JPH05119017A - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
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- JPH05119017A JPH05119017A JP3282942A JP28294291A JPH05119017A JP H05119017 A JPH05119017 A JP H05119017A JP 3282942 A JP3282942 A JP 3282942A JP 28294291 A JP28294291 A JP 28294291A JP H05119017 A JPH05119017 A JP H05119017A
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Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】酸素の濃度と炭酸ガスの濃度とを同時に検知で
きる小型で省エネルギー型の一体型ガスセンサを提供す
る。 【構成】高温作動の固体電解質型酸素検知素子例えば限
界電流型ジルコニアセンサ素子と、高温作動の固体電解
質型炭酸ガス検知素子例えば濃淡電池型センサ素子と
を、ヒータを設けた基板の一方の面上に順次積層する
か、両側面上に対向積層するか、或いは一方の面上に並
設積層するなどの方法で積層配置して、ガスセンサを構
成する。
きる小型で省エネルギー型の一体型ガスセンサを提供す
る。 【構成】高温作動の固体電解質型酸素検知素子例えば限
界電流型ジルコニアセンサ素子と、高温作動の固体電解
質型炭酸ガス検知素子例えば濃淡電池型センサ素子と
を、ヒータを設けた基板の一方の面上に順次積層する
か、両側面上に対向積層するか、或いは一方の面上に並
設積層するなどの方法で積層配置して、ガスセンサを構
成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、雰囲気ガス中の酸素濃
度及び炭酸ガス濃度を同時に測定するためのガスセンサ
に関し、特に燃焼ガスなどに含まれる酸素と炭酸ガスと
を同時に検知できる小型なガスセンサに関する。
度及び炭酸ガス濃度を同時に測定するためのガスセンサ
に関し、特に燃焼ガスなどに含まれる酸素と炭酸ガスと
を同時に検知できる小型なガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排気ガスに含まれる酸素の濃
度を検出するためのセンサとしてジルコニアを固体電解
質とした酸素センサが知られている。かかるジルコニア
センサとしては、ジルコニア固体電解質の一面を基準濃
度の酸素を含む雰囲気に保ち他面を被検知ガスに暴露し
て、それぞれ両面に設けた電極間に生ずる起電力の差を
測定することによって被検知ガス中の酸素濃度を検知す
る、濃淡電池型の酸素センサがある。
度を検出するためのセンサとしてジルコニアを固体電解
質とした酸素センサが知られている。かかるジルコニア
センサとしては、ジルコニア固体電解質の一面を基準濃
度の酸素を含む雰囲気に保ち他面を被検知ガスに暴露し
て、それぞれ両面に設けた電極間に生ずる起電力の差を
測定することによって被検知ガス中の酸素濃度を検知す
る、濃淡電池型の酸素センサがある。
【０００３】更に、例えば図４の（ａ）、（ｂ）に示す
ように、ジルコニア固体電解質層２２を挟んで両側にガ
ス透過性の白金電極２１、２３を設け、その一方の電極
２３に対してガスの拡散抵抗となるような小孔２５を有
するカバー２４や多孔質板体２６などで被覆して、ヒー
タ２７で加熱しておき、外部から一定の電圧を印加した
ときの限界電流値を測定することによって雰囲気中の酸
素濃度を検知する、所謂限界電流式の酸素センサも一般
に用いられている。
ように、ジルコニア固体電解質層２２を挟んで両側にガ
ス透過性の白金電極２１、２３を設け、その一方の電極
２３に対してガスの拡散抵抗となるような小孔２５を有
するカバー２４や多孔質板体２６などで被覆して、ヒー
タ２７で加熱しておき、外部から一定の電圧を印加した
ときの限界電流値を測定することによって雰囲気中の酸
素濃度を検知する、所謂限界電流式の酸素センサも一般
に用いられている。
【０００４】一方、ガス中の炭酸ガスの濃度を検出する
ためのセンサとして、アルカリ金属イオン伝導体を固体
電解質とした濃淡電池型の炭酸ガスセンサが知られてい
る。かかる炭酸ガスセンサには、例えば図５に示すよう
に、例えばβ−アルミナやNASICON(一般式Na1-x Zr2 P
3-x Six O 12) 等のアルカリ金属イオン伝導体層３３を
挟んで両側に金又は白金電極を設け、一方をアルカリ金
属炭酸塩からなる検知材料層３５で被覆して検知電極３
４とし、他方をヒータ３７を設けた基板３１で覆って基
準電極３２としたうえ、検知材料層３５以外の部分をガ
ス不透過性封止材層３６で被覆したものがある。
ためのセンサとして、アルカリ金属イオン伝導体を固体
電解質とした濃淡電池型の炭酸ガスセンサが知られてい
る。かかる炭酸ガスセンサには、例えば図５に示すよう
に、例えばβ−アルミナやNASICON(一般式Na1-x Zr2 P
3-x Six O 12) 等のアルカリ金属イオン伝導体層３３を
挟んで両側に金又は白金電極を設け、一方をアルカリ金
属炭酸塩からなる検知材料層３５で被覆して検知電極３
４とし、他方をヒータ３７を設けた基板３１で覆って基
準電極３２としたうえ、検知材料層３５以外の部分をガ
ス不透過性封止材層３６で被覆したものがある。
【０００５】これらのガスセンサは、それぞれ固体電解
質が機能するための最適な温度条件があり、例えばジル
コニア酸素センサの場合６００〜７００℃であり、NASI
CON炭酸ガスセンサの場合４００〜６００℃であるの
で、いずれもセンサ素子をそれぞれヒータによって加熱
して動作状態を維持するようにしていた。
質が機能するための最適な温度条件があり、例えばジル
コニア酸素センサの場合６００〜７００℃であり、NASI
CON炭酸ガスセンサの場合４００〜６００℃であるの
で、いずれもセンサ素子をそれぞれヒータによって加熱
して動作状態を維持するようにしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のガス
センサを組み合わせて被検知ガス中の酸素と炭酸ガスの
濃度を同時に検知しようとする場合、二種のセンサを個
々に設置しなければならず、検知装置が大型となるばか
りでなく素子を加熱するための電力が大きくなるという
問題があった。そこで本発明は、酸素の濃度と炭酸ガス
の濃度とを同時に検知できる小型で省エネルギー型の一
体型ガスセンサを提供しようとするものである。
センサを組み合わせて被検知ガス中の酸素と炭酸ガスの
濃度を同時に検知しようとする場合、二種のセンサを個
々に設置しなければならず、検知装置が大型となるばか
りでなく素子を加熱するための電力が大きくなるという
問題があった。そこで本発明は、酸素の濃度と炭酸ガス
の濃度とを同時に検知できる小型で省エネルギー型の一
体型ガスセンサを提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、本発明では高温作動の固体電解質型酸素検
知素子と高温作動の固体電解質型炭酸ガス検知素子とを
ヒータを設けた基板上に積層配置して、ガスセンサを構
成した。
するために、本発明では高温作動の固体電解質型酸素検
知素子と高温作動の固体電解質型炭酸ガス検知素子とを
ヒータを設けた基板上に積層配置して、ガスセンサを構
成した。
【０００８】本発明のガスセンサにおける酸素検知素子
と炭酸ガス検知素子とを積層配置するに当たっては、例
えば酸素検知素子と炭酸ガス検知素子とを基板の一方の
面上に順次積層するか、基板の両側面上に対向積層する
か、或いは基板の一方の面上に並設積層するなどの方法
をとることができる。
と炭酸ガス検知素子とを積層配置するに当たっては、例
えば酸素検知素子と炭酸ガス検知素子とを基板の一方の
面上に順次積層するか、基板の両側面上に対向積層する
か、或いは基板の一方の面上に並設積層するなどの方法
をとることができる。
【０００９】また、本発明のガスセンサに用いられる酸
素検知素子は限界電流型ジルコニアセンサ素子であるこ
とが好ましく、また炭酸ガス検知素子は濃淡電池型セン
サ素子であることが好ましい。これら酸素検知素子や炭
酸ガス検知素子の形状、構造、特性等は特に制限はな
く、従来から用いられているものを利用することができ
る。
素検知素子は限界電流型ジルコニアセンサ素子であるこ
とが好ましく、また炭酸ガス検知素子は濃淡電池型セン
サ素子であることが好ましい。これら酸素検知素子や炭
酸ガス検知素子の形状、構造、特性等は特に制限はな
く、従来から用いられているものを利用することができ
る。
【００１０】
【作用】本発明のガスセンサは、電力消費の少ないヒー
タでそれぞれのガス検知素子を作動に適した温度とする
ことができるから、酸素と炭酸ガスとのガス濃度の同時
測定が容易となった。
タでそれぞれのガス検知素子を作動に適した温度とする
ことができるから、酸素と炭酸ガスとのガス濃度の同時
測定が容易となった。
【００１１】
（第１実施例）本発明のガスセンサの第１実施例を図１
に示す。図において、１１は厚さ０．３mmのガスの透過
可能なアルミナ質の多孔質セラミック基板であり、その
下面にはスパッタリングによって形成された白金膜から
なるヒータ１２が設けてある。
に示す。図において、１１は厚さ０．３mmのガスの透過
可能なアルミナ質の多孔質セラミック基板であり、その
下面にはスパッタリングによって形成された白金膜から
なるヒータ１２が設けてある。
【００１２】基板１１の上面には、スパッタリングによ
って形成された厚さ０．７μｍの白金膜からなるガス透
過性の電極２１と、同じくスパッタリングによって形成
された厚さ８．０μｍの安定化ジルコニアからなる固体
電解質層２２と、更に同様にして形成された白金膜から
なるガス透過性の電極２３が順次に積層されて酸素検知
素子２を構成している。
って形成された厚さ０．７μｍの白金膜からなるガス透
過性の電極２１と、同じくスパッタリングによって形成
された厚さ８．０μｍの安定化ジルコニアからなる固体
電解質層２２と、更に同様にして形成された白金膜から
なるガス透過性の電極２３が順次に積層されて酸素検知
素子２を構成している。
【００１３】また３１は厚さ０．５mmのガス不透過性ア
ルミナ質のセラミック基板であり、３２はスパッタリン
グによって形成された白金膜からなる基準電極であっ
て、その上にイオン伝導体層３３が形成されている。更
にイオン伝導体層３３の上に基準電極と同様な検知電極
３４が設けられ、アルカリ金属炭酸塩の検知材料層３５
で被覆されている。そしてこれらの周囲は上面を除いて
ガス不透過性封止材３６で封止され、炭酸ガス検知素子
３を構成している。
ルミナ質のセラミック基板であり、３２はスパッタリン
グによって形成された白金膜からなる基準電極であっ
て、その上にイオン伝導体層３３が形成されている。更
にイオン伝導体層３３の上に基準電極と同様な検知電極
３４が設けられ、アルカリ金属炭酸塩の検知材料層３５
で被覆されている。そしてこれらの周囲は上面を除いて
ガス不透過性封止材３６で封止され、炭酸ガス検知素子
３を構成している。
【００１４】この炭酸ガス検知素子３は、ガス透過性の
無機被覆材１３を介して酸素検知素子２の上にセラミッ
ク基板３１の下面が積層するように接着されており、更
に酸素検知素子２の周囲と同様に炭酸ガス検知素子３の
周囲も無機被覆材１３によって一体に被覆されていて、
全体として組合せ型のガスセンサを構成している。
無機被覆材１３を介して酸素検知素子２の上にセラミッ
ク基板３１の下面が積層するように接着されており、更
に酸素検知素子２の周囲と同様に炭酸ガス検知素子３の
周囲も無機被覆材１３によって一体に被覆されていて、
全体として組合せ型のガスセンサを構成している。
【００１５】このような構造を有するガスセンサにおい
て、ヒータ１２に通電すると基板１１に接して設けられ
た酸素検知素子２がまず加熱され、更に熱伝導によって
炭酸ガス検知素子３の温度も上昇する。熱はガスセンサ
の表面から放散するから炭酸ガス検知素子３の温度は酸
素検知素子２の温度より低くなるが、酸素検知素子２の
温度が５００〜７００℃、好ましくは６００〜７００℃
となるときに炭酸ガス検知素子３の温度が４００〜６０
０℃となるように、基板３１と無機被覆材１３との厚さ
を調整することが望ましい。
て、ヒータ１２に通電すると基板１１に接して設けられ
た酸素検知素子２がまず加熱され、更に熱伝導によって
炭酸ガス検知素子３の温度も上昇する。熱はガスセンサ
の表面から放散するから炭酸ガス検知素子３の温度は酸
素検知素子２の温度より低くなるが、酸素検知素子２の
温度が５００〜７００℃、好ましくは６００〜７００℃
となるときに炭酸ガス検知素子３の温度が４００〜６０
０℃となるように、基板３１と無機被覆材１３との厚さ
を調整することが望ましい。
【００１６】（第２実施例）本発明のガスセンサの第２
実施例を図２に示す。この例においては、ヒータ１２を
設けた基板１１上に酸素検知素子２が設けられているこ
とは第１実施例と同様であるが、炭酸ガス検知素子３は
基板１１のヒータ１２側に設けられていることが第１実
施例と異なっている。この場合、炭酸ガス検知素子３の
基準電極３２を覆っているセラミック基板３１を厚目と
して熱の伝導を抑制し、温度が酸素検知素子２よりも低
くなるようにしてあるが、その他の構成は第１実施例と
殆ど同様である。
実施例を図２に示す。この例においては、ヒータ１２を
設けた基板１１上に酸素検知素子２が設けられているこ
とは第１実施例と同様であるが、炭酸ガス検知素子３は
基板１１のヒータ１２側に設けられていることが第１実
施例と異なっている。この場合、炭酸ガス検知素子３の
基準電極３２を覆っているセラミック基板３１を厚目と
して熱の伝導を抑制し、温度が酸素検知素子２よりも低
くなるようにしてあるが、その他の構成は第１実施例と
殆ど同様である。
【００１７】（第３実施例）本発明のガスセンサの第３
実施例を図３に示す。この例においては、ヒータ１２を
設けた基板１１の一方側に酸素検知素子２と炭酸ガス検
知素子３とを並べて設けてある点が前例と異なる。すな
わち、酸素検知素子２における固体電解質層２２が炭酸
ガス検知素子３の取り付け位置を覆うように広がってい
て、基板１１の熱が炭酸ガス検知素子３に直に伝達する
ことを防ぐためのセラミック基板３１の代わりとなって
いる。しかしその他の構成は第２実施例と殆ど同様であ
る。
実施例を図３に示す。この例においては、ヒータ１２を
設けた基板１１の一方側に酸素検知素子２と炭酸ガス検
知素子３とを並べて設けてある点が前例と異なる。すな
わち、酸素検知素子２における固体電解質層２２が炭酸
ガス検知素子３の取り付け位置を覆うように広がってい
て、基板１１の熱が炭酸ガス検知素子３に直に伝達する
ことを防ぐためのセラミック基板３１の代わりとなって
いる。しかしその他の構成は第２実施例と殆ど同様であ
る。
【００１８】
【発明の効果】本発明のガスセンサは、ヒータを設けた
基板上に酸素検知素子を積層するとともに炭酸ガス検知
素子をも積層して設けてあるので、ヒータ容量が小さく
て済むばかりでなく一段と小型になり、酸素と炭酸ガス
とを同時に測定するに際して設置位置の制限を受けるこ
とのないガスセンサが得られたものである。
基板上に酸素検知素子を積層するとともに炭酸ガス検知
素子をも積層して設けてあるので、ヒータ容量が小さく
て済むばかりでなく一段と小型になり、酸素と炭酸ガス
とを同時に測定するに際して設置位置の制限を受けるこ
とのないガスセンサが得られたものである。
【図１】本発明のガスセンサの第１実施例の構成を示す
図である。
図である。
【図２】本発明のガスセンサの第２実施例の構成を示す
図である。
図である。
【図３】本発明のガスセンサの第３実施例の構成を示す
図である。
図である。
【図４】従来の酸素センサの例の構成を示す図である。
【図５】従来の炭酸ガスセンサの例の構成を示す図であ
る。
る。
２ 酸素検知素子 ３ 炭酸ガス検知素子 １１ 基板 １２ ヒータ １３ 無機被覆材 ２１ 電極 ２２ 固体電解質層 ２３ 電極 ２４ カバー ２５ 小孔 ２６ 多孔質板体 ２７ ヒータ ３１ 基板 ３２ 基準電極 ３３ イオン伝導体層 ３４ 検知電極 ３５ 検知材料層 ３６ 封止材層 ３７ ヒータ
Claims (6)
- 【請求項１】 ヒータを設けた基板上に高温作動の固体
電解質型酸素検知素子と高温作動の固体電解質型炭酸ガ
ス検知素子とを積層配置してなるガスセンサ。 - 【請求項２】 酸素検知素子と炭酸ガス検知素子とを基
板の一方の面上に順次積層してなる請求項１記載のガス
センサ。 - 【請求項３】 酸素検知素子と炭酸ガス検知素子とを基
板の両側面上に対向積層してなる請求項１記載のガスセ
ンサ。 - 【請求項４】 酸素検知素子と炭酸ガス検知素子とを基
板の一方の面上に並設積層してなる請求項１記載のガス
センサ。 - 【請求項５】 酸素検知素子が限界電流型ジルコニアセ
ンサ素子である請求項１乃至４のいずれかに記載のガス
センサ。 - 【請求項６】 炭酸ガス検知素子が濃淡電池型センサ素
子である請求項１乃至５のいずれかに記載のガスセン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3282942A JPH05119017A (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3282942A JPH05119017A (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05119017A true JPH05119017A (ja) | 1993-05-14 |
Family
ID=17659111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3282942A Pending JPH05119017A (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05119017A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113826005A (zh) * | 2019-05-16 | 2021-12-21 | 株式会社电装 | 气体传感器 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57166554A (en) * | 1981-04-08 | 1982-10-14 | Nippon Denso Co Ltd | Preparation of oxygen concentration sensor |
| JPS58211650A (ja) * | 1982-05-24 | 1983-12-09 | ローズマウント・アナリティカル・インコーポレイテッド | ガスセンサ |
| JPS6326565A (ja) * | 1986-07-18 | 1988-02-04 | Chino Corp | 複合ガスセンサ |
| JPH01119749A (ja) * | 1987-11-04 | 1989-05-11 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 広帯域空燃比センサおよび検出装置 |
-
1991
- 1991-10-29 JP JP3282942A patent/JPH05119017A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57166554A (en) * | 1981-04-08 | 1982-10-14 | Nippon Denso Co Ltd | Preparation of oxygen concentration sensor |
| JPS58211650A (ja) * | 1982-05-24 | 1983-12-09 | ローズマウント・アナリティカル・インコーポレイテッド | ガスセンサ |
| JPS6326565A (ja) * | 1986-07-18 | 1988-02-04 | Chino Corp | 複合ガスセンサ |
| JPH01119749A (ja) * | 1987-11-04 | 1989-05-11 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 広帯域空燃比センサおよび検出装置 |
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| CN113826005A (zh) * | 2019-05-16 | 2021-12-21 | 株式会社电装 | 气体传感器 |
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