JPS6366448A - Gas detector - Google Patents
Gas detectorInfo
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- JPS6366448A JPS6366448A JP21207586A JP21207586A JPS6366448A JP S6366448 A JPS6366448 A JP S6366448A JP 21207586 A JP21207586 A JP 21207586A JP 21207586 A JP21207586 A JP 21207586A JP S6366448 A JPS6366448 A JP S6366448A
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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。(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野]
本発明は、ガス成分又はその濃度を検出するためのガス
検出器に関するものであって、特に感ガス性の金属酸化
物を用いたガス検出器に関する。Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a gas detector for detecting gas components or their concentrations, and in particular to gas detection using gas-sensitive metal oxides. Concerning vessels.
[従来の技術]
従来より周囲のガスの存在、あるいはその濃度を検出す
るためのガス検出器として、酸素ガス検出器、可燃性ガ
ス検出器等が実用化されている。[Prior Art] Conventionally, oxygen gas detectors, combustible gas detectors, and the like have been put into practical use as gas detectors for detecting the presence of surrounding gas or its concentration.
これらの中に、ガスが接触した場合に、その電気抵抗が
変化する特性を持った感ガス性の金属酸化物を使用して
いるものがある0例えばT i O2、Coo、NiO
等の遷移金属元素の酸化物等は酸素センサとして使用で
きる。Some of these use gas-sensitive metal oxides that change their electrical resistance when they come into contact with gas.For example, TiO2, Coo, NiO
Oxides of transition metal elements such as oxides can be used as oxygen sensors.
ここで例示した遷移金属酸化物は、非化学旦論的化合物
である。そして、この非化学旦論的化合物中の荷電担体
くホール、電子)の量は、周囲の酸素ガス分圧によって
変化する。そのために、周囲の酸素ガス分圧に応じて導
電率が変化するのである。The transition metal oxides exemplified here are non-chemical compounds. The amount of charge carriers (holes, electrons) in this non-chemical compound changes depending on the partial pressure of the surrounding oxygen gas. Therefore, the conductivity changes depending on the partial pressure of the surrounding oxygen gas.
ところで、上記酸素センサは、特に内燃機関の排ガスの
ような非平衡ガス中の酸素ガス分圧を精度よく検出する
ためには、非平衡ガスを平衡化する必要があり、これに
対処するために、従来では、例えば、排ガス中のCO,
HCの酸化反応を促進する触媒である白金と、NOxを
還元する触媒であるロジウムとの合金を粒子状にして感
ガス層中に均一に分散担持させている。By the way, in order to accurately detect the partial pressure of oxygen gas in a non-equilibrium gas such as the exhaust gas of an internal combustion engine, the above-mentioned oxygen sensor needs to equilibrate the non-equilibrium gas. , conventionally, for example, CO in exhaust gas,
An alloy of platinum, which is a catalyst that promotes the oxidation reaction of HC, and rhodium, which is a catalyst that reduces NOx, is formed into particles and is uniformly dispersed and supported in the gas-sensitive layer.
[発明が解決しようとする問題点]
ところが、上記触媒合金は、焼成時あるいは使用時に一
方の金属が合金粒子の表面に析出することが分かった6
例えば、酸化雰囲気中で加熱すると合金粒子の表面にロ
ジウムが析出して、白金を覆ってしまい白金の表面積が
小さくなり、酸化反応の促進がされない、すなわち、セ
ンサの出力特性が、上記ロジウムの析出形態に大きく依
存し、安定なセンサを製造することが容易ではなかった
。[Problems to be Solved by the Invention] However, it has been found that in the above catalyst alloy, one of the metals precipitates on the surface of the alloy particles during firing or use6.
For example, when heated in an oxidizing atmosphere, rhodium precipitates on the surface of the alloy particles and covers the platinum, reducing the surface area of the platinum and preventing the oxidation reaction from accelerating. It is not easy to manufacture a stable sensor because it is highly dependent on the shape.
[問題点を解決するための手段]
本発明は上記問題点を解決するために次の手段を採用し
た。[Means for solving the problems] The present invention employs the following means to solve the above problems.
即ち、本発明の要旨は、
一対の電極と、
該一対の電極を覆い、感ガス性金属酸化物を含み、周囲
のガス成分及び/又はその濃度に応じて電気抵抗が変化
する多孔質の惑ガス層と、該感ガス層を覆う上層と
を備え、
上記上層は、
還元反応を促進する触媒を担持する還元触媒層と、
酸化反応ひ促進する触媒を担持する酸化触媒層と
が各々一層以上交互に873されてなることを特徴とす
るガス検出器にある。That is, the gist of the present invention is to provide a pair of electrodes, a porous membrane covering the pair of electrodes, containing a gas-sensitive metal oxide, and having an electrical resistance that changes depending on the surrounding gas component and/or its concentration. The upper layer comprises a gas layer and an upper layer covering the gas-sensitive layer, and the upper layer includes at least one reduction catalyst layer supporting a catalyst that promotes a reduction reaction and one or more oxidation catalyst layers supporting a catalyst that promotes an oxidation reaction. There is a gas detector characterized in that 873 are arranged alternately.
ここで、上記電極としては、耐熱性の導電体であれば特
に限定はないが、通常、タングステン、モリブデン、銀
、金あるいは白金族を主成分としたものが用いられる。Here, the electrode is not particularly limited as long as it is a heat-resistant conductor, but it is usually made of tungsten, molybdenum, silver, gold, or a platinum group metal as a main component.
怒ガス層に用いられる感ガス性金属酸化物としては、検
出するガス成分に応じてその物質ご選択すればよいが、
通常用いられるものとして、TiO2、Sn○2 、C
oo、ZnO,Nb2O5、Cr2O3、N iO等の
遷移金属酸化物があげられ、本発明においてもこれらの
うちのいずれか1つまたは2つ以上の組合せの物質を用
いればよい。The gas-sensitive metal oxide used in the angry gas layer can be selected depending on the gas component to be detected.
Commonly used materials include TiO2, Sn○2, C
Examples include transition metal oxides such as 0, ZnO, Nb2O5, Cr2O3, and NiO, and in the present invention, any one or a combination of two or more of these may be used.
酸化反応を促進する触媒としては、ガス検出器の使用さ
れる状態や、検出するガス等に応じてその物質を選択す
ればよいが、特に、ガス検出器を内燃機関の排ガス中の
酸素ガス分圧測定に使用する場合は、白金、パラジウム
等をあげることが出来る。The catalyst that promotes the oxidation reaction can be selected depending on the conditions in which the gas detector is used and the gas to be detected. When used for pressure measurement, platinum, palladium, etc. can be used.
還元反応を促進する触媒も、上述の酸化反応を促進する
触媒と同じく、ガス検出器の使用される状懲や、検出す
るガス等に応じてその物質を選択すればよいが、特に、
ガス検出器を内燃機関の排ガス中の酸素ガス分圧測定に
使用する場合は、ロジウム、ルテニウム等をあげること
が出来る。As with the above-mentioned catalyst that promotes the oxidation reaction, the catalyst that promotes the reduction reaction may be selected depending on the conditions in which the gas detector is used, the gas to be detected, etc., but in particular,
When the gas detector is used to measure the partial pressure of oxygen gas in the exhaust gas of an internal combustion engine, rhodium, ruthenium, etc. can be used.
上記触媒ご担持する触媒層の母材としては、熱的に安定
な多孔質材料であれば特に限定されない。The base material of the catalyst layer supporting the catalyst is not particularly limited as long as it is a thermally stable porous material.
例えば、アルミナ、マクネシアスビネル、ジルコニア、
フォルスプライト、コーディエライト等を用いること
が出来る。For example, alumina, makinesius vinyl, zirconia,
False sprite, cordierite, etc. can be used.
これらの触媒は、例えば、担体となる多孔質触媒層母材
に触媒成分元素を含む?8液?含浸させた後に、熱分解
、還元等によって触媒を触媒層母材に分散担持する3浅
法によって融媒Iaに担持される。この含浸性以外にも
、触媒元素を含む塩の溶液に沈R剤を加えて、触媒3(
ユ体となる触媒Jiqは材表面上に沈澱させたり、触媒
層母材成分と触媒成分との両者を同時に沈澱させる(共
沈させる)沈8法、担体である触媒層のイオン交換性を
利用したイオン交換法δ、触媒成分元素を含む溶液から
の吸着ご利用した吸着法等によって、触媒);触媒層に
担持される。For example, do these catalysts contain catalyst component elements in the porous catalyst layer base material that serves as a carrier? 8 liquid? After the impregnation, the catalyst is supported on the melt Ia by a three-layer method in which the catalyst is dispersed and supported on the catalyst layer base material by thermal decomposition, reduction, or the like. In addition to this impregnating property, a precipitating R agent is added to a solution of a salt containing a catalyst element, and catalyst 3 (
The catalyst Jiq, which is the catalyst, can be precipitated on the surface of the material, or can be precipitated simultaneously with both the catalyst layer base material component and the catalyst component (co-precipitation) using the ion exchange property of the catalyst layer as a carrier. The catalyst is supported on the catalyst layer by an ion exchange method δ, an adsorption method using adsorption from a solution containing catalyst component elements, etc.
本発明のガス検出器は、【11えば、セラミック基板上
に厚)模技術等のハイブリッド技術により感ガス層等を
設けることにより作成できる。あるいは、厚膜技術等を
使用せずに、サーミスタ等で用いられる、ディスク型、
ビード型等に形成してもよい。The gas detector of the present invention can be fabricated by providing a gas-sensitive layer or the like on a ceramic substrate using a hybrid technique such as a thick layer technique. Alternatively, without using thick film technology etc., a disk type, which is used in thermistors etc.
It may also be formed into a bead shape or the like.
さらに、測定時のガス検出器の温度特性変動の減少を目
的として、発熱体を感ガス層の近傍に設けても良い。そ
して、この発熱体の一部とガス検出器の一方の電極とを
連結して感ガス層に電圧を印加し、端子の数を減らすと
共に、測定回路を簡単にしてもよい。Furthermore, a heating element may be provided near the gas-sensitive layer for the purpose of reducing temperature characteristic fluctuations of the gas detector during measurement. Then, a part of this heating element and one electrode of the gas detector may be connected to apply a voltage to the gas-sensitive layer, thereby reducing the number of terminals and simplifying the measurement circuit.
また、感ガス層を保護することを目的として、惑ガス層
に重ねて、コート層を設けてもよい、このコート層は、
感ガス性金m酸化杓に対する鉛等の有毒物質を吸着捕獲
し、1T毒物貿が感ガス層に達することを防ぐ、コート
層の材質としては、熱的に安定な材質で゛あれば特に限
定はなく、例えば、アルミナ、マグネシアスピネル、ジ
ルコニア等を用いることが出来る。In addition, for the purpose of protecting the gas-sensitive layer, a coating layer may be provided over the gas-sensitive layer.
The material for the coating layer, which adsorbs and captures toxic substances such as lead on the gas-sensitive gold oxide layer and prevents 1T toxic substances from reaching the gas-sensitive layer, is particularly limited as long as it is a thermally stable material. For example, alumina, magnesia spinel, zirconia, etc. can be used.
[作用]
本発明では、還元反応を促進する触媒と、酸化9反応を
促進する触媒とが各々異なった層中に担持されて存在す
る。そのため、焼成時あるいは使用時に、一方の触媒が
他方の触媒の表面に析出して、他方の触媒作用を妨害す
るような触媒同士の相互作用が起こらない。[Function] In the present invention, a catalyst that promotes a reduction reaction and a catalyst that promotes an oxidation reaction are supported in different layers. Therefore, during calcination or use, one catalyst does not precipitate on the surface of the other catalyst, and no interaction occurs between the catalysts that would interfere with the catalytic action of the other catalyst.
また、還元反応を促進する触媒と酸化反応を促進する触
媒とが近接しているので、お互いに相手の反応の生成物
を利用し易く、より効率的な反応を行える。すなわち、
例えば、N Ox (7) Q元によって生じた酸素を
利用して、Co、HCの酸化を行うのである。Furthermore, since the catalyst that promotes the reduction reaction and the catalyst that promotes the oxidation reaction are close to each other, it is easy for each to utilize the products of the other's reaction, and a more efficient reaction can be performed. That is,
For example, Co and HC are oxidized using oxygen generated by the N Ox (7) Q element.
そのため、各々の触媒作用が充分発理できるとともに、
怒ガス反応が安定する。Therefore, each catalytic action can be fully developed, and
Anger gas reaction becomes stable.
[発明の効果コ
本発明では、上述のように触媒の相互作用が起こらない
。そのため、非平衡ガス中でも優れた性能を発揮すると
共に、触媒の劣化が少なく長期に渡って安定した性能を
発揮する。[Effects of the Invention] In the present invention, no catalyst interaction occurs as described above. Therefore, it exhibits excellent performance even in non-equilibrium gases, and exhibits stable performance over a long period of time with little deterioration of the catalyst.
[実施例]
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。r4、説明
上各図の縮尺は異なる。[Example] An example of the present invention will be described with reference to the drawings. r4, the scale of each figure is different for explanation purposes.
本実施例は、感ガス層としてTiO2を用い、上層とし
てアルミナに白金を担持した酸化触媒層とアルミナにロ
ジウムを担持した還元触媒層とを交互に績崩した酸素ガ
ス検出器10である。This example is an oxygen gas detector 10 in which TiO2 is used as the gas-sensitive layer, and an oxidation catalyst layer in which platinum is supported on alumina and a reduction catalyst layer in which rhodium is supported on alumina are alternately formed as the upper layer.
上記ガス検出器10は、第11]の部分破断した斜視図
に示すように、セラミック基板12と、このセラミンク
基板12上に形成され、かつ、端子13a、13b、1
3eて゛白金リード線14a、14b、14eに接続さ
れた検出用電極16a、16bおよび熱抵抗電極16e
等の電極パターン16と、上記セラミック基板12上お
よび電極パターン16上に積層してセラミック基板12
と一体化され、かつ、窓部18aを有するセラミック積
層@18と、上記セラミ・ツク積層板18の窓部18a
に、検出用電極パターン16a、16bを覆うように充
填された!8ガスJρ20と、上記セラミンク基板12
と感ガス層20との間に分散介在して両者のか131を
防ぐ球形造粒粒子22と、感ガスI@ 20上に交互に
積層された酸(ヒ触aj”724aおよび還元触媒rf
424 bからなる上層24と、謹上A!24に積層さ
れたA I 203からなるコート層26と、から構成
されている。尚、図では説明上、上層24を構成する酸
化触媒層242iと還元憩媒層24bとは各々11層つ
つであるが、必要に応じて更に重ねてもよい。The gas detector 10 includes a ceramic substrate 12, terminals 13a, 13b, 1
3e: detection electrodes 16a, 16b and thermal resistance electrode 16e connected to platinum lead wires 14a, 14b, 14e;
The ceramic substrate 12 is laminated on the ceramic substrate 12 and on the electrode pattern 16.
a ceramic laminate @ 18 that is integrated with the ceramic laminate @ 18 and has a window 18a; and a window 18a of the ceramic laminate 18;
was filled so as to cover the detection electrode patterns 16a and 16b! 8 gas Jρ20 and the ceramic substrate 12
and the spherical granulated particles 22 that are dispersed between the spherical granules 22 and the gas-sensitive layer 20 to prevent the oxidation of the two, and the acid (acrylic acid aj'' 724a and reduction catalyst rf
The upper layer 24 consisting of 424 b and the honorable A! 24 and a coat layer 26 made of A I 203 laminated thereon. In addition, in the figure, for the sake of explanation, the oxidation catalyst layer 242i and the reduction diverter medium layer 24b that constitute the upper layer 24 each have 11 layers, but they may be further stacked if necessary.
次に、本実施例である!!!素ガス検出器10の製造工
程を第2図ないし第512にしたがって説明する。Next is the present example! ! ! The manufacturing process of the raw gas detector 10 will be explained with reference to FIGS. 2 to 512.
■ アルミナ92wt%、マグネシア3wt%、及び焼
結助剤(シリカ、カルシア等) 5 wt%をボットミ
ルにて20時間混合する。その後、該混合物に有機バイ
ンダーとしてポリビニールブチラール12νt%、フタ
ル酸ジブチル4wt%を添加し、ン容剤としてメチルエ
チルケトン、トルエン等を11えた。更にボットミルで
15時間混合してスラリーとし、ドクターブレード法に
より基板用:jよび積層用グリーンシー1−12A、1
8Aを形成する9上記グリーンシートの形状は基板用グ
リーンシー 1−12 Aで47.3mmX4.0m+
r+’<0.8mm’、1lTJH用グリーンシート1
8Aで47.8mmX4.0mmX0.26mm’であ
り、そして。(2) 92 wt% alumina, 3 wt% magnesia, and 5 wt% sintering aid (silica, calcia, etc.) are mixed in a bot mill for 20 hours. Thereafter, 12 νt% of polyvinyl butyral and 4% by weight of dibutyl phthalate were added as organic binders to the mixture, and 11% of methyl ethyl ketone, toluene, etc. were added as bulking agents. Further, it was mixed for 15 hours in a bot mill to form a slurry, and then prepared using the doctor blade method for substrates: J and for lamination, Green Sea 1-12A, 1.
The shape of the green sheet 9 above that forms 8A is 47.3mm x 4.0m+ for substrate green sheet 1-12A.
r+'<0.8mm', 1lTJH green sheet 1
8A, 47.8mmX4.0mmX0.26mm', and.
上記積層用グリーンシート18Aには、3.05rnm
X2.Ommの窓部18aを形成する。The lamination green sheet 18A has a thickness of 3.05 nm.
X2. A window portion 18a of 0 mm is formed.
■ 次に、白金黒とスポンジ状白金とを、2:1の比率
に調合し、他に上記■で用いたグリーンシートの材料混
合物を10wt%添加し、ブチルカルピトール、エトセ
ル等の溶剤を加えて、xi用ペーストとする。■Next, platinum black and spongy platinum were mixed at a ratio of 2:1, and 10 wt% of the green sheet material mixture used in (■) above was added, and a solvent such as butyl calpitol and ethocel was added. and make it a paste for xi.
■ 次に、■で調整する電極用ペーストを用い厚膜印刷
により基板用グリーンシート12A上に電極パターン1
6を形成する。電極パターン16として、上述したよう
に検出用電極パターン16a、16b、および惑ガス部
20を加熱するためのヒータとなる熱抵抗電極パターン
16eと、上記両パターン16の端子となる端子パター
ン13a、13b、13eを形成する。 (第2図(イ
)、(ロ))
■ その後、上記端子パターン13a、13b、13e
に、直径0.2mmの白金リード線14a、14b、1
4eを、それぞれ接続する(第3図(イ)、(ロ))。■ Next, use the electrode paste prepared in step ■ to print the electrode pattern 1 on the substrate green sheet 12A by thick film printing.
form 6. The electrode patterns 16 include the detection electrode patterns 16a and 16b as described above, the thermal resistance electrode pattern 16e which serves as a heater for heating the gaseous gas section 20, and the terminal patterns 13a and 13b which serve as terminals of both of the patterns 16. , 13e. (Figure 2 (a), (b)) ■ After that, the above terminal patterns 13a, 13b, 13e
, platinum lead wires 14a, 14b, 1 with a diameter of 0.2 mm
4e (Fig. 3 (a) and (b)).
■ 次に、上記基板用グリーンシート12A上に積層用
グリーンシート18Aを積層熱圧着して積層体を形成す
る。このとき、該積層用グリーンシート18Aの窓部1
8aには、検出用電極パターン16a、16bの先端が
露出している。そして、窓部18a中に■で[Iしたグ
リーンシートと同一の材料からなる80〜150メツシ
ユの球形造粒粒子(2次粒子)22を分散付着させてか
ら、上記積層体を1500℃で大気とほぼ同一雰囲気中
にて2時間焼成することで一体となったセラミック基板
12およびセラミック積層板18を形成する(第4図(
イ)、(ロ))。(2) Next, the lamination green sheet 18A is laminated and thermocompressed onto the substrate green sheet 12A to form a laminate. At this time, the window portion 1 of the green sheet for lamination 18A
8a, the tips of the detection electrode patterns 16a and 16b are exposed. Then, 80 to 150 meshes of spherical granulated particles (secondary particles) 22 made of the same material as the green sheet prepared in step (I) are dispersed and adhered to the window portion 18a, and then the laminate is heated to 1500°C in the air. The ceramic substrate 12 and the ceramic laminate 18 are integrally formed by firing for 2 hours in the same atmosphere as shown in FIG.
b), (b)).
上述のように球形造粒粒子22を分散付着させて焼成す
ると、第4図(ハ)に拡大図示するように各粒子22が
1重に分散して、セラミック基板12上に凹凸面を形成
させる。When the spherical granulated particles 22 are dispersed and adhered as described above and fired, each particle 22 is dispersed in a single layer as shown in the enlarged view in FIG. 4(C), forming an uneven surface on the ceramic substrate 12. .
■ 次に、セラミック積層板18の窓部18a内に、怒
ガス層として若干の白金を担持したチタニア粒のペース
トを充填し、重ねて上層24を構成する酸化触媒層24
a、還元触媒層24bとして酸化触媒粒ペースト、還元
触媒粒ペーストを充填するのであるが、充填の前に以下
のようにして各ペーストを調整する。(2) Next, a paste of titania grains supporting a small amount of platinum is filled into the window portion 18a of the ceramic laminate 18 as an angry gas layer, and the oxidation catalyst layer 24 constituting the upper layer 24 is stacked.
a. The reduction catalyst layer 24b is filled with oxidation catalyst particle paste and reduction catalyst particle paste, but before filling, each paste is adjusted as follows.
先ず、チタニア粒ペーストを調整する。First, titania grain paste is prepared.
大気中1200°Cで1時間仮焼した平均粒径1゜2μ
mのTiO2粉末100gに対して、白金10gを含む
塩化白金酸水溶液100ccを加え、大気中200℃で
24時間乾燥させた後に、水素炉中700℃で2時間に
渡り熱分解し、TiO2粉末表面に白金を析出させてチ
タニア粒を得る。Average particle size 1°2μ when calcined for 1 hour at 1200°C in the air
100 cc of chloroplatinic acid aqueous solution containing 10 g of platinum was added to 100 g of TiO2 powder of 100 g, and after drying in the air at 200°C for 24 hours, thermal decomposition was performed at 700°C for 2 hours in a hydrogen furnace, and the surface of the TiO2 powder was Platinum is precipitated to obtain titania grains.
このチタニア粒粉末100gに対し、バインダーとして
2gのエチルセルロースを添加し、これらをブチカルピ
トール(2−(2−ブトキシエトキシ)エタノールの商
品名)中で混合し、300ボイズの粘度にしてチタニア
粒ペーストを調整する。To 100 g of this titania grain powder, 2 g of ethyl cellulose was added as a binder, and these were mixed in butycarpitol (trade name of 2-(2-butoxyethoxy) ethanol) to make a titania grain paste with a viscosity of 300 boids. Adjust.
次いで、[7fヒ触媒層ペーストを調整する。Next, prepare the catalyst layer paste in [7f].
アルミナ96重量%、シリカ3重量%及びCa01重量
%からなる平均粒径0.5μmの混合アルミナ粉末80
gに対して、白金黒あるいはパラジウム20gを加えて
混合粉末とする。この混合粉末100gに対し、バイン
ダーとして2gのエチルセルロースを添加し、これらを
ブチカルピトール(2−(2−ブトキシエトキシ)エタ
ノールの商品名)中で混合し、300ボイズの粘度にし
て酸化触媒層ペーストを調整する。Mixed alumina powder 80 with an average particle size of 0.5 μm, consisting of 96% by weight of alumina, 3% by weight of silica, and 01% by weight of Ca.
20 g of platinum black or palladium is added to make a mixed powder. To 100 g of this mixed powder, 2 g of ethyl cellulose was added as a binder, and these were mixed in butycarpitol (trade name of 2-(2-butoxyethoxy) ethanol) to a viscosity of 300 voids to form an oxidation catalyst layer paste. Adjust.
次いで、還元触媒粒を調整する。Next, reduced catalyst particles are prepared.
アルミナ96重量%、シリカ3重量%及びCa01重量
%からなる平均粒径0. 5μmの混合アルミナ粉末8
0gに対して、スポンジ状ロジウム(ロジウムブラック
)あるいはスポンジ状ルテニウム(ルテニウムブラック
)20gを加えて混合粉末とする。この混合粉末100
gに対し、バインダーとして2gのエチルセルロースを
添加し、これらをブチカルピトール(2−(2−ブトキ
シエトキシ)エタノールの商品名)中で混合し、300
ボイズの粘度にして還元触媒層ペーストを調整する。Average particle size: 0.96% by weight of alumina, 3% by weight of silica, and 01% by weight of Ca. 5 μm mixed alumina powder 8
To 0 g, 20 g of spongy rhodium (rhodium black) or spongy ruthenium (ruthenium black) is added to form a mixed powder. This mixed powder 100
2 g of ethyl cellulose as a binder and mixed in butycarpitol (trade name of 2-(2-butoxyethoxy)ethanol),
Adjust the reduced catalyst layer paste to the viscosity of the boyz.
そして、先ず、チタニア粒ペーストを厚膜印刷技術で窓
部18aに充填し、次いで、所定の組合せ(第1表参照
)で酸化触媒層ペーストと還元触媒層ペーストとをチタ
ニア粒ペーストに重ねて充填し、さらにAl2O3のコ
ートNJ24をIIする。First, the titania grain paste is filled into the window portion 18a using thick film printing technology, and then the oxidation catalyst layer paste and the reduction catalyst layer paste are stacked and filled on the titania grain paste in a predetermined combination (see Table 1). Then, a coat NJ24 of Al2O3 is applied II.
その後、上記工程を終えた積層体を1200℃の大気中
に1時間放置して焼成する。(第5図(イ)、(ロ))
。Thereafter, the laminate that has undergone the above steps is left to stand in the atmosphere at 1200° C. for 1 hour and fired. (Figure 5 (a), (b))
.
く実験〉
還元触媒及び還元触媒を異なった層に担持させた場合(
実施例)について、下記のように応答速度、耐久性を調
べた。Experiment> When the reduction catalyst and the reduction catalyst are supported on different layers (
Regarding Example), the response speed and durability were investigated as follows.
上記■の工程において形成する還元触媒層と酸化触i層
との組合せを第1表のように変えて本実施例のガス検出
器の試料を作成する。尚、第1表中で、Pt層は上記■
の工程でPt黒を含む酸化触媒層ペーストを用いて形成
された酸化触媒層を示し、Pd層も同じくパラジウムを
含む酸化触媒層ペーストを用いて形成された酸化触媒層
を示し、Rh層も同じくロジウムを含む還元触媒ペース
トを用いて形成された還元触媒層を示し、Ru層も同じ
くルテニウムを含む還元触媒ペーストを用いて形成され
た還元触媒層を示す。Samples of the gas detector of this example were prepared by changing the combination of the reducing catalyst layer and the oxidizing catalyst i layer formed in the above step (2) as shown in Table 1. In Table 1, the Pt layer is
This shows an oxidation catalyst layer formed using an oxidation catalyst layer paste containing Pt black in the process of , the Pd layer also shows an oxidation catalyst layer formed using an oxidation catalyst layer paste containing palladium, and the Rh layer also shows an oxidation catalyst layer formed using an oxidation catalyst layer paste containing palladium. A reduced catalyst layer formed using a reduced catalyst paste containing rhodium is shown, and the Ru layer also shows a reduced catalyst layer formed using a reduced catalyst paste containing ruthenium.
また比較例として、第1表に示すように、感ガス71の
みの試料、チタニア中に還元触媒(ロジウム2重量%)
と酸化触媒(白金18重量%)とを担持した試料、上層
が還元触媒(ロジウム2重便%)と酸化触媒(白金18
重量%)との合金を担持した試料、上層が還元触媒(ロ
ジウム)層のみからなる試料、上層が酸化触媒(白金)
のみからなる試料を作成し、実施例の試料と同じく応答
性、耐久性について調べた。As a comparative example, as shown in Table 1, a sample containing only sensitive gas 71, a reduction catalyst (2% by weight of rhodium) in titania,
and an oxidation catalyst (platinum 18% by weight);
(wt%) sample, the upper layer is a reduction catalyst (rhodium) layer only, the upper layer is an oxidation catalyst (platinum)
A sample consisting only of the above was prepared and examined for responsiveness and durability in the same manner as the sample in the example.
このようにして、作成した試料を酸素センサに組み立た
てた後に、次の実験によって各試料の非平衡ガスにおけ
る応答速度、耐久性を測定する。After the samples thus prepared were assembled into an oxygen sensor, the response speed and durability of each sample in non-equilibrium gas were measured in the following experiment.
実験の結果も第1表に合わせて示す、尚、第1表中にお
いて、応答速度の革位はl1sec、である。The results of the experiment are also shown in Table 1. In Table 1, the response speed is 11 seconds.
・非平衡ガス中における応答速度
■ 排ガスが非平衡ガスであるプロパンガスバーナの排
ガス中にvizセンサとして組み立てられた試料Sをさ
らす、このプロパンガスバーナは排気温が350℃で、
かつ1秒毎に空気燃料比が燃料過剰(以下リッチという
、空気燃料比λ=0゜9)と燃料不足(以下リーンとい
う、λ=1.1)との間で変化するよう制御されている
。この空燃比の変更は第6図に示すように、燃焼後の排
気温500℃の排ガス中に空気あるいはプロパンガスを
添加することによって行う。・Response speed in non-equilibrium gas■ Sample S assembled as a viz sensor is exposed to the exhaust gas of a propane gas burner whose exhaust gas is a non-equilibrium gas.The exhaust temperature of this propane gas burner is 350°C.
And the air-fuel ratio is controlled to change every second between excess fuel (hereinafter referred to as rich, air-fuel ratio λ = 0°9) and fuel deficiency (hereinafter referred to as lean, λ = 1.1). . As shown in FIG. 6, the air-fuel ratio is changed by adding air or propane gas to the exhaust gas after combustion, which has an exhaust temperature of 500°C.
■ 排ガスが燃料過剰のときにガス検出器10の出力が
1■、リーンの時の出力がO■となるように、センサに
加える電圧を調整する。■Adjust the voltage applied to the sensor so that the output of the gas detector 10 is 1■ when the exhaust gas is in excess of fuel, and the output is O■ when the exhaust gas is lean.
■ 応答速度として、雰囲気がリーンからリッチに変わ
る時のガス検出器10の出力が300mVから600s
+Vに変化する時間(表中ではl −h rと記す)と
、雰囲気がリッチからリーンに変わる時の出力が600
mVから30001Vに変化する時間(表中ではr−+
1と記す)を測定する。■ As for the response speed, the output of the gas detector 10 when the atmosphere changes from lean to rich is 300mV to 600s.
The time to change to +V (denoted as l - hr in the table) and the output when the atmosphere changes from rich to lean are 600
Time to change from mV to 30001V (in the table, r-+
1) is measured.
・耐久性
■ 酸素センサとして組み立てられた試料を実車に取り
付け、所定の耐久パターンで運転し、運転の前後の応答
速度変化から耐久性を調べる。すなわち、酸素センサS
は、第7図に示すように市販の2000ccのEFI付
3元触媒車のエンジンEngと3元触媒T)ICとの間
の排気管Manに取り付けられる。そして、制御ユニッ
トUniは酸素センサSの出力に応じてエンジンの運転
状態を制御する。センサSの出力は第8図の如き回路で
検出される。ここで、Bは電源、Reは比較抵抗である
。・Durability ■ A sample assembled as an oxygen sensor is attached to an actual vehicle, driven in a predetermined durability pattern, and durability is examined from changes in response speed before and after driving. That is, oxygen sensor S
is attached to the exhaust pipe Man between the engine Eng and the three-way catalyst IC of a commercially available 2000cc three-way catalyst vehicle with EFI, as shown in FIG. The control unit Uni then controls the operating state of the engine according to the output of the oxygen sensor S. The output of the sensor S is detected by a circuit as shown in FIG. Here, B is a power supply and Re is a comparison resistance.
■ 上記エンジンEngを、第9図に示す耐久パターン
で300時間運転する。なお、図中の実線は試料の温度
、破線は排気ガスの温度を示している。(2) The above engine Eng is operated for 300 hours according to the durability pattern shown in FIG. Note that the solid line in the figure indicates the temperature of the sample, and the broken line indicates the temperature of the exhaust gas.
この運転の前後で、上述の応答速度を測定し、その変化
をもって耐久性の結果とする。すなわち、運転の前後で
、応答速度の変化の少ない試料はど耐久性に優れている
と判定する。なお、第1表中では、運転前を初期、運転
後を耐久試験後と記す。The above-mentioned response speed was measured before and after this operation, and the change was taken as the durability result. That is, a sample with little change in response speed before and after operation is judged to have excellent durability. In Table 1, before operation is referred to as initial stage, and after operation is referred to as after durability test.
第1表 ゛ 上記実験から次のことが分かった。Table 1 ゛ The following was found from the above experiment.
■ 本実施例のガス検出器(試料番号6〜10)は、比
較例のガス検出器(試料番号1〜5)に比べ、耐久性が
優れる。特に比較例では、耐久試験後にリーンからリッ
チへの応答性が極度に低下するのに対し、本実施例では
応答性の低下は僅かである。これは、本実施例では、酸
化触媒と還元触媒とが異なったそうに担持されており、
[発明が、 解決しようとする問題点]で述べた還元
触媒と酸化触媒との相互作用がないためであると思われ
る。(2) The gas detectors of this example (sample numbers 6 to 10) are superior in durability to the gas detectors of comparative examples (sample numbers 1 to 5). In particular, in the comparative example, the responsiveness from lean to rich was extremely decreased after the durability test, whereas in this example, the responsiveness decreased only slightly. This is because in this example, the oxidation catalyst and the reduction catalyst are supported differently,
This seems to be because there is no interaction between the reduction catalyst and the oxidation catalyst as described in [Problems to be solved by the invention].
第1図は本発明の一実施例の部分破断斜視図、第2図な
いし第5図は実施例の製造の説明図、第6図は応答性の
試験に用いるプロパンガスバーナの説明図、
第7図および第8図は酸素センサを内燃機関に使用する
耐久性試験の要領説明図、
第9図はその耐久パターン図である。
10・・・ガス検出器、
12・・・セラミック基板、
16.16a、16b・・−検出用電極、16e・・・
熱抵抗電極、
18a・ ・・窓部、
18・・・セラミック積層板、
20・・・感ガス層、
22・・・球形造粒粒子、
24・・・上層、
24a・・・酸化触媒層、
24b・・・還元触媒層FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 5 are explanatory diagrams of the manufacturing of the embodiment, FIG. 6 is an explanatory diagram of a propane gas burner used for responsiveness testing, and FIG. 8 and 8 are explanatory diagrams of a durability test for using an oxygen sensor in an internal combustion engine, and FIG. 9 is a diagram of its durability pattern. 10...Gas detector, 12...Ceramic substrate, 16.16a, 16b...-detection electrode, 16e...
Heat resistance electrode, 18a... Window portion, 18... Ceramic laminate, 20... Gas sensitive layer, 22... Spherical granulated particles, 24... Upper layer, 24a... Oxidation catalyst layer, 24b...Reduction catalyst layer
Claims (1)
のガス成分及び/又はその濃度に応じて電気抵抗が変化
する多孔質の感ガス層と、 該感ガス層を覆う上層と を備え、 上記上層は、 還元反応を促進する触媒を担持する還元触媒層と、 酸化反応を促進する触媒を担持する酸化触媒層と が各々一層以上交互に積層されてなることを特徴とする
ガス検出器。 2 上記酸化反応を促進する触媒が、白金、パラジウム
および白金とパラジウムとの合金のいずれかである特許
請求の範囲第1項記載のガス検出器。 3 上記還元反応を促進する触媒が、ロジウム、ルテニ
ウムおよびロジウムとルテニウムとの合金のいずれかで
ある特許請求の範囲第1項又は第2項記載のガス検出器
。[Claims] 1. A pair of electrodes, and a porous gas-sensitive material that covers the pair of electrodes, contains a gas-sensitive metal oxide, and has an electrical resistance that changes depending on the surrounding gas components and/or their concentration. and an upper layer covering the gas-sensitive layer, the upper layer comprising at least one reduction catalyst layer supporting a catalyst for promoting a reduction reaction and one or more oxidation catalyst layers supporting a catalyst for promoting an oxidation reaction. A gas detector characterized by being laminated with. 2. The gas detector according to claim 1, wherein the catalyst that promotes the oxidation reaction is platinum, palladium, or an alloy of platinum and palladium. 3. The gas detector according to claim 1 or 2, wherein the catalyst that promotes the reduction reaction is rhodium, ruthenium, or an alloy of rhodium and ruthenium.
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| JP61212075A JPH07113618B2 (en) | 1986-09-09 | 1986-09-09 | Oxygen gas detector |
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