JPH02126149A - 耐腐食性ガス濃度センサ - Google Patents
耐腐食性ガス濃度センサInfo
- Publication number
- JPH02126149A JPH02126149A JP63278649A JP27864988A JPH02126149A JP H02126149 A JPH02126149 A JP H02126149A JP 63278649 A JP63278649 A JP 63278649A JP 27864988 A JP27864988 A JP 27864988A JP H02126149 A JPH02126149 A JP H02126149A
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- JP
- Japan
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- electrode
- gas concentration
- concentration sensor
- porous
- solid electrolyte
- Prior art date
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- Pending
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、限界電流式と呼ばれるガス濃度センサにお
いて、そのイオン伝導性を有する固体電解質の両面に設
けられる多孔質電極として使用されている白金がある種
の腐食性ガスに弱いことから、その腐食から保護される
電極構造としたガス濃度センサに関する。
いて、そのイオン伝導性を有する固体電解質の両面に設
けられる多孔質電極として使用されている白金がある種
の腐食性ガスに弱いことから、その腐食から保護される
電極構造としたガス濃度センサに関する。
［従来の技術］
従来、限界電流式ガス濃度センサとしては、例えば酸素
ガス濃度を測定するために、酸素イオンの伝導性を有す
る固体電解質として安定化ジルコニアを使用したものが
よく知られており、その両面に形成される多孔質電極と
して通常白金が使用されている。この白金は微粉末にし
て有機バインダの中に分散され、ペースト状にして安定
化ジルコニアの表面に塗布され、焼成されて多孔質電極
が形成されるが、他の金属を使用した多孔質電極に比べ
て電極効率、特にこの場合は酸素をイオン化する効率が
非常に良いことから、この種の電極としては白金が使用
されるのが普通となっている。
ガス濃度を測定するために、酸素イオンの伝導性を有す
る固体電解質として安定化ジルコニアを使用したものが
よく知られており、その両面に形成される多孔質電極と
して通常白金が使用されている。この白金は微粉末にし
て有機バインダの中に分散され、ペースト状にして安定
化ジルコニアの表面に塗布され、焼成されて多孔質電極
が形成されるが、他の金属を使用した多孔質電極に比べ
て電極効率、特にこの場合は酸素をイオン化する効率が
非常に良いことから、この種の電極としては白金が使用
されるのが普通となっている。
［発明が解決しようとする課題１
ボイラーなどの燃焼管理に前記の酸素ガス濃度センサが
使用されるが、その雰囲気にはしばしば微量の亜硫酸ガ
スＳＯ□が存在する。前記したように安定化ジルコニア
を使用した酸素ガス濃度センサでは、その多孔質電極と
しての電極効率から白金ＰＩが使用されているが、ＰＩ
はＳＯ７に対して長期の間には腐食が進行していくため
、センサの寿命に悪い影響を与える。
使用されるが、その雰囲気にはしばしば微量の亜硫酸ガ
スＳＯ□が存在する。前記したように安定化ジルコニア
を使用した酸素ガス濃度センサでは、その多孔質電極と
しての電極効率から白金ＰＩが使用されているが、ＰＩ
はＳＯ７に対して長期の間には腐食が進行していくため
、センサの寿命に悪い影響を与える。
限界電流式酸素ガス濃度センサは、第２図にその構造が
示されるように、酸素イオンの伝導性を有する安定化ジ
ルコニアからなる固体電解質板１０両面に白金からなる
多孔質電極２が形成され、その片面に、上記の一方の電
極２を覆って、内部室３を構成し、かつキャップ隔壁４
の内外を連通ずるガス拡散孔５を有するキャップ６が封
着されているものであって、電極２．２間に直流電圧を
印加すると、一方の面の電極２によってイオン化された
酸素が、安定化ジルコニアからなる固体電解質板１の酸
素ポンピング作用により、それを通して電極２を経てセ
ンサの外部に運び出される。
示されるように、酸素イオンの伝導性を有する安定化ジ
ルコニアからなる固体電解質板１０両面に白金からなる
多孔質電極２が形成され、その片面に、上記の一方の電
極２を覆って、内部室３を構成し、かつキャップ隔壁４
の内外を連通ずるガス拡散孔５を有するキャップ６が封
着されているものであって、電極２．２間に直流電圧を
印加すると、一方の面の電極２によってイオン化された
酸素が、安定化ジルコニアからなる固体電解質板１の酸
素ポンピング作用により、それを通して電極２を経てセ
ンサの外部に運び出される。
なお、図中Ｅは電極２．２間にある一定の電圧を与える
定電圧源、■は電極２．２間の電圧を読む電圧計、Ａは
同じくその間に流れる電流を読む電流計である。
定電圧源、■は電極２．２間の電圧を読む電圧計、Ａは
同じくその間に流れる電流を読む電流計である。
ある酸素ガス濃度における上記の電極２．２間の電圧■
−電流Ｉ曲線が第３図の実線の曲線Ｃで示されている。
−電流Ｉ曲線が第３図の実線の曲線Ｃで示されている。
電圧の低いところでは、電圧の上昇にほぼ比例して、セ
ンサの出力電流Ｉは増加しく曲線Ｃ１の部分）、それよ
りも電圧をさらに上昇させると、ある電圧の範囲では電
圧を上昇させても出力電流は増加しない限界電流領域と
呼ばれる領域（曲線Ｃ８の部分）に入り、またさらに電
圧を増加させると電子伝導の状態となり、電圧の増加に
対して電流が急激に増加される （曲線Ｃ２の部分）。
ンサの出力電流Ｉは増加しく曲線Ｃ１の部分）、それよ
りも電圧をさらに上昇させると、ある電圧の範囲では電
圧を上昇させても出力電流は増加しない限界電流領域と
呼ばれる領域（曲線Ｃ８の部分）に入り、またさらに電
圧を増加させると電子伝導の状態となり、電圧の増加に
対して電流が急激に増加される （曲線Ｃ２の部分）。
ところが、多孔質電極２の構成材料である白金Ｐ１がＳ
０２の微量に存在する雰囲気に曝されると、急ではない
にしてもＰＩは徐々に腐食を受ける。例えば外部雰囲気
中にＳ０２がｔ ｏ ｏ ｐｐｍ存在すると、２００時
間経過後には、最初限界電流領域に入る電圧が１ｖ弱で
あったものが、１．５Ｖ程度どなり、曲線Ｃ０は曲線Ｃ
１ｌに傾斜が小さくなってくる。
０２の微量に存在する雰囲気に曝されると、急ではない
にしてもＰＩは徐々に腐食を受ける。例えば外部雰囲気
中にＳ０２がｔ ｏ ｏ ｐｐｍ存在すると、２００時
間経過後には、最初限界電流領域に入る電圧が１ｖ弱で
あったものが、１．５Ｖ程度どなり、曲線Ｃ０は曲線Ｃ
１ｌに傾斜が小さくなってくる。
ガス濃度センサの監視電圧ＶＳは通常ガス濃度の範囲が
広く監視できるような電圧に選定されているが、センサ
自身の経年劣化により曲線ｃｌの部分の傾斜が次第１コ
寝てくるどころから寿命が定められている。上記のよう
に電極の構成材料であるＰ【がＳＯ３のために腐食され
ると、曲線Ｃ。
広く監視できるような電圧に選定されているが、センサ
自身の経年劣化により曲線ｃｌの部分の傾斜が次第１コ
寝てくるどころから寿命が定められている。上記のよう
に電極の構成材料であるＰ【がＳＯ３のために腐食され
ると、曲線Ｃ。
の部分の傾斜の小さくなる速度が加速されるために、セ
ンサの寿命は急激に短くなる。
ンサの寿命は急激に短くなる。
二のＰＩのＳ０２による腐食から保護するために、ＳＯ
２に対して耐腐食性の高い金Ａｕで電極表面をコーティ
ングすることが試みられたが、センサの組み立て工程で
、Ａａのコーテイング後に約１０００°Ｃの加熱を受け
、金属の拡散が起こり、電極がＰｌとＡｕとの混合物と
なって、Ｐｉの持つ酸素のイオン化効率の良さが大幅に
減じられてしまう。
２に対して耐腐食性の高い金Ａｕで電極表面をコーティ
ングすることが試みられたが、センサの組み立て工程で
、Ａａのコーテイング後に約１０００°Ｃの加熱を受け
、金属の拡散が起こり、電極がＰｌとＡｕとの混合物と
なって、Ｐｉの持つ酸素のイオン化効率の良さが大幅に
減じられてしまう。
［課題を解決するための手段］
この発明は、Ｐｔは電極効率は良いが、ＳＯ３に対して
耐腐食性が高くないため、その電極効率の良さを失わせ
ずにＳＯ！から保護しようとしたものであって、ＰＩ電
極上にアルミナＡ １．０３とＡｕとの混合物からなる
多孔質層を形成してなるものである。
耐腐食性が高くないため、その電極効率の良さを失わせ
ずにＳＯ！から保護しようとしたものであって、ＰＩ電
極上にアルミナＡ １．０３とＡｕとの混合物からなる
多孔質層を形成してなるものである。
［作用］
Ａ １．０ 、は触媒の担体として知られ、Ａ１１を良
く担持するので、これらの混合物がＰＩ電極に接した状
態で高温に曝されても、ＡｕがＰｌの方に移行して混合
物となることを抑制でき、Ｐｔ％ｊ極の酸素のイオン化
効率を著しく落とすことがない。
く担持するので、これらの混合物がＰＩ電極に接した状
態で高温に曝されても、ＡｕがＰｌの方に移行して混合
物となることを抑制でき、Ｐｔ％ｊ極の酸素のイオン化
効率を著しく落とすことがない。
［実施例］
第１図を参照して、この発明の詳細な説明する。１は所
定のガスのイオン伝導性を有する固体電解質板で、例え
ば酸素ガスのイオン伝導性を有する安定化ジルコニア板
、２は固体電解質板１の両面に形成されたＰ【からなる
多孔質電極、７は多孔質電極２の表面に形成されたＡ
Ｉ２０ 、とＡｕとの混合物からなる多孔質保護層であ
る。この多孔質保護層７は、Ａ １．０ 、微粉末とＡ
ｌｌの微粉末とを有機バインダの中に分散させてペース
ト状としたものを、固体電解質板１上に形成された多孔
質電極２の表面全体を覆って塗布乾燥させて形成したも
のである。この多孔質保護層７は、センサの組み立て工
程で、例えば固体電解質板１にキャップ６を封着する工
程で、約１０００℃の加熱の影響を受けるが、Ａｕは電
極２のＰｔに混合されにくいため、Ａ Ｉ２０ 、とＡ
ｕとの混合物の層としてＰＩ電極２を覆うこととなる。
定のガスのイオン伝導性を有する固体電解質板で、例え
ば酸素ガスのイオン伝導性を有する安定化ジルコニア板
、２は固体電解質板１の両面に形成されたＰ【からなる
多孔質電極、７は多孔質電極２の表面に形成されたＡ
Ｉ２０ 、とＡｕとの混合物からなる多孔質保護層であ
る。この多孔質保護層７は、Ａ １．０ 、微粉末とＡ
ｌｌの微粉末とを有機バインダの中に分散させてペース
ト状としたものを、固体電解質板１上に形成された多孔
質電極２の表面全体を覆って塗布乾燥させて形成したも
のである。この多孔質保護層７は、センサの組み立て工
程で、例えば固体電解質板１にキャップ６を封着する工
程で、約１０００℃の加熱の影響を受けるが、Ａｕは電
極２のＰｔに混合されにくいため、Ａ Ｉ２０ 、とＡ
ｕとの混合物の層としてＰＩ電極２を覆うこととなる。
このように構成された電極を有する酸素ガス濃度センサ
をＳＯｌがｌ ＯＯｐｐｍ存在する雰囲気に曝して２０
０時間経過後のセンサの劣化の状態は、第３図の曲線Ｃ
Ｉ２に示されるように、Ｓｏ２雰囲気に曝さない曲線Ｃ
と比べてほとんど変化がなかつ ｌこ 。
をＳＯｌがｌ ＯＯｐｐｍ存在する雰囲気に曝して２０
０時間経過後のセンサの劣化の状態は、第３図の曲線Ｃ
Ｉ２に示されるように、Ｓｏ２雰囲気に曝さない曲線Ｃ
と比べてほとんど変化がなかつ ｌこ 。
［発明の効果］
この発明によれば、イオン伝導性を有する固体電解質板
の両面に形成された白金よりなる多孔質電極の表面には
アルミナと金との混合物よりなる多孔質の保護層が形成
されるので、アルミナは金の吸着性がよいことから、保
護層の形成後に高温に曝されても、保護層中の金が拡散
して電極の白金の中に混合されにくくなり、したがって
、白金が本来有す−る良好な電極効率を低下させること
なく、しかも亜硫酸ガスにあまり耐腐食性の高くない白
金電極を亜硫酸ガスから十分に保護することができて、
センサの寿命への悪影響から十分に免れることができる
。
の両面に形成された白金よりなる多孔質電極の表面には
アルミナと金との混合物よりなる多孔質の保護層が形成
されるので、アルミナは金の吸着性がよいことから、保
護層の形成後に高温に曝されても、保護層中の金が拡散
して電極の白金の中に混合されにくくなり、したがって
、白金が本来有す−る良好な電極効率を低下させること
なく、しかも亜硫酸ガスにあまり耐腐食性の高くない白
金電極を亜硫酸ガスから十分に保護することができて、
センサの寿命への悪影響から十分に免れることができる
。
第１図はこの発明のガス濃度センサの電極部分の構造を
示す側面断面図、第２図は従来のガス濃度センサの構造
例を示す定電圧印加回路を含む側面断面図および第３図
は従来およびこの発明によるガス濃度センサの電圧−電
流曲線である。 ｌ；固体電解質板、２；多孔質電極、３：内部室、４：
隔壁、５：ガス拡散孔、６；キャップ、７；多孔質保護
層、
示す側面断面図、第２図は従来のガス濃度センサの構造
例を示す定電圧印加回路を含む側面断面図および第３図
は従来およびこの発明によるガス濃度センサの電圧−電
流曲線である。 ｌ；固体電解質板、２；多孔質電極、３：内部室、４：
隔壁、５：ガス拡散孔、６；キャップ、７；多孔質保護
層、
Claims (1)
- 所定のガスのイオン伝導性を有する固体電解質板の両面
に多孔質白金電極が形成され、その片面に、上記電極を
覆つて、キャップ隔壁の内外を連通するガス拡散孔を有
し、かつ上記電極と隔壁との間に内部室を構成するキャ
ップが封着されてなるガス濃度センサにおいて、上記多
孔質白金電極の表面上にアルミナと金との混合物からな
る多孔質保護層が形成されてなることを特徴とする耐腐
食性ガス濃度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63278649A JPH02126149A (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | 耐腐食性ガス濃度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63278649A JPH02126149A (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | 耐腐食性ガス濃度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02126149A true JPH02126149A (ja) | 1990-05-15 |
Family
ID=17600221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63278649A Pending JPH02126149A (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | 耐腐食性ガス濃度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02126149A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0656538A1 (de) * | 1993-11-22 | 1995-06-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Gassensor |
| WO2003027465A3 (de) * | 2001-09-26 | 2003-12-31 | Bosch Gmbh Robert | Regenerierbarer abgassensor sowie verfahren zur regenerierung eines solchen abgassensors von belegungsstoffen |
| EP1059526A3 (en) * | 1999-06-10 | 2004-12-29 | NGK Spark Plug Company Limited | Device and method for measuring combustible-gas concentration in an exhaust gas |
-
1988
- 1988-11-04 JP JP63278649A patent/JPH02126149A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0656538A1 (de) * | 1993-11-22 | 1995-06-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Gassensor |
| EP1059526A3 (en) * | 1999-06-10 | 2004-12-29 | NGK Spark Plug Company Limited | Device and method for measuring combustible-gas concentration in an exhaust gas |
| WO2003027465A3 (de) * | 2001-09-26 | 2003-12-31 | Bosch Gmbh Robert | Regenerierbarer abgassensor sowie verfahren zur regenerierung eines solchen abgassensors von belegungsstoffen |
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