JPH11218514A - 窒素酸化物及び酸素検出センサ - Google Patents
窒素酸化物及び酸素検出センサInfo
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- JPH11218514A JPH11218514A JP10034166A JP3416698A JPH11218514A JP H11218514 A JPH11218514 A JP H11218514A JP 10034166 A JP10034166 A JP 10034166A JP 3416698 A JP3416698 A JP 3416698A JP H11218514 A JPH11218514 A JP H11218514A
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- Japan
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- gas
- cell
- oxygen
- sensor
- electrode
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒素酸化物と酸素を同時に検出することがで
きるセンサを提供する。 【解決手段】 多孔質基板６上に窒素酸化物検知セル
（ＮＯセル）と酸素検知セル（Ｏ2 セル）とからなる検
知部が形成されたセンサ素子を備えた窒素酸化物及び酸
素検出センサであって、前記窒素酸化物検知セルは、陽
極８，ＺｒＯ2 電解質９，陰極１１（白金電極）が順次
積層されてなり、前記酸素検知セルは、陽極７，ＺｒＯ
2 電解質９，陰極１１（白金−金電極）が順次積層され
てなる窒素酸化物及び酸素検出センサ。本センサは構成
が単純で作製が容易であり、本センサを用いることによ
り、窒素酸化物及び酸素が混在する被測定ガスから選別
性良く窒素酸化物（例えばＮＯ）を検出することができ
る。
きるセンサを提供する。 【解決手段】 多孔質基板６上に窒素酸化物検知セル
（ＮＯセル）と酸素検知セル（Ｏ2 セル）とからなる検
知部が形成されたセンサ素子を備えた窒素酸化物及び酸
素検出センサであって、前記窒素酸化物検知セルは、陽
極８，ＺｒＯ2 電解質９，陰極１１（白金電極）が順次
積層されてなり、前記酸素検知セルは、陽極７，ＺｒＯ
2 電解質９，陰極１１（白金−金電極）が順次積層され
てなる窒素酸化物及び酸素検出センサ。本センサは構成
が単純で作製が容易であり、本センサを用いることによ
り、窒素酸化物及び酸素が混在する被測定ガスから選別
性良く窒素酸化物（例えばＮＯ）を検出することができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラー，自動車
等から排出される燃焼排気ガス、更には生活環境雰囲気
中に含まれるＯ2 ガス及びＮＯガスを、他のガスの影響
を受けることなく選別して高精度に検出することができ
ると共に、著しく小型化が可能な窒素酸化物及び酸素検
出センサに関するものである。
等から排出される燃焼排気ガス、更には生活環境雰囲気
中に含まれるＯ2 ガス及びＮＯガスを、他のガスの影響
を受けることなく選別して高精度に検出することができ
ると共に、著しく小型化が可能な窒素酸化物及び酸素検
出センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】被測定ガス中のガス成分やその濃度を測
定するために各種の測定法及び測定装置が提案され、又
は実用化されている。その中でも、測定精度及び信頼性
が高いガス分析法として、赤外吸収を利用する測定法が
ある。例えばＯ2 ，ＮＯx ，ＳＯx ，ＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏ等
の酸素結合ガスは赤外線領域に固有の吸収スペクトルを
示すので、ガス成分に応じた特有の吸収波長が存在し、
その波長における吸光度から各ガス成分の濃度を測定す
ることができる。しかし、赤外吸収を利用する測定法で
は測定装置が大型となり、それ故、例えば自動車の排気
管のような微小空間内のガス分布の測定に用いることは
困難である。また、赤外吸収を利用する測定法以外の他
の測定法として、固体電解質の両端にガス濃度の差が生
じると、ガス濃度の差に応じた起電力が発生する原理を
利用した測定法もある。例えば、ＺｒＯ2 （ジルコニ
ア）電解質からなるペレットの両端に電極を設けて、一
方の電極側を一定の酸素濃度（例えば大気）にして基準
極とし、他の電極を測定極とすると、ネルンストの式に
基ずく酸素濃度の濃淡に応じた起電カが発生する。この
方法にて、酸素ガスはもとよりＮＯx ，ＳＯx ，Ｃ
Ｏ2 ，Ｈ2 Ｏの各ガスを測定することができる。ＺｒＯ
2 電解質を用いるガス成分の測定法は、目的とするガス
以外の他のガスの影響を比較的受けにくいことから優れ
た測定法であるが、個々のガス基準極を必要とするため
にセンサ素子の構造が複雑になるという欠点がある。
定するために各種の測定法及び測定装置が提案され、又
は実用化されている。その中でも、測定精度及び信頼性
が高いガス分析法として、赤外吸収を利用する測定法が
ある。例えばＯ2 ，ＮＯx ，ＳＯx ，ＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏ等
の酸素結合ガスは赤外線領域に固有の吸収スペクトルを
示すので、ガス成分に応じた特有の吸収波長が存在し、
その波長における吸光度から各ガス成分の濃度を測定す
ることができる。しかし、赤外吸収を利用する測定法で
は測定装置が大型となり、それ故、例えば自動車の排気
管のような微小空間内のガス分布の測定に用いることは
困難である。また、赤外吸収を利用する測定法以外の他
の測定法として、固体電解質の両端にガス濃度の差が生
じると、ガス濃度の差に応じた起電力が発生する原理を
利用した測定法もある。例えば、ＺｒＯ2 （ジルコニ
ア）電解質からなるペレットの両端に電極を設けて、一
方の電極側を一定の酸素濃度（例えば大気）にして基準
極とし、他の電極を測定極とすると、ネルンストの式に
基ずく酸素濃度の濃淡に応じた起電カが発生する。この
方法にて、酸素ガスはもとよりＮＯx ，ＳＯx ，Ｃ
Ｏ2 ，Ｈ2 Ｏの各ガスを測定することができる。ＺｒＯ
2 電解質を用いるガス成分の測定法は、目的とするガス
以外の他のガスの影響を比較的受けにくいことから優れ
た測定法であるが、個々のガス基準極を必要とするため
にセンサ素子の構造が複雑になるという欠点がある。
【０００３】ＺｒＯ2 電解質を用いるガス成分の測定法
における前記の欠点を解決するための方法も提案されて
いる。すなわち、ＺｒＯ2 電解質は酸素を一方の電極か
ら他方の電極へ排出する酸素ポンプ作用があるので、Ｚ
ｒＯ2 電解質を用いて、前記の酸素ポンプ作用によって
流れる電流から雰囲気中の酸素濃度を測定する酸素濃度
測定法がある。この測定法を用いると、以下の原理に基
づいて酸素結合ガスの濃度を測定することができる。酸
素結合ガスを低酸素分圧の下で分解温度まで加熱すると
酸素結合ガスの分解によってＯ2 ガスが生成する。そこ
で、生成したＯ2 ガスをＺｒＯ2 電解質に取り込み、陰
極から陽極に移動させて放出し（酸素ポンプ作用）、そ
の時に流れる電流値から酸素結合ガスの濃度を測定す
る。よって、この方法で得られる出力は酸素結合ガスの
濃度に対応した出力となることから、リニアな出力とな
る。しかし、酸素結合ガスの中でＮＯx ガスはＯ2 ガス
とほぼ同じ特性を示すので、Ｏ2ガスと分離してＮＯx
ガスを測定することは困難である。
における前記の欠点を解決するための方法も提案されて
いる。すなわち、ＺｒＯ2 電解質は酸素を一方の電極か
ら他方の電極へ排出する酸素ポンプ作用があるので、Ｚ
ｒＯ2 電解質を用いて、前記の酸素ポンプ作用によって
流れる電流から雰囲気中の酸素濃度を測定する酸素濃度
測定法がある。この測定法を用いると、以下の原理に基
づいて酸素結合ガスの濃度を測定することができる。酸
素結合ガスを低酸素分圧の下で分解温度まで加熱すると
酸素結合ガスの分解によってＯ2 ガスが生成する。そこ
で、生成したＯ2 ガスをＺｒＯ2 電解質に取り込み、陰
極から陽極に移動させて放出し（酸素ポンプ作用）、そ
の時に流れる電流値から酸素結合ガスの濃度を測定す
る。よって、この方法で得られる出力は酸素結合ガスの
濃度に対応した出力となることから、リニアな出力とな
る。しかし、酸素結合ガスの中でＮＯx ガスはＯ2 ガス
とほぼ同じ特性を示すので、Ｏ2ガスと分離してＮＯx
ガスを測定することは困難である。
【０００４】ＺｒＯ2 電解質からなるセンサ素子を用い
てＯ2 ガスとＮＯx ガスが混在した被測定ガス中のＮＯ
x ガスを測定する方法として、特開平８−２７１４７６
号公報には、ＺｒＯ2 電解質からなるセンサ素子に設け
る電極の材料を変えることにより電極近傍におけるＮＯ
x ガスの分解条件を変えると共に、ＮＯx ガスの測定の
障害となる酸素を排除し、その後、残留しているＮＯx
ガスをＮ2 ガスとＯ2ガスに分解し、分解によって生じ
たＯ2 ガスの酸素ポンプ作用にて流れる電流値からＮＯ
x ガス濃度を測定する方法が提案されている。
てＯ2 ガスとＮＯx ガスが混在した被測定ガス中のＮＯ
x ガスを測定する方法として、特開平８−２７１４７６
号公報には、ＺｒＯ2 電解質からなるセンサ素子に設け
る電極の材料を変えることにより電極近傍におけるＮＯ
x ガスの分解条件を変えると共に、ＮＯx ガスの測定の
障害となる酸素を排除し、その後、残留しているＮＯx
ガスをＮ2 ガスとＯ2ガスに分解し、分解によって生じ
たＯ2 ガスの酸素ポンプ作用にて流れる電流値からＮＯ
x ガス濃度を測定する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特開平８−２７１４７
６号公報に記載された方法においても、Ｏ2 ガスとＮＯ
x ガスが混在した被測定ガス中のＯ2 ガスを実質的に無
視し得る程度に除去した後でなければＮＯx ガスを測定
することができない。このように、従来技術における固
体電解質の特性を利用したガス成分の測定法も、また、
他の何れのガス成分の測定法も、基本的には単一成分の
ガスを測定する方法であり、多成分のガスの各成分を測
定するためには、個々に測定条件を変える必要がある。
しかしながら、多成分からなる被測定ガスを実際に測定
する場合には、被測定ガス中に含まれる複数のガスを同
時に測定したい場合が多い。そこで、これまでは単一ガ
スを測定する各種のガスセンサを被測定ガス雰囲気中に
挿入して、各ガスセンサの信号から雰囲気中のガス成分
とその濃度を測定していた。そのため、被測定ガス中に
含まれる複数のガス成分及びその濃度を測定するために
測定装置が全体として大型化し、また、その構成が複雑
になると共に、測定に際して被測定ガスの雰囲気を乱す
等の問題があった。それ故、被測定ガス中の複数のガス
成分、とりわけＯ2 ガスとＮＯガス（ＮＯx ガス中の主
成分）を簡便迅速に測定するために用いることができる
小型の測定装置が望まれていた。
６号公報に記載された方法においても、Ｏ2 ガスとＮＯ
x ガスが混在した被測定ガス中のＯ2 ガスを実質的に無
視し得る程度に除去した後でなければＮＯx ガスを測定
することができない。このように、従来技術における固
体電解質の特性を利用したガス成分の測定法も、また、
他の何れのガス成分の測定法も、基本的には単一成分の
ガスを測定する方法であり、多成分のガスの各成分を測
定するためには、個々に測定条件を変える必要がある。
しかしながら、多成分からなる被測定ガスを実際に測定
する場合には、被測定ガス中に含まれる複数のガスを同
時に測定したい場合が多い。そこで、これまでは単一ガ
スを測定する各種のガスセンサを被測定ガス雰囲気中に
挿入して、各ガスセンサの信号から雰囲気中のガス成分
とその濃度を測定していた。そのため、被測定ガス中に
含まれる複数のガス成分及びその濃度を測定するために
測定装置が全体として大型化し、また、その構成が複雑
になると共に、測定に際して被測定ガスの雰囲気を乱す
等の問題があった。それ故、被測定ガス中の複数のガス
成分、とりわけＯ2 ガスとＮＯガス（ＮＯx ガス中の主
成分）を簡便迅速に測定するために用いることができる
小型の測定装置が望まれていた。
【０００６】本発明は前記従来技術の問題点を解決する
ためのものであり、その目的とするところは、窒素酸化
物及び酸素以外の他のガス，流速，温度の影響を受ける
ことなく同時に、連続的に、且つ応答性良く、Ｏ2 ガス
＋ＮＯ2 ガス（ＮＯx ガス中に少量含まれる），ＮＯガ
スを測定することができる窒素酸化物及び酸素検出セン
サを提供することにある。
ためのものであり、その目的とするところは、窒素酸化
物及び酸素以外の他のガス，流速，温度の影響を受ける
ことなく同時に、連続的に、且つ応答性良く、Ｏ2 ガス
＋ＮＯ2 ガス（ＮＯx ガス中に少量含まれる），ＮＯガ
スを測定することができる窒素酸化物及び酸素検出セン
サを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の窒素酸化物及び
酸素検出センサは、多孔質基板上に窒素酸化物検知セル
と酸素検知セルとからなる検知部が形成されたセンサ素
子を備えた窒素酸化物及び酸素検出センサであって、前
記窒素酸化物検知セルは、電極，酸素イオン伝導性固体
電解質，白金電極が順次積層されてなり、前記酸素検知
セルは、電極，酸素イオン伝導性固体電解質，白金−金
電極が順次積層されてなることを特徴とする。本発明の
センサを用いることにより、従来の方式、すなわち個々
のガスセンサにてガス成分，ガス濃度を測定することに
より同時に複数のガスを測定する方式の前記欠点を大幅
に改善することができる。
酸素検出センサは、多孔質基板上に窒素酸化物検知セル
と酸素検知セルとからなる検知部が形成されたセンサ素
子を備えた窒素酸化物及び酸素検出センサであって、前
記窒素酸化物検知セルは、電極，酸素イオン伝導性固体
電解質，白金電極が順次積層されてなり、前記酸素検知
セルは、電極，酸素イオン伝導性固体電解質，白金−金
電極が順次積層されてなることを特徴とする。本発明の
センサを用いることにより、従来の方式、すなわち個々
のガスセンサにてガス成分，ガス濃度を測定することに
より同時に複数のガスを測定する方式の前記欠点を大幅
に改善することができる。
【０００８】＜基礎検討＞一般に、酸素結合ガスは低酸
素分圧の雰囲気で加熱されると酸素及び酸素と結合して
いた他の成分に分解する。その分解速度がある一定の大
きさになる酸素分圧は各々の酸素結合ガスによって異な
る。また、ＺｒＯ2 電解質等の酸素イオン伝導性固体電
解質の両端に電極をつけて酸素結合ガスを含む雰囲気に
て電解質に電圧を印加すると、酸素ポンプ作用にて陰極
から陽極へ酸素が排出されると共に陽極から陰極へ電流
が流れるが、その酸素ポンプ作用の始まる電圧は個々の
酸素結合ガスによって異なる。例えば、図１０に示す如
く、ＺｒＯ2 電解質（センサ素子；陽極＝Ｐｔ電極，陰
極＝Ｐｔ−Ｐｄ電極）を５５０℃に加熱し、Ｎ2 （Ｎ2
のみ），Ｏ2 （１％Ｏ2 ／Ｎ2 ），ＮＯ（０．１％ＮＯ
／Ｎ2 ），ＣＯ2 （１％ＣＯ2 ／Ｎ2 ），Ｈ2Ｏ（１０
％Ｈ2 Ｏ／Ｎ2 ），ＮＯ2 （０．１％ＮＯ2 ／Ｎ2 ）の
各ガスの雰囲気で電解質に電圧を印加すると、Ｏ2 ，Ｎ
Ｏ，ＮＯ2 では電圧が０Ｖを越えたところから酸素ポン
プ作用に基づく電流が流れる。それに対して、Ｈ2 Ｏ，
ＣＯ2 では電圧が約１Ｖ近傍から酸素ポンプ作用に基づ
く電流が流れる。しかし、ガス分解にともなって酸素ポ
ンプ作用の始まる前記の電圧は、電解質に設ける電極
（特に、陰極）の材料によっても変わる可能性がある。
そこで、このような可能性を調べるために、電極（陰
極）材料を変えて、図１１に示す素子を備えた限界電流
式センサを作製した。すなわち、多孔質基板１の一面に
電極２（陽極），ＺｒＯ2 電解質３，電極４（陰極）を
順次積層して検知部を構成し、また基板の他面にはＰｔ
ヒータ５を設けた限界電流式センサを作製し、陰極の電
極材料と酸素結合ガスの分解によって酸素ポンプ作用の
始まる電圧（分解電圧）との関係を検討した。電極材料
としては、Ｐｔ，Ｐｔ−Ｐｄ（Ｐｄ１重量％を含む），
Ｐｔ−Ｒｈ（Ｒｈ１０重量％を含む），Ｐｔ−Ａｕ（Ａ
ｕ１重量％を含む）の四種類の材料を用いた。結果を図
１２に示す。図１２から明らかな如く、電極材料の相違
によって各種酸素結合ガスの酸素ポンプ作用の始まる電
圧が変わる。特に、陰極の電極材料としてＰｔ−Ａｕ
（Ａｕ１重量％を含む）を用いた場合、Ｏ2 に対する分
解電圧とＮＯに対する分解電圧とが充分に分離されてい
ることが判る。
素分圧の雰囲気で加熱されると酸素及び酸素と結合して
いた他の成分に分解する。その分解速度がある一定の大
きさになる酸素分圧は各々の酸素結合ガスによって異な
る。また、ＺｒＯ2 電解質等の酸素イオン伝導性固体電
解質の両端に電極をつけて酸素結合ガスを含む雰囲気に
て電解質に電圧を印加すると、酸素ポンプ作用にて陰極
から陽極へ酸素が排出されると共に陽極から陰極へ電流
が流れるが、その酸素ポンプ作用の始まる電圧は個々の
酸素結合ガスによって異なる。例えば、図１０に示す如
く、ＺｒＯ2 電解質（センサ素子；陽極＝Ｐｔ電極，陰
極＝Ｐｔ−Ｐｄ電極）を５５０℃に加熱し、Ｎ2 （Ｎ2
のみ），Ｏ2 （１％Ｏ2 ／Ｎ2 ），ＮＯ（０．１％ＮＯ
／Ｎ2 ），ＣＯ2 （１％ＣＯ2 ／Ｎ2 ），Ｈ2Ｏ（１０
％Ｈ2 Ｏ／Ｎ2 ），ＮＯ2 （０．１％ＮＯ2 ／Ｎ2 ）の
各ガスの雰囲気で電解質に電圧を印加すると、Ｏ2 ，Ｎ
Ｏ，ＮＯ2 では電圧が０Ｖを越えたところから酸素ポン
プ作用に基づく電流が流れる。それに対して、Ｈ2 Ｏ，
ＣＯ2 では電圧が約１Ｖ近傍から酸素ポンプ作用に基づ
く電流が流れる。しかし、ガス分解にともなって酸素ポ
ンプ作用の始まる前記の電圧は、電解質に設ける電極
（特に、陰極）の材料によっても変わる可能性がある。
そこで、このような可能性を調べるために、電極（陰
極）材料を変えて、図１１に示す素子を備えた限界電流
式センサを作製した。すなわち、多孔質基板１の一面に
電極２（陽極），ＺｒＯ2 電解質３，電極４（陰極）を
順次積層して検知部を構成し、また基板の他面にはＰｔ
ヒータ５を設けた限界電流式センサを作製し、陰極の電
極材料と酸素結合ガスの分解によって酸素ポンプ作用の
始まる電圧（分解電圧）との関係を検討した。電極材料
としては、Ｐｔ，Ｐｔ−Ｐｄ（Ｐｄ１重量％を含む），
Ｐｔ−Ｒｈ（Ｒｈ１０重量％を含む），Ｐｔ−Ａｕ（Ａ
ｕ１重量％を含む）の四種類の材料を用いた。結果を図
１２に示す。図１２から明らかな如く、電極材料の相違
によって各種酸素結合ガスの酸素ポンプ作用の始まる電
圧が変わる。特に、陰極の電極材料としてＰｔ−Ａｕ
（Ａｕ１重量％を含む）を用いた場合、Ｏ2 に対する分
解電圧とＮＯに対する分解電圧とが充分に分離されてい
ることが判る。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明のセンサにおいて、窒素酸
化物検知セル及び酸素検知セルの固体電解質材料として
は酸化物イオン伝導性を示すものを使用することができ
る。具体的には、例えばジルコニウム系固体電解質（Ｚ
ｒＯ2 −Ｍ2 Ｏ3 固溶体又はＺｒＯ2−ＭＯ固溶体、Ｍ
＝Ｙ，Ｙｂ，Ｇｄ，Ｃａ，Ｍｇなど）、セリア系固体電
解質（ＣｅＯ2 −Ｍ2 Ｏ3 固溶体又はＣｅＯ2 −ＭＯ固
溶体、Ｍ＝Ｙ，Ｓｍなど）、酸化ビスマス系固体電解質
（Ｂｉ2 Ｏ3 −ＷＯ3 固溶体など）を使用することがで
きる。排気ガス中での安定性の観点から、ジルコニウム
系固体電解質が好ましく、特に熱衝撃抵抗と酸化物イオ
ン伝導率との兼ね合いで、５〜８ｍｏｌ％のＹ2Ｏ3 を
固溶させたＺｒＯ2 が最も好ましい。
化物検知セル及び酸素検知セルの固体電解質材料として
は酸化物イオン伝導性を示すものを使用することができ
る。具体的には、例えばジルコニウム系固体電解質（Ｚ
ｒＯ2 −Ｍ2 Ｏ3 固溶体又はＺｒＯ2−ＭＯ固溶体、Ｍ
＝Ｙ，Ｙｂ，Ｇｄ，Ｃａ，Ｍｇなど）、セリア系固体電
解質（ＣｅＯ2 −Ｍ2 Ｏ3 固溶体又はＣｅＯ2 −ＭＯ固
溶体、Ｍ＝Ｙ，Ｓｍなど）、酸化ビスマス系固体電解質
（Ｂｉ2 Ｏ3 −ＷＯ3 固溶体など）を使用することがで
きる。排気ガス中での安定性の観点から、ジルコニウム
系固体電解質が好ましく、特に熱衝撃抵抗と酸化物イオ
ン伝導率との兼ね合いで、５〜８ｍｏｌ％のＹ2Ｏ3 を
固溶させたＺｒＯ2 が最も好ましい。
【００１０】窒素酸化物検知セル及び酸素検知セルに設
ける二つの電極のうちの一方の電極（陰極）の材料とし
て、窒素酸化物検知セルでは白金を、酸素検知セルでは
白金−金を使用する。酸素検知セルの白金−金電極は、
白金に対して適量の金を添加した材料から形成されてよ
い。白金に金を添加することにより、ＮＯガスに対する
感度を低下させることができるが、金の添加率が０．１
重量％未満では感度低下効果が充分ではなく、反対に金
の添加率が１０重量％を越えると電極としての機能が低
くなり過ぎる。それ故、白金に対する金の添加量は、好
ましくは０．０１ないし１０重量％、特に好ましくは
０．１ないし３重量％である。
ける二つの電極のうちの一方の電極（陰極）の材料とし
て、窒素酸化物検知セルでは白金を、酸素検知セルでは
白金−金を使用する。酸素検知セルの白金−金電極は、
白金に対して適量の金を添加した材料から形成されてよ
い。白金に金を添加することにより、ＮＯガスに対する
感度を低下させることができるが、金の添加率が０．１
重量％未満では感度低下効果が充分ではなく、反対に金
の添加率が１０重量％を越えると電極としての機能が低
くなり過ぎる。それ故、白金に対する金の添加量は、好
ましくは０．０１ないし１０重量％、特に好ましくは
０．１ないし３重量％である。
【００１１】窒素酸化物検知セル及び酸素検知セルに設
ける二つの電極のうちの他方の電極（陽極）の材料は特
に限定されるものではないが、前記の一方の電極と組み
合わせて好適な性能を発揮し得る材料、例えば白金など
の貴金属を利用することができる。
ける二つの電極のうちの他方の電極（陽極）の材料は特
に限定されるものではないが、前記の一方の電極と組み
合わせて好適な性能を発揮し得る材料、例えば白金など
の貴金属を利用することができる。
【００１２】本発明の窒素酸化物及び酸素検出センサに
おけるセンサ素子（窒素酸化物検知セル，酸素検知セ
ル）及び電極は、この分野における慣用の方法、例え
ば、焼成法（センサ素子），印刷法及びスパッタリング
法（電極）等により製造してよい。センサ素子（窒素酸
化物検知セル，酸素検知セル）及び電極の大きさや形状
は、本センサの大きさや形状に応じて適宜選択する。
おけるセンサ素子（窒素酸化物検知セル，酸素検知セ
ル）及び電極は、この分野における慣用の方法、例え
ば、焼成法（センサ素子），印刷法及びスパッタリング
法（電極）等により製造してよい。センサ素子（窒素酸
化物検知セル，酸素検知セル）及び電極の大きさや形状
は、本センサの大きさや形状に応じて適宜選択する。
【００１３】本センサのセンサ素子の窒素酸化物検知セ
ルや酸素検知セルの上部及び／又は近傍には、必要に応
じて種々の機能を更に付与するために、固体電解質や電
極からなる構造を設けてもよい。窒素酸化物検知セル及
び酸素検知セルは多孔質基板の同一面上に設けても、異
なる面上に設けてもよいが、同一面上に設けると構成が
単純になるので好ましい。窒素酸化物検知セル及び酸素
検知セルの構成要素のうちで共通するものは共用するこ
とにより、又は、連続して形成することにより、センサ
素子全体の構成を単純化したり、又は、被測定ガスの移
動を容易にすることができる。例えば、窒素酸化物検知
セルと酸素検知セルとで固体電解質を共用してよく、ま
た、窒素酸化物検知セルの白金電極と酸素検知セルの白
金−金電極とは連続して形成してよい。
ルや酸素検知セルの上部及び／又は近傍には、必要に応
じて種々の機能を更に付与するために、固体電解質や電
極からなる構造を設けてもよい。窒素酸化物検知セル及
び酸素検知セルは多孔質基板の同一面上に設けても、異
なる面上に設けてもよいが、同一面上に設けると構成が
単純になるので好ましい。窒素酸化物検知セル及び酸素
検知セルの構成要素のうちで共通するものは共用するこ
とにより、又は、連続して形成することにより、センサ
素子全体の構成を単純化したり、又は、被測定ガスの移
動を容易にすることができる。例えば、窒素酸化物検知
セルと酸素検知セルとで固体電解質を共用してよく、ま
た、窒素酸化物検知セルの白金電極と酸素検知セルの白
金−金電極とは連続して形成してよい。
【００１４】本発明の窒素酸化物及び酸素検出センサに
おける電圧源又は電流源としては、好適な直流電圧電源
又は直流電流電源を選択する。本発明のセンサを慣用の
電圧又は電流の極性の切り替え装置と組み合わせて使用
することもできる。前記電圧源，電流源，切り替え装置
を制御・管理したり、又は、センサ素子からの信号を処
理するために、パーソナルコンピューターなどの装置を
使用することができる。
おける電圧源又は電流源としては、好適な直流電圧電源
又は直流電流電源を選択する。本発明のセンサを慣用の
電圧又は電流の極性の切り替え装置と組み合わせて使用
することもできる。前記電圧源，電流源，切り替え装置
を制御・管理したり、又は、センサ素子からの信号を処
理するために、パーソナルコンピューターなどの装置を
使用することができる。
【００１５】本発明のセンサにおけるセンサ素子を更に
他の機能を有するセンサ素子、例えば水素センサ素子，
炭化水素センサ素子等と組み合わせて使用することもで
きる。機能を異にする複数のセンサ素子において、その
構成要素、例えば酸素イオン伝導性固体電解質や電極を
共有することができる場合には、一つの酸素イオン伝導
性固体電解質上に本発明のセンサのセンサ素子を含む複
数のセンサ素子を形成して更なる複合型センサを構成し
てもよい。
他の機能を有するセンサ素子、例えば水素センサ素子，
炭化水素センサ素子等と組み合わせて使用することもで
きる。機能を異にする複数のセンサ素子において、その
構成要素、例えば酸素イオン伝導性固体電解質や電極を
共有することができる場合には、一つの酸素イオン伝導
性固体電解質上に本発明のセンサのセンサ素子を含む複
数のセンサ素子を形成して更なる複合型センサを構成し
てもよい。
【００１６】
【実施例】以下の実施例により、本発明を更に詳細に説
明する。なお、以下の実施例の中には、比較・検討のた
めの比較例も含まれる。実施例１ ：本発明のセンサの構造及び製造 １）本発明のセンサの構造 本発明の実施例１のセンサの断面図を図１に、上面図を
図２に示す。図１において、多孔質基板６の一面に酸素
検知セル（Ｏ2 セル）の陽極７（Ｐｔ電極），窒素酸化
物検知セル（ＮＯセル）の陽極８（Ｐｔ電極），ＺｒＯ
2 電解質９，酸素検知セルの陰極１０（Ｐｔ−Ａｕ電
極），窒素酸化物検知セルの陰極１１（Ｐｔ電極），Ｚ
ｒＯ2 電解質１２，参照電極１３（Ｐｔ電極）が順次積
層・形成されている。多孔質基板６の他面にＰｔヒータ
１４が形成されている。また、酸素検知セルの陰極１０
と窒素酸化物検知セルの陰極１１とは連設されており、
被測定ガスは多孔性のＰｔリード線１５より入り、多孔
性の陰極１０，１１を順次通過し得る。酸素検知セル
（Ｏ2 セル）側には、電源１６，電圧計１７，モニター
１８が接続されており、また、窒素酸化物検知セル（Ｎ
Ｏセル）側には、電源１９，モニター２０が接続されて
いる。図２から、陰極１０と陰極１１とが連設されてい
ることが判る。 ２）本発明のセンサの製造 多孔質アルミナ基板（寸法３×４×０．３ｍｍ）上に検
知部及びヒータ部を、以下の手順でＲＦスパッタ装置に
て作製した。その作製手順を図３に基づいて説明する。
多孔質基板にヒータ部を作製するために、マスクを多孔
質基板６上に乗せ、Ｐｔ電極材料を約３〜４μｍの厚さ
で成膜してＰｔヒータ１４を作製した。一方、他の一面
に検知部を形成するために、まず、陽極作製のためにＰ
ｔ電極材料を約０．５μｍの厚さで成膜して陽極７，８
を作製し、更にその上に、ＺｒＯ2 電解質９（ＺｒＯ2
＋８mol ％Ｙ2 Ｏ3 ）を約７μｍの厚さで成膜した。そ
してＺｒＯ2 電解質９上には、Ｏ2 セルを構成するため
の陰極としてＰｔ−Ａｕ電極材料を用いて陰極１０（膜
厚０．５μｍ）を作製し、更にＮＯセルを構成するため
の陰極としてＰｔ電極材料を用いて陰極１１（膜厚０．
５μｍ）を作製した。次に、その上に、ＺｒＯ2 電解質
１２（ＺｒＯ2 ＋８mol ％Ｙ2 Ｏ3 ）を７μｍの厚さで
成膜した。更にＺｒＯ2 電解質１２上には、Ｐｔ電極材
料を０．５μｍの厚さで成膜して参照電極１３を作製し
た。なお、ここでは、図３のセンサ作製工程を説明した
が、これ以外にも、例えば当業者が多用している印刷技
術、更にはグリーンシート技術、焼結技術等の何れかの
他の方法により、本発明のセンサを作製してもよい。
明する。なお、以下の実施例の中には、比較・検討のた
めの比較例も含まれる。実施例１ ：本発明のセンサの構造及び製造 １）本発明のセンサの構造 本発明の実施例１のセンサの断面図を図１に、上面図を
図２に示す。図１において、多孔質基板６の一面に酸素
検知セル（Ｏ2 セル）の陽極７（Ｐｔ電極），窒素酸化
物検知セル（ＮＯセル）の陽極８（Ｐｔ電極），ＺｒＯ
2 電解質９，酸素検知セルの陰極１０（Ｐｔ−Ａｕ電
極），窒素酸化物検知セルの陰極１１（Ｐｔ電極），Ｚ
ｒＯ2 電解質１２，参照電極１３（Ｐｔ電極）が順次積
層・形成されている。多孔質基板６の他面にＰｔヒータ
１４が形成されている。また、酸素検知セルの陰極１０
と窒素酸化物検知セルの陰極１１とは連設されており、
被測定ガスは多孔性のＰｔリード線１５より入り、多孔
性の陰極１０，１１を順次通過し得る。酸素検知セル
（Ｏ2 セル）側には、電源１６，電圧計１７，モニター
１８が接続されており、また、窒素酸化物検知セル（Ｎ
Ｏセル）側には、電源１９，モニター２０が接続されて
いる。図２から、陰極１０と陰極１１とが連設されてい
ることが判る。 ２）本発明のセンサの製造 多孔質アルミナ基板（寸法３×４×０．３ｍｍ）上に検
知部及びヒータ部を、以下の手順でＲＦスパッタ装置に
て作製した。その作製手順を図３に基づいて説明する。
多孔質基板にヒータ部を作製するために、マスクを多孔
質基板６上に乗せ、Ｐｔ電極材料を約３〜４μｍの厚さ
で成膜してＰｔヒータ１４を作製した。一方、他の一面
に検知部を形成するために、まず、陽極作製のためにＰ
ｔ電極材料を約０．５μｍの厚さで成膜して陽極７，８
を作製し、更にその上に、ＺｒＯ2 電解質９（ＺｒＯ2
＋８mol ％Ｙ2 Ｏ3 ）を約７μｍの厚さで成膜した。そ
してＺｒＯ2 電解質９上には、Ｏ2 セルを構成するため
の陰極としてＰｔ−Ａｕ電極材料を用いて陰極１０（膜
厚０．５μｍ）を作製し、更にＮＯセルを構成するため
の陰極としてＰｔ電極材料を用いて陰極１１（膜厚０．
５μｍ）を作製した。次に、その上に、ＺｒＯ2 電解質
１２（ＺｒＯ2 ＋８mol ％Ｙ2 Ｏ3 ）を７μｍの厚さで
成膜した。更にＺｒＯ2 電解質１２上には、Ｐｔ電極材
料を０．５μｍの厚さで成膜して参照電極１３を作製し
た。なお、ここでは、図３のセンサ作製工程を説明した
が、これ以外にも、例えば当業者が多用している印刷技
術、更にはグリーンシート技術、焼結技術等の何れかの
他の方法により、本発明のセンサを作製してもよい。
【００１７】実施例２：性能評価試験 Ｉ．基本特性の評価 実施例１の如く作製したセンサを用いて、以下の方法に
てＯ2 ガス，ＮＯガスが検出できるかどうか検討した。 方法：図１に示す本センサのＯ2 セルの温度を７２０
℃，その時のセル抵抗を５．３ｋΩとし、また、ＮＯセ
ルの温度を６６５℃、その時のセル抵抗を６ｋΩとする
ことにより両セルの抵抗をほぼ同じ値にした。そして、
Ｏ2 ，ＮＯセル単独のＯ2 ガス、ＮＯガス濃度変化に対
する特性、更に、両セルを共に動作状態にしたときのＮ
Ｏ＋Ｏ2 ガス中での特性を調べた。 ＜結果＞ Ｉ−１）ＮＯセルに電圧を印加せず、Ｏ2 セルに電圧を
０．６Ｖ印加した場合のＮ2 −Ｏ2 （０〜５％）ガス変
化（Ｏ2 ガス濃度を０〜５％の範囲で変化させた，以下
同様）に対する出力電流特性、及びＮ2 −ＮＯ（０〜２
０００ｐｐｍ）ガス変化（ＮＯガス濃度を０〜２０００
ｐｐｍの範囲で変化させた，以下同様）に対する出力電
流特性を調べた。結果を図４（ａ），（ｂ）に示す。図
４（ａ）から明らかなように、Ｏ2 ガスに対しては濃度
に対応した出力電流が得られるが、図４（ｂ）から明ら
かなように、ＮＯガスに対しては濃度が変化しても電流
は流れない。 Ｉ−２）ＮＯセルに０．６Ｖの電圧を印加してＩ−１）
と同様にＮ2 −Ｏ2 （０〜５％）ガス変化に対する出力
電流特性、及びＮ2 −ＮＯ（０〜２０００ｐｐｍ）ガス
変化に対する出力電流特性を調べた。結果を図５
（ａ），（ｂ）に示す。図５（ａ）から明らかなよう
に、Ｏ2 ガスに対しては図４（ａ）の場合と同様に濃度
に対応した出力電流が得られる。また、図５（ｂ）から
明らかなように、ＮＯセルでは、ＮＯガス濃度に対応し
た出力電流が流れる。 Ｉ−３）Ｏ2 セルに０．６Ｖの電圧を印加し、更にＮＯ
セルに０．４Ｖの電圧を印加した動作状態でＮ2 −Ｏ2
（５％）−ＮＯ（０〜２０００ｐｐｍ）ガス変化に対す
るＮＯセルの出力電流特性を調べた。結果を図６に示
す。ＮＯセルでＮＯガス濃度に対応した出力電流が得ら
れることが明確に判る。それ故、図４，５，６から明ら
かなように、Ｏ2 ガス共存雰囲気においてもＮＯセルで
は微量のＮＯガスを検出することができる。
てＯ2 ガス，ＮＯガスが検出できるかどうか検討した。 方法：図１に示す本センサのＯ2 セルの温度を７２０
℃，その時のセル抵抗を５．３ｋΩとし、また、ＮＯセ
ルの温度を６６５℃、その時のセル抵抗を６ｋΩとする
ことにより両セルの抵抗をほぼ同じ値にした。そして、
Ｏ2 ，ＮＯセル単独のＯ2 ガス、ＮＯガス濃度変化に対
する特性、更に、両セルを共に動作状態にしたときのＮ
Ｏ＋Ｏ2 ガス中での特性を調べた。 ＜結果＞ Ｉ−１）ＮＯセルに電圧を印加せず、Ｏ2 セルに電圧を
０．６Ｖ印加した場合のＮ2 −Ｏ2 （０〜５％）ガス変
化（Ｏ2 ガス濃度を０〜５％の範囲で変化させた，以下
同様）に対する出力電流特性、及びＮ2 −ＮＯ（０〜２
０００ｐｐｍ）ガス変化（ＮＯガス濃度を０〜２０００
ｐｐｍの範囲で変化させた，以下同様）に対する出力電
流特性を調べた。結果を図４（ａ），（ｂ）に示す。図
４（ａ）から明らかなように、Ｏ2 ガスに対しては濃度
に対応した出力電流が得られるが、図４（ｂ）から明ら
かなように、ＮＯガスに対しては濃度が変化しても電流
は流れない。 Ｉ−２）ＮＯセルに０．６Ｖの電圧を印加してＩ−１）
と同様にＮ2 −Ｏ2 （０〜５％）ガス変化に対する出力
電流特性、及びＮ2 −ＮＯ（０〜２０００ｐｐｍ）ガス
変化に対する出力電流特性を調べた。結果を図５
（ａ），（ｂ）に示す。図５（ａ）から明らかなよう
に、Ｏ2 ガスに対しては図４（ａ）の場合と同様に濃度
に対応した出力電流が得られる。また、図５（ｂ）から
明らかなように、ＮＯセルでは、ＮＯガス濃度に対応し
た出力電流が流れる。 Ｉ−３）Ｏ2 セルに０．６Ｖの電圧を印加し、更にＮＯ
セルに０．４Ｖの電圧を印加した動作状態でＮ2 −Ｏ2
（５％）−ＮＯ（０〜２０００ｐｐｍ）ガス変化に対す
るＮＯセルの出力電流特性を調べた。結果を図６に示
す。ＮＯセルでＮＯガス濃度に対応した出力電流が得ら
れることが明確に判る。それ故、図４，５，６から明ら
かなように、Ｏ2 ガス共存雰囲気においてもＮＯセルで
は微量のＮＯガスを検出することができる。
【００１８】II．共存Ｏ2 ガスがＮＯセルの出力電流特
性に及ぼす影響の検討 Ｏ2 セルに０．６Ｖの電圧を印加し、ＮＯセルに０．４
Ｖの電圧を印加した状態で共存Ｏ2 ガスをパラメータに
取り、ＮＯセルのＮＯガス濃度変化に対する出力電流特
性を調べた。なお、ＮＯ2 ガスの影響もあるために、一
定濃度のＮＯ2ガスも共存させた。すなわち、Ｎ2 −Ｎ
Ｏ2 （１０００ｐｐｍ）−ＮＯ（０〜２０００ｐｐｍ）
−Ｏ2 （０〜５％）ガス変化に対するＮＯセルの出力電
流特性を調べた。結果を図７に示す。図７の結果によれ
ば、共存するＯ2 濃度によってＮＯ濃度に対する出力電
流値が異なる。特に、Ｏ2 濃度が１％以下になるとＮＯ
濃度の変化に対して電流出力がなくなる。このことは、
Ｏ2 セルに０．６Ｖの電圧を印加すると、共存するＯ2
ガス，ＮＯ2 ガスのみが酸素ポンプ作用にて汲み出され
ているのではなく微量のＮＯガスも同時に汲み出されて
いると推定される。また、Ｏ2 濃度が高くなると、ＮＯ
濃度に対する出力電流値が大きくなるのはＮＯセルにＯ
2 ガスが微量漏れてＮＯガス出力が増加すると考えられ
る。そこで、Ｏ2 セルの陰極と参照電極問の起電力がガ
ス雰囲気が変化しても常に０．５ＶになるようにＯ2 セ
ルに印加する電圧を制御して、前記の条件及び測定法に
て共存Ｏ2 ガスがＮＯセルの出力電流特性に及ぼす影響
を調べた。その結果を図８に示す。図８の結果から明ら
かなように、Ｏ2 セルの陰極と参照電極間の起電力が一
定になるように制御すると、共存するＯ2 ガスの濃度が
変化しても、ＮＯセルの出力電流はＮＯガス濃度に対応
した出力を示す。
性に及ぼす影響の検討 Ｏ2 セルに０．６Ｖの電圧を印加し、ＮＯセルに０．４
Ｖの電圧を印加した状態で共存Ｏ2 ガスをパラメータに
取り、ＮＯセルのＮＯガス濃度変化に対する出力電流特
性を調べた。なお、ＮＯ2 ガスの影響もあるために、一
定濃度のＮＯ2ガスも共存させた。すなわち、Ｎ2 −Ｎ
Ｏ2 （１０００ｐｐｍ）−ＮＯ（０〜２０００ｐｐｍ）
−Ｏ2 （０〜５％）ガス変化に対するＮＯセルの出力電
流特性を調べた。結果を図７に示す。図７の結果によれ
ば、共存するＯ2 濃度によってＮＯ濃度に対する出力電
流値が異なる。特に、Ｏ2 濃度が１％以下になるとＮＯ
濃度の変化に対して電流出力がなくなる。このことは、
Ｏ2 セルに０．６Ｖの電圧を印加すると、共存するＯ2
ガス，ＮＯ2 ガスのみが酸素ポンプ作用にて汲み出され
ているのではなく微量のＮＯガスも同時に汲み出されて
いると推定される。また、Ｏ2 濃度が高くなると、ＮＯ
濃度に対する出力電流値が大きくなるのはＮＯセルにＯ
2 ガスが微量漏れてＮＯガス出力が増加すると考えられ
る。そこで、Ｏ2 セルの陰極と参照電極問の起電力がガ
ス雰囲気が変化しても常に０．５ＶになるようにＯ2 セ
ルに印加する電圧を制御して、前記の条件及び測定法に
て共存Ｏ2 ガスがＮＯセルの出力電流特性に及ぼす影響
を調べた。その結果を図８に示す。図８の結果から明ら
かなように、Ｏ2 セルの陰極と参照電極間の起電力が一
定になるように制御すると、共存するＯ2 ガスの濃度が
変化しても、ＮＯセルの出力電流はＮＯガス濃度に対応
した出力を示す。
【００１９】III ）Ｏ2 セル及びＮＯセルに印加する電
圧条件の検討 本センサの検知部は電極端子の少ない単純な構造とする
ことができる。すなわち、他のガスに影響されることな
く、Ｏ2 セルでは被測定ガス中のＯ2 ＋ＮＯ2ガスを検
出し、ＮＯセルではＮＯガスを検出するために、本発明
の実施例１のセンサでは３端子の電極にてＯ2 セルとＮ
Ｏセルが構成されている。そのため、Ｏ2 セル，ＮＯセ
ルに印加する電圧条件の最適化を図ることが重要であ
る。そこで、以下のガス雰囲気〔Ｎ2 ＋Ｏ2 （５％）＋
Ｈ2 Ｏ（１０％）＋ＣＯ2 （５％）＋ＮＯ（２０００ｐ
ｐｍ）混合ガス〕中でのＮＯガス濃度を測定するため
に、Ｏ2 セル及びＮＯセルに印加する最適電庄条件につ
いて検討した。結果を表１に示す。総合的な判定を○×
式で行った。なお、前記の検討をするにあたって、下記
の如く、Ｏ2 ，ＮＯセルの抵抗が同一になるようにヒー
タ温度を変えて各セルを調整した。 Ｏ2 セル：温度６８０℃（抵抗５．３ｋΩ） ＮＯセル：温度６５０℃（抵抗５．０ｋΩ） 表１の結果から、Ｏ2 セル、ＮＯセルに印加する電圧条
件を適正に選ぶ必要があることが判った。すなわち、Ｎ
ＯセルとＯ2 セルでは電極材料が異なることから、ＮＯ
セルと電極の活性が異なるＯ2 セルでは、１Ｖ以上の電
圧を印加するとＯ2 ，ＮＯ，ＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏガスを酸素
ポンプ作用にて排出する。よって、Ｏ2セルでは０．６
Ｖ程度の電圧印加にすればＯ2 ガスのみを、そしてＮＯ
セルでは０．４Ｖ程度の電圧印加にすればＮＯガスのみ
を排出することができ、各セルに流れる電流からＯ2 ガ
ス濃度，ＮＯガス濃度を測定できることが判った。
圧条件の検討 本センサの検知部は電極端子の少ない単純な構造とする
ことができる。すなわち、他のガスに影響されることな
く、Ｏ2 セルでは被測定ガス中のＯ2 ＋ＮＯ2ガスを検
出し、ＮＯセルではＮＯガスを検出するために、本発明
の実施例１のセンサでは３端子の電極にてＯ2 セルとＮ
Ｏセルが構成されている。そのため、Ｏ2 セル，ＮＯセ
ルに印加する電圧条件の最適化を図ることが重要であ
る。そこで、以下のガス雰囲気〔Ｎ2 ＋Ｏ2 （５％）＋
Ｈ2 Ｏ（１０％）＋ＣＯ2 （５％）＋ＮＯ（２０００ｐ
ｐｍ）混合ガス〕中でのＮＯガス濃度を測定するため
に、Ｏ2 セル及びＮＯセルに印加する最適電庄条件につ
いて検討した。結果を表１に示す。総合的な判定を○×
式で行った。なお、前記の検討をするにあたって、下記
の如く、Ｏ2 ，ＮＯセルの抵抗が同一になるようにヒー
タ温度を変えて各セルを調整した。 Ｏ2 セル：温度６８０℃（抵抗５．３ｋΩ） ＮＯセル：温度６５０℃（抵抗５．０ｋΩ） 表１の結果から、Ｏ2 セル、ＮＯセルに印加する電圧条
件を適正に選ぶ必要があることが判った。すなわち、Ｎ
ＯセルとＯ2 セルでは電極材料が異なることから、ＮＯ
セルと電極の活性が異なるＯ2 セルでは、１Ｖ以上の電
圧を印加するとＯ2 ，ＮＯ，ＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏガスを酸素
ポンプ作用にて排出する。よって、Ｏ2セルでは０．６
Ｖ程度の電圧印加にすればＯ2 ガスのみを、そしてＮＯ
セルでは０．４Ｖ程度の電圧印加にすればＮＯガスのみ
を排出することができ、各セルに流れる電流からＯ2 ガ
ス濃度，ＮＯガス濃度を測定できることが判った。
【００２０】IV）Ｏ2 セルの電極材料におけるＰｔへの
Ａｕ添加率についての検討 本発明のセンサでは、Ｏ2 セルとＮＯセルを組み合わせ
ることにより、被測定ガス中のＯ2 ＋ＮＯ2 ，ＮＯガス
のみを分離して計測することから、特に、Ｏ2セルに用
いる電極材料の組成が重要であり、充分に検討する必要
がある。先に、Ｐｔ電極とＰｔ−Ｐｄ電極の組み合わせ
にて限界電流式センサを作製して各酸素結合ガスの分解
電圧について調べた結果について報告した（図１０〜１
２参照）。そこでは、Ｐｔのみ，Ｐｔ−Ｐｄ，Ｐｔ−Ｒ
ｈ電極材料を用いた場合を比較して、ＰｔにＡｕを混合
したＰｔ−Ａｕ電極材料を用いた電極では、他の電極材
料を用いた場合に比べて、ＮＯガスに対して約０．６Ｖ
も高い電圧にて分解が始まることを示した（図１２参
照）。そこで、本検討においては、Ｐｔに添加するＡｕ
量の効果を更に詳細に調べるために、Ａｕ１００％のタ
ーゲット、及びＰｔに添加するＡｕ量を０．１％，１
％，１０％と変えたＰｔ−Ａｕターゲットを準備して、
スバッタ装置にて電極を種々に変えた限界電流式センサ
を作製し、Ｎ2 にＮＯを２０００ｐｐｍ添加したガス雰
囲気での電流一電圧特性を測定した。なお、その時のセ
ンサ温度は６００℃、ガス流量５リットル／分とした。
結果を図９に示す。図９から明らかなように、Ａｕの添
加率の影響は大きく、Ａｕを０．１％添加しただけで
も、Ｐｔのみの電極に比較して、電流の流れ始める電圧
が高電圧側へ移行する。Ａｕの添加率が更に増大するに
つれて、センサの抵抗も増大することが電流一電圧特性
から判る。よって、センサ抵抗、分解電圧等から考え
て、Ｐｔに添加するＡｕの添加率としては０．０１〜１
０％が有効と考えられる。
Ａｕ添加率についての検討 本発明のセンサでは、Ｏ2 セルとＮＯセルを組み合わせ
ることにより、被測定ガス中のＯ2 ＋ＮＯ2 ，ＮＯガス
のみを分離して計測することから、特に、Ｏ2セルに用
いる電極材料の組成が重要であり、充分に検討する必要
がある。先に、Ｐｔ電極とＰｔ−Ｐｄ電極の組み合わせ
にて限界電流式センサを作製して各酸素結合ガスの分解
電圧について調べた結果について報告した（図１０〜１
２参照）。そこでは、Ｐｔのみ，Ｐｔ−Ｐｄ，Ｐｔ−Ｒ
ｈ電極材料を用いた場合を比較して、ＰｔにＡｕを混合
したＰｔ−Ａｕ電極材料を用いた電極では、他の電極材
料を用いた場合に比べて、ＮＯガスに対して約０．６Ｖ
も高い電圧にて分解が始まることを示した（図１２参
照）。そこで、本検討においては、Ｐｔに添加するＡｕ
量の効果を更に詳細に調べるために、Ａｕ１００％のタ
ーゲット、及びＰｔに添加するＡｕ量を０．１％，１
％，１０％と変えたＰｔ−Ａｕターゲットを準備して、
スバッタ装置にて電極を種々に変えた限界電流式センサ
を作製し、Ｎ2 にＮＯを２０００ｐｐｍ添加したガス雰
囲気での電流一電圧特性を測定した。なお、その時のセ
ンサ温度は６００℃、ガス流量５リットル／分とした。
結果を図９に示す。図９から明らかなように、Ａｕの添
加率の影響は大きく、Ａｕを０．１％添加しただけで
も、Ｐｔのみの電極に比較して、電流の流れ始める電圧
が高電圧側へ移行する。Ａｕの添加率が更に増大するに
つれて、センサの抵抗も増大することが電流一電圧特性
から判る。よって、センサ抵抗、分解電圧等から考え
て、Ｐｔに添加するＡｕの添加率としては０．０１〜１
０％が有効と考えられる。
【００２１】
【発明の効果】本発明の窒素酸化物及び酸素検出センサ
は、単一の多孔質基板上に窒素酸化物検知セルと酸素検
知セルとからなる検知部を慣用の製造方法により一体化
して形成することができるので、センサの構成が単純で
作製が容易である。また、本センサからの出力信号は限
界電流であり、一定の電圧を印加すれば被測定ガスの濃
度と出力電流が比例するので、低濃度から高濃度まで高
精度で被測定ガスを検出することができる。また、使用
に際して被測定ガスを酸素検知セル，窒素酸化物検知セ
ルの順に流すと、酸素濃度を被測定ガス流の上流側で検
知することになり下流側の酸素濃度を監視していること
となるので、下流側での窒素酸化物検知セルによる窒素
酸化物の検知における酸素濃度の影響を抑制することが
可能となる。このため、本発明のセンサを用いると、窒
素酸化物及び酸素が混在する被測定ガスから選別性良く
窒素酸化物（例えばＮＯ）を検出することができる。更
に、本発明の窒素酸化物及び酸素検出センサは熱的及び
化学的に安定な材料から構成されているので、燃焼排気
ガス中での安定性に優れており、同時に、高温（例えば
７００℃）でも使用できるため、排気管などの高温排気
ガス雰囲気に直接挿入することができる小型且つ軽量な
センサを容易に得ることができる。
は、単一の多孔質基板上に窒素酸化物検知セルと酸素検
知セルとからなる検知部を慣用の製造方法により一体化
して形成することができるので、センサの構成が単純で
作製が容易である。また、本センサからの出力信号は限
界電流であり、一定の電圧を印加すれば被測定ガスの濃
度と出力電流が比例するので、低濃度から高濃度まで高
精度で被測定ガスを検出することができる。また、使用
に際して被測定ガスを酸素検知セル，窒素酸化物検知セ
ルの順に流すと、酸素濃度を被測定ガス流の上流側で検
知することになり下流側の酸素濃度を監視していること
となるので、下流側での窒素酸化物検知セルによる窒素
酸化物の検知における酸素濃度の影響を抑制することが
可能となる。このため、本発明のセンサを用いると、窒
素酸化物及び酸素が混在する被測定ガスから選別性良く
窒素酸化物（例えばＮＯ）を検出することができる。更
に、本発明の窒素酸化物及び酸素検出センサは熱的及び
化学的に安定な材料から構成されているので、燃焼排気
ガス中での安定性に優れており、同時に、高温（例えば
７００℃）でも使用できるため、排気管などの高温排気
ガス雰囲気に直接挿入することができる小型且つ軽量な
センサを容易に得ることができる。
【図１】本発明の実施例１のセンサの断面図である。
【図２】図１のセンサの上面図である。
【図３】実施例１のセンサの作製手順を示す説明図であ
る。
る。
【図４】実施例１のセンサの作動特性を示す図である。
【図５】実施例１のセンサの作動特性を示す別の図であ
る。
る。
【図６】実施例１のセンサの作動特性を示す更に別の図
である。
である。
【図７】実施例１のセンサにおいて、共存Ｏ2 ガスがＮ
Ｏセルの出力電流特性に及ぼす影響を示す図である。
Ｏセルの出力電流特性に及ぼす影響を示す図である。
【図８】実施例１のセンサにおいて、Ｏ2 セルに印加す
る電圧を好適に制御した場合の、共存Ｏ2 ガスがＮＯセ
ルの出力電流特性に及ぼす影響を示す図である。
る電圧を好適に制御した場合の、共存Ｏ2 ガスがＮＯセ
ルの出力電流特性に及ぼす影響を示す図である。
【図９】限界電流式センサにおいて、Ｏ2 セルの電極材
料におけるＰｔへのＡｕ添加率の出力電流特性に及ぼす
影響を示す図である。
料におけるＰｔへのＡｕ添加率の出力電流特性に及ぼす
影響を示す図である。
【図１０】限界電流式センサにおいて、種々のガスの雰
囲気での出力電流特性を示す図である。
囲気での出力電流特性を示す図である。
【図１１】限界電流式センサのセンサ素子の概略構成図
である。
である。
【図１２】図１１のセンサにおける、陰極の電極材料と
酸素結合ガスの分解によって酸素ポンプ作用の始まる電
圧（分解電圧）との関係を示す図である。
酸素結合ガスの分解によって酸素ポンプ作用の始まる電
圧（分解電圧）との関係を示す図である。
１，６：多孔質基板 ２，４：
電極 ３，９，１２：ＺｒＯ2 電解質 ５，１
４：Ｐｔヒータ ７，１０：陰極 ８，１
１：陽極 １３：参照電極 １５：Ｐ
ｔリード線 １６，１９：電源 １７：電
圧計 １８，２０：モニター
電極 ３，９，１２：ＺｒＯ2 電解質 ５，１
４：Ｐｔヒータ ７，１０：陰極 ８，１
１：陽極 １３：参照電極 １５：Ｐ
ｔリード線 １６，１９：電源 １７：電
圧計 １８，２０：モニター
Claims (1)
- 【請求項１】 多孔質基板上に窒素酸化物検知セルと酸
素検知セルとからなる検知部が形成されたセンサ素子を
備えた窒素酸化物及び酸素検出センサであって、 前記窒素酸化物検知セルは、電極，酸素イオン伝導性固
体電解質，白金電極が順次積層されてなり、 前記酸素検知セルは、電極，酸素イオン伝導性固体電解
質，白金−金電極が順次積層されてなることを特徴とす
る窒素酸化物及び酸素検出センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03416698A JP3546919B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 窒素酸化物及び酸素検出センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03416698A JP3546919B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 窒素酸化物及び酸素検出センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11218514A true JPH11218514A (ja) | 1999-08-10 |
| JP3546919B2 JP3546919B2 (ja) | 2004-07-28 |
Family
ID=12406633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03416698A Expired - Fee Related JP3546919B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 窒素酸化物及び酸素検出センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3546919B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002027311A1 (de) * | 2000-09-28 | 2002-04-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Gassensor |
| CN100405050C (zh) * | 2006-03-23 | 2008-07-23 | 广州杰赛科技股份有限公司 | 一种芯片及其含有这种芯片的双向串联片式氧传感器 |
| JPWO2022034887A1 (ja) * | 2020-08-11 | 2022-02-17 |
-
1998
- 1998-01-30 JP JP03416698A patent/JP3546919B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
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| WO2002027311A1 (de) * | 2000-09-28 | 2002-04-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Gassensor |
| CN100405050C (zh) * | 2006-03-23 | 2008-07-23 | 广州杰赛科技股份有限公司 | 一种芯片及其含有这种芯片的双向串联片式氧传感器 |
| JPWO2022034887A1 (ja) * | 2020-08-11 | 2022-02-17 | ||
| WO2022034887A1 (ja) * | 2020-08-11 | 2022-02-17 | トライポッド・デザイン株式会社 | センサシステム、センサ装置、及びセンシング方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3546919B2 (ja) | 2004-07-28 |
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