JPH08189914A - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
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- JPH08189914A JPH08189914A JP7017415A JP1741595A JPH08189914A JP H08189914 A JPH08189914 A JP H08189914A JP 7017415 A JP7017415 A JP 7017415A JP 1741595 A JP1741595 A JP 1741595A JP H08189914 A JPH08189914 A JP H08189914A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】 イオン導電性の固体電解質体に接するように
少なくとも第１電極と第２電極による１対の電極を形成
し、少なくとも第１電極が金で構成されており、両極間
の起電力変化によって被検ガス中のＮＯx 及び／又はＣ
Ｏ濃度を検出するガスセンサ。 【効果】 高感度にＮＯx 及び／又はＣＯ濃度を検出で
きるとともに、他の可燃性ガス、酸素の影響をうけず、
高温域で動作可能であるので、内燃機関や燃焼炉などの
排ガスのセンサとして適している。
少なくとも第１電極と第２電極による１対の電極を形成
し、少なくとも第１電極が金で構成されており、両極間
の起電力変化によって被検ガス中のＮＯx 及び／又はＣ
Ｏ濃度を検出するガスセンサ。 【効果】 高感度にＮＯx 及び／又はＣＯ濃度を検出で
きるとともに、他の可燃性ガス、酸素の影響をうけず、
高温域で動作可能であるので、内燃機関や燃焼炉などの
排ガスのセンサとして適している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＣＯ及び／又はＮＯx
ガスの濃度を検知するためのセンサであり、内燃機関や
燃焼炉などの排ガス中のＣＯ及び／又はＮＯx ガス濃度
を検出するためのセンサに関する。
ガスの濃度を検知するためのセンサであり、内燃機関や
燃焼炉などの排ガス中のＣＯ及び／又はＮＯx ガス濃度
を検出するためのセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】地球環境保全の観点から、内燃機関や燃
焼炉などから排出されるガス中のＮＯx 、ＣＯなどの濃
度の低減が望まれ、燃焼状態、脱硝装置などのフィード
バック制御などが行われている。このため排ガス中のこ
れらガスの濃度を検出するセンサの開発が必要かつ不可
欠となっている。
焼炉などから排出されるガス中のＮＯx 、ＣＯなどの濃
度の低減が望まれ、燃焼状態、脱硝装置などのフィード
バック制御などが行われている。このため排ガス中のこ
れらガスの濃度を検出するセンサの開発が必要かつ不可
欠となっている。
【０００３】ＮＯx センサとしては、固体電解質を用い
NOx 濃度変化に対応した電極間の起電力変化によってＮ
Ｏx 濃度を検出する固体電解質センサや有機あるいは無
機半導体の電気抵抗がＮＯx 濃度によって変化すること
を利用した半導体センサなどがある。例えば特開昭61-1
84450 号公報や特開平4-297862号公報によれば、固体電
解質にAgI やNASICON を用い電極に金属硝酸塩を用いた
固体電解質センサが開示されている。これらのセンサは
１００〜３００℃の温度域でＮＯx に対して比較的良好
な感度を示している。しかし固体電解質であるAgI や電
極に用いられている金属硝酸塩などのセンサ構成材料の
融点が低く、５００℃以上の温度に曝される条件での使
用は非常に困難であった。
NOx 濃度変化に対応した電極間の起電力変化によってＮ
Ｏx 濃度を検出する固体電解質センサや有機あるいは無
機半導体の電気抵抗がＮＯx 濃度によって変化すること
を利用した半導体センサなどがある。例えば特開昭61-1
84450 号公報や特開平4-297862号公報によれば、固体電
解質にAgI やNASICON を用い電極に金属硝酸塩を用いた
固体電解質センサが開示されている。これらのセンサは
１００〜３００℃の温度域でＮＯx に対して比較的良好
な感度を示している。しかし固体電解質であるAgI や電
極に用いられている金属硝酸塩などのセンサ構成材料の
融点が低く、５００℃以上の温度に曝される条件での使
用は非常に困難であった。
【０００４】高温においても安定な固体電解質として
は、すでに酸素センサで実用化されているジルコニアが
ある。このジルコニアを用いたＮＯx センサにおいても
硝酸バリウムや硝酸バリウムに他の塩類を混合して塩を
電極とすることによって良好な特性が得られることが報
告されている（第１８回化学センサ研究会、Vol. 10, p
73-76 (1993)) 。しかし、このセンサにおいても硝酸バ
リウムの潮解性により長期的な安定性に問題がある。
は、すでに酸素センサで実用化されているジルコニアが
ある。このジルコニアを用いたＮＯx センサにおいても
硝酸バリウムや硝酸バリウムに他の塩類を混合して塩を
電極とすることによって良好な特性が得られることが報
告されている（第１８回化学センサ研究会、Vol. 10, p
73-76 (1993)) 。しかし、このセンサにおいても硝酸バ
リウムの潮解性により長期的な安定性に問題がある。
【０００５】一方、一酸化炭素を検出するセンサとして
は、接触燃焼式、半導体式が報告されている。接触燃焼
式センサは、雰囲気中に滞留した被検ガスを加熱したPt
コイルの表面で燃焼させ、この燃焼熱によるPtの抵抗変
化をガス濃度として検出するものである。ＣＯが可燃性
ガスであることを利用したものであることから、水素、
メタンあるいはプロパンなどの可燃性ガスと共存する雰
囲気下で選択的にＣＯ濃度を検出することは困難であっ
た。また、低濃度のＣＯガス検出においては十分な燃焼
熱が得られないためＣＯを検出し難い問題があった。
は、接触燃焼式、半導体式が報告されている。接触燃焼
式センサは、雰囲気中に滞留した被検ガスを加熱したPt
コイルの表面で燃焼させ、この燃焼熱によるPtの抵抗変
化をガス濃度として検出するものである。ＣＯが可燃性
ガスであることを利用したものであることから、水素、
メタンあるいはプロパンなどの可燃性ガスと共存する雰
囲気下で選択的にＣＯ濃度を検出することは困難であっ
た。また、低濃度のＣＯガス検出においては十分な燃焼
熱が得られないためＣＯを検出し難い問題があった。
【０００６】半導体式センサは、被検ガスを半導体表面
に吸着させ、ガス吸着による半導体の電気抵抗変化から
被検ガス濃度を検出するものであり、ＮＯx に関して有
機半導体であるフタロシアニンを用いたセンサが開示さ
れている（特開昭62-95456号公報）が、フタロシアニン
が有機物であることから動作温度はそれ自体の分解温度
により制限され、高温排ガス中へ直接装着することは不
可能である。
に吸着させ、ガス吸着による半導体の電気抵抗変化から
被検ガス濃度を検出するものであり、ＮＯx に関して有
機半導体であるフタロシアニンを用いたセンサが開示さ
れている（特開昭62-95456号公報）が、フタロシアニン
が有機物であることから動作温度はそれ自体の分解温度
により制限され、高温排ガス中へ直接装着することは不
可能である。
【０００７】又、ＣＯの最大吸着特性を示す温度は、せ
いぜい２００〜３００℃程度とされ（特開昭59-108947
号公報）、好ましくは室温から１００℃程度までとされ
ている。このような低温域では種々の可燃性ガス等に対
する吸着特性は低いものの、一旦ＣＯガスが半導体表面
に吸着すると脱離が容易でなくなり、吸着ガスが半導体
の経時劣化を引き起こしてしまうという問題もあった。
ＣＯに限らず一般に半導体表面へのガス吸着は５００℃
以上の温度では起こし難く、感度が著しく低下し、もし
くは全く感度を有さないと考えられる。従って、内燃機
関等の排気ガス中のＣＯ濃度を測定する場合にはＣＯ濃
度を直接検知できない問題もあった。
いぜい２００〜３００℃程度とされ（特開昭59-108947
号公報）、好ましくは室温から１００℃程度までとされ
ている。このような低温域では種々の可燃性ガス等に対
する吸着特性は低いものの、一旦ＣＯガスが半導体表面
に吸着すると脱離が容易でなくなり、吸着ガスが半導体
の経時劣化を引き起こしてしまうという問題もあった。
ＣＯに限らず一般に半導体表面へのガス吸着は５００℃
以上の温度では起こし難く、感度が著しく低下し、もし
くは全く感度を有さないと考えられる。従って、内燃機
関等の排気ガス中のＣＯ濃度を測定する場合にはＣＯ濃
度を直接検知できない問題もあった。
【０００８】一方、比較的高温でも安定なセンサとして
酸化物半導体を用いたセンサが開示されている（特開平
1-150849号公報）。しかし、半導体センサは、検出ガス
種が半導体表面に吸着することにより起こる抵抗変化か
らその濃度を検出するものであり、半導体表面への表面
吸着が起こりにくい５００℃以上の動作温度では感度が
低下したり、全く感度を有さないという問題があった。
酸化物半導体を用いたセンサが開示されている（特開平
1-150849号公報）。しかし、半導体センサは、検出ガス
種が半導体表面に吸着することにより起こる抵抗変化か
らその濃度を検出するものであり、半導体表面への表面
吸着が起こりにくい５００℃以上の動作温度では感度が
低下したり、全く感度を有さないという問題があった。
【０００９】半導体式センサ材料としては酸化錫を用い
たものが一般的で、ＣＯ検出器として市販されているも
のもある。また、酸化錫に適量の金やパラジウム、ある
いはロジウムを添加した半導体センサ（特開昭59-10894
7 号公報）、酸化錫に酸化アンチモンあるいは酸化ニオ
ブを添加した半導体センサ（特開昭58-102142 号公報）
が開示されている。またBi2Sr2CaCu2O8 の複合酸化物を
用いた半導体センサも開示されている（特開平6-102225
号公報）。さらには酸化物半導体からなるガス感応体上
に触媒金属を担持したアルミナ、ジルコニアあるいはシ
リカなどの触媒層を具備した積層構造のＣＯセンサも開
示されている（特開昭59-99244号公報）。しかしながら
いずれのセンサ素子においても高感度で他の可燃性ガス
に対して干渉されない出力特性は未だ十分とは言い難
い。
たものが一般的で、ＣＯ検出器として市販されているも
のもある。また、酸化錫に適量の金やパラジウム、ある
いはロジウムを添加した半導体センサ（特開昭59-10894
7 号公報）、酸化錫に酸化アンチモンあるいは酸化ニオ
ブを添加した半導体センサ（特開昭58-102142 号公報）
が開示されている。またBi2Sr2CaCu2O8 の複合酸化物を
用いた半導体センサも開示されている（特開平6-102225
号公報）。さらには酸化物半導体からなるガス感応体上
に触媒金属を担持したアルミナ、ジルコニアあるいはシ
リカなどの触媒層を具備した積層構造のＣＯセンサも開
示されている（特開昭59-99244号公報）。しかしながら
いずれのセンサ素子においても高感度で他の可燃性ガス
に対して干渉されない出力特性は未だ十分とは言い難
い。
【００１０】従来のＮＯx センサではセンサ構成材料の
融点や耐熱性などに問題があり、高温排ガスを発生する
内燃機関や燃焼炉などの煙道中にセンサを直接装着する
ことはできなかった。また高温排ガス中に装着可能なセ
ンサ構成材料であっても高温域では十分なＮＯx 感度を
得ることができなかった。
融点や耐熱性などに問題があり、高温排ガスを発生する
内燃機関や燃焼炉などの煙道中にセンサを直接装着する
ことはできなかった。また高温排ガス中に装着可能なセ
ンサ構成材料であっても高温域では十分なＮＯx 感度を
得ることができなかった。
【００１１】可燃性ガスであるＣＯは、メタンや水素な
どの可燃性ガス共存下で選択的に濃度を検出することは
困難であった。また、その検知温度は２００〜３００℃
と低く、高温排ガスを発生する内燃機関などの煙道中に
センサを直接装着することはできなかった。
どの可燃性ガス共存下で選択的に濃度を検出することは
困難であった。また、その検知温度は２００〜３００℃
と低く、高温排ガスを発生する内燃機関などの煙道中に
センサを直接装着することはできなかった。
【００１２】また、比較的高温でも安定な酸化物半導体
である酸化錫を電極とし、ジルコニアを固体電解質に用
いたセンサ（Sensor and Actuators B, Vol. 3, p167-1
74(1991)) が報告されているが、検出ガス種はメタンで
あり、ＮＯx の検出は報告されていない。
である酸化錫を電極とし、ジルコニアを固体電解質に用
いたセンサ（Sensor and Actuators B, Vol. 3, p167-1
74(1991)) が報告されているが、検出ガス種はメタンで
あり、ＮＯx の検出は報告されていない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高温域まで
熱的に安定で、かつＮＯx 及び／又はＣＯに対して十分
な感度を有するＮＯx 及び／又はＣＯガス濃度検出のた
めのセンサを提供することを課題としている。
熱的に安定で、かつＮＯx 及び／又はＣＯに対して十分
な感度を有するＮＯx 及び／又はＣＯガス濃度検出のた
めのセンサを提供することを課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ために本発明のセンサは、イオン導電性の固体電解質体
に接するように少なくとも第１電極と第２電極による１
対の電極を形成し、少なくとも第１電極が金（Au）で構
成されたことを特徴とするＮＯx 及び／又はＣＯセンサ
である。
ために本発明のセンサは、イオン導電性の固体電解質体
に接するように少なくとも第１電極と第２電極による１
対の電極を形成し、少なくとも第１電極が金（Au）で構
成されたことを特徴とするＮＯx 及び／又はＣＯセンサ
である。
【００１５】金電極は、金を含むペーストを用いてスク
リーン印刷法などにより塗布、焼成する方法や真空蒸着
法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、イオンビ
ーム蒸着法などの物理蒸着法や化学気相析出法、プラズ
マ化学気相析出法などの化学蒸着法によって形成され
る。また、金細線を用いた細目網（メッシュ）を固体電
解質体上に固定することによっても電極として十分作用
する。
リーン印刷法などにより塗布、焼成する方法や真空蒸着
法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、イオンビ
ーム蒸着法などの物理蒸着法や化学気相析出法、プラズ
マ化学気相析出法などの化学蒸着法によって形成され
る。また、金細線を用いた細目網（メッシュ）を固体電
解質体上に固定することによっても電極として十分作用
する。
【００１６】第２電極としては、Ptやその他金属元素あ
るいはその酸化物や複合酸化物等で構成され、導電性を
有する材料であることが要求される。
るいはその酸化物や複合酸化物等で構成され、導電性を
有する材料であることが要求される。
【００１７】固体電解質としては、酸素イオン導電体で
あるジルコニア（ZrO2-M2O3 またはZrO2-MO 、ＭはYb、
Gd、Nd、Ca、Y 、Mg、Hf) や酸化ビスマス（Bi2O3-M2O3
またはMOかM2O5、ＭはY 、Gd、Nb、W 、Sr、Ba) 、酸化
セリウム（CeO2-M2O3 またはMO2 、ＭはY 、Sm) などが
適用される。
あるジルコニア（ZrO2-M2O3 またはZrO2-MO 、ＭはYb、
Gd、Nd、Ca、Y 、Mg、Hf) や酸化ビスマス（Bi2O3-M2O3
またはMOかM2O5、ＭはY 、Gd、Nb、W 、Sr、Ba) 、酸化
セリウム（CeO2-M2O3 またはMO2 、ＭはY 、Sm) などが
適用される。
【００１８】固体電解質体は、ＮＯx 及び／又はＣＯ濃
度を検出したい被検ガスと雰囲気の一定な大気などとに
分離できるような隔壁構造とするか、あるいは隔壁構造
とせず板状や棒状などの形状でもよい。固体電解質体を
隔壁とする場合は、この隔壁を挟んで少なくとも１対の
電極を形成し、隔壁としない構造では固体電解質体上の
任意の位置に少なくとも１対の電極が形成される。
度を検出したい被検ガスと雰囲気の一定な大気などとに
分離できるような隔壁構造とするか、あるいは隔壁構造
とせず板状や棒状などの形状でもよい。固体電解質体を
隔壁とする場合は、この隔壁を挟んで少なくとも１対の
電極を形成し、隔壁としない構造では固体電解質体上の
任意の位置に少なくとも１対の電極が形成される。
【００１９】本発明のセンサは、１対の電極のみによっ
て構成されるものだけでなく、他のガスを検出するた
め、あるいは共存ガスの影響を取り除くために、さらに
第３の電極を配置してもよい。
て構成されるものだけでなく、他のガスを検出するた
め、あるいは共存ガスの影響を取り除くために、さらに
第３の電極を配置してもよい。
【００２０】本発明のセンサは、固体電解質体を隔壁と
した場合には隔壁の両側のＮＯx 及び／又はＣＯガス分
圧の違いに起因した起電力を測定することによって被検
ガス中のＮＯx 及び／又はＣＯ濃度を検出することがで
きる。このときは第２電極がAuであっても差し支えな
い。
した場合には隔壁の両側のＮＯx 及び／又はＣＯガス分
圧の違いに起因した起電力を測定することによって被検
ガス中のＮＯx 及び／又はＣＯ濃度を検出することがで
きる。このときは第２電極がAuであっても差し支えな
い。
【００２１】また、固体電解質体を隔壁とせず１対の電
極がいずれも被検ガス中に曝される構造では、一方の電
極をAu以外の材質で構成し、ＮＯx 及び／又はＣＯの第
１電極であるAu上での電極反応と第２電極での電極反応
の違いにより生ずる起電力を測定することによって、被
検ガス中のＮＯx 及び／又はＣＯを検出することができ
る。特にこの構造においては、固体電解質体が酸素イオ
ン導電性であるため、第１電極上での酸素が関与した反
応における反応電子数と第２電極上での酸素が関与した
反応における反応電子数とを等しくすることによって共
存する酸素に対し濃度依存性のないセンサを構成するこ
とができる。
極がいずれも被検ガス中に曝される構造では、一方の電
極をAu以外の材質で構成し、ＮＯx 及び／又はＣＯの第
１電極であるAu上での電極反応と第２電極での電極反応
の違いにより生ずる起電力を測定することによって、被
検ガス中のＮＯx 及び／又はＣＯを検出することができ
る。特にこの構造においては、固体電解質体が酸素イオ
ン導電性であるため、第１電極上での酸素が関与した反
応における反応電子数と第２電極上での酸素が関与した
反応における反応電子数とを等しくすることによって共
存する酸素に対し濃度依存性のないセンサを構成するこ
とができる。
【００２２】例えば第１電極における酸素との反応が４
電子反応であれば、第２電極での酸素の反応が４電子反
応となるPtを適用することにより被検ガス中の酸素濃度
が変動しても第１電極と第２電極との間の起電力は変化
しないセンサを構成することができる。
電子反応であれば、第２電極での酸素の反応が４電子反
応となるPtを適用することにより被検ガス中の酸素濃度
が変動しても第１電極と第２電極との間の起電力は変化
しないセンサを構成することができる。
【００２３】固体電解質体に１対の電極を形成し電極間
の化学ポテンシャルの違いによって生じる電位差を検出
する起電力方式のセンサでは、固体電解質体にイオンの
輸率がほぼ１のものが適用される。また、固体電解質体
に設けられた１対の電極においてガスの検知極として機
能する第１電極は、電極表面に存在する検知対象ガスと
反応し、固体電解質体のイオン伝導キャリアの化学ポテ
ンシャルがもう一方の電極の化学ポテンシャルに対して
変化して電位差を生じるものである。
の化学ポテンシャルの違いによって生じる電位差を検出
する起電力方式のセンサでは、固体電解質体にイオンの
輸率がほぼ１のものが適用される。また、固体電解質体
に設けられた１対の電極においてガスの検知極として機
能する第１電極は、電極表面に存在する検知対象ガスと
反応し、固体電解質体のイオン伝導キャリアの化学ポテ
ンシャルがもう一方の電極の化学ポテンシャルに対して
変化して電位差を生じるものである。
【００２４】これらのセンサは、いずれも必要に応じて
センサを所定の温度に加熱するヒーターが適宜配置され
る。
センサを所定の温度に加熱するヒーターが適宜配置され
る。
【００２５】
【作用】本発明によるセンサは固体電解質体上に金（A
u) 電極を形成したセンサであることから安定で、かつ
高感度で被検ガス中のＣＯ及び／又はＮＯx 濃度を検出
するとともに、他の可燃性ガスの影響を受けないセンサ
を構成したものである。また、高温域においても高感度
でＣＯ及び／又はＮＯx 濃度を検出できることから、内
燃機関等の高温排ガス中のＣＯ及び／又はＮＯx 濃度検
出が可能である。
u) 電極を形成したセンサであることから安定で、かつ
高感度で被検ガス中のＣＯ及び／又はＮＯx 濃度を検出
するとともに、他の可燃性ガスの影響を受けないセンサ
を構成したものである。また、高温域においても高感度
でＣＯ及び／又はＮＯx 濃度を検出できることから、内
燃機関等の高温排ガス中のＣＯ及び／又はＮＯx 濃度検
出が可能である。
【００２６】以下、実施例をあげて具体的に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
【００２７】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例によるセンサの断面図である。本実施例によるセンサ
の固体電解質体は、ジルコニア、酸化ビスマス、酸化セ
リウムのいずれであってもかまわないが、熱的安定性や
耐熱性、材料強度の点でイットリア、カルシア、セリア
あるいはマグネシア等で完全安定化または部分安定化し
たジルコニアが好ましい。
例によるセンサの断面図である。本実施例によるセンサ
の固体電解質体は、ジルコニア、酸化ビスマス、酸化セ
リウムのいずれであってもかまわないが、熱的安定性や
耐熱性、材料強度の点でイットリア、カルシア、セリア
あるいはマグネシア等で完全安定化または部分安定化し
たジルコニアが好ましい。
【００２８】一端を閉じたマグネシア安定化ジルコニア
管１により固体電解質体が形成されている。ジルコニア
管１の外側には、第１電極２としてAuを塗布しリード部
分５が接続されている。本実施例ではジルコニア管１の
内側にはPtによる第２電極３が形成され、リード部分６
が接続されている。安定化ジルコニア管の外側のみを被
検ガスに接触するようにして、リード部分５および６の
電位差を測定することにより被検ガス中のＮＯx 及び／
又はＣＯ濃度を測定することができる。
管１により固体電解質体が形成されている。ジルコニア
管１の外側には、第１電極２としてAuを塗布しリード部
分５が接続されている。本実施例ではジルコニア管１の
内側にはPtによる第２電極３が形成され、リード部分６
が接続されている。安定化ジルコニア管の外側のみを被
検ガスに接触するようにして、リード部分５および６の
電位差を測定することにより被検ガス中のＮＯx 及び／
又はＣＯ濃度を測定することができる。
【００２９】図２は、本実施例１のセンサによる空気ベ
ースの５００℃における応答起電力のＮＯ濃度依存性で
ある。センサの起電力はガス濃度の対数に対して直線的
に変化し、ＮＯ濃度の増加とともに起電力が減少してい
る。
ースの５００℃における応答起電力のＮＯ濃度依存性で
ある。センサの起電力はガス濃度の対数に対して直線的
に変化し、ＮＯ濃度の増加とともに起電力が減少してい
る。
【００３０】図３は、本実施例１のセンサによる空気ベ
ースの５００℃における応答起電力のＮＯ2 濃度依存性
である。センサの起電力はガス濃度の対数に対して直線
的に変化し、ＮＯ2 濃度の増加とともに起電力が増加し
ている。
ースの５００℃における応答起電力のＮＯ2 濃度依存性
である。センサの起電力はガス濃度の対数に対して直線
的に変化し、ＮＯ2 濃度の増加とともに起電力が増加し
ている。
【００３１】表１は本実施例による４５０〜６００℃に
おける空気ベースＮＯ濃度を４００ppm から４０００pp
m あるいはＮＯ2 濃度を２０ppm から２００ppm に変化
させた時の起電力変化を示す。いずれのガスにおいても
４５０〜６００℃で良好な感度を有することから、本実
施例のセンサは比較的高温域までＮＯx ガス濃度を検出
することができる。また、さらに高温域でもＮＯx ガス
濃度の検出は可能であったが、感度が６００℃での感度
に比べて小さくなることから６００℃までの温度範囲で
ＮＯx 濃度を検出することが好ましい。
おける空気ベースＮＯ濃度を４００ppm から４０００pp
m あるいはＮＯ2 濃度を２０ppm から２００ppm に変化
させた時の起電力変化を示す。いずれのガスにおいても
４５０〜６００℃で良好な感度を有することから、本実
施例のセンサは比較的高温域までＮＯx ガス濃度を検出
することができる。また、さらに高温域でもＮＯx ガス
濃度の検出は可能であったが、感度が６００℃での感度
に比べて小さくなることから６００℃までの温度範囲で
ＮＯx 濃度を検出することが好ましい。
【００３２】
【表１】
【００３３】図４は、このセンサの空気ベースでの５０
０℃における起電力変化のＣＯ濃度依存性である。セン
サの起電力変化はＣＯガス濃度の対数に比例して変化
し、ＣＯ濃度の増加とともに起電力が減少している。
０℃における起電力変化のＣＯ濃度依存性である。セン
サの起電力変化はＣＯガス濃度の対数に比例して変化
し、ＣＯ濃度の増加とともに起電力が減少している。
【００３４】図５は、このセンサの空気ベースでの５０
０℃における起電力変化のＣＨ4 濃度依存性である。Ｃ
Ｈ4 濃度による起電力変化はなく、本実施例のセンサで
はＣＨ4 に対して感度を持たないことがわかった。すな
わち、可燃性ガスであるＣＨ4 と共存する雰囲気下でも
干渉されることなくＣＯ濃度が検出されることがわかっ
た。本実施例のセンサは、８００℃までの温度範囲で動
作し、共存する可燃性ガス等に干渉されることなくＣＯ
ガス濃度の変化に対応して起電力変化を示した。
０℃における起電力変化のＣＨ4 濃度依存性である。Ｃ
Ｈ4 濃度による起電力変化はなく、本実施例のセンサで
はＣＨ4 に対して感度を持たないことがわかった。すな
わち、可燃性ガスであるＣＨ4 と共存する雰囲気下でも
干渉されることなくＣＯ濃度が検出されることがわかっ
た。本実施例のセンサは、８００℃までの温度範囲で動
作し、共存する可燃性ガス等に干渉されることなくＣＯ
ガス濃度の変化に対応して起電力変化を示した。
【００３５】（実施例２）図６は、本発明の他の実施例
によるセンサの断面図である。固体電解質体７は、イッ
トリア安定化ジルコニアにより形成されている。板状の
固体電解質体７の片面には、第１電極８および第２電極
９が設けられている。第１電極８は、Auが塗布されてい
る。第２電極９は、Auに比べてＮＯx 及び／又はＣＯに
対する感度が小さい電極材料、好ましくはＮＯx 及び／
又はＣＯに対して全く感度を有さない電極材料によって
構成され、本実施例ではPtによって構成される。第１電
極８および第２電極９は、いわゆるガス電極であり、多
孔性の電極として形成されている。第１電極８および第
２電極９のリード線１１および１２は、測定回路に接続
される。
によるセンサの断面図である。固体電解質体７は、イッ
トリア安定化ジルコニアにより形成されている。板状の
固体電解質体７の片面には、第１電極８および第２電極
９が設けられている。第１電極８は、Auが塗布されてい
る。第２電極９は、Auに比べてＮＯx 及び／又はＣＯに
対する感度が小さい電極材料、好ましくはＮＯx 及び／
又はＣＯに対して全く感度を有さない電極材料によって
構成され、本実施例ではPtによって構成される。第１電
極８および第２電極９は、いわゆるガス電極であり、多
孔性の電極として形成されている。第１電極８および第
２電極９のリード線１１および１２は、測定回路に接続
される。
【００３６】上記電極が構成されている固体電解質体の
裏面には、絶縁層１３を介して加熱用のヒーター１４が
設けられている。
裏面には、絶縁層１３を介して加熱用のヒーター１４が
設けられている。
【００３７】なお、固体電解質体の形状は必ずしも板状
である必要はなく、円筒状やスパッタ等で作製した薄膜
や印刷等の方法によって形成した厚膜などであっても差
し支えない。さらにパターン形状も特定の形状にとらわ
れるものではない。
である必要はなく、円筒状やスパッタ等で作製した薄膜
や印刷等の方法によって形成した厚膜などであっても差
し支えない。さらにパターン形状も特定の形状にとらわ
れるものではない。
【００３８】図７は、本実施例センサの４％酸素中での
５００℃における応答起電力のＮＯ濃度依存性である。
センサの起電力はＮＯガス濃度の対数に比例して変化
し、ＮＯ濃度の増加とともに起電力が減少している。
５００℃における応答起電力のＮＯ濃度依存性である。
センサの起電力はＮＯガス濃度の対数に比例して変化
し、ＮＯ濃度の増加とともに起電力が減少している。
【００３９】表２は本実施例による４５０〜６００℃に
おける４％酸素中でＮＯ濃度を４００ppm から４０００
ppm あるいはＮＯ2 濃度を２０ppm から２００ppm に変
化させた時の起電力変化を示す。いずれのガスにおいて
も４５０〜６００℃で良好な感度を有することから、本
実施例のセンサは比較的高温域までＮＯx ガス濃度を検
出することができる。また、さらに高温域でもＮＯx ガ
ス濃度の検出は可能であったが、感度が６００℃での感
度に比べて小さくなることから６００℃までの温度範囲
でＮＯx 濃度を検出することが好ましい。
おける４％酸素中でＮＯ濃度を４００ppm から４０００
ppm あるいはＮＯ2 濃度を２０ppm から２００ppm に変
化させた時の起電力変化を示す。いずれのガスにおいて
も４５０〜６００℃で良好な感度を有することから、本
実施例のセンサは比較的高温域までＮＯx ガス濃度を検
出することができる。また、さらに高温域でもＮＯx ガ
ス濃度の検出は可能であったが、感度が６００℃での感
度に比べて小さくなることから６００℃までの温度範囲
でＮＯx 濃度を検出することが好ましい。
【００４０】
【表２】
【００４１】図８は、このセンサの４％酸素ベースでの
５００℃における起電力変化のＣＯ濃度依存性である。
センサの起電力変化はＣＯガス濃度の対数に比例して変
化し、ＣＯ濃度の増加とともに起電力が減少している。
なお本実施例のセンサは、８００℃までの温度範囲で動
作し、ＣＯガス濃度の変化に対応して起電力変化を示し
た。
５００℃における起電力変化のＣＯ濃度依存性である。
センサの起電力変化はＣＯガス濃度の対数に比例して変
化し、ＣＯ濃度の増加とともに起電力が減少している。
なお本実施例のセンサは、８００℃までの温度範囲で動
作し、ＣＯガス濃度の変化に対応して起電力変化を示し
た。
【００４２】図９は、このセンサの４％酸素ベースでの
５００℃における起電力変化のＣＨ4 濃度依存性であ
る。ＣＨ4 濃度による起電力変化はなく、本実施例のセ
ンサではＣＨ4 に対して感度を持たないことがわかっ
た。すなわち、可燃性ガスであるＣＨ4 と共存する雰囲
気下でも干渉されることなくＣＯ濃度が検出されること
がわかった。
５００℃における起電力変化のＣＨ4 濃度依存性であ
る。ＣＨ4 濃度による起電力変化はなく、本実施例のセ
ンサではＣＨ4 に対して感度を持たないことがわかっ
た。すなわち、可燃性ガスであるＣＨ4 と共存する雰囲
気下でも干渉されることなくＣＯ濃度が検出されること
がわかった。
【００４３】さらに本実施例のセンサでは、図１０に示
すように酸素濃度を変化させても起電力は変化せず、酸
素濃度の影響を受けないことがわかった。本実施例のセ
ンサは、８００℃までの温度範囲で動作し、共存する酸
素や可燃性ガス等に干渉されることなくＣＯガス濃度の
変化に対応して起電力変化を示した。
すように酸素濃度を変化させても起電力は変化せず、酸
素濃度の影響を受けないことがわかった。本実施例のセ
ンサは、８００℃までの温度範囲で動作し、共存する酸
素や可燃性ガス等に干渉されることなくＣＯガス濃度の
変化に対応して起電力変化を示した。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によるセンサ
では、固体電解質体上にＮＯx 及び／又はＣＯガス検知
極としてAuを用いた構造で高感度にそれらガス濃度を検
出することができる。また、他の可燃性ガスの影響もな
く、第１電極と第２電極をともに被検ガス雰囲気中に曝
す方式では酸素の影響もなく、さらには高温域で動作可
能なことから、内燃機関等の酸素濃度が変化する雰囲気
下でのＮＯx 及び／又はＣＯ濃度を検出するセンサを提
供することができる。
では、固体電解質体上にＮＯx 及び／又はＣＯガス検知
極としてAuを用いた構造で高感度にそれらガス濃度を検
出することができる。また、他の可燃性ガスの影響もな
く、第１電極と第２電極をともに被検ガス雰囲気中に曝
す方式では酸素の影響もなく、さらには高温域で動作可
能なことから、内燃機関等の酸素濃度が変化する雰囲気
下でのＮＯx 及び／又はＣＯ濃度を検出するセンサを提
供することができる。
【図１】本発明の一実施例によるセンサの断面図であ
る。
る。
【図２】一実施例によるＮＯ濃度に対する起電力変化の
特性を示すグラフ図である。
特性を示すグラフ図である。
【図３】一実施例によるＮＯ2 濃度に対する起電力変化
の特性を示すグラフ図である。
の特性を示すグラフ図である。
【図４】一実施例によるＣＯ濃度に対する起電力変化の
特性を示すグラフ図である。
特性を示すグラフ図である。
【図５】一実施例によるＣＯセンサの起電力のＣＨ4 濃
度依存性を示すグラフ図である。
度依存性を示すグラフ図である。
【図６】本発明の他の実施例によるセンサの断面図であ
る。
る。
【図７】他の実施例によるＮＯ濃度に対する起電力変化
の特性を示すグラフ図である。
の特性を示すグラフ図である。
【図８】他の実施例によるＣＯ濃度に対する起電力変化
の特性を示すグラフ図である。
の特性を示すグラフ図である。
【図９】他の実施例によるＣＯセンサの起電力のＣＨ4
濃度依存性を示すグラフ図である。
濃度依存性を示すグラフ図である。
【図１０】他の実施例よるＣＯセンサの起電力の酸素濃
度依存性を示すグラフ図である。
度依存性を示すグラフ図である。
１、７ 固体電解質体 ２、８ 第１電極 ３、９ 第２電極 ５、６、１１、１２ リード線 １３ 絶縁層 １４ ヒーター
Claims (4)
- 【請求項１】 イオン導電性の固体電解質体に接するよ
うに少なくとも第１電極と第２電極による１対の電極を
形成し、第１電極と第２電極との電極間の起電力変化に
よって被検ガス中のＮＯx 及び／又はＣＯ濃度を検出す
るセンサにおいて、少なくとも第１電極が金（Au) で構
成されたことを特徴とするＮＯx 及び／又はＣＯガス用
ガスセンサ。 - 【請求項２】 イオン導電性の固体電解質を隔壁とし、
隔壁を挟んで固体電解質体に接するように第１電極と第
２電極を形成して第１電極が被検ガスに曝される構造の
請求項１記載のガスセンサ。 - 【請求項３】 イオン導電性の固体電解質体の両面また
は片面に第１電極と第２電極を設け、一方を金（Au) と
異なる材質の電極とし、いずれの電極も同一の被検ガス
に曝される構造の請求項１記載のガスセンサ。 - 【請求項４】 イオン導電性の固体電解質が酸素イオン
導電性の固体電解質体である請求項１乃至３のいずれか
１項に記載のガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01741595A JP3647492B2 (ja) | 1995-01-10 | 1995-01-10 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01741595A JP3647492B2 (ja) | 1995-01-10 | 1995-01-10 | ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08189914A true JPH08189914A (ja) | 1996-07-23 |
| JP3647492B2 JP3647492B2 (ja) | 2005-05-11 |
Family
ID=11943380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01741595A Expired - Fee Related JP3647492B2 (ja) | 1995-01-10 | 1995-01-10 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3647492B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10239276A (ja) * | 1996-12-27 | 1998-09-11 | Ngk Insulators Ltd | 一酸化炭素ガスセンサおよび同センサを用いた測定装置 |
| JPH1183795A (ja) * | 1997-09-11 | 1999-03-26 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ及び可燃性ガス成分濃度の測定方法 |
| US6368479B1 (en) | 1998-08-25 | 2002-04-09 | Ngk Insulators Ltd. | Carbon monoxide sensor, method for making the same, and method of using the same |
-
1995
- 1995-01-10 JP JP01741595A patent/JP3647492B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10239276A (ja) * | 1996-12-27 | 1998-09-11 | Ngk Insulators Ltd | 一酸化炭素ガスセンサおよび同センサを用いた測定装置 |
| US6254749B1 (en) | 1996-12-27 | 2001-07-03 | Ngk Insulators, Ltd. | Carbon monoxide gas sensor and measuring device using the same sensor |
| JPH1183795A (ja) * | 1997-09-11 | 1999-03-26 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ及び可燃性ガス成分濃度の測定方法 |
| US6368479B1 (en) | 1998-08-25 | 2002-04-09 | Ngk Insulators Ltd. | Carbon monoxide sensor, method for making the same, and method of using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3647492B2 (ja) | 2005-05-11 |
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