JPS6140557A - Galvanic battery type oxygen sensor - Google Patents

Galvanic battery type oxygen sensor

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Publication number
JPS6140557A
JPS6140557A JP59162289A JP16228984A JPS6140557A JP S6140557 A JPS6140557 A JP S6140557A JP 59162289 A JP59162289 A JP 59162289A JP 16228984 A JP16228984 A JP 16228984A JP S6140557 A JPS6140557 A JP S6140557A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
container
diaphragm
positive electrode
space
sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP59162289A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuko Fujita
藤田 雄耕
Hisashi Kudo
工藤 寿士
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Storage Battery Co Ltd
Original Assignee
Japan Storage Battery Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Japan Storage Battery Co Ltd filed Critical Japan Storage Battery Co Ltd
Priority to JP59162289A priority Critical patent/JPS6140557A/en
Publication of JPS6140557A publication Critical patent/JPS6140557A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/404Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Pathology (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

PURPOSE:To keep the contact state constant between a diaphragm and a positive pole, by providing a space at a part of a container for holding an electrolytic solution of a galvanic battery type oxygen sensor while a porous body or a cotton-like body is housed in the container. CONSTITUTION:A holding plate 3, O rings 4 and 4', a disphragm 5 comprising a tetraluoroethylene-haxafluoropropyrene copolymer fln, a positive pole 6 made of gold, an intermediate current collector 7 comprising carbon parper and a positive current collector 8 comprising a titanium wire are housed and screwed down between container body 1 and a container lid 2. The container body 1 houses an electrolytic solution 9 comprising acetic acid and a mixed aqueous solution of potassium propionate and lead acetate, a negative pole 10 made of lead and a porous body or cotton-like body 11 made of glass fiber or the like while a space 12 is formed at a part of the container. With such an arrangement, there is no change in the contact state between a disphragm and a positive pole regardless of variations in the internal sensor pressure.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ガルバニT1池式酸素センサーに関するもの
である。さらに詳しくは、本発明は、酸素のN解還元に
有効な触媒電極からなる正極と鉛からなる負極と電解液
と隔膜と容器とから構成されるガルバニ電池式酸素セン
サーに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a galvanic T1 pond type oxygen sensor. More specifically, the present invention relates to a galvanic cell type oxygen sensor comprising a positive electrode made of a catalytic electrode effective for reducing oxygen by N solution, a negative electrode made of lead, an electrolytic solution, a diaphragm, and a container.

ガルバニ電池式酸素センサーは、小形、軽量であるとと
もに常温で作動し、しかも安価であるため、船倉やマン
ホールの酸欠状態をチェックしたり、麻酔器1人口呼吸
器などの医療機器における酸素81度の検出のため等、
広い分野で使用されている。
Galvanic battery-type oxygen sensors are small, lightweight, operate at room temperature, and are inexpensive. etc. for the detection of
Used in a wide range of fields.

従来の技術 ガルバニ電池式酸素センサーは、触媒電極からなる正極
と鉛からなる負極と電解液と隔膜と容器とから構成され
ているのが通例である。
Conventional Galvanic Cell Oxygen Sensors are generally comprised of a positive electrode made of a catalyst electrode, a negative electrode made of lead, an electrolytic solution, a diaphragm, and a container.

また、ガルバニ電池式酸素センサーの構造を分類すると
、隔膜と正極とが単に密接しているだけのタイプのもの
く例えば特開昭58−187846号)と一体に接合さ
れているタイプのもの(例えばイギリス特許12005
95@ )とがある。前者の場合には、隔膜を透過して
くる酸素が、隔膜と正極との間に形成される電解液膜に
溶解していき、正極表面で電解還元反応に与かる。後者
の場合には、酸素が多孔性である正極の孔の中に満され
た電解液の中に溶解していき、正極の孔壁で電解還元反
応に与かる。
Furthermore, when classifying the structure of galvanic cell type oxygen sensors, there are types in which the diaphragm and positive electrode are simply in close contact with each other (for example, JP-A-58-187846), and types in which they are integrally joined (for example, British patent 12005
95@). In the former case, oxygen passing through the diaphragm dissolves in the electrolyte film formed between the diaphragm and the positive electrode, and participates in an electrolytic reduction reaction on the surface of the positive electrode. In the latter case, oxygen dissolves into the electrolyte filling the pores of the porous positive electrode and participates in an electrolytic reduction reaction on the pore walls of the positive electrode.

一方、従来は、センサーの容器の中に電解液が充満され
ているのが四通であるが、この場合には、酸素センサー
−の、13かれる雰囲気気体の温度が^く、相対湿度が
低いと、電解液中の水分が隔膜を3ffl シて蒸発し
、センサー内圧が低下する。逆に雰囲気気体の温度が低
く、相対湿度が高いと、雰囲気気体中の水分が電解液に
吸収さね、センサー内圧が上昇する。
On the other hand, conventionally, the sensor container is filled with electrolyte, but in this case, the temperature of the atmospheric gas surrounding the oxygen sensor is high and the relative humidity is low. Then, water in the electrolyte passes through the diaphragm and evaporates by 3ffl, reducing the sensor internal pressure. Conversely, if the temperature of the atmospheric gas is low and the relative humidity is high, the moisture in the atmospheric gas will not be absorbed by the electrolyte, and the internal pressure of the sensor will increase.

発明が解決しJ:うとする問題点 電解液の増減に伴なうセンサー内圧の変動が起ると、隔
IB!と正極とが接触しているタイプのセンサーの場合
には、隔膜の変形が起り、隔n分と正極どの間の電解液
膜の厚さが変動し、でのためにセンサー出力が不安定に
なり、極端な場合にはセンサーのズを命が尽きるという
問題点がある1、また、隔膜と正極とが一体に接合され
ている場合にも、正極の損傷が起ったり、隔膜と正極と
が剥1.dlするといった問題がある。
Problems that the invention aims to solve When the sensor internal pressure changes due to increase or decrease in electrolyte, the interval IB! In the case of a type of sensor in which the diaphragm and the positive electrode are in contact, the diaphragm deforms, and the thickness of the electrolyte film between the diaphragm and the positive electrode fluctuates, causing the sensor output to become unstable. In extreme cases, this can lead to the death of the sensor.1Also, even if the diaphragm and the positive electrode are joined together, the positive electrode may be damaged or the diaphragm and the positive electrode may be damaged. Peeling 1. There is a problem with dl.

問題点を解決するための手段 本発明はセンサー容器の中に電解液を充満させずに一部
空間部を残しておくようにするとともに、センサー容器
の中にセルロース、合成高分子11維も(ツクはガラス
mMの多孔体もしくは綿状体を収納することによって上
述の如き問題点を解決しようとするものである。
Means for Solving the Problems The present invention is designed so that the sensor container is not filled with electrolyte, leaving a part of the space, and also contains cellulose and synthetic polymer 11 fibers ( This is an attempt to solve the above-mentioned problems by accommodating a porous body or a cotton-like body made of glass mM.

作用 電解液がセンサー容器に充満されていて、例えば電解液
中の水分が蒸発すると雰囲気圧力とセンサー内圧との間
には1気圧の差圧が生ずる。これに対して、本発明のよ
うに、電解液が充満されていなくて、空間部が存在する
と、この空間部の内圧Pは、次式で与えられる。
When the sensor container is filled with a working electrolyte and, for example, water in the electrolyte evaporates, a pressure difference of 1 atmosphere occurs between the atmospheric pressure and the sensor internal pressure. On the other hand, if a space exists without being filled with electrolyte as in the present invention, the internal pressure P of this space is given by the following equation.

P=Po  −Vo/V P :空間部の内圧 Po :空間部の最初の内圧(1気圧)Vo :空間部
の最初の体積 V :空間部の変化したあとの空気の体積すなわち、電
解液中の水分の蒸発が起り、Pが低    1下すると
空間部の空気が膨張し、■が増大するので、センサー内
圧と雰囲気圧力との差は、1気圧Jこりも必ず小さくな
り、特にVoを比較的大きくしておけば、水分が相当蒸
発したとしてもPはあまり小さくならない。このように
レンリーー内圧の増減が抑制されると、隔膜あるいは正
極の変形も抑制される。
P=Po -Vo/V P: Internal pressure of the space Po: Initial internal pressure of the space (1 atm) Vo: Initial volume of the space V: Volume of air after the space has changed, that is, the volume of air in the electrolyte Evaporation of moisture occurs, and when P decreases by 1, the air in the space expands, increasing If the target is made large, P will not decrease much even if a considerable amount of water evaporates. When the increase and decrease in the Renley internal pressure is suppressed in this way, deformation of the diaphragm or the positive electrode is also suppressed.

しかしながら、このような空間部を段Cシると、新たな
課題が出てくる。すなわち、このように空間部を設【プ
た酸素センサーが、隔膜が°下にくるように使用される
場合には、全く問題がないが、隔膜が上にくるようにし
ICすすると、正極に隣接する位置に空気がくるので、
正極と電解液とが接触しない状態になることがある。こ
のような状態になると、センサー出力が極端に低下して
しまう。
However, when such a space is removed from the stage C, a new problem arises. In other words, if an oxygen sensor with a space like this is used with the diaphragm at the bottom, there will be no problem, but if the IC is inserted with the diaphragm at the top, the positive electrode will Air comes to the adjacent position, so
The positive electrode and the electrolyte may not be in contact with each other. In such a state, the sensor output will drop significantly.

この点に関していえば、センサー容器の中にセルロース
、合成高分子繊維あるいはガラス繊維からなる多孔体も
しくは綿状体を収納ザることによって解決される。すな
わち、これらの多孔体あるいは綿状体の毛細管現象にに
す、電解液が正極に補給される。また、これらの多孔体
あるいは綿状体は、気泡が正極側に移行するのを阻止す
る。
This point can be solved by housing a porous or cotton-like material made of cellulose, synthetic polymer fibers, or glass fibers in the sensor container. That is, the electrolyte is replenished to the positive electrode due to the capillary action of these porous bodies or flocculent bodies. Moreover, these porous bodies or cotton-like bodies prevent air bubbles from migrating to the positive electrode side.

実施例 第1図は本発明の一実施例にがかるガルバニ電池式酸素
センサーの断面構造を示す。
Embodiment FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a galvanic cell type oxygen sensor according to an embodiment of the present invention.

容器本体(1)と容器蓋(2)との間に、押え板(3)
 、 O−リング(4)、<4’)、4フッ化エヂレン
−〇フッ化プロピレンコポリマーの膜からなる隔膜(5
)、金からなる正極〈6〉、カーボンペーパーからなる
中間集電体(7)、チタン線からなる正極集電体(8)
とが収納されネジ締めされている。隔膜(5)には正極
(6)がスパッタリング法により、一体に接合されてい
る。
A presser plate (3) is placed between the container body (1) and the container lid (2).
, O-ring (4), <4'), diaphragm (5) consisting of a membrane of tetrafluoroethylene-〇fluoropropylene copolymer
), a positive electrode made of gold <6>, an intermediate current collector made of carbon paper (7), a positive electrode current collector made of titanium wire (8)
are stored and screwed down. A positive electrode (6) is integrally joined to the diaphragm (5) by sputtering.

容器本体(1)内には、酢酸とプロピオン酸カリと酢酸
鉛の混合水溶液からなる電解液(9)および鉛からなる
負極(10)およびガラス繊維の綿(11)が収納され
ている。また(12)は空間部である。
The container body (1) contains an electrolytic solution (9) made of a mixed aqueous solution of acetic acid, potassium propionate, and lead acetate, a negative electrode (10) made of lead, and glass fiber cotton (11). Moreover, (12) is a space part.

正極と負極との間に温度補償のためのサーミスタ(13
)および抵抗(14)が接続されている。
A thermistor (13) for temperature compensation is installed between the positive and negative electrodes.
) and a resistor (14) are connected.

発明の効果 実施例で得られたガルバニ電池式酸素センサー6一 をΔどし、Δを逆さまにした場合の1?ンサーをBとし
、実施例において、ガラス繊維の綿(11)が収納され
ていないレン勺−を逆さJ二にした場合のセンサーをC
とし、実施例において、空間部(12)がなく、電解液
が充満されている従来型[ンリーをDとし、それぞれの
センサーを60℃の温度、10%の相対湿度の空気中に
おぎ、各センサーの出力電圧の経時変化を調べたところ
、第2図に示す結果が得られた。
Effects of the Invention 1?When the galvanic cell type oxygen sensor 6 obtained in the embodiment is turned Δ and Δ is turned upside down? The sensor is designated as B, and in the example, the sensor when the glass fiber cotton (11) is not stored is turned upside down and the sensor is designated as C.
In the example, a conventional type without a space (12) and filled with an electrolytic solution is used. When the change in output voltage of the sensor over time was investigated, the results shown in FIG. 2 were obtained.

すなわち、センサーAおよびBは、40[1間安定した
出力電圧を示すのに対し、セン1)−〇およびDの場合
には短時日のうりに、出力電圧が大幅に低下した。
That is, while sensors A and B showed a stable output voltage for 40 [1], in the case of sensors 1)-0 and D, the output voltage significantly decreased over a short period of time.

なお、40日[1に、づべてのセンサーを解体調査した
ところ、AおよびBは何ら以上が認められなかったのに
対し、Cは正極と隔膜との!11911Iは起らないが
、正極および中間集電体が乾いてしまっていたし、Dは
正極が一部隔膜から剥離していた。
In addition, when all the sensors were disassembled and inspected on the 40th [1], no abnormalities were found in A and B, while in C there was no difference between the positive electrode and the diaphragm! 11911I did not occur, but the positive electrode and intermediate current collector were dry, and in D, a portion of the positive electrode had peeled off from the diaphragm.

これらの結果は次のように説明することができる。すな
わち、まず、いずれのセンサーの場合にも、電解液中の
水分が蒸発しているが、センサーA、B、Cの場合には
、空間部中の空気が膨張し、センサー内圧はあまり低下
していないために、隔膜と正極とが剥離しなかったのに
対しセンサーDの場合には、センサー内圧が大幅に低下
し、そのために隔膜および正極の変形が起り、さらには
正極が部分的に隔膜から剥離したものと考えられる。
These results can be explained as follows. That is, first, in the case of all sensors, the water in the electrolyte evaporates, but in the case of sensors A, B, and C, the air in the space expands, and the sensor internal pressure does not decrease much. However, in the case of sensor D, the internal pressure of the sensor decreased significantly, causing deformation of the diaphragm and the positive electrode, and furthermore, the positive electrode partially separated from the diaphragm. It is thought that it was peeled off from the

他方、センサーを逆さまにした場合、センサーBの場合
には異常がなくて、レンナーCの場合には異常が出たの
は、Cの場合には、空間部の空気が気泡となって、中間
集電体の部分を被覆し、電解液が中間集電体および正極
に補給されないのに対し、Bの場合には、気泡がガラス
IIの綿でさえぎられるとともに、この綿の毛細管現象
にj−り、電解液が中間集電体および正極に充分補給さ
れたためと考えられる。
On the other hand, when the sensor is turned upside down, there is no abnormality in the case of sensor B, but an abnormality occurs in the case of Lennar C. In the case of C, the air in the space becomes bubbles and the middle While the current collector part is covered and the electrolyte is not replenished to the intermediate current collector and the positive electrode, in the case of B, the air bubbles are blocked by the glass II cotton, and the capillary action of this cotton causes j- This is thought to be because the electrolyte was sufficiently supplied to the intermediate current collector and the positive electrode.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例にかがるガルバニ電    
 □池式酸素センサーの断面構造を示す。第2図は本発
明の一実施例にかかる酸素センサーA、Δを逆さまにし
た酸素センサーB、Bから綿状体をとり除いた酸素セン
サーCおよび従来型酸素センサーDの出力電圧の経時変
化を示す。 1・・・容器本体、2・・・容器蓋、5・・・隔膜、6
・・・正極、9・・・電解液、10・・・負極、11・
・・ガラスs1¥i紐の綿、12・・・空間部 大  Z  目 岬 通 F:J  欽 千−続ネ市正書(方式) %式% 1、事件の表示 昭和59 ’+11 ’Fr 許願第162289g2
、!明の名称 ガルバニ電池式配索レンザー 代表者 那須信雄 5、補正命令の日付 (発送日) 昭和59年11υ2
70」スよ
FIG. 1 shows a galvanic electrode according to an embodiment of the present invention.
□Shows the cross-sectional structure of a pond-type oxygen sensor. Figure 2 shows changes over time in the output voltages of oxygen sensor A according to an embodiment of the present invention, oxygen sensor B with Δ turned upside down, oxygen sensor C with cotton-like bodies removed from B, and conventional oxygen sensor D. show. 1... Container body, 2... Container lid, 5... Diaphragm, 6
... Positive electrode, 9... Electrolyte, 10... Negative electrode, 11.
...Glass s1\i string cotton, 12...Space Department Large Z Mesaki Street F:J Kinsen-Zokune City Official Book (Method) % formula% 1, Incident display Showa 59'+11'Fr permission request No. 162289g2
,! Name of the Ming Dynasty Galvanic battery type cable lens Representative Nobuo Nasu 5 Date of amendment order (shipment date) 1980 11 υ 2
70''

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、酸素の電解還元に有効な触媒電極からなる正極と鉛
からなる負極と電解液と隔膜および容器とから構成され
るガルバニ電池式酸素センサーにおいて、容器の中に一
部空間部を形成するとともに、セルロース、合成高分子
繊維もしくはガラス繊維からなる多孔体もしくは綿状体
を収納してなることを特徴とするガルバニ電池式酸素セ
ンサー。
1. In a galvanic cell type oxygen sensor consisting of a positive electrode consisting of a catalytic electrode effective for electrolytic reduction of oxygen, a negative electrode consisting of lead, an electrolyte, a diaphragm, and a container, a part of the space is formed in the container, and A galvanic cell-type oxygen sensor characterized by containing a porous or cotton-like body made of cellulose, synthetic polymer fiber, or glass fiber.
JP59162289A 1984-07-31 1984-07-31 Galvanic battery type oxygen sensor Pending JPS6140557A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016148513A (en) * 2015-02-10 2016-08-18 理研計器株式会社 Electrochemical-type gas sensor
WO2017022812A1 (en) * 2015-08-03 2017-02-09 新コスモス電機株式会社 Constant potential electrolytic gas sensor

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