JPS5850458A - ガルバニ−電池式湿度センサ− - Google Patents
ガルバニ−電池式湿度センサ−Info
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- JPS5850458A JPS5850458A JP56148753A JP14875381A JPS5850458A JP S5850458 A JPS5850458 A JP S5850458A JP 56148753 A JP56148753 A JP 56148753A JP 14875381 A JP14875381 A JP 14875381A JP S5850458 A JPS5850458 A JP S5850458A
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- Japan
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- conductive solid
- oxide
- solid oxide
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- proton conductive
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4073—Composition or fabrication of the solid electrolyte
- G01N27/4074—Composition or fabrication of the solid electrolyte for detection of gases other than oxygen
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
る。更に詳しくは、高温ガス中の水蒸気濃度を検出する
ために好都合に用いられるプロトン導電性固体酸化物を
隔壁とすることを特徴とする湿度センサーに関するもの
である。
ために好都合に用いられるプロトン導電性固体酸化物を
隔壁とすることを特徴とする湿度センサーに関するもの
である。
従来、湿度センサーは、吸湿誘電率変化型．ｒ！ｋ。
湿振動負荷変化型及び吸着導電率変化型がある。
しかし、これらはいずれも感湿素子自体へ外部から電圧
又は電流信号を供給することが必須であり、そのだめの
複雑な付属装置を必要とする欠点がある。
又は電流信号を供給することが必須であり、そのだめの
複雑な付属装置を必要とする欠点がある。
また、いずれも比較的低温において使用されているもの
であって高温の使用には耐えないという特性上の欠陥を
もっている。更に、これらは感湿応答速度が満足するほ
ど速いとは言えず、不純物の吸着などによっても劣化す
るおそれがあシ、これを定期的に再生するだめの複雑な
処決を必要とするものである。
であって高温の使用には耐えないという特性上の欠陥を
もっている。更に、これらは感湿応答速度が満足するほ
ど速いとは言えず、不純物の吸着などによっても劣化す
るおそれがあシ、これを定期的に再生するだめの複雑な
処決を必要とするものである。
本発明者らは、上述の情況に鑑み、隔壁両面間の水蒸気
分圧差により生ずる電圧を信号とする湿度センサーにつ
いて鋭意研究した結果、本発明を完、 成するに至っ
たものである。
分圧差により生ずる電圧を信号とする湿度センサーにつ
いて鋭意研究した結果、本発明を完、 成するに至っ
たものである。
すなわち、本発明はプロトン導電性固体酸化物を奢ｖ−
驚面の湿度差によって生ずる電位差で湿度を検知するこ
とを特徴とする湿度センサーを提供するものである。
驚面の湿度差によって生ずる電位差で湿度を検知するこ
とを特徴とする湿度センサーを提供するものである。
本発明の隔壁として用いられるプロトン導電性固体酸化
物はストロンチウム及びセリウムの酸化物が母体となる
。
物はストロンチウム及びセリウムの酸化物が母体となる
。
これにイットリビウム、スカンジウム、イッテルビウム
、ネオジム、マグネシウム、プラセオジム及び亜鉛の少
なくとも一種の金属の酸化物を含むプロトン導電性固体
酸化物は本発明に於いて好ましく用いられる。この様な
固体酸化物の一例を一般式を下に示すっ ５ｒＯｅ、、Ｍ２；０．。
、ネオジム、マグネシウム、プラセオジム及び亜鉛の少
なくとも一種の金属の酸化物を含むプロトン導電性固体
酸化物は本発明に於いて好ましく用いられる。この様な
固体酸化物の一例を一般式を下に示すっ ５ｒＯｅ、、Ｍ２；０．。
（ここで、ＭはＹ、 Ｓｃ、 Ｙｂ、 Ｎｄ、 ｐｒ、
Ｍｇ５（はＺｎを示し、Ｘは０５以下の数値を示し、
αＦｉｏから０５の数値を示す） かかる酸化物を構成する金属原子比及びその調製法につ
いて述べれば次のとおシである。
Ｍｇ５（はＺｎを示し、Ｘは０５以下の数値を示し、
αＦｉｏから０５の数値を示す） かかる酸化物を構成する金属原子比及びその調製法につ
いて述べれば次のとおシである。
すなわち、ストロンチウム、セリウムは金属原子として
全金属原子当シ夫々、５０〜７０ ｍｏ１％、好ましく
は４０〜６０ ｍｏｌチである。まだセリウムと一部置
換するイツトリウム、スカンジウム。
全金属原子当シ夫々、５０〜７０ ｍｏ１％、好ましく
は４０〜６０ ｍｏｌチである。まだセリウムと一部置
換するイツトリウム、スカンジウム。
イットリビウム、ネオジム、マグネシウム、プラセオジ
ム、亜鉛からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属
の含有量は該酸化物における全金属原子当りα５〜２５
ｍｏｌチ、好ましくは１〜２０ｍｏｌチである。
ム、亜鉛からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属
の含有量は該酸化物における全金属原子当りα５〜２５
ｍｏｌチ、好ましくは１〜２０ｍｏｌチである。
該酸化物は通常知られている種々の方法により調製する
ことが出来る。その方法のひとつとして、（、）ストロ
ンチウム、（ｂ）セリウムおよび（Ｃ）イツトリウム、
スカンジウム、イットリビウム、ネオジウム、プラセオ
ジム、マグネシウム、亜鉛からなる群よシ選ばれた少な
くとも一種の金属のそれぞれの金属を含む化合物を焼成
する方法があげられる。
ことが出来る。その方法のひとつとして、（、）ストロ
ンチウム、（ｂ）セリウムおよび（Ｃ）イツトリウム、
スカンジウム、イットリビウム、ネオジウム、プラセオ
ジム、マグネシウム、亜鉛からなる群よシ選ばれた少な
くとも一種の金属のそれぞれの金属を含む化合物を焼成
する方法があげられる。
本発明で用いる固体酸化物を得る場合には、通常焼成温
度は、酸化雰囲気下で５００°Ｃ〜１５００°Ｃ１好ま
しくは６００℃〜１４５０℃の範囲の温度が適当である
。
度は、酸化雰囲気下で５００°Ｃ〜１５００°Ｃ１好ま
しくは６００℃〜１４５０℃の範囲の温度が適当である
。
本発明における固体酸化物中に、該固体（酸化物）の（
プロトン）導電性を損なわない限りにおいて（ａ）スト
ロンチウム、（ｂ）セリウムおよび（ｅ）イツトリウム
、スカンジウム、イッテルビウム、ネオジム、プラセオ
ジム、マグネシウムおよび亜鉛以外の金属等の不純物を
含有していても差し支えない。
プロトン）導電性を損なわない限りにおいて（ａ）スト
ロンチウム、（ｂ）セリウムおよび（ｅ）イツトリウム
、スカンジウム、イッテルビウム、ネオジム、プラセオ
ジム、マグネシウムおよび亜鉛以外の金属等の不純物を
含有していても差し支えない。
以上述べた方法により調製された固体金属酸化物は次に
述べる方法により成膜され、本発明の湿度センサー用隔
壁として用いられる。すなわち、前記記載のｇＭＪ製方
法によって得られた酸化物を成膜してもよく、あるいは
、酸化物の調製と成ｌｌφを兼ねた方法でもよい。この
ような成膜方法としては、例工ば、ペレット、シート状
等の固形物を切断。
述べる方法により成膜され、本発明の湿度センサー用隔
壁として用いられる。すなわち、前記記載のｇＭＪ製方
法によって得られた酸化物を成膜してもよく、あるいは
、酸化物の調製と成ｌｌφを兼ねた方法でもよい。この
ような成膜方法としては、例工ば、ペレット、シート状
等の固形物を切断。
研磨等の機械的加工により成膜してもよく、粉末状のも
のを加圧成形あるいは、ペーストにして多孔性支持体上
に塗布し、焼結させてもよい。
のを加圧成形あるいは、ペーストにして多孔性支持体上
に塗布し、焼結させてもよい。
上記記載の成形方法によって得られる固体酸化物の膜厚
は、通常１０−！〜１０′μ好ましくは、１０−１〜１
０ｔ′μの範囲が適当である。
は、通常１０−！〜１０′μ好ましくは、１０−１〜１
０ｔ′μの範囲が適当である。
次に、かくして得られた膜を隔壁として用いた湿度セン
サーの一例を図面に基づいて説明する。
サーの一例を図面に基づいて説明する。
第１図中１１は被測定ガス雰囲気で、水蒸気、酸などの
雰囲気を示す。１２ＩＩ′ｉ磁製管、１６はプロトン導
電性固体酸化物からなる隔壁を示し、この両面には多孔
性電極１４が取シ付けられる。１５はリード線を示すも
のである。前記磁製管（密閉室）１２内には、通常その
室内の水蒸気圧を一定に保つため合成ゼオライト等の乾
燥剤１６を封入してもよい。かかる装置を用いて、隔壁
１３の他面を任意の水蒸気分圧を含むガス雰囲気１１に
曝らｉば、ガス中の水蒸気分圧に応じて隔壁両面の電極
間に生ずる起電力により水蒸気分圧を検出器１７によっ
て知ることができる。
雰囲気を示す。１２ＩＩ′ｉ磁製管、１６はプロトン導
電性固体酸化物からなる隔壁を示し、この両面には多孔
性電極１４が取シ付けられる。１５はリード線を示すも
のである。前記磁製管（密閉室）１２内には、通常その
室内の水蒸気圧を一定に保つため合成ゼオライト等の乾
燥剤１６を封入してもよい。かかる装置を用いて、隔壁
１３の他面を任意の水蒸気分圧を含むガス雰囲気１１に
曝らｉば、ガス中の水蒸気分圧に応じて隔壁両面の電極
間に生ずる起電力により水蒸気分圧を検出器１７によっ
て知ることができる。
以下に本発明の詳細な説明する。
プロトン導電性固体電解質を隔壁とし、その両面に水蒸
気分圧差をつければルシャ） ＩＪ工の法則によシ、水
蒸気はその分圧の高い方から低い方へ移動しようとする
傾向をもつ。両ガス間にはプロトン導電性固体電解質が
介在するので、水蒸気は直接移動はできないが、高水蒸
気分圧側で、１］２０→２Ｈ＋（プロトン４重体） −
１−２ｅ−＋＋ｏ２低水蒸気側で、 ２Ｈ÷（プロトン導電体） −４−２ｅ−＋−４−Ｏｔ
→Ｈ，０の電気化学的反応が進行しようとし、高水蒸気
側が負極に、低水蒸気側が正極に帯電して両極間に電位
差を生じる。この際の起電力ＥＦｉ該電解質の電子導電
率が無視できるほど小さい場合にはによって表わすこと
ができる。ここでＰｏ）１ｔＯおよびＰｎ、ｏＨそれぞ
れ基準ガスおよび被測定ガス中の水蒸気分圧式、および
Ｐｏ、はそれぞれ基準ガスおよび被測定ガス中の酸素分
圧を表わす。Ｒ，？およびＴはそれぞれ気体定数、７ア
ラデ一定数および絶対温度である。両ガス中の酸素分圧
が一定で、かつ基準ガス中のＰ０邸が既知（または一定
）であれば測定温度における（１１式は Ｗ −Ａ ＋ Ｂ ｔｕ Ｐ ｎ、。
気分圧差をつければルシャ） ＩＪ工の法則によシ、水
蒸気はその分圧の高い方から低い方へ移動しようとする
傾向をもつ。両ガス間にはプロトン導電性固体電解質が
介在するので、水蒸気は直接移動はできないが、高水蒸
気分圧側で、１］２０→２Ｈ＋（プロトン４重体） −
１−２ｅ−＋＋ｏ２低水蒸気側で、 ２Ｈ÷（プロトン導電体） −４−２ｅ−＋−４−Ｏｔ
→Ｈ，０の電気化学的反応が進行しようとし、高水蒸気
側が負極に、低水蒸気側が正極に帯電して両極間に電位
差を生じる。この際の起電力ＥＦｉ該電解質の電子導電
率が無視できるほど小さい場合にはによって表わすこと
ができる。ここでＰｏ）１ｔＯおよびＰｎ、ｏＨそれぞ
れ基準ガスおよび被測定ガス中の水蒸気分圧式、および
Ｐｏ、はそれぞれ基準ガスおよび被測定ガス中の酸素分
圧を表わす。Ｒ，？およびＴはそれぞれ気体定数、７ア
ラデ一定数および絶対温度である。両ガス中の酸素分圧
が一定で、かつ基準ガス中のＰ０邸が既知（または一定
）であれば測定温度における（１１式は Ｗ −Ａ ＋ Ｂ ｔｕ Ｐ ｎ、。
で表わされ起電力と被測定ガス中の水蒸気分圧の対数と
の間には直線関係が成立する。したがって実験的にＡ、
Ｂを定めておけばその起電力から水蒸気分圧を知ること
ができる。
の間には直線関係が成立する。したがって実験的にＡ、
Ｂを定めておけばその起電力から水蒸気分圧を知ること
ができる。
かかる濃淡電池の原理によるガス濃度測定器は、酸素イ
オン導電性固体電解質を用いた酸素ガス濃度計として汎
用されて来たが、水蒸気濃度の濃淡を利用した水蒸気濃
淡電池の概念はこれまで知られていなかった。
オン導電性固体電解質を用いた酸素ガス濃度計として汎
用されて来たが、水蒸気濃度の濃淡を利用した水蒸気濃
淡電池の概念はこれまで知られていなかった。
これは、従来かかる濃淡電池が作動しうるような高温で
良好なプロトン導電性を示す固体電解質が見当らず、一
般に電池電解質として水溶液または平衡水蒸気分圧がき
わめて高い低温型プロトン導電性固体電解質しか知られ
ていなかったためである。而して本発明は、本発明者ら
が高温において高いプロトン導電性を示す酸化物を発見
した仁とによシ始めて可能となったわけであシ、従来全
く概念のなかった水蒸気濃淡電池の概念を確立し、その
原理を用いた水蒸気センサーを発明するに至ったもので
ある。
良好なプロトン導電性を示す固体電解質が見当らず、一
般に電池電解質として水溶液または平衡水蒸気分圧がき
わめて高い低温型プロトン導電性固体電解質しか知られ
ていなかったためである。而して本発明は、本発明者ら
が高温において高いプロトン導電性を示す酸化物を発見
した仁とによシ始めて可能となったわけであシ、従来全
く概念のなかった水蒸気濃淡電池の概念を確立し、その
原理を用いた水蒸気センサーを発明するに至ったもので
ある。
該センサーは従来使用が困難とされて来た２５０〜１０
００℃の高温で使用することができ、外部回路から電気
信号を供給することなく水蒸気濃度により自発的に生じ
る起電力を感知信号として取出すので複雑な付属電気回
路を必要としないところに最大の特長がある。さらに応
答速度も早く、感度が高く他の不純ガスに影響されない
などの利点を有する。
００℃の高温で使用することができ、外部回路から電気
信号を供給することなく水蒸気濃度により自発的に生じ
る起電力を感知信号として取出すので複雑な付属電気回
路を必要としないところに最大の特長がある。さらに応
答速度も早く、感度が高く他の不純ガスに影響されない
などの利点を有する。
以下に本発明の隔壁として用いられるプロトン導電性固
体酸化物を湿度センサーとして使用した例を実施例をも
って説明するが、本発明はこれによって限定されるもの
ではない。
体酸化物を湿度センサーとして使用した例を実施例をも
って説明するが、本発明はこれによって限定されるもの
ではない。
実施例１
湿度測定例を第２図に基づいて説明する。
径１２職厚さα５關の５ｒＣｅｏ、＠５Ｙｋｌｏ、ｏｓ
Ｏｚ、ａ焼結板２１の両面中央部径７ ａｓに多孔性白
金電極２２を取り付け、これを外径１２１１１１内径９
ＲＩＩｌ長さ１００關のアルミナ磁製管２６の先端に無
機系接着剤にて接着し検出部としだ。
Ｏｚ、ａ焼結板２１の両面中央部径７ ａｓに多孔性白
金電極２２を取り付け、これを外径１２１１１１内径９
ＲＩＩｌ長さ１００關のアルミナ磁製管２６の先端に無
機系接着剤にて接着し検出部としだ。
なお両電極からは導線２４．２５をとシ出し、起電力検
出端子とした。
出端子とした。
検出部周辺は電熱コイル２６により一定温度（４００°
Ｃ）に加熱し、磁製管２５内部に基準ガスとして４．５
８ ｔｏｒｒの水蒸気を含む空気を基準ガス入口２８．
同排出口２９を介して流し検出部先端を種々の水蒸気分
圧の空気にさらしたところ、それらの水蒸気分圧に応じ
て安定な起電力が得られることが検出器２７により知る
ことができた。
Ｃ）に加熱し、磁製管２５内部に基準ガスとして４．５
８ ｔｏｒｒの水蒸気を含む空気を基準ガス入口２８．
同排出口２９を介して流し検出部先端を種々の水蒸気分
圧の空気にさらしたところ、それらの水蒸気分圧に応じ
て安定な起電力が得られることが検出器２７により知る
ことができた。
この際の応答速度は５秒以内であった。その結果を第５
図に示す。第３図中縦軸は検出電圧（ｍｖ）。
図に示す。第３図中縦軸は検出電圧（ｍｖ）。
横軸は水蒸気分圧（ｔｏｒｒ）を示す。この結果よシ両
者が直線的関係にあり検出電圧から温度を容易に知るこ
とができる。
者が直線的関係にあり検出電圧から温度を容易に知るこ
とができる。
実施例２
実施例１の湿度測定装置において基準ガスを流す代りに
磁製管内に第１図に示しだようにモレキュラーシープを
密封した構成の湿度センサーを４００°Ｃで種々の水蒸
気圧の空気にさらしたところ、５秒以内の応答速度で安
定な起電力が得られ第４図に示すように水蒸気分圧と起
電力との間に
磁製管内に第１図に示しだようにモレキュラーシープを
密封した構成の湿度センサーを４００°Ｃで種々の水蒸
気圧の空気にさらしたところ、５秒以内の応答速度で安
定な起電力が得られ第４図に示すように水蒸気分圧と起
電力との間に
第１図は本発明の湿度センサーの一実施態様を、第２図
は他の実施態様を示すものである。第３図及び第４図は
本発明における水蒸気分圧（ｔｏｒｒ）と検出電圧（ｍ
Ｖ）との関係を示す測定例である。 １１・・・被測定ガス雰囲気 １２・・・磁製管 １３・・・隔 壁 １４・・・多孔性電極 ２１ ・−５ｒｃｅＯ，９５ｙｂｏ、０！ｔｏ２．８焼
結板２２・・・多孔性白金電極 ２３・・・アルミナ磁製管 ２６・・・電熱コイル 特許出願人 東洋曹達工業株式会社 特開昭５８− ５０４５８（４） 図面の浄言（内容に変更なし） 第 １ 図 第 ２ 図 ５ 第３図 水蒸気分圧（ｔｏｒｒ、） 第 ４ 図 水蒸気分圧（ｔｏｒｒ、） 手続補正前（方式） ％式％ １事件の表示 昭和５６年特許願第 １４８７５３号 ２発明の名称 カルバニー電池式湿度センサー ろ補正をする者 電話番号（５８５）ろ３１１ ４補正命令の日付 ５補正により増加する発明の数 ０ ６補正の対象 （１）明細書 （２）図 面 ７補正の内容
は他の実施態様を示すものである。第３図及び第４図は
本発明における水蒸気分圧（ｔｏｒｒ）と検出電圧（ｍ
Ｖ）との関係を示す測定例である。 １１・・・被測定ガス雰囲気 １２・・・磁製管 １３・・・隔 壁 １４・・・多孔性電極 ２１ ・−５ｒｃｅＯ，９５ｙｂｏ、０！ｔｏ２．８焼
結板２２・・・多孔性白金電極 ２３・・・アルミナ磁製管 ２６・・・電熱コイル 特許出願人 東洋曹達工業株式会社 特開昭５８− ５０４５８（４） 図面の浄言（内容に変更なし） 第 １ 図 第 ２ 図 ５ 第３図 水蒸気分圧（ｔｏｒｒ、） 第 ４ 図 水蒸気分圧（ｔｏｒｒ、） 手続補正前（方式） ％式％ １事件の表示 昭和５６年特許願第 １４８７５３号 ２発明の名称 カルバニー電池式湿度センサー ろ補正をする者 電話番号（５８５）ろ３１１ ４補正命令の日付 ５補正により増加する発明の数 ０ ６補正の対象 （１）明細書 （２）図 面 ７補正の内容
Claims (3)
- （１） プロトン導電性固体酸化物を隔壁とすること
を特徴とするガルバニ−電池式湿度センサ０ - （２） ストロンチウム及びセリウムの酸化物を含む
プロトン導電性固体酸化物を用いる特許請求の範囲第（
１１項記載の湿度センサー。 - （３） イツトリウム、スカンジウム、イッテルビウ
ム、ネオジム、マグネシウム、プラセオジム及び亜鉛の
少なくとも一種の金属の酸化物を含むプロトン導電性固
体酸化物を用いる特許請求の範囲第（２）項記載の湿度
センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56148753A JPS5850458A (ja) | 1981-09-22 | 1981-09-22 | ガルバニ−電池式湿度センサ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56148753A JPS5850458A (ja) | 1981-09-22 | 1981-09-22 | ガルバニ−電池式湿度センサ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5850458A true JPS5850458A (ja) | 1983-03-24 |
| JPH0131586B2 JPH0131586B2 (ja) | 1989-06-27 |
Family
ID=15459856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56148753A Granted JPS5850458A (ja) | 1981-09-22 | 1981-09-22 | ガルバニ−電池式湿度センサ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5850458A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2565690A1 (fr) * | 1984-06-11 | 1985-12-13 | Tokyo Yogyo Kk | Appareil et procede de mesure continue d'une concentration d'hydrogene ou de vapeur d'eau |
| JPS612064A (ja) * | 1984-06-14 | 1986-01-08 | Tokyo Yogyo Co Ltd | ガス中の水素または水蒸気濃度検出器 |
| JPS6114566A (ja) * | 1984-06-29 | 1986-01-22 | Tokyo Yogyo Co Ltd | ガス中の水素または水蒸気量検出装置 |
| JPS6281560A (ja) * | 1985-10-04 | 1987-04-15 | Tokyo Yogyo Co Ltd | 溶融金属用水素センサ− |
| JPS6262255U (ja) * | 1985-10-07 | 1987-04-17 | ||
| JPS6265551U (ja) * | 1985-10-14 | 1987-04-23 | ||
| US4718991A (en) * | 1986-01-27 | 1988-01-12 | Figaro Engineering Inc. | Proton conductor gas sensor and method of detecting gas using proton conductor gas sensor |
| US5453172A (en) * | 1988-02-22 | 1995-09-26 | Eniricerche S.P.A. | Solid-state sensor for determining the concentration of a gas with a solid-state reference electrode |
| JP2007149698A (ja) * | 2007-01-09 | 2007-06-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 混合イオン電導体 |
| JPWO2014123232A1 (ja) * | 2013-02-08 | 2017-02-02 | ユミコア日本触媒株式会社 | ＮＯｘ吸蔵還元型排ガス浄化用触媒および当該触媒を用いた排ガス浄化方法 |
-
1981
- 1981-09-22 JP JP56148753A patent/JPS5850458A/ja active Granted
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