JPS638547A

JPS638547A - ガス検出器

Info

Publication number: JPS638547A
Application number: JP15341886A
Authority: JP
Inventors: Takao Kojima; 孝夫小島; Hiroyuki Ishiguro; 石黒　宏之; Yoshihide Jin; 神　嘉秀
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1986-06-28
Filing date: 1986-06-28
Publication date: 1988-01-14
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPH06100564B2

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］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る。

［従来の技術］従来より大−気中のガスの存在、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、湿度検出器等が実用化されている。

これらはガスが接触した渇きに、その電気抵抗が変１ヒ
する特性を持った検出素子を使用するものが多い。

そして、この種のガス検出器においては、絶縁材料から
なる基板上に検出素子、その電極及びそのリード線を厚
膜印刷するといった、ハイブリッド技術を応用したもの
が多く使われている。

［発明が解決しようとする問題点］ところが、上記の如く、厚膜印刷で形成されたガス検出
器は、検出素子が被測定ガスに露出しているか、薄い保
護層に覆われているのみである。

そのため、被測定ガスの温度によって、検出素子白木の
温度も変１ヒしてしまう、ところで、上記検出素子の出
力には温度依存性がある。そのため、被測定ガスの温度
変化によって検出素子の出力も変化してしまう０例えば
、内燃機関の排ガス中の０２測定は、排カス温の変（ヒ
が激しいため、安定した測定は難しい。

［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。

即ち、本発明の要旨は、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１ヒする検出素子を用いたガス検出器において、周囲から密閉された空間と、該空間と周囲とを連通ずる連通孔と、上記空間内に注入焼成された上記検出素子とを備えたこ
とを特徴とするガス検出器にある。

ここで、検出素子としては、従来検出素子として使用さ
れる種々のものが使用できる０例えば、酸素ガス検出器
とするならば、ＳｎＯ２，ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５，Ｖ２
Ｏ５，Ｃｒ２５３．Ｃｏｏ、ＮｉＯ等の遷移金属元素の
酸化物等が使用できる。可燃性ガス検出器とするならば
、ＺｎＯ，Ｆｅｅ’ｓ等が使用できる。湿度検出器とす
るならば、Ｃｒ２Ｏ３、Ｆ　ｅ　２０３０Ｍ　ｇＣｒ２
０ａ、　Ｆ　ｅ　２０ｘ−に２０等を用いることができ
る。

さらに、測定時の検出素子の温度変動の減少を目的とし
て、あるいは湿度検出器では検出素子表面の水を蒸発さ
ぜ゛て検出素子を活性ｆヒすることを目的として、発熱
体を検出素子の近醜に設けても良い。

又、この発熱体の一部と検出素子の一方の電極とを連結
して検出素子の電源とし、測定回路を簡単にしてもよい
。

［作用］検出素子は周囲から密閉された空間内に注入焼成されて
いる。この空間を構成している壁は緻密であり、かつ厚
くできるので断熱効果を有する。

そして検出素子は連通孔によってのみ周囲の被測定ガス
と接触している。即ち、検出素子は周囲被測定ガスより
断熱されると共に、検出素子の周囲被測定ガスに晒され
る面積が従来のガス検出素子より少ない、従って、本発
明のガス検出器出力は、周囲被測定ガスの温度変ｆヒの
影響を受は難い。

［実施例］本発明の第１実施例を第１図の斜視図、第２図の分解斜
視図を用いて説明する。尚、説明上各図の縮尺は異なる
。

本実施例は、検出素子１０としてＴ　ｉ　Ｏａを使用し
た酸素ガス検出器２０である一酸素ガス検出器２０は、第１図に示される如く、アルミ
ナを主成分とする幅４ＩＩｗ１１×長さ３５腫×厚さ１
．５ＩｌａのＭ木３０と、箱体３０内部に設けられた幅
２．Ｘ長さ５Ｉｌ１１１×厚さ５０μｍの空間４０と、
空間４０と周囲とを連通ずる二つの孔５０ａ、５０ｂと
、上記空間内に注入焼成されたＴｉＯ２からなる検出素
子１０と、を有する。

又、本酸素ガス検出器２０は、第２図に示される如く、
検出素子１０の周囲に発熱体６０を有し、検出素子１０
の一対の電極７０ａ、７０ｂの内電極７０ａは発熱体６
０の途中に接続されている。

尚、説明の部会上第１図では、発熱体６０、電極７０ａ
、７０ｂ及びこれらとスルーホールを介して接続される
端子８０ａ、ｓｏｂ、８０ｃは省略した。

この酸素ガス検出器２０は、次の様にして製造される。

■　アルミナ９２ｔｚｔ％、マグネシア３ｔｚｔ％、及
び焼結助剤（シリカ、カルシア等）５νｔ％をボットミ
ルにて２０時間混合した。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１２ｗｔ％、フタ
ル酸ジブチル４ｗｔ％を添加し、溶剤としてメチルエチ
ルケトン、トルエン等を加えた。更にボットミルで１５
時間混合し、ドクターブレード法を用いて、酸素ガス検
出器２０の箱体３０を形成する厚さ０．８ｍのアルミナ
シートを作った。

■　次に、白金黒とスポンジ状白金とを、２：１の比率
に調きし、他に上記■で用いたアルミナシートの材料混
合物を１０ｖｔ％添加し、ブグール力ルビドール、エト
セル等の溶剤を加えて、電極用ペーストとした。

■　上記アルミナシートを適当な大きさにＱノ断して、
箱体形成部材９０ａ、９０ｂとした。

■　上記箱体形成部材９０ａに上記電極用ベーストを２
２μｍの厚みで、スクリーン印刷し、発熱体６０、電Ｎ
　７０　ａ、７０ｂを形成しな。

■　ので調整した上記アルミナシートの材料混合物をス
クリーン印刷することにより、上記電極等が印刷された
箱体形成部材９Ｏａ上に、空間４０を形成する約７０μ
ｍのスペーサ１００を形成した。

■　次に箱体形成部材９０ｂの、空間４０と対応する位
置に、１．０ｕｍφの貫通孔５０ａ、５０ｂを開け、次
いで、該箱体形成部材９０ｂを上記スペーサ１００に積
層圧着しな。

■　上記積層体を乾燥後、有機バインダー等を除去する
ために３００℃に加熱しな、さらに、１５２０℃で２時
間焼成し、箱体３０を形成した。

■　次に、チタニアに塩化白金酸を含浸させ（約０．　
７ｍｏ１％）、２００℃で乾燥後、１３００℃の窒素雰
囲気中で仮焼した。このチタニアに白金黒２ｍｏ１％、
ポリビニルブチラール等の有機バインダーを５％Ｉｔ％
添加し、溶剤としてブチルカルピトール等をボットミル
で混合し、チタニアペーストを得た。

■　上記チタニアペーストを箱体３〇一方の孔５０ａか
ら、他方の孔５０ｂからチタニアベーストが出るまで注
入した。このグルタニアペーストを注入した箱体３０を
１２００℃大気中で焼成することにより、酸素ガス検出
器２０を得た。この焼成によりチタニアペーストは、多
孔質焼結体となった。

尚、本実施例の酸素ガス検出器２０の効果を調べるため
、検出素子が被測定ガスに直接晒される酸素ガス検出器
を比較例としてＶＪ造した。この比較例は上述の箱体形
成部材９０ａ上に直接チタニアペーストを塗布して製造
した。

実験１被測定ガス温度とガス検出器の出力との間隔について、
調べた。

本実施例、比較例ともに発熱体端子間に１２ｙをかける
０次いで検出素子端子と発熱体端子のアース側端子との
間に負荷抵抗を設け、該負荷抵抗に生じた電圧をもって
、酸素ガス検出器の出力とした。この負荷抵抗は本実施
例は５０にΩ、比較例は２０にΩとした。又、被測定ガ
スは内燃機関の排ガスであり、空燃比λζ０．　９とλ
片１．１で測定した。

結果を第３図に示す、尚、図中において○及び実線は本
実施例を表し、・及び破線は比較例を表す。

第３図から明らかなように、本実施例の出力は、比較例
に比べ排ガス温度の影響を受けない、特にリッチ域〈λ
均０．９）において、本実施例は優れた効果を示してい
る。

これは、箱体３０の壁が厚く、また緻密であるために断
熱効果が大きいためであると考えられる。

実験２検出素子を一定温度に保つのに必要な発熱体の消費電力
について調べた。

本実施例、比較例ともに発熱本端子間に電圧をかける０
次いで検出素子温度及び上記発熱体端子間に流れる電流
を測定する。上記電圧と電流から発熱体の消費電力を算
出した。被測定ガスはプロパンガスバーナの排ガスであ
る。又、被測定ガス温度は、３５０℃と９００℃で測定
した。

結果を第４図に示す、尚、図中においてＯ及び実線は本
実施例を表し、・及び破線は比較例を表す、尚、測定に
あたっては、本実施例、比較例共にハウジング内に設置
している。そのため、発熱体電力が０であっても、検出
素子温度は被測定ガス温度と同一にならない。

第４図から明らかなように、本実施例の検出素子温度は
、比較例に比べ、より少ない消費電力で所定温度となる
。特に低温域（被測定ガス温度３５０℃）において、本
実施例は優れた効果を示している。

これも実＠１と同じく、箱体３０の断熱効果が大きいた
めと忍われる。

本発明の第２実施例を第５図の斜視図、第６図の分解斜
視図を用いて説明する。尚、説明上各図の茹尺は異なる
。

本実施例は、検出素子１１０としてＴｉＯ２を使用した
酸素ガス検出器１２０である。

酸素ガス検出器１２０は、第５図に示される如く、アル
ミナを主成分とする幅４！ｌＤ×長さ３５噛厚さ１．５
調の箱体１３０と、箱体１３０内部に設けられた′ｒ字
形の空間１４０と、空間１４０と周囲とを連通ずる３つ
の孔１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃと、上記空間内に注
入焼成された”ｆ”　ｉ　０２からなる検出索子１１０
と、を有する。

又、本酸素ガス検出器１２０は、第６図に示される如く
、発熱体１６０、検出素子１１０の一対の電極１７０ａ
、１７０ｂを有する。

尚、説明の都合上第５図では、発熱体１６０、電極１７
０ａ、１７０ｂは省略した。

この酸素ガス検出器１２０は、次の様にして製造される
。

■　第１実施例と同様の方法で、酸素ガス検出器１２０
の箱体１３０を形成するアルミナシー１−を作・ンた。

■　次に、第１実施例と同様の方法で、電極用ベースト
を調整した。

■　上記二ルミナシ一トを適当な大きさに切断して、箱
体形成部材１９０ａ、１９０ｂとした。

■　上記箱体形成部材１９０ａに上記電極用ベーストを
２２μｍの厚みで、スクリーン印刷し。

発熱体１６０を形成し、上記箱体形成部材１９０ｂに同
じく上記電極用へ−ストを２２μｍの厚みで、スクリー
ン印刷し、電極７０ａ、７０ｂを形成した。

■　第１実施例と同様の方法で、箱体形成部材１９０ａ
上に、空間１４０を形成する約７０μｍの３つのスペー
サ２００ａ、２００ｂ、２００Ｃを形成した。

■　次に箱体形成部材１９０ｂを上記スペーサ２００に
積層圧着した。

■　以下、第１実施例と同様にして、チタニアベース）
・を調整し、チタニアベーストを箱体１３０の空間１４
０に注入し１２００℃大気中で焼成することにより、酸
素ガス検出器１２０を得た。

本実施例についても、第１実施例と同様の効果があった
。

［発明の効果］以上詳述した如く、本発明のガス検出器における、検出
素子は周囲から密閉された空間内に注入焼成されている
。そして連通孔によってのみ周囲の被測定ガスと接触し
ている。従って、本発明のガス検出器出力は、周囲被測
定ガスの温度変化の影響を受は難い。

そのために、周囲被測定ガスの温度が非常に変１ヒする
場所でも、周囲被測定ガスのガス成分、濃度を正しく測
定することができる。

さらに、発熱体を設けた場合には、より少ない消費電力
で、検出素子の温度を所定温度に維持できるので、省エ
ネルギーに貢献し、又発熱体の寿命も長くなる。

又、本ガス検出器の検出素子は注入焼成という簡華な方
法で形成されるので、本ガス検出器の製造は極めて容易
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の斜視図、第２図はその製
造を説明する分解斜視図、第３図はその被測定カス温度
とガス検出器の出力との関係を示す線図、第４図はその検出素子を一定温度に保つのに必要な発熱
体の消費電力と被測定ガス温度との関係を示す線図、第５図は本発明の第２実施例の斜視図、第６図はその製
造を説明する分解斜視図である。１０．１１０・・・検出素子２０．１２０・・・酸素ガス検出器３０．１３０・・・箱体４０．１４０・・・空間５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、１５０ａ、１５０ｂ、１５０　ｃ　−・一孔６０．１６
０・・・発熱体７０ａ、７０ｂ、１７０ａ、１７０　ｂ　、、、電極９
０ａ、９０ｂ、１９０ａ、１９０ｂ・・・箱体形成部材１００．２００ａ、２００ｂ、２００Ｃ・・・スペーサ

Claims

【特許請求の範囲】１　周囲のガス成分及び／又はその濃度に応じて電気抵
抗が変化する検出素子を用いたガス検出器において、周囲から密閉された空間と、該空間と周囲とを連通する連通孔と、上記空間内に注入焼成された上記検出素子とを備えたこ
とを特徴とするガス検出器。２　上記検出素子近傍に発熱体を有する特許請求の範囲
第１項記載のガス検出器。