JPH03165253A - 酸素センサ - Google Patents

酸素センサ

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JPH03165253A
JPH03165253A JP1305453A JP30545389A JPH03165253A JP H03165253 A JPH03165253 A JP H03165253A JP 1305453 A JP1305453 A JP 1305453A JP 30545389 A JP30545389 A JP 30545389A JP H03165253 A JPH03165253 A JP H03165253A
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JP
Japan
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electrode
sensor
oxygen
oxygen sensor
yttria
Prior art date
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Pending
Application number
JP1305453A
Other languages
English (en)
Inventor
Koichi Tachibana
立花 弘一
Yoshinori Toyoguchi
豊口 吉徳
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP1305453A priority Critical patent/JPH03165253A/ja
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明41  各種燃焼機器 ボイラー、自動車等に用
((燃焼排ガスなどの被測定ガス中にて燃焼の当量点を
検出し 適正な燃焼状態を維持するために用いる酸素セ
ンサに関するものであム従来の技術 従来 この種のセンサとして(上 酸素イオン導電性固
体電解質であるイツトリア安定化ジルコニアの焼結体に
一対の白金電極を設けた構造のものかあも 該センサは
酸素濃淡電池方式をとり、燃焼の当量点(理論空燃比)
を境に生じる酸素分圧の急変にともなって大きな起電力
変化が得られるものとなっていも 発明が解決しようとする課題 イツトリア安定化ジルコニアは導電性がよく、しかも還
元雰囲気でも安定であるたべ 酸素センサ用固体電解質
として最も一般的に用いられていも しかし イツトリ
ア安定化ジルコニアの焼結体は一般に耐熱衝撃特性が悪
く、急激な温度変化に曝されると焼結体が破壊されるこ
とがあム 従って、このような環境条件ををともなう用
途にこの種のセンサを使用するのは適していな(−本発
明はこの課題に鑑みてなされたものであって、熱衝撃に
強く、長期間にわたって安定した特性を発揮する酸素セ
ンサを提供することを目的とすム 課題を解決するための手段 本発明の酸素センサにおいてはイツトリア安定化ジルコ
ニア等の酸素イオン導電性固体電解質を薄膜化し 熱衝
撃に強い多孔質の基体上に電極と共に積層した感ガス部
を形成するものであ4作用 本発明になる酸素センサにおいて(よ 熱衝撃に強い多
孔質の基体上に薄膜からなる感ガス部を形成しているた
八 熱衡撃特性が向上し長期にわたり安定した特性を示
す。
実施例 第1図は本発明になるセンサの一実施例を示す模式的断
面図であも 1は多孔質のムライト質基板(7mmφ×
0、5mmt、  平均気孔径0. 1μm)、 2は
化学式L as、*ss r @、esc o *、t
F es 、 s Os−δで表わされるペロブスカイ
ト型複合酸化物をスパッタ蒸着によって付着させて形成
した電極(約1. 5μmt)、 3はスパッタ蒸着に
よって付着させた8mo 1%Y2O3−92m o 
1%Zrapからなる酸素イオン導電性固体電解質M(
約5μmt)、 4は予め形成したリード取り出し用白
金電搬 5は耐熱性を有する緻密なチューブ状のセンサ
支持4*、6は電極リード線 7は雰囲気B用の連通孔
であ4 センサ素子は支持体の先端に耐熱シール剤で固
定してあム センサ素子の一対の電極2のう板 第1電
極は多孔質基板1および連通孔7を通して雰囲気Bに接
しており、第2電極は雰囲気Aに接していも なお雰囲
気AとBは図示していない隔壁により相互に分離されて
いも −人 比較のた敢 8mol%Y20暑−92m
ol%Zr0aからなる酸素イオン導電性固体電解質の
ディスク状の緻密な焼結体(7mmφ、0゜5mmt)
に 一対の白金電極ををスパッタ蒸着によって付着形成
したセンサ素子を前記実施例同様に支持体に固定したセ
ンサを作製し 従来例として用い九 以上のようにして作製したセンサを用いてセンサの初期
特性及び耐熱衝撃特性を評価し丸 まず、実施例および
従来例のセンサの初期の出力特性を測定し九 センサを
電気炉中に設置し温度制御を行なっ島 センサ素子温度
は400〜800℃の範囲で所定の温度に設定した そ
して雰囲気Bを基準ガス雰囲気とL 空気を所定の流量
で送給し一方の雰囲気Aを被検ガス雰囲気として、各種
酸素分圧に調整したガスを送給した そして、電極間に
生ずる起電力を測定L−第2図(a)、(b)のグラフ
に示したような結果を得九 この結果Las、*6s 
rs、aac os、tF es、aOトδは電極とし
て正常に機能L 本発明になるセンサは優れた出力特性
を示すことが明らかになった 特に Las、*sS 
ri、ssc os、vF es、5os−δ電極を有
するセンサは400℃の低温でもほぼ理論値に近い起電
力を示し九 L as、3sSrs、5sco*、yF
es、sOw−δは優れた導電性を有し しかも高い酸
化還元触媒活性を有しているた残 低温においても電極
反応速度が大きく、電極反応がスムースに進むためと考
えられも な耘 はぼ理論値に近い起電力が得られたことか収 多
孔質基板を用いてもガスの透過はほとんど無視できるこ
とも明らかとなっ九 一方、従来型のセンサの場合には
500℃以下で起電力が小さくなる傾向がみられ九 白
金の場合、ペロブスカイト型酸化物に比べて低温での電
極反応速度が小さくなるた敢 理論起電力が得られなく
なると考えられも 次番ミ  本センサの熱的安定性を確認するためく熱衡
撃試験を行なっ九 実施例及び従来例のセンサを電気炉
中で900℃15m1n保持した黴ただちに取り出し 
約10℃の空気を吹き付けて強制的に冷却した 20個
ずつのセンサについて計10回くり返し試験を行なった
結果 従来型のセンサでl(t、、  約半数の11個
において固体電解質基板に亀裂が生じ九 これに対して
実施例のセンサは20個とも異常が認められなかった 
外観上異常が認められなかったセンサについて、前記同
様の方法で800℃における出力特性を測定した測定結
果を初期の出力特性と共に第3図(a)、(b)に示し
九 実施例のセンサの起電力はほぼ理論値に近い値を示
し 熱衝撃試験によるセンサ素子の劣化がほとんどない
ことが明らかになっ九 しかし 従来型のセンサの出力
特性において1上 起電力の低下が認められ九 この理
由4表 白金の焼結が進んだために触媒活性が低下し 
その結果電極機能が低下したことによると考えられも一
般(ζ 激しい温度変化をともなう燃焼機器において1
よ センサは熱的にも機械的にも安定した特性を要求さ
れる力丈 本発明になるセンサ1友 この要求を満足す
る優れた特性を有することが明らかになりへ 以上の実施例では電極材料としてペロブスカイト型酸化
物を用いた場合について述べf−o  LnとしてLa
を、AとしてSrを、MeとしてFeを用賎 かッx=
0. 65、y=0.3とした場合について示した!>
<、LnがCe、  Pr、  Ndの場合、もしくは
La、Ce、  Pr、Ndの内二種以上の元素になる
場合、AがCa、Baの場合、もしくはSr、Ca、 
 Baの内二種以上の元素になる場合、MeがNi、M
n、Cr、Vの場合、もしくはN 11  F e、 
 M n、  Cr、  Vの内二種以上の元素になる
場合、あるいは他の組成比の場合にも同様の結果が得ら
れ丸 さらく 電極材料にSrMe’ Osを添加した
場合 また微量の白金族元素を添加した場合には 電極
特性の均一性を損なう事なく酸素の酸化還元触媒能を高
める効果を示す。そして、 SrMe’  Oxの混合
量は ペロブスカイト型複合酸化物に対して80mol
%以下(望ましくは40〜70mol%)が好まし1〜
また 多孔質基体を用いることの優位性を判断するため
圏 電極材料としてペロブスカイト型酸化物に替えて白
金を用いたセンサ素子を作製して前記同様の熱衝撃試験
を行っ1.  その結果 前記従来例同様へ 白金の焼
結に起因すると考えられる起電力の低下が認められたも
のの素子の破壊はなく、熱衝撃に対する多孔質基体を用
いることの優位性が明らかになった また 実施例として、多孔質基体としてはムライト質材
料を、酸素イオン導電性固体電解質としては8mo 1
%Y*Os −92m o I%ZrO*をそれぞれ用
いた力(同様の機能を有するものであればこれに限定す
るものではなし℃ センサ形状も実施例に限定するもの
ではなく、発明の主旨に反しない限り任意の形態をとり
得るものであム センサの作製法も実施例に限らず、真
空蒸着、印肌溶射その他の公知の方法を用いることがで
き本発明の効果 以上のよう艮 本発明になる酸素センサは極めて優れた
特性を有し 長期間にわたって信頼度の高いセンサとし
て用い得るものであa
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例になる酸素センサの模式的断
面は 第2図(a)、(b)はそれぞれ実施例及び従来
例のセンサの出力特性を示す医 第3図(a>、(b)
はそれぞれ実施例および従来例のセンサの熱衝撃試験後
の出力特性を示す図であもl・・多孔質基体 2・・電
極 3・・酸素イオン導電性固体電解質、 4・・リー
ド取り出し用電& 5・・化

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)耐熱衝撃性に優れる材料からなる多孔質基体上に
    、第1電極、酸素イオン導電性固体電解質及び第2電極
    を順次積層した構成になる感ガス部を形成したことを特
    徴とする酸素センサ。
  2. (2)少なくとも一方の電極が一般式Ln_1_−_x
    A_xCo_1_−_yMe_yO_3_−δ(Lnは
    La、Ce、Pr、Nd、から選択される少なくとも一
    種の元素、Aは、Sr、Ca、Baから選択される少な
    くとも一種の元素、MeはNi、Fe、Mn、Cr、V
    から選択される少なくとも一種の元素、0≦x≦1、0
    ≦y≦1、δは酸素欠損量)で表わされるペロブスカイ
    ト型複合酸化物からなることを特徴とする請求項1記載
    の酸素センサ。
  3. (3)電極材料にSrMe’O_3(Me’はTi、Z
    r、Hfから選ぶ少なくとも一種の元素)を前記ペロブ
    スカイト型複合酸化物に対して0〜80mol%、望ま
    しくは40〜70mol%添加することを特徴とする請
    求項1または2記載の酸素センサ。
  4. (4)電極材料に少なくとも一種の白金族元素を前記ペ
    ロブスカイト型酸化物に対して添加することを特徴とす
    る請求項1、2または3記載の酸素センサ。
JP1305453A 1989-11-24 1989-11-24 酸素センサ Pending JPH03165253A (ja)

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