JPS61254847A - フレ−ムセンサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、各種の燃焼機器や自動車用エンジン等の燃焼
ガス或いは排気ガス中の空燃比を測定するセンサに係り
、とくに、空燃比の燃料不足側（リーン側）の範囲でも
測定制御できるガス検出器に関する。

〔発明の背景〕

従来、空燃比の検出制御装置として、ＺｒＯ。

の制限電流を用いたリーンセンサが提案されており１例
えば特開昭５８−６１４５５号公報に記載されている。

このセンサは酸素過剰率λ−？１を境界として出力をあ
る値とするとリーン側とリッチ側の２値を示すことにな
る。従ってこの検出値がリーン側かリッチ側かを判別す
るためにｎ型酸化物半導体ガス感応体を併用して、相手
方の検出信号を同時に検出し、別の電気回路装置を併用
判別させている。ここでは、ｎ型酸化物半導体を焼結体
で製作しているので、応答速度に関し、十分に配慮され
ていない。

また、特開昭５７−２００８４４号公報にはＺｒＯ，系
のセンサから開示されている。このセンサも焼結体で作
製され、さらに傍熱形になっているが、加熱のための、
消費電力、及び応答速度に関しては配慮されていない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ＺｒＯ２系固体電解質及びペロブスカ
イト構造ｐ型酸化物半導体を薄膜状にして相手方を出来
る限り近づけて空隙のある積層状に形成し、応答速度が
速く、検出ガス組成を高精度で、燃料のリッチ側からリ
ーン側の広い範囲に亘り、測定し制御できるようにする
とともに、構造が簡易で、傍熱のための消費電力が低く
、耐久性が高く、高い信頼性で安価なガス検出器を提供
）蓋るものである。

〔発明の概要〕

本発明は前述のようにＺｒＯ，系の２値を示す限界電流
型固体電解ガス感応体に直列に燃料のリッチ側で抵抗値
が著しく高くなり、リーン側で低くなるｐ型の酸化物半
導体ガス感応体を結合することにより、限界電流型固体
電解質のリッチ側での検出値を著しく低くシ、リーン側
での検出値を検出できるようにすることにより優れたフ
レームセンサにするものである。なお、応答速度を高め
、高精度化するためには感応体の熱容量を出来るだけ少
なくし、ガスの拡散距離を短くすることが望ましい。

【発明の実施例〕

本発明の実施例を第１図に示す、この図は素子の感応部
の断面の一例を示したものである。電気絶縁基板１の一
方の面に保護１ｌＩ２が設けられた傍熱用ヒータ膜或い
は熱発電膜３を形成し、他の一面に電極４及び４ａを対
向して形成する。ここで線処理をしたものでもよい、ま
た、ヒータの位置は電極の側に設けることもできる０次
にＺｒＯ。

系のような限界電流型固体電解質膜５を少なくとも一方
の電極に接して形成し、次にペロブスカイト構造である
ＬａＮｉ０．のようなｐ型ガス感応体６を少なくとも固
体電解質膜５の一部に重ねるように形成する。この状態
で、電気的に直列に。

基板に対し、直、並列に一体接合させる。この場合の電
気的等価回路は第２図及び第３図の点線内のようである
。ここで、第２図及び第３図会体は検出器への応用回路
である。なお第１図に於いて。

３はヒータ膜（又は熱発電膜）であるが、これは固体電
解質膜５及びｐ型ガス感応体を加熱する必要がある場合
にヒータ膜６ａとして機能化させるもので、その材質は
、Ｐｔ、Ｗ、Ｒｂ、Ｔｈ。

Ｎｉ、ＮｉＣｒ等の抵抗性膜で焼結等によって形成され
るが、ガス、石油機器の酸欠検出等の場合に要求される
のは電池であり、従って熱発電膜３として機能化させる
もので、その材質は５ｉＦｅ、クロメルアルメル等の熱
発電性膜で焼結によって形成される。保護１ＩＩ２はヒ
ータ膜（又は熱発１！ｆｉｌ）及び電極４，４ａの高温
長期使用に耐えるために必要で、その材質はアルミナ又
は高温特殊ガラスで、非通気性が良好で、焼着又は溶射
によって形成される。限界電流型固体電解質膜５は第４
図に示すように電流・電圧特性は空気過剰率（λ）に依
存した限界値を示すもので、多孔性の５μｍ、１００μ
ｍの膜厚で、その材質はＺｒＯ□を主成分としたイオン
導電体で、プラズマ溶射法等によって形成され、膜面に
垂直方向に電場が印加される（符号６はλ〉１に於て導
体電極の役割をする）、ペロブスカイト膜は第５図に示
す様に、λ〈１に於て高抵抗値を、λ〉１に於て低抵抗
値を示しくその差約３桁）、従って固体電解質［［５膜
をはさんで電極４と４ａ間に膜面垂直に対極する様に、
溶射法等で形成され、符号５と６は電気的に直列に結合
され、その膜厚は５μｍ〜５０μｍ。

通気性である。第６図は素子の一例を示す。反応部は第
１図と同様である。ロウ接部７は電極又はヒータとリー
ド端子８，９．１０をそれぞれ接合するためのモリブデ
ンマンガン法による形成膜で、銀ロウからの銀拡散によ
る電極部が破損しないために必要である。リード端子８
，９．１０はそれぞれ電気信号を伝達するための良電導
物質で耐熱性も要求されるため、例えばニッケル又はニ
クロムが用いられる。

実施例１ ０．６ｍ厚さのアルミナ製基板上に第６図に示すような
形状に白金電極を印刷定着させた。この電極の一方の電
極に重なるようにＺｒ０ｓ−６％Ｙ２Ｏ３系で５〜２５
μｍ粒径の粉末をプラズマ溶射法により５０μｍ厚さに
コーティングした。プラズマはＡ　ｒ　−Ｈ，ガスで発
生させ、電流値は９００Ａである。次に他の一方の電極
を覆い、先のコーティング層に接するか、覆うようにＬ
ａＮｉ０□で０．１〜１０μｍの粒径の粉末を約２０μ
ｍ厚さにコーティングした。その断面構成は第１図のよ
うである。このセンサを用い、プロパンガス炎による空
気過剰率と出力との関係を求めた結果は第７図のようで
ある。

実施例２ 実施例１の素子の一方の面にヒータを取り付けて同様の
実験を行った。その結果、雰囲気温度が３００℃以下の
範囲でも、ヒータの加熱によって。

第７図のような出力特性が得られ、リーン側での燃焼状
態の測定制御センサとして極めて望ましい結果が得られ
た。

〔発明の効果〕

本発明によるガス検出器は従来のような判別回路を用い
ることなく、空気過剰率に対応した１値の出力となる。

特に、感応郡全体が小形化するので、８１定精度及び応
答速度が高く、消耗電力の低い、経済的なガス検出器が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はガス検出素子の断面図、第２図及び第３図はガ
ス検出器の回路図、第４図は固体電解質の電流、電圧特
性と空気過剰率の関係を示す特性図、第５図はｐ型酸化
物半導体の空気過剰率とセンサ抵抗の関係を示す特性図
、第６図はセンサ素子の外観構造を示す側面図、第７図
は空気過剰率と出力との関係図である。 １・・・電気絶縁性基板、２・・・保護膜、３・・・熱
発電膜、゛・５′

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気絶縁性基板に相対向する電極を設け、該電極の
   表面に固体電解質膜を形成し、更にｐ型酸化物半導体を
   形成したことを特徴とするフレームセンサ。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記固体電解質膜
   としてＺｒＯ＿２系及びｐ型酸化物半導体としてペロブ
   スカイト構造酸化物を溶射法で形成したことを特徴とす
   るフレームセンサ。 ３、特許請求の範囲第２項において、前記電気絶縁性基
   板面にヒータ膜、サーミスタ膜或いは熱発電膜の少なく
   とも１種以上を設けたことを特徴とするフレームセンサ
   。