JPH11281614A - ガスセンサー素子 - Google Patents

ガスセンサー素子

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JPH11281614A
JPH11281614A JP10080683A JP8068398A JPH11281614A JP H11281614 A JPH11281614 A JP H11281614A JP 10080683 A JP10080683 A JP 10080683A JP 8068398 A JP8068398 A JP 8068398A JP H11281614 A JPH11281614 A JP H11281614A
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JP
Japan
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gas sensor
sensor element
inorganic adhesive
ion conductor
alumina
Prior art date
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Withdrawn
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JP10080683A
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English (en)
Inventor
Shigeyuki Kimura
滋行 木村
Miyuki Watanabe
みゆき 渡辺
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Akebono Research and Development Centre Ltd
Original Assignee
Akebono Research and Development Centre Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ガスセンサ−素子を構成する部品同志を無機接
着剤の熱膨張を利用して圧接力をうるようにした小型化
・安価・高感度化を達成することができるガスセンサー
素子を得る。 【解決手段】加熱手段を有するアルミナ板4上に検知極
1および固体基準極2を配置し、前記検知極および固体
基準極上にアルカリ金属イオン導電体3を配置し、前記
アルミナ板とアルカリ金属イオン導電体とを耐熱性に富
んだ無機接着剤6で接着したことを特徴とするガスセン
サー素子。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気相中のCO2
度を主として測定し,その他NOxおよびSOxを測定
するための小型でかつガス濃度を精度良く検出できる高
温作動式のガスセンサ−素子に関するものであり、さら
に詳細には、ガスセンサ−素子を構成する部品同志をボ
ルトなどによる機械的圧接や溶融等による接合ではな
く、無機接着剤の熱膨張を利用して圧接力をうるように
した小型化・安価・高感度化を達成することができるガ
スセンサー素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】大気環境汚染に対処するために、近年に
なって気相中のCO2 濃度を主として、あるいは、その
他NOxおよびSOxを測定することが可能なガスセン
サ−の開発が積極的に行われている。こうしたガスセン
サーの内、たとえばCO2 センサ−は、主として交通機
関の居室、住宅、オフィスなどの限定された空間のガス
濃度管理、施設園芸などでのCO2 濃度を検知制御する
などの分野において有用であり、他方、NOxおよびS
Oxのセンサ−は大気汚染に対する環境保全のために不
可欠のものである。上記目的を達成するためのガスセン
サ−として、アルカリ金属イオン導電体の両端に検知
極、固体基準極を設けた高温において作動するいわゆる
濃淡電池型のものが種々提案されており、例えば、この
タイプからなるCO2 ガスセンサ−は、同センサーを測
定ガス中に置くだけで、標準ガスを用いることなく正確
にCO 2 濃度を測定することが出来る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
なCO2 ガスセンサーは、測定効率を上げるためにセン
サーを構成するCO2 ガスと解離平衡にあるアルカリ金
属炭酸塩(検知極)とアルカリ金属イオン導電体との間
を、イオン伝達可能でかつ耐熱性が高く(300°C程
度以上)また当該材料の熱膨張率の差を吸収しつつ高強
度に接合する必要がある。このため、この形式のガスセ
ンサ−素子では、素子を構成する部品が耐熱性、電荷可
動性(イオン導電性・電子電導性)等を備えている必要
があり,また、それらの部品の接合は、接合または被接
合材料いずれかの溶融接合が必要となる。
【0004】しかし、アルカリ金属炭酸塩(検知極)と
アルカリ金属イオン導電体の間を熱的に強引に接着させ
る場合、かなり高い温度下で長時間にわたって加熱する
必要があり、たとえばアルカリ金属炭酸塩として炭酸リ
チウムを使用した場合、炭酸リチウムの融点(720°
C)以上の温度に加熱すると炭酸リチウムが溶融してし
まいガスの拡散のために必要な検知極中の空隙が完全に
消滅してしまう。さらには、炭酸リチウムとLISIC
ONなどのアルカリ金属イオン導電体とが反応してしま
い、界面にリチウムの高濃度の層が生成して起動力のド
リフトを起こしてしまう、高温反応生成物がセンサ−性
能に悪影響を及ぼし,測定精度・寿命の低下を引き起こ
す等の問題が発生する。
【0005】また、上述の溶融固化以外の手段による接
合には、部品を機械的に圧接する方法が考えられるが、
従来の圧接法では,素子部品同士を押し付けるために素
子と反応性がなくかつ耐熱性のある専用の部品(ねじ・
バネ等)を必要とするため、構成部品が多くなり、か
つ、ガスセンサー素子自体のサイズも大きくなり、小型
の熱伝導式のヒ−タでは温度分布が悪くなる。この結
果、ヒ−タも大きくせざるを得ず消費電力が大きくな
り、小型化がますます困難となるという問題がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、高温
作動ガスセンサ−素子において,耐熱性大なる無機接着
剤を間接的に使用し素子部品を圧接することにより(言
い換えると、無機接着剤の熱膨張を利用して圧接力を得
るようにすることにより)、構成部品も少なく単純な構
造からなり、部品界面の反応生成物の発生を防止できセ
ンサ−の測定精度と寿命を改善出来る小型のガスセンサ
ー素子を提供し、上記諸問題を解決することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】このため、本発明が採用
した技術解決手段は、加熱手段を有するアルミナ板上に
検知極および固体基準極を配置し、前記検知極および固
体基準極上にアルカリ金属イオン導電体を配置し、前記
アルミナ板とアルカリ金属イオン導電体とを耐熱性に富
んだ無機接着剤で接着したことを特徴とするガスセンサ
ー素子であり、
【0008】加熱手段を有するアルミナ板とアルミナ蓋
とによって空間を形成し、該空間内のアルミナ板上に検
知極および固体基準極を配置し、前記検知極および固体
基準極上にアルカリ金属イオン導電体を配置し、前記ア
ルカリ金属イオン導電体とアルミナ蓋とを耐熱性に富ん
だ無機接着剤6で接着したことを特徴とするガスセンサ
ー素子である。
【0009】
【実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実施の形
態を説明すると、図1は第1実施形態に係わるガスセン
サー素子の断面図である。図において、アルミナ板4上
には、コーティング層8を介して検知極を形成する炭酸
リチウムペレット1と、固体基準極を形成する(LiF
eO2 +LiFe 5 8 )ペレット2とを分離載置し、
さらに前述の炭酸リチウムペレット1と、(LiFeO
2 +LiFe5 8 )ペレット2の上に、アルカリ金属
イオン導電体としてのリチウムイオン導電体3を載置
し、この状態で、リチウムイオン導電体3とアルミナ板
4とを周囲複数箇所において耐熱性の無機接着剤(ここ
ではアルミナ系接着剤を使用)6で接着する。なお、こ
の無機接着剤6の熱膨張係数は、炭酸リチウムペレット
1、(LiFeO2 +LiFe5 8 )ペレット2の熱
膨張係数よりも小さいものを使用することが重要であ
る。
【0010】前記炭酸リチウムペレット1と、(LiF
eO2 +LiFe5 8 )ペレット2には両者間の電位
差を検知するためのリード線7b、7cが接続されて、
また、アルミナ板4の裏面には白金ヒータ5が配置さ
れ、白金ヒータ5にはヒータ用リード線7aが接続され
ている。
【0011】以上のように構成されたガスセンサーは白
金ヒータ5によって所定の温度(約500°C前後)に
加熱された状態で使用され、公知の理論によってCO2
ガス濃度を検出できるが、測定状態(加熱状態)におい
て、上記実施形態のものでは、リチウムイオン導電体3
とアルミナ板4との間を接着している無機接着剤6の熱
膨張係数が、両者間に配置されている炭酸リチウムペレ
ット1、(LiFeO 2 +LiFe5 8 )ペレット2
の熱膨張係数よりも小さいために、無機接着剤6に常に
引っ張り力が発生することになり、この引っ張り力によ
ってリチウムイオン導電体3とアルミナ板4と間の検知
極1および固体基準極には圧接力が作用する。このた
め、従来のような機械的圧接手段が不要となり、構成部
品が少なく単純な構造で、小型であり、部品界面の反応
生成物の発生を防止でき、さらにセンサ−の測定精度と
寿命を改善出来るガスセンサーを得ることができる。な
お、リチウムイオン導電体3とアルミナ板4との接着箇
所は本例では4箇所としてあるが、ガスセンサー素子の
大きさ形状等によって自由に変更することができる。
【0012】次に、本発明の第2実施形態に係わるガス
センサー素子を図2を参照して説明する。図において、
4はアルミナ板であり、その周囲には、立設したフラン
ジ4aが形成され、そのフランジ4a上面にはアルミナ
蓋4bが固定され、箱状を形成している。アルミナ板4
とアルミナ蓋4bとによって形成された空間内のアルミ
ナ板4上には、コーティング層8を介して検知極を形成
する炭酸リチウムペレット1と、固体基準極を形成する
(LiFeO2 +LiFe5 8 )ペレット2とが分離
載置され、さらに炭酸リチウムペレット1と、(LiF
eO2 +LiFe58 )ペレット2の上にはリチウム
イオン導電体3が載置される。そしてリチウムイオン導
電体3とアルミナ蓋4bとの間をアルミナ系接着剤(無
機接着剤)6で接着する。前記炭酸リチウムペレット1
と、(LiFeO2 +LiFe5 8 )ペレット2には
両者間の電位差を検知するためのリード線7b、7cが
接続され、また、アルミナ板4の裏面には白金ヒータ5
が配置され、白金ヒータ5にはヒータ用リード線7aが
接続されている。
【0013】以上のように構成されたガスセンサーは白
金ヒータ5によって所定の温度(約500°C前後)に
加熱された状態で使用され、公知の理論によってCO2
ガス濃度を検出できるが、測定状態(加熱状態)におい
て、上記実施形態のものでは、リチウムイオン導電体3
とアルミナ板4とが熱膨張すると同時に、無機接着剤6
も熱膨張するため、各部材内に熱膨張による圧縮力が発
生し、この圧縮力によってリチウムイオン導電体3とア
ルミナ板4と間に圧接力が発生する。このため、本実施
形態においても従来のような機械的圧接手段が不要とな
り、構成部品が少なく単純な構造で小型であり、部品界
面の反応生成物の発生を防止でき、さらにセンサ−の測
定精度と寿命を改善出来るガスセンサーを得ることがで
きる。なお本実施形態では、無機接着剤および、炭酸リ
チウムペレット1、(LiFeO 2 +LiFe5 8
ペレット2が熱膨張時においていずれも圧縮力を発生
し、この圧縮力によって各部材間の圧接力を得ることが
できるため、無機接着剤は第1実施形態のように、炭酸
リチウムペレット1、(LiFeO2 +LiFe
5 8 )ペレット2の熱膨張係数よりも小さいものを使
用する必要はない。
【0014】
【発明の効果】以上詳細に述べた如く本発明によれば、
高温作動ガスセンサ−において,耐熱性大なる無機接着
剤を間接的に使用し素子部品を圧接する構造としたた
め、ガスセンサー素子の構成部品を少なくすることがで
き、小型で単純な構造のガスセンサーを得ることができ
る。また、部品界面の反応生成物の発生を防止でき、ガ
スセンサ−の測定精度と寿命を改善出来る。また、無機
接着剤の熱膨張を利用して圧接力を得ることができるた
め、無機接着剤の選択、基板の材質の選択により,圧接
力を自由に制御することができる、等の優れた効果を奏
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係わるガスセンサ−素
子の断面図である。
【図2】本発明の第2実施形態に係わるガスセンサ−素
子の断面図である。
【符号の説明】
1 炭酸リチウムペレット 2 (LiFeO2 +LiFe5 8
ペレット 3 リチウムイオン導電体 4 アルミナ板 5 白金ヒ−タ 6 耐熱性の無機接着剤(アルミナ系接
着剤) 7 リ−ド線 8 コ−ティング層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加熱手段を有するアルミナ板4上に検知極
    1および固体基準極2を配置し、前記検知極および固体
    基準極上にアルカリ金属イオン導電体3を配置し、前記
    アルミナ板とアルカリ金属イオン導電体とを耐熱性に富
    んだ無機接着剤6で接着したことを特徴とするガスセン
    サー素子。
  2. 【請求項2】前記無機接着剤6の熱膨張係数は、検知極
    1、固体基準極2の熱膨張係数よりも小さいものを使用
    することを特徴とする請求項1に記載のガスセンサー素
    子。
  3. 【請求項3】加熱手段を有するアルミナ板4とアルミナ
    蓋4bとによって空間を形成し、該空間内のアルミナ板
    4上に検知極1および固体基準極2を配置し、前記検知
    極および固体基準極上にアルカリ金属イオン導電体3を
    配置し、前記アルカリ金属イオン導電体3とアルミナ蓋
    4bとを耐熱性に富んだ無機接着剤6で接着したことを
    特徴とするガスセンサー素子。
JP10080683A 1998-03-27 1998-03-27 ガスセンサー素子 Withdrawn JPH11281614A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005106442A1 (de) * 2004-04-30 2005-11-10 Markus Gruber Messzelle sowie verfahren zum herstellen einer messzelle und messvorrichtung zur aufnahme einer derartigen messzelle

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005106442A1 (de) * 2004-04-30 2005-11-10 Markus Gruber Messzelle sowie verfahren zum herstellen einer messzelle und messvorrichtung zur aufnahme einer derartigen messzelle
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Effective date: 20050607