JPH05107220A - 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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- JPH05107220A JPH05107220A JP3271098A JP27109891A JPH05107220A JP H05107220 A JPH05107220 A JP H05107220A JP 3271098 A JP3271098 A JP 3271098A JP 27109891 A JP27109891 A JP 27109891A JP H05107220 A JPH05107220 A JP H05107220A
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Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】炭酸ガス検出感度及び応答特性が改良された高
信頼性の炭酸ガス検知センサを提供する。 【構成】イオン伝導体を挟んで２個の電極を対設しそれ
ぞれの電極と接触するガスの濃度の差に対応する電気信
号を出力するガスセンサにおいて、イオン伝導体とし
て、炭酸リチウムとアルカリ土類金属炭酸塩、好ましく
は炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム
から選択された炭酸塩との固溶体であって炭酸リチウム
に対するアルカリ土類金属炭酸塩のモル比が１以下であ
るものを用いて炭酸ガス検知センサを構成する。
信頼性の炭酸ガス検知センサを提供する。 【構成】イオン伝導体を挟んで２個の電極を対設しそれ
ぞれの電極と接触するガスの濃度の差に対応する電気信
号を出力するガスセンサにおいて、イオン伝導体とし
て、炭酸リチウムとアルカリ土類金属炭酸塩、好ましく
は炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム
から選択された炭酸塩との固溶体であって炭酸リチウム
に対するアルカリ土類金属炭酸塩のモル比が１以下であ
るものを用いて炭酸ガス検知センサを構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、雰囲気中の炭酸ガス濃
度を検出するための固体電解質型の炭酸ガスセンサに関
するものである。
度を検出するための固体電解質型の炭酸ガスセンサに関
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型の炭酸
ガスセンサは、イオン伝導体からなる固体電解質板体の
両面に電極を設けて構成されているのが普通である。こ
のような原理に基づく炭酸ガスセンサとしては、固体電
解質としてナトリウムイオン伝導体、たとえばβアルミ
ナ（一般式Na2 O ・nAl 2 O 3 ，ｎ＝５〜１１）やNASI
CON(一般式Na1-x Zr2 P 3-x Six O 12) 等を用いたもの
や、リチウムイオン伝導体、たとえば炭酸リチウム等を
用いたものなどがある。
ガスセンサは、イオン伝導体からなる固体電解質板体の
両面に電極を設けて構成されているのが普通である。こ
のような原理に基づく炭酸ガスセンサとしては、固体電
解質としてナトリウムイオン伝導体、たとえばβアルミ
ナ（一般式Na2 O ・nAl 2 O 3 ，ｎ＝５〜１１）やNASI
CON(一般式Na1-x Zr2 P 3-x Six O 12) 等を用いたもの
や、リチウムイオン伝導体、たとえば炭酸リチウム等を
用いたものなどがある。
【０００３】かかる公知の炭酸ガスセンサにおける検知
電極や基準電極としては、金や白金で形成したものをイ
オン伝導体に接触させて設けるか、あるいは更にこれに
炭酸ナトリウム等のイオン性検知材料を被覆し、基準電
極のみを雰囲気ガスと接触しないようにに密封したもの
が標準的である。従って、被検ガスは検知電極には接触
できるが、基準電極には接触できないようになってい
る。
電極や基準電極としては、金や白金で形成したものをイ
オン伝導体に接触させて設けるか、あるいは更にこれに
炭酸ナトリウム等のイオン性検知材料を被覆し、基準電
極のみを雰囲気ガスと接触しないようにに密封したもの
が標準的である。従って、被検ガスは検知電極には接触
できるが、基準電極には接触できないようになってい
る。
【０００４】このようなセンサは、作動時には素子部を
通常400 ℃〜600 ℃程度の一定温度に加熱しておくと、
検知電極にはこれと接触する被検ガス中の炭酸ガスの分
圧に対応するイオン起電力が生じて両電極間の起電力の
差に比例したイオン電流がイオン伝導体中を流れるか
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。
通常400 ℃〜600 ℃程度の一定温度に加熱しておくと、
検知電極にはこれと接触する被検ガス中の炭酸ガスの分
圧に対応するイオン起電力が生じて両電極間の起電力の
差に比例したイオン電流がイオン伝導体中を流れるか
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】しかし、前記のようなナトリウムイオン伝
導体を用いた炭酸ガスセンサにおいては、被検ガスに含
まれる水分によって起電力特性が変化し、湿度による誤
差の補正が必要であるばかりでなく劣化し易いという欠
点がある。またイオン伝導体として炭酸リチウムを用い
た炭酸ガスセンサにおいては、水分による影響を受けに
くくまた感度も高いという利点があるものの、炭酸ガス
濃度の変化に対する応答速度が遅いという欠点があっ
た。
導体を用いた炭酸ガスセンサにおいては、被検ガスに含
まれる水分によって起電力特性が変化し、湿度による誤
差の補正が必要であるばかりでなく劣化し易いという欠
点がある。またイオン伝導体として炭酸リチウムを用い
た炭酸ガスセンサにおいては、水分による影響を受けに
くくまた感度も高いという利点があるものの、炭酸ガス
濃度の変化に対する応答速度が遅いという欠点があっ
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
技術における問題点を解消して、感度及び応答特性が改
良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。
技術における問題点を解消して、感度及び応答特性が改
良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、本発明の炭酸ガス検知センサは、イオン伝導体を挟
んで２個の電極を対設しそれぞれの電極と接触するガス
の濃度の差に対応する電気信号を出力するガスセンサに
おいて、該イオン伝導体として炭酸リチウムとアルカリ
土類金属炭酸塩との固溶体であって炭酸リチウムに対す
るアルカリ土類金属炭酸塩のモル比が１以下であるもの
を用いた。
め、本発明の炭酸ガス検知センサは、イオン伝導体を挟
んで２個の電極を対設しそれぞれの電極と接触するガス
の濃度の差に対応する電気信号を出力するガスセンサに
おいて、該イオン伝導体として炭酸リチウムとアルカリ
土類金属炭酸塩との固溶体であって炭酸リチウムに対す
るアルカリ土類金属炭酸塩のモル比が１以下であるもの
を用いた。
【０００８】本発明の炭酸ガス検知センサのイオン伝導
体は炭酸リチウムとアルカリ土類金属炭酸塩との固溶体
であるが、アルカリ土類金属炭酸塩としては炭酸カルシ
ウム、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウムから選択され
たものが好ましい。また固溶体は、炭酸リチウム粉末と
アルカリ土類金属炭酸塩粉末とを緊密に混合したのち加
熱溶融してガラス状に固化させる方法によって得られ
る。
体は炭酸リチウムとアルカリ土類金属炭酸塩との固溶体
であるが、アルカリ土類金属炭酸塩としては炭酸カルシ
ウム、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウムから選択され
たものが好ましい。また固溶体は、炭酸リチウム粉末と
アルカリ土類金属炭酸塩粉末とを緊密に混合したのち加
熱溶融してガラス状に固化させる方法によって得られ
る。
【０００９】この際のアルカリ土類金属炭酸塩の配合比
率は、炭酸リチウムに対してモル比で１以下であること
が必要であり、好ましくは０．５を超えて１までであ
る。アルカリ土類金属炭酸塩のモル比が１を超えるとき
には耐湿性は更に良好となるが応答速度が却って低下
し、また溶融温度が高くなって固溶体の製造が難しくな
る。一方、アルカリ土類金属炭酸塩のモル比が０．５以
下となると、センサとしての使用中に脱炭酸が起こりや
すく性能が不安定となる不利がある。
率は、炭酸リチウムに対してモル比で１以下であること
が必要であり、好ましくは０．５を超えて１までであ
る。アルカリ土類金属炭酸塩のモル比が１を超えるとき
には耐湿性は更に良好となるが応答速度が却って低下
し、また溶融温度が高くなって固溶体の製造が難しくな
る。一方、アルカリ土類金属炭酸塩のモル比が０．５以
下となると、センサとしての使用中に脱炭酸が起こりや
すく性能が不安定となる不利がある。
【００１０】
【作用】このようなイオン伝導体を用いた本発明の炭酸
ガス検知センサは、炭酸リチウムのみからなるイオン伝
導体を用いたセンサと比較して、素子温度が低くても十
分な感度と応答速度とを示す他、優れた耐湿性と耐久性
を有している。
ガス検知センサは、炭酸リチウムのみからなるイオン伝
導体を用いたセンサと比較して、素子温度が低くても十
分な感度と応答速度とを示す他、優れた耐湿性と耐久性
を有している。
【００１１】
（第１実施例）本発明の炭酸ガス検知センサを以下のよ
うにして作成した。すなわち、図１の（ａ）に示すよう
に、アルミナ系セラミック基板１の上に金系の導電ペー
ストを用いて印刷する方法により電極２、３を形成し、
これに白金リード線４、４を接合して設けた。
うにして作成した。すなわち、図１の（ａ）に示すよう
に、アルミナ系セラミック基板１の上に金系の導電ペー
ストを用いて印刷する方法により電極２、３を形成し、
これに白金リード線４、４を接合して設けた。
【００１２】次いで、炭酸リチウム粉末と炭酸カルシウ
ム粉末とをモル比が１：０．５６となるように緊密に混
合した粉末配合物を、基板１の上に載せて電極２、３を
覆うように均したのち電気炉に入れて加熱し、一旦溶融
させてから徐冷すると、乳白色のガラス状固溶体のイオ
ン伝導体５層が形成された。その後、電極２の部分を除
いてアルミナ系の無機ガスシール材６で被覆した。一
方、表面上に白金抵抗膜からなるヒータ８を設けたアル
ミナ系セラミックのヒータ基板７を上記の基板１の裏面
に背中合わせに貼り付け、本発明の炭酸ガス検知センサ
Ａを作成した。
ム粉末とをモル比が１：０．５６となるように緊密に混
合した粉末配合物を、基板１の上に載せて電極２、３を
覆うように均したのち電気炉に入れて加熱し、一旦溶融
させてから徐冷すると、乳白色のガラス状固溶体のイオ
ン伝導体５層が形成された。その後、電極２の部分を除
いてアルミナ系の無機ガスシール材６で被覆した。一
方、表面上に白金抵抗膜からなるヒータ８を設けたアル
ミナ系セラミックのヒータ基板７を上記の基板１の裏面
に背中合わせに貼り付け、本発明の炭酸ガス検知センサ
Ａを作成した。
【００１３】このようにして得た炭酸ガス検知センサＡ
を、図２の測定装置のチャンバ１４に組み込み、ヒータ
８によって素子の温度が５００℃となるように加熱し、
次に流量計１１、１２、１３を介して所定のガス濃度と
なるよう空気、酸素、炭酸ガスを混合したうえ、その一
部を水槽１４を通過させて湿度を調整し、チャンバ１５
に供給した。こうして検知電極２と基準電極３との間の
起電力を電圧計１６により測定した。なお、１７は外気
遮断用の水槽、１８は排気口である。
を、図２の測定装置のチャンバ１４に組み込み、ヒータ
８によって素子の温度が５００℃となるように加熱し、
次に流量計１１、１２、１３を介して所定のガス濃度と
なるよう空気、酸素、炭酸ガスを混合したうえ、その一
部を水槽１４を通過させて湿度を調整し、チャンバ１５
に供給した。こうして検知電極２と基準電極３との間の
起電力を電圧計１６により測定した。なお、１７は外気
遮断用の水槽、１８は排気口である。
【００１４】こうして空気中の炭酸ガスの濃度２００〜
２０００ppm に対する検知出力特性を測定し、その結果
を図３に示した。この結果から、検知出力特性に対する
湿度の影響は殆どないことがわかる。更に炭酸ガス濃度
を０ppm から１４５０ppm に、また１４５０ppm から０
ppm に急激に変化させたときの応答特性を測定した結果
をグラフとして図４に示したが、これから算出された９
０％回復時間は３０秒であった。
２０００ppm に対する検知出力特性を測定し、その結果
を図３に示した。この結果から、検知出力特性に対する
湿度の影響は殆どないことがわかる。更に炭酸ガス濃度
を０ppm から１４５０ppm に、また１４５０ppm から０
ppm に急激に変化させたときの応答特性を測定した結果
をグラフとして図４に示したが、これから算出された９
０％回復時間は３０秒であった。
【００１５】（比較例）イオン伝導体として炭酸リチウ
ム粉末の溶融体を用いた他は第１実施例と同様にして、
比較のための炭酸ガス検知センサａを作成した。この炭
酸ガス検知センサａについて、第１実施例で本発明の炭
酸ガス検知センサＡを測定したと同様の方法で、素子の
温度を５５０℃としたときの検知出力特性と応答特性を
測定し、その結果をそれぞれ図５と図６とに示した。算
出された９０％回復時間は１０５秒であった。
ム粉末の溶融体を用いた他は第１実施例と同様にして、
比較のための炭酸ガス検知センサａを作成した。この炭
酸ガス検知センサａについて、第１実施例で本発明の炭
酸ガス検知センサＡを測定したと同様の方法で、素子の
温度を５５０℃としたときの検知出力特性と応答特性を
測定し、その結果をそれぞれ図５と図６とに示した。算
出された９０％回復時間は１０５秒であった。
【００１６】（第２実施例）炭酸リチウムと炭酸バリウ
ムとの固溶体をイオン伝導体として用いた、図１の
（ｂ）に示すような炭酸ガス検知センサＢを以下のよう
にして作成した。すなわち、アルミナ系セラミック基板
１の上に金系の導電ペーストを用いて電極２を形成し、
更に白金リード線４を設けたものと、これと同様にアル
ミナ系セラミック基板１′の上に金電極３を形成し白金
リード線４を設けたものとの間に、炭酸リチウム粉末と
炭酸バリウム粉末とをモル比が１：０．６１となるよう
に緊密に混合した粉末配合物を挟み、電気炉中で溶融し
てガラス状固溶体のイオン伝導体５を形成した。その
後、電極３の周囲をアルミナ系の無機ガスシール材６で
被覆した。
ムとの固溶体をイオン伝導体として用いた、図１の
（ｂ）に示すような炭酸ガス検知センサＢを以下のよう
にして作成した。すなわち、アルミナ系セラミック基板
１の上に金系の導電ペーストを用いて電極２を形成し、
更に白金リード線４を設けたものと、これと同様にアル
ミナ系セラミック基板１′の上に金電極３を形成し白金
リード線４を設けたものとの間に、炭酸リチウム粉末と
炭酸バリウム粉末とをモル比が１：０．６１となるよう
に緊密に混合した粉末配合物を挟み、電気炉中で溶融し
てガラス状固溶体のイオン伝導体５を形成した。その
後、電極３の周囲をアルミナ系の無機ガスシール材６で
被覆した。
【００１７】更に、第１実施例と同様にヒータ基板７を
上記の基板１′の裏面に背中合わせに貼り付け、本発明
の炭酸ガス検知センサＢを作成した。このようにして得
た炭酸ガス検知センサＢを、第１実施例と同様の方法で
素子の温度を５００℃としたときの検知出力特性と応答
特性とを測定し、その結果をそれぞれ図７と図８とに示
した。また、算出された９０％回復時間は４７秒であっ
た。
上記の基板１′の裏面に背中合わせに貼り付け、本発明
の炭酸ガス検知センサＢを作成した。このようにして得
た炭酸ガス検知センサＢを、第１実施例と同様の方法で
素子の温度を５００℃としたときの検知出力特性と応答
特性とを測定し、その結果をそれぞれ図７と図８とに示
した。また、算出された９０％回復時間は４７秒であっ
た。
【００１８】（第３実施例）炭酸リチウムと炭酸ストロ
ンチウムとのモル比が１：０．６の固溶体をイオン伝導
体として用いた他は第１実施例と全く同様にして、本発
明の炭酸ガス検知センサＣを作成した。このようにして
得た炭酸ガス検知センサＣを、第１実施例と同様の方法
で素子の温度を５５０℃としたときの検知出力特性と応
答特性とを測定し、その結果をそれぞれ図９と図１０と
に示した。また、算出された９０％回復時間は４３秒で
あった。
ンチウムとのモル比が１：０．６の固溶体をイオン伝導
体として用いた他は第１実施例と全く同様にして、本発
明の炭酸ガス検知センサＣを作成した。このようにして
得た炭酸ガス検知センサＣを、第１実施例と同様の方法
で素子の温度を５５０℃としたときの検知出力特性と応
答特性とを測定し、その結果をそれぞれ図９と図１０と
に示した。また、算出された９０％回復時間は４３秒で
あった。
【００１９】これらの結果から、本発明の炭酸ガス検知
センサは炭酸リチウムをイオン伝導体として用いた従来
の炭酸ガス検知センサに比べて、応答特性が大幅に改良
されており、検知出力特性もまた遜色がないこともわか
る。
センサは炭酸リチウムをイオン伝導体として用いた従来
の炭酸ガス検知センサに比べて、応答特性が大幅に改良
されており、検知出力特性もまた遜色がないこともわか
る。
【００２０】
【発明の効果】本発明の炭酸ガス検知センサは検知出力
特性が湿度の影響を受け難いという特長を保持しなが
ら、比較的に低温度で精度の良い検知ができて長寿命で
あり、また応答特性が優れているので炭酸ガス濃度測定
を迅速化できる利点がある。
特性が湿度の影響を受け難いという特長を保持しなが
ら、比較的に低温度で精度の良い検知ができて長寿命で
あり、また応答特性が優れているので炭酸ガス濃度測定
を迅速化できる利点がある。
【図１】本発明の炭酸ガス検知センサの構成図であり、
（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ別な例の構造を示す。
（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ別な例の構造を示す。
【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実施例である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。
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１実施例である炭酸ガス検知センサ
Ａの炭酸ガス濃度変化に対する応答出力変化を示すグラ
フである。
Ａの炭酸ガス濃度変化に対する応答出力変化を示すグラ
フである。
【図５】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。
に対する検知出力特性図である。
【図６】比較例の炭酸ガス検知センサａの炭酸ガス濃度
変化に対する応答出力変化を示すグラフである。
変化に対する応答出力変化を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施例である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。
Ｂの炭酸ガス濃度に対する検知出力特性図である。
【図８】本発明の第２実施例である炭酸ガス検知センサ
Ｂの炭酸ガス濃度変化に対する応答出力変化を示すグラ
フである。
Ｂの炭酸ガス濃度変化に対する応答出力変化を示すグラ
フである。
【図９】本発明の第３実施例である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。
Ｃの炭酸ガス濃度に対する検知出力特性図である。
【図１０】本発明の第３実施例である炭酸ガス検知セン
サＣの炭酸ガス濃度変化に対する応答出力変化を示すグ
ラフである。
サＣの炭酸ガス濃度変化に対する応答出力変化を示すグ
ラフである。
１、１′ 基板 ２、３ 電極 ４ リード線 ５ イオン伝導体 ６ 無機ガスシール材 ７ ヒータ基板 ８ ヒータ １１，１２，１３ 流量計 １４ 水槽 １５ チャンバ １６ 電圧計 １７ 水槽 １８ 排気口
Claims (2)
- 【請求項１】 イオン伝導体を挟んで２個の電極を対設
しそれぞれの電極と接触するガスの濃度の差に対応する
電気信号を出力するガスセンサにおいて、該イオン伝導
体として炭酸リチウムとアルカリ土類金属炭酸塩との固
溶体であって炭酸リチウムに対するアルカリ土類金属炭
酸塩のモル比が１以下であるものを用いたことを特徴と
する炭酸ガス検知センサ。 - 【請求項２】 アルカリ土類金属炭酸塩が炭酸カルシウ
ム、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウムから選択された
ものである、請求項１記載の炭酸ガス検知センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3271098A JP2974090B2 (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | 炭酸ガス検知センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3271098A JP2974090B2 (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | 炭酸ガス検知センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05107220A true JPH05107220A (ja) | 1993-04-27 |
| JP2974090B2 JP2974090B2 (ja) | 1999-11-08 |
Family
ID=17495328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3271098A Expired - Fee Related JP2974090B2 (ja) | 1991-10-18 | 1991-10-18 | 炭酸ガス検知センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2974090B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006266716A (ja) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Figaro Eng Inc | Ｃｏ２センサ |
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
- 1991-10-18 JP JP3271098A patent/JP2974090B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006266716A (ja) * | 2005-03-22 | 2006-10-05 | Figaro Eng Inc | Ｃｏ２センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2974090B2 (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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