JPH0489562A - 酸素センサのセンサエレメント - Google Patents
酸素センサのセンサエレメントInfo
- Publication number
- JPH0489562A JPH0489562A JP2204005A JP20400590A JPH0489562A JP H0489562 A JPH0489562 A JP H0489562A JP 2204005 A JP2204005 A JP 2204005A JP 20400590 A JP20400590 A JP 20400590A JP H0489562 A JPH0489562 A JP H0489562A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pellet
- ceramic plate
- sensor element
- sealing material
- cap
- Prior art date
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- Pending
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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、各種雰囲気中の酸素濃度の測定に使用される
酸素センサのセンサエレメントに関する。
酸素センサのセンサエレメントに関する。
従来の酸素センサのセンサエレメントは、第３図に示す
ように、ガス拡散孔１ａを有すると共に、−面にカソー
ド電極２ａを、他面に上記電極２ａと対向してアノード
電極２ｂをそれぞれ形成したイオン伝導性固体電解質の
ペレット１のカソード電極２ａ側に、加熱用ヒータ３を
頂面に形成したキャップ４がガス拡散室５を介在して封
着されている。
ように、ガス拡散孔１ａを有すると共に、−面にカソー
ド電極２ａを、他面に上記電極２ａと対向してアノード
電極２ｂをそれぞれ形成したイオン伝導性固体電解質の
ペレット１のカソード電極２ａ側に、加熱用ヒータ３を
頂面に形成したキャップ４がガス拡散室５を介在して封
着されている。
なお、前記カソード、アノードの各電極２ａ。
２ｂは例えば白金のスクリーン印刷、ペレット１は例え
ば安定化ジルコニア、加熱用ヒータ３は例えば抵抗膜の
スクリーン印刷、キャップ４は例えばガラスから構成さ
れている。
ば安定化ジルコニア、加熱用ヒータ３は例えば抵抗膜の
スクリーン印刷、キャップ４は例えばガラスから構成さ
れている。
そして、このセンサエレメントは、画電極２ａ。
２ｂ間及び加熱用ヒータ３に電圧を印加し、所定の加熱
温度下における電極２ａ／ペレツト１／電極２ｂの酸素
ポンピング作用によって、ガス拡散孔１ａよりガス拡散
室５内に拡散した酸素分子が矢印のように移送して外部
に排出される。
温度下における電極２ａ／ペレツト１／電極２ｂの酸素
ポンピング作用によって、ガス拡散孔１ａよりガス拡散
室５内に拡散した酸素分子が矢印のように移送して外部
に排出される。
而して、前記酸素ポンピング作用により、酸素イオンを
キャリアとする電流が電極２ａ、２ｂ間に流れるが、こ
の電流は電圧の成る領域でフラットとなる（限界電流と
いわれる）。
キャリアとする電流が電極２ａ、２ｂ間に流れるが、こ
の電流は電圧の成る領域でフラットとなる（限界電流と
いわれる）。
そして、この限界電流値と酸素濃度とが一対一の関係に
あることから、センサエレメントの温度と限界電流値か
ら濃度を測定するものである。
あることから、センサエレメントの温度と限界電流値か
ら濃度を測定するものである。
前記のように、従来のセンサエレメントは加熱用ヒータ
３がキャップ４の頂面に形成されているので、 （ａ） 小形化を意図してキャップ４の厚さを小さく
した場合には、加熱用ヒータ３の形成パタンの影響を受
は易く、加熱が不均一でパターンどおりの温度分布とな
り、 （ｂ） 一方、上記不均一加熱を避けるべく、キャッ
プ４の厚さを大きくした場合には、厚み方向の温度分布
の差が大きくなり、 （ｃ） 何れにしても、温度分布の不均一現象から、
キャップ４が破損し易いというセンサエレメントとして
致命的な問題があった。
３がキャップ４の頂面に形成されているので、 （ａ） 小形化を意図してキャップ４の厚さを小さく
した場合には、加熱用ヒータ３の形成パタンの影響を受
は易く、加熱が不均一でパターンどおりの温度分布とな
り、 （ｂ） 一方、上記不均一加熱を避けるべく、キャッ
プ４の厚さを大きくした場合には、厚み方向の温度分布
の差が大きくなり、 （ｃ） 何れにしても、温度分布の不均一現象から、
キャップ４が破損し易いというセンサエレメントとして
致命的な問題があった。
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、キャップ
が熱的に破損しない加熱手段を備えた酸素センサのセン
サエレメントを提供することを目的とするものである。
が熱的に破損しない加熱手段を備えた酸素センサのセン
サエレメントを提供することを目的とするものである。
本発明は、前記目的を達成するために、ガス拡散孔を有
すると共に、表裏対向面にカソード電極とアノード電極
を形成したイオン伝導性固体電解質よりなるペレットと
、該ペレットのカソード電極側にガス拡散室を介在して
封着したキャップと、上記ペレットのアノード電極側に
、ガス導入孔とガス導入室の形成を兼ねる封止材を介し
て一面が固着され、他面に加熱用ヒータを形成したセラ
ミック板とからなることを特徴とするものである。
すると共に、表裏対向面にカソード電極とアノード電極
を形成したイオン伝導性固体電解質よりなるペレットと
、該ペレットのカソード電極側にガス拡散室を介在して
封着したキャップと、上記ペレットのアノード電極側に
、ガス導入孔とガス導入室の形成を兼ねる封止材を介し
て一面が固着され、他面に加熱用ヒータを形成したセラ
ミック板とからなることを特徴とするものである。
そして、上記セラミック板は、ペレットの熱膨脹係数に
近似したフォルステライト磁器又は結晶化ガラスであり
、また上記封止材は、ペレットの周縁部に配された複数
のガラス又は環状の多孔性結晶化ガラスであることを特
徴とするものである。
近似したフォルステライト磁器又は結晶化ガラスであり
、また上記封止材は、ペレットの周縁部に配された複数
のガラス又は環状の多孔性結晶化ガラスであることを特
徴とするものである。
センサエレメントの所定温度の加熱か、キャップからで
はなく、耐熱性、機械的強度に優れ、また熱膨脹係数も
１０Ｘ１０−６に’と比較的大きなフォルステライト磁
器又は結晶化ガラス等のセラミック板を介して行われる
ので、キャップの熱的破損の要因か除去されると共に、
セラミック板の熱的破損もない。
はなく、耐熱性、機械的強度に優れ、また熱膨脹係数も
１０Ｘ１０−６に’と比較的大きなフォルステライト磁
器又は結晶化ガラス等のセラミック板を介して行われる
ので、キャップの熱的破損の要因か除去されると共に、
セラミック板の熱的破損もない。
本発明の実施例を図面を参照して説明する。
なお、従来例と同一部品には同一符号を付して説明する
。
。
第１図に示すように、１はイオン伝導性固体電解質（例
えば、ジルコニアに８Ｙ等を固溶した安定化ジルコニア
よりなる）のペレットにして、その中心にはガス拡散孔
１ａが穿設されると共に、表裏対向面にはカソード電極
２ａとアノード電極２ｂか形成（例えば、白金のスクリ
ーン印刷等）されている。
えば、ジルコニアに８Ｙ等を固溶した安定化ジルコニア
よりなる）のペレットにして、その中心にはガス拡散孔
１ａが穿設されると共に、表裏対向面にはカソード電極
２ａとアノード電極２ｂか形成（例えば、白金のスクリ
ーン印刷等）されている。
４は上記ペレット１のカソード電極２ａ側にガス拡散室
５を介在して封着されたキャップ（例えば、ガラス等か
らなる）である。
５を介在して封着されたキャップ（例えば、ガラス等か
らなる）である。
而して、６は一面に加熱用ヒータ３が形成されたセラミ
ック板にして、該セラミック板６の他面周縁部が、ペレ
ットｌのアノード電ｔ！ｌ１ｉ２ｂ側の周縁部に配され
て、ガス導入孔とガス導入室７の形成を兼ねる複数のガ
ラスよりなる封止材８により固着されている（複数の封
止材８の間にガス導入孔か形成され、封止材８は等間隔
の配置が好ましい）。
ック板にして、該セラミック板６の他面周縁部が、ペレ
ットｌのアノード電ｔ！ｌ１ｉ２ｂ側の周縁部に配され
て、ガス導入孔とガス導入室７の形成を兼ねる複数のガ
ラスよりなる封止材８により固着されている（複数の封
止材８の間にガス導入孔か形成され、封止材８は等間隔
の配置が好ましい）。
上記セラミック板６は、耐熱性、機械的強度に優れ、熱
膨脹係数が１０ Ｘ １０−６に−１のようにペレット
１の熱膨脹係数に近似したフォルステライト磁器（２Ｍ
ｇＯ・ＳｉＯ２が主結晶相の磁器）又は結晶化ガラス（
例えば、旭硝子株式会社製ＡＰ５７１０等）などから構
成されている。
膨脹係数が１０ Ｘ １０−６に−１のようにペレット
１の熱膨脹係数に近似したフォルステライト磁器（２Ｍ
ｇＯ・ＳｉＯ２が主結晶相の磁器）又は結晶化ガラス（
例えば、旭硝子株式会社製ＡＰ５７１０等）などから構
成されている。
また、第２図は他の実施例を示すもので、ペレット１と
セラミック板６との封止材９として環状の多孔性結晶化
ガラス（例えば、結晶化ガラス「旭硝子株式会社製Ｎｏ
、１０１Ｊと、カーボン「イビデン株式会社製アセチレ
ンブラック」とのブレンド焼成体−カーボンのガス化）
から構成したものであり、その他は第１図の実施例と同
一であるので、説明を省略する。
セラミック板６との封止材９として環状の多孔性結晶化
ガラス（例えば、結晶化ガラス「旭硝子株式会社製Ｎｏ
、１０１Ｊと、カーボン「イビデン株式会社製アセチレ
ンブラック」とのブレンド焼成体−カーボンのガス化）
から構成したものであり、その他は第１図の実施例と同
一であるので、説明を省略する。
よって、センサエレメントの所定温度の加熱はセラミッ
ク板６を介して行われ、キャップ４の熱的破損の要因が
除去されている。
ク板６を介して行われ、キャップ４の熱的破損の要因が
除去されている。
また、雰囲気ガスは、封止材８．９によるガス導入孔−
ガス導入室７−ガス拡散孔１ａ−ガス拡散室５−カソー
ド電極２ａ−ペレット１−アノード電極２ｂ−封止材８
，９によるガス導入孔の移送過程における酸素ポンピン
グ作用により酸素濃度が測定される。
ガス導入室７−ガス拡散孔１ａ−ガス拡散室５−カソー
ド電極２ａ−ペレット１−アノード電極２ｂ−封止材８
，９によるガス導入孔の移送過程における酸素ポンピン
グ作用により酸素濃度が測定される。
本発明は、センサエレメントの所定温度の加熱を、ペレ
ットのアノード電極側に封止材を介して固着されたセラ
ミック板を介して行うようにしたので、 （ａ） カソード電極側のキャップの熱的破損をなく
すことができる。
ットのアノード電極側に封止材を介して固着されたセラ
ミック板を介して行うようにしたので、 （ａ） カソード電極側のキャップの熱的破損をなく
すことができる。
（ｂ） キャップの薄形化可能とセラミック板の厚み
付加とが相殺されて大形化することなく機能の向上を図
ることができる。
付加とが相殺されて大形化することなく機能の向上を図
ることができる。
（Ｃ） 封止材によりガス導入孔が形成されるので、
セラミック板にはガス導入孔の穿設が不要であり、加熱
用ヒータの形成パターンに制約を受けることがない。
セラミック板にはガス導入孔の穿設が不要であり、加熱
用ヒータの形成パターンに制約を受けることがない。
第１図は本発明に係る実施例の縦断面図、第２図は他の
実施例の縦断面図、 第３図は従来例の縦断面図である。 １・・・ペレット、１ａ・・・ガス拡散孔、２ａ・・・
カソード電極、２ｂ・・・アノード電極、３・・・加熱
用ヒータ、４・・・キャップ、５・・・ガス拡散室、６
・・・セラミック板、７・・・ガス導入室、８．９・・
・封止材。 蔓 ｌ 囚 出願人代理人 藤 本 博 元本 ２ 目 塾３図
実施例の縦断面図、 第３図は従来例の縦断面図である。 １・・・ペレット、１ａ・・・ガス拡散孔、２ａ・・・
カソード電極、２ｂ・・・アノード電極、３・・・加熱
用ヒータ、４・・・キャップ、５・・・ガス拡散室、６
・・・セラミック板、７・・・ガス導入室、８．９・・
・封止材。 蔓 ｌ 囚 出願人代理人 藤 本 博 元本 ２ 目 塾３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ガス拡散孔を有すると共に、表裏対向面にカソード
電極とアノード電極を形成したイオン伝導性固体電解質
よりなるペレットと、 該ペレットのカソード電極側にガス拡散室を介在して封
着したキャップと、 上記ペレットのアノード電極側に、ガス導入孔とガス導
入室の形成を兼ねる封止材を介して一面が固着され、他
面に加熱用ヒータを形成したセラミック板と、 からなることを特徴とする酸素センサのセンサエレメン
ト。 ２、上記セラミック板は、ペレットの熱膨脹係数に近似
したフォルステライト磁器又は結晶化ガラスである請求
項１記載の酸素センサのセンサエレメント。 ３、上記封止材は、ペレットの周縁部に配された複数の
ガラス又は環状の多孔性結晶化ガラスである請求項１又
は２記載の酸素センサのセンサエレメント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2204005A JPH0489562A (ja) | 1990-08-02 | 1990-08-02 | 酸素センサのセンサエレメント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2204005A JPH0489562A (ja) | 1990-08-02 | 1990-08-02 | 酸素センサのセンサエレメント |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0489562A true JPH0489562A (ja) | 1992-03-23 |
Family
ID=16483196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2204005A Pending JPH0489562A (ja) | 1990-08-02 | 1990-08-02 | 酸素センサのセンサエレメント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0489562A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994018553A1 (de) * | 1993-02-09 | 1994-08-18 | Robert Bosch Gmbh | Festelektrolytsensor mit integriertem heizer |
| WO2000039572A1 (en) * | 1998-12-24 | 2000-07-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrocarbon sensor |
| US10436661B2 (en) * | 2016-12-19 | 2019-10-08 | Sporian Microsystems, Inc. | Heat resistant sensors for very high temperature conditions |
| US11346698B2 (en) | 2019-06-21 | 2022-05-31 | Sporian Microsystems, Inc. | Compact pressure and flow sensors for very high temperature and corrosive fluids |
| US11940336B2 (en) | 2021-03-26 | 2024-03-26 | Sporian Microsystems, Inc. | Driven-shield capacitive pressure sensor |
-
1990
- 1990-08-02 JP JP2204005A patent/JPH0489562A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994018553A1 (de) * | 1993-02-09 | 1994-08-18 | Robert Bosch Gmbh | Festelektrolytsensor mit integriertem heizer |
| WO2000039572A1 (en) * | 1998-12-24 | 2000-07-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrocarbon sensor |
| US6589410B1 (en) | 1998-12-24 | 2003-07-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrocarbon sensor |
| US10436661B2 (en) * | 2016-12-19 | 2019-10-08 | Sporian Microsystems, Inc. | Heat resistant sensors for very high temperature conditions |
| US11346698B2 (en) | 2019-06-21 | 2022-05-31 | Sporian Microsystems, Inc. | Compact pressure and flow sensors for very high temperature and corrosive fluids |
| US11940336B2 (en) | 2021-03-26 | 2024-03-26 | Sporian Microsystems, Inc. | Driven-shield capacitive pressure sensor |
| US12372418B2 (en) | 2021-03-26 | 2025-07-29 | Sporian Microsystems, Inc. | Method of shielding capacitive pressure sensor |
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