JPH0697222B2 - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
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- JPH0697222B2 JPH0697222B2 JP61032497A JP3249786A JPH0697222B2 JP H0697222 B2 JPH0697222 B2 JP H0697222B2 JP 61032497 A JP61032497 A JP 61032497A JP 3249786 A JP3249786 A JP 3249786A JP H0697222 B2 JPH0697222 B2 JP H0697222B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えばいわゆる拡散限界電流方式のように、
測定室への限界的ガス拡散制限効果によって周囲雰囲気
中の成分ガス濃度を測定するようにするイオン伝導性固
体電解質を用いたガスセンサに関するものである。
測定室への限界的ガス拡散制限効果によって周囲雰囲気
中の成分ガス濃度を測定するようにするイオン伝導性固
体電解質を用いたガスセンサに関するものである。
［従来の技術］ 現在、公害防止や工業上の必要性等のために、雰囲気中
のガス濃度をより精度よく制御することが求められてい
る。
のガス濃度をより精度よく制御することが求められてい
る。
そのためのガスセンサとして、特定成分ガス、例えば酸
素ガスのイオンを伝導する固体電解質体に１対の電極を
設けたものを酸素のポンプ素子として用い、該ポンプ素
子と同様の構造の酸素の濃淡電池素子をガス拡散制限手
段を有する測定ガス室を介して対向し、該濃淡電池素子
の出力が一定となるように上記ポンプ素子の電流を調節
し、その電流から周囲雰囲気中の酸素ガス濃度を測定す
るガスセンサがある。
素ガスのイオンを伝導する固体電解質体に１対の電極を
設けたものを酸素のポンプ素子として用い、該ポンプ素
子と同様の構造の酸素の濃淡電池素子をガス拡散制限手
段を有する測定ガス室を介して対向し、該濃淡電池素子
の出力が一定となるように上記ポンプ素子の電流を調節
し、その電流から周囲雰囲気中の酸素ガス濃度を測定す
るガスセンサがある。
［発明が解決しようとする問題点］ 前述のようなガスセンサのガス濃度−出力電圧特性は、
直接センサ個体間のばらつき影響するが、これは、概ね
測定ガス室の入口に設けられたガス拡散制限手段のガス
拡散制限効果と、測定ガス室の厚さ即ち両素子電極間の
間隙によるガス拡散制限効果とによって規定される。
直接センサ個体間のばらつき影響するが、これは、概ね
測定ガス室の入口に設けられたガス拡散制限手段のガス
拡散制限効果と、測定ガス室の厚さ即ち両素子電極間の
間隙によるガス拡散制限効果とによって規定される。
また、ガスセンサの一定ガス濃度下での濃淡電池素子出
力電圧−ポンプ素子電流の関係曲線における限界電流特
性、即ち、該関係曲線における一定電流での出力電圧急
変化特性（従って又、一定ポンプ電流下での濃淡電池素
子出力電圧−ガス濃度の関係曲線における一定ガス濃度
での出力電圧急変化特性）は、ガス濃度の検出時のセン
サ個体間のばらつき以外の周辺条件のばらつきの遭遇に
もかかわらず、検出精度を維持する上で好ましい特性で
あるが、これも又上記ガス濃度−出力特性と同様、概ね
測定ガス室の入口に設けられたガス拡散制限手段のガス
拡散制限効果と、測定ガス室の厚さ即ち両素子電極間の
間隙によるガス拡散制限効果とによって規定される。
力電圧−ポンプ素子電流の関係曲線における限界電流特
性、即ち、該関係曲線における一定電流での出力電圧急
変化特性（従って又、一定ポンプ電流下での濃淡電池素
子出力電圧−ガス濃度の関係曲線における一定ガス濃度
での出力電圧急変化特性）は、ガス濃度の検出時のセン
サ個体間のばらつき以外の周辺条件のばらつきの遭遇に
もかかわらず、検出精度を維持する上で好ましい特性で
あるが、これも又上記ガス濃度−出力特性と同様、概ね
測定ガス室の入口に設けられたガス拡散制限手段のガス
拡散制限効果と、測定ガス室の厚さ即ち両素子電極間の
間隙によるガス拡散制限効果とによって規定される。
上記のうち、例えば多孔質材からなるガス拡散制限手段
によるガス拡散制限効果はガスセンサの製造後に調整が
可能であるが、測定ガス室の厚さはガスセンサの製造後
に調整できない。更に製造時の焼成工程で固体電解質板
が変形する等によって測定ガス室の厚さを一定にするこ
とは容易ではなかった。
によるガス拡散制限効果はガスセンサの製造後に調整が
可能であるが、測定ガス室の厚さはガスセンサの製造後
に調整できない。更に製造時の焼成工程で固体電解質板
が変形する等によって測定ガス室の厚さを一定にするこ
とは容易ではなかった。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記問題点を有利に解決するためになされた
ものであり、その要旨は、 表面に１対の多孔質電極が形成された酸素イオン伝導性
固体電解質板からなる濃淡電池素子と、同じく表面に１
対の多孔質電極が形成された酸素イオン伝導性固体電解
質板からなるポンプ素子とを、該濃淡電池素子と該ポン
プ素子との各一方の電極が微小間隔を介して対向する様
にスペーサを介して積層後、一体化焼結し、しかして該
両電極が対向してなる微小間隔部分によって閉鎖状で且
つ偏平な測定ガス室が形成され、該測定ガス室は多孔質
材からなるガス拡散制限手段を介して測定ガスと連通さ
れるとともに、 ガスセンサとしてのガス濃度一定下における濃淡電池素
子出力電圧−ポンプ素子電流の関係曲線における限界電
流特性（即ち、ポンプ電流一定での出力電圧急変化特
性）が、上記多孔質材のガス拡散制限作用と上記電極間
の微小間隔によるガス拡散制限作用とによって規定され
てなるガスセンサにおいて、 上記積層時に２つの対向する電極間に支柱を、該支柱の
該各電極との接触面積の電極面積に対する割合が0.8％
以上で、且つ上記限界電流特性が保持される範囲内で、
印刷によって分散状に配設したことを特徴とするガスセ
ンサにある。
ものであり、その要旨は、 表面に１対の多孔質電極が形成された酸素イオン伝導性
固体電解質板からなる濃淡電池素子と、同じく表面に１
対の多孔質電極が形成された酸素イオン伝導性固体電解
質板からなるポンプ素子とを、該濃淡電池素子と該ポン
プ素子との各一方の電極が微小間隔を介して対向する様
にスペーサを介して積層後、一体化焼結し、しかして該
両電極が対向してなる微小間隔部分によって閉鎖状で且
つ偏平な測定ガス室が形成され、該測定ガス室は多孔質
材からなるガス拡散制限手段を介して測定ガスと連通さ
れるとともに、 ガスセンサとしてのガス濃度一定下における濃淡電池素
子出力電圧−ポンプ素子電流の関係曲線における限界電
流特性（即ち、ポンプ電流一定での出力電圧急変化特
性）が、上記多孔質材のガス拡散制限作用と上記電極間
の微小間隔によるガス拡散制限作用とによって規定され
てなるガスセンサにおいて、 上記積層時に２つの対向する電極間に支柱を、該支柱の
該各電極との接触面積の電極面積に対する割合が0.8％
以上で、且つ上記限界電流特性が保持される範囲内で、
印刷によって分散状に配設したことを特徴とするガスセ
ンサにある。
ここで酸素イオン伝導性固体電解質板として、安定化Zr
O2、二酸化セリウム、二酸化トリウム、二酸化ハフニウ
ムの各固溶体等を用いるとO2ガスの測定が可能であるほ
か、可燃物、例えばH2、CO、CH4等の濃度を測定するこ
とも可能である。
O2、二酸化セリウム、二酸化トリウム、二酸化ハフニウ
ムの各固溶体等を用いるとO2ガスの測定が可能であるほ
か、可燃物、例えばH2、CO、CH4等の濃度を測定するこ
とも可能である。
多孔質電極の材料としては、白金、金等を用いることが
でき、これらは、原料粉末を主成分としてペースト化し
厚膜技術を用いて印刷後、焼結して形成してもよく、又
フレーム溶射あるいは化学メッキもしくは蒸着などの薄
膜技術を用いて形成してもよい。また、多孔質電極中に
上記固体電解質板と同材料が配合されてもよい。
でき、これらは、原料粉末を主成分としてペースト化し
厚膜技術を用いて印刷後、焼結して形成してもよく、又
フレーム溶射あるいは化学メッキもしくは蒸着などの薄
膜技術を用いて形成してもよい。また、多孔質電極中に
上記固体電解質板と同材料が配合されてもよい。
測定ガス室と測定ガスとの間に介装されるガス拡散制限
手段としては、測定ガス室と測定ガス雰囲気とを結ぶ１
つ、あるいは２つ以上設けられた孔又は開口に多孔質材
を充填して拡散抵抗を増すようにしたものが、上記限界
電流特性を明確に示すようにするにの有利に用いられ
る。
手段としては、測定ガス室と測定ガス雰囲気とを結ぶ１
つ、あるいは２つ以上設けられた孔又は開口に多孔質材
を充填して拡散抵抗を増すようにしたものが、上記限界
電流特性を明確に示すようにするにの有利に用いられ
る。
偏平な測定ガス室は、２枚の固体電解質板の間に、測定
ガス室となる空所を有するスペーサーを挾んで接合する
ことにより閉鎖状に形成される。
ガス室となる空所を有するスペーサーを挾んで接合する
ことにより閉鎖状に形成される。
この測定ガス室の厚さすなわち両素子の電極表面間の距
離は、0.01〜0.2mmが好ましく、特に0.01〜0.1mmである
と好ましい。この厚さが0.01mmより小さいと、測定ガス
室自体によるガスの拡散制限の効果が大きすぎてガスセ
ンサの応答性がかえって悪化するとともに上記限界電流
特性も劣化する。又、逆にこの厚さが0.2mmより大きけ
れば、測定ガス室内の、特に両電極の間の成分ガスの分
圧差が大きくなって、ポンプ素子電極の耐久性に問題が
生じるとともに、応答性も悪くなる。
離は、0.01〜0.2mmが好ましく、特に0.01〜0.1mmである
と好ましい。この厚さが0.01mmより小さいと、測定ガス
室自体によるガスの拡散制限の効果が大きすぎてガスセ
ンサの応答性がかえって悪化するとともに上記限界電流
特性も劣化する。又、逆にこの厚さが0.2mmより大きけ
れば、測定ガス室内の、特に両電極の間の成分ガスの分
圧差が大きくなって、ポンプ素子電極の耐久性に問題が
生じるとともに、応答性も悪くなる。
測定ガス室で対向する２枚の電極の間に設けられる支柱
は、AI2O3、ムライト、スピネル等を用いることができ
る。この支柱は１本でも複数でもよいが電極上に均等に
配置されると好ましい。又、この支柱は多孔質であって
もよい。
は、AI2O3、ムライト、スピネル等を用いることができ
る。この支柱は１本でも複数でもよいが電極上に均等に
配置されると好ましい。又、この支柱は多孔質であって
もよい。
この支柱は、電極を厚膜あるいは薄膜技術によって形成
した後に、その上から印刷（例えばスクリーン印刷）に
よって形成できる。
した後に、その上から印刷（例えばスクリーン印刷）に
よって形成できる。
さらに、上記ガスセンサを構成する一方の固体電解質板
の測定ガスと接しない面に基準酸素濃度ガスを外部から
導入したり、発生させてもよい。
の測定ガスと接しない面に基準酸素濃度ガスを外部から
導入したり、発生させてもよい。
［作用］ 本発明のガスセンサは、測定ガス室で対向する２枚の電
極の間に支柱を、支柱の各電極との接触面積の電極面積
に対する割合が0.8％以上で、且つ上記限界電流特性が
保持される範囲内で、印刷によって分散状に配設したの
で、支柱として充分な強度が与えられて、製造の焼成工
程において測定ガス室の厚さ即ち電極間の間隔のばらつ
きが顕著に抑えられて、センサ個体間の出力のばらつき
が防止され、しかも一定ガス濃度下での出力電圧−ポン
プ電流の特性関係を検出精度上好ましい特性に有利に維
持することができる。
極の間に支柱を、支柱の各電極との接触面積の電極面積
に対する割合が0.8％以上で、且つ上記限界電流特性が
保持される範囲内で、印刷によって分散状に配設したの
で、支柱として充分な強度が与えられて、製造の焼成工
程において測定ガス室の厚さ即ち電極間の間隔のばらつ
きが顕著に抑えられて、センサ個体間の出力のばらつき
が防止され、しかも一定ガス濃度下での出力電圧−ポン
プ電流の特性関係を検出精度上好ましい特性に有利に維
持することができる。
また、支柱は印刷によって形成されるので、支柱の形成
が簡易化され、しかも、支柱の電極と接触する面積を正
確に設定できるので、所望の特性を有するガスセンサの
製造が簡易化される。
が簡易化され、しかも、支柱の電極と接触する面積を正
確に設定できるので、所望の特性を有するガスセンサの
製造が簡易化される。
［実施例］ 本発明の一実施例について説明する。
本実施例は、第１図の分解斜視図に示される空燃比セン
サに本発明を適用したものである。
サに本発明を適用したものである。
本実施例に用いる空燃比センサは、第１図に示す如く、 電極a1と電極b2と酸素イオン伝導性固体電解質板３とか
らなる第１の素子Ａと、 電極c4と電極d5と同じく酸素イオン伝導性固体電解質板
６とからなる第２の素子Ｂと、 第１の素子Ａと遮蔽体７との重ね合せ部分に、ここでは
埋設多孔質電極として形成された電極a1からなる内部基
準酸素源Ｒと、 一端が電極a1のリード部に接し他端が多孔質電極b2のス
ルーホールと接する多孔質絶縁体Ｚと電極b2のリード部
とからなる漏出抵抗部と、 第１の素子Ａと第２の素子Ｂとが層状中間部材としての
スペーサ８を介して積層されてそれらの対向する電極b
2、電極c4間に形成される測定ガス室９と測定ガス室９
の電極b2、電極c4間に設けられた12本の支柱Ｓと、から
なるものである。尚、本実施例では、支柱Ｓと電極b2
（又は電極c4）との接触面積の割合は、0.8〜20％の範
囲内に設定した。
らなる第１の素子Ａと、 電極c4と電極d5と同じく酸素イオン伝導性固体電解質板
６とからなる第２の素子Ｂと、 第１の素子Ａと遮蔽体７との重ね合せ部分に、ここでは
埋設多孔質電極として形成された電極a1からなる内部基
準酸素源Ｒと、 一端が電極a1のリード部に接し他端が多孔質電極b2のス
ルーホールと接する多孔質絶縁体Ｚと電極b2のリード部
とからなる漏出抵抗部と、 第１の素子Ａと第２の素子Ｂとが層状中間部材としての
スペーサ８を介して積層されてそれらの対向する電極b
2、電極c4間に形成される測定ガス室９と測定ガス室９
の電極b2、電極c4間に設けられた12本の支柱Ｓと、から
なるものである。尚、本実施例では、支柱Ｓと電極b2
（又は電極c4）との接触面積の割合は、0.8〜20％の範
囲内に設定した。
また、本実施例ではスペーサ８の４ケ所を多孔質で置き
換え、ガス拡散制限部Ｔとした。
換え、ガス拡散制限部Ｔとした。
電極d5は端子10に、電極a1、電極b2、電極c4は各々スル
ーホールを介して端子11,12,13に接続される。
ーホールを介して端子11,12,13に接続される。
各部の寸法は、固体電解質板3,6は厚さ0.5mm×幅4mm×
長さ25mm、電極a1,電極b2,電極c4,電極d5は2.4mm×7.2m
m、スペーサ８は厚さ60μｍ×幅4mm×長さ25mmであって
2.4mm×7.7mmの測定ガス室９を有し、４ケ所幅1.7mmの
多孔質からなるガス拡散制限部Ｔを有する。遮蔽体７は
厚さ0.5mm×幅4mm×長さ25mmである。
長さ25mm、電極a1,電極b2,電極c4,電極d5は2.4mm×7.2m
m、スペーサ８は厚さ60μｍ×幅4mm×長さ25mmであって
2.4mm×7.7mmの測定ガス室９を有し、４ケ所幅1.7mmの
多孔質からなるガス拡散制限部Ｔを有する。遮蔽体７は
厚さ0.5mm×幅4mm×長さ25mmである。
又、本実施例の各素子の酸素イオン伝導性固体電解質板
3,6はいずれもY2O3−ZrO2固体電解質である。各素子の
電極1,2,4,5は白金に10重量％のY2O3−ZrO2を添加した
多孔質体である。遮蔽体７及びスペーサ８はジルコニア
である。支柱ＳはAI2O3製の多孔質である。
3,6はいずれもY2O3−ZrO2固体電解質である。各素子の
電極1,2,4,5は白金に10重量％のY2O3−ZrO2を添加した
多孔質体である。遮蔽体７及びスペーサ８はジルコニア
である。支柱ＳはAI2O3製の多孔質である。
この空燃比センサの基本的動作は次の通りである。
先ず、第１の素子Ａの多孔質電極間に多孔質電極a1を
正、多孔質電極b2を負とするよう所定電圧（例えば5V）
を抵抗（例えば250KΩ）を介してかけることにより所定
電流を流して測定ガス室内から内部基準酸素源Ｒに酸素
を輸送する。
正、多孔質電極b2を負とするよう所定電圧（例えば5V）
を抵抗（例えば250KΩ）を介してかけることにより所定
電流を流して測定ガス室内から内部基準酸素源Ｒに酸素
を輸送する。
次いで、内部基準酸素源Ｒの酸素ガス分圧が測定ガス室
内の酸素ガス分圧より高くなると、この酸素ガス分圧比
によって多孔質電極a1,b2間の起電力が生じる。この端
子間電圧は測定ガス室９内のガスがリッチ域の場合とリ
ーン域の場合との間で数百mVの差が生じ、かつその差は
リッチ域とリーン域との境すなわち理論空燃比状態でス
テップ状に変化する。
内の酸素ガス分圧より高くなると、この酸素ガス分圧比
によって多孔質電極a1,b2間の起電力が生じる。この端
子間電圧は測定ガス室９内のガスがリッチ域の場合とリ
ーン域の場合との間で数百mVの差が生じ、かつその差は
リッチ域とリーン域との境すなわち理論空燃比状態でス
テップ状に変化する。
第２の素子Ｂはこの第１の素子Ａの出力変化特性を利用
して、測定ガス室９内の空燃比状態が周囲排ガスの空燃
比状態が如何によらず、常にほぼ理論空燃比（λ＝１）
となるように測定ガス室内に外部から酸素を汲み入れた
り、汲み出したりする。
して、測定ガス室９内の空燃比状態が周囲排ガスの空燃
比状態が如何によらず、常にほぼ理論空燃比（λ＝１）
となるように測定ガス室内に外部から酸素を汲み入れた
り、汲み出したりする。
即ち、第１の素子Ａの端子間の電圧が所定の一定値にな
るよう、第２の素子Ｂを用いて測定ガス室の酸素を汲み
出したり汲み入れたりさせ、その時第２の素子Ｂに流れ
る電流（以下、ポンプ電流ともいう。）を検出して排ガ
スの空燃比出力とする。あるいは場合によっては、その
逆に第２の素子Ｂのポンプ電流を一定値に制御して測定
ガス室９の酸素を所定量だけ汲み出すか汲み入れ、その
時第１の素子Ａの端子間の電圧変化を検出することによ
って、排ガスの空燃比に応じた信号を検出することがで
きる。
るよう、第２の素子Ｂを用いて測定ガス室の酸素を汲み
出したり汲み入れたりさせ、その時第２の素子Ｂに流れ
る電流（以下、ポンプ電流ともいう。）を検出して排ガ
スの空燃比出力とする。あるいは場合によっては、その
逆に第２の素子Ｂのポンプ電流を一定値に制御して測定
ガス室９の酸素を所定量だけ汲み出すか汲み入れ、その
時第１の素子Ａの端子間の電圧変化を検出することによ
って、排ガスの空燃比に応じた信号を検出することがで
きる。
尚、上記空燃比センサは測定ガス室９で対向する電極b2
と電極c4とが同電位の状態で使用することも可能であ
り、その場合支柱Ｓは導電体でもよい。
と電極c4とが同電位の状態で使用することも可能であ
り、その場合支柱Ｓは導電体でもよい。
＜実験例＞ 上記空燃比センサの支柱と電極との接触面積の割合（以
下支柱面積割合と称す）を種々変えて、ガス濃度−出力
特性、並びに一定ガス濃度下の出力電圧−ポンプ電流関
係特性と支柱面積割合との関係を調べた。
下支柱面積割合と称す）を種々変えて、ガス濃度−出力
特性、並びに一定ガス濃度下の出力電圧−ポンプ電流関
係特性と支柱面積割合との関係を調べた。
この実験では、支柱なし（支柱面積割合０％）、支柱面
積割合0.8％、10％、20％、33％の上記空燃比センサを
各30〜50本作成して試料とした。尚、支柱面積割合％は
支柱の本数によって変えた。
積割合0.8％、10％、20％、33％の上記空燃比センサを
各30〜50本作成して試料とした。尚、支柱面積割合％は
支柱の本数によって変えた。
第２図は、支柱面積割合％と空燃比センサの特性のば
らつきとの関係を示す図である。ここで空燃比センサの
特性は、上記空熱比センサが大気を測定ガス雰囲気とし
ている時、第１の素子Ａの電極ａ、ｂ間の出力電圧が45
0mV（測定ガス室内の平均的雰囲気が略化学量論的状態
となることに対応する）となるに必要な各試料のポンプ
電流をもって表した。
らつきとの関係を示す図である。ここで空燃比センサの
特性は、上記空熱比センサが大気を測定ガス雰囲気とし
ている時、第１の素子Ａの電極ａ、ｂ間の出力電圧が45
0mV（測定ガス室内の平均的雰囲気が略化学量論的状態
となることに対応する）となるに必要な各試料のポンプ
電流をもって表した。
第２図に示すように、支柱を設けないもの（支柱面積割
合０％）に対して、支柱を、支柱面積割合0.8％以上設
けたものが、空燃比センサの個体間のばらつきに関して
顕著に改善されることは明らかである。具体的には、支
柱面積割合が0.8％の場合ばらつきは約33％低減し、支
柱面積割合が10％の場合ばらつきは約57％低減し、支柱
面積割合が20％の場合ばらつきは約45％低減し、支柱面
積割合が33％の場合ばらつきは約64％低減するという、
顕著な効果があった。
合０％）に対して、支柱を、支柱面積割合0.8％以上設
けたものが、空燃比センサの個体間のばらつきに関して
顕著に改善されることは明らかである。具体的には、支
柱面積割合が0.8％の場合ばらつきは約33％低減し、支
柱面積割合が10％の場合ばらつきは約57％低減し、支柱
面積割合が20％の場合ばらつきは約45％低減し、支柱面
積割合が33％の場合ばらつきは約64％低減するという、
顕著な効果があった。
第３図は、支柱面積割合％と空燃比センサの限界電流
特性の維持との関係を示す図である。ここで空燃比セン
サの限界電流特性は、上記空燃比センサが空気過剰率λ
＝0.8の測定ガス雰囲気中にある時の、第１の素子Ａの
端子間の出力電圧と第２の素子Ｂのポンプ電流との関係
において表わす。
特性の維持との関係を示す図である。ここで空燃比セン
サの限界電流特性は、上記空燃比センサが空気過剰率λ
＝0.8の測定ガス雰囲気中にある時の、第１の素子Ａの
端子間の出力電圧と第２の素子Ｂのポンプ電流との関係
において表わす。
第３図に示すように、限界電流特性は、支柱面積割合が
０％（支柱なし）、0.8％,10％,20％のものにおいて認
められ、片や本実施例では支柱面積割合が33％に至る
と、もはや急に限界電流特性（ポンプ電流一定での出力
電圧急変化特性）が崩れて認められなくなる事がわか
る。つまり支柱を限界電流特性を実際上崩すことなく設
けることができる範囲があることが認められる。
０％（支柱なし）、0.8％,10％,20％のものにおいて認
められ、片や本実施例では支柱面積割合が33％に至る
と、もはや急に限界電流特性（ポンプ電流一定での出力
電圧急変化特性）が崩れて認められなくなる事がわか
る。つまり支柱を限界電流特性を実際上崩すことなく設
けることができる範囲があることが認められる。
つまり、優れた空燃比センサであるためには、空燃比
の検出精度を高く保持する点と空燃比センサの個体間の
ばらつきを少なくする点との両方の特性を兼ね備えてい
ることが必要であるが、本発明の空燃比センサにおいて
は、支柱面積割合を0.8％以上で且つ限界電流特性が崩
れない限度内で設定しているので、上述した第２図及び
第３図から明らかな様に、空燃比の検出精度を高く保持
でき、しかも空燃比センサの個体間の特性のばらつきを
少なくすることができるという顕著な効果を奏する。
の検出精度を高く保持する点と空燃比センサの個体間の
ばらつきを少なくする点との両方の特性を兼ね備えてい
ることが必要であるが、本発明の空燃比センサにおいて
は、支柱面積割合を0.8％以上で且つ限界電流特性が崩
れない限度内で設定しているので、上述した第２図及び
第３図から明らかな様に、空燃比の検出精度を高く保持
でき、しかも空燃比センサの個体間の特性のばらつきを
少なくすることができるという顕著な効果を奏する。
［発明の効果］ 本発明は、ガスセンサの測定ガス室の電極間に支柱を、
支柱の各電極との接触面積の電極面積に対する割合即ち
支柱面積割合を0.8％以上に設けることによって、ガス
センサの製造時に上記電極間の間隔が変化することを防
ぐことができる。そのため特性のそろったガスセンサを
製造することが可能となる。
支柱の各電極との接触面積の電極面積に対する割合即ち
支柱面積割合を0.8％以上に設けることによって、ガス
センサの製造時に上記電極間の間隔が変化することを防
ぐことができる。そのため特性のそろったガスセンサを
製造することが可能となる。
さらに、本発明とガス拡散制限手段の調整とを組み合わ
せることにより、より高精度のガスセンサが容易に製造
できる。
せることにより、より高精度のガスセンサが容易に製造
できる。
そして、本発明では、支柱面積割合を上記限界電流特性
が得られる範囲内の例えば20％までとすることによっ
て、測定ガスの拡散を実際上妨げずに、測定ガス室内の
濃度の均一性を有利に保持でき、その結果、一定ガス濃
度下の出力電圧対ポンプ電流の関係特性が検出精度保持
上好ましいものとなると共に、支柱に十分な強度が与え
てセンサのガス濃度−出力特性をセンサ個体間で極めて
良好にそろえることができる。
が得られる範囲内の例えば20％までとすることによっ
て、測定ガスの拡散を実際上妨げずに、測定ガス室内の
濃度の均一性を有利に保持でき、その結果、一定ガス濃
度下の出力電圧対ポンプ電流の関係特性が検出精度保持
上好ましいものとなると共に、支柱に十分な強度が与え
てセンサのガス濃度−出力特性をセンサ個体間で極めて
良好にそろえることができる。
また、支柱は印刷によって形成されるので、支柱の形成
が簡易化され、しかも、支柱の電極と接触する面積を正
確に設定できるので、所望の特性を有するガスセンサの
製造が簡易化される。
が簡易化され、しかも、支柱の電極と接触する面積を正
確に設定できるので、所望の特性を有するガスセンサの
製造が簡易化される。
第１図は本発明の一実施例の空燃比センサの分解斜視
図、 第２図はその支柱面積割合と特性のばらつきとの関係
図、 第３図はその支柱面積割合と特性との関係図である。 Ａ……第１の素子 Ｂ……第２の素子 Ｚ……漏出抵抗部 Ｒ……内部基準酸素源 Ｓ……支柱 Ｔ……多孔質（ガス拡散制限部） 1,2,4,5……電極a,b,c,d 3,6……固体電解質板 ９……測定ガス室
図、 第２図はその支柱面積割合と特性のばらつきとの関係
図、 第３図はその支柱面積割合と特性との関係図である。 Ａ……第１の素子 Ｂ……第２の素子 Ｚ……漏出抵抗部 Ｒ……内部基準酸素源 Ｓ……支柱 Ｔ……多孔質（ガス拡散制限部） 1,2,4,5……電極a,b,c,d 3,6……固体電解質板 ９……測定ガス室
Claims (4)
- 【請求項１】表面に１対の多孔質電極が形成された酸素
イオン伝導性固体電解質板からなる濃淡電池素子と、同
じく表面に１対の多孔質電極が形成された酸素イオン伝
導性固体電解質板からなるポンプ素子とを、該濃淡電池
素子と該ポンプ素子との各一方の電極が微小間隔を介し
て対向する様にスペーサを介して積層後、一体化焼結
し、しかして該両電極が対向してなる微小間隔部分によ
って閉鎖状で且つ偏平な測定ガス室が形成され、該測定
ガス室は多孔質材からなるガス拡散制限手段を介して測
定ガスと連通されるとともに、 ガスセンサとしてのガス濃度一定下における濃淡電池素
子出力電圧−ポンプ素子電流の関係曲線における限界電
流特性（即ち、ポンプ電流一定での出力電圧急変化特
性）が、上記多孔質材のガス拡散制限作用と上記電極間
の微小間隔によるガス拡散制限作用とによって規定され
てなるガスセンサにおいて、 上記積層時に２つの対向する電極間に支柱を、該支柱の
該各電極との接触面積の電極面積に対する割合が0.8％
以上で、且つ上記限界電流特性が保持される範囲内で、
印刷によって分散状に配設したことを特徴とするガスセ
ンサ。 - 【請求項２】上記支柱の上記各電極との接触面積の電極
面積に対する割合が、20％以下である特許請求の範囲第
１項記載のガスセンサ。 - 【請求項３】上記濃淡電池素子の１対の電極のうちの測
定ガス室に面しない方の電極が、基準酸素濃度ガスと接
する特許請求の範囲第１項又は第２項記載のガスセン
サ。 - 【請求項４】上記電極間の間隙寸法が、0.01〜0.2mmで
ある特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか記載のガ
スセンサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61032497A JPH0697222B2 (ja) | 1986-02-17 | 1986-02-17 | ガスセンサ |
| US07/012,161 US4722778A (en) | 1986-02-17 | 1987-02-09 | Gas sensor with gas diffusion chamber between two platy solid electrolyte cells |
| DE19873704817 DE3704817A1 (de) | 1986-02-17 | 1987-02-16 | Gassensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61032497A JPH0697222B2 (ja) | 1986-02-17 | 1986-02-17 | ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62190459A JPS62190459A (ja) | 1987-08-20 |
| JPH0697222B2 true JPH0697222B2 (ja) | 1994-11-30 |
Family
ID=12360631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61032497A Expired - Fee Related JPH0697222B2 (ja) | 1986-02-17 | 1986-02-17 | ガスセンサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4722778A (ja) |
| JP (1) | JPH0697222B2 (ja) |
| DE (1) | DE3704817A1 (ja) |
Families Citing this family (8)
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| DE10339458A1 (de) * | 2002-08-28 | 2004-03-25 | Denso Corp., Kariya | Gasmessfühler und Verfahren zu dessen Herstellung |
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| JP4999894B2 (ja) | 2009-08-17 | 2012-08-15 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ |
| JP2011102797A (ja) * | 2009-10-15 | 2011-05-26 | Ngk Insulators Ltd | ガスセンサおよびセンサ素子の製造方法 |
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| JPS59163558A (ja) * | 1983-03-09 | 1984-09-14 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学的装置 |
| JPS6064245A (ja) * | 1983-09-19 | 1985-04-12 | Hitachi Ltd | 酸素を媒体とするガス組成検出装置 |
| JPS6086457A (ja) * | 1983-10-19 | 1985-05-16 | Hitachi Ltd | エンジン制御用空燃比センサ |
| JPH0623727B2 (ja) * | 1985-08-30 | 1994-03-30 | 日本碍子株式会社 | 電気化学的素子及びその製造方法 |
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1986
- 1986-02-17 JP JP61032497A patent/JPH0697222B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1987
- 1987-02-09 US US07/012,161 patent/US4722778A/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-02-16 DE DE19873704817 patent/DE3704817A1/de active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4722778A (en) | 1988-02-02 |
| JPS62190459A (ja) | 1987-08-20 |
| DE3704817C2 (ja) | 1990-03-29 |
| DE3704817A1 (de) | 1987-08-20 |
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|---|---|---|---|
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