JPS6093341A - 酸素濃度センサ - Google Patents
酸素濃度センサInfo
- Publication number
- JPS6093341A JPS6093341A JP58199949A JP19994983A JPS6093341A JP S6093341 A JPS6093341 A JP S6093341A JP 58199949 A JP58199949 A JP 58199949A JP 19994983 A JP19994983 A JP 19994983A JP S6093341 A JPS6093341 A JP S6093341A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductive plate
- ion conductive
- plate
- oxygen
- temperature
- 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
Links
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
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
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】
〈発明の技術分野〉
本発明は、固体電解質をイオン導電板とする酸素濃度セ
ンサに関するものである。
ンサに関するものである。
〈従来技術〉
固体電解質例えばジルコニアを生体とする立方晶をイオ
ン導電板とする酸素濃度センサには、第１図で示す構造
のものがよく知られている。第１図の酸素濃度センサは
ジルコニアを生体とする（Ｚｒ０２０．９−Ｙ２０５０
．１ ）立方晶系の固体電解質からなる酸素イオン導電
板１０両回に、白金等の多孔質金属膜からなる電極板２
．２′を設け、この電極板２付イオｙ導電板１の片面側
に１頂板部に微小径の拡散孔４を有するカバー３（隔離
が）を設ｆｆ＆もので、上記２つの電極板２．２′の間
に一定の電圧を印加すると、第２図に示すように、酸素
濃度と出力電流値との間には直線的関係が得られる。こ
のように出力電流値を測定することにより、酸素ｍ度を
知ることができるのである。
ン導電板とする酸素濃度センサには、第１図で示す構造
のものがよく知られている。第１図の酸素濃度センサは
ジルコニアを生体とする（Ｚｒ０２０．９−Ｙ２０５０
．１ ）立方晶系の固体電解質からなる酸素イオン導電
板１０両回に、白金等の多孔質金属膜からなる電極板２
．２′を設け、この電極板２付イオｙ導電板１の片面側
に１頂板部に微小径の拡散孔４を有するカバー３（隔離
が）を設ｆｆ＆もので、上記２つの電極板２．２′の間
に一定の電圧を印加すると、第２図に示すように、酸素
濃度と出力電流値との間には直線的関係が得られる。こ
のように出力電流値を測定することにより、酸素ｍ度を
知ることができるのである。
従来から良く知られた上記酸素濃度センナは、通常温度
が７００℃以上の比較的尚温でないと実用的な作動をし
ない。
が７００℃以上の比較的尚温でないと実用的な作動をし
ない。
しかし、酸素濃度センナを高温度下で使用することＫは
、高温である故に （イ）そのセンナを作動させるために、そのセンナ及び
その雰囲気を高温にする加熱源（即ち加熱用電力）が必
要であること、 （０）高温度にあるセンナは、温度差のため外界温度に
影響され易く、一定温度に維持することが困難で、温度
が減しく変化し、そのため測定精度が低くなること、 （ハ）また、高温度になる程外部への熱流出が大きくな
り、熱損失が大きくなること、 （ニ）電解質、電極の寿命が短かくなること、等の種々
の欠点がある。
、高温である故に （イ）そのセンナを作動させるために、そのセンナ及び
その雰囲気を高温にする加熱源（即ち加熱用電力）が必
要であること、 （０）高温度にあるセンナは、温度差のため外界温度に
影響され易く、一定温度に維持することが困難で、温度
が減しく変化し、そのため測定精度が低くなること、 （ハ）また、高温度になる程外部への熱流出が大きくな
り、熱損失が大きくなること、 （ニ）電解質、電極の寿命が短かくなること、等の種々
の欠点がある。
〈発明の目的及び構成〉
本発明は、斯る点に鑑み−Ｃなされたもので、その目的
は使用温度の低い酸素濃度センナ、即ち作動加熱用消費
電力の低い酸素濃度センナを提供することにある。この
目的は、本発明者等の研究、笑験結果によると、センナ
の円形とする′Ｋ１１ｉ！、板の直径をある所望の大き
さ以下忙抑え几条件のもとで、酸素イオン導電板の厚さ
を薄目の所定範囲内に設定することにより達成される。
は使用温度の低い酸素濃度センナ、即ち作動加熱用消費
電力の低い酸素濃度センナを提供することにある。この
目的は、本発明者等の研究、笑験結果によると、センナ
の円形とする′Ｋ１１ｉ！、板の直径をある所望の大き
さ以下忙抑え几条件のもとで、酸素イオン導電板の厚さ
を薄目の所定範囲内に設定することにより達成される。
以下、本発明を更に旺＃ｌｌ＋に説明する。
本発明は、酸素イオン導電板に固体電解質を使用した酸
素濃度センナが限界電流を小さくすれば使用可能温度が
低下する仁と、また、使用可能温度はイオン導電板の両
面に設けた電極面積に反比例し、イオン導電板の厚ざに
比例することに基づいている。
素濃度センナが限界電流を小さくすれば使用可能温度が
低下する仁と、また、使用可能温度はイオン導電板の両
面に設けた電極面積に反比例し、イオン導電板の厚ざに
比例することに基づいている。
ここで、使用可能温度とは、限界電流方式の測定方弐忙
あって限界電流特性が見出せなくなる温度である。即ち
、一定濃度の下で電解質加熱温度を低下させてゆくと、
電圧−電流特性図の平坦部（限界電流値を示す部分）は
次第に縮小していき（狭くなり）、ある温度以下になる
と、酸素イオン伝導以外（例えば電子伝導による）によ
る特性領域と、限界電流特性を示すに至るまでの領域が
つながってしまい平坦部を見出すことができなくなり、
測定不可能となる。以下、この時の温度を最低の使用可
能温度とする。
あって限界電流特性が見出せなくなる温度である。即ち
、一定濃度の下で電解質加熱温度を低下させてゆくと、
電圧−電流特性図の平坦部（限界電流値を示す部分）は
次第に縮小していき（狭くなり）、ある温度以下になる
と、酸素イオン伝導以外（例えば電子伝導による）によ
る特性領域と、限界電流特性を示すに至るまでの領域が
つながってしまい平坦部を見出すことができなくなり、
測定不可能となる。以下、この時の温度を最低の使用可
能温度とする。
第３図は、限界電流と使用可能温度との関係を示したも
ので、第３図によれば、限界′直流（］ｆｌＡ）が大き
くなれば使用可能温度（ＴＣ）は増大する。
ので、第３図によれば、限界′直流（］ｆｌＡ）が大き
くなれば使用可能温度（ＴＣ）は増大する。
そして、さらに詳細に説明すれば、酸素イオン導電板の
厚みｋよっても限界電流値が異なるが、限界電流値が約
１ ｍＡ以下となるような状態で使用すれば使用温度が
急激に低下することがわかった。
厚みｋよっても限界電流値が異なるが、限界電流値が約
１ ｍＡ以下となるような状態で使用すれば使用温度が
急激に低下することがわかった。
したがって、使用可能温度を低くするには、限界電流を
できるだけホさくすることが好ましい。
できるだけホさくすることが好ましい。
しかしながら、限界電流を小さくするはど、■雑音信号
となる外部からの電磁誘導等の影響が大きくなり、’ｆ
ｆｃ■被倹ガス被酸ガス度急変時のセンナの応答性に悪
影響を及ばずので、あ′まり小さくすることができず、
限界がある。
となる外部からの電磁誘導等の影響が大きくなり、’ｆ
ｆｃ■被倹ガス被酸ガス度急変時のセンナの応答性に悪
影響を及ばずので、あ′まり小さくすることができず、
限界がある。
本発明によれば、雑晋１ｇ号となる電磁誘導及びセンサ
の応答性を考慮すると限界電流は、あｆすＪ＼さな値と
することはできない。
の応答性を考慮すると限界電流は、あｆすＪ＼さな値と
することはできない。
紀４図は、イオン導電板の両面に設は次回形電極板の直
径と使用可能温度との関係を示したものである。この棺
４図によれば、導電板の径が大きくなると使用可能温度
は低くなる。その理由は、電極面積が広いと酸素分子と
電極金属とイオン導電板（固体電解質）との三相界面が
増加するので、酸素分子から酸素イオンへの変換が容易
であり、結果的にイオン導′−ｌ、板（固体電解質）の
低抗（インピーダンス）が減少するからである。この結
果からすれば、使用可能温度を低くするためには、電極
の面積をできるだけ大きくすることが好ましい。
径と使用可能温度との関係を示したものである。この棺
４図によれば、導電板の径が大きくなると使用可能温度
は低くなる。その理由は、電極面積が広いと酸素分子と
電極金属とイオン導電板（固体電解質）との三相界面が
増加するので、酸素分子から酸素イオンへの変換が容易
であり、結果的にイオン導′−ｌ、板（固体電解質）の
低抗（インピーダンス）が減少するからである。この結
果からすれば、使用可能温度を低くするためには、電極
の面積をできるだけ大きくすることが好ましい。
しかしながら、導電板の直径を大きくすることは、体積
も大きくなることであり、高温で使用する酸素センサに
あっては、それだけ導電板の一作動温度まで高める熱量
及びその温度を維持する熱量が大きくなって、消費熱量
即ち加熱するに必要な電力量が増大する。他方、この柚
のセンナの利用分野では小形化が望まれていて、一般的
なものでは、その直径が１０朋前後であって、特別の事
情で許容されない限り、これを越えて大きくすることは
できない。そして、電極板直径がある１直（約８ｍｍ）
以上では使用可能温度はあ互り低下しないのに対し消費
電力は大幅に増し−Ｃぐる。この傾向は、酸素イオン導
電板の厚みを変えた場合にも同様に見出すことができる
（但し、厚みを変えた場合には尚然決用可能温度及び？
ｒｊ費電力が異なってくる）。
も大きくなることであり、高温で使用する酸素センサに
あっては、それだけ導電板の一作動温度まで高める熱量
及びその温度を維持する熱量が大きくなって、消費熱量
即ち加熱するに必要な電力量が増大する。他方、この柚
のセンナの利用分野では小形化が望まれていて、一般的
なものでは、その直径が１０朋前後であって、特別の事
情で許容されない限り、これを越えて大きくすることは
できない。そして、電極板直径がある１直（約８ｍｍ）
以上では使用可能温度はあ互り低下しないのに対し消費
電力は大幅に増し−Ｃぐる。この傾向は、酸素イオン導
電板の厚みを変えた場合にも同様に見出すことができる
（但し、厚みを変えた場合には尚然決用可能温度及び？
ｒｊ費電力が異なってくる）。
そζで、本発明によれば、利用分野の要求を考慮して小
形化をより一層進めるため、電極板直径を１０ｙ＋ｊ！
以下、更に好ましくは８關以下に設定しなけれ庁ならな
い。
形化をより一層進めるため、電極板直径を１０ｙ＋ｊ！
以下、更に好ましくは８關以下に設定しなけれ庁ならな
い。
第５図は、イオン導電板（電極板直径８＋１ＩＩ）の厚
さと使用可能温度との関係を示したものである。
さと使用可能温度との関係を示したものである。
この第５図によれば、イオン導電板の厚さを薄くすると
使用可能温度は低くなり、特に、ある値（約０．８ ｍ
ｕ ）以下においてその傾向は著るしくなる。
使用可能温度は低くなり、特に、ある値（約０．８ ｍ
ｕ ）以下においてその傾向は著るしくなる。
この理由は薄くなる程その厚さに比例して抵抗が小でく
なるからである。また、酸素濃度を変えてみても使用可
能温度が急激に低下を始める温度にはあ゛まり変化が見
られない。そして、この傾向は電極板直径を変化式せた
場合に於ても見出すことができる。
なるからである。また、酸素濃度を変えてみても使用可
能温度が急激に低下を始める温度にはあ゛まり変化が見
られない。そして、この傾向は電極板直径を変化式せた
場合に於ても見出すことができる。
この結果から、使用可能温度を低くするためには、イオ
ン導電板の厚さを薄くすることが好ましい。゛また、イ
オン導電板の厚さを薄くすることはその体積を小さくす
ることになり、それだけセンナの作動温度呼で加熱する
のに必要とする消費電力量が節約できる。しかし、一方
で、イオン導電板の厚さを薄くすることは、それだけ機
械的強度が小さくなり、イオン導電板の製造上は勿論の
こと、電極板の取付け、センナの組立、更には使用・取
扱上の点等、種々の問題が招来され、技術的にも経済的
傾もある程度の限界がある。′ｆた、あま力薄くすると
、酸素イオン伝導以外による電流（例えば電子伝導によ
る電流）が流れ易くなり、限界１■特性を見出すことが
出来なくなるおそれがあり、使用可能温度が高くなり、
本来の目的と相反するようになる。
ン導電板の厚さを薄くすることが好ましい。゛また、イ
オン導電板の厚さを薄くすることはその体積を小さくす
ることになり、それだけセンナの作動温度呼で加熱する
のに必要とする消費電力量が節約できる。しかし、一方
で、イオン導電板の厚さを薄くすることは、それだけ機
械的強度が小さくなり、イオン導電板の製造上は勿論の
こと、電極板の取付け、センナの組立、更には使用・取
扱上の点等、種々の問題が招来され、技術的にも経済的
傾もある程度の限界がある。′ｆた、あま力薄くすると
、酸素イオン伝導以外による電流（例えば電子伝導によ
る電流）が流れ易くなり、限界１■特性を見出すことが
出来なくなるおそれがあり、使用可能温度が高くなり、
本来の目的と相反するようになる。
このような点から本発明によれば、イオン導’ＩＩＩ板
の厚ざは０．１〜０．８順の範囲とするとより０〈実施
例〉 酸素イオン導電板の厚きが０．１〜０．５朋、酸素イオ
ン導電板の両面に設けられた多孔買出金製の円形電極板
の直径４〜８肩扉の酸素濃度センナを作成し、作動可能
温度及び作動するための加熱用電熱器の電力量を測定し
たところ、亀１表の結果を得た。
の厚ざは０．１〜０．８順の範囲とするとより０〈実施
例〉 酸素イオン導電板の厚きが０．１〜０．５朋、酸素イオ
ン導電板の両面に設けられた多孔買出金製の円形電極板
の直径４〜８肩扉の酸素濃度センナを作成し、作動可能
温度及び作動するための加熱用電熱器の電力量を測定し
たところ、亀１表の結果を得た。
こζで使用されたセンサの酸素イオン導電板の材質は、
ｚｒ０２０．９−Ｙ２０５０．１の固体電解質で、立方
晶のものである。なお、比較例としてイオン導電・板厚
さ１．０ｍハ電極板直径１２．０φ鮨の本発明の条件に
欠けるものを挙げである。
ｚｒ０２０．９−Ｙ２０５０．１の固体電解質で、立方
晶のものである。なお、比較例としてイオン導電・板厚
さ１．０ｍハ電極板直径１２．０φ鮨の本発明の条件に
欠けるものを挙げである。
第１表
な２、上記本実施例及び今°までの説明に於て′１極の
直径とイオン導電板の直径とはほぼ同じものとする。
直径とイオン導電板の直径とはほぼ同じものとする。
〈発明の効果〉
以上詳しく述べたように、本発明は、酸素濃度センサの
イオン導電板の厚さ又は直径ｔ”所定範囲内に設定する
ことＫより、その導電板に設けた電極板が小さくても、
センナの使用可能温度を低くすることができ、その結果
、センサ加熱用の電熱器の電力消費蓋の低減と、センサ
自体のより一層の小型化を達成することができる。
イオン導電板の厚さ又は直径ｔ”所定範囲内に設定する
ことＫより、その導電板に設けた電極板が小さくても、
センナの使用可能温度を低くすることができ、その結果
、センサ加熱用の電熱器の電力消費蓋の低減と、センサ
自体のより一層の小型化を達成することができる。
第１図は酸素イオン導電板に固体電解質を用いた酸素濃
度センサの概略構造図、第２図は第１図に示す酸素濃度
センナによる酸素潤度測定方法の一例を説明するための
説明図、第３図は限界電流と使用可能温度との関係を示
すグラフ、第４図は電極板の直径と使用可能温度との関
係を示すグラフ、１ｇｓ図は酸素イオン導電板の厚さと
使用可能温度との関係を示すグラフである。 １・・・酸素イオン導電板、 ２．２’１ｌｌｌｌｌ電
徐板、３ｅ・・隔離案、 ４・０番拡散孔。 特許出願人 藤倉′１１．線株式会社 “・４、し・パ
度センサの概略構造図、第２図は第１図に示す酸素濃度
センナによる酸素潤度測定方法の一例を説明するための
説明図、第３図は限界電流と使用可能温度との関係を示
すグラフ、第４図は電極板の直径と使用可能温度との関
係を示すグラフ、１ｇｓ図は酸素イオン導電板の厚さと
使用可能温度との関係を示すグラフである。 １・・・酸素イオン導電板、 ２．２’１ｌｌｌｌｌ電
徐板、３ｅ・・隔離案、 ４・０番拡散孔。 特許出願人 藤倉′１１．線株式会社 “・４、し・パ
Claims (1)
- 固体電解質からなる酸素イオン導電板に、この酸素イオ
ン導電板の両面に電圧印加用電極板を備え、かつこの電
極板刊酸素イオン導電板の一方面側に隔離呈を備えてな
る酸素濃度センｔｌｌＣおいて、前記電極板の直径を１
０間以下とするととも釦前記導醒板の厚さを約０．８〜
０．１間とする仁とを特徴とする酸素濃度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58199949A JPS6093341A (ja) | 1983-10-27 | 1983-10-27 | 酸素濃度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58199949A JPS6093341A (ja) | 1983-10-27 | 1983-10-27 | 酸素濃度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6093341A true JPS6093341A (ja) | 1985-05-25 |
Family
ID=16416275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58199949A Pending JPS6093341A (ja) | 1983-10-27 | 1983-10-27 | 酸素濃度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6093341A (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5269690A (en) * | 1975-12-05 | 1977-06-09 | Westinghouse Electric Corp | Partil pressure measuring apparatus for specified gages in sighted environments |
| JPS5272286A (en) * | 1975-12-12 | 1977-06-16 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | Oxygen concentration analyzer |
| JPS57182156A (en) * | 1981-05-01 | 1982-11-09 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Oxygen concentration sensor |
| JPS57192853A (en) * | 1981-05-25 | 1982-11-27 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Oxygen concentration detection element and oxygen concentration detector using it |
-
1983
- 1983-10-27 JP JP58199949A patent/JPS6093341A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5269690A (en) * | 1975-12-05 | 1977-06-09 | Westinghouse Electric Corp | Partil pressure measuring apparatus for specified gages in sighted environments |
| JPS5272286A (en) * | 1975-12-12 | 1977-06-16 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | Oxygen concentration analyzer |
| JPS57182156A (en) * | 1981-05-01 | 1982-11-09 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Oxygen concentration sensor |
| JPS57192853A (en) * | 1981-05-25 | 1982-11-27 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Oxygen concentration detection element and oxygen concentration detector using it |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS634660B2 (ja) | ||
| JPS63738B2 (ja) | ||
| US4138881A (en) | Resistor-type solid electrolyte oxygen sensor | |
| JPS5965758A (ja) | 電気化学的装置 | |
| JP3831320B2 (ja) | 限界電流式酸素センサ | |
| Yagi et al. | Humidity sensing characteristics of a limiting current type planar oxygen sensor for high temperatures | |
| JP2598771B2 (ja) | 複合ガスセンサ | |
| JPS63158451A (ja) | 燃焼制御用センサ | |
| JPS62144063A (ja) | 限界電流式酸素センサ | |
| JPS62198748A (ja) | 酸素センサ | |
| JPS62145161A (ja) | 酸素センサ | |
| JP2615138B2 (ja) | 複合ガスセンサ | |
| JPH0234605Y2 (ja) | ||
| JP2993340B2 (ja) | ガスセンサ | |
| JP2003149195A (ja) | ガスセンサ | |
| JPH0298660A (ja) | ガス濃度センサ | |
| JPS61162743A (ja) | 酸素ガス検出装置 | |
| JPH03277959A (ja) | ガス濃度センサ | |
| JPH02280043A (ja) | 酸素センサ | |
| JP2643491B2 (ja) | 限界電流式酸素センサ | |
| US4214967A (en) | Technique for reducing solid electrolyte cell drift | |
| JPH0434356A (ja) | 水素センサ | |
| JPH0682418A (ja) | 酸素センサ | |
| JPS6326568A (ja) | ガス濃度センサ | |
| JPH0514912U (ja) | 酸素センサ |