JPH08220063A - 炭酸ガスセンサ - Google Patents
炭酸ガスセンサInfo
- Publication number
- JPH08220063A JPH08220063A JP7029682A JP2968295A JPH08220063A JP H08220063 A JPH08220063 A JP H08220063A JP 7029682 A JP7029682 A JP 7029682A JP 2968295 A JP2968295 A JP 2968295A JP H08220063 A JPH08220063 A JP H08220063A
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- Japan
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- dioxide gas
- gas
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 長時間に亘ってガス中の炭酸ガス濃度を高安
定性で且つ高精度で測定することができる炭酸ガスセン
サを提供する。 【構成】 炭酸ガスセンサは、アルカリ土類金属の１又
は２以上の酸素酸塩を主成分とするセラミックスを固体
電解質とし、この固体電解質にアルカリ土類金属のハロ
ゲン化物を固溶させている。
定性で且つ高精度で測定することができる炭酸ガスセン
サを提供する。 【構成】 炭酸ガスセンサは、アルカリ土類金属の１又
は２以上の酸素酸塩を主成分とするセラミックスを固体
電解質とし、この固体電解質にアルカリ土類金属のハロ
ゲン化物を固溶させている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭酸ガス濃度を測定す
る炭酸ガスセンサに関し、特に固体電解質の材質を改善
した炭酸ガスに関する。
る炭酸ガスセンサに関し、特に固体電解質の材質を改善
した炭酸ガスに関する。
【０００２】
【従来の技術】従前、ガス中の炭酸ガスの濃度を測定す
る方法として、ガスクロマトグラフ及び赤外分光法等が
知られている。
る方法として、ガスクロマトグラフ及び赤外分光法等が
知られている。
【０００３】しかし、このような炭酸ガスの濃度測定に
おいては、大掛かりな装置が必要であると共に、連続し
て測定することができないという問題点がある。
おいては、大掛かりな装置が必要であると共に、連続し
て測定することができないという問題点がある。
【０００４】そこで、近年、上述した問題点を解決する
ため数多くの炭酸ガスセンサが提案されている。
ため数多くの炭酸ガスセンサが提案されている。
【０００５】従来の炭酸ガスセンサとしては、例えば、
固体電解質にＮＡＳＩＣＯＮ又はβ−アルミナのような
ナトリウムイオン導電体を用いて板状の電解質表面に炭
酸ナトリウムを補助電極として取付け、更に金電極をそ
の上に取付け、これを隔壁として２つのガス室を設けた
炭酸ガス濃淡電池を構成し、一方のガス室の炭酸ガス濃
度を一定にして他方の炭酸ガス濃度を炭酸ガス濃淡電池
の起電力により求めるものである。また、上記ナトリウ
ムイオン導電性固体電解質に安定化ジルコニア等の酸化
物イオン導電体を張り付け、ナトリウムイオン導電体の
表面には、炭酸ナトリウムの補助電極と金電極を取付
け、安定化ジルコニア側の表面には白金電極を取付て両
端の電極間の電位差からガス中の炭酸ガス濃度を求める
１室式のセンサ等も提案されている。
固体電解質にＮＡＳＩＣＯＮ又はβ−アルミナのような
ナトリウムイオン導電体を用いて板状の電解質表面に炭
酸ナトリウムを補助電極として取付け、更に金電極をそ
の上に取付け、これを隔壁として２つのガス室を設けた
炭酸ガス濃淡電池を構成し、一方のガス室の炭酸ガス濃
度を一定にして他方の炭酸ガス濃度を炭酸ガス濃淡電池
の起電力により求めるものである。また、上記ナトリウ
ムイオン導電性固体電解質に安定化ジルコニア等の酸化
物イオン導電体を張り付け、ナトリウムイオン導電体の
表面には、炭酸ナトリウムの補助電極と金電極を取付
け、安定化ジルコニア側の表面には白金電極を取付て両
端の電極間の電位差からガス中の炭酸ガス濃度を求める
１室式のセンサ等も提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た炭酸ガスセンサには以下のような問題点がある。即
ち、センサに用いられている構成材料の化学的安定性が
悪いために、長期間に亘って高精度で炭酸ガス濃度を測
定することができない。また、センサの構成材料が雰囲
気中の水蒸気と反応しやすく、このようにセンサの構成
材料が水蒸気と反応して組成が変化すると、炭酸ガスセ
ンサの測定精度が低下してしまう。従って、従来の炭酸
ガスセンサは長時間に亘って炭酸ガス濃度を精度良く測
定することができないという難点がある。
た炭酸ガスセンサには以下のような問題点がある。即
ち、センサに用いられている構成材料の化学的安定性が
悪いために、長期間に亘って高精度で炭酸ガス濃度を測
定することができない。また、センサの構成材料が雰囲
気中の水蒸気と反応しやすく、このようにセンサの構成
材料が水蒸気と反応して組成が変化すると、炭酸ガスセ
ンサの測定精度が低下してしまう。従って、従来の炭酸
ガスセンサは長時間に亘って炭酸ガス濃度を精度良く測
定することができないという難点がある。
【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、長時間に亘って炭酸ガス濃度を高安定性で
且つ高精度で測定することができる炭酸ガスセンサを提
供することを目的とする。
のであって、長時間に亘って炭酸ガス濃度を高安定性で
且つ高精度で測定することができる炭酸ガスセンサを提
供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る炭酸ガスセ
ンサは、１又は２以上のアルカリ土類金属の酸素酸塩を
主成分としたセラミックスを固体電解質とすることを特
徴とする。
ンサは、１又は２以上のアルカリ土類金属の酸素酸塩を
主成分としたセラミックスを固体電解質とすることを特
徴とする。
【０００９】また、前記固体電解質にはアルカリ土類金
属のハロゲン化物が固溶されていることが好ましい。
属のハロゲン化物が固溶されていることが好ましい。
【００１０】
【作用】本発明においては、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａ
等のアルカリ土類金属の１又は２以上の酸素酸塩を主成
分としたセラミックスを固体電解質として使用する。こ
のような材料は炭酸ガスを含む雰囲気中において長期間
に亘って化学的に安定であるため、これを固体電解質に
使用することにより、本発明に係る炭酸ガスセンサは炭
酸ガス濃度を長期間に亘って高安定性且つ高精度で測定
することができる。
等のアルカリ土類金属の１又は２以上の酸素酸塩を主成
分としたセラミックスを固体電解質として使用する。こ
のような材料は炭酸ガスを含む雰囲気中において長期間
に亘って化学的に安定であるため、これを固体電解質に
使用することにより、本発明に係る炭酸ガスセンサは炭
酸ガス濃度を長期間に亘って高安定性且つ高精度で測定
することができる。
【００１１】また、前記固体電解質にＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ
及びＢａ等のアルカリ土類金属のハロゲン化物を固溶す
ると、ハロゲンイオンがイオン導電種となるイオン導電
性を示す。従って、イオン導電種としてはこれらのアル
カリ土類金属のハロゲン化物を使用することができる。
及びＢａ等のアルカリ土類金属のハロゲン化物を固溶す
ると、ハロゲンイオンがイオン導電種となるイオン導電
性を示す。従って、イオン導電種としてはこれらのアル
カリ土類金属のハロゲン化物を使用することができる。
【００１２】なお、前記酸素酸塩としては、例えば、炭
酸塩、燐酸塩、硫酸塩及び珪酸塩等があり、これらの１
又は２以上の酸素酸塩に、アルカリ土類金属から選択さ
れた少なくとも１種のハロゲン化物を固溶させることに
より、炭酸ガスセンサ用の固体電解質が得られる。ま
た、固体電解質の特性に大きく影響を及ぼさない範囲で
その他の物質を添加してもよい。このような固体電解質
の例として、（ＳｒＣＯ3）0.9（ＳｒＣｌ2）0.1、（Ｃ
ａＣＯ3）0.9（ＣａＣｌ2）0.1及び（ＣａＳＯ4）
0.9（ＣａＣｌ2）0.1等がある。
酸塩、燐酸塩、硫酸塩及び珪酸塩等があり、これらの１
又は２以上の酸素酸塩に、アルカリ土類金属から選択さ
れた少なくとも１種のハロゲン化物を固溶させることに
より、炭酸ガスセンサ用の固体電解質が得られる。ま
た、固体電解質の特性に大きく影響を及ぼさない範囲で
その他の物質を添加してもよい。このような固体電解質
の例として、（ＳｒＣＯ3）0.9（ＳｒＣｌ2）0.1、（Ｃ
ａＣＯ3）0.9（ＣａＣｌ2）0.1及び（ＣａＳＯ4）
0.9（ＣａＣｌ2）0.1等がある。
【００１３】
【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。図１は、本発明の実施例に係る炭酸
ガスセンサを示す断面図である。固体電解質４はペレッ
ト状をなし、この固体電解質４の両平面の中央部に夫々
金等の多孔質材料からなる基準極３ａ及び測定極３ｂが
焼き付けられており、更に、この基準極３ａ及び測定極
３ｂの表面に夫々金メッシュの基準極側集電体３ａ及び
測定極側集電体３ｂが被覆されている。また、固体電解
質４の下面にはアルミナチューブ６が、その長手方向を
固体電解質４の下面に垂直して、基準極３ａの周囲に
て、ガラス接着剤１により接着固定されている。このア
ルミナチューブ６及び接着剤１により、基準極３ａが測
定極３ｂの雰囲気から気密的に分離されている。そし
て、基準極側集電極２ａ及び測定極側集電極２ｂに夫々
Ｐｔ線からなる基準極側リード線５ａ及び測定極側リー
ド線５ｂが取り付けられている。これらの基準極側リー
ド線５ａと測定極側リード線５ｂとの間に電位差計９が
取り付けられている。また、基準ガス導入用のガス導入
管７がアルミナチューブ６と同軸的にその内部に配設さ
れており、アルミナチューブ６の下端部にて、取付部材
８により固定されている。
参照して説明する。図１は、本発明の実施例に係る炭酸
ガスセンサを示す断面図である。固体電解質４はペレッ
ト状をなし、この固体電解質４の両平面の中央部に夫々
金等の多孔質材料からなる基準極３ａ及び測定極３ｂが
焼き付けられており、更に、この基準極３ａ及び測定極
３ｂの表面に夫々金メッシュの基準極側集電体３ａ及び
測定極側集電体３ｂが被覆されている。また、固体電解
質４の下面にはアルミナチューブ６が、その長手方向を
固体電解質４の下面に垂直して、基準極３ａの周囲に
て、ガラス接着剤１により接着固定されている。このア
ルミナチューブ６及び接着剤１により、基準極３ａが測
定極３ｂの雰囲気から気密的に分離されている。そし
て、基準極側集電極２ａ及び測定極側集電極２ｂに夫々
Ｐｔ線からなる基準極側リード線５ａ及び測定極側リー
ド線５ｂが取り付けられている。これらの基準極側リー
ド線５ａと測定極側リード線５ｂとの間に電位差計９が
取り付けられている。また、基準ガス導入用のガス導入
管７がアルミナチューブ６と同軸的にその内部に配設さ
れており、アルミナチューブ６の下端部にて、取付部材
８により固定されている。
【００１４】このように構成された炭酸ガスセンサにお
いては、ガス導入管７を介して、基準極３ａに濃度が既
知の基準ガスを導入し、基準極３ａ及び測定極３ｂのリ
ード間の起電力を電位差計９で測定することにより、測
定極雰囲気中の炭酸ガス濃度を検出することができる。
いては、ガス導入管７を介して、基準極３ａに濃度が既
知の基準ガスを導入し、基準極３ａ及び測定極３ｂのリ
ード間の起電力を電位差計９で測定することにより、測
定極雰囲気中の炭酸ガス濃度を検出することができる。
【００１５】次に、実際に炭酸ガスセンサを製造し、そ
のセンシング特性を調べた結果について説明する。先
ず、炭酸ストロンチウムの粉末と塩化ストロンチウムの
粉末を乳鉢内で混合し、均一な混合物を得た。次に、こ
の混合物を炭酸ガス雰囲気中で７００℃以上の温度に５
時間以上仮焼して焼結体を得た。この焼結体を乳鉢内で
粉砕した後、ボールミルを用いてアセトンを溶媒として
２０時間以上粉砕し、粒径４０μｍ以下の細かい粉末に
した。この粉末を加圧力２トン／ｃｍ2 での金型による
成形を行い直径１５ｍｍ、厚さ３ｍｍのペレット状の圧
粉体を得た。
のセンシング特性を調べた結果について説明する。先
ず、炭酸ストロンチウムの粉末と塩化ストロンチウムの
粉末を乳鉢内で混合し、均一な混合物を得た。次に、こ
の混合物を炭酸ガス雰囲気中で７００℃以上の温度に５
時間以上仮焼して焼結体を得た。この焼結体を乳鉢内で
粉砕した後、ボールミルを用いてアセトンを溶媒として
２０時間以上粉砕し、粒径４０μｍ以下の細かい粉末に
した。この粉末を加圧力２トン／ｃｍ2 での金型による
成形を行い直径１５ｍｍ、厚さ３ｍｍのペレット状の圧
粉体を得た。
【００１６】次に、この圧粉体を炭酸ガス雰囲気中で７
００乃至７５０℃の温度に５時間以上焼成してガス透過
性のない緻密な固体電解質４を得た。その後、このペレ
ット状の固体電解質４の両平面の中央部に金ペーストを
塗布した後、空気中で７００℃の温度に１時間焼成を行
い、多孔質金の基準極３ａ及び測定極３ｂを焼き付け
た。次に、固体電解質４とアルミナチューブ６とをガラ
ス接着剤１により、接着固定した。その後、基準極３ａ
及び測定極３ｂの表面に夫々金メッシュの基準極側集電
体２ａ及び測定極側集電体２ｂを取り付けた。次に、こ
の基準極集電体２ａ及び測定極集電体２ｂに夫々Ｐｔ線
からなる基準極側リード線５ａ及び測定極側リード線５
ｂを接続した。最後に、基準極側リード線５ａと測定極
側リード線５ｂとの間に電位差計９を取り付け、本実施
例に係る炭酸ガスセンサを製作した。
００乃至７５０℃の温度に５時間以上焼成してガス透過
性のない緻密な固体電解質４を得た。その後、このペレ
ット状の固体電解質４の両平面の中央部に金ペーストを
塗布した後、空気中で７００℃の温度に１時間焼成を行
い、多孔質金の基準極３ａ及び測定極３ｂを焼き付け
た。次に、固体電解質４とアルミナチューブ６とをガラ
ス接着剤１により、接着固定した。その後、基準極３ａ
及び測定極３ｂの表面に夫々金メッシュの基準極側集電
体２ａ及び測定極側集電体２ｂを取り付けた。次に、こ
の基準極集電体２ａ及び測定極集電体２ｂに夫々Ｐｔ線
からなる基準極側リード線５ａ及び測定極側リード線５
ｂを接続した。最後に、基準極側リード線５ａと測定極
側リード線５ｂとの間に電位差計９を取り付け、本実施
例に係る炭酸ガスセンサを製作した。
【００１７】次に、この炭酸ガスセンサのセンシング特
性を調べた結果について説明する。図２は、横軸に炭酸
ガス濃度をとり、縦軸に起電力をとって、７００℃で作
動させたときの炭酸ガス濃度とセンサ素子の起電力との
関係を示したグラフ図である。図中の測定点はこのセン
サの実測結果であり、実線はガルバニ電池式炭酸ガスセ
ンサの７００℃における理論起電力と炭酸ガス濃度との
関係を示したものである。また、基準ガスには空気を使
用しており、炭酸ガスの及び酸素の濃度は夫々Ｐ
CO 2（Ｓ）＝０．０３％及びＰO2（Ｓ）＝２１％であ
る。なお、実線は理論式より得られた炭酸ガス濃度と起
電力との関係である。この図２に示すように、炭酸ガス
濃度が１０-3乃至１０％の測定環境においては、実測起
電力と理論起電力は良い一致を示した。
性を調べた結果について説明する。図２は、横軸に炭酸
ガス濃度をとり、縦軸に起電力をとって、７００℃で作
動させたときの炭酸ガス濃度とセンサ素子の起電力との
関係を示したグラフ図である。図中の測定点はこのセン
サの実測結果であり、実線はガルバニ電池式炭酸ガスセ
ンサの７００℃における理論起電力と炭酸ガス濃度との
関係を示したものである。また、基準ガスには空気を使
用しており、炭酸ガスの及び酸素の濃度は夫々Ｐ
CO 2（Ｓ）＝０．０３％及びＰO2（Ｓ）＝２１％であ
る。なお、実線は理論式より得られた炭酸ガス濃度と起
電力との関係である。この図２に示すように、炭酸ガス
濃度が１０-3乃至１０％の測定環境においては、実測起
電力と理論起電力は良い一致を示した。
【００１８】次に、起電力の経時変化を調べた結果につ
いて説明する。図３は、横軸に測定時間をとり、縦軸に
起電力をとって、空気中に７００℃の温度で作動させた
ときのセンサ素子の起電力の経時変化を示すグラフ図で
ある。この図３に示すように、本実施例に係る炭酸ガス
センサは、１００００時間以上の長期間に亘って安定し
た起電力を発生していることがわかる。
いて説明する。図３は、横軸に測定時間をとり、縦軸に
起電力をとって、空気中に７００℃の温度で作動させた
ときのセンサ素子の起電力の経時変化を示すグラフ図で
ある。この図３に示すように、本実施例に係る炭酸ガス
センサは、１００００時間以上の長期間に亘って安定し
た起電力を発生していることがわかる。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、固体電解質がアルカリ
土類金属の酸素酸塩を主成分とするセラミックスである
ため、炭酸ガスを含む雰囲気中において化学的に安定で
ある。このため、本発明により、長期期間に亘ってガス
中の炭酸ガス濃度を安定して且つ高精度で測定すること
ができる炭酸ガスセンサを提供することができる。
土類金属の酸素酸塩を主成分とするセラミックスである
ため、炭酸ガスを含む雰囲気中において化学的に安定で
ある。このため、本発明により、長期期間に亘ってガス
中の炭酸ガス濃度を安定して且つ高精度で測定すること
ができる炭酸ガスセンサを提供することができる。
【図１】本発明の実施例に係る炭酸ガスセンサを示す断
面図である。
面図である。
【図２】本実施例に係る炭酸ガスセンサにおける炭酸ガ
ス濃度とセンサ素子の起電力との関係を示すグラフ図で
ある。
ス濃度とセンサ素子の起電力との関係を示すグラフ図で
ある。
【図３】本実施例に係る炭酸ガスセンサにおけるセンサ
素子の起電力の経時変化を示すグラフ図である。
素子の起電力の経時変化を示すグラフ図である。
１；ガラス接着剤 ２ａ；基準極側集電体 ２ｂ；測定極側集電体 ３ａ；基準極 ３ｂ；測定極 ４；固体電解質 ５ａ；基準極側リード線 ５ｂ；測定極側リード線 ６；アルミナチューブ ７；ガス道入管 ８；取り付け部材
Claims (2)
- 【請求項１】 １又は２以上のアルカリ土類金属の酸素
酸塩を主成分としたセラミックスを固体電解質とするこ
とを特徴とする炭酸ガスセンサ。 - 【請求項２】 前記固体電解質にはアルカリ土類金属の
ハロゲン化物が固溶されていることを特徴とする請求項
１に記載の炭酸ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7029682A JPH08220063A (ja) | 1995-02-17 | 1995-02-17 | 炭酸ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7029682A JPH08220063A (ja) | 1995-02-17 | 1995-02-17 | 炭酸ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08220063A true JPH08220063A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=12282891
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7029682A Pending JPH08220063A (ja) | 1995-02-17 | 1995-02-17 | 炭酸ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08220063A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7174766B2 (en) * | 2005-05-24 | 2007-02-13 | Honeywell International Inc. | Calibration device for carbon dioxide sensor |
| US8826724B2 (en) | 2010-12-24 | 2014-09-09 | Honeywell International Inc. | Carbon dioxide sensor |
-
1995
- 1995-02-17 JP JP7029682A patent/JPH08220063A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7174766B2 (en) * | 2005-05-24 | 2007-02-13 | Honeywell International Inc. | Calibration device for carbon dioxide sensor |
| US8826724B2 (en) | 2010-12-24 | 2014-09-09 | Honeywell International Inc. | Carbon dioxide sensor |
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