JPH03183943A - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
- Publication number
- JPH03183943A JPH03183943A JP1324227A JP32422789A JPH03183943A JP H03183943 A JPH03183943 A JP H03183943A JP 1324227 A JP1324227 A JP 1324227A JP 32422789 A JP32422789 A JP 32422789A JP H03183943 A JPH03183943 A JP H03183943A
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- JP
- Japan
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- insulating substrate
- permeable membrane
- gas permeable
- cathode
- oxygen sensor
- Prior art date
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/404—Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (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。
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〕
本発明は酸素センサに係り、特にプレーナ型の酸素セン
サに関する。
サに関する。
この種のプレーナ型の酸素センサは、たとえば、センサ
ーズ、アンド、アクチュエーターズ９ｒＳｅｎｓｏｒ
ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ ９Ｊ （１９８６年）
第２４９頁から第２５８頁に記載されたようなものが知
られている。
ーズ、アンド、アクチュエーターズ９ｒＳｅｎｓｏｒ
ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ ９Ｊ （１９８６年）
第２４９頁から第２５８頁に記載されたようなものが知
られている。
すなわち、シリコン基板上の二酸化シリコン膜の上面に
センサ部が形成されており、このセンサ部は、前記二酸
化シリコン膜面の一領域を囲むようにして形成されたポ
リイミドの囲い体と、この囲い体のほぼ中央の前記二酸
化シリコン膜面上に４− 直接形成された陰極と、前記囲い体と陰極の間の前記二
酸化シリコン膜面に直接に形成された対照電極および参
照電極と、この対照電極と参照電極を浸した状態で前記
囲い体の中に充填された電解液と、この電解液の表面を
覆いかつ前記囲い体に支持されたガス透過膜と、からな
っている。
センサ部が形成されており、このセンサ部は、前記二酸
化シリコン膜面の一領域を囲むようにして形成されたポ
リイミドの囲い体と、この囲い体のほぼ中央の前記二酸
化シリコン膜面上に４− 直接形成された陰極と、前記囲い体と陰極の間の前記二
酸化シリコン膜面に直接に形成された対照電極および参
照電極と、この対照電極と参照電極を浸した状態で前記
囲い体の中に充填された電解液と、この電解液の表面を
覆いかつ前記囲い体に支持されたガス透過膜と、からな
っている。
また、上述した酸素センサは参照電極を備えたものであ
るが、この参照電極を備えず前記対照電極を陽極と称し
て用いたいわゆる二極構造のものも知られている。
るが、この参照電極を備えず前記対照電極を陽極と称し
て用いたいわゆる二極構造のものも知られている。
しかしながら、上述した従来技術にあっては、前記ガス
浸透膜と陰極との間に隙間が生じ、この隙間に比較的多
量の電解液が存在することになる。
浸透膜と陰極との間に隙間が生じ、この隙間に比較的多
量の電解液が存在することになる。
このため、雰囲気中の酸素の分圧が変化した場合、酸素
分子が前記ガス浸透膜及び電解液へと拡散するため、前
記陰極の表面に達しここで還元され電流変化を起こすま
でに長時間を要するという問題があった。
分子が前記ガス浸透膜及び電解液へと拡散するため、前
記陰極の表面に達しここで還元され電流変化を起こすま
でに長時間を要するという問題があった。
また、陰極及び陽極の二つの電極からなる酸素センサに
あっては、酸素の還元に基づく電流が流れると前記陽極
が消費されてしまうという問題があった。たとえば、前
記陰極が白金、陽極が銀／塩化銀の場合、前記陽極の消
費における化学式はつぎのように示される。
あっては、酸素の還元に基づく電流が流れると前記陽極
が消費されてしまうという問題があった。たとえば、前
記陰極が白金、陽極が銀／塩化銀の場合、前記陽極の消
費における化学式はつぎのように示される。
陰極 ０２＋２Ｈ２０＋４ｅ−＋４０８−陽極 ４Ａｇ
＋４Ｃ１−＋４ＡｇＣ１＋４ｅこのことから明らかなよ
うに、前記陽極では銀から塩化銀へ変化する場合非可逆
反応が起こる。
＋４Ｃ１−＋４ＡｇＣ１＋４ｅこのことから明らかなよ
うに、前記陽極では銀から塩化銀へ変化する場合非可逆
反応が起こる。
一般に酸素センサの長期安定性は前記陽極の量に依存す
るため、小型化されている酸素センサにあっては寿命が
短くなるという問題があった。しかも小型化されている
酸素センサは電解液の水の蒸発による組成変化が前記酸
素センサの出力にドリフトを生じさせるという問題があ
った。
るため、小型化されている酸素センサにあっては寿命が
短くなるという問題があった。しかも小型化されている
酸素センサは電解液の水の蒸発による組成変化が前記酸
素センサの出力にドリフトを生じさせるという問題があ
った。
それ故、本発明はこのような事情に基づいてなされたも
のであり、その目的は応答性を極めて速く、かつ長期寿
命を図った酸素センサを提供するにある。
のであり、その目的は応答性を極めて速く、かつ長期寿
命を図った酸素センサを提供するにある。
このような目的を達成するために本発明は、基本的には
、絶縁基板と、この絶縁基板の主表面の少なくとも一部
を囲んで形成された囲い体と、この囲い体のほぼ中央の
前記絶縁基板上に形成された陰極と、前記囲い体と陰極
との間の前記ＭＡ縁残基板上形成された他の電極と、前
記陰極と他の電極とを覆って周辺が前記囲い体に支持さ
れたガス透過膜と、このガス透過膜と前記囲い体と絶縁
基板との間に充填された電解液と、からなり、前記陰極
の表面は前記ガス透過膜とぼ接触しているとともに前記
囲い体におけるガス透過膜の支持部よりも高く位置付け
られているようにしたものである。
、絶縁基板と、この絶縁基板の主表面の少なくとも一部
を囲んで形成された囲い体と、この囲い体のほぼ中央の
前記絶縁基板上に形成された陰極と、前記囲い体と陰極
との間の前記ＭＡ縁残基板上形成された他の電極と、前
記陰極と他の電極とを覆って周辺が前記囲い体に支持さ
れたガス透過膜と、このガス透過膜と前記囲い体と絶縁
基板との間に充填された電解液と、からなり、前記陰極
の表面は前記ガス透過膜とぼ接触しているとともに前記
囲い体におけるガス透過膜の支持部よりも高く位置付け
られているようにしたものである。
また、本発明は、絶縁基板と、この絶縁基板上のほぼ中
央に形成された陰極と、この陰極の形成領域外の＃！縁
縁板板上形成された他の電極と、前記陰極と他の電極と
を覆って周辺が前記絶縁基板に支持されたガス透過膜と
、このガス透過膜と前記絶縁基板との間に充填された電
解液とからなり、前記陰極の表面は前記ガス透過膜とぼ
接触してぃるとともに前記絶縁基板におけるガス透過膜
の支持部よりも高く位置付けられているようにしたもの
である。
央に形成された陰極と、この陰極の形成領域外の＃！縁
縁板板上形成された他の電極と、前記陰極と他の電極と
を覆って周辺が前記絶縁基板に支持されたガス透過膜と
、このガス透過膜と前記絶縁基板との間に充填された電
解液とからなり、前記陰極の表面は前記ガス透過膜とぼ
接触してぃるとともに前記絶縁基板におけるガス透過膜
の支持部よりも高く位置付けられているようにしたもの
である。
このように本発明は、陰極あるいは作用電極の表面がガ
ス透過膜にほぼ接触していることになる。
ス透過膜にほぼ接触していることになる。
しかも、前記ガス透過膜の支持部は前記陰極あるいは作
用電極の表面より低い位置に位置付けられているために
、前記接触は確実なものとなる。このため、前記陰極と
ガス透過膜との間の電解液は極めて少量からなる層とな
り、前記ガス透過膜から拡散してきた酸素分子が核層に
おいて拡散が速やかに行われ前記陰極あるいは作用電極
で直ちに還元されることになる。したがって、酸素セン
サの応答性を極めて速くすることができるようになる。
用電極の表面より低い位置に位置付けられているために
、前記接触は確実なものとなる。このため、前記陰極と
ガス透過膜との間の電解液は極めて少量からなる層とな
り、前記ガス透過膜から拡散してきた酸素分子が核層に
おいて拡散が速やかに行われ前記陰極あるいは作用電極
で直ちに還元されることになる。したがって、酸素セン
サの応答性を極めて速くすることができるようになる。
また、いわゆる二極構造とした場合、作用電極および対
照電極の材料を耐食性の強い白金（ｐｔ）とすることに
よって、これら各電極間に流れる還元電流によって消費
されることはなくなる。
照電極の材料を耐食性の強い白金（ｐｔ）とすることに
よって、これら各電極間に流れる還元電流によって消費
されることはなくなる。
８
したがって、長期間の使用に際しても安定した出力を得
ることができる。
ることができる。
また、ガス透過膜の支持部内において、陰極あるいは作
用電極の形成領域以外の絶縁基板面が凹部の底面となっ
ているから、電解液を多量に充填でき、蒸発による該電
解液の組成の急激な変化を抑えることができる。このた
め、該電解液の組成の変化による出力のドリフトを小さ
くすることができる。
用電極の形成領域以外の絶縁基板面が凹部の底面となっ
ているから、電解液を多量に充填でき、蒸発による該電
解液の組成の急激な変化を抑えることができる。このた
め、該電解液の組成の変化による出力のドリフトを小さ
くすることができる。
第１図は、本発明による酸素センサの一実施例をしめず
断面構成図である。同図において、シリコン基板上があ
り、このシリコン基板］−の主表面にはシリコン酸化膜
２が形成されている。このシリコン酸化膜２の表面のほ
ぼ中央にはたとえばポリイミドからなる土台３が形成さ
れ、この上台３の上面には陰極５が形成されている。前
記土台３及び陰極５はいずれも周知のフォト・リソ技術
を用いて形成することができる。前記陰極５としてはた
とえば白金（Ｐｔ）が用いられている。前記土台３と陰
極５との接着性を強化させるため、それらの間に金属層
を介在させてもよい。前記土台３と陰極５が上記材料の
場合、前記金属層としてはたとえばＴｊ、、Ｃｒ、Ｃｕ
等が選択できる。また、前記シリコン酸化膜２の表面に
おける前記上台３の形成されている領域以外の領域の一
部には陽極５が形成されている。この陽極５にあっても
前記フォト・リソ技術をもちいて形成することができ、
たとえば銀（Ａｇ）／塩化銀（ＡｇＣ１）からなってい
る。前記陽極５のシリコン酸化膜２に対する接着性を強
化するために前記金属層を介在させてもよいことは言う
までもない。また、このような土台３、陰極５、及び陽
極４が形成されている前記シリコン酸化膜２の上面には
前記土台３、陰極５、及び陽極４を被ってガス透過膜７
がその周辺を前記シリコン酸化膜２に支持されて配置さ
れている。前記ガス透過膜７のシリコン酸化膜２にたい
する支持はたとえばエポキシ樹脂８からなる接着剤によ
ってなされている。そして、前記ガス透過膜７とシリコ
ン酸化膜２との間には電解液６が充填されている。なお
、この電解液６は他のものとして電解質ゲルであっても
よい。
断面構成図である。同図において、シリコン基板上があ
り、このシリコン基板］−の主表面にはシリコン酸化膜
２が形成されている。このシリコン酸化膜２の表面のほ
ぼ中央にはたとえばポリイミドからなる土台３が形成さ
れ、この上台３の上面には陰極５が形成されている。前
記土台３及び陰極５はいずれも周知のフォト・リソ技術
を用いて形成することができる。前記陰極５としてはた
とえば白金（Ｐｔ）が用いられている。前記土台３と陰
極５との接着性を強化させるため、それらの間に金属層
を介在させてもよい。前記土台３と陰極５が上記材料の
場合、前記金属層としてはたとえばＴｊ、、Ｃｒ、Ｃｕ
等が選択できる。また、前記シリコン酸化膜２の表面に
おける前記上台３の形成されている領域以外の領域の一
部には陽極５が形成されている。この陽極５にあっても
前記フォト・リソ技術をもちいて形成することができ、
たとえば銀（Ａｇ）／塩化銀（ＡｇＣ１）からなってい
る。前記陽極５のシリコン酸化膜２に対する接着性を強
化するために前記金属層を介在させてもよいことは言う
までもない。また、このような土台３、陰極５、及び陽
極４が形成されている前記シリコン酸化膜２の上面には
前記土台３、陰極５、及び陽極４を被ってガス透過膜７
がその周辺を前記シリコン酸化膜２に支持されて配置さ
れている。前記ガス透過膜７のシリコン酸化膜２にたい
する支持はたとえばエポキシ樹脂８からなる接着剤によ
ってなされている。そして、前記ガス透過膜７とシリコ
ン酸化膜２との間には電解液６が充填されている。なお
、この電解液６は他のものとして電解質ゲルであっても
よい。
このように構成した酸素センサによれば、陰極５の表面
がガス透過膜７にほぼ接触していることになる。しかも
、前記ガス透過膜７の支持部は前記陰極５の表面より低
い位置に位置付けられているために、前記接触は確実な
ものとなる。このため、前記陰極５とガス透過膜７との
間の電解液６は極めて少量となり、前記ガス透過膜７か
ら拡散してきた酸素分子が前記陰極５で直ちに還元され
ることになる。したがって、酸素センサの応答性を極め
て速くすることができるようになる。
がガス透過膜７にほぼ接触していることになる。しかも
、前記ガス透過膜７の支持部は前記陰極５の表面より低
い位置に位置付けられているために、前記接触は確実な
ものとなる。このため、前記陰極５とガス透過膜７との
間の電解液６は極めて少量となり、前記ガス透過膜７か
ら拡散してきた酸素分子が前記陰極５で直ちに還元され
ることになる。したがって、酸素センサの応答性を極め
て速くすることができるようになる。
第２図は本発明の酸素センサの他の実施例を示す斜視構
成図である。第１図と同符号のものは同材料を示してい
る。第１図と異なる構成は前記ガス透過膜７の周辺がシ
リコン酸化膜２面に形成された囲い体９の上面で支持さ
れていることにある。
成図である。第１図と同符号のものは同材料を示してい
る。第１図と異なる構成は前記ガス透過膜７の周辺がシ
リコン酸化膜２面に形成された囲い体９の上面で支持さ
れていることにある。
前記囲い体９はたとえばポリイミドからなり、前記ガス
透過膜７はたとえばエポキシ樹脂を介して接着されてい
る。この場合該接着によるガス透過１１ 膜７の支持部は前記陰極５の表面より低い位置に位置づ
けられていることは第１図と同様である。
透過膜７はたとえばエポキシ樹脂を介して接着されてい
る。この場合該接着によるガス透過１１ 膜７の支持部は前記陰極５の表面より低い位置に位置づ
けられていることは第１図と同様である。
また、第３図は本発明による酸素センサの他の実施例を
示す斜視構成図である。第１図と同符号のものは同材料
を示している。第１図と異なる構成は、ガス透過膜７の
支持部内の領域において土台３の形成領域以外の領域に
凹部が形成されていることにある。この凹部はシリコン
基板１に形成された凹部であり、その側面および底面に
はシリコン酸化膜２が形成され、陽極４は該底面におけ
るシリコン酸化膜２上に形成されている。
示す斜視構成図である。第１図と同符号のものは同材料
を示している。第１図と異なる構成は、ガス透過膜７の
支持部内の領域において土台３の形成領域以外の領域に
凹部が形成されていることにある。この凹部はシリコン
基板１に形成された凹部であり、その側面および底面に
はシリコン酸化膜２が形成され、陽極４は該底面におけ
るシリコン酸化膜２上に形成されている。
このように構成した場合、該凹部においても電解液６が
充填されることになり、その量を多くすることができる
。このことは所定の量の電解液６を再現性よく充填する
ことができるという効果をもたらす。このことから、酸
素センサの製造にあたって各酸素センサ間の特性のばら
つきを小さくすることができる。また、前記電解液６内
の水分が蒸発しても相対的な組成変化を小さく抑えるこ
とができる。
充填されることになり、その量を多くすることができる
。このことは所定の量の電解液６を再現性よく充填する
ことができるという効果をもたらす。このことから、酸
素センサの製造にあたって各酸素センサ間の特性のばら
つきを小さくすることができる。また、前記電解液６内
の水分が蒸発しても相対的な組成変化を小さく抑えるこ
とができる。
１２
第４図は、本発明による酸素センサの他の実施例をしめ
ず断面構成図である。同図において第１図と同符号のも
のは同材料を示している。第工図と異なる部分は、まず
、電極にある。即ち、前記土台３の上面には作用電極１
３が形成されており、前記土台３の形成領域以外の前記
シリコン酸化膜２の上面には対照電極１１及び参照電極
１２が形成されている。。そして、第３図と同様に、前
記土台３、対照電極１１．及び参照電極１２を囲んで前
記シリコン酸化膜２の上面にはポリイミドからなる囲い
体９が形成されている。前記ガス透過膜７の周辺は前記
囲い体９の箇所にてエポキシ樹脂８からなる接着剤によ
って支持されている。なお、前記ガス透過膜７、シリコ
ン酸化膜２、及び囲い体９の間には電解液６が充填され
ていることは第３図と同様である。
ず断面構成図である。同図において第１図と同符号のも
のは同材料を示している。第工図と異なる部分は、まず
、電極にある。即ち、前記土台３の上面には作用電極１
３が形成されており、前記土台３の形成領域以外の前記
シリコン酸化膜２の上面には対照電極１１及び参照電極
１２が形成されている。。そして、第３図と同様に、前
記土台３、対照電極１１．及び参照電極１２を囲んで前
記シリコン酸化膜２の上面にはポリイミドからなる囲い
体９が形成されている。前記ガス透過膜７の周辺は前記
囲い体９の箇所にてエポキシ樹脂８からなる接着剤によ
って支持されている。なお、前記ガス透過膜７、シリコ
ン酸化膜２、及び囲い体９の間には電解液６が充填され
ていることは第３図と同様である。
このように酸素センサの電極を作用電極１３、対照電極
１１、参照電極１２からなる３極構造とし、かつ作用電
極１３および対照電極上１をＰｔとするようにし、前記
参照電極１２により作用電極１３に一定電位を与え、酸
素の還元電流を前記対照電極１１と作用電極１３との間
を流れるようにする。このようにすると、これら各電極
間に流れる還元電流によって消費されることはなくなる
。
１１、参照電極１２からなる３極構造とし、かつ作用電
極１３および対照電極上１をＰｔとするようにし、前記
参照電極１２により作用電極１３に一定電位を与え、酸
素の還元電流を前記対照電極１１と作用電極１３との間
を流れるようにする。このようにすると、これら各電極
間に流れる還元電流によって消費されることはなくなる
。
第５図は上述した酸素センサを外部回路とともに同一基
板上に形成した実施例を示す斜視構成図である。同図に
おいて、プリント基板１６があり、このプリント基板１
６の表面には酸素センサ１５が搭載され、その搭載領域
以外の一部にはポテンシオスタット回路１４が形成され
ている。前記酸素センサ１５は第４図に示す３極構造の
もので、第６図に示すように同じシリコン基板上に作用
電極１３、対照電極１１、参照電極１２の各引き出し電
極が形成されている。この各引き出し電極はボンデング
ワイヤ１７を介して前記ポテンシオスタット回路１４に
接続されている。前記ポテンシオスタット回路１４は第
７図に示すように３つの演算増幅器１８によって形成さ
れ、図中の端子１９に０．８Ｖの電圧を印加し、対照電
極１工と作用電極１３との間に流れる酸素の還元電流を
電圧の形で端子２０に出力するようになっている。
板上に形成した実施例を示す斜視構成図である。同図に
おいて、プリント基板１６があり、このプリント基板１
６の表面には酸素センサ１５が搭載され、その搭載領域
以外の一部にはポテンシオスタット回路１４が形成され
ている。前記酸素センサ１５は第４図に示す３極構造の
もので、第６図に示すように同じシリコン基板上に作用
電極１３、対照電極１１、参照電極１２の各引き出し電
極が形成されている。この各引き出し電極はボンデング
ワイヤ１７を介して前記ポテンシオスタット回路１４に
接続されている。前記ポテンシオスタット回路１４は第
７図に示すように３つの演算増幅器１８によって形成さ
れ、図中の端子１９に０．８Ｖの電圧を印加し、対照電
極１工と作用電極１３との間に流れる酸素の還元電流を
電圧の形で端子２０に出力するようになっている。
次に上記第２図に示した酸素センサの特性について説明
する。まず、該酸素センサにおいて、シリコン酸化膜２
の膜厚を３００ｎｍ、土台３の厚さを５０μｍとした。
する。まず、該酸素センサにおいて、シリコン酸化膜２
の膜厚を３００ｎｍ、土台３の厚さを５０μｍとした。
また、陽極４はＴ ｊ ／ Ａ ｇ／ Ａ、 ｇ Ｃ］
の３３層に、陰極５はＴ ｉ ／ Ｐ ｔの２層膜にし
た。電解液６としてはこの場合電解質ゲルを用い、具体
的には、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）にＰＨ６，８
６のリン酸緩衝液１０ｍＭＫＣｌを３００溶解させた電
解液を湿潤させたものである。ガス透過膜７は厚さ１２
．５μｍのテフロン膜を用いた。このようにした酸素セ
ンサを第８図に示すフローセルに装着した。該フローセ
ルはプリント基板上６の主表面に前記酸素センサ１５を
ダイボンドし、この酸素センサＪ５の電極をワイヤ１７
を介してピン２工に取り出されている。このピン２１は
前記プリント基板１６に植設され、前記プリント基板上
６の裏面に引き出されている。そして、前記酸素センサ
１５の形成されている前記プリント基板１６の主表面に
はキャ】５ ツブ２３が形成されている。このキャップ２３ばねじ２
４によって前記プリン１〜基板１６に固定され、前記酸
素センサ１５のガス透過膜７を一側面とする流路２２が
形成されている。さらに、前記電極、ワイヤ１７、この
ワイヤエフが接続されている前記ピン２１の先端はエポ
キシ樹脂２５で保護され、前記流路２２を流れる試料の
接触を防いでいる。
の３３層に、陰極５はＴ ｉ ／ Ｐ ｔの２層膜にし
た。電解液６としてはこの場合電解質ゲルを用い、具体
的には、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）にＰＨ６，８
６のリン酸緩衝液１０ｍＭＫＣｌを３００溶解させた電
解液を湿潤させたものである。ガス透過膜７は厚さ１２
．５μｍのテフロン膜を用いた。このようにした酸素セ
ンサを第８図に示すフローセルに装着した。該フローセ
ルはプリント基板上６の主表面に前記酸素センサ１５を
ダイボンドし、この酸素センサＪ５の電極をワイヤ１７
を介してピン２工に取り出されている。このピン２１は
前記プリント基板１６に植設され、前記プリント基板上
６の裏面に引き出されている。そして、前記酸素センサ
１５の形成されている前記プリント基板１６の主表面に
はキャ】５ ツブ２３が形成されている。このキャップ２３ばねじ２
４によって前記プリン１〜基板１６に固定され、前記酸
素センサ１５のガス透過膜７を一側面とする流路２２が
形成されている。さらに、前記電極、ワイヤ１７、この
ワイヤエフが接続されている前記ピン２１の先端はエポ
キシ樹脂２５で保護され、前記流路２２を流れる試料の
接触を防いでいる。
このように構成したフローセルを第９図に示すように測
定システムの中に設置した。同図において、１００％酸
素ガスボンベ２６と１００％窒素ガスボンベ２７があり
、これら各ガスボンベから１００％酸素ガスと１００％
窒素ガスはガスミキサ２８および２９に導入されるよう
になっている。
定システムの中に設置した。同図において、１００％酸
素ガスボンベ２６と１００％窒素ガスボンベ２７があり
、これら各ガスボンベから１００％酸素ガスと１００％
窒素ガスはガスミキサ２８および２９に導入されるよう
になっている。
このガスミキサ２８および２９では、それぞれ２０％酸
素ガスおよび１０％酸素ガスが作られるようになってい
る。そして、これら各ガスはそれぞれバブラ３０及び３
１に導入されるようになっている。このバブラ３０およ
び３■の中にはＰＨ６゜８６のリン酸緩衝液がはいって
おり、ガスのバブロー リングにより２種類の異なる濃度の温存酸素を作成する
ようになっている。この各溶在酸素はバルブ３２．３３
の開閉およびしごきポンプ３４により交互にフローセル
３５に導入されるようになっている。このフローセル３
５は電源３７により陰極、陽極の間に一〇、７Ｖの電圧
が印加されており、この陰極、陽極間を流れる電流を電
流計３８で測定するようになっている。この測定値はレ
コーダ３９によって記録されるようになっている。
素ガスおよび１０％酸素ガスが作られるようになってい
る。そして、これら各ガスはそれぞれバブラ３０及び３
１に導入されるようになっている。このバブラ３０およ
び３■の中にはＰＨ６゜８６のリン酸緩衝液がはいって
おり、ガスのバブロー リングにより２種類の異なる濃度の温存酸素を作成する
ようになっている。この各溶在酸素はバルブ３２．３３
の開閉およびしごきポンプ３４により交互にフローセル
３５に導入されるようになっている。このフローセル３
５は電源３７により陰極、陽極の間に一〇、７Ｖの電圧
が印加されており、この陰極、陽極間を流れる電流を電
流計３８で測定するようになっている。この測定値はレ
コーダ３９によって記録されるようになっている。
なお、前記フローセル３５における測定後の試料溶液は
ボトル３６に保管されるようになっている。
ボトル３６に保管されるようになっている。
前記レコーダ３９による記録結果は第１０図に示したよ
うになった。時間軸に対して２０％酸素ガスと１０％酸
素ガスとの場合の出力電流を示しており、その立ち上が
り、および立ち下がりが急峻になっていることが判る。
うになった。時間軸に対して２０％酸素ガスと１０％酸
素ガスとの場合の出力電流を示しており、その立ち上が
り、および立ち下がりが急峻になっていることが判る。
したがって、応答性の良好な酸素センサが得られる。
また、第１１図は三極構造のものと二極構造のものとの
出力電流を時間軸に対して検出したグラフである。曲線
ａは三極構造のもの、曲線すは二極構造のものを示して
いる。このグラフから明らかなように三極構造のものは
出力電流が長時間流れ続は寿命が長くなる。
出力電流を時間軸に対して検出したグラフである。曲線
ａは三極構造のもの、曲線すは二極構造のものを示して
いる。このグラフから明らかなように三極構造のものは
出力電流が長時間流れ続は寿命が長くなる。
以上発明したことから明らかなように、本発明による酸
素センサは、その陰極あるいは作用電極の表面がガス透
過膜にほぼ接触していることになる。しかも、前記ガス
透過膜の支持部は前記陰極あるいは作用電極の表面より
低い位置に位置付けられているために、前記接触は確実
なものとなる。
素センサは、その陰極あるいは作用電極の表面がガス透
過膜にほぼ接触していることになる。しかも、前記ガス
透過膜の支持部は前記陰極あるいは作用電極の表面より
低い位置に位置付けられているために、前記接触は確実
なものとなる。
このため、前記陰極あるいは作用電極とガス透過膜との
間の電解液は極めて少量となり、前記ガス透過膜から拡
散してきた酸素分子が前記陰極で直ちに還元されること
になる。したがって、酸素センサの応答性を極めて速く
することができるようになる。
間の電解液は極めて少量となり、前記ガス透過膜から拡
散してきた酸素分子が前記陰極で直ちに還元されること
になる。したがって、酸素センサの応答性を極めて速く
することができるようになる。
また、いわゆる二極構造とした場合、作用電極および対
照電極の材料を耐食性の強い白金（Ｐｔ）とすることに
よって、これら各電極間に流れる還元電流によって消費
されることはなくなる。したかって、長期間の使用に際
しても安定した出力を得ることができる。
照電極の材料を耐食性の強い白金（Ｐｔ）とすることに
よって、これら各電極間に流れる還元電流によって消費
されることはなくなる。したかって、長期間の使用に際
しても安定した出力を得ることができる。
また、ガス透過膜の支持部内において、陰極あるいは作
用電極の形成領域以外の絶縁基板面が凹部の底面となっ
ているから、電解液を多量に充填でき、蒸発による該電
解液の組ｌ友の急激な変化を抑えることができる。この
ため、該電解液の組成の変化による出力のドリフトを小
さくすることができる。
用電極の形成領域以外の絶縁基板面が凹部の底面となっ
ているから、電解液を多量に充填でき、蒸発による該電
解液の組ｌ友の急激な変化を抑えることができる。この
ため、該電解液の組成の変化による出力のドリフトを小
さくすることができる。
第１図は１本発明による酸素センサの一実施例をしめず
断面構成図、第２図は、本発明による酸素センサの他の
実施例をしめず斜視構成図、第３図は、本発明による酸
素センサの他の実施例をしめず斜視構成図、第４図は、
本発明による酸素センサの他の実施例をしめず断面構成
図、第５図は、本発明による酸素センサをポテンシオス
タット回路とともに同一の基板に組み込んだ場合の一実
施例を示す斜視構成図、第６図は、第５図にしめした酸
素センサの一実施例をしめず斜視構成図、第７図は前記
ポテンシオスタット をしめす回路図、第８図は、本発明による酸素センサを
組み込んだフローセルの一実施例をしめず断面構成図、
第９図は、前記フローセルを組み込んだ測定システムの
一実施例をしめず説明図、第１０図および第１１図は、
本発明による酸素センサの効果をしめず実験グラフであ
る。 ｌ・・シリコン基板、２・・・シリコン酸化膜、３・・
・土台、４・・・陽極、５・・・陰極、６ ・電解液、
７・・・ガス透過膜、８・・エポキシ樹脂、９・・・囲
い体、１０・・凹部、１１・・・対照電極、１２・・・
参照電極、１３・・・作用電極、１４・・・ポテンシオ
スタット回路、 １５・・・酸素センサ、１７・・ワイヤ。
断面構成図、第２図は、本発明による酸素センサの他の
実施例をしめず斜視構成図、第３図は、本発明による酸
素センサの他の実施例をしめず斜視構成図、第４図は、
本発明による酸素センサの他の実施例をしめず断面構成
図、第５図は、本発明による酸素センサをポテンシオス
タット回路とともに同一の基板に組み込んだ場合の一実
施例を示す斜視構成図、第６図は、第５図にしめした酸
素センサの一実施例をしめず斜視構成図、第７図は前記
ポテンシオスタット をしめす回路図、第８図は、本発明による酸素センサを
組み込んだフローセルの一実施例をしめず断面構成図、
第９図は、前記フローセルを組み込んだ測定システムの
一実施例をしめず説明図、第１０図および第１１図は、
本発明による酸素センサの効果をしめず実験グラフであ
る。 ｌ・・シリコン基板、２・・・シリコン酸化膜、３・・
・土台、４・・・陽極、５・・・陰極、６ ・電解液、
７・・・ガス透過膜、８・・エポキシ樹脂、９・・・囲
い体、１０・・凹部、１１・・・対照電極、１２・・・
参照電極、１３・・・作用電極、１４・・・ポテンシオ
スタット回路、 １５・・・酸素センサ、１７・・ワイヤ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、絶縁基板と、この絶縁基板の主表面の少なくとも一
部を囲んで形成された囲い体と、この囲い体のほぼ中央
の前記絶縁基板上に形成された陰極と、前記囲い体と陰
極との間の前記絶縁基板上に形成された他の電極と、前
記陰極と他の電極とを覆って張設され周辺が前記囲い体
に支持されたガス透過膜と、このガス透過膜と前記囲い
体と絶縁基板との間に充填された電解液と、からなり、
前記陰極の表面は前記ガス透過膜とぼ接触しているとと
もに前記囲い体におけるガス透過膜の支持部よりも高く
位置付けられているようにしたことを特徴とする酸素セ
ンサ。 ２、絶縁基板と、この絶縁基板上のほぼ中央に形成され
た陰極と、この陰極の形成領域外の絶縁基板上に形成さ
れた他の電極と、前記陰極と他の電極とを覆って張設さ
れ周辺が前記絶縁基板に支持されたガス透過膜と、この
ガス透過膜と前記絶縁基板との間に充填された電解液と
からなり、前記陰極の表面は前記ガス透過膜とぼ接触し
ているとともに前記絶縁基板におけるガス透過膜の支持
部よりもたかく位置付けられているようにしたことを特
徴とする酸素センサ。 ３、ガス透過膜の支持部内の前記陰極の形成領域以外の
絶縁基板面が凹部底面となっている請求項第１あるいは
第２記載の酸素センサ。 ４、絶縁基板と、この絶縁基板の主表面の少なくとも一
部を囲んで形成された囲い体と、この囲い体のほぼ中央
の前記絶縁基板上に形成された作用電極と、前記囲い体
と作用電極との間の前記絶縁基板上に形成された対照電
極および参照電極と、前記作用電極、対照電極および参
照電極とを覆って張設され周辺が前記囲い体に支持され
たガス透過膜と、このガス透過膜と前記囲い体と絶縁基
板との間に充填された電解液とからなり、前記作用電極
の表面は前記ガス透過膜とぼ接触しているとともに前記
囲い体におけるガス透過膜の支持部よりも高く位置づけ
られているようにしたことを特徴とする酸素センサ。 ５、絶縁基板と、この絶縁基板上のほぼ中央に形成され
た作用電極と、この作用電極の形成領域外の絶縁基板上
に形成された対照電極および参照電極と、前記作用電極
、対照電極および参照電極とを覆って張設され周辺が前
記絶縁基板に支持されたガス透過膜と、このガス透過膜
と前記絶縁基板との間に充填された電解液とからなり、
前記陰極の表面は前記ガス透過膜とぼ接触しているとと
もに前記絶縁基板におけるガス透過膜の支持部よりも高
く位置付けられているようにしたことを特徴とする酸素
センサ。 ６、ガス透過膜の支持部内の前記作用電極の形成領域以
外の絶縁基板面が凹部底面となっている請求項第４ある
いは第５記載の酸素センサ。 ７、前記参照電極は作用電極に一定電位を与えるように
した請求項４ないし第６記載いずれかの酸素センサ。 ８、前記作用電極および対照電極はいずれも白金で形成
されている請求項第４ないし第７記載のいずれかの酸素
センサ。 ９、前記絶縁基板はシリコン基板の表面にシリコン酸化
膜を形成してなる第１ないし第８記載のいずれかの酸素
センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1324227A JPH03183943A (ja) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | 酸素センサ |
| US07/625,014 US5102525A (en) | 1989-12-14 | 1990-12-10 | Planar oxygen sensor |
| EP19900123954 EP0432757A3 (en) | 1989-12-14 | 1990-12-12 | Planar oxygen sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1324227A JPH03183943A (ja) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | 酸素センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03183943A true JPH03183943A (ja) | 1991-08-09 |
Family
ID=18163459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1324227A Pending JPH03183943A (ja) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | 酸素センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5102525A (ja) |
| EP (1) | EP0432757A3 (ja) |
| JP (1) | JPH03183943A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001281204A (ja) * | 2000-03-28 | 2001-10-10 | Dkk Corp | 隔膜式センサ |
| CN104880499A (zh) * | 2014-02-27 | 2015-09-02 | 恩智浦有限公司 | 电化学传感器 |
| JP2023121491A (ja) * | 2022-02-21 | 2023-08-31 | 国立大学法人 筑波大学 | 測定装置および測定方法 |
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| JP2512843B2 (ja) * | 1991-09-24 | 1996-07-03 | 株式会社日立製作所 | 炭酸ガスセンサ |
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| US9939401B2 (en) | 2014-02-20 | 2018-04-10 | Changsha Sinocare Inc. | Test sensor with multiple sampling routes |
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| EP4350338A1 (en) | 2022-10-06 | 2024-04-10 | Mettler-Toledo GmbH | Sensor and device for a sensor comprising gel electrolyte |
| CH721784A2 (de) * | 2024-04-30 | 2025-11-14 | Sensirion Ag | Elektrochemischer Gassensor und Verfahren |
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1989
- 1989-12-14 JP JP1324227A patent/JPH03183943A/ja active Pending
-
1990
- 1990-12-10 US US07/625,014 patent/US5102525A/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-12-12 EP EP19900123954 patent/EP0432757A3/en not_active Withdrawn
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