JPS61155853A - 酸素濃度測定用素子 - Google Patents
酸素濃度測定用素子Info
- Publication number
- JPS61155853A JPS61155853A JP59275836A JP27583684A JPS61155853A JP S61155853 A JPS61155853 A JP S61155853A JP 59275836 A JP59275836 A JP 59275836A JP 27583684 A JP27583684 A JP 27583684A JP S61155853 A JPS61155853 A JP S61155853A
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- Japan
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- electrode
- oxygen concentration
- exhaust gas
- insulating layer
- limiting current
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- Pending
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- 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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- Pathology (AREA)
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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】
〔発明の利用分野〕
本発明は、限界電流式酸素濃度測定器に係り、特に自動
車のり一ン空燃比領域の酸素濃度を正確に測定するのに
好適な酸素濃度測定用素子に関する。
車のり一ン空燃比領域の酸素濃度を正確に測定するのに
好適な酸素濃度測定用素子に関する。
従来の酸素濃度測定器は、酸素イオン伝導性金属酸化物
よりなる固体電解質素子の表裏面に、それぞれ多孔質の
薄膜状電極を設けた基本的構造を有するものである。こ
の２つの多孔質の薄膜状電極間に電圧を印加すると電流
が固体電解質内を流れる。この固体電解質は酸素イオン
伝導性のものであるから被検ガス中の酸素は、ガス拡散
抵抗層゛を経て電極に至り、この電極にて電子の供給を
受けて酸素イオンとなる。この酸素イオンは固体電解質
内を拡散していき、他方の電極において電子を放出して
酸素分子に戻る。いま、電極間に印加する電圧を徐々に
上げていくと、電極間に流れる電流も上がっていくが、
ガス拡散抵抗層の影響にもとづき電圧がある一定値まで
達すると、それ以上電圧を変化させても電流が変化しな
くなる領域が生じてくる。これが限界電流と称するもの
である。この限界電流は被検ガス中の酸素濃度に応じて
異なるため、測定できる全酸素濃度領域において限界電
流を生じるだけの一定電圧を電極間にあらかじめ印加し
ておき、この限界電流値を測定することＫより被検ガス
中の酸素濃度を検出することができる。この原理を利用
したものが限界電流式酸素濃度検出器である。
よりなる固体電解質素子の表裏面に、それぞれ多孔質の
薄膜状電極を設けた基本的構造を有するものである。こ
の２つの多孔質の薄膜状電極間に電圧を印加すると電流
が固体電解質内を流れる。この固体電解質は酸素イオン
伝導性のものであるから被検ガス中の酸素は、ガス拡散
抵抗層゛を経て電極に至り、この電極にて電子の供給を
受けて酸素イオンとなる。この酸素イオンは固体電解質
内を拡散していき、他方の電極において電子を放出して
酸素分子に戻る。いま、電極間に印加する電圧を徐々に
上げていくと、電極間に流れる電流も上がっていくが、
ガス拡散抵抗層の影響にもとづき電圧がある一定値まで
達すると、それ以上電圧を変化させても電流が変化しな
くなる領域が生じてくる。これが限界電流と称するもの
である。この限界電流は被検ガス中の酸素濃度に応じて
異なるため、測定できる全酸素濃度領域において限界電
流を生じるだけの一定電圧を電極間にあらかじめ印加し
ておき、この限界電流値を測定することＫより被検ガス
中の酸素濃度を検出することができる。この原理を利用
したものが限界電流式酸素濃度検出器である。
ところが、従来の酸素濃度測定用素子は、リード線部分
が固体電解質素子の表面に直接に被着されているため、
該リード線部分が電極として機能することがあり、限界
電流特性にシャープさが得られず、限界電流値特性にば
らつきを生じるという欠点を有していた。そこで近年、
特開昭５８−１００７４６号公報に示されるような酸素
濃度測定用素子が開発されている。これは、固体電解質
素子の外表面に形成される電極の面積を高精度にし、か
つリード線部分を固体電解質素子と電気絶縁して、電極
面積に起因する限界電流値特性のばらつきを解消しよう
としたものである。
が固体電解質素子の表面に直接に被着されているため、
該リード線部分が電極として機能することがあり、限界
電流特性にシャープさが得られず、限界電流値特性にば
らつきを生じるという欠点を有していた。そこで近年、
特開昭５８−１００７４６号公報に示されるような酸素
濃度測定用素子が開発されている。これは、固体電解質
素子の外表面に形成される電極の面積を高精度にし、か
つリード線部分を固体電解質素子と電気絶縁して、電極
面積に起因する限界電流値特性のばらつきを解消しよう
としたものである。
しかしながら、この改良した酸素濃度測定、用素子によ
っても、電極間に印加する電圧が第５図に示す如く限界
電流点電圧ｖＯＫ達した後、更に電圧を上げていくと、
本来、限界電流は略一定値を示す筈であるのが、第５図
図示Ａに示す如く少しずつ上昇していってしまい、限界
電流ｆ゛電圧１“°一定電圧ｖｏを超えても一定しない
という欠点を有している。このため、従来の酸素濃度測
定用素子にあっては、限界電流を利用して酸素濃度を検
出することが正確にできないという欠点を有している。
っても、電極間に印加する電圧が第５図に示す如く限界
電流点電圧ｖＯＫ達した後、更に電圧を上げていくと、
本来、限界電流は略一定値を示す筈であるのが、第５図
図示Ａに示す如く少しずつ上昇していってしまい、限界
電流ｆ゛電圧１“°一定電圧ｖｏを超えても一定しない
という欠点を有している。このため、従来の酸素濃度測
定用素子にあっては、限界電流を利用して酸素濃度を検
出することが正確にできないという欠点を有している。
本発明の目的は、限界電流点を超えて印加電圧が変化し
ても限界電流値が変化することのない酸素濃度測定用素
子を提供することＫある。
ても限界電流値が変化することのない酸素濃度測定用素
子を提供することＫある。
限界電流を利用して自動車排ガス中の酸素濃度を測定す
る場合、排ガスと接する外側電極面積が限界電流値に影
響を与えることは特開昭５８−１００７４６号において
明らかＫされているところである。しかし本願発明者ら
は、引出電極をアルミナ等をプラズマ溶射によって設け
られた電気絶縁層の上に形成し、固体電解質と絶縁して
も、引出電極が被測定ガスとの絶縁が図られていないた
め、引出電極が外側電極として作用しているということ
を確認した。このため、引出電極が外側電極として作用
するととＫよる漏れ電流が生じている。この漏れ電流は
、測定上無視できない穆の値をもっておシ、印加電圧に
比例している。このためにシャープな限界電流が得られ
ていない。
る場合、排ガスと接する外側電極面積が限界電流値に影
響を与えることは特開昭５８−１００７４６号において
明らかＫされているところである。しかし本願発明者ら
は、引出電極をアルミナ等をプラズマ溶射によって設け
られた電気絶縁層の上に形成し、固体電解質と絶縁して
も、引出電極が被測定ガスとの絶縁が図られていないた
め、引出電極が外側電極として作用しているということ
を確認した。このため、引出電極が外側電極として作用
するととＫよる漏れ電流が生じている。この漏れ電流は
、測定上無視できない穆の値をもっておシ、印加電圧に
比例している。このためにシャープな限界電流が得られ
ていない。
そこで、本発明は、引出電極と排気ガスとが直接接触し
ないように、引出電極の外表面を気密な電気絶縁層で被
覆することＫより漏れ電流の発生を防止し限界電流の安
定を図ろうとしたものであるＯ 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例について説明する。
ないように、引出電極の外表面を気密な電気絶縁層で被
覆することＫより漏れ電流の発生を防止し限界電流の安
定を図ろうとしたものであるＯ 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例について説明する。
第１図には、本発明に係る限界電流を利用して自動車排
気ガス中の酸素濃度を検出する検出器の一実施例が示さ
れている。
気ガス中の酸素濃度を検出する検出器の一実施例が示さ
れている。
図において、検出素子１は、第３図に示す如く袋管状の
電解質素子２をペースにしている。この電解質素子２０
袋管内面全域には、薄膜状の多孔質電極３が、白金を化
学メッキ等によって形成され、開口端面に折シ曲げられ
て設けられている。
電解質素子２をペースにしている。この電解質素子２０
袋管内面全域には、薄膜状の多孔質電極３が、白金を化
学メッキ等によって形成され、開口端面に折シ曲げられ
て設けられている。
また、袋管状の電解質素子２の突端部近傍外表面には、
薄膜状の多孔質電極４が所定幅の帯状に設けられている
。この多孔質電極４には、板帯状に形成された引出電極
５が接続されており、この引出電極５は電解質素子２の
４手方向に外表面上に設けられている。この引出電極５
は電解質素子２の開口端部で中心方向に折り曲げられて
設けられている。これら多孔質電極（外側電極）４と引
出電極５は、塩化ビニール等で作ったゴム状のマスキン
グ材で電極不要部をマスクすることＫより、内側電極で
ある多孔質電極３と同時に白金の化学メッキにより設け
ることが出来る。引出電極５の外表面には、この外表面
と排気ガスとが接触しないように排気ガスから絶縁する
ための電気絶縁層６が設けられている。この電気絶縁層
６は少なくとも排気ガスと接触する範囲に設けられてお
シ、ホウケイ酸アルミ系のガラスフリットを希釈油と良
く混合撹拌し筆塗シによりコーテイング後、乾燥し９０
０℃で１０分〜２０分保持し焼付けて設けられている。
薄膜状の多孔質電極４が所定幅の帯状に設けられている
。この多孔質電極４には、板帯状に形成された引出電極
５が接続されており、この引出電極５は電解質素子２の
４手方向に外表面上に設けられている。この引出電極５
は電解質素子２の開口端部で中心方向に折り曲げられて
設けられている。これら多孔質電極（外側電極）４と引
出電極５は、塩化ビニール等で作ったゴム状のマスキン
グ材で電極不要部をマスクすることＫより、内側電極で
ある多孔質電極３と同時に白金の化学メッキにより設け
ることが出来る。引出電極５の外表面には、この外表面
と排気ガスとが接触しないように排気ガスから絶縁する
ための電気絶縁層６が設けられている。この電気絶縁層
６は少なくとも排気ガスと接触する範囲に設けられてお
シ、ホウケイ酸アルミ系のガラスフリットを希釈油と良
く混合撹拌し筆塗シによりコーテイング後、乾燥し９０
０℃で１０分〜２０分保持し焼付けて設けられている。
第４図は、電気絶縁層６が設けられている部分の断面構
造を示すもので、外側帯状電極である多孔質電極４と引
出電極５は白金の化学メッキ法により同時に一体に設け
られる。この引出電極５の外表面に電気絶縁層６がガラ
スコーティング層により設けられている。７はガス拡散
抵抗層で、マグネシアスピネル等無機電気絶縁材料を、
プラズマ溶射により４００μ程度に設けられている。
造を示すもので、外側帯状電極である多孔質電極４と引
出電極５は白金の化学メッキ法により同時に一体に設け
られる。この引出電極５の外表面に電気絶縁層６がガラ
スコーティング層により設けられている。７はガス拡散
抵抗層で、マグネシアスピネル等無機電気絶縁材料を、
プラズマ溶射により４００μ程度に設けられている。
このように構成された検出素子１はパツキン１０を介し
て栓体１１に加締固定されている。従って排気ガス中に
さらされるのは、１０のパラΦ７に接触している部分よ
り、袋管閉塞端までの部分となり、少なくともこの範囲
にある引出電極５の外表面はガラスコーティングによる
電気絶縁層６が設けられている。信号取出しおよび電圧
印加は、一端をＩＪ ７グ状に成形したＮｉ線１２ａ、
１２ｋｌを、素子１の開放端面に内側電極に接続して設
けられた内側接触電極部と外側電極に接続して設けられ
た外側接触電極部に、互いに絶縁してスプリング１３に
より圧接して行なわれている。１４けフランジ部１４ａ
を有する棒状ヒーターで、アルミナにタングステンを印
刷したもので、検出素子ｌの内側に挿入され、ステアタ
イトから成るインシュレータ１５を介して、Ｎｉ線１２
と同様スプリング１３により固定されている。１６ａｌ
１６ｍ）はヒーター通電用のリード線である。１７はテ
フロン製セパレイター、１８は端子、１９はリード線で
ゴムブツシュ２０によりカパー２１と加締られている。
て栓体１１に加締固定されている。従って排気ガス中に
さらされるのは、１０のパラΦ７に接触している部分よ
り、袋管閉塞端までの部分となり、少なくともこの範囲
にある引出電極５の外表面はガラスコーティングによる
電気絶縁層６が設けられている。信号取出しおよび電圧
印加は、一端をＩＪ ７グ状に成形したＮｉ線１２ａ、
１２ｋｌを、素子１の開放端面に内側電極に接続して設
けられた内側接触電極部と外側電極に接続して設けられ
た外側接触電極部に、互いに絶縁してスプリング１３に
より圧接して行なわれている。１４けフランジ部１４ａ
を有する棒状ヒーターで、アルミナにタングステンを印
刷したもので、検出素子ｌの内側に挿入され、ステアタ
イトから成るインシュレータ１５を介して、Ｎｉ線１２
と同様スプリング１３により固定されている。１６ａｌ
１６ｍ）はヒーター通電用のリード線である。１７はテ
フロン製セパレイター、１８は端子、１９はリード線で
ゴムブツシュ２０によりカパー２１と加締られている。
カバー２１は、スプリング１３のバネ圧を保持するよう
栓体１１に加締られているガイトウ２２に加締固定され
ている。
栓体１１に加締られているガイトウ２２に加締固定され
ている。
かかる構成に組立られた、酸素濃度検出器を自動車の排
気管に取付け、ヒーターを通電して素子部の温度を６０
０℃〜８００℃に加熱し、検出素子に電圧を印加して行
くと、例えばλ＝１．０５〜１．１で第５図図示Ｂに示
されるような、シャープな限界電流特性が得られる。こ
れに対し引出電極を電気絶縁層６で被覆しない素子の特
性は第５図のムに示すように、限界電流が一定値を示さ
ず、印加電圧に比例して増加し、シャープな特性を得る
ことかできない。
気管に取付け、ヒーターを通電して素子部の温度を６０
０℃〜８００℃に加熱し、検出素子に電圧を印加して行
くと、例えばλ＝１．０５〜１．１で第５図図示Ｂに示
されるような、シャープな限界電流特性が得られる。こ
れに対し引出電極を電気絶縁層６で被覆しない素子の特
性は第５図のムに示すように、限界電流が一定値を示さ
ず、印加電圧に比例して増加し、シャープな特性を得る
ことかできない。
以上説明したように、本発明によれば、引出電極を排気
ガスと絶縁しているため限界電流値を精度良く得ること
ができ、本発明を用いて自動車のエンジンのム／Ｆを制
御する場合、その精度を向上することができる。
ガスと絶縁しているため限界電流値を精度良く得ること
ができ、本発明を用いて自動車のエンジンのム／Ｆを制
御する場合、その精度を向上することができる。
第１図は酸素濃度検出器の断面図、第２図は検出素子外
観図、第３図は検出素子の断面図、第４図は検出素子引
出電極部の拡大断面図、第５図は限界電流特性図である
。 １・・・検出素子 ２・・・電解質素子 ４・・・多孔質電極（外側電極） ５・・・引出電極 ６・・・電気絶縁層 ７・・・ガス拡散抵抗層 ｌＯ・・・パツキン １１・・・栓体 第１図 ｆｊｓ２図 第３図 第４図 第５図 Ｖ （Ｖ）
観図、第３図は検出素子の断面図、第４図は検出素子引
出電極部の拡大断面図、第５図は限界電流特性図である
。 １・・・検出素子 ２・・・電解質素子 ４・・・多孔質電極（外側電極） ５・・・引出電極 ６・・・電気絶縁層 ７・・・ガス拡散抵抗層 ｌＯ・・・パツキン １１・・・栓体 第１図 ｆｊｓ２図 第３図 第４図 第５図 Ｖ （Ｖ）
Claims (1)
- １． 袋管状の固体電解質素子と、前記固体電解質素子
の管内表面に設けられた第１の多孔質電極と、前記素子
の突端近傍外表面に所定幅をもつて周回設された第２の
多孔質電極と、該第２の多孔質電極の上に設けられたガ
ス拡散抵抗層より成る酸素濃度測定用素子において、上
記第２の多孔質電極に接続される帯板状の引出電極の一
部または全部の外表面を緻密な電気絶縁層によつて被覆
したことを特徴とする酸素濃度測定用素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59275836A JPS61155853A (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | 酸素濃度測定用素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59275836A JPS61155853A (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | 酸素濃度測定用素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61155853A true JPS61155853A (ja) | 1986-07-15 |
Family
ID=17561105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59275836A Pending JPS61155853A (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | 酸素濃度測定用素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61155853A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3728335A1 (de) * | 1986-08-27 | 1988-03-10 | Hitachi Ltd | Messsystem zur bestimmung des luft-kraftstoff-verhaeltnisses |
| JP2004506881A (ja) * | 2000-08-18 | 2004-03-04 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | ガスセンサ、特に酸素センサ |
| JP2007278945A (ja) * | 2006-04-10 | 2007-10-25 | Denso Corp | ガスセンサ |
| WO2014024018A1 (en) * | 2012-08-07 | 2014-02-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas sensor |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57178152A (en) * | 1981-04-27 | 1982-11-02 | Nippon Denso Co Ltd | Detector of oxygen concentration |
| JPS58100746A (ja) * | 1981-12-11 | 1983-06-15 | Nippon Denso Co Ltd | 酸素濃度検出器 |
-
1984
- 1984-12-28 JP JP59275836A patent/JPS61155853A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57178152A (en) * | 1981-04-27 | 1982-11-02 | Nippon Denso Co Ltd | Detector of oxygen concentration |
| JPS58100746A (ja) * | 1981-12-11 | 1983-06-15 | Nippon Denso Co Ltd | 酸素濃度検出器 |
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| US4799018A (en) * | 1986-08-27 | 1989-01-17 | Hitachi, Ltd. | Air fuel ratio measuring system |
| JP2004506881A (ja) * | 2000-08-18 | 2004-03-04 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | ガスセンサ、特に酸素センサ |
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| WO2014024018A1 (en) * | 2012-08-07 | 2014-02-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas sensor |
| CN104520701A (zh) * | 2012-08-07 | 2015-04-15 | 丰田自动车株式会社 | 废气传感器 |
| US9297779B2 (en) | 2012-08-07 | 2016-03-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas sensor |
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