JPS6326568A - ガス濃度センサ - 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】 〔産業上の利用分野１ この発明は、固体電解質を利用した、酸素ガスまたは湿
度を測定するガス濃度センサに関するものである。

［従来の技術］ 従来、たとえば固体電解質を利用した酸素センサは、板
状の固体？ｔＭ質の表裏の両側に１１穫を形成し、一方
の電極（陰極）に有効キャップ等を設け、！極間に電圧
を印加するとともに、電極間を流れる電流値から酸素濃
度を測定している。

〔この発明が解決しようとする問題点］このように、固
体電解質の両側に電極を設けた構造では、検出感度、応
答速度の向上のために固体電解質を薄くする必要がある
が、これでは機械的強度が低下してしまう。また、電極
を固体電解質の表裏に形成するため、製作上、これだけ
で２工程を必要とし、工数を多く要していた。

この発明の目的は、以上の点に鑑み、簡単な構成で、感
度良く、酸素その他のガス濃度の検出ができるガス濃度
センサを提供することである。

Ｌ問題点を解決するための手段） この発明は、酸素イオンを透過する固体電解質の一方の
側に１対の電極を設け、この１対の電極の一方に有効キ
ャップまたは多孔質材等よりなる拡散手段を設け、電極
間に電圧を印加し、電極間を流れる電流値から酸素濃度
または湿度等のガス′ａ度を検出するようにしたガス濃
度センサである。

［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例を示す平面説明図、第２
図は、測定系を含む断面説明図である。

図において、１は、酸化ジルコニウム等に酸化質１の一
方の側にＰｔ　、Ａｇ等よりなる電極２１．２２が蒸着
、スパッタリングその他で形成され、この一方の電極２
２には、内部に空間を有し適当な穴径の拡散孔３０が設
けられた拡散手段としての有孔キャップ３が設けられて
いる。なお、第１図で分るように電極２１．２２は、羽
子板状で取出部２１０．２２０にリード線４１．４２が
接続されている。また、たとえば固体電解質１の他方の
側には、ｐｔ等の触媒作用を有するヒータ５が形成され
ている。

そして、電８ｉ２１．２２間には直流の電圧源６から電
極２１をＩ極、電極２２を陰極として所定の電圧が印加
され、電流測定手段７で電極２１．２２間を流れる電流
値が測定される。また、ヒータ５には、たとえば定電流
源８より電流が供給され、必要に応じ電圧測定手段９で
ヒータ５の抵抗値を測定する。

つまり、酸素ガス濃度を測定する場合、ヒータめる。そ
して、電圧源６より電極２１．２２に電圧を印加し、固
体電解質１を酸素ポンプとして機能させる。

酸素０２は電極２２で電子を受けとって０２−とイオン
化し、この酸素イオン０２−が固体電解質１を透過して
電極２１に達し、再び酸素ｏ２どなって外気へ排出され
る。このとき、拡散孔３０を介して有効キャップ３内に
酸素ｏ２等を含む外気が固体電解質１の酸素ポンプの酸
素送出能力を越えない程度に拡散・流入し、この酸素分
圧に応じ電流が電極２１．２２間に流れ、この電流値を
電流測定手段７で測定することにより、空気中の酸素濃
度を検出できる。

つまり、第３図で示すように、電圧源６の電圧を所定の
値とし、酸素濃度が変わると電流値が変化し、この電流
値から酸素Ｓ度を検出できる。

また、空気中に水分が存在すると、電極２２で水分Ｈｚ
Ｏは電気分解して酸素イオンができ、この酸素イオンが
？！橿２１に移動し、電流が発生す・〉 勢！ｔ４゛３図で点線で示すように水分値に応じた出力
が得られ、これにより水分率を検出することができる。

この場合、酸素ガス濃度については、１゜５ｖ付近で測
定すれば水分の影響を受けない。

また、空気中に可燃性ガスが存在すると、ヒータ５の触
媒作用で燃焼発熱し、この発熱によりヒータ５の抵抗値
が変化する。ヒータ５に加熱用の定電流を定電流源８か
ら供給しておき、ヒータ５の抵抗値変化を電圧測定手段
９で測定し可燃性ガスを検出する。なお、図示しない別
の温度センサで可燃性ガスの燃焼発熱を検出してもよい
。また、可燃性ガスが燃焼すると、′Ｒ電流測定手段の
測定値が減少するので、このことによっても可燃性ガス
の検出ができる。

第４図は、他の実施例の要部を示し、この例では、固体
電解質１の一方の側に１対の電極２１．２２を形成し、
その一方の電極２２に有孔キャップと同様の機能をもつ
拡散手段としての多孔質材１０を形成している。この多
孔質材１０は、−たと、／ 拡散手段により固体電解質１のポンプ作用の能力を越え
ない程度の酸素ガス等が電極２２に達し、酸素ガス等の
濃度の検出が可能となる。つまり、前述の有孔キャップ
３、多孔質材１０等の拡散手段により酸素ガス等の律速
を行っている。

［発明の効果１ 以上ｊホべたように、この発明は、固体電解質の一方の
側に１対の電極を設けるようにしたので、感度を高める
ため固体電解、質の厚さを薄くする必要がなく、十分な
厚さにできるので機械的強度が大きく、高信頼性のもの
となる。また、基板の一方の側に１対の電極を同時に形
成できるので工数低減が図れ、製作が容易で、安価なも
のとなる。

このように、この発明では、簡単な構成で、酸素、また
は湿度の検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第４図は、この発明の一実施例を示す
構成説明図、第３図は、特性説明図であ６・・・電圧源
、７・・・電流測定手段、８・・・定電流源、９・・・
電圧測定手段、１０・・・多孔質材特許出願人　株式会
社　千野製作所 第３図 電　圧（Ｖ） 第１図 ＄４２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸素イオンを透過する固体電解質と、この固体電解
   質の一方の側に設けられた１対の電極と、この１対の電
   極の一方に設けられた酸素の拡散手段と、前記電極間に
   電圧を印加する電圧源と、前記電極間を流れる電流値を
   測定する電流測定手段とを備え、この電流測定手段の電
   流値から酸素濃度または湿度等のガス濃度を測定するこ
   とを特徴とするガス濃度センサ。 ２、前記拡散手段として、有孔キャップまたは多孔質材
   等を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の酸素センサ。 ３、前記固体電解質の他方の側にヒータを設けたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載のガ
   ス濃度センサ。