JPS584986B2 - 酸素濃度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体中の酸素濃度を検出するための酸素濃度測
定装置に関するものである。

かかる酸素濃度測定装置は自動車等の内燃機関の排ガス
中の酸素含有量を検出して内燃機関の空燃比を制御する
ために近年用いられており、一般に酸素イオンの良導体
であるジルコニアのような固体電解質の管または板の内
外側に白金等の電子伝導性電極を焼成し、これら電極の
外側に酸素分圧未知の被測定ガスを導入し、内側に酸素
分圧既知の基準ガス、例えば空気を導入し、両電極を電
位差計に接続し、被測定ガス中の酸素分圧ＰＯ２と基準
ガス中の酸素分圧ＰＯ２′との差により両電極間に発生
する起電力Ｅを測定し、ネルンストの式ただし、 Ｒ：気体常数 Ｔ：絶対温度 Ｆ：ファラデ一定数 によって酸素濃度を測定すべきガスの酸素分圧を知り、
被測定ガスの全圧を一定に保持することによって酸素分
圧が酸素濃度を示すように構成されている。

この種の酸素濃度測定装置としては従来種々の形式のも
のが提案されており、その代表的なものとして、例えば
、特開昭４９−１３０２９２号公報に記載されているよ
うに管状のセラミック焼結成形体を固体電解質基体とし
、基準ガスとして空気を用いる形式のものが既知である
。

しかし、この形式のものでは管状の固体電解質基体の質
量が大きいため熱容量が大きく、また電気抵抗も大きく
、したがって温度特性や管状固体電解質基体の熱による
破損、ひび割れ等に問題があり、価格も高くなる欠点が
ある。

かかる欠点をな（すため、基体を小型化することが提案
されているが、この場合には、被測定ガス中の酸素濃度
を測定している間に管状の固体電解質基体の内側に常に
新しい基準ガスを送り込む必要があり、電極反応に関与
する酸素濃度が必ずしも基準ガスの酸素濃度とならず、
電極反応によって生ずる表面の拡散層の形成により電極
近くの基準ガスの酸素分圧が変化してしまい、被測定ガ
ス中の酸素濃度を正確に測定することが不可能となる欠
点がある。

したがって、特開昭４９−１３０２９２号公報に記載の
形式の酸素濃度測定装置においては、被測定ガス中の酸
素濃度を正確に測定するために、ガス検知電極部におけ
る基準ガスの拡散による濃度勾配を十分小さく保つため
の基準ガスの代謝機構が必要であり、この結果、必然的
に基準ガスを収容する空間容積を小さくすることに対す
る限界があり、したがって検知部の大きさを小型化する
ことは不可能である。

上述した形式の酸素濃度測定装置の変形として、基準ガ
スを内側へ送り込む代りに、基準ガスを密封空間内に封
入保持し、この基準ガス密封空間の内側に設けた触媒電
極と外側の被測定ガス中に設けだ触媒電極とにより被測
定ガス中の酸素濃度の測定を行うよう構成した酸素濃度
測定装置が特開昭５２−７１２９３号公報に記載されて
いる。

この酸素濃度測定装置は測定時に密封空間内の基準酸素
ガスが電解により消費され、基準ガスの酸素分圧が変化
するため、この酸素分圧が変化すれば測定を中断し、別
の既知の酸素濃度のガス、例えば空気などを基準ガスと
して測定装置の起電力が再び一定値になるまで通電し、
酸素ガスを密閉空間内部に補給することが必要であり、
これがため長時間連続して酸素濃度を検出することはで
きない欠点がある。

かかる欠点を除去して長時間の連続測定を可能にするた
めには、測定中に密閉空間内の基準ガスの酸素分圧がほ
とんど変化しないだけの基準ガスを封入保持している必
要があり、この結実装置が大型化する欠点がある。

さらにまた。この形式の測定装置では、測定中に基準ガ
スを送り込む前述の形式のものに比べて基準ガスの対流
がさらに少ないため、流れがよどんでいる層が非常に厚
くなり、正確に被測定ガス中の酸素分圧を測定すること
は不可能である。

また、この形式のものは前述の形式のものと同様に構造
的に複雑で、固体電解質が肉厚の管状または板状体とな
るため割れ易く、製造上および耐久性上に問題がある。

上述したように基準ガスとして空気等の酸素分圧の一定
のガスを用いると上述した問題を避けることができない
ため、熱力学的平衡を利用した一種の緩衝作用を有する
金属と金属酸化物との混合多孔物質の平衡酸素ガスを基
準ガスとして利用し、基準ガス空間を外部から隔離した
形式のものが米国特許第３５７８５７８号明細書、およ
び特開昭５２−１３６６８９号公報等に記載されている
ように既知である。

この形式のものは固体電解質を厚膜化したもので、一般
に、基板上に電極、酸素界面領域、固体電解質の薄膜層
および多孔質電極を順次形成して構成され、固体電解質
成形体を基準とする欠点を補なうとともに極めて小型化
に成功したものである。

しかし、上述の基準酸素発生物質として、金属−金属酸
化物を用いた酸素濃度測定装置は高温において酸素分圧
が高い雰囲気中で酸素分圧の測定を行なうと、固体電解
質と接触している金属が酸化されたり、外側雰囲気との
混合によって基準の平衡酸素分圧を発生しなくなり、測
定される起電力が時間の経過にしたがって低下し、定常
的に酸素分圧を測定することが不可能で、寿命が著しく
短い欠点があるとともに、金属と金属酸化物とを蒸着、
電着、熱処理またはスパッタリング等の処理により真空
中で付着させて形成するため基準酸素分圧として最も安
定した特性を示すところの金属と金属酸化物とを約１：
１のモル比の組成で形成することが困難であるため製品
コストが高（なる問題がある。

本発明の目的は上述した従来既知の種々の形式の酸素濃
度測定装置における欠点を除去し、起電力が時間の経過
に伴って低下することな（定常的に酸素分圧を測定する
ことができ、また酸素分圧の変化に際しての起電力のオ
ン−オフ特性が明確で、測定精度が高く、寿命が長いと
ともに構造が極めて小型かつ簡単で製造容易な新規な酸
素濃度測定装置な提供しようとするにある。

本発明は、基準酸素分圧の発生源を上述した従来のもの
とは異なる原理に基づく新規な構成とすることによって
上述の目的を達成したもので、これがため本発明によれ
ば、測定極電子伝導層と、酸素イオン電極性固体電解質
物質層と、基準極電子伝導層と、隔膜層とを順次積層し
、前記基準極電子伝導層が前記酸素イオン電導性固体電
解質物質層または前記隔膜層あるいはこれら両層におけ
る多孔開口を通して被測定雰囲気と接触するようにし、
前記測定極電子伝導層および前記基準極電子伝導層間に
測定用起電力を取出す測定手段と、前記基準極電子伝導
層における基準酸素分圧を一定にする制御用直流電流を
加える制御手段とを接続し、これにより通電しながら測
定を行なうよう構成することによって酸素濃度測定中に
基準酸素分圧をほぼ一定に維持するようにしたことを特
徴とし、かように測定中に酸素イオン電導性固体電解質
物質層に絶えず通電しながら両電子伝導層間に生ずる起
電力を測定する構成とすることによって酸素濃度測定装
置の出力を著しく安定させることに成功したものである
。

以下、本発明を図面につき説明する。

第１図は本発明による酸素濃度測定装置の基本的構成を
示し、図面に示すように測定電子伝導層１と、酸素イオ
ン電導性固体電解質物質層３と、基準極電子伝導層２と
、隔膜層４とを順次積層した積層体として構成する。

第１図には具体的に示していないが、酸素イオン電導性
固体電解質物質層３または隔膜層４を構造基体として構
成し、この構造基体によって積層体１，２，３．４全体
を被測定ガスまたは雰囲気中に支持する。

また基準極電子伝導層２の両側に位置する酸素イオン電
導性固体電解質物質層３または隔膜層４あるいはこれら
両層を多孔性物質で構成するとともに基準極電子伝導層
２が被測定雰囲気に対して直接に露出しないよう酸素イ
オン導電性固体電解質物質層３又は隔膜層４を被覆材と
して利用するか又は他の適当な被覆材を用いて基準極電
子伝導層２の外周縁部を被覆して基準極電子伝導層２が
酸素イオン電導性固体電解質物質層３又は隔膜層４或は
これら両層における多孔開口を通して囲りの被測定雰囲
気と接触するようにし、測定極電子伝導層１および基準
極電子伝導層２間に導線５によって測定用起電力を取出
すための測定手段として電位差計のような電圧測定装置
６に接続して被測定ガス雰囲気中の酸素ガス分圧ＰＯ２
（Ｉ）と基準極電子伝導層２および固体電解質物質層３
間の界面における酸素分圧ＰＯ２（■）との差によって
生ずる起電力を測定し得るようにし、さらに、電圧測定
装置６と並列に直流電源回路７を接続して両電子伝導層
１，２間に一定電圧または一定電流を供給し得るよう構
成する。

上述の構成になる酸素濃度測定装置の動作を次に説明す
る。

本発明により基準酸素分圧をほぼ一定に維持する機構を
説明する前に、まず、両電子伝導層間に電圧を印加しな
いで、電位差計により起電力を測定する場合を検討する
に、被測定ガス中の酸素分圧ＰＯ□（１）と固体電解質
層３および基準極電子伝導層２間の界面における酸素分
圧ＰＯ□（■）との間に差がある場合には、両者が一致
する方向に酸素イオンが固体電解質層３内を通って移動
し、ＰＯ２（Ｉ）〉ＰＯ２（■）の場合に、電子伝導層
１と固体電解質層３との界面で０２＋４ｅ→２０−一の
反応が生じ、０−一が固体電解質層３内を通って電子伝
導層２の方向へ移動し、これにより固体電解質層３と電
子伝導層２との界面で２０−−−０□＋４ｅの反応が生
じ、ＰＯ２（■）が次第に増加して最終的にはＰＯ□（
１）＝Ｐ０２（■）となって平衡状態となり、起電力Ｅ
が零になる。

これとは逆に、ＰＯ２（Ｉ）＜ＰＯ２（ｎ） の場合に
は電子伝導層２と固体電解質物質層３との界面に存在す
る０□が被測定ガス中に流出して同様にＰＯ２（１）＝
ｐｏ２（ｎ）となる。

かように両酸素分圧ＰＯ□（Ｉ）およびＰＯ２（■）間
に差がなくなることにより起電力は発生しなくなる。

本発明によれば、両電子伝導層１および２間に常時通電
しながら測定することによって基準極電子伝導層２と電
解質物質層３との界面および物質内の多孔内に基準酸素
ガスを電解により発生させ、これにより基準酸素分圧を
ほぼ一定に維持させるものであり、以下その動作原理を
説明する。

先づ、測定極電子伝導層１を直流電源回路７の負側に接
続し、基準極電子伝導層２を正側に接続する場合、固体
電解質層３内において負に帯電した酸素イオンは基準極
電子伝導層２に向けて移動し、この結果、固体電解質層
３と基準極電子伝導層２との界面における酸素分圧が高
くなる。

この場合生ずる反応を列記すると次の通りである。

（１）測定極電子伝導層１と固体電解質層３との界面に
おいて、０□（被測定ガス中）＋４ｅ→２Ｏ−−（固体
電解質層） （２）固体電解質層３内において、 ２０−一が測定極電子伝導層１から基準極電子伝導層２
に向けて移動する。

（３）基準極電子伝導層２と固体電解質層３との界面に
おいて、 ２Ｏ−−（固体電解質中）−０２＋４ｅ ここで発生する０２は固体電解質層３と基準極電子伝導
層２との界面に蓄積される。

このためＰＯ□（■）は高（なる。

上述した（１）、（２）および（３）の反応とは別に、
基準極電子伝導層２が酸素ガス透過可能の多孔性物質層
４と接触接合しているため蓄積した酸素の一部が外部雰
囲気、すなわち、被測定ガス中に流出する反応も生じる
。

したがって、測定開始後、ある時間経過すると固体電解
質層３と基準極電子伝導層２との界面における酸素分圧
はほぼ一定となる１かようにして酸素濃度測定装置の基
準酸素分圧をほぼ一定に維持することができる。

上述したとは逆に、測定極電子伝導層１を直流電源回路
７の正側に接続し、基準極電子伝導層２を負側に接続す
る場合には、上述した（１）、（２）および（３）の反
応とは逆の反応が生ずる。

すなわち、（１）′固体電解質層３と基準極電子伝導層
２との界面において、 ０２＋４ｅ→２Ｏ−−（固体電解質） （２）′固体電解質層３内において、 ２０−一が基準極電子伝導層２から測定極電子伝導層１
に向けて移動する。

（３）′測定極電子伝導層１と固体電解質層３の界面に
おいて、 ２Ｏ−−（固体電解質）−０２（被測定ガス中）＋４ｅ このような反応によって基準極電子伝導性層と固体電解
質層との界面における酸素分圧が低くなるが、多孔性物
質層４を経て外部の被測定ガス中の酸素ガスが透過進入
し、ある時間経過すると前述したと同様に酸素分圧ＰＯ
２（■）はほぼ一定となる。

したがって、この場合も、はぼ一定の値の基準酸素分圧
を維持することができる。

上述したところから明らかなように、直流電源回路７の
正側および負側を電子伝導層１および２のいづれに接続
する場合にも基準極内の酸素分圧を一定に維持すること
ができるが、上述した前者の場合には酸素を測定極電子
伝導層１より基準極電子伝導層２に電解によって送り込
んで多孔性物質層４を経て散逸する酸素ガス量を補充す
るものであるから、基準酸素ガス分圧を高くすることが
望ましい場合に好適であり、後者の場合には多孔質物質
層４を経て外部から流入する酸素ガス量を排除して一定
になるよう酸素ガスを基準極電子伝導層２より測定極電
子伝導層に向は電解により送り出すものであるから基準
酸素分圧を低い値で一定に維持することが望ましい場合
に好適である。

本発明による酸素濃度測定装置において、電圧測定装置
６で計測される電圧Ｖは被測定ガスの酸素分圧ＰＯ２（
１）と基準酸素分圧ＰＯ２（■）との差によって生ずる
起電力Ｅと一定の関係を有し、これを次式で表わすこと
ができる。

上式において、 ｅ：電源回路におけるバッテリーの電圧 Ｒ１：回路の抵抗 Ｒ２：電圧測定装置のインピーダンス ｒ：酸素センサの内部抵抗 また基準酸素分圧ＰＯ２（■）はセンサを流れる電流と
、多孔質層４中のガス拡散能により決まるため、一定の
値となり、したがって前述したネルンストの式（１）に
より被測定ガスの酸素濃度を知ることができる。

また、上述したところから明らかなように、被測定ガス
の酸素分圧の変化により起電力Ｅが変化し、これに比例
して測定電圧Ｖも変化するから、この電圧Ｖの計測によ
り被測定ガスの酸素濃度に基づ（種々の制御が可能であ
る。

第２図ないし第５図は本発明の他の種々の実施例を示し
、第２図は前述した基本構造とほぼ同じ構造を有する例
を示し、図面において、１および２は例えば白金ペース
ト焼付は膜でそれぞれ構成される測定極電子伝導層およ
び基準極電子伝導層。

３は酸素イオン電導性固体電解質物質層、４は隔膜層を
示し、本例では酸素イオン電導性固体電解質物質層３を
構造基体として構成し、隔膜層４を酸素ガスが透過し得
る多孔性物質で形成し、この層４により基準極電子伝導
層２を被覆して被測定ガス雰囲気空間から分離し、両電
子伝導層１および２を導線５により電位差計のような電
圧測定装置６に接続して被測定ガス雰囲気中の酸素ガス
分圧ＰＯ２（Ｉ）と基準極電子伝導層２および固体電解
質物質層３間の界面における酸素分圧ｐｏ２（ｎ）との
差によって生ずる起電力を測定し得るようにし、さらに
、電圧測定装置６と並列に直流電源回路７を接続して両
電子伝導層１，２間に一定電圧または一定電流を供給し
得る構成とする。

第３図に示す例は第２図に示す電子伝導層１の表面を酸
素ガスが透過し易い保護層９で被覆したもので、必要に
応じ積層体の表面全体を保護層で被覆しても良い。

第４図は隔膜層を構造基体として構成し、これに電気的
絶縁物質または電子的導体物質の成形体１０を用いる例
を示し、成形体１００表面に基準極電子伝導層２を形成
し、この基準電子伝導層２０表面を酸素ガスが透過し得
る多孔性の固体電解質層３によって完全に被覆し、この
固体電解質層３の表面に測定極電子伝導層１を設ける。

第５図は第４図に示す例の変形例で、測定極電子伝導層
１０表面を保護層９で被覆したもので、必要に応じ、積
層体の表面全体を保護層で被覆することもできる。

本発明における固体電解質層３の材料としては、Ｃａｂ
、Ｙ２Ｏ３、ＳｒＯ，ＭｇＯ，ＷＯ３、Ｔａ２０５など
で安定化したｚｒＯ２或はＮｂ２Ｏ５、ＳｒＯ。

ＷＯ３、Ｔａｇ、などで安定化したＢｉ２Ｏ３またはＴ
ｒＯ２−Ｙ２Ｏ３、Ｃａ０−Ｙ２Ｏ３などの既知のもの
を用いることができる。

第２図および第３図の例では固体電解質層３を構造基体
として構成しているため、上記の材料を従来既知の方法
により成形焼結して得られる固体電解質成形焼結体から
薄（切り出した基板状のものを用いることが必要である
。

しかし、第４図および第５図に示す例では、上記材料の
スパッタリング、蒸着その他の電気化学的方法によっで
あるいはペーストの塗布焼成等によって固体電解質層を
設けることができる。

測定極電子伝導層１および基準極電子伝導層２の材料と
しては触媒作用のないＡｕ、Ａｇ、ＳｉＣおよび触媒作
用を有するＲｕ１Ｐｄ、Ｒｈ、Ｏ８、Ｉｒ、Ｐｔ等の白
金族元素の単体あるいはこれらの合金さらには白金族元
素と卑金属元素との合金などを用いることもでき、かか
る材料をスパッタリング、蒸着、電気化学的方法または
焼成などによって電子伝導層を設けることができる。

隔膜層は前述したように多孔性被覆材層または構造基体
として構成することができ、第２図および第３図に示す
例におけるように多孔性被覆材層として構成する場合に
はガラス、セラミックなどの無機非晶質物質、無機結晶
質物質を焼結して設けることができる。

また、第４図および第５図に示す例のように構造基体と
して構成する場合には、その成形体１０の材料として、
アルミナ、ムライト、スピネル、シリカ、フォルステラ
イトなどの緻密または若干多孔質の電気絶縁材料、ある
いはステンレス鋼、ニッケル基耐熱合金あるいはサーメ
ットのようなセラミックスと金属の混合体等の電子的導
体物質を用いることができる。

保護層９としてはＣａＯ−Ｚｒ０２（カルシウムジルコ
ネート）、アルミナ、スピネルなどを浸漬、焼成、プラ
ズマ溶射したものが用いられる。

本発明による酸素濃度測定装置において、基準酸素分圧
をほぼ一定に維持するため、両電子伝導層間に接続され
る直流電源としては、既知の適当な定電圧直流電源回路
または定電流直流電源回路を用いることができる。

直流電源として電池と抵抗とよりなる直流電源回路を用
いるのが最も簡単であり、安価に構成することができる
が、かかる定電圧直流電源回路は被測定ガスの温度その
他の雰囲気が太き（変化する自動車の排ガス中の酸素濃
度測定のような測定分野に用いる場合、これらの雰囲気
の変化による固体電解質の電気的抵抗の変化の影響を受
けるため排ガスの温度変化に関係なく基準酸素分圧を正
確に一定に維持することができなくなる。

したがって、かかる温度変化の影響を受ける測定分野で
の応用に際しては、定電流直流電源回路を直流電源とし
て用いることが必要であり、これによって雰囲気の変化
による影響をなくし、高精度での測定、したがって制御
を維持することができ、さらにまた、温度変化によって
固体電解質の気孔の大きさが変化して酸素ガスの流入お
よび流出流量が変化することによる影響等をも考慮した
温度補償付定電流直流電源回路を用いることによって温
度変化による影響を完全になくすことにより測定精度を
更に高めることが可能である。

実施例１ 固体電解質層として１０モル％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２の緻
密質焼結成形体を１０ＸＩ２Ｘ０．１５ｍｍの寸法に切
り出した薄板を用い、これを構造基体として薄板の両側
に１〜２μの膜厚で白金ペーストを印刷し、乾燥後、大
気中で１３００℃の温度で１時間加熱して焼成した。

室温まで冷却した後、２個の白金ペースト焼成膜に直径
０．２ｍｍの白金線をそれぞれ圧着してリード線として
取り出した。

さらに、一方の白金ペースト焼成膜をガラスペーストで
被覆し、このガラスペーストを１１００℃で１時間熱処
理してガラス膜による多孔質物質層を設けた。

次いで、他方の白金ペースト焼成膜にカルシウムジルコ
ネートをプラズマ溶射して付着させ保護層を設けた。

上述の白金ペースト焼成膜間に電圧測定装置６と直流電
源回路７としてバッテリーおよび抵抗全並列に接続して
第３図に示す構造の酸素濃度測定装置を製作した。

基準極電子伝導層２をバッテリーの正極に接続した場合
と、負極に接続した場合とにつき起電力を測定してテス
トした。

被測定ガスとしてモデルガスを使用し、空燃比が理論空
燃比１４．７５より低い１３附近の混合ガス（酸素分圧
低い）と１４．７５より高い１６附近のガス（酸素分圧
高い）のそれぞれを燃焼した排ガスを交互に流して起電
力を測定した。

温度は約６００℃に維持し、直流電源回路７のバッテリ
ーの電圧は４Ｖ、抵抗はＩＭΩ、電圧測定装置６の内部
インピーダンスはＩＯＭΩであった。

このテストの結果を第６図にグラフで示す。

第６図から明らかなように、被測定ガスの酸素分圧が交
互に異なる場合に非常に明確なオン−オフ特性を示して
おり、従来既知の酸素センサーにより内燃機関からの排
気ガス中の酸素濃度の測定に際して見られるような立上
り部分のだれや基準酸素分圧の低下は認められず、極め
て高い測定精度および酸素分圧の変化に対する応答性を
示している。

なお基準極電子伝導層２をバッテリーの正極に接続した
場合を（５）のグラフで、負極に接続した場合を（Ｂ）
のグラフで示しており、前者の場合に基準酸素分圧が高
（なっていることを示している。

さらに前述の酸素濃度測定装置を用い、空燃比を変化さ
せながら６４０℃における自動車の内燃機関からの排気
ガスによる起電力を測定した。

この結果を第７図に示す。

第７図において（Ｃ）と（Ｄ）は基準極電子伝導層２を
バッテリーの正極および負極にそれぞれ接続した場合で
ある。

このグラフから基準酸素分圧が（Ｃ）の場合には（Ｄ）
の場合に比べ非常に高いことを示している。

実施例２ １インチ角の厚さ０．６ｍｍの鳴海製陶製の市販のアル
ミナ基板を１０１０Ｘ１２の大きさに切り、白金ペース
ト（徳力化学製Ｎｏ、８１０９）を印刷し、車差後、大
気中で１３００℃に１時間加熱して焼成して第４図の酸
素濃度測定装置を作製した。

得られた白金膜厚は１〜２μであった。

第８ａ図にアルミナ基板を１１で、基準極電子伝導層と
なる白金ペーストを１２で、測定極電子伝導層のリード
部分となる白金ペーストを１３で示す。

次に、固体電解質ペースト（ジルカー社製 ８重量％Ｙ
２Ｏ３−ＺｒＯ２粉末とラッカーとを重量比率１：１で
混合したもの）を第８ｂ図に斜線部１４で示すように印
刷し、乾燥焼成した。

焼成条件は大気中で１３８０℃×３時間であった。

得られた固体電解質の膜厚は３０〜３５μであった。

次に、固体電解質膜１４上に上記と同じ白金ペースト１
５を第８ｃ図に斜線部で示すように印刷し、１３００℃
で１時間加熱して焼成した。

かようにして製作した酸素濃度測定装置を実施例１と同
様にテストし、第１図と同様の結果を得た。

この酸素濃度測定装置について耐久試験を行なった。

自動車の実機において３万ｋｍまで本発明による酸素濃
度測定装置の性能にはほとんど変化が認められなかった
。

比較のためＮｉ−Ｎｉ０層を基準酸素分圧発生源として
具える従来形式の酸素センサーに対しても同様の試験を
行なったが、１０個中８個が３万ｋｍの耐久試験後に不
良品となっていた。

本例の手順で製作した酸素濃度測定装置をバッテリーの
電圧を０．８Ｖとし、回路の抵抗および電圧測定装置の
インピーダンスをともにＩＭΩとし、バッテリーの正極
に基準極電子伝導層を接続し、空燃比が約１３（排ガス
中の酸素分圧が低い状態）と約１７（排ガス中の酸素分
圧が高い状態）の排気ガスの温度を連続的に変化させて
起電力を測定した。

この測定結果を第９図の実線１７に示す。これは本実施
例で排ガス温度が低（てもかなりの起電力を出力してい
ることを示している。

上記実施例において０．８ｖのバッテリーの代りに０．
５μＡの定電流電源を使用したところ基準酸素分圧がさ
らに安定し、第９図の結果についても再現性がさらに改
善された。

実施例３ 第１０図に示すようにアルミナ基板１１内に金属発熱体
１６として白金線を埋設した酸素濃度測定装置（他の構
成は実施例２と同じ）を用いて実施例２の第８図と同様
のテストを行なった。

ヒーターの抵抗は１Ωとし、３Ｗの電力を用いた。

この比較テストの結果、第９図に破線１８で示すように
加熱によって酸素濃度測定装置の作動温度域が拡がり、
排ガス温度がかなり低い温度でも充分な起電力を出力す
ることが認められた。

金属発熱体としては白金の他にモリブデン、タングステ
ン等を用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による酸素濃度測定装置の基本的構成を
示す路線図、第２図ないし第５図は本発明による酸素濃
度測定装置の種々の実施態様を示す路線図、第６図は異
なる空燃比の２種のモデルガスを交互に流して起電力を
測定した結果を示すグラフ、第７図は自動車の内燃機関
からの排気ガスによる起電力を空燃比を変化させながら
測定した結果を示すグラフ、第８図は本発明による酸素
濃度測定装置の製作手順を示す説明図、第９図は排ガス
中の酸素ガスにより測定された起電力と排ガス温度との
関係を示すグラフ、第１０図は本発明による酸素濃度測
定装置の他の実施例を示す線図的斜視図である。 １・・・・・・測定極電子伝導層、２・−・・・基準極
電子伝導層、計・・・・・固体電解質層、４・・・・・
・多孔性物質層、＝５・・・・・・導線、６・・・・・
一電圧測定装置、７・・・・・・バッチＩＪ−１８・・
・・・・抵抗、９・・・・・・保護層、１０・・・・・
・構造基体成形体、１１・・・・・・アルミナ基板、１
２，１３・−・・・・白金ペースト膜、１４・・・・・
・固体電解質ペースト、１５・・−・・・白金ペースト
、１６・・・・・・ヒーター。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定極電子伝導層と、酸素イオン電導性固体電解質
   物質層と、基準極電子伝導層と、隔膜層とを順次積層し
   、前記基準極電子伝導層が前記酸素イオン電導性固体電
   解質物質層または前記隔膜層あるいはこれら両層におけ
   る多孔開口を通して被測定雰囲気と接触するようにし、
   前記測定極電子伝導層および前記基準極電子伝導層間に
   測定用起電力を取出す測定手段と、前記基準極電子伝導
   層における基準酸素分圧を一定にする制御用直流電流を
   加える制御手段とを接続してなることを特徴とする酸素
   濃度測定装置。 ２ 前記基準極電子伝導層に前記制御手段の直流電源の
   正側を接続してなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の酸素濃度測定装置。 ３ 前記基準電子伝導層に前記制御手段の直流電源の負
   側を接続してなることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の酸素濃度測定装置。 ４ 前記イオン導電性固体電解質物質層または前記隔膜
   層あるいはこれら両層が酸素を透過する多孔性物質であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のいずれ
   か１項に記載の酸素濃度測定装置。 ５ 前記酸素イオン電導性固体電解質の成形焼結体を構
   造基体としてなることを特徴とする特許請求の範囲第１
   〜４項のいずれか１項に記載の酸素濃度測定装置。 ６ 前記隔膜層が電気絶縁物質の成形体であり、これが
   構造基体としてなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １〜３項のいずれか１項に記載の酸素濃度測定装置。 ７ アルミナのような電気絶縁物質の成形体で構成した
   構造体の内部に金属発熱体を埋設してなることを特徴と
   する特許請求の範囲第６項に記載の酸素濃度測定装置。 ８ 少な（とも前記測定極電子伝導層を多孔性保護層に
   よって被覆してなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １〜７項のいずれか１項に記載の酸素濃度測定装置。