JPS62273443A - 湿度センサ素子 - Google Patents
湿度センサ素子Info
- Publication number
- JPS62273443A JPS62273443A JP61116244A JP11624486A JPS62273443A JP S62273443 A JPS62273443 A JP S62273443A JP 61116244 A JP61116244 A JP 61116244A JP 11624486 A JP11624486 A JP 11624486A JP S62273443 A JPS62273443 A JP S62273443A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- moisture
- anode electrode
- output current
- hydrogen
- solid electrolyte
- 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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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (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】
３、発明の詳細な説明
産業上の利用分野
本発明は気体中に含有されている水分の量を検出するた
めの？Ｗｒ度センサに関する。
めの？Ｗｒ度センサに関する。
従来の技術
従来の湿度センサは主として相対湿度を利用するもので
あり、水蒸気濃度を直接測定できるセンサとしては水の
赤外線吸収スペクトルを利用する形式のものしか知られ
ていない。
あり、水蒸気濃度を直接測定できるセンサとしては水の
赤外線吸収スペクトルを利用する形式のものしか知られ
ていない。
発明が解決すべき問題点
しかしこの形式の測定方法による場合には比較的低濃度
（ｐｐｍ領域）の水蒸気の測定は精度よく行ない得るが
、パーセントオーダーの水蒸気の濃度測定は殆んど行な
い得ないのが実情である。
（ｐｐｍ領域）の水蒸気の測定は精度よく行ない得るが
、パーセントオーダーの水蒸気の濃度測定は殆んど行な
い得ないのが実情である。
問題点を解決するための手段
本発明はこのような状況の下に種々検討の結果なされた
もので、水分がアノード電極上で電気分解され水素イオ
ン（Ｈ゛）を生じることと、この水素イオン（Ｈ゛）を
キャリアする出力電流から湿度を検出するようにした点
に特徴がある。
もので、水分がアノード電極上で電気分解され水素イオ
ン（Ｈ゛）を生じることと、この水素イオン（Ｈ゛）を
キャリアする出力電流から湿度を検出するようにした点
に特徴がある。
ここに用いられる固体電解質としてはＳｒＣｅＯ３系固
体電解質の如きペロブスカイト系酸化物からなる結晶構
造を有し、酸素イオンの輸率が殆んどＯで水素イオンの
輸率がは＼１のものを対象とするものである。
体電解質の如きペロブスカイト系酸化物からなる結晶構
造を有し、酸素イオンの輸率が殆んどＯで水素イオンの
輸率がは＼１のものを対象とするものである。
実施例
第１図に示すように水素イオシ導伝性固体電解質１の両
面に多孔性電極を設けてあり、その一方はアノード２他
方はカソード３としである。そしてアノード２を蔽う小
孔４付キヤツプ５が前記水素イオン導伝性固体電解質１
に接合されている。
面に多孔性電極を設けてあり、その一方はアノード２他
方はカソード３としである。そしてアノード２を蔽う小
孔４付キヤツプ５が前記水素イオン導伝性固体電解質１
に接合されている。
即ち型としては限界電流式酸素センサの酸素イオン導伝
体（ジルコニア固体電解質）の代りに、水素イオン導伝
体を用いているもので水分（１１２０）は矢印方向に小
孔より流れ、水素イオン導伝体１の中に入る。ここでア
ノード電極及びカソード電極上では次の反応が起る。（
注、図示の如く、アノードとカソードの位置は酸素セン
サの場合とは逆になる。） アノード電極ＨｚＯ−２Ｈ” ＋ −０□＋２ｅ−（ｔ
ｌ〉水素の存在しない雰囲気中〈 本発明で雰囲気中に水素の存在しない場合、専ら水分が
アノード電極上で電気分解され、これによって生じた水
素イオン（Ｈｏ）をキャリアとする出力電流を利用する
こととなる。
体（ジルコニア固体電解質）の代りに、水素イオン導伝
体を用いているもので水分（１１２０）は矢印方向に小
孔より流れ、水素イオン導伝体１の中に入る。ここでア
ノード電極及びカソード電極上では次の反応が起る。（
注、図示の如く、アノードとカソードの位置は酸素セン
サの場合とは逆になる。） アノード電極ＨｚＯ−２Ｈ” ＋ −０□＋２ｅ−（ｔ
ｌ〉水素の存在しない雰囲気中〈 本発明で雰囲気中に水素の存在しない場合、専ら水分が
アノード電極上で電気分解され、これによって生じた水
素イオン（Ｈｏ）をキャリアとする出力電流を利用する
こととなる。
その印加電圧と出力電流の関係は第２図に示すとおりで
あり、水蒸気分圧と限界電流の関係は第３図に示すとお
りとなる。
あり、水蒸気分圧と限界電流の関係は第３図に示すとお
りとなる。
通常の雰囲気（水素の存在しない）中では、センサ印加
電圧が■、以下では水が電気分解しないので出力電流は
観察されない。
電圧が■、以下では水が電気分解しないので出力電流は
観察されない。
■。以上の電圧をセンサに印加した場合にはア〉水素を
含む雰囲気中〈 アノード電極 Ｈ，−＋ ２Ｈ” ＋２ｅ−（４）本雰
囲気中ではアノード電極で水素が水素イオン化される反
応（４）が反応（１）に加わるために、第４図に示すよ
うに二段の限界電流特性になり、水蒸気分圧とΔＩＬ（
Ｈ”の存在により増加した電流値）との関係は第５図に
示すとおりである。
含む雰囲気中〈 アノード電極 Ｈ，−＋ ２Ｈ” ＋２ｅ−（４）本雰
囲気中ではアノード電極で水素が水素イオン化される反
応（４）が反応（１）に加わるために、第４図に示すよ
うに二段の限界電流特性になり、水蒸気分圧とΔＩＬ（
Ｈ”の存在により増加した電流値）との関係は第５図に
示すとおりである。
本発明の更に別の応用例は第６図に示すとおりである。
即ち図に於いて実線は含湿空気、点線は乾燥空気で印加
電圧と出力電流の関係グラフであり、ＩＬ、、ＩＬ２は
含湿空気の各段の出力電流値、ΔＩＬ、、 ΔＩＬ２
は含湿空気と乾燥空気のＩＬ、、ＩＬ２に対応する出力
電流の差である。
電圧と出力電流の関係グラフであり、ＩＬ、、ＩＬ２は
含湿空気の各段の出力電流値、ΔＩＬ、、 ΔＩＬ２
は含湿空気と乾燥空気のＩＬ、、ＩＬ２に対応する出力
電流の差である。
具体的には同図を元にして次のように湿度を求めること
ができる。
ができる。
■ Δ■、より求める方法
Ｉ２０が分解しない領域の限界電流値ＴＬ＋ と、Ｉ２
０が１００％分解するときに生ずる電流値ＩＬ。
０が１００％分解するときに生ずる電流値ＩＬ。
との差ΔＩＬの大きさからそれに比例するとこちの湿度
を求める。
を求める。
■ Δ■５．より求める方法
被測電気体を乾燥剤等を通過させて、殆んど湿度骨を有
しなくなったドライな気体を測定した結果が点線で示す
特性である。これを基準として除湿しない気体の第１の
平坦部との電流値の差ΔＩＬ、を求めれば、その値が被
測定体の湿度を示す。
しなくなったドライな気体を測定した結果が点線で示す
特性である。これを基準として除湿しない気体の第１の
平坦部との電流値の差ΔＩＬ、を求めれば、その値が被
測定体の湿度を示す。
■ ΔＩＬ２より求める方法
原理的には前記■と同様であるが、たソ′■の場合は気
体中の湿度（水分）の存在により、水素の気体中に占め
る割合（％）が低下し、その結果水素分圧が低くなるこ
とにより、ΔＴＬ、が観測されるのに対し、ΔＩＬ２は
気体中のｌＩ２０が実際に分解し、Ｈｏが発生すること
による限界電流値の増分を観測することになる。
体中の湿度（水分）の存在により、水素の気体中に占め
る割合（％）が低下し、その結果水素分圧が低くなるこ
とにより、ΔＴＬ、が観測されるのに対し、ΔＩＬ２は
気体中のｌＩ２０が実際に分解し、Ｈｏが発生すること
による限界電流値の増分を観測することになる。
第６図は本発明の他の実施例で、水素イオン導伝性固体
電解質１の両面に多孔性電極を設けてあり、その一方は
アノード２、他方はカソード３である。そしてアノード
２を蔽う小孔（ピンホール）４ｂ付ドーム状の金属薄膜
５ｂが設けられている。
電解質１の両面に多孔性電極を設けてあり、その一方は
アノード２、他方はカソード３である。そしてアノード
２を蔽う小孔（ピンホール）４ｂ付ドーム状の金属薄膜
５ｂが設けられている。
なお本発明で用いられる水素イオン導伝体としては５ｒ
ＣｅＯｔ系固体電解質の如きペロブスカイト系酸化物か
らなる結晶構造を有し、酸素イオンの輸率が殆んど０で
水素イオンの輸率がはｖ’ ｌのものを対象とするもの
であるし、限界電流センサもこの実施例に限定されるも
のではない。
ＣｅＯｔ系固体電解質の如きペロブスカイト系酸化物か
らなる結晶構造を有し、酸素イオンの輸率が殆んど０で
水素イオンの輸率がはｖ’ ｌのものを対象とするもの
であるし、限界電流センサもこの実施例に限定されるも
のではない。
発明の効果
本発明は固体電解質として水素イオン（Ｈ＋）導伝体を
用いた限界電流式湿度センサであり以下の効果を存する
。
用いた限界電流式湿度センサであり以下の効果を存する
。
■ 湿度濃度（水蒸気分圧）に比例した出力電流（限界
電流）が得られる。
電流）が得られる。
即ち水素がない雰囲気中ではＩ ＬＣ）ＣＰ Ｉ（ｚＯ
水素がある雰囲気中ではΔＩ 、ｃ＝＜ Ｐ Ｈ，０■
気体拡散孔の面積や長さを変えることによって、低濃
度から高濃度領域の水蒸気分圧を測定することができる
。
水素がある雰囲気中ではΔＩ 、ｃ＝＜ Ｐ Ｈ，０■
気体拡散孔の面積や長さを変えることによって、低濃
度から高濃度領域の水蒸気分圧を測定することができる
。
■ センサ出力のドリフト（経時変化）やヒステリシス
が殆んどないので正確に測定することができる。
が殆んどないので正確に測定することができる。
第１図は本発明による湿度センサ素子の一例を示す断面
図、第２図、第４図、第６図は本発明の湿度センサ素子
の出力電流−印加電流のグラフ、第３図は限界電流−水
蒸気分圧のグラフ、第５図はΔＩＬ−水蒸気分圧のグラ
フ、第７図は本発明による湿度センサ素子の他の一例を
示す断面図である。 １・・・水素イオン導伝性固体電解質、２・・・アノー
ド、３・・・カソード、４，４ｂ・・・小孔、５・・・
キャップ、５ｂ・・・ドーム状の金属薄膜 ・代
理人 弁理士 竹 内 ９ 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 Ｅｐｉｌｏｌを圧 菊６図 卯、加電圧
図、第２図、第４図、第６図は本発明の湿度センサ素子
の出力電流−印加電流のグラフ、第３図は限界電流−水
蒸気分圧のグラフ、第５図はΔＩＬ−水蒸気分圧のグラ
フ、第７図は本発明による湿度センサ素子の他の一例を
示す断面図である。 １・・・水素イオン導伝性固体電解質、２・・・アノー
ド、３・・・カソード、４，４ｂ・・・小孔、５・・・
キャップ、５ｂ・・・ドーム状の金属薄膜 ・代
理人 弁理士 竹 内 ９ 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 Ｅｐｉｌｏｌを圧 菊６図 卯、加電圧
Claims (2)
- （１）水素イオン導伝性固体電解質の両面に多孔性電極
を設け、その一方をアノード電極、他方をカソード電極
とし、アノード電極を蔽う水素拡散制御体を設け、雰囲
気中に含まれる水分がアノード電極上で電気分解するこ
とにより生じた水素イオン（Ｈ＾＋）をキャリアする出
力電流により湿度を検出するようにしたことを特徴とす
る湿度センサ素子 - （２）水素イオン導伝性固体電解質がＳｒＣｅＯ＿３の
如きペロブスカイト系酸化物である特許請求の範囲第１
項記載の湿度センサ素子
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61116244A JPS62273443A (ja) | 1986-05-22 | 1986-05-22 | 湿度センサ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61116244A JPS62273443A (ja) | 1986-05-22 | 1986-05-22 | 湿度センサ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62273443A true JPS62273443A (ja) | 1987-11-27 |
Family
ID=14682353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61116244A Pending JPS62273443A (ja) | 1986-05-22 | 1986-05-22 | 湿度センサ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62273443A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112098478A (zh) * | 2020-09-17 | 2020-12-18 | 昆明理工大学 | 一种全无机无铅双钙钛矿湿度传感器及其制备方法 |
-
1986
- 1986-05-22 JP JP61116244A patent/JPS62273443A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112098478A (zh) * | 2020-09-17 | 2020-12-18 | 昆明理工大学 | 一种全无机无铅双钙钛矿湿度传感器及其制备方法 |
| CN112098478B (zh) * | 2020-09-17 | 2021-07-20 | 昆明理工大学 | 一种全无机无铅双钙钛矿湿度传感器及其制备方法 |
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