JPH04320956A - βアルミナとジルコニア固体電解質よりなる結合型ガスセンサー - Google Patents

βアルミナとジルコニア固体電解質よりなる結合型ガスセンサー

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JPH04320956A
JPH04320956A JP3088930A JP8893091A JPH04320956A JP H04320956 A JPH04320956 A JP H04320956A JP 3088930 A JP3088930 A JP 3088930A JP 8893091 A JP8893091 A JP 8893091A JP H04320956 A JPH04320956 A JP H04320956A
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JP
Japan
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solid electrolyte
alumina
gas
zirconia solid
partial pressures
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Pending
Application number
JP3088930A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Kano
鹿野 弘
Koji Aida
広治 合田
Yasutaka Iguchi
泰孝 井口
Naoyuki Narishima
尚之 成島
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Krosaki Harima Corp
Original Assignee
Kurosaki Refractories Co Ltd
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Publication date
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、混合ガス中のCOとC
O2 それにO2 の分圧を同時に求めることができる
ガスセンサーに関する。
【0002】
【従来の技術】燃焼ガス中のCOとCO2 とO2 分
圧の測定は、燃焼状態を監視し制御するために重要であ
る。
【0003】従来、O2 濃度の測定には、例えば、昭
和61年4月1日  株式会社フジ・テクノシステム 
 「化学センサ実用便覧」  第165頁〜第170頁
、昭和63年3月28日  社団法人日本鉄鋼協会  
「鉄鋼業におけるセンサ技術」  第29頁〜第56頁
等に記載されているように、ジルコニア固体電解質セン
サーが広く用いられており、COとCO2 濃度の測定
にはNa−βアルミナやNASICON(Na3 Zr
2 PSi2 O12) といったNaイオン伝導性を
示す固体電解質を利用したセンサーや半導体センサー、
質量分析装置、赤外線ガス分析装置、磁気力式ガス分析
装置、ガスクロマトグラフィーが用いられている。
【0004】また、高温冶金プロセスの雰囲気中のCO
,CO2 とO2 分圧の決定は、製品のプロセスコン
トロールと品質コントロールのために必要である。特に
、製鋼プロセスにおいて、BOF,二次精錬炉とCCタ
ンディッシュのガス組成の情報は、脱炭,二次燃焼,再
酸化と窒素コントロールを考える上で重要である。
【0005】しかしながら、上記それぞれのセンサーや
分析装置の中で、被測定ガスが流れている場所に直接設
置できるのはジルコニアO2 センサーとNa−βアル
ミナやNASICON(Na3 Zr2 PSi2 O
12) のNaイオン伝導性を示す固体電解質を利用し
たセンサーだけであり、その他のものはサンプリングタ
イプのガス分析装置である。サンプリングしてから分析
する場合には、サンプリングチューブ内でのガスの解離
,析出等ガスの何等かの副次反応、チューブとの吸着反
応、また、チューブからのガスの漏洩等によって実際の
ガス組成と測定値が大きく異なる場合があり、被測定ガ
スが流れている場所に直接設置する方法と比べると応答
性が低下する問題点がある。
【0006】また、質量分析装置,赤外線ガス分析装置
,磁気力式ガス分析装置とガスクロマトグラフィーによ
る測定は、装置が高価であり、操作が複雑である。Na
イオン伝導性を示す固体電解質を利用したセンサーには
、Naの蒸発のために、高温での使用に耐えないという
欠点がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明において解決す
べき課題は、高温冶金設備にも設置でき、しかもCOと
CO2 それにO2 分圧を同時にしかも高い精度で検
知できるガスセンサーを完成することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、M−βアルミ
ナ固体電解質部とジルコニア固体電解質部それに測温部
によって構成されており、且つ、前記M−βアルミナ固
体電解質部と、前記ジルコニア固体電解質部とがそれぞ
れ、
【0009】
【化3】
【0010】
【化4】
【0011】の電気化学セルを形成してなることを特徴
とする。
【0012】そして、前記MはSr,Ba、Meは電極
、(I)はアノードすなわち作用電極、そして、(II
)はカソードすなわち参照電極をそれぞれ意味し、さら
に、βアルミナ固体電解質部はM2+イオン伝導体βア
ルミナからなるものである。
【0013】
【作用】本発明はSr、Ba−βアルミナ固体電解質を
用いたCO2 濃度セルと、ジルコニア固体電解質を用
いたO2 濃度セルを結合して使用するもので、Sr,
Ba−βアルミナ固体電解質部とジルコニア固体電解質
部それに測温部によってセンサーを構成しており、その
Sr,Ba−βアルミナ固体電解質部とジルコニア固体
電解質部とにおいて形成されている電気化学セルにおけ
る起電力と温度とから、混合ガス中のCOとCO2 そ
れにO2 分圧を同時に求めることができる。
【0014】CO2 濃度セルとして、形成された
【0
015】
【化5】
【0016】からなる電気化学セルは、カソードに参照
ガスとして所定分圧のCO2 −O2 混合ガスを導入
し、アノードでのCOとCO2 とO2 の分圧を測定
する。
【0017】電解質の両面にMCO3 を形成あるいは
塗布しておけば、次の反応が生じる。     MCO3 +CO(I)=M2++2CO2 
(I)+2e−               ■カソ
ードの反応は、     M2++CO2 (II)+(1/2)O2 
(II)+2e− =MCO3       ■したが
って、全体のセル反応は次のように示される。
【0018】     CO2 (II)+(1/2)O2 (II)
+CO(I)=2CO2 (I)  ■さらに、CO2
 濃度セルの起電力のNernstの式は次のようにな
る。
【0019】     E=−(ΔG0 co2 −ΔG0 co)/
2F−(RT/2F)1n(Pco2 (I)2 /(
Pco(I)・Pco2 (II)・Po2 (II)
1/2 ))    ■ここで、ΔG0 co2 とΔ
G0 coはそれぞれCO2 とCOの標準生成自由エ
ネルギーであり、Fはファラデー定数、Rは気体定数、
Tは絶対温度である。
【0020】もしカソードのPco2 (II)とPo
2 (II)が既知であれば、測定される起電力と温度
および熱力学データ集に基づくΔG0 co2 とΔG
0 coよりPco2 (I)2 /Pco(I)の値
が与えられる。
【0021】O2 濃度セルにおいては、次の電気化学
セルを構成する。
【0022】
【化6】
【0023】そして、アノード,カソードと全体として
の反応は次のように表される。
【0024】 CO(I)+O2−=CO2 (I)+2e− ■(1
/2)O2 (II)+2e− =O2−      
                        ■ CO(I)+(1/2)O2 (II)=CO2 (I
)■さらに、このセルの起電力は次のように与えられる
。
【0025】     E=−(ΔG0 co2 −ΔG0 co)/
2F−(RT/2F)1n(Pco2 (I)/(Pc
o(I)・Po2 (II)1/2 ))      
                ■測定される起電力
と温度から、カソードの既知のPo2 (II)に対応
するPco2 (I)/Pco(I)が得られる。
【0026】したがって、二つのセルのアノードに同じ
被測定ガスを導入するならば、二つのセルの起電力から
COとCO2 の分圧を計算することができる。CO−
CO2 混合ガス中のO2 分圧は勿論、ジルコニア固
体電解質を用いたO2 濃度セルの起電力から得られる
。
【0027】
【実施例】図1は本発明の基本構成を示す図で、1はS
r,Ba−βアルミナ固体電解質を示し、2は多孔質電
極、3はリード線、4はSr−βアルミナの場合はSr
CO3 あるいはBa−βアルミナの場合はBaCO3
 、5は参照ガス導入管、6は参照ガス(CO2 +O
2 )、7はジルコニア固体電解質、8は多孔質電極、
9はリード線、10は参照ガス導入管、11は参照ガス
(O2 +不活性ガス)、12は熱電対、13はガス不
透過性絶縁管を示す。
【0028】最初にM−βアルミナ固体電解質(M2+
イオン伝導体βアルミナ:M=Sr,Ba)部について
説明する。
【0029】M−βアルミナ製の端封管1の内外面に多
孔質電極2を形成し、表面にMCO3 4を接触させる
。 M−βアルミナ固体電解質1としては、単結晶あるいは
焼結体を用いることができ、ガス不透過性であることが
望ましい。多孔質電極2としては、たとえばPtペース
トを焼き付けたものが好ましく、MCO3 4は焼結し
たMCO3 ペレットを張り付けたり、MCO3 ペー
ストを塗布することが好ましい。M−βアルミナ製の端
封管1の内部には、参照ガス6として既知の分圧のCO
2 とO2 の混合ガスを導入する。この場合、参照ガ
ス導入管5を用いて、参照ガス6を多孔質電極2とMC
O3 4の近くまで導入することが望ましい。この電気
化学セルによる起電力は、M−βアルミナ製の端封管1
の内外面の多孔質電極2に接続したリード線3間の電圧
を測定することによって得られる。
【0030】ジルコニア固体電解質部は、従来のジルコ
ニア酸素センサーと同じ構造であり、ジルコニア固体電
解質製の端封管7の内外面に多孔質電極8を形成し、内
部に参照ガス11として既知の分圧のO2 と不活性ガ
スの混合ガスを導入する。多孔質電極8としては、たと
えばPtペーストを焼き付けたものが好ましく、参照ガ
ス11としては、乾燥空気を用いても良い。参照ガス1
1は参照ガス導入管10を用いて、多孔質電極8の近く
まで導入することが望ましい。この電気化学セルによる
起電力は、ジルコニア固体電解質製の端封管7の内外面
の多孔質電極8に接続したリード線9間の電圧を測定す
ることによって得られる。
【0031】測温は図1に示したように熱電対12を用
いることが望ましいが、光温度計,放射温度計等を使用
してもよい。
【0032】また、図1は代表的構造を示すものであり
、種々の変更例があり、例えば、M−βアルミナ固体電
解質とジルコニア固体電解質が端封管形状である必要は
ない。基本的に前記のM−βアルミナ固体電解質部の電
気化学セルとジルコニア固体電解質部の電気化学セルを
満足する構造であればよい。
【0033】MgOをMO:Al2 O3 :MgO=
1:6:0.7(M=Sr,Ba)の比率になるように
添加し、1750℃で焼結して得たSr−βアルミナ固
体電解質、あるいはBa−βアルミナ固体電解質を用い
て図1に示したセンサーを構成し、CO−CO2 −O
2 ガスのPco,Pco2 ,Po2 を測定した結
果を表1に示す。
【0034】
【表1】
【0035】以上説明したように、本発明によれば、M
−βアルミナ固体電解質(M2+イオン伝導体βアルミ
ナ:M=Sr,Ba)部、ジルコニア固体電解質部と測
温部によってセンサーを構成することによって、被測定
ガス中のCO,CO2 とO2 分圧を同時に、簡便に
かつ経済的に測定することが可能となる。
【0036】
【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏すること
ができる。
【0037】(1)本発明のガスセンサーは被測定ガス
が流れている雰囲気中に直接設置することができる。
【0038】(2)本発明で用いているSr,Ba−β
アルミナ固体電解質、すなわち、M2+イオン伝導体β
アルミナは、アルカリ土類金属イオンが伝導体であるの
で、Na−βアルミナやNASICON(Na3 Zr
2 PSi2 O12) といったNaイオン伝導性を
示す固体電解質を利用したセンサーと比べて、高温まで
安定して使用でき、更に経済性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本構成を示す図である。
【符号の説明】
1  Sr−βアルミナ固体電解質あるいはBa−βア
ルミナ固体電解質 2  多孔質電極 3  リード線 4  Sr−βアルミナの場合はSrCO3 あるいは
Ba−βアルミナの場合はBaCO3  5  参照ガス導入管 6  参照ガス(CO2 +O2 ) 7  ジルコニア固体電解質 8  多孔質電極 9  リード線 10  参照ガス導入管 11  参照ガス(O2 +不活性ガス)12  熱電
対 13  ガス不透過性絶縁管

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  M−βアルミナ固体電解質(M2+イ
    オン伝導体βアルミナ:M=Sr,Ba)部、ジルコニ
    ア固体電解質部と測温部によって構成されており、M−
    βアルミナ固体電解質とジルコニア固体電解質において
    それぞれ、 【化1】 【化2】 ここで、M:Sr,Ba Me:電極 (I) :アノード(作用電極) (II) :カソード(参照電極) なる電気化学セルを構成し、その起電力と温度から、混
    合ガス中のCO,CO2 とO2 分圧を同時に求める
    ことを特徴とするガスセンサー。
JP3088930A 1991-04-20 1991-04-20 βアルミナとジルコニア固体電解質よりなる結合型ガスセンサー Pending JPH04320956A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994016318A1 (en) * 1993-01-12 1994-07-21 Cookson Group Plc Sensors for the analysis of molten metals
DE4412540A1 (de) * 1994-03-02 1995-09-07 Max Planck Gesellschaft Referenzelektrode für galvanische Zellen mit einem kationenleitenden Festelektrolyten
WO1995023965A1 (de) * 1994-03-02 1995-09-08 Max-Planck-Gesellschaft Zur Förderung Der Wissenschaften E.V. Berlin, De Referenzelektrode für galvanische zellen mit einem kationenleitenden festelektrolyten
CN100363740C (zh) * 2005-09-14 2008-01-23 北京科技大学 一种双固体电解质co2传感器及其制备方法
DE202013103647U1 (de) 2013-08-12 2013-09-02 Aspect Imaging Ltd. Ein System zum Online-Messen und Steuern von O2-Fraktion, CO-Fraktion und CO2-Fraktion

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994016318A1 (en) * 1993-01-12 1994-07-21 Cookson Group Plc Sensors for the analysis of molten metals
AU670356B2 (en) * 1993-01-12 1996-07-11 Cookson Group Plc Sensors for the analysis of molten metals
US5656143A (en) * 1993-01-12 1997-08-12 Cookson Group Plc Sensors for the analysis of molten metals
DE4412540A1 (de) * 1994-03-02 1995-09-07 Max Planck Gesellschaft Referenzelektrode für galvanische Zellen mit einem kationenleitenden Festelektrolyten
WO1995023965A1 (de) * 1994-03-02 1995-09-08 Max-Planck-Gesellschaft Zur Förderung Der Wissenschaften E.V. Berlin, De Referenzelektrode für galvanische zellen mit einem kationenleitenden festelektrolyten
CN100363740C (zh) * 2005-09-14 2008-01-23 北京科技大学 一种双固体电解质co2传感器及其制备方法
DE202013103647U1 (de) 2013-08-12 2013-09-02 Aspect Imaging Ltd. Ein System zum Online-Messen und Steuern von O2-Fraktion, CO-Fraktion und CO2-Fraktion

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