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
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid
sensor element
reference material
sensor
hydrogen
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2173027A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0462463A (ja
Inventor
保 矢嶋
邦博 小出
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.)
TYK Corp
Original Assignee
TYK Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TYK Corp filed Critical TYK Corp
Priority to JP2173027A priority Critical patent/JPH0679007B2/ja
Publication of JPH0462463A publication Critical patent/JPH0462463A/ja
Publication of JPH0679007B2 publication Critical patent/JPH0679007B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

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。
[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。
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)。
[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。
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。
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。
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。
[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。
[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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
センサ素子1はSrCe0.95Yb0.05O3-Y,CaZr0.9In0.1O3-Y,
BaCe0.950.05O3-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。
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。
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。
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。
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。
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。
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BaCe0.950.05O3-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。
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。
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。
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。
[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。
【図面の簡単な説明】
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

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
JP2173027A 1990-06-30 1990-06-30 固体基準物質を備えたセンサプローブ Expired - Lifetime JPH0679007B2 (ja)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0462463A (ja) 1992-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4559126A (en) Electrochemical device
US4902400A (en) Gas sensing element
US4861456A (en) Electrochemical device
US4859307A (en) Electrochemical gas sensor, and method for manufacturing the same
US4487680A (en) Planar ZrO2 oxygen pumping sensor
US4264425A (en) Device for detection of air/fuel ratio from oxygen partial pressure in exhaust gas
Maskell et al. Solid state potentiometric oxygen gas sensors
US4310401A (en) Electrochemical sensor construction especially automotive-type exhaust gas analyzing sensor
SU1142783A1 (ru) Устройство дл анализа газа с гальваническими чейками на твердом электролите
US6866517B2 (en) Contact slidable structure with a high durability
JPS6338154A (ja) NOxセンサ
JPS5853306B2 (ja) ガス濃度検出装置
JPS639179B2 (ja)
JP2001505311A (ja) ガスセンサ
US4428817A (en) Sensor cell structure for oxygen-combustibles gas mixture sensor
JPH0679007B2 (ja) 固体基準物質を備えたセンサプローブ
RU2379672C1 (ru) Датчик водорода в жидких и газовых средах
US4313810A (en) Oxygen concentration sensing apparatus
JP2004170135A (ja) 空燃比検出装置
US4795544A (en) Electrochemical gas sensor
US4105524A (en) Oxygen concentration sensor for heated gaseous mixture
JPH0679008B2 (ja) 固体基準物質を備えたセンサプローブ
JPS58158553A (ja) 酸素センサ
Kocache et al. A miniature rugged and accurate solid electrolyte oxygen sensor
JPH09264872A (ja) ガスセンサ