JPH0688800A - Carbon dioxide gas sensor element and measuring method for measuring carbon dioxide gas concentration - Google Patents

Carbon dioxide gas sensor element and measuring method for measuring carbon dioxide gas concentration

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JPH0688800A
JPH0688800A JP23957792A JP23957792A JPH0688800A JP H0688800 A JPH0688800 A JP H0688800A JP 23957792 A JP23957792 A JP 23957792A JP 23957792 A JP23957792 A JP 23957792A JP H0688800 A JPH0688800 A JP H0688800A
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JP
Japan
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carbon dioxide
sensor element
dioxide gas
rare earth
concentration
Prior art date
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Pending
Application number
JP23957792A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaki Kato
正樹 加藤
Takamasa Isobe
隆昌 磯部
Noriyoshi Yamauchi
則義 山内
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.)
Noritake Co Ltd
Original Assignee
Noritake Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain a carbon dioxide gas sensor element having a small size, a low cost and high reliability and a method for measuring carbon dioxide gas concentration using the same element. CONSTITUTION:A carbon dioxide gas sensor element comprises an element body 1 made of rare earth element oxide. A variation in an electric resistance due to carbon dioxide gas concentration of the rare earth element oxide is measured by using the element thereby to detect the concentration. It has a small size, a low cost and high reliability, and can measure the concentration with high reproducibility and high aging stability.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、炭酸ガスセンサ素子お
よび炭酸ガス濃度測定方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon dioxide sensor element and a carbon dioxide concentration measuring method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、炭酸ガスセンサ素子は、室内空調
等における生活環境制御等の環境衛生用、ハウス栽培に
おける炭酸ガス濃度の制御などの農業用、排ガスの監視
などの工業用、火災の早期発見などの防災用等の幅広い
用途に使用されてきている。そして、従来、被測定ガス
中の炭酸ガス濃度を測定する方法としては、非分散型赤
外線吸収分析法、熱伝導度演算法、隔膜式ガラス電極
法、ナシコンのような固体電解質を用いたものが知られ
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, carbon dioxide sensor elements have been used for environmental hygiene such as living environment control in indoor air conditioning, for agriculture such as carbon dioxide concentration control in greenhouse cultivation, for industrial use such as exhaust gas monitoring, and early detection of fire. It has been used for a wide range of purposes such as disaster prevention. Then, conventionally, as a method for measuring the carbon dioxide concentration in the gas to be measured, a non-dispersive infrared absorption analysis method, a thermal conductivity calculation method, a diaphragm glass electrode method, a solid electrolyte such as NASICON is used. Are known.

【0003】例えば、特開平3−134553号公報に
は、ナシコン(ナトリウムイオン伝導体セラミック)を
使用し、それが所定の温度条件下で炭酸ガスと接したと
きの電池反応による起電力を検出することにより、炭酸
ガスを検知する炭酸ガスセンサが開示されている。ま
た、特開平3−123848号公報には、リチウムイオ
ン導電性固体電解質を用いた炭酸ガス濃淡電池型の炭酸
ガス濃度測定用センサが開示されている。
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 3-134553, Nasicon (sodium ion conductor ceramic) is used, and the electromotive force due to the cell reaction when it comes into contact with carbon dioxide under a predetermined temperature condition is detected. Accordingly, a carbon dioxide sensor for detecting carbon dioxide is disclosed. Further, JP-A-3-123848 discloses a carbon dioxide concentration sensor of carbon dioxide concentration type using a lithium ion conductive solid electrolyte.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
測定装置および方法は、大型かつ高価であったり、ある
いは、再現性や経時安定性に乏しい等、汎用性に欠ける
という問題点があった。
However, these conventional measuring devices and methods have problems in that they lack versatility, such as large size and high cost, or poor reproducibility and stability over time.

【0005】本発明の目的は、前述したような従来の技
術の問題点を解消しうるような炭酸ガスセンサ素子およ
び炭酸ガス濃度測定方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a carbon dioxide gas sensor element and a carbon dioxide gas concentration measuring method capable of solving the above-mentioned problems of the conventional techniques.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明による炭酸ガスセ
ンサ素子は、希土類酸化物にて素子本体が構成されてい
る。
In the carbon dioxide sensor element according to the present invention, the element body is made of rare earth oxide.

【0007】また、本発明による炭酸ガス濃度測定方法
は、希土類酸化物を使用し、該希土類酸化物の炭酸ガス
濃度による電気抵抗の変化を測定することにより、炭酸
ガス濃度を検出することを特徴とする。
Further, the carbon dioxide concentration measuring method according to the present invention is characterized in that the rare earth oxide is used and the carbon dioxide concentration is detected by measuring the change in electrical resistance of the rare earth oxide depending on the carbon dioxide concentration. And

【0008】[0008]

【実施例】次に、添付図面に基づいて、本発明の実施例
について、本発明をより詳細に説明する。
The present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

【0009】本発明においては、炭酸ガスを検出するの
に、希土類酸化物を使用する。本発明に用いられる酸化
物は、次のようにして得られる。即ち、まず、希土類酸
化物を構成する各種材料を調合し、この原料を混合した
後、仮焼する。次いで、仮焼粉末にバインダを加えて成
形し、成形体を焼成する。更に得られた希土類酸化物の
表面に、少なくとも一対の電極を付与することにより、
炭酸ガスセンサ素子を得ることができる。
In the present invention, a rare earth oxide is used to detect carbon dioxide. The oxide used in the present invention is obtained as follows. That is, first, various materials forming the rare earth oxide are mixed, the raw materials are mixed, and then calcined. Next, a binder is added to the calcined powder to form a compact, and the compact is fired. Further, by providing at least a pair of electrodes on the surface of the obtained rare earth oxide,
A carbon dioxide sensor element can be obtained.

【0010】このセンサ素子では、炭酸ガスの存在下に
おいて、酸化物表面と炭酸ガス分子が化学的な相互作用
を起こすことにより、センサ素子の電気抵抗値が変化す
る。
In this sensor element, the electrical resistance value of the sensor element changes due to the chemical interaction between the oxide surface and carbon dioxide molecules in the presence of carbon dioxide.

【0011】なお、本発明において希土類酸化物の成形
体を形成する際に、貴金属等の増感剤を加えても良い。
また、希土類酸化物として、特にNd2 3 またはCe
2を用いると、測定温度よりも高い温度での熱処理を
施してから使用することにより、他の希土類酸化物では
保管中に不可避的に発生する、空気による炭酸塩化、水
酸化物化を抑制し、寿命を著しく延長することができ
る。
In the present invention, a sensitizer such as a noble metal may be added when forming a molded body of a rare earth oxide.
Further, as the rare earth oxide, particularly Nd 2 O 3 or Ce
When O 2 is used, it is subjected to heat treatment at a temperature higher than the measurement temperature, and then used, thereby suppressing carbonation and hydroxide formation due to air, which are inevitably generated during storage with other rare earth oxides during storage. , The life can be significantly extended.

【0012】一方、本発明の炭酸ガス濃度測定方法によ
れば、希土類酸化物を使用し、この希土類酸化物の炭酸
ガス濃度による電気抵抗の変化を測定することにより、
炭酸ガス濃度を検出することができる。
On the other hand, according to the carbon dioxide concentration measuring method of the present invention, the rare earth oxide is used, and the change in the electric resistance depending on the carbon dioxide concentration of the rare earth oxide is measured.
The carbon dioxide concentration can be detected.

【0013】(具体的実施例1)(Specific Example 1)

【0014】以下に、本発明による炭酸ガスセンサ素子
の具体的実施例の一つについて、詳細に説明する。本発
明による炭酸ガスセンサ素子を作製するために、先ず、
希土類酸化物の原料として、Nd2 3 粉末を用意し
た。所定量を秤量し、ボールミルを用いて湿式粉砕した
後、脱溶媒、乾燥した。
One specific embodiment of the carbon dioxide gas sensor element according to the present invention will be described in detail below. In order to manufacture the carbon dioxide sensor element according to the present invention, first,
Nd 2 O 3 powder was prepared as a raw material for the rare earth oxide. A predetermined amount was weighed, wet-milled using a ball mill, desolvated and dried.

【0015】更に、バインダーを加えて、1t/cm2
圧力でプレス処理して、ディスク状に成形した。この成
形体を、空気中において1073Kで1時間焼成した。
得られた焼成体は、直径10mm、厚さ1mmであった。こ
の焼成体の両表面に30mm2の面積の銀電極を付与し
て、炭酸ガスセンサ素子とした。このとき、原料につい
ては、熱分解による残留生成物が酸化物のみとなるもの
であれば、いかなるものでも良い。図1は、この炭酸ガ
スセンサ素子の概略拡大断面図である。図1に示すよう
に、この炭酸ガスセンサ素子は、希土類酸化物で形成さ
れた素子本体1と、その素子本体の両端面に付与された
電極2とを備えてなっている。
Further, a binder was added, and the mixture was pressed at a pressure of 1 t / cm 2 to form a disc. The compact was fired in air at 1073K for 1 hour.
The obtained fired body had a diameter of 10 mm and a thickness of 1 mm. A silver electrode having an area of 30 mm 2 was provided on both surfaces of this fired body to obtain a carbon dioxide gas sensor element. At this time, any raw material may be used as long as the residual product of thermal decomposition is only an oxide. FIG. 1 is a schematic enlarged cross-sectional view of this carbon dioxide sensor element. As shown in FIG. 1, the carbon dioxide sensor element includes an element body 1 made of a rare earth oxide, and electrodes 2 provided on both end surfaces of the element body.

【0016】次に、本実施例の炭酸ガスセンサ素子の動
作について説明する。例えば、炭酸ガスセンサ素子の設
置されているチューブ中に被測定ガスを導入すると、炭
酸ガス濃度に応じてセンサ素子の電気抵抗値が変化す
る。この電気抵抗値変化を測定装置によって測定し、被
測定ガス中の炭酸ガス分圧と電気抵抗値との関係におい
て、優れた再現性を得ることができる。したがって、濃
度既知の被測定ガスおよび基準ガスでの測定値から予め
検量線を求めておくことにより、濃度未知の被測定ガス
についても、検量線から安定かつ高精度に炭酸ガス濃度
を求めることができる。
Next, the operation of the carbon dioxide sensor element of this embodiment will be described. For example, when the gas to be measured is introduced into the tube in which the carbon dioxide sensor element is installed, the electrical resistance value of the sensor element changes according to the carbon dioxide concentration. This change in electric resistance value is measured by a measuring device, and excellent reproducibility can be obtained in the relationship between the carbon dioxide partial pressure in the gas to be measured and the electric resistance value. Therefore, by previously obtaining the calibration curve from the measured values of the measured gas whose concentration is known and the reference gas, the carbon dioxide concentration can be stably and accurately determined from the calibration curve even for the measured gas whose concentration is unknown. it can.

【0017】センサ特性を調べるために、図2に略示す
るように、例えば、セラミックチューブ10内に、希土
類酸化物の素子本体1の両面に銀電極2を付与してなる
本実施例の炭酸ガスセンサ素子を配置し、両電極2に白
金線11を接続し、1V、50KHzの交流電源12に
て交流電圧をセンサ素子に印加して、そのセンサ素子の
インピーダンス変化を測定できるようにした。セラミッ
クチューブ10内にテストガスとして炭酸ガス濃度2%
のガス、空気等を流し、976Kの温度において、イン
ピーダンス変化を測定した。図3は、このようにして測
定した、インピーダンス変化を示したものである。この
図3からも明らかなように、炭酸ガス濃度に従って、イ
ンピーダンスが変化する。
In order to examine the sensor characteristics, as shown schematically in FIG. 2, for example, a carbon dioxide of this embodiment is formed by providing silver electrodes 2 on both surfaces of a rare earth oxide element body 1 in a ceramic tube 10. A gas sensor element was arranged, a platinum wire 11 was connected to both electrodes 2, and an AC voltage was applied to the sensor element by an AC power source 12 of 1 V and 50 KHz so that the impedance change of the sensor element could be measured. Carbon dioxide concentration of 2% as a test gas in the ceramic tube 10.
The gas, air, etc. were flowed, and the impedance change was measured at a temperature of 976K. FIG. 3 shows the impedance change measured in this way. As is clear from FIG. 3, the impedance changes according to the carbon dioxide concentration.

【0018】(具体的実施例2)(Specific Example 2)

【0019】次に、本発明による炭酸ガスセンサ素子の
別の具体的実施例について説明する。この実施例の炭酸
ガスセンサ素子を作製するために、希土類酸化物の原料
として、CeO2 粉末を用意した。所定量を秤量し、ボ
ールミルを用いて湿式粉砕した後、脱溶媒、乾燥した。
更に、バインダーを加えて、1t/cm2 の圧力でプレス
処理して、ディスク状に成形した。この成形体を、空気
中において973Kで1時間焼成した。得られた焼成体
は、直径10mm、厚さ1mmであった。この焼成体の両表
面に30mm2 の面積の銀電極を付与して、炭酸ガスセン
サ素子とした。この炭酸ガスセンサ素子について、前述
の具体的実施例1の炭酸ガスセンサ素子の場合と同様の
測定装置にて、883Kの温度において、炭酸ガス濃度
を変化させた場合のインピーダンス変化を測定した例を
図4に示している。この図4からも、炭酸ガス濃度に従
って、インピーダンスが変化することがわかる。
Next, another specific embodiment of the carbon dioxide sensor element according to the present invention will be described. In order to manufacture the carbon dioxide gas sensor element of this example, CeO 2 powder was prepared as a raw material of rare earth oxide. A predetermined amount was weighed, wet-milled using a ball mill, desolvated and dried.
Further, a binder was added, and the mixture was pressed at a pressure of 1 t / cm 2 to form a disc. The compact was fired in air at 973K for 1 hour. The obtained fired body had a diameter of 10 mm and a thickness of 1 mm. A silver electrode having an area of 30 mm 2 was provided on both surfaces of this fired body to obtain a carbon dioxide gas sensor element. With respect to this carbon dioxide gas sensor element, an example of measuring the impedance change when the carbon dioxide gas concentration was changed at a temperature of 883 K with the same measuring device as in the case of the carbon dioxide gas sensor element of the specific example 1 described above is shown in FIG. Is shown in. It can be seen from FIG. 4 that the impedance changes according to the carbon dioxide concentration.

【0020】(その他の具体的実施例)(Other specific examples)

【0021】図5は、本発明のその他の具体的実施例を
一覧表にして示している。いずれの実施例でも、炭酸ガ
スに対して感度を示すことがわかる。これらを比較的に
広い意味で表現すれば、本発明は、希土類酸化物を用い
ることを特徴とした炭酸ガスセンサ素子であり、その表
面に、少なくとも一種の貴金属元素あるいは導電性酸化
物による、少なくとも一対の電極を接続したものであ
る。特に、希土類酸化物として、Nd2 3 またはCe
2 を用いる場合には、センサ素子の寿命を著しく延長
できる。更に、本発明の炭酸ガスセンサ素子の抵抗値変
化を測定することにより、炭酸ガス濃度を安定かつ再現
性良く得ることができる。
FIG. 5 is a table showing another specific embodiment of the present invention. It can be seen that each of the examples has sensitivity to carbon dioxide gas. Expressing these in a relatively broad sense, the present invention is a carbon dioxide gas sensor element characterized by using a rare earth oxide, on the surface of which at least one precious metal element or a conductive oxide, at least a pair of The electrodes are connected. Particularly, as the rare earth oxide, Nd 2 O 3 or Ce
When O 2 is used, the life of the sensor element can be remarkably extended. Further, by measuring the change in resistance of the carbon dioxide sensor element of the present invention, the carbon dioxide concentration can be obtained stably and with good reproducibility.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明の炭酸ガスセンサ素子は、小型で
安価で高信頼性を有する。本発明の炭酸ガスセンサ素子
を使用すれば、炭酸ガス濃度を再現性よく、且つ経時安
定性よく測定できる。したがって、本発明の炭酸ガスセ
ンサ素子は、室内空調あるいはハウス栽培等に利用する
ことができ、経済効果が大である。
The carbon dioxide sensor element of the present invention is small, inexpensive and highly reliable. If the carbon dioxide sensor element of the present invention is used, the carbon dioxide concentration can be measured with good reproducibility and stability over time. Therefore, the carbon dioxide sensor element of the present invention can be used for indoor air conditioning or greenhouse cultivation, and has a great economic effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例としての炭酸ガスセンサ素子
の概略拡大断面図である。
FIG. 1 is a schematic enlarged cross-sectional view of a carbon dioxide sensor element as one embodiment of the present invention.

【図2】本発明における炭酸ガス濃度測定方法の回路構
成を簡単に示した図である。
FIG. 2 is a diagram simply showing a circuit configuration of a carbon dioxide concentration measuring method according to the present invention.

【図3】本発明の一実施例の炭酸ガスセンサ素子による
炭酸ガス感度を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing carbon dioxide sensitivity by a carbon dioxide sensor element according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の別の実施例としての炭酸ガスセンサ素
子による炭酸ガス感度を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing carbon dioxide sensitivity by a carbon dioxide sensor element as another embodiment of the present invention.

【図5】本発明の炭酸ガスセンサ素子の素子本体を構成
する希土類酸化物の種々の例を列挙した一覧表を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing a list listing various examples of rare earth oxides constituting the element body of the carbon dioxide sensor element of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 素子本体 2 電極 10 セラミックチューブ 11 白金線 12 定電圧交流電源 1 Element body 2 Electrode 10 Ceramic tube 11 Platinum wire 12 Constant voltage AC power supply

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山内 則義 愛知県名古屋市西区則武新町3丁目1番36 号 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Noriyoshi Yamauchi 3-36 Noritake Shinmachi, Nishi-ku, Nagoya-shi, Aichi Noritake Company Limited Limited

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 希土類酸化物にて素子本体を構成したこ
とを特徴とする炭酸ガスセンサ素子。
1. A carbon dioxide gas sensor element, wherein the element body is made of a rare earth oxide.
【請求項2】 前記希土類酸化物は、Nd2 3 または
CeO2 である請求項1記載の炭酸ガスセンサ素子。
2. The carbon dioxide gas sensor element according to claim 1, wherein the rare earth oxide is Nd 2 O 3 or CeO 2 .
【請求項3】 前記素子本体の表面に、少なくとも一種
の貴金属元素による、少なくとも一対の電極を形成した
請求項1または2記載の炭酸ガスセンサ素子。
3. The carbon dioxide sensor element according to claim 1, wherein at least a pair of electrodes made of at least one noble metal element is formed on the surface of the element body.
【請求項4】 希土類酸化物を使用し、該希土類酸化物
の炭酸ガス濃度による電気抵抗の変化を測定することに
より、炭酸ガス濃度を検出することを特徴とする炭酸ガ
ス濃度測定方法。
4. A carbon dioxide concentration measuring method comprising detecting the carbon dioxide concentration by using a rare earth oxide and measuring a change in electrical resistance of the rare earth oxide depending on the carbon dioxide concentration.
JP23957792A 1992-09-08 1992-09-08 Carbon dioxide gas sensor element and measuring method for measuring carbon dioxide gas concentration Pending JPH0688800A (en)

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