JPH09264873A - 二酸化炭素センサ - Google Patents
二酸化炭素センサInfo
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- JPH09264873A JPH09264873A JP8097493A JP9749396A JPH09264873A JP H09264873 A JPH09264873 A JP H09264873A JP 8097493 A JP8097493 A JP 8097493A JP 9749396 A JP9749396 A JP 9749396A JP H09264873 A JPH09264873 A JP H09264873A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ＣＯ2に対する特異性の高い二酸化炭素セン
サ、特にＨ2Ｏに対する感応性が低く、ＣＯ2に対する感
応性に優れた二酸化炭素センサを開発し、これを提供す
る。 【解決手段】固体電解質と、該固体電解質の一面に形成
された基準電極と、該基準電極に対向する面に形成され
た検出電極と、該検出電極に添加又は積層した、ＣＯ2
と解離平衡をなす炭酸塩と、からなる二酸化炭素センサ
において、前記固体電解質が、ＬｉＬｎＳｉＯ4（Ｌｎ
は希土類元素を示す）で表される化合物と、ＬｉＡｌＳ
ｉＯ4で表される化合物と、を含む混合物を焼成した焼
結体であることを特徴とする二酸化炭素センサを提供す
る。
サ、特にＨ2Ｏに対する感応性が低く、ＣＯ2に対する感
応性に優れた二酸化炭素センサを開発し、これを提供す
る。 【解決手段】固体電解質と、該固体電解質の一面に形成
された基準電極と、該基準電極に対向する面に形成され
た検出電極と、該検出電極に添加又は積層した、ＣＯ2
と解離平衡をなす炭酸塩と、からなる二酸化炭素センサ
において、前記固体電解質が、ＬｉＬｎＳｉＯ4（Ｌｎ
は希土類元素を示す）で表される化合物と、ＬｉＡｌＳ
ｉＯ4で表される化合物と、を含む混合物を焼成した焼
結体であることを特徴とする二酸化炭素センサを提供す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の排気ガ
ス、環境制御、医療、農畜産、発酵工業等におけるＣＯ
2の検出、濃度測定等広範囲に使用し得る二酸化炭素セ
ンサ、特に湿度の如何にかかわらず極めて正確なＣＯ2
濃度を測定することができる二酸化炭素センサに関す
る。
ス、環境制御、医療、農畜産、発酵工業等におけるＣＯ
2の検出、濃度測定等広範囲に使用し得る二酸化炭素セ
ンサ、特に湿度の如何にかかわらず極めて正確なＣＯ2
濃度を測定することができる二酸化炭素センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】気相中のＣＯ2濃度の測定には、隔膜式
ガラス電極法、非分散赤外吸収法等種々の方式の二酸化
炭素センサが使用されているが、ＣＯ2に対する特異
性、応答速度、耐久性、コンパクト性等から、固体電解
質を用いた濃淡電池型二酸化炭素センサに関する研究開
発が幅広く行われている。この型の二酸化炭素センサ
は、イオン伝導性を有する固体電解質を隔壁として用
い、該隔壁の対向する両面に電極を形成し、検出側の電
極に気相中のＣＯ2と解離平衡をなす炭酸塩を添加して
作製されるものが一般的である。このような構造のセン
サがある程度の高温に保持されるとき、基準電極側の固
体電解質はＯ2と、検出電極側の炭酸塩はＣＯ2並びにＯ
2と、それぞれ解離平衡をなすため、気相中のＣＯ2並び
にＯ2の分圧に応じて、固体電解質内に化学ポテンシャ
ルの勾配が生じる。それを相殺するべく、ネルンスト式
に従った濃淡電池起電力が発生する。通常の条件におい
ては、基準電極並びに検出電極付近のＯ2分圧はほぼ一
定であるため、当センサは検出電極付近のＣＯ2分圧の
みに依存する起電力を発生する。
ガラス電極法、非分散赤外吸収法等種々の方式の二酸化
炭素センサが使用されているが、ＣＯ2に対する特異
性、応答速度、耐久性、コンパクト性等から、固体電解
質を用いた濃淡電池型二酸化炭素センサに関する研究開
発が幅広く行われている。この型の二酸化炭素センサ
は、イオン伝導性を有する固体電解質を隔壁として用
い、該隔壁の対向する両面に電極を形成し、検出側の電
極に気相中のＣＯ2と解離平衡をなす炭酸塩を添加して
作製されるものが一般的である。このような構造のセン
サがある程度の高温に保持されるとき、基準電極側の固
体電解質はＯ2と、検出電極側の炭酸塩はＣＯ2並びにＯ
2と、それぞれ解離平衡をなすため、気相中のＣＯ2並び
にＯ2の分圧に応じて、固体電解質内に化学ポテンシャ
ルの勾配が生じる。それを相殺するべく、ネルンスト式
に従った濃淡電池起電力が発生する。通常の条件におい
ては、基準電極並びに検出電極付近のＯ2分圧はほぼ一
定であるため、当センサは検出電極付近のＣＯ2分圧の
みに依存する起電力を発生する。
【０００３】上述の二酸化炭素センサとしては、固体電
解質にナトリウムイオン導電性固体電解質を用いたもの
が一般的である。これは、ナトリウムイオン導電性固体
電解質の一方の面にＣＯ2と解離平衡をなす炭酸ナトリ
ウム層を有した検出電極が、これに対向する面に基準電
極が具備され、セラミックヒータ等の加熱手段が取り付
けられたものであり、該ヒータにより加熱された状態で
両電極間の電位差を測定し、ＣＯ2濃度を検出するもの
である。
解質にナトリウムイオン導電性固体電解質を用いたもの
が一般的である。これは、ナトリウムイオン導電性固体
電解質の一方の面にＣＯ2と解離平衡をなす炭酸ナトリ
ウム層を有した検出電極が、これに対向する面に基準電
極が具備され、セラミックヒータ等の加熱手段が取り付
けられたものであり、該ヒータにより加熱された状態で
両電極間の電位差を測定し、ＣＯ2濃度を検出するもの
である。
【０００４】更に別の二酸化炭素センサとして、特開平
６−２６５５２０号公報に開示される、固体電解質とし
てリチウムイオン導電性固体電解質を用いた二酸化炭素
センサがある。該開示においては、固体電解質として化
学式ＬｉxＡｌＳｉyＯx/2+3/2+2yで表されるリチウムイ
オン導電性固体電解質を用い、ＣＯ2濃度を測定する旨
が記載されている。
６−２６５５２０号公報に開示される、固体電解質とし
てリチウムイオン導電性固体電解質を用いた二酸化炭素
センサがある。該開示においては、固体電解質として化
学式ＬｉxＡｌＳｉyＯx/2+3/2+2yで表されるリチウムイ
オン導電性固体電解質を用い、ＣＯ2濃度を測定する旨
が記載されている。
【０００５】また、上述のリチウムイオン導電性固体電
解質としては、特開平５−２２９８６５号公報に開示の
同成分でガラス成分のより多いイオン導電体を添加した
イオン導電体や、特開平６−８０４６２号公報に開示の
（Ｌｉ2Ｏ）x（Ｍ2Ｏ3）y（ＳｉＯ2）zで表される固体
電解質がある。
解質としては、特開平５−２２９８６５号公報に開示の
同成分でガラス成分のより多いイオン導電体を添加した
イオン導電体や、特開平６−８０４６２号公報に開示の
（Ｌｉ2Ｏ）x（Ｍ2Ｏ3）y（ＳｉＯ2）zで表される固体
電解質がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のナトリウムイオ
ン導電性固体電解質を用いた濃淡電池型二酸化炭素セン
サにおいては、ＣＯ2に対する特異性に問題があり、特
にＨ2Ｏに対して強い感応性を有するため、湿度の変化
に応じてセンサから出力される起電力が変動し、これが
ＣＯ2濃度の誤差として出力され、正確な測定が困難で
あった。
ン導電性固体電解質を用いた濃淡電池型二酸化炭素セン
サにおいては、ＣＯ2に対する特異性に問題があり、特
にＨ2Ｏに対して強い感応性を有するため、湿度の変化
に応じてセンサから出力される起電力が変動し、これが
ＣＯ2濃度の誤差として出力され、正確な測定が困難で
あった。
【０００７】特開平６−２６５５２０号公報に開示され
るリチウムイオン導電固体電解質を用いた二酸化炭素セ
ンサにおいては、前述のナトリウムイオンを用いた二酸
化炭素センサに比べ、Ｈ2Ｏに対する感応性が小さいた
め、湿度の変化に伴う起電力の変動は小さいが、この場
合でさえ、ＣＯ2濃度に換算して数十％もの誤差が生じ
るため、正確なＣＯ2濃度の測定は不可能であった。ま
た、特開平５−２２９８６５号公報に開示の固体電解質
や特開平６−８０４６２号公報に開示の固体電解質を用
いた二酸化炭素センサにおいても同様であった。
るリチウムイオン導電固体電解質を用いた二酸化炭素セ
ンサにおいては、前述のナトリウムイオンを用いた二酸
化炭素センサに比べ、Ｈ2Ｏに対する感応性が小さいた
め、湿度の変化に伴う起電力の変動は小さいが、この場
合でさえ、ＣＯ2濃度に換算して数十％もの誤差が生じ
るため、正確なＣＯ2濃度の測定は不可能であった。ま
た、特開平５−２２９８６５号公報に開示の固体電解質
や特開平６−８０４６２号公報に開示の固体電解質を用
いた二酸化炭素センサにおいても同様であった。
【０００８】そこで上述の事情を鑑み、本発明は、ＣＯ
2に対する特異性の高い二酸化炭素センサ、特にＨ2Ｏに
対する感応性が低く、ＣＯ2に対する感応性に優れた二
酸化炭素センサを開発し、これを提供することを基本的
な目的とする。
2に対する特異性の高い二酸化炭素センサ、特にＨ2Ｏに
対する感応性が低く、ＣＯ2に対する感応性に優れた二
酸化炭素センサを開発し、これを提供することを基本的
な目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上述の目的
に従い鋭意研究を進めた結果、固体電解質と、該固体電
解質の一面に形成された基準電極と、該基準電極に対向
する面に形成された検出電極と、該検出電極に添加又は
積層した、ＣＯ2と解離平衡をなす炭酸塩と、からなる
二酸化炭素センサにおいて、前記固体電解質が、ＬｉＬ
ｎＳｉＯ4（Ｌｎは希土類元素を示す）で表される化合
物と、ＬｉＡｌＳｉＯ4で表される化合物と、を含む混
合物を焼成した焼結体であることを特徴とする二酸化炭
素センサを開発し、本発明を完成させた。
に従い鋭意研究を進めた結果、固体電解質と、該固体電
解質の一面に形成された基準電極と、該基準電極に対向
する面に形成された検出電極と、該検出電極に添加又は
積層した、ＣＯ2と解離平衡をなす炭酸塩と、からなる
二酸化炭素センサにおいて、前記固体電解質が、ＬｉＬ
ｎＳｉＯ4（Ｌｎは希土類元素を示す）で表される化合
物と、ＬｉＡｌＳｉＯ4で表される化合物と、を含む混
合物を焼成した焼結体であることを特徴とする二酸化炭
素センサを開発し、本発明を完成させた。
【００１０】ＬｉＬｎＳｉＯ4で表される化合物として
は、ＬｉＳｍＳｉＯ4、ＬｉＬａＳｉＯ4、ＬｉＰｒＳｉ
Ｏ4、又はＬｉＮｄＳｉＯ4を用いることが好ましく、前
記混合物の組成は、ＬｉＬｎＳｉＯ4で表される化合物
が１〜７５モル％であり、ＬｉＡｌＳｉＯ4で表される
化合物が９９〜２５モル％であることが好ましい。
は、ＬｉＳｍＳｉＯ4、ＬｉＬａＳｉＯ4、ＬｉＰｒＳｉ
Ｏ4、又はＬｉＮｄＳｉＯ4を用いることが好ましく、前
記混合物の組成は、ＬｉＬｎＳｉＯ4で表される化合物
が１〜７５モル％であり、ＬｉＡｌＳｉＯ4で表される
化合物が９９〜２５モル％であることが好ましい。
【００１１】本発明による二酸化炭素センサによれば、
ＣＯ2に対する特異性に優れ、特にＨ2Ｏに対する感応性
が低く、ＣＯ2に対する感応性に優れるため、湿度の変
化に対しても極めて正確な二酸化炭素濃度の測定をする
ことができる。
ＣＯ2に対する特異性に優れ、特にＨ2Ｏに対する感応性
が低く、ＣＯ2に対する感応性に優れるため、湿度の変
化に対しても極めて正確な二酸化炭素濃度の測定をする
ことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】固体電解質としては、ＬｉＬｎＳ
ｉＯ4（Ｌｎは希土類元素を示す）で表される化合物
と、ＬｉＡｌＳｉＯ4で表される化合物と、を含む混合
物を焼成した焼結体であれば、種々のものを用いること
ができる。ＬｉＬｎＳｉＯ4（Ｌｎは希土類元素を示
す）のＬｎとしては、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリ
ウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プ
ラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム
（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅ
ｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジ
スプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウ
ム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙ
ｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）等を用いることができるが、
ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ガド
リニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、
エルビウム、ツリウム、ルテチウムからなる群から選択
されることが好ましく、更に好ましくはサマリウム、ラ
ンタン、プラセオジム、ネオジムからなる群から選択さ
れることであり、特に好ましくはサマリウムである。
ｉＯ4（Ｌｎは希土類元素を示す）で表される化合物
と、ＬｉＡｌＳｉＯ4で表される化合物と、を含む混合
物を焼成した焼結体であれば、種々のものを用いること
ができる。ＬｉＬｎＳｉＯ4（Ｌｎは希土類元素を示
す）のＬｎとしては、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリ
ウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プ
ラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム
（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅ
ｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジ
スプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウ
ム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙ
ｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）等を用いることができるが、
ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ガド
リニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、
エルビウム、ツリウム、ルテチウムからなる群から選択
されることが好ましく、更に好ましくはサマリウム、ラ
ンタン、プラセオジム、ネオジムからなる群から選択さ
れることであり、特に好ましくはサマリウムである。
【００１３】固体電解質は、上記ＬｉＬｎＳｉＯ4で表
される化合物と、ＬｉＡｌＳｉＯ4で表される化合物
と、を含む混合物を焼成して得られ、該混合物は、Ｌｉ
ＬｎＳｉＯ4で表される化合物と、ＬｉＡｌＳｉＯ4で表
される化合物と、を含有すればよく、他の化合物、又は
焼結助剤等の添加物を含有してもよい。ＬｉＬｎＳｉＯ
4で表される化合物と、ＬｉＡｌＳｉＯ4で表される化合
物と、の混合比は特に限定しないが、ＬｉＬｎＳｉＯ4
が１〜７５モル％、ＬｉＡｌＳｉＯ4が９９〜２５モル
％であることが好ましく、更に好ましくはＬｉＬｎＳｉ
Ｏ4が５〜５０モル％、ＬｉＡｌＳｉＯ4が９５〜５０モ
ル％であり、特に好ましくはＬｉＬｎＳｉＯ4が１０〜
４０モル％、ＬｉＡｌＳｉＯ4が９０〜６０モル％であ
り、最も好ましくはＬｉＬｎＳｉＯ4が２５モル％、Ｌ
ｉＡｌＳｉＯ4が７５モル％である。また焼成は、雰囲
気焼結、型加圧焼結、雰囲気加圧焼結、反応焼結等の公
知の方法により行うことができ、雰囲気は、不活性ガ
ス、酸化性雰囲気、還元性雰囲気等を用いることができ
る。
される化合物と、ＬｉＡｌＳｉＯ4で表される化合物
と、を含む混合物を焼成して得られ、該混合物は、Ｌｉ
ＬｎＳｉＯ4で表される化合物と、ＬｉＡｌＳｉＯ4で表
される化合物と、を含有すればよく、他の化合物、又は
焼結助剤等の添加物を含有してもよい。ＬｉＬｎＳｉＯ
4で表される化合物と、ＬｉＡｌＳｉＯ4で表される化合
物と、の混合比は特に限定しないが、ＬｉＬｎＳｉＯ4
が１〜７５モル％、ＬｉＡｌＳｉＯ4が９９〜２５モル
％であることが好ましく、更に好ましくはＬｉＬｎＳｉ
Ｏ4が５〜５０モル％、ＬｉＡｌＳｉＯ4が９５〜５０モ
ル％であり、特に好ましくはＬｉＬｎＳｉＯ4が１０〜
４０モル％、ＬｉＡｌＳｉＯ4が９０〜６０モル％であ
り、最も好ましくはＬｉＬｎＳｉＯ4が２５モル％、Ｌ
ｉＡｌＳｉＯ4が７５モル％である。また焼成は、雰囲
気焼結、型加圧焼結、雰囲気加圧焼結、反応焼結等の公
知の方法により行うことができ、雰囲気は、不活性ガ
ス、酸化性雰囲気、還元性雰囲気等を用いることができ
る。
【００１４】基準電極又は検出電極の材質は、電気良導
体である白金、金、銀、銅、若しくはこれらを含む合金
であることが好ましい。電極は、上記金属若しくはその
化合物又はこれらに有機バインダー等を配合してペース
ト状としたもの等を用いて、電気メッキ、無電解メッ
キ、溶融メッキ、溶射、蒸着、イオンプレーティング、
メカニカルプレーティング、又は印刷法といった公知の
方法により固体電解質の所定の面に金属被膜を形成する
ことにより作製することが好ましい。特に、耐食性の点
から白金、又は白金を含むペーストを用いることが好ま
しい。更にこれら固体電解質、基準電極、及び検出電極
を一体焼成してもよい。また、金属メッシュを用いる、
又は金属を含むペーストに有機ビーズ等の可燃性物質を
添加し、塗布後これを焼失させることで、金属電極を多
孔質としてもよい。
体である白金、金、銀、銅、若しくはこれらを含む合金
であることが好ましい。電極は、上記金属若しくはその
化合物又はこれらに有機バインダー等を配合してペース
ト状としたもの等を用いて、電気メッキ、無電解メッ
キ、溶融メッキ、溶射、蒸着、イオンプレーティング、
メカニカルプレーティング、又は印刷法といった公知の
方法により固体電解質の所定の面に金属被膜を形成する
ことにより作製することが好ましい。特に、耐食性の点
から白金、又は白金を含むペーストを用いることが好ま
しい。更にこれら固体電解質、基準電極、及び検出電極
を一体焼成してもよい。また、金属メッシュを用いる、
又は金属を含むペーストに有機ビーズ等の可燃性物質を
添加し、塗布後これを焼失させることで、金属電極を多
孔質としてもよい。
【００１５】炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸リ
チウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等ＣＯ2と
解離平衡をなす種々の炭酸塩を用いることができる。炭
酸塩は検出電極上に所定量積層されることが好ましく、
積層しない場合には、検出電極内に所定量添加すること
が好ましい。
チウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等ＣＯ2と
解離平衡をなす種々の炭酸塩を用いることができる。炭
酸塩は検出電極上に所定量積層されることが好ましく、
積層しない場合には、検出電極内に所定量添加すること
が好ましい。
【００１６】得られた二酸化炭素センサは、基準電極と
検出電極との間の電位差を電圧計等を用いて測定するこ
とによりＣＯ2濃度を測定することができる。電圧計と
の接続は、電極の一部をメタライズ処理して電圧計から
のリードをロー付によって接続され得る。また本発明に
よる二酸化炭素センサは、セラミックヒータ等に付設し
てもよいし、その内部に挿入してもよい。セラミックヒ
ータに付設する場合には、二酸化炭素センサの基準電極
側に敷設するとよい。また、逆に、二酸化炭素センサ内
部にセラミックヒータ等を設けてもよい。
検出電極との間の電位差を電圧計等を用いて測定するこ
とによりＣＯ2濃度を測定することができる。電圧計と
の接続は、電極の一部をメタライズ処理して電圧計から
のリードをロー付によって接続され得る。また本発明に
よる二酸化炭素センサは、セラミックヒータ等に付設し
てもよいし、その内部に挿入してもよい。セラミックヒ
ータに付設する場合には、二酸化炭素センサの基準電極
側に敷設するとよい。また、逆に、二酸化炭素センサ内
部にセラミックヒータ等を設けてもよい。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例について更に詳説す
る。但し、本発明はこれらの実施例に決して限定されな
い。
る。但し、本発明はこれらの実施例に決して限定されな
い。
【００１８】＜実施例１＞本発明の実施例１の二酸化炭
素センサの概略断面図を図１に示す。図１において、１
は固体電解質を、２は基準電極を、３は検出電極を、４
は炭酸塩を、５は電圧計を、６はセラミックヒータを、
７はシールを表す。
素センサの概略断面図を図１に示す。図１において、１
は固体電解質を、２は基準電極を、３は検出電極を、４
は炭酸塩を、５は電圧計を、６はセラミックヒータを、
７はシールを表す。
【００１９】（１）ＬｉＳｍＳｉＯ4及びＬｉＡｌＳｉ
Ｏ4の調製 Ｌｉ2ＣＯ3、Ｓｍ2Ｏ3、ＳｉＯ2試薬をＬｉＳｍＳｉＯ4
に対応する組成となるように秤量し、これらを樹脂ミル
中で混合した後にＡｌ2Ｏ3製坩堝中で１０００℃の温度
で仮焼し、アルミナボールミル中で粉砕してＬｉＳｍＳ
ｉＯ4粉末を得た。同様にしてＬｉＡｌＳｉＯ4粉末を得
た。
Ｏ4の調製 Ｌｉ2ＣＯ3、Ｓｍ2Ｏ3、ＳｉＯ2試薬をＬｉＳｍＳｉＯ4
に対応する組成となるように秤量し、これらを樹脂ミル
中で混合した後にＡｌ2Ｏ3製坩堝中で１０００℃の温度
で仮焼し、アルミナボールミル中で粉砕してＬｉＳｍＳ
ｉＯ4粉末を得た。同様にしてＬｉＡｌＳｉＯ4粉末を得
た。
【００２０】（２）固体電解質の調製 （１）で得られたＬｉＳｍＳｉＯ4粉末及びＬｉＡｌＳ
ｉＯ4粉末を、モル比がＬｉＳｍＳｉＯ4：ＬｉＡｌＳｉ
Ｏ4＝３：１となるよう秤量し、バインダーを加えて樹
脂ミル中で混合した。得られた粉末をプレス成形した後
にＣＩＰ成形を施し、空気中で１１００℃の温度で３時
間焼成してＬｉＳｍＳｉＯ4−ＬｉＡｌＳｉＯ4系固体電
解質１の焼結体を得た。
ｉＯ4粉末を、モル比がＬｉＳｍＳｉＯ4：ＬｉＡｌＳｉ
Ｏ4＝３：１となるよう秤量し、バインダーを加えて樹
脂ミル中で混合した。得られた粉末をプレス成形した後
にＣＩＰ成形を施し、空気中で１１００℃の温度で３時
間焼成してＬｉＳｍＳｉＯ4−ＬｉＡｌＳｉＯ4系固体電
解質１の焼結体を得た。
【００２１】（３）ＣＯ2センサの作製 （２）で得られた固体電解質１の対向する両面に電極
２，３を形成し、該固体電解質１の基準電極側にセラミ
ックヒータ６を、検出電極側に炭酸塩４を積層し、固体
電解質の側面部全体をシール７で密閉した後、両電極
２，３からリードを引き、電圧計５を接続して二酸化炭
素センサとした。
２，３を形成し、該固体電解質１の基準電極側にセラミ
ックヒータ６を、検出電極側に炭酸塩４を積層し、固体
電解質の側面部全体をシール７で密閉した後、両電極
２，３からリードを引き、電圧計５を接続して二酸化炭
素センサとした。
【００２２】＜実施例２〜３＞実施例１の（２）におい
て、固体電解質のモル比を、ＬｉＳｍＳｉＯ4：ＬｉＡ
ｌＳｉＯ4＝２：２とし、他を実施例１と同様にして作
製した二酸化炭素センサを実施例２、固体電解質のモル
比を、ＬｉＳｍＳｉＯ4：ＬｉＡｌＳｉＯ4＝１：３と
し、他を実施例１と同様にして作製した二酸化炭素セン
サを実施例３とした。
て、固体電解質のモル比を、ＬｉＳｍＳｉＯ4：ＬｉＡ
ｌＳｉＯ4＝２：２とし、他を実施例１と同様にして作
製した二酸化炭素センサを実施例２、固体電解質のモル
比を、ＬｉＳｍＳｉＯ4：ＬｉＡｌＳｉＯ4＝１：３と
し、他を実施例１と同様にして作製した二酸化炭素セン
サを実施例３とした。
【００２３】＜比較例１〜２＞実施例１の（２）におい
て、固体電解質のモル比を、ＬｉＳｍＳｉＯ4：ＬｉＡ
ｌＳｉＯ4＝４：０とし、他を実施例１と同様にして作
製した二酸化炭素センサを比較例１、固体電解質のモル
比を、ＬｉＳｍＳｉＯ4：ＬｉＡｌＳｉＯ4＝０：４と
し、他を実施例１と同様にして作製した二酸化炭素セン
サを比較例２とした。
て、固体電解質のモル比を、ＬｉＳｍＳｉＯ4：ＬｉＡ
ｌＳｉＯ4＝４：０とし、他を実施例１と同様にして作
製した二酸化炭素センサを比較例１、固体電解質のモル
比を、ＬｉＳｍＳｉＯ4：ＬｉＡｌＳｉＯ4＝０：４と
し、他を実施例１と同様にして作製した二酸化炭素セン
サを比較例２とした。
【００２４】＜ＣＯ2特性試験＞実施例３及び比較例１
〜２のＣＯ2特性を測定するため、ＣＯ2特性試験を行っ
た。実施例３及び比較例１〜２のＣＯ2センサの検出電
極側に接触させるＣＯ2の濃度を変化させて、電極間に
発生する起電力を測定した。この結果を図２に示す。図
２において、横軸はＣＯ2濃度（ｐｐｍ）を、縦軸は起
電力（ｍＶ）を示す。いずれの二酸化炭素センサもネル
ンスト式に従う良好な結果が得られており、いずれの二
酸化炭素センサもＣＯ2に対する感応性は良好であるこ
とを示している。
〜２のＣＯ2特性を測定するため、ＣＯ2特性試験を行っ
た。実施例３及び比較例１〜２のＣＯ2センサの検出電
極側に接触させるＣＯ2の濃度を変化させて、電極間に
発生する起電力を測定した。この結果を図２に示す。図
２において、横軸はＣＯ2濃度（ｐｐｍ）を、縦軸は起
電力（ｍＶ）を示す。いずれの二酸化炭素センサもネル
ンスト式に従う良好な結果が得られており、いずれの二
酸化炭素センサもＣＯ2に対する感応性は良好であるこ
とを示している。
【００２５】＜湿度特性測定試験＞実施例１〜３及び比
較例１〜２の二酸化炭素センサにおいて、湿度の変化に
対する特性を測定するため、湿度特性測定試験を行っ
た。実施例１〜３及び比較例１〜２の二酸化炭素センサ
において、相対湿度０％における二酸化炭素センサの両
電極間に発生する起電力と、相対湿度（ＲＨ）９０％に
おける二酸化炭素センサの両電極間に発生する起電力
と、を測定し、これらの差をとり、この起電力の差に対
応する気相中のＣＯ2濃度を計算した。測定条件は、大
気中、温度２０℃、ＣＯ2濃度５００ｐｐｍ、ヒータ温
度４５０℃である。この結果を表１に示す。
較例１〜２の二酸化炭素センサにおいて、湿度の変化に
対する特性を測定するため、湿度特性測定試験を行っ
た。実施例１〜３及び比較例１〜２の二酸化炭素センサ
において、相対湿度０％における二酸化炭素センサの両
電極間に発生する起電力と、相対湿度（ＲＨ）９０％に
おける二酸化炭素センサの両電極間に発生する起電力
と、を測定し、これらの差をとり、この起電力の差に対
応する気相中のＣＯ2濃度を計算した。測定条件は、大
気中、温度２０℃、ＣＯ2濃度５００ｐｐｍ、ヒータ温
度４５０℃である。この結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】表１において、ΔＶ0→90%RH（ｍＶ）と
は、９０％ＲＨの時の両電極間の起電力から０％ＲＨの
時の両電極間の起電力を減じた値であり、ＣＯ2濃度換
算誤差とは、９０％ＲＨ時における電極間の起電力から
計算したＣＯ2濃度の実際のＣＯ2濃度に対する誤差の割
合であり、例えば比較例１において＋６４％とは実際の
ＣＯ2濃度より測定されたＣＯ2濃度（観測値）の方が６
４％大きいことを示している。
は、９０％ＲＨの時の両電極間の起電力から０％ＲＨの
時の両電極間の起電力を減じた値であり、ＣＯ2濃度換
算誤差とは、９０％ＲＨ時における電極間の起電力から
計算したＣＯ2濃度の実際のＣＯ2濃度に対する誤差の割
合であり、例えば比較例１において＋６４％とは実際の
ＣＯ2濃度より測定されたＣＯ2濃度（観測値）の方が６
４％大きいことを示している。
【００２８】表１において、起電力の差が大きいほど湿
度に対して敏感であり、結果的にＣＯ2濃度の測定時に
大きな誤差となる。比較例１及び２は、各々６４％、３
８％であり極めて大きな値を示しており、ＣＯ2濃度の
測定時には湿度による誤差が大きく精密な測定をするこ
とができないのに対して、本発明の実施例１〜３におい
ては高くても１３％（実施例１）であり、更に実施例３
においては１％と湿度による誤差がほぼないに等しくな
り、湿度の変化に対しても極めて正確なＣＯ2濃度の測
定が可能であることを示している。
度に対して敏感であり、結果的にＣＯ2濃度の測定時に
大きな誤差となる。比較例１及び２は、各々６４％、３
８％であり極めて大きな値を示しており、ＣＯ2濃度の
測定時には湿度による誤差が大きく精密な測定をするこ
とができないのに対して、本発明の実施例１〜３におい
ては高くても１３％（実施例１）であり、更に実施例３
においては１％と湿度による誤差がほぼないに等しくな
り、湿度の変化に対しても極めて正確なＣＯ2濃度の測
定が可能であることを示している。
【００２９】
【発明の効果】本発明による二酸化炭素センサによれ
ば、特にＨ2Ｏに対する感応性が低く、ＣＯ2に対する感
応性に優れるため、湿度の変化に対する起電力の変動が
極めて小さく、精密な二酸化炭素濃度の測定をすること
ができる。
ば、特にＨ2Ｏに対する感応性が低く、ＣＯ2に対する感
応性に優れるため、湿度の変化に対する起電力の変動が
極めて小さく、精密な二酸化炭素濃度の測定をすること
ができる。
【図１】本発明の実施例１に関する概略断面図である。
【図２】本発明の実施例３及び比較例１及び２に関する
ＣＯ2濃度に対する電極間に発生する起電力の変化を示
す図である。
ＣＯ2濃度に対する電極間に発生する起電力の変化を示
す図である。
【符号の説明】 １・・・固体電解質 ２・・・基準電極 ３・・・検出電極 ４・・・炭酸塩 ５・・・電圧計 ６・・・セラミックヒータ ７・・・シール
Claims (3)
- 【請求項１】固体電解質と、該固体電解質の一面に形成
された基準電極と、該基準電極に対向する面に形成され
た検出電極と、該検出電極に積層された、ＣＯ2と解離
平衡をなす炭酸塩と、からなる二酸化炭素センサにおい
て、 前記固体電解質が、ＬｉＬｎＳｉＯ4（Ｌｎは希土類元
素を示す）で表される化合物と、ＬｉＡｌＳｉＯ4で表
される化合物と、を含む混合物を焼成した焼結体である
ことを特徴とする二酸化炭素センサ。 - 【請求項２】前記ＬｉＬｎＳｉＯ4が、ＬｉＳｍＳｉ
Ｏ4、ＬｉＬａＳｉＯ4、ＬｉＰｒＳｉＯ4、及びＬｉＮ
ｄＳｉＯ4からなる群から選択されることを特徴とする
請求項１に記載の二酸化炭素センサ。 - 【請求項３】前記混合物の組成が、１〜７５モル％のＬ
ｉＬｎＳｉＯ4で表される化合物と、９９〜２５モル％
のＬｉＡｌＳｉＯ4で表される化合物と、からなること
を特徴とする請求項１又は２に記載の二酸化炭素セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8097493A JPH09264873A (ja) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | 二酸化炭素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8097493A JPH09264873A (ja) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | 二酸化炭素センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09264873A true JPH09264873A (ja) | 1997-10-07 |
Family
ID=14193804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8097493A Withdrawn JPH09264873A (ja) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | 二酸化炭素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09264873A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000235017A (ja) * | 1999-02-15 | 2000-08-29 | Tokuyama Corp | 固体電解質型炭酸ガスセンサ素子 |
| EP2833135A1 (en) | 2013-08-02 | 2015-02-04 | NGK Insulators, Ltd. | Gas sensor |
| EP3051282A1 (en) | 2015-01-30 | 2016-08-03 | NGK Insulators, Ltd. | Gas sensor |
-
1996
- 1996-03-27 JP JP8097493A patent/JPH09264873A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000235017A (ja) * | 1999-02-15 | 2000-08-29 | Tokuyama Corp | 固体電解質型炭酸ガスセンサ素子 |
| EP2833135A1 (en) | 2013-08-02 | 2015-02-04 | NGK Insulators, Ltd. | Gas sensor |
| EP3051282A1 (en) | 2015-01-30 | 2016-08-03 | NGK Insulators, Ltd. | Gas sensor |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030603 |