JPH07111414B2 - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
- Publication number
- JPH07111414B2 JPH07111414B2 JP1305797A JP30579789A JPH07111414B2 JP H07111414 B2 JPH07111414 B2 JP H07111414B2 JP 1305797 A JP1305797 A JP 1305797A JP 30579789 A JP30579789 A JP 30579789A JP H07111414 B2 JPH07111414 B2 JP H07111414B2
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- Japan
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- sensor
- oxygen
- gas
- electrodes
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- 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、自動車またはボイラー等の排ガス分析または
酸欠モニタ等に適用され、安定化ジルコニアの高温にお
ける酸素イオン導電性を利用して、酸素濃度を検出する
酸素センサに関する。なお、本発明は、安定化ジルコニ
アの酸素イオン導電性と電極における水蒸気の電気分解
を併用して、乾きガスベースの酸素濃度を検出する酸素
センサにも適用し得るものである。
酸欠モニタ等に適用され、安定化ジルコニアの高温にお
ける酸素イオン導電性を利用して、酸素濃度を検出する
酸素センサに関する。なお、本発明は、安定化ジルコニ
アの酸素イオン導電性と電極における水蒸気の電気分解
を併用して、乾きガスベースの酸素濃度を検出する酸素
センサにも適用し得るものである。
（従来の技術） 第２図はジルコニア酸素センサの原理説明図を示す。図
においてイットリア（Y2O3）またはカルシア（CaO）に
より安定化されたジルコニアセラミック１は、高温度に
加熱すると、酸素イオンのみが移動可能な固体電解質に
なる。この安定化ジルコニア１の両面に白金等の触媒電
極２を焼付けて、この電極２に接する酸素をO2-イオン
に変換し得る電圧Ｖを印加する。このとき、安定化ジル
コニア１を通じて電流が流れ、この電流により酸素濃度
を知ることができる。
においてイットリア（Y2O3）またはカルシア（CaO）に
より安定化されたジルコニアセラミック１は、高温度に
加熱すると、酸素イオンのみが移動可能な固体電解質に
なる。この安定化ジルコニア１の両面に白金等の触媒電
極２を焼付けて、この電極２に接する酸素をO2-イオン
に変換し得る電圧Ｖを印加する。このとき、安定化ジル
コニア１を通じて電流が流れ、この電流により酸素濃度
を知ることができる。
第３図はこのような酸素センサのセンサ部概要構成図を
示す。図においてセンサ部６は、安定化ジルコニア１に
設けられた両電極2,2のいずれか一方を微小拡散穴４を
有する蓋３で覆い、両電極2,2間に電圧Ｖを印加し、蓋
３には安定化ジルコニア１を、酸素イオンの導電性を示
す温度に加熱するヒータ５を収納する。V0はヒータ加熱
電圧である。この両電極2,2間に酸素濃度の差が無くと
も、ポンピング作用によって酸素イオンをキャリアとす
る電流が流れ、蓋３内の酸素が排出される。この排出量
は微小拡散穴４を経路とする拡散により補充されるが、
この拡散穴４が微小穴であるから、その流入は制限され
る。
示す。図においてセンサ部６は、安定化ジルコニア１に
設けられた両電極2,2のいずれか一方を微小拡散穴４を
有する蓋３で覆い、両電極2,2間に電圧Ｖを印加し、蓋
３には安定化ジルコニア１を、酸素イオンの導電性を示
す温度に加熱するヒータ５を収納する。V0はヒータ加熱
電圧である。この両電極2,2間に酸素濃度の差が無くと
も、ポンピング作用によって酸素イオンをキャリアとす
る電流が流れ、蓋３内の酸素が排出される。この排出量
は微小拡散穴４を経路とする拡散により補充されるが、
この拡散穴４が微小穴であるから、その流入は制限され
る。
従って、第４図に示すようにある電圧領域で電流のフラ
ット域（プラトー）が現われる。この電流（制限電流）
は、この酸素センサ周辺の酸素濃度に比例する。すなわ
ち、第４図は乾きガスベースでの限界電流のプラトー特
性の一例を示したものである。この限界電流を測定する
ことによって、基準酸素を用いることなく、未知の酸素
濃度を検出することができる。
ット域（プラトー）が現われる。この電流（制限電流）
は、この酸素センサ周辺の酸素濃度に比例する。すなわ
ち、第４図は乾きガスベースでの限界電流のプラトー特
性の一例を示したものである。この限界電流を測定する
ことによって、基準酸素を用いることなく、未知の酸素
濃度を検出することができる。
なお、このような限界電流形酸素センサでは、測定ガス
中に水蒸気が存在すると、湿りガスベースの酸素濃度信
号を出力する。そこで、水蒸気を取り除いた乾きガスベ
ースでの濃度が要求される場合は、水の理論分解電圧を
基準に２つの印加電圧を設定し、これらを交互に切り換
えて電極間に印加することにより、乾きガスベースでの
酸素濃度の測定ができることが知られている（例えば、
実開昭62−126765号公報参照）。
中に水蒸気が存在すると、湿りガスベースの酸素濃度信
号を出力する。そこで、水蒸気を取り除いた乾きガスベ
ースでの濃度が要求される場合は、水の理論分解電圧を
基準に２つの印加電圧を設定し、これらを交互に切り換
えて電極間に印加することにより、乾きガスベースでの
酸素濃度の測定ができることが知られている（例えば、
実開昭62−126765号公報参照）。
（発明が解決しようとする課題） 限界電流形ジルコニア式酸素計は、従来の濃淡電池形ジ
ルコニア式酸素計等に比較して、比較的低温度（350度
Ｃ前後）で動作可能な特徴を有する。しかし、燃焼排ガ
ス中の成分に含有される腐蝕性ガス（二酸化イオウSO2
等）が白金電極２の表面に吸着する度合は、低温では逆
に高くなり、一度吸着により劣化した白金電極２は特性
を回復させる方法がない。この腐蝕性ガスにより、限界
電流値が急激に減少し電流のフラット域が消滅して、酸
素濃度に応じた一定の限界電流値が得られないという特
性不良が短期間で生じる。
ルコニア式酸素計等に比較して、比較的低温度（350度
Ｃ前後）で動作可能な特徴を有する。しかし、燃焼排ガ
ス中の成分に含有される腐蝕性ガス（二酸化イオウSO2
等）が白金電極２の表面に吸着する度合は、低温では逆
に高くなり、一度吸着により劣化した白金電極２は特性
を回復させる方法がない。この腐蝕性ガスにより、限界
電流値が急激に減少し電流のフラット域が消滅して、酸
素濃度に応じた一定の限界電流値が得られないという特
性不良が短期間で生じる。
また、第５図に示すように酸素濃度に対して、線図Ａは
電極電圧を1.0ボルトの一定に保持した通常の限界電流
値を有するプラトー特性例であるのに対して、線図Ｂは
電極２の劣化によりフラット域の減少およびプラトー開
始電圧が高電圧側へ移行した特性例で、線図Ｃはフラッ
ト域がなくなった特性例であるという特性劣化が単期間
で発生するという問題があった。
電極電圧を1.0ボルトの一定に保持した通常の限界電流
値を有するプラトー特性例であるのに対して、線図Ｂは
電極２の劣化によりフラット域の減少およびプラトー開
始電圧が高電圧側へ移行した特性例で、線図Ｃはフラッ
ト域がなくなった特性例であるという特性劣化が単期間
で発生するという問題があった。
腐蝕性ガスの吸着による特性の劣化を防止するために、
ヒータ５の消費電力を上げてセンサ部６の動作温度を高
くすれば、第６図に示すように、通常の消費電力である
1.0ワットに対して、1.25ワット、1.5ワットと増加する
と共に、フラット域が傾斜し狭くなるという特性不良が
生じるから、ヒータ５の消費電力を増加させることは適
当でない。
ヒータ５の消費電力を上げてセンサ部６の動作温度を高
くすれば、第６図に示すように、通常の消費電力である
1.0ワットに対して、1.25ワット、1.5ワットと増加する
と共に、フラット域が傾斜し狭くなるという特性不良が
生じるから、ヒータ５の消費電力を増加させることは適
当でない。
本発明は、上述の点に鑑み、従来技術の問題点を有効に
解決し、その構成が簡単で、メンテナンスが不要で、長
期の使用に耐える酸素センサを提供することを目的とす
る。
解決し、その構成が簡単で、メンテナンスが不要で、長
期の使用に耐える酸素センサ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） このような目的を達成するために、本発明は、酸素イオ
ンの電導性が良好な固体電解質である安定化ジルコニア
とこの安定化ジルコニアの両面に設けられた２個の電極
とこの電極のいずれか一方を覆いかつ微小拡散穴が設け
られた蓋および前記安定化ジルコニアを酸素イオンの導
電性を示す温度に加熱するヒータとからなるセンサ部
と、このセンサ部を収容するセル部とを有し、前記電極
間に印加されて電極電圧の所定の領域で生ずる限界電流
が前記電極周辺の酸素濃度に比例することにより被測定
ガス中の酸素濃度を検出する限界電流形酸素センサにお
いて、前記セル部内に設けられ前記センサ部の周囲温度
を所定温度に上昇させると共に、前記セル部を経て前記
センサ部に供給される前記被測定ガスを余熱によって保
温させる加熱保温手段を備えることを特徴とする。
ンの電導性が良好な固体電解質である安定化ジルコニア
とこの安定化ジルコニアの両面に設けられた２個の電極
とこの電極のいずれか一方を覆いかつ微小拡散穴が設け
られた蓋および前記安定化ジルコニアを酸素イオンの導
電性を示す温度に加熱するヒータとからなるセンサ部
と、このセンサ部を収容するセル部とを有し、前記電極
間に印加されて電極電圧の所定の領域で生ずる限界電流
が前記電極周辺の酸素濃度に比例することにより被測定
ガス中の酸素濃度を検出する限界電流形酸素センサにお
いて、前記セル部内に設けられ前記センサ部の周囲温度
を所定温度に上昇させると共に、前記セル部を経て前記
センサ部に供給される前記被測定ガスを余熱によって保
温させる加熱保温手段を備えることを特徴とする。
（作用） このような技術手段として、センサ部の動作温度を上昇
させないで、このセンサ部の周囲温度を上昇させ、被測
定ガスを余熱によって保温させる加熱保温手段とをセル
部に設けることにより、センサ電流の対電圧特性におい
て、限界電流に対応するフラット域が明瞭でなくなると
いう特性変化を生じることなく、白金電極の腐蝕性ガス
の吸着が減少し、検出性能が保持される。
させないで、このセンサ部の周囲温度を上昇させ、被測
定ガスを余熱によって保温させる加熱保温手段とをセル
部に設けることにより、センサ電流の対電圧特性におい
て、限界電流に対応するフラット域が明瞭でなくなると
いう特性変化を生じることなく、白金電極の腐蝕性ガス
の吸着が減少し、検出性能が保持される。
（実施例） 次に、本発明の実施例を図面に基づき、詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例の概略構成図を示し、同図
（Ａ）はその正面図、同図（Ｂ）はその平面図、同図
（Ｃ）はその側面図である。図において、酸素センサ20
は、センサ部６およびセンサ部６を収容するセル部７と
から構成される。セル部７は、セラミックス製で、加熱
保温手段、本実施例ではセル部７を加熱するヒータ８
と、100度Ｃないし300度Ｃの範囲内で、ヒータ８を温度
制御するサーモスタット９とが収納される。また、セン
サ部６に供給される排ガスがセル部７の余熱で充分に保
温されるように、セル部７は、ガス導入穴10およびガス
排出穴11の出入口から、センサ部６までの距離が長めに
設られている。なお、12はセンサ部６の端子である。
（Ａ）はその正面図、同図（Ｂ）はその平面図、同図
（Ｃ）はその側面図である。図において、酸素センサ20
は、センサ部６およびセンサ部６を収容するセル部７と
から構成される。セル部７は、セラミックス製で、加熱
保温手段、本実施例ではセル部７を加熱するヒータ８
と、100度Ｃないし300度Ｃの範囲内で、ヒータ８を温度
制御するサーモスタット９とが収納される。また、セン
サ部６に供給される排ガスがセル部７の余熱で充分に保
温されるように、セル部７は、ガス導入穴10およびガス
排出穴11の出入口から、センサ部６までの距離が長めに
設られている。なお、12はセンサ部６の端子である。
このようなセル部７の加熱保温手段は、センサ部６の動
作温度をヒータ５により350度Ｃ前後に保持したまま
で、ヒータ８およびサーモスタット９によりセンサ部６
の周囲温度を100度Ｃないし300度Ｃ程度に保持し、白金
電極2,2を腐蝕性ガスの吸着から防止する。さらに、供
給される排ガスは、ガス導入穴10を経てセンサ部６に達
するまでの間に、ガス排出穴11を経て排出される排ガス
（この排ガスはセンサ部６を流通する間に充分加熱され
ている）の余熱によっても保温され、白金電極2,2を腐
蝕性ガスの吸着から防止する。従って、ヒータ５の消費
電力を上げてセンサ部６の動作温度を上げた場合に発生
するフラット域が傾斜して狭くなり、特性が低下すると
いう問題が有効に解決される。
作温度をヒータ５により350度Ｃ前後に保持したまま
で、ヒータ８およびサーモスタット９によりセンサ部６
の周囲温度を100度Ｃないし300度Ｃ程度に保持し、白金
電極2,2を腐蝕性ガスの吸着から防止する。さらに、供
給される排ガスは、ガス導入穴10を経てセンサ部６に達
するまでの間に、ガス排出穴11を経て排出される排ガス
（この排ガスはセンサ部６を流通する間に充分加熱され
ている）の余熱によっても保温され、白金電極2,2を腐
蝕性ガスの吸着から防止する。従って、ヒータ５の消費
電力を上げてセンサ部６の動作温度を上げた場合に発生
するフラット域が傾斜して狭くなり、特性が低下すると
いう問題が有効に解決される。
（発明の効果） 以上に説明するように、本発明によれば、センサ部の動
作温度を上昇させないで、このセンサ部の周囲温度を上
昇させ、被測定ガスを余熱によって保温させてセンサ部
に供給する加熱保温手段をセル部に設けることにより、
従来技術の問題点が有効に解決され、その構成が簡単
で、メンテナンスが不要で、白金電極の腐蝕性ガスの吸
着が減少し、限界電流に対応するラット域が明瞭でなく
なるという特性劣化が防止されて、検出性能が保持さ
れ、長期の使用に耐える等の効果を奏する。
作温度を上昇させないで、このセンサ部の周囲温度を上
昇させ、被測定ガスを余熱によって保温させてセンサ部
に供給する加熱保温手段をセル部に設けることにより、
従来技術の問題点が有効に解決され、その構成が簡単
で、メンテナンスが不要で、白金電極の腐蝕性ガスの吸
着が減少し、限界電流に対応するラット域が明瞭でなく
なるという特性劣化が防止されて、検出性能が保持さ
れ、長期の使用に耐える等の効果を奏する。
第１図は本発明の一実施例の概略構成図を示し、同図
（Ａ）はその正面図、同図（Ｂ）はその平面図、同図
（Ｃ）はその側面図、第２図はジルコニア酸素センサの
原理説明図、第３図は第２図による酸素センサのセンサ
部の概要構成図、第４図は乾きガスベースでの限界電流
のプラトー特性図、第５図はヒータの消費電力を上げて
センサ部の動作温度を高くした場合のプラトー特性図、
第６図は腐蝕性ガスにより特性劣化したプラトー特性図
である。６……センサ部 ７……セル部 ８……ヒータ ９……サーモスタット 10……ガス導入穴 11……ガス排出穴 20……酸素センサ
（Ａ）はその正面図、同図（Ｂ）はその平面図、同図
（Ｃ）はその側面図、第２図はジルコニア酸素センサの
原理説明図、第３図は第２図による酸素センサのセンサ
部の概要構成図、第４図は乾きガスベースでの限界電流
のプラトー特性図、第５図はヒータの消費電力を上げて
センサ部の動作温度を高くした場合のプラトー特性図、
第６図は腐蝕性ガスにより特性劣化したプラトー特性図
である。６……センサ部 ７……セル部 ８……ヒータ ９……サーモスタット 10……ガス導入穴 11……ガス排出穴 20……酸素センサ
Claims (1)
- 【請求項１】酸素イオンの電導性が良好な固体電解質で
ある安定化ジルコニアとこの安定化ジルコニアの両面に
設けられた２個の電極とこの電極のいずれか一方を覆い
かつ微小拡散穴が設けられた蓋および前記安定化ジルコ
ニアを酸素イオンの導電性を示す温度に加熱するヒータ
とからなるセンサ部と、このセンサ部を収容するセル部
とを有し、前記電極間に印加されて電極電圧の所定の領
域で生ずる限界電流が前記電極周辺の酸素濃度に比例す
ることにより被測定ガス中の酸素濃度を検出する限界電
流形酸素センサにおいて、前記セル部内に設けられ前記
センサ部の周囲温度を所定温度に上昇させると共に、前
記セル部を経て前記センサ部に供給される前記被測定ガ
スを余熱によって保温させる加熱保温手段を備えたこと
を特徴とする酸素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1305797A JPH07111414B2 (ja) | 1989-11-25 | 1989-11-25 | 酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1305797A JPH07111414B2 (ja) | 1989-11-25 | 1989-11-25 | 酸素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03165254A JPH03165254A (ja) | 1991-07-17 |
| JPH07111414B2 true JPH07111414B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=17949475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1305797A Expired - Fee Related JPH07111414B2 (ja) | 1989-11-25 | 1989-11-25 | 酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07111414B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008008665A (ja) * | 2006-06-27 | 2008-01-17 | Fujikura Ltd | 限界電流式酸素センサ |
| JP4897369B2 (ja) * | 2006-06-27 | 2012-03-14 | 株式会社フジクラ | 限界電流式酸素センサ及びこれを用いた酸素濃度の検知測定方法 |
| EP2042862A1 (en) | 2006-06-27 | 2009-04-01 | Fujikura, Ltd. | Limiting current type oxygen sensor and method of sensing and measuring oxygen concentrations using the same |
| JP5981296B2 (ja) * | 2012-10-15 | 2016-08-31 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 内燃機関の制御システム |
-
1989
- 1989-11-25 JP JP1305797A patent/JPH07111414B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03165254A (ja) | 1991-07-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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