JPH07167829A - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
- Publication number
- JPH07167829A JPH07167829A JP5316342A JP31634293A JPH07167829A JP H07167829 A JPH07167829 A JP H07167829A JP 5316342 A JP5316342 A JP 5316342A JP 31634293 A JP31634293 A JP 31634293A JP H07167829 A JPH07167829 A JP H07167829A
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- JP
- Japan
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- electrode
- solid electrolyte
- hydrogen
- oxygen
- space
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- Pending
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、所定の使用温度で２種類の気体の
分圧を同時に検出できるガスセンサを提供することを目
的としたものである。 【構成】 表面に第１電極２ａと、第２電極２ｂが形成
された第１固体電解質１と、表面に第３電極４ａと、第
４電極４ｂが形成された第２固体電解質３と、支持管５
と、第１電極２ａと第３電極４ａおよび支持管５で囲ま
れた被測定空間６と、第２電極２ｂと支持管５で囲まれ
た第１標準空間７と、第４電極４ｂと支持管５で囲まれ
た第２標準空間８とで構成される。
分圧を同時に検出できるガスセンサを提供することを目
的としたものである。 【構成】 表面に第１電極２ａと、第２電極２ｂが形成
された第１固体電解質１と、表面に第３電極４ａと、第
４電極４ｂが形成された第２固体電解質３と、支持管５
と、第１電極２ａと第３電極４ａおよび支持管５で囲ま
れた被測定空間６と、第２電極２ｂと支持管５で囲まれ
た第１標準空間７と、第４電極４ｂと支持管５で囲まれ
た第２標準空間８とで構成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定空間の２種類の
気体の分圧を所定の使用温度において同時に検出するガ
スセンサに関するものである。
気体の分圧を所定の使用温度において同時に検出するガ
スセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、様々な電解質を用いたガスセ
ンサが数多く提案されている。例えば、図３に一般的な
濃淡電池式ガスセンサの断面図を示す。図３において、
電解質１には、水素センサの場合、水素イオン導電性を
有する例えばリン酸水溶液を含ませたディスク状シリカ
ウールなどが用いられ、酸素センサの場合、酸素イオン
導電性を有する例えばジルコニアに８モル％のイットリ
アを添加した安定化ジルコニアなどの固体電解質が用い
られる。電解質１の両面には例えば白金などから成る第
１電極２ａおよび第２電極２ｂが形成されている。さら
に第１電極２ａおよび第２電極２ｂの周りを囲むように
支持管５が配置され、支持管５と第１電極２ａで囲まれ
た被測定空間６と、支持管５と第２電極２ｂで囲まれた
標準空間７が構成されている。さらに第１電極２ａと第
２電極２ｂの間に流れる平衡起電力を測定するため、電
圧計（図示せず）が接続されている。
ンサが数多く提案されている。例えば、図３に一般的な
濃淡電池式ガスセンサの断面図を示す。図３において、
電解質１には、水素センサの場合、水素イオン導電性を
有する例えばリン酸水溶液を含ませたディスク状シリカ
ウールなどが用いられ、酸素センサの場合、酸素イオン
導電性を有する例えばジルコニアに８モル％のイットリ
アを添加した安定化ジルコニアなどの固体電解質が用い
られる。電解質１の両面には例えば白金などから成る第
１電極２ａおよび第２電極２ｂが形成されている。さら
に第１電極２ａおよび第２電極２ｂの周りを囲むように
支持管５が配置され、支持管５と第１電極２ａで囲まれ
た被測定空間６と、支持管５と第２電極２ｂで囲まれた
標準空間７が構成されている。さらに第１電極２ａと第
２電極２ｂの間に流れる平衡起電力を測定するため、電
圧計（図示せず）が接続されている。
【０００３】水素センサの場合、電解質１の温度を加熱
体（図示せず）により約２００℃に保持し、被測定空間
６に未知分圧の水素を含む被測定気体を導入し、標準空
間７に既知分圧の水素を導入すると、その水素分圧差に
より、第１電極２ａあるいは第２電極２ｂ上で（１）式
に示すような電気化学反応が起こる。
体（図示せず）により約２００℃に保持し、被測定空間
６に未知分圧の水素を含む被測定気体を導入し、標準空
間７に既知分圧の水素を導入すると、その水素分圧差に
より、第１電極２ａあるいは第２電極２ｂ上で（１）式
に示すような電気化学反応が起こる。
【０００４】 Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- （１） このとき電極２ａおよび２ｂ間には、（２）式のネルン
ストの式で与えられる平衡起電力ＥH2が発生する。
ストの式で与えられる平衡起電力ＥH2が発生する。
【０００５】 ＥH2＝（ＲＴ／２Ｆ）ｌｎ（ＰH2’／ＰH2） （２） ここで、Ｒは気体定数、Ｔは温度、Ｆはファラデー定
数、（ＰH2’）は被測定空間６の水素分圧、（ＰH2）は
標準空間７の水素分圧である。したがって（２）式を用
いれば被測定空間６の未知の水素分圧を求めることがで
きる。
数、（ＰH2’）は被測定空間６の水素分圧、（ＰH2）は
標準空間７の水素分圧である。したがって（２）式を用
いれば被測定空間６の未知の水素分圧を求めることがで
きる。
【０００６】同様に酸素センサの場合、固体電解質１の
温度を約１０００℃に保持し、被測定空間６に未知分圧
の酸素を含む被測定気体を導入し、標準空間７に既知分
圧の酸素を導入すると、その酸素分圧差により、第１電
極２ａあるいは第２電極２ｂ上で（３）式に示すような
電気化学反応が起こる。
温度を約１０００℃に保持し、被測定空間６に未知分圧
の酸素を含む被測定気体を導入し、標準空間７に既知分
圧の酸素を導入すると、その酸素分圧差により、第１電
極２ａあるいは第２電極２ｂ上で（３）式に示すような
電気化学反応が起こる。
【０００７】 Ｏ2＋４ｅ-→２Ｏ2- （３） このとき電極２ａおよび２ｂ間には、（４）式のネルン
ストの式で与えられる平衡起電力ＥO2が発生する。
ストの式で与えられる平衡起電力ＥO2が発生する。
【０００８】 ＥO2＝（ＲＴ／４Ｆ）ｌｎ（ＰO2’／ＰO2） （４） ここで（ＰO2’）は被測定空間６の酸素分圧、（ＰO2）
は標準空間７の酸素分圧である。したがって（４）式を
用いれば被測定空間６の未知の酸素分圧を求めることが
できる。
は標準空間７の酸素分圧である。したがって（４）式を
用いれば被測定空間６の未知の酸素分圧を求めることが
できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の技
術では、２種類の気体、例えば水素と酸素が共存する被
測定空間で水素と酸素の分圧を同時に検出する場合、水
素センサと酸素センサを併用しなければならないため、
構成が複雑でコストが高くなるという課題があった。
術では、２種類の気体、例えば水素と酸素が共存する被
測定空間で水素と酸素の分圧を同時に検出する場合、水
素センサと酸素センサを併用しなければならないため、
構成が複雑でコストが高くなるという課題があった。
【００１０】また水素センサと酸素センサの使用温度範
囲が異なるため、温度制御が非常に困難であるという課
題があった。
囲が異なるため、温度制御が非常に困難であるという課
題があった。
【００１１】本発明は上記課題を解決するもので、１つ
のガスセンサで２種類の気体の分圧を同時に検出できる
ガスセンサを提供することを目的としている。
のガスセンサで２種類の気体の分圧を同時に検出できる
ガスセンサを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、第１固体電解質と、第２固体電解質と、前
記第１固体電解質の一方の表面に形成された第１電極
と、前記第１電極と対向するよう他方の表面に形成され
た第２電極と、前記第２固体電解質の一方の表面に形成
された第３電極と、前記第３電極と対向するよう他方の
表面に形成された第４電極と、支持管と、前記第１電極
と前記第３電極および前記支持管で囲まれた被測定空間
と、前記第２電極と前記支持管で囲まれた第１標準空間
と、前記第４電極と前記支持管で囲まれた第２標準空間
とで構成されるガスセンサとした。
に本発明は、第１固体電解質と、第２固体電解質と、前
記第１固体電解質の一方の表面に形成された第１電極
と、前記第１電極と対向するよう他方の表面に形成され
た第２電極と、前記第２固体電解質の一方の表面に形成
された第３電極と、前記第３電極と対向するよう他方の
表面に形成された第４電極と、支持管と、前記第１電極
と前記第３電極および前記支持管で囲まれた被測定空間
と、前記第２電極と前記支持管で囲まれた第１標準空間
と、前記第４電極と前記支持管で囲まれた第２標準空間
とで構成されるガスセンサとした。
【００１３】
【作用】本発明は上記した手段により、２種類の気体、
例えば水素と酸素が共存する被測定空間において、所定
の温度で水素分圧と酸素分圧を同時に検出できるガスセ
ンサと成り、使用温度の異なる水素センサと酸素センサ
を併用する必要がなくなるため、温度制御が簡単とな
り、一体化により簡単な構成でコストの安いガスセンサ
が得られる。
例えば水素と酸素が共存する被測定空間において、所定
の温度で水素分圧と酸素分圧を同時に検出できるガスセ
ンサと成り、使用温度の異なる水素センサと酸素センサ
を併用する必要がなくなるため、温度制御が簡単とな
り、一体化により簡単な構成でコストの安いガスセンサ
が得られる。
【００１４】
【実施例】以下本発明の実施例を図を参照しながら説明
する。
する。
【００１５】図１に本発明の一実施例であるガスセンサ
の断面図を示す。図１において、第１固体電解質１は、
水素イオン導電性を示すストロンチウムセリウム酸化物
である。第１固体電解質１は実施した以外にアルカリ土
類金属、例えばバリウムと、希土類元素、例えばセリウ
ムの複合酸化物、あるいはこの種の複合酸化物に希土類
元素、例えばガドリニウムをドープした酸化物でもよ
い。第２固体電解質２は、酸素イオン導電性を示すイッ
トリアを８モル添加した安定化ジルコニアである。第２
固体電解質２は実施した以外に酸化ビスマスや酸化セリ
ウムなどの酸素イオン導電性固体電解質でもよい。第１
固体電解質１および第２固体電解質２は、厚さ０．５ミ
リ、直径１３ミリのディスク状に成型し、各々両面に電
極パターンを白金ペーストでスクリーン印刷した後、約
６５０℃で１０分間焼成し、こうして第１固体電解質１
の表面に第１電極２ａ及び第２電極２ｂ、さらに第２固
体電解質２の表面に第３電極４ａ及び第４電極４ｂを得
た。さらに各電極２ａ、２ｂ、４ａおよび４ｂに白金リ
ード線（図示せず）を金ペーストで取り付け、各電極間
に発生する起電力を測定するための電圧計（図示せず）
を接続した。さらに各電極を囲むようにアルミナ製支持
管３を配置し、漏れがないよう十分にシールした。そし
て水素イオン用第１電極と酸素イオン用第１電極および
支持管で囲まれた被測定空間５と、水素イオン用第２電
極と支持管で囲まれた第１標準空間６を得た。さらに酸
素イオン用第２電極と支持管で囲まれた第２標準空間７
を得た。
の断面図を示す。図１において、第１固体電解質１は、
水素イオン導電性を示すストロンチウムセリウム酸化物
である。第１固体電解質１は実施した以外にアルカリ土
類金属、例えばバリウムと、希土類元素、例えばセリウ
ムの複合酸化物、あるいはこの種の複合酸化物に希土類
元素、例えばガドリニウムをドープした酸化物でもよ
い。第２固体電解質２は、酸素イオン導電性を示すイッ
トリアを８モル添加した安定化ジルコニアである。第２
固体電解質２は実施した以外に酸化ビスマスや酸化セリ
ウムなどの酸素イオン導電性固体電解質でもよい。第１
固体電解質１および第２固体電解質２は、厚さ０．５ミ
リ、直径１３ミリのディスク状に成型し、各々両面に電
極パターンを白金ペーストでスクリーン印刷した後、約
６５０℃で１０分間焼成し、こうして第１固体電解質１
の表面に第１電極２ａ及び第２電極２ｂ、さらに第２固
体電解質２の表面に第３電極４ａ及び第４電極４ｂを得
た。さらに各電極２ａ、２ｂ、４ａおよび４ｂに白金リ
ード線（図示せず）を金ペーストで取り付け、各電極間
に発生する起電力を測定するための電圧計（図示せず）
を接続した。さらに各電極を囲むようにアルミナ製支持
管３を配置し、漏れがないよう十分にシールした。そし
て水素イオン用第１電極と酸素イオン用第１電極および
支持管で囲まれた被測定空間５と、水素イオン用第２電
極と支持管で囲まれた第１標準空間６を得た。さらに酸
素イオン用第２電極と支持管で囲まれた第２標準空間７
を得た。
【００１６】このようにして得られたガスセンサの被測
定空間５に水素と酸素の混合気体を、第１標準空間６に
分圧が１ａｔｍの水素を、そして第２標準空間７に分圧
が１ａｔｍの酸素を導入し、第１固体電解質１および第
２固体電解質３をヒーター（図示せず）により約６００
℃に保持した。被測定空間５の水素と酸素の分圧比を変
化させ、発生する平衡起電力を測定した。測定結果を図
２に示す。図２より水素分圧および酸素分圧はそれぞれ
起電力とほぼ比例関係にあり、ネルンストの式に従って
いることが判った。
定空間５に水素と酸素の混合気体を、第１標準空間６に
分圧が１ａｔｍの水素を、そして第２標準空間７に分圧
が１ａｔｍの酸素を導入し、第１固体電解質１および第
２固体電解質３をヒーター（図示せず）により約６００
℃に保持した。被測定空間５の水素と酸素の分圧比を変
化させ、発生する平衡起電力を測定した。測定結果を図
２に示す。図２より水素分圧および酸素分圧はそれぞれ
起電力とほぼ比例関係にあり、ネルンストの式に従って
いることが判った。
【００１７】したがって本発明のガスセンサを用いれ
ば、所定の温度で水素と酸素の分圧を同時に検出でき
る。
ば、所定の温度で水素と酸素の分圧を同時に検出でき
る。
【００１８】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明のガスセ
ンサにより、所定の温度で２種類の気体、例えば水素と
酸素両方の分圧を同時に測定でき、水素センサと酸素セ
ンサの使用温度が同じであるため、温度制御が簡単にな
り、一体化により構成が簡単になり、コンパクトでコス
トが安くなるという効果が得られる。
ンサにより、所定の温度で２種類の気体、例えば水素と
酸素両方の分圧を同時に測定でき、水素センサと酸素セ
ンサの使用温度が同じであるため、温度制御が簡単にな
り、一体化により構成が簡単になり、コンパクトでコス
トが安くなるという効果が得られる。
【図１】本発明の一実施例のガスセンサの断面図
【図２】起電力の水素および酸素分圧依存性を示す図
【図３】従来の濃淡電池式ガスセンサの断面図
１ 第１固体電解質 ２ａ 第１電極 ２ｂ 第２電極 ３ 第２固体電解質 ４ａ 第３電極 ４ｂ 第４電極 ５ 支持管 ６ 被測定空間 ７ 第１標準空間 ８ 第２標準空間
Claims (1)
- 【請求項１】第１固体電解質と、第２固体電解質と、前
記第１固体電解質の一方の表面に形成された第１電極
と、前記第１電極と対向するよう他方の表面に形成され
た第２電極と、前記第２固体電解質の一方の表面に形成
された第３電極と、前記第３電極と対向するよう他方の
表面に形成された第４電極と、支持管と、前記第３電極
と前記第１電極および前記支持管で囲まれた被測定空間
と、前記第２電極と前記支持管で囲まれた第１標準空間
と、前記第４電極と前記支持管で囲まれた第２標準空間
とで構成されるガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5316342A JPH07167829A (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5316342A JPH07167829A (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07167829A true JPH07167829A (ja) | 1995-07-04 |
Family
ID=18076051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5316342A Pending JPH07167829A (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07167829A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015125138A (ja) * | 2013-12-27 | 2015-07-06 | 株式会社東芝 | 水素酸素濃度計測装置、水素酸素濃度計測システム、および水素酸素濃度計測方法 |
| JP2017096659A (ja) * | 2015-11-18 | 2017-06-01 | 三菱重工業株式会社 | 水素濃度計測装置 |
| JP2018179517A (ja) * | 2017-04-03 | 2018-11-15 | 株式会社東芝 | 水素・酸素濃度計測装置、水素・酸素濃度計測システム、水素・酸素濃度計測方法及び水素・酸素濃度計測プログラム |
-
1993
- 1993-12-16 JP JP5316342A patent/JPH07167829A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015125138A (ja) * | 2013-12-27 | 2015-07-06 | 株式会社東芝 | 水素酸素濃度計測装置、水素酸素濃度計測システム、および水素酸素濃度計測方法 |
| JP2017096659A (ja) * | 2015-11-18 | 2017-06-01 | 三菱重工業株式会社 | 水素濃度計測装置 |
| JP2018179517A (ja) * | 2017-04-03 | 2018-11-15 | 株式会社東芝 | 水素・酸素濃度計測装置、水素・酸素濃度計測システム、水素・酸素濃度計測方法及び水素・酸素濃度計測プログラム |
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