JPH0342566A - 電気化学的ガスセンサ用測定セル - Google Patents
電気化学的ガスセンサ用測定セルInfo
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- JPH0342566A JPH0342566A JP2170370A JP17037090A JPH0342566A JP H0342566 A JPH0342566 A JP H0342566A JP 2170370 A JP2170370 A JP 2170370A JP 17037090 A JP17037090 A JP 17037090A JP H0342566 A JPH0342566 A JP H0342566A
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Classifications
-
- 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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- G01N27/4045—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 for gases other than oxygen
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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、電気化学的ガスセンサ用測定セル゛であって
、該セルのケーシング内に電解液室が設けられておシ、
該電解液室が少なくとも１つの測定電極と対向電極を持
っており、かつ検査すべき周囲に対して、検査すべき物
質を透過しかつ電解液を保留する多孔性の膜で隔離され
ており、該膜の前方に透過孔を備える拡散バリアが周囲
に向かって支持されている形式のものに関する。
、該セルのケーシング内に電解液室が設けられておシ、
該電解液室が少なくとも１つの測定電極と対向電極を持
っており、かつ検査すべき周囲に対して、検査すべき物
質を透過しかつ電解液を保留する多孔性の膜で隔離され
ており、該膜の前方に透過孔を備える拡散バリアが周囲
に向かって支持されている形式のものに関する。
この種の測定セルは、英国特許第２０９４００５号明細
書から公知である。
書から公知である。
この公知の測定セルは、アンペロメトリック原理に基づ
き作動し、該原理によれば、膜を通って拡散するガス分
子が電解液中で電気化学的反応を開始し、その反応を測
定タップを介して電極で測定信号に処理することができ
る。ガス試料の転化率は温度に依存する、従って、セン
サの感度は温度で変化する。さらに、この温度依存性は
しばしばな）センサの使用年数に左右されてかり、かつ
また同じ種類のセンサ、すなわち特殊なガスの検出に適
するセンサの構成（電解液、電極の材料）の場合には、
なおセル毎に異っている。一定の感度を達成するために
センサを加熱しかつ一定の温度に保つことが公知である
。この方法の欠点は、そのためにエネルギが消費され、
該エネルギはたとえば携帯可能なガス測定装置の場合に
はバッテリから取り出されねばならず、従って無制限に
使用されないということにある。もう１つの公知の方法
は、適当な位置に温度センサを取シつけ、その温度信号
をアナログ方式では前増幅器で処理するかオたはデジタ
ル方式ではソフトウェア援助マイクロプロセッサで処理
し、かつ測定信号を相応して補償する（温度修正法）こ
とよシなる。この方法の欠点は、温度センサを温度の変
動の原因となる構成群の直ぐ近くに置くことができない
ことにある。この構成群は多孔性の膜と、触媒作用測定
電極と、電解液とからなっている。
き作動し、該原理によれば、膜を通って拡散するガス分
子が電解液中で電気化学的反応を開始し、その反応を測
定タップを介して電極で測定信号に処理することができ
る。ガス試料の転化率は温度に依存する、従って、セン
サの感度は温度で変化する。さらに、この温度依存性は
しばしばな）センサの使用年数に左右されてかり、かつ
また同じ種類のセンサ、すなわち特殊なガスの検出に適
するセンサの構成（電解液、電極の材料）の場合には、
なおセル毎に異っている。一定の感度を達成するために
センサを加熱しかつ一定の温度に保つことが公知である
。この方法の欠点は、そのためにエネルギが消費され、
該エネルギはたとえば携帯可能なガス測定装置の場合に
はバッテリから取り出されねばならず、従って無制限に
使用されないということにある。もう１つの公知の方法
は、適当な位置に温度センサを取シつけ、その温度信号
をアナログ方式では前増幅器で処理するかオたはデジタ
ル方式ではソフトウェア援助マイクロプロセッサで処理
し、かつ測定信号を相応して補償する（温度修正法）こ
とよシなる。この方法の欠点は、温度センサを温度の変
動の原因となる構成群の直ぐ近くに置くことができない
ことにある。この構成群は多孔性の膜と、触媒作用測定
電極と、電解液とからなっている。
この構成群に対する温度センサの熱的結合は不完全に達
成されるにすぎない。携帯可能な装置は種々異なった変
化する使用場所で使用されるので、温度飛躍が大きけれ
ば避けられない温度勾配が生じ、この温度勾配が許容で
きない偏差を生じる、それというのも測定セル内で゛の
温度の平衡が、測定過程自体のために必要であるよりも
著しく長い時間帯を必要とするからである。
成されるにすぎない。携帯可能な装置は種々異なった変
化する使用場所で使用されるので、温度飛躍が大きけれ
ば避けられない温度勾配が生じ、この温度勾配が許容で
きない偏差を生じる、それというのも測定セル内で゛の
温度の平衡が、測定過程自体のために必要であるよりも
著しく長い時間帯を必要とするからである。
従って、これらの場合には測定過程は、測定ガス温度に
対して熱的平衡の状態にない測定セルで実施される。公
知の測定セルの場合には、膜の上に周囲に向かって拡散
バリアが前置され、−面では、測定ガスの流入に対して
は鎮静効果を生じるべきであシ、他面では測定セルの特
性と結びついた拡散バリアの形態を通して拡散の流入を
制限するように考慮すべきである。
対して熱的平衡の状態にない測定セルで実施される。公
知の測定セルの場合には、膜の上に周囲に向かって拡散
バリアが前置され、−面では、測定ガスの流入に対して
は鎮静効果を生じるべきであシ、他面では測定セルの特
性と結びついた拡散バリアの形態を通して拡散の流入を
制限するように考慮すべきである。
拡散バリアを通る拡散の温度依存性が、拡散を制限する
測定装置の場合には、十分に高い精度に対する重要な影
響要因であるので、本発明の課題は、拡散バリアを通る
ガス試料の拡散能力の温度依存性を信号処理の際に考慮
に入れることができるように、冒頭に記載した形式の測
定セルを改良することであった。
測定装置の場合には、十分に高い精度に対する重要な影
響要因であるので、本発明の課題は、拡散バリアを通る
ガス試料の拡散能力の温度依存性を信号処理の際に考慮
に入れることができるように、冒頭に記載した形式の測
定セルを改良することであった。
前記課題は、拡散バリアが良好に熱を伝導する材料から
なう、透過孔の近くに周囲に向かって感温素子を備える
ことによシ解決される。
なう、透過孔の近くに周囲に向かって感温素子を備える
ことによシ解決される。
この装置では、周囲の空気にじかにさらされている拡散
バリアの温度が変化すると、この拡散バリアが最初に外
気の温度を吸収することができる。そのとき測定セル自
体は、この周囲の温度をなか吸収していないとみなされ
る。しかも、拡散バリアがなお周囲の温度を吸収してい
欧ければ、相応する透過°孔の形態では、すなわち、透
過孔の直径に比較して著しく長い透過孔の長さの場合、
透過拡散するガスは、ディスクの温度を吸収することが
できる。それによシ、拡散速度はディスクの温度により
決する。したがって、感温素子は、拡散バリアの位置で
唯一の変数として拡散速度にとって決定的である”拡散
温度”を受は取る。評価装置内での相応する信号処理に
よシ、この拡散温度を測定信号の補正のために採用する
ことができる。したがってその測定信号が測定ガス温度
に依存しないガスセンサが得られる。温度補償は、簡単
な手段でかつ確実に実施することができる。感温素子は
、拡散速度に対する温度の作用位置にじかに取付けられ
ている。したがって測定セルのほかの部分は、良好な温
度伝導性に関して設定する必要がなく、そのためにプラ
スチックからなる信頼の訟ける廉価で、かつ簡単に製造
できるケーシングを利用できる。
バリアの温度が変化すると、この拡散バリアが最初に外
気の温度を吸収することができる。そのとき測定セル自
体は、この周囲の温度をなか吸収していないとみなされ
る。しかも、拡散バリアがなお周囲の温度を吸収してい
欧ければ、相応する透過°孔の形態では、すなわち、透
過孔の直径に比較して著しく長い透過孔の長さの場合、
透過拡散するガスは、ディスクの温度を吸収することが
できる。それによシ、拡散速度はディスクの温度により
決する。したがって、感温素子は、拡散バリアの位置で
唯一の変数として拡散速度にとって決定的である”拡散
温度”を受は取る。評価装置内での相応する信号処理に
よシ、この拡散温度を測定信号の補正のために採用する
ことができる。したがってその測定信号が測定ガス温度
に依存しないガスセンサが得られる。温度補償は、簡単
な手段でかつ確実に実施することができる。感温素子は
、拡散速度に対する温度の作用位置にじかに取付けられ
ている。したがって測定セルのほかの部分は、良好な温
度伝導性に関して設定する必要がなく、そのためにプラ
スチックからなる信頼の訟ける廉価で、かつ簡単に製造
できるケーシングを利用できる。
できるだけ全般的な、拡散バリアのすべての面にわたる
温度検出を可能にするためには、感温素子を拡散バリア
の上に、かつ透過孔の１わシに案内された帯状の層とし
て施すのが有利である。それによって、拡散経過に対し
て適当な透過孔の数及び配置形式を決め、かつ温度に敏
感な層を透過孔の１わシと、その上透過孔の間に配置す
ることができる。
温度検出を可能にするためには、感温素子を拡散バリア
の上に、かつ透過孔の１わシに案内された帯状の層とし
て施すのが有利である。それによって、拡散経過に対し
て適当な透過孔の数及び配置形式を決め、かつ温度に敏
感な層を透過孔の１わシと、その上透過孔の間に配置す
ることができる。
温度に敏感な層の特に簡単な構成は、核層が拡散バリア
の上につらなる層として施され、かつ透過孔を少なくと
も一部分を覆ってかり、その際に核層は貫通孔を備えて
釦シ、該貫通孔は透過孔と一直線上にあるように配置さ
れていることによる。したがって、温度に敏感な層は、
拡散バリアの一部分として構成され、透過孔も貫通孔も
測定ガスの拡散路として作用する。このようにすれば、
温度感度とガスの拡散能力との一層緊密な結合が可能と
なる。
の上につらなる層として施され、かつ透過孔を少なくと
も一部分を覆ってかり、その際に核層は貫通孔を備えて
釦シ、該貫通孔は透過孔と一直線上にあるように配置さ
れていることによる。したがって、温度に敏感な層は、
拡散バリアの一部分として構成され、透過孔も貫通孔も
測定ガスの拡散路として作用する。このようにすれば、
温度感度とガスの拡散能力との一層緊密な結合が可能と
なる。
有利には、拡散バリアはセラミックから、かつ感温素子
は、ＮＴＣ層からつくられる。セラミック板に透過孔を
、たとえばレーザで穿孔する。
は、ＮＴＣ層からつくられる。セラミック板に透過孔を
、たとえばレーザで穿孔する。
次いでこの透過孔のまわシに厚膜技術でＮＴＣ回路網を
施すことができる。この回路網の周囲に、はんだ面を接
続し、これらのはんだ面にリード線を結合する。
施すことができる。この回路網の周囲に、はんだ面を接
続し、これらのはんだ面にリード線を結合する。
もう１つの実施態様は、薄いシリコン板に小さな透過孔
を設け（たとえば、レーザを使って穿孔するかまたはエ
ツチングによう穿孔する）、該シリコン板の上に同時に
温度センサを半導体シリコン技術で取付けることよシな
る。
を設け（たとえば、レーザを使って穿孔するかまたはエ
ツチングによう穿孔する）、該シリコン板の上に同時に
温度センサを半導体シリコン技術で取付けることよシな
る。
もう１つの有利な実施態様は、拡散バリアが金属から成
シ、かつ電気的絶縁性中間層を有し、該中間層の上に、
感温素子がＮＴＣ層として施されていることよう成る。
シ、かつ電気的絶縁性中間層を有し、該中間層の上に、
感温素子がＮＴＣ層として施されていることよう成る。
電気的絶縁層は、厚膜技術で金属製拡散バリアの上に施
されたガラス層であってよく、かつこの層の上にＮＴＣ
層が同様に厚膜または薄膜技術で施されている。透過孔
の直径は、適当な公知の処理技術、たとえば、エツチン
グ工程を伴う重イオン衝撃法を用いて、マイクロメータ
の範囲で製造することができる。
されたガラス層であってよく、かつこの層の上にＮＴＣ
層が同様に厚膜または薄膜技術で施されている。透過孔
の直径は、適当な公知の処理技術、たとえば、エツチン
グ工程を伴う重イオン衝撃法を用いて、マイクロメータ
の範囲で製造することができる。
透過孔の数と長さを、透過孔を通る測定すべきガス試料
の拡散速度が、測定電極の活性による消耗ようも明らか
に小さいように選択すれば、センサの感度はおもに拡散
バリアによって決定される。
の拡散速度が、測定電極の活性による消耗ようも明らか
に小さいように選択すれば、センサの感度はおもに拡散
バリアによって決定される。
次に図示の実施例につき本発明の詳細な説明する。
図師は断面図でかつ縮尺通りでなく、ガスセンサの測定
セルを示し、該測定セルは、ケーシング１内に電解液で
満たされた電解液室２を備えている。電解液室２には、
拡散膜４の電解室側の背部にある測定電極３および対向
電極５がある。電極３，５は、測定リード線６，７を有
し、該リード線はケーシング１を貫通案内さ札かつ図示
されていない評価装置に更に導びかれる。拡散膜４は、
検査すべきガスを含む周囲に対して、酸化アルミニウム
セラミック製拡散バリア８′によって隔離されている。
セルを示し、該測定セルは、ケーシング１内に電解液で
満たされた電解液室２を備えている。電解液室２には、
拡散膜４の電解室側の背部にある測定電極３および対向
電極５がある。電極３，５は、測定リード線６，７を有
し、該リード線はケーシング１を貫通案内さ札かつ図示
されていない評価装置に更に導びかれる。拡散膜４は、
検査すべきガスを含む周囲に対して、酸化アルミニウム
セラミック製拡散バリア８′によって隔離されている。
拡散バリア８と拡散膜４の間に測定セル前室９がある。
拡散バリア８を通って小さな透過孔１０が穿孔またはエ
ツチングによシ設けられ、該透過孔は、寸法が小さいた
めに簡単な線として描かれている。
ツチングによシ設けられ、該透過孔は、寸法が小さいた
めに簡単な線として描かれている。
周囲に向かって、拡散バリア８の上に、任意の曲がシく
ねったもしくは、からみ合った形で、温度に敏感な素子
の数個の帯状の層１１が蒸着されている。該帯状の層１
１は、透過孔１０を囲み、リード線・１２を有し、該リ
ード線は、同様にケーシング１を貫通案内され、図示さ
れて４ されていない評価装置に導びかれている。感温素子の一
部は、拡散バリア８の上で、透過孔１０の領域を一部分
覆っており、その際、この感温層の領域１３に、透過孔
１０と一直線上にある貫通孔１４が設けられている。
ねったもしくは、からみ合った形で、温度に敏感な素子
の数個の帯状の層１１が蒸着されている。該帯状の層１
１は、透過孔１０を囲み、リード線・１２を有し、該リ
ード線は、同様にケーシング１を貫通案内され、図示さ
れて４ されていない評価装置に導びかれている。感温素子の一
部は、拡散バリア８の上で、透過孔１０の領域を一部分
覆っており、その際、この感温層の領域１３に、透過孔
１０と一直線上にある貫通孔１４が設けられている。
第１図は本発明による電気化学的測定セルの１実施例の
略本断面図である。 １・・・ケーシング、２・・・電解液室、３・・・測定
電極、４・・・拡散膜、５・・・対向電極、６，７・・
・測定リード線、８・・・拡散バリア、９・・・測定セ
ル前室、１０・・・透過孔、１１，１３・・・感温素子
（帯状の層）、１２・・・リード線、１４・・・貫通孔
８・・・拡散バリア ｌ○・・・透過孔 １１．１３・・・感温素子（帯状の層）１４・・・貫通
孔
略本断面図である。 １・・・ケーシング、２・・・電解液室、３・・・測定
電極、４・・・拡散膜、５・・・対向電極、６，７・・
・測定リード線、８・・・拡散バリア、９・・・測定セ
ル前室、１０・・・透過孔、１１，１３・・・感温素子
（帯状の層）、１２・・・リード線、１４・・・貫通孔
８・・・拡散バリア ｌ○・・・透過孔 １１．１３・・・感温素子（帯状の層）１４・・・貫通
孔
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、電気化学的ガスセンサ用測定セルであつて、該セル
のケーシング内に電解液室が設けられており、該電解液
室が少なくとも１つの測定電極と対向電極を持つており
、かつ検査すべき周囲に対して、検査すべき物質を透過
しかつ電解液を保留する多孔性の膜で隔離されており、
該膜の前方に貫通孔を備えた拡散バリアが周囲に向かつ
て支持されている形式のものにおいて、拡散バリア（８
）が良好に熱を伝導する材料からなり、かつ透過孔（１
０）の近くに周囲に向かつて感温素子を装備しているこ
とを特徴とする電気化学的ガスセンサ用測定セル。 ２、感温素子が、拡散バリア（８）の上にかつその透過
孔（１０）の周囲に案内された帯状の層（１１）として
施されている請求項１記載の測定セル。 ３、層としての十分に熱を伝導する素子が、拡散バリア
（８）をその透過孔（１０）の周辺部において少なくと
も一部分覆つており、かつ層（１３）が貫通孔（１４）
を備えており、該貫通孔が透過孔（１０）と一直線上に
あるように配置されている請求項１記載の測定セル。 ４、拡散バリア（８）がセラミックからなり、かつ感温
素子（１１、１３）が、施された温度に敏感な層からな
つている請求項１から３までのいずれか１項記載の測定
セル。 ５、拡散バリア（８）が金属からなり、かつ電気絶縁性
中間層を有し、該中間層の上に温度に敏感な層としての
感温素子（１１、１３）が施されている請求項１から３
までのいずれか１項記載の測定セル。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3921526.1 | 1989-06-30 | ||
| DE3921526A DE3921526A1 (de) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | Diffusionsbarriere mit temperaturfuehler fuer einen elektrochemischen gassensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0342566A true JPH0342566A (ja) | 1991-02-22 |
Family
ID=6384019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2170370A Pending JPH0342566A (ja) | 1989-06-30 | 1990-06-29 | 電気化学的ガスセンサ用測定セル |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4988429A (ja) |
| EP (1) | EP0405435B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0342566A (ja) |
| DE (2) | DE3921526A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100980821B1 (ko) * | 2008-03-11 | 2010-09-10 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 가스 센서용 다층 구조 고체 전해질과 그 제조방법 및 이를포함하는 가스 센서 소자 |
Families Citing this family (33)
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