JPH06502910A - 固体酸素センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 固体酸素センサー 本発明は、電池でなる固体酸素センサーに係り、該電池は、その酸素分圧が測定 対象である雰囲気にさらされる第１電極、参照雰囲気にさらされる第２電極及び これら両電極と接触する表面上に位置する固体電解質で構成され、この電解質の 材料は純粋なイオン伝導性を有するセラミック酸化物又はガラス質相であり、少 なくとも第１電極は非化学量論的セラミック酸化物を含有する。非化学量論的酸 化物は熱的に安定な系であり、化学量論的組成物とは明らかに異なる。これ以後 の記載では、当該用語は、亜化学童論的系及び過化学量論的系の両方を意味する ものである。

このような酸素センサーはドイツ国特許公開明細書第３２２９９３１号から公知 である。このセンサーの２つの電極は、非化学量論的酸化物（たとえば、Ｐｒ０ ２゜８、ＣｅＯ□−８、ＴｂＯ□−８）又はこれら化合物の混合物でなる。

固体電解質は、純粋なイオン伝導性を有するセラミック酸化物又はガラス質相で ある。しかしながら、当該センサー（酸化性雰囲気下の電極材料としてＰｒ０２ ＋ｘが使用され、還元性雰囲気下においてはＣｅ０２−ｚ又はＴｂＯ□、が使用 される）は、限られた測定範囲でのみ適用可能である。

さらに、特に−酸化炭素又は鉛による電極の毒作用を考慮すると、かかるセンサ ーは、−酸化炭素を含有する雰囲気又は排気ガスのコントロールのために使用さ れる際には、毒作用により限られた作動時間を有する。

このように、本発明の目的は、広範な酸素分圧の測定を可能にし、非常な還元性 の雰囲気又は非常な酸化性の雰囲気においても感度の重大な低下又は許容できな いほどの応答遅延の増大を招くことなく良好に測定できる固体酸素センサーを提 供することにある。作動時間の延長は、突然に変動する酸素分圧（操作中に生ず る又は事故によって生ずる変動）の測定に電極を使用することが可能になるため 、非常に重要な経済的利点を示す。

本発明によれば、この目的は、第１電極を、少なくとも１の非化学量論的セラミ ック酸化物及び金ｒｍ＜該金属は、金、白金、ニッケル及びクロムでなる群から 選ばれる）の混合物で構成することによって達成される。

好ましくは、該第１電極における金属の量は、全体の１０ないし３０重量％、特 に２０重量％である。

次に、いくつかの具体例によって本発明を詳述する。

固体酸素センサーは、本質的に２つの電極と、これらの間に位置する固体電解質 でなる。電極は測定回路に接続され、２つの電極間の電位差は、２つの電極の各 々に及ぼす酸素分圧の差を意味する。

センサーは、多くの場合、一方の側が閉止された管の形状を有し、鎖管の内壁が 参照電極を構成し、外壁が測定電極を構成する。これらの壁の間の領域は、少な くともその一部に固体電解質が充填されている。管の内部には、特定の組成を有 する参照ガス（たとえば、純粋な酸素、空気又はＣＯ／Ｃｏ、又はＨ，／　Ｈ２ Ｏの如き公知のガス混合物）が存在する。参照雰囲気は、金属及び金属酸化物の 混合物（たとえばＦｅ／ＦｅＯ又はＮｉ／Ｎ１ｐ）によっても構成される。

管の外側は、その酸素分圧が測定の対象である雰囲気と接している。

もちろん、本発明はこのセンサー形状に限定されない。センサーは２つのチャン バー（すなわち参照チャンバー及び測定チャンバー）の間のパーティションを構 成する平らなプレート状であってもよい。

参照電極は、上述の特許公開明細書の場合と同様に、貴金属又はセラミック酸化 物、又はこれらの混合物で構成される。

被分析雰囲気と接する電極は、本発明によれば、少なくとも１の非化学量論的セ ラミック酸化物（該セラミック酸化物は、Ｐ　ｒ　０２−　ｘ、Ｃｅ０２−ｘ、 Ｔｂ０２．、、ＬａＣｒＯ３、Ｌａ１−　ｘｓｒｘｃｒ（Ｊ３でなる群から選ば れる）及び金属（金、白金、ニッケル及びクロムでなる群から選ばれる）の混合 物によってなる。また、２つの異なるセラミック酸化物（１つは過化学量論的な もの及び他は亜化単量論的なもの；たとえばＣｅＯ２−、及びＰｒ０２゜、）を 金属に混合できる。これは、高度に還元性の雰囲気と共に、高度に酸化性の雰囲 気を考慮したものである。さらに、これら酸化物の固溶体（たとえばＣｅ、Ｐｒ 、−，０□＋８）を使用することも可能である。Ｘは０ないし０．２の数である 。セラミックと金属との混合物は「サーメット（ｃｅｒｍｅｔ）Ｊと称される。

本発明による酸素センサーは、冶金操作の監視、各種タービン及びオーブンの作 動、自動車の排出ガスのコントロール及び空気の監視において広い利用分野を有 する。酸素分圧の測定ガスは１０−ｇｏないし１気圧である。

国際調査報告 ＥＰ　９００１６１５ ＳＡ　４０３００

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　酸素分圧が測定対象である雰囲気にさらされる第１電極と、参照雰囲気にさ らされる第２電極と、これら両電極と接触する表面上に位置し、純粋なイオン伝 導性を有するセラミック酸化物又はガラス賢相でなる固体電解質とを有し、少な くとも第１電極が非化学量論的セラミック酸化物を含有する電池で構成される固 体酸素センサーにおいて、前記第１電極を、少なくとも１の非化学量論的セラミ ック酸化物と、金、白金、ニッケル及びクロムでなる群から選ばれる金属との混 合物（ＣＥＲＭＥＴ）で構成したことを特徴とする、固体酸素センサー。 ２　請求の範囲第１項記載のものにおいて、前記セラミック酸化物が、ＰｒＯ２ ＋ｘ、ＴｂＯ２−ｘ、ＣｅＯ２−ｘ、ＬａＣｒＯ３、Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｒＯ３ （０＜ｘ＜０．２）でなる群から選ばれる化合物、又は亜化学量諸的及び過化学 量論的酸化物の混合物又は両者の固溶体である、固体酸素センサー。 ３　請求の範囲第１項又は第２項記載のものにおいて、前記第１電極における金 属の量が全体の１０ないし３０重量％である、固体酸素センサー。