JPH0763719A - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
- Publication number
- JPH0763719A JPH0763719A JP21046293A JP21046293A JPH0763719A JP H0763719 A JPH0763719 A JP H0763719A JP 21046293 A JP21046293 A JP 21046293A JP 21046293 A JP21046293 A JP 21046293A JP H0763719 A JPH0763719 A JP H0763719A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxygen
- thin film
- oxygen concentration
- electric conductivity
- oxygen sensor
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- Pending
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 酸素濃度検知部１２が、Ａサイトがイットリ
ウムもしくはランタノイドよりなり、Ｂサイトがクロム
もしくはマンガンよりなるＡＢＯ３型のペロブスカイト
型酸化物にアルカリ土類金属をドープした化合物または
それら化合物相互間の固溶体で構成されている。 【効果】 本発明の酸素センサは、構造が簡単で、対温
度特性や応答性にも優れている。
ウムもしくはランタノイドよりなり、Ｂサイトがクロム
もしくはマンガンよりなるＡＢＯ３型のペロブスカイト
型酸化物にアルカリ土類金属をドープした化合物または
それら化合物相互間の固溶体で構成されている。 【効果】 本発明の酸素センサは、構造が簡単で、対温
度特性や応答性にも優れている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばエンジンにおけ
る燃焼の空気比制御を行なうための酸素センサに関す
る。
る燃焼の空気比制御を行なうための酸素センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】燃焼にお
ける空気比（実際の空気量／燃料を完全に酸化するのに
必要な理論空気量）を制御することは、適切な燃焼を行
なう上で非常に重要である。特に、エンジンにおいて
は、ＮＯｘを低減させるために後流（排気ガス側）に設
置した三元触媒を適切に働かせるためには、燃焼におけ
る空気比を１．０付近のせまい範囲（０．９〜１．１、
好ましくは０．９５〜１．０５）に制御する必要があ
る。
ける空気比（実際の空気量／燃料を完全に酸化するのに
必要な理論空気量）を制御することは、適切な燃焼を行
なう上で非常に重要である。特に、エンジンにおいて
は、ＮＯｘを低減させるために後流（排気ガス側）に設
置した三元触媒を適切に働かせるためには、燃焼におけ
る空気比を１．０付近のせまい範囲（０．９〜１．１、
好ましくは０．９５〜１．０５）に制御する必要があ
る。
【０００３】従来、このような空気比の制御を行なうた
めの酸素センサとしては、安定化ジルコニアを固体電解
質として用いた起電力型の酸素センサが多く用いられて
いた。この起電力型の酸素センサは、信頼性が高いとい
う長所を持つ一方、参照極として空気電極を用いるた
め、固体電解質をはさんで対極側に空気を導く必要があ
り、構造が複雑で製造コストが高いという欠点があっ
た。
めの酸素センサとしては、安定化ジルコニアを固体電解
質として用いた起電力型の酸素センサが多く用いられて
いた。この起電力型の酸素センサは、信頼性が高いとい
う長所を持つ一方、参照極として空気電極を用いるた
め、固体電解質をはさんで対極側に空気を導く必要があ
り、構造が複雑で製造コストが高いという欠点があっ
た。
【０００４】これに対して、ＴｉＯ２をベースとする半
導体の電気伝導度が雰囲気の酸素濃度によって変化する
性質を利用した半導体式の酸素センサが研究されている
が、対温度特性や応答性に問題があり実用化されていな
い。
導体の電気伝導度が雰囲気の酸素濃度によって変化する
性質を利用した半導体式の酸素センサが研究されている
が、対温度特性や応答性に問題があり実用化されていな
い。
【０００５】すなわち、従来の半導体式の酸素センサ
は、次のような欠点を有している。
は、次のような欠点を有している。
【０００６】対温度特性が悪い。 ホール伝導型ではセンサの温度が低くなると、酸化雰囲
気でも電気抵抗が高くなり、還元雰囲気と区別できなく
なる。また、電子伝導型ではその逆で、センサの温度が
低くなると、還元雰囲気でも電気抵抗が高くなり、酸化
雰囲気と区別できなくなる。このように、電気伝導度が
温度によって著しく変化するため、一定の電気伝導度で
基準を設けることが困難であった。
気でも電気抵抗が高くなり、還元雰囲気と区別できなく
なる。また、電子伝導型ではその逆で、センサの温度が
低くなると、還元雰囲気でも電気抵抗が高くなり、酸化
雰囲気と区別できなくなる。このように、電気伝導度が
温度によって著しく変化するため、一定の電気伝導度で
基準を設けることが困難であった。
【０００７】応答性が悪い。 焼結体で構成されており、厚さも大きいため、酸素の拡
散に時間がかかり、酸素濃度の変化を迅速に検知できな
い。
散に時間がかかり、酸素濃度の変化を迅速に検知できな
い。
【０００８】本発明の課題は、上記した従来の酸素セン
サの欠点を解消し、構造が簡単で、対温度特性や応答性
にも優れた酸素センサを提供する処にある。
サの欠点を解消し、構造が簡単で、対温度特性や応答性
にも優れた酸素センサを提供する処にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の酸素センサは、
その酸素濃度検知部が、Ａサイトがイットリウムもしく
はランタノイドよりなり、Ｂサイトがクロムもしくはマ
ンガンよりなるＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物に
アルカリ土類金属をドープした化合物またはそれら化合
物相互間の固溶体からなる（請求項１）。
その酸素濃度検知部が、Ａサイトがイットリウムもしく
はランタノイドよりなり、Ｂサイトがクロムもしくはマ
ンガンよりなるＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物に
アルカリ土類金属をドープした化合物またはそれら化合
物相互間の固溶体からなる（請求項１）。
【００１０】酸素濃度検知部は、酸化雰囲気で金属的電
気伝導性を有するのが好ましい（請求項２）。
気伝導性を有するのが好ましい（請求項２）。
【００１１】また、酸素濃度検知部が、ＬａＣｒＯ３も
しくはＬａＭｎＯ３にストロンチウムもしくはカルシウ
ムをＡサイトの２０〜７０％ドープした化合物またはそ
れら化合物相互間の固溶体からなるのが好ましい（請求
項３）。
しくはＬａＭｎＯ３にストロンチウムもしくはカルシウ
ムをＡサイトの２０〜７０％ドープした化合物またはそ
れら化合物相互間の固溶体からなるのが好ましい（請求
項３）。
【００１２】さらにまた、酸素濃度検知部が、厚さ０．
０１〜５μｍの薄膜であることが好ましい（請求項
４）。
０１〜５μｍの薄膜であることが好ましい（請求項
４）。
【００１３】
【作用】請求項１のように、酸素濃度検知部が、ＬａＭ
ｎＯ３やＬａＣｒＯ３などのペロブスカイト型酸化物に
アルカリ土類金属をドープした化合物またはそれら化合
物相互間の固溶体からなるため、ＴｉＯ２などに比べて
非常に優れた酸素解離の触媒能を有しており、酸素濃度
の変化に対する応答性に優れている。すなわち、この酸
素濃度検知部は、雰囲気の酸素濃度に応じて電気伝導度
を変化させるため、この電気伝導度を測定する手段を設
けることにより、酸素濃度を迅速に検出することができ
る。
ｎＯ３やＬａＣｒＯ３などのペロブスカイト型酸化物に
アルカリ土類金属をドープした化合物またはそれら化合
物相互間の固溶体からなるため、ＴｉＯ２などに比べて
非常に優れた酸素解離の触媒能を有しており、酸素濃度
の変化に対する応答性に優れている。すなわち、この酸
素濃度検知部は、雰囲気の酸素濃度に応じて電気伝導度
を変化させるため、この電気伝導度を測定する手段を設
けることにより、酸素濃度を迅速に検出することができ
る。
【００１４】また、この酸素濃度検知部においては、電
気伝導度が温度の影響をほとんど受けず、対温度特性に
優れている。
気伝導度が温度の影響をほとんど受けず、対温度特性に
優れている。
【００１５】アルカリ土類金属を比較的多くドープし
て、請求項２のように、酸素濃度検知部が酸化雰囲気で
金属的電気伝導性を有すると、基準となる酸化雰囲気で
の電気抵抗が温度にほとんど依存せず、対温度特性が一
層改善されるため、空気比を制御する上で基準値となる
電気伝導度の値の設定が一層容易となる。
て、請求項２のように、酸素濃度検知部が酸化雰囲気で
金属的電気伝導性を有すると、基準となる酸化雰囲気で
の電気抵抗が温度にほとんど依存せず、対温度特性が一
層改善されるため、空気比を制御する上で基準値となる
電気伝導度の値の設定が一層容易となる。
【００１６】そのためには、請求項３のように、ＬａＣ
ｒＯ３もしくはＬａＭｎＯ３に、ストロンチウムもしく
はカルシウムを、それらがＡサイトの２０〜７０％とな
るように、ドープした化合物またはそれら化合物相互間
の固溶体が好ましい。ストロンチウムもしくはカルシウ
ムのドープ量は、３０〜５０％であるのがより好まし
い。
ｒＯ３もしくはＬａＭｎＯ３に、ストロンチウムもしく
はカルシウムを、それらがＡサイトの２０〜７０％とな
るように、ドープした化合物またはそれら化合物相互間
の固溶体が好ましい。ストロンチウムもしくはカルシウ
ムのドープ量は、３０〜５０％であるのがより好まし
い。
【００１７】また、請求項４のように、酸素濃度検知部
が厚さ０．０１〜５μｍの薄膜であると、酸素濃度の変
化に対する応答性が一層向上して好ましい。このような
薄膜を得る方法としては、レーザーアブレーション法、
スクリーンプリンティング法、スプレーパイロリシス
法、カレンダローリング法などがある。
が厚さ０．０１〜５μｍの薄膜であると、酸素濃度の変
化に対する応答性が一層向上して好ましい。このような
薄膜を得る方法としては、レーザーアブレーション法、
スクリーンプリンティング法、スプレーパイロリシス
法、カレンダローリング法などがある。
【００１８】
【実施例】本発明の一実施例を図に基づいて説明する。
【００１９】図１において、１０は基板であり、その上
に酸素濃度検知部である厚さ３μｍのＬａ０．６０Ｓｒ
０．３９ＣｒＯ３薄膜１２がレーザーアブレーション法
により形成されている。この薄膜１２の電気伝導度を直
流四端子法により測定するために、薄膜１２の上面の両
端に端子１４を介して電源（定電流源）１６と電流計１
８が直列に接続されている。また、薄膜１２の上面の中
ほどには端子２０を介して電圧計２２が接続されてい
る。
に酸素濃度検知部である厚さ３μｍのＬａ０．６０Ｓｒ
０．３９ＣｒＯ３薄膜１２がレーザーアブレーション法
により形成されている。この薄膜１２の電気伝導度を直
流四端子法により測定するために、薄膜１２の上面の両
端に端子１４を介して電源（定電流源）１６と電流計１
８が直列に接続されている。また、薄膜１２の上面の中
ほどには端子２０を介して電圧計２２が接続されてい
る。
【００２０】この薄膜１２の電気伝導度は、雰囲気の酸
素濃度により変化するため、あらかじめ、酸素濃度のわ
かっている各種雰囲気にこの装置を置いて、薄膜１２の
電気伝導度を測定しておけば、酸素濃度と電気伝導度と
の対応関係がわかる。試料雰囲気の酸素濃度を求めるに
は、その雰囲気における薄膜１２の電気伝導度を測定
し、この測定値より先の対応関係に基づいて求めること
ができる。
素濃度により変化するため、あらかじめ、酸素濃度のわ
かっている各種雰囲気にこの装置を置いて、薄膜１２の
電気伝導度を測定しておけば、酸素濃度と電気伝導度と
の対応関係がわかる。試料雰囲気の酸素濃度を求めるに
は、その雰囲気における薄膜１２の電気伝導度を測定
し、この測定値より先の対応関係に基づいて求めること
ができる。
【００２１】この装置を用いて、空気比１．１で燃焼さ
せたエンジンの排気ガスに相当する酸素濃度の雰囲気に
おける電気伝導度を測定すると、薄膜１２の電気伝導度
は、７００〜１０００℃の温度範囲で５０±１０Ｓ・ｃ
ｍの範囲にあった。なお、電気伝導度は、電気炉の中で
昇温しながら測定した。次に、空気比０．９で燃焼させ
たエンジンの排気ガスに相当する酸素濃度の雰囲気にお
ける電気伝導度を測定すると、７００〜１０００℃の温
度範囲で５Ｓ・ｃｍ以下であった。これらのことより、
充分な酸素センサ機能を有することがわかった。また、
例えば、電気伝導度を５〜４０Ｓ・ｃｍの範囲に設定し
て制御すれば、エンジンの空気比を０．９〜１．１の範
囲内に制御することができる。
せたエンジンの排気ガスに相当する酸素濃度の雰囲気に
おける電気伝導度を測定すると、薄膜１２の電気伝導度
は、７００〜１０００℃の温度範囲で５０±１０Ｓ・ｃ
ｍの範囲にあった。なお、電気伝導度は、電気炉の中で
昇温しながら測定した。次に、空気比０．９で燃焼させ
たエンジンの排気ガスに相当する酸素濃度の雰囲気にお
ける電気伝導度を測定すると、７００〜１０００℃の温
度範囲で５Ｓ・ｃｍ以下であった。これらのことより、
充分な酸素センサ機能を有することがわかった。また、
例えば、電気伝導度を５〜４０Ｓ・ｃｍの範囲に設定し
て制御すれば、エンジンの空気比を０．９〜１．１の範
囲内に制御することができる。
【００２２】また、この装置の１０００℃における前記
両雰囲気間の９０％応答性（雰囲気を変化させたときに
電気伝導度が９０％変化するまでの時間）は１分以下で
あり、優れた応答性を示した。
両雰囲気間の９０％応答性（雰囲気を変化させたときに
電気伝導度が９０％変化するまでの時間）は１分以下で
あり、優れた応答性を示した。
【００２３】以上の実施例においては、薄膜１２の電気
伝導度を直流四端子法により測定したが、本発明はこれ
に限定されず、例えば直流二端子法（図示しない）によ
り測定してもよい。
伝導度を直流四端子法により測定したが、本発明はこれ
に限定されず、例えば直流二端子法（図示しない）によ
り測定してもよい。
【００２４】なお、本発明の酸素センサをエンジンの空
気比制御システムに組込む場合には、酸素濃度検知部の
みを排気ガスラインに取付け、少し離れたところにある
制御ユニット（図示しない）でこの酸素濃度検知部の電
気伝導度を検出するようにしてもよい。
気比制御システムに組込む場合には、酸素濃度検知部の
みを排気ガスラインに取付け、少し離れたところにある
制御ユニット（図示しない）でこの酸素濃度検知部の電
気伝導度を検出するようにしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】本発明の酸素センサは、構造が簡単で、
対温度特性や応答性にも優れている。
対温度特性や応答性にも優れている。
【図１】本発明の一実施例を示す概略断面図である。
１０ 基板 １２ 酸素濃度検知部（Ｌａ０．６０Ｓｒ０．３９Ｃｒ
Ｏ３薄膜） １４ 端子 １６ 電源 １８ 電流計 ２０ 端子 ２２ 電圧計
Ｏ３薄膜） １４ 端子 １６ 電源 １８ 電流計 ２０ 端子 ２２ 電圧計
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 稔 大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪 瓦斯株式会社内 (72)発明者 曽木 忠幸 大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪 瓦斯株式会社内 (72)発明者 梶村 敦子 滋賀県草津市草津２丁目５−12−904
Claims (4)
- 【請求項１】 酸素濃度検知部が、Ａサイトがイットリ
ウムもしくはランタノイドよりなり、Ｂサイトがクロム
もしくはマンガンよりなるＡＢＯ３型のペロブスカイト
型酸化物にアルカリ土類金属をドープした化合物または
それら化合物相互間の固溶体からなる酸素センサ。 - 【請求項２】 酸素濃度検知部が、酸化雰囲気で金属的
電気伝導性を有することを特徴とする請求項１記載の酸
素センサ。 - 【請求項３】 酸素濃度検知部が、ＬａＣｒＯ３もしく
はＬａＭｎＯ３にストロンチウムもしくはカルシウムを
Ａサイトの２０〜７０％ドープした化合物またはそれら
化合物相互間の固溶体からなることを特徴とする請求項
１または２に記載の酸素センサ。 - 【請求項４】 酸素濃度検知部が、厚さ０．０１〜５μ
ｍの薄膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
か１項に記載の酸素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21046293A JPH0763719A (ja) | 1993-08-25 | 1993-08-25 | 酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21046293A JPH0763719A (ja) | 1993-08-25 | 1993-08-25 | 酸素センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0763719A true JPH0763719A (ja) | 1995-03-10 |
Family
ID=16589739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21046293A Pending JPH0763719A (ja) | 1993-08-25 | 1993-08-25 | 酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0763719A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997012413A2 (de) * | 1995-09-25 | 1997-04-03 | Roth-Technik Gmbh & Co. Forschung Für Automobil- Und Umwelttechnik | Elektrodenmaterial für kohlenwasserstoffsensoren |
| US7236083B2 (en) | 2002-06-27 | 2007-06-26 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Resistance type oxygen sensor and oxygen sensor device using it and air/fuel ratio control system |
-
1993
- 1993-08-25 JP JP21046293A patent/JPH0763719A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997012413A2 (de) * | 1995-09-25 | 1997-04-03 | Roth-Technik Gmbh & Co. Forschung Für Automobil- Und Umwelttechnik | Elektrodenmaterial für kohlenwasserstoffsensoren |
| WO1997012413A3 (de) * | 1995-09-25 | 1997-06-19 | Roth Technik Gmbh | Elektrodenmaterial für kohlenwasserstoffsensoren |
| US6090249A (en) * | 1995-09-25 | 2000-07-18 | Heraeus Electro-Nite International | Electrode material for hydrocarbon sensors |
| US7236083B2 (en) | 2002-06-27 | 2007-06-26 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Resistance type oxygen sensor and oxygen sensor device using it and air/fuel ratio control system |
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