JPS63172953A - 固体電解質を用いたアルコ−ル濃度測定方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は気体中に含まれるアルコール濃度を測定する方
法に関するものである。

（従来の技術） 従来は気体中におけるアルコール濃度を測定する方法と
してはガスセンサが用いられていた。このガスセンサと
して、半導体式のものがあり、これは金属酸化物半導体
の焼結体あるいは焼結膜などからなる感応体部とこれを
加熱するヒータ部とからなり、高温に保持された半導体
およびガスの種類に応じて電気伝導度が変化する性質を
利用したものである。また、接触燃焼式のものがあるが
、これは白金線のフィラメントと貴金属触媒を担持した
アルミナ担体からなり、この白金フィラメントに電流を
通じて高温に保持された検知素子に可燃ガスが触れると
貴金属触媒上で燃焼する際、温度が上昇し白金フィラメ
ントの抵抗値が上昇するので、この抵抗値変化を検知す
るものである。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の半導体式センサを用いる方法では半導体素子にガ
スが吸着したときの抵抗変化を利用する方式であるので
、Ｃ０１Ｈ２などとアルコールとの区別がつけ難いとい
う問題がある。また、従来の接触燃焼式センサを用いる
方法では、このセ、ンサは可燃ガスを燃焼させる方式で
あるので、ガスの選択性が悪く、メタン、エタン、プロ
パン等とメタノール、エタノール、プロパツール等のア
ルコールガスとの区別がほとんどできない。

（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気体
拡散制御体を設は両電極間に電圧を印加したとき、アノ
ード上におけるアルコールガスの電気分解によって生ず
る水素イオンをキャリヤとする電流が流れるが、電圧の
ある領域において電流のフラット域を生じ、このときの
電流がいわゆる限界電流であり、この限界電流値からア
ルコール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、
また、水素及び水分を含まないで、アルコールを含んで
いる不活性ガス中のアルコール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アルコール濃度の測定が可能である
。

水素及び水分を含んでいると、これらの電気分解による
水素イオンによる電流が重なるので好ましくない。

（実施例） 第１図は、本発明によるアルコール濃度測定に用いるア
ルコールセンサ素子の断面図であり、同図において、ｌ
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
安定化ジルコニア（例えば（ＺｒＯ＊）＊、＊＊（Ｙｇ
Ｏｓ）ｅ、。ｓ）からなる固体電解質であり、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、限界電流特性を発現させる気体拡散
制御体として微小な気体流通孔４が形成されたキャンプ
５がアノード２を蔽うように固体電解質１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アルコールセンサを用いてアルコ
ール濃度を測定するものである。

ここで、限界を漬方式のアルコールセンサとは、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（
アルコール）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物質（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
限（律速）することによって濃度を電圧−電流特性より
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、酸素並びに水素または水分を含まずアルコールを
含んだ不活性ガス中に上記のアルコールセンサを設置す
ると、アルコールガスはアノード側に設けられたキャン
プ５の微小な気体流通孔４を通ってアノード２に達し、
ヒータ６による高温において７ノード２とカソード３と
の間に電圧を印加すると、アルコールガスはアノード２
で電気化学的に分解される。例えばエタノールの場合に
は主に次に示す電気化学分解によって水素イオンが生成
される。

ＣＬＣＨｚＨ（エタノール）→ ＣＨｊＣ）１０　（アセトアルデヒド）＋２Ｈ”　＋　
２ｅ−アルコールガスの電気化学分解によって生成した
水素イオンは、いわゆるボンピング作用によりアノード
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。第２図はアルコール濃度が
７％のときのアルコール−窒素雰囲気中での電圧−電流
特性であるが、このフラット域はアルコールガスを含む
不活性ガスの流入が微小な気体流通孔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値を限
界電流値と呼び、この限界電流値は第３図に見られる如
くアルコール濃度に比例する。従って、この関係から限
界電流値を測定することにってアルコール濃度を知るこ
とができる。

（発明の効果） 本発明になるアルコールセンサ素子を用いたアルコール
濃度測定方法は不活性ガス中に酸素、水素及び水分が含
まれていない場合に確度よくアルコール濃度（メタノー
ル、エタノール、プロパツール等の総称）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、低温作動化が可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による気体中のアルコール濃度測定に用
いるアルコールセンサ素子の断面図、第２図は該アルコ
ールセンサ素子における印加電圧と出力を流との関係を
示すグラフ、第３図は同じく限界電流とアルコール濃度
との関係を示すグラフである。 １：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：気体拡散制御体。 代理人　　弁理士　　竹　内　　７ 第１図 電万（ｖ） 第３図 アルコール儂ｊ！Ｌ（％）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、アノードを蔽う気体
   拡散制御体を設けて、両電極間に電圧を印加し、気体中
   に含まれるアルコールがアノード上で電気分解すること
   によって生ずる水素イオン（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アルコール濃度
   を測定することを特徴とする固体電解質を用いたアルコ
   ール濃度測定方法。
2. （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アルコール濃度測
   定方法。