JPH0949816A - Nox concentration detecting device and nox sensor used for the device - Google Patents

Nox concentration detecting device and nox sensor used for the device

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JPH0949816A
JPH0949816A JP19964395A JP19964395A JPH0949816A JP H0949816 A JPH0949816 A JP H0949816A JP 19964395 A JP19964395 A JP 19964395A JP 19964395 A JP19964395 A JP 19964395A JP H0949816 A JPH0949816 A JP H0949816A
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nox
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oxide
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孝裕 梅田
Takeshi Nagai
彪 長井
Kenzo Ochi
謙三 黄地
Akio Fukuda
明雄 福田
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CHIKYU KANKYO SANGYO GIJUTSU
CHIKYU KANKYO SANGYO GIJUTSU KENKYU KIKO
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CHIKYU KANKYO SANGYO GIJUTSU
CHIKYU KANKYO SANGYO GIJUTSU KENKYU KIKO
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simple NOx concentration detector which can easily detect NOx concentrations by inexpensively performing simple computation in a short time. SOLUTION: A NOx concentration detecting device is provided with an electrolyte 1, a first electrode 2 and a reference electrode 3 which are provided on one of the facing surfaces of the electrolyte 1 and do not absorb NOx, a second electrode 4 which is provided on the other surface of the electrolyte 1 so that the electrode 4 can face the electrodes 2 and 3 and absorbs NOx, an impedance measuring instrument 5 which applies an AC voltage across the electrodes 2 and 4 and measures the impedance between the electrodes 3 and 4, and an arithmetic means 6 which computes the NOx concentration from the measured impedance.

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、家庭用燃焼機器あるい
は自動車などから排出される多量の酸素や二酸化炭素が
含まれる燃焼排ガス中で微量のNOx濃度を検出するN
Ox検出方法と装置およびこれに用いるNOxセンサに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is for detecting a trace amount of NOx concentration in combustion exhaust gas containing a large amount of oxygen and carbon dioxide discharged from household combustion equipment or automobiles.
The present invention relates to an Ox detection method and device and a NOx sensor used for the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、家庭用燃焼機器や自動車などの内
燃機関から排出されるNOxは、人体に有害であるだけ
でなく、大気汚染や酸性雨など地球環境の破壊の原因と
もなり、NOx濃度を正確に検出する技術の確立が強く
望まれており、電解質を用いたNOxセンサの利用が多
くなってきている。
2. Description of the Related Art In recent years, NOx emitted from internal combustion engines such as household combustion equipment and automobiles is not only harmful to humans, but also causes environmental pollution such as air pollution and acid rain, resulting in NOx concentration. There is a strong demand for the establishment of a technique for accurately detecting NOx, and the use of NOx sensors using electrolytes is increasing.

【0003】従来、特開平6−18480号公報はこの
種のNOxセンサを開示しており、これが一般的なもの
となっている。
Conventionally, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 6-18480 discloses this type of NOx sensor, which is generally used.

【0004】この従来のNOxセンサは、図5に示すよ
うに安定化ジルコニアなどから成る酸素イオン伝導性固
体電解質aと、この電界質aを挟んで設けられた白金電
極bおよびロジウム電極cといった、NOxの分解特性
が互いに異なる組成で形成された一組の電極とで構成さ
れている。
As shown in FIG. 5, this conventional NOx sensor includes an oxygen ion conductive solid electrolyte a made of stabilized zirconia and a platinum electrode b and a rhodium electrode c sandwiching the electrolyte a. It is composed of a pair of electrodes formed of compositions having different NOx decomposition characteristics.

【0005】このNOxセンサにNOxを含む被測定ガ
スが導入され曝露されると、各電極b、c上でのNOx
分解速度が異なることによって電極間に起電力が生じ
る。NOx濃度が増加すると、各電極b、c上における
分解速度が増加し電極b、c間で発生する起電力も増大
する。
When a measured gas containing NOx is introduced into and exposed to this NOx sensor, NOx on each of the electrodes b and c is exposed.
Electromotive force is generated between the electrodes due to the different decomposition rates. When the NOx concentration increases, the decomposition rate on each electrode b, c increases and the electromotive force generated between the electrodes b, c also increases.

【0006】したがって、各電極b、c間の起電力はN
Ox濃度に依存しており、この電極間の電位差を電圧計
dにより測定することによりNOx濃度を検出すること
ができる。
Therefore, the electromotive force between the electrodes b and c is N
It depends on the Ox concentration, and the NOx concentration can be detected by measuring the potential difference between the electrodes with a voltmeter d.

【0007】特開平6−18480号公報はまた、この
NOxセンサを620〜930℃で動作した場合、50
ppm程度の酸素が含まれる被測定ガス中で0〜100
0ppmのNO濃度を検出することができることを開示
している。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-18480 discloses that when the NOx sensor is operated at 620 to 930 ° C.,
0 to 100 in the gas under measurement containing about ppm of oxygen
It discloses that a NO concentration of 0 ppm can be detected.

【0008】[0008]

【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、NOxを分解できる異なる2種類の電極
が必要であり、どちらか一方が変化した場合は勿論、両
方の電極が変化しても、NOx分解速度と電極間の電位
差の関係が同じになることはまずなく、前記関係は崩れ
るため正確なNOx濃度を検出することができなくなる
という問題を有している。
However, in the above structure, two different kinds of electrodes capable of decomposing NOx are required, and when either one of them changes, of course, when both electrodes change, The relationship between the NOx decomposition rate and the potential difference between the electrodes is unlikely to be the same, and there is a problem that it is not possible to accurately detect the NOx concentration because the relationship is broken.

【0009】また、従来の構成において、電極間に生じ
る起電力はNOxセンサの動作温度に依存するし、その
依存度が電極の種類によって異なるので、被測定ガスの
温度が変化したり、加熱手段の劣化などにより動作温度
が変化した場合、正確なNOx濃度を検出することがで
きなくなるという問題を有している。
Further, in the conventional structure, the electromotive force generated between the electrodes depends on the operating temperature of the NOx sensor, and the degree of dependence differs depending on the type of the electrode, so that the temperature of the gas to be measured changes or the heating means. However, if the operating temperature changes due to deterioration, the NOx concentration cannot be accurately detected.

【0010】また、従来の構成では、被測定ガス中に1
0%程度の多量の酸素が含まれる場合、正確なNOx濃
度を検出することができないという問題もある。
Further, in the conventional configuration, 1 is contained in the gas to be measured.
When a large amount of oxygen of about 0% is included, there is also a problem that an accurate NOx concentration cannot be detected.

【0011】そこで、本出願人は、NOxを分解あるい
は吸着できる必要な電極が1種類でよく、電極が変化し
ても正確なNOx濃度を検出できるNOxセンサおよび
検出装置を先に提案した。
Therefore, the applicant of the present invention has previously proposed a NOx sensor and a detection device capable of decomposing or adsorbing NOx, only one type of electrode is required, and capable of detecting an accurate NOx concentration even if the electrode changes.

【0012】このものは、電解質の両側でNOx吸着性
のない電極とNOx吸着性のある電極とが対向するNO
xセンサを、所定の動作温度にて被検出ガスに曝露さ
せ、このときのNOx吸着性のある電極とNOx吸着性
のない対向電極との間のインピーダンスから、被測定ガ
ス中のNOx濃度を検出するようにしている。
In this device, the NOx-adsorptive electrode and the NOx-adsorptive electrode face each other on both sides of the electrolyte.
The x sensor is exposed to the gas to be detected at a predetermined operating temperature, and the NOx concentration in the gas to be measured is detected from the impedance between the NOx adsorbing electrode and the counter electrode that does not adsorb NOx at this time. I am trying to do it.

【0013】このように、被測定ガスに曝露されるNO
xセンサが、電解質の両側で対向している対向電極の内
の一方の電極がNOx吸着性を有していることにより、
所定の動作温度で被測定ガス中のNOxと電極反応して
これを分解、吸着し、NOx吸着性がなく電極反応がほ
とんど生じない対向電極との間にNOx濃度に依存した
インピーダンスが得られるので、NOx吸着性のある電
極は1つでよいので、電極が変化することにより電極間
のNOx分解速度の相関性が変化するといった問題がな
く、前記インピーダンスからNOx濃度を正確に検出す
ることができる。
Thus, NO exposed to the gas to be measured
In the x sensor, one of the counter electrodes facing each other on both sides of the electrolyte has NOx adsorption,
At a given operating temperature, NOx in the gas to be measured reacts with the electrode to decompose and adsorb it, and an impedance that depends on the NOx concentration can be obtained between the counter electrode and the counter electrode that has no NOx adsorbing property and causes almost no electrode reaction. Since only one electrode having NOx adsorbing property is required, it is possible to accurately detect the NOx concentration from the impedance without the problem that the correlation of the NOx decomposition rate between the electrodes changes due to the change of the electrode. .

【0014】しかし、一般に、複素インピーダンス法に
より求まる固体電解質の2電極間のインピーダンスの実
数部を横軸、虚数部を縦軸にプロットすると、高周波側
から固体電解質のバルク、粒界および電極反応での成分
を表す3つの円弧が観測される。各円弧が実数軸を切り
取る線分の大きさが各成分の抵抗である。実際にインピ
ーダンスを測定すると、測定周波数に従い各成分のイン
ピーダンスが連続的に現れるため、得られる連続曲線を
3つの円弧ができるようにフィッティングさせることに
より各成分の抵抗を求めることができ、第2の電極の電
極反応抵抗を正確に求めるには、全体の抵抗からバルク
抵抗および粒界抵抗を減算する必要がある。このため、
装置および演算が複雑になりコスト上昇の原因になる
し、処理時間が長くなる。
However, in general, when the real part of the impedance between two electrodes of the solid electrolyte obtained by the complex impedance method is plotted on the horizontal axis and the imaginary part is plotted on the vertical axis, the solid electrolyte bulk, grain boundary and electrode reaction are observed from the high frequency side. Three arcs representing the component of are observed. The size of the line segment that cuts the real number axis from each arc is the resistance of each component. When the impedance is actually measured, the impedance of each component appears continuously according to the measurement frequency. Therefore, the resistance of each component can be obtained by fitting the obtained continuous curve so that three arcs are formed. In order to accurately determine the electrode reaction resistance of the electrode, it is necessary to subtract the bulk resistance and the grain boundary resistance from the total resistance. For this reason,
The device and operation become complicated, which causes a cost increase and the processing time becomes long.

【0015】本発明は、このような問題を解消すること
を課題とし、装置および演算が簡単で、安価かつ処理時
間の短いNOx濃度検出装置およびこれに用いるNOx
センサを提供することを主たる目的とする。
An object of the present invention is to solve such a problem, and a NOx concentration detecting apparatus and a NOx concentration detecting apparatus which are simple in apparatus and calculation, inexpensive and short in processing time, and NOx used therein.
The main purpose is to provide a sensor.

【0016】また、NOxセンサの動作温度が変化して
も正確なNOx濃度を検出できるNOx濃度検出装置お
よびNOxセンサ提供することを目的とする。
It is another object of the present invention to provide a NOx concentration detecting device and a NOx sensor that can accurately detect the NOx concentration even if the operating temperature of the NOx sensor changes.

【0017】また、被測定ガス中に10%程度の多量の
酸素および二酸化炭素が含まれる場合でも正確なNOx
濃度を検出できるNOx濃度検出装置およびNOxセン
サを提供することを目的とする。
Even when the measured gas contains a large amount of oxygen and carbon dioxide of about 10%, accurate NOx is obtained.
An object is to provide a NOx concentration detection device and a NOx sensor that can detect the concentration.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、請求項1の発明のNOx濃度検出装置は、
電解質と、電解質の相対向する一方の面に設けられたN
Ox吸着性のない第1の電極および参照電極と、電解質
の他方の面に第1の電極および参照電極の両方に対向し
て設けられたNOx吸着性のある第2の電極と、第1の
電極および第2の電極の間に交流を印加し、参照電極お
よび第2の電極の間のインピーダンスを測定するインピ
ーダンス測定器と、この測定したインピーダンスからN
Ox濃度を算出する演算手段とを備えたことを特徴とす
るものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the NOx concentration detecting apparatus of the invention of claim 1 is
Electrolyte and N provided on one surface of the electrolyte facing each other
A first electrode and a reference electrode having no Ox adsorbing property, a second electrode having NOx adsorbing property provided on the other surface of the electrolyte so as to face both the first electrode and the reference electrode, and An impedance measuring device for measuring the impedance between the reference electrode and the second electrode by applying an alternating current between the electrode and the second electrode, and N from the measured impedance.
It is characterized in that it comprises an arithmetic means for calculating the Ox concentration.

【0019】請求項2の発明のNOx濃度検出装置は、
電解質と、電解質の相対向する一方の面に設けられたN
Ox吸着性のない第1の電極および参照電極と、電解質
の他方の面に第1の電極および参照電極の両方に対向し
て設けられたNOx吸着性のある第2の電極と、第1の
電極および第2の電極の間に交流を印加し、参照電極お
よび第1の電極の間と、参照電極および第2の電極の間
とのインピーダンスを測定するインピーダンス測定器
と、参照電極および第1の電極の間で得られたインピー
ダンスから温度を算出し、参照電極および第2の電極の
間で得られたインピーダンスと算出した温度からNOx
濃度を算出する演算手段とを備えたことを特徴とするも
のである。
The NOx concentration detecting device of the invention of claim 2 is
Electrolyte and N provided on one surface of the electrolyte facing each other
A first electrode and a reference electrode having no Ox adsorbing property, a second electrode having NOx adsorbing property provided on the other surface of the electrolyte so as to face both the first electrode and the reference electrode, and An alternating current is applied between the electrode and the second electrode to measure impedance between the reference electrode and the first electrode and between the reference electrode and the second electrode, and the reference electrode and the first electrode. The temperature is calculated from the impedance obtained between the electrodes, and the NOx is calculated from the impedance obtained between the reference electrode and the second electrode and the calculated temperature.
It is characterized in that it is provided with a calculating means for calculating the concentration.

【0020】請求項3の発明のNOxセンサは、電解質
と、電解質の相対向する一方の面に設けられた第1の電
極および参照電極と、電解質の他方の面に設けられて第
1の電極および参照電極の両方に対向して設けられた第
2の電極とを備えたことを特徴とするものである。
According to another aspect of the NOx sensor of the present invention, an electrolyte, a first electrode and a reference electrode provided on one surface of the electrolyte facing each other, and a first electrode provided on the other surface of the electrolyte. And a second electrode provided so as to face both the reference electrode and the reference electrode.

【0021】請求項4の発明のNOxは、請求項3の発
明においてさらに、第2の電極がNOx吸着性酸化物を
含むものである。
According to the invention of claim 4, in the invention of claim 3, the second electrode further comprises a NOx adsorbing oxide.

【0022】請求項5の発明のNOxは、請求項3、4
の発明のいずれか1つにおいてさらに、電解質が、酸素
イオン伝導性の固体電解質である。
The NOx of the invention of claim 5 is the same as those of claims 3 and 4.
In any one of the invention of 1 above, the electrolyte is a solid electrolyte having oxygen ion conductivity.

【0023】請求項6の発明のNOxセンサは、請求項
3〜5の発明のいずれか1つにおいてさらに、第2の電
極が、貴金属とNOx吸着性酸化物と多孔質な酸化物を
含むものである。
According to the NOx sensor of the sixth aspect of the present invention, in addition to any one of the third to fifth aspects of the present invention, the second electrode further contains a noble metal, a NOx adsorbing oxide, and a porous oxide. .

【0024】請求項7の発明のNOxセンサは、請求項
3〜5の発明のいずれか1つにおいてさらに、第2の電
極が、貴金属とNOx吸着性酸化物と酸化鉄を含むもの
である。
According to a seventh aspect of the present invention, in the NOx sensor according to any one of the third to fifth aspects, the second electrode further comprises a noble metal, a NOx adsorbing oxide, and iron oxide.

【0025】請求項8の発明のNOxセンサは、請求項
3〜5の発明のいずれか1つにおいてさらに、第2の電
極が、貴金属とNOx吸着性酸化物と金を含むものであ
る。
According to the NOx sensor of the eighth aspect of the present invention, in addition to any one of the third to fifth aspects of the present invention, the second electrode further contains a noble metal, a NOx adsorbing oxide, and gold.

【0026】請求項9の発明のNOxセンサは、請求項
3〜5の発明のいずれか1つにおいてさらに、第2の電
極が、貴金属と複合酸化物あるいは貴金属と1種類以上
の酸化物を含むものである。
In the NOx sensor of the ninth aspect of the present invention, the second electrode may further include a noble metal and a complex oxide or a noble metal and one or more kinds of oxides. It is a waste.

【0027】請求項10の発明のNOxセンサは、請求
項3〜9の発明のいずれか1つにおいてさらに、電解質
が、酸素イオン伝導性の固体電解質である。
According to the NOx sensor of the tenth aspect of the present invention, in addition to any one of the third to ninth aspects of the invention, the electrolyte is an oxygen ion conductive solid electrolyte.

【0028】[0028]

【作用】請求項1の発明のNOx濃度検出装置の上記構
成では、第1の電極と電解質を挟んで対向する第2の電
極がNOx吸着性を有していることにより、所定の動作
温度で被測定ガス中のNOxと電極反応してこれを分
解、吸着し、NOx吸着性がなく電極反応がほとんど生
じない対向電極との間にNOx濃度に依存したインピー
ダンスが得られて、NOx吸着性のある電極は1つでよ
く、電極が変化することにより電極間のNOx分解速度
の相関性が変化するといった問題がなく、前記インピー
ダンスからNOx濃度を検出することができる上、この
インピーダンスをNOx吸着性を有する電極と、これの
電極反応のために対向させた第1の電極とは別に設けた
対向電極としての参照電極との間で測定することによ
り、参照電極と第2の電極の間のバルク抵抗および粒界
抵抗が、電極反応抵抗に比べて無視できる程度に小さい
ので、低周波側で円弧が横軸と交わる点すなわち全体の
抵抗を電極反応抵抗に近時することができ、全体の抵抗
からバルク抵抗および粒界抵抗を減算する演算を省略す
ることができ、装置および演算の簡単な安価で処理時間
も短いものとすることができる。
In the above structure of the NOx concentration detector of the present invention, the second electrode, which is opposed to the first electrode with the electrolyte interposed therebetween, has the NOx adsorbing property so that the second electrode can be operated at a predetermined operating temperature. An electrode that reacts with NOx in the gas to be measured is decomposed and adsorbed, and an impedance that depends on the NOx concentration is obtained between the counter electrode that has no NOx adsorbability and almost no electrode reaction occurs. Only one electrode is required, and there is no problem that the correlation of the NOx decomposition rate between the electrodes changes due to the change of the electrodes, the NOx concentration can be detected from the impedance, and this impedance can be used as the NOx adsorbing property. And the second electrode, which is provided separately from the first electrode opposed to the electrode having the Since the bulk resistance and grain boundary resistance between the poles are so small that they can be ignored compared to the electrode reaction resistance, the point where the arc intersects the horizontal axis on the low frequency side, that is, the overall resistance may be close to the electrode reaction resistance. Therefore, the calculation for subtracting the bulk resistance and the grain boundary resistance from the total resistance can be omitted, and the apparatus and the calculation can be inexpensive and the processing time can be short.

【0029】請求項2の発明のNOx濃度検出装置の上
記構成では、請求項1の発明と同様にNOx吸着性を有
する第2の電極と参照電極との間のインピーダンスか
ら、全体の抵抗からバルクおよび粒界抵抗を減算する演
算を省略して、NOx濃度を検出するが、特に、参照電
極と第1の電極の間のインピーダンスから動作温度を算
出し、参照電極と前記第2の電極の間のインピーダンス
および前記動作温度からNOx濃度を演算することによ
り、動作温度が変化しても正確なNOx濃度を検出する
ことができる。
In the above configuration of the NOx concentration detecting device of the invention of claim 2, the impedance between the second electrode having NOx adsorbing property and the reference electrode is the same as in the invention of claim 1, from the total resistance to the bulk. The NOx concentration is detected by omitting the calculation for subtracting the grain boundary resistance, and in particular, the operating temperature is calculated from the impedance between the reference electrode and the first electrode, and the operation temperature between the reference electrode and the second electrode is calculated. By calculating the NOx concentration from the impedance and the operating temperature, an accurate NOx concentration can be detected even if the operating temperature changes.

【0030】一般に、バルク抵抗および粒界抵抗は固体
電解質により決まり、電極面積が一定であれば動作温度
に依存する。
Generally, the bulk resistance and the grain boundary resistance are determined by the solid electrolyte, and if the electrode area is constant, it depends on the operating temperature.

【0031】本発明の電極の構成によれば参照電極と第
1の電極の間のインピーダンスを測定し、バルク抵抗を
求めれば、動作温度を算出することができる。そして、
参照電極と第2の電極の間のインピーダンスからその動
作温度に対応した正確なNOx濃度を算出することがで
きる。
According to the structure of the electrode of the present invention, the operating temperature can be calculated by measuring the impedance between the reference electrode and the first electrode and determining the bulk resistance. And
An accurate NOx concentration corresponding to the operating temperature can be calculated from the impedance between the reference electrode and the second electrode.

【0032】また、請求項3〜5の発明のいずれか1つ
のNOxセンサは、上記請求項1、2の発明のNOx濃
度検出装置に用いることができ、請求項4の発明のNO
xセンサの上記構成では、第2電極のNOx吸着性酸化
物の配合によって、NOxとの間に得られる電極反応の
特性を種々に操作することができる。請求項5の発明の
NOxセンサの上記構成では、第2の電極で窒素酸化物
と酸素との結合を弱めて分解するのに好都合で、酸素の
存在下でのNOx濃度の検出に有利なものとなる。
Further, the NOx sensor according to any one of the inventions of claims 3 to 5 can be used in the NOx concentration detecting device of the invention of claims 1 and 2, and the NOx of the invention of claim 4 can be used.
In the above configuration of the x sensor, the characteristics of the electrode reaction obtained with NOx can be variously manipulated by blending the NOx adsorbing oxide of the second electrode. The NOx sensor according to the invention of claim 5 is convenient for weakening and decomposing the bond between nitrogen oxide and oxygen at the second electrode, and is advantageous for detecting NOx concentration in the presence of oxygen. Becomes

【0033】請求項5〜10の発明のNOxセンサのい
ずれのものでも、それぞれの第2の電極上で触媒作用が
働き、被測定ガス中に多量の酸素や二酸化炭素が含まれ
ていても、選択的にNOx濃度を検出することができ
る。
In any of the NOx sensors according to the inventions of claims 5 to 10, even if a large amount of oxygen or carbon dioxide is contained in the gas to be measured, a catalytic action is exerted on each second electrode, The NOx concentration can be selectively detected.

【0034】[0034]

【実施の形態】以下、本発明の幾つかの実施の形態につ
き図面を参照しながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Some embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0035】図1に示す本発明の第1の実施の形態は、
NOx濃度検出のために好適なNOxセンサを提供して
いる。
The first embodiment of the present invention shown in FIG.
A NOx sensor suitable for detecting NOx concentration is provided.

【0036】図に示すように、酸素イオン伝導性を有す
る板状の固体電解質1と、電解質1の片面に形成された
第1の電極2および参照電極3と、電解質1を挟んで第
1の電極2と参照電極3に対向して設けられ、NOx吸
着性酸化物を含む第2の電極4とで構成される。
As shown in the figure, a plate-shaped solid electrolyte 1 having oxygen ion conductivity, a first electrode 2 and a reference electrode 3 formed on one surface of the electrolyte 1, and a first electrode sandwiching the electrolyte 1 The second electrode 4 is provided so as to face the electrode 2 and the reference electrode 3 and includes a NOx adsorbing oxide.

【0037】このNOxセンサは、所定の動作温度にて
被検出ガスに曝露させ、このときのNOx吸着性のある
第2の電極4とNOx吸着性のない参照電極3との間の
インピーダンスから、被測定ガス中のNOx濃度を検出
することができる。インピーダンスの測定を第1の電極
2との間で行えば参照電極3は不要であるが、参照電極
3を用いる点に特徴がある。
This NOx sensor is exposed to the gas to be detected at a predetermined operating temperature, and the impedance between the second electrode 4 having NOx adsorbing property and the reference electrode 3 having no NOx adsorbing property at this time The NOx concentration in the measured gas can be detected. If the impedance is measured between the first electrode 2 and the first electrode 2, the reference electrode 3 is not necessary, but it is characterized in that the reference electrode 3 is used.

【0038】要するに、固体電解質1の両側で対向して
いる対向電極の内の一方の第2の電極4がNOx吸着性
を有していることにより、所定の動作温度で被測定ガス
中のNOxと電極反応してこれを分解、吸着し、NOx
吸着性がなく電極反応がほとんど生じない対向電極であ
る第1の電極2や参照電極3との間にNOx濃度に依存
したインピーダンスが得られるので、NOx吸着性のあ
る電極は1つでよいので電極が変化することにより電極
間のNOx分解速度の相関性が変化するといった問題が
なく、前記インピーダンスからNOx濃度を正確に検出
することができる。
In short, one of the counter electrodes facing each other on both sides of the solid electrolyte 1 has the NOx adsorbing property, so that the NOx in the gas to be measured at a predetermined operating temperature. Reacts with the electrode to decompose and adsorb it, and NOx
Since the impedance depending on the NOx concentration is obtained between the first electrode 2 and the reference electrode 3, which are the counter electrodes having no adsorptive property and hardly causing electrode reaction, only one electrode having the NOx adsorptive property is required. There is no problem that the correlation of the NOx decomposition rate between the electrodes changes due to the change of the electrodes, and the NOx concentration can be accurately detected from the impedance.

【0039】特に、本実施の形態のような参照電極3を
持ち、前記インピーダンスの測定を第2の電極4と参照
電極3との間で行うことにより、参照電極3と第2の電
極4の間のバルク抵抗および粒界抵抗が、電極反応抵抗
に比べて無視できる程度に小さいので、低周波側で円弧
が横軸と交わる点すなわち全体の抵抗を電極反応抵抗に
近時することができ、全体の抵抗からバルク抵抗および
粒界抵抗を減算する演算を省略することができ、装置お
よび演算の簡単な安価で処理時間も短いものとすること
ができる。
In particular, by having the reference electrode 3 as in this embodiment and measuring the impedance between the second electrode 4 and the reference electrode 3, the reference electrode 3 and the second electrode 4 are Since the bulk resistance and the grain boundary resistance between them are so small that they can be ignored as compared with the electrode reaction resistance, the point where the arc intersects the horizontal axis on the low frequency side, that is, the overall resistance can be approximated to the electrode reaction resistance. The calculation for subtracting the bulk resistance and the grain boundary resistance from the total resistance can be omitted, and the device and the calculation can be simple and inexpensive and the processing time can be short.

【0040】なお前記したように、複素インピーダンス
法により求まる固体電解質の2電極間のインピーダンス
の実数部を横軸、虚数部を縦軸にプロットすると、高周
波側から固体電解質のバルク、粒界および電極反応での
成分を表す3つの円弧が観測される。各円弧が実数軸を
切り取る線分の大きさが各成分の抵抗である。実際にイ
ンピーダンスを測定すると、測定周波数に従い各成分の
インピーダンスが連続的に現れるため、得られる連続曲
線を3つの円弧ができるようにフィッティングさせるこ
とにより各成分の抵抗を求めることができる。
As described above, when the real part of the impedance between the two electrodes of the solid electrolyte obtained by the complex impedance method is plotted on the horizontal axis and the imaginary part is plotted on the vertical axis, the bulk, grain boundaries and electrodes of the solid electrolyte are plotted from the high frequency side. Three arcs representing the components in the reaction are observed. The size of the line segment that cuts the real number axis from each arc is the resistance of each component. When the impedance is actually measured, the impedance of each component appears continuously according to the measurement frequency. Therefore, the resistance of each component can be obtained by fitting the obtained continuous curve so that three arcs are formed.

【0041】また、第2の電極4がNOx吸着性酸化物
を含むものであることにより、これの配合によってNO
xとの間に得られる電極反応を操作することができる利
点がある。固体電解質1が酸素イオン伝導性を有するも
のであることによっては、第2の電極4で窒素酸化物と
酸素との結合を弱めて分解するのに好都合で、酸素の存
在下でのNOx濃度の検出に有利なものとなる。
Further, since the second electrode 4 contains the NOx adsorbing oxide, the NOx is mixed with the NOx adsorbing oxide.
There is the advantage that the resulting electrode reaction with x can be manipulated. Depending on the fact that the solid electrolyte 1 has oxygen ion conductivity, it is convenient for weakening and decomposing the bond between nitrogen oxide and oxygen at the second electrode 4, and the NOx concentration in the presence of oxygen This is advantageous for detection.

【0042】実施例1 まずイットリアを8モル%添加した安定化ジルコニアか
ら成る12.5mm×25mm×厚さ0.5mmの固体
電解質1基板を十分に洗浄し、図1のように片面に8.
5mm×23mmの第1の電極2と1mm×23mmの
参照電極3を形成するため、スクリーン印刷法により、
白金ペーストを同時に印刷、約100℃で乾燥した。次
に固体電解質1を挟んで第1の電極2および参照電極3
の両方に対向して10.5mm×23mmの第2の電極
4を形成するため、白金にNOx吸着性酸化物である酸
化バリウムイットリウム銅(Ba2 YCu3 7 )を2
0wt%混合した混合ペーストを同じ方法で印刷、乾燥
した。これを大気中820℃で10分間電気炉を用い焼
成し、焼成後の第1の電極2および参照電極3の厚さは
それぞれ約20μm、第2の電極4の厚さは約40μm
であった。次に各電極に直径0.1mm、長さ20mm
の白金リード線を金ペーストで固定し、大気中700℃
で10分間焼成し、これを試料No.1とした。
Example 1 First, a 12.5 mm × 25 mm × 0.5 mm thick solid electrolyte substrate made of stabilized zirconia containing 8 mol% of yttria was thoroughly washed, and as shown in FIG.
In order to form the 5 mm × 23 mm first electrode 2 and the 1 mm × 23 mm reference electrode 3, a screen printing method was used.
The platinum paste was printed at the same time and dried at about 100 ° C. Next, the first electrode 2 and the reference electrode 3 with the solid electrolyte 1 sandwiched therebetween.
In order to form the second electrode 4 of 10.5 mm × 23 mm so as to face both of them, the NOx adsorbing oxide barium-yttrium-copper oxide (Ba 2 YCu 3 O 7 ) is added to platinum.
The mixed paste mixed with 0 wt% was printed and dried by the same method. This is fired in the air at 820 ° C. for 10 minutes using an electric furnace, and the thicknesses of the first electrode 2 and the reference electrode 3 after firing are each about 20 μm, and the thickness of the second electrode 4 is about 40 μm.
Met. Next, each electrode has a diameter of 0.1 mm and a length of 20 mm.
Fix the platinum lead wire with a gold paste and leave it in the air at 700 ° C.
The sample No. It was set to 1.

【0043】次に比較試料として、8.5mm×23m
m×40μmの第2の電極4を電解質1を挟んで第1の
電極2のみと対向するように設けた試料を試料No.1
と同様にして作成した。
Next, as a comparative sample, 8.5 mm × 23 m
A sample in which a second electrode 4 having a size of m × 40 μm is provided so as to face only the first electrode 2 with the electrolyte 1 interposed therebetween is Sample No. 1
Created in the same manner as.

【0044】次に試料No.1および比較試料をそれぞ
れ約450℃に加熱保持し、各第1の電極2および第2
の電極4の間にリード線を介し直流電源をそれぞれ接続
し、約500ppmのNOx(ヘリウムバランス)が約
200cc/minの流量で供給された石英管中で電流
密度が約10mA/cm2 となるように10分間電流を
流し、前処理を行った。
Next, sample No. 1 and the comparative sample were heated and held at about 450 ° C., respectively, and each of the first electrode 2 and the second electrode
A DC power source is connected between the electrodes 4 of each of the electrodes via a lead wire, and the current density becomes about 10 mA / cm 2 in a quartz tube supplied with about 500 ppm NOx (helium balance) at a flow rate of about 200 cc / min. Thus, a current was passed for 10 minutes to perform pretreatment.

【0045】こうして得られた各試料に図2の(a)の
ようにインピーダンス測定器5を接続し、試料NO.1
のNOxセンサによっては、本発明の第2の実施の形態
としてのNOx濃度検出装置を構成した。また、図2の
(b)は、インピーダンス測定器5からの出力によっ
て、NOx濃度を演算するマイクロコンピュータを利用
した演算手段6を採用し、これにインピーダンス測定器
5からの出力を入力し、所定の演算を行い、NOx濃度
出力を得るようにしている。演算手段6は他の各種の演
算や処理にも適用できる。しかし、マイクロコンピュー
タ以外の専用機器であってもよいのは勿論である。
An impedance measuring instrument 5 was connected to each of the samples thus obtained as shown in FIG. 1
The NOx concentration detecting device according to the second embodiment of the present invention is configured by the NOx sensor of. In addition, FIG. 2B employs a calculation unit 6 that uses a microcomputer to calculate the NOx concentration by the output from the impedance measuring device 5, to which the output from the impedance measuring device 5 is input, and a predetermined value is input. Is calculated to obtain the NOx concentration output. The calculation means 6 can be applied to other various calculations and processes. However, it goes without saying that it may be a dedicated device other than the microcomputer.

【0046】なお、電解質1はイットリウム安定化ジル
コニア以外に、他の安定化ジルコニア、セリア、酸化ビ
スマスなどの酸素イオン伝導性固体電解質でも良い。ま
た第1の電極2および参照電極3は白金以外に、電子伝
導性の良いその他の貴金属、卑金属あるいは酸化物でも
良い。第2の電極4に関しても白金と酸化バリウムイッ
トリウム銅の混合物以外に、ロジウム、パラジウムなど
他の貴金属と他のNOx吸着性酸化物の混合物でも良
い。電極を形成する方法として、他に無電解めっき法、
スパッタ法などでも良いが、簡単でコストが安いという
点でスクリーン印刷法が優れている。焼成時の温度、雰
囲気などは、実験により最も適した条件を求めることが
好ましい。また、前処理としてNOxセンサに直流電流
を流したが、交流電流でも良く、温度、雰囲気、電流密
度および時間などの処理条件は実験的に最適な条件を求
めることが好ましい。
In addition to the yttrium-stabilized zirconia, the electrolyte 1 may be an oxygen ion conductive solid electrolyte such as other stabilized zirconia, ceria or bismuth oxide. Further, the first electrode 2 and the reference electrode 3 may be other precious metals, base metals, or oxides having good electron conductivity, in addition to platinum. The second electrode 4 may also be a mixture of another noble metal such as rhodium or palladium and another NOx adsorbing oxide other than the mixture of platinum and barium yttrium copper oxide. Other methods for forming electrodes include electroless plating,
Although a sputtering method or the like may be used, the screen printing method is superior in that it is simple and inexpensive. It is preferable to determine the most suitable conditions for the temperature, atmosphere, etc. during firing by experiments. In addition, although a direct current was passed through the NOx sensor as a pretreatment, an alternating current may be used, and it is preferable to experimentally find optimum conditions for the treatment conditions such as temperature, atmosphere, current density and time.

【0047】次に各試料を内径20mm、長さ500m
mの石英管内に固定し、温度制御が可能な管状炉によ
り、約450℃に加熱保持した。石英管内には種々の濃
度の混合ガスを流量約200cc/minで供給した。
そしてインピーダンス測定器5により、第1の電極2と
第2の電極4の間に5mVの交流を印加し、周波数範囲
100mHz〜1MHzで各試料の参照電極3と第2の
電極4の間のインピーダンスを測定し、各バルク抵抗、
粒界抵抗および電極反応抵抗を求めた。
Next, each sample was set to have an inner diameter of 20 mm and a length of 500 m.
It was fixed in a quartz tube of m, and heated and held at about 450 ° C. by a tubular furnace capable of controlling temperature. A mixed gas of various concentrations was supplied into the quartz tube at a flow rate of about 200 cc / min.
Then, the impedance measuring instrument 5 applies an alternating current of 5 mV between the first electrode 2 and the second electrode 4, and the impedance between the reference electrode 3 and the second electrode 4 of each sample in the frequency range of 100 mHz to 1 MHz. Measure each bulk resistance,
Grain boundary resistance and electrode reaction resistance were determined.

【0048】500ppmのNOxを供給した時の、試
料No.1および比較試料のバルク抵抗はそれぞれ8Ω
および40Ω、電極反応抵抗はいずれも約1400Ωで
あった。粒界抵抗はいずれもほとんど観測されず他の抵
抗に比べ非常に小さいことが判った。またいずれのバル
ク抵抗も電極抵抗に比べて小さく全体の抵抗と電極反応
抵抗がほぼ等しいことが判った。また比較試料に比べ、
試料No.1のバルク抵抗はより小さく、全体の抵抗を
電極反応抵抗と考える場合、比較試料の電極の配置より
試料No.1の電極の配置の方がより正確なNOx濃度
を与えることが判った。しかし、比較試料もNOx吸着
性のある電極が1つでよいNOx濃度の検出方法の点で
は有効に利用でき、本発明の範疇に属する。
Sample No. when supplying NOx of 500 ppm. Bulk resistance of 1 and comparative sample is 8Ω each
And 40Ω, and the electrode reaction resistance was about 1400Ω. Almost no grain boundary resistance was observed and it was found that it was much smaller than other resistances. It was also found that all bulk resistances were smaller than the electrode resistances, and the overall resistance and the electrode reaction resistance were almost equal. Also, compared to the comparative sample,
Sample No. The bulk resistance of Sample No. 1 is smaller, and when the overall resistance is considered to be the electrode reaction resistance, Sample No. It has been found that the placement of one electrode gives a more accurate NOx concentration. However, the comparative sample can also be effectively used in terms of the method of detecting the NOx concentration, which requires only one electrode having NOx adsorbing property, and belongs to the category of the present invention.

【0049】次に試料No.1について供給ガスのNO
x濃度を500〜3000ppm、酸素濃度を0〜10
%と変化させた時の電極反応抵抗を求めた。NOx濃度
と電極反応抵抗の関係を図3に示す。図3において横軸
はNOx濃度、縦軸は電極反応抵抗Rの逆数を表してお
り、被測定ガス中に多量の酸素が存在しても正確なNO
x濃度を検出できることが判る。
Next, sample No. No. 1 Supply gas NO
x concentration is 500 to 3000 ppm, oxygen concentration is 0 to 10
The electrode reaction resistance when the percentage was changed was calculated. The relationship between the NOx concentration and the electrode reaction resistance is shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents the NOx concentration and the vertical axis represents the reciprocal of the electrode reaction resistance R. Even if a large amount of oxygen is present in the gas to be measured, accurate NO
It can be seen that the x concentration can be detected.

【0050】次に同じく試料No.1について500p
pmNOx中におけるバルク抵抗の動作温度特性につい
て調べた。第1の電極2と第2の電極4の間に交流電圧
を印加し、参照電極3と第1の電極2の間のインピーダ
ンスを測定し、動作温度Tを400〜550℃まで変化
させたときのバルク抵抗Rbの変化を図4に示す。図4
より活性化エネルギーEは約1eVとなった。したがっ
てバルク抵抗が求まればNOxセンサの動作温度を算出
することができ、その温度に対応したNOx濃度を求め
ることができる。すなわち被測定ガスの温度が変化した
り、加熱手段の劣化などにより動作温度が変動しても正
確なNOx濃度を求めることができる。
Next, sample No. 500p for 1
The operating temperature characteristic of the bulk resistance in pmNOx was investigated. When an AC voltage is applied between the first electrode 2 and the second electrode 4, the impedance between the reference electrode 3 and the first electrode 2 is measured, and the operating temperature T is changed from 400 to 550 ° C. FIG. 4 shows the change in the bulk resistance Rb. FIG.
The activation energy E was about 1 eV. Therefore, if the bulk resistance is obtained, the operating temperature of the NOx sensor can be calculated, and the NOx concentration corresponding to the temperature can be obtained. That is, an accurate NOx concentration can be obtained even if the temperature of the gas to be measured changes or the operating temperature changes due to deterioration of the heating means.

【0051】実施例2 実施例1の試料No.1において第2の電極4が異なる
以外は実施例1と同じである。
Example 2 Sample No. 1 of Example 1 Example 1 is the same as Example 1 except that the second electrode 4 is different.

【0052】試料No.1は多量の酸素が存在しても正
確なNOx濃度を検出することができたが、被測定ガス
中に多量の二酸化炭素が存在すると、第2の電極4の電
極反応抵抗が増加してしまい、正確なNOx濃度を示さ
なくなる。これは第2の電極4に含まれる酸化イットリ
ウムバリウム銅あるいは白金が二酸化炭素により被毒を
受け、電極表面を二酸化炭素が覆ってしまい、NOxあ
るいは酸素が電極上で起こす電極反応を妨害しているた
めであると考えられる。
Sample No. 1 was able to detect the accurate NOx concentration even in the presence of a large amount of oxygen, but when a large amount of carbon dioxide was present in the gas to be measured, the electrode reaction resistance of the second electrode 4 increased. , No more accurate NOx concentration is shown. This is because yttrium barium copper oxide or platinum contained in the second electrode 4 is poisoned by carbon dioxide, and the surface of the electrode is covered with carbon dioxide, and NOx or oxygen interferes with the electrode reaction occurring on the electrode. It is thought to be because of this.

【0053】本実施例は以下に示す試料NO.2〜試料
NO.9のように、被測定ガス中に共存する二酸化炭素
の影響を受けない第2の電極4を用いているため、多量
の二酸化炭素および酸素が存在しても安定した電極反応
抵抗が得られ、正確なNOx濃度を検出することができ
る。
In this example, the sample No. 2 to Sample No. Since the second electrode 4 that is not affected by the carbon dioxide coexisting in the gas to be measured is used as in 9, the stable electrode reaction resistance can be obtained even in the presence of a large amount of carbon dioxide and oxygen. An accurate NOx concentration can be detected.

【0054】なお、試料No.2〜9は実施例1と同様
にして作成した。
Sample No. 2 to 9 were prepared in the same manner as in Example 1.

【0055】試料No.2の第2の電極4は白金に5w
t%の酸化バリウムイットリウム銅および15wt%の
多孔質酸化セリウムを添加した混合物から成る。多孔質
な酸化物を添加することにより白金および酸化バリウム
イットリウム銅がより分散し、その触媒作用が活性化さ
れ二酸化炭素が共存してもNOxを吸着あるいは分解す
るものと考えられる。また酸化セリウムの他にセリウム
のような希土類元素を含む多孔質な酸化ランタンあるい
は酸化アルミニウムなどの酸化物あるいはそれらの混合
物でも良い。
Sample No. The second electrode 4 of 2 is platinum 5w
It consists of a mixture with t% barium yttrium copper oxide and 15 wt% porous cerium oxide added. It is considered that the addition of the porous oxide further disperses platinum and barium-yttrium-copper oxide, activates its catalytic action, and adsorbs or decomposes NOx even if carbon dioxide coexists. In addition to cerium oxide, a porous lanthanum oxide containing a rare earth element such as cerium, an oxide such as aluminum oxide, or a mixture thereof may be used.

【0056】試料No.3の第2の電極4は白金に酸化
鉄を予め混合した酸化バリウムイットリウム銅の混合粉
末を20wt%添加した混合物から成る。混合粉末は酸
化バリウムイットリウム銅粉末に20wt%の硝酸鉄水
和物を加え水溶液とし、分散させながら水分を蒸発させ
た後、大気中約900℃で焼結し、粉砕して得た。硝酸
鉄以外にも他の酸化鉄などの鉄化合物を酸化バリウムイ
ットリウム銅粉末に混合しても良い。鉄を添加すること
により、二酸化炭素が共存してもあまり影響を受けずに
NOxを吸着あるいは分解すると考えられる。
Sample No. The second electrode 4 of No. 3 is made of a mixture obtained by adding 20 wt% of a mixed powder of barium yttrium copper oxide in which iron oxide is premixed with platinum. The mixed powder was obtained by adding 20 wt% iron nitrate hydrate to barium yttrium copper powder as an aqueous solution, evaporating the water content while dispersing, and then sintering the powder at about 900 ° C. in the air and crushing it. Other than iron nitrate, other iron compounds such as iron oxide may be mixed with barium yttrium copper powder. It is considered that the addition of iron causes NOx to be adsorbed or decomposed with little influence even when carbon dioxide coexists.

【0057】試料No.4の第2の電極4は白金に20
wt%の酸化バリウムイットリウム銅を添加した混合物
とそれと同じ重量の金を混合した混合物から成り、大気
中約620℃で焼成した。金を添加することにより二酸
化炭素が共存しても安定したNOx濃度を検出できるよ
うになると考えられる。
Sample No. The second electrode 4 of 4 is platinum 20
The mixture was composed of a mixture containing wt% barium-yttrium copper oxide and a mixture containing the same weight of gold as the mixture, and was fired at about 620 ° C. in the atmosphere. It is considered that the addition of gold makes it possible to detect a stable NOx concentration even when carbon dioxide coexists.

【0058】試料No.5の第2の電極4は白金に20
wt%の酸化ランタンコバルト(LaCoO3 )を添加
した混合物から成る。酸化ランタンコバルトは、硝酸ラ
ンタンと硝酸コバルトより作成したが、酢酸塩など他の
化合物より調製しても良い。
Sample No. The second electrode 4 of 5 is platinum 20
It consists of a mixture with the addition of wt% lanthanum cobalt oxide (LaCoO 3 ). Lanthanum cobalt oxide was prepared from lanthanum nitrate and cobalt nitrate, but may be prepared from other compounds such as acetate.

【0059】酸化ランタンコバルトはペロブスカイト型
の複合酸化物でNOxなどを多く吸着あるいは吸収する
ことで一般に良く知られており、二酸化炭素が共存して
もNOx濃度を検出することができると考えられる。
Lanthanum cobalt oxide is a perovskite type complex oxide and is generally well known because it adsorbs or absorbs a large amount of NOx and the like, and it is considered that the NOx concentration can be detected even in the presence of carbon dioxide.

【0060】試料No.6の第2の電極4は白金に20
wt%の酸化ランタンストロンチウムコバルト(La
0.6 Sr0.4 CoC3 )を添加した混合物から成る。酸
化ランタンストロンチウムコバルトは試料No.5で用
いた酸化ランタンコバルトのランタンのサイトを一部ス
トロンチウムに置換したものである。
Sample No. The second electrode 4 of 6 is platinum 20
wt% lanthanum strontium cobalt oxide (La
0.6 Sr 0.4 CoC 3 ). Lanthanum strontium cobalt oxide is sample No. The lanthanum site of the lanthanum cobalt oxide used in Example 5 was partially replaced with strontium.

【0061】試料No.7の第2の電極4は白金に酸化
イットリムと酸化マグネシウムおよび酸化銅の混合物を
20wt%を添加した混合物から成る。
Sample No. The second electrode 4 of No. 7 is made of a mixture obtained by adding 20 wt% of a mixture of yttrium oxide, magnesium oxide and copper oxide to platinum.

【0062】試料No.8の第2の電極4は白金に20
wt%の酸化カルシウムイットリウム銅(Ca2 YCu
3 Ox)を添加した混合物から成る。酸化カルシウムイ
ットリウム銅は酸化バリウムイットリウム銅のバリウム
サイトに同じアルカリ土類金属のカルシウムで置換した
ものである。
Sample No. The second electrode 4 of 8 is platinum 20
wt% calcium oxide yttrium copper (Ca 2 YCu
3 Ox). Calcium yttrium oxide oxide is the barium site of yttrium copper oxide barium substituted with calcium of the same alkaline earth metal.

【0063】試料No.9の第2の電極4は白金に20
wt%の酸化マグネシウムと酸化ジルコニウムの混合物
を添加した混合物を添加した混合物から成る。
Sample No. The second electrode 4 of 9 is platinum 20
It comprises a mixture with addition of a mixture of a mixture of magnesium oxide and zirconium oxide in wt%.

【0064】以上No.2〜9の試料について実施例1
と同様にインピーダンスの測定を行った。表1にNOx
500ppm、酸素10%の混合ガス中およびNOx5
00ppm、酸素10%、二酸化炭素6%の混合ガス中
における各電極反応抵抗R1およびR2、また二酸化炭
素が含まれない時の電極反応抵抗R1に対する二酸化炭
素が含まれるときの電極反応抵抗R2の比R2/R1を
示す。
Above No. Example 1 for samples 2-9
The impedance was measured in the same manner as in. NOx in Table 1
In a mixed gas of 500 ppm, 10% oxygen and NOx5
Electrode reaction resistances R1 and R2 in a mixed gas of 00 ppm, 10% oxygen and 6% carbon dioxide, and a ratio of electrode reaction resistance R2 when carbon dioxide is contained to electrode reaction resistance R1 when carbon dioxide is not contained. Indicates R2 / R1.

【0065】[0065]

【表1】 [Table 1]

【0066】表1より試料No.1の白金と酸化バリウ
ムイットリウム銅と比較し、No.2〜9の試料は二酸
化炭素により受ける影響が小さく比が1に近いことが判
った。したがって試料No.2〜9のような第2の電極
4の構成であれば、被測定ガス中に多量の酸素および二
酸化炭素が共存してもNOxを選択的に分解、吸着し
て、NOx濃度を正確に検出できることが判った。
From Table 1, sample No. No. 1 was compared with platinum and barium yttrium copper oxide. It was found that the samples 2 to 9 were less affected by carbon dioxide and the ratio was close to 1. Therefore, the sample No. With the configuration of the second electrode 4 such as 2 to 9, even if a large amount of oxygen and carbon dioxide coexist in the gas to be measured, NOx is selectively decomposed and adsorbed to accurately detect the NOx concentration. I knew I could do it.

【0067】試料No.2〜9以外にも白金に酸化ビス
マス、酸化銅、酸化ジルコニウム、酸化バリウムなどの
酸化物を少なくとも1種以上混合した第2の電極4でも
よい。また酸化バリウム白金(BaPtOx)のような
複合酸化物と白金の混合物などを用いてもよい。
Sample No. In addition to 2 to 9, the second electrode 4 may be platinum in which at least one kind of oxide such as bismuth oxide, copper oxide, zirconium oxide, barium oxide is mixed. Alternatively, a mixture of platinum with a complex oxide such as barium platinum oxide (BaPtOx) may be used.

【0068】[0068]

【発明の効果】請求項1の発明のNOx濃度検出装置に
よれば、NOx吸着性のある電極は1つで、電極が変化
することにより電極間のNOx分解速度の相関性が変化
するといった問題なくインピーダンスからNOx濃度を
検出するのに、このインピーダンスはNOx吸着性を有
する電極と参照電極との間で得て、参照電極と第2の電
極の間のバルク抵抗および粒界抵抗が、電極反応抵抗に
比べて無視できる程度に小さいのを利用し、全体の抵抗
からバルク抵抗および粒界抵抗を減算する演算を省略
し、装置および演算の簡単な安価で処理時間も短いもの
となる。
According to the NOx concentration detecting apparatus of the first aspect of the present invention, there is one NOx adsorbing electrode, and when the electrode changes, the correlation of the NOx decomposition rate between the electrodes changes. In order to detect the NOx concentration from the impedance without the impedance, this impedance is obtained between the NOx adsorbing electrode and the reference electrode, and the bulk resistance and the grain boundary resistance between the reference electrode and the second electrode cause the electrode reaction. Utilizing the fact that it is negligibly smaller than the resistance, the calculation for subtracting the bulk resistance and the grain boundary resistance from the total resistance is omitted, the device and the calculation are simple, and the processing time is short.

【0069】請求項2の発明のNOx濃度検出装置によ
れば、請求項1の発明と同様にNOx濃度を検出するの
に、参照電極と第1の電極の間のインピーダンスから得
た動作温度と、参照電極と前記第2の電極の間のインピ
ーダンスとからNOx濃度を得て、動作温度が変化して
も正確なNOx濃度を検出することができる。
According to the NOx concentration detector of the second aspect of the present invention, in order to detect the NOx concentration similarly to the first aspect of the invention, the operating temperature obtained from the impedance between the reference electrode and the first electrode is used. The NOx concentration can be obtained from the impedance between the reference electrode and the second electrode to accurately detect the NOx concentration even when the operating temperature changes.

【0070】また、請求項3〜5の発明のいずれか1つ
のNOxセンサは、上記請求項1、2の発明のNOx濃
度検出装置に用いることができ、請求項4の発明のNO
xセンサによれば、第2電極に含むNOx吸着性酸化物
の配合によってNOxとの電極反応を操作し、必要な濃
度検出を達成することができる。請求項5の発明のNO
xセンサによれば、第2の電極で窒素酸化物と酸素との
結合を弱めて分解するのに好都合で、酸素の存在下での
NOx濃度の検出に有利なものとなる。
Further, the NOx sensor according to any one of the inventions of claims 3 to 5 can be used in the NOx concentration detecting device of the invention of claims 1 and 2, and the NOx of the invention of claim 4 can be used.
According to the x sensor, the electrode reaction with NOx can be manipulated by mixing the NOx adsorbing oxide contained in the second electrode to achieve the required concentration detection. NO of the invention of claim 5
The x sensor is convenient for weakening and decomposing the bond between nitrogen oxide and oxygen at the second electrode, which is advantageous for detecting NOx concentration in the presence of oxygen.

【0071】請求項5〜10の発明のいずれか1つのN
Oxセンサによれば、それぞれの第2の電極上で触媒作
用が働き、被測定ガス中に多量の酸素や二酸化炭素が含
まれていても、選択的にNOx濃度を検出することがで
きる。
N according to any one of the inventions of claims 5 to 10
According to the Ox sensor, the catalytic action works on each of the second electrodes, and the NOx concentration can be selectively detected even if the measured gas contains a large amount of oxygen or carbon dioxide.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態としてのNOxセン
サの概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a NOx sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態としてのNOxセン
サを用いたNOx濃度検出装置の概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a NOx concentration detection device using a NOx sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図3】図1、図2のNOxセンサにおける電極反応抵
抗のNOx濃度特性図である。
FIG. 3 is a NOx concentration characteristic diagram of electrode reaction resistance in the NOx sensor of FIGS. 1 and 2.

【図4】図1、図2のNOxセンサのバルク抵抗の温度
特性図である。
FIG. 4 is a temperature characteristic diagram of the bulk resistance of the NOx sensor of FIGS. 1 and 2.

【図5】従来のNOxセンサの断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a conventional NOx sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電解質 2 第1の電極 3 参照電極 4 第2の電極 5 インピーダンス測定器 6 演算手段 1 Electrolyte 2 1st electrode 3 Reference electrode 4 2nd electrode 5 Impedance measuring device 6 Computing means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黄地 謙三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 福田 明雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Kenzo Ochi 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Akio Fukuda 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電解質と、電解質の相対向する一方の面
に設けられたNOx吸着性のない第1の電極および参照
電極と、電解質の他方の面に第1の電極および参照電極
の両方に対向して設けられたNOx吸着性のある第2の
電極と、第1の電極および第2の電極の間に交流を印加
し、参照電極および第2の電極の間のインピーダンスを
測定するインピーダンス測定器と、この測定したインピ
ーダンスからNOx濃度を算出する演算手段とを備えた
ことを特徴とするNOx濃度検出装置。
1. An electrolyte, a first electrode and a reference electrode having no NOx adsorption property provided on one surface of the electrolyte facing each other, and both of the first electrode and the reference electrode on the other surface of the electrolyte. Impedance measurement for measuring the impedance between the reference electrode and the second electrode by applying an alternating current between the second electrode having the NOx adsorbing property provided opposite to the first electrode and the second electrode An NOx concentration detecting apparatus comprising: a container and an arithmetic means for calculating the NOx concentration from the measured impedance.
【請求項2】 電解質と、電解質の相対向する一方の面
に設けられたNOx吸着性のない第1の電極および参照
電極と、電解質の他方の面に第1の電極および参照電極
の両方に対向して設けられたNOx吸着性のある第2の
電極と、第1の電極および第2の電極の間に交流を印加
し、参照電極および第1の電極の間と、参照電極および
第2の電極の間とのインピーダンスを測定するインピー
ダンス測定器と、参照電極および第1の電極の間で得ら
れたインピーダンスから温度を算出し、参照電極および
第2の電極の間で得られたインピーダンスと算出した温
度からNOx濃度を算出する演算手段とを備えたことを
特徴とするNOx濃度検出装置。
2. An electrolyte, a first electrode and a reference electrode having no NOx adsorption property provided on one surface of the electrolyte facing each other, and both of the first electrode and the reference electrode on the other surface of the electrolyte. An alternating current is applied between the first electrode and the second electrode and the NOx adsorbing second electrode provided facing each other, and between the reference electrode and the first electrode and between the reference electrode and the second electrode. An impedance measuring device for measuring the impedance between the electrodes and the temperature obtained from the impedance obtained between the reference electrode and the first electrode, and the impedance obtained between the reference electrode and the second electrode. An NOx concentration detection device, comprising: a calculation unit that calculates the NOx concentration from the calculated temperature.
【請求項3】 電解質と、電解質の相対向する一方の面
に設けられた第1の電極および参照電極と、電解質の他
方の面に設けられて第1の電極および参照電極の両方に
対向して設けられたNOx吸着性のある第2の電極とを
備えたことを特徴とするNOxセンサ。
3. An electrolyte, a first electrode and a reference electrode provided on one surface of the electrolyte that faces each other, and an electrolyte and a first electrode and a reference electrode provided on the other surface of the electrolyte that face both the first electrode and the reference electrode. A NOx sensor provided with a second electrode having NOx adsorption properties.
【請求項4】 第2の電極はNOx吸着性酸化物を含む
請求項3に記載のNOxセンサ。
4. The NOx sensor according to claim 3, wherein the second electrode contains a NOx adsorbing oxide.
【請求項5】 電解質は、酸素イオン伝導性の固体電解
質である請求項3、4のいずれか一項に記載のNOxセ
ンサ。
5. The NOx sensor according to claim 3, wherein the electrolyte is a solid electrolyte having oxygen ion conductivity.
【請求項6】 第2の電極は、貴金属とNOx吸着性酸
化物と多孔質な酸化物を含む請求項3〜5のいずれか一
項に記載のNOxセンサ。
6. The NOx sensor according to claim 3, wherein the second electrode contains a noble metal, a NOx adsorbing oxide, and a porous oxide.
【請求項7】 第2の電極は、貴金属とNOx吸着性酸
化物と酸化鉄を含む請求項3〜5のいずれか一項に記載
のNOxセンサ。
7. The NOx sensor according to claim 3, wherein the second electrode contains a noble metal, a NOx adsorbing oxide, and iron oxide.
【請求項8】 第2の電極は、貴金属とNOx吸着性酸
化物と金を含む請求項3〜5のいずれか一項に記載のN
Oxセンサ。
8. The N according to claim 3, wherein the second electrode contains a noble metal, a NOx adsorbing oxide, and gold.
Ox sensor.
【請求項9】 第2の電極は、貴金属と複合酸化物ある
いは貴金属と1種類以上の酸化物を含む請求項3〜5の
いずれか一項に記載のNOxセンサ。
9. The NOx sensor according to claim 3, wherein the second electrode contains a noble metal and a complex oxide, or a noble metal and one or more kinds of oxides.
【請求項10】 電解質は、酸素イオン伝導性の固体電
解質である請求項3〜9のいずれか一項に記載のNOx
センサ。
10. The NOx according to any one of claims 3 to 9, wherein the electrolyte is a solid electrolyte having oxygen ion conductivity.
Sensor.
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