JPH0731163Y2 - Electrode extraction part of limiting current type oxygen sensor - Google Patents

Electrode extraction part of limiting current type oxygen sensor

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JPH0731163Y2
JPH0731163Y2 JP4077689U JP4077689U JPH0731163Y2 JP H0731163 Y2 JPH0731163 Y2 JP H0731163Y2 JP 4077689 U JP4077689 U JP 4077689U JP 4077689 U JP4077689 U JP 4077689U JP H0731163 Y2 JPH0731163 Y2 JP H0731163Y2
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limiting current
electrode
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element plate
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秀男 山本
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Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、センサ素子板にジルコニア固体電解質板等を
用い、その駆動時、この固体電解質板を加熱するように
した限界電流式酸素センサの改良に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial field of application> The present invention relates to a limiting current type oxygen sensor in which a zirconia solid electrolyte plate or the like is used as a sensor element plate and the solid electrolyte plate is heated when the sensor element plate is driven. It is about improvement.

〈従来の技術〉 従来のこの種の酸素センサの一例を示すと、第7図〜第
8図の如き構造のものがある。
<Prior Art> An example of a conventional oxygen sensor of this kind is shown in FIGS. 7 to 8.

この酸素センサは、センサ素子板1として、ジルコニア
固体電解質板を用いた限界電流式のセンサで、センサ素
子板1の両面には、多孔質の白金等からなるセンサ電極
2,3が形成されている。そして、図中、上側のセンサ電
極(カソード電極)2部分には、センサ質Rを形成する
キャップ4が被せられ、このカソード電極2のリード部
2aは第8図のように引き出されている。一方、下側のセ
ンサ電極(アノード電極)3部分には、その表面に加熱
ヒータ6がスクリーン印刷等により形成された加熱部5
が通気性接着剤等を介して設置されている。そして、ま
た上記各センサ電極2,3および加熱ヒータ6には、夫々
電極リード線7,7,8,8が接続されている。
This oxygen sensor is a limiting current type sensor using a zirconia solid electrolyte plate as the sensor element plate 1, and sensor electrodes made of porous platinum or the like are provided on both sides of the sensor element plate 1.
A few are formed. Then, in the figure, the upper sensor electrode (cathode electrode) 2 portion is covered with a cap 4 that forms the sensor material R, and the lead portion of this cathode electrode 2 is covered.
2a is drawn out as shown in FIG. On the other hand, in the lower sensor electrode (anode electrode) 3 portion, a heater 6 is formed on the surface by a heater 6 by screen printing or the like.
Is installed via a breathable adhesive or the like. Further, electrode lead wires 7, 7, 8 and 8 are connected to the sensor electrodes 2 and 3 and the heater 6, respectively.

この酸素センサの場合、その非駆動時には、設置環境中
の大気やガスが上記通気性接着剤およびセンサ素子板1
中央の拡散孔(小孔)9を通じてセンサ室R内に導か
れ、測定時には、加熱ヒータ6の加熱によるセンサ素子
板1のポンピング作用によってセンサ室Rの酸素をイオ
ン化して排出し、この時の限界電流値から酸素濃度を求
めるものである。
In the case of this oxygen sensor, when it is not driven, the air and gas in the installation environment are permeable to the air-permeable adhesive and the sensor element plate 1.
It is guided into the sensor chamber R through a diffusion hole (small hole) 9 in the center, and at the time of measurement, oxygen in the sensor chamber R is ionized and discharged by the pumping action of the sensor element plate 1 by the heating of the heater 6. The oxygen concentration is obtained from the limiting current value.

このヒータによるセンサ素子板1の加熱であるが、現在
のところかなりの高温(例えば400℃程度)が必要とさ
れるため、加熱部5のヒータ形成領域(範囲)は広い
(センサ電極2,3部分を十分カバーする広さ)ことが望
まれ、実際のものにあっては、センサ素子板1の大きさ
より僅かに小さい程度である。このため、センサ素子板
1における温度分布を示すと、第9図の如くで、センサ
素子板1の縁部10にあってもかなり高温であることが判
る。
Although the heating of the sensor element plate 1 is performed by this heater, since a fairly high temperature (for example, about 400 ° C.) is required at present, the heater forming region (range) of the heating unit 5 is wide (sensor electrodes 2, 3). It is desired that the area be sufficiently covered), and in an actual case, it is slightly smaller than the size of the sensor element plate 1. For this reason, the temperature distribution in the sensor element plate 1 is shown in FIG. 9, and it can be seen that the edge portion 10 of the sensor element plate 1 is considerably hot.

〈考案が解決しようとする課題〉 このような限界電流式の酸素センサにおいて、センサの
設置環境、例えば大気や測定ガス等の外気と触れる部分
であるカソード電極2のリード部2aが、高温であると、
この部分のセンサ素子板1でも、酸素イオンの取り込み
が起こり、ポンピング作用が行われるため、センサ性能
に悪影響を与えるようになる。
<Problems to be Solved by the Invention> In such a limiting current type oxygen sensor, the lead portion 2a of the cathode electrode 2 which is a portion in contact with the sensor installation environment, for example, the outside air such as the atmosphere or the measurement gas has a high temperature. When,
Even in the sensor element plate 1 in this portion, oxygen ions are taken in and a pumping action is performed, so that the sensor performance is adversely affected.

つまり、この外気と触れる部分では、センサ室R内と異
なり、酸素をポンピングしても周囲から新しい酸素がい
くらでも補充されるため、第10図に示したように、当該
センサにおいて、本来ならば、限界電流領域に達したと
き、平坦(フラット)な限界電流値IL(図中、A、点線
で示されるグラフの値)が得られるはずであるのに、電
圧の増加に伴って電流値(図中、B、実線で示されるグ
ラフの値)が増すという現象が起こるようになる。この
ような電流値の増加があると、例えば測定電圧V1を印加
したとき、電流値IL′が限界電流値として検知されるた
め、実際より酸素濃度が高く測定されるようになる。
In other words, unlike the inside of the sensor chamber R, even if oxygen is pumped, new oxygen is replenished from the surroundings in the portion that comes into contact with the outside air. Therefore, as shown in FIG. When the limit current region is reached, a flat limit current value I L (A in the figure, the value of the graph shown by the dotted line) should be obtained, but the current value ( In the figure, the phenomenon that B, the value of the graph indicated by the solid line) increases occurs. With such an increase in the current value, for example, when the measurement voltage V 1 is applied, the current value I L ′ is detected as the limiting current value, so that the oxygen concentration is measured higher than it actually is.

そこで、従来、第11図に示したようにカソード電極2の
リード部2a全体を、ガラスやセラミックス等の被覆材11
でコーテングして、外気との接触を完全に絶つ方法も提
案されているが、この場合、コーテング部分でクラック
(亀裂)等が発生し易い等の問題があって、やはり好ま
しくなかった。
Therefore, conventionally, as shown in FIG. 11, the entire lead portion 2a of the cathode electrode 2 is covered with a coating material 11 such as glass or ceramics.
However, there is a problem that cracks and the like are likely to occur in the coating portion, which is not preferable.

本考案は、このような従来の実情に鑑みてなされたもの
である。
The present invention has been made in view of such a conventional situation.

〈課題を解決するための手段〉 かゝる本考案の特徴とする点は、固体電解質のセンサ素
子板にセンサ電極を設けると共に、当該センサ素子板を
加熱部の加熱ヒータにより加熱して駆動させるようにし
た限界電流式酸素センサにおいて、少なくとも前記セン
サ素子板の一部に低温部を設け、当該低温部に前記セン
サ電極の少なくとも外気に露出される一方のリード部を
引き出し、この部分に電極リード線を接続する限界電流
式酸素センサの電極取出部にある。
<Means for Solving the Problem> The feature of the present invention is that the sensor electrode is provided on the sensor element plate of the solid electrolyte, and the sensor element plate is heated by the heater of the heating unit and driven. In the limiting current type oxygen sensor as described above, a low temperature portion is provided in at least a part of the sensor element plate, and at least one lead portion of the sensor electrode exposed to the outside air is drawn into the low temperature portion, and an electrode lead is provided in this portion. It is in the electrode extraction part of the limiting current type oxygen sensor that connects the wires.

〈作用〉 このようにセンサ電極のリード部がセンサ素子板の低温
部に引き出されるため、この部分での酸素イオンのポン
ピング作用は殆ど起こらず、センサ性能の低下が最小限
に抑えられる。
<Operation> Since the lead portion of the sensor electrode is pulled out to the low temperature portion of the sensor element plate in this manner, the oxygen ion pumping action hardly occurs in this portion, and the deterioration of the sensor performance can be minimized.

〈実施例〉 第1図〜第2図は本考案に係る限界電流式酸素センサの
電極取出部の一実施例を示したものである。
<Embodiment> FIGS. 1 and 2 show an embodiment of an electrode extracting portion of a limiting current type oxygen sensor according to the present invention.

本酸素センサも、基本的には、上述した第7図の従来セ
ンサと同構造であるが、第2図から明らかなように、固
体電解質のセンサ素子板1の一部を突出させ、この突出
部12を低温部とし、この部分にセンサ電極(カソード電
極)2のリード部2aを引き出し、これに外部の電極リー
ド線7を接続して電極取出部を構成している。
This oxygen sensor also basically has the same structure as the conventional sensor shown in FIG. 7 described above, but as is clear from FIG. 2, a part of the sensor element plate 1 of the solid electrolyte is made to project, and this projection is made. The portion 12 is a low temperature portion, the lead portion 2a of the sensor electrode (cathode electrode) 2 is drawn out to this portion, and the external electrode lead wire 7 is connected to this portion to form an electrode lead-out portion.

この突出部12は、第1図に示されるように加熱部5の加
熱ヒータ領域に対して、大きく外方に延設れているた
め、加熱ヒータ6による加熱作用が殆ど及ばず、低温に
維持される。この突出部12の温度を図示すると、例えば
第3図の如くである。
As shown in FIG. 1, the protruding portion 12 extends largely outward from the heating heater region of the heating portion 5, so that the heating effect of the heating heater 6 is hardly exerted and the protruding portion 12 is maintained at a low temperature. To be done. The temperature of the protrusion 12 is shown in FIG. 3, for example.

従って、この突出部12では、センサの駆動時において
も、高温状態で起こる、酸素イオンのポンピング作用は
殆ど起こらず、カソード電極2の取り出しによるセンサ
性能の低下を最小限に抑えることができる。この関係
を、図示すると第4図の如くで、綺麗なフラット領域か
らなる限界電流値IL、(図中、A、実線で示されるグラ
フの値)が得られる。なお、図中、B、点線で示される
グラフ部分は、電極取出部でポンピング作用が起き、電
流増加がある場合を示す(上記第10図の従来例に対
応)。
Therefore, in the protruding portion 12, even when the sensor is driven, the pumping action of oxygen ions that occurs in a high temperature state hardly occurs, and the deterioration of the sensor performance due to the removal of the cathode electrode 2 can be minimized. This relationship is illustrated in FIG. 4, and the limiting current value I L (A in the figure, the value of the graph indicated by the solid line) is obtained, which is a clean flat region. Note that, in the figure, the graph portion indicated by B and the dotted line shows the case where a pumping action occurs in the electrode extraction portion and the current increases (corresponding to the conventional example in FIG. 10).

第5図は本考案に係る限界電流式酸素センサの電極取出
部の他の実施例を示したものである。
FIG. 5 shows another embodiment of the electrode extraction portion of the limiting current type oxygen sensor according to the present invention.

この場合の酸素センサも、やはり基本的には、上述した
第7図の従来センサと同構造であるが、本酸素センサで
は、固体電解質のセンサ素子板1の大きい(外径)を、
加熱部5の大きさに比べてかなり大きくし、その拡径し
た縁部13を低温部として、その一部に、センサ電極(カ
ソード電極)2のリード部2aを引き出し、これに外部の
電極リード線7を接続して電極取出部を構成している。
The oxygen sensor in this case also has basically the same structure as the conventional sensor shown in FIG. 7 described above, but in this oxygen sensor, the large (outer diameter) of the solid electrolyte sensor element plate 1 is
The heating portion 5 is made considerably larger than the heating portion 5, and the enlarged edge portion 13 is used as a low temperature portion, and the lead portion 2a of the sensor electrode (cathode electrode) 2 is pulled out to a part thereof, and an external electrode lead is provided to this. The wire 7 is connected to form an electrode extraction portion.

従って、上記第1図〜第2図のセンサと同様、拡径縁部
13の温度は、例えば第6図に示したように低温に維持さ
れ、やはり酸素イオンのポンピング作用は殆ど起こら
ず、カソード電極2の取り出しによるセンサ性能の低下
を最小限に抑えることができる。
Therefore, similar to the sensor of FIGS. 1 and 2, the expanded edge portion is used.
The temperature of 13 is maintained at a low temperature, for example, as shown in FIG. 6, the oxygen ion pumping action hardly occurs, and the deterioration of the sensor performance due to the removal of the cathode electrode 2 can be minimized.

なお、上記各実施例では、センサ電極2を取り出すため
の低温部を、センサ素子板1の突出部12や拡径縁部13で
構成したが、本考案はこれに限定されず、要するにセン
サ素子板1の大きさや形状、加熱部5のヒータ形成領域
(範囲)との関係を考慮して、センサ素子板1の一部に
低温部が形成される構造であれば、その他の構造でもよ
い。
In each of the above-mentioned embodiments, the low temperature portion for taking out the sensor electrode 2 is constituted by the protruding portion 12 and the enlarged-diameter edge portion 13 of the sensor element plate 1, but the present invention is not limited to this, in short, the sensor element Other structures may be used as long as the low temperature part is formed in a part of the sensor element plate 1 in consideration of the size and shape of the plate 1 and the heater formation region (range) of the heating part 5.

〈考案の効果〉 以上の説明から明らかなように本考案に係る限界電流式
酸素センサの電極取出部によれば、次のような優れた効
果が得られる。
<Effects of Device> As is apparent from the above description, the electrode extraction portion of the limiting current type oxygen sensor according to the present invention has the following excellent effects.

(1)先ず、少なくとも外気に触れる側である、カソー
ド電極のリード部が、固体電解質のセンサ素子板の一部
に形成した低温部に引き出されるため、センサ性能の低
下を最小限に抑えることがができる。
(1) First, since the lead portion of the cathode electrode, which is at least the side exposed to the outside air, is drawn out to the low temperature portion formed in a part of the solid electrolyte sensor element plate, deterioration of the sensor performance can be minimized. You can

(2)また、このような外気露出型の電極取出が可能な
ことから、設計の重自由度が増すと共に、センサ製造が
容易で、しかも、高信頼性のものが得られる利点もあ
る。
(2) In addition, since the electrodes exposed to the outside air can be taken out, there are advantages that the degree of freedom in design is increased, the sensor is easily manufactured, and the sensor is highly reliable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本考案に係る限界電流式酸素センサの電極取出
部の一実施例を示した一部分解断面図、第2図は第1図
の平面図、第3図は第1図の限界電流式酸素センサにお
けるセンサ素子板の温度分布を示したグラフ、第4図は
第1図の限界電流式酸素センサの限界電流特性を示した
グラフ、第5図は本考案に係る限界電流式酸素センサの
電極取出部の他の実施例を示した一部分解断面図、第6
図は第5図の限界電流式酸素センサにおけるセンサ素子
板の温度分布を示したグラフ、第7図は従来の酸素セン
サを示した一部分解断面図、第8図は第7図の平面図、
第9図は第7図の酸素センサにおけるセンサ素子板の温
度分布を示したグラフ、第10図は第7図の酸素センサの
限界電流特性を示したグラフ、第11図は従来の他の酸素
センサを示した一部分解断面図である。 図中、 1……センサ素子板、2,3……センサ電極、2a……リー
ド部、4……キャップ、5……加熱部、6……加熱ヒー
タ、7,8……電極リード線、9……拡散孔、12……突出
部(低温部)、13……縁部(低温部)、R……センサ
室、
FIG. 1 is a partially exploded sectional view showing an embodiment of an electrode lead-out portion of a limiting current type oxygen sensor according to the present invention, FIG. 2 is a plan view of FIG. 1, and FIG. 3 is a limiting current of FIG. 4 is a graph showing the temperature distribution of the sensor element plate in the oxygen sensor, FIG. 4 is a graph showing the limiting current characteristics of the limiting current type oxygen sensor of FIG. 1, and FIG. 5 is a limiting current type oxygen sensor according to the present invention. 6 is a partially exploded cross-sectional view showing another embodiment of the electrode extraction portion of FIG.
5 is a graph showing the temperature distribution of the sensor element plate in the limiting current type oxygen sensor of FIG. 5, FIG. 7 is a partially exploded sectional view showing a conventional oxygen sensor, FIG. 8 is a plan view of FIG.
9 is a graph showing the temperature distribution of the sensor element plate in the oxygen sensor of FIG. 7, FIG. 10 is a graph showing the limiting current characteristics of the oxygen sensor of FIG. 7, and FIG. 11 is another conventional oxygen. It is a partially exploded sectional view showing a sensor. In the figure, 1 ... Sensor element plate, 2,3 ... Sensor electrode, 2a ... Lead part, 4 ... Cap, 5 ... Heating part, 6 ... Heating heater, 7,8 ... Electrode lead wire, 9 ... Diffusion hole, 12 ... Projection part (low temperature part), 13 ... Edge part (low temperature part), R ... Sensor chamber,

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】固体電解質のセンサ素子板にセンサ電極を
設けると共に、当該センサ素子板を加熱部の加熱ヒータ
により加熱して駆動させるようにした限界電流式酸素セ
ンサにおいて、少なくとも前記センサ素子板の一部に低
温部を設け、当該低温部に前記センサ電極を引き出し、
この部分に電極リード線を接続することを特徴とする限
界電流式酸素センサの電極取出部。
1. A limiting current type oxygen sensor in which a sensor electrode is provided on a solid electrolyte sensor element plate, and the sensor element plate is heated and driven by a heater of a heating unit. A low temperature part is provided in a part, and the sensor electrode is drawn out to the low temperature part.
An electrode lead-out portion of a limiting current type oxygen sensor characterized in that an electrode lead wire is connected to this portion.
【請求項2】前記センサ素子板の一部を突出させ、この
突出部を低温部としたことを特徴とする請求項1記載の
限界電流式酸素センサの電極取出部。
2. The electrode lead-out portion of a limiting current type oxygen sensor according to claim 1, wherein a part of the sensor element plate is projected, and the projected portion is a low temperature portion.
【請求項3】前記センサ素子板を前記加熱部よりも大き
く形成して、その縁部を低温部としたことを特徴とする
請求項1記載の限界電流式酸素センサの電極取出部。
3. The electrode lead-out portion of the limiting current type oxygen sensor according to claim 1, wherein the sensor element plate is formed larger than the heating portion, and an edge portion thereof is a low temperature portion.
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