JPH07167832A - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
- Publication number
- JPH07167832A JPH07167832A JP5313144A JP31314493A JPH07167832A JP H07167832 A JPH07167832 A JP H07167832A JP 5313144 A JP5313144 A JP 5313144A JP 31314493 A JP31314493 A JP 31314493A JP H07167832 A JPH07167832 A JP H07167832A
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- Japan
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- cathode
- anode
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は１つのセンサで２種類の気体を検出
でき、構造が簡単で、コストが安いガスセンサを提供す
ることを目的としたものである。 【構成】 両面に第１陰極２ａおよび陽極２ｂが形成さ
れた第１固体電解質１と、第２陰極４ａおよび陽極４ｂ
が形成された第２固体電解質３と、隔壁５ａと、螺旋型
隔壁５ｂと、小孔７が形成された加熱体６で構成され
る。
でき、構造が簡単で、コストが安いガスセンサを提供す
ることを目的としたものである。 【構成】 両面に第１陰極２ａおよび陽極２ｂが形成さ
れた第１固体電解質１と、第２陰極４ａおよび陽極４ｂ
が形成された第２固体電解質３と、隔壁５ａと、螺旋型
隔壁５ｂと、小孔７が形成された加熱体６で構成され
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定気体中の２種類
の気体、例えば水素および酸素の分圧を検出するガスセ
ンサに関するものである。
の気体、例えば水素および酸素の分圧を検出するガスセ
ンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、様々な固体電解質を用いたガ
スセンサが数多く提案されている。例えば、「材料技
術」（p.296-301,Vol.10,No.9,1992）に図６に示すよう
な限界電流式酸素センサが報告されている。図６におい
てイットリア安定化ジルコニアから成る固体電解質３の
両面には白金から成る陰極４ａおよび陽極４ｂが形成さ
れている。陰極４ａおよび陽極４ｂ間には直流電源（図
示せず）により任意の電圧を印加することができる。
スセンサが数多く提案されている。例えば、「材料技
術」（p.296-301,Vol.10,No.9,1992）に図６に示すよう
な限界電流式酸素センサが報告されている。図６におい
てイットリア安定化ジルコニアから成る固体電解質３の
両面には白金から成る陰極４ａおよび陽極４ｂが形成さ
れている。陰極４ａおよび陽極４ｂ間には直流電源（図
示せず）により任意の電圧を印加することができる。
【０００３】陰極４ａ側には、シール板８と、隔壁５が
設けられ接着固定されている。被測定気体中の酸素は、
シール板８に形成された拡散孔９より導入され、陰極４
ａと接触し、陰極４ａおよび陽極４ｂ間に電圧を印加す
ることにより、酸素イオンとなり固体電解質３中を移動
する。そして、酸素イオンは陽極４ｂ上において再び酸
素となり放出される。この際電極間にはイオン電流が発
生するが、小孔７により物理的に酸素供給量が制限され
るため、ある電圧領域でイオン電流は限界値に達する。
この時に流れるイオン電流の値を限界電流値と呼ぶが、
この限界電流値は酸素濃度に比例するため、限界電流値
を測定することにより酸素濃度を求めることができる。
設けられ接着固定されている。被測定気体中の酸素は、
シール板８に形成された拡散孔９より導入され、陰極４
ａと接触し、陰極４ａおよび陽極４ｂ間に電圧を印加す
ることにより、酸素イオンとなり固体電解質３中を移動
する。そして、酸素イオンは陽極４ｂ上において再び酸
素となり放出される。この際電極間にはイオン電流が発
生するが、小孔７により物理的に酸素供給量が制限され
るため、ある電圧領域でイオン電流は限界値に達する。
この時に流れるイオン電流の値を限界電流値と呼ぶが、
この限界電流値は酸素濃度に比例するため、限界電流値
を測定することにより酸素濃度を求めることができる。
【０００４】また、「電気化学」（p.996-999,No.10,19
89）にはストロンチウムセリウム酸化物から成る水素イ
オン導電体が、濃淡電池の起電力から水素分圧を検出す
ることができることを報告しており、この種の水素イオ
ン導電体が水素センサにも応用が可能であることを示唆
している。
89）にはストロンチウムセリウム酸化物から成る水素イ
オン導電体が、濃淡電池の起電力から水素分圧を検出す
ることができることを報告しており、この種の水素イオ
ン導電体が水素センサにも応用が可能であることを示唆
している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の技
術では、２種類の気体、例えば水素と酸素が共存する被
測定気体中で水素と酸素の濃度を検出する場合、水素セ
ンサと酸素センサを併用しなければならないため、セン
サを交換する手間がかかり、構成が複雑となり、また水
素センサと酸素センサの動作温度範囲が異なるため温度
制御が困難であるという課題があった。
術では、２種類の気体、例えば水素と酸素が共存する被
測定気体中で水素と酸素の濃度を検出する場合、水素セ
ンサと酸素センサを併用しなければならないため、セン
サを交換する手間がかかり、構成が複雑となり、また水
素センサと酸素センサの動作温度範囲が異なるため温度
制御が困難であるという課題があった。
【０００６】さらに限界電流特性を得るために、レーザ
ー加工法などにより、シール板あるいは固体電解質に拡
散孔を形成する必要があり、製造工程が複雑になるとい
う課題があった。
ー加工法などにより、シール板あるいは固体電解質に拡
散孔を形成する必要があり、製造工程が複雑になるとい
う課題があった。
【０００７】本発明は上記課題を解決するもので、所定
の温度において１つのセンサで２種類の気体水素および
酸素の濃度を検出でき、シール板などを加工し拡散孔を
形成する必要がなく、製造工程が簡単なガスセンサを提
供することを目的としている。
の温度において１つのセンサで２種類の気体水素および
酸素の濃度を検出でき、シール板などを加工し拡散孔を
形成する必要がなく、製造工程が簡単なガスセンサを提
供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、第１固体電解質と第２固体電解質を用い、
第１固体電解質と、前記第１固体電解質の一方の表面に
形成された第１陰極と、前記第１陰極と対向するように
他方の表面に形成された第１陽極と、第２固体電解質
と、前記第２固体電解質の一方の表面に形成された第２
陰極と、前記第２陰極と対向するように他方の表面に形
成された第２陽極と、前記第１陽極と前記第２陰極それ
ぞれの周りを囲むように配置された螺旋型隔壁と、前記
第１固体電解質と第２固体電解質および前記隔壁で囲ま
れた空間に被測定気体を導入する螺旋型拡散孔で構成さ
れるガスセンサとした。
に本発明は、第１固体電解質と第２固体電解質を用い、
第１固体電解質と、前記第１固体電解質の一方の表面に
形成された第１陰極と、前記第１陰極と対向するように
他方の表面に形成された第１陽極と、第２固体電解質
と、前記第２固体電解質の一方の表面に形成された第２
陰極と、前記第２陰極と対向するように他方の表面に形
成された第２陽極と、前記第１陽極と前記第２陰極それ
ぞれの周りを囲むように配置された螺旋型隔壁と、前記
第１固体電解質と第２固体電解質および前記隔壁で囲ま
れた空間に被測定気体を導入する螺旋型拡散孔で構成さ
れるガスセンサとした。
【０００９】さらに前記螺旋型隔壁は、前記第１陽極の
周りを囲むように配置された第１螺旋型隔壁と、前記第
２陰極の周りを囲むように配置された第２螺旋型隔壁か
ら成り、前記第１螺旋型隔壁と前記第２螺旋型隔壁の中
間には加熱体が配置されおり、さらに前記加熱体には、
小孔が形成されており、前記小孔の断面積／長さは、前
記拡散孔の断面積／長さより大きいガスセンサとした。
周りを囲むように配置された第１螺旋型隔壁と、前記第
２陰極の周りを囲むように配置された第２螺旋型隔壁か
ら成り、前記第１螺旋型隔壁と前記第２螺旋型隔壁の中
間には加熱体が配置されおり、さらに前記加熱体には、
小孔が形成されており、前記小孔の断面積／長さは、前
記拡散孔の断面積／長さより大きいガスセンサとした。
【００１０】
【作用】本発明は上記した手段により、所定の温度にお
いて１つのセンサで２種類の気体を検出できるガスセン
サと成り、例えば水素と酸素が共存する被測定気体中に
おいて、動作温度範囲の違う水素センサと酸素センサを
併用しなくても水素と酸素の濃度を同時に検出すること
ができるため、構成および温度制御が簡単となり、シー
ル板あるいは固体電解質に拡散孔を形成する必要がない
ため製造工程が簡単となり、コストの安いガスセンサが
得られる。
いて１つのセンサで２種類の気体を検出できるガスセン
サと成り、例えば水素と酸素が共存する被測定気体中に
おいて、動作温度範囲の違う水素センサと酸素センサを
併用しなくても水素と酸素の濃度を同時に検出すること
ができるため、構成および温度制御が簡単となり、シー
ル板あるいは固体電解質に拡散孔を形成する必要がない
ため製造工程が簡単となり、コストの安いガスセンサが
得られる。
【００１１】
【実施例】以下本発明の実施例を図を参照しながら説明
する。
する。
【００１２】（実施例１）図１に本発明の一実施例であ
るガスセンサの断面図を示す。図１において第１固体電
解質１は、動作温度範囲が約４００〜７００℃である水
素イオン導電性を有するストロンチウムセリウム酸化物
（ＳｒＣｅＯ3）である。第１固体電解質１は実施した
ストロンチウムセリウム酸化物以外の例えばバリウムセ
リウム酸化物（ＢａＣｅＯ3 ）などのアルカリ土類金属
と希土類元素の複合酸化物あるいはこの種の複合酸化物
にガドリニウムなどの希土類元素をドープした酸化物で
もよい。
るガスセンサの断面図を示す。図１において第１固体電
解質１は、動作温度範囲が約４００〜７００℃である水
素イオン導電性を有するストロンチウムセリウム酸化物
（ＳｒＣｅＯ3）である。第１固体電解質１は実施した
ストロンチウムセリウム酸化物以外の例えばバリウムセ
リウム酸化物（ＢａＣｅＯ3 ）などのアルカリ土類金属
と希土類元素の複合酸化物あるいはこの種の複合酸化物
にガドリニウムなどの希土類元素をドープした酸化物で
もよい。
【００１３】第２固体電解質３は、第１固体電解質１と
動作温度範囲が等しい酸素イオン導電性を有する酸化イ
ットリウムを８モル％添加した安定化酸化ジルコニウム
（８Ｙ2Ｏ3・９２ＺｒＯ2）である。第２固体電解質３
は、実施した安定化酸化ジルコニウム以外に酸化ビスマ
ス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）などの酸素
イオン導電性固体電解質でもよい。第１および第２固体
電解質１および３は、厚さ０．５ミリ、直径１３ミリの
ディスク状に成型し、さらに第１および第２固体電解質
１および３の両面にそれぞれ白金ペーストをスクリーン
印刷した後、８２０℃で１０分間焼成し、第１陰極２
ａ、第１陽極２ｂ、第２陰極４ａおよび第２陽極４ｂを
形成した。さらに金ペーストで各電極に白金リード線
（図示せず）を取り付けた。
動作温度範囲が等しい酸素イオン導電性を有する酸化イ
ットリウムを８モル％添加した安定化酸化ジルコニウム
（８Ｙ2Ｏ3・９２ＺｒＯ2）である。第２固体電解質３
は、実施した安定化酸化ジルコニウム以外に酸化ビスマ
ス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）などの酸素
イオン導電性固体電解質でもよい。第１および第２固体
電解質１および３は、厚さ０．５ミリ、直径１３ミリの
ディスク状に成型し、さらに第１および第２固体電解質
１および３の両面にそれぞれ白金ペーストをスクリーン
印刷した後、８２０℃で１０分間焼成し、第１陰極２
ａ、第１陽極２ｂ、第２陰極４ａおよび第２陽極４ｂを
形成した。さらに金ペーストで各電極に白金リード線
（図示せず）を取り付けた。
【００１４】次に硝子製螺旋型隔壁５を第１固体電解質
１と第２固体電解質体３で挟み、第１陽極２ｂおよび第
２陰極４ａの周りを囲むように配置し、接着固定した。
螺旋型隔壁を用いることにより、従来のようにシール板
などに拡散孔を加工する必要がなくなるため、製造工程
が簡単になる。
１と第２固体電解質体３で挟み、第１陽極２ｂおよび第
２陰極４ａの周りを囲むように配置し、接着固定した。
螺旋型隔壁を用いることにより、従来のようにシール板
などに拡散孔を加工する必要がなくなるため、製造工程
が簡単になる。
【００１５】さらに各電極間に電圧を印加するための直
流電源（図示せず）と、各電極間を流れる電流を測定す
るための電流計（図示せず）をそれぞれ接続した。
流電源（図示せず）と、各電極間を流れる電流を測定す
るための電流計（図示せず）をそれぞれ接続した。
【００１６】このようにして得られたガスセンサを外部
加熱体（図示せず）によりセンサ温度が約６００℃にな
るよう保持し、被測定気体存在空間に配置した。被測定
気体存在空間に水素と酸素の混合ガスを導入した。水素
および酸素は螺旋型隔壁５を経て、それぞれ第１陽極２
ｂおよび第２陰極４ａ上へ拡散する。
加熱体（図示せず）によりセンサ温度が約６００℃にな
るよう保持し、被測定気体存在空間に配置した。被測定
気体存在空間に水素と酸素の混合ガスを導入した。水素
および酸素は螺旋型隔壁５を経て、それぞれ第１陽極２
ｂおよび第２陰極４ａ上へ拡散する。
【００１７】しかし、螺旋型隔壁５によりそれぞれ供給
量が物理的に制限されるため各電極間２ａと２ｂおよび
４ａと４ｂに所定の電圧を印加すると、それぞれにおい
て限界電流特性が得られた。そこで水素および酸素それ
ぞれの濃度を変化させ、それぞれの限界電流値との関係
を調べた。測定結果を図２および図３に示す。図２は、
水素濃度の限界電流特性を示す図である。図２より、水
素濃度と限界電流値は酸素濃度に関係なく、比例してい
る事が判る。同じく図３は、酸素濃度の限界電流特性を
示す図である。図３より、酸素濃度も水素濃度とは関係
なく限界電流値と比例していることが判った。したがっ
て水素と酸素はお互いに干渉する事なく同時に水素濃度
および酸素濃度を求めることができることが判った。
量が物理的に制限されるため各電極間２ａと２ｂおよび
４ａと４ｂに所定の電圧を印加すると、それぞれにおい
て限界電流特性が得られた。そこで水素および酸素それ
ぞれの濃度を変化させ、それぞれの限界電流値との関係
を調べた。測定結果を図２および図３に示す。図２は、
水素濃度の限界電流特性を示す図である。図２より、水
素濃度と限界電流値は酸素濃度に関係なく、比例してい
る事が判る。同じく図３は、酸素濃度の限界電流特性を
示す図である。図３より、酸素濃度も水素濃度とは関係
なく限界電流値と比例していることが判った。したがっ
て水素と酸素はお互いに干渉する事なく同時に水素濃度
および酸素濃度を求めることができることが判った。
【００１８】（実施例２）図３に本発明の一実施例であ
るガスセンサの断面図を示す。図３において、フォルス
テライト基板の両面に白金ペーストによりヒーターパタ
ーンがスクリーン印刷された加熱体６は、第１螺旋型隔
壁５ａと第２螺旋型隔壁５ｂで挟まれ、第１固体電解質
１と第２固体電解質３の中間に配置され、接着固定され
ている。それ以外は実施例１と同様の構成であるガスセ
ンサを得た。このガスセンサを加熱体６に所定の電圧を
印加することにより約６００℃に保持し、実施例１と同
様の実験を行ったところ同じ結果が得られた。したがっ
て、外部加熱体が不要となり、比較的コンパクトな構成
でコストが安くなることが判った。
るガスセンサの断面図を示す。図３において、フォルス
テライト基板の両面に白金ペーストによりヒーターパタ
ーンがスクリーン印刷された加熱体６は、第１螺旋型隔
壁５ａと第２螺旋型隔壁５ｂで挟まれ、第１固体電解質
１と第２固体電解質３の中間に配置され、接着固定され
ている。それ以外は実施例１と同様の構成であるガスセ
ンサを得た。このガスセンサを加熱体６に所定の電圧を
印加することにより約６００℃に保持し、実施例１と同
様の実験を行ったところ同じ結果が得られた。したがっ
て、外部加熱体が不要となり、比較的コンパクトな構成
でコストが安くなることが判った。
【００１９】（実施例３）図４に本発明の一実施例であ
るガスセンサの断面図を示す。図４において、中央に約
２ミリの小孔７が形成されたフォルステライト基板に、
白金ペーストによりヒーター膜がスクリーン印刷された
加熱体６は、第１螺旋型隔壁５ａと螺旋型でない第２隔
壁５ｂで挟まれ、第１固体電解質１と第２固体電解質３
に接着固定されている。被測定気体中の水素および酸素
は第１螺旋型隔壁５ａより導入され、水素は第１陽極２
ｂ上へと拡散し、酸素はさらに加熱体６に設けられた小
孔７を通って第２陰極４ａ上へと拡散する。それ以外の
構成は実施例１と同様であり、同様の実験を行ったとこ
ろ、ほぼ同じ結果が得られた。小孔７の断面積／長さは
拡散孔９の断面積／長さより大きいため、小孔７による
拡散抵抗はほとんど無視できると思われる。したがっ
て、加工に手間のかかる螺旋型隔壁の使用する数を減ら
すことができ、コストが安くなることが判った。
るガスセンサの断面図を示す。図４において、中央に約
２ミリの小孔７が形成されたフォルステライト基板に、
白金ペーストによりヒーター膜がスクリーン印刷された
加熱体６は、第１螺旋型隔壁５ａと螺旋型でない第２隔
壁５ｂで挟まれ、第１固体電解質１と第２固体電解質３
に接着固定されている。被測定気体中の水素および酸素
は第１螺旋型隔壁５ａより導入され、水素は第１陽極２
ｂ上へと拡散し、酸素はさらに加熱体６に設けられた小
孔７を通って第２陰極４ａ上へと拡散する。それ以外の
構成は実施例１と同様であり、同様の実験を行ったとこ
ろ、ほぼ同じ結果が得られた。小孔７の断面積／長さは
拡散孔９の断面積／長さより大きいため、小孔７による
拡散抵抗はほとんど無視できると思われる。したがっ
て、加工に手間のかかる螺旋型隔壁の使用する数を減ら
すことができ、コストが安くなることが判った。
【００２０】なお螺旋型でない第１隔壁と、第２螺旋型
隔壁で加熱体６を挟み、第１および第２固体電解質に接
着固定する構成でもよい。
隔壁で加熱体６を挟み、第１および第２固体電解質に接
着固定する構成でもよい。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたように本発明のガスセンサに
よれば、所定の温度において１つのセンサで２種類の気
体を同時に検出でき、固体電解質やシール板等に小孔を
形成する必要がないため、構造と温度制御が簡単になる
という効果が得られる。
よれば、所定の温度において１つのセンサで２種類の気
体を同時に検出でき、固体電解質やシール板等に小孔を
形成する必要がないため、構造と温度制御が簡単になる
という効果が得られる。
【００２２】さらに加熱体を一体化することにより、電
気炉などの外部加熱体が不要となり、コンパクトな構成
でコストが安くなるという効果が得られる。
気炉などの外部加熱体が不要となり、コンパクトな構成
でコストが安くなるという効果が得られる。
【００２３】また加熱体に、断面積／長さが拡散孔より
大きい小孔を形成することにより、加工の難しい螺旋型
隔壁の数を減らすことができるという効果が得られる。
大きい小孔を形成することにより、加工の難しい螺旋型
隔壁の数を減らすことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のガスセンサの断面図
【図２】水素の限界電流特性を示す図
【図３】酸素の限界電流特性を示す図
【図４】本発明の他の実施例のガスセンサの断面図
【図５】本発明の他の実施例のガスセンサの断面図
【図６】従来の限界電流式酸素センサの断面図
１ 第１固体電解質 ２ａ 第１陰極 ２ｂ 第１陽極 ３ 第２固体電解質 ４ａ 第２陰極 ４ｂ 第２陽極 ５ 螺旋型隔壁 ６ 加熱体 ７ 小孔 ８ シール板 ９ 拡散孔
Claims (4)
- 【請求項１】第１固体電解質と、前記第１固体電解質の
一方の表面に形成された第１陰極と、前記第１陰極と対
向するように他方の表面に形成された第１陽極と、第２
固体電解質と、前記第２固体電解質の一方の表面に形成
された第２陰極と、前記第２陰極と対向するように他方
の表面に形成された第２陽極と、前記第１陽極と前記第
２陰極のそれぞれの周りを囲むように配置された隔壁
と、前記第１固体電解質と第２固体電解質および前記隔
壁で囲まれた空間に被測定気体を導入する拡散孔で構成
されるガスセンサ。 - 【請求項２】前記隔壁は、前記第１陽極の周りを囲むよ
うに配置された第１隔壁と、前記第２陰極の周りを囲む
ように配置された第２隔壁から成り、前記第１隔壁と前
記第２隔壁の中間には加熱体が配置されている請求項１
記載のガスセンサ。 - 【請求項３】前記隔壁は、螺旋型隔壁で、前記拡散孔は
螺旋型拡散孔である請求項１または２記載のガスセン
サ。 - 【請求項４】前記加熱体には小孔が形成されており、そ
の小孔の断面積／長さは、前記拡散孔の断面積／長さよ
り大きい請求項１または２記載のガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5313144A JP2993340B2 (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5313144A JP2993340B2 (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07167832A true JPH07167832A (ja) | 1995-07-04 |
| JP2993340B2 JP2993340B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=18037638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5313144A Expired - Fee Related JP2993340B2 (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2993340B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100382756B1 (ko) * | 1996-12-31 | 2003-06-18 | 삼성전기주식회사 | 산소 센서 |
-
1993
- 1993-12-14 JP JP5313144A patent/JP2993340B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100382756B1 (ko) * | 1996-12-31 | 2003-06-18 | 삼성전기주식회사 | 산소 센서 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2993340B2 (ja) | 1999-12-20 |
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