JPH1090219A - ガルバニ電池式ガスセンサー - Google Patents
ガルバニ電池式ガスセンサーInfo
- Publication number
- JPH1090219A JPH1090219A JP8269267A JP26926796A JPH1090219A JP H1090219 A JPH1090219 A JP H1090219A JP 8269267 A JP8269267 A JP 8269267A JP 26926796 A JP26926796 A JP 26926796A JP H1090219 A JPH1090219 A JP H1090219A
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- JP
- Japan
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- gas
- electrode
- spe
- counter electrode
- sensor
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガルバニ電池式ガスセンサーにおける感度を
向上させる。 【解決手段】 センサー本体２はその底部に被験ガスと
接触するための孔４があけられており、センサー本体２
内の底部から検知極６、ＳＰＥ膜８、疎水性ＳＰＥ膜１
０、対極１２の順に配置され、センサー本体２内には内
部電解液としてＫＣｌ飽和水溶液１８が入れられてい
る。検知極６は導電性多孔性カーボンシートの両面に金
薄膜を形成したものである。検知極６と対極１２の間で
の通電量を測定するために、検知極６と対極１２の間に
電流計２４が接続されている。
向上させる。 【解決手段】 センサー本体２はその底部に被験ガスと
接触するための孔４があけられており、センサー本体２
内の底部から検知極６、ＳＰＥ膜８、疎水性ＳＰＥ膜１
０、対極１２の順に配置され、センサー本体２内には内
部電解液としてＫＣｌ飽和水溶液１８が入れられてい
る。検知極６は導電性多孔性カーボンシートの両面に金
薄膜を形成したものである。検知極６と対極１２の間で
の通電量を測定するために、検知極６と対極１２の間に
電流計２４が接続されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガス中の特定成分の
濃度を測定する定電位電解式ガスセンサーに関するもの
である。ガス中の特定成分の濃度を電気化学的に検出す
るガスセンサーの代表的なものとして定電位電解式ガス
センサーとガルバニ電池式ガスセンサーがあり、本発明
はそのうちのガルバニ電池式ガスセンサーに関するもの
である。ガスセンサーは、採取した試料ガスを分析する
計測機や、ガス中の特定成分濃度を制御する制御機や、
内燃機関や外燃機関からの排ガス中の特定成分の濃度測
定などに用いられている。測定される特定成分として
は、Ｏ2、Ｏ3、ＣＯ、Ｃ3Ｈ8、Ｃ8Ｈ18、ＨＣＨＯ、
Ｈ2、ＮＯ2、ＮＯ、ＳＯ2などがある。
濃度を測定する定電位電解式ガスセンサーに関するもの
である。ガス中の特定成分の濃度を電気化学的に検出す
るガスセンサーの代表的なものとして定電位電解式ガス
センサーとガルバニ電池式ガスセンサーがあり、本発明
はそのうちのガルバニ電池式ガスセンサーに関するもの
である。ガスセンサーは、採取した試料ガスを分析する
計測機や、ガス中の特定成分濃度を制御する制御機や、
内燃機関や外燃機関からの排ガス中の特定成分の濃度測
定などに用いられている。測定される特定成分として
は、Ｏ2、Ｏ3、ＣＯ、Ｃ3Ｈ8、Ｃ8Ｈ18、ＨＣＨＯ、
Ｈ2、ＮＯ2、ＮＯ、ＳＯ2などがある。
【０００２】
【従来の技術】本来、ガルバニ電池式ガスセンサーは、
センサー自体が電池として働くセンサーであって、電解
質の一方にカソード（還元極）、他方にアノードを配置
し、これらの電極を外部回路で結ぶことで、測定物質
（被検物質）の関与する酸化還元反応を生じさせ、その
電流値により測定物質量を知るものである。特に、測定
物質の電極への供給が律速になるように電極の気相側に
隔膜と呼ばれる物理的な拡散膜を配すると、測定物質濃
度に電流値が比例するようになる。特に、本発明では、
有機固体高分子電解質体に接して気相側に貴金属層の検
知極（作用極ともいう）を配置し、電解液側にはその有
機固体高分子電解質体に接して対極を配置し、検知極と
対極との間の通電量により検知極に接する気相中の特定
ガスの濃度を検出する。
センサー自体が電池として働くセンサーであって、電解
質の一方にカソード（還元極）、他方にアノードを配置
し、これらの電極を外部回路で結ぶことで、測定物質
（被検物質）の関与する酸化還元反応を生じさせ、その
電流値により測定物質量を知るものである。特に、測定
物質の電極への供給が律速になるように電極の気相側に
隔膜と呼ばれる物理的な拡散膜を配すると、測定物質濃
度に電流値が比例するようになる。特に、本発明では、
有機固体高分子電解質体に接して気相側に貴金属層の検
知極（作用極ともいう）を配置し、電解液側にはその有
機固体高分子電解質体に接して対極を配置し、検知極と
対極との間の通電量により検知極に接する気相中の特定
ガスの濃度を検出する。
【０００３】有機固体高分子電解質体はＳＰＥ（Solid
Polymer Electrolyte）と称されており、特定のイオン
種のみを選択的に透過させることができる。そのＳＰＥ
上に無電解メッキなどの手法を用いて貴金属薄膜を直接
形成し、その貴金属薄膜を気相側に配置して検知極とし
ている。ＳＰＥ上の貴金属薄膜は多孔性であり、これが
気相中のガスを透過させる物理的な拡散膜として働くこ
とにより、センサー出力である短絡電流に直線性を与え
ている。ガルバニ電池式ガスセンサーの特徴としては、
ガス濃度に対して出力電流が比例し、特定のガスにしか
応答しない選択性を持ち、応答速度が速い等の点を挙げ
ることができる。
Polymer Electrolyte）と称されており、特定のイオン
種のみを選択的に透過させることができる。そのＳＰＥ
上に無電解メッキなどの手法を用いて貴金属薄膜を直接
形成し、その貴金属薄膜を気相側に配置して検知極とし
ている。ＳＰＥ上の貴金属薄膜は多孔性であり、これが
気相中のガスを透過させる物理的な拡散膜として働くこ
とにより、センサー出力である短絡電流に直線性を与え
ている。ガルバニ電池式ガスセンサーの特徴としては、
ガス濃度に対して出力電流が比例し、特定のガスにしか
応答しない選択性を持ち、応答速度が速い等の点を挙げ
ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＳＰＥ上の貴金属薄膜
は多孔性であるとは言え、ガスがＳＰＥに到達する際の
抵抗となる。そのため高感度化を図り、より低濃度なガ
スを検知する上で妨げとなっている。そこで、本発明は
ガルバニ電池式ガスセンサーにおける感度を向上させる
ことを目的とするものである。
は多孔性であるとは言え、ガスがＳＰＥに到達する際の
抵抗となる。そのため高感度化を図り、より低濃度なガ
スを検知する上で妨げとなっている。そこで、本発明は
ガルバニ電池式ガスセンサーにおける感度を向上させる
ことを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はＳＰＥ上へのガ
スの到達量を増加させることにより高感度化を図るもの
である。そのため、具体的にはＳＰＥ上に検知極として
の貴金属層を直接形成することはせず、検知極としては
ガスの通りのよい繊維凝集体シートを検知極の基材と
し、それに貴金属薄膜を形成したものを検知極として採
用する。検知極はＳＰＥと直接接触していなければなら
ないが、その接触は機械的接触により実現する。
スの到達量を増加させることにより高感度化を図るもの
である。そのため、具体的にはＳＰＥ上に検知極として
の貴金属層を直接形成することはせず、検知極としては
ガスの通りのよい繊維凝集体シートを検知極の基材と
し、それに貴金属薄膜を形成したものを検知極として採
用する。検知極はＳＰＥと直接接触していなければなら
ないが、その接触は機械的接触により実現する。
【０００６】本発明では検知極が繊維凝集体シート上に
形成された貴金属薄膜であるので、検知極部分のガスの
透過性が改善され、電極、気相、ＳＰＥよりなる３相界
面へのガスの到達量が増加してセンサーの感度が上が
る。繊維凝集体シートとしては、例えば導電性の多孔性
カーボンシート等を用いることができる。
形成された貴金属薄膜であるので、検知極部分のガスの
透過性が改善され、電極、気相、ＳＰＥよりなる３相界
面へのガスの到達量が増加してセンサーの感度が上が
る。繊維凝集体シートとしては、例えば導電性の多孔性
カーボンシート等を用いることができる。
【０００７】
【実施例】図１に本発明をＮＯ2ガスセンサーに適応し
た一実施例を示す。センサー本体２はその底部に被験ガ
スと接触するための孔４があけられており、センサー本
体２内の最も底部には検知極６が配置されている。検知
極６は、基材としての繊維凝集体シートの例として導電
性多孔性カーボンシート（クレカの製品：クレカペーパ
ーＥ−７０４）を用い、その両面に５００〜２０００
Å、好ましくは６００〜７００Åの金薄膜を形成したも
のである。検知極６上には電解液側（図では上側）にＳ
ＰＥ膜（旭硝子の製品：セレミオンＡＳＶ）８が配置さ
れ、ＳＰＥ膜８上には電解液側に疎水性ＳＰＥ膜１０を
介して対極１２が配置されている。
た一実施例を示す。センサー本体２はその底部に被験ガ
スと接触するための孔４があけられており、センサー本
体２内の最も底部には検知極６が配置されている。検知
極６は、基材としての繊維凝集体シートの例として導電
性多孔性カーボンシート（クレカの製品：クレカペーパ
ーＥ−７０４）を用い、その両面に５００〜２０００
Å、好ましくは６００〜７００Åの金薄膜を形成したも
のである。検知極６上には電解液側（図では上側）にＳ
ＰＥ膜（旭硝子の製品：セレミオンＡＳＶ）８が配置さ
れ、ＳＰＥ膜８上には電解液側に疎水性ＳＰＥ膜１０を
介して対極１２が配置されている。
【０００８】ＳＰＥ膜１０を疎水性のものにしたのは次
の理由からである。ＳＰＥ膜の中でもセレミオンは親水
性であるので、特定のイオン（この場合は１価の陰イオ
ン）と水を透過させる。したがって、親水性のＳＰＥ膜
のみを用いている場合には、センサー内部の電解液の水
分がＳＰＥ膜を通して蒸発し、センサーの寿命を縮めて
しまう。そこで、ＳＰＥ膜１０として陰イオンは通すが
水は殆ど通さない疎水性ＳＰＥ膜を配して水の蒸発を抑
えている。親水性ＳＰＥ膜の例としては、TOSFLEX（東
ソー社の製品）がある。
の理由からである。ＳＰＥ膜の中でもセレミオンは親水
性であるので、特定のイオン（この場合は１価の陰イオ
ン）と水を透過させる。したがって、親水性のＳＰＥ膜
のみを用いている場合には、センサー内部の電解液の水
分がＳＰＥ膜を通して蒸発し、センサーの寿命を縮めて
しまう。そこで、ＳＰＥ膜１０として陰イオンは通すが
水は殆ど通さない疎水性ＳＰＥ膜を配して水の蒸発を抑
えている。親水性ＳＰＥ膜の例としては、TOSFLEX（東
ソー社の製品）がある。
【０００９】対極１２はＳＰＥ膜に銀薄膜を形成したも
のであり、銀薄膜が電解液側を向くように配置されてお
り、対極１２の銀薄膜上には銀製の網１４が配置され、
さらにその網１４上に多孔質のカーボンシート１６が配
置されている。センサー本体２内には内部電解液として
ＫＣｌ飽和水溶液１８が入れられている。
のであり、銀薄膜が電解液側を向くように配置されてお
り、対極１２の銀薄膜上には銀製の網１４が配置され、
さらにその網１４上に多孔質のカーボンシート１６が配
置されている。センサー本体２内には内部電解液として
ＫＣｌ飽和水溶液１８が入れられている。
【００１０】検知極６と対極１２の間での通電量を測定
するために、検知極６には金のリード線２０が接続さ
れ、対極１２には銀製網１４を介して銀のリード線２２
が接続され、リード線２０と２２の間には電流計２４が
接続されている。検知極６の金薄膜や対極１２の銀薄膜
は、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法、電解メッキ
法、無電解メッキ法、スピンコート法など種々の方法に
より形成することができる。検知極６は、基材の繊維凝
集体シートの片面のみに金薄膜を形成したものであって
もよい。その場合には、金薄膜がＳＰＥ膜８と接触する
方向に配置する。
するために、検知極６には金のリード線２０が接続さ
れ、対極１２には銀製網１４を介して銀のリード線２２
が接続され、リード線２０と２２の間には電流計２４が
接続されている。検知極６の金薄膜や対極１２の銀薄膜
は、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法、電解メッキ
法、無電解メッキ法、スピンコート法など種々の方法に
より形成することができる。検知極６は、基材の繊維凝
集体シートの片面のみに金薄膜を形成したものであって
もよい。その場合には、金薄膜がＳＰＥ膜８と接触する
方向に配置する。
【００１１】このＮＯ2ガスセンサでは、加湿された被
検ガスが検知極６側から接触すると、被検ガス中のＮＯ
2が検知極６上のＨ2Ｏに溶解してＨＮＯ3を生成する。
ＨＮＯ3はＨ+とＮＯ3 -に解離することから、ＮＯ3 -の濃
度差又は電極電位の差が生じ、それが駆動力となってＮ
Ｏ3 -が対極１２側に移動する。ＮＯ3 -が対極１２側に到
達すると、電気的中性を保つためにＡｇＣｌを生成する
側に平衡が動き、余分の電子は対極１２に放出され、外
部回路２２，２４，２０を通って検知極６に流れる。そ
の電流値が電流計２４により検出される。
検ガスが検知極６側から接触すると、被検ガス中のＮＯ
2が検知極６上のＨ2Ｏに溶解してＨＮＯ3を生成する。
ＨＮＯ3はＨ+とＮＯ3 -に解離することから、ＮＯ3 -の濃
度差又は電極電位の差が生じ、それが駆動力となってＮ
Ｏ3 -が対極１２側に移動する。ＮＯ3 -が対極１２側に到
達すると、電気的中性を保つためにＡｇＣｌを生成する
側に平衡が動き、余分の電子は対極１２に放出され、外
部回路２２，２４，２０を通って検知極６に流れる。そ
の電流値が電流計２４により検出される。
【００１２】この実施例の測定結果を示す。電流計２４
としてゼロシャントアンメーターを用い、ガス希釈機
（サーモエレクトロン製：モデル１７５）及び流量計を
用いて、初めセンサーにボンベ空気を流し、その後３９
ｐｐｂの空気希釈ＮＯ2ガスを導入してセンサーからの
出力電流を電流計２４で検出した。図２はその結果の応
答波形を示したものであり、３９ｐｐｂのＮＯ2に対し
て６ｎＡの出力が得られた。
としてゼロシャントアンメーターを用い、ガス希釈機
（サーモエレクトロン製：モデル１７５）及び流量計を
用いて、初めセンサーにボンベ空気を流し、その後３９
ｐｐｂの空気希釈ＮＯ2ガスを導入してセンサーからの
出力電流を電流計２４で検出した。図２はその結果の応
答波形を示したものであり、３９ｐｐｂのＮＯ2に対し
て６ｎＡの出力が得られた。
【００１３】実施例はＮＯ2ガスセンサーを例に示して
いるが、本発明は他のガスセンサーにも適用することが
できる。検出するガスの種類に応じて検知極の基材の材
質、検知極の貴金属の材質、固体電解質ＳＰＥの種類、
対極の種類、電解液の種類などを適宜変更すればよい。
いるが、本発明は他のガスセンサーにも適用することが
できる。検出するガスの種類に応じて検知極の基材の材
質、検知極の貴金属の材質、固体電解質ＳＰＥの種類、
対極の種類、電解液の種類などを適宜変更すればよい。
【００１４】
【発明の効果】本発明では、検知極が繊維凝集体シート
を基材としてその上に貴金属層を形成したものであり、
その貴金属層をＳＰＥに機械的に接触させたので、セン
サー出力が向上する。例えば、本発明をＮＯ2ガスセン
サーに適用した場合には、１０ｐｐｂオーダーのＮＯ2
ガスにも応答することが可能になった。
を基材としてその上に貴金属層を形成したものであり、
その貴金属層をＳＰＥに機械的に接触させたので、セン
サー出力が向上する。例えば、本発明をＮＯ2ガスセン
サーに適用した場合には、１０ｐｐｂオーダーのＮＯ2
ガスにも応答することが可能になった。
【図１】一実施例を示す断面図である。
【図２】同実施例における応答波形を示す波形図であ
る。
る。
６ 検知極 ８ ＳＰＥ １０ 疎水性ＳＰＥ １２ 対極 １４ 銀製網 １６ カーボンシート １８ ＫＣｌ電解液
Claims (1)
- 【請求項１】 陰イオンのみを透過させる有機固体高分
子電解質体に接して気相側に貴金属層の検知極を配置
し、電解液側には前記有機固体高分子電解質体に接して
対極を配置し、検知極と対極との間の通電量により前記
気相中の特定ガスの濃度を検出するガルバニ電池式ガス
センサーにおいて、 前記検知極は繊維凝集体シートを基材としてその上に貴
金属層を形成したものであり、その貴金属層を前記有機
固体高分子電解質体に機械的に接触させたことを特徴と
するガルバニ電池式ガスセンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8269267A JPH1090219A (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | ガルバニ電池式ガスセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8269267A JPH1090219A (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | ガルバニ電池式ガスセンサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1090219A true JPH1090219A (ja) | 1998-04-10 |
Family
ID=17469982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8269267A Pending JPH1090219A (ja) | 1996-09-18 | 1996-09-18 | ガルバニ電池式ガスセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1090219A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020139894A (ja) * | 2019-03-01 | 2020-09-03 | 理研計器株式会社 | 定電位電解式ガスセンサ |
-
1996
- 1996-09-18 JP JP8269267A patent/JPH1090219A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020139894A (ja) * | 2019-03-01 | 2020-09-03 | 理研計器株式会社 | 定電位電解式ガスセンサ |
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