JPH0827253B2 - Carbon dioxide detection sensor - Google Patents

Carbon dioxide detection sensor

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JPH0827253B2
JPH0827253B2 JP3035083A JP3508391A JPH0827253B2 JP H0827253 B2 JPH0827253 B2 JP H0827253B2 JP 3035083 A JP3035083 A JP 3035083A JP 3508391 A JP3508391 A JP 3508391A JP H0827253 B2 JPH0827253 B2 JP H0827253B2
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carbon dioxide
carbonate
detection sensor
ray diffraction
pellet
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穂積 二田
博憲 波多野
隆之 鈴木
▲のぼる▼ 山添
則雄 三浦
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Yazaki Corp
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Yazaki Corp
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型の炭酸ガ
スセンサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在開発されている固体電解質型のセン
サは、普通イオン伝導体からなる固体電解質板体の両面
に電極を設けて構成されている。こうした固体電解質型
の炭酸ガスセンサとしては、例えば図3に示すような構
造の、炭酸カリウムをプレス成形したのち焼成したペレ
ット状のイオン伝導体の両側面に金電極を設けて検知電
極と基準電極とした素子を用いた炭酸ガスセンサXがあ
る(第1回化学センサ国際会議講演予稿集353頁、1
983年9月)。
2. Description of the Related Art Currently developed solid electrolyte type sensors are constructed by providing electrodes on both sides of a solid electrolyte plate body which is usually made of an ion conductor. As such a solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor, for example, a gold ion electrode is provided on both sides of a pellet-shaped ion conductor obtained by press-molding potassium carbonate and then firing, which has a structure as shown in FIG. There is a carbon dioxide sensor X that uses the above-mentioned element (Proceedings of the 1st International Conference on Chemical Sensors, pp. 353, 1
September 983).

【0003】このセンサにおいては、被測定ガスに接す
る検知電極と基準電極との間の電位差を測定することに
よりガス中の炭酸ガス濃度を検出できるようになってお
り、図4のような炭酸ガス濃度に対する起電力特性を示
す。しかし、被測定ガスに含まれる水分によって起電力
特性が変化し、湿度による誤差の補正が必要であるため
に実用的でないという欠点がある。
In this sensor, the carbon dioxide concentration in the gas can be detected by measuring the potential difference between the detection electrode and the reference electrode which are in contact with the gas to be measured. The electromotive force characteristic with respect to concentration is shown. However, the electromotive force characteristics change depending on the moisture contained in the gas to be measured, and it is necessary to correct the error due to humidity, which is not practical.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
技術における問題点を解消して、湿度特性が改良された
高信頼性の炭酸ガス検知センサを提供することを目的と
している。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems in the prior art and to provide a highly reliable carbon dioxide gas detection sensor with improved humidity characteristics.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の炭酸ガス検知センサは、イオン伝導体を挟
んで2個の電極を対設しそれぞれの電極と接触するガス
の濃度の差に対応する電気信号を出力するガスセンサに
おいて、該イオン伝導体がアルカリ土類金属炭酸塩とア
ルカリ金属炭酸塩との固溶体であってアルカリ金属炭酸
塩の結晶を含まないものであることを特徴とするもので
ある。
In order to achieve the above object, a carbon dioxide gas detection sensor of the present invention has two electrodes arranged opposite to each other with an ionic conductor interposed therebetween, and detects the concentration of gas contacting each electrode. In a gas sensor that outputs an electric signal corresponding to a difference, the ionic conductor is a solid solution of an alkaline earth metal carbonate and an alkali metal carbonate, and does not include a crystal of the alkali metal carbonate. To do.

【0006】本発明の炭酸ガス検知センサのイオン伝導
体に用いられるアルカリ土類金属炭酸塩は、好ましくは
炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウムか
ら選ばれたものであり、またアルカリ金属炭酸塩は、炭
酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムから選ばれ
た一つ以上の炭酸塩であることが好ましい。
The alkaline earth metal carbonate used for the ion conductor of the carbon dioxide sensor of the present invention is preferably selected from calcium carbonate, strontium carbonate and barium carbonate, and the alkali metal carbonate is It is preferably one or more carbonates selected from lithium carbonate, sodium carbonate and potassium carbonate.

【0007】これらの中から選ばれたアルカリ土類金属
炭酸塩とアルカリ金属炭酸塩とは、それぞれ粉末状で均
一に混合したのちプレスしてペレット状などに成形し、
更に熱処理するなどして固溶体とする。この際の配合割
合は材料の組合せによっても異なるが、一般には大量の
アルカリ土類金属炭酸塩と少量のアルカリ金属炭酸塩と
を使用するのがよい。こうして得られた固溶体は本質的
にアルカリ土類金属炭酸塩の結晶構造を保持しており、
アルカリ金属炭酸塩の単独結晶を含んでいない。このこ
とは、固溶体の結晶構造をX線回折法を用いて解析する
ことにより証明することができる。
The alkaline earth metal carbonate and the alkali metal carbonate selected from these are uniformly mixed in powder form and then pressed to form pellets.
Further heat treatment is performed to obtain a solid solution. The mixing ratio at this time varies depending on the combination of materials, but it is generally preferable to use a large amount of alkaline earth metal carbonate and a small amount of alkali metal carbonate. The solid solution thus obtained essentially retains the crystal structure of the alkaline earth metal carbonate,
Does not contain single crystals of alkali metal carbonates. This can be proved by analyzing the crystal structure of the solid solution using an X-ray diffraction method.

【0008】このような固溶体からなるイオン伝導体を
用いて組み立てられた本発明の炭酸ガス検知センサの構
造を第1図に示す。図において、1は検知素子であり、
2は検知素子を構成するイオン伝導体ペレット、3は検
知電極、4は基準電極である。図の(a),(b),(c) は、そ
れぞれ形態は異なるが基本的には共通の構造を有してい
る。
FIG. 1 shows the structure of a carbon dioxide gas detection sensor of the present invention assembled using an ionic conductor made of such a solid solution. In the figure, 1 is a sensing element,
Reference numeral 2 is an ion conductor pellet constituting a detection element, 3 is a detection electrode, and 4 is a reference electrode. Although (a), (b), and (c) in the figure have different forms, they basically have a common structure.

【0009】ここで検知電極および基準電極は、例えば
白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウ
ム、金、銀等の貴金属などを真空蒸着やスパッタリン
グ、あるいは貴金属などを導電材とする導電ペーストな
どを印刷するなどの適宜の方法によってペレット2また
はペレット2を載せる基板6の面などに対向するように
設けるのがよい。
Here, for the detection electrode and the reference electrode, for example, a noble metal such as platinum, palladium, rhodium, ruthenium, iridium, gold and silver is vacuum-deposited or sputtered, or a conductive paste having a noble metal as a conductive material is printed. It is preferable to provide it so as to face the surface of the pellet 2 or the substrate 6 on which the pellet 2 is placed by a suitable method such as the above.

【0010】このように構成された検知素子1は、一方
の面上にヒータ5を設けたセラミック基板6の他方の面
に融着したのち基準電極4の周りを無機シール材7で封
止して形成され、台座8に貫設したピン9のそれぞれに
ヒータ5の端子、検知電極3、基準電極4をそれぞれ引
出し線10によって接続して組み立てられている。な
お、ヒータ5は例えば白金、パラジウム、ロジウム、ル
テニウム、イリジウム、金、銀等の貴金属などの電気抵
抗膜を真空蒸着やスパッタリング、あるいはメッキなど
の方法によってセラミック基板6の面上に形成するか、
またはこれら貴金属などを導電材とする導電塗料を印刷
するなどの方法によってセラミック基板6の面に電気抵
抗膜を形成することによって設けることができる。
The sensing element 1 thus constructed is fused to the other surface of the ceramic substrate 6 having the heater 5 provided on one surface and then sealed around the reference electrode 4 with the inorganic sealing material 7. The terminals of the heater 5, the detection electrode 3, and the reference electrode 4 are connected to the respective pins 9 that are formed through the pedestal 8 by lead wires 10 and assembled. For the heater 5, an electric resistance film of a noble metal such as platinum, palladium, rhodium, ruthenium, iridium, gold, silver, etc. is formed on the surface of the ceramic substrate 6 by a method such as vacuum deposition, sputtering, or plating.
Alternatively, it can be provided by forming an electric resistance film on the surface of the ceramic substrate 6 by a method such as printing a conductive paint containing these noble metals as a conductive material.

【0011】[0011]

【作用】本発明の炭酸ガス検知センサは、ヒータに通電
して加熱した状態で被測定ガスを接触させると、ガス中
の炭酸ガスの濃度に対応した起電力が両電極間に出力さ
れる。本発明の炭酸ガス検知センサは、アルカリ土類金
属炭酸塩とアルカリ金属炭酸塩との固溶体であってアル
カリ金属炭酸塩の結晶を含まないものから形成されたイ
オン伝導体を使用しているために、特別に高温度でなく
ても良好な検知出力特性を有しており、湿度による測定
誤差は殆ど生じない。
In the carbon dioxide detection sensor of the present invention, when the gas to be measured is brought into contact with the heater in a heated state, an electromotive force corresponding to the concentration of carbon dioxide in the gas is output between the electrodes. Since the carbon dioxide sensor according to the present invention uses the ionic conductor formed of a solid solution of an alkaline earth metal carbonate and an alkali metal carbonate, which does not contain a crystal of the alkali metal carbonate, Even if the temperature is not particularly high, it has a good detection output characteristic, and a measurement error due to humidity hardly occurs.

【0012】[0012]

【実施例】(第1実施例) 炭酸バリウムと炭酸ナトリウムをモル比で1.7:1と
なるよう混合し、10kg/cm2 の圧力でプレス成形して
3mm×3mm×0.5mmのイオン伝導体ペレットを作成し
た。このペレットについてX線回折による結晶構造の分
析を行なった結果を図15に示すが、図25の炭酸バリ
ウムのX線回折チャート及び図28の炭酸ナトリウムの
X線回折チャートと較べてみると、炭酸ナトリウムの結
晶に基づくピークがみられず、基本的に炭酸バリウムの
結晶構造に近い構造を有する固溶体であることがわか
る。
EXAMPLE (First Example) Barium carbonate and sodium carbonate were mixed at a molar ratio of 1.7: 1 and press-molded at a pressure of 10 kg / cm 2 to form 3 mm × 3 mm × 0.5 mm ions. Conductor pellets were made. The results of crystal structure analysis by X-ray diffraction of the pellets are shown in FIG. 15, and comparing the X-ray diffraction chart of barium carbonate of FIG. 25 and the X-ray diffraction chart of sodium carbonate of FIG. No peak due to sodium crystals was observed, and it can be seen that the solid solution basically has a structure close to that of barium carbonate.

【0013】一方、4mm×3mm×0.3mmのアルミナ系
セラミック基板の裏面に白金をスパッタすることにより
発熱抵抗線を形成してヒータとし、また更にその上面の
長辺に沿って両側に幅0.5mmの電極を白金をスパッタ
することにより設けたものを用意した。
On the other hand, platinum is sputtered on the back surface of an alumina-based ceramic substrate having a size of 4 mm × 3 mm × 0.3 mm to form a heating resistance wire to form a heater, and the heater has a width of 0 on both sides along the long side of the upper surface. A 0.5 mm electrode provided by sputtering platinum was prepared.

【0014】次に4フッ化エチレン樹脂の台座に貫通し
て設けたヒータ用ピンと電極端子用ピンに対して、基板
のヒータ端末と電極とをそれぞれ引出し線で結合するこ
とにより、台座に基板を固定した。続いて、基板の上面
にイオン伝導体ペレットを載せたのちヒータに通電して
ペレットを融着固定し、更に白金電極の一方を設けたペ
レット部分の周りにアルミナ系無機耐熱塗料を塗布して
雰囲気ガスに対するシールを行い、これを基準電極とし
た。
Next, by connecting the heater terminal and the electrode of the substrate to the heater pin and the electrode terminal pin, which are provided through the pedestal of tetrafluoroethylene resin, respectively with lead wires, the substrate is mounted on the pedestal. Fixed Next, after placing the ion conductor pellets on the upper surface of the substrate, energizing the heater to fuse and fix the pellets, and further apply an alumina-based inorganic heat-resistant paint around the pellet portion where one of the platinum electrodes is provided and atmosphere. Gas was sealed and used as a reference electrode.

【0015】このようにして図1の(a) のように組み立
てた炭酸ガス検知センサAを、第2図の測定装置のチャ
ンバ15に組み込み、ヒータ5によって所定の温度に加
熱し、次に流量計11、12、13を介して所定のガス
濃度となるよう空気、酸素、炭酸ガスを混合し、また水
槽14を通過させて所定の湿度に調整したうえ、チャン
バ15に供給した。こうして検知電極3と基準電極4と
の間の起電力を電圧計16で測定した。なお、17は外
気遮断用の水槽、18は排気口である。
The carbon dioxide detecting sensor A thus assembled as shown in FIG. 1 (a) is installed in the chamber 15 of the measuring device shown in FIG. 2, heated to a predetermined temperature by the heater 5, and then the flow rate is increased. Air, oxygen, and carbon dioxide gas were mixed so as to have a predetermined gas concentration through a total of 11, 12, 13 and passed through a water tank 14 to be adjusted to a predetermined humidity and then supplied to the chamber 15. Thus, the electromotive force between the detection electrode 3 and the reference electrode 4 was measured by the voltmeter 16. In addition, 17 is a water tank for shutting off outside air, and 18 is an exhaust port.

【0016】こうして素子温度を550℃として、湿り
空気中及び乾燥空気中の炭酸ガスの濃度200〜500
0PPM に対する検知出力特性を測定し、その結果を図5
に示した。この結果を見ると、本発明の炭酸ガス検知セ
ンサAは湿度50%の空気中でも乾燥空気中と同一の検
知出力特性を有し、湿度の影響を殆ど受けないことがわ
かる。
Thus, the element temperature is set to 550 ° C. and the concentration of carbon dioxide gas in humid air and dry air is set to 200 to 500.
The detection output characteristics for 0PPM were measured and the results are shown in Fig. 5.
It was shown to. From this result, it is understood that the carbon dioxide detecting sensor A of the present invention has the same detection output characteristic as that in the dry air even in the air having the humidity of 50% and is hardly affected by the humidity.

【0017】 (第1比較例) 炭酸バリウムと炭酸ナトリウムをモル比で1.7:1と
する代わりに1:1とした他は第1実施例と全く同様に
して、イオン伝導体ペレットを作成した。このペレット
について第1実施例と同様にしてX線回折による結晶構
造の分析を行なった結果を図16に示すが、このX線回
折チャートには炭酸ナトリウムの結晶に基づくピークが
みられる。
(First Comparative Example) Ionic conductor pellets were prepared in the same manner as in the first example except that the molar ratio of barium carbonate and sodium carbonate was set to 1: 1 instead of 1.7: 1. did. FIG. 16 shows the result of crystal structure analysis by X-ray diffraction of this pellet in the same manner as in Example 1. The X-ray diffraction chart shows peaks due to sodium carbonate crystals.

【0018】このイオン伝導体ペレットを用いて第1実
施例と全く同様にして組み立てた炭酸ガス検知センサa
について、第1実施例と同様にして湿り空気中及び乾燥
空気中で炭酸ガスの検知出力特性を測定した。その結果
を図6に示すが、空気中の湿度により検知出力特性が変
化していることがわかる。
A carbon dioxide gas detection sensor a assembled using this ionic conductor pellet in exactly the same manner as in the first embodiment.
The measurement output characteristics of carbon dioxide gas were measured in humid air and dry air in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG. 6, and it can be seen that the detection output characteristics change depending on the humidity in the air.

【0019】 (第2実施例) 炭酸バリウムと炭酸リチウムをモル比で2.5:1とな
るよう混合して第1実施例と同様な形状のイオン伝導体
ペレットを作成した。このペレットについてX線回折に
よる結晶構造の分析を行なった結果を図17に示すが、
図25の炭酸バリウムのX線回折チャート及び図29の
炭酸リチウムのX線回折チャートと較べてみると、炭酸
リチウムの結晶に基づくピークがみられず、基本的に炭
酸バリウムの結晶構造に近い構造を有する固溶体である
ことがわかる。
(Second Example) Barium carbonate and lithium carbonate were mixed at a molar ratio of 2.5: 1 to prepare an ion conductor pellet having the same shape as in the first example. The results of the crystal structure analysis of this pellet by X-ray diffraction are shown in FIG.
When compared with the X-ray diffraction chart of barium carbonate shown in FIG. 25 and the X-ray diffraction chart of lithium carbonate shown in FIG. 29, no peak due to the crystal of lithium carbonate is observed and the structure is basically close to that of barium carbonate. It can be seen that the solid solution has.

【0020】このイオン伝導体ペレットを用い、また検
知電極部分の周囲に白金系導電耐熱塗料を塗布して図1
の(b)のように構成した他は実施例1と同様にして、
炭酸ガス検知センサBを組み立てた。
This ionic conductor pellet was used, and a platinum-based conductive heat-resistant paint was applied to the periphery of the sensing electrode portion.
In the same manner as in Example 1 except that it is configured as in (b) of
A carbon dioxide detection sensor B was assembled.

【0021】この炭酸ガス検知センサBの検知出力特性
を実施例1と同様にして測定し、その結果を図7に示し
た。この結果を見ると、本発明の炭酸ガス検知センサB
は湿度50%の空気中でも乾燥空気中と同一の検知出力
特性を有し、湿度の影響を殆ど受けないことがわかる。
The detection output characteristics of this carbon dioxide detection sensor B were measured in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIG. Looking at this result, the carbon dioxide detection sensor B of the present invention
It can be seen that has the same detection output characteristic as that in dry air even when the air has a humidity of 50% and is hardly affected by humidity.

【0022】 (第2比較例) 炭酸バリウムと炭酸リチウムをモル比で2.5:1とす
る代わりに2:1とした他は第2実施例と全く同様にし
て、イオン伝導体ペレットを作成した。このペレットに
ついて第1実施例と同様にしてX線回折による結晶構造
の分析を行なった結果を図18に示すが、このX線回折
チャートには炭酸リチウムの結晶に基づくピークがみら
れる。
Second Comparative Example An ionic conductor pellet was prepared in the same manner as in the second example except that the molar ratio of barium carbonate and lithium carbonate was 2.5: 1 instead of 2.5: 1. did. FIG. 18 shows the result of analyzing the crystal structure of this pellet by X-ray diffraction in the same manner as in Example 1. The X-ray diffraction chart shows peaks due to lithium carbonate crystals.

【0023】このイオン伝導体ペレットを用いて第2実
施例と全く同様にして組み立てた炭酸ガス検知センサb
について、第1実施例と同様にして湿り空気中及び乾燥
空気中で炭酸ガスの検知出力特性を測定した。その結果
を図8に示すが、空気中の湿度により検知出力特性が変
化していることがわかる。
A carbon dioxide detecting sensor b assembled using this ionic conductor pellet in exactly the same manner as in the second embodiment.
The measurement output characteristics of carbon dioxide gas were measured in humid air and dry air in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG. 8, and it can be seen that the detection output characteristic changes depending on the humidity in the air.

【0024】 (第3実施例) 炭酸バリウムと炭酸カリウムをモル比で3:1となるよ
う混合して第1実施例と同様な形状のイオン伝導体ペレ
ットを作成した。このペレットについてX線回折による
結晶構造の分析を行なった結果を図19に示すが、図2
5の炭酸バリウムのX線回折チャート及び図30の炭酸
カリウムのX線回折チャートと較べてみると、炭酸カリ
ウムの結晶に基づくピークがみられず、基本的に炭酸バ
リウムの結晶構造に近い構造を有する固溶体であること
がわかる。
(Third Example) Barium carbonate and potassium carbonate were mixed at a molar ratio of 3: 1 to prepare an ion conductor pellet having the same shape as in the first example. The results of the crystal structure analysis of this pellet by X-ray diffraction are shown in FIG.
When compared with the X-ray diffraction chart of barium carbonate of 5 and the X-ray diffraction chart of potassium carbonate of FIG. 30, a peak due to crystals of potassium carbonate is not observed, and a structure basically close to the crystal structure of barium carbonate is obtained. It can be seen that the solid solution has.

【0025】このイオン伝導体ペレットを用い、また検
知電極部分の周囲に白金系導電耐熱塗料を塗布して図1
の(c)のように構成した他は実施例1と同様にして、
炭酸ガス検知センサCを組み立てた。
This ionic conductor pellet was used, and a platinum-based conductive heat-resistant paint was applied to the periphery of the sensing electrode portion.
In the same manner as in Example 1 except that the configuration (c) of FIG.
A carbon dioxide detection sensor C was assembled.

【0026】この炭酸ガス検知センサCの検知出力特性
を実施例1と同様にして測定し、その結果を図9に示し
た。この結果を見ると、本発明の炭酸ガス検知センサC
は湿度50%の空気中でも乾燥空気中と同一の検知出力
特性を有し、湿度の影響を殆ど受けないことがわかる。
The detection output characteristics of this carbon dioxide detection sensor C were measured in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIG. Looking at these results, the carbon dioxide gas detection sensor C of the present invention
It can be seen that has the same detection output characteristic as that in dry air even when the air has a humidity of 50% and is hardly affected by humidity.

【0027】 (第3比較例) 炭酸バリウムと炭酸カリウムをモル比で3:1とする代
わりに1:1とした他は第3実施例と全く同様にして、
イオン伝導体ペレットを作成した。このペレットについ
て第1実施例と同様にしてX線回折による結晶構造の分
析を行なった結果を図20に示すが、このX線回折チャ
ートには炭酸カリウムの結晶に基づくピークがみられ
る。
(Third Comparative Example) Except for using barium carbonate and potassium carbonate in a molar ratio of 1: 1 instead of 3: 1, the same procedure as in the third example was carried out.
An ionic conductor pellet was created. The results of crystal structure analysis of this pellet by X-ray diffraction in the same manner as in Example 1 are shown in FIG. 20. In this X-ray diffraction chart, peaks due to crystals of potassium carbonate are seen.

【0028】このイオン伝導体ペレットを用いて第3実
施例と全く同様にして組み立てた炭酸ガス検知センサc
について、第1実施例と同様にして湿り空気中及び乾燥
空気中で炭酸ガスの検知出力特性を測定した。その結果
を図10に示すが、空気中の湿度により検知出力特性が
変化していることがわかる。
A carbon dioxide gas detection sensor c assembled using this ionic conductor pellet in exactly the same manner as in the third embodiment.
The measurement output characteristics of carbon dioxide gas were measured in humid air and dry air in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG. 10, and it can be seen that the detection output characteristics change depending on the humidity in the air.

【0029】 (第4実施例) 炭酸ストロンチウムと炭酸ナトリウムをモル比で2:1
となるよう混合して第1実施例と同様な形状のイオン伝
導体ペレットを作成した。このペレットについてX線回
折による結晶構造の分析を行なった結果を図21に示す
が、図26の炭酸ストロンチウムのX線回折チャート及
び図28の炭酸ナトリウムのX線回折チャートと較べて
みると、炭酸ナトリウムの結晶に基づくピークがみられ
ず、基本的に炭酸ストロンチウムの結晶構造に近い構造
を有する固溶体であることがわかる。
Fourth Example Strontium carbonate and sodium carbonate in a molar ratio of 2: 1
Were mixed so as to obtain an ionic conductor pellet having a shape similar to that of the first embodiment. The results of the crystal structure analysis by X-ray diffraction of the pellets are shown in FIG. 21. As a result of comparison with the X-ray diffraction chart of strontium carbonate in FIG. 26 and the X-ray diffraction chart of sodium carbonate in FIG. No peak due to sodium crystals was observed, and it can be seen that the solid solution basically has a structure close to that of strontium carbonate.

【0030】このイオン伝導体ペレットを用いた他は実
施例1と同様の構造を有する炭酸ガス検知センサDを組
み立て、その検知出力特性を実施例1と同様にして測定
し、その結果を図11に示した。この結果を見ると、本
発明の炭酸ガス検知センサDは湿度50%の空気中でも
乾燥空気中と同一の検知出力特性を有し、湿度の影響を
殆ど受けないことがわかる。
A carbon dioxide detection sensor D having the same structure as in Example 1 except that this ionic conductor pellet was used was assembled, and its detection output characteristics were measured in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIG. It was shown to. From this result, it can be seen that the carbon dioxide detection sensor D of the present invention has the same detection output characteristic as that in dry air even in the air having a humidity of 50% and is hardly affected by the humidity.

【0031】 (第4比較例) 炭酸ストロンチウムと炭酸ナトリウムをモル比で2:1
とする代わりに1.5:1とした他は第4実施例と全く
同様にして、イオン伝導体ペレットを作成した。このペ
レットについて第1実施例と同様にしてX線回折による
結晶構造の分析を行なった結果を図22に示すが、この
X線回折チャートには炭酸ナトリウムの結晶に基づくピ
ークがみられる。
Fourth Comparative Example Strontium carbonate and sodium carbonate in a molar ratio of 2: 1
Ion conductor pellets were prepared in exactly the same manner as in the fourth example except that the ratio was changed to 1.5: 1. FIG. 22 shows the result of crystal structure analysis by X-ray diffraction of this pellet in the same manner as in Example 1. The X-ray diffraction chart shows peaks due to sodium carbonate crystals.

【0031】このイオン伝導体ペレットを用いて第4実
施例と全く同様にして組み立てた炭酸ガス検知センサd
について、第1実施例と同様にして湿り空気中及び乾燥
空気中で炭酸ガスの検知出力特性を測定した。その結果
を図12に示すが、空気中の湿度により検知出力特性が
変化していることがわかる。
A carbon dioxide detecting sensor d assembled using this ionic conductor pellet in exactly the same manner as in the fourth embodiment.
The measurement output characteristics of carbon dioxide gas were measured in humid air and dry air in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG. 12, and it can be seen that the detection output characteristics change depending on the humidity in the air.

【0032】 (第5実施例) 炭酸カルシウムと炭酸リチウムをモル比で3:1となる
よう混合して第1実施例と同様な形状のイオン伝導体ペ
レットを作成した。このペレットについてX線回折によ
る結晶構造の分析を行なった結果を図23に示すが、図
27の炭酸カルシウムのX線回折チャート及び図29の
炭酸リチウムのX線回折チャートと較べてみると、炭酸
リチウムの結晶に基づくピークがみられず、基本的に炭
酸カルシウムの結晶構造に近い構造を有する固溶体であ
ることがわかる。
Fifth Example Calcium carbonate and lithium carbonate were mixed at a molar ratio of 3: 1 to prepare an ion conductor pellet having the same shape as that of the first example. The results of crystal structure analysis by X-ray diffraction of the pellets are shown in FIG. 23. When comparing the X-ray diffraction chart of calcium carbonate in FIG. 27 and the X-ray diffraction chart of lithium carbonate in FIG. No peak due to the crystal of lithium was observed, and it is understood that the solid solution has a structure basically similar to that of calcium carbonate.

【0033】このイオン伝導体ペレットを用いた他は実
施例1と同様の構造を有する炭酸ガス検知センサEを組
み立て、その検知出力特性を実施例1と同様にして測定
し、その結果を図13に示した。この結果を見ると、本
発明の炭酸ガス検知センサEは湿度50%の空気中でも
乾燥空気中と同一の検知出力特性を有し、湿度の影響を
殆ど受けないことがわかる。
A carbon dioxide gas detection sensor E having the same structure as in Example 1 except that this ionic conductor pellet was used was assembled, and its detection output characteristics were measured in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIG. It was shown to. From this result, it is understood that the carbon dioxide detection sensor E of the present invention has the same detection output characteristic as that in dry air even in the air having the humidity of 50% and is hardly affected by the humidity.

【0034】 (第5比較例) 炭酸カルシウムと炭酸リチウムをモル比で3:1とする
代わりに2:1とした他は第5実施例と全く同様にし
て、イオン伝導体ペレットを作成した。このペレットに
ついて第1実施例と同様にしてX線回折による結晶構造
の分析を行なった結果を図24に示すが、このX線回折
チャートには炭酸リチウムの結晶に基づくピークがみら
れる。
Fifth Comparative Example Ionic conductor pellets were prepared in the same manner as in the fifth example except that the molar ratio of calcium carbonate to lithium carbonate was 2: 1 instead of 3: 1. FIG. 24 shows the result of analyzing the crystal structure of this pellet by X-ray diffraction in the same manner as in Example 1. The X-ray diffraction chart shows peaks due to lithium carbonate crystals.

【0035】このイオン伝導体ペレットを用いて第5実
施例と全く同様にして組み立てた炭酸ガス検知センサe
について、第1実施例と同様にして湿り空気中及び乾燥
空気中で炭酸ガスの検知出力特性を測定した。その結果
を図14に示すが、空気中の湿度により検知出力特性が
変化していることがわかる。
A carbon dioxide gas detection sensor e assembled using the ion conductor pellets in exactly the same manner as in the fifth embodiment.
The measurement output characteristics of carbon dioxide gas were measured in humid air and dry air in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG. 14, and it can be seen that the detection output characteristics change depending on the humidity in the air.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上のように、本発明の炭酸ガス検知セ
ンサは、イオン伝導体としてアルカリ土類金属炭酸塩と
アルカリ金属炭酸塩との固溶体であってアルカリ金属炭
酸塩の結晶を含まないものを用いており、検知出力特性
が湿度の影響を受けないという特長があるほか、比較的
に低温度で精度の良い検知ができ、更には効率よく素子
を加熱することができるために消費電力が少なくて済
み、従って長寿命であり、また構造が簡単で製造が容易
であるという利点もある。
As described above, the sensor for detecting carbon dioxide of the present invention is a solid solution of an alkaline earth metal carbonate and an alkali metal carbonate as an ionic conductor, and does not contain a crystal of the alkali metal carbonate. In addition to the feature that the detection output characteristics are not affected by humidity, it can detect with high accuracy at a relatively low temperature, and it can efficiently heat the element, which reduces power consumption. It has the advantages of being less and therefore having a longer service life, and of being simple in construction and easy to manufacture.

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

【図1】本発明の炭酸ガス検知センサの構成図であっ
て、(a),(b),(c) はそれぞれ異なった形態のものを示
す。
FIG. 1 is a configuration diagram of a carbon dioxide detection sensor of the present invention, in which (a), (b), and (c) show different configurations.

【図2】炭酸ガス検知センサの検知出力特性測定装置の
構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a detection output characteristic measuring device of a carbon dioxide detection sensor.

【図3】従来の炭酸ガスセンサの例Xの構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of an example X of a conventional carbon dioxide gas sensor.

【図4】従来の炭酸ガスセンサの例Xの起電力特性図で
ある。
FIG. 4 is an electromotive force characteristic diagram of Example X of a conventional carbon dioxide gas sensor.

【図5】本発明の炭酸ガス検知センサAの検知出力特性
図である。
FIG. 5 is a detection output characteristic diagram of the carbon dioxide detection sensor A of the present invention.

【図6】比較例の炭酸ガス検知センサaの検知出力特性
図である。
FIG. 6 is a detection output characteristic diagram of a carbon dioxide detection sensor a of a comparative example.

【図7】本発明の炭酸ガス検知センサBの検知出力特性
図である。
FIG. 7 is a detection output characteristic diagram of carbon dioxide detection sensor B of the present invention.

【図8】比較例の炭酸ガス検知センサbの検知出力特性
図である。
FIG. 8 is a detection output characteristic diagram of a carbon dioxide detection sensor b of a comparative example.

【図9】本発明の炭酸ガス検知センサCの検知出力特性
図である。
FIG. 9 is a detection output characteristic diagram of the carbon dioxide detection sensor C of the present invention.

【図10】比較例の炭酸ガス検知センサcの検知出力特
性図である。
FIG. 10 is a detection output characteristic diagram of a carbon dioxide detection sensor c of a comparative example.

【図11】本発明の炭酸ガス検知センサDの検知出力特
性図である。
FIG. 11 is a detection output characteristic diagram of the carbon dioxide detection sensor D of the present invention.

【図12】比較例の炭酸ガス検知センサdの検知出力特
性図である。
FIG. 12 is a detection output characteristic diagram of a carbon dioxide detection sensor d of a comparative example.

【図13】本発明の炭酸ガス検知センサEの検知出力特
性図である。
FIG. 13 is a detection output characteristic diagram of the carbon dioxide detection sensor E of the present invention.

【図14】比較例の炭酸ガス検知センサeの検知出力特
性図である。
FIG. 14 is a detection output characteristic diagram of a carbon dioxide detection sensor e of a comparative example.

【図15】本発明の炭酸ガス検知センサAに用いたイオ
ン伝導体のX線回折チャートである。
FIG. 15 is an X-ray diffraction chart of an ion conductor used in the carbon dioxide detection sensor A of the present invention.

【図16】比較例の炭酸ガス検知センサaに用いたイオ
ン伝導体のX線回折チャートである。
FIG. 16 is an X-ray diffraction chart of an ion conductor used in the carbon dioxide detection sensor a of Comparative Example.

【図17】本発明の炭酸ガス検知センサBに用いたイオ
ン伝導体のX線回折チャートである。
FIG. 17 is an X-ray diffraction chart of an ionic conductor used in the carbon dioxide sensor B of the present invention.

【図18】比較例の炭酸ガス検知センサbに用いたイオ
ン伝導体のX線回折チャートである。
FIG. 18 is an X-ray diffraction chart of an ionic conductor used in a carbon dioxide sensor b of a comparative example.

【図19】本発明の炭酸ガス検知センサCに用いたイオ
ン伝導体のX線回折チャートである。
FIG. 19 is an X-ray diffraction chart of an ionic conductor used in the carbon dioxide detection sensor C of the present invention.

【図20】比較例の炭酸ガス検知センサcに用いたイオ
ン伝導体のX線回折チャートである。
FIG. 20 is an X-ray diffraction chart of an ion conductor used in a carbon dioxide detection sensor c of a comparative example.

【図21】本発明の炭酸ガス検知センサDに用いたイオ
ン伝導体のX線回折チャートである。
FIG. 21 is an X-ray diffraction chart of the ion conductor used in the carbon dioxide detection sensor D of the present invention.

【図22】比較例の炭酸ガス検知センサdに用いたイオ
ン伝導体のX線回折チャートである。
FIG. 22 is an X-ray diffraction chart of an ionic conductor used in a carbon dioxide detection sensor d of a comparative example.

【図23】本発明の炭酸ガス検知センサEに用いたイオ
ン伝導体のX線回折チャートである。
FIG. 23 is an X-ray diffraction chart of an ion conductor used in the carbon dioxide detection sensor E of the present invention.

【図24】比較例の炭酸ガス検知センサeに用いたイオ
ン伝導体のX線回折チャートである。
FIG. 24 is an X-ray diffraction chart of an ionic conductor used in a carbon dioxide detection sensor e of a comparative example.

【図25】炭酸バリウムのX線回折チャートである。FIG. 25 is an X-ray diffraction chart of barium carbonate.

【図26】炭酸ストロンチウムのX線回折チャートであ
る。
FIG. 26 is an X-ray diffraction chart of strontium carbonate.

【図27】炭酸カルシウムのX線回折チャートである。FIG. 27 is an X-ray diffraction chart of calcium carbonate.

【図28】炭酸ナトリウムのX線回折チャートである。FIG. 28 is an X-ray diffraction chart of sodium carbonate.

【図29】炭酸リチウムのX線回折チャートである。FIG. 29 is an X-ray diffraction chart of lithium carbonate.

【図30】炭酸カリウムのX線回折チャートである。FIG. 30 is an X-ray diffraction chart of potassium carbonate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 検知素子 2 イオン伝導体ペレット 3 検知電極 4 基準電極 5 ヒータ 6 セラミック基板 7 無機シール材 8 台座 9 ピン 10 引出し線 11,12,13 流量計 14 水槽 15 チャンバ 16 電圧計 17 水槽 18 排気口 1 Detecting Element 2 Ion Conductor Pellet 3 Detecting Electrode 4 Reference Electrode 5 Heater 6 Ceramic Substrate 7 Inorganic Sealing Material 8 Pedestal 9 Pin 10 Leader Wire 11, 12, 13 Flowmeter 14 Water Tank 15 Chamber 16 Voltmeter 17 Water Tank 18 Exhaust Port

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 則雄 福岡県福岡市中央区平尾3−17−5−301 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Norio Miura 3-17-5-301 Hirao, Chuo-ku, Fukuoka-shi, Fukuoka

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオン伝導体を挟んで2個の電極を対設
しそれぞれの電極と接触するガスの濃度の差に対応する
電気信号を出力するガスセンサにおいて、該イオン伝導
体がアルカリ土類金属炭酸塩とアルカリ金属炭酸塩との
固溶体であってアルカリ金属炭酸塩の結晶を含まないも
のであることを特徴とする炭酸ガス検知センサ。
1. A gas sensor which has two electrodes arranged opposite to each other with an ionic conductor sandwiched therebetween and which outputs an electric signal corresponding to a difference in concentration of gas contacting the respective electrodes, wherein the ionic conductor is an alkaline earth metal. A carbon dioxide gas detection sensor, which is a solid solution of a carbonate and an alkali metal carbonate and does not contain crystals of the alkali metal carbonate.
【請求項2】 アルカリ土類金属炭酸塩がカルシウム、
ストロンチウム又はバリウムの炭酸塩のいずれかである
ことを特徴とする請求項1記載の炭酸ガス検知センサ。
2. The method according to claim 1, wherein the alkaline earth metal carbonate is calcium,
The carbon dioxide detection sensor according to claim 1, wherein the carbon dioxide detection sensor is one of strontium and barium carbonate.
【請求項3】 アルカリ金属炭酸塩がリチウム、ナトリ
ウム又はカリウムのいずれか一つ以上の炭酸塩であるこ
とを特徴とする請求項1又は2記載の炭酸ガス検知セン
サ。
3. The carbon dioxide detection sensor according to claim 1, wherein the alkali metal carbonate is at least one of lithium, sodium and potassium carbonates.
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