JPH10148626A - 定電位電解式ガスセンサー - Google Patents
定電位電解式ガスセンサーInfo
- Publication number
- JPH10148626A JPH10148626A JP9101016A JP10101697A JPH10148626A JP H10148626 A JPH10148626 A JP H10148626A JP 9101016 A JP9101016 A JP 9101016A JP 10101697 A JP10101697 A JP 10101697A JP H10148626 A JPH10148626 A JP H10148626A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- diaphragm
- detection electrode
- sensor
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 検知極形成の際に隔膜の性能が低下しないよ
うにする。 【解決手段】 センサー本体２の底部の孔４が隔膜６で
閉じられている。センサー本体２内には電解液１２が入
れられており、隔膜６上には電解液側に検知極８が配置
されている。隔膜６と検知極８が別体として構成されて
機械的に接触してセンサ−に組み込まれている。
うにする。 【解決手段】 センサー本体２の底部の孔４が隔膜６で
閉じられている。センサー本体２内には電解液１２が入
れられており、隔膜６上には電解液側に検知極８が配置
されている。隔膜６と検知極８が別体として構成されて
機械的に接触してセンサ−に組み込まれている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガス中の特定成分の
濃度を測定する定電位電解式ガスセンサーに関するもの
である。ガス中の特定成分の濃度を電気化学的に検出す
る代表的ガスセンサーとして定電位電解式ガスセンサー
とガルバニ電池式ガスセンサーがあり、本発明はそのう
ちの定電位電解式ガスセンサーに関するものである。ガ
スセンサーは、採取した試料ガスを分析する計測機や、
ガス中の特定成分濃度を制御する制御機や、内燃機関や
外燃機関からの排ガス中の特定成分の濃度測定などに用
いられている。測定される特定成分としては、Ｏ2、
Ｏ3、ＣＯ、Ｃ3Ｈ8、Ｃ8Ｈ18、ＨＣＨＯ、Ｈ2、ＮＯ2、
ＮＯ、ＳＯ2などがある。
濃度を測定する定電位電解式ガスセンサーに関するもの
である。ガス中の特定成分の濃度を電気化学的に検出す
る代表的ガスセンサーとして定電位電解式ガスセンサー
とガルバニ電池式ガスセンサーがあり、本発明はそのう
ちの定電位電解式ガスセンサーに関するものである。ガ
スセンサーは、採取した試料ガスを分析する計測機や、
ガス中の特定成分濃度を制御する制御機や、内燃機関や
外燃機関からの排ガス中の特定成分の濃度測定などに用
いられている。測定される特定成分としては、Ｏ2、
Ｏ3、ＣＯ、Ｃ3Ｈ8、Ｃ8Ｈ18、ＨＣＨＯ、Ｈ2、ＮＯ2、
ＮＯ、ＳＯ2などがある。
【０００２】
【従来の技術】定電位電解式ガスセンサーは、電解液と
被検ガスとの接触面にガス透過性の隔膜が設けられ、そ
の隔膜の電解液側には検知極（作用極ともいう）が形成
され、検知極に対し電解液を介して対極と参照極が配置
され、参照極の電位を基準として、これに対する検知極
の電位が一定に保たれ、対極と検知極間の電流により被
検ガス中の特定成分濃度が検出されるものである。特
に、隔膜のガス拡散が反応系の律速段階になる場合、こ
の電流値は成分濃度に比例する。
被検ガスとの接触面にガス透過性の隔膜が設けられ、そ
の隔膜の電解液側には検知極（作用極ともいう）が形成
され、検知極に対し電解液を介して対極と参照極が配置
され、参照極の電位を基準として、これに対する検知極
の電位が一定に保たれ、対極と検知極間の電流により被
検ガス中の特定成分濃度が検出されるものである。特
に、隔膜のガス拡散が反応系の律速段階になる場合、こ
の電流値は成分濃度に比例する。
【０００３】定電位電解式ガスセンサーの特徴として
は、ガス濃度に対して出力電流が比例し、特定のガスに
しか応答しない選択性を持ち、応答速度が速い等の点を
挙げることができる。
は、ガス濃度に対して出力電流が比例し、特定のガスに
しか応答しない選択性を持ち、応答速度が速い等の点を
挙げることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のガスセンサ−で
は、検知極は隔膜である多孔質のポリテトラフルオロエ
チレン膜のような高分子膜上にスパッタリング法等の手
法を用いて貴金属薄膜を直接形成したものであるため、
その貴金属薄膜の形成工程において隔膜の高分子膜が高
温にさらされる。そのため、高分子膜が熱により変性し
て収縮し、隔膜としての機能が低下する問題が生じる。
そこで本発明は検知極形成の際に隔膜の性能が低下しな
いようにすることを目的とするものである。
は、検知極は隔膜である多孔質のポリテトラフルオロエ
チレン膜のような高分子膜上にスパッタリング法等の手
法を用いて貴金属薄膜を直接形成したものであるため、
その貴金属薄膜の形成工程において隔膜の高分子膜が高
温にさらされる。そのため、高分子膜が熱により変性し
て収縮し、隔膜としての機能が低下する問題が生じる。
そこで本発明は検知極形成の際に隔膜の性能が低下しな
いようにすることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は隔膜である高分
子膜に検知極の電極を直接形成することをやめ、隔膜と
検知極を別体として作成し、隔膜に検知極を接触させて
センサ−を構成する。検知極としてはガスの通りのよい
耐熱性のよい繊維凝集体からなる多孔性シートを電極基
材とし、その上に貴金属層を形成したものを採用する。
隔膜と検知極の電極との接触は機械的接触による。隔膜
と検知極が別体として形成されているが、接触させるこ
とによって従来のセンサ−と同等の出力が得られる。
子膜に検知極の電極を直接形成することをやめ、隔膜と
検知極を別体として作成し、隔膜に検知極を接触させて
センサ−を構成する。検知極としてはガスの通りのよい
耐熱性のよい繊維凝集体からなる多孔性シートを電極基
材とし、その上に貴金属層を形成したものを採用する。
隔膜と検知極の電極との接触は機械的接触による。隔膜
と検知極が別体として形成されているが、接触させるこ
とによって従来のセンサ−と同等の出力が得られる。
【０００６】
【実施例】図１に一実施例を示す。同図（Ａ）に示され
るように、絶縁性の材料で形成されたセンサー本体２は
その底部に孔４をもち、その孔４が隔膜６で閉じられて
いる。センサー本体２内には電解液１２として３．６Ｍ
の硫酸が入れられており、隔膜６上には電解液側に検知
極８が配置されている。隔膜６と検知極８が別体として
構成されて機械的に接触してセンサ−に組み込まれてい
る。
るように、絶縁性の材料で形成されたセンサー本体２は
その底部に孔４をもち、その孔４が隔膜６で閉じられて
いる。センサー本体２内には電解液１２として３．６Ｍ
の硫酸が入れられており、隔膜６上には電解液側に検知
極８が配置されている。隔膜６と検知極８が別体として
構成されて機械的に接触してセンサ−に組み込まれてい
る。
【０００７】隔膜６は多孔質のポリテトラフルオロエチ
レン膜などのガス透過性の膜である。検知極８は、基材
としての導電性多孔性カ−ボンシート１０の両面に５０
０〜２０００Å、好ましくは１３００〜１４００Åの金
層１０ａを形成し、その上に５００〜２０００Å、好ま
しくは１０００Å程度の白金層１０ｂを形成して二層構
造としたものである。金層１０ａと白金層１０ｂは、と
もに基材のカーボンシート１０の表面と裏面の両面及び
側面も取り囲むように形成されているが、表面と裏面の
両面だけであってもよく、表面と裏面のいずれか片面だ
けであってもよい。
レン膜などのガス透過性の膜である。検知極８は、基材
としての導電性多孔性カ−ボンシート１０の両面に５０
０〜２０００Å、好ましくは１３００〜１４００Åの金
層１０ａを形成し、その上に５００〜２０００Å、好ま
しくは１０００Å程度の白金層１０ｂを形成して二層構
造としたものである。金層１０ａと白金層１０ｂは、と
もに基材のカーボンシート１０の表面と裏面の両面及び
側面も取り囲むように形成されているが、表面と裏面の
両面だけであってもよく、表面と裏面のいずれか片面だ
けであってもよい。
【０００８】次に、このセンサーの製造方法について説
明する。検知極８を製造するには、基材の導電性多孔性
カーボンシート（日本カーボン製）１０の両面に、スパ
ッタリング法により金層１０ａを形成し、さらにその金
層１０ａ上に白金層１０ｂを形成する。金層１０ａと白
金層１０ｂが両面に形成されたカーボンシート１０を直
径１８ｍｍの円形状に切り出す。この場合の検知極８
は、多孔性カーボンシート１０の両面に電極膜が形成さ
れた状態となり、図１（Ｃ）のように多孔性カーボンシ
ート１０の側面には形成されない。
明する。検知極８を製造するには、基材の導電性多孔性
カーボンシート（日本カーボン製）１０の両面に、スパ
ッタリング法により金層１０ａを形成し、さらにその金
層１０ａ上に白金層１０ｂを形成する。金層１０ａと白
金層１０ｂが両面に形成されたカーボンシート１０を直
径１８ｍｍの円形状に切り出す。この場合の検知極８
は、多孔性カーボンシート１０の両面に電極膜が形成さ
れた状態となり、図１（Ｃ）のように多孔性カーボンシ
ート１０の側面には形成されない。
【０００９】隔膜として多孔質ポリテトラフルオロエチ
レン膜ＵＰ−００５−８０（住友電工製）を同様に直径
１８ｍｍの円形に切り出す。それらを図１（Ａ）に示す
ように、隔膜６が気相側、検知極８が液相側（センサー
内部）になるように互いに機械的に接触させて配置す
る。
レン膜ＵＰ−００５−８０（住友電工製）を同様に直径
１８ｍｍの円形に切り出す。それらを図１（Ａ）に示す
ように、隔膜６が気相側、検知極８が液相側（センサー
内部）になるように互いに機械的に接触させて配置す
る。
【００１０】ポテンシオ・スタット２０により、参照極
１６を基準としてイニシャル・ポテンシャルとして検知
極８に−５０ｍＶの電圧を印加し、検知極８と対極１４
の間に流れる電流を測定した。このセンサーに被検ガス
として２００ｍｌ／分の空気と、空気希釈５.８２ｐｐ
ｍＮＯ2を交互に流し、その出力電流を記録した結果を
図２に示す。５.８２ｐｐｍＮＯ2に対し、９０％応答時
間１５秒、出力１１μＡが得られた。
１６を基準としてイニシャル・ポテンシャルとして検知
極８に−５０ｍＶの電圧を印加し、検知極８と対極１４
の間に流れる電流を測定した。このセンサーに被検ガス
として２００ｍｌ／分の空気と、空気希釈５.８２ｐｐ
ｍＮＯ2を交互に流し、その出力電流を記録した結果を
図２に示す。５.８２ｐｐｍＮＯ2に対し、９０％応答時
間１５秒、出力１１μＡが得られた。
【００１１】検知極８の電極形成は、スパッタリング法
に限らず、蒸着法、ＣＶＤ法、電解メッキ法、無電解メ
ッキ法、スピンコート法など、貴金属膜の形成法として
知られる種々の方法を用いることができる。図１（Ｃ）
のように多孔性カーボンシート１０の表裏両面及び側面
にも電極膜を形成するには、基材の多孔性カーボンシー
ト１０を検知極の大きさに切り出した後に、表面と裏面
の両面にスパッタリング法などにより貴金属膜を形成す
れば、側面にも周り込んで形成される。
に限らず、蒸着法、ＣＶＤ法、電解メッキ法、無電解メ
ッキ法、スピンコート法など、貴金属膜の形成法として
知られる種々の方法を用いることができる。図１（Ｃ）
のように多孔性カーボンシート１０の表裏両面及び側面
にも電極膜を形成するには、基材の多孔性カーボンシー
ト１０を検知極の大きさに切り出した後に、表面と裏面
の両面にスパッタリング法などにより貴金属膜を形成す
れば、側面にも周り込んで形成される。
【００１２】このガスセンサーをＮＯ2センサーとして
使用する場合は次のような反応が起こる。 検知極： ＮＯ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→ＮＯ＋Ｈ2Ｏ 対極： Ｈ2Ｏ→２Ｈ+＋(1/2)Ｏ2＋２ｅ-
使用する場合は次のような反応が起こる。 検知極： ＮＯ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→ＮＯ＋Ｈ2Ｏ 対極： Ｈ2Ｏ→２Ｈ+＋(1/2)Ｏ2＋２ｅ-
【００１３】本発明のガスセンサーは、種々のガスを選
択的に検出するセンサーとして使用される。隔膜の高分
子膜、検知極の基材、検知極電極材、電解液、対極、参
照極の種類は検出しようとするそれぞれのガスの種類に
応じて選択することができる。測定されるガスの種類と
しては、Ｏ2、Ｏ3、ＣＯ、Ｃ3Ｈ8、Ｃ8Ｈ18、ＨＣＨ
Ｏ、Ｈ2、ＮＯ2、ＮＯ、ＳＯ2等があり、それぞれに適
した電極材料、電解液、検知極の印加電位として適当な
ものが知られており、例えば検知極電極材としてはＣ，
Ａｕ，Ｐｔ，ＭｏＳ2，ＷＳ2，Ｐｄなどがある（Advanc
es in Electrochemistry and Electrochemical Enginee
ring, 10, 61 (1977)参照）。本発明はそのような例示
された既知の各種材質を選択して用いることにより種々
のガスに対応することができる。
択的に検出するセンサーとして使用される。隔膜の高分
子膜、検知極の基材、検知極電極材、電解液、対極、参
照極の種類は検出しようとするそれぞれのガスの種類に
応じて選択することができる。測定されるガスの種類と
しては、Ｏ2、Ｏ3、ＣＯ、Ｃ3Ｈ8、Ｃ8Ｈ18、ＨＣＨ
Ｏ、Ｈ2、ＮＯ2、ＮＯ、ＳＯ2等があり、それぞれに適
した電極材料、電解液、検知極の印加電位として適当な
ものが知られており、例えば検知極電極材としてはＣ，
Ａｕ，Ｐｔ，ＭｏＳ2，ＷＳ2，Ｐｄなどがある（Advanc
es in Electrochemistry and Electrochemical Enginee
ring, 10, 61 (1977)参照）。本発明はそのような例示
された既知の各種材質を選択して用いることにより種々
のガスに対応することができる。
【００１４】
【発明の効果】本発明では隔膜である高分子膜にスパッ
タリングなどの熱を伴なう処理を行なわないため、隔膜
が熱により変質するのを避けることができる。また、隔
膜に電極膜が直接形成されていないため、隔膜のガス透
過量が増加し、その結果としてもセンサー出力が増加す
る。
タリングなどの熱を伴なう処理を行なわないため、隔膜
が熱により変質するのを避けることができる。また、隔
膜に電極膜が直接形成されていないため、隔膜のガス透
過量が増加し、その結果としてもセンサー出力が増加す
る。
【図１】一実施例を示す図であり、（Ａ）は要部断面
図、（Ｂ）は隔膜と検知極を示す斜視図、（Ｃ）は検知
極の断面図である。
図、（Ｂ）は隔膜と検知極を示す斜視図、（Ｃ）は検知
極の断面図である。
【図２】出力電流波形の一例を示す波形図である。
６ 隔膜 ８ 検知極 １０ 検知極の基材 １０ａ 金層 １０ｂ 白金層 １２ 電解液 １４ 対極 １６ 参照極
Claims (1)
- 【請求項１】 電解液と被検ガスとの接触面にガス透過
性隔膜が設けられ、その隔膜の電解液側には検知極が形
成され、検知極に対し電解液を介して対極と参照極が配
置され、検知極の電位が一定に保たれ、対極と検知極間
の電流により被検ガス中の特定成分の濃度が検出される
定電位電解式ガスセンサーにおいて、 前記隔膜と検知極が別体として構成され、検知極は耐熱
性多孔性シ−ト上に電極膜が形成されたものであること
を特徴とする定電位電解式ガスセンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9101016A JPH10148626A (ja) | 1996-09-18 | 1997-04-02 | 定電位電解式ガスセンサー |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26926696 | 1996-09-18 | ||
| JP8-269266 | 1996-09-18 | ||
| JP9101016A JPH10148626A (ja) | 1996-09-18 | 1997-04-02 | 定電位電解式ガスセンサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10148626A true JPH10148626A (ja) | 1998-06-02 |
Family
ID=26441945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9101016A Pending JPH10148626A (ja) | 1996-09-18 | 1997-04-02 | 定電位電解式ガスセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10148626A (ja) |
-
1997
- 1997-04-02 JP JP9101016A patent/JPH10148626A/ja active Pending
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