JPH05157724A - 炭酸ガスセンサ - Google Patents
炭酸ガスセンサInfo
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- JPH05157724A JPH05157724A JP3318940A JP31894091A JPH05157724A JP H05157724 A JPH05157724 A JP H05157724A JP 3318940 A JP3318940 A JP 3318940A JP 31894091 A JP31894091 A JP 31894091A JP H05157724 A JPH05157724 A JP H05157724A
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Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体電解質型炭酸ガスセンサの、出力の干渉
ガス依存性の改善および耐久性の向上を目的とする。 【構成】 検知極層１０３に触媒物質１を添加すること
により、その触媒作用により、干渉ガス依存性を改善す
る。また、検知極層１０３を触媒物質１を添加したガス
透過性膜で被覆することにより、検知極層１０３と測定
雰囲気を触媒作用により遮断し雰囲気中の干渉ガスの影
響を無くすことによって出力の干渉ガス依存性を防止
し、検知極層１０３の腐食性ガス等による劣化を防止す
ることにより長期に渡って安定した出力を得ることがで
き、信頼性の高い炭酸ガスセンサが得られる。
ガス依存性の改善および耐久性の向上を目的とする。 【構成】 検知極層１０３に触媒物質１を添加すること
により、その触媒作用により、干渉ガス依存性を改善す
る。また、検知極層１０３を触媒物質１を添加したガス
透過性膜で被覆することにより、検知極層１０３と測定
雰囲気を触媒作用により遮断し雰囲気中の干渉ガスの影
響を無くすことによって出力の干渉ガス依存性を防止
し、検知極層１０３の腐食性ガス等による劣化を防止す
ることにより長期に渡って安定した出力を得ることがで
き、信頼性の高い炭酸ガスセンサが得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、施設園芸、環境衛生、
防災用、工業用などの炭酸ガス濃度を計測し制御する場
所に使用する固体電解質型の炭酸ガスセンサに関するも
のである。
防災用、工業用などの炭酸ガス濃度を計測し制御する場
所に使用する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】近年、空調、農畜産分野を中心に炭酸ガ
スセンサに対するニーズが高まり、種々の方式のセンサ
の開発、実用化が進められている。しかし、実用上、そ
の信頼性に多くの課題が残されている。
スセンサに対するニーズが高まり、種々の方式のセンサ
の開発、実用化が進められている。しかし、実用上、そ
の信頼性に多くの課題が残されている。
【０００３】以下、従来の炭酸ガスセンサの例について
図５を参照しながら説明する。図に示すように、固体電
解質である薄板状のＮＡＸＳ（ナトリウムイオン伝導
体）板１０１は、その両端に１対の電極層１０２である
検知極層１０３、基準極層１０４を備え、検知極層１０
３は、Ａｕを用いた電極層内に１種類もしくは２種類以
上を混合した金属炭酸塩１０５（例えば、炭酸ナトリウ
ムや炭酸ナトリウムと炭酸バリウムの混合物）が分散し
て添加、形成されており、基準極層１０４はＡｕを用い
た電極層で形成され、ガス感知部１０６を構成してい
た。ガス感知部１０６の片面下部に加熱部１０７が接着
剤１０８によって固定され、ガス感知部１０６を測定温
度に加熱している。また、センサ出力は検知極層１０
３、基準極層１０４それぞれから取り出したリード線１
０９ａ、１０９ｂを介して取り出している。
図５を参照しながら説明する。図に示すように、固体電
解質である薄板状のＮＡＸＳ（ナトリウムイオン伝導
体）板１０１は、その両端に１対の電極層１０２である
検知極層１０３、基準極層１０４を備え、検知極層１０
３は、Ａｕを用いた電極層内に１種類もしくは２種類以
上を混合した金属炭酸塩１０５（例えば、炭酸ナトリウ
ムや炭酸ナトリウムと炭酸バリウムの混合物）が分散し
て添加、形成されており、基準極層１０４はＡｕを用い
た電極層で形成され、ガス感知部１０６を構成してい
た。ガス感知部１０６の片面下部に加熱部１０７が接着
剤１０８によって固定され、ガス感知部１０６を測定温
度に加熱している。また、センサ出力は検知極層１０
３、基準極層１０４それぞれから取り出したリード線１
０９ａ、１０９ｂを介して取り出している。
【０００４】上記構成において、ガス感知部１０６は以
下の電池を構成する。すなわち
下の電池を構成する。すなわち
【０００５】
【化１】
【０００６】このような電池を構成するガス感知部１０
６を加熱部１０７により測定温度に加熱すると、検知極
層１０３および基準極層１０４において以下のような電
池反応が起き
６を加熱部１０７により測定温度に加熱すると、検知極
層１０３および基準極層１０４において以下のような電
池反応が起き
【０００７】
【化２】
【０００８】両電極間には次式で表される起電力が発生
する。
する。
【０００９】
【数１】
【００１０】ここで、Ｅ0は定数、Ｒは気体定数、Ｔは
絶対温度、Ｆはファラデー定数、αNa2O、αNa2CO3はそ
れぞれNa2OおよびNa2CO3の活量、ＰCO2は空気中のCO2分
圧を示す。αNa2CO3は、通常の安定な状態では１と置く
ことができ、αNa2OはＮＡＸＳの組成によって決定する
ため定数とみなすことができる。よって、センサの動作
温度であるＴが一定ならば起電力Ｅ（出力）はＰCO2の
みの関数となる。よって、検知極層１０３、基準極層１
０４よりリード線１０９ａ、１０９ｂを介してこの起電
力Ｅ（出力）を取り出すことによりCO2濃度を求めるこ
とができる。
絶対温度、Ｆはファラデー定数、αNa2O、αNa2CO3はそ
れぞれNa2OおよびNa2CO3の活量、ＰCO2は空気中のCO2分
圧を示す。αNa2CO3は、通常の安定な状態では１と置く
ことができ、αNa2OはＮＡＸＳの組成によって決定する
ため定数とみなすことができる。よって、センサの動作
温度であるＴが一定ならば起電力Ｅ（出力）はＰCO2の
みの関数となる。よって、検知極層１０３、基準極層１
０４よりリード線１０９ａ、１０９ｂを介してこの起電
力Ｅ（出力）を取り出すことによりCO2濃度を求めるこ
とができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では以下のような問題を有していた。すなわ
ち、測定雰囲気中の炭酸ガス以外のガス（以下干渉ガス
と称する）が存在すると検知極層１０３の（化２）に示
す電極反応に干渉ガスが関与していた。そのため、測定
雰囲気中の干渉ガス濃度が変化するとその変化に応じて
起電力すなわちセンサ出力が変化するという出力の干渉
ガス依存性があり、正確な炭酸ガス濃度を測定できなか
った。
ような構成では以下のような問題を有していた。すなわ
ち、測定雰囲気中の炭酸ガス以外のガス（以下干渉ガス
と称する）が存在すると検知極層１０３の（化２）に示
す電極反応に干渉ガスが関与していた。そのため、測定
雰囲気中の干渉ガス濃度が変化するとその変化に応じて
起電力すなわちセンサ出力が変化するという出力の干渉
ガス依存性があり、正確な炭酸ガス濃度を測定できなか
った。
【００１２】また、雰囲気中に硫化水素等の腐食性ガス
が存在すると検知極層１０３が汚染され劣化の原因とな
っていた。
が存在すると検知極層１０３が汚染され劣化の原因とな
っていた。
【００１３】本発明は、上記課題を解決するもので、出
力の干渉ガス依存性を低減しさらに検知極層１０３の劣
化を防止し高い信頼性を有する炭酸ガスセンサを提供す
ることを目的とする。
力の干渉ガス依存性を低減しさらに検知極層１０３の劣
化を防止し高い信頼性を有する炭酸ガスセンサを提供す
ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ための第１の手段は、固体電解質からなるイオン伝導性
セラミックス板の両端に１対の電極層を設け、前記１対
の電極層のいずれか一方の電極層に、炭酸ガスと解離平
衡を形成する１種類もしくは２種類以上の金属炭酸塩の
混合物を添加して検知極層を形成し、前記検知極層に触
媒物質を添加して構成されるガス感知部と、前記ガス感
知部を測定温度に加熱する加熱部とで構成したものであ
る。
ための第１の手段は、固体電解質からなるイオン伝導性
セラミックス板の両端に１対の電極層を設け、前記１対
の電極層のいずれか一方の電極層に、炭酸ガスと解離平
衡を形成する１種類もしくは２種類以上の金属炭酸塩の
混合物を添加して検知極層を形成し、前記検知極層に触
媒物質を添加して構成されるガス感知部と、前記ガス感
知部を測定温度に加熱する加熱部とで構成したものであ
る。
【００１５】また、第２の手段は、固体電解質からなる
イオン伝導性セラミックス板の両端に１対の電極層を設
け、前記１対の電極層のいずれか一方の電極層に、炭酸
ガスと解離平衡を形成する１種類もしくは２種類以上の
金属炭酸塩の混合物を添加して検知層を形成し、前記検
知極層もしくは、前記検知極層を含む前記イオン伝導性
セラミックス板の表面の一部あるいは全部を触媒物質を
添加したガス透過性膜で被覆して構成したものである。
イオン伝導性セラミックス板の両端に１対の電極層を設
け、前記１対の電極層のいずれか一方の電極層に、炭酸
ガスと解離平衡を形成する１種類もしくは２種類以上の
金属炭酸塩の混合物を添加して検知層を形成し、前記検
知極層もしくは、前記検知極層を含む前記イオン伝導性
セラミックス板の表面の一部あるいは全部を触媒物質を
添加したガス透過性膜で被覆して構成したものである。
【００１６】
【作用】本発明は上記した第１の手段の構成により、検
知極層に触媒物質を添加することにより、その触媒作用
により（化２）に示す電極反応時に検知極層内の触媒物
質が干渉ガスを分解することにより、検知極層に対する
雰囲気中の干渉ガスの影響を小さくし、出力の干渉ガス
依存性を低減することができるものである。
知極層に触媒物質を添加することにより、その触媒作用
により（化２）に示す電極反応時に検知極層内の触媒物
質が干渉ガスを分解することにより、検知極層に対する
雰囲気中の干渉ガスの影響を小さくし、出力の干渉ガス
依存性を低減することができるものである。
【００１７】また、第２の手段の構成により、検知極層
に触媒物質を添加したガス透過性膜で被覆することによ
り、干渉ガスがガス透過性膜を通過する時に触媒物質に
より分解されるため、検知極層を測定雰囲気中の干渉ガ
スから遮断し、雰囲気中の干渉ガスの影響による干渉ガ
ス依存性、また、腐食性ガスによる検知極層の劣化を防
止する事ができ、長期に渡り安定した出力が得られるも
のである。
に触媒物質を添加したガス透過性膜で被覆することによ
り、干渉ガスがガス透過性膜を通過する時に触媒物質に
より分解されるため、検知極層を測定雰囲気中の干渉ガ
スから遮断し、雰囲気中の干渉ガスの影響による干渉ガ
ス依存性、また、腐食性ガスによる検知極層の劣化を防
止する事ができ、長期に渡り安定した出力が得られるも
のである。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の第１実施例について、図１お
よび図２を参照しながら説明する。
よび図２を参照しながら説明する。
【００１９】なお、従来例と同一の部分には同一番号を
つけて説明は省略する。図１に示すように、ナトリウム
イオン伝導性セラミックスであるＮＡＸＳ板１０１の両
端に１対の電極層１０２である基準極層１０４と検知極
層１０３が形成されている。検知極層１０３は電極材料
であるAuペーストに炭酸ナトリウムと炭酸バリウムの混
合物、即ち金属炭酸塩１０５を添加し、炭化水素異性化
触媒あるいは脱水性の触媒（例えば、Al2O3 ）の粉末、
即ち触媒物質１を５〜３０重量％添加し、混合してペー
スト状にしたものをスクリーン印刷もしくは塗布し、乾
燥後焼成したものである。
つけて説明は省略する。図１に示すように、ナトリウム
イオン伝導性セラミックスであるＮＡＸＳ板１０１の両
端に１対の電極層１０２である基準極層１０４と検知極
層１０３が形成されている。検知極層１０３は電極材料
であるAuペーストに炭酸ナトリウムと炭酸バリウムの混
合物、即ち金属炭酸塩１０５を添加し、炭化水素異性化
触媒あるいは脱水性の触媒（例えば、Al2O3 ）の粉末、
即ち触媒物質１を５〜３０重量％添加し、混合してペー
スト状にしたものをスクリーン印刷もしくは塗布し、乾
燥後焼成したものである。
【００２０】以上のように構成された炭酸ガスセンサに
ついて以下その動作について説明する。上記構成におい
て、検知極層１０３に添加した触媒物質１の触媒作用に
より従来例で示した（化２）に及ぼす雰囲気中の干渉ガ
スの影響が緩和される。その結果、出力の雰囲気干渉ガ
ス依存性が低減する。
ついて以下その動作について説明する。上記構成におい
て、検知極層１０３に添加した触媒物質１の触媒作用に
より従来例で示した（化２）に及ぼす雰囲気中の干渉ガ
スの影響が緩和される。その結果、出力の雰囲気干渉ガ
ス依存性が低減する。
【００２１】このように本発明の第１の実施例の炭酸ガ
スセンサによれば、検知極層１０３への干渉ガスの影響
を低減することができ、出力の干渉ガス依存性を小さく
することができる。
スセンサによれば、検知極層１０３への干渉ガスの影響
を低減することができ、出力の干渉ガス依存性を小さく
することができる。
【００２２】なお、本実施例では触媒物質１をAl2O3と
したがB2O3ーAl2O3、H2B2O4、SiO2、SiO2ーAl2O3、SiO2-M
gO、CaO、MgO、Cu、Cu-Ni合金、Ag、ZnO、Gd2O3、Pr
2O3、Y2O 3、Nd2O3、Dy2O3、Sm2O3、ZnZrO3、V2O3、Cr2O
3(CrO3)、Mo、W、MoO3、WO3、UO2Re(-Pt)Fe2O3、Co 等
の炭化水素異性化触媒あるいは脱水性の触媒で（化２）
に示す検知極層１０３での反応を阻害しない物質であれ
ばどの様な物質でもよい。
したがB2O3ーAl2O3、H2B2O4、SiO2、SiO2ーAl2O3、SiO2-M
gO、CaO、MgO、Cu、Cu-Ni合金、Ag、ZnO、Gd2O3、Pr
2O3、Y2O 3、Nd2O3、Dy2O3、Sm2O3、ZnZrO3、V2O3、Cr2O
3(CrO3)、Mo、W、MoO3、WO3、UO2Re(-Pt)Fe2O3、Co 等
の炭化水素異性化触媒あるいは脱水性の触媒で（化２）
に示す検知極層１０３での反応を阻害しない物質であれ
ばどの様な物質でもよい。
【００２３】次に、本発明第２実施例について、図３を
参照しながら説明する。なお、従来例と同一の部分には
同一番号をつけて説明は省略する。
参照しながら説明する。なお、従来例と同一の部分には
同一番号をつけて説明は省略する。
【００２４】図に示すように、検知極層１０３およびＮ
ＡＸＳ板１０１の一部を覆う形で、炭化水素異性化触媒
あるいは脱水性の触媒（例えば、Al2O3 ）の粉末、即ち
触媒物質１の添加されているガス透過性膜２が被覆され
ている。ガス透過性膜２はペースト状の非晶質ガラスシ
ール材を塗布後、乾燥・焼成して形成された非晶質ガラ
ス膜である。
ＡＸＳ板１０１の一部を覆う形で、炭化水素異性化触媒
あるいは脱水性の触媒（例えば、Al2O3 ）の粉末、即ち
触媒物質１の添加されているガス透過性膜２が被覆され
ている。ガス透過性膜２はペースト状の非晶質ガラスシ
ール材を塗布後、乾燥・焼成して形成された非晶質ガラ
ス膜である。
【００２５】上記構成において、検知極層１０３は、雰
囲気中の干渉ガスがガス透過性膜２を通過する時に触媒
物質１により分解されるため、雰囲気中の干渉ガスから
完全に遮断されている。そのため、検知極層１０３は測
定雰囲気の干渉ガスの影響を受けず、出力の雰囲気干渉
ガス依存性は防止でき、同時に腐食性ガス等も検知極層
１０３に到達する前に触媒物質１により分解されるため
検知極層１０３の劣化を防止し長期に渡って安定した出
力がえられる。
囲気中の干渉ガスがガス透過性膜２を通過する時に触媒
物質１により分解されるため、雰囲気中の干渉ガスから
完全に遮断されている。そのため、検知極層１０３は測
定雰囲気の干渉ガスの影響を受けず、出力の雰囲気干渉
ガス依存性は防止でき、同時に腐食性ガス等も検知極層
１０３に到達する前に触媒物質１により分解されるため
検知極層１０３の劣化を防止し長期に渡って安定した出
力がえられる。
【００２６】このように、本発明第２実施例の炭酸ガス
センサによれば、出力の干渉ガス依存性を防止し、検知
極層１０３の劣化を防ぐことができるため、長期に渡っ
て安定した出力がえられる。
センサによれば、出力の干渉ガス依存性を防止し、検知
極層１０３の劣化を防ぐことができるため、長期に渡っ
て安定した出力がえられる。
【００２７】なお、本実施例では触媒物質１をAl2O3と
したがB2O3ーAl2O3、H2B2O4、SiO2、SiO2ーAl2O3、SiO2-M
gO、CaO、MgO、Cu、Cu-Ni合金、Ag、ZnO、Gd2O3、Pr
2O3、Y2O 3、Nd2O3、Dy2O3、Sm2O3、ZnZrO3、V2O3、Cr2O
3(CrO3)、Mo、W、MoO3、WO3、UO2Re(-Pt)Fe2O3、Co 等
の炭化水素異性化触媒あるいは脱水性の触媒で（化２）
に示す検知極層１０３での反応を阻害しない物質であれ
ばどの様な物質でもよい。
したがB2O3ーAl2O3、H2B2O4、SiO2、SiO2ーAl2O3、SiO2-M
gO、CaO、MgO、Cu、Cu-Ni合金、Ag、ZnO、Gd2O3、Pr
2O3、Y2O 3、Nd2O3、Dy2O3、Sm2O3、ZnZrO3、V2O3、Cr2O
3(CrO3)、Mo、W、MoO3、WO3、UO2Re(-Pt)Fe2O3、Co 等
の炭化水素異性化触媒あるいは脱水性の触媒で（化２）
に示す検知極層１０３での反応を阻害しない物質であれ
ばどの様な物質でもよい。
【００２８】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば検知極層
に触媒物質を添加することにより雰囲気干渉ガスによる
センサの誤動作を防止し、応答性を向上する事ができ
る。
に触媒物質を添加することにより雰囲気干渉ガスによる
センサの誤動作を防止し、応答性を向上する事ができ
る。
【００２９】また、検知極層もしくは検知極層を含むイ
オン伝導性セラミックス板の表面の一部あるいは全部を
被覆するガス透過性膜に触媒物質を添加することによ
り、従来のガス感知部にガス透過性膜を加えるだけで簡
単に検知極層は雰囲気中の干渉ガスと遮断されるため干
渉ガスによる誤動作が防止できるとともに、雰囲気中の
腐食性ガスなど検知極層を劣化させる物質も遮断するた
め、検知極層の劣化を防止し長期に渡って安定した出力
を得ることができる。
オン伝導性セラミックス板の表面の一部あるいは全部を
被覆するガス透過性膜に触媒物質を添加することによ
り、従来のガス感知部にガス透過性膜を加えるだけで簡
単に検知極層は雰囲気中の干渉ガスと遮断されるため干
渉ガスによる誤動作が防止できるとともに、雰囲気中の
腐食性ガスなど検知極層を劣化させる物質も遮断するた
め、検知極層の劣化を防止し長期に渡って安定した出力
を得ることができる。
【図１】本発明の第１実施例の炭酸ガスセンサの構成を
示す縦断面図
示す縦断面図
【図２】本発明の第２実施例の炭酸ガスセンサの構成を
示す縦断面図
示す縦断面図
【図３】従来の炭酸ガスセンサの構成を示す縦断面図
１ 触媒物質 ２ ガス透過性膜 １０１ イオン伝導性セラミックス板（ＮＡＸＳ板） １０２ １対の電極層 １０３ 検知極層 １０５ 金属炭酸塩 １０６ ガス感知部 １０７ 加熱部
Claims (2)
- 【請求項１】固体電解質からなるイオン伝導性セラミッ
クス板の両端に１対の電極層を設け、前記１対の電極層
のいずれか一方の電極層に１種類もしくは２種類以上の
金属炭酸塩の混合物を添加して検知極層とし、前記検知
極層に触媒物質を添加して構成されるガス感知部と、前
記ガス感知部を測定温度に加熱する加熱部とを備えてな
る炭酸ガスセンサ。 - 【請求項２】固体電解質からなるイオン伝導性セラミッ
クス板の両端に１対の電極を設け、前記１対の電極層の
いずれか一方の電極層に１種類もしくは２種類以上の金
属炭酸塩の混合物を添加して検知極層を形成し、前記検
知極層もしくは検知極層を含む前記イオン伝導性セラミ
ックス板の表面の一部あるいは全部を、ガス透過性膜で
被覆し、前記ガス透過性膜に触媒物質を添加して構成さ
れる請求項１記載の炭酸ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3318940A JPH05157724A (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | 炭酸ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3318940A JPH05157724A (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | 炭酸ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05157724A true JPH05157724A (ja) | 1993-06-25 |
Family
ID=18104689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3318940A Pending JPH05157724A (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | 炭酸ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05157724A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117355738A (zh) * | 2021-06-09 | 2024-01-05 | 三菱电机株式会社 | 传感器及具有该传感器的电气设备 |
-
1991
- 1991-12-03 JP JP3318940A patent/JPH05157724A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117355738A (zh) * | 2021-06-09 | 2024-01-05 | 三菱电机株式会社 | 传感器及具有该传感器的电气设备 |
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