JPS6080750A - リ−ンバ−ン排気ガスセンサ - Google Patents
リ−ンバ−ン排気ガスセンサInfo
- Publication number
- JPS6080750A JPS6080750A JP58189119A JP18911983A JPS6080750A JP S6080750 A JPS6080750 A JP S6080750A JP 58189119 A JP58189119 A JP 58189119A JP 18911983 A JP18911983 A JP 18911983A JP S6080750 A JPS6080750 A JP S6080750A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust gas
- oxygen pump
- gas sensor
- solid electrolyte
- stabilized zirconia
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- 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
- G01N27/4075—Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0031—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array
- G01N33/0032—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array using two or more different physical functioning modes
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】
産業上の利用分野
本発明は、高温排気ガス雰囲気にさらしてその抵抗変化
からストーブ、ボイラーなどの燃焼器・自動車のエンジ
ンなどの内燃機に供給される空気と燃料の比を検知する
センサに関する。
からストーブ、ボイラーなどの燃焼器・自動車のエンジ
ンなどの内燃機に供給される空気と燃料の比を検知する
センサに関する。
′/l/l
従来例の構成ど簡題点
従来、燃焼の当量点を検知するセンサとしては、安定化
ジルコニア固体電解質の隔壁の両側に電極とl〜て白金
をつけ、その一方を空気のような酸素分圧が既知(Po
2−0.21 atm)の雰囲気にし、他方の電極を排
気ガスにさらして発生する起電力を測定するものと、5
no2・TiO2MqC0204のような金属酸化物の
抵抗変化を利用するものがある。これらはガス雰囲気中
の酸素ガスの分圧に応じて起電力なり抵抗が変化するの
で燃焼の当量点を境として起電力なシ抵抗値の急激な変
化が起こる筈である。実際には完全燃焼ができずに排気
ガス中にCo−HCのような還元性のガスと02・NO
xのような酸化性のガスが共存するだめ、これを触媒の
作用によって相互に反応させないと燃焼の当量点を境と
する急激な起電力または、抵抗の変化は起こらない。さ
らに、このような触媒を用いても以上のようなセンサは
、02・NOxのような酸化性ガスの過剰々雰囲気では
急激な起電力や抵抗の変化は起こらない。
ジルコニア固体電解質の隔壁の両側に電極とl〜て白金
をつけ、その一方を空気のような酸素分圧が既知(Po
2−0.21 atm)の雰囲気にし、他方の電極を排
気ガスにさらして発生する起電力を測定するものと、5
no2・TiO2MqC0204のような金属酸化物の
抵抗変化を利用するものがある。これらはガス雰囲気中
の酸素ガスの分圧に応じて起電力なり抵抗が変化するの
で燃焼の当量点を境として起電力なシ抵抗値の急激な変
化が起こる筈である。実際には完全燃焼ができずに排気
ガス中にCo−HCのような還元性のガスと02・NO
xのような酸化性のガスが共存するだめ、これを触媒の
作用によって相互に反応させないと燃焼の当量点を境と
する急激な起電力または、抵抗の変化は起こらない。さ
らに、このような触媒を用いても以上のようなセンサは
、02・NOxのような酸化性ガスの過剰々雰囲気では
急激な起電力や抵抗の変化は起こらない。
Fex○3(0≦X≦1)なるペロブスカイト型複合酸
化物の抵抗が、酸化性のガスが過剰の雰囲気では金属に
近い導電率をもち、酸素分圧が10 atm以下のガス
雰囲気では導電率が%〜%に低下するものであることを
見出しだ。ペロブスカイト構造のBサイトのCOのFe
による置換は、当量点ての抵抗変化の変化率の増大と還
元性ガス雰囲気でも使える効果を付与するが、酸化性の
ガスの過剰な雰囲気では抵抗変化は起らなかった。
化物の抵抗が、酸化性のガスが過剰の雰囲気では金属に
近い導電率をもち、酸素分圧が10 atm以下のガス
雰囲気では導電率が%〜%に低下するものであることを
見出しだ。ペロブスカイト構造のBサイトのCOのFe
による置換は、当量点ての抵抗変化の変化率の増大と還
元性ガス雰囲気でも使える効果を付与するが、酸化性の
ガスの過剰な雰囲気では抵抗変化は起らなかった。
発明の目的
本発明は、酸化性ガス(NOx、SOX、O2)還元性
ガス(H2,CH,Co)の混在する排気ガス中で、酸
化性ガス分圧がある任意の点より高いか、低いかを検知
する形式のリーンバーンエンジン制御用、あるいは燃焼
機器の酸欠検知・燃焼制御に適する排気ガスセンサを提
供することを目的とする。
ガス(H2,CH,Co)の混在する排気ガス中で、酸
化性ガス分圧がある任意の点より高いか、低いかを検知
する形式のリーンバーンエンジン制御用、あるいは燃焼
機器の酸欠検知・燃焼制御に適する排気ガスセンサを提
供することを目的とする。
発明の構成
本発明は、安定化ジルコニア固体電解質より成る酸素ポ
ンプと、酸素ポンプのカソード極側に形(0≦X≦0.
3)にS r T i Osを20−60モル係添加し
た材料より成る抵抗素子の薄膜より構成される。
ンプと、酸素ポンプのカソード極側に形(0≦X≦0.
3)にS r T i Osを20−60モル係添加し
た材料より成る抵抗素子の薄膜より構成される。
酸素ポンプには、直流電流を通ずるだめの電極が取り付
けられ、全表面が多孔質膜で被覆される。
けられ、全表面が多孔質膜で被覆される。
カソード極側の被覆膜は、さらにその上に形成される抵
抗素子との絶縁性を保つものであり、アノード極側の被
覆膜は、pt電極の保護膜として作用する。
抗素子との絶縁性を保つものであり、アノード極側の被
覆膜は、pt電極の保護膜として作用する。
前述した酸素ポンプのカソード極側の被覆膜上に前述し
た材料より成る抵抗素子の薄膜を形成し、その両端に抵
抗測定用の電極を取り付ける。前述した酸素ポンプのア
ノード極側を除き、センサ全体に被覆層を設ける。この
被覆層は、酸素ポンプにより引き出される酸素量より多
く外気より酸素が入ってくることを防ぐため通気性を低
くおさえるものである。
た材料より成る抵抗素子の薄膜を形成し、その両端に抵
抗測定用の電極を取り付ける。前述した酸素ポンプのア
ノード極側を除き、センサ全体に被覆層を設ける。この
被覆層は、酸素ポンプにより引き出される酸素量より多
く外気より酸素が入ってくることを防ぐため通気性を低
くおさえるものである。
実施例の説明
センサの構造及び作製方法を第1図を用いて説明する。
第1図において1は安定化ジルコニア固体電解質の基本
であり、Z r O2にY2O3を8mol(係添加し
混合した後、プレスして圧粉体を作り1600℃で20
hr焼成して固相反応を起こさせた後、粉砕・混合し、
厚さ1 mmにプレスし、1600℃で20 h r焼
成して作製した。2は白金の電極であり、ptペースト
を基体上にスクリーン印刷により塗布し、pt リード
を取り付け、約100’Cで乾燥後、950℃で30分
間焼成した。3はSrTiO3またはアルミナ系の被覆
膜であp、5rTx03 ’4だはアルミナ系セラミッ
クスを熔射して形成した。スクリーン印刷の場合は、ブ
チルカルピトールアセテートを主成分とする有機系フリ
ットを30wt%加え、1260℃で2hr焼成した。
であり、Z r O2にY2O3を8mol(係添加し
混合した後、プレスして圧粉体を作り1600℃で20
hr焼成して固相反応を起こさせた後、粉砕・混合し、
厚さ1 mmにプレスし、1600℃で20 h r焼
成して作製した。2は白金の電極であり、ptペースト
を基体上にスクリーン印刷により塗布し、pt リード
を取り付け、約100’Cで乾燥後、950℃で30分
間焼成した。3はSrTiO3またはアルミナ系の被覆
膜であp、5rTx03 ’4だはアルミナ系セラミッ
クスを熔射して形成した。スクリーン印刷の場合は、ブ
チルカルピトールアセテートを主成分とする有機系フリ
ットを30wt%加え、1260℃で2hr焼成した。
セラミック被覆層3の厚さは、100μmとしだ。
C01−エFexO3にS r T t O3を20−
70モ/l/%含むペロブスカイト型複合酸化物よりな
る抵抗素子4を100μmの厚さに熔射し、抵抗測定用
電極リード6としてptペースト、まだはAg 30−
pb’yoのペーストを3Mの距離を置いてスクリーン
印刷し、950℃で30分間焼成した。次に、前述と同
様の方法で5rTi○3、まだはアルミナ系セラミック
ス被覆膜6を付けた後、シリカ系ガラス粉末を表面に塗
布して”+ 200℃で3hr焼成してガラス層7を表
面に形成し、センサを完成した。
70モ/l/%含むペロブスカイト型複合酸化物よりな
る抵抗素子4を100μmの厚さに熔射し、抵抗測定用
電極リード6としてptペースト、まだはAg 30−
pb’yoのペーストを3Mの距離を置いてスクリーン
印刷し、950℃で30分間焼成した。次に、前述と同
様の方法で5rTi○3、まだはアルミナ系セラミック
ス被覆膜6を付けた後、シリカ系ガラス粉末を表面に塗
布して”+ 200℃で3hr焼成してガラス層7を表
面に形成し、センサを完成した。
上述のように作成したセンサを、管状炉に通した石英ガ
ラス管に入れ80o℃に保持し、02/N2C0/N2
.N2の混合ガスを通じ、02ガスの流入濃度を1チ一
定にし、COガスの流入濃度を変え安定化ジルコニアの
酸素ポンプに通じた直流電流値とセンサ抵抗が大きく変
化する値とを測定することにより、センサの特性試験を
行った。
ラス管に入れ80o℃に保持し、02/N2C0/N2
.N2の混合ガスを通じ、02ガスの流入濃度を1チ一
定にし、COガスの流入濃度を変え安定化ジルコニアの
酸素ポンプに通じた直流電流値とセンサ抵抗が大きく変
化する値とを測定することにより、センサの特性試験を
行った。
次に02ガス2%濃度でセンサ抵抗が変化する、電流を
安定化ジルコニア固体電解質より成る酸素ポンプに通じ
02ガス濃度を6%→2係→5%と変化させてサイクル
試験を行った。
安定化ジルコニア固体電解質より成る酸素ポンプに通じ
02ガス濃度を6%→2係→5%と変化させてサイクル
試験を行った。
SrO,6750,425C00,85F’0.150
3に対する5rTi03の添加量を第1表のように変え
た材料を各々抵抗素子として用いて、5rTiOの添加
による影響を知るためのセンサを作製し、センサ特性の
試験を行なった。被覆膜は、5rTfO3をスクリーン
印刷し、電極リードはptを用いた。
3に対する5rTi03の添加量を第1表のように変え
た材料を各々抵抗素子として用いて、5rTiOの添加
による影響を知るためのセンサを作製し、センサ特性の
試験を行なった。被覆膜は、5rTfO3をスクリーン
印刷し、電極リードはptを用いた。
以下余白
第1表
その結果を第2,3図に示した。第2図は、02・CO
ガス濃度比に対する酸素ポンプの電流値と抵抗の変化量
を感度(S−Rh(高抵抗)/RL((邸鉱))として
示した。第3図は、酸素ポンプ9μへの電流を通じ、0
2ガス濃度を5係6分間→2%1分間のサイクルで試験
した結果であり、サイクル数に対するセンサの抵抗変化
を示した。センサ感度は02が存在する雰囲気でも酸素
ポンプに電流を流すことにより得られ、S r T 1
03 を6oモル係含む材料より作製したセンサ1−3
が最も高く、また、第3図のサイクル試験の結果から非
常に抵抗値が安定したセンサであることが認められる。
ガス濃度比に対する酸素ポンプの電流値と抵抗の変化量
を感度(S−Rh(高抵抗)/RL((邸鉱))として
示した。第3図は、酸素ポンプ9μへの電流を通じ、0
2ガス濃度を5係6分間→2%1分間のサイクルで試験
した結果であり、サイクル数に対するセンサの抵抗変化
を示した。センサ感度は02が存在する雰囲気でも酸素
ポンプに電流を流すことにより得られ、S r T 1
03 を6oモル係含む材料より作製したセンサ1−3
が最も高く、また、第3図のサイクル試験の結果から非
常に抵抗値が安定したセンサであることが認められる。
第4図にはこれらのセンサの応答特性を示した。
各々/す共022係濃度の雰囲気にした時に1分以内で
応答することが認められる。
応答することが認められる。
Sr旦り電□C01−エFe工03のXの影響を知る2
2 発明の効果 添加した材料を抵抗素子として用い、安定化ジルコニア
固体電解質を酸素ポンプとして作用させ、抵抗素子の置
かれている雰囲気内より、排気ガス中の酸化性ガス分圧
に対応して酸素を抜き出すことにより、従来のセンサに
は見られない、酸化性ガス過剰な排気ガスのある任意の
酸化性ガス分圧の点で抵抗が変化する特性を有し、高感
応・高応答性・長寿命の効果を有するリーンバーンセン
サである。
2 発明の効果 添加した材料を抵抗素子として用い、安定化ジルコニア
固体電解質を酸素ポンプとして作用させ、抵抗素子の置
かれている雰囲気内より、排気ガス中の酸化性ガス分圧
に対応して酸素を抜き出すことにより、従来のセンサに
は見られない、酸化性ガス過剰な排気ガスのある任意の
酸化性ガス分圧の点で抵抗が変化する特性を有し、高感
応・高応答性・長寿命の効果を有するリーンバーンセン
サである。
第1図は本発明センサの断面図、第2図はC0・02
ガス濃度比に対する酸素ポンプの電流値と感度のS r
T 103の添加による変化を示すグラフ、第3図は
S r T 103 の添加によるサイクル試験の結果
を示すグラフ、第4図はSrTiO3の添加による02
2チ/N2 ガスの応答特性を示すグラフ、第6図はC
o・o22ガス濃比に対する酸素ポンプの電流値と感度
の化学式Xの変化による変化を示すグラフ、第6図は化
学式Xの変化によるサイクル試験の結果を示すグラフ、
第7図はCo・02ガス濃度比に対する酸素ポンプの電
流値と感度を被覆膜の材料と被覆膜の材料と被覆方法を
変えて試験した結果を示すグラフ、第8図は被覆膜の材
料と被覆方法を変えたセンサのサイクル試験の結果を示
すグラフである。 1・・・・・・安定化ジルコニア固体電解質、2・・・
・・白金電極、3・・・・・・セラミック被覆膜、4・
・・・・・抵抗素子、5・・・・・・電極、7・・・・
・・ガラス層。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 2図 fl)22% 酉灸素ホ′ンブ電X (μハジ
ガス濃度比に対する酸素ポンプの電流値と感度のS r
T 103の添加による変化を示すグラフ、第3図は
S r T 103 の添加によるサイクル試験の結果
を示すグラフ、第4図はSrTiO3の添加による02
2チ/N2 ガスの応答特性を示すグラフ、第6図はC
o・o22ガス濃比に対する酸素ポンプの電流値と感度
の化学式Xの変化による変化を示すグラフ、第6図は化
学式Xの変化によるサイクル試験の結果を示すグラフ、
第7図はCo・02ガス濃度比に対する酸素ポンプの電
流値と感度を被覆膜の材料と被覆膜の材料と被覆方法を
変えて試験した結果を示すグラフ、第8図は被覆膜の材
料と被覆方法を変えたセンサのサイクル試験の結果を示
すグラフである。 1・・・・・・安定化ジルコニア固体電解質、2・・・
・・白金電極、3・・・・・・セラミック被覆膜、4・
・・・・・抵抗素子、5・・・・・・電極、7・・・・
・・ガラス層。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 2図 fl)22% 酉灸素ホ′ンブ電X (μハジ
Claims (5)
- (1)多孔質膜で被覆した安定化ジルコニア固体電解質
より成る酸素ポンプの相対する電極の一方の(Q≦X≦
0.3)で表わされる材料にS r T x O3を2
0〜60モル係の割合で添加した材料より成る薄膜を抵
抗素子として形成し、上記酸素ポンプのもう一方の面を
除いたセンサ外周面に通気性を低くおさえるだめの被覆
層を設けたことを特徴とするリーンバーン排気ガスセン
サ。 - (2)抵抗素子の抵抗変化を測定するための電極材料と
して白金・パラジウムと銀との合金材料を用いることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載のリーンバーン排
気ガスセンサ。 - (3)安定化ジルコニア固体電解質が酸素ポンプとして
作用するとともにセンサ基体を兼ねることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載のリーンバーン排気ガスセン
サ。 - (4)多孔質膜がS r T iOsまたはアルミナ系
セラミックスよりなることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載のリーンバーン排気ガスセンサ。 - (5)通気性をおさえるだめの被覆層がシリカ系ガラス
よりなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
リーンバーン排気ガスセンサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58189119A JPS6080750A (ja) | 1983-10-07 | 1983-10-07 | リ−ンバ−ン排気ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58189119A JPS6080750A (ja) | 1983-10-07 | 1983-10-07 | リ−ンバ−ン排気ガスセンサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6080750A true JPS6080750A (ja) | 1985-05-08 |
Family
ID=16235703
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58189119A Pending JPS6080750A (ja) | 1983-10-07 | 1983-10-07 | リ−ンバ−ン排気ガスセンサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6080750A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61278748A (ja) * | 1985-06-04 | 1986-12-09 | Tech Res Assoc Conduct Inorg Compo | リ−ンバ−ン排気ガスセンサ |
JPS6267250U (ja) * | 1985-10-17 | 1987-04-27 |
-
1983
- 1983-10-07 JP JP58189119A patent/JPS6080750A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61278748A (ja) * | 1985-06-04 | 1986-12-09 | Tech Res Assoc Conduct Inorg Compo | リ−ンバ−ン排気ガスセンサ |
JPH0514859B2 (ja) * | 1985-06-04 | 1993-02-26 | Dodensei Muki Kagobutsu Gijutsu Kenkyu Kumiai | |
JPS6267250U (ja) * | 1985-10-17 | 1987-04-27 | ||
JPH0422286Y2 (ja) * | 1985-10-17 | 1992-05-21 |
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