JPH087182B2 - Carbon dioxide sensor - Google Patents

Carbon dioxide sensor

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JPH087182B2
JPH087182B2 JP63257592A JP25759288A JPH087182B2 JP H087182 B2 JPH087182 B2 JP H087182B2 JP 63257592 A JP63257592 A JP 63257592A JP 25759288 A JP25759288 A JP 25759288A JP H087182 B2 JPH087182 B2 JP H087182B2
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JP
Japan
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coating layer
carbon dioxide
layer
ion conductive
gas
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徹 小野内
昌志 西口
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松下精工株式会社
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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、施設園芸,環境衛生,防災用,工業用など
の炭酸ガス濃度を計測あるいはその計測値を用いて機器
を制御する場所に使用するイオン伝導体を用いた構造の
固体電解質型炭酸ガスセンサに関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ion used in a place for measuring a carbon dioxide concentration such as for horticulture, environmental hygiene, disaster prevention, and industrial use or for controlling a device by using the measured value. The present invention relates to a solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor having a structure using a conductor.

従来の技術 近年、空調,農畜産分野を中心に炭酸ガスセンサに対
するニーズが高まり、種々のガスセンサが開発,実用化
が進められているが、その信頼性,安定性に多くの課題
が残されている。特に、水蒸気,塩分粒子,タバコ煙,
油煙等が存在する汚染環境に対する耐久性が懸案になっ
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, the needs for carbon dioxide gas sensors have been increasing mainly in the fields of air conditioning and agriculture and livestock, and various gas sensors have been developed and put into practical use, but many problems remain in their reliability and stability. . Especially, water vapor, salt particles, cigarette smoke,
Durability against polluted environments such as oily smoke is a concern.

以下、第6図および第7図を参照しながら上述した従
来の炭酸ガスセンサの例について説明する。
Hereinafter, an example of the conventional carbon dioxide gas sensor described above will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

第6図および第7図は、従来の固体電解質型炭酸ガス
センサの構成を示すものである。第6図において、固体
電解質からなるイオン伝導体としての薄板状NASICON
(ナトリウムイオン伝導体セラミックス)板11は、その
両端に電気信号を取り出すためのAuなどの材料を用いた
1対の多孔質な電極層12a,12bを固着して備え、さら
に、その電極層12a,12bのいずれか一方の一部、あるい
は全部に金属炭酸塩で構成された被覆層13が形成され、
被覆層13を形成した側の電極層を陰極層12aと称し、他
方を陽極層12bと称すガス感知部1を構成していた。NAS
ICONの組成は、Na1+XZr2SiXP3-XO12、(0≦X≦3)で
ある。
FIG. 6 and FIG. 7 show the structure of a conventional solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor. In Fig. 6, thin plate NASICON as an ion conductor made of solid electrolyte
The (sodium ion conductor ceramics) plate 11 is fixedly provided with a pair of porous electrode layers 12a and 12b made of a material such as Au for extracting an electric signal at both ends thereof. A coating layer 13 made of a metal carbonate is formed on a part or all of either one of 12 and 12b,
The electrode layer on the side where the coating layer 13 is formed is referred to as a cathode layer 12a, and the other is referred to as an anode layer 12b, which constitutes the gas sensing portion 1. NAS
The composition of ICON is Na 1 + X Zr 2 Si X P 3-X O 12 , (0 ≦ X ≦ 3).

また、第7図のガス感知部1には片面下部に加熱用ヒ
ータ2を備え、1対の陰,陽極層12a,12bから引出した
リード線3a,3bおよび加熱用ヒータ2から引出したリー
ド線5a,5bを介してピン7に接続し、そのピン7は下部
台座6を貫通して固定されている。リード線3a,3bおよ
びリード線5a,5bはそれぞれ信号出力用および電圧印加
用で接続したピン7は台座6を貫通した部分が外部と接
続される。プロテクタ4は、内包するガス感知部1,ヒー
タ2,リード線3a,3b,5a,5bを機械的損傷から保護すると
ともに、測定雰囲気と接触を良くするためにステンレス
製金網で構成され、台座6に固定されている。
Further, the gas sensing portion 1 of FIG. 7 is provided with a heating heater 2 on the lower surface of one side, and a pair of lead wires 3a and 3b drawn from the anode and anode layers 12a and 12b and a lead wire drawn from the heating heater 2. It is connected to the pin 7 via 5a and 5b, and the pin 7 is fixed by penetrating the lower pedestal 6. The lead wires 3a, 3b and the lead wires 5a, 5b are connected for signal output and voltage application, respectively, and the pin 7 is connected to the outside at the portion penetrating the pedestal 6. The protector 4 is made of stainless steel wire mesh to protect the gas sensing unit 1, the heater 2, the lead wires 3a, 3b, 5a, 5b contained therein from mechanical damage and to improve the contact with the measurement atmosphere. It is fixed to.

上記構成において、まず、ガス感知部1をヒータ2に
より測定温度に加熱し、外部の雰囲気と接触させる。
In the above configuration, first, the gas sensing unit 1 is heated to the measurement temperature by the heater 2 and brought into contact with the outside atmosphere.

雰囲気中の炭酸ガスは、プロテクタ4の開口を介して
拡散あるいは、対流によりガス感知部1に達し、その際
の炭酸ガス濃度に応じて2つの電極層すなわち陰極層12
a,陽極層12bに起電力が発生する。この起電力を陰極層1
2a,陽極層12bよりリード線3a,3bおよびピン7を介して
取り出して、雰囲気中の炭酸ガス濃度を電気的に検出し
てした。
The carbon dioxide gas in the atmosphere reaches the gas sensing portion 1 by diffusion or convection through the opening of the protector 4, and the two electrode layers, that is, the cathode layer 12 depending on the carbon dioxide concentration at that time.
a, electromotive force is generated in the anode layer 12b. This electromotive force is applied to the cathode layer 1
2a, the anode layer 12b was taken out through the lead wires 3a and 3b and the pin 7, and the carbon dioxide concentration in the atmosphere was electrically detected.

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような構成では以下のような課
題を有していた。すなわち、測定雰囲気が高湿環境ある
いは、結露が生じやすい状態の場合で、炭酸ガスセンサ
が非加熱状態のとき、ガス感知部の構成要素をなす金属
炭酸塩は、その固有の吸湿作用や水溶性によって、それ
ぞれ水和物や水素化物を形成し、その後、再び加熱する
と、吸収していた水分が蒸発することにより、膨張,収
縮が起り、次第に陰極層から剥離したり、結露水に溶け
て溶出して、被覆層13から陰極層12aにおける素子が劣
化し、再生不能となる課題があった。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention However, the above configuration has the following problems. That is, when the measurement atmosphere is in a high humidity environment or in a state where dew condensation is likely to occur, and when the carbon dioxide sensor is in an unheated state, the metal carbonate that constitutes the gas sensing part is , When forming a hydrate or hydride, respectively, and then heating it again, the absorbed water evaporates, causing expansion and contraction, gradually peeling from the cathode layer, or dissolving in dew condensation water and eluting. As a result, there is a problem that elements from the coating layer 13 to the cathode layer 12a are deteriorated and reproduction becomes impossible.

本発明は上記課題を解決するもので、応答性を害する
ことなくガス感知部が高湿環境下において、加熱,非加
熱状態に繰り返し置かれても、高い信頼性を有する炭酸
ガスセンサを提供することを目的としたものである。
The present invention solves the above problems, and provides a carbon dioxide gas sensor having high reliability even if the gas sensing unit is repeatedly placed in a heated or unheated state in a high humidity environment without impairing responsiveness. It is intended for.

課題を解決するための手段 この目的を達成するための第一の手段の炭酸ガスセン
サは、両端に、多孔質とした一対の電極層を備え金属炭
酸塩を構成しうる金属イオンに対して導電性を有するイ
オン伝導性セラミックス板と、前記イオン伝導性セラミ
ックス板のいずれか一方の電極層の一部あるいは全部を
覆う形状で炭酸ガスと解離平衡を形成する金属炭酸塩
と、前記イオン伝導性セラミック板と同一組成のイオン
伝導性セラミックとで被覆層を形成し、前記一対の電極
層には一対のリード線を接合して構成したガス感知部
と、前記ガス感知部を動作温度に加熱する加熱部とを備
えたものである。
Means for Solving the Problem A carbon dioxide gas sensor of the first means for achieving this object is to have a pair of porous electrode layers at both ends, and to be electrically conductive to metal ions that can form a metal carbonate. An ion conductive ceramics plate, a metal carbonate that forms a dissociation equilibrium with carbon dioxide in a shape that covers a part or all of one electrode layer of the ion conductive ceramics plate, and the ion conductive ceramics plate And a gas sensing part formed by joining a pair of lead wires to the pair of electrode layers, and a heating part for heating the gas sensing part to an operating temperature. It is equipped with and.

この目的を達成するための第二の手段の炭酸ガスセン
サは、上記手段における、一方の電極層に金属炭酸塩を
担持させた被覆層にイオン伝導性セラミックス板と同一
組成のイオン伝導性セラミックスと、前記電極層と同一
組成の物質とを添加して被覆層を構成したものである。
The second means for achieving this object is a carbon dioxide gas sensor, in the above means, an ion conductive ceramics having the same composition as the ion conductive ceramics plate in the coating layer in which one electrode layer carries a metal carbonate, A coating layer is formed by adding a substance having the same composition as the electrode layer.

この目的を達成するための第3の手段の炭酸ガスセン
サは、上記第1の手段または第2の手段における被覆層
を形成した側の電極層にイオン伝導性セラミックス板と
同一組成のイオン伝導性セラミックス微粉を添加して電
極層を構成したものである。
The carbon dioxide gas sensor of the third means for achieving this object is an ion conductive ceramics having the same composition as the ion conductive ceramics plate on the electrode layer on the side where the coating layer is formed in the first means or the second means. The electrode layer is formed by adding fine powder.

この目的を達成させるための第4の手段の炭酸ガスセ
ンサは、上記第1,第2,第3の手段における被覆層の一部
あるいは全部を覆うガス透過性膜により構成したもので
ある。
The carbon dioxide gas sensor of the fourth means for achieving this object is constituted by a gas permeable film which covers a part or all of the coating layer in the first, second and third means.

この目的を達成させる第5の手段の炭酸ガスセンサ
は、上記第1または第2,第3の手段における被覆層の一
部あるいは全部を覆う吸湿性物質を添加した吸湿性ガス
透過性膜により構成したものである。
The carbon dioxide gas sensor of the fifth means for achieving this object is constituted by a hygroscopic gas permeable membrane to which a hygroscopic substance is added to cover a part or the whole of the coating layer in the first, second or third means. It is a thing.

作用 この構成の第1の手段によって金属炭酸塩よりなる被
覆層中に骨材として非水溶性のイオン伝導性セラミック
スを含有せしめたため、雰囲気の湿度の変化、あるいは
測定中の加熱により被覆層を形成している金属炭酸塩
は、吸湿・乾燥に伴う膨張・収縮が抑制され、電極層か
らの被覆層の剥離,脱落が防止されることとなる。
By the first means of this constitution, the coating layer made of metal carbonate contains the water-insoluble ion conductive ceramics as an aggregate, so that the coating layer is formed by changing the humidity of the atmosphere or heating during measurement. The metal carbonate that is used is prevented from expanding and contracting due to moisture absorption and drying, and prevents the coating layer from peeling off from the electrode layer.

この構成の第2の手段によって、被覆層内に電極層材
料−金属炭酸塩−イオン伝導性セラミックスの3相界面
が均一に分布するためセンサの応答性を支配する以下の
電極反応、すなわち、 が促進され応答性が向上する。
By the second means of this configuration, the following electrode reaction that controls the response of the sensor because the three-phase interface of the electrode layer material-metal carbonate-ion conductive ceramics is uniformly distributed in the coating layer, that is, Is promoted and responsiveness is improved.

この構成の第3の手段によって、電極層内にイオン伝
導性セラミックスが添加されているためセンサの応答性
に関与する電極反応(1)で生成された金属イオンの電
極層内の拡散が促進され応答性が向上する。
By the third means of this configuration, diffusion of the metal ions generated in the electrode reaction (1), which is involved in the responsiveness of the sensor because the ion conductive ceramics are added in the electrode layer, is promoted in the electrode layer. Responsiveness is improved.

この構成の第4の手段によって、被覆層がガス透過性
膜でコーティングされているため、雰囲気中の水蒸気が
被覆層へ移行するのが抑制され、かつ電極層との接着が
補強されるため、より一層、電極層から被覆層が剥離・
脱落するのが抑制される。
By the fourth means of this configuration, since the coating layer is coated with the gas permeable film, it is possible to suppress the migration of water vapor in the atmosphere to the coating layer, and to strengthen the adhesion with the electrode layer, The coating layer peels off from the electrode layer.
It is suppressed from falling off.

この構成の第5の手段によって、被覆層が吸湿性ガス
透過性膜でコーティングされているため、雰囲気の水分
が被覆層に移行する手前でガス透過膜内に固定され、被
覆層への移行がより一層抑制される。
Since the coating layer is coated with the hygroscopic gas-permeable film by the fifth means of this configuration, the moisture in the atmosphere is fixed in the gas-permeable film before the transfer to the coating layer, and the transfer to the coating layer is prevented. It is further suppressed.

実施例 以下、本発明の第1の実施例について第1図にもとづ
いて説明する。
Example Hereinafter, a first example of the present invention will be described with reference to FIG.

第1図は本発明の第1の一実施例における炭酸ガスセ
ンサのガス感知部の構成を示すものである。なお、従来
例と同一部分には同一番号を付けて説明は省略する。
FIG. 1 shows the structure of a gas sensing portion of a carbon dioxide gas sensor according to a first embodiment of the present invention. The same parts as those of the conventional example are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

第1図において、2つの電極層のうちの陰極層12aを
覆う被覆層13は金属炭酸塩の一つ種類である炭酸ナトリ
ウム131の飽和水溶液中にイオン伝導性セラミックス板
(以下NASICON板と略す)11と同一組成のイオン伝導性
セラミックスの微粉(以下NASICON微粉と略す)132を炭
酸ナトリウム131を50wt%とNASICON微粉132を50wt%の
割合で、両者を均一に混合しスラリー状としたものを陰
極層12aの表面に均一に塗布後、200℃程度で乾燥し形成
したものである。
In FIG. 1, the coating layer 13 covering the cathode layer 12a of the two electrode layers is an ion conductive ceramic plate (hereinafter abbreviated as NASICON plate) in a saturated aqueous solution of sodium carbonate 131 which is one kind of metal carbonate. Ion conductive ceramic fine powder of the same composition as 11 (hereinafter abbreviated as NASICON fine powder) 132, sodium carbonate 131 at 50 wt% and NASICON fine powder 132 at 50 wt% are uniformly mixed to form a slurry. It is formed by uniformly coating the surface of the layer 12a and then drying it at about 200 ° C.

以上のように構成された炭酸ガスセンサについて、以
下にその動作について説明する。
The operation of the carbon dioxide sensor configured as described above will be described below.

なお、上記構成の炭酸ガスセンサは、その炭酸ガス検
出動作に関し従来と同様なので、その詳細については省
略する。
The carbon dioxide gas sensor having the above-mentioned configuration is similar to the conventional one in the carbon dioxide gas detection operation, and therefore its details are omitted.

そこで、以下に、本センサの耐湿性を向上させる構成
要素である炭酸ナトリウム131にNASICONの微粉を混合し
た被覆層13の高温高湿環境における挙動について説明す
る。
Therefore, the behavior of the coating layer 13 in which fine particles of NASICON are mixed with sodium carbonate 131, which is a constituent element for improving the humidity resistance of the present sensor, in a high temperature and high humidity environment will be described below.

上記構成において、まずガス感知部1が高温高湿雰囲
気で非加熱状態に置かれた場合について述べる。
In the above configuration, first, the case where the gas sensing unit 1 is placed in a non-heated state in a high temperature and high humidity atmosphere will be described.

この場合、被覆層13に含まれる炭酸ナトリウム131は
自身のもつ吸湿性により雰囲気中の水分を吸収して膨潤
する。しかしながら、被覆層13に含まれるNASICON微粉1
32は被覆層13の骨材の役割を果し、炭酸ナトリウム131
の吸湿による流動,溶出を抑制するように作用する。し
たがって、非加熱状態で高温高湿下に置かれても、陰極
層12aから溶出,脱落し難くくなり、ガス感知部1の劣
化や破損を防止できる。
In this case, the sodium carbonate 131 contained in the coating layer 13 absorbs moisture in the atmosphere and swells due to its hygroscopicity. However, NASICON fine powder 1 contained in the coating layer 13
32 serves as an aggregate of the coating layer 13, and sodium carbonate 131
It acts to suppress the flow and elution due to the absorption of moisture. Therefore, even if placed in high temperature and high humidity in the non-heated state, it is difficult for the cathode layer 12a to elute and fall off, and deterioration and damage of the gas sensing part 1 can be prevented.

次に、前記の吸湿状態の被覆層13を非加熱状態から加
熱状態に変化させた場合について述べる。
Next, a case will be described in which the coating layer 13 in the hygroscopic state is changed from the non-heated state to the heated state.

この場合、被覆層13内の炭酸ナトリウム131は、非加
熱状態時に吸収した水分を放出し、その形態を変化させ
て、被覆層13内を移動しようとするが、被覆層13内で骨
材の役割を果している非水溶性のNASICON微粉132のため
に流動を阻害され、陰極層12aに固着された被覆層13の
剥離,脱落を防止することになる。
In this case, the sodium carbonate 131 in the coating layer 13 releases the absorbed water in the non-heated state, changes its form, and tries to move in the coating layer 13, but in the coating layer 13 The water-insoluble NASICON fine powder 132, which plays a role, hinders the flow and prevents the coating layer 13 adhered to the cathode layer 12a from peeling and falling off.

また、混合したNASICON微粉132はガス感知部1の構成
部材であるNASICON板11と同一組成であるため、動作時
の500℃程度の温度になっても、他の構成要素と反応す
ることもない。
Further, since the mixed NASICON fine powder 132 has the same composition as the NASICON plate 11 which is a constituent member of the gas sensing unit 1, even when the temperature reaches about 500 ° C. during operation, it does not react with other constituent elements. .

以上のように、被覆層13内にNASICON微粉を添加する
ことにより、炭酸ナトリウムの吸湿,乾燥が繰り返され
ることによる陰極層12aからの剥離,脱落を防止でき
る。したがって、被覆層13が陰極層12aから微粉となり
徐々に剥離,脱落の進行によるガス感知部1素子の劣
化,破損を防止できる。
As described above, by adding the NASICON fine powder to the coating layer 13, it is possible to prevent the sodium carbonate from peeling and falling off from the cathode layer 12a due to repeated moisture absorption and drying. Therefore, the coating layer 13 becomes fine powder from the cathode layer 12a, and it is possible to prevent deterioration and breakage of one element of the gas sensing unit due to the progressive peeling and dropping.

以下、本発明の第2の実施例について、第2図にもと
づいて説明する。
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

第2図は本発明の第2の一実施例の固体電解質型炭酸
ガスセンサのガス感知部1の構成を示すものです。な
お、第1の実施例と同一部分には同一番号を付けて説明
は省略する。
FIG. 2 shows the configuration of the gas sensing portion 1 of the solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor according to the second embodiment of the present invention. The same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

第2図において、陰極層12aに固着された被覆層13
は、炭酸ナトリウム131の飽和水溶液の中にNASICON板11
と同一組成のNASICON微粉132と陰極層12aと同一組成のA
uペースト133とを各々10wt%ずつ添加し、均一に混練
し、ペースト状にしたものを陰極層12aの素面にスクリ
ーン印刷し、150℃で10分間乾燥後、800℃で10分間焼成
し、形成したものである。
In FIG. 2, the coating layer 13 fixed to the cathode layer 12a
NASICON board 11 in a saturated aqueous solution of sodium carbonate 131
The same composition as NASICON fine powder 132 and the same composition as cathode layer 12a
u Paste 133 and 10 wt% each were added and kneaded evenly to form a paste, which was screen-printed on the surface of the cathode layer 12a, dried at 150 ° C for 10 minutes, and then baked at 800 ° C for 10 minutes to form. It was done.

以上のように構成された炭酸ガスセンサについて、以
下にその動作を説明するが、その炭酸ガス検出動作、お
よび、高温高湿下における被覆層の挙動について、ほぼ
第1の実施例と同様なので、相違点のみ述べる。
The operation of the carbon dioxide sensor configured as described above will be described below. However, the carbon dioxide detection operation and the behavior of the coating layer under high temperature and high humidity are substantially the same as those in the first embodiment, so that there is a difference. Only the points will be mentioned.

ところで、本実施例の炭酸ガスセンサは陰極層12aとN
ASICON板11、および被覆層13の三相界面において以下の
電極反応を起こしている。
By the way, the carbon dioxide sensor of the present embodiment has the cathode layer 12a and N
The following electrode reactions occur at the three-phase interface between the ASICON plate 11 and the coating layer 13.

すなわち、 したがって、第1の実施例の場合の三相界面は被覆層
13と陰極層12aの接合面にしか存在しないが、本実施例
の場合、被覆層13を構成する炭酸ナトリウム131内全体
に、Auペースト133の粒子,およびNASICON微粉132が均
一に分散しているため、上記3相界面が被覆層13全体に
分布していることになるため、上記(1)式が被覆層13
全体で生じるため、(1)式の反応が促進されガス感知
部1素子の応答性が第1の実施例に比較して向上する。
That is, Therefore, in the case of the first embodiment, the three-phase interface is the coating layer.
Although present only on the joint surface between the cathode 13 and the cathode layer 12a, in the case of the present embodiment, the particles of the Au paste 133 and the NASICON fine powder 132 are uniformly dispersed throughout the sodium carbonate 131 constituting the coating layer 13. Therefore, since the three-phase interface is distributed throughout the coating layer 13, the above equation (1) is applied to the coating layer 13
Since it occurs in the whole, the reaction of the formula (1) is promoted, and the responsiveness of the gas sensing unit 1 element is improved as compared with the first embodiment.

また、Au粒子133も、NASICON微粉132と同様に、骨材
の役割を果すため、被覆層13の耐湿性を向上させる。
Further, since the Au particles 133 also play the role of an aggregate like the NASICON fine powder 132, the moisture resistance of the coating layer 13 is improved.

以上のように、被覆層13内に、NASICON微粉と、Au粒
子を同時に添加することにより、炭酸ナトリウムの吸
湿,乾燥が繰り返されることによる陰極層12a面から微
粉となって剥離,脱落によるガス感知部1素子の劣化を
防止すると同時に、素子の応答性も向上させることがで
きる。
As described above, by simultaneously adding NASICON fine powder and Au particles to the coating layer 13, moisture absorption and drying of sodium carbonate are repeated, so that the powder is separated from the surface of the cathode layer 12a into fine powder, and gas detection due to falling off It is possible to prevent deterioration of the element of the first part and at the same time improve the response of the element.

以下、本発明の第3の実施例について、第3図にもと
づいて説明する。
The third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

第3図は本発明の第3の一実施例の固体電解質型炭酸
ガスセンサのガス感知部の構成を示すものである。な
お、第2の実施例と同一部分には同一番号を付けて説明
は省略する。
FIG. 3 shows the structure of a gas sensing portion of a solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor according to a third embodiment of the present invention. The same parts as those in the second embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

第3図において、NASICON板11に固着した陰極層12a
は、Auペースト121a中にNASICON板11と同一組成のNASIC
ON微粉122aを10wt%添加し、均一に混練してペースト状
にしたものをNASICON板11にスクリーン印刷し、150℃で
10分間乾燥し、さらに800℃で10分間焼成したものであ
る。
In FIG. 3, the cathode layer 12a fixed to the NASICON plate 11
Is a NASIC of the same composition as NASICON board 11 in Au paste 121a.
10 wt% of ON fine powder 122a was added, and uniformly kneaded into a paste, which was screen-printed on NASICON plate 11 at 150 ° C.
It was dried for 10 minutes and then baked at 800 ° C for 10 minutes.

以上のように構成された炭酸ガスセンサについて、以
下にその動作を説明するが、その炭酸ガス検知動作,お
よび、高温高湿下の被覆層13の挙動については第2の実
施例と同様なので相違点のみ以下に述べる。
The operation of the carbon dioxide gas sensor configured as described above will be described below. However, the carbon dioxide gas sensing operation and the behavior of the coating layer 13 under high temperature and high humidity are the same as those in the second embodiment. Only described below.

ところで、本実施例の炭酸ガスセンサは陰極層12a内
にNa+イオン伝導体であるNASICON微粉122aを含んでいる
ため、被覆層13内で(1)式により生成したNa+イオン
がNASICON微粉を介して陰極層12a内を拡散することがで
きるため、第2の実施例の場合に比較してより一層
(1)式の反応をスムーズに進行させることが可能とな
り、ガス感知部1素子の応答性の向上が期待でき、ま
た、陰極層12aの気孔率が向上し、(1)式の反応に関
与する、CO2,O2ガスの拡散も促進する。
Incidentally, the carbon dioxide sensor of the present embodiment because it contains NASICON fines 122a is Na + ion conductor in the cathode layer 12a, in the coating layer 13 (1) Na + ions produced by expression via a NASICON fines Since the cathode layer 12a can be diffused in the cathode layer 12a, the reaction of the formula (1) can be further smoothly proceeded as compared with the case of the second embodiment, and the responsiveness of one element of the gas sensing unit is improved. Can be expected, the porosity of the cathode layer 12a can be improved, and diffusion of CO 2 and O 2 gas, which is involved in the reaction of the formula (1), can be promoted.

以上のように、陰極層内にNASICON微粉を添加するこ
とにより、Na+イオン,CO2ガス,O2ガスの拡散を促進さ
せることが可能となり、したがって、素子の応答性を向
上させることができる。
As described above, by adding the NASICON fine powder in the cathode layer, it is possible to promote the diffusion of Na + ions, CO 2 gas, and O 2 gas, and thus improve the responsiveness of the device. .

以下、本発明の第4の実施例について、第4図にもと
づいて説明する。
The fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

第4図は本発明の第4の一実施例の固体電解質型炭酸
ガスセンサのガス感知部の構成を示すものである。な
お、第3の実施例と同一部分には同一番号を付けて説明
は省略する。
FIG. 4 shows the structure of a gas sensing portion of a solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor according to a fourth embodiment of the present invention. The same parts as those in the third embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

第4図において、陰極層12aおよび被覆層13,あるいは
被覆層13のみを覆うガス透過膜14は、非晶質ガラスシー
ル材141に、透過性を付与するNASICON微粉142を10wt%
添加したものを均一に混練し、ペースト状にしたものを
被覆層13,および陰極層12aの雰囲気に露出している部分
の一部または全部をコーティング後、150℃で15分間乾
燥し、さらに、800℃で10分間焼成し、形成したもの
で、NASICON微粉の添加量に応じて、開口率が調整製作
できるガス透過性の膜である。
In FIG. 4, the gas permeable film 14 covering only the cathode layer 12a and the coating layer 13 or only the coating layer 13 has 10 wt% of NASICON fine powder 142 which imparts permeability to the amorphous glass sealing material 141.
The added material is uniformly kneaded, and a paste-like material is coated on the coating layer 13 and part or all of the portion exposed to the atmosphere of the cathode layer 12a, and then dried at 150 ° C. for 15 minutes, and further, It is a gas permeable film that is formed by baking at 800 ℃ for 10 minutes and that can be manufactured by adjusting the aperture ratio according to the amount of NASICON fine powder added.

以上のように構成された炭酸ガスセンサについて以下
にその動作を説明するが、その炭酸ガス検知動作等につ
いて同様な部分が多いため、その相違点のみ以下に述べ
る。
The operation of the carbon dioxide sensor configured as described above will be described below. However, since there are many similar parts in the carbon dioxide detection operation and the like, only the differences will be described below.

ところで、本実施例の炭酸ガスセンサは、被覆層13の
表面にガス透過性膜14がコーティングされているため、
たとえガス感知部1が非加熱状態で高温高湿下に放置さ
れても、雰囲気中の水分の被覆層13への移行が抑制され
るため、被覆層13内の炭酸ナトリウム131への吸湿速度
か抑制されるとともに、吸湿した炭酸ナトリウム131の
流動が阻止される。したがって、被覆層の耐湿性は向上
し、ガス感知部1素子自身の高温高湿,および結露雰囲
気下における劣化,および破損を、第3の実施例より一
層確実に防止可能となる。
By the way, in the carbon dioxide sensor of the present embodiment, since the gas permeable film 14 is coated on the surface of the coating layer 13,
Even if the gas sensing unit 1 is left unheated under high temperature and high humidity, the moisture in the atmosphere is suppressed from being transferred to the coating layer 13. In addition to being suppressed, the flow of the absorbed sodium carbonate 131 is blocked. Therefore, the moisture resistance of the coating layer is improved, and the deterioration and damage of the gas sensing unit 1 element itself under high temperature and high humidity and dew condensation atmosphere can be prevented more reliably than in the third embodiment.

以下、本発明の第5の実施例について、第5図にもと
づいて説明する。
Hereinafter, the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

第5図は本発明の第5の一実施例の固体電解質型炭酸
ガスセンサのガス感知部の構成を示すものである。な
お、第4の実施例と同一の部分には同一番号を付けて説
明は省略する。
FIG. 5 shows the structure of a gas sensing portion of a solid electrolyte type carbon dioxide gas sensor according to a fifth embodiment of the present invention. The same parts as those in the fourth embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

第5図において、陰極層12aおよび被覆層13,あるいは
被覆層13のみを覆う吸湿性ガス透過膜14aは非晶質ガラ
スシール材141に、吸湿性とガス透過性を付与するシリ
カゲル微粉143を10wt%添加したものを均一に混合し、
ペースト状にしたものを被覆層13,および陰極層12aの雰
囲気と接している部分の一部または全部をコーティング
した後、150℃で15分間乾燥し、さらに800℃で10分間焼
成したもので、この場合も、第4の実施例と同様にシリ
カゲル微粉143の添加量に応じて開口率を調整製作可能
なガス透過性の膜である。
In FIG. 5, the hygroscopic gas permeable film 14a that covers only the cathode layer 12a and the coating layer 13 or only the coating layer 13 is formed on the amorphous glass sealing material 141 with 10wt% of silica gel fine powder 143 that imparts hygroscopicity and gas permeability. % Evenly mix the added one,
After coating a part or all of the paste layer that is in contact with the atmosphere of the coating layer 13 and the cathode layer 12a, it is dried at 150 ° C for 15 minutes, and further baked at 800 ° C for 10 minutes. Also in this case, as in the fourth embodiment, the gas permeable membrane can be manufactured by adjusting the aperture ratio according to the addition amount of the silica gel fine powder 143.

以上のように構成された炭酸ガスセンサについて以下
にその動作を説明するが、その炭酸ガス検知動作等につ
いて同様な部分が多いので、その相違点のみ述べる。
The operation of the carbon dioxide gas sensor configured as described above will be described below. However, since there are many similar parts in the carbon dioxide gas detection operation and the like, only the differences will be described.

ところで、本実施例の炭酸ガスセンサは、被覆層13の
表面に吸湿性をもったガス透過膜14がコーティングされ
ているため、ガス感知部1が非加熱状態で高温高湿下に
放置された場合にも、雰囲気中の水分は、吸湿性ガス透
過膜14a内を移動する際に吸収され、被覆膜13には、あ
たかも実際より低湿度の雰囲気に放置されていることに
なり、被覆層13の耐湿性が第4の実施例に比較して、よ
り一層の向上が期待できる。
By the way, in the carbon dioxide sensor of the present embodiment, since the gas permeable film 14 having a hygroscopic property is coated on the surface of the coating layer 13, when the gas sensing unit 1 is left unheated under high temperature and high humidity. Moreover, the moisture in the atmosphere is absorbed when moving in the hygroscopic gas permeable film 14a, and the coating film 13 is left in an atmosphere having a lower humidity than it actually is. It can be expected that the moisture resistance of No. 1 will be further improved as compared with the fourth example.

発明の効果 以上のように、本発明によれば、被覆層内にガス感知
部の構成要素であるイオン伝導性セラミックス板と同一
組成のイオン伝導性モラミックスが添加されているた
め、被覆層および被覆層側の電極層における加熱時の反
応劣化を防止し、かつ金属炭酸塩の吸湿,乾燥の繰り返
しにともなう流動が抑制され、被覆層が陰極層から剥離
・脱落することによるガス感知部の素子劣化を防止でき
る。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, since the ion-conducting molamix having the same composition as that of the ion-conducting ceramics plate, which is a component of the gas sensing part, is added in the coating layer, The element of the gas sensing part that prevents the reaction deterioration of the electrode layer on the coating layer side at the time of heating, suppresses the flow due to repeated moisture absorption and drying of the metal carbonate, and separates or drops the coating layer from the cathode layer. Deterioration can be prevented.

さらに、上記構成に加えて第2請求項によれば、被覆
層に陰極層と同一組成の物質を添加されているため、陰
極層で生じる電極反応が被覆層内でも生じ、促進されガ
ス感知部素子の応答性を向上できる。
Further, according to the second aspect in addition to the above-mentioned structure, since the substance having the same composition as that of the cathode layer is added to the coating layer, an electrode reaction occurring in the cathode layer also occurs in the coating layer and is promoted. The response of the element can be improved.

また、上記構成に加えて第3請求項によれば、陰極層
内にイオン伝導性セラミックスが添加されているため、
電極反応で生じた金属イオンの陰極層内での拡散が促進
され、より一層ガス感知部素子の応答性が向上される。
According to the third aspect in addition to the above structure, since the ion conductive ceramics is added in the cathode layer,
The diffusion of metal ions generated by the electrode reaction in the cathode layer is promoted, and the response of the gas sensing element is further improved.

さらに、上記構成に加えて、第4請求項によれば、吸
湿性を持った被覆層を、ガス透過性膜でコーティングし
てあるため、雰囲気中の水蒸気が被覆層へ移行すること
を抑制することができ、高温,高湿下の耐湿性が向上
し、ガス感知部素子の劣化を防止できる。
Further, in addition to the above structure, according to the fourth aspect, since the coating layer having a hygroscopic property is coated with the gas permeable film, it is possible to suppress migration of water vapor in the atmosphere to the coating layer. Therefore, the humidity resistance under high temperature and high humidity is improved, and the deterioration of the gas sensing element can be prevented.

さらに、上記構成に加えて、第5の請求項によれは、
被覆層を、吸湿性物質を添加した吸湿性ガス透過性膜で
コーティングしているため、雰囲気中の水蒸気が被覆層
へ移行する直前で水分を固定させてしまうため、より一
層、雰囲気中の水蒸気が被覆層へ移行するのを抑制で
き、ガス感知部素子の吸湿,乾燥の繰り返しによる劣化
を防止できる。
Further, in addition to the above configuration, according to the fifth claim,
Since the coating layer is coated with a hygroscopic gas permeable film to which a hygroscopic substance is added, the water vapor in the atmosphere fixes the water immediately before it shifts to the coating layer. Can be suppressed from moving to the coating layer, and deterioration of the gas sensing element due to repeated moisture absorption and drying can be prevented.

以上の如く各々実用上大きな効果が得られる。 As described above, each has a great effect in practical use.

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

第1図は本発明の第1の一実施例における炭酸ガスセン
サのガス感知部の構成を示す縦断面図、第2図は本発明
の第2の一実施例における炭酸ガスセンサのガス感知部
の構成を示す縦断面図、第3図は本発明の第3の一実施
例における炭酸ガスセンサのガス感知部の構成を示す縦
断面図、第4図は本発明の第4の一実施例における炭酸
ガスセンサのガス感知部の構成を示す縦断面図、第5図
は本発明の第5の一実施例における炭酸ガスセンサのガ
ス感知部の構成を示す縦断面図、第6図は従来の炭酸ガ
スセンサのガス感知部の構成を示す縦断面図、第7図は
従来および本発明の炭酸ガスセンサの組立構成を示す縦
断面図である。 1……ガス感知部、2……ヒータ、3a,3b……リード
線、4……プロテクタ、5a,5b……リード線、6……台
座、11……NASICON板、12a,12b……電極層(陰極層,陽
極層)、13……被覆層、14……ガス透過性膜、14a……
吸湿性ガス透過性膜、131……炭酸ナトリウム、132……
NASICON微粉、133……Auペースト、121a……Auペース
ト、122a……NASICON微粉、141……非晶質ガラスシー
ル、142……NASICON微粉、143……シリカゲル微粉。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of a gas sensing portion of a carbon dioxide gas sensor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a configuration of a gas sensing portion of a carbon dioxide gas sensor according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing the structure of the gas sensing portion of the carbon dioxide sensor according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a carbon dioxide sensor according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 5 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of the gas sensing unit of FIG. 5, FIG. 5 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of the gas sensing unit of the carbon dioxide sensor according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a gas of the conventional carbon dioxide sensor. FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing the structure of the sensing unit, and FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing the assembly structure of the carbon dioxide gas sensor of the related art and the present invention. 1 ... Gas sensing part, 2 ... Heater, 3a, 3b ... Lead wire, 4 ... Protector, 5a, 5b ... Lead wire, 6 ... Pedestal, 11 ... NASICON plate, 12a, 12b ... Electrode Layer (cathode layer, anode layer), 13 ... Covering layer, 14 ... Gas permeable membrane, 14a ...
Hygroscopic gas permeable membrane, 131 …… Sodium carbonate, 132 ……
NASICON fine powder, 133 …… Au paste, 121a …… Au paste, 122a …… NASICON fine powder, 141 …… Amorphous glass seal, 142 …… NASICON fine powder, 143 …… Silica gel fine powder.

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01N 27/46 ZAB Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI Technical display location G01N 27/46 ZAB

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】両端に多孔質とした1対の電極層を備え金
属炭酸塩を構成しうる金属イオンに対して導電性を有す
るイオン伝導性セラミックス板と、前記イオン伝導性セ
ラミックス板のいずれか一方の電極層の一部あるいは全
部を覆う形状に形成した金属炭酸塩と前記イオン伝導性
セラミックス板と同一組成のイオン伝導性セラミックス
とで被覆層を形成し、前記電極層には1対のリード線を
接合して構成したガス感知部と、前記ガス感知部を動作
温度に加熱する加熱部とを備えてなる炭酸ガスセンサ。
1. An ion conductive ceramics plate having a pair of porous electrode layers at both ends and having conductivity with respect to metal ions capable of forming a metal carbonate, and the ion conductive ceramics plate. A coating layer is formed of a metal carbonate formed to cover a part or all of one electrode layer and an ion conductive ceramic having the same composition as the ion conductive ceramic plate, and a pair of leads is formed on the electrode layer. A carbon dioxide gas sensor comprising: a gas sensing unit configured by joining wires; and a heating unit heating the gas sensing unit to an operating temperature.
【請求項2】被覆層に電極層と同一組成の物質を添加さ
せた特許請求の範囲第1項記載の炭酸ガスセンサ。
2. The carbon dioxide gas sensor according to claim 1, wherein a substance having the same composition as that of the electrode layer is added to the coating layer.
【請求項3】被覆層を形成した側の電極層にイオン伝導
性セラミック板と同一組成のイオン伝導性セラミックス
を添加させた特許請求の範囲第1項または第2項記載の
炭酸ガスセンサ。
3. The carbon dioxide sensor according to claim 1 or 2, wherein an ion conductive ceramic having the same composition as that of the ion conductive ceramic plate is added to the electrode layer on the side where the coating layer is formed.
【請求項4】被覆層の一部あるいは全部をガス透過性膜
で覆った特許請求の範囲第1項または第2項、第3項記
載の炭酸ガスセンサ。
4. The carbon dioxide gas sensor according to claim 1, 2, or 3, wherein a part or all of the coating layer is covered with a gas permeable film.
【請求項5】被覆層の一部あるいは全部を吸湿性物質を
添加した吸湿性ガス透過膜で覆った特許請求の範囲第1
項または第2項、第3項、第4項記載の炭酸ガスセン
サ。
5. The method according to claim 1, wherein a part or all of the coating layer is covered with a hygroscopic gas permeable film containing a hygroscopic substance.
2. The carbon dioxide gas sensor according to item 2, item 2, item 3, or item 4.
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