JPH0472184B2 - - Google Patents
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- JPH0472184B2 JPH0472184B2 JP57093374A JP9337482A JPH0472184B2 JP H0472184 B2 JPH0472184 B2 JP H0472184B2 JP 57093374 A JP57093374 A JP 57093374A JP 9337482 A JP9337482 A JP 9337482A JP H0472184 B2 JPH0472184 B2 JP H0472184B2
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- ceramic
- electrodes
- ceramic plug
- plug
- electrode
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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
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は酸素濃度検出器に関するものである。
従来、この種の酸素濃度検出器として、特開昭
56−130649号公報に開示されたものがある。これ
は第１図に示す構造を有している。これについて
説明すると、１はペレツト状の酸素イオン伝導性
セラミツク例えばZrO2−Y2O3よりなる素子で、
両面にPt電極４をもち、中空セラミツク管２の
両端にシール材３例えばガラスフリツト、又はセ
ラミツクにかわなどにより接着、シールされてい
る。５はPtリード線で、一方は外側電極４、他
方はセラミツク管２に開けた小孔（図示しない）
を通して内側電極４に接続してある。６はセラミ
ツク管２の内外の間のO2拡散移動を可能にする
ため設けた小孔で、例えば直径10-1mm程度の径を
有している。
56−130649号公報に開示されたものがある。これ
は第１図に示す構造を有している。これについて
説明すると、１はペレツト状の酸素イオン伝導性
セラミツク例えばZrO2−Y2O3よりなる素子で、
両面にPt電極４をもち、中空セラミツク管２の
両端にシール材３例えばガラスフリツト、又はセ
ラミツクにかわなどにより接着、シールされてい
る。５はPtリード線で、一方は外側電極４、他
方はセラミツク管２に開けた小孔（図示しない）
を通して内側電極４に接続してある。６はセラミ
ツク管２の内外の間のO2拡散移動を可能にする
ため設けた小孔で、例えば直径10-1mm程度の径を
有している。
第１図においてセラミツク管２の両端に設けた
２つのセル（電極４と素子１）は、一方が固体電
気化学ポンプ動作セルＰ、他方が固体電気化学セ
ンサセルＳであり、それぞれ異なる働きをする。
即ち、Ｐはポンプ動作電流Ipが流れることにより
セラミツク管２内から素子１を通して酸素（以下
O2と略す）の排出を行ない、Ｓはその結果生じ
た管２の内外のO2分圧差による濃淡起電力Vsを
発生する。さて、ＰにあるIpを強制的に流すと、
ポンプ作用によつて管２の外に排出されるO2量
と小孔６を通つて管２内に拡散するO2量との間
に平衡状態が達成される。そのとき、Ｓに生じる
起電力（Vs）は管２の外界O2分圧PA、管２内の
O2分圧Pvによりネルンストの式から Vs＝（RT／4F）ln（PA／Pv） （式１） と表わされる。また、一方Ipは小孔６によるＯ拡
散の特徴を表わす係数σLによつて Ip＝σL（PA−PV） （式２） となる。上記２つの式から Ip＝PAσL〔１−exp（−4FVs／RT）〕 （式３） なる関係式が成立するため、Vsを一定にするよ
うなIpは一定温度でPAに対してリニア関係をも
ち、Ipの測定により外界O2分圧PAが検出できる。
例えばVsを15ｍＶと一定にし、かつ雰囲気温度
を800℃と一定にして窒素ガスをキヤリアガスと
すると第２図のごとくになる。
２つのセル（電極４と素子１）は、一方が固体電
気化学ポンプ動作セルＰ、他方が固体電気化学セ
ンサセルＳであり、それぞれ異なる働きをする。
即ち、Ｐはポンプ動作電流Ipが流れることにより
セラミツク管２内から素子１を通して酸素（以下
O2と略す）の排出を行ない、Ｓはその結果生じ
た管２の内外のO2分圧差による濃淡起電力Vsを
発生する。さて、ＰにあるIpを強制的に流すと、
ポンプ作用によつて管２の外に排出されるO2量
と小孔６を通つて管２内に拡散するO2量との間
に平衡状態が達成される。そのとき、Ｓに生じる
起電力（Vs）は管２の外界O2分圧PA、管２内の
O2分圧Pvによりネルンストの式から Vs＝（RT／4F）ln（PA／Pv） （式１） と表わされる。また、一方Ipは小孔６によるＯ拡
散の特徴を表わす係数σLによつて Ip＝σL（PA−PV） （式２） となる。上記２つの式から Ip＝PAσL〔１−exp（−4FVs／RT）〕 （式３） なる関係式が成立するため、Vsを一定にするよ
うなIpは一定温度でPAに対してリニア関係をも
ち、Ipの測定により外界O2分圧PAが検出できる。
例えばVsを15ｍＶと一定にし、かつ雰囲気温度
を800℃と一定にして窒素ガスをキヤリアガスと
すると第２図のごとくになる。
このように従来のものでは、セラミツク管２の
小孔６を経て該セラミツク管２内に拡散するO2
量と素子１の内部を経てセラミツク管２の外に排
出されるO2量との平衡状態を利用している。
小孔６を経て該セラミツク管２内に拡散するO2
量と素子１の内部を経てセラミツク管２の外に排
出されるO2量との平衡状態を利用している。
従つて、セラミツク管２の小孔６以外からO2
がセラミツク管２内に拡散するのを回避しなけれ
ば、第２図に示す特性に変動を与えてしまい、正
確なO2濃度を検出することはできない。
がセラミツク管２内に拡散するのを回避しなけれ
ば、第２図に示す特性に変動を与えてしまい、正
確なO2濃度を検出することはできない。
このため、セラミツク管２は気孔をもたないよ
うに製作されているが、素子１はセラミツク管２
に接合された構成であるので、周囲の温度条件が
急激な冷熱サイクルを繰り返すものであつたり、
例えば900℃程度の高温度であると、素子１とセ
ラミツク管２とをシール接合しているシール材３
が変質したり、亀裂を生じたりしてシール不良を
来すことがある。また、製造時によつてもシール
不良を生じやすい。それ故、シール不良によつて
不必要なO2がセラミツク管２内に拡散すること
になり、特性の変動を来たすことになる。
うに製作されているが、素子１はセラミツク管２
に接合された構成であるので、周囲の温度条件が
急激な冷熱サイクルを繰り返すものであつたり、
例えば900℃程度の高温度であると、素子１とセ
ラミツク管２とをシール接合しているシール材３
が変質したり、亀裂を生じたりしてシール不良を
来すことがある。また、製造時によつてもシール
不良を生じやすい。それ故、シール不良によつて
不必要なO2がセラミツク管２内に拡散すること
になり、特性の変動を来たすことになる。
そこで、本発明は上記の点に鑑みて案出された
ものであつて、不必要なO2の拡散を防ぐことを
目的とするものである。
ものであつて、不必要なO2の拡散を防ぐことを
目的とするものである。
以下本発明を具体的実施例により詳細に説明す
る。第３図において、７はコツプ状の酸素イオン
伝導性金属酸化物より成る素子で、例えば95モル
ZrO2−５モルY2O3より成る。なお、素子７は外
径６mm、肉厚0.6mm、全長10mm程度の寸法を有し
ている。８は素子７と同材質で仮焼成時に素子７
と密着するような形状に整形された円柱状のセラ
ミツク栓である。９は素子７と同材質の粉末スラ
リーを流し込み焼成によりかためた充填材で素子
７の内側のセラミツク栓に隣接するように配置す
ることによつて、栓８と素子７との密閉をより強
固にするとともに後述する内側リード線の固着を
行なつている。１０，１１は触媒作用を有する
Ptペーストの塗布焼付により形成した多孔質な
電極で、素子７の内側、外側に設けてあり、互い
の組の電極１０，１１は短絡しないよう形状は半
円形である。１２，１３はPt金属リード線で、
上記電極１０，１１の外側電極部に無機接着材に
より接続されている。１４，１５はリード部分で
あり、Ptペーストの塗布焼付けにより形成した
ものである。このリード部分１４，１５は電極１
０，１１の内側電極部に電気的に導通し、かつリ
ード線１７，１８に電気的に導通している。１６
は素子７の内、外の間のO2拡散移動をはかるた
めに設けた例えば直径0.2mm程度の酸素拡散孔で
ある。上記リード線１７，１８はPt金属より成
る。
る。第３図において、７はコツプ状の酸素イオン
伝導性金属酸化物より成る素子で、例えば95モル
ZrO2−５モルY2O3より成る。なお、素子７は外
径６mm、肉厚0.6mm、全長10mm程度の寸法を有し
ている。８は素子７と同材質で仮焼成時に素子７
と密着するような形状に整形された円柱状のセラ
ミツク栓である。９は素子７と同材質の粉末スラ
リーを流し込み焼成によりかためた充填材で素子
７の内側のセラミツク栓に隣接するように配置す
ることによつて、栓８と素子７との密閉をより強
固にするとともに後述する内側リード線の固着を
行なつている。１０，１１は触媒作用を有する
Ptペーストの塗布焼付により形成した多孔質な
電極で、素子７の内側、外側に設けてあり、互い
の組の電極１０，１１は短絡しないよう形状は半
円形である。１２，１３はPt金属リード線で、
上記電極１０，１１の外側電極部に無機接着材に
より接続されている。１４，１５はリード部分で
あり、Ptペーストの塗布焼付けにより形成した
ものである。このリード部分１４，１５は電極１
０，１１の内側電極部に電気的に導通し、かつリ
ード線１７，１８に電気的に導通している。１６
は素子７の内、外の間のO2拡散移動をはかるた
めに設けた例えば直径0.2mm程度の酸素拡散孔で
ある。上記リード線１７，１８はPt金属より成
る。
次に、上記各構成要素の製造法の概略について
説明する。素子７を成形すると同時に拡散孔１６
を素子７に一体成形する。この時には素子７は仮
焼成としておく。次に、各電極１０，１１のPt
ペースト、リード部分１４，１５のPtペースト
を素子７に塗布し、かつリード線１２，１３，１
７，１８を配置する。予め、仮焼成したセラミツ
ク栓８を素子７の内側に載置し、このセラミツク
栓８の上方に充填材９の前身であるスラリーを流
し込む。そして、全体を本焼成する。なお、特に
セラミツク栓８は素子７に密着させる必要がある
ので、両者は焼成による収縮率が等しい同一材質
のものを用いるのがよい。
説明する。素子７を成形すると同時に拡散孔１６
を素子７に一体成形する。この時には素子７は仮
焼成としておく。次に、各電極１０，１１のPt
ペースト、リード部分１４，１５のPtペースト
を素子７に塗布し、かつリード線１２，１３，１
７，１８を配置する。予め、仮焼成したセラミツ
ク栓８を素子７の内側に載置し、このセラミツク
栓８の上方に充填材９の前身であるスラリーを流
し込む。そして、全体を本焼成する。なお、特に
セラミツク栓８は素子７に密着させる必要がある
ので、両者は焼成による収縮率が等しい同一材質
のものを用いるのがよい。
上記構成によれば、電極１１とこの間の素子部
分とによつて固体電気化学センサセルＳを構成
し、電極１０とこの間の素子部分とによつて固体
電気化学ポンプ動作セルＰを構成している。
分とによつて固体電気化学センサセルＳを構成
し、電極１０とこの間の素子部分とによつて固体
電気化学ポンプ動作セルＰを構成している。
各セルの作動は第１図に示した従来例と同じで
あるので、省略するが、本実施例によれば素子７
がコツプ状であり、その素子７の外側が被測定ガ
ス中に晒される構造であるため、O2の拡散は拡
散孔１６を通してのみ行なわれ、従つて不必要な
量のO2が被測定ガス中から素子７を経て空所Ａ
内に入ることはない。一方、素子７の内側はセラ
ミツク栓８でシールしてあるばかりでなく、充填
材９によつて、このセラミツク栓８と素子７との
密閉を強固のものとしているため、大気側から
O2が入ることもない。
あるので、省略するが、本実施例によれば素子７
がコツプ状であり、その素子７の外側が被測定ガ
ス中に晒される構造であるため、O2の拡散は拡
散孔１６を通してのみ行なわれ、従つて不必要な
量のO2が被測定ガス中から素子７を経て空所Ａ
内に入ることはない。一方、素子７の内側はセラ
ミツク栓８でシールしてあるばかりでなく、充填
材９によつて、このセラミツク栓８と素子７との
密閉を強固のものとしているため、大気側から
O2が入ることもない。
従つて、拡散孔１６を除く他の部位のシール洩
れはなく、第２図の特性に変化を来たすことはな
い。
れはなく、第２図の特性に変化を来たすことはな
い。
第４図は本発明を自動車用に適用した構造を示
す。この第４図において説明すると、第３図に付
した符号と同一符号は同一物を示している。とこ
ろで、この例では素子７はその中間部で段付き構
造となつており、その部分で金属ハウジング１９
に支持されている。このハウジング１９と素子７
との間にリング状金属パツキン２０、タルク粉末
２１、アスベスト板２２、かしめリング２３が配
置されており、ハウジング１９の上端を冷かしめ
することにより、両者は強固から気密的に固定さ
れている。
す。この第４図において説明すると、第３図に付
した符号と同一符号は同一物を示している。とこ
ろで、この例では素子７はその中間部で段付き構
造となつており、その部分で金属ハウジング１９
に支持されている。このハウジング１９と素子７
との間にリング状金属パツキン２０、タルク粉末
２１、アスベスト板２２、かしめリング２３が配
置されており、ハウジング１９の上端を冷かしめ
することにより、両者は強固から気密的に固定さ
れている。
金属リード線１２，１３をハウジング１９から
電気的に浮遊させるために素子７の外周の全領域
はプラズマ溶射法による多孔質なセラミンクコー
テイング層２４が設けてある。なお、コーテイン
グ層２４により電極１０，１１の排気側を保護で
きる。
電気的に浮遊させるために素子７の外周の全領域
はプラズマ溶射法による多孔質なセラミンクコー
テイング層２４が設けてある。なお、コーテイン
グ層２４により電極１０，１１の排気側を保護で
きる。
上記ハウジング１９の外周には排気管に固定す
るための取付フランジ２５が溶接固定してあり、
またハウジング１９の下端には多数の穴２６ａを
有した保護カバー２６が溶接固定してある。
るための取付フランジ２５が溶接固定してあり、
またハウジング１９の下端には多数の穴２６ａを
有した保護カバー２６が溶接固定してある。
なお、この第４図の例では素子７の外側にはリ
ード部分２７，２８がその上端まで形成してあ
り、これにより電極１０，１１が金属リード線１
２，１３に各々導通するようになつている。
ード部分２７，２８がその上端まで形成してあ
り、これにより電極１０，１１が金属リード線１
２，１３に各々導通するようになつている。
上記実施例によれば、セラミツク栓８は素子７
と同材料で構成したが、セラミツク栓８の焼成に
よる収縮でセラミツク栓８を素子７に密着させる
には素子７に比べて収縮率の少し低いセラミツク
材料でセラミツク栓８を構成してもよい。例え
ば、素子７として95モルZnO2−５モルY2O3のと
き、セラミツク栓８は25モルZnO2−75モルY2O3
でもよい。
と同材料で構成したが、セラミツク栓８の焼成に
よる収縮でセラミツク栓８を素子７に密着させる
には素子７に比べて収縮率の少し低いセラミツク
材料でセラミツク栓８を構成してもよい。例え
ば、素子７として95モルZnO2−５モルY2O3のと
き、セラミツク栓８は25モルZnO2−75モルY2O3
でもよい。
更に、セラミツク充填材９はAl2O3、Al2O3−
SiO2、Al2O3−MgOなど焼成により固結するも
のなら材料は問わない。また、この充填材９の上
にガラスフリツトを流し込んでシール性を高かめ
ることもできる。
SiO2、Al2O3−MgOなど焼成により固結するも
のなら材料は問わない。また、この充填材９の上
にガラスフリツトを流し込んでシール性を高かめ
ることもできる。
以上詳述したごとく、本発明によれば、コツプ
状の素子とこの素子と同じか、もしくは素子より
低い収縮率を有するセラミツク栓及びこのセラミ
ツク栓と素子との密閉を強固にする充填材との採
用によつてシール洩れを来たすことがなく、従つ
て従来に比べて特性を安定なものとすることがで
きるという効果を奏する。
状の素子とこの素子と同じか、もしくは素子より
低い収縮率を有するセラミツク栓及びこのセラミ
ツク栓と素子との密閉を強固にする充填材との採
用によつてシール洩れを来たすことがなく、従つ
て従来に比べて特性を安定なものとすることがで
きるという効果を奏する。
第１図は従来例を示す部分断面透視図、第２図
は従来の説明に供する特性図、第３図は本発明の
一実施例を示す断面図、第４図は本発明を自動車
用に適用した例を示す断面図である。 ７……素子、８……セラミツク栓、１０，１１
……電極、１６……拡散孔。
は従来の説明に供する特性図、第３図は本発明の
一実施例を示す断面図、第４図は本発明を自動車
用に適用した例を示す断面図である。 ７……素子、８……セラミツク栓、１０，１１
……電極、１６……拡散孔。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 酸素イオン伝導性セラミツク材より成り一端
が開放し他端が閉塞したコツプ状の素子と、 該素子の閉塞端側において、前記素子の内側、
外側に設けられ、かつ互いに短絡しないように形
成された２組の触媒性電極と、 前記セラミツク材と同じか、もしくは前記セラ
ミツクより低い収縮率を有するセラミツク材料よ
りなり、前記素子の内側のうち前記電極が設けら
れている部分を除いて配置され前記開放端をシー
ルするセラミツク栓と、 焼結により固結する材料よりなり、前記電極が
設けられている部分を除くとともに、前記素子の
内側の前記セラミツク栓に隣接するように配置す
ることによつて、前記セラミツク栓と前記素子と
の密封を強固にする充填材と、 前記素子の閉塞端側内側と前記セラミツク栓と
の間に形成された空所を前記素子の外側に開放す
るよう該素子に設けられた酸素濃度拡散孔とを備
え、 前記２組の電極の内、前記１組の電極ならびに
該電極間の素子部分を固体電気化学センサセルと
し、前記他方の１組の電極ならびに該電極間の素
子部分を固体電気化学ポンプ動作セルとしたこと
を特徴とする酸素濃度検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57093374A JPS58210560A (ja) | 1982-05-31 | 1982-05-31 | 酸素濃度検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57093374A JPS58210560A (ja) | 1982-05-31 | 1982-05-31 | 酸素濃度検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58210560A JPS58210560A (ja) | 1983-12-07 |
| JPH0472184B2 true JPH0472184B2 (ja) | 1992-11-17 |
Family
ID=14080523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57093374A Granted JPS58210560A (ja) | 1982-05-31 | 1982-05-31 | 酸素濃度検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58210560A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4950380A (en) * | 1989-08-01 | 1990-08-21 | Kabushiki Kaisha Riken | Limiting current-type oxygen sensor |
| US4938861A (en) * | 1989-08-01 | 1990-07-03 | Kabushiki Kaisha Riken | Limiting current-type oxygen sensor |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5625408Y2 (ja) * | 1976-08-23 | 1981-06-16 | ||
| US4272329A (en) * | 1980-03-03 | 1981-06-09 | Ford Motor Company | Steady state mode oxygen sensor and method |
-
1982
- 1982-05-31 JP JP57093374A patent/JPS58210560A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58210560A (ja) | 1983-12-07 |
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