JPS5967454A - 酸素濃度検出器 - Google Patents
酸素濃度検出器Info
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- JPS5967454A JPS5967454A JP57178643A JP17864382A JPS5967454A JP S5967454 A JPS5967454 A JP S5967454A JP 57178643 A JP57178643 A JP 57178643A JP 17864382 A JP17864382 A JP 17864382A JP S5967454 A JPS5967454 A JP S5967454A
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- 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
- G01N27/4075—Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts
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- G—PHYSICS
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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】
本発明はガス雰囲気中の酸素濃度を検出する限界電流式
酸素濃度検出器に関する。
酸素濃度検出器に関する。
従来、内燃機関の排ガス対策に関連して、内燃機関で燃
焼に供される混合気の空燃比を検知する手段として酸素
濃度検出器が使用されている。これは排ガスのガス成分
中における＃、詣潮度を検出することにより、該運転中
における空燃比を検知し、これによって混合比を理論空
燃比に制御して排ガスのガス成分であるＣ０１Ｉ−１ｃ
、ＮＯｘの減少を図るもの、さらに燃費向上を目的とし
てリーン側空燃比に制御するものなどに供されるもので
ある。
焼に供される混合気の空燃比を検知する手段として酸素
濃度検出器が使用されている。これは排ガスのガス成分
中における＃、詣潮度を検出することにより、該運転中
における空燃比を検知し、これによって混合比を理論空
燃比に制御して排ガスのガス成分であるＣ０１Ｉ−１ｃ
、ＮＯｘの減少を図るもの、さらに燃費向上を目的とし
てリーン側空燃比に制御するものなどに供されるもので
ある。
しかして上記酸素濃度検出器として、すでに限界電流式
＠素濃度検出器が知られている。この検出器は、酸素イ
オン伝導性金属酸化物よりなる固体電解質素子の表裏面
に、それぞれ多孔質の薄膜状電極を設けたことを基本的
構造としている。
＠素濃度検出器が知られている。この検出器は、酸素イ
オン伝導性金属酸化物よりなる固体電解質素子の表裏面
に、それぞれ多孔質の薄膜状電極を設けたことを基本的
構造としている。
そしてこのものは、両電極間に電圧を印加すると、一方
の電極から他方の電極に電流が流れる。
の電極から他方の電極に電流が流れる。
ずなわら上記素子は酸素イオン固体電解質であるから、
検出ガスの酸素は一方の電極から電子を受けてｍ素イオ
ンとなり、この酸素イオンが素子の内部を拡散して他方
の電極に達し、この電極に“ζ電子を放出することによ
り酸素分子に戻り、このことから両電極間に電流が流れ
るものである。このとき、印加電圧を変化さセても電極
闘に流れる電流値が変化しない領域、ずなわら限界電流
が発生ずる。そこで所定電圧を印加したときの限界電流
値を測定すれば、当該雰囲気中の酸素濃度を知ることが
できるものである。
検出ガスの酸素は一方の電極から電子を受けてｍ素イオ
ンとなり、この酸素イオンが素子の内部を拡散して他方
の電極に達し、この電極に“ζ電子を放出することによ
り酸素分子に戻り、このことから両電極間に電流が流れ
るものである。このとき、印加電圧を変化さセても電極
闘に流れる電流値が変化しない領域、ずなわら限界電流
が発生ずる。そこで所定電圧を印加したときの限界電流
値を測定すれば、当該雰囲気中の酸素濃度を知ることが
できるものである。
しかしてこの種の限界電流式酸素濃度検出器においては
、電極が直接に雰囲気ガスに晒されていると、ガスの温
度変化サイクルにもとづき電極が剥離する恐れがあり、
またガス成分中の酸素の拡散性が良好に行われない欠点
もある。そこで従来、電極を多孔質電気絶縁性金属酸化
物からなるガス（＠素分子）拡散抵抗層で被覆した構造
が採用されている。このガス拡散抵抗層を用いた検出器
においては、前述の限界電流Ｉβが下記（１）式で計算
される。
、電極が直接に雰囲気ガスに晒されていると、ガスの温
度変化サイクルにもとづき電極が剥離する恐れがあり、
またガス成分中の酸素の拡散性が良好に行われない欠点
もある。そこで従来、電極を多孔質電気絶縁性金属酸化
物からなるガス（＠素分子）拡散抵抗層で被覆した構造
が採用されている。このガス拡散抵抗層を用いた検出器
においては、前述の限界電流Ｉβが下記（１）式で計算
される。
〜４−・Ｄｏ２Ｅ
■β−□・−、ｓ −ｐＯｚ 、 （１）Ｒ，Ｔ
Ｊ！ Ｆ・・・フラディ一定数 Ｒ・・・気体定数Ｄ０
２・・・酸素分子の拡散定数 Ｔ・・・絶対温度Ｅ・・
・ガス（酸素分子）拡散抵抗層の拡散率ｐ・・・ガス（
酸素分子）拡散抵抗層の有効拡散距離Ｓ・・・電極面積
ＰＯ２・・・酸素分圧」二記の式から明白なご
とく、限界電流は種々のファクターによってその値が異
なることがわかる。
Ｊ！ Ｆ・・・フラディ一定数 Ｒ・・・気体定数Ｄ０
２・・・酸素分子の拡散定数 Ｔ・・・絶対温度Ｅ・・
・ガス（酸素分子）拡散抵抗層の拡散率ｐ・・・ガス（
酸素分子）拡散抵抗層の有効拡散距離Ｓ・・・電極面積
ＰＯ２・・・酸素分圧」二記の式から明白なご
とく、限界電流は種々のファクターによってその値が異
なることがわかる。
本発明者は上記式の絶対温度フまり固体電解質素子の温
度による限界電流の変化について検討をした。限界電流
は温度依存性をもっている。これを第１図に示す。従っ
て、限界電流を精度よく検出するには、固体電解質素子
の温度を求めて加熱ヒータにより固体電解質素子を精度
よく加熱する必要がある。故に、温度補償という問題が
絡んでくる。
度による限界電流の変化について検討をした。限界電流
は温度依存性をもっている。これを第１図に示す。従っ
て、限界電流を精度よく検出するには、固体電解質素子
の温度を求めて加熱ヒータにより固体電解質素子を精度
よく加熱する必要がある。故に、温度補償という問題が
絡んでくる。
本発明者は鋭意研究の結果、限界電流の特性に影響を及
ばずｎ１Ｊ記ガス拡散抵抗層の平均細孔径を所定範囲に
設定することにより、成る温度範囲内での限界電流の温
度依存性をなくすことができるという新事実を突き止め
たのである。
ばずｎ１Ｊ記ガス拡散抵抗層の平均細孔径を所定範囲に
設定することにより、成る温度範囲内での限界電流の温
度依存性をなくすことができるという新事実を突き止め
たのである。
即ち、本発明はガス拡散抵抗層の平均細孔径を３００人
〜４００人の範囲に設定したことを特徴とするものであ
る。
〜４００人の範囲に設定したことを特徴とするものであ
る。
以下本発明を具体的に説明する。第２図に限界電流式酸
素濃度検出器のモデルの断面図を示す。
素濃度検出器のモデルの断面図を示す。
図中、１は固体電解質素子、２．３は電極、４はガス拡
散抵抗層である。上記電極２．３間に電圧を印加し、電
流を電極３から２に向って流す。素子１は酸素イオン伝
導性の固体電解質であるため、被測定ガス中の酸素はガ
ス拡散抵抗層４を経て電極３に至り、この電極３にて電
子の供給を受は酸素イオンとなる。この酸素イオンは素
子１の内部を拡散していき、電極２にて電子を放出し、
酸素分子に戻る。なお、電極２側は大気に晒しである。
散抵抗層である。上記電極２．３間に電圧を印加し、電
流を電極３から２に向って流す。素子１は酸素イオン伝
導性の固体電解質であるため、被測定ガス中の酸素はガ
ス拡散抵抗層４を経て電極３に至り、この電極３にて電
子の供給を受は酸素イオンとなる。この酸素イオンは素
子１の内部を拡散していき、電極２にて電子を放出し、
酸素分子に戻る。なお、電極２側は大気に晒しである。
この電極２側を被測定ガス中に晒ず場合は、ガス拡１ｔ
ｋ抵抗Ｎ４と同材質のポーラスな保護層で覆って電極２
の剥離を防ぐ。
ｋ抵抗Ｎ４と同材質のポーラスな保護層で覆って電極２
の剥離を防ぐ。
この反応において電圧を徐々に上げていくと、電圧を変
化さ−υても電流が変化しない領域、即ち限界電流が発
生ずる。この限界電流値は既に述べた前記の式によって
算出される。
化さ−υても電流が変化しない領域、即ち限界電流が発
生ずる。この限界電流値は既に述べた前記の式によって
算出される。
そして、被Ａ１１）定ガス１１ｊの酸素濃度（酸素分圧
）に応じて限界電流値が変化するから、一定電圧を印加
してこの限界電流値を測定すれば、被測定ガス中の酸素
濃度を求めることができるのである。
）に応じて限界電流値が変化するから、一定電圧を印加
してこの限界電流値を測定すれば、被測定ガス中の酸素
濃度を求めることができるのである。
上記限界電流は既に述べたとおり、固体電解質素子１の
温度依存性を受けるが、本発明者の鋭意研究の結果、上
記ガス拡散抵抗層４の平均細孔径を所定＠囲に設定する
ことにより、限界電流の温度依存性をなくことができる
ことを見い出した。
温度依存性を受けるが、本発明者の鋭意研究の結果、上
記ガス拡散抵抗層４の平均細孔径を所定＠囲に設定する
ことにより、限界電流の温度依存性をなくことができる
ことを見い出した。
即ら、第３図がガス拡散抵抗層の平均細孔径と限界電流
の温度依存性との関係を示すものである。
の温度依存性との関係を示すものである。
この第３図において、縦軸は固体電解質素子の温度を７
５０℃から±１００°Ｃで５０゛Ｃ毎に変化さ・Ｕた時
において、７５０°Ｃでの限界電流値に対しどれほど限
界電流値がずれているかを示している。
５０℃から±１００°Ｃで５０゛Ｃ毎に変化さ・Ｕた時
において、７５０°Ｃでの限界電流値に対しどれほど限
界電流値がずれているかを示している。
一方、横軸はガス拡散抵抗層の平均♀ＩＩＩ孔径を示し
ている。
ている。
この第３図から明らかなごとく、ガス拡散抵抗層の平均
細径が３００人を下回ると限界電流値は負の温度依存性
を示すことがわかる。一方、平均ａ１１１孔径が４００
人を上回ると、限界電流値は正の？ＡＡ度依存性を示す
ことがわかる。
細径が３００人を下回ると限界電流値は負の温度依存性
を示すことがわかる。一方、平均ａ１１１孔径が４００
人を上回ると、限界電流値は正の？ＡＡ度依存性を示す
ことがわかる。
これに対し、ガス拡散抵抗層の平均細孔径が３００人〜
４００人の範囲では温度抵抗性はないことがわかる。即
ち、７５０℃±１００℃（６５０℃〜８５０°Ｃ）の温
度範囲では限界電流は温度依存性を受けてないため、こ
の温度範囲においては温度補償を行なう必要がないので
ある。
４００人の範囲では温度抵抗性はないことがわかる。即
ち、７５０℃±１００℃（６５０℃〜８５０°Ｃ）の温
度範囲では限界電流は温度依存性を受けてないため、こ
の温度範囲においては温度補償を行なう必要がないので
ある。
なお、限界電流の温度依存性はガス拡散抵抗層の平均細
孔径によってのみ影響を受けるのであり、拡散抵抗層の
厚さには影響を受けない。この拡散層の厚みは限界電流
の値の大きさに影響を及ばずのである。なお、ガス拡散
抵抗層の厚さは限界電流値の検出のしやすさを考慮して
２００〜５００μｍがよい。
孔径によってのみ影響を受けるのであり、拡散抵抗層の
厚さには影響を受けない。この拡散層の厚みは限界電流
の値の大きさに影響を及ばずのである。なお、ガス拡散
抵抗層の厚さは限界電流値の検出のしやすさを考慮して
２００〜５００μｍがよい。
このように、ガス拡散抵抗層の平均細孔径を３００人〜
４００人に設定することにより、一定の温度範囲内での
限界電流の温度依存性をなくすことができるのである。
４００人に設定することにより、一定の温度範囲内での
限界電流の温度依存性をなくすことができるのである。
この一定の温度（６００℃〜８５０°Ｃ）は実用上の温
度範囲であり、従って実質的には温度補償は不要となる
。
度範囲であり、従って実質的には温度補償は不要となる
。
吹に、ガス拡散抵抗層の平均細孔径を３００人〜４００
人に設定するための具体的製造方法を説明する。
人に設定するための具体的製造方法を説明する。
まず、固体電解質素子の電極の表面に、ＭｇＯ・Ａ７！
２０３ （スピネル）粉末（粒径は５〜４４μｍ）に外
型量％で１〜４％のＳｉＯ２粉末（粒径は５〜２０μｍ
）を均一に混合した材料をプラズマ溶射する。このプラ
ズマ溶射条件は、ガス組成はＡｒとＮ２との混合カスで
あり、Ａｒ流量は２０β／分、Ｎ２流量は１０１／分で
ある。溶射電流はＧ５０Ａ、溶射電圧は５８Ｖ、溶射距
離は８０龍である。
２０３ （スピネル）粉末（粒径は５〜４４μｍ）に外
型量％で１〜４％のＳｉＯ２粉末（粒径は５〜２０μｍ
）を均一に混合した材料をプラズマ溶射する。このプラ
ズマ溶射条件は、ガス組成はＡｒとＮ２との混合カスで
あり、Ａｒ流量は２０β／分、Ｎ２流量は１０１／分で
ある。溶射電流はＧ５０Ａ、溶射電圧は５８Ｖ、溶射距
離は８０龍である。
かかるプラズマ溶射により、厚さ２００〜５００μｍの
ガス拡散抵抗層を形成する。このときのガス拡散抵抗層
の平均細孔径は６００〜７００人であった。次に、この
ガス拡散抵抗層を１３００℃〜１４００℃の温度で２時
間焼成する。この焼成により、ガス拡散抵抗層は焼結し
、この内部の細孔の連続性を損なうことなく平均１１［
１孔径が３００〜４００人程度までに減少する。
ガス拡散抵抗層を形成する。このときのガス拡散抵抗層
の平均細孔径は６００〜７００人であった。次に、この
ガス拡散抵抗層を１３００℃〜１４００℃の温度で２時
間焼成する。この焼成により、ガス拡散抵抗層は焼結し
、この内部の細孔の連続性を損なうことなく平均１１［
１孔径が３００〜４００人程度までに減少する。
なお、上記ガス拡散抵抗層材料中のＳ ｉ Ｏ２の量、
および上記焼成ｌ！＋Ａ度は、ガス拡散抵抗層の平均細
孔径、限界電流の温度依存性に影響を及１ｆ−ｔ。
および上記焼成ｌ！＋Ａ度は、ガス拡散抵抗層の平均細
孔径、限界電流の温度依存性に影響を及１ｆ−ｔ。
これについて述べると、Ｊｚ記Ｓｉ○２の量ト乎均細孔
径との関係は表１のごとくである。
径との関係は表１のごとくである。
表１
この表１ならびに前述した第３図の結果から理解される
ごとく、３ｉ０２の量は１〜４％力く望ましいことかわ
かる。
ごとく、３ｉ０２の量は１〜４％力く望ましいことかわ
かる。
一方、ガス拡散抵抗層の前記焼成温度と限界電流値の温
度依存性との関係は第４図のこ゛と＜−ｒある。この第
４図から明白なごとく、焼成？１１１＋Ｌ度力く１３０
０ ’Ｃ〜１４００“Ｃでは温度依存性がなし１３１乙
１勾袖孔をもったガス拡散抵抗層が得られるのである。
度依存性との関係は第４図のこ゛と＜−ｒある。この第
４図から明白なごとく、焼成？１１１＋Ｌ度力く１３０
０ ’Ｃ〜１４００“Ｃでは温度依存性がなし１３１乙
１勾袖孔をもったガス拡散抵抗層が得られるのである。
なお、平均１１０孔径は従来ｂａ知の水銀ボＩ′Ｉシメ
ータにより測定することができる。
ータにより測定することができる。
次に、本発明検出器の構造例を説明する。第５図および
第６図は酸素濃度検出器を示すもので、自動車１）Ｉガ
スに含まれる酸素濃度を検出する固体電解質素子１は、
一端が開放され他端が閉塞されたコツプ状に形成されて
いる。この固体電解ｙＲ１は、酸素イオン伝導性の金属
酸化物によって形成されている。このような酸化物とし
ては、酸化ジルコニウム （Ｚｒ０２）９０〜９５モル
％ト酸化イ ノ ト リ ウ ム （Ｙ２Ｏ２）５
〜１０ モ ル％ と の混合物、又はＺｒＯ２−Ｙｂ
２Ｏ３，ＺｒＯ２５ｃ７０３．Ｚｒ ○ ２−Ｃａ
○、Ｚｒ ○ ２ − ｉ” ｈ ２０３、
ＺｒＯ２−Ｍｇ０． １”ｈＯ２−Ｃａｂ、
ＣｅＱ２ ＭｇＯ系酸化物等がある。この素子１
の中央部外周には環状拡大部１ａが設けられ、また内周
の開放端側には環状座部１ｂが設けらねている。そしζ
、素子１には、第６図で取り出して示すように、その内
周面に薄膜状の電極２が形成され、外周面に電極３が形
成されている。電極３の面積は例えば２０〜１００−で
あり、電極３が形成された部分り外の素子ｌの外周面は
、その拡大ｇ１−１ａより下方の部分で絶縁層５が形成
されている。絶縁層５の外周面には電極３のリード線と
して機能する導電層６が形成され、導電層６は電極３に
一体的に接続形成されていると共に拡大ｇ１１１ａの上
面まて延在（しめられている。導電層６の外周面及び電
極３の外周面にはガス拡散抵抗層４が被覆形成されてい
る。
第６図は酸素濃度検出器を示すもので、自動車１）Ｉガ
スに含まれる酸素濃度を検出する固体電解質素子１は、
一端が開放され他端が閉塞されたコツプ状に形成されて
いる。この固体電解ｙＲ１は、酸素イオン伝導性の金属
酸化物によって形成されている。このような酸化物とし
ては、酸化ジルコニウム （Ｚｒ０２）９０〜９５モル
％ト酸化イ ノ ト リ ウ ム （Ｙ２Ｏ２）５
〜１０ モ ル％ と の混合物、又はＺｒＯ２−Ｙｂ
２Ｏ３，ＺｒＯ２５ｃ７０３．Ｚｒ ○ ２−Ｃａ
○、Ｚｒ ○ ２ − ｉ” ｈ ２０３、
ＺｒＯ２−Ｍｇ０． １”ｈＯ２−Ｃａｂ、
ＣｅＱ２ ＭｇＯ系酸化物等がある。この素子１
の中央部外周には環状拡大部１ａが設けられ、また内周
の開放端側には環状座部１ｂが設けらねている。そしζ
、素子１には、第６図で取り出して示すように、その内
周面に薄膜状の電極２が形成され、外周面に電極３が形
成されている。電極３の面積は例えば２０〜１００−で
あり、電極３が形成された部分り外の素子ｌの外周面は
、その拡大ｇ１−１ａより下方の部分で絶縁層５が形成
されている。絶縁層５の外周面には電極３のリード線と
して機能する導電層６が形成され、導電層６は電極３に
一体的に接続形成されていると共に拡大ｇ１１１ａの上
面まて延在（しめられている。導電層６の外周面及び電
極３の外周面にはガス拡散抵抗層４が被覆形成されてい
る。
このように構成される固体電解質素子１は、筒状のハウ
ジング１１の中に嵌め込み設置されるもので、このハウ
ジング１１は、５ＵＳ３０４ステンレス鋼等からなるフ
ランジ１０の中央開口に嵌め込まれている。ハウジング
１１は５ＵＳ４３０ステンレス鋼等からなり、その内周
面の下部が縮径されている。そして、素子１がハウシン
グ１１の内周縮径部に係止されている。ハウジング１１
の下端には５ＵＳ３１０のステンレス＃ν１等からなり
、被検ガスの導入用開口１２ａが形成されたコツプ状の
２重式素子カバー１２が素子１を覆うように固定されて
いる。素子１の内周面」二部には外周にフランジ部が形
成された金属製のパイプ１３が嵌合され、パイプ１３は
そのフランジの下端と素子１の座部１ｂとの間に＃１ｌ
ｉｌ（Ｃｕ）等のリングパツキン及び圧縮成形したグラ
ファイトリング（いずれも図示せず）等を介して座！７
１１１ｂにより位置決めされている。パイプ１３には４
ａ状のセラミンクヒータ１４が嵌合され、パイプ１３と
ヒータ１４とは銀ろう付により固定しζある。セラミッ
クヒータ１４はたとえばアルミナ磁器中にニクロム線等
からなるコイル状又はクシ型パターン形状のヒータ線を
内蔵したものであり、ヒータ１４の上端にはアルミナ（
八β２０３）等の断熱棒１５が固定されている。断熱棒
Ｉ５の上端にはテフロン等の絶縁棒１６が固定されてい
る。ヒータ１４のヒータ線は断熱棒１５及び絶縁棒１６
を挿通ずるリード線（図示せず）に接続され、絶縁棒１
６の上端に取付けられたコネクタ１７を介してテフロン
被覆のリード線１８に接続され、外部電源（図示セず）
に導出され”ζいる。
ジング１１の中に嵌め込み設置されるもので、このハウ
ジング１１は、５ＵＳ３０４ステンレス鋼等からなるフ
ランジ１０の中央開口に嵌め込まれている。ハウジング
１１は５ＵＳ４３０ステンレス鋼等からなり、その内周
面の下部が縮径されている。そして、素子１がハウシン
グ１１の内周縮径部に係止されている。ハウジング１１
の下端には５ＵＳ３１０のステンレス＃ν１等からなり
、被検ガスの導入用開口１２ａが形成されたコツプ状の
２重式素子カバー１２が素子１を覆うように固定されて
いる。素子１の内周面」二部には外周にフランジ部が形
成された金属製のパイプ１３が嵌合され、パイプ１３は
そのフランジの下端と素子１の座部１ｂとの間に＃１ｌ
ｉｌ（Ｃｕ）等のリングパツキン及び圧縮成形したグラ
ファイトリング（いずれも図示せず）等を介して座！７
１１１ｂにより位置決めされている。パイプ１３には４
ａ状のセラミンクヒータ１４が嵌合され、パイプ１３と
ヒータ１４とは銀ろう付により固定しζある。セラミッ
クヒータ１４はたとえばアルミナ磁器中にニクロム線等
からなるコイル状又はクシ型パターン形状のヒータ線を
内蔵したものであり、ヒータ１４の上端にはアルミナ（
八β２０３）等の断熱棒１５が固定されている。断熱棒
Ｉ５の上端にはテフロン等の絶縁棒１６が固定されてい
る。ヒータ１４のヒータ線は断熱棒１５及び絶縁棒１６
を挿通ずるリード線（図示せず）に接続され、絶縁棒１
６の上端に取付けられたコネクタ１７を介してテフロン
被覆のリード線１８に接続され、外部電源（図示セず）
に導出され”ζいる。
断熱棒１５および絶縁棒１６の下半部には、５ＵＳ３０
４ステンレス鋼等からなり下端にフランジを有するパイ
プ１９が外嵌されており、パイプ１９は絶縁棒１６にか
しめ固定されている。パイプ１９にはＡ４２２０３Ｗ等
のバイブ状の絶縁碍子２０が外嵌されており、絶縁碍子
２０の下端にはフランジが形成されている。
４ステンレス鋼等からなり下端にフランジを有するパイ
プ１９が外嵌されており、パイプ１９は絶縁棒１６にか
しめ固定されている。パイプ１９にはＡ４２２０３Ｗ等
のバイブ状の絶縁碍子２０が外嵌されており、絶縁碍子
２０の下端にはフランジが形成されている。
素子１における拡大部１ａの上方の外周面には、５ＵＳ
３０４ステンレス梱等からなるパイプ２１が外１へされ
ている。パイプ２１の下端にはフランジが形成されてお
り、このフランジと拡大部１ａの上面との間にＮｉ等か
らなるリングパツキン２２が介装されている。パイプ２
１の外周面にはＡｌ２Ｏ２製等のパイプ状の絶縁碍子２
３が外嵌されており、絶縁碍子２３はハウジング１１と
の間にリングクルク２４を介してハウジング１１に締付
は固定されζいる。絶縁碍子２３の外周面には５ＵＳ３
０４ステンレス鋼等からなる円筒状の保護カバー２５が
外嵌されており、保護カバー２５はその下端にて５ＵＳ
４３０ステンレス鋼等からなるリングスペーサ２６、ス
テンレス鋼等のリングパソＩ’ ３９を介してハウジン
グＩＩに締（ｑけ固定されている。
３０４ステンレス梱等からなるパイプ２１が外１へされ
ている。パイプ２１の下端にはフランジが形成されてお
り、このフランジと拡大部１ａの上面との間にＮｉ等か
らなるリングパツキン２２が介装されている。パイプ２
１の外周面にはＡｌ２Ｏ２製等のパイプ状の絶縁碍子２
３が外嵌されており、絶縁碍子２３はハウジング１１と
の間にリングクルク２４を介してハウジング１１に締付
は固定されζいる。絶縁碍子２３の外周面には５ＵＳ３
０４ステンレス鋼等からなる円筒状の保護カバー２５が
外嵌されており、保護カバー２５はその下端にて５ＵＳ
４３０ステンレス鋼等からなるリングスペーサ２６、ス
テンレス鋼等のリングパソＩ’ ３９を介してハウジン
グＩＩに締（ｑけ固定されている。
絶縁碍子２０の上半部には５ＵＳ３０４ステンレス銅等
からなるパイプ２７が外嵌されており、パイプ２７の下
端にはフランジか形成されている。
からなるパイプ２７が外嵌されており、パイプ２７の下
端にはフランジか形成されている。
パイプ２７の下半部は保護カバー２５との間にパイプ状
のＡβ２０３製絶縁碍子２８が介装されている。パイプ
２７の上半部にはシリコンゴム製等のゴムチューブ２９
が外嵌されていて、パイプ２７と保護カバー２５の上端
部とは、その間に介装されたゴムデユープ２９の弾力を
利用して固定され−Ｃいる。ゴムデユープ２９はコネク
タ１７より上方に延長する長尺状のものであり、ゴムチ
ューブ２９の内周面にシリコンゴム等からなるゴムヂプ
ッシュ３１が嵌合されている。一方、ゴムヂューブ２９
の外周面は炭素鋼等からなる筒状のダストカバー３０に
覆われており、ダストカバー３０はその下端にて保護カ
バー２５に固定され、その上端にてゴムチューブ２９及
びゴムブツシュ３１を押圧固定している。
のＡβ２０３製絶縁碍子２８が介装されている。パイプ
２７の上半部にはシリコンゴム製等のゴムチューブ２９
が外嵌されていて、パイプ２７と保護カバー２５の上端
部とは、その間に介装されたゴムデユープ２９の弾力を
利用して固定され−Ｃいる。ゴムデユープ２９はコネク
タ１７より上方に延長する長尺状のものであり、ゴムチ
ューブ２９の内周面にシリコンゴム等からなるゴムヂプ
ッシュ３１が嵌合されている。一方、ゴムヂューブ２９
の外周面は炭素鋼等からなる筒状のダストカバー３０に
覆われており、ダストカバー３０はその下端にて保護カ
バー２５に固定され、その上端にてゴムチューブ２９及
びゴムブツシュ３１を押圧固定している。
一方、パイプ１９の上端にはコネクタ３２が取付けられ
ており、コネクタ３２はテフロン被覆のリード線３２に
より外部に導出されている。また、パイプ２７の上端に
はコネクタ３４が取付けられており、コネクタ３４はテ
フロン被覆のリード線３５により外部に導出されている
。絶縁碍子２０の下端のフランジの傾斜上面には、Ｃｕ
等からなるリング３８が外嵌され“Ｃおり、リング３８
上にはＣｕ等からなる接続する接続リング３７が外嵌さ
れている。接続リング３７とパイプ２７のフランジ下面
との間には５ＬＪＳ６３１ステンレス銅等からなるコイ
ルスプリング３６が絶縁碍子２ｏに外嵌させて介装され
ており、パイプ２７と絶縁碍子２０とが相反する方向に
押圧されるようになっている。従っ°ζ、素子１の外周
面側の電極３は導電層６、拡大部１ａの上面にて導電層
６と接触するリングパツキン２２、パイプ２１、リング
３８、接続リング３７、コイルスプリング３６、パイプ
２７、コネクタ３４及びリード線３５を介して外部電源
又は電流等の測定手段（いずれも図示せず）に接続され
ている。また、素子１の内周面側の電極２はパイプ１３
、パイプ１９、コネクタ３２及びリード線３３を介して
電極２と同様に外部電源又は電流測定手段に接続されて
いる。
ており、コネクタ３２はテフロン被覆のリード線３２に
より外部に導出されている。また、パイプ２７の上端に
はコネクタ３４が取付けられており、コネクタ３４はテ
フロン被覆のリード線３５により外部に導出されている
。絶縁碍子２０の下端のフランジの傾斜上面には、Ｃｕ
等からなるリング３８が外嵌され“Ｃおり、リング３８
上にはＣｕ等からなる接続する接続リング３７が外嵌さ
れている。接続リング３７とパイプ２７のフランジ下面
との間には５ＬＪＳ６３１ステンレス銅等からなるコイ
ルスプリング３６が絶縁碍子２ｏに外嵌させて介装され
ており、パイプ２７と絶縁碍子２０とが相反する方向に
押圧されるようになっている。従っ°ζ、素子１の外周
面側の電極３は導電層６、拡大部１ａの上面にて導電層
６と接触するリングパツキン２２、パイプ２１、リング
３８、接続リング３７、コイルスプリング３６、パイプ
２７、コネクタ３４及びリード線３５を介して外部電源
又は電流等の測定手段（いずれも図示せず）に接続され
ている。また、素子１の内周面側の電極２はパイプ１３
、パイプ１９、コネクタ３２及びリード線３３を介して
電極２と同様に外部電源又は電流測定手段に接続されて
いる。
斯かる構成の酸素濃度検出器においては、ヒータ１４に
リード線１８等を介して通電し、固体電解質素子１を一
定温度に加熱保持する。これは、素子１の温度変化によ
り限界電流が変化し、酸素６ツ度の検出結果に誤差が発
生ずるのを回避するためである。そして、リード線３３
を電源の陽極に、またリード線３５を陰極に接続し、電
圧を印加すると電流が素子１を電極２から電極３へ流れ
る。
リード線１８等を介して通電し、固体電解質素子１を一
定温度に加熱保持する。これは、素子１の温度変化によ
り限界電流が変化し、酸素６ツ度の検出結果に誤差が発
生ずるのを回避するためである。そして、リード線３３
を電源の陽極に、またリード線３５を陰極に接続し、電
圧を印加すると電流が素子１を電極２から電極３へ流れ
る。
即ち、被検カス中の酸素はガス拡散抵抗層４を経て電極
３に至り、負極性の電極３にて電子の供給を受け、酸素
イオンとなる。この酸素イオンは、酸素イオン導電性の
固体電解質素子１の内部を伝導して電極２に到達し、正
極性の電極２にて電子を放出して酸素分子に戻る。
３に至り、負極性の電極３にて電子の供給を受け、酸素
イオンとなる。この酸素イオンは、酸素イオン導電性の
固体電解質素子１の内部を伝導して電極２に到達し、正
極性の電極２にて電子を放出して酸素分子に戻る。
なお、本発明は上述の実施例に限らず、次のごとき種々
の変形が可能である。
の変形が可能である。
（１）固体型−解質素子の構造は一端が閉じ他端が開い
たコンブ形状に限らず板状でもよく、あるいは円管状で
も勿論よい。
たコンブ形状に限らず板状でもよく、あるいは円管状で
も勿論よい。
（２）ガス拡散抵抗層の材質、その製造方法も種々考え
られることは言うまでもない。例えば、材質はＡ７！２
０３、ＭｇＯ等でもよい。
られることは言うまでもない。例えば、材質はＡ７！２
０３、ＭｇＯ等でもよい。
（３）本発明の酸素濃度検出器は、自動車の分野以外に
例えば溶鉱炉などの空気制御にも適用できる。
例えば溶鉱炉などの空気制御にも適用できる。
以上ｉ′ｆ−達したごとく、本発明によれば、限界電流
の温度依存性をなくすことができ、従ってその実用上の
効果は極めて大きい。
の温度依存性をなくすことができ、従ってその実用上の
効果は極めて大きい。
第１図は従来の説明に供する特性図、第２図は本発明の
説明に供する酸素濃度検出器の主要部を示す模式的断面
図、第３図および第４図は本発明の説明に供する特性図
、第５図は本発明検出器の一実施例を示す全体構成断面
図、第６図は第５図の素子部分を拡大し”ζ示ず断面図
である。 １・・・固体電解質素子、２，３・・・電極、４・・・
ガス拡散抵抗層。 代理人弁理士 岡 部 隆 第５図 第６図
説明に供する酸素濃度検出器の主要部を示す模式的断面
図、第３図および第４図は本発明の説明に供する特性図
、第５図は本発明検出器の一実施例を示す全体構成断面
図、第６図は第５図の素子部分を拡大し”ζ示ず断面図
である。 １・・・固体電解質素子、２，３・・・電極、４・・・
ガス拡散抵抗層。 代理人弁理士 岡 部 隆 第５図 第６図
Claims (1)
- 酸素イオン伝導性金属酸化物よりなる固体電解質素子の
表裏面に、多孔質の薄膜状電極をそれぞれ設け、上記一
方の電極を多孔質電気絶縁性金属酸化物からなるカス拡
散抵抗層で被い、上記両電極間に一定電圧を印加するこ
とにより前記素子の内部に、該素子が晒される雰囲気中
の酸素イオンを拡散さ・υ、この拡散される酸素イオン
の濃度に対する限界電流値を求めることにより雰囲気中
の酸素濃度を検出するようにした限界電流式酸素濃度検
出器において、上記ガス拡散抵抗層の平均細孔径を３０
０人〜４００人とした酸素濃度検出器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57178643A JPS5967454A (ja) | 1982-10-12 | 1982-10-12 | 酸素濃度検出器 |
| US06/541,001 US4476008A (en) | 1982-10-12 | 1983-10-11 | Oxygen concentration-sensing device and the method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57178643A JPS5967454A (ja) | 1982-10-12 | 1982-10-12 | 酸素濃度検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5967454A true JPS5967454A (ja) | 1984-04-17 |
| JPH033904B2 JPH033904B2 (ja) | 1991-01-21 |
Family
ID=16052041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57178643A Granted JPS5967454A (ja) | 1982-10-12 | 1982-10-12 | 酸素濃度検出器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4476008A (ja) |
| JP (1) | JPS5967454A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6118854A (ja) * | 1984-07-06 | 1986-01-27 | Nippon Denso Co Ltd | 酸素濃度検出素子 |
| US4657641A (en) * | 1985-05-15 | 1987-04-14 | Nisshin Steel Co., Ltd. | Determination of silicon in molten metal |
| JPS62179653A (ja) * | 1986-02-04 | 1987-08-06 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 限界電流式酸素センサ |
| US4836906A (en) * | 1986-12-27 | 1989-06-06 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Air-fuel ratio sensor |
| WO2017096711A1 (zh) * | 2015-12-10 | 2017-06-15 | 湖南镭目科技有限公司 | 一种氧电池传感器用参比电极及其制备方法以及一种氧电池传感器 |
| JP2019105620A (ja) * | 2017-12-11 | 2019-06-27 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60219548A (ja) * | 1984-04-16 | 1985-11-02 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 自動車排気ガス用酸素濃度検出器 |
| JPS60179862U (ja) * | 1984-05-07 | 1985-11-29 | 株式会社デンソー | 酸素濃度検出器 |
| US5169513A (en) * | 1984-06-06 | 1992-12-08 | Ngk Insulators, Ltd. | Electrochemical element and method of making |
| US5110442A (en) * | 1984-06-27 | 1992-05-05 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Reinforced electrolyte function elements |
| JPS6114187A (ja) * | 1984-06-27 | 1986-01-22 | 日本特殊陶業株式会社 | 補強板状焼結体 |
| JPS61125758U (ja) * | 1985-01-26 | 1986-08-07 | ||
| JPS61127450U (ja) * | 1985-01-28 | 1986-08-09 | ||
| US4915814A (en) * | 1987-09-30 | 1990-04-10 | Hitachi, Ltd. | Sensor for measurement of air/fuel ratio and method of manufacturing |
| JP3493784B2 (ja) * | 1995-01-19 | 2004-02-03 | 株式会社デンソー | 酸素濃度検出素子 |
| US6679982B1 (en) * | 1997-08-07 | 2004-01-20 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Oxygen sensor |
| DE19757112C2 (de) | 1997-09-15 | 2001-01-11 | Heraeus Electro Nite Int | Gassensor |
| EP0938666A1 (de) | 1997-09-15 | 1999-09-01 | Heraeus Electro-Nite International N.V. | Gassensor |
| US6793788B2 (en) * | 2000-10-06 | 2004-09-21 | Delphi Technologies, Inc. | Method and device for hydrogen and hydrocarbon sensing |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51145390A (en) * | 1975-06-10 | 1976-12-14 | Nissan Motor Co Ltd | Manufacturing method of a coated layer of oxygen senser |
| JPS5367495A (en) * | 1976-11-29 | 1978-06-15 | Hitachi Ltd | Oxygen concentration detector |
| DE2711880C2 (de) * | 1977-03-18 | 1985-01-17 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Polarographischer Meßfühler zum Messen der Sauerstoffkonzentration und Verfahren zu seiner Herstellung |
| JPS5557145A (en) * | 1978-10-23 | 1980-04-26 | Toyota Motor Corp | Manufacture of oxygen sensor element |
| US4359374A (en) * | 1979-11-07 | 1982-11-16 | Nippondenso Co., Ltd. | Oxygen sensor |
| JPS5824855A (ja) * | 1981-08-05 | 1983-02-14 | Nippon Denso Co Ltd | 酸素濃度検出器 |
-
1982
- 1982-10-12 JP JP57178643A patent/JPS5967454A/ja active Granted
-
1983
- 1983-10-11 US US06/541,001 patent/US4476008A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6118854A (ja) * | 1984-07-06 | 1986-01-27 | Nippon Denso Co Ltd | 酸素濃度検出素子 |
| US4657641A (en) * | 1985-05-15 | 1987-04-14 | Nisshin Steel Co., Ltd. | Determination of silicon in molten metal |
| JPS62179653A (ja) * | 1986-02-04 | 1987-08-06 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 限界電流式酸素センサ |
| US4836906A (en) * | 1986-12-27 | 1989-06-06 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Air-fuel ratio sensor |
| WO2017096711A1 (zh) * | 2015-12-10 | 2017-06-15 | 湖南镭目科技有限公司 | 一种氧电池传感器用参比电极及其制备方法以及一种氧电池传感器 |
| JP2019105620A (ja) * | 2017-12-11 | 2019-06-27 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4476008A (en) | 1984-10-09 |
| JPH033904B2 (ja) | 1991-01-21 |
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