JPS58210560A - 酸素濃度検出器 - Google Patents
酸素濃度検出器Info
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- JPS58210560A JPS58210560A JP57093374A JP9337482A JPS58210560A JP S58210560 A JPS58210560 A JP S58210560A JP 57093374 A JP57093374 A JP 57093374A JP 9337482 A JP9337482 A JP 9337482A JP S58210560 A JPS58210560 A JP S58210560A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は酸素濃度検出器に関するものである。
従来、この種の酸素濃度検出器として、特開昭５６−１
３０６４９号公報に開示されたものがある。これは第１
図に示す構造を有している。これについて説明すると、
１はペレット状の酸素イオン伝導性セラミック例えばＺ
ｒＯンーＹ２Ｏ３よりなる素子で、両面にｐｔ電極４を
もち、中空セラミック管２の両端にシール材３例えばガ
ラスフリット、又はセラミックにかわなどにより接着、
シｉルされている。５はｐｔリード線で、一方は外側電
極４、他方はセラミック管２に開けた小孔（図示しない
）を通して内側電極４に接続しである。６．はセラミッ
ク管２の内外の間の０２拡散移動を可能にするため設け
た小孔で、例えば直径１０−１鶴程度の径を有している
。
３０６４９号公報に開示されたものがある。これは第１
図に示す構造を有している。これについて説明すると、
１はペレット状の酸素イオン伝導性セラミック例えばＺ
ｒＯンーＹ２Ｏ３よりなる素子で、両面にｐｔ電極４を
もち、中空セラミック管２の両端にシール材３例えばガ
ラスフリット、又はセラミックにかわなどにより接着、
シｉルされている。５はｐｔリード線で、一方は外側電
極４、他方はセラミック管２に開けた小孔（図示しない
）を通して内側電極４に接続しである。６．はセラミッ
ク管２の内外の間の０２拡散移動を可能にするため設け
た小孔で、例えば直径１０−１鶴程度の径を有している
。
第１図においてセラミック管２の両端に設けた２つのセ
ル（電極４と素子ｌ）は、一方が固体電気化学ポンプ動
作セルＰ、他方が固体電気化学センサセルＳであり、そ
れぞれ異なる働きをする。
ル（電極４と素子ｌ）は、一方が固体電気化学ポンプ動
作セルＰ、他方が固体電気化学センサセルＳであり、そ
れぞれ異なる働きをする。
即ち、Ｐはポンプ動作電流１ｐが流れることによ−りセ
ラミック管２内から素子ｌを通して酸素（以下０２と略
す）の排出を行ない、Ｓはその結果住じた管２の内外の
０２！分圧差による濃淡起電力Ｖｓを発生ずる。さて、
Ｐにある１ｐを強制的に流すと、ポンプ作用によって管
２の外に排出されるＯｘ量と小孔６を通って管２内に拡
散するＯ２量との間に平衡状態が達成される。そのとき
、Ｓに生じる起電力（Ｖｓ）は管２の外界０２分圧ＰＱ
、１２内の０２分圧ｐｖによりネルンストの式から Ｖｓ＝ （Ｒ↑／４Ｆ） ｉ ｎ （ＰＩ／ＰＶ）
（式ｌ）と表わされる。また、一方１ｐは小孔６
による０拡散の特徴を表わす係数σＬによって １ｐ＝ｔｂ、 （ＰＡ ＰＶ） （式
２）となる。上記２つの式から １ｐ＝Ｐ４σＬ（１−ｅｘｐ （−４ＦＶｓ／ＲＴ）
） （式３）なる関係式が成立するため、Ｖｓを一
定にするようなＩｐは一定温度でＰＡ に対してリニア
関係をもち、１ｐの測定により外界０２分圧ＰＡ が
検出できる０例えばＶｓを１５ｍＶと一定にし、かつ雰
囲気温度を８００℃と一定にして窒素ガスをキャリアガ
スとすると第２図のごとくになる。
ラミック管２内から素子ｌを通して酸素（以下０２と略
す）の排出を行ない、Ｓはその結果住じた管２の内外の
０２！分圧差による濃淡起電力Ｖｓを発生ずる。さて、
Ｐにある１ｐを強制的に流すと、ポンプ作用によって管
２の外に排出されるＯｘ量と小孔６を通って管２内に拡
散するＯ２量との間に平衡状態が達成される。そのとき
、Ｓに生じる起電力（Ｖｓ）は管２の外界０２分圧ＰＱ
、１２内の０２分圧ｐｖによりネルンストの式から Ｖｓ＝ （Ｒ↑／４Ｆ） ｉ ｎ （ＰＩ／ＰＶ）
（式ｌ）と表わされる。また、一方１ｐは小孔６
による０拡散の特徴を表わす係数σＬによって １ｐ＝ｔｂ、 （ＰＡ ＰＶ） （式
２）となる。上記２つの式から １ｐ＝Ｐ４σＬ（１−ｅｘｐ （−４ＦＶｓ／ＲＴ）
） （式３）なる関係式が成立するため、Ｖｓを一
定にするようなＩｐは一定温度でＰＡ に対してリニア
関係をもち、１ｐの測定により外界０２分圧ＰＡ が
検出できる０例えばＶｓを１５ｍＶと一定にし、かつ雰
囲気温度を８００℃と一定にして窒素ガスをキャリアガ
スとすると第２図のごとくになる。
このように従来のものでは、セラミック管２の小孔６を
経て該セラミック管２内に拡散する０ン量と素子ｌの内
部を経てセラミック管２の外に排出されるＯｘ ｊｔと
の平衡状態を利用している。
経て該セラミック管２内に拡散する０ン量と素子ｌの内
部を経てセラミック管２の外に排出されるＯｘ ｊｔと
の平衡状態を利用している。
従って、セラミック管２の小孔６以外から０２がセラミ
ック管２内に拡散するのを回避しなければ、第２図に示
す特性に変動を与えζしまい、正確なＯ２濃度を検出す
ることはできない。
ック管２内に拡散するのを回避しなければ、第２図に示
す特性に変動を与えζしまい、正確なＯ２濃度を検出す
ることはできない。
このため、セラミック管２は気孔をもたないように製作
されているが、素子ｌはセラミック管２に接合された構
成であるので、周囲の温度条件が急激な冷熱サイクルを
繰り返すものであったり、例えば９００℃程度の高温度
であると、素子１とセラミック管２とをシール接合して
いるシール材３が変質したり、亀裂を生じたりしてシー
ル不良を来すことがある。また、製造時によってもシー
ル不良を生じやすい。それ故、シール不良によって不必
要なＯｚがセラミック管２内に拡散することになり、特
性の変動を来たすことになる。
されているが、素子ｌはセラミック管２に接合された構
成であるので、周囲の温度条件が急激な冷熱サイクルを
繰り返すものであったり、例えば９００℃程度の高温度
であると、素子１とセラミック管２とをシール接合して
いるシール材３が変質したり、亀裂を生じたりしてシー
ル不良を来すことがある。また、製造時によってもシー
ル不良を生じやすい。それ故、シール不良によって不必
要なＯｚがセラミック管２内に拡散することになり、特
性の変動を来たすことになる。
そこで、本発明は上記の点に鑑みて案出されたものであ
って、不必要な０２の拡散を防ぐことを目的とするもの
である。
って、不必要な０２の拡散を防ぐことを目的とするもの
である。
以下本発明を具体的実施例により詳細に説明する。第３
図において、７はコ・ノブ状のａＳイオン伝導性金属酸
化物より成る素子で、例えば９５モルＺｒＯンー５モル
Ｙｚ０３より成る。なお、素子７は外径６Ｎ、肉厚０．
６ｍｓ＋、全長ＩＱｍｓ程度の寸法を有している。８は
素子７と同材質で仮焼成時に素子７と密着するような形
状に整形された円柱状のセラミック栓である。９は素子
７と同材質の粉末スラリーを流し込み焼成によりかため
た充填材で栓８と素子７との密閉をより強固にするとと
もに後述する内側リード線の固着を行なっている。１０
．１１はｐｔペーストの塗布焼付により形成した多孔質
な電極で、素子７の内側、外側に設けてあり、互いの組
の電極１０．１１は短絡しないよう形状は半円形である
。１２．１３はｐｔ金属リード線で、上記電極１０．１
１の外側電極部に無機接着材により接続されている。１
４゜１５はリード部分であり、ｐｔペーストの塗布焼付
けにより形成したものである。このリード部分１４．１
５は電極１０．１１の内側電極部に電気的に導通し、か
つリード線１７．１８に電気的に導通している。１６は
素子７の内、外の間の０２拡散移動をはかるために設け
た例えば直径０．２ｆｌ程度の酸素拡散孔である。上記
リード線１７．１８はｐｔ金金属り成る。
図において、７はコ・ノブ状のａＳイオン伝導性金属酸
化物より成る素子で、例えば９５モルＺｒＯンー５モル
Ｙｚ０３より成る。なお、素子７は外径６Ｎ、肉厚０．
６ｍｓ＋、全長ＩＱｍｓ程度の寸法を有している。８は
素子７と同材質で仮焼成時に素子７と密着するような形
状に整形された円柱状のセラミック栓である。９は素子
７と同材質の粉末スラリーを流し込み焼成によりかため
た充填材で栓８と素子７との密閉をより強固にするとと
もに後述する内側リード線の固着を行なっている。１０
．１１はｐｔペーストの塗布焼付により形成した多孔質
な電極で、素子７の内側、外側に設けてあり、互いの組
の電極１０．１１は短絡しないよう形状は半円形である
。１２．１３はｐｔ金属リード線で、上記電極１０．１
１の外側電極部に無機接着材により接続されている。１
４゜１５はリード部分であり、ｐｔペーストの塗布焼付
けにより形成したものである。このリード部分１４．１
５は電極１０．１１の内側電極部に電気的に導通し、か
つリード線１７．１８に電気的に導通している。１６は
素子７の内、外の間の０２拡散移動をはかるために設け
た例えば直径０．２ｆｌ程度の酸素拡散孔である。上記
リード線１７．１８はｐｔ金金属り成る。
次に一１上記各構成要素の製造法の概略について説明す
る。素子７を成形すると同時に拡散孔１６を素子７に一
体成形する。この時には素子７は仮焼成としておく。次
に′Ｊ゛各電極１０．１１のｌ） １ペースト、リード
部分１４．１５のｐｔペーストを素子７に塗布し、かつ
リード線１２．１３゜１７．１８を配置する。予め、仮
焼成したセラミック栓８を素子７の内側に載置し、この
セラミ・ツク栓８の上方に充填材９の前身であるスラリ
ーを流し込む。そして、全体を本焼成する。なお、特に
セラミック栓８は素子７に密着させる必要があるので、
両者は焼成による収縮率が等しい同一材質のものを用い
るのがよい。
る。素子７を成形すると同時に拡散孔１６を素子７に一
体成形する。この時には素子７は仮焼成としておく。次
に′Ｊ゛各電極１０．１１のｌ） １ペースト、リード
部分１４．１５のｐｔペーストを素子７に塗布し、かつ
リード線１２．１３゜１７．１８を配置する。予め、仮
焼成したセラミック栓８を素子７の内側に載置し、この
セラミ・ツク栓８の上方に充填材９の前身であるスラリ
ーを流し込む。そして、全体を本焼成する。なお、特に
セラミック栓８は素子７に密着させる必要があるので、
両者は焼成による収縮率が等しい同一材質のものを用い
るのがよい。
上記構成によれば、電極１１とこの間の素子部分とによ
って固体電気化学センサセルをＳ構成し、電極１０とこ
の間の素子部分とによって固体電気化学ポンプ動作セル
Ｐを構成している。
って固体電気化学センサセルをＳ構成し、電極１０とこ
の間の素子部分とによって固体電気化学ポンプ動作セル
Ｐを構成している。
各セルの作動は第１図に示した従来例と同じであるので
、省略するが、本実施例によれば素子７がコツプ状であ
り、その素子７の外側が被測定ガス中に晒される構造で
あるため、０２の拡散は拡散孔１６を通してのみ行なわ
れ、従って不必要な量のＯｚが被測定ガス中から素子７
を経て空所Ａ内に入ることはない。一方、素子７の内側
はセラミック栓８でシールしてあり、大気側からＯｚが
入ることもない。
、省略するが、本実施例によれば素子７がコツプ状であ
り、その素子７の外側が被測定ガス中に晒される構造で
あるため、０２の拡散は拡散孔１６を通してのみ行なわ
れ、従って不必要な量のＯｚが被測定ガス中から素子７
を経て空所Ａ内に入ることはない。一方、素子７の内側
はセラミック栓８でシールしてあり、大気側からＯｚが
入ることもない。
従って、拡散孔１６を除く他の部位のシール洩れはなく
、第２図の特性に変化を来たすことはない。
、第２図の特性に変化を来たすことはない。
第４図は本発明を自動車用に適用した構造を示す。この
第４図において説明すると、第３図に付した符号と同一
符号は同一物を示している。ところで、この例では素子
７はその中間部で段付き構造となっており、その部分で
金属ハウジング１９に支持されている。このハウジング
１９と素子７との間にリング状金属パツキン２ｏ、タル
ク粉末２１アスベスト板２２、かしめリング２３が配置
され°Ｃおり、ハウジング１９の上端を冷かしめするこ
とにより、両者は強固から気密的に固定されている。
第４図において説明すると、第３図に付した符号と同一
符号は同一物を示している。ところで、この例では素子
７はその中間部で段付き構造となっており、その部分で
金属ハウジング１９に支持されている。このハウジング
１９と素子７との間にリング状金属パツキン２ｏ、タル
ク粉末２１アスベスト板２２、かしめリング２３が配置
され°Ｃおり、ハウジング１９の上端を冷かしめするこ
とにより、両者は強固から気密的に固定されている。
金属リード線１２．１３をハウジング１９がら電気的に
浮遊させるために素子７の外周の全領域はプラズマ溶射
法による多孔質なセラミンクコーティング層２４が設け
である。なお、コーティング層２４により電極１０．１
１の排気側を保護できる。
浮遊させるために素子７の外周の全領域はプラズマ溶射
法による多孔質なセラミンクコーティング層２４が設け
である。なお、コーティング層２４により電極１０．１
１の排気側を保護できる。
上記ハウジング１９の外周には排気管に固定するための
取付フランジ２５が溶接固定してあり、またハウジング
１９の下端には多数の穴２６ａを有した保護カバー２６
が溶接固定しである。
取付フランジ２５が溶接固定してあり、またハウジング
１９の下端には多数の穴２６ａを有した保護カバー２６
が溶接固定しである。
なお、この第４図の例では素子７の外側にはリード部分
２７．２８がその上端まで形成してあり、これにより電
極１０．１１が金属リード線１２゜１３に各々導通する
ようになっている。
２７．２８がその上端まで形成してあり、これにより電
極１０．１１が金属リード線１２゜１３に各々導通する
ようになっている。
上記実施例によれば、セラミック栓８は素子７と同材料
で構成したが、セラミック栓８の焼成による収縮でセラ
ミック栓８を素子７に密着させるには素子７に比べて収
縮率の少し低いセラミック材料でセラミック栓８を構成
してもよい。例えば、素子７として９５モルＺｎ０ｚ
−５モルＹ２０３のとき、セラミック栓８は２５モルＺ
ｎ０ｚ −７５モルＹｚ０３でもよい。
で構成したが、セラミック栓８の焼成による収縮でセラ
ミック栓８を素子７に密着させるには素子７に比べて収
縮率の少し低いセラミック材料でセラミック栓８を構成
してもよい。例えば、素子７として９５モルＺｎ０ｚ
−５モルＹ２０３のとき、セラミック栓８は２５モルＺ
ｎ０ｚ −７５モルＹｚ０３でもよい。
更に、セラミック充填材９はＡｌｚＯ３゜Ａ ｉ！ ２
０３ Ｓ ’ｉ ０２． ＡβンＯｊ−ＭｇＯなど焼
成により固結するものなら材料は問わない。また、この
充填材９の上にガラスフリットを流し込んでシール性を
高かめることもできる。
０３ Ｓ ’ｉ ０２． ＡβンＯｊ−ＭｇＯなど焼
成により固結するものなら材料は問わない。また、この
充填材９の上にガラスフリットを流し込んでシール性を
高かめることもできる。
以上詳述したごとく、本発明によれば、コンブ状の素子
とセラミック栓との採用によってシール洩れを来たすこ
とがなく、従って従来に比べて特性を安定なものとする
ことができるという効果を奏する。
とセラミック栓との採用によってシール洩れを来たすこ
とがなく、従って従来に比べて特性を安定なものとする
ことができるという効果を奏する。
第１図は従来例を示す部分断面透視図、第２図は従来の
説明に供する特性図、第３図は本発明の一実施例を示す
断面図、第４図は本発明を自動車用に適用した例を示す
断面図である。 ７・・・素子、８・・・セラミック栓、１０．１１・・
・電極、１６・・・拡散孔。 代理人弁理士 岡 部 隆 ・′Ｉ）１ 図 Ｊ 第 ３ 図 ’ｊ＋’： ４． １１！Ｊ
説明に供する特性図、第３図は本発明の一実施例を示す
断面図、第４図は本発明を自動車用に適用した例を示す
断面図である。 ７・・・素子、８・・・セラミック栓、１０．１１・・
・電極、１６・・・拡散孔。 代理人弁理士 岡 部 隆 ・′Ｉ）１ 図 Ｊ 第 ３ 図 ’ｊ＋’： ４． １１！Ｊ
Claims (1)
- 酸素イオン伝導性セラミックより成り一端が開放し他端
が閉塞したコツプ状の素子と、この素子の閉塞端側にお
いてその内側、外側に設けた２組の電極と、前記素子の
内側のうち前記電極が設けられている部分を除いて配置
され前記開放端をシールするセラミック栓と、前記素子
の閉塞端側内側と前記セラミック栓との間に形成された
空所を前記素子の外側に開放するよう該素子に設けた酸
素濃度拡散孔とを備え、前記１組の電極ならびに該電極
間の素子部分を固体電気化学センサセルとし、前記他方
の１組の電極ならびに該電極間の素子部分を固体電気化
学ポンプ動作セルとした酸素濃度検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57093374A JPS58210560A (ja) | 1982-05-31 | 1982-05-31 | 酸素濃度検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57093374A JPS58210560A (ja) | 1982-05-31 | 1982-05-31 | 酸素濃度検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58210560A true JPS58210560A (ja) | 1983-12-07 |
| JPH0472184B2 JPH0472184B2 (ja) | 1992-11-17 |
Family
ID=14080523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57093374A Granted JPS58210560A (ja) | 1982-05-31 | 1982-05-31 | 酸素濃度検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58210560A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4938861A (en) * | 1989-08-01 | 1990-07-03 | Kabushiki Kaisha Riken | Limiting current-type oxygen sensor |
| US4950380A (en) * | 1989-08-01 | 1990-08-21 | Kabushiki Kaisha Riken | Limiting current-type oxygen sensor |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5330386U (ja) * | 1976-08-23 | 1978-03-15 | ||
| JPS56130649A (en) * | 1980-03-03 | 1981-10-13 | Ford Motor Co | Method of measuring oxygen partial pressure and electrochemical apparatus therefor |
-
1982
- 1982-05-31 JP JP57093374A patent/JPS58210560A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5330386U (ja) * | 1976-08-23 | 1978-03-15 | ||
| JPS56130649A (en) * | 1980-03-03 | 1981-10-13 | Ford Motor Co | Method of measuring oxygen partial pressure and electrochemical apparatus therefor |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4938861A (en) * | 1989-08-01 | 1990-07-03 | Kabushiki Kaisha Riken | Limiting current-type oxygen sensor |
| US4950380A (en) * | 1989-08-01 | 1990-08-21 | Kabushiki Kaisha Riken | Limiting current-type oxygen sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0472184B2 (ja) | 1992-11-17 |
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