JPS63172952A - 固体電解質を用いた水素濃度測定方法 - Google Patents
固体電解質を用いた水素濃度測定方法Info
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- JPS63172952A JPS63172952A JP62004056A JP405687A JPS63172952A JP S63172952 A JPS63172952 A JP S63172952A JP 62004056 A JP62004056 A JP 62004056A JP 405687 A JP405687 A JP 405687A JP S63172952 A JPS63172952 A JP S63172952A
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- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 46
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Landscapes
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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】
（産業上の利用分野）
本発明は気体中に含まれる水素濃度を測定する方法に関
するものである。
するものである。
（従来の技術）（発明が解決しようとする問題点）従来
の技術としては、水素ガスを燃焼させることによる白金
線の抵抗値の変化を利用したセンサが知られているが、
このセンサは水素ガス以外のブタンやプロパン等の可燃
性ガスの共存の場合それらのガスが燃焼した時、このセ
ンサはガス選択性がないので水素ガスとして検知してし
まうため誤差が大きい、また、−０３層を白金電極上に
設け、これと水素とを反応させるものは水素ガスを同。
の技術としては、水素ガスを燃焼させることによる白金
線の抵抗値の変化を利用したセンサが知られているが、
このセンサは水素ガス以外のブタンやプロパン等の可燃
性ガスの共存の場合それらのガスが燃焼した時、このセ
ンサはガス選択性がないので水素ガスとして検知してし
まうため誤差が大きい、また、−０３層を白金電極上に
設け、これと水素とを反応させるものは水素ガスを同。
中にスピルオーバーさせ、その結果生成したタングステ
ンブロンブの電気抵抗低下を利用する方法であり、ＷＯ
ｓの水素ガスに対する感度が低く不十分である。
ンブロンブの電気抵抗低下を利用する方法であり、ＷＯ
ｓの水素ガスに対する感度が低く不十分である。
また、ＺｎＯ焼結体を用いた半導体方式のセンサが知ら
れているが、ＣＯガスが混在すると、大きな影舌を受け
、大きな誤差が生じ、測定濃度は比較的低濃度（数千ｐ
ｐｍ以下）であり、パーセントオーダの測定は困難であ
り、センサの出力は水素濃度に対して非直線であるため
水素濃度を求めるためには電気回路による補正が必要で
ある等の問題があった。
れているが、ＣＯガスが混在すると、大きな影舌を受け
、大きな誤差が生じ、測定濃度は比較的低濃度（数千ｐ
ｐｍ以下）であり、パーセントオーダの測定は困難であ
り、センサの出力は水素濃度に対して非直線であるため
水素濃度を求めるためには電気回路による補正が必要で
ある等の問題があった。
このような実状に鑑みて開発された本願出願人による水
素濃度を測定するための水素センサ素子の先行技術例（
特願昭６１−１１２７３７号）がある。これは例えば５
ｒＣｅＯｚの如き酸素イオン伝導性がなく水素イオン伝
導性を有するペロブスカイト系酸化物を使用したもので
あるが、材料選択の容易さの点から一般によく使われて
いる固体電解質の使用が望まれている。
素濃度を測定するための水素センサ素子の先行技術例（
特願昭６１−１１２７３７号）がある。これは例えば５
ｒＣｅＯｚの如き酸素イオン伝導性がなく水素イオン伝
導性を有するペロブスカイト系酸化物を使用したもので
あるが、材料選択の容易さの点から一般によく使われて
いる固体電解質の使用が望まれている。
（問題点を解決するための手段及び作用）本発明は、こ
のような状況の下に種々検討の結果なされたもので、固
体電解質として一般によく使われている安定化ジルコニ
アを用い、この両面に多孔質電極を設け、その一方をア
ノード、他方をカソードとし、アノード表面を蔽う水素
拡散制御体を設けた限界電流方式水素センサを用いて水
素濃度を測定する方法を提供するものである。
のような状況の下に種々検討の結果なされたもので、固
体電解質として一般によく使われている安定化ジルコニ
アを用い、この両面に多孔質電極を設け、その一方をア
ノード、他方をカソードとし、アノード表面を蔽う水素
拡散制御体を設けた限界電流方式水素センサを用いて水
素濃度を測定する方法を提供するものである。
安定化ジルコニアは酸素イオン伝導性を有することは周
知であるが、種々調査研究の結果、水素イオン伝導性も
合わせ持っていることが判り、従って、酸素を含まず水
素を含んでいる不活性ガス中の水素濃度の測定には固体
電解質が酸素イオン伝導性を有するものであっても酸素
イオンの発生がないので水素濃度の測定が可能である。
知であるが、種々調査研究の結果、水素イオン伝導性も
合わせ持っていることが判り、従って、酸素を含まず水
素を含んでいる不活性ガス中の水素濃度の測定には固体
電解質が酸素イオン伝導性を有するものであっても酸素
イオンの発生がないので水素濃度の測定が可能である。
（実施例）
第１図は本発明による水素濃度測定に用いる水素センサ
素子の断面図であり、同図において１は水素イオン伝導
性と酸素イオン伝導性とを合わせ持つ安定化剤としてイ
ントリアを用いた安定化ジルコニア（例えば（ＺｒＯｘ
）ｏ、 ｑｚ（ＹｚＯｓ）ｏ、 ｏｗｌからなる固体電
解質である。安定化剤としては他の公知の物ｆｆ（Ｃａ
Ｏなど）を用いることが可能である。この両面に多孔質
白金電極を設け、その一方をアノード２、他方をカソー
ド３とし、水素拡散制御体として微小な気体流通孔４が
形成されたキャップ５がアノード２を蔽うように固体電
解’ｆｆｌに接合され、キャンプ５の表面にはヒータ６
が設けられたものであり、本発明は上記の如き水素セン
サを用いて水素濃度を測定するものである。
素子の断面図であり、同図において１は水素イオン伝導
性と酸素イオン伝導性とを合わせ持つ安定化剤としてイ
ントリアを用いた安定化ジルコニア（例えば（ＺｒＯｘ
）ｏ、 ｑｚ（ＹｚＯｓ）ｏ、 ｏｗｌからなる固体電
解質である。安定化剤としては他の公知の物ｆｆ（Ｃａ
Ｏなど）を用いることが可能である。この両面に多孔質
白金電極を設け、その一方をアノード２、他方をカソー
ド３とし、水素拡散制御体として微小な気体流通孔４が
形成されたキャップ５がアノード２を蔽うように固体電
解’ｆｆｌに接合され、キャンプ５の表面にはヒータ６
が設けられたものであり、本発明は上記の如き水素セン
サを用いて水素濃度を測定するものである。
ここで、限界電流方式の水素センサとは、水素イオン伝
導性を有する固体電解質電極面に対して、水素分子（イ
オン）供給を制限する（或いは拡散を律速する）手段を
設けたセンサを総称するものであって、両面に電極が形
成された固体電解質に、外気の間の微小な気体流通孔が
開けられた中空カプセルを被冠し、該気体流通孔の気体
拡散抵抗によって生ずる限界電流特性を利用する上記形
状以外には拡散抵抗を生じる気体流通孔の代わりに多孔
質？５質（微細な貫通孔を多数有する多孔性物質、例え
ば多孔質セラミック）を上記カプセルの一部に設けたも
の、固体電解質の一面或いは両面、又は該固体電解質全
体を包囲するように多孔質物質を形成したもの、固体電
解質の電極上に多孔性の拡散制御体を設け、更にその上
に拡散を阻止する緻密な層を一部あるいは全面に形成し
たもの、または電極上に直接緻密層を形成したもの、僅
かな間隙を持たせた少なくともどちらか一方が両面に電
極が形成された固体電解質の板を並べその間隙による気
体の拡散抵抗作用を利用したもの、一端部が閉塞された
筒状の固体電解質の内外面に電極が設けられ、その一方
の電極側に前述の如き拡散制御体を設けたタイプ等、固
体電解質の水素イオン移送現象を制御＠（律速）するこ
とによって濃度を電圧−＠液特性より直接あるいは他の
測定方法により間接的に測定する方式のセンサを総称す
るものである。
導性を有する固体電解質電極面に対して、水素分子（イ
オン）供給を制限する（或いは拡散を律速する）手段を
設けたセンサを総称するものであって、両面に電極が形
成された固体電解質に、外気の間の微小な気体流通孔が
開けられた中空カプセルを被冠し、該気体流通孔の気体
拡散抵抗によって生ずる限界電流特性を利用する上記形
状以外には拡散抵抗を生じる気体流通孔の代わりに多孔
質？５質（微細な貫通孔を多数有する多孔性物質、例え
ば多孔質セラミック）を上記カプセルの一部に設けたも
の、固体電解質の一面或いは両面、又は該固体電解質全
体を包囲するように多孔質物質を形成したもの、固体電
解質の電極上に多孔性の拡散制御体を設け、更にその上
に拡散を阻止する緻密な層を一部あるいは全面に形成し
たもの、または電極上に直接緻密層を形成したもの、僅
かな間隙を持たせた少なくともどちらか一方が両面に電
極が形成された固体電解質の板を並べその間隙による気
体の拡散抵抗作用を利用したもの、一端部が閉塞された
筒状の固体電解質の内外面に電極が設けられ、その一方
の電極側に前述の如き拡散制御体を設けたタイプ等、固
体電解質の水素イオン移送現象を制御＠（律速）するこ
とによって濃度を電圧−＠液特性より直接あるいは他の
測定方法により間接的に測定する方式のセンサを総称す
るものである。
さて、酸素を含まず水素を含む不活性ガス中に」二記の
水素センサを設置すると、不活性ガスはアノード側に設
けられたキャップ５の微小孔４を通って７ノード２に達
しヒータ６による高温においてアノード２とカソード３
との間に電圧を印加すると、いわゆるポンピング作用に
より水素イオンがアノード２からカソード３に向かって
移動し、即ち、水素イオンをキャリヤとする電流が流れ
キャンプ５内の水素分子が排出される。このときの電圧
−電流特性は第２図の如くなり、電圧のある領域におい
て電流のフラット域が観測される。このフラット域は水
素を含む不活性ガスの流入が微小孔４によって制限され
るために生ずるもので、このフラット域の電流を限界電
流と呼ぶが、この限界電流値は第２図に見られる如く水
素濃度によって５７なる。この各水素濃度と限界電流値
との関係は第３図のとおり比例関係にある。従って、第
２図から１．３〜１．７ボルトをセンサの両電極間に印
加しておくことにより、そのときの電流値から水素２４
度を）★知することができる。
水素センサを設置すると、不活性ガスはアノード側に設
けられたキャップ５の微小孔４を通って７ノード２に達
しヒータ６による高温においてアノード２とカソード３
との間に電圧を印加すると、いわゆるポンピング作用に
より水素イオンがアノード２からカソード３に向かって
移動し、即ち、水素イオンをキャリヤとする電流が流れ
キャンプ５内の水素分子が排出される。このときの電圧
−電流特性は第２図の如くなり、電圧のある領域におい
て電流のフラット域が観測される。このフラット域は水
素を含む不活性ガスの流入が微小孔４によって制限され
るために生ずるもので、このフラット域の電流を限界電
流と呼ぶが、この限界電流値は第２図に見られる如く水
素濃度によって５７なる。この各水素濃度と限界電流値
との関係は第３図のとおり比例関係にある。従って、第
２図から１．３〜１．７ボルトをセンサの両電極間に印
加しておくことにより、そのときの電流値から水素２４
度を）★知することができる。
（発明の効果）
本発明になる水素センサを用いた水素濃度測定方法は不
活性ガス中に酸素がない場合に確度よく水素濃度の測定
ができ、しかも、固体電解質として一般に使用されてい
る安定化ジルコニアを使用できるので、材料の入手が容
易であり、かつ、小型、長寿命、低消費電力、低温作動
化された水素センサを使用するので使用範囲が広くなる
。
活性ガス中に酸素がない場合に確度よく水素濃度の測定
ができ、しかも、固体電解質として一般に使用されてい
る安定化ジルコニアを使用できるので、材料の入手が容
易であり、かつ、小型、長寿命、低消費電力、低温作動
化された水素センサを使用するので使用範囲が広くなる
。
第１図は本発明による水素濃度測定に用いる水素センサ
素子の断面図、第２図は該水素センサ素子における印加
電圧と出力電流との関係を示すグラフ、第３図は同じく
限界電流と水素濃度との関係を示すグラフである。 ｌ：固体電解質、２ニアノード、３；カソード、４：微
小な気体流通孔、５：水素拡散制御体。 代理人 弁理士 竹 内 １ 第２図 電、／Ｅ＝ （Ｖ）
素子の断面図、第２図は該水素センサ素子における印加
電圧と出力電流との関係を示すグラフ、第３図は同じく
限界電流と水素濃度との関係を示すグラフである。 ｌ：固体電解質、２ニアノード、３；カソード、４：微
小な気体流通孔、５：水素拡散制御体。 代理人 弁理士 竹 内 １ 第２図 電、／Ｅ＝ （Ｖ）
Claims (2)
- （１）水素イオン伝導性と酸素イオン伝導性とを合わせ
持った固体電解質の両面に多孔質電極を設け、その一方
をアノード、他方をカソードとし、アノードを蔽う水素
拡散制御体を設けて、両電極間に電圧を印加して水素イ
オン（Ｈ＾＋）をキャリヤとして流れる出力電流により
気体中に含まれる水素を検出することを特徴とする固体
電解質を用いた水素濃度測定方法。 - （２）水素イオン伝導性と酸素イオン伝導性とを合わせ
持った固体電解質が安定化ジルコニアである特許請求の
範囲第１項記載の固体電解質を用いた水素濃度測定方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62004056A JPS63172952A (ja) | 1987-01-13 | 1987-01-13 | 固体電解質を用いた水素濃度測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62004056A JPS63172952A (ja) | 1987-01-13 | 1987-01-13 | 固体電解質を用いた水素濃度測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63172952A true JPS63172952A (ja) | 1988-07-16 |
Family
ID=11574216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62004056A Pending JPS63172952A (ja) | 1987-01-13 | 1987-01-13 | 固体電解質を用いた水素濃度測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63172952A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1249701A2 (en) * | 2001-04-12 | 2002-10-16 | NGK Spark Plug Company Limited | Hydrogen sensor |
-
1987
- 1987-01-13 JP JP62004056A patent/JPS63172952A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1249701A2 (en) * | 2001-04-12 | 2002-10-16 | NGK Spark Plug Company Limited | Hydrogen sensor |
| EP1249701A3 (en) * | 2001-04-12 | 2003-06-04 | NGK Spark Plug Company Limited | Hydrogen sensor |
| US7189364B2 (en) | 2001-04-12 | 2007-03-13 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Hydrogen sensor |
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