JPH04344456A - 炭酸ガス検知センサ - Google Patents
炭酸ガス検知センサInfo
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- JPH04344456A JPH04344456A JP3115873A JP11587391A JPH04344456A JP H04344456 A JPH04344456 A JP H04344456A JP 3115873 A JP3115873 A JP 3115873A JP 11587391 A JP11587391 A JP 11587391A JP H04344456 A JPH04344456 A JP H04344456A
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Landscapes
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質型の炭酸ガ
スセンサに関し、特に耐久性の改善に関するものである
。
スセンサに関し、特に耐久性の改善に関するものである
。
【０００２】
【従来の技術】現在開発されている固体電解質センサは
、イオン伝導体である固体電解質の両側に検知電極と基
準電極とを設けて構成されているのが普通である。この
ようなセンサを用いて雰囲気中に存在するガス成分を検
出するには、固体電解質として特定のイオンが移動する
イオン伝導体を用い、その特定のイオンと目的のガス成
分とを含む化合物をたとえば白金等の電極に対する検知
材料として用いるようにしている。
、イオン伝導体である固体電解質の両側に検知電極と基
準電極とを設けて構成されているのが普通である。この
ようなセンサを用いて雰囲気中に存在するガス成分を検
出するには、固体電解質として特定のイオンが移動する
イオン伝導体を用い、その特定のイオンと目的のガス成
分とを含む化合物をたとえば白金等の電極に対する検知
材料として用いるようにしている。
【０００３】このような原理に基づく炭酸ガスセンサと
しては、たとえばβアルミナ（一般式Ｎａ２ Ｏ ・ｎ
Ａｌ２ Ｏ ３ ，ｎ＝５〜１１）やＮＡＳＩＣＯＮ（
一般式Ｎａ１−ｘ Ｚｒ２ Ｐ ３−ｘ Ｓｉｘ Ｏ
１２） 等のナトリウムイオン伝導体を用いた例がある
。この場合、検知電極には白金の網などに炭酸ナトリウ
ムを被覆したものが用いられており、また基準電極とし
ては白金のみあるいはこれに炭酸ナトリウム等を被覆し
たうえ、これを空気または炭酸ガスの中に密封したもの
が標準的である。従って、被測定ガスとしての炭酸ガス
は上記の検知電極には接触できるが、反対側の基準電極
には接触できない状態に置かれることになる。
しては、たとえばβアルミナ（一般式Ｎａ２ Ｏ ・ｎ
Ａｌ２ Ｏ ３ ，ｎ＝５〜１１）やＮＡＳＩＣＯＮ（
一般式Ｎａ１−ｘ Ｚｒ２ Ｐ ３−ｘ Ｓｉｘ Ｏ
１２） 等のナトリウムイオン伝導体を用いた例がある
。この場合、検知電極には白金の網などに炭酸ナトリウ
ムを被覆したものが用いられており、また基準電極とし
ては白金のみあるいはこれに炭酸ナトリウム等を被覆し
たうえ、これを空気または炭酸ガスの中に密封したもの
が標準的である。従って、被測定ガスとしての炭酸ガス
は上記の検知電極には接触できるが、反対側の基準電極
には接触できない状態に置かれることになる。
【０００４】このセンサは、作動時には通常４００ 〜
６００ ℃程度の一定温度に加熱されていて、検知電極
と接触する被検ガス中の炭酸ガスの分圧に対応して検知
電極にナトリウムイオンの起電力が生じ、両電極間の起
電力の差に比例したナトリウムイオンがイオン伝導体中
を伝導するから、この起電力を測定することによって炭
酸ガス濃度が検出できるものである。
６００ ℃程度の一定温度に加熱されていて、検知電極
と接触する被検ガス中の炭酸ガスの分圧に対応して検知
電極にナトリウムイオンの起電力が生じ、両電極間の起
電力の差に比例したナトリウムイオンがイオン伝導体中
を伝導するから、この起電力を測定することによって炭
酸ガス濃度が検出できるものである。
【０００５】ところが、上記のように検知電極に炭酸ナ
トリウムを被覆し、イオン伝導体としてＮＡＳＩＣＯＮ
を使用した従来例の炭酸ガスセンサの場合には、その
起電力特性が素子温度によって大きく影響を受けるもの
であり、５５０℃以上に加熱したときにはじめて安定し
た特性を示すようになるから、耐久性が低下するにもか
かわらず素子を高温に加熱して使用するようにしていた
。
トリウムを被覆し、イオン伝導体としてＮＡＳＩＣＯＮ
を使用した従来例の炭酸ガスセンサの場合には、その
起電力特性が素子温度によって大きく影響を受けるもの
であり、５５０℃以上に加熱したときにはじめて安定し
た特性を示すようになるから、耐久性が低下するにもか
かわらず素子を高温に加熱して使用するようにしていた
。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、動作
温度をより低くしても安定した起電力特性を示し、従っ
て、より低い動作温度で精度の高い炭酸ガス濃度の検知
ができて耐久性も改善された高信頼性の炭酸ガス検知セ
ンサを提供することを目的とした。
温度をより低くしても安定した起電力特性を示し、従っ
て、より低い動作温度で精度の高い炭酸ガス濃度の検知
ができて耐久性も改善された高信頼性の炭酸ガス検知セ
ンサを提供することを目的とした。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、イオン伝導体を挟んで検知電極と基準電
極とを対設してなる炭酸ガスセンサにおいて、検知電極
用検知材料として、炭酸ナトリウムと、カルシウム、バ
リウム及びストロンチウムから選ばれた少なくとも一つ
のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭酸マグネシウム及び
過酸化バリウムから選ばれた少なくとも一つの化合物と
の混合物からなるものを用いた構成を採用した。
めに本発明は、イオン伝導体を挟んで検知電極と基準電
極とを対設してなる炭酸ガスセンサにおいて、検知電極
用検知材料として、炭酸ナトリウムと、カルシウム、バ
リウム及びストロンチウムから選ばれた少なくとも一つ
のアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭酸マグネシウム及び
過酸化バリウムから選ばれた少なくとも一つの化合物と
の混合物からなるものを用いた構成を採用した。
【０００８】本発明の炭酸ガス検知センサにおけるイオ
ン伝導体としては、たとえばβアルミナあるいはＮＡＳ
ＩＣＯＮ の焼結体等のナトリウムイオン伝導体を用い
ることができるが、これに限られるものではない。また
基準電極には、たとえば白金黒を付着した白金網や白金
蒸着膜等で形成したものが用いられ、場合によっては検
知電極と同様な材料で被覆されていてもよい。このよう
な基準電極は、ガス非透過性のカバーで覆って被検ガス
中の炭酸ガスの濃度の影響を受けないようにする。
ン伝導体としては、たとえばβアルミナあるいはＮＡＳ
ＩＣＯＮ の焼結体等のナトリウムイオン伝導体を用い
ることができるが、これに限られるものではない。また
基準電極には、たとえば白金黒を付着した白金網や白金
蒸着膜等で形成したものが用いられ、場合によっては検
知電極と同様な材料で被覆されていてもよい。このよう
な基準電極は、ガス非透過性のカバーで覆って被検ガス
中の炭酸ガスの濃度の影響を受けないようにする。
【０００９】本発明の炭酸ガス検知センサにおける検知
材料は、第１成分としての炭酸ナトリウムと、第２成分
として炭酸カルシウム、炭酸バリウム及び炭酸ストロン
チウムから選ばれた少なくとも一つの炭酸塩との混合物
と、更に第３成分として炭酸マグネシウム及び過酸化バ
リウムから選ばれた少なくとも一つの化合物を配合した
混合物を検知電極上に融着する。この際の配合割合は材
料の組合せによっても多少異なるが、耐湿性を良好なも
のとするには第１成分に対する第２成分の配合割合を多
くすることが好ましい。
材料は、第１成分としての炭酸ナトリウムと、第２成分
として炭酸カルシウム、炭酸バリウム及び炭酸ストロン
チウムから選ばれた少なくとも一つの炭酸塩との混合物
と、更に第３成分として炭酸マグネシウム及び過酸化バ
リウムから選ばれた少なくとも一つの化合物を配合した
混合物を検知電極上に融着する。この際の配合割合は材
料の組合せによっても多少異なるが、耐湿性を良好なも
のとするには第１成分に対する第２成分の配合割合を多
くすることが好ましい。
【００１０】
【作用】本発明の炭酸ガス検知センサは、ヒータに通電
して加熱した状態で被測定ガスを接触させると、ガス中
の炭酸ガスの濃度に対応した起電力が両電極間に出力さ
れる。本発明の炭酸ガス検知センサは、特定の成分を配
合してなるイオン伝導体を使用しているために、低温度
でも良好な検知出力特性を有している。
して加熱した状態で被測定ガスを接触させると、ガス中
の炭酸ガスの濃度に対応した起電力が両電極間に出力さ
れる。本発明の炭酸ガス検知センサは、特定の成分を配
合してなるイオン伝導体を使用しているために、低温度
でも良好な検知出力特性を有している。
【００１１】
【実施例】図１に本発明の炭酸ガス検知センサの構造を
示す。同図において、１は炭酸ガス検知センサ、２は検
知電極である。この検知電極２は、例えば白金黒を付着
した白金網２ａ上に検知材料層３を被覆して融着したも
のである。また、４はイオン伝導体である。５は基準電
極であって例えば白金黒を付着した白金網で形成され、
被検ガスから遮蔽するためにガラス等からなるカバー６
で覆って封止してある。なお、７はセラミック基板であ
り、８は基板の裏面に設けられた白金膜からなるヒータ
である。
示す。同図において、１は炭酸ガス検知センサ、２は検
知電極である。この検知電極２は、例えば白金黒を付着
した白金網２ａ上に検知材料層３を被覆して融着したも
のである。また、４はイオン伝導体である。５は基準電
極であって例えば白金黒を付着した白金網で形成され、
被検ガスから遮蔽するためにガラス等からなるカバー６
で覆って封止してある。なお、７はセラミック基板であ
り、８は基板の裏面に設けられた白金膜からなるヒータ
である。
【００１２】以上のように構成された炭酸ガス検知セン
サ１は、図２の測定装置のチャンバ１０の中に設置し、
ヒータ８によって加熱する。空気、酸素及び炭酸ガスを
流量計１１、１２及び１３を通して所定の濃度となるよ
う混合してチャンバ１０に供給し、検知電極２と基準電
極５との間の起電力を電圧計９で測定する。なお、１４
は被検ガスに水分を付加するための水槽で、１６は逆流
防止用のトラップ、１５は排気口である。
サ１は、図２の測定装置のチャンバ１０の中に設置し、
ヒータ８によって加熱する。空気、酸素及び炭酸ガスを
流量計１１、１２及び１３を通して所定の濃度となるよ
う混合してチャンバ１０に供給し、検知電極２と基準電
極５との間の起電力を電圧計９で測定する。なお、１４
は被検ガスに水分を付加するための水槽で、１６は逆流
防止用のトラップ、１５は排気口である。
【００１３】〔第１実施例〕炭酸ナトリウムと炭酸バリ
ウムと過酸化バリウムとをモル比で１：２：１となるよ
う混合し、加熱溶融させたのち破砕し、イオン伝導体ペ
レット（ ＮＡＳＩＣＯＮ ）４の面に設けた白金黒付
白金網２ａ上に融着して検知材料層３とした。一方、裏
面に白金をスパッタすることにより発熱抵抗線を形成し
てヒータ８としたアルミナ系セラミック基板７の上面に
、更に白金をスパッタして基準電極５を設けたものを用
意し、この上面にイオン伝導体ペレット４を載せたのち
ヒータ８に通電してペレット４を融着固定し、更に基準
電極５を設けたペレット部分の周りにアルミナ系無機耐
熱塗料を塗布して雰囲気ガスに対するシールを行って、
図１のように構成された本発明の炭酸ガス検知センサＡ
を得た。
ウムと過酸化バリウムとをモル比で１：２：１となるよ
う混合し、加熱溶融させたのち破砕し、イオン伝導体ペ
レット（ ＮＡＳＩＣＯＮ ）４の面に設けた白金黒付
白金網２ａ上に融着して検知材料層３とした。一方、裏
面に白金をスパッタすることにより発熱抵抗線を形成し
てヒータ８としたアルミナ系セラミック基板７の上面に
、更に白金をスパッタして基準電極５を設けたものを用
意し、この上面にイオン伝導体ペレット４を載せたのち
ヒータ８に通電してペレット４を融着固定し、更に基準
電極５を設けたペレット部分の周りにアルミナ系無機耐
熱塗料を塗布して雰囲気ガスに対するシールを行って、
図１のように構成された本発明の炭酸ガス検知センサＡ
を得た。
【００１４】〔第１比較例〕炭酸ナトリウムと炭酸バリ
ウムとを、モル比で１：２となるよう混合して検知材料
とした他は第１実施例と同様にして、比較例の炭酸ガス
検知センサａを得た。
ウムとを、モル比で１：２となるよう混合して検知材料
とした他は第１実施例と同様にして、比較例の炭酸ガス
検知センサａを得た。
【００１５】第１実施例の炭酸ガス検知センサＡについ
て、素子温度を４５０℃として炭酸ガス濃度を変化させ
て検知出力特性を測定し、その結果を図３に示した。ま
た第１比較例の炭酸ガス検知センサａについても、素子
温度を５５０℃及び４５０℃とした他は全く同様にして
検知出力特性を測定し、その結果を図３に併せて示した
。この結果から、比較例の炭酸ガス検知センサは素子温
度が低下すると検知出力が低下するのに対し、本発明の
炭酸ガス検知センサは素子温度が低くても検知出力が高
いことがわかる。
て、素子温度を４５０℃として炭酸ガス濃度を変化させ
て検知出力特性を測定し、その結果を図３に示した。ま
た第１比較例の炭酸ガス検知センサａについても、素子
温度を５５０℃及び４５０℃とした他は全く同様にして
検知出力特性を測定し、その結果を図３に併せて示した
。この結果から、比較例の炭酸ガス検知センサは素子温
度が低下すると検知出力が低下するのに対し、本発明の
炭酸ガス検知センサは素子温度が低くても検知出力が高
いことがわかる。
【００１６】〔第２実施例〕炭酸ナトリウムと炭酸バリ
ウムと炭酸マグネシウムとを、モル比で１：２：１とな
るよう混合して検知材料とした他は第１実施例と同様に
して、本発明の炭酸ガス検知センサＢを得た。
ウムと炭酸マグネシウムとを、モル比で１：２：１とな
るよう混合して検知材料とした他は第１実施例と同様に
して、本発明の炭酸ガス検知センサＢを得た。
【００１７】第２実施例の炭酸ガス検知センサＢについ
て、素子温度を５００℃とした他は上記と全く同様にし
て検知出力特性を測定し、その結果を図４に示した。ま
た第１比較例の炭酸ガス検知センサａについても、素子
温度を５５０℃及び５００℃とした他は全く同様にして
検知出力特性を測定し、その結果を図４に併せて示した
。この結果を見ると、本発明の炭酸ガス検知センサは素
子温度が低くても検知出力が高いことがわかる。
て、素子温度を５００℃とした他は上記と全く同様にし
て検知出力特性を測定し、その結果を図４に示した。ま
た第１比較例の炭酸ガス検知センサａについても、素子
温度を５５０℃及び５００℃とした他は全く同様にして
検知出力特性を測定し、その結果を図４に併せて示した
。この結果を見ると、本発明の炭酸ガス検知センサは素
子温度が低くても検知出力が高いことがわかる。
【００１８】〔第３実施例〕炭酸ナトリウムと炭酸スト
ロンチウムと炭酸マグネシウムとを、モル比で１：２：
１となるよう混合して検知材料とした他は第１実施例と
同様にして、本発明の炭酸ガス検知センサＣを得た。
ロンチウムと炭酸マグネシウムとを、モル比で１：２：
１となるよう混合して検知材料とした他は第１実施例と
同様にして、本発明の炭酸ガス検知センサＣを得た。
【００１９】〔第２比較例〕炭酸ナトリウムと炭酸スト
ロンチウムとを、モル比で１：２となるよう混合して検
知材料とした他は第１実施例と同様にして、比較例の炭
酸ガス検知センサｂを得た。
ロンチウムとを、モル比で１：２となるよう混合して検
知材料とした他は第１実施例と同様にして、比較例の炭
酸ガス検知センサｂを得た。
【００２０】第３実施例の炭酸ガス検知センサＣについ
て、素子温度を５００℃とした他は上記と全く同様にし
て検知出力特性を測定し、その結果を図５に示した。ま
た第２比較例の炭酸ガス検知センサｂについても、素子
温度を５５０℃及び５００℃とした他は全く同様にして
検知出力特性を測定し、その結果を図５に併せて示した
。この結果を見ると、本発明の炭酸ガス検知センサは素
子温度が低くても検知出力が高いことがわかる。
て、素子温度を５００℃とした他は上記と全く同様にし
て検知出力特性を測定し、その結果を図５に示した。ま
た第２比較例の炭酸ガス検知センサｂについても、素子
温度を５５０℃及び５００℃とした他は全く同様にして
検知出力特性を測定し、その結果を図５に併せて示した
。この結果を見ると、本発明の炭酸ガス検知センサは素
子温度が低くても検知出力が高いことがわかる。
【００２１】〔第４実施例〕炭酸ナトリウムと炭酸カル
シウムと過酸化バリウムとをモル比で１：２：１となる
よう混合して検知材料とした他は第１実施例と同様にし
て、本発明の炭酸ガス検知センサＤを得た。
シウムと過酸化バリウムとをモル比で１：２：１となる
よう混合して検知材料とした他は第１実施例と同様にし
て、本発明の炭酸ガス検知センサＤを得た。
【００２２】〔第３比較例〕炭酸ナトリウムと炭酸カル
シウムとを、モル比で１：２となるよう混合して検知材
料とした他は第１実施例と同様にして、比較例の炭酸ガ
ス検知センサｃを得た。
シウムとを、モル比で１：２となるよう混合して検知材
料とした他は第１実施例と同様にして、比較例の炭酸ガ
ス検知センサｃを得た。
【００２３】第４実施例の炭酸ガス検知センサＤについ
て、素子温度を５００℃とした他は上記と全く同様にし
て検知出力特性を測定し、その結果を図６に示した。ま
た第２比較例の炭酸ガス検知センサｃについても、素子
温度を５５０℃及び５００℃とした他は全く同様にして
検知出力特性を測定し、その結果を図６に併せて示した
。この結果を見ると、本発明の炭酸ガス検知センサは素
子温度が低くても検知出力が高いことがわかる。
て、素子温度を５００℃とした他は上記と全く同様にし
て検知出力特性を測定し、その結果を図６に示した。ま
た第２比較例の炭酸ガス検知センサｃについても、素子
温度を５５０℃及び５００℃とした他は全く同様にして
検知出力特性を測定し、その結果を図６に併せて示した
。この結果を見ると、本発明の炭酸ガス検知センサは素
子温度が低くても検知出力が高いことがわかる。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、本発明の炭酸ガス検知セ
ンサは比較的に低温度で精度の良い検知ができ、更には
効率よく素子を加熱することができるために消費電力が
少なくて済み、従って長寿命であり、また構造が簡単で
製造が容易であるという利点がある。
ンサは比較的に低温度で精度の良い検知ができ、更には
効率よく素子を加熱することができるために消費電力が
少なくて済み、従って長寿命であり、また構造が簡単で
製造が容易であるという利点がある。
【図１】本発明の炭酸ガス検知センサの構成図である。
【図２】炭酸ガス検知センサの検知出力特性測定装置の
構成図である。
構成図である。
【図３】本発明の第１実施例の炭酸ガス検知センサＡ及
び第１比較例の炭酸ガス検知センサａの、炭酸ガス濃度
に対する検知出力特性図である。
び第１比較例の炭酸ガス検知センサａの、炭酸ガス濃度
に対する検知出力特性図である。
【図４】本発明の第２実施例の炭酸ガス検知センサＢ及
び第１比較例の炭酸ガス検知センサａの、炭酸ガス濃度
に対する検知出力特性図である。
び第１比較例の炭酸ガス検知センサａの、炭酸ガス濃度
に対する検知出力特性図である。
【図５】本発明の第３実施例の炭酸ガス検知センサＣ及
び第２比較例の炭酸ガス検知センサｂの、炭酸ガス濃度
に対する検知出力特性図である。
び第２比較例の炭酸ガス検知センサｂの、炭酸ガス濃度
に対する検知出力特性図である。
【図６】本発明の第４実施例の炭酸ガス検知センサＤ及
び第３比較例の炭酸ガス検知センサｃの、炭酸ガス濃度
に対する検知出力特性図である。
び第３比較例の炭酸ガス検知センサｃの、炭酸ガス濃度
に対する検知出力特性図である。
１ 検知素子２
検知電極２ａ
白金網 ３ 検知材料層４
イオン伝導体ペレット５
基準電極６
カバー７ セラミ
ック基板８ ヒータ９
電圧計１０
チャンバ１１，１２，１３ 流量計
検知電極２ａ
白金網 ３ 検知材料層４
イオン伝導体ペレット５
基準電極６
カバー７ セラミ
ック基板８ ヒータ９
電圧計１０
チャンバ１１，１２，１３ 流量計
Claims (1)
- 【請求項１】 イオン伝導体を挟んで検知電極と基準
電極とを対設してなる炭酸ガスセンサにおいて、検知電
極用検知材料として、炭酸ナトリウムと、カルシウム、
バリウム及びストロンチウムから選ばれた少なくとも一
つのアルカリ土類金属の炭酸塩と、炭酸マグネシウム及
び過酸化バリウムから選ばれた少なくとも一つの化合物
との混合物からなるものを用いたことを特徴とする炭酸
ガス検知センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3115873A JP2974088B2 (ja) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | 炭酸ガス検知センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3115873A JP2974088B2 (ja) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | 炭酸ガス検知センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04344456A true JPH04344456A (ja) | 1992-12-01 |
| JP2974088B2 JP2974088B2 (ja) | 1999-11-08 |
Family
ID=14673277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3115873A Expired - Fee Related JP2974088B2 (ja) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | 炭酸ガス検知センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2974088B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7006926B2 (en) | 2003-02-07 | 2006-02-28 | Tdk Corporation | Carbon dioxide sensor |
-
1991
- 1991-05-21 JP JP3115873A patent/JP2974088B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2974088B2 (ja) | 1999-11-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990727 |
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