JPS62269054A - 水素センサ素子 - Google Patents
水素センサ素子Info
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- JPS62269054A JPS62269054A JP61112737A JP11273786A JPS62269054A JP S62269054 A JPS62269054 A JP S62269054A JP 61112737 A JP61112737 A JP 61112737A JP 11273786 A JP11273786 A JP 11273786A JP S62269054 A JPS62269054 A JP S62269054A
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- Pending
Links
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Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
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】
産業上の利用分野
本発明は気体中に含有されている水素ガスの量を検出す
るための水素ガスセンサに関する。
るための水素ガスセンサに関する。
従来の技術 シＭゲ＠１次寄” ’ ７ｊｌ ｎ、東、
最近エネルギーの需要の増大や、環境汚染によるクリー
ンエネルギーの要望等から、水素ガスをエネルギー源と
して使用しようとする要求が高まっている。一方水素ガ
スは引火点が低く危険性が高いガスであることから水素
ガスのガス洩れを検出するセンサの要求も大きくなって
きている。
最近エネルギーの需要の増大や、環境汚染によるクリー
ンエネルギーの要望等から、水素ガスをエネルギー源と
して使用しようとする要求が高まっている。一方水素ガ
スは引火点が低く危険性が高いガスであることから水素
ガスのガス洩れを検出するセンサの要求も大きくなって
きている。
従来の技術としては水素ガスを燃焼させることによる白
金線の抵抗値の変化を利用したセンサが知られているが
、このセンサは水素ガス以外のブタンやプロパン等の可
燃性ガスの共存の場合それらのガスが燃焼した時、この
センサはガス選択性がないので水素ガスとして検知して
しまうため誤差が大きい。又、ＷＯ１層を白金電極上に
設け、これと水素とを反応させるものは水素ガスをＷＯ
３中にスピルオーバーさせ、その結果生成したタングス
テンブロンブの電気抵抗低下を利用する方法はＷＯ３の
水素ガスに対する感度が低く不充分である。
金線の抵抗値の変化を利用したセンサが知られているが
、このセンサは水素ガス以外のブタンやプロパン等の可
燃性ガスの共存の場合それらのガスが燃焼した時、この
センサはガス選択性がないので水素ガスとして検知して
しまうため誤差が大きい。又、ＷＯ１層を白金電極上に
設け、これと水素とを反応させるものは水素ガスをＷＯ
３中にスピルオーバーさせ、その結果生成したタングス
テンブロンブの電気抵抗低下を利用する方法はＷＯ３の
水素ガスに対する感度が低く不充分である。
又、ＺｎＯ焼結体を用いた半導体方式のセンサが知られ
ているが、ＣＯガスが混在すると大きな影古を受け、大
きな誤差が生じ、測定濃度は比較的低濃度（数千ｐｐｍ
以下）であり、パーセントオーダーの測定は困難であり
、センサの出力は水素濃度に対して非直線であるため水
素濃度を求めるためには電気回路による補正が必要であ
る等の問題点があった。
ているが、ＣＯガスが混在すると大きな影古を受け、大
きな誤差が生じ、測定濃度は比較的低濃度（数千ｐｐｍ
以下）であり、パーセントオーダーの測定は困難であり
、センサの出力は水素濃度に対して非直線であるため水
素濃度を求めるためには電気回路による補正が必要であ
る等の問題点があった。
問題点を解決するための手段
本発明はこのような状況の下に種々検討の結果なされた
もので、酸素センサとしての固体電解質に着目し、酸素
センサとは逆の作用をする水素センサを生み出したもの
である。その概要は水素イオン導伝性固体電解質の両面
に多孔性電極を設け、その一方をアノード電極、他方を
カソード電極とし、アノード電極表面を蔽う水素拡散制
御体を設けた限界電流式水素センサである。ここに用い
られる水素イオン導伝体としては５ｒＣｅＯ，系固体電
解質の如きペロブスカイト系酸化物からなる結晶構造を
有し、酸素イオンの輸率が殆ど０、水素イオンの輸率が
は＼１のものを対象とするものである。
もので、酸素センサとしての固体電解質に着目し、酸素
センサとは逆の作用をする水素センサを生み出したもの
である。その概要は水素イオン導伝性固体電解質の両面
に多孔性電極を設け、その一方をアノード電極、他方を
カソード電極とし、アノード電極表面を蔽う水素拡散制
御体を設けた限界電流式水素センサである。ここに用い
られる水素イオン導伝体としては５ｒＣｅＯ，系固体電
解質の如きペロブスカイト系酸化物からなる結晶構造を
有し、酸素イオンの輸率が殆ど０、水素イオンの輸率が
は＼１のものを対象とするものである。
実施例
第１図に示すように水素イオン導伝性固体電解質１の両
面に多孔性電極を設けてあり、その一方はアノード２他
方はカソード３である。そしてアノード２を蔽う小孔４
付キヤツプ５が前記水素イオン導伝性固体電解質１に接
合されている。
面に多孔性電極を設けてあり、その一方はアノード２他
方はカソード３である。そしてアノード２を蔽う小孔４
付キヤツプ５が前記水素イオン導伝性固体電解質１に接
合されている。
即ち型としては限界電流式酸素センサの酸素イオン導伝
体（ジルコニア固体電解質）の代りに、水素イオン導伝
体を用いているもので、Ｈ２ガスは小孔より矢印方向に
流れ、水素イオン導伝体１の中に入る。ここでアノード
電極及びカソード電極上では次の反応が起る。（注図示
の如くアノードとカソードの位置は酸素センサの場合と
は逆になる。） アノード電極 Ｈｚ −２Ｈ” ＋２ｅ−（１）カソー
ド電極 ２Ｈ” ＋２ｅ−→Ｈｚ （２）
２）１ ”＋ −０，＋２ｅ−−Ｈ２Ｏ（３）酸素が存
在する雰囲気（例えばＨ２＋０□＋Ｎ２混合ガス）中で
は、カソード電極では（２１，（３＋の２つの反応が起
り、酸素が存在しない雰囲気（例えばＨ２＋Ｎ ｚ ＋
Ｈｚ ＋Ｈｅ 、 ＨＺ ＋ Ｎ ｅ 、 ）（ｚ
＋Ａｒ混合ガス等）中では２の反応のみが起る。
体（ジルコニア固体電解質）の代りに、水素イオン導伝
体を用いているもので、Ｈ２ガスは小孔より矢印方向に
流れ、水素イオン導伝体１の中に入る。ここでアノード
電極及びカソード電極上では次の反応が起る。（注図示
の如くアノードとカソードの位置は酸素センサの場合と
は逆になる。） アノード電極 Ｈｚ −２Ｈ” ＋２ｅ−（１）カソー
ド電極 ２Ｈ” ＋２ｅ−→Ｈｚ （２）
２）１ ”＋ −０，＋２ｅ−−Ｈ２Ｏ（３）酸素が存
在する雰囲気（例えばＨ２＋０□＋Ｎ２混合ガス）中で
は、カソード電極では（２１，（３＋の２つの反応が起
り、酸素が存在しない雰囲気（例えばＨ２＋Ｎ ｚ ＋
Ｈｚ ＋Ｈｅ 、 ＨＺ ＋ Ｎ ｅ 、 ）（ｚ
＋Ａｒ混合ガス等）中では２の反応のみが起る。
ここに本発明で用いられる固体電解質に言及すれば、ペ
ロブスカイト系酸化物にして例えば５ｒＣｅＯ，であり
より詳細には５ｒＣｅ＋−ＸＭｘ０３−８（但しＭ＝Ｓ
ｃ、Ｙｂ、Ｙなど、ｘ ＝０．０５〜０．１０）系固体
電解質が代表的なものとして知られている。こＦ−やノ の場合＃のＭｘは部分安定化ＺｒＯと同様にその添加割
合によって結晶構造が変化する。
ロブスカイト系酸化物にして例えば５ｒＣｅＯ，であり
より詳細には５ｒＣｅ＋−ＸＭｘ０３−８（但しＭ＝Ｓ
ｃ、Ｙｂ、Ｙなど、ｘ ＝０．０５〜０．１０）系固体
電解質が代表的なものとして知られている。こＦ−やノ の場合＃のＭｘは部分安定化ＺｒＯと同様にその添加割
合によって結晶構造が変化する。
本発明に基づき得られた水素センサの出力電力特性及び
限界電流特性は第２図及び第３図に示すとおりである。
限界電流特性は第２図及び第３図に示すとおりである。
本発明にいう限界電流式センサとは、測定しようとする
ガス種のイオンを主として導伝するイオン導伝体に対し
ガス種の分子を供給制限する手段を設け、該イオン導伝
体に電圧を印加した時に見られる電流、電圧特性、すな
わち限界電流特性を測定することにより目的のガス濃度
を検知するタイプのセンサを総称するものである。
ガス種のイオンを主として導伝するイオン導伝体に対し
ガス種の分子を供給制限する手段を設け、該イオン導伝
体に電圧を印加した時に見られる電流、電圧特性、すな
わち限界電流特性を測定することにより目的のガス濃度
を検知するタイプのセンサを総称するものである。
上記供給制限手段は種々のタイプがあり、例えば、本発
明者らがすでに提出した、第４図に示される如く水素イ
オン導伝性固体電解質１の両面に多孔性電極を設けてあ
り、その一方はアノード２、他方はカソード３である。
明者らがすでに提出した、第４図に示される如く水素イ
オン導伝性固体電解質１の両面に多孔性電極を設けてあ
り、その一方はアノード２、他方はカソード３である。
そしてアノード２を蔽う小孔（ピンホール）４ ｂ付ド
ーム状の金属薄膜５ｂが設けられたものや、或いはイオ
ン導伝体の一方の電極面上に緻密なガス拡散阻止層を形
成し、ガス拡散阻止層の周辺部から電極層を介してイオ
ン導伝体へガス拡散がなされるタイプ等様々な形式が存
在するものである。
ーム状の金属薄膜５ｂが設けられたものや、或いはイオ
ン導伝体の一方の電極面上に緻密なガス拡散阻止層を形
成し、ガス拡散阻止層の周辺部から電極層を介してイオ
ン導伝体へガス拡散がなされるタイプ等様々な形式が存
在するものである。
発明の効果
本発明は前記の如き構成であるから以下の如き効果を有
する。
する。
■） 水素濃度に対して比例した出力電流（限界電流）
が得られる。（次式参照） 但し ＩＬ：限界主流、Ｆ：ファラディ定数、Ｄ□２：
水素拡散係数、Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度、 Ｓ：
気体拡散孔面 ｌ：気体拡散孔長さ、Ｐ、、ｚ：水素分圧２） 気体拡
散孔の形状（面積や長さ）を変えることで低濃度（ｐｐ
ｍ領域）から高濃度（％領域）の水素濃度を測定できる
。
が得られる。（次式参照） 但し ＩＬ：限界主流、Ｆ：ファラディ定数、Ｄ□２：
水素拡散係数、Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度、 Ｓ：
気体拡散孔面 ｌ：気体拡散孔長さ、Ｐ、、ｚ：水素分圧２） 気体拡
散孔の形状（面積や長さ）を変えることで低濃度（ｐｐ
ｍ領域）から高濃度（％領域）の水素濃度を測定できる
。
３） センサ出力のドリフト（経時変化）やヒステリシ
スが殆どない。
スが殆どない。
４） ＣＯの影響を殆ど受けない。
等の効果を奏する。
第１図は本発明による水素センサ素子の一例を示す断面
図、第２図は本発明の水素センサ素子の印加電圧−出力
電流のグラフ、第３図は同じく水素濃度−眼界電流のグ
ラフ、第４図は本発明による水素センナ素子の他の一例
を示す断面図。 １・・・水素イオン導伝性固体電解質、２・・・アノー
ド、３・・・カソード、４・・・小孔、４ｂ・・・小孔
、５・・・キヤ・７プ、５ｂ・・・ドーム状の金属薄膜
代理人 弁理士 竹 内 守 菊１図 第２図 印加電圧
図、第２図は本発明の水素センサ素子の印加電圧−出力
電流のグラフ、第３図は同じく水素濃度−眼界電流のグ
ラフ、第４図は本発明による水素センナ素子の他の一例
を示す断面図。 １・・・水素イオン導伝性固体電解質、２・・・アノー
ド、３・・・カソード、４・・・小孔、４ｂ・・・小孔
、５・・・キヤ・７プ、５ｂ・・・ドーム状の金属薄膜
代理人 弁理士 竹 内 守 菊１図 第２図 印加電圧
Claims (2)
- （１）酸素イオン導伝性のない水素イオン導伝性固体電
解質の両面に多孔性電極を設け、その一方をアノード電
極、他方をカソード電極とし、アノード電極を蔽う水素
拡散制御体を設けたことを特徴とする水素センサ素子。 - （２）水素イオン導伝性固体電解質がＳｒＣｅＯ＿３の
如きペロブスカイト系酸化物である特許請求の範囲第１
項記載の水素センサ素子
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61112737A JPS62269054A (ja) | 1986-05-19 | 1986-05-19 | 水素センサ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61112737A JPS62269054A (ja) | 1986-05-19 | 1986-05-19 | 水素センサ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62269054A true JPS62269054A (ja) | 1987-11-21 |
Family
ID=14594286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61112737A Pending JPS62269054A (ja) | 1986-05-19 | 1986-05-19 | 水素センサ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62269054A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02189452A (ja) * | 1989-01-17 | 1990-07-25 | New Cosmos Electric Corp | 油中の溶存ガス濃度測定器 |
| WO2004068129A1 (ja) * | 2002-12-27 | 2004-08-12 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | ガスセンサ |
-
1986
- 1986-05-19 JP JP61112737A patent/JPS62269054A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02189452A (ja) * | 1989-01-17 | 1990-07-25 | New Cosmos Electric Corp | 油中の溶存ガス濃度測定器 |
| WO2004068129A1 (ja) * | 2002-12-27 | 2004-08-12 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | ガスセンサ |
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