JPH08201336A - 電気化学式ガスセンサ及びその駆動方法 - Google Patents
電気化学式ガスセンサ及びその駆動方法Info
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- JPH08201336A JPH08201336A JP7010814A JP1081495A JPH08201336A JP H08201336 A JPH08201336 A JP H08201336A JP 7010814 A JP7010814 A JP 7010814A JP 1081495 A JP1081495 A JP 1081495A JP H08201336 A JPH08201336 A JP H08201336A
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Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】通電開始後、出力電流が安定動作状態になるま
での時間を短縮することができ、初期安定化時間の短い
電気化学式ガスセンサ及びその駆動方法を提供すること
にある。 【構成】ガスセンサ素子１は、酸化絶縁処理したシリコ
ン基板１０の表面に、作用電極２０、対極３０、及び参
照電極４０とを設け、各電極２０、３０、４０を高分子
固体電解質膜５０を介して電気的に接続している。ま
た、各電極２０、３０、４０の一端は、電源回路部６０
に接続されている。この電源回路部６０は、通電開始時
に、作用電極２０、参照電極４０間に、ガス検知状態に
おける印加電圧とは異なる大きさの電圧を、所定時間印
加し、この所定時間経過後、ガス検知状態の印加電圧に
設定するセンサ駆動部、ガスセンサ素子１の出力電流を
検出し、増幅するための回路を備えている。
での時間を短縮することができ、初期安定化時間の短い
電気化学式ガスセンサ及びその駆動方法を提供すること
にある。 【構成】ガスセンサ素子１は、酸化絶縁処理したシリコ
ン基板１０の表面に、作用電極２０、対極３０、及び参
照電極４０とを設け、各電極２０、３０、４０を高分子
固体電解質膜５０を介して電気的に接続している。ま
た、各電極２０、３０、４０の一端は、電源回路部６０
に接続されている。この電源回路部６０は、通電開始時
に、作用電極２０、参照電極４０間に、ガス検知状態に
おける印加電圧とは異なる大きさの電圧を、所定時間印
加し、この所定時間経過後、ガス検知状態の印加電圧に
設定するセンサ駆動部、ガスセンサ素子１の出力電流を
検出し、増幅するための回路を備えている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気化学式ガスセンサ
及びその駆動方法に関するものである。
及びその駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気化学的な酸化還元反応を利用
し、大気中の様々なガス、例えば、一酸化炭素、水素、
窒素化合物等を検知する電気化学式ガスセンサが種々提
案されている（例えば、特開平１−１５６６５７号公
報）。例えば、図４に示す電気化学式ガスセンサでは、
絶縁基板１０上に作用電極２０と対極３０と参照電極４
０とを設けて、これら各電極２０、３０、４０を高分子
固体電解質膜５０を介して電気的に接続している。この
電気化学式ガスセンサでは、ガス反応電極としての作用
電極２０と参照電極４０との間に、ある一定電圧を印加
しておくと、作用電極２０において感知対象となるガス
との電気化学反応が生じ、その反応によって生成される
キャリアが高分子固体電解質膜５０中を流れ、反応ガス
のガス濃度に応じた電流値のセンサ電流が流れるように
構成されている。作用電極２０、参照電極４０間に印加
する電圧値は、検知対象となるガス種によって決まり、
例えば、一酸化炭素ガスを検知する場合は、０．４Ｖ程
度、酸素を検知する場合は−０．６Ｖ程度が適当であ
る。
し、大気中の様々なガス、例えば、一酸化炭素、水素、
窒素化合物等を検知する電気化学式ガスセンサが種々提
案されている（例えば、特開平１−１５６６５７号公
報）。例えば、図４に示す電気化学式ガスセンサでは、
絶縁基板１０上に作用電極２０と対極３０と参照電極４
０とを設けて、これら各電極２０、３０、４０を高分子
固体電解質膜５０を介して電気的に接続している。この
電気化学式ガスセンサでは、ガス反応電極としての作用
電極２０と参照電極４０との間に、ある一定電圧を印加
しておくと、作用電極２０において感知対象となるガス
との電気化学反応が生じ、その反応によって生成される
キャリアが高分子固体電解質膜５０中を流れ、反応ガス
のガス濃度に応じた電流値のセンサ電流が流れるように
構成されている。作用電極２０、参照電極４０間に印加
する電圧値は、検知対象となるガス種によって決まり、
例えば、一酸化炭素ガスを検知する場合は、０．４Ｖ程
度、酸素を検知する場合は−０．６Ｖ程度が適当であ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述の電気化学式ガス
センサを、例えば、一酸化炭素ガスセンサとして機能さ
せる場合、作用電極２０、参照電極４０間に０．４Ｖの
電圧を印加する必要があり、従来は、通電開始と同時に
作用電極２０、参照電極４０間に０．４Ｖを印加してい
た。
センサを、例えば、一酸化炭素ガスセンサとして機能さ
せる場合、作用電極２０、参照電極４０間に０．４Ｖの
電圧を印加する必要があり、従来は、通電開始と同時に
作用電極２０、参照電極４０間に０．４Ｖを印加してい
た。
【０００４】しかしながら、このような電圧の印加方法
では、図５に示すように、通電開始直後は、被検知ガス
が存在しないにもかかわらず、１００ｎＡ以上の出力電
流が流れ、その後、徐々に出力電流は低下し、定常状態
である０から数ｎＡ程度の電流値で安定するが、電流値
が安定するまでの時間が４時間以上かかった。この通電
開始後、出力電流が安定するまでに要する時間は、通電
が開始されるまでに無通電状態におかれていた期間の長
さによっても異なるが、通常、数時間から１日程度の期
間を要していた。
では、図５に示すように、通電開始直後は、被検知ガス
が存在しないにもかかわらず、１００ｎＡ以上の出力電
流が流れ、その後、徐々に出力電流は低下し、定常状態
である０から数ｎＡ程度の電流値で安定するが、電流値
が安定するまでの時間が４時間以上かかった。この通電
開始後、出力電流が安定するまでに要する時間は、通電
が開始されるまでに無通電状態におかれていた期間の長
さによっても異なるが、通常、数時間から１日程度の期
間を要していた。
【０００５】出力電流が安定するまでの間は、出力電流
のゼロレベルがシフトした状態となり、正確なガスの検
知やガス濃度の測定ができないため、通電開始後、安定
動作状態になるまでの初期安定時間が、数時間以上もか
かるというのは、実用上、問題であった。本発明は、上
記問題点を解決するために、通電開始後、出力電流が安
定動作状態になるまでの時間を短縮することができ、初
期安定化時間の短い電気化学式ガスセンサ及びその駆動
方法を提供することを目的とするものである。
のゼロレベルがシフトした状態となり、正確なガスの検
知やガス濃度の測定ができないため、通電開始後、安定
動作状態になるまでの初期安定時間が、数時間以上もか
かるというのは、実用上、問題であった。本発明は、上
記問題点を解決するために、通電開始後、出力電流が安
定動作状態になるまでの時間を短縮することができ、初
期安定化時間の短い電気化学式ガスセンサ及びその駆動
方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明では、絶縁基板の同一面上に、作用
電極、対極、参照電極が設けられ、前記各電極及び各電
極間を覆って固体電解質膜が設けられた電気化学式ガス
センサにおいて、前記作用電極と前記参照電極との間
に、ガス検知状態における印加電圧とは異なる大きさの
電圧を、通電開始時に、所定時間印加し、この所定時間
の経過後、ガス検知状態の印加電圧に設定する回路を備
えたことを特徴とするものである。
に、請求項１の発明では、絶縁基板の同一面上に、作用
電極、対極、参照電極が設けられ、前記各電極及び各電
極間を覆って固体電解質膜が設けられた電気化学式ガス
センサにおいて、前記作用電極と前記参照電極との間
に、ガス検知状態における印加電圧とは異なる大きさの
電圧を、通電開始時に、所定時間印加し、この所定時間
の経過後、ガス検知状態の印加電圧に設定する回路を備
えたことを特徴とするものである。
【０００７】請求項２の発明では、絶縁基板の同一面上
に、作用電極、対極、参照電極が設けられ、前記各電極
及び各電極間を覆って固体電解質膜が設けられた電気化
学式ガスセンサの駆動方法において、前記作用電極と前
記参照電極との間に、ガス検知状態における印加電圧と
は異なる大きさの電圧を、通電開始時に、所定時間印加
し、この所定時間の経過後、ガス検知状態の印加電圧に
設定し、ガス検知動作を始めることを特徴とするもので
ある。
に、作用電極、対極、参照電極が設けられ、前記各電極
及び各電極間を覆って固体電解質膜が設けられた電気化
学式ガスセンサの駆動方法において、前記作用電極と前
記参照電極との間に、ガス検知状態における印加電圧と
は異なる大きさの電圧を、通電開始時に、所定時間印加
し、この所定時間の経過後、ガス検知状態の印加電圧に
設定し、ガス検知動作を始めることを特徴とするもので
ある。
【０００８】
【作用】請求項１、請求項２の発明によって、電気化学
式ガスセンサの通電開始時に、作用電極、参照電極間に
通常の検知状態における印加電圧とは異なる大きさの電
圧を印加し、その後ガス検知状態の印加電圧に設定する
ようにしたので、電気化学式ガスセンサの初期安定化時
間を短縮することができる。
式ガスセンサの通電開始時に、作用電極、参照電極間に
通常の検知状態における印加電圧とは異なる大きさの電
圧を印加し、その後ガス検知状態の印加電圧に設定する
ようにしたので、電気化学式ガスセンサの初期安定化時
間を短縮することができる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。図１
は、本発明の実施例の電気化学式ガスセンサの構成図で
ある。本実施例のガスセンサ素子１は、１０ｍｍ×１０
ｍｍの酸化絶縁処理したシリコン基板１０の表面に、ス
パッタ法により作用電極２０及び対極３０として白金
を、また、参照電極４０として金を各々成膜し、各電極
２０、３０、４０及び各電極間を覆うように高分子固体
電解質膜５０としてパーフルオロスルホネートポリマー
（商品名 Ｎａｆｉｏｎ：デュポン社製）を溶液キャス
ト法により成膜して構成される。各電極２０、３０、４
０の一端は高分子固体電解質膜５０の外部まで延長され
て露出し、その露出部で構成した端子部２１、３１、４
１を電源リード線２２、３２、４２を介して電源回路部
６０に接続している。この電源回路部６０には、通電開
始時に、作用電極２０、参照電極４０間に、ガス検知状
態における印加電圧とは異なる大きさの電圧を、所定時
間印加し、この所定時間経過後、ガス検知状態の印加電
圧に設定するセンサ駆動部、ガスセンサ素子１の出力電
流を検出し、増幅するための回路を備えている。
は、本発明の実施例の電気化学式ガスセンサの構成図で
ある。本実施例のガスセンサ素子１は、１０ｍｍ×１０
ｍｍの酸化絶縁処理したシリコン基板１０の表面に、ス
パッタ法により作用電極２０及び対極３０として白金
を、また、参照電極４０として金を各々成膜し、各電極
２０、３０、４０及び各電極間を覆うように高分子固体
電解質膜５０としてパーフルオロスルホネートポリマー
（商品名 Ｎａｆｉｏｎ：デュポン社製）を溶液キャス
ト法により成膜して構成される。各電極２０、３０、４
０の一端は高分子固体電解質膜５０の外部まで延長され
て露出し、その露出部で構成した端子部２１、３１、４
１を電源リード線２２、３２、４２を介して電源回路部
６０に接続している。この電源回路部６０には、通電開
始時に、作用電極２０、参照電極４０間に、ガス検知状
態における印加電圧とは異なる大きさの電圧を、所定時
間印加し、この所定時間経過後、ガス検知状態の印加電
圧に設定するセンサ駆動部、ガスセンサ素子１の出力電
流を検出し、増幅するための回路を備えている。
【００１０】以下に、作用電極２０、参照電極４０間に
０．４Ｖの電圧を印加して、一酸化炭素ガスを検知する
電気化学式ガスセンサとして使用した場合について説明
する。まず、電源回路部６０は、通電開始時に、図２
（ａ）に示すように、作用電極２０、参照電極４０間に
０．７Ｖの電圧を３０秒間印加したあと、ガス検知状態
の印加電圧である０．４Ｖに切り換えると、通電開始直
後は、図４に示した従来例の場合と同様に非常に大きな
センサ電流が図２（ｂ）に示すように流れるが、印加電
圧を０．７Ｖから０．４Ｖに切り換えると、出力電流
は、いったんマイナス側にふれた後すぐに再びプラス側
に転じ、２０分程度で出力電流は安定する。このよう
に、本実施例では、出力電流が安定するまでに要する時
間が大幅に短縮できた。
０．４Ｖの電圧を印加して、一酸化炭素ガスを検知する
電気化学式ガスセンサとして使用した場合について説明
する。まず、電源回路部６０は、通電開始時に、図２
（ａ）に示すように、作用電極２０、参照電極４０間に
０．７Ｖの電圧を３０秒間印加したあと、ガス検知状態
の印加電圧である０．４Ｖに切り換えると、通電開始直
後は、図４に示した従来例の場合と同様に非常に大きな
センサ電流が図２（ｂ）に示すように流れるが、印加電
圧を０．７Ｖから０．４Ｖに切り換えると、出力電流
は、いったんマイナス側にふれた後すぐに再びプラス側
に転じ、２０分程度で出力電流は安定する。このよう
に、本実施例では、出力電流が安定するまでに要する時
間が大幅に短縮できた。
【００１１】図３（ａ）、（ｂ）は、通電開始時に作用
電極２０、参照電極４０間に０．６Ｖの電圧を６０秒間
印加した後、ガス検知状態の印加電圧である０．４Ｖに
切り換えた場合の、印加電圧波形と出力電圧波形とを示
す。この図３（ｂ）に示す出力電流は上述の実施例の場
合と類似した変化をし、１０分から１５分で出力電流は
安定している。
電極２０、参照電極４０間に０．６Ｖの電圧を６０秒間
印加した後、ガス検知状態の印加電圧である０．４Ｖに
切り換えた場合の、印加電圧波形と出力電圧波形とを示
す。この図３（ｂ）に示す出力電流は上述の実施例の場
合と類似した変化をし、１０分から１５分で出力電流は
安定している。
【００１２】ところで、通電開始時に印加する電圧の大
きさは、ガス検知状態における印加電圧よりも絶対値的
に小さいと、出力電流の安定化を加速する効果がない。
逆に、通電開始時の印加電圧の絶対値が大きすぎてもセ
ンサ性能、特に、高分子固体電解質膜５０や電極部に悪
影響を与える恐れがある。具体的には、印加電圧が０．
８Ｖ以上になると、高分子固体電解質膜５０中に含まれ
る水分の電気分解が作用電極２０での主反応となってく
るため、被検知ガスの定量的な検出が困難になる。
きさは、ガス検知状態における印加電圧よりも絶対値的
に小さいと、出力電流の安定化を加速する効果がない。
逆に、通電開始時の印加電圧の絶対値が大きすぎてもセ
ンサ性能、特に、高分子固体電解質膜５０や電極部に悪
影響を与える恐れがある。具体的には、印加電圧が０．
８Ｖ以上になると、高分子固体電解質膜５０中に含まれ
る水分の電気分解が作用電極２０での主反応となってく
るため、被検知ガスの定量的な検出が困難になる。
【００１３】したがって、通電開始時に印加する電圧の
大きさの絶対値は、ガス検知状態における印加電圧より
も大きく、かつ、０．８Ｖ以下の範囲が適当である。こ
の範囲内の電圧であれば、上記実施例に示したような一
定値の電圧である必要はなく、正弦波や三角波状の電圧
や複数の電圧値をステップ状に印加することも可能であ
る。
大きさの絶対値は、ガス検知状態における印加電圧より
も大きく、かつ、０．８Ｖ以下の範囲が適当である。こ
の範囲内の電圧であれば、上記実施例に示したような一
定値の電圧である必要はなく、正弦波や三角波状の電圧
や複数の電圧値をステップ状に印加することも可能であ
る。
【００１４】尚、上記実施例では、ガス検知状態におけ
る作用電極２０、参照電極４０間の印加電圧を０．４Ｖ
として、一酸化炭素ガスを検知する場合を一例として説
明したが、本発明はこれに限定されず一酸化炭素ガス以
外の様々なガスの検出、または、濃度計測にも使用する
ことができる。
る作用電極２０、参照電極４０間の印加電圧を０．４Ｖ
として、一酸化炭素ガスを検知する場合を一例として説
明したが、本発明はこれに限定されず一酸化炭素ガス以
外の様々なガスの検出、または、濃度計測にも使用する
ことができる。
【００１５】
【発明の効果】請求項１の発明は、作用電極と参照電極
との間に、ガス検知状態における印加電圧とは異なる大
きさの電圧を、通電開始時に、所定時間印加し、所定時
間後、ガス検知状態の印加電圧に設定する回路を備えて
あり、また、請求項２の発明は、作用電極と参照電極と
の間に、ガス検知状態における印加電圧とは異なる大き
さの電圧を、通電開始時に、所定時間印加し、所定時間
後ガス検知状態の印加電圧に設定し、ガス検知動作を始
めるので、電気化学式ガスセンサの初期安定化時間を短
縮でき、精度のあるガス濃度の測定を短時間で行うこと
ができるという効果がある。
との間に、ガス検知状態における印加電圧とは異なる大
きさの電圧を、通電開始時に、所定時間印加し、所定時
間後、ガス検知状態の印加電圧に設定する回路を備えて
あり、また、請求項２の発明は、作用電極と参照電極と
の間に、ガス検知状態における印加電圧とは異なる大き
さの電圧を、通電開始時に、所定時間印加し、所定時間
後ガス検知状態の印加電圧に設定し、ガス検知動作を始
めるので、電気化学式ガスセンサの初期安定化時間を短
縮でき、精度のあるガス濃度の測定を短時間で行うこと
ができるという効果がある。
【図１】本発明の一実施例の構成図である。
【図２】（ａ）は同上の印加電圧の動作説明図である。
（ｂ）は同上の出力電流の動作説明図である。
（ｂ）は同上の出力電流の動作説明図である。
【図３】（ａ）は本発明の別の実施例に係わる印加電圧
の動作説明図である。（ｂ）は同上の出力電流の動作説
明図である。
の動作説明図である。（ｂ）は同上の出力電流の動作説
明図である。
【図４】（ａ）は従来の電気化学式ガスセンサの一例を
示す断面図である。（ｂ）は同上の平面図である。
示す断面図である。（ｂ）は同上の平面図である。
【図５】従来の出力電流の動作説明図である。
１ ガスセンサ素子 １０ 絶縁基板 ２０ 作用電極 ３０ 対極 ４０ 参照電極 ５０ 高分子固体電解質 ２１、３１、４１ 端子部 ２２、３２、４２ リード線 ６０ 電源回路部
Claims (2)
- 【請求項１】 絶縁基板の同一面上に、作用電極、対
極、参照電極が設けられ、前記各電極及び各電極間を覆
って固体電解質膜が設けられた電気化学式ガスセンサに
おいて、前記作用電極と前記参照電極との間に、ガス検
知状態における印加電圧とは異なる大きさの電圧を、通
電開始時に、所定時間印加し、この所定時間の経過後、
ガス検知状態の印加電圧に設定する回路を備えたことを
特徴とする電気化学式ガスセンサ。 - 【請求項２】 絶縁基板の同一面上に、作用電極、対
極、参照電極が設けられ、前記各電極及び各電極間を覆
って固体電解質膜が設けられた電気化学式ガスセンサの
駆動方法において、前記作用電極と前記参照電極との間
に、ガス検知状態における印加電圧とは異なる大きさの
電圧を、通電開始時に、所定時間印加し、この所定時間
の経過後、ガス検知状態の印加電圧に設定し、ガス検知
動作を始めることを特徴とする電気化学式ガスセンサの
駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7010814A JPH08201336A (ja) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | 電気化学式ガスセンサ及びその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7010814A JPH08201336A (ja) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | 電気化学式ガスセンサ及びその駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08201336A true JPH08201336A (ja) | 1996-08-09 |
Family
ID=11760825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7010814A Withdrawn JPH08201336A (ja) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | 電気化学式ガスセンサ及びその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08201336A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007121323A (ja) * | 2002-02-28 | 2007-05-17 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
| US7232511B1 (en) * | 2002-01-10 | 2007-06-19 | Panya, Inc. | Multi-gas/vapor electrochemical sensor for the detection and monitoring of chemical and biological agents |
| JP2015525361A (ja) * | 2012-06-25 | 2015-09-03 | ステリス コーポレイション | 電流測定式ガスセンサー |
| US10876144B2 (en) | 2017-07-14 | 2020-12-29 | American Sterilizer Company | Process for determining viability of test microorganisms of biological indicator and sterilization detection device for determining same |
| US10889848B2 (en) | 2017-07-14 | 2021-01-12 | American Sterilizer Company | Process for determining viability of test microorganisms of biological indicator and sterilization detection device for determining same |
| US10900062B2 (en) | 2017-07-14 | 2021-01-26 | American Sterilizer Company | Process for determining viability of test microorganisms of biological indicator and sterilization detection device for determining same |
-
1995
- 1995-01-26 JP JP7010814A patent/JPH08201336A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US9459233B2 (en) | 2012-06-25 | 2016-10-04 | Steris Corporation | Amperometric gas sensor |
| US9995706B2 (en) | 2012-06-25 | 2018-06-12 | Steris Corporation | Amperometric gas sensor |
| US9995705B2 (en) | 2012-06-25 | 2018-06-12 | Steris Corporation | Amperometric gas sensor |
| US10001455B2 (en) | 2012-06-25 | 2018-06-19 | Steris Corporation | Amperometric gas sensor |
| US10876144B2 (en) | 2017-07-14 | 2020-12-29 | American Sterilizer Company | Process for determining viability of test microorganisms of biological indicator and sterilization detection device for determining same |
| US10889848B2 (en) | 2017-07-14 | 2021-01-12 | American Sterilizer Company | Process for determining viability of test microorganisms of biological indicator and sterilization detection device for determining same |
| US10900062B2 (en) | 2017-07-14 | 2021-01-26 | American Sterilizer Company | Process for determining viability of test microorganisms of biological indicator and sterilization detection device for determining same |
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| Date | Code | Title | Description |
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