to-sinter oxyacid salt

Applications Claiming Priority (1)

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JP5100721A JPH06308076A (ja) 1993-04-27 1993-04-27 固体電解質ガスセンサ

Publications (1)

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JPH06308076A true JPH06308076A (ja) 1994-11-04

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ID=14281503

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JP5100721A Pending JPH06308076A (ja) 1993-04-27 1993-04-27 固体電解質ガスセンサ

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JP (1) JPH06308076A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6406181B1 (en) * 1999-03-10 2002-06-18 Robert Bosch Gmbh Temperature sensor
JP2014174178A (ja) * 2013-03-12 2014-09-22 Robert Bosch Gmbh 微細電子化学センサおよび微細電子化学センサの動作方法

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