JPS6394146A - 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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- JPS6394146A JPS6394146A JP61237984A JP23798486A JPS6394146A JP S6394146 A JPS6394146 A JP S6394146A JP 61237984 A JP61237984 A JP 61237984A JP 23798486 A JP23798486 A JP 23798486A JP S6394146 A JPS6394146 A JP S6394146A
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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）
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、ｗ Ｏｚ Ｊｉ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Ｗ ０３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Ｗ ０３の水素ガスに対する感度が低く不十分
である。
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、ｗ Ｏｚ Ｊｉ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Ｗ ０３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Ｗ ０３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、大きな影響を受け
、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、パーセントオーダーの測定は困難で
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、大きな影響を受け
、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、パーセントオーダーの測定は困難で
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。これは第４図に
示すように、例えば５ｒＣｅＯ＋の如き酸素イオン伝導
性がなく水素イオン伝導性をもった固体電解質１の両面
に多孔質電極を設けてあり、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手段と
して、例えばアノード２を蔽う微小孔４が形成されたキ
ャップ５が固体電解質１に接合されてなるものである。
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。これは第４図に
示すように、例えば５ｒＣｅＯ＋の如き酸素イオン伝導
性がなく水素イオン伝導性をもった固体電解質１の両面
に多孔質電極を設けてあり、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手段と
して、例えばアノード２を蔽う微小孔４が形成されたキ
ャップ５が固体電解質１に接合されてなるものである。
そして両電極間に直２ｉｔ電圧を印加すると水素イオン
（Ｈ″″）がアノード２からカソード３に向かって固体
電解質１中を移動するが、固体電解質１は酸素イオン伝
導性を持っていないので、酸素イオンは移動しない。従
って水素イオンのみをキャリヤとする電流のみが流れ、
印加電圧を高くすると電流は大きくなり、微小孔４によ
って水素のとり込みが制限されるので、ある電圧に達す
ると電流は飽和する。この飽和した電流は限界電流と呼
ばれるが、この限界電流値は水素濃度と比例関係にある
ので、限界電流を測定することによって水素濃度を知る
ことができるものである。
（Ｈ″″）がアノード２からカソード３に向かって固体
電解質１中を移動するが、固体電解質１は酸素イオン伝
導性を持っていないので、酸素イオンは移動しない。従
って水素イオンのみをキャリヤとする電流のみが流れ、
印加電圧を高くすると電流は大きくなり、微小孔４によ
って水素のとり込みが制限されるので、ある電圧に達す
ると電流は飽和する。この飽和した電流は限界電流と呼
ばれるが、この限界電流値は水素濃度と比例関係にある
ので、限界電流を測定することによって水素濃度を知る
ことができるものである。
（発明が解決しようとする問題点）
ペロブスカイト型酸化物よりなる固体電解質はほとんど
大部分のものは酸素イオンと水素イオンの両方の伝導性
をもつものであるので、材料ｆｆｌ［の容易さの点から
酸素イオンと水素イオンの両方の伝導性をもつ固体電解
質を用いることが望ましい。しかし、このような固体電
解質を用いた場合、水素を含む被測定気体中に酸素分子
が存在するときは、固体電解質が水素イオン及び酸素イ
オンの両方の伝導性を有するために水素イオンをキャリ
ヤとする電流と酸素イオンをキャリヤとする電流とが混
在して流れ、また、従来例の水素センサ素子の如くアノ
ード側に気体拡散制御層としての微小孔を有するキャッ
プが設けられていると水素のとり込みが制限され、カソ
ード側にはキャップがないために酸素分子を含む気体の
とり込みが制限されないので酸素イオンをキャリヤとす
る電流が大部分を占めることになり、限界電流が酸素イ
オンの影響を強く受は水素濃度と比例しなくなるので水
素濃度が測定できなくなる。
大部分のものは酸素イオンと水素イオンの両方の伝導性
をもつものであるので、材料ｆｆｌ［の容易さの点から
酸素イオンと水素イオンの両方の伝導性をもつ固体電解
質を用いることが望ましい。しかし、このような固体電
解質を用いた場合、水素を含む被測定気体中に酸素分子
が存在するときは、固体電解質が水素イオン及び酸素イ
オンの両方の伝導性を有するために水素イオンをキャリ
ヤとする電流と酸素イオンをキャリヤとする電流とが混
在して流れ、また、従来例の水素センサ素子の如くアノ
ード側に気体拡散制御層としての微小孔を有するキャッ
プが設けられていると水素のとり込みが制限され、カソ
ード側にはキャップがないために酸素分子を含む気体の
とり込みが制限されないので酸素イオンをキャリヤとす
る電流が大部分を占めることになり、限界電流が酸素イ
オンの影響を強く受は水素濃度と比例しなくなるので水
素濃度が測定できなくなる。
（問題点を解決するための手段及び作用）本発明は上記
のような実状に鑑みてなされたものであり、例えば３ａ
ＣｅＯｉの如きペロブスカイト型酸化物よりなる水素イ
オンと酸素イオンの両方の伝導性を合わせ持つ固体電解
質を用い、水素イオン伝導性のみを選択的に利用するた
めにカッ−じ側に気体拡散制御層を設けた水素センサを
用いて水素濃度を測定する方法を提供するものである。
のような実状に鑑みてなされたものであり、例えば３ａ
ＣｅＯｉの如きペロブスカイト型酸化物よりなる水素イ
オンと酸素イオンの両方の伝導性を合わせ持つ固体電解
質を用い、水素イオン伝導性のみを選択的に利用するた
めにカッ−じ側に気体拡散制御層を設けた水素センサを
用いて水素濃度を測定する方法を提供するものである。
このように水素イオン伝導性のみを選択利用するので、
酸素イオンをキャリヤとする電流は無視できるほど少な
くなり、はとんど水素イオンをキャリヤとする電流のみ
となり、このときの限界電流は水素濃度に比例するので
限界電流の測定によって水素濃度の測定ができる。
酸素イオンをキャリヤとする電流は無視できるほど少な
くなり、はとんど水素イオンをキャリヤとする電流のみ
となり、このときの限界電流は水素濃度に比例するので
限界電流の測定によって水素濃度の測定ができる。
（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、１１はる水素イ
オン伝感性と酸素イオン伝導性とを合わせ持つ、例えば
、Ｒａｃｅ’３の如きペロブスカイト型酸化物からなる
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１２、他方をカソード１３とし、酸
素拡散制御層として微小孔１４が形成されたキャップ１
５がカソード１３を蔽うように固体電解質１に接合され
たものであり、本発明による水素濃度測定方法は上記の
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
。
サ素子の断面図であり、同図において、１１はる水素イ
オン伝感性と酸素イオン伝導性とを合わせ持つ、例えば
、Ｒａｃｅ’３の如きペロブスカイト型酸化物からなる
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１２、他方をカソード１３とし、酸
素拡散制御層として微小孔１４が形成されたキャップ１
５がカソード１３を蔽うように固体電解質１に接合され
たものであり、本発明による水素濃度測定方法は上記の
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
。
上記の水素センサ素子の両電極間に直流電圧を印加する
と、水素イオンをキャリヤとする電流と酸素イオンをキ
ャリヤとする電流が流れるが、カソード側に設けられた
キャップ１５の微小孔１４によって酸素のとり込みが制
限されるので酸素イオンをキャリヤとする電流は無視で
きるほど小さくほとんど水素イオンをキャリヤとする出
力電流となり、第２図のごとき電流特性をもち、このと
きの限界電流■、は第３図に示す如く水素濃度に比例す
る。従って、この限界電流■、を測定することによって
水素ｆ二度を知ることができる。
と、水素イオンをキャリヤとする電流と酸素イオンをキ
ャリヤとする電流が流れるが、カソード側に設けられた
キャップ１５の微小孔１４によって酸素のとり込みが制
限されるので酸素イオンをキャリヤとする電流は無視で
きるほど小さくほとんど水素イオンをキャリヤとする出
力電流となり、第２図のごとき電流特性をもち、このと
きの限界電流■、は第３図に示す如く水素濃度に比例す
る。従って、この限界電流■、を測定することによって
水素ｆ二度を知ることができる。
本発明による水素濃度の測定は上記の如き水素センサを
用い水素イオンをとり込む側には気体拡散制御層を設け
ていないので、限界電流特性が得られるのは比較的低濃
度の場合であり数％以下の水素濃度の測定に通している
。なお、限界電流特性を発現させるための手段としては
、前述のキャップ被冠以外に、例えば多孔質セラミック
被覆などの各種の変形実施例が存在する。
用い水素イオンをとり込む側には気体拡散制御層を設け
ていないので、限界電流特性が得られるのは比較的低濃
度の場合であり数％以下の水素濃度の測定に通している
。なお、限界電流特性を発現させるための手段としては
、前述のキャップ被冠以外に、例えば多孔質セラミック
被覆などの各種の変形実施例が存在する。
（発明の効果）
ペロブスカイト型酸化物よりなる固体電解質はほとんど
大部分のものが水素イオンと酸素イオン両方の伝導性を
有するものが多く、本発明によればこのような固体電解
質を用いるので材料の選択が広く容易である。
大部分のものが水素イオンと酸素イオン両方の伝導性を
有するものが多く、本発明によればこのような固体電解
質を用いるので材料の選択が広く容易である。
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、第４図は従
来例の水素センサ素子の断面図である。 １１：水素イオン伝導性と酸素イオン伝導性を合わせ持
つ固体電解質、１２ニアノード、１３：カソード、１４
：微小孔、１５：酸素拡散制御層としてのキャンプ。 代理人 弁理士 竹 内 ７ 菊１ 図 第２図 印／！７０電圧 第３図 水棄儂儂 第４ 図
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、第４図は従
来例の水素センサ素子の断面図である。 １１：水素イオン伝導性と酸素イオン伝導性を合わせ持
つ固体電解質、１２ニアノード、１３：カソード、１４
：微小孔、１５：酸素拡散制御層としてのキャンプ。 代理人 弁理士 竹 内 ７ 菊１ 図 第２図 印／！７０電圧 第３図 水棄儂儂 第４ 図
Claims (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、カソードを蔽う酸素拡散制
御層を設けて、両電極間に直流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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61237984A JPS6394146A (ja) | 1986-10-08 | 1986-10-08 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP61237984A JPS6394146A (ja) | 1986-10-08 | 1986-10-08 | 固体電解質を用いた水素濃度測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6394146A true JPS6394146A (ja) | 1988-04-25 |
Family
ID=17023389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61237984A Pending JPS6394146A (ja) | 1986-10-08 | 1986-10-08 | 固体電解質を用いた水素濃度測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6394146A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7235171B2 (en) | 2001-07-24 | 2007-06-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrogen sensor, hydrogen sensor device and method of detecting hydrogen concentration |
| US7276141B2 (en) * | 1999-11-24 | 2007-10-02 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Hydrogen gas sensor |
-
1986
- 1986-10-08 JP JP61237984A patent/JPS6394146A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7276141B2 (en) * | 1999-11-24 | 2007-10-02 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Hydrogen gas sensor |
| US7235171B2 (en) | 2001-07-24 | 2007-06-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrogen sensor, hydrogen sensor device and method of detecting hydrogen concentration |
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