JPS6329219B2 - - Google Patents
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- JPS6329219B2 JPS6329219B2 JP55029296A JP2929680A JPS6329219B2 JP S6329219 B2 JPS6329219 B2 JP S6329219B2 JP 55029296 A JP55029296 A JP 55029296A JP 2929680 A JP2929680 A JP 2929680A JP S6329219 B2 JPS6329219 B2 JP S6329219B2
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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
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
-
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- H—ELECTRICITY
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ガス中、なかんずく内燃機関の排気
ガス中の酸素含量を測定するための、特許請求の
範囲第1項記載の電気化学的測定センサに関す
る。
ガス中の酸素含量を測定するための、特許請求の
範囲第1項記載の電気化学的測定センサに関す
る。
原理的に、西ドイツ国特許公開明細書第
2826515号から公知であるこのような測定センサ
は、センサ部材の熱容量がわずかであるにも拘ら
ず、それぞれ作動を開始する際、ほぼ700℃のそ
の所要作動温度になるまでさらに相対的に長時間
を要する。
2826515号から公知であるこのような測定センサ
は、センサ部材の熱容量がわずかであるにも拘ら
ず、それぞれ作動を開始する際、ほぼ700℃のそ
の所要作動温度になるまでさらに相対的に長時間
を要する。
これに対し、本発明の特徴を有する電気化学的
測定センサは、これがそれぞれ作動開始する際、
さらに低減せる熱容量のセンサ部材により最低時
間内でその作動温度に達するという利点を有す
る。従属請求項には、特許請求の範囲第1項に記
載せる測定センサをさらに発展させ、とりわけセ
ンサ部材の応答感度が、それぞれ作動開始する際
でもまた作動中でもさらに有利に作用する測定セ
ンサが記載されている。
測定センサは、これがそれぞれ作動開始する際、
さらに低減せる熱容量のセンサ部材により最低時
間内でその作動温度に達するという利点を有す
る。従属請求項には、特許請求の範囲第1項に記
載せる測定センサをさらに発展させ、とりわけセ
ンサ部材の応答感度が、それぞれ作動開始する際
でもまた作動中でもさらに有利に作用する測定セ
ンサが記載されている。
以下に、本発明による測定センサを図面実施例
につき詳説する。
につき詳説する。
第1図および第2図に示した、ガス中の、なか
んずく内燃機関の酸素含量を測定するための電気
化学的測定センサ10は、大体において、実際に
加熱可能なセンサ部材11、測定センサ10を、
図示せざる被検ガス導管中へ取付けるため、外ネ
ジ13およびスパナ用六角ボルト14が設けられ
かつ、縦通孔15中にセンサ部材11用の支持部
材16,16′およびパツキング17が固定され
た金属ケーシング12より成る。この測定センサ
のケーシング12には、その縦通孔15中に肩部
18が設けられ、この上に、セラミツクのような
絶縁材料より成る円環状の支持部材16が載る。
この支持部材16は、センサ部材11を通すため
の中心孔19を有し、かつその上面20に孔19
周りに、センサ部材11を気密に取付けるための
パツキング17(パテ、ガラス等)を収容する収
容孔21が設けられている。支持部材16の上面
20に、大体において円筒形のセラミツク製支持
部材16′が載り、これが上方へパツキング17
をも制限しかつ、センサ部材11を通すための縦
通孔22を有する;この支持部材16′の、被検
ガスと離れた終端部が穿孔部23として形成さ
れ、この中へセンサ部材11の、排気ガスと離れ
た終端部が突入する。支持部材16′を支持部材
16に対し正しい位置に固定するため、支持部材
16の上面20に固定突起24が一緒に形成さ
れ、これが支持部材16′に相応に配置された図
示せざる袋穴中へ突入する。支持部材16′の外
側は段部25を有し、これに測定センサケーシン
グ12のフランジ縁26が載りかつその結果支持
部材16および16′およびパツキング17がケ
ーシング12中で固定される;センサ部材11
を、孔19ないしは縦通孔22の内部で長手方向
に固定するため、それらの中でパツキング17が
固定されることができる横孔27および/または
切欠27′が設けられている。付加的に固定する
ため、センサ部材11が、穿孔23から縦通孔2
2中にまで突入して延びかつ有利にプラスチツク
(例えばシリコーンゴム)より成るつば状のパツ
キンリング28で支持されている。測定センサ1
0の、種々の材料より成る構成部材の熱膨張係数
が異なることにより配置されることができる補償
部材の形成がなくされ、かつまた、場合により有
利に配置すべき付加的なパツキングの形成がなく
された。支持部材16′の外側へ、穿孔部23に
隣接し固定溝23/1が一緒に成形されている、
これは図示せざる接続プラグを側面方向に取付け
るのに使用される。
んずく内燃機関の酸素含量を測定するための電気
化学的測定センサ10は、大体において、実際に
加熱可能なセンサ部材11、測定センサ10を、
図示せざる被検ガス導管中へ取付けるため、外ネ
ジ13およびスパナ用六角ボルト14が設けられ
かつ、縦通孔15中にセンサ部材11用の支持部
材16,16′およびパツキング17が固定され
た金属ケーシング12より成る。この測定センサ
のケーシング12には、その縦通孔15中に肩部
18が設けられ、この上に、セラミツクのような
絶縁材料より成る円環状の支持部材16が載る。
この支持部材16は、センサ部材11を通すため
の中心孔19を有し、かつその上面20に孔19
周りに、センサ部材11を気密に取付けるための
パツキング17(パテ、ガラス等)を収容する収
容孔21が設けられている。支持部材16の上面
20に、大体において円筒形のセラミツク製支持
部材16′が載り、これが上方へパツキング17
をも制限しかつ、センサ部材11を通すための縦
通孔22を有する;この支持部材16′の、被検
ガスと離れた終端部が穿孔部23として形成さ
れ、この中へセンサ部材11の、排気ガスと離れ
た終端部が突入する。支持部材16′を支持部材
16に対し正しい位置に固定するため、支持部材
16の上面20に固定突起24が一緒に形成さ
れ、これが支持部材16′に相応に配置された図
示せざる袋穴中へ突入する。支持部材16′の外
側は段部25を有し、これに測定センサケーシン
グ12のフランジ縁26が載りかつその結果支持
部材16および16′およびパツキング17がケ
ーシング12中で固定される;センサ部材11
を、孔19ないしは縦通孔22の内部で長手方向
に固定するため、それらの中でパツキング17が
固定されることができる横孔27および/または
切欠27′が設けられている。付加的に固定する
ため、センサ部材11が、穿孔23から縦通孔2
2中にまで突入して延びかつ有利にプラスチツク
(例えばシリコーンゴム)より成るつば状のパツ
キンリング28で支持されている。測定センサ1
0の、種々の材料より成る構成部材の熱膨張係数
が異なることにより配置されることができる補償
部材の形成がなくされ、かつまた、場合により有
利に配置すべき付加的なパツキングの形成がなく
された。支持部材16′の外側へ、穿孔部23に
隣接し固定溝23/1が一緒に成形されている、
これは図示せざる接続プラグを側面方向に取付け
るのに使用される。
センサ部材11は、セラミツクのような多孔質
電気絶縁材料の細長いプレートより成りかつほぼ
0.6mmの厚さおよび5mmの巾を有するキヤリヤ2
9を有する。このキヤリヤプレート29は、被検
ガス側で、その前端面の狭巾面29/3で金属ケ
ーシング12とほぼ同列に終り、従つて、被検ガ
スの熱衝撃および衝突粒子に対する付加的な公知
の保護装置を無条件で必要としない。このキヤリ
ヤの主面には、導電バンド30/1,31/1お
よび接続端子30/2,31/2を包含する1組
の電極30,31が、印刷、ロール圧着時のよう
な公知の方法により施されている。この実施例に
おいて、電極30および31は櫛状に形成され
(しかしまた他の構造であつてもよい)、その場合
それぞれの(図示せざる)櫛歯が距離をおいて相
互に噛合い、かつこれらが7μm厚の多孔質白金
層より成り;また導電バンド30/1および3
1/1並びに接続端子30/2および31/2が
白金より成ることができる。これら電極30およ
び31には、導電バンド30/1および31/1
ないしはそれらの接続端子30/2,31/2を
経て、図示せざる電源が設けられている、例えば
これは、ここに記載せるようなポーラログラフ測
定センサの場合久しく公知である(例えば西ドイ
ツ国特許公開明細書第2711880号参照)。これら電
極30および31間に、酸素イオンに対し伝導性
である、例えば安定化せる二酸化ジルコニウムよ
り成る固体電解質32が印刷され、かつ実際の構
造において、電極30および31の図示せざる外
面も、および少くとも、電極30および31の、
キヤリヤ29に対向する主面もわずかに被覆され
る。これら電極30および31および固体電解質
32へ、かつまたキヤリヤの狭巾面29/1,2
9/2および29/3にわたり、例えばセラミツ
クガラスより成りか20μmの厚さを有するガス不
透過性の絶縁層33が配置されている。また、こ
の絶縁層33は、電極導電バンド30/1および
31/1を、それらの接続端子30/2および3
1/2だけが被覆されずに残存する程度に被覆す
る。
電気絶縁材料の細長いプレートより成りかつほぼ
0.6mmの厚さおよび5mmの巾を有するキヤリヤ2
9を有する。このキヤリヤプレート29は、被検
ガス側で、その前端面の狭巾面29/3で金属ケ
ーシング12とほぼ同列に終り、従つて、被検ガ
スの熱衝撃および衝突粒子に対する付加的な公知
の保護装置を無条件で必要としない。このキヤリ
ヤの主面には、導電バンド30/1,31/1お
よび接続端子30/2,31/2を包含する1組
の電極30,31が、印刷、ロール圧着時のよう
な公知の方法により施されている。この実施例に
おいて、電極30および31は櫛状に形成され
(しかしまた他の構造であつてもよい)、その場合
それぞれの(図示せざる)櫛歯が距離をおいて相
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層より成り;また導電バンド30/1および3
1/1並びに接続端子30/2および31/2が
白金より成ることができる。これら電極30およ
び31には、導電バンド30/1および31/1
ないしはそれらの接続端子30/2,31/2を
経て、図示せざる電源が設けられている、例えば
これは、ここに記載せるようなポーラログラフ測
定センサの場合久しく公知である(例えば西ドイ
ツ国特許公開明細書第2711880号参照)。これら電
極30および31間に、酸素イオンに対し伝導性
である、例えば安定化せる二酸化ジルコニウムよ
り成る固体電解質32が印刷され、かつ実際の構
造において、電極30および31の図示せざる外
面も、および少くとも、電極30および31の、
キヤリヤ29に対向する主面もわずかに被覆され
る。これら電極30および31および固体電解質
32へ、かつまたキヤリヤの狭巾面29/1,2
9/2および29/3にわたり、例えばセラミツ
クガラスより成りか20μmの厚さを有するガス不
透過性の絶縁層33が配置されている。また、こ
の絶縁層33は、電極導電バンド30/1および
31/1を、それらの接続端子30/2および3
1/2だけが被覆されずに残存する程度に被覆す
る。
絶縁層33に、電極30および31の範囲内
に、例えば白金より成りかつジグザグ状に延びて
いてよい層状加熱部材34が配置されている;こ
の層状加熱部材34は、ほぼ10μmの厚さを有し
かつ、図示せざるバンドを経て、センサ部材11
の、被検ガスと離れた終端部に存在する接続端子
34/1および34/2に接続されている。酸化
および焼き切れから保護するため、この加熱部材
34およびその図示せざる導電バンドが、例えば
酸化アルミニウムより成りかつ15μmの厚さを有
することができる電気絶縁層35により完全に被
覆されている。加熱部材34は、固体電解質32
とと、薄い絶縁層33により分離されているにす
ぎず、従つて固体電解質32を、比較的わずかな
入力でほぼ700℃の所要作動温度になしかつまた
この温度に維持する位置にある。
に、例えば白金より成りかつジグザグ状に延びて
いてよい層状加熱部材34が配置されている;こ
の層状加熱部材34は、ほぼ10μmの厚さを有し
かつ、図示せざるバンドを経て、センサ部材11
の、被検ガスと離れた終端部に存在する接続端子
34/1および34/2に接続されている。酸化
および焼き切れから保護するため、この加熱部材
34およびその図示せざる導電バンドが、例えば
酸化アルミニウムより成りかつ15μmの厚さを有
することができる電気絶縁層35により完全に被
覆されている。加熱部材34は、固体電解質32
とと、薄い絶縁層33により分離されているにす
ぎず、従つて固体電解質32を、比較的わずかな
入力でほぼ700℃の所要作動温度になしかつまた
この温度に維持する位置にある。
キヤリヤ29は、その多孔度が、キヤリヤが酸
素分子に対し特定の拡散抵抗を生じるように調節
されている;この場合所要の多孔度は、適当な空
間形成剤(例えば有機結合剤)を公知のように使
用することにより、圧縮条件または熱処理により
適当に調節されることができる。しかしまたさら
に付加的に、キヤリヤ29の、被検ガスに直接に
曝される主平面36中で電極30および31の範
囲内に、任意の形であつてよいが、有利に袋状の
穴またはスリツトとして形成された付加的な凹部
37がつくり込まれることにより、キヤリヤ29
の多孔度をさらに正確に調節することが可能であ
る。
素分子に対し特定の拡散抵抗を生じるように調節
されている;この場合所要の多孔度は、適当な空
間形成剤(例えば有機結合剤)を公知のように使
用することにより、圧縮条件または熱処理により
適当に調節されることができる。しかしまたさら
に付加的に、キヤリヤ29の、被検ガスに直接に
曝される主平面36中で電極30および31の範
囲内に、任意の形であつてよいが、有利に袋状の
穴またはスリツトとして形成された付加的な凹部
37がつくり込まれることにより、キヤリヤ29
の多孔度をさらに正確に調節することが可能であ
る。
前述の実施例にさらに補足されるのが、電極3
0および31の外側でまた他の層が公知の印刷
法、ローラ法、浸漬法等によりセンサ部材11に
施され、かつセンサ部材全体が焼結により硬化さ
れることである。
0および31の外側でまた他の層が公知の印刷
法、ローラ法、浸漬法等によりセンサ部材11に
施され、かつセンサ部材全体が焼結により硬化さ
れることである。
前記実施例中に記載せる、ポーラログラフ測定
法により作動するセンサ部材11の代りに、この
ようなセンサ部材を若干変更することにより、電
位差測定法により作動するセンサ部材に変換する
ことができる(西ドイツ国特許公開明細書第
2547683号):1.電極30および31に加えられる
電源をなくすることができる、それというのもこ
のような電位差測定センサ自体が電気化学的セル
として作用しかつ信号としての電圧変動が生じる
からである。これら2つの電極30または31の
1方がガス平衡の調節に接触作用する必要がある
(かつこれは、センサ部材11中のような多孔質
の白金電極が可能である)とともに、第2の電極
30ないしは31が接触作用的にそれよりわずか
な活性の、例えば金のような材料より成る必要が
ある。このような電位差測定用の測定センサの場
合、多孔質のキヤリヤプレート29は、電極30
および31の、熱ガスに対する保護層としてだけ
役立ち、従つてこれは、ポーラログラフ用センサ
部材11の場合に該当するよりもさらに薄く施さ
れおよび/またはそれより多数の凹部37が備え
られることができる。
法により作動するセンサ部材11の代りに、この
ようなセンサ部材を若干変更することにより、電
位差測定法により作動するセンサ部材に変換する
ことができる(西ドイツ国特許公開明細書第
2547683号):1.電極30および31に加えられる
電源をなくすることができる、それというのもこ
のような電位差測定センサ自体が電気化学的セル
として作用しかつ信号としての電圧変動が生じる
からである。これら2つの電極30または31の
1方がガス平衡の調節に接触作用する必要がある
(かつこれは、センサ部材11中のような多孔質
の白金電極が可能である)とともに、第2の電極
30ないしは31が接触作用的にそれよりわずか
な活性の、例えば金のような材料より成る必要が
ある。このような電位差測定用の測定センサの場
合、多孔質のキヤリヤプレート29は、電極30
および31の、熱ガスに対する保護層としてだけ
役立ち、従つてこれは、ポーラログラフ用センサ
部材11の場合に該当するよりもさらに薄く施さ
れおよび/またはそれより多数の凹部37が備え
られることができる。
前述せるセンサ部材は、量産に殊に適当である
製造法により優れており、極めて大きい応答感度
を有しかつ、その作動に必要な熱入力が比較的わ
ずかである。
製造法により優れており、極めて大きい応答感度
を有しかつ、その作動に必要な熱入力が比較的わ
ずかである。
第1図は、本発明による装置の1実施例につ
き、図中センサ部材の終端部を第2図の−線
による断面図で示した縦断面図、および第2図
は、第1図の−線による拡大断面図である。 10……本発明による測定センサ、11……セ
ンサ部材、12……金属ケーシング、15……ケ
ーシングの縦通孔、16……センサ部材の支持部
材、16′……円筒形支持部材、17……パツキ
ング、21……パツキングの収容孔、28……パ
ツキンリング、29……キヤリヤプレート、3
0,31……電極、32……固体電解質層、33
……絶縁層、34……加熱部材、35……電気絶
縁層、36……キヤリヤプレートの主面、37…
…キヤリヤプレートの凹部。
き、図中センサ部材の終端部を第2図の−線
による断面図で示した縦断面図、および第2図
は、第1図の−線による拡大断面図である。 10……本発明による測定センサ、11……セ
ンサ部材、12……金属ケーシング、15……ケ
ーシングの縦通孔、16……センサ部材の支持部
材、16′……円筒形支持部材、17……パツキ
ング、21……パツキングの収容孔、28……パ
ツキンリング、29……キヤリヤプレート、3
0,31……電極、32……固体電解質層、33
……絶縁層、34……加熱部材、35……電気絶
縁層、36……キヤリヤプレートの主面、37…
…キヤリヤプレートの凹部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 電気絶縁性のキヤリヤプレートを有し、この
主面に被検ガスの範囲内に距離をおいて相互に配
置された2つの層状電極が存在し、これら電極
が、導電バンドを使用しキヤリヤプレートの、被
検ガスから離れた終端部に接続されかつ、キヤリ
ヤプレート上の酸素イオン伝導性の固体電解質層
中に埋封されている、ガス中、なかんずく内燃機
関の排気ガス中の酸素含量を測定する測定センサ
において、電極30,31を有する固体電解質層
32がガス不透過性の絶縁層33で被覆され、か
つキヤリヤプレート29が被検ガスの酸素分子に
対し透過性であることを特徴とするガス中酸素含
量測定用の電気化学的測定センサ。 2 キヤリヤプレート29が、被検ガスに曝され
る主面36に凹部37を有し、この凹部がなかん
ずく電極30,31の範囲内に配置されかつ、キ
ヤリヤプレート29を所望のガス透過度に調節す
るのに使用されることを特徴とする、特許請求の
範囲第1項記載のガス中酸素含量測定用の電気化
学的測定センサ。 3 ガス不透過性の絶縁層33に層状の加熱部材
34が施され、この加熱部材が、酸化に対し保護
性の電気絶縁層35で完全に被覆されていること
を特徴とする、特許請求の範囲第1項または第2
項のいずれかに記載のガス中酸素含量測定用の電
気化学的測定センサ。 4 キヤリヤプレート29が金属ケーシング12
の縦通孔15中に長手方向に取付けられ、従つて
パツキング17がキヤリヤプレート29を、電極
30,31が設けられた被検ガス付近の部分と、
導電バンド端子30/2,31/2が設けられ
た、被検ガスと離れた部分とに分割することを特
徴とする、特許請求の範囲第1項から第3項まで
のいずれか1項に記載のガス中酸素含量測定用の
電気化学的測定センサ。 5 1方の電極30または31がガス平衡の調節
に接触作用し、かつ、電極30,31に接続され
た、キヤリヤプレート29の被検ガスと離れた終
端部の導電バンド30/1,31/1が端子3
0/2,31/2として使用され、電位差測定法
の場合、これら端子を経て、電気化学的セルとし
て作用する測定センサ10の信号を導くことを特
徴とする、特許請求の範囲第1項から第4項まで
のいずれか1項に記載のガス中酸素含量測定用の
電気化学的測定センサ。 6 キヤリヤプレート29が、少なくとも測定電
極30または31の範囲内で酸素分子に特定の拡
散抵抗率を有し、かつ、電極30,31に接続せ
る、キヤリヤプレート29の被検ガスと離れた終
端部の導電バンド30/1,31/1が端子3
0/2,31/2として使用され、ポーラログラ
フ測定法の場合、これら端子が電圧を加えるため
に備えられ、かつこれら端子を経て測定センサ1
0の信号が導かれることを特徴とする、特許請求
の範囲第1項から第4項までのいずれか1項に記
載のガス中酸素含量測定用の電気化学的測定セン
サ。 7 またキヤリヤプレート29の、固体電解質層
32に隣接する狭巾面29/1,29/2,2
9/3もガス不透過性の絶縁層33で全体的に被
覆されていることを特徴とする、特許請求の範囲
第6項記載のガス中酸素含量測定用の電気化学的
測定センサ。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2909201A DE2909201C2 (de) | 1979-03-09 | 1979-03-09 | Elektrochemischer Meßfühler für die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Gasen, insbesondere in Abgasen von Brennkraftmaschninen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55124062A JPS55124062A (en) | 1980-09-24 |
| JPS6329219B2 true JPS6329219B2 (ja) | 1988-06-13 |
Family
ID=6064890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2929680A Granted JPS55124062A (en) | 1979-03-09 | 1980-03-10 | Electrochemical sensor for measuring oxygen content of gas |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4277323A (ja) |
| JP (1) | JPS55124062A (ja) |
| DE (1) | DE2909201C2 (ja) |
| FR (1) | FR2451031A1 (ja) |
| IT (1) | IT1130939B (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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