JP5085993B2 - Hybrid potential sensor for detecting various gases in a gas mixture and method for detecting various gases in a gas mixture by the sensor - Google Patents
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Description
本発明は、ガス混合物における種々のガスを検出するために動作温度範囲の拡張された混成電位型センサないしは混合電位センサおよびこのセンサの作動方法に関する。 The present invention relates to a mixed potential sensor or mixed potential sensor having an extended operating temperature range for detecting various gases in a gas mixture and a method of operating the sensor.
混成電位型センサはナローバンドラムダセンサないしはネルンストセンサと同様に構成されており、このようなセンサは内燃機関の排気ガス分析のために用いられる。ナローバンドラムダセンサないしはネルンストセンサは、排気ガス中におかれる白金電極を備えた電気化学セルから成る。第２の白金電極は、酸素イオンに対し導電性を有する固体電解質（通常はイットリウムで安定化された酸化ジルコニウム）によって排気ガス室から分離されおり、たとえば空気参照チャネルを介して周囲空気と平衡状態におかれている。 The hybrid potential sensor is configured in the same manner as a narrow band lambda sensor or a Nernst sensor, and such a sensor is used for exhaust gas analysis of an internal combustion engine. A narrow band lambda sensor or Nernst sensor consists of an electrochemical cell with a platinum electrode placed in the exhaust gas. The second platinum electrode is separated from the exhaust gas chamber by a solid electrolyte (usually zirconium oxide stabilized with yttrium) that is conductive to oxygen ions and is in equilibrium with the surrounding air, for example via an air reference channel. It is in
排気ガス中で触媒活性的な白金電極の場合、電極表面近傍において電気化学的平衡状態が生じる。ナローバンドラムダセンサの場合、以下のネルンストによる式に従い電極電位差が生じる：
外部のセンサ電極（ＳＥ）を変形することにより、たとえば付加的な電極材料の取り付けあるいは電極材料の交換により、この電極は平衡電極に従って動作するのではなく、混成電位電極の特性に従うことになり、この混成電位電極の電極電位は電極反応の運動力学によって決定される。この場合、センサ信号ＵMは２つの電極電位の差から生じる：
参照電極（ＲＥ）は測定回路の参照電位におかれる。したがって参照電位はガス雰囲気とは無関係に定まる。 The reference electrode (RE) is placed at the reference potential of the measurement circuit. Therefore, the reference potential is determined regardless of the gas atmosphere.
混成電位型センサの場合、センサ信号は電極表面において検出すべきガスに対する電気化学的反応およびこの反応の運動力学によって決まる。 In the case of a hybrid potential sensor, the sensor signal depends on the electrochemical reaction to the gas to be detected at the electrode surface and the kinetics of this reaction.
実際、所定の温度のときに測定すべき特定のガスの分圧に依存して、排気ガス電極と参照電極との間で電圧が発生し、この電圧を測定値として求めることができる。 Actually, depending on the partial pressure of a specific gas to be measured at a predetermined temperature, a voltage is generated between the exhaust gas electrode and the reference electrode, and this voltage can be obtained as a measured value.
排気ガス室中の所定の酸素濃度のときに生じる電圧がネルンストの式に従うナローバンドラムダセンサとは異なり、混成電位型センサの場合のセンサ電圧は既述のように単一の系の電流・電圧特性曲線（Ｕ1／Ｉ2もしくはＵ2／Ｉ2）から合成される。この場合、無負荷の混成電位ないしは混合電位φMは、両方の電流・電圧特性曲線の重なり合ったポジションとＩに関する値の軸との交点により得られ、つまり総電流Ｉges（φM）はゼロである。 Unlike the narrow band lambda sensor in which the voltage generated when the exhaust gas chamber has a predetermined oxygen concentration follows the Nernst equation, the sensor voltage in the case of a hybrid potential type sensor is the current / voltage characteristics of a single system as described above. It is synthesized from the curve (U 1 / I 2 or U 2 / I 2 ). In this case, the no-load mixed potential or mixed potential φ M is obtained by the intersection of the overlapping position of both current-voltage characteristic curves and the value axis for I, that is, the total current I ges (φ M ) is zero. It is.
複合的な反応の場合、センサ電極の電位は付加的な影響因子によってずらされ、たとえば電極の触媒特性や吸収および主反応による副生成物（たとえばＮＯ，Ｎ2Ｏ，ＮＯ2）との逐次反応などによってずらされる。 In the case of a complex reaction, the potential of the sensor electrode is shifted by additional influencing factors, for example, the catalytic properties and absorption of the electrode and the sequential reaction with byproducts (eg NO, N 2 O, NO 2 ) from the main reaction. It is shifted by etc.
存在する分圧と発生するセンサ電圧との関係を示す特性曲線は複雑な経過特性をもつことが多く、このため経験的手法によりセンサを較正する必要がある。さらに個々の反応ステップ（拡散、吸収、流出反応）も温度に左右される。したがって、分析すべきガスの所定の分圧における反応の温度依存性も加わることになる。 The characteristic curve showing the relationship between the existing partial pressure and the generated sensor voltage often has a complex course characteristic, which requires the sensor to be calibrated by empirical methods. Furthermore, the individual reaction steps (diffusion, absorption, efflux reactions) also depend on the temperature. Therefore, the temperature dependence of the reaction at a predetermined partial pressure of the gas to be analyzed is also added.
その際、特定の温度における混成電位の重要な最大絶対値を観察しなければならないことも多い。この局所的な最大絶対値は混成電位型センサの場合、３５０°Ｃ〜４５０°Ｃの温度範囲にあることが多い。 In so doing, it is often necessary to observe an important maximum absolute value of the hybrid potential at a particular temperature. This local maximum absolute value is often in the temperature range of 350 ° C. to 450 ° C. in the case of a hybrid potential sensor.
温度が比較的低い場合、電気化学的反応が抑えられることおよび固体電解質のイオン導電性が強く低減されることに起因して、混成電位の絶対値は値ゼロまで低減する一方、温度が比較的高い場合には電気化学的平衡状態およびネルンストの式により計算可能なネルンスト電圧曲線に近似し、したがって絶対値はやはり減少する。 When the temperature is relatively low, the absolute value of the hybrid potential is reduced to a value of zero, while the electrochemical reaction is suppressed and the ionic conductivity of the solid electrolyte is strongly reduced, while the temperature is relatively low. If high, it approximates the Nernst voltage curve that can be calculated by the electrochemical equilibrium and the Nernst equation, and therefore the absolute value also decreases.
センサ電圧の生成に決定的な影響を及ぼす物理的および電気化学的プロセスは著しく温度に依存し、利用可能なセンサ信号は通常は４０°Ｃ〜８０°Ｃの幅しかもたない温度インターバルにおいてのみ現れる一方、この範囲外では電極電位は定性的な測定のためには評価可能な反応メカニズムは求められないことから、センサ動作温度はこの固有のインターバルに定められている。このため混成電位型センサは、必要なセンサ温度を生じさせることのできない適用事例では用いることができない。この場合殊にいえるのは、ほぼすべての適用事例において加熱（組み込み場所によってあらかじめ生じる周囲温度よりもセンサ動作温度を高くすること）しか実現できないことである。センサ動作温度よりも高い周囲温度となる適用事例のためにセンサを冷却することは、実際に意味をなすようには実施できない。 The physical and electrochemical processes that have a decisive influence on the generation of the sensor voltage are highly temperature dependent, and the available sensor signals usually only appear in temperature intervals that are only 40 ° C to 80 ° C wide. On the other hand, since the electrode potential does not require an evaluable reaction mechanism for qualitative measurement outside this range, the sensor operating temperature is set at this unique interval. For this reason, the hybrid potential type sensor cannot be used in application examples that cannot generate the required sensor temperature. This is especially true in almost all applications where only heating (making the sensor operating temperature higher than the ambient temperature previously generated by the installation location) can be achieved. Cooling the sensor for applications where the ambient temperature is higher than the sensor operating temperature is not practically feasible.
したがって本発明の課題は、ガス混合物における種々のガスを検出するための混成電位型センサならびにこのセンサの作動方法において、広い温度範囲にわたる動作を可能とし、それに伴う温度制御を適用事例によりまえもって定まる周囲条件（たとえば周囲温度）へセンサを最適に整合させることによって著しく向上させることにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a hybrid potential type sensor for detecting various gases in a gas mixture and a method for operating the sensor, which enables operation over a wide temperature range, and the temperature control associated therewith is determined by the application case. It is to improve significantly by optimally matching the sensor to the conditions (eg ambient temperature).
この課題は独立請求項記載の特徴によって解決される。従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。 This problem is solved by the features of the independent claims. The dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.
本発明によるガス混合物中の種々のガスを検出するための混成電位型センサによれば、混成電位特性をもち排気ガス室内に配置された排気ガス電極と、空気参照室内に配置され固体電解質により排気ガス室から分離されている参照電極と、排気ガス電極と参照電極との間に生じる電圧を測定するための測定装置が設けられている。択一的な実施形態によるガス混合物中の個々のガス種を定量的に検出するための混成電位型センサによれば、混成電位特性をもち排気ガス室中に配置された第１の排気ガス電極と、やはり排気ガス室中に配置され混成電位特性をもつ第２の排気ガス電極が設けられており、これら２つの排気ガス電極はそれぞれ異なる電極材料を有しており、これによって一方の電極がセンサ電極として他方の電極が参照電極として設けられているか、またはガス種に関してそれぞれ異なる感度のために設けられている。この混成電位型センサは、広い温度範囲にわたって作動させることができるよう、排気ガス電極と参照電極との間に可変の抵抗値をもつ負荷抵抗が接続されていることを特徴としている。 According to the mixed potential sensor for detecting various gases in the gas mixture according to the present invention, the exhaust gas electrode having the mixed potential characteristic and disposed in the exhaust gas chamber, and the exhaust gas exhausted by the solid electrolyte disposed in the air reference chamber. A reference electrode separated from the gas chamber and a measuring device for measuring a voltage generated between the exhaust gas electrode and the reference electrode are provided. According to the mixed potential sensor for quantitatively detecting individual gas species in the gas mixture according to the alternative embodiment, the first exhaust gas electrode having a mixed potential characteristic and disposed in the exhaust gas chamber And a second exhaust gas electrode having a mixed potential characteristic, which is also disposed in the exhaust gas chamber, and the two exhaust gas electrodes have different electrode materials, whereby one electrode is The other electrode as a sensor electrode is provided as a reference electrode, or is provided for different sensitivities with respect to the gas species. This hybrid potential type sensor is characterized in that a load resistance having a variable resistance value is connected between the exhaust gas electrode and the reference electrode so that it can be operated over a wide temperature range.
有利であるのは、測定装置が高抵抗ないしは高インピーダンスの電圧増幅器たとえば電界効果トランジスタを有していることである。このようにすれば、比較的長い導線を介するようにしてもセンサ電圧を損失なく測定することができる。つまり自動車の場合、測定装置が本来の排気ガスセンサとは隔たって配置される可能性がある。ただし２つの電極間に生じる電圧は基本的に、増幅の行われない測定であっても実施できる程度に安定しており耐性のあるものである。 Advantageously, the measuring device has a high-resistance or high-impedance voltage amplifier, such as a field effect transistor. In this way, the sensor voltage can be measured without loss even through a relatively long conducting wire. That is, in the case of an automobile, there is a possibility that the measuring device is arranged away from the original exhaust gas sensor. However, the voltage generated between the two electrodes is basically stable and resistant to the extent that measurement can be performed even when measurement is not performed.
この場合、負荷抵抗はセンサ素子にじかに接続されるかまたは、測定装置内でセンサ電極と参照電極との間に接続される。 In this case, the load resistance is connected directly to the sensor element or connected between the sensor electrode and the reference electrode in the measuring device.
混成電位型センサのこのような新規の結線は発明者による驚くべき着想に基づくものであり、この着想とは、負荷抵抗による混成電位電極の所期の負荷により、定量的測定のために利用可能である電極表面における電気化学的動作電位について温度に関する局所的最大絶対値が、信号レベルのそれ相応の減少に伴って高い温度に向かう方向でシフトする、というものである。適切な抵抗値をもつ負荷抵抗を選定することにより、数１００°Ｃの幅で動作温度をずらすことができる。図３にはこの関係が示されている。 This new connection of hybrid potential sensors is based on a surprising idea by the inventor, which can be used for quantitative measurements due to the intended loading of the hybrid potential electrode due to load resistance. That is, the local maximum absolute value for temperature for the electrochemical operating potential at the electrode surface is shifted in the direction towards higher temperatures with a corresponding decrease in signal level. By selecting a load resistance having an appropriate resistance value, the operating temperature can be shifted within a range of several hundred degrees Celsius. FIG. 3 shows this relationship.
本発明によるセンサの１つの有利な実施形態によれば、固体電解質はイットリウムで安定化された酸化ジルコニウムである。酸化ジルコニウムは上述の目的のために殊に適しており、その理由は熱い状態において酸素イオンに対する導電性をもっているからである。 According to one advantageous embodiment of the sensor according to the invention, the solid electrolyte is yttrium stabilized zirconium oxide. Zirconium oxide is particularly suitable for the above-mentioned purposes because it has a conductivity to oxygen ions in the hot state.
したがってセンサが加熱素子をもっていると殊に有利であり、この加熱素子は固体電解質を酸素イオンに対し導電性にするために用いられる。 It is therefore particularly advantageous if the sensor has a heating element, which is used to make the solid electrolyte conductive to oxygen ions.
また、負荷抵抗について抵抗値を１００ＭΩと０Ω（短絡）の間で調整可能であると有利である。殊に有利であるのは、調整可能な抵抗値が１０ＭΩと１ｋΩの範囲にあることである。 It is also advantageous if the resistance value of the load resistance can be adjusted between 100 MΩ and 0 Ω (short circuit). It is particularly advantageous that the adjustable resistance value is in the range of 10 MΩ and 1 kΩ.
参照電極を白金電極（Ｐｔ）とするのが有利である。また、Ｐｄ，ＩｒまたはＴａといった元素から成る電極も同様に有利である。 The reference electrode is advantageously a platinum electrode (Pt). An electrode made of an element such as Pd, Ir or Ta is also advantageous.
ガスに関して非対称な変形実施形態（空気参照電極）の場合、空気参照室として外部と連通したダクトを利用することができる。この種の参照は簡単に実現することができ、高い安定性を有している。なぜならば外気の酸素濃度はきわめて一定だからである。これに対する代案として、ポンピング式の参照を利用することもでき、これによれば参照電極に対し電気分解により生成された酸素イオン電流が供給される。 In the case of a variant embodiment (air reference electrode) which is asymmetric with respect to the gas, a duct communicating with the outside can be used as the air reference chamber. This type of reference is easy to implement and has high stability. This is because the oxygen concentration in the outside air is extremely constant. As an alternative to this, a pumping reference can also be used, whereby an oxygen ion current generated by electrolysis is supplied to the reference electrode.
混成電位型電極がアンモニアの測定に適した電極であると有利である。この場合、混成電位型電極の特性は殊に電極材料の選定により決定される。同様に、炭化水素、酸化窒素、一酸化炭素、二酸化炭素および／または水素の測定に適したものとすることもできる。 It is advantageous if the hybrid potential electrode is an electrode suitable for the measurement of ammonia. In this case, the characteristics of the mixed potential electrode are determined in particular by the selection of the electrode material. Similarly, it may be suitable for the measurement of hydrocarbons, nitric oxide, carbon monoxide, carbon dioxide and / or hydrogen.
さらに本発明は、請求項１から６のいずれか１項記載の混成電位型電極を用いてガス混合物中の種々のガスを検出する方法にも関する。この場合、混成電位特性をもつ排気ガス電極と参照電極との間に生じる電圧が測定装置により測定され、対象とするガスの濃度に対する測定値として用いられる。本発明による方法は、排気ガス電極と参照電極との間に接続され可変の抵抗値をもつ負荷抵抗を用いて、排気ガス電極を作動させるための温度範囲が変更され、もしくは調整される。
Furthermore, the present invention relates to a method for detecting various gases in a gas mixture using the mixed potential electrode according to any one of
ここで述べる混成電位型電極を、たとえば酸素、可燃性ガス（炭化水素、水素、アンモニア）、または酸化窒素または一酸化炭素あるいは二酸化炭素といった種々のガス成分を定量的に求めるために、電極材料と（温度および電極電位の負荷に関する）動作点に依存させて使用することができる。殊に、既述の測定原理を用いて広い動作温度範囲にわたる利用が可能となる。したがって既述のように狭い動作温度範囲を生じさせることのできない環境に対しても、本発明によるセンサが適している。 In order to quantitatively determine various gas components such as oxygen, flammable gas (hydrocarbon, hydrogen, ammonia), or nitrogen oxide, carbon monoxide, or carbon dioxide, It can be used depending on the operating point (with respect to temperature and electrode potential loading). In particular, it can be used over a wide operating temperature range using the measurement principles already described. Therefore, the sensor according to the present invention is suitable for an environment where a narrow operating temperature range cannot be generated as described above.
次に、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。なお、図面は説明のために用いたものであり、本発明を何らかの形態に限定するものではないことに留意されたい。 Next, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the drawings are used for explanation, and do not limit the present invention to any form.
図１ａは、本発明による混成電位型センサ１０の断面図である。この図には、混成電位特性をもつ排気ガス電極１１が排気ガス室中に配置され、参照電極１３が空気参照室１２中に配置されていることが示されており、この参照電極１３はイットリウム安定化酸化ジルコニウムから成る固体電解質１４により排気ガス室から分離されている。なお、この図には、排気ガス電極１１と参照電極１３との間に生じる電圧を測定するための測定装置ならびに排気ガス電極１１と参照電極１３との間に接続され可変の抵抗値をもつ負荷抵抗は描かれていない。さらにここには、固体電解質の導電性を形成するために必要な加熱装置１５も描かれている。
FIG. 1a is a cross-sectional view of a hybrid
図１ｂには、電極１７，１８がガスに対して対称に配置された本発明による別の混成電位型センサ１６が示されている。これら双方の電極は、それらの組成ひいてはそれらのガス特性の点で互いに異なっている。さらにセンサ１６は、双方の電極を互いに隔てる固体電解質１９と、双方の電極間で生じる電圧を測定するための測定装置（図示せず）と、加熱装置２０を有している。図示されているセンサは、いわゆる「ガス対称２電極センサ gassymmetrischer Zweielektrodensensor」である。
FIG. 1b shows another hybrid
図１ｃには、本発明による混成電位型センサ２１が排気ガス室中に入り込むセクション２２とともに部分的に概略的に描かれており、この混成電位型センサ２１は図示されていない混成電位電極とやはり図示されておらず空気参照室中に配置された基準電極を有している。これら両方の電極間に生じる電圧が測定装置２３により測定される。測定装置２３はたとえば、電界効果トランジスタのような高抵抗の電圧増幅器である。
In FIG. 1c, a mixed
排気ガス電極と参照電極との間に可変の抵抗値をもつ負荷抵抗２４が接続されており、これは混成電位型センサを広い温度範囲で作動できるようにするためのものである。
A
図２には、慣用の混成電位型センサの温度特性がＮ2，Ｏ2，Ｃ3Ｈ6，ＮＨ3および４００ｐｐｍのＮＨ3を含む典型的な燃焼混合物に対して示されている。この目的で、測定されたセンサ信号ＵSE-REが温度の関数として書き込まれている。 In FIG. 2, the temperature characteristics of a conventional mixed potential sensor are shown for a typical combustion mixture containing N 2 , O 2 , C 3 H 6 , NH 3 and 400 ppm NH 3 . For this purpose, the measured sensor signal USE-RE is written as a function of temperature.
この図からわかるように、混成電位の重要な局所的最大絶対値は約４２０°Ｃのところにある。温度が比較的低い場合、電気化学的反応が抑えられることおよび固体電解質のイオン導電性が強く低減されることに起因して、混成電位の絶対値は値ゼロまで低減する一方、温度が比較的高い場合には電気化学的平衡状態およびネルンストの式により計算可能なネルンスト電圧曲線に近似し、したがってこの場合も絶対値はやはり減少する。 As can be seen from this figure, the important local maximum absolute value of the hybrid potential is at about 420 ° C. When the temperature is relatively low, the absolute value of the hybrid potential is reduced to a value of zero, while the electrochemical reaction is suppressed and the ionic conductivity of the solid electrolyte is strongly reduced, while the temperature is relatively low. If it is high, it approximates the Nernst voltage curve which can be calculated by the electrochemical equilibrium and the Nernst equation, so the absolute value also decreases in this case.
図３には、変形されたセンサ電極および空気参照チャネル内に参照電極を備えたナローバンドラムダセンサ（ネルンストセンサ）の一例における上述の温度作用について示されている。これを表すために、測定されたセンサ信号ＵSE-REが温度の関数として書き込まれている。付加的なパラメータとして、電気化学的セルＲLの負荷が書き込まれている。 FIG. 3 shows the above-described temperature effect in an example of a narrow band lambda sensor (Nernst sensor) with a modified sensor electrode and a reference electrode in the air reference channel. To represent this, the measured sensor signal U SE-RE is written as a function of temperature. As an additional parameter, the load of the electrochemical cell RL is written.
この図からよくわかるのは、負荷が変化すると混成電位の最大絶対値ひいては温度動作点のシフトが発生することである。 It is well understood from this figure that when the load changes, the maximum absolute value of the hybrid potential, and thus the temperature operating point shifts.
負荷抵抗の抵抗値が減少すると、電荷キャリアたとえば固体電解質を通るＯ2イオンもしくは負荷抵抗を通る電子の搬送が強まることから、センサ信号の絶対値が低減する。電極電位の負荷が小さくなると信号値が著しく高まることから、負荷が大きくなったときに減少した信号レベル自体を依然として著しく良好に評価することができる。したがって適用されるすべての負荷値において、測定ガス中の個々のガス成分の定量的検出を容易に実施することができる。 As the resistance value of the load resistance decreases, the absolute value of the sensor signal decreases because the transport of charge carriers such as O 2 ions through the solid electrolyte or electrons through the load resistance increases. Since the signal value increases remarkably when the load of the electrode potential is reduced, the signal level itself that has decreased when the load is increased can still be evaluated very well. Therefore, quantitative detection of individual gas components in the measurement gas can be easily performed at all applied load values.
さらに一例として図３には、負荷の加わっている電気化学的状態（１０ＭΩ、１００ｋΩ、１ｋΩ）に関する混成電位特性曲線が描かれている。図示されている測定によれば、対応する負荷抵抗を組み込むだけで３７０°Ｃ〜６６０°Ｃのインターバル（２９０°Ｃまでのシフト）でセンサの動作温度を任意に選定することができる。１ｋΩよりも小さくもしくは１０ＭΩよりも大きい抵抗値の選択によるこのような温度範囲の拡張は、問題なく行うことができる。抵抗値の範囲は、値が大きくなる方向では信号レベルの低減により制限され、値が小さくなる方向では温度が低いときの電極電位の不安定性により制限され、これは固体電解質（イットリウム安定化酸化ジルコニウムＹＳＺ）のイオン導電性が著しく低減することに起因する。 Further, as an example, FIG. 3 shows a mixed potential characteristic curve for an electrochemical state (10 MΩ, 100 kΩ, 1 kΩ) under load. According to the measurements shown, the operating temperature of the sensor can be arbitrarily selected at intervals of 370 ° C. to 660 ° C. (shift to 290 ° C.) simply by incorporating the corresponding load resistance. Such an expansion of the temperature range by selecting a resistance value smaller than 1 kΩ or larger than 10 MΩ can be performed without any problem. The range of resistance value is limited by decreasing signal level in the direction of increasing value, and limited by instability of electrode potential at low temperature in the direction of decreasing value, which is a solid electrolyte (yttrium stabilized zirconium oxide). This is because the ionic conductivity of YSZ) is significantly reduced.
さらに図３には、アンモニア（ＮＨ3）を定量的に検出するための本発明によるセンサの較正についても示されている。ここでは、測定ガス中に４００ｐｐｍのアンモニアが存在する場合および２００ｐｐｍのアンモニアが存在する場合のそれぞれ異なる混成電位特性曲線が示されている。この場合、含有するアンモニア濃度をセンサ信号から定量的に求めることができる。このことは（低ｐｐｍ領域に至るまで）アンモニア濃度がもっと低い場合にもあてはまる。したがってここで説明した測定原理は、アンモニアの定量的検出に殊に適している。 FIG. 3 also shows the calibration of the sensor according to the invention for quantitative detection of ammonia (NH 3 ). Here, different mixed potential characteristic curves are shown when 400 ppm of ammonia is present in the measurement gas and when 200 ppm of ammonia is present. In this case, the ammonia concentration contained can be obtained quantitatively from the sensor signal. This is also true when the ammonia concentration is lower (up to the low ppm region). The measurement principle described here is therefore particularly suitable for the quantitative detection of ammonia.
Claims (7)
ガス混合物中の種々のガスを検出するための混成電位型センサにおいて、
前記排気ガス電極と前記参照電極との間に可変の抵抗値を有する負荷抵抗が接続されていて、広い温度範囲にわたり駆動されることを特徴とする、
混成電位型センサ。 An exhaust gas electrode having a mixed potential characteristic disposed in the exhaust gas chamber, a reference electrode disposed in the air reference chamber and separated from the exhaust gas chamber by a solid electrolyte, and a voltage generated between the exhaust gas electrode and the reference electrode A measuring device for measuring
In a mixed potential sensor for detecting various gases in a gas mixture,
A load resistor having a variable resistance value is connected between the exhaust gas electrode and the reference electrode, and is driven over a wide temperature range.
Hybrid potential sensor.
排気ガス室内に配置され混成電位特性またはネルンスト特性をもつ第２の排気ガス電極が設けられており、
前記２つの排気ガス電極はそれぞれ異なる電極材料をもっていて、ガス種に対しそれぞれ異なる感度のために設けられており、
前記２つの排気ガス電極を互いに分離する固体電解質と、
前記２つの排気ガス電極の間に生じる電圧を測定するための測定装置が設けられている、
ガス混合物中の種々のガスを検出するための混成電位型センサにおいて、
前記２つの排気ガス電極の間に可変の抵抗値を有する負荷抵抗が接続されていて、広い温度範囲にわたり駆動されることを特徴とする、
混成電位型センサ。 A first exhaust gas electrode disposed in the exhaust gas chamber and having a mixed potential characteristic;
A second exhaust gas electrode disposed in the exhaust gas chamber and having mixed potential characteristics or Nernst characteristics is provided;
The two exhaust gas electrodes have different electrode materials, and are provided for different sensitivities to gas types,
A solid electrolyte separating the two exhaust gas electrodes from each other;
A measuring device is provided for measuring a voltage generated between the two exhaust gas electrodes;
In a mixed potential sensor for detecting various gases in a gas mixture,
A load resistor having a variable resistance value is connected between the two exhaust gas electrodes, and is driven over a wide temperature range.
Hybrid potential sensor.
前記固体電解質はイットリウム安定化酸化ジルコニウムであることを特徴とする混成電位型センサ。 The hybrid potential sensor according to claim 1 or 2,
The mixed potential sensor, wherein the solid electrolyte is yttrium-stabilized zirconium oxide.
前記負荷抵抗を１００ＭΩと０Ω（短絡）との間の抵抗値で調整可能であることを特徴とする混成電位型センサ。 The mixed potential sensor according to any one of claims 1 to 3,
The mixed potential sensor characterized in that the load resistance can be adjusted by a resistance value between 100 MΩ and 0 Ω (short circuit).
前記参照電極は白金電極であることを特徴とする混成電位型センサ。 The hybrid potential sensor according to claim 1 , wherein
The mixed potential sensor, wherein the reference electrode is a platinum electrode.
混成電位特性をもつ前記電極はアンモニアの測定に適した電極であることを特徴とする混成電位型センサ。 The hybrid potential type sensor according to any one of claims 1 to 5,
A mixed potential type sensor characterized in that the electrode having mixed potential characteristics is an electrode suitable for measurement of ammonia.
請求項１から６のいずれか１項記載の混成電位型センサによりガス混合物中の種々のガスを検出する方法において、
前記排気ガス電極と参照電極との間に接続され可変の抵抗値をもつ負荷抵抗を用いて、排気ガス電極を作動させるための温度範囲を変更もしくは調整することを特徴とする、
ガス混合物中の種々のガスを検出する方法。 A voltage generated between an exhaust gas electrode having a mixed potential characteristic and a reference electrode is measured by a measuring device, and the voltage is used as a measurement value relating to the concentration of the target gas.
A method for detecting various gases in a gas mixture by the mixed potential sensor according to any one of claims 1 to 6,
Using a load resistance connected between the exhaust gas electrode and the reference electrode and having a variable resistance value, the temperature range for operating the exhaust gas electrode is changed or adjusted,
A method for detecting various gases in a gas mixture.
Applications Claiming Priority (2)
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