JPS60111952A - ガルバニ電池式ガスセンサ - Google Patents
ガルバニ電池式ガスセンサInfo
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- JPS60111952A JPS60111952A JP58220275A JP22027583A JPS60111952A JP S60111952 A JPS60111952 A JP S60111952A JP 58220275 A JP58220275 A JP 58220275A JP 22027583 A JP22027583 A JP 22027583A JP S60111952 A JPS60111952 A JP S60111952A
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- Japan
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- membrane
- gas
- permeable
- electrolyte
- container
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/404—Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors
- G01N27/4045—Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors for gases other than oxygen
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、電解液に接する作用電極でガスを還元又は
酸化することにより、作用、対電極間にガス濃度に対応
したガルバニ電流を発生させるようにしたガルバニ電池
式ガスセンサに関する。
酸化することにより、作用、対電極間にガス濃度に対応
したガルバニ電流を発生させるようにしたガルバニ電池
式ガスセンサに関する。
従来のガルバニ電池式ガスセンサ、例えば水素センサ、
としては、第１図に示すようなものが知られている。同
図において、（１）は電解液（２）が収納された容器で
あり、この容器（１）に形成された窓（３）は、例えば
弗素樹脂フィルム等のガス透過性の透過膜（４）により
閉止されている。（５）は電解液（２）で満たされた窓
（３）内に配置された例えば白金からなる作用電極であ
り、この作用電極（５）と透過膜（４）との間には極薄
の電解液層（６）が形成される。前記容器（１）内には
電解液（２）に浸漬された対電極（７）が設けられ、こ
の対電極（７）は例えば白金からなる。（８）（９）は
前記作用電極（５）、対電極（７）にそれぞれ接続され
たリード線である。このような水素センサは、透過膜（
４）に接している気体中の水素が透過膜（４）の水素透
過能に応じて該透過膜（４）を透過し電解液（２）中に
供給される。この電解液（２）中の水素は、電解液層（
６）中を拡散して作用電極（５）に到達し、この作用電
極（５）において、Ｈ２→２Ｉ−Ｉ＋＋２ｅ−という酸
化反応が、一方、対電極（７）において、２１−１１”
−＋−２ｅ−→■Ｊ２ という還元反応が、行なわれ
、これらの作用電極（５）と対電極（７）との間にガル
バニ電流が流れる。このガルバニ電流は水素濃度に比例
しているので、このガルバニ電流値から水素濃度を知る
ことができる。
としては、第１図に示すようなものが知られている。同
図において、（１）は電解液（２）が収納された容器で
あり、この容器（１）に形成された窓（３）は、例えば
弗素樹脂フィルム等のガス透過性の透過膜（４）により
閉止されている。（５）は電解液（２）で満たされた窓
（３）内に配置された例えば白金からなる作用電極であ
り、この作用電極（５）と透過膜（４）との間には極薄
の電解液層（６）が形成される。前記容器（１）内には
電解液（２）に浸漬された対電極（７）が設けられ、こ
の対電極（７）は例えば白金からなる。（８）（９）は
前記作用電極（５）、対電極（７）にそれぞれ接続され
たリード線である。このような水素センサは、透過膜（
４）に接している気体中の水素が透過膜（４）の水素透
過能に応じて該透過膜（４）を透過し電解液（２）中に
供給される。この電解液（２）中の水素は、電解液層（
６）中を拡散して作用電極（５）に到達し、この作用電
極（５）において、Ｈ２→２Ｉ−Ｉ＋＋２ｅ−という酸
化反応が、一方、対電極（７）において、２１−１１”
−＋−２ｅ−→■Ｊ２ という還元反応が、行なわれ
、これらの作用電極（５）と対電極（７）との間にガル
バニ電流が流れる。このガルバニ電流は水素濃度に比例
しているので、このガルバニ電流値から水素濃度を知る
ことができる。
しかしながら、このような従来の水素センサにあっては
、電解液（２）中に気泡が混入すると、この気泡はセン
サ周囲の雰囲気の温＋Ｖおよび気圧の変動によって膨張
収縮し、電解液（２）の内圧を昇降させる。この内圧の
昇降により軟弱な透過膜（４）が上下に変形し、これに
より、透過膜（１１）と作用電極（５）との間の電解液
層（６）の厚さが変化する。この電解液層（６）の厚さ
が変化すると、水素濃度が一定でも、透過膜（４）を透
過した水素の作用電極（５）への到達量が変動し、この
結果、ガルバニ電流値が変動してセンサ出力が不安定に
なるという間；偵点がある。また、対電極（７）に白金
板等を使用したものでは、透過膜（４）に高濃度の水素
又は長期間連続的に水素を接触させると、対電極（７）
が水素の還元反応に追従できなくなり、これにより対電
極（７）の電位が変動してガルバニ電流値が変動すると
いう問題点もある。第２図は、水素の電流電位曲線を示
すもので、同図から明らかなように、対電極（７）の電
位変動による両極間電位の変動によって水素濃度が一定
であっても電流値が大きく変化するのである。この電流
電位曲線は、作用型４ｉ（５）として白金をスパッタ法
により付着したものを使用し、また、対電極（７）とし
て白金ブラックをバインダで焼結したものを使用し、水
素濃度を３ Ｑ ＯＯＩ）ｐｍ／’Ｎ２として測定した
結果である。
、電解液（２）中に気泡が混入すると、この気泡はセン
サ周囲の雰囲気の温＋Ｖおよび気圧の変動によって膨張
収縮し、電解液（２）の内圧を昇降させる。この内圧の
昇降により軟弱な透過膜（４）が上下に変形し、これに
より、透過膜（１１）と作用電極（５）との間の電解液
層（６）の厚さが変化する。この電解液層（６）の厚さ
が変化すると、水素濃度が一定でも、透過膜（４）を透
過した水素の作用電極（５）への到達量が変動し、この
結果、ガルバニ電流値が変動してセンサ出力が不安定に
なるという間；偵点がある。また、対電極（７）に白金
板等を使用したものでは、透過膜（４）に高濃度の水素
又は長期間連続的に水素を接触させると、対電極（７）
が水素の還元反応に追従できなくなり、これにより対電
極（７）の電位が変動してガルバニ電流値が変動すると
いう問題点もある。第２図は、水素の電流電位曲線を示
すもので、同図から明らかなように、対電極（７）の電
位変動による両極間電位の変動によって水素濃度が一定
であっても電流値が大きく変化するのである。この電流
電位曲線は、作用型４ｉ（５）として白金をスパッタ法
により付着したものを使用し、また、対電極（７）とし
て白金ブラックをバインダで焼結したものを使用し、水
素濃度を３ Ｑ ＯＯＩ）ｐｍ／’Ｎ２として測定した
結果である。
この発明は前述の問題点に着目してなされたもので、雰
囲気の変動に対して出力が安定し、かつ、小型化しても
低濃度から高濃度までのガスを連続的に測定可能なガス
センサを提供することを目的としている。
囲気の変動に対して出力が安定し、かつ、小型化しても
低濃度から高濃度までのガスを連続的に測定可能なガス
センサを提供することを目的としている。
このような目的は、電解液が収納された容器と、容器に
形成された第１開口を閉止し測定ガスに接するガス透過
性の第１透過膜と、容器に形成された第２開口を閉止し
外気に接するガス透過性の第２透過膜と、第１透過ｊ換
の電解液に接する内面に被着された多孔性の作用電極膜
と、第２透過膜の電解液に接する内面に被着された多孔
性の対電極膜と、を備え、第１透過膜を透過したガスが
作用電極膜で還元又は酸化されることにより作用電極膜
と対電極膜との間にガス濃度に応じたガルバニ電流が流
れるようにすることにより達成することができる。
形成された第１開口を閉止し測定ガスに接するガス透過
性の第１透過膜と、容器に形成された第２開口を閉止し
外気に接するガス透過性の第２透過膜と、第１透過ｊ換
の電解液に接する内面に被着された多孔性の作用電極膜
と、第２透過膜の電解液に接する内面に被着された多孔
性の対電極膜と、を備え、第１透過膜を透過したガスが
作用電極膜で還元又は酸化されることにより作用電極膜
と対電極膜との間にガス濃度に応じたガルバニ電流が流
れるようにすることにより達成することができる。
以下、この発明の一実施例の構成を図面に基づいて説明
する。
する。
第３図において、（１υは容器であり、この容器（１１
）は本体（１つと、本体（１りに固定された側壁（１３
）（＋４１と、から構成されている。この容器（１１）
内には電解液（１艶が収納されており、この電解液（１
ωは例えば、硫酸、リン酸、水酸化カリウム、水酸化す
トリウム、塩化カリウム等の水溶液により構成される。
）は本体（１つと、本体（１りに固定された側壁（１３
）（＋４１と、から構成されている。この容器（１１）
内には電解液（１艶が収納されており、この電解液（１
ωは例えば、硫酸、リン酸、水酸化カリウム、水酸化す
トリウム、塩化カリウム等の水溶液により構成される。
０６）は側壁（１３）に形成された第１開口としてのガ
ス取入口であり、このガス取入口（１（＋’）は本体（
１２１と側壁（１３１との間に挾持された第１透過膜０
７）により閉止されている。
ス取入口であり、このガス取入口（１（＋’）は本体（
１２１と側壁（１３１との間に挾持された第１透過膜０
７）により閉止されている。
（ｌ唱ま側壁（１４）に形成された第２じ旧コとしての
空気取入口であり、この空気取入口α８）は本体（１２
＋と側壁０４）との間に挾持された第２透過膜（１１に
より閉止されている。＾（Ｉ記第１、第２透過膜（１η
（１０は共にポリエチレンフィルム、弗素樹脂フィルム
等のガス透過性を有する多孔質膜から構成され、この結
果、測定ガスに接する第１透過膜０７）をガス、例えば
水素、が透過して電解液（１５１に供給され、一方、外
気に接する第２透過膜（１９を酸素が透過して電解液（
１５）に供給される。前記第１透過膜（１７）の電解液
（１９に接する内面には、白金、パラジウム、ロジウム
、ルテニウム、オスニウム、イリジウムおよびそれらの
合金よりなる群から選択された物質から構成された作用
電極膜（２０）が被着されている。この作用電極膜（２
＠は蒸着、スパッタ、イオンブレーティングの方法また
は弗素樹脂の粒子と結合した状態で被着され、この結果
、作用電極膜（イ）は多孔性を有する。
空気取入口であり、この空気取入口α８）は本体（１２
＋と側壁０４）との間に挾持された第２透過膜（１１に
より閉止されている。＾（Ｉ記第１、第２透過膜（１η
（１０は共にポリエチレンフィルム、弗素樹脂フィルム
等のガス透過性を有する多孔質膜から構成され、この結
果、測定ガスに接する第１透過膜０７）をガス、例えば
水素、が透過して電解液（１５１に供給され、一方、外
気に接する第２透過膜（１９を酸素が透過して電解液（
１５）に供給される。前記第１透過膜（１７）の電解液
（１９に接する内面には、白金、パラジウム、ロジウム
、ルテニウム、オスニウム、イリジウムおよびそれらの
合金よりなる群から選択された物質から構成された作用
電極膜（２０）が被着されている。この作用電極膜（２
＠は蒸着、スパッタ、イオンブレーティングの方法また
は弗素樹脂の粒子と結合した状態で被着され、この結果
、作用電極膜（イ）は多孔性を有する。
一方、前記第２透過膜（Ｌ’Ｓの電解液（ｌ■に接する
内面には、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、
オスニウム、イリジウムおよびそれらの合金よりなる群
から選択された物質から構成さねた対電極膜（２１）が
被着されている。この対電極膜（２１）は蒸着、スパッ
タ、イオンブレーティングの方法または弗素樹脂の粒子
と結合した状態で被着され、この結果、対電＄１！、膜
（２１）は多孔性を有する。（２２１のは一端が作用電
極ｊＩαｆ２ｆ１＋、対電極ｊ摸（２Ｉ）にそれぞれ接
続されたリード線であり、これらのリード線（２２１（
２３１間にはｆｆ＋’１度補償用のサーミスタθ４）が
介装され、また、これらのリード線（２２＋ ＋２３１
の他端には出力鼎１１子（２５１＜ＩＧＩが設けられて
いる。
内面には、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、
オスニウム、イリジウムおよびそれらの合金よりなる群
から選択された物質から構成さねた対電極膜（２１）が
被着されている。この対電極膜（２１）は蒸着、スパッ
タ、イオンブレーティングの方法または弗素樹脂の粒子
と結合した状態で被着され、この結果、対電＄１！、膜
（２１）は多孔性を有する。（２２１のは一端が作用電
極ｊＩαｆ２ｆ１＋、対電極ｊ摸（２Ｉ）にそれぞれ接
続されたリード線であり、これらのリード線（２２１（
２３１間にはｆｆ＋’１度補償用のサーミスタθ４）が
介装され、また、これらのリード線（２２＋ ＋２３１
の他端には出力鼎１１子（２５１＜ＩＧＩが設けられて
いる。
次に、この発明の一実施例の作用について説明する。
まず、ガス取入口（１６）を通じて水素を含む気体を第
１透過膜（１７）に導ひくと、水素は第１透過膜（１７
）中を該第１透過膜（＋７）の透過能に応じて透過し、
次に、多孔性の作用電極膜（２０）を透過する。そして
、作用電極膜（２０）を抜は出た電解液（１５）との界
面において、この水素はＨ２→２１（＋＋２ｅ−という
酸化反応によりイオン化する。一方、空気取入口（１８
）には常時外気が供給されているため、この外気中の高
濃度（２１％）酸素が第２透過膜ｕ９、多孔性の対電極
膜（２１）を透過する。そして、対電極膜（２１）を抜
は出ま た電解液（１つとの界面において、この酸素は医０２＋
２Ｈ＋＋ ２ｅ−→Ｈ２０という還元反応により水が
生成され、対電極膜（２１＋が安定した電位の静止電極
となる。上述のような酸化還元反応により、作用電極膜
（２０）と対電極膜（２１）との間にガルバニ電流が発
生し、このガルバニ電流はリード線（２２１Ｃ２３１を
通じてサーミスタ（２４）を流れ、出力端子＋２５１
＋２ｂｌに出力電圧が発生ずる。この出力電圧は作用電
極膜（２１１）で酸化される水素の濃度に比例している
ので、この出力電圧を測定することにより水素濃度を知
ることができる。ここで、電解液（１５１中に気泡が混
入し、この状態でセンサの周囲の雰囲気の温度、気圧が
変動すると、容器（１１）の内圧が昇降し、第１、第２
透過膜（１７）（１９）がこの内圧の昇降に応じて変形
する。しかしながら、作用電極膜（２１）および対電極
膜（２１）は前述のように第１透過膜（＋７）および第
２透過膜θωにそれぞれ被着されているため、第１、第
２透過膜（１７）Ｑ：ｈの変形に追従し、この結果、酸
化還元反応が行なわれる界面へは供給された水素の濃度
に正確に対応した量の水素が到達し、卯、１、第２透過
ｊ１σ！： （Ｉ ｎ （＋！１１の変形によってはガ
ルバニ電流値は変動しない。
１透過膜（１７）に導ひくと、水素は第１透過膜（１７
）中を該第１透過膜（＋７）の透過能に応じて透過し、
次に、多孔性の作用電極膜（２０）を透過する。そして
、作用電極膜（２０）を抜は出た電解液（１５）との界
面において、この水素はＨ２→２１（＋＋２ｅ−という
酸化反応によりイオン化する。一方、空気取入口（１８
）には常時外気が供給されているため、この外気中の高
濃度（２１％）酸素が第２透過膜ｕ９、多孔性の対電極
膜（２１）を透過する。そして、対電極膜（２１）を抜
は出ま た電解液（１つとの界面において、この酸素は医０２＋
２Ｈ＋＋ ２ｅ−→Ｈ２０という還元反応により水が
生成され、対電極膜（２１＋が安定した電位の静止電極
となる。上述のような酸化還元反応により、作用電極膜
（２０）と対電極膜（２１）との間にガルバニ電流が発
生し、このガルバニ電流はリード線（２２１Ｃ２３１を
通じてサーミスタ（２４）を流れ、出力端子＋２５１
＋２ｂｌに出力電圧が発生ずる。この出力電圧は作用電
極膜（２１１）で酸化される水素の濃度に比例している
ので、この出力電圧を測定することにより水素濃度を知
ることができる。ここで、電解液（１５１中に気泡が混
入し、この状態でセンサの周囲の雰囲気の温度、気圧が
変動すると、容器（１１）の内圧が昇降し、第１、第２
透過膜（１７）（１９）がこの内圧の昇降に応じて変形
する。しかしながら、作用電極膜（２１）および対電極
膜（２１）は前述のように第１透過膜（＋７）および第
２透過膜θωにそれぞれ被着されているため、第１、第
２透過膜（１７）Ｑ：ｈの変形に追従し、この結果、酸
化還元反応が行なわれる界面へは供給された水素の濃度
に正確に対応した量の水素が到達し、卯、１、第２透過
ｊ１σ！： （Ｉ ｎ （＋！１１の変形によってはガ
ルバニ電流値は変動しない。
また、前述のように対電極膜（２１）へは定濃度（２１
％）の酸素が供給されているため還元電位が一定に保た
れ、しかも、この酸素濃度は高いため、電極面積を小さ
くすることができる。この結果、センサを小型化しても
、水素を低濃度から高ｆｆ、１Ｍ度に至るまで安定した
出力で測定でき、しかも、水素に連続接触しても出力が
変動することはない。フ、ｃお、前記還元電位は電解液
が硫酸溶液の場合標準水素電極電位に対して約１．２３
−Ｖとなる。また、作用電極膜（２Ｑｌは多孔性である
ため、表面積は大きく低濃度（１０ｐｐｍ ）の水素も
測定可能となった。
％）の酸素が供給されているため還元電位が一定に保た
れ、しかも、この酸素濃度は高いため、電極面積を小さ
くすることができる。この結果、センサを小型化しても
、水素を低濃度から高ｆｆ、１Ｍ度に至るまで安定した
出力で測定でき、しかも、水素に連続接触しても出力が
変動することはない。フ、ｃお、前記還元電位は電解液
が硫酸溶液の場合標準水素電極電位に対して約１．２３
−Ｖとなる。また、作用電極膜（２Ｑｌは多孔性である
ため、表面積は大きく低濃度（１０ｐｐｍ ）の水素も
測定可能となった。
なお、前記実施例では作用電極膜（’、）（１１でガス
を還元したが、ガスの種類によっては酸化する場合もあ
る。
を還元したが、ガスの種類によっては酸化する場合もあ
る。
以上説明したように、この発明によれば、雰囲気が変動
しても出力は安定し、また、小型化しても低濃度から高
濃ｊ隻のガスを連続的に測定することができる。
しても出力は安定し、また、小型化しても低濃度から高
濃ｊ隻のガスを連続的に測定することができる。
第１図は従来のガルバニ電池式ガスセンサの一例を示す
断面図、第２図は水素の電流電位曲線を示すグラフ、第
３図はこの発明の一実施例を示す断面図である。 （１υ・・・容器 （＋５）・・・電解液（１ｊｉ）・
・・第１開口（ガス取入口） （１７）・・・第１透過
月１りｆｌｌｊ・・・第２開口（空気取入口）（１饋・
・・第２透過膜（２０）・・・作用電極膜 （２１）・
・・対電極膜特許出願人 理研計器株式会社 代理人 弁理士 多 １）敏 雄
断面図、第２図は水素の電流電位曲線を示すグラフ、第
３図はこの発明の一実施例を示す断面図である。 （１υ・・・容器 （＋５）・・・電解液（１ｊｉ）・
・・第１開口（ガス取入口） （１７）・・・第１透過
月１りｆｌｌｊ・・・第２開口（空気取入口）（１饋・
・・第２透過膜（２０）・・・作用電極膜 （２１）・
・・対電極膜特許出願人 理研計器株式会社 代理人 弁理士 多 １）敏 雄
Claims (1)
- 電解液が収納された容器と、容器に形成された第１開口
を閉止し測定ガスに接するガス透過性の第１透過膜と、
容器に形成された第２開口を閉止し外気に接するガス透
過性の第２透過膜と、第１透過膜の電解液に接する内面
に被着された多孔性の作用電極膜と、第２透過膜の電解
液に接する内面に被着された多孔性の対電極膜と、を備
え、第１透過膜を透過したガスが作用型４ｉｆｆｌ膜で
還元又は酸化されることにより作用型４’Ｍ ＩＩ〆、
′！と対電極膜との間にガス濃度に応じたガルバニ電流
が流れるようにしたことを特徴とするガルバニ電池式ガ
スセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58220275A JPS60111952A (ja) | 1983-11-22 | 1983-11-22 | ガルバニ電池式ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58220275A JPS60111952A (ja) | 1983-11-22 | 1983-11-22 | ガルバニ電池式ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60111952A true JPS60111952A (ja) | 1985-06-18 |
| JPH0334824B2 JPH0334824B2 (ja) | 1991-05-24 |
Family
ID=16748615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58220275A Granted JPS60111952A (ja) | 1983-11-22 | 1983-11-22 | ガルバニ電池式ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60111952A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62127663A (ja) * | 1985-11-13 | 1987-06-09 | イ−エスエイ インコ−ポレ−テツド | 電気化学処理用センサー電極、並びにそれを利用する液体クロマトグラフ装置及び電気化学セル |
| JPH0634595A (ja) * | 1992-07-21 | 1994-02-08 | Japan Storage Battery Co Ltd | ガルバニ電池式可燃性ガスセンサ |
| JP2000275209A (ja) * | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Yamari Sangyo Kk | 水素センサ |
| JP2006284312A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | New Cosmos Electric Corp | ガルバニ電池式酸素センサ |
-
1983
- 1983-11-22 JP JP58220275A patent/JPS60111952A/ja active Granted
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62127663A (ja) * | 1985-11-13 | 1987-06-09 | イ−エスエイ インコ−ポレ−テツド | 電気化学処理用センサー電極、並びにそれを利用する液体クロマトグラフ装置及び電気化学セル |
| JPH0634595A (ja) * | 1992-07-21 | 1994-02-08 | Japan Storage Battery Co Ltd | ガルバニ電池式可燃性ガスセンサ |
| JP2000275209A (ja) * | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Yamari Sangyo Kk | 水素センサ |
| JP2006284312A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | New Cosmos Electric Corp | ガルバニ電池式酸素センサ |
| JP4630108B2 (ja) * | 2005-03-31 | 2011-02-09 | 新コスモス電機株式会社 | ガルバニ電池式酸素センサ |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0334824B2 (ja) | 1991-05-24 |
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