JPH0723735Y2 - 酸素濃度センサ - Google Patents
酸素濃度センサInfo
- Publication number
- JPH0723735Y2 JPH0723735Y2 JP1240888U JP1240888U JPH0723735Y2 JP H0723735 Y2 JPH0723735 Y2 JP H0723735Y2 JP 1240888 U JP1240888 U JP 1240888U JP 1240888 U JP1240888 U JP 1240888U JP H0723735 Y2 JPH0723735 Y2 JP H0723735Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- oxygen concentration
- concentration sensor
- controlling layer
- gas diffusion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は酸素濃度センサに関するものである。
従来の空燃比（A/F）を検出する限界電流式酸素濃度セ
ンサは、被測定ガスの拡散律速手段の相違によりピンホ
ール型とコーティング型に分けられる。
ンサは、被測定ガスの拡散律速手段の相違によりピンホ
ール型とコーティング型に分けられる。
ピンホール型とは分子拡散を用いるものであり、例えば
酸素イオン透過性固体質の陰電極上にガス不透過性材料
を用いて閉鎖空間を形成し、且つガス不透過性材料から
なる壁面に被測定ガスを導入するためのピンホールを設
けたものが挙げられる。
酸素イオン透過性固体質の陰電極上にガス不透過性材料
を用いて閉鎖空間を形成し、且つガス不透過性材料から
なる壁面に被測定ガスを導入するためのピンホールを設
けたものが挙げられる。
コーティング型とは前記ピンホールの代りに多孔性セラ
ミックス層などからなるコーティング層（ガス拡散律速
層）によるクヌーセン拡散を利用するものである。この
タイプの酸素濃度センサとして、本出願人は実開昭60−
170770号公報記載の第６図に示すセンサ素子を備えた酸
素濃度センサを提案した。第６図はセンサ素子の破断斜
視図であり、図中、１は酸素イオン透過性固体電解質、
２は陰電極、３は陽電極、４はガス拡散律速層、５はガ
ス不透過層、６は拡散孔を表わす。本例はコーティング
型の低温活性向上のため、ガス拡散律速層４上に拡散孔
６を有するガス不透過層５を設けたものである。又、本
出願人は実願昭61−160439号明細書において第７図に示
すセンサ素子を備えた酸素濃度センサを提案した。第７
図はセンサ素子の断面図であり、図中、７はスペーサ、
８はプレート、９は空間、10はガス導入口、11はヒータ
を表わす。本例は電極活性を向上させるため陰極２上に
空間９を設けたものである。
ミックス層などからなるコーティング層（ガス拡散律速
層）によるクヌーセン拡散を利用するものである。この
タイプの酸素濃度センサとして、本出願人は実開昭60−
170770号公報記載の第６図に示すセンサ素子を備えた酸
素濃度センサを提案した。第６図はセンサ素子の破断斜
視図であり、図中、１は酸素イオン透過性固体電解質、
２は陰電極、３は陽電極、４はガス拡散律速層、５はガ
ス不透過層、６は拡散孔を表わす。本例はコーティング
型の低温活性向上のため、ガス拡散律速層４上に拡散孔
６を有するガス不透過層５を設けたものである。又、本
出願人は実願昭61−160439号明細書において第７図に示
すセンサ素子を備えた酸素濃度センサを提案した。第７
図はセンサ素子の断面図であり、図中、７はスペーサ、
８はプレート、９は空間、10はガス導入口、11はヒータ
を表わす。本例は電極活性を向上させるため陰極２上に
空間９を設けたものである。
第８図（ａ）及び（ｂ）に従来のピンホール型とコーテ
ィング型の限界電流式酸素濃度センサのＥ−Ｉ特性の一
例を示す。図から明らかなように、コーティング型はＥ
−Ｉ特性曲線がなだらかな肩部を有しており、ピンホー
ル肩に比べて限界電流値の検出幅が狭かった。このため
コーティング型はピンホール型に比べてセンサ素子の信
頼性の点で問題があった。
ィング型の限界電流式酸素濃度センサのＥ−Ｉ特性の一
例を示す。図から明らかなように、コーティング型はＥ
−Ｉ特性曲線がなだらかな肩部を有しており、ピンホー
ル肩に比べて限界電流値の検出幅が狭かった。このため
コーティング型はピンホール型に比べてセンサ素子の信
頼性の点で問題があった。
本考案は上記従来技術における問題点を解決するための
ものであり、その目的とするところはコーティング型の
長所を有し、且つ限界電流検出範囲が広くセンサ素子の
信頼性の点においてもピンホール型と少なくとも同等で
ある陰極上に空間を有するコーティング型の限界電流式
酸素濃度センサを提供することにある。
ものであり、その目的とするところはコーティング型の
長所を有し、且つ限界電流検出範囲が広くセンサ素子の
信頼性の点においてもピンホール型と少なくとも同等で
ある陰極上に空間を有するコーティング型の限界電流式
酸素濃度センサを提供することにある。
上記目的を達成するために、本考案の限界電流式酸度濃
度センサは、酸素イオン透過性固体電解質の一面に陽電
極を形成し他面に陰電極を形成し、該陰電極上にガス不
透過性材料を用いてガス導入口以外は閉鎖された空間を
設け、該ガス導入口を閉鎖するようにガス拡散律速層を
形成し、更に該ガス拡散律速層上に該ガス拡散律速層の
一部が露出するようにガス不透過層を形成してなるセン
サ素子を備えたものである。
度センサは、酸素イオン透過性固体電解質の一面に陽電
極を形成し他面に陰電極を形成し、該陰電極上にガス不
透過性材料を用いてガス導入口以外は閉鎖された空間を
設け、該ガス導入口を閉鎖するようにガス拡散律速層を
形成し、更に該ガス拡散律速層上に該ガス拡散律速層の
一部が露出するようにガス不透過層を形成してなるセン
サ素子を備えたものである。
本発明者らはガス拡散律速層の作用について鋭意研究し
た結果、以下に述べる考え方に基いて本考案を成すに至
った。
た結果、以下に述べる考え方に基いて本考案を成すに至
った。
すなわち、従来のコーティング型のガス拡散律速層では
電極セルで酸素（O2）をポンピングした際、限界電流値
が得られる電圧印加値が高い。これは第５図に示す如
く、低い電圧印加時は酸素ポンピング能力が低いため、
第５図（ａ）のようにガスの拡散がし易いところから拡
散律速が始まるが、徐々に印加電圧を増加してゆくとガ
ス拡散律速層４の拡散律速範囲が第５図（ｂ）のように
増加し、第５図（ｃ）の状態で飽和する。上記第５図
（ｂ）の状態が第５図（ｄ）のＥ−Ｉ特性曲線のなだら
かな肩部をつくると考えられる。従って、ガス拡散律速
層４の下にも該ガス拡散律速層４の一部が露出するよう
にガス導入口を設けたガス不透過層を形成して、ガス拡
散律速層４の上下両面を一部にガス導入口を設けたガス
不透過層で覆うことにより、拡散律速範囲を一定に限定
すれば、第５図（ｄ）中のなだらかな肩部がなくなり、
検出範囲を広くすることができる。
電極セルで酸素（O2）をポンピングした際、限界電流値
が得られる電圧印加値が高い。これは第５図に示す如
く、低い電圧印加時は酸素ポンピング能力が低いため、
第５図（ａ）のようにガスの拡散がし易いところから拡
散律速が始まるが、徐々に印加電圧を増加してゆくとガ
ス拡散律速層４の拡散律速範囲が第５図（ｂ）のように
増加し、第５図（ｃ）の状態で飽和する。上記第５図
（ｂ）の状態が第５図（ｄ）のＥ−Ｉ特性曲線のなだら
かな肩部をつくると考えられる。従って、ガス拡散律速
層４の下にも該ガス拡散律速層４の一部が露出するよう
にガス導入口を設けたガス不透過層を形成して、ガス拡
散律速層４の上下両面を一部にガス導入口を設けたガス
不透過層で覆うことにより、拡散律速範囲を一定に限定
すれば、第５図（ｄ）中のなだらかな肩部がなくなり、
検出範囲を広くすることができる。
ガス拡散律速層の両面のガス不透過層に設けるガス導入
口は同じ大きさであってもよいし、又は大きさが異なる
ものであってもよい。その形状も特に限定されず、例え
ば矩形、円形等であってもよい、又、２つのガス導入口
のお互いの位置は相対するものとするのが都合がよい
が、多少ずれていてもよい。
口は同じ大きさであってもよいし、又は大きさが異なる
ものであってもよい。その形状も特に限定されず、例え
ば矩形、円形等であってもよい、又、２つのガス導入口
のお互いの位置は相対するものとするのが都合がよい
が、多少ずれていてもよい。
本考案に用いる酸素イオン透過性固体電解質、電極、ガ
ス不透過材料、ガス拡散律速層は例えばジルコニア、ア
ルミナなどのセラミックス、白金などの貴金属等の通常
この分野で用いられるものであってもよい。又、本考案
の酸素濃度センサ各部の大きさや形状は使用目的や要求
特性に応じて選択する。
ス不透過材料、ガス拡散律速層は例えばジルコニア、ア
ルミナなどのセラミックス、白金などの貴金属等の通常
この分野で用いられるものであってもよい。又、本考案
の酸素濃度センサ各部の大きさや形状は使用目的や要求
特性に応じて選択する。
ガス拡散律速層上にその一部が露出するように所定のガ
ス導入口を有するガス不透過層を形成することにより、
ガス拡散律速範囲を一定に限定して、Ｅ−Ｉ特性曲線上
のなだらかな肩部をなくす。これにより、限界電流値の
検出幅が従来のコーティング型の酸素濃度センサに比べ
て広がり、ピンホール型の酸素濃度センサと同等となっ
た。
ス導入口を有するガス不透過層を形成することにより、
ガス拡散律速範囲を一定に限定して、Ｅ−Ｉ特性曲線上
のなだらかな肩部をなくす。これにより、限界電流値の
検出幅が従来のコーティング型の酸素濃度センサに比べ
て広がり、ピンホール型の酸素濃度センサと同等となっ
た。
以下の実施例において本考案を更に詳細に説明する。な
お、本考案は下記実施例に限定されるものではない。
お、本考案は下記実施例に限定されるものではない。
第１図は本考案の酸素濃度センサの基本構成を示す。陰
電極２、陽電極３及び酸素イオン透過性固体電解質１
（ZrO2−Y2O3）からなるセルに直流電源12から一定電圧
を印加し、電流計13でセルの出力電流を読み取り酸素濃
度を検出するセンサにおいて、陰電極２上にガス導入口
10を有するガス不透過性のプレート８を用いて空間９を
設け、この上にガス拡散律速層４を形成する。更にその
上にガス導入口10を有するガス不透過性のプレートによ
りガス不透過層５を形成する。図中、矢印方向から被測
定ガスがセルのO2ポンピングにより導入されると、ガス
拡散律速層４により酸素濃度に応じた拡散律速が起り、
セルに流れる電流値として酸素濃度を出力できる。
電極２、陽電極３及び酸素イオン透過性固体電解質１
（ZrO2−Y2O3）からなるセルに直流電源12から一定電圧
を印加し、電流計13でセルの出力電流を読み取り酸素濃
度を検出するセンサにおいて、陰電極２上にガス導入口
10を有するガス不透過性のプレート８を用いて空間９を
設け、この上にガス拡散律速層４を形成する。更にその
上にガス導入口10を有するガス不透過性のプレートによ
りガス不透過層５を形成する。図中、矢印方向から被測
定ガスがセルのO2ポンピングにより導入されると、ガス
拡散律速層４により酸素濃度に応じた拡散律速が起り、
セルに流れる電流値として酸素濃度を出力できる。
（性能比較） 第２図に従来のコーティング型の酸素濃度センサの基本
構成を示す。第２図の酸素濃度センサのＥ−Ｉ特性曲線
は第３図（ａ）の如くア部がなだらかな曲線となる。し
かし第１図の本考案の酸素濃度センサのＥ−Ｉ特性曲線
は第３図（ｂ）の如くイ部が明確な屈曲を示すため、水
平部分が多くなり検出範囲を大きく取ることができる。
構成を示す。第２図の酸素濃度センサのＥ−Ｉ特性曲線
は第３図（ａ）の如くア部がなだらかな曲線となる。し
かし第１図の本考案の酸素濃度センサのＥ−Ｉ特性曲線
は第３図（ｂ）の如くイ部が明確な屈曲を示すため、水
平部分が多くなり検出範囲を大きく取ることができる。
第４図に本考案の酸素濃度センサの一実施例を示す。本
実施例はセラミックグリーンシートから作られる積層型
空燃比センサの例である。ガス拡散律速層４は、ガス導
入口10,10を各々設けたガス不透過性プレート8,8のうち
陰電極に近い側のプレート８のガス導入口10を有機フイ
ルムなどの焼矢性材料で封止しておき、プレート8,8の
間にアルミナスラリーを流し込んだ後焼成して形成す
る。焼成時に有機フイルムは焼失する。又、ガス拡散律
速層４はプラズマ溶射コーティング法により形成しても
よい。この場合はガス拡散律速層４を形成後、表面側の
プレート８をその上に被せ、ガス導入口10の周辺から被
測定ガスが漏らないように無機接着剤又はガラス等を用
いて封止する。
実施例はセラミックグリーンシートから作られる積層型
空燃比センサの例である。ガス拡散律速層４は、ガス導
入口10,10を各々設けたガス不透過性プレート8,8のうち
陰電極に近い側のプレート８のガス導入口10を有機フイ
ルムなどの焼矢性材料で封止しておき、プレート8,8の
間にアルミナスラリーを流し込んだ後焼成して形成す
る。焼成時に有機フイルムは焼失する。又、ガス拡散律
速層４はプラズマ溶射コーティング法により形成しても
よい。この場合はガス拡散律速層４を形成後、表面側の
プレート８をその上に被せ、ガス導入口10の周辺から被
測定ガスが漏らないように無機接着剤又はガラス等を用
いて封止する。
本考案の酸素濃度センサは上記構成を有するため、以下
のような効果を奏する。
のような効果を奏する。
すなわち、酸素濃度検出範囲が広くなるため素子の信頼
性が向上する。又、ガス導入口の大きさを自由に設定で
きるため、センサ出力の調節が可能であり、特に製造後
個々の素子間の出力値のばらつきをガス導入口を削って
大きくしたり、塞いで小さくすることにより少なくし、
一定品質のセンサを作ることができる。又、電極面積を
任意に増加させることが可能なため、電気抵抗値を減少
でき、低い温度領域においても酸素濃度を検出可能であ
る。更に本センサを用いて排気ガス浄化システムを構成
した場合、従来のセンサよりも低温で作動させることが
できるため、ヒータ加熱のための電力を低減し、又ヒー
タ寿命を延ばすことができる。
性が向上する。又、ガス導入口の大きさを自由に設定で
きるため、センサ出力の調節が可能であり、特に製造後
個々の素子間の出力値のばらつきをガス導入口を削って
大きくしたり、塞いで小さくすることにより少なくし、
一定品質のセンサを作ることができる。又、電極面積を
任意に増加させることが可能なため、電気抵抗値を減少
でき、低い温度領域においても酸素濃度を検出可能であ
る。更に本センサを用いて排気ガス浄化システムを構成
した場合、従来のセンサよりも低温で作動させることが
できるため、ヒータ加熱のための電力を低減し、又ヒー
タ寿命を延ばすことができる。
第１図は本考案の酸素濃度センサの概略構造図、 第２図は従来のコーティング型酸素濃度センサの概略構
造図、 第３図（ａ）及び（ｂ）は第１図及び第２図の酸素濃度
センサのＥ−Ｉ特性を示す図、 第４図は本考案の酸素濃度センサの一実施例の断面図、 第５図（ａ）ないし（ｄ）は酸素ポンピング能力を増加
していった場合の各ガス拡散律速段階におけるガス拡散
律速層内の酸素ガスの拡散律速範囲及びそのときのＥ−
Ｉ特性を示す図、 第６図は従来のコーディング型酸素濃度センサの一例の
破断斜視図、 第７図は従来のコーディング型酸素濃度センサの別の例
の断面図、 第８図（ａ）及び（ｂ）はピンホール型及びコーティン
グ型酸素濃度センサのＥ−Ｉ特性を示す図である。 図中、 １……固体電解質、２……陰電極、３……陽電極 ４……ガス拡散律速層、５……ガス不透過層 ６……拡散孔、７……スペーサ、８……プレート ９……空間、10……ガス導入口、11……ヒータ 12……直流電源、13……電流計、14……ヒータ電源
造図、 第３図（ａ）及び（ｂ）は第１図及び第２図の酸素濃度
センサのＥ−Ｉ特性を示す図、 第４図は本考案の酸素濃度センサの一実施例の断面図、 第５図（ａ）ないし（ｄ）は酸素ポンピング能力を増加
していった場合の各ガス拡散律速段階におけるガス拡散
律速層内の酸素ガスの拡散律速範囲及びそのときのＥ−
Ｉ特性を示す図、 第６図は従来のコーディング型酸素濃度センサの一例の
破断斜視図、 第７図は従来のコーディング型酸素濃度センサの別の例
の断面図、 第８図（ａ）及び（ｂ）はピンホール型及びコーティン
グ型酸素濃度センサのＥ−Ｉ特性を示す図である。 図中、 １……固体電解質、２……陰電極、３……陽電極 ４……ガス拡散律速層、５……ガス不透過層 ６……拡散孔、７……スペーサ、８……プレート ９……空間、10……ガス導入口、11……ヒータ 12……直流電源、13……電流計、14……ヒータ電源
Claims (1)
- 【請求項１】酸素イオン透過性固体電解質の一面に陽電
極を形成し他面に陰電極を形成し、該陰電極上にガス不
透過性材料を用いてガス導入口以外は閉鎖された空間を
設け、該ガス導入口を閉鎖するようにガス拡散律速層を
形成し、更に該ガス拡散律速層上に該ガス拡散律速層の
一部が露出するようにガス不透過層を形成してなるセン
サ素子を備えたことを特徴とする限界電流式酸素濃度セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1240888U JPH0723735Y2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 酸素濃度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1240888U JPH0723735Y2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 酸素濃度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01118355U JPH01118355U (ja) | 1989-08-10 |
| JPH0723735Y2 true JPH0723735Y2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=31221828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1240888U Expired - Lifetime JPH0723735Y2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 酸素濃度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0723735Y2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10259526A1 (de) * | 2002-12-19 | 2004-07-15 | Robert Bosch Gmbh | Sensorelement |
-
1988
- 1988-02-01 JP JP1240888U patent/JPH0723735Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01118355U (ja) | 1989-08-10 |
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