JPS6365350A - Gas detector - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、ガス成分又はその濃度を検出するためのガス
検出器に関するものであって、特に感ガス性の金属酸化
物を用いたガス検出器に関する。Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a gas detector for detecting gas components or their concentrations, and in particular to gas detection using gas-sensitive metal oxides. Concerning vessels.
[従来の技術]
従来より大気中のガスの存在、あるいはその濃度を検出
するためのガス検出器として、酸素ガス検出器、可燃性
ガス検出器等が実用化されている。[Prior Art] Conventionally, oxygen gas detectors, combustible gas detectors, and the like have been put into practical use as gas detectors for detecting the presence or concentration of gases in the atmosphere.
これらの中に、ガスが接触した場合に、その電気抵抗が
変化する特性を持った感ガス性の金属酸化物を使用して
いるものがある。例えば、T i 02、C00,Ni
○等の遷移金属元素の酸化物等は酸素センナとして使用
できる。Some of these use gas-sensitive metal oxides that have the property of changing their electrical resistance when they come into contact with gas. For example, T i 02, C00, Ni
Oxides of transition metal elements such as ○ can be used as oxygen senna.
ここで例示した遷移金属酸化物は、非化学量論的化合物
である。そして、この非化学量論的化合物中の荷電担体
(ホール、電子)の量は、周囲の酸素ガス分圧によって
変化する。そのために、周囲の酸素ガス分圧に応じて導
電率が変化するのである。The transition metal oxides exemplified here are non-stoichiometric compounds. The amount of charge carriers (holes, electrons) in this non-stoichiometric compound changes depending on the partial pressure of the surrounding oxygen gas. Therefore, the conductivity changes depending on the partial pressure of the surrounding oxygen gas.
ところで、上記酸素センサは、特に内燃機関の排ガスの
ような非平衡ガス中の酸素ガス分圧を精度よく検出する
ためには、非平衡ガスを平衡化する必要があり、これに
対処するために、従来では、ptなどの貴金属触媒を粉
末状にして怒ガス層中に均一に分散担持させている。By the way, in order to accurately detect the partial pressure of oxygen gas in a non-equilibrium gas such as the exhaust gas of an internal combustion engine, the above-mentioned oxygen sensor needs to equilibrate the non-equilibrium gas. Conventionally, a noble metal catalyst such as PT is powdered and uniformly dispersed and supported in the angry gas layer.
本発明者らは、上記貴金属触媒の作用についてさらに検
討した結果、上記貴金属触媒は、非平衡ガスを平衡化す
るだけではなく、ガスのイオン化を助けていることを見
いだした。The present inventors further investigated the action of the noble metal catalyst and found that the noble metal catalyst not only equilibrates non-equilibrium gas but also assists in the ionization of gas.
すなわち、感ガス性金属酸化物が、酸素ガス分圧を検出
するためには、
02 + 46−2202−
のように、酸素ガス分子に電子を供与する必要がある。That is, in order for the gas-sensitive metal oxide to detect the partial pressure of oxygen gas, it is necessary to donate electrons to oxygen gas molecules, as in 02 + 46-2202-.
しかし、感ガス性金属酸化物は電子を供与するための励
起エネルギーが比較的低いため、充分な電子の供与が難
しい。特に、低温では、はぼ不可能である。However, since gas-sensitive metal oxides have relatively low excitation energy for donating electrons, it is difficult to donate sufficient electrons. Especially at low temperatures, it is impossible.
ところが、感ガス性金属酸化物の表面に電気伝導性の高
い上記貴金属触媒のような金属が存在すると、酸素ガス
分子に対する電子の供与が活発になり、感ガス性金属酸
化物は、容易に酸素ガス分圧を検出することが出来る。However, when a metal with high electrical conductivity, such as the noble metal catalyst mentioned above, exists on the surface of a gas-sensitive metal oxide, electrons are actively donated to oxygen gas molecules, and the gas-sensitive metal oxide easily absorbs oxygen. Gas partial pressure can be detected.
要約すれば、従来のガス検出器においては、上述の如く
、貴金属に、触媒として非平衡ガスの平衡化を促進する
作用と、導電体としてガスのイオン化を促進する作用と
の2つの役割を持たせていたのである。To summarize, in conventional gas detectors, as mentioned above, noble metals have two roles: as a catalyst to promote equilibrium of non-equilibrium gases and as a conductor to promote ionization of gases. I was letting it go.
[発明が解決しようとする問題点]
ところが、触媒は、酸素ガスも含めて非平衡ガスを触媒
表面に吸着し、触媒表面で反応させ、平衡ガスとして脱
離することによって、非平衡ガスを平衡化する9 その
ために、ガス中に酸素ガス分圧変化が起こっても、ガス
が触媒に吸着されてから脱離までの時間、出力が遅れて
しまう。特に、触媒作用の強い、すなわち非平衡ガスを
平衡化する力の強いもの程、吸着から脱離までの時間は
長くなる。したがって、触媒作用の強い触媒を用いて平
衡作用を向上させようとすると、酸素ガス分圧の変化に
対する反応が遅れてしまった。また、触媒作用の弱い、
すなわち吸着から脱離までの時間の短い触媒を多量に用
いると、応答性を悪化させることなく平衡作用を向上で
きるのであるが、その場合、感ガス層自体の抵抗が下が
ってしまい好ましくない。[Problems to be Solved by the Invention] However, catalysts do not bring non-equilibrium gases into equilibrium by adsorbing non-equilibrium gases, including oxygen gas, on the catalyst surface, causing them to react on the catalyst surface, and desorbing them as equilibrium gases. Therefore, even if a change in oxygen gas partial pressure occurs in the gas, the output is delayed by the time from when the gas is adsorbed by the catalyst until it is desorbed. In particular, the stronger the catalytic action, that is, the stronger the ability to equilibrate a non-equilibrium gas, the longer the time from adsorption to desorption becomes. Therefore, when attempting to improve the equilibrium effect by using a catalyst with strong catalytic activity, the reaction to changes in oxygen gas partial pressure was delayed. In addition, the catalytic action is weak,
That is, if a large amount of a catalyst with a short time from adsorption to desorption is used, the equilibrium effect can be improved without deteriorating the response, but in this case, the resistance of the gas-sensitive layer itself decreases, which is undesirable.
[問題点を解決するための手段]
本発明は上記問題点を解決するために次の手段を採用し
た。[Means for solving the problems] The present invention employs the following means to solve the above problems.
即ち、第1の発明の要旨は、
一対の電極と、
該一対の電極を覆い、感ガス性金属酸化物を含み、周囲
のガス成分及び/又はその濃度に応じて電気抵抗が変化
する多孔質の感ガス層とを備え、
上記感ガス層が導電体を分散担持したことを特徴とする
ガス検出器にあり、
第2の発明の要旨は、
一対の電極と、
該一対の電極を覆い、感ガス性金属酸化物を含み、周囲
のガス成分及び/又はその濃度に応じて電気抵抗が変化
する多孔質の感ガス層と、該感ガス層を覆う上層と
を備え、
上記感ガス層が導電体を分散担持すると共に、上記上層
が触媒を分散担持したことを特徴とするガス検出器にあ
る。That is, the gist of the first invention is as follows: a pair of electrodes, a porous material covering the pair of electrodes, containing a gas-sensitive metal oxide, and having an electrical resistance that changes depending on the surrounding gas component and/or its concentration. A second aspect of the invention resides in a gas detector comprising: a gas-sensitive layer; the gas-sensitive layer carries a conductor in a dispersed manner; The gas-sensitive layer comprises a porous gas-sensitive layer containing a gas-sensitive metal oxide and whose electrical resistance changes depending on the surrounding gas components and/or its concentration, and an upper layer covering the gas-sensitive layer, wherein the gas-sensitive layer is The present invention provides a gas detector characterized in that a conductor is supported in a dispersed manner, and the upper layer also carries a catalyst in a dispersed manner.
電極としては、耐熱性の導電体であれば特に限る。The electrode is particularly limited as long as it is a heat-resistant conductor.
感ガス層に用いられる感ガス性金属酸化物としては、検
出するガス成分に応じてその物質を選択すればよいが、
通常用いられるものとして、Ti02 、SnO2、
Coo、 ZnO,Nb2O5,Cr2O3,Ni
O等の遷移金属酸化物があげられ、本発明においてもこ
れらのうちのいずれか1つまたは2つ以上の組合せの物
質を用いればよい。The gas-sensitive metal oxide used in the gas-sensitive layer may be selected depending on the gas component to be detected.
Commonly used materials include Ti02, SnO2,
Coo, ZnO, Nb2O5, Cr2O3, Ni
Examples include transition metal oxides such as O, and in the present invention, any one or a combination of two or more of these may be used.
また、この感ガス層に担持される導電体としては、耐熱
性の導電体であれば特に制限はないが、例えば、500
°Cにおける線抵抗が6.8μΩ・】である金や4.7
μΩ・国である銀が好ましく、さらには、導電性が高く
耐熱性にも優れる金あるいは銀と白金族金属との合金が
好ましい。尚、白金の500℃における線抵抗は27.
9μΩ・国、Pdの線抵抗は27.95μΩ・国である
。また、導電性に優れていても触媒性が高いと、前述の
ように吸着から脱llfまでの時間が長くなり、かえっ
て、応答性を低下させるので、触媒性が低いものが良く
、その意味からも金、銀、金あるいは銀と白金族金属と
の合金は導電体として好ましいものである。The conductor supported on this gas-sensitive layer is not particularly limited as long as it is a heat-resistant conductor;
Gold whose wire resistance at °C is 6.8 μΩ・4.7
Preferably, silver is μΩ, and more preferably gold or an alloy of silver and platinum group metal, which has high conductivity and excellent heat resistance. The wire resistance of platinum at 500°C is 27.
The wire resistance of Pd is 9μΩ·country and 27.95μΩ·country. In addition, even if the conductivity is excellent, if the catalytic property is high, the time from adsorption to dellf will become longer as mentioned above, which will actually reduce the response, so it is better to have a low catalytic property. Also, gold, silver, gold, or an alloy of silver and a platinum group metal are preferable as conductors.
この導電体は例えば、以下のような方法によって感ガス
層に担持される。This conductor is supported on the gas-sensitive layer, for example, by the following method.
・沈澱法
導電体元素を含む塩の溶液に沈澱剤を加えて沈澱させる
。担体となる感ガス層上に沈澱させる場合と、感ガス層
成分と導電体成分との両者を同時に沈澱させる(共沈さ
せる)場合がある。この様に沈澱した導電体成分は、焼
成によって感カス層に固定される。・Precipitation method A precipitant is added to a solution of a salt containing a conductor element to cause precipitation. There are cases where it is precipitated on a gas-sensitive layer serving as a carrier, and cases where both the gas-sensitive layer component and the conductor component are precipitated simultaneously (co-precipitated). The conductor component precipitated in this way is fixed to the cass-sensitive layer by firing.
・含浸法
担体となる多孔質感ガス層に導電体成分元素を含む溶液
を含浸させた後に、熱分解、還元等によって導電体を感
ガス層に分散担持する。・Impregnation method After impregnating a porous gas layer that serves as a carrier with a solution containing conductor component elements, the conductor is dispersed and supported on the sensitive gas layer by thermal decomposition, reduction, etc.
上記以外にも、担体である感ガス層のイオン交換性を利
用したイオン交換法や、導電体成分元素を含む溶液から
の吸着を利用した吸着法等も利用可能である。In addition to the above, an ion exchange method that utilizes the ion exchange properties of a gas-sensitive layer as a carrier, an adsorption method that utilizes adsorption from a solution containing a conductor component element, etc. can also be used.
第2の発明に用いられる触媒としては、ガス検出器の使
用される状態や、検出するガス等に応じてその物質を選
択すればよいが、特に、ガス検出器を内燃機間の排ガス
中の酸素ガス分圧測定に使用する場合は、白金族元素か
ら選ばれた1種又は2種以上が好ましい。この触媒は、
上述した導電体と同様の方法で上層に担持される。The catalyst used in the second invention may be selected depending on the state in which the gas detector is used and the gas to be detected. When used for gas partial pressure measurement, one or more selected from platinum group elements is preferred. This catalyst is
It is supported on the upper layer in the same manner as the conductor described above.
本発明のガス検出器は、例えば、セラミック基板上に厚
膜技術等のハイブリッド技術により感ガス層等を設ける
ことにより作成できる。あるいは、厚膜技術等を使用せ
ずに、サーミスタ等で用いられる、ディスク型、ビード
型等に形成してもよい。The gas detector of the present invention can be produced, for example, by providing a gas-sensitive layer or the like on a ceramic substrate using a hybrid technique such as a thick film technique. Alternatively, it may be formed into a disk shape, bead shape, etc. used in a thermistor, etc., without using thick film technology or the like.
さらに、測定時におけるガス検出器の温度特性の変動の
減少を目的として、発熱体を感ガス層の近傍に設けても
良い。そして、この発熱体の一部とガス検出器の一方の
電極とを連結して感ガス層に電圧を印加し、端子の数を
減らすと共に測定回路を簡単にしてもよい。Furthermore, a heating element may be provided near the gas-sensitive layer for the purpose of reducing fluctuations in the temperature characteristics of the gas detector during measurement. Then, a part of this heating element and one electrode of the gas detector may be connected to apply a voltage to the gas-sensitive layer, thereby reducing the number of terminals and simplifying the measurement circuit.
また、感ガス層を保護することを目的として、感ガス層
あるいは上層に重ねて、コート層を設けてもよい。この
コート層は、感ガス性金属酸化物に対する鉛等の有毒物
質を吸着捕獲し、有毒物質が感ガス層に達することを防
ぐ。 コート層の材質としては、熱的に安定な材質であ
れば特に限定はなく、例えば、アルミナ、マグネシアス
ピネル、ジルコニア等を用いることが出来る。Further, for the purpose of protecting the gas-sensitive layer, a coating layer may be provided over the gas-sensitive layer or the upper layer. This coating layer adsorbs and captures toxic substances such as lead on the gas-sensitive metal oxide and prevents the toxic substances from reaching the gas-sensitive layer. The material of the coating layer is not particularly limited as long as it is thermally stable, and for example, alumina, magnesia spinel, zirconia, etc. can be used.
[作用] 第1の発明の作用について説明する。[Effect] The operation of the first invention will be explained.
本発明では、感ガス層に担持される導電体は、ガスのイ
オン化を促進するが、強い触媒作用を有していないので
対象となるガスの分圧変化に対する反応が遅れることは
ない。したがって、周囲のガス成分及び/又はその濃度
に対する応答性がよい。In the present invention, the conductor supported on the gas-sensitive layer promotes the ionization of the gas, but since it does not have a strong catalytic effect, the reaction to changes in the partial pressure of the target gas is not delayed. Therefore, responsiveness to surrounding gas components and/or their concentrations is good.
第2の発明の詳細な説明する。The second invention will be explained in detail.
本発明のガス検出器は、第1の発明の構造に加えて、触
媒を担持した上層を有する。そのため、例えば、内燃機
関の排ガスのように非平衡ガス中の酸素ガス分圧も正し
く測定できる。また、前述のように、従来のガス検出器
では、多量の触媒を使用すると抵抗が下がってしまい好
ましくないために、触媒作用の強い触媒を小量使用して
いた。In addition to the structure of the first invention, the gas detector of the present invention has an upper layer supporting a catalyst. Therefore, for example, the partial pressure of oxygen gas in non-equilibrium gas such as exhaust gas from an internal combustion engine can also be accurately measured. Furthermore, as described above, in conventional gas detectors, a small amount of a catalyst with a strong catalytic action is used because the use of a large amount of catalyst lowers the resistance, which is undesirable.
ところが、本発明では、触媒は、上層にのみ担持されて
いるので、感ガス層自体の抵抗に関係がなく、必要なだ
け担持てきる。そのため、触媒作用が、比較的弱い触媒
を多量に使用すれば、前述のように、応答性がよく、且
つ非平衡ガスの平衡化に優れたガス検出器となる。However, in the present invention, since the catalyst is supported only on the upper layer, it has no relation to the resistance of the gas-sensitive layer itself, and can be supported as much as necessary. Therefore, if a large amount of a catalyst with a relatively weak catalytic action is used, the gas detector will have good response and excellent equilibration of non-equilibrium gases, as described above.
[実施例]
本発明の実施例を図面を用いて説明する。尚、説明上各
図の縮尺は異なる。[Example] An example of the present invention will be described using the drawings. It should be noted that the scales of each figure are different for explanation purposes.
先ず、第1の発明の一実施例を第1図によって説明する
。First, an embodiment of the first invention will be described with reference to FIG.
本実施例は、感ガス層として銀糸の合金を担持したTi
O2を使用した酸素ガス検出器10である。In this example, a Ti film supporting a silver thread alloy was used as a gas-sensitive layer.
This is an oxygen gas detector 10 that uses O2.
上記ガス検出器10は、第1図の部分破断した斜視図に
示すように、セラミック基板12と、このセラミック基
板12上に形成され、かつ、端子13 a、 13
b、 13 eで白金リード線14a。As shown in the partially broken perspective view of FIG. 1, the gas detector 10 includes a ceramic substrate 12, and terminals 13a, 13 formed on the ceramic substrate 12.
b, 13e and platinum lead wire 14a.
14b、14eに接続された検出用電極16a。Detection electrode 16a connected to 14b and 14e.
16bおよび熱抵抗電極16e等の電極パターン16と
、上記セラミック基板12上および電極パターン16上
に積層してセラミック基板12と一体化され、かつ、窓
部18aを有するセラミック積層板18と、上記セラミ
ック積層板18の窓部18aに、検出用電極パターン1
6a、16bを覆うように充填され、かつ、銀系の合金
を担持した感ガス層20と、上記セラミック基板12と
感ガス層20との間に分散介在して両者の剥離を防ぐ球
形造粒粒子22と、感ガス層20上に積層されたAl2
O3からなるコートJm24と、から構成されている。16b and a heat resistance electrode 16e, a ceramic laminate 18 which is laminated on the ceramic substrate 12 and the electrode pattern 16 and is integrated with the ceramic substrate 12 and has a window 18a; The detection electrode pattern 1 is placed on the window 18a of the laminated plate 18.
6a and 16b and carrying a silver-based alloy, and spherical granules that are dispersed between the ceramic substrate 12 and the gas-sensitive layer 20 to prevent them from peeling off. Particles 22 and Al2 layered on the gas-sensitive layer 20
A coat Jm24 made of O3.
続いて、第2の発明の一実施例を第2図によって説明す
る。Next, an embodiment of the second invention will be described with reference to FIG.
本実施例は、感ガス層として銀糸の合金を担持したTi
O2を使用し、上層として貴金属触媒を担持したAl2
O3を使用した酸素ガス検出器30である。本実施例と
第1発明の実施例との共通部分には、同じ図番を用い、
かつその説明を省略する。In this example, a Ti film supporting a silver thread alloy was used as a gas-sensitive layer.
Al2 using O2 and supporting noble metal catalyst as upper layer
This is an oxygen gas detector 30 using O3. The same figure numbers are used for common parts between this embodiment and the embodiment of the first invention,
and its explanation will be omitted.
本実施例のガス検出器30は、セラミック積層板18の
窓部18aに設けられた銀糸の合金を担持した感ガス層
32上に、更に貴金属触媒を担持した上層34を設けた
点以外は、第1発明の実施例と同じ構造である。The gas detector 30 of this embodiment has the following features, except that an upper layer 34 carrying a noble metal catalyst is further provided on the gas-sensitive layer 32 supporting a silver thread alloy provided in the window 18a of the ceramic laminate 18. It has the same structure as the embodiment of the first invention.
次に、上記第1発明の一実施例である酸素ガス検出器1
0の製造工程を第3図ないし第6図にしたがって説明す
る。Next, an oxygen gas detector 1 which is an embodiment of the first invention described above will be described.
The manufacturing process of 0 will be explained with reference to FIGS. 3 to 6.
■ アルミナ92wt%、マグネシア3vt%、及び焼
結助剤(シリカ、カルシア等)5wt%をボットミルに
て20時間混合する。その後、該混合物に有機バインダ
ーとしてポリビニールブチラール12wt%、フタル酸
ジブチル4vt%を添加し、溶剤としてメチルエチルケ
トン、トルエン等を加えた。更にボットミルで15時間
混合してスラリーとし、ドクターブレード法により基板
用および積層用グリーンシート12A、18Aを形成す
る。(2) 92 wt% alumina, 3 vt% magnesia, and 5 wt% sintering aids (silica, calcia, etc.) are mixed in a bot mill for 20 hours. Thereafter, 12% by weight of polyvinyl butyral and 4% by weight of dibutyl phthalate were added as organic binders to the mixture, and methyl ethyl ketone, toluene, etc. were added as solvents. Further, the mixture is mixed in a bot mill for 15 hours to form a slurry, and green sheets 12A and 18A for substrates and lamination are formed by a doctor blade method.
上記グリーンシートの形状は基板用グリーンシート12
Aで47゜8mmX4.0mmX0.8mm’、積層用
グリーンシート18Aで47.8mmX4.QmmXO
,26mm’であり、そして、上記積層用グリーンシー
ト18Aには、3゜05mmX2.Ommの窓部18a
を形成する。The shape of the above green sheet is board green sheet 12.
A is 47°8mmX4.0mmX0.8mm', green sheet for lamination 18A is 47.8mmX4. QmmXO
, 26 mm', and the green sheet for lamination 18A has a size of 3°05 mm x 2. Omm window 18a
form.
■ 次に、白金黒とスポンジ状白金とを、2:1の比率
に調合し、他に上記■で用いたグリーンシートの材料混
合物を1Qvt%添加し、ブチルカルピトール、エトセ
ル等の溶剤を加えて、電極用ペーストとする。■Next, platinum black and spongy platinum were mixed at a ratio of 2:1, and 1Qvt% of the green sheet material mixture used in (■) above was added, and a solvent such as butyl calpitol and ethocel was added. and use it as an electrode paste.
■ 次に、■で調整した電極用ペーストを用い厚膜印刷
により、基板用グリーンシート12A上に電極パターン
16を形成する。電極パターン16として、上述したよ
うに、検出用電極パターン16a、16b、および感ガ
ス部20を加熱するためのヒータとなる熱抵抗電極パタ
ーン16eと、上記両パターン16の端子となる端子パ
ターン13 a、 13 b、 13 eを形成す
る。(第3図(イ)、(ロ))
■ その後、上記端子パターン13a、13b。(2) Next, the electrode pattern 16 is formed on the substrate green sheet 12A by thick film printing using the electrode paste prepared in (2). As described above, the electrode patterns 16 include the detection electrode patterns 16a and 16b, the thermal resistance electrode pattern 16e that serves as a heater for heating the gas sensing section 20, and the terminal pattern 13a that serves as the terminals of both of the patterns 16. , 13b, 13e are formed. (Fig. 3 (a), (b)) ② After that, the terminal patterns 13a and 13b are formed.
13eに、直径0.2mmの白金リード線14a。13e, a platinum lead wire 14a with a diameter of 0.2 mm.
14b、14eをそれぞれ接続するく第4図(イ)、(
ロ))。14b and 14e are connected respectively.
B)).
■ 次に、上記基板用グリーンシート12A上に積層用
グリーンシート18Aを積層熱圧着して積層体を形成す
る。このとき、該積層用グリーンシート18Aの窓部1
8aには、検出用電極パターン16a、16bの先端が
露出している。そして、窓部18a中に■で調整したグ
リーンシートと同一の材料からなる80〜150メツシ
ユの球形造粒粒子(2次粒子)22を分散付着させてか
ら、上記積層体を1500℃で大気とほぼ同一雰囲気中
にて2時間焼成することで一体となったセラミック基板
12およびセラミック積層板18を形成する(第5図(
イ)、(ロ))。(2) Next, the lamination green sheet 18A is laminated and thermocompressed onto the substrate green sheet 12A to form a laminate. At this time, the window portion 1 of the green sheet for lamination 18A
8a, the tips of the detection electrode patterns 16a and 16b are exposed. Then, 80 to 150 meshes of spherical granulated particles (secondary particles) 22 made of the same material as the green sheet prepared in step (3) are dispersed and adhered to the window portion 18a, and then the above-mentioned laminate is exposed to the atmosphere at 1500°C. The ceramic substrate 12 and the ceramic laminate 18 are integrally formed by firing in almost the same atmosphere for 2 hours (see FIG. 5).
b), (b)).
上述のように球形造粒粒子22を分散付着させて焼成す
ると、第5図(ハ)に拡大図示するように各粒子22が
、セラミック基板12上に分散して凹凸面を形成する。When the spherical granulated particles 22 are dispersed and adhered as described above and fired, the particles 22 are dispersed on the ceramic substrate 12 to form an uneven surface, as shown in an enlarged view in FIG. 5(C).
■ 次に、セラミック?!71板18の窓部18a内に
、T i O2を主成分とする感ガス性の金属酸化物を
充填するのであるが、まず、大気中1200℃で1時間
仮焼した平均粒径1.2μmのTiO2粉末に対して3
重量%のエチルセルロースを添加し、これらをブチカル
ピトール(2−(2−ブトキシエトキシ)エタノールの
商品名)中で混合し、300ボイズの粘度にしてTiO
2ペーストを調整する。そして、このTiO2ペースト
を、厚膜印刷技術で窓部18aに充填し、Al2O3の
コート層24を積層する。■ Next, ceramic? ! The window portion 18a of the 71 plate 18 is filled with a gas-sensitive metal oxide whose main component is TiO2. 3 for TiO2 powder of
% by weight of ethylcellulose was added and these were mixed in butycarpitol (a trade name for 2-(2-butoxyethoxy)ethanol) to a viscosity of 300 voids to form TiO
2 Adjust the paste. Then, this TiO2 paste is filled into the window portion 18a using a thick film printing technique, and a coat layer 24 of Al2O3 is laminated.
その後に、上記工程を終えた積層体を1200℃の大気
中に1時間放置して焼成する。(第6図(イ)、 (ロ
))。Thereafter, the laminate that has undergone the above steps is left to stand in the atmosphere at 1200° C. for 1 hour and fired. (Figure 6 (a), (b)).
■ 上記焼成された積層体の窓部18aに後述する金属
塩水溶液を滴下し、700℃の水素炉中で2時間熱分解
し、感ガスM20に金属を担持させて、本実施例のガス
検出器10を製造する。■ A metal salt aqueous solution, which will be described later, is dropped onto the window 18a of the fired laminate and thermally decomposed in a hydrogen furnace at 700°C for 2 hours to support the metal on the sensitive gas M20, thereby detecting the gas in this example. A container 10 is manufactured.
続いて、第2発明の一実施例である酸素カス検出器30
の製造について説明する。Next, an oxygen scum detector 30 which is an embodiment of the second invention will be explained.
The manufacturing process will be explained.
この酸素ガス検出器30の製造は、上記ガス検出器10
の製造とほぼ同一であるが、上記■の工程で形成された
感ガス層32上に上N34を設ける工程が加わる。The manufacture of this oxygen gas detector 30 is based on the above-mentioned gas detector 10.
The manufacturing process is almost the same as that of step (2) above, but a step of providing an upper layer 34 on the gas-sensitive layer 32 formed in step (2) above is added.
すなわち、上述したのから■の工程の後に、第7図(イ
)、 (ロ)に説明する次の工程を行う。That is, after the above-mentioned steps (1) to (2), the next steps illustrated in FIGS. 7(a) and 7(b) are performed.
ただし、■におけるコート層24は設けない。However, the coating layer 24 in (2) is not provided.
■ セラミック積層板18の窓部18a内の感ガス層3
2に、触媒を担持した上134を積層するのであるが、
まず、平均粒径0. 5μmのAl2O3粉末96重量
%、5i023重量%、Ca11重量%の組成からなる
混合粉末80重量部に対して、白金粉末16重量部、ロ
ジウム粉末4重量部を加えた後、3重量部のエチルセル
ロースを添加し、これらをブチカルピトール(2−(2
−ブトキシエトキシ)エタノールの商品名)中で混合し
、300ボイズの粘度にしてアルミナペーストを調整す
る。そして、このアルミナペーストを、厚膜印刷技術で
窓部18aの感ガス層32上に約100μmに塗布し、
再び、上記工程を終えた積層体を1200°Cの大気中
に1時間放置して焼成する。■ Gas-sensitive layer 3 inside the window 18a of the ceramic laminate 18
2, the upper layer 134 supporting the catalyst is laminated,
First, the average particle size is 0. After adding 16 parts by weight of platinum powder and 4 parts by weight of rhodium powder to 80 parts by weight of a mixed powder consisting of 96% by weight of 5 μm Al2O3 powder, 23% by weight of 5i0, and 11% by weight of Ca, 3 parts by weight of ethyl cellulose was added. These were added to butycarpitol (2-(2
- butoxyethoxy) (trade name of ethanol) to prepare an alumina paste to a viscosity of 300 voids. Then, this alumina paste is applied to a thickness of approximately 100 μm on the gas-sensitive layer 32 of the window portion 18a using thick film printing technology.
Once again, the laminate that has undergone the above steps is left in the atmosphere at 1200° C. for 1 hour and fired.
上記■の工程において、用いる金属塩水溶液の組成を第
1表のように変えてガス検出器の試料を作成する。この
試料を酸素センサに組み立たてた後に、次の実験によっ
て各試料の応答速度、耐久性を測定する。実験の結果も
第1表に合わせて示す、尚、第1表中において、金属塩
水溶液中の各成分の単位はg/ 1. 応答速度の単位
はm5ecである。また、第1発明の実施例の試料番号
は1−1〜10であり、第2発明の実施例の試料番号は
2−1〜5である。In step (1) above, gas detector samples are prepared by changing the composition of the metal salt aqueous solution used as shown in Table 1. After this sample was assembled into an oxygen sensor, the response speed and durability of each sample were measured in the following experiment. The experimental results are also shown in Table 1. In Table 1, the unit of each component in the metal salt aqueous solution is g/1. The unit of response speed is m5ec. Further, the sample numbers of the examples of the first invention are 1-1 to 10, and the sample numbers of the examples of the second invention are 2-1 to 2-5.
・応答速度
■ プロパンガスバーナの排ガス中に酸素センサとして
組み立てられた試料をさらす。このプロパンガスバーナ
は、排気温が350°Cで、かつ1秒毎に空気燃料比が
燃料過剰(以下リッチという、空気燃料比λ=0.9)
と燃料不足(以下リーンという、λ=1. 1)との間
で変化するよう制御されている。・Response speed■ Expose the sample assembled as an oxygen sensor to the exhaust gas of a propane gas burner. In this propane gas burner, the exhaust temperature is 350°C, and the air-fuel ratio increases every second with excess fuel (hereinafter referred to as rich, air-fuel ratio λ = 0.9).
and fuel shortage (hereinafter referred to as lean, λ = 1.1).
■ 排ガスがリッチのときにガス検出器10.30の出
力が1■、リーンの時の出力が0■となるように、セン
サに加える電圧を調整する。■Adjust the voltage applied to the sensor so that the output of the gas detector 10.30 is 1■ when the exhaust gas is rich, and the output is 0■ when the exhaust gas is lean.
■ 応答速度として、雰囲気がリーンからリッチに変わ
る時のガス検出器10.30の出力が300mVから6
00mVに変化する時間と、雰囲気がリッチからリーン
に変わる時の出力が600mVから300mVに変化す
る時間を測定する。■ As for the response speed, the output of the gas detector 10.30 when the atmosphere changes from lean to rich changes from 300mV to 6.
Measure the time for the output to change from 600 mV to 300 mV when the atmosphere changes from rich to lean.
・耐久性
■ 酸素センサとして組み立てられた試料を実車に取り
付け、所定の耐久パターンで運転し、運転の前後の応答
速度変化から耐久性を調べる。すなわち、酸素センサS
は、第8図にしめすように市販の2000ccのEFI
付3元触媒車の排気管ManのエンジンEngと3元触
媒THCとの間に取り付けられる。そして、制御ユニッ
トUniは酸素センサSの出力に応じてエンジンの運転
状態を制御する。センサSの出力は第9図の如き回路で
検出される。ここで、Bは電源、Reは比較抵抗である
。・Durability ■ A sample assembled as an oxygen sensor is attached to an actual vehicle, driven in a predetermined durability pattern, and durability is examined from changes in response speed before and after driving. That is, oxygen sensor S
is a commercially available 2000cc EFI as shown in Figure 8.
It is installed between the engine Eng and the three-way catalyst THC in the exhaust pipe Man of a vehicle with a three-way catalyst. The control unit Uni then controls the operating state of the engine according to the output of the oxygen sensor S. The output of the sensor S is detected by a circuit as shown in FIG. Here, B is a power supply and Re is a comparison resistance.
■ 上記エンジンEngを、第10図に示す耐久パター
ンで300時間運転する。尚、図中の実線は試料の温度
、破線は排気ガスの温度を示している。(2) The above engine Eng is operated for 300 hours according to the durability pattern shown in FIG. In addition, the solid line in the figure shows the temperature of the sample, and the broken line shows the temperature of the exhaust gas.
この運転の前後で、上述の応答速度を測定し、その変化
をもって耐久性の結果とする。すなわち、運転の前後で
、応答速度の変化の少ない試料はど耐久性に優れている
と判定する。なお、第1表中では、運転前を初期、運転
後を耐久試験後と記す。The above-mentioned response speed was measured before and after this operation, and the change was taken as the durability result. That is, a sample with little change in response speed before and after operation is judged to have excellent durability. In Table 1, before operation is referred to as initial stage, and after operation is referred to as after durability test.
第1表 ジに← 一1ツー 上記実験から次のことが分かった。Table 1 To Ji ← one eleven two The following was found from the above experiment.
■ 試料No、1−4〜10.2−3〜5のように、感
ガス層に担持させる金属中に銀が含まれていると、耐久
性試験の前後ともに応答性が優れる。特に、リッチから
リーンに変わる時の応答速度が、比較例である試料No
、 1−1〜3.2−1〜2に比べて非常に速くなっ
ている。これは、リッチからリーンへの応答速度が、0
2+4e−→202−の反応速度を示すものであること
から考えると、実施例の感ガス層に担持された金属の導
電性が高いために電子の供給が容易であるためと思われ
る。(2) When silver is contained in the metal supported on the gas-sensitive layer, as in samples Nos. 1-4 to 10.2-3 to 5, the responsiveness is excellent both before and after the durability test. In particular, the response speed when changing from rich to lean was that of sample No.
, 1-1~3.2 It is much faster than -1~2. This means that the response speed from rich to lean is 0.
Considering that it shows a reaction rate of 2+4e-→202-, it is thought that this is because the metal supported on the gas-sensitive layer of the example has high conductivity, making it easy to supply electrons.
■ 試料No、2−1〜2−5のように感ガス層の上に
更に触媒を含む上層を設けると、耐久性試験の前後での
応答時間の変化がより少ない。これはこの層を設けるこ
とにより、鉛や燐等の被毒物質が感ガス層へ達せず、感
ガス層の反応性が損なわれないためと思われる。(2) When an upper layer containing a catalyst is further provided on the gas-sensitive layer as in Sample Nos. 2-1 to 2-5, the response time changes less before and after the durability test. This is thought to be because by providing this layer, poisonous substances such as lead and phosphorus do not reach the gas-sensitive layer, and the reactivity of the gas-sensitive layer is not impaired.
[発明の効果]
本発明は、上述のように感ガス層に担持される金属の作
用を検討することによってなされたものであるや
すなわち、第1発明においては、感ガス層にガスのイオ
ン化を促進する導電体を担持させた。そのため、ガス検
出器の応答速度が非常に向上する。[Effects of the Invention] The present invention was achieved by studying the effect of the metal supported on the gas-sensitive layer as described above. That is, in the first invention, the ionization of the gas is applied to the gas-sensitive layer. A promoting conductor was supported. Therefore, the response speed of the gas detector is greatly improved.
したがって、例えば、ガスバーナ等の空燃比制御に本発
明を用いることにより、非常に反応が早く、よりきめの
細かい制御が可能となる。Therefore, for example, by using the present invention to control the air-fuel ratio of a gas burner, etc., the reaction becomes very fast and more fine-grained control becomes possible.
第2発明においては、非平衡ガスの平衡化は上層に担持
された触媒で行い、ガスのイオン化は感ガス層に担持さ
れた導電体で行う。In the second invention, the non-equilibrium gas is equilibrated using a catalyst supported on the upper layer, and the gas is ionized using a conductor supported on the gas-sensitive layer.
そのため、触媒の種類、量を選択するときに感ガス層の
抵抗等について考慮する必要がない。したがって、触媒
作用の弱い、すなわち吸着から脱離までの時間も短い触
媒を多量に用いて、非平衡ガスの平衡化に優れ、また、
第1発明と同じく応答速度に優れるガス検出器とするこ
とが可能である。Therefore, there is no need to consider the resistance of the gas-sensitive layer when selecting the type and amount of catalyst. Therefore, by using a large amount of a catalyst with a weak catalytic effect, that is, a short time from adsorption to desorption, it is possible to achieve excellent equilibrium of non-equilibrium gases.
As with the first invention, it is possible to provide a gas detector with excellent response speed.
さらに、被測定ガス中に鉛や燐等の被毒物質が含まれて
いても、上層があるために、被毒物質は感ガス層まで達
しない、その結果、経年変化の少ない耐久性に優れたガ
ス検出器となる。Furthermore, even if the gas to be measured contains poisonous substances such as lead or phosphorus, the presence of the upper layer prevents the poisonous substances from reaching the gas-sensitive layer, resulting in excellent durability with little deterioration over time. It becomes a gas detector.
第1図は第1発明の一実施例の部分破断斜視図、第2図
は第2発明の一実施例の部分破断斜視図、第3図ないし
第7図は実施例の製造の説明図、第8図および第9図は
酸素センサを内燃機関に使用する耐久性試験の要領説明
図、
第10図はその耐久パターン図である。
10.30・・・ガス検出器、
12・・・セラミック基板、
16.16a、16b・・・検出用電極、16e・・・
熱抵抗電極、
18a・・・窓部、
18・・・セラミック積層板、
20.32・・・感ガス層、
22・・・球形造粒粒子、24・・・コート層、34・
・・上層、FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an embodiment of the first invention, FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of an embodiment of the second invention, and FIGS. 3 to 7 are explanatory views of manufacturing the embodiment. FIGS. 8 and 9 are explanatory diagrams of a durability test for using an oxygen sensor in an internal combustion engine, and FIG. 10 is a diagram of its durability pattern. 10.30... Gas detector, 12... Ceramic substrate, 16.16a, 16b... Detection electrode, 16e...
Heat resistance electrode, 18a... Window portion, 18... Ceramic laminate, 20.32... Gas sensitive layer, 22... Spherical granulated particles, 24... Coating layer, 34...
...upper layer,
Claims (1)
のガス成分及び/又はその濃度に応じて電気抵抗が変化
する多孔質の感ガス層と を備え、 上記感ガス層が導電体を分散担持したことを特徴とする
ガス検出器。 2 上記導電体が、銀と白金族金属との合金である特許
請求の範囲第1項記載のガス検出器。 3 一対の電極と、 該一対の電極を覆い、感ガス性金属酸化物を含み、周囲
のガス成分及び/又はその濃度に応じて電気抵抗が変化
する多孔質の感ガス層と、 該感ガス層を覆う上層と を備え、 上記感ガス層が導電体を分散担持すると共に、上記上層
が触媒を分散担持したことを特徴とするガス検出器。 4 上記導電体が、銀と白金族金属との合金である特許
請求の範囲第3項記載のガス検出器。 5 上記触媒が、白金族元素から選ばれた1種又は2種
以上からなる特許請求の範囲第3項又は第4項記載のガ
ス検出器。[Claims] 1. A pair of electrodes, and a porous gas-sensitive material that covers the pair of electrodes, contains a gas-sensitive metal oxide, and has an electrical resistance that changes depending on the surrounding gas components and/or their concentration. A gas detector comprising: a gas-sensitive layer, wherein the gas-sensitive layer supports a conductor in a dispersed manner. 2. The gas detector according to claim 1, wherein the conductor is an alloy of silver and a platinum group metal. 3 a pair of electrodes, a porous gas-sensitive layer that covers the pair of electrodes, contains a gas-sensitive metal oxide, and has an electrical resistance that changes depending on the surrounding gas component and/or its concentration; and the gas-sensitive layer. A gas detector comprising: an upper layer covering the gas-sensitive layer, wherein the gas-sensitive layer carries a conductor in a dispersed manner, and the upper layer carries a catalyst in a dispersed manner. 4. The gas detector according to claim 3, wherein the conductor is an alloy of silver and platinum group metal. 5. The gas detector according to claim 3 or 4, wherein the catalyst comprises one or more selected from platinum group elements.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21012886A JPS6365350A (en) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | Gas detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21012886A JPS6365350A (en) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | Gas detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6365350A true JPS6365350A (en) | 1988-03-23 |
Family
ID=16584252
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21012886A Pending JPS6365350A (en) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | Gas detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6365350A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03212281A (en) * | 1990-01-16 | 1991-09-17 | Niyuugin:Kk | Pachinko (japanese pin-ball game) machine |
JPH0437487U (en) * | 1990-07-28 | 1992-03-30 |
-
1986
- 1986-09-05 JP JP21012886A patent/JPS6365350A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03212281A (en) * | 1990-01-16 | 1991-09-17 | Niyuugin:Kk | Pachinko (japanese pin-ball game) machine |
JPH0437487U (en) * | 1990-07-28 | 1992-03-30 |
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