JPH0679007B2 - 固体基準物質を備えたセンサプローブ - Google Patents
固体基準物質を備えたセンサプローブInfo
- Publication number
- JPH0679007B2 JPH0679007B2 JP2173027A JP17302790A JPH0679007B2 JP H0679007 B2 JPH0679007 B2 JP H0679007B2 JP 2173027 A JP2173027 A JP 2173027A JP 17302790 A JP17302790 A JP 17302790A JP H0679007 B2 JPH0679007 B2 JP H0679007B2
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- Japan
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- solid
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- sensor
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ボイラ、燃焼炉及び自動車等から排出される
水素又は水蒸気の濃度を測定するために使用される固体
基準物質を備えたセンサプローブに関し、特にガルバニ
電池式センサの基準として固体基準物質を使用したセン
サプローブに関する。
水素又は水蒸気の濃度を測定するために使用される固体
基準物質を備えたセンサプローブに関し、特にガルバニ
電池式センサの基準として固体基準物質を使用したセン
サプローブに関する。
［従来の技術］ 高温排ガス中の水素又は水蒸気の濃度を測定すること
は、ボイラ、燃焼炉及び自動車エンジン等の燃焼効率を
正確に求めるために不可欠である。このため、高温排ガ
ス中において安定に作動し、信頼性が高い水素及び水蒸
気濃度測定装置の開発が要望されている。
は、ボイラ、燃焼炉及び自動車エンジン等の燃焼効率を
正確に求めるために不可欠である。このため、高温排ガ
ス中において安定に作動し、信頼性が高い水素及び水蒸
気濃度測定装置の開発が要望されている。
そこで、従来、酸化ストロンチウム及び酸化セリウム
（SrCeO3）等のペロブスカイト型酸化物からなるプロト
ン導電性を有する固体電解質をセンサ素子とし、このセ
ンサ素子の両面に夫々測定極及び基準極を設けた水素又
は水蒸気センサが提案されている（特開昭58−50458,60
−263853,61−2064,61−3054,61−14566号公報）。
（SrCeO3）等のペロブスカイト型酸化物からなるプロト
ン導電性を有する固体電解質をセンサ素子とし、このセ
ンサ素子の両面に夫々測定極及び基準極を設けた水素又
は水蒸気センサが提案されている（特開昭58−50458,60
−263853,61−2064,61−3054,61−14566号公報）。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の従来技術は、基準物質として所定
濃度の水素又は水蒸気を含有するガスを使用するので、
以下に示す問題点がある。
濃度の水素又は水蒸気を含有するガスを使用するので、
以下に示す問題点がある。
プロトンと共に電子ホールがセンサ素子中を移動す
るため、測定極側から基準極側、又は基準極側から測定
極側へ水素が電気化学的に移動する。このために、基準
極側の水蒸気分圧が変化してしまい、長時間に亘る測定
において、センサの動作が不安定になる。
るため、測定極側から基準極側、又は基準極側から測定
極側へ水素が電気化学的に移動する。このために、基準
極側の水蒸気分圧が変化してしまい、長時間に亘る測定
において、センサの動作が不安定になる。
基準極側の水蒸気分圧が変化するために、測定極側
の水蒸気濃度（水蒸気分圧）又は水素濃度（水素分圧）
を正確に求めることができない。
の水蒸気濃度（水蒸気分圧）又は水素濃度（水素分圧）
を正確に求めることができない。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
基準極側の水蒸気分圧の変化が抑制でき、水素又は水蒸
気濃度の測定を長時間に亘って安定して行なうことがで
きる固体基準物質を備えたセンサプローブを提供するこ
とを目的とする。
基準極側の水蒸気分圧の変化が抑制でき、水素又は水蒸
気濃度の測定を長時間に亘って安定して行なうことがで
きる固体基準物質を備えたセンサプローブを提供するこ
とを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明に係る固体基準物質を備えたセンサプローブは、
ペロブスカイト型プロトン導電性固体電解質部材と、こ
の固体電解質部材を挾んで形成された１対の多孔質電極
と、一方の前記多孔質電極に接触して設けられガルバニ
電池式センサの基準となる固体基準物質とを有し、前記
固体基準物質は燐酸アルミニウムを主成分とすることを
特徴とする。
ペロブスカイト型プロトン導電性固体電解質部材と、こ
の固体電解質部材を挾んで形成された１対の多孔質電極
と、一方の前記多孔質電極に接触して設けられガルバニ
電池式センサの基準となる固体基準物質とを有し、前記
固体基準物質は燐酸アルミニウムを主成分とすることを
特徴とする。
［作用］ 本願発明者等は長時間に亘って安定して動作する水素及
び水蒸気センサ装置を開発すべく、種々実験研究を繰り
返した。その結果、基準物質として燐酸アルミニウムを
主成分とする固体物質を使用することにより、長時間に
亘って安定して水素及び水蒸気濃度測定を行なうことが
できることを見出した。
び水蒸気センサ装置を開発すべく、種々実験研究を繰り
返した。その結果、基準物質として燐酸アルミニウムを
主成分とする固体物質を使用することにより、長時間に
亘って安定して水素及び水蒸気濃度測定を行なうことが
できることを見出した。
つまり、燐酸アルミニウムには、通常センサが使用され
る温度（400乃至800℃）において、水蒸気を吸収又は放
出するという作用がある。従って、固体基準物質として
燐酸アルミニウムを主成分とする物質を使用することに
より、水素又は水蒸気濃度の測定により移動した水素に
相当する分の水蒸気を固体基準物質が吸収又は放出し
て、基準極側の水蒸気分圧が略一定に維持される。これ
により、長時間に亘って安定して水素又は水蒸気濃度を
測定することができる。
る温度（400乃至800℃）において、水蒸気を吸収又は放
出するという作用がある。従って、固体基準物質として
燐酸アルミニウムを主成分とする物質を使用することに
より、水素又は水蒸気濃度の測定により移動した水素に
相当する分の水蒸気を固体基準物質が吸収又は放出し
て、基準極側の水蒸気分圧が略一定に維持される。これ
により、長時間に亘って安定して水素又は水蒸気濃度を
測定することができる。
［実施例］ 次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。
明する。
第１図は本発明の実施例に係る固体基準物質を備えたセ
ンサプローブを示す断面図である。センサ素子１は一端
が閉塞された管状をなし、開放端部の外周面が外方に突
出してこの部分に鍔1aが設けられている。そして、この
センサ素子１の閉塞端側部分の外面及び内面には多孔質
材料を被着することにより夫々基準極３及び測定極４が
形成されている。
ンサプローブを示す断面図である。センサ素子１は一端
が閉塞された管状をなし、開放端部の外周面が外方に突
出してこの部分に鍔1aが設けられている。そして、この
センサ素子１の閉塞端側部分の外面及び内面には多孔質
材料を被着することにより夫々基準極３及び測定極４が
形成されている。
このセンサ素子１の閉塞端側の略半分には筒状のスリー
ブ５が外嵌されていて、センサ素子１の閉塞端部がスリ
ーブ５の内側の略中央に配置されている。このスリーブ
５のセンサ素子１側の端部はセラミック接着剤６により
センサ素子１の外周面略中央の位置に固定されており、
他方の端部はセラミック接着剤等からなるセラミックシ
ール材８により封止されている。このスリーブ５内には
そのセンサ素子１側の端部からセラミックシール材８の
近傍まで固体基準物質２が充填され、更にこの固体基準
物質２上にアルミナ（Al2O3）粉末７が充填され、これ
らの固体基準物質２及びアルミナ粉末７がセラミックシ
ール材８によりスリーブ５内に封入されるようになって
いる。
ブ５が外嵌されていて、センサ素子１の閉塞端部がスリ
ーブ５の内側の略中央に配置されている。このスリーブ
５のセンサ素子１側の端部はセラミック接着剤６により
センサ素子１の外周面略中央の位置に固定されており、
他方の端部はセラミック接着剤等からなるセラミックシ
ール材８により封止されている。このスリーブ５内には
そのセンサ素子１側の端部からセラミックシール材８の
近傍まで固体基準物質２が充填され、更にこの固体基準
物質２上にアルミナ（Al2O3）粉末７が充填され、これ
らの固体基準物質２及びアルミナ粉末７がセラミックシ
ール材８によりスリーブ５内に封入されるようになって
いる。
センサ素子１の外周面には基準極３からセンサ素子１の
長手方向の略中央までその長手方向に沿って帯状のプリ
ントリード配線9aが形成されている。また、このプリン
トリード配線9aのセンサ素子１中央部側の端部にはリー
ド10aが接続されており、これにより、基準極３はこの
プリントリード配線9a及びリード10aを介して外部測定
装置（図示せず）に導出されている。
長手方向の略中央までその長手方向に沿って帯状のプリ
ントリード配線9aが形成されている。また、このプリン
トリード配線9aのセンサ素子１中央部側の端部にはリー
ド10aが接続されており、これにより、基準極３はこの
プリントリード配線9a及びリード10aを介して外部測定
装置（図示せず）に導出されている。
センサ素子１の開放端側部分の外周面には、基本的に筒
状をなす金属性ホルダ11a,11bが外嵌されていて、この
ホルダ11a,11bは鍔1aを挟み込んだ状態で相互に固定す
ることにより、いずれも鍔1aに固定されている。このホ
ルダ11a,11bと鍔1aとの間には夫々耐熱性ゴムからなる
Ｏリング15により両者間が夫々気密的にシールされてい
る。
状をなす金属性ホルダ11a,11bが外嵌されていて、この
ホルダ11a,11bは鍔1aを挟み込んだ状態で相互に固定す
ることにより、いずれも鍔1aに固定されている。このホ
ルダ11a,11bと鍔1aとの間には夫々耐熱性ゴムからなる
Ｏリング15により両者間が夫々気密的にシールされてい
る。
また、センサ素子１内にはホルダ11bの下端開口部12を
介して導入管13が挿入され、この導入管13はその先端部
をセンサ素子１の閉塞端内面から若干離隔させてセンサ
素子１の内側に同心的に配置されている。この導入管13
は被測定ガスをセンサ素子１内に導入するものであり、
ホルダ11bの開口部12にて導入管13とホルダ11b内面との
間をガスの通流を可能にして固定されている。この導入
管13にはその長手方向に沿ってプリントリード配線9bが
形成されており、この配線9bの導入管先端部側の端部は
測定極４に接続されている。また、配管9bの導入管基端
部側の端部にはリード10bが接続されており、これによ
り、測定極４はこのプリントリード配線9b及びリード10
bを介して外部の前記測定装置に電気的に導出されてい
る。
介して導入管13が挿入され、この導入管13はその先端部
をセンサ素子１の閉塞端内面から若干離隔させてセンサ
素子１の内側に同心的に配置されている。この導入管13
は被測定ガスをセンサ素子１内に導入するものであり、
ホルダ11bの開口部12にて導入管13とホルダ11b内面との
間をガスの通流を可能にして固定されている。この導入
管13にはその長手方向に沿ってプリントリード配線9bが
形成されており、この配線9bの導入管先端部側の端部は
測定極４に接続されている。また、配管9bの導入管基端
部側の端部にはリード10bが接続されており、これによ
り、測定極４はこのプリントリード配線9b及びリード10
bを介して外部の前記測定装置に電気的に導出されてい
る。
センサ素子１はSrCe0.95Yb0.05O3-Y,CaZr0.9In0.1O3-Y,
BaCe0.95Ｙ0.05O3-Y（但し、Ｙは０乃至0.5の範囲の数
値）等のペロブスカイト型複合酸化物からなるプロント
導電性固体電解質で成形されている。
BaCe0.95Ｙ0.05O3-Y（但し、Ｙは０乃至0.5の範囲の数
値）等のペロブスカイト型複合酸化物からなるプロント
導電性固体電解質で成形されている。
また、基準極３及び測定極４はPt,Ni又は酸化物導電体
等の多孔質材料を焼き付けることにより形成されてい
る。
等の多孔質材料を焼き付けることにより形成されてい
る。
更に、固体基準物質２としては、燐酸アルミニウムを主
成分とする物質を充填している。
成分とする物質を充填している。
次に、本実施例に係るセンサプローブの動作について説
明する。
明する。
固体電解質で形成されたセンサ素子１内に、導入管13を
介して被測定ガスを供給すると共に、センサ素子１の基
準極３及び測定極４が配置された閉塞端部を所定の起電
力測定温度に加熱する。そうすると、水素又は水蒸気を
含有する被測定ガスと接触する固体電解質の内面と、固
体基準物質２と接触する固体電解質の外面との間を、被
測定ガス中の水素又は水蒸気濃度と、固体基準物質２の
基準濃度との間の相違に起因して、プロトンが移動す
る。このプロトンの移動により、測定極４と基準極３と
の間には、ガルバニ起電力が発生する。この起電力をリ
ード10a,10bを介して検出することにより、被測定ガス
の水素又は水蒸気濃度を検出することができる。この場
合に、固体基準物質２は、測定により移動した水素に相
当する分の水蒸気を吸収又は放出して、基準極３側の水
蒸気分圧を略一定に維持する。被測定ガスは開口部12を
介してセンサ素子１の外部に排出され、被測定ガスが導
入管13を介してセンサ素子１の内部に連続的に供給され
る。これにより、連続的に、且つ安定して被測定ガスの
水素又は水蒸気濃度を測定することができる。
介して被測定ガスを供給すると共に、センサ素子１の基
準極３及び測定極４が配置された閉塞端部を所定の起電
力測定温度に加熱する。そうすると、水素又は水蒸気を
含有する被測定ガスと接触する固体電解質の内面と、固
体基準物質２と接触する固体電解質の外面との間を、被
測定ガス中の水素又は水蒸気濃度と、固体基準物質２の
基準濃度との間の相違に起因して、プロトンが移動す
る。このプロトンの移動により、測定極４と基準極３と
の間には、ガルバニ起電力が発生する。この起電力をリ
ード10a,10bを介して検出することにより、被測定ガス
の水素又は水蒸気濃度を検出することができる。この場
合に、固体基準物質２は、測定により移動した水素に相
当する分の水蒸気を吸収又は放出して、基準極３側の水
蒸気分圧を略一定に維持する。被測定ガスは開口部12を
介してセンサ素子１の外部に排出され、被測定ガスが導
入管13を介してセンサ素子１の内部に連続的に供給され
る。これにより、連続的に、且つ安定して被測定ガスの
水素又は水蒸気濃度を測定することができる。
本発明に係るセンサプローブは、上記実施例のように、
固体電解質部材を一端閉塞型に構成したものに限らず、
種々の構造のものに適用できることは勿論である。少な
くとも、基準極となる多孔質電極に固体基準物質を接触
させて設ければよい。
固体電解質部材を一端閉塞型に構成したものに限らず、
種々の構造のものに適用できることは勿論である。少な
くとも、基準極となる多孔質電極に固体基準物質を接触
させて設ければよい。
次に、本実施例に係るセンサプローブを使用して実際に
アルゴン中の水素の濃度を測定した結果について説明す
る。
アルゴン中の水素の濃度を測定した結果について説明す
る。
水素濃度の測定 第１図に示す構成のセンサプローブを使用した。このセ
ンサプローブのセンサ素子１はSrCe0.95Yb0.05O3-Y,CaZ
r0.9In0.1O3-Y,又はBaCe0.95Ｙ0.05O3-Y等の組成を有す
るペロブスカイト型プロトン導電性固体電解質で成形さ
れている。
ンサプローブのセンサ素子１はSrCe0.95Yb0.05O3-Y,CaZ
r0.9In0.1O3-Y,又はBaCe0.95Ｙ0.05O3-Y等の組成を有す
るペロブスカイト型プロトン導電性固体電解質で成形さ
れている。
このセンサ素子１の内面及び外面にPt,Ni又は酸化物導
電体等からなる多孔質電極（基準極３及び測定極４）を
焼き付けた後、このセンサ素子１の外側にセラミック
（Al2O3）又は金属性のスリーブ５をセラミック接着剤
６により固定した。そして、スリーブ５の内側に、燐酸
アルミニウムを主成分とする固体基準物質２を充填し、
この固体基準物質２の上部にアルミナ粉末７を充填した
後、スリーブ５の上端部をセラミックシール材８で封止
した。
電体等からなる多孔質電極（基準極３及び測定極４）を
焼き付けた後、このセンサ素子１の外側にセラミック
（Al2O3）又は金属性のスリーブ５をセラミック接着剤
６により固定した。そして、スリーブ５の内側に、燐酸
アルミニウムを主成分とする固体基準物質２を充填し、
この固体基準物質２の上部にアルミナ粉末７を充填した
後、スリーブ５の上端部をセラミックシール材８で封止
した。
更に、センサ素子１の外側の基準極３とセンサ素子１の
内側の測定極４とをシールするために、センサ素子１の
鍔1aの部分を２本の耐熱性ゴムＯリング15を介して金属
性ホルダ11a,11bで挟み込んでシールした。
内側の測定極４とをシールするために、センサ素子１の
鍔1aの部分を２本の耐熱性ゴムＯリング15を介して金属
性ホルダ11a,11bで挟み込んでシールした。
このように構成された装置を使用して、アルゴンガス中
の水素濃度を測定した。第２図は横軸に水素分圧をと
り、縦軸に起電力をとって、センサプローブの起電力特
性を示すグラフ図である。この第２図から明らかなよう
に、本実施例に係るセンサプローブは水素分圧の変化に
対して優れた起電力特性を示した。
の水素濃度を測定した。第２図は横軸に水素分圧をと
り、縦軸に起電力をとって、センサプローブの起電力特
性を示すグラフ図である。この第２図から明らかなよう
に、本実施例に係るセンサプローブは水素分圧の変化に
対して優れた起電力特性を示した。
第３図は横軸に時間をとり、縦軸に起電力をとって、セ
ンサプローブの起電力の時間変化に対する特性を示すグ
ラフ図である。この第３図から明らかなように、本実施
例のセンサプローブは、1500時間以上の連続測定におい
ても殆どドリフトすることなく、安定した水素濃度の測
定を行なうことができる。
ンサプローブの起電力の時間変化に対する特性を示すグ
ラフ図である。この第３図から明らかなように、本実施
例のセンサプローブは、1500時間以上の連続測定におい
ても殆どドリフトすることなく、安定した水素濃度の測
定を行なうことができる。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、水素及び水蒸気セ
ンサプローブの基準物質として燐酸アルミニウムを主成
分とする固体基準物質を使用しているから、この固体基
準物質が水蒸気の吸収又は放出を行なうため、固体電解
質中の電子ホールとプロトンとの混合導電性による水素
の電気化学的移動に起因する基準極側の水蒸気分圧の変
化及びセンサ電位のドリフトを著しく低減することがで
きる。従って、本発明に係るセンサプローブは、長時間
に亘って水素濃度又は水蒸気濃度の測定を安定して行な
うことができる。
ンサプローブの基準物質として燐酸アルミニウムを主成
分とする固体基準物質を使用しているから、この固体基
準物質が水蒸気の吸収又は放出を行なうため、固体電解
質中の電子ホールとプロトンとの混合導電性による水素
の電気化学的移動に起因する基準極側の水蒸気分圧の変
化及びセンサ電位のドリフトを著しく低減することがで
きる。従って、本発明に係るセンサプローブは、長時間
に亘って水素濃度又は水蒸気濃度の測定を安定して行な
うことができる。
第１図は本発明の実施例に係る固体基準物質を備えたセ
ンサプローブを示す断面図、第２図は同じくその起電力
特性を示すグラフ図、第３図は同じくその起電力特性の
時間変化を示すグラフ図である。 1;センサ素子、1a;鍔、2;固体基準物質、3;基準極、4;
測定極、5;スリーブ、6;接着剤、7;アルミナ粉末、8;セ
ラミックシール材、9a,9b;プリントリード配線、10a,10
b;リード、11a,11b;ホルダ、12;開口部、13;導入管、1
5;Oリング
ンサプローブを示す断面図、第２図は同じくその起電力
特性を示すグラフ図、第３図は同じくその起電力特性の
時間変化を示すグラフ図である。 1;センサ素子、1a;鍔、2;固体基準物質、3;基準極、4;
測定極、5;スリーブ、6;接着剤、7;アルミナ粉末、8;セ
ラミックシール材、9a,9b;プリントリード配線、10a,10
b;リード、11a,11b;ホルダ、12;開口部、13;導入管、1
5;Oリング
Claims (2)
- 【請求項１】ペロブスカイト型プロトン導電性固体電解
質部材と、この固体電解質部材を挾んで形成された１対
の多孔質電極と、一方の前記多孔質電極に接触して設け
られガルバニ電池式センサの基準となる固体基準物質と
を有し、前記固体基準物質は燐酸アルミニウムを主成分
とすることを特徴とする固体基準物質を備えたセンサプ
ローブ。 - 【請求項２】ペロブスカイト型プロトン導電性固体電解
質により形成された一端閉塞型のセンサ素子と、このセ
ンサ素子の閉塞端側の内面及び外面の所定領域に形成さ
れた１対の多孔質電極と、前記センサ素子の閉塞端側部
分に相互に間隙をおいて外嵌されその一方の端部にて前
記センサ素子に固定されたスリーブと、このスリーブと
前記センサ素子との間に充填されてガルバニ電池式セン
サの基準となる固体基準物質とを有し、前記固体基準物
質は燐酸アルミニウムを主成分とすることを特徴とする
固体基準物質を備えたセンサプローブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2173027A JPH0679007B2 (ja) | 1990-06-30 | 1990-06-30 | 固体基準物質を備えたセンサプローブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2173027A JPH0679007B2 (ja) | 1990-06-30 | 1990-06-30 | 固体基準物質を備えたセンサプローブ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0462463A JPH0462463A (ja) | 1992-02-27 |
| JPH0679007B2 true JPH0679007B2 (ja) | 1994-10-05 |
Family
ID=15952855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2173027A Expired - Lifetime JPH0679007B2 (ja) | 1990-06-30 | 1990-06-30 | 固体基準物質を備えたセンサプローブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0679007B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AUPN363995A0 (en) | 1995-06-19 | 1995-07-13 | Memtec Limited | Electrochemical cell |
| US6413410B1 (en) | 1996-06-19 | 2002-07-02 | Lifescan, Inc. | Electrochemical cell |
| US6193865B1 (en) | 1997-09-11 | 2001-02-27 | Usf Filtration And Separations Group, Inc. | Analytic cell |
| DE10033348A1 (de) * | 2000-07-08 | 2002-01-17 | Bosch Gmbh Robert | Dichtungsanordnung an einem Aggregat |
| US7396443B2 (en) | 2003-02-17 | 2008-07-08 | Dongsub Park | Solid-state electrochemical hydrogen probe for the measurement of hydrogen content in the molten aluminum |
-
1990
- 1990-06-30 JP JP2173027A patent/JPH0679007B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0462463A (ja) | 1992-02-27 |
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