JPH0525062B2 - - Google Patents
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- JPH0525062B2 JPH0525062B2 JP60247461A JP24746185A JPH0525062B2 JP H0525062 B2 JPH0525062 B2 JP H0525062B2 JP 60247461 A JP60247461 A JP 60247461A JP 24746185 A JP24746185 A JP 24746185A JP H0525062 B2 JPH0525062 B2 JP H0525062B2
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- oxygen
- combustion control
- control sensor
- sensor
- sensor according
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、感応体の抵抗変化により、ストー
ブ、ボイラー等の燃焼機器や自動車エンジン等の
内燃機関に供給される空気と燃料の比を制御する
センサに関するものである。
ブ、ボイラー等の燃焼機器や自動車エンジン等の
内燃機関に供給される空気と燃料の比を制御する
センサに関するものである。
従来の技術
燃焼の空燃比を制御するセンサとして安定化ジ
ルコニア固体電解質よりなるセンサが提案されて
いる（特開昭59−60253号公報、特開昭59−83048
号公報）。
ルコニア固体電解質よりなるセンサが提案されて
いる（特開昭59−60253号公報、特開昭59−83048
号公報）。
上記記載のセンサは、酸素濃度に比例してジル
コニア固体電解質中の酸素イオンを流すためのポ
ンプ電流が変化する原理に基づくものである。こ
れに対して発明者らは酸素イオン導電性固体電解
質に通電する電流を変えることにより、任意の酸
素濃度で感応体の抵抗を特異的に変化させること
ができるセンサを提案した。
コニア固体電解質中の酸素イオンを流すためのポ
ンプ電流が変化する原理に基づくものである。こ
れに対して発明者らは酸素イオン導電性固体電解
質に通電する電流を変えることにより、任意の酸
素濃度で感応体の抵抗を特異的に変化させること
ができるセンサを提案した。
発明が解決しようとする問題点
本発明は、従来のセンサが、センサ外部からの
感応体への酸素の拡散量が多く、高い酸素濃度雰
囲気下では固体電解質の酸素ポンプとしての能力
が律速となり、感応体の抵抗があまり変化しない
ことや、酸素ポンプ動作の温度依存性が大きく影
響し、低温でのセンサ特性が劣ることを解決しよ
うとするものである。
感応体への酸素の拡散量が多く、高い酸素濃度雰
囲気下では固体電解質の酸素ポンプとしての能力
が律速となり、感応体の抵抗があまり変化しない
ことや、酸素ポンプ動作の温度依存性が大きく影
響し、低温でのセンサ特性が劣ることを解決しよ
うとするものである。
問題点を解決するための手段
本発明は、上記の問題点を解決するため、片面
に陽極となる酸素引き抜き用電極と加熱用ヒータ
を形成した酸素イオン導電性固体電解質板のもう
一方の面上に陰極となる酸素引き抜き用リング状
電極と抵抗測定用電極を設けた感応体を形成し、
その上に緻密なセラミツクス絶縁板を取り付けた
構成をとり、センサ外部からの酸素の拡散量を制
限するとともに、ヒータ加熱によつて素子を一定
温度以上に保持して温度依存性をなくし低温雰囲
気中でも正常に動作するようにした。
に陽極となる酸素引き抜き用電極と加熱用ヒータ
を形成した酸素イオン導電性固体電解質板のもう
一方の面上に陰極となる酸素引き抜き用リング状
電極と抵抗測定用電極を設けた感応体を形成し、
その上に緻密なセラミツクス絶縁板を取り付けた
構成をとり、センサ外部からの酸素の拡散量を制
限するとともに、ヒータ加熱によつて素子を一定
温度以上に保持して温度依存性をなくし低温雰囲
気中でも正常に動作するようにした。
作 用
本発明になるセンサは、センサ外部からの感応
体への酸素の拡散を陰極となる酸素引き抜き用リ
ング状電極を設けた感応体の外周部分に制限する
構造をとつており、雰囲気中の酸素濃度が高い場
合にも感応体の抵抗を大きく変化させることがで
きる。また、加熱用ヒータによつて一定温度以上
に加熱しておくことにより、酸素ポンプの温度依
存性をなくし、従来不可能であつた低温雰囲気で
の動作も可能になつた。
体への酸素の拡散を陰極となる酸素引き抜き用リ
ング状電極を設けた感応体の外周部分に制限する
構造をとつており、雰囲気中の酸素濃度が高い場
合にも感応体の抵抗を大きく変化させることがで
きる。また、加熱用ヒータによつて一定温度以上
に加熱しておくことにより、酸素ポンプの温度依
存性をなくし、従来不可能であつた低温雰囲気で
の動作も可能になつた。
さらに加熱用ヒータを固体電解質板に近接して
形成することによつて酸素ポンプの動作温度にま
ですばやく加熱できかつ雰囲気温度変動にほとん
ど影響を受けることなく安定した動作状態を保つ
ことが可能になつた。
形成することによつて酸素ポンプの動作温度にま
ですばやく加熱できかつ雰囲気温度変動にほとん
ど影響を受けることなく安定した動作状態を保つ
ことが可能になつた。
実施例
本発明になるセンサ素子の構成を第１図を用い
て説明する。第１図ａは側断面図、ｂは下面図で
ある。１は化学式La1-x/2Sr1+x/2Co1-xMexO3-〓
（MeはFe，Mn，Cr，Ｖのうちの少なくとも一種
の元素、０≦ｘ≦１，０≦δ≦0.5）で表わされ
る酸化物とSrMe′O3（Me′はTi，Zr，Hfのうちの
少なくとも一種の元素）で表わされる酸化物とを
混合し焼成したものにPt族、Pd族のうち少なく
とも一種の元素を添加した材料をジルコニア固体
電解質板（6〓×1tmm）２に溶射によつて形成した
厚膜感応体（70μｍt）である。陰極となる酸素引
き抜き用リング状電極（兼抵抗測定用電極）３、
陽極となる下部電極４、および抵抗測定用電極５
はいずれもPtペーストをスクリーン印刷によつ
て成形した。そして、あらかじめジルコニア固体
解解質板に溶射によつて形成した絶縁層６上に
Ptヒータ７をスクリーン印刷によつて形成し、
その上にやはり溶射によつて保護層８を形成し
た。各電極にはPtリード線９を取り付けた。１
０は緻密なセラミツクス板（6〓×1tmm）である。
て説明する。第１図ａは側断面図、ｂは下面図で
ある。１は化学式La1-x/2Sr1+x/2Co1-xMexO3-〓
（MeはFe，Mn，Cr，Ｖのうちの少なくとも一種
の元素、０≦ｘ≦１，０≦δ≦0.5）で表わされ
る酸化物とSrMe′O3（Me′はTi，Zr，Hfのうちの
少なくとも一種の元素）で表わされる酸化物とを
混合し焼成したものにPt族、Pd族のうち少なく
とも一種の元素を添加した材料をジルコニア固体
電解質板（6〓×1tmm）２に溶射によつて形成した
厚膜感応体（70μｍt）である。陰極となる酸素引
き抜き用リング状電極（兼抵抗測定用電極）３、
陽極となる下部電極４、および抵抗測定用電極５
はいずれもPtペーストをスクリーン印刷によつ
て成形した。そして、あらかじめジルコニア固体
解解質板に溶射によつて形成した絶縁層６上に
Ptヒータ７をスクリーン印刷によつて形成し、
その上にやはり溶射によつて保護層８を形成し
た。各電極にはPtリード線９を取り付けた。１
０は緻密なセラミツクス板（6〓×1tmm）である。
上記のようにして作製したセンサ素子を所定の
温度に設定した電気炉中の石英ガラス管に入れ、
O2とN2の混合ガスを所定の割合で流通させ、ジ
ルコニア固体電解質に流す直流電流値と感応体の
抵抗変化を測定することによつてセンサの特性試
験を行なつた。
温度に設定した電気炉中の石英ガラス管に入れ、
O2とN2の混合ガスを所定の割合で流通させ、ジ
ルコニア固体電解質に流す直流電流値と感応体の
抵抗変化を測定することによつてセンサの特性試
験を行なつた。
第２図には、0.35La0.35Sr0.65Co0.7Fe0.3O3-〓＋
0.65SrTiO3＋Pd0.6wt％からなる材料を感応体と
した本センサの感度特性を示した。センサ感度は
（ジルコニア固体電解質に電流を流した時の抵
抗）／（非通電時の抵抗）で表わした。雰囲気は
O2１％N299％、通電電流値は1mAとした。雰囲
気温度は400〜800℃で100℃毎に測定した。また、
ヒータ作動（素子温度が700℃になるように加熱）
の場合には、O2７％N293％、O215％N285％にお
いても測定した。通電電流値はそれぞれ5mA，
8mAとした。雰囲気の酸素濃度が高い場合にも
センサ感度は大きく、しかも応答性にも優れてい
る。また、ヒータを作動させない場合には温度依
存性が顕著に現われ、400℃ではセンサ感度が殆
ど得られないが、素子温度が700℃になるように
ヒータを作動させた場合には温度依存性がなくな
り、雰囲気温度にかかわらず一致した特性を示し
た。これは、ヒータで加熱することによつて酸素
ポンプ動作の温度依存性がなくなり、感応体自体
がもつ高温で温度依存のない特性が発現したもの
である。
0.65SrTiO3＋Pd0.6wt％からなる材料を感応体と
した本センサの感度特性を示した。センサ感度は
（ジルコニア固体電解質に電流を流した時の抵
抗）／（非通電時の抵抗）で表わした。雰囲気は
O2１％N299％、通電電流値は1mAとした。雰囲
気温度は400〜800℃で100℃毎に測定した。また、
ヒータ作動（素子温度が700℃になるように加熱）
の場合には、O2７％N293％、O215％N285％にお
いても測定した。通電電流値はそれぞれ5mA，
8mAとした。雰囲気の酸素濃度が高い場合にも
センサ感度は大きく、しかも応答性にも優れてい
る。また、ヒータを作動させない場合には温度依
存性が顕著に現われ、400℃ではセンサ感度が殆
ど得られないが、素子温度が700℃になるように
ヒータを作動させた場合には温度依存性がなくな
り、雰囲気温度にかかわらず一致した特性を示し
た。これは、ヒータで加熱することによつて酸素
ポンプ動作の温度依存性がなくなり、感応体自体
がもつ高温で温度依存のない特性が発現したもの
である。
第３図にはセンサの応答特性を示した。雰囲気
温度は400℃とし、O2７％N293％とO2１％N299
％との間で雰囲気を切り替えて測定を行なつた。
通電電流値は2mAとし、（O2１％N299％での抵
抗）／（O2７％N293％での抵抗）でセンサ感度
を求めた。図から明らかなように、ヒータ作動
（素子温度700℃）によつて、雰囲気変化にともな
うセンサの応答性は極めて優れており、加熱効果
が著しいことがわかる。
温度は400℃とし、O2７％N293％とO2１％N299
％との間で雰囲気を切り替えて測定を行なつた。
通電電流値は2mAとし、（O2１％N299％での抵
抗）／（O2７％N293％での抵抗）でセンサ感度
を求めた。図から明らかなように、ヒータ作動
（素子温度700℃）によつて、雰囲気変化にともな
うセンサの応答性は極めて優れており、加熱効果
が著しいことがわかる。
第４図にはセンサ特性の安定性を示した。前記
センサを石英ガラス管に入れて電気炉中に設置
し、炉温を400℃に保ち、センサ素子温度が800℃
になるようにヒータを作動させた。雰囲気をO2
７％N293％１分間、O2１％N299％１分間と切替
えてこれを１サイクルとし、計5000サイクルくり
かえした。500サイクル毎にセンサ感度（＝（O2
１％N299％での抵抗）／（O2７％N293％での抵
抗））を求めてその変化を追跡した。なお、ここ
では初期感度を１とし、それに対する比でセンサ
感度変化を表わした。図で明らかなように、本セ
ンサは極めて安定した特性を示すことが認められ
た。
センサを石英ガラス管に入れて電気炉中に設置
し、炉温を400℃に保ち、センサ素子温度が800℃
になるようにヒータを作動させた。雰囲気をO2
７％N293％１分間、O2１％N299％１分間と切替
えてこれを１サイクルとし、計5000サイクルくり
かえした。500サイクル毎にセンサ感度（＝（O2
１％N299％での抵抗）／（O2７％N293％での抵
抗））を求めてその変化を追跡した。なお、ここ
では初期感度を１とし、それに対する比でセンサ
感度変化を表わした。図で明らかなように、本セ
ンサは極めて安定した特性を示すことが認められ
た。
本実施例ではMeとしてFeをMe′としてTiを用
い、Ｘ＝0.65の場合について示したが、Meが
Mn，Cr，Ｖ，Me′がZr，Hfの場合にも同様の効
果が認められ、Ｘ値を変えた場合にもほぼ同様の
効果が認められた。Pdの代わりにPtを添加した
場合も同等の結果であつた。感応体材料としては
この外、SnO2，TiO2などを用いることも可能で
ある。
い、Ｘ＝0.65の場合について示したが、Meが
Mn，Cr，Ｖ，Me′がZr，Hfの場合にも同様の効
果が認められ、Ｘ値を変えた場合にもほぼ同様の
効果が認められた。Pdの代わりにPtを添加した
場合も同等の結果であつた。感応体材料としては
この外、SnO2，TiO2などを用いることも可能で
ある。
感応体は成分の混合物だけでなく、その混合物
の焼成物でもよく、その焼結体を溶射してもよ
く、成分をスクリーン印刷などによつても形成す
ることができる。ヒータ形状も任意であり、また
あらかじめセラミツクス板の中にヒータを形成し
たものを接着することによつて作製することもで
きる。
の焼成物でもよく、その焼結体を溶射してもよ
く、成分をスクリーン印刷などによつても形成す
ることができる。ヒータ形状も任意であり、また
あらかじめセラミツクス板の中にヒータを形成し
たものを接着することによつて作製することもで
きる。
発明の効果
本発明になるセンサは雰囲気からの酸素の拡散
を制限することによつて高い酸素濃度雰囲気中に
おいても優れた応答性を示し、また加熱用ヒータ
を組み込むことにより酸素ポンプ動作の温度依存
性をなくし、従来不可能であつた低温雰囲気でも
一定の動作を可能にするものである。
を制限することによつて高い酸素濃度雰囲気中に
おいても優れた応答性を示し、また加熱用ヒータ
を組み込むことにより酸素ポンプ動作の温度依存
性をなくし、従来不可能であつた低温雰囲気でも
一定の動作を可能にするものである。
第１図は本発明の一実施例のセンサの側断面図
ａと下面図ｂ、第２図は異なる雰囲気におけるセ
ンサ特性におよぼすヒータの効果を示す図、第３
図はセンサ応答性におよぼすヒータの効果を示す
図、第４図はセンサ特性の安定性を示す図であ
る。 １……感応体、２……ジルコニア固体電解質
板、３……リング状電極、４……下部電極、５…
…抵抗測定用電極、６……絶縁層、７……ヒー
タ、８……保護層、９……リード線、１０……セ
ラミツクス板。
ａと下面図ｂ、第２図は異なる雰囲気におけるセ
ンサ特性におよぼすヒータの効果を示す図、第３
図はセンサ応答性におよぼすヒータの効果を示す
図、第４図はセンサ特性の安定性を示す図であ
る。 １……感応体、２……ジルコニア固体電解質
板、３……リング状電極、４……下部電極、５…
…抵抗測定用電極、６……絶縁層、７……ヒー
タ、８……保護層、９……リード線、１０……セ
ラミツクス板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 酸素イオン導電性固体電解質板の一方の面に
陽極となる円板状の酸素引き抜き用電極と、前記
酸素引き抜き用電極の周囲に一定の間隔を設けて
円環状に配置した加熱用ヒータを、もう一方の面
に雰囲気の酸素濃度により抵抗が変化する感応体
をそれぞれ形成し、前記感応体上面に陰極となる
酸素引き抜き用のリング状電極と抵抗測定用電極
を形成し、さらにその上に緻密なセラミツクス絶
縁板を取り付けたことを特徴とする燃焼制御用セ
ンサ。 ２ 加熱用ヒータが酸素イオン導電性固体電解質
板および陽極となる酸素引き抜き用電極と電気的
に絶縁されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の燃焼制御用センサ。 ３ 感応体が化学式La1-x/2Sr1+x/2Co1-xMexO3-〓
（MeはFe，Mn，Cr，Ｖのうちの少なくとも一種
の元素、０≦ｘ≦１，０≦δ≦0.5）で表わされ
る酸化物とSrMe′O3（Me′はTi，Zr，Hfのうちの
少なくとも一種の元素）で表わされる酸化物を主
成分とすることを特徴とする特許請求の範囲第１
項または第２項記載の燃焼制御用センサ。 ４ 感応体の第三成分としてPd族、Pt族のうち
の少なくとも一種の元素を含むことを特徴とする
特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載
の燃焼制御用センサ。 ５ 感応体はその成分の混合物、前記混合物の焼
成物もしくは前記焼成物の溶射物であることを特
徴とする特許請求の範囲第３項記載の燃焼制御用
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60247461A JPS62106356A (ja) | 1985-11-05 | 1985-11-05 | 燃焼制御用センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60247461A JPS62106356A (ja) | 1985-11-05 | 1985-11-05 | 燃焼制御用センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62106356A JPS62106356A (ja) | 1987-05-16 |
| JPH0525062B2 true JPH0525062B2 (ja) | 1993-04-09 |
Family
ID=17163789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60247461A Granted JPS62106356A (ja) | 1985-11-05 | 1985-11-05 | 燃焼制御用センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62106356A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018186268A1 (ja) * | 2017-04-05 | 2018-10-11 | パナソニック株式会社 | ガスセンサ |
-
1985
- 1985-11-05 JP JP60247461A patent/JPS62106356A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62106356A (ja) | 1987-05-16 |
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