JPS59137852A - 固体電解質酸素センサ− - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は酸素センサーに関するものであり、更に詳しく
言えば測定間隔が大巾に短縮された固体電解質酸素セン
サーに関するものである。

従来酸素ポンプ方式を用いた酸素センサーが提案されて
いる。この酸素ポンプ方式（あるいは拡散限界電流測定
方式）とは第一図にて示されるように両側に電極２を付
着した酸素イオン導電性の固体電解質体１の一方の面に
拡散孔４を有するカプセル３を被冠し、この内部の酸素
を固体電解質体ｌ中の酸素イオン移送によシ強制的に外
部に汲み出し、その時の電圧電流特性から酸素濃度を測
定するものである。

ところでこの方式を用いた場合第二図にて示される如く
１回の測定がＴｌ　とＴ２の２つの時間にわけられる。

ここでＴ１＋Ｔ２は次に示す内容であるＯ Ｔ＋　　（測定時間）；一定電流を固体電解質体に通電
しカプセル内部の酸素を外部に汲み出す時間であって１
両電極間に特定の電圧変化を検出するまでの時間である
。この時間が酸素濃度に比例する。

Ｔ２　　（待機時間）；測定時間終了後酸素濃度が実質
的に零となってμるカプセル内部空間が周囲測定空間と
同程度の酸素濃度となるまでの時間。

さて、一般にこの方式の酸素センサーは実用性に乏しか
ったが、この大きな原因のひとつに上記Ｔ２（待機時間
）の長さが挙げられている。

すなわち、一定のカプセル容量において測定時間全体を
短縮するにはまずＴ、を短かくするため固体電解質体に
大電流を流す必要がある。しかし過電流は固体電解質の
自己加熱となシフラックの発生、三相界面の破壊にっな
がシ好ましくなく上ことによシ内部への酸素拡散量を可
能な限シ制限することが考えられるが、これは逆に待機
時間Ｔ２の長期化にっながシ測定間隔全体としては結果
的に長くなってしまう。

この対策として本発明者等は待機時間Ｔ２にあって両電
極間を電気的に接続し閉回路を構成する方法を提案した
。

この方式は測定時間Ｔ、終了後カプセル内外の酸素濃度
差が大きく、これによってネルンストの式にもとづく起
電力が発生することを応用したものであって、酸素イオ
ン電流が上記閉回路中を流れ外部の酸素が内部空間に逆
拡散し易くすることによシ待機時間の短縮をはかるもの
であった。

しかしこの方式は単純な閉回路を構成するだけであって
、付属回路をさほど必要とせず製作費用を抑えることが
できる反面以下の欠点を有していた。つまシこの方式は
酸素濃淡によシ発生する起電力にもとづくものであシカ
ゾセル内外の酸素濃度差が少なくなってきた時、あるい
は低酸素濃度時の測定にあっては回復速度が大巾に鈍っ
てし１うという欠点を有していた。

本発明はこれらの諸事情に鑑みてなされたものであシ、
測定時間ＴＩ及び待機時間Ｔ２を大巾に短縮する酸素セ
ンサーの測定方法を提供するものである。

本発明は基本的には固体電解質体に強制的に通電し外部
酸素をカプセル内部に逆拡散させ酸素量回復速度を早め
ることにもとづくものである。

次に本発明の一実施例について図面によって詳細に説明
してゆく。

第三図には本発明の概略回路ブロック図が示されている
。

まず、コントロールユニット３４がらの指令信号で定電
流ユニット３２がら酸素センサー３１に定電流の通電が
開始し、測定時間Ｔ１がスタートとする、そしてカプセ
ル内部の酸素濃度がほぼ零になったとき、電圧検出ユニ
ット３３が特定の電圧変化を検知し終了指令信号をコン
トロールユニット３４に与え測定時間Ｔ、は終了する。

検知電圧の処理方法としては、一定のレファレンスレベ
ルを設けるかあるいは微分してノクルスを得るようＫし
てもよい。

次にＴｔＦＣ比例した酸素濃度を表示ユニット３５でデ
スプレイすると共に、コントロールユニット３４からの
指令信号によシ前記とは逆極性の電・伽を通電し待機期
間がスタートする。

カプセル内外の濃度差がは汀解消し、電極間の電位差が
ほぼ零となった時電圧検出ユニット３３から停止信号が
コントロールユニット３４に与えられ通電は停止しＴ２
は終了する。

さて上記の実施例にあっては、連続的な通電によシ待機
時間の短縮をはかっていたが、通電−電圧検出のサイク
ルを繰シ返すことによって非連続的に実施することも可
能である。

これは第４図のタイムチャートに示される如く。

矩形波状の電圧４１を時間Ｔ４だけ印加し、次の時間Ｔ
５に於て電極間の電圧を測定するサイクルを繰シ返すも
のである。これらの時間設定としては、例えばＴ４　＝
２０ｍｓｅｃ、Ｔ５　＝２０ｍｓｅｃとする。固体電解
質体の応答速度に対して、上記の値は十分に実用的であ
る。この非連続的な方式を用いた場合には、前記の連続
的方式と比較して複雑な回路構成となるが、オーバーシ
ュートすなわち実質的な内部酸素量と電圧検知により測
定される酸素量の時間的ずれがよシ少なくなるためよシ
高精度の測定が可能である。また電圧印加用の電極と電
圧検知用の電極を共用できる利点も有している。

ところで上記の手段はカプセルに拡散孔を有したものだ
けでなく拡散孔を有せず、内部空間が密閉された形式の
酸素センサーの内部酸素量回復にも適用できるものであ
る。

また回路構成も上記に示されるものに限定されず本発明
を逸脱しない範囲で任意に変更可能である。

以上詳細に説明したように、本発明によれば固体電解質
体からの強制的酸素イオン逆拡散によシ酸素センサーカ
プセルの内部酸素量回復が急速になされるものであり、
このために待機時間が大巾に短縮され、連続的測定にも
使用しうる固体電解質酸素センサーの提供が可能となっ
たものである。

【図面の簡単な説明】

第１図・・固体面解質酸素センサーの概略断面図。 第２図・・酸素濃度測定時のサイクルを示すグラフ。 第３図・・・本発明の一実施例における概略回路ブロッ
ク図Ｏ 第４図・・・非連続的測定におけるタイムチャート。 図中１・・・固体電解質、２・・・電極、３・・・カプ
セル、３２・・・電流ユニット、３３・・・電圧検出ユ
ニット、３４・・・コントロールユニット、３５・・・
ディスプレイユニット。 出　願　人　　藤倉電線株式会社 代理人　弁理士　　　　竹　　内　　　　　９第１因 第３図 第４図 Ｖ（電圧）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一対の電極面が付着された酸素イオン導電性固体電解質
   体の一方の電極面にカプセルを被冠し、該カプセル内部
   の酸素を該固体電解質体を介して外部に汲み出すことに
   よって該カプセル内部の酸素濃度を測定する方式の固体
   電解質酸素センサーにあって、測定時間に於ては前記電
   極面間に通電し該カプセル内部の酸素濃度をほぼ零にし
   、待機時間に於ては測定時間とは逆極性の電圧を印加し
   前記カプセル内部の酸素量を回復すると共に、前記一対
   の電極間の電位差を検出するとと傾よって前記カプセル
   内外の酸素濃度差の解消を検出し、もって前記待機時間
   においての電圧印加の停止がなされることを特徴とする
   固体電解質酸素センサー。