JPH07151728A - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
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- JPH07151728A JPH07151728A JP5296523A JP29652393A JPH07151728A JP H07151728 A JPH07151728 A JP H07151728A JP 5296523 A JP5296523 A JP 5296523A JP 29652393 A JP29652393 A JP 29652393A JP H07151728 A JPH07151728 A JP H07151728A
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- oxygen
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Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、従来酸素イオン導電性固体電解質
を用いたセンサでは不可能であった酸素含有気体中に存
在する酸化性ガスを定性，定量することを主要な目的と
する。 【構成】閉空間(2) を形成するＯ2-導電性固体電解質
(1) と、前記閉空間(2) 内に被検ガスを導入する導入手
段と、前記閉空間内から前記ガスを排出する排出手段
と、前記固体電解質(1) の内側に配置された電位モニタ
リング用電極(7) と、前記固体電解質(1) の外側で前記
電位モニタリング用電極(7) と対向する位置に配置され
た基準極(8) と、前記電極(7) ，基準極(8) に夫々電気
的に接続されたエレクトロメーター(10)と、電流の流れ
ていない前記固体電解質(1) の内側及び外側に夫々対向
して配置された電極（11，12) と、前記閉空間(2) 内外
の酸素活量の差によって生じる起電力をサーチし、酸素
含有気体中に存在するガスを定性，定量する検出手段と
を具備することを特徴とするガスセンサ。
を用いたセンサでは不可能であった酸素含有気体中に存
在する酸化性ガスを定性，定量することを主要な目的と
する。 【構成】閉空間(2) を形成するＯ2-導電性固体電解質
(1) と、前記閉空間(2) 内に被検ガスを導入する導入手
段と、前記閉空間内から前記ガスを排出する排出手段
と、前記固体電解質(1) の内側に配置された電位モニタ
リング用電極(7) と、前記固体電解質(1) の外側で前記
電位モニタリング用電極(7) と対向する位置に配置され
た基準極(8) と、前記電極(7) ，基準極(8) に夫々電気
的に接続されたエレクトロメーター(10)と、電流の流れ
ていない前記固体電解質(1) の内側及び外側に夫々対向
して配置された電極（11，12) と、前記閉空間(2) 内外
の酸素活量の差によって生じる起電力をサーチし、酸素
含有気体中に存在するガスを定性，定量する検出手段と
を具備することを特徴とするガスセンサ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はガスセンサに関し、特
に固体電解質を用いかつガス種識別機能を有するもの
で、環境装置，燃焼機，化学プラント（反応容器），ボ
イラ，ガスタービン，自動車に適用可能なガスセンサに
関する。
に固体電解質を用いかつガス種識別機能を有するもの
で、環境装置，燃焼機，化学プラント（反応容器），ボ
イラ，ガスタービン，自動車に適用可能なガスセンサに
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、Ｏ2-導電性固体電解質膜を用いた
ガスセンサには、２種類のものがある（“電気化学”、
Ｖol．60、Ｎo .7 (1992) 、p.613 〜）。第１は、図３
に示すように酸素濃淡電池を構成し、その起電力から酸
素濃度を特定するものである。図中の符番31は、Ｏ2-導
電性固体電解質である。この導電性固体電解質31の両面
側には、基準電極32，電位モニタリング用電極33が夫々
設けられている。前記基準電極32，電位モニタリング用
電極33には、リード線34を介してエレクトロメーター35
が接続されている。
ガスセンサには、２種類のものがある（“電気化学”、
Ｖol．60、Ｎo .7 (1992) 、p.613 〜）。第１は、図３
に示すように酸素濃淡電池を構成し、その起電力から酸
素濃度を特定するものである。図中の符番31は、Ｏ2-導
電性固体電解質である。この導電性固体電解質31の両面
側には、基準電極32，電位モニタリング用電極33が夫々
設けられている。前記基準電極32，電位モニタリング用
電極33には、リード線34を介してエレクトロメーター35
が接続されている。
【０００３】第２は、図４に示すようにＯ2-導電性固体
電解質を介して電極に一定電圧を印加して、Ｏ2 拡散限
界電流を利用して酸素濃度を知るものである。図中の符
番41，42はＯ2-導電性固体電解質31の両面側に夫々設け
られた第１電極，第２電極である。前記第１電極41，第
２電極42同士は、電流計43，直流電源44を介在させたリ
ード線45により接続されている。なお、符番46は、ホー
ル46ａを有し前記第１電極41を囲むように形成された部
材である。
電解質を介して電極に一定電圧を印加して、Ｏ2 拡散限
界電流を利用して酸素濃度を知るものである。図中の符
番41，42はＯ2-導電性固体電解質31の両面側に夫々設け
られた第１電極，第２電極である。前記第１電極41，第
２電極42同士は、電流計43，直流電源44を介在させたリ
ード線45により接続されている。なお、符番46は、ホー
ル46ａを有し前記第１電極41を囲むように形成された部
材である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のＯ2-
導電性固体電解質センサには、酸素以外のガス種を識別
する能力がない。一方、起電力型のセンサでは、酸化性
ガスを含む混合気体では混成電位を示すのみである。ま
た、限界電流型のセンサでは、アノード反応を起こさせ
ようとすると、原理上、酸素富化ポンプとして働くため
限界電流を示さず、酸化性ガスを電気化学的に定性・定
量することが困難であった。
導電性固体電解質センサには、酸素以外のガス種を識別
する能力がない。一方、起電力型のセンサでは、酸化性
ガスを含む混合気体では混成電位を示すのみである。ま
た、限界電流型のセンサでは、アノード反応を起こさせ
ようとすると、原理上、酸素富化ポンプとして働くため
限界電流を示さず、酸化性ガスを電気化学的に定性・定
量することが困難であった。
【０００５】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、Ｏ2-導電性固体電解質の酸素ポンプ作用によ
り、Ｏ2 ガス成分を除去した後、還元性ガスの高温での
電極／固体電解質系での可逆反応性を利用して、Ｒedox
（レドックス）気体の示す平衡を電気化学的にずらし、
その時の酸素の活量変化を固体電解質を隔膜とした両側
の酸素活量の差によって生じる起電力をサーチすること
により、酸素含有気体中に存在する上記還元性ガスを定
性定量しえるガスセンサを提供することを目的とする。
たもので、Ｏ2-導電性固体電解質の酸素ポンプ作用によ
り、Ｏ2 ガス成分を除去した後、還元性ガスの高温での
電極／固体電解質系での可逆反応性を利用して、Ｒedox
（レドックス）気体の示す平衡を電気化学的にずらし、
その時の酸素の活量変化を固体電解質を隔膜とした両側
の酸素活量の差によって生じる起電力をサーチすること
により、酸素含有気体中に存在する上記還元性ガスを定
性定量しえるガスセンサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、閉空間を形
成するＯ2-導電性固体電解質と、前記閉空間内に被検ガ
スを導入する導入手段と、前記閉空間内から前記ガスを
排出する排出手段と、前記固体電解質の内側に配置され
た電位モニタリング用電極と、前記固体電解質の外側で
前記電位モニタリング用電極と対向する位置に配置され
た基準極と、前記電位モニタリング用電極，基準極に夫
々電気的に接続されたエレクトロメーターと、電流の流
れていない前記固体電解質の内側及び外側に夫々対向し
て配置された電極と、前記閉空間内外の酸素活量の差に
よって生じる起電力をサーチし、酸素含有気体中に存在
するガスを定性，定量する検出手段とを具備することを
特徴とするガスセンサである。
成するＯ2-導電性固体電解質と、前記閉空間内に被検ガ
スを導入する導入手段と、前記閉空間内から前記ガスを
排出する排出手段と、前記固体電解質の内側に配置され
た電位モニタリング用電極と、前記固体電解質の外側で
前記電位モニタリング用電極と対向する位置に配置され
た基準極と、前記電位モニタリング用電極，基準極に夫
々電気的に接続されたエレクトロメーターと、電流の流
れていない前記固体電解質の内側及び外側に夫々対向し
て配置された電極と、前記閉空間内外の酸素活量の差に
よって生じる起電力をサーチし、酸素含有気体中に存在
するガスを定性，定量する検出手段とを具備することを
特徴とするガスセンサである。
【０００７】つまり、この発明は、Ｏ2-導電性固体電解
質の酸素ポンプ作用により、Ｏ2 ガス成分の除去を行な
い、還元性ガス（Ｈ2 ／Ｈ2 Ｏ，ＣＯ／ＣＯ2 ，ＮＯ／
ＮＯ2 ，ＳＯ／ＳＯ2 ）の電極／固体電解質系での可逆
反応性を利用してＲedox気体の示す平衡を電気化学的に
ずらし、その時の酸素活量変化を固体電解質を隔膜とし
た両側の酸素活量差によって生じる起電力をサーチする
ことにより、酸素含有気体中に存在する上記還元性ガス
を定性，定量するものである。 この発明において、前
記酸素ポンプ作用とは図５（Ａ），（Ｂ）に示す通りで
ある。つまり、図５（Ａ）に示すようにＯ2-導電性固体
電解質でしきったセルの酸素分圧が異なる時、Ｏ2-イオ
ンは酸素分圧の高い側から低い側に拡散する傾向をも
つ。ところが、図５（Ｂ）に示すように酸素分圧の低い
側を陰極となるように両側に電圧を印加すると、Ｏ2-イ
オンは固体電解質内を陰極から陽極へ酸素を汲み上げる
動作をする。これを称して酸素ポンプ作用と呼ぶ。
質の酸素ポンプ作用により、Ｏ2 ガス成分の除去を行な
い、還元性ガス（Ｈ2 ／Ｈ2 Ｏ，ＣＯ／ＣＯ2 ，ＮＯ／
ＮＯ2 ，ＳＯ／ＳＯ2 ）の電極／固体電解質系での可逆
反応性を利用してＲedox気体の示す平衡を電気化学的に
ずらし、その時の酸素活量変化を固体電解質を隔膜とし
た両側の酸素活量差によって生じる起電力をサーチする
ことにより、酸素含有気体中に存在する上記還元性ガス
を定性，定量するものである。 この発明において、前
記酸素ポンプ作用とは図５（Ａ），（Ｂ）に示す通りで
ある。つまり、図５（Ａ）に示すようにＯ2-導電性固体
電解質でしきったセルの酸素分圧が異なる時、Ｏ2-イオ
ンは酸素分圧の高い側から低い側に拡散する傾向をも
つ。ところが、図５（Ｂ）に示すように酸素分圧の低い
側を陰極となるように両側に電圧を印加すると、Ｏ2-イ
オンは固体電解質内を陰極から陽極へ酸素を汲み上げる
動作をする。これを称して酸素ポンプ作用と呼ぶ。
【０００８】この発明において、Ｏ2-導電性固体電解質
としては、例えばＹＳＺ（ＹttriaＳtabirized Ｚircon
ia ）が挙げられる。ＹＳＺは、イットリア（Ｙ2 Ｏ
3 ）をドープ（固溶）させることによって安定化したジ
ルコニア（ＺｒＯ2 ）のことを意味する。ＹＳＺの他
は、例えばカルシア（ＣａＯ）で安定化させたジコニア
（ＣＳＺ）も挙げられる。ここで、安定化とは、通常ジ
ルコニア単体は１０００℃付近で単斜晶から正方晶変態
するため割れ等が発生するが、イットリウムをドープし
たものは広い温度範囲で立方晶を保つため、このことを
指して安定化と呼ばれる。ＹＳＺの場合、イットリウム
を８ mol％程度ドープしたものはそれに伴う酸素空孔の
発生によって良好なＯ2-導電性を示す。
としては、例えばＹＳＺ（ＹttriaＳtabirized Ｚircon
ia ）が挙げられる。ＹＳＺは、イットリア（Ｙ2 Ｏ
3 ）をドープ（固溶）させることによって安定化したジ
ルコニア（ＺｒＯ2 ）のことを意味する。ＹＳＺの他
は、例えばカルシア（ＣａＯ）で安定化させたジコニア
（ＣＳＺ）も挙げられる。ここで、安定化とは、通常ジ
ルコニア単体は１０００℃付近で単斜晶から正方晶変態
するため割れ等が発生するが、イットリウムをドープし
たものは広い温度範囲で立方晶を保つため、このことを
指して安定化と呼ばれる。ＹＳＺの場合、イットリウム
を８ mol％程度ドープしたものはそれに伴う酸素空孔の
発生によって良好なＯ2-導電性を示す。
【０００９】
【作用】この発明に係るガスセンサの作用は、図１を参
照すると次の通りである。まず、被検ガスを上記閉空間
２内に導入した後、ガス供給系コック３及びガス排出系
コック５を閉め、予想される還元性ガス種の分解電圧よ
り十分低い電圧をＯ2-導電性固体電解質１を介して、酸
素が閉空間２内から外に出すように定電圧を印加し、電
流値が十分小さくなるのを確認する。
照すると次の通りである。まず、被検ガスを上記閉空間
２内に導入した後、ガス供給系コック３及びガス排出系
コック５を閉め、予想される還元性ガス種の分解電圧よ
り十分低い電圧をＯ2-導電性固体電解質１を介して、酸
素が閉空間２内から外に出すように定電圧を印加し、電
流値が十分小さくなるのを確認する。
【００１０】その後、適当な速度でポテンシャルを卑な
方向に掃引し、電流の立ち上がりについて標準ガスを用
いて反応を特定し、ガス種を識別する。また、この電位
以下で形成されるピーク電流より、燃焼生成ガス（Ｈ2
Ｏ，ＳｉＯ2 ，ＮＯ2 等）の分圧を求めることができ
る。
方向に掃引し、電流の立ち上がりについて標準ガスを用
いて反応を特定し、ガス種を識別する。また、この電位
以下で形成されるピーク電流より、燃焼生成ガス（Ｈ2
Ｏ，ＳｉＯ2 ，ＮＯ2 等）の分圧を求めることができ
る。
【００１１】以下、Ｈ2 ／Ｈ2 Ｏ系を例にすると、Ｈ2
Ｏ→Ｈ2 ＋（１／２）・Ｏ2 より、Ｈ2 Ｏのモル数
（ｎ），水蒸気分圧（Ｈ2 Ｏ）は、 ｎ＝Ｑ／２Ｆ …（１） 但し、Ｑはピーク電気量、Ｆはファラデー定数 Ｐ＝ｎＲＴ／Ｖ …（２） 但し、Ｒは気体定数、Ｖは閉空間容積 この間、別に電流の流れていない固体電解質を介して内
と外に取り付けた前記作動電極11，対極12によって、閉
空間内外の酸素活量の差によって生じる起電力をサーチ
し、電流がピークを形成している時（Ｅ1 〜Ｅ2 ）に生
じる起電力変化ΔＥからＨ2 のモル数ｘが下記「数１」
により求まる。
Ｏ→Ｈ2 ＋（１／２）・Ｏ2 より、Ｈ2 Ｏのモル数
（ｎ），水蒸気分圧（Ｈ2 Ｏ）は、 ｎ＝Ｑ／２Ｆ …（１） 但し、Ｑはピーク電気量、Ｆはファラデー定数 Ｐ＝ｎＲＴ／Ｖ …（２） 但し、Ｒは気体定数、Ｖは閉空間容積 この間、別に電流の流れていない固体電解質を介して内
と外に取り付けた前記作動電極11，対極12によって、閉
空間内外の酸素活量の差によって生じる起電力をサーチ
し、電流がピークを形成している時（Ｅ1 〜Ｅ2 ）に生
じる起電力変化ΔＥからＨ2 のモル数ｘが下記「数１」
により求まる。
【００１２】
【数１】 電流の流れはじめる時間から平衡電位の変化する時間の
遅れは、既知ガス成分を用いてセル定数として更生す
る。以上、同様な操作により、燃焼生成ガスと共に従来
のＯ2-導電性固体電解質を用いるセンシング技術では不
可能であった燃焼ガスの定量も行なうことが可能とな
る。
遅れは、既知ガス成分を用いてセル定数として更生す
る。以上、同様な操作により、燃焼生成ガスと共に従来
のＯ2-導電性固体電解質を用いるセンシング技術では不
可能であった燃焼ガスの定量も行なうことが可能とな
る。
【００１３】
【実施例】以下、この発明の一実施例に係るガスセンサ
を図１を参照して説明する。 （実施例１）図中の１は、一部に筒状部を有する閉空間
２を構成するＯ2-導電性固体電解質である。この実施例
では前記固体電解質としてＹＳＺを用いた。前記閉空間
２内は温度（４００℃以上）、容積が既知である。前記
閉空間２には、一端が前記閉空間２の筒状部の底部に達
するガス供給系コック３を介装した石英管４が、連通し
ている。また、前記閉空間２には、ガス排出系コック５
を介装した配管６が連通している。
を図１を参照して説明する。 （実施例１）図中の１は、一部に筒状部を有する閉空間
２を構成するＯ2-導電性固体電解質である。この実施例
では前記固体電解質としてＹＳＺを用いた。前記閉空間
２内は温度（４００℃以上）、容積が既知である。前記
閉空間２には、一端が前記閉空間２の筒状部の底部に達
するガス供給系コック３を介装した石英管４が、連通し
ている。また、前記閉空間２には、ガス排出系コック５
を介装した配管６が連通している。
【００１４】前記閉空間２の筒状部の内側には電位モニ
タリング用電極７が配置され、筒状部の外側には基準極
８が配置されている。前記電位モニタリング用電極７，
基準極８には、夫々リード線９を介してエレクトロメー
ター10が接続されている。前記筒状部で電流が流れてい
ない前記固体電解質１の内側には作動極11が設けられ、
この作動極11と対向する固体電解質１の外側には対極12
が設けられている。前記作動極11，対極12には、夫々リ
ード線13を介して定電位電解装置（Ｐ．Ｓ）14が接続さ
れている。この定電位電解装置14は、リード線14を介し
て前記基準極８に接続されている。前記定電位電解装置
14には、関数発生装置（Ｆ．Ｇ）15，クーロンメーター
（Ｃ．Ｍ）16が接続されている。前記筒状部の下部に
は、熱電対17により温度をモニターされる電気炉18が設
けられている。
タリング用電極７が配置され、筒状部の外側には基準極
８が配置されている。前記電位モニタリング用電極７，
基準極８には、夫々リード線９を介してエレクトロメー
ター10が接続されている。前記筒状部で電流が流れてい
ない前記固体電解質１の内側には作動極11が設けられ、
この作動極11と対向する固体電解質１の外側には対極12
が設けられている。前記作動極11，対極12には、夫々リ
ード線13を介して定電位電解装置（Ｐ．Ｓ）14が接続さ
れている。この定電位電解装置14は、リード線14を介し
て前記基準極８に接続されている。前記定電位電解装置
14には、関数発生装置（Ｆ．Ｇ）15，クーロンメーター
（Ｃ．Ｍ）16が接続されている。前記筒状部の下部に
は、熱電対17により温度をモニターされる電気炉18が設
けられている。
【００１５】こうした構成のガスセンサを用いて、Ｈ2
／Ｈ2 Ｏ＋Ｏ2 ＋不活性ガス中のＨ2 とＨ2 Ｏの定性，
定量を行なった。基準ガス（Ｐ（Ｈ2 ）：０．４atm ，
Ｐ（Ｈ2 Ｏ）：０．２atm ）を、熱電対17によって温度
（８００℃）をモニターしている電気炉18内に置かれた
Ｏ2-導電性固体電解質１チューブ（容積２０cm3 ）に十
分通気した後、ガス供給系コック３，ガス排出系コック
５を閉め、Ｈ2 Ｏの分解電圧よりも十分低いと考えられ
る電位約−０．５Ｖ（vs.air) 程度で定電位電解装置14
によって作動極11に通電し、電流値が十分小さいことを
確認する。その後、関数発生装置15を用いて１０ｍＶ／
sec の掃引速度で電位を卑な方向に掃引し、−０．７Ｖ
（vs.air) 付近にＨ2 Ｏの還元によるピーク電流を得、
上記(1) ，(2) 式よりＨ2 Ｏを定量する。同時に、電位
モニタリング用電極７の示す電位をサーチし、ピーク電
気量約８クーロンより、約Ｐ（Ｈ2 Ｏ）＝０．２atm と
なり、基準ガス既知量と一致した。上記において、「１
０ｍＶ／sec の掃引速度で電位を卑な方向に掃引」と
は、次のようなことを意味する。つまり、前記定電位電
解装置14は、動作極11の電極電位を基準極８に対して任
意の電位に保持することができる。また、前記関数発生
装置15は、図６（Ａ），（Ｂ）に示すような、電位
（Ｅ）−時間（ｔ）関数を発生する装置である。この実
施例では、上記２つの装置14，15を組み合わせて動作極
11の電極電位が図７となるような動作をさす。
／Ｈ2 Ｏ＋Ｏ2 ＋不活性ガス中のＨ2 とＨ2 Ｏの定性，
定量を行なった。基準ガス（Ｐ（Ｈ2 ）：０．４atm ，
Ｐ（Ｈ2 Ｏ）：０．２atm ）を、熱電対17によって温度
（８００℃）をモニターしている電気炉18内に置かれた
Ｏ2-導電性固体電解質１チューブ（容積２０cm3 ）に十
分通気した後、ガス供給系コック３，ガス排出系コック
５を閉め、Ｈ2 Ｏの分解電圧よりも十分低いと考えられ
る電位約−０．５Ｖ（vs.air) 程度で定電位電解装置14
によって作動極11に通電し、電流値が十分小さいことを
確認する。その後、関数発生装置15を用いて１０ｍＶ／
sec の掃引速度で電位を卑な方向に掃引し、−０．７Ｖ
（vs.air) 付近にＨ2 Ｏの還元によるピーク電流を得、
上記(1) ，(2) 式よりＨ2 Ｏを定量する。同時に、電位
モニタリング用電極７の示す電位をサーチし、ピーク電
気量約８クーロンより、約Ｐ（Ｈ2 Ｏ）＝０．２atm と
なり、基準ガス既知量と一致した。上記において、「１
０ｍＶ／sec の掃引速度で電位を卑な方向に掃引」と
は、次のようなことを意味する。つまり、前記定電位電
解装置14は、動作極11の電極電位を基準極８に対して任
意の電位に保持することができる。また、前記関数発生
装置15は、図６（Ａ），（Ｂ）に示すような、電位
（Ｅ）−時間（ｔ）関数を発生する装置である。この実
施例では、上記２つの装置14，15を組み合わせて動作極
11の電極電位が図７となるような動作をさす。
【００１６】また、電流がピークを形成している時に生
じる起電力変化ΔＥと流れた電気量変化ΔＱの対応関係
より、上記(1) ，(2) ，(3) 式を使って、未燃Ｈ2 を定
量し、約１×１０-4mol という数字を得た。これより、
Ｐ（Ｈ2 ）＝０．４atm となり、本測定手法の正当性を
実証した。以上の操作の測定例の模式図を、図２
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。
じる起電力変化ΔＥと流れた電気量変化ΔＱの対応関係
より、上記(1) ，(2) ，(3) 式を使って、未燃Ｈ2 を定
量し、約１×１０-4mol という数字を得た。これより、
Ｐ（Ｈ2 ）＝０．４atm となり、本測定手法の正当性を
実証した。以上の操作の測定例の模式図を、図２
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。
【００１７】（実施例２）上記実施例１と同様に、ＣＯ
／ＣＯ2 ＋Ｏ2 ＋不活性ガス中のＣＯとＣＯ2 の定性定
量を行い、本測定手法が適用可能であることが判明し
た。
／ＣＯ2 ＋Ｏ2 ＋不活性ガス中のＣＯとＣＯ2 の定性定
量を行い、本測定手法が適用可能であることが判明し
た。
【００１８】（実施例３）Ｈ2 ／Ｈ2 Ｏ＋ＣＯ／ＣＯ2
＋Ｏ2 ＋不活性ガス中のＣＯとＣＯ2 とＨ2 とＨ2 Ｏの
分離定量試験を行い、適用の可能性を確認した。
＋Ｏ2 ＋不活性ガス中のＣＯとＣＯ2 とＨ2 とＨ2 Ｏの
分離定量試験を行い、適用の可能性を確認した。
【００１９】上記実施例に係るガスセンサは、図１に示
すように、一部に筒状部を有する閉空間２を構成するＯ
2-導電性固体電解質１と、前記閉空間２に夫々連通し，
一端が前記閉空間２の筒状部の底部に達するガス供給系
コック３を介装した石英管４，ガス排出系コック５を介
装した配管６と、前記閉空間２の筒状部の内，外に配置
された電位モニタリング用電極７，基準極８と、前記電
位モニタリング用電極７，基準極８に夫々リード線９を
介して接続されたエレクトロメーター10と、前記筒状部
で電流が流れていない前記固体電解質１の内，外に配置
された作動極11，対極12と、前記作動極11，対極12，基
準極８に夫々リード線13，，13，14を介して接続された
定電位電解装置14と、この定電位電解装置14に夫々接続
された関数発生装置15，クーロンメーター16と、前記筒
状部の下部に設けられた熱電対17により温度をモニター
される電気炉18とを具備した構成になっている。従っ
て、上記したような手順で測定することにより、従来、
酸素イオン導電性固体電解質を用いたセンサでは不可能
であった酸素含有気体中に存在する酸化性ガスを定性，
定量することができる。
すように、一部に筒状部を有する閉空間２を構成するＯ
2-導電性固体電解質１と、前記閉空間２に夫々連通し，
一端が前記閉空間２の筒状部の底部に達するガス供給系
コック３を介装した石英管４，ガス排出系コック５を介
装した配管６と、前記閉空間２の筒状部の内，外に配置
された電位モニタリング用電極７，基準極８と、前記電
位モニタリング用電極７，基準極８に夫々リード線９を
介して接続されたエレクトロメーター10と、前記筒状部
で電流が流れていない前記固体電解質１の内，外に配置
された作動極11，対極12と、前記作動極11，対極12，基
準極８に夫々リード線13，，13，14を介して接続された
定電位電解装置14と、この定電位電解装置14に夫々接続
された関数発生装置15，クーロンメーター16と、前記筒
状部の下部に設けられた熱電対17により温度をモニター
される電気炉18とを具備した構成になっている。従っ
て、上記したような手順で測定することにより、従来、
酸素イオン導電性固体電解質を用いたセンサでは不可能
であった酸素含有気体中に存在する酸化性ガスを定性，
定量することができる。
【００２０】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
Ｏ2-導電性固体電解質の酸素ポンプ作用により、Ｏ2 ガ
ス成分を除去した後、還元性ガスの高温での電極／固体
電解質系での可逆反応性を利用して、Ｒedox気体の示す
平衡を電気化学的にずらし、その時の酸素の活量変化を
固体電解質を隔壁とした両側の酸素活量の差によって生
じる起電力をサーチすることにより、酸素含有気体中に
存在する上記還元性ガスを定性定量しえるガスセンサを
提供できる。
Ｏ2-導電性固体電解質の酸素ポンプ作用により、Ｏ2 ガ
ス成分を除去した後、還元性ガスの高温での電極／固体
電解質系での可逆反応性を利用して、Ｒedox気体の示す
平衡を電気化学的にずらし、その時の酸素の活量変化を
固体電解質を隔壁とした両側の酸素活量の差によって生
じる起電力をサーチすることにより、酸素含有気体中に
存在する上記還元性ガスを定性定量しえるガスセンサを
提供できる。
【図１】この発明の一実施例に係るガスセンサの説明
図。
図。
【図２】図１のガスセンサの測定例の模式図であり、図
２（Ａ）はモニタ電位と時間との関係を示す特性図、図
２（Ｂ）は電解電位と時間との関係を示す特性図、図２
（Ｃ）は電流と時間との関係を示す特性図。
２（Ａ）はモニタ電位と時間との関係を示す特性図、図
２（Ｂ）は電解電位と時間との関係を示す特性図、図２
（Ｃ）は電流と時間との関係を示す特性図。
【図３】Ｏ2-導電性固体電解質を用いた従来のガスセン
サの説明図。
サの説明図。
【図４】Ｏ2-導電性固体電解質を用いた従来の他のガス
センサの説明図。
センサの説明図。
【図５】Ｏ2-導電性固体電解質の酸素ポンプの佐用の説
明図であり、図５（Ａ）はセルの酸素分圧が異なる場合
の説明図、図５（Ｂ）は酸素分圧の低い側を陰極となる
ように両側に電圧を印加した場合の説明図。
明図であり、図５（Ａ）はセルの酸素分圧が異なる場合
の説明図、図５（Ｂ）は酸素分圧の低い側を陰極となる
ように両側に電圧を印加した場合の説明図。
【図６】図１のガスセンサの一構成である関数発生装置
における電位と時間との関係を示す特性図。
における電位と時間との関係を示す特性図。
【図７】図１のガスセンサの一構成である定電位電解装
置と関数発生装置を組み合わせた場合の動作極の電位−
時間との関係を示す特性図。
置と関数発生装置を組み合わせた場合の動作極の電位−
時間との関係を示す特性図。
１…Ｏ2-導電性固体電解質、２…閉空間、 ３
…ガス供給系コック、５…ガス排出系コック、 ７…
電位モニタリング用電極、８…基準極、
９，13，14…リード線、作動極、10…エレクトロメータ
ー、 11…作動極、 12…対極、14…定電位電
解装置、 15…関数発生装置、 16…クーロンメ
ーター。
…ガス供給系コック、５…ガス排出系コック、 ７…
電位モニタリング用電極、８…基準極、
９，13，14…リード線、作動極、10…エレクトロメータ
ー、 11…作動極、 12…対極、14…定電位電
解装置、 15…関数発生装置、 16…クーロンメ
ーター。
Claims (1)
- 【請求項１】 閉空間を形成するＯ2-導電性固体電解質
と、前記閉空間内に被検ガスを導入する導入手段と、前
記閉空間内から前記ガスを排出する排出手段と、前記固
体電解質の内側に配置された電位モニタリング用電極
と、前記固体電解質の外側で前記電位モニタリング用電
極と対向する位置に配置された基準極と、前記電位モニ
タリング用電極，基準極に夫々電気的に接続されたエレ
クトロメーターと、電流の流れていない前記固体電解質
の内側及び外側に夫々対向して配置された電極と、前記
閉空間内外の酸素活量の差によって生じる起電力をサー
チし、酸素含有気体中に存在するガスを定性，定量する
検出手段とを具備することを特徴とするガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5296523A JPH07151728A (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5296523A JPH07151728A (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07151728A true JPH07151728A (ja) | 1995-06-16 |
Family
ID=17834639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5296523A Withdrawn JPH07151728A (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07151728A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010054294A (ja) * | 2008-08-27 | 2010-03-11 | Yazaki Corp | 酸素濃度測定ユニット及び酸素濃度測定方法 |
-
1993
- 1993-11-26 JP JP5296523A patent/JPH07151728A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010054294A (ja) * | 2008-08-27 | 2010-03-11 | Yazaki Corp | 酸素濃度測定ユニット及び酸素濃度測定方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010130 |