KR101287003B1 - 산화촉매를 이용한 질소산화물 센서 - Google Patents
산화촉매를 이용한 질소산화물 센서 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101287003B1 KR101287003B1 KR1020110083843A KR20110083843A KR101287003B1 KR 101287003 B1 KR101287003 B1 KR 101287003B1 KR 1020110083843 A KR1020110083843 A KR 1020110083843A KR 20110083843 A KR20110083843 A KR 20110083843A KR 101287003 B1 KR101287003 B1 KR 101287003B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- precious metal
- nitrogen
- nitrogen oxide
- oxygen
- sensing electrode
- Prior art date
Links
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 302
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 61
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 61
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 claims description 58
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 23
- -1 oxygen ion Chemical class 0.000 claims description 21
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims description 18
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 9
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910018871 CoO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N CuO Inorganic materials [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N nickel(II) oxide Inorganic materials [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 15
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 13
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- LZDSILRDTDCIQT-UHFFFAOYSA-N dinitrogen trioxide Chemical compound [O-][N+](=O)N=O LZDSILRDTDCIQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000002085 irritant Substances 0.000 description 1
- 231100000021 irritant Toxicity 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/41—Oxygen pumping cells
-
- 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
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4073—Composition or fabrication of the solid electrolyte
-
- 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
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4075—Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts
-
- 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
- G01N27/416—Systems
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
- G01N27/419—Measuring voltages or currents with a combination of oxygen pumping cells and oxygen concentration cells
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
- G01N33/0037—NOx
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
본 발명은 질소산화물 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 일산화질소 및 이산화질소가 산화촉매에서 분해되어 발생되는 산소의 농도를 전압이나 전류를 이용하여 질소산화물 가스의 총양을 측정하는 질소산화물 센서에 관한 것이다.
Description
본 발명은 질소산화물 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 질소산화물 가스를 일산화질소로 변환하고, 변환된 일산화질소를 산소와 질소로 분해하는 산소펌핑셀를 이용함으로써 질소산화물 가스의 총양을 측정하는 질소산화물 센서에 관한 것이다.
질소산화물은 연소공기 및 연료에 함유된 질소가 온도 등의 영향을 받아 산소와 결합하여 생성된 것으로 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 및 삼산화이질소(N2O3)를 포함하여 총칭하여 NOX로 표시한다.
특히, 상기 이산화질소는 적갈색의 자극성 냄새가 있는 유독한 기체로, 상기 질소산화물은 일산화질소 및 이산화질소가 대부분을 차지하며 자동차와 같은 운송수단에 의해 많이 유발되어 대기오염원으로 작용하게 되므로 질소산화물 농도 측정의 필요성이 증가되고 있다.
종래의 질소산화물의 농도를 측정할 수 있는 센서는 혼합전위방식을 이용하는 질소산화물 센서가 제안된 바 있으며, 상기 혼합전위방식을 이용한 질소산화물 센서를 도 1a에 도시하였다.
상기 도 1a에 도시한 혼합전위방식을 이용하는 질소산화물 센서는 안정화 지르코니아를 이용하는 산소이온 전도체(110); 상기 산소이온 전도체의 일측면에 형성되는 산화물 감지전극(120); 상기 산화물 감지전극(120)에 형성되는 제1기준전극(130); 및 상기 산소이온 전도체(110)에 형성되는 제2기준전극(140)으로 형성되며, 상기 제1기준전극(130) 및 제2기준전극(140) 양단의 전압을 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 혼합전위방식을 이용하는 질소산화물 센서는 산화물 감지전극이 질소산화물과 산소에 반응성을 가지나 기준전극은 산소에만 반응성을 갖고 있어, 가스 중에 포함된 질소산화물의 농도에 따라 상기 기준전극과 산화물감지전극 간의 전압차이가 발생하게 되므로 이 기전력의 차이를 측정함으로서 질소산화물의 양을 측정하는 방식이다.
도 1b는 상기 도 1a에 도시한 질소산화물 센서의 일산화질소 또는 이산화질소가 대부분인 경우에서의 기전력 그래프로 상기 도 1b는 700℃, 산소 분압 5%의 조건에서 측정되었다.
상기 도 1b에 도시한 바와 같이, 80분을 기준으로 80분 이전에는 이산화질소가 대부분이며 80분 이후에는 일산화질소가 대부분인 경우로, 실제 측정되는 기전력은 이산화질소가 대부분인 경우에는 이산화질소의 농도와 유사한 그래프의 형태를 보이지만 일산화질소가 대부분인 경우에는 일산화질소에 따른 현저한 감도저하로 인해 일산화질소가 대기의 대부분을 차지하는 경우에 상기 질소산화물 센서는 제 역할을 제대로 수행할 수 없음을 알 수 있다.
다시 말해, 도 1a에 도시한 질소산화물 센서는 이산화질소가 대부분인 경우에는 어느정도의 신뢰성을 가지나, 일산화질소가 대부분인 경우에는 일산화질소에 따른 현저한 감도저하로 인해 제 역할을 수행하기 어렵다.
더욱 상세하게, 상기 혼합전위방식을 이용하는 질소산화물 센서는 이산화질소가 존재하는 경우에는 아래의 식 및 식(2)과 같은 반응이 일어나며, 일산화질소가 존재하는 경우에는 아래의 식(3) 및 식(4)와 같은 반응이 일어난다.
NO2의 경우 : NO2 + 2e - → NO + O2 - ........
O2 - → 1/2O2 + 2e - ........ (2)
NO의 경우 : NO + O2 - → NO2 + 2e - ........ (3)
1/2O2 + 2e - → O2 - ........ (4)
상기 식 내지 식(4)를 통해 표현되는 바와 같이, 일산화질소가 존재할 때 귀금속전극과 감지전극 사이에 발생되는 기전력의 부호는 이산화 질소가 존재할 때의 귀금속전극과 감지전극 사이에 발생되는 기전력의 부호와 서로 상반된다. 이에 따라, 실제 대기상태와 같이 일산화질소 및 이산화질소가 혼재되어 있는 경우에 상기 혼합전위를 이용하는 질소산화물 센서는 기전력이 서로 반대로 변화하는 특성에 의해 질소산화물의 총량을 측정하기는 힘든 단점이 있다.
상술한 바와 같이, 종래의 혼합전위방식을 이용한 질소산화물 센서는 일산화질소가 높은 농도를 갖는다 할지라도 이를 감지하지 못하므로 이를 해결할 수 있는 질소산화물 센서에 대한 개발이 요구되고 있다.
한편, 감지센서의 다양한 예로서, 평판형 공연비 감지센서(대한민국 공개특허공보 제10-1998-0003570호) 및 가스성분측정장치(대한민국 공개특허공보 제10-2001-0090219호)가 제안된 바 있다.
한편, 감지센서의 다양한 예로서, 평판형 공연비 감지센서(대한민국 공개특허공보 제10-1998-0003570호) 및 가스성분측정장치(대한민국 공개특허공보 제10-2001-0090219호)가 제안된 바 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 질소산화물 가스를 일산화질소로 변환하고, 변환된 일산화질소를 산소와 질소로 분해하는 산소펌핑셀를 이용함으로써 분질소산화물 가스의 총양을 측정하는 질소산화물 센서를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 공기 중의 일산화질소가 높은 농도를 갖는다 할지라도 전체 질소산화물의 농도를 용이하게 측정가능한 질소산화물 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 질소산화물 센서(1)는 산소이온 전도성 고체전해질(11)과, 상기 산소 이온 전도성 고체전해질(11) 양측면에 각각 형성되는 제1귀금속 감지전극(12) 및 제2귀금속 감지전극(13)과, 상기 제1귀금속 감지전극(12) 및 제2귀금속 감지전극(13)으로부터 각각 연결되어 연장되는 제1기전력 리드선(14)을 포함하는 측정셀(10); 상기 측정셀(10)의 제1귀금속 감지전극(12)이 형성된 측에 질소산화물 가스를 일산화질소로 변환하고, 변환된 일산화질소를 산소와 질소로 분해하며, 산화물 촉매 전해질층(21)과, 상기 산화물 촉매 전해질층(21)의 양측면에 각각 형성되는 제1보조귀금속 전극(22) 및 제2보조귀금속 전극(23)과, 상기 제1보조귀금속 전극(22) 및 제2보조귀금속 전극(23)으로부터 각각 연결되어 연장되는 제2기전력 리드선(24)을 포함하는 산소펌핑셀(20); 상기 측정셀(10)의 제2귀금속 감지전극(13)이 형성된 측에 구비되는 마개(50); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 측정셀(10)은 상기 산소이온 전도성 고체전해질(11)의 양측면이 내측으로 오목하게 형성되고, 상기 산소이온 전도성 고체전해질(11)의 오목한 안착부에 상기 제1귀금속 감지전극(12) 및 제2귀금속 감지전극(13)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 산소펌핑셀(20)은 상기 산화물 촉매 전해질층(21)이 NiO, CuO, SnO2, CoO2, TiO2, WO3, Al2O3 또는 GdO에서 선택되는 1종 이상의 산화물인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 산소펌핑셀(20)은 상기 제1보조귀금속 전극(22) 및 제2보조귀금속 전극(23)이 Pt, Rh, Au 및 Pd에서 선택되는 하나의 귀금속 촉매인 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 산소펌핑셀(20)의 두께(t)는 0.3 내지 1 (mm)인 것을 특징으로 한다.
또, 상기 산소이온 전도성 고체전해질(11)은 안정화 지르코니아, CeO2, 또는 ThO2에서 선택되는 1종으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 질소산화물 센서는 질소산화물 가스를 일산화질소로 변환하고, 변환된 일산화질소를 산소와 질소로 분해하는 산소펌핑셀를 이용함으로써 분질소산화물 가스의 총양을 측정할 수 있으며, 특히, 공기 중의 일산화질소가 높은 농도를 갖는다 할지라도 전체 질소산화물의 농도를 용이하게 측정가능한 장점이 있다.
도 1a은 종래의 혼합전위방식을 이용한 질소산화물 센서를 나타낸 개략도.
도 1b는 상기 도 1a에 도시한 질소산화물 센서의 일산화질소 또는 이산화질소가 대부분인 경우에서의 기전력 그래프.
도 2는 본 발명의 질소산화물 센서에 따른 개략도.
도 3은 본 발명의 질소산화물 센서에 따른 전압변화를 나타낸 그래프 및 이론 값과 측정 값의 상관관계를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 다른 질소산화물 센서에 따른 전압변화를 나타낸 그래프 및 이론 값과 측정 값의 상관관계를 나타낸 그래프.
도 1b는 상기 도 1a에 도시한 질소산화물 센서의 일산화질소 또는 이산화질소가 대부분인 경우에서의 기전력 그래프.
도 2는 본 발명의 질소산화물 센서에 따른 개략도.
도 3은 본 발명의 질소산화물 센서에 따른 전압변화를 나타낸 그래프 및 이론 값과 측정 값의 상관관계를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 다른 질소산화물 센서에 따른 전압변화를 나타낸 그래프 및 이론 값과 측정 값의 상관관계를 나타낸 그래프.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 질소산화물 센서를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 질소산화물 센서(1)는 측정셀(10), 산소펌핑셀(20), 마개(50)를 포함하여 셩성된다.
상기 측정셀(10)은 질소농도를 감지하는 셀로서, 산소이온 전도선 고체전해질(11), 제1귀금속 감지전극(12), 제2귀금속 감지전극(13), 및 제1기전력 리드선(14)을 포함하여 형성된다.
상기 산소이온 전도성 고체전해질(11)은 안정화 지르코니아, CeO2, 또는 ThO2에서 선택되는 1종으로 형성될 수 있다.
상기 제1귀금속 감지전극(12) 및 제2귀금속 감지전극(13)은 상기 산소이온 전도성 고체전해질(11)의 양측 면에 각각 형성되며, 제1기전력 리드선(14)에 의해 연결된다.
상기 산소펌핑셀(20)은 상기 측정셀(10)의 제1귀금속 감지전극(12)이 형성된 측에 형성되는 구성으로서, 질소산화물 가스를 일산화질소로 변환하고, 변환된 일산화질소를 산소와 질소로 분해한다.
이 때, 상기 산소펌핑셀(20)은 산화물 촉매 전해질층(21), 제1보조귀금속 전극(22), 제2보조귀금속 전극(23), 및 제2기전력 리드선(24)을 포함하여 형성되며, 상기 산화물 촉매 전해질층(21)은 내부에 다수의 기공이 형성된 다공성 형태로 형성되며, NiO, CuO, SnO2, CoO2, TiO2, WO3, Al2O3 또는 GdO에서 선택되는 1종 이상의 산화물로 이루어진다.
상기 제1보조귀금속 전극(22), 및 제2보조귀금속 전극(23)은 상기 산화물에 귀금속 촉매를 도포하여 형성될 수 있으며, 상기 귀금속 촉매는 Pt, Rh, Au 및 Pd에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
또, 상기 산소펌핑셀(20)의 두께(t)는 0.3 내지 1 (mm)로 형성되는 것이 바람직하다.
더욱 상세하게, 상기 산소펌핑셀(20)의 두께(t)가 0.3 (mm) 미만일 경우에, 질소산화물 가스를 일산화질소로 변환하고, 변환된 일산화질소를 산소와 질소로 분해하는 기능을 원활히 수행하기 어려우며, 상기 산소펌핑셀(20)의 두께(t)가 1 (mm) 초과일 경우에, 반응이 불안정하게 된다.
상기 마개(50)는 상기 측정셀(10)의 제2귀금속 감지전극(13)이 형성된 측에 구비된다.
아울러, 본 발명의 질소산화물 센서(1)는 내구성을 높이고, 상기 산소펌핑셀(20)에 의한 산소 펌핑 효과를 극대화 하기 위하여, 상기 측정셀(10)은 상기 산소이온 전도성 고체전해질(11)의 양측면이 내측으로 오목하게 형성되고, 상기 산소이온 전도성 고체전해질(11)의 오목한 안착부에 상기 제1귀금속 감지전극(12) 및 제2귀금속 감지전극(13)이 형성된다.
삭제
이 때, 본 발명의 질소산화물 센서(1)는 상기 제2기전력 리드선(24)을 통해 상기 제1보조귀금속 전극(22) 및 제2보조귀금속 전극(23)에 일정 전압을 인가함으로써 상기 산소펌핑셀(20)이 질소산화물 가스를 일산화질소로 변환하고, 변환된 일산화질소를 산소와 질소로 분해하며, 상기 제1기전력 리드선(14)을 통해 상기 제1귀금속 감지전극(12) 및 제2귀금속 감지전극(13)에서 측정되는 전압을 통해 질소 농도를 측정함으로써 전체 질소산화물의 농도를 유추해낼 수 있다.
즉, 본 발명의 질소산화물 센서(1)는 질소산화물 가스를 일산화질소로 변환하고, 변환된 일산화질소를 산소와 질소로 분해하는 산소펌핑셀(20)이 구비됨으로써 질소산화물 가스의 총양을 용이하게 측정가능한 장점이 있다.
실제로, 도 3 (a)는 질소산화물 센서(1)에 따른 전압변화를 나타낸 그래프이며, 도 3 (b)는 질소산화물 센서(1)의 이론 값과 측정 값의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
상기 도 3에 도시한 그래프는 상기 도 2에 도시한 질소산화물 센서(1)를 이용하며, 상기 제1보조귀금속 전극(22) 및 제2보조귀금속 전극(23) 사이에 0.7V를 인가하고, 상기 산화물 촉매 전해질층(21) 내의 산소를 펌핑하여 산소농도를 낮추면서 상기 산소이온 전도성 고체전해질(11)의 제1귀금속 감지전극(12), 및 제2귀금속 감지전극(13)에서 발생되는 전압 측정값을 나타내었다.
도 3에서 나타난 바와 같이, 고농도의 질소산화물 가스의 농도 변화에 따라 측정 전압값 역시 비례하여 변화됨을 알 수 있다.
아울러, 도 4 (a)는 다른 질소산화물 센서(1)에 따른 전압변화를 나타낸 그래프이며, 도 4 (b)는 질소산화물 센서(1)의 이론 값과 측정 값의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
상기 도 4에 도시한 그래프는 상기 도 2에 도시한 질소산화물 센서(1)를 이용하며, 상기 제1보조귀금속 전극(22) 및 제2보조귀금속 전극(23) 사이에 0.7V를 인가하고, 상기 산화물 촉매 전해질층(21) 내의 산소를 펌핑하여 산소농도를 낮추면서 상기 산소이온 전도성 고체전해질(11)의 제1귀금속 감지전극(12), 및 제2귀금속 감지전극(13)에서 발생되는 전압 측정값을 나타내었다.
특히, 도 4 (a) 및 (b)는 본 발명의 질소산화물 센서(1)가 1000ppm 미만의 질소산화물 가스에 대해서도 직선적인 감도를 보임으로써 보다 정확하고 안정적인 측정이 가능하다는 것을 확인할 수 있다.
상기 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 질소산화물 농도에 따라 측정전압이 변화되는 것을 알 수 있으며, 본 발명의 질소산화물 센서는 이를 이용하여 전체 질소산화물 농도를 측정할 수 있다.
특히, 본 발명의 질소산화물 센서는 공기 중의 일산화질소가 높은 농도를 갖는다 할지라도 전체 질소산화물의 농도를 용이하게 측정가능한 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : 질소산화물 센서
10 : 측정셀 11 : 산소이온 전도성 고체전해질
12 : 제1귀금속 감지전극 13 : 제2귀금속 감지전극
14 : 제1기전력 리드선
20 : 산소펌핑셀 21 : 산화물 촉매 전해질층
22 : 제1보조귀금속 전극 23 : 제2보조귀금속 전극
24 : 제2기전력 리드선
30 : 제1지지체 촉매
40 : 제2지지체 촉매
50 : 마개
10 : 측정셀 11 : 산소이온 전도성 고체전해질
12 : 제1귀금속 감지전극 13 : 제2귀금속 감지전극
14 : 제1기전력 리드선
20 : 산소펌핑셀 21 : 산화물 촉매 전해질층
22 : 제1보조귀금속 전극 23 : 제2보조귀금속 전극
24 : 제2기전력 리드선
30 : 제1지지체 촉매
40 : 제2지지체 촉매
50 : 마개
Claims (6)
- 산소이온 전도성 고체전해질(11)과, 상기 산소 이온 전도성 고체전해질(11) 양측면에 각각 형성되는 제1귀금속 감지전극(12) 및 제2귀금속 감지전극(13)과, 상기 제1귀금속 감지전극(12) 및 제2귀금속 감지전극(13)으로부터 각각 연결되어 연장되는 제1기전력 리드선(14)을 포함하는 측정셀(10);
상기 측정셀(10)의 제1귀금속 감지전극(12)이 형성된 측에 질소산화물 가스를 일산화질소로 변환하고, 변환된 일산화질소를 산소와 질소로 분해하며, 산화물 촉매 전해질층(21)과, 상기 산화물 촉매 전해질층(21)의 양측면에 각각 형성되는 제1보조귀금속 전극(22) 및 제2보조귀금속 전극(23)과, 상기 제1보조귀금속 전극(22) 및 제2보조귀금속 전극(23)으로부터 각각 연결되어 연장되는 제2기전력 리드선(24)을 포함하는 산소펌핑셀(20);
상기 측정셀(10)의 제2귀금속 감지전극(13)이 형성된 측에 구비되는 마개(50); 를 포함하는 질소산화물 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 측정셀(10)은
상기 산소이온 전도성 고체전해질(11)의 양측면이 내측으로 오목하게 형성되고,
상기 산소이온 전도성 고체전해질(11)의 오목한 안착부에 상기 제1귀금속 감지전극(12) 및 제2귀금속 감지전극(13)이 형성되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 센서.
- 제2항에 있어서,
상기 산소펌핑셀(20)은 상기 산화물 촉매 전해질층(21)이 NiO, CuO, SnO2, CoO2, TiO2, WO3, Al2O3 또는 GdO에서 선택되는 1종 이상의 산화물인 것을 특징으로 하는 질소산화물 센서.
- 제3항에 있어서,
상기 산소펌핑셀(20)은 상기 제1보조귀금속 전극(22) 및 제2보조귀금속 전극(23)이 Pt, Rh, Au 및 Pd에서 선택되는 하나의 귀금속 촉매인 것을 특징으로 하는 질소산화물 센서.
- 제4항에 있어서,
상기 산소펌핑셀(20)의 두께(t)는 0.3 내지 1 (mm)인 것을 특징으로 하는 질소산화물 센서.
- 제1항에 있어서,
상기 산소이온 전도성 고체전해질(11)은
안정화 지르코니아, CeO2, 또는 ThO2에서 선택되는 1종으로 형성되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 센서.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110083843A KR101287003B1 (ko) | 2011-08-23 | 2011-08-23 | 산화촉매를 이용한 질소산화물 센서 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110083843A KR101287003B1 (ko) | 2011-08-23 | 2011-08-23 | 산화촉매를 이용한 질소산화물 센서 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130021535A KR20130021535A (ko) | 2013-03-06 |
| KR101287003B1 true KR101287003B1 (ko) | 2013-07-23 |
Family
ID=48174368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110083843A KR101287003B1 (ko) | 2011-08-23 | 2011-08-23 | 산화촉매를 이용한 질소산화물 센서 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101287003B1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160064422A (ko) * | 2014-11-28 | 2016-06-08 | 현대중공업 주식회사 | Scr 시스템의 환원제 공급량 제어장치 |
| KR102440666B1 (ko) | 2016-09-02 | 2022-09-05 | 현대자동차주식회사 | 배기가스 처리 방법 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR980003570A (ko) * | 1996-06-29 | 1998-03-30 | 이형도 | 평판형 공연비 감지센서 |
| KR20010090219A (ko) * | 1999-03-23 | 2001-10-18 | 가나이 쓰도무 | 가스성분측정장치 |
| JP2009168798A (ja) * | 2007-12-20 | 2009-07-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ制御装置、及び窒素酸化物濃度検出方法 |
| KR20100037010A (ko) * | 2008-09-30 | 2010-04-08 | 일진소재산업주식회사 | 질소산화물 가스센서 |
-
2011
- 2011-08-23 KR KR1020110083843A patent/KR101287003B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR980003570A (ko) * | 1996-06-29 | 1998-03-30 | 이형도 | 평판형 공연비 감지센서 |
| KR20010090219A (ko) * | 1999-03-23 | 2001-10-18 | 가나이 쓰도무 | 가스성분측정장치 |
| JP2009168798A (ja) * | 2007-12-20 | 2009-07-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ制御装置、及び窒素酸化物濃度検出方法 |
| KR20100037010A (ko) * | 2008-09-30 | 2010-04-08 | 일진소재산업주식회사 | 질소산화물 가스센서 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130021535A (ko) | 2013-03-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Solid-state gas sensors for high temperature applications–a review | |
| JP3871497B2 (ja) | ガスセンサ | |
| KR101052618B1 (ko) | 장기 신호 안정성을 갖는 질소산화물 가스센서 | |
| US20100161242A1 (en) | Exhaust gas sensing system and method for determining concentrations of exhaust gas constituents | |
| EP2330411A2 (en) | Nitrogen-oxide gas sensor | |
| López-Gándara et al. | Role of nanostructured WO3 in ion-conducting sensors for the detection of NOx in exhaust gases from lean combustion engines | |
| KR101484551B1 (ko) | 질소산화물 가스센서 | |
| JP6234568B2 (ja) | 窒素酸化物を検出するためのガスセンサ、および、かかるガスセンサの動作方法 | |
| JP2009092431A (ja) | ＮＯｘセンサ | |
| KR101287003B1 (ko) | 산화촉매를 이용한 질소산화물 센서 | |
| KR100864381B1 (ko) | 질소산화물 센서 및 이를 이용한 전체 질소산화물 농도산출 방법 | |
| WO2010010978A1 (en) | Nox sensor | |
| EP2330410A2 (en) | Nitrogen-oxide gas sensor | |
| JP3775704B2 (ja) | 固体電解質水素センサ | |
| Mukundan et al. | Electrochemical sensors for energy and transportation | |
| US7785457B2 (en) | Sensor element and method for determining ammonia | |
| JP2007071642A (ja) | 水素ガス検出素子および水素ガス検出装置 | |
| KR20100036726A (ko) | 질소산화물 가스센서 | |
| JP2012042222A (ja) | 固体電解質形ｃｏセンサ | |
| KR20140148164A (ko) | 질소산화물 센서장치 | |
| KR101133267B1 (ko) | 질소산화물 가스센서 | |
| JP5645607B2 (ja) | 窒素酸化物センサ素子および窒素酸化物検出方法 | |
| JP4532923B2 (ja) | 還元性ガス検知素子及び還元性ガス検知装置 | |
| KR100884307B1 (ko) | 질소산화물 센서 | |
| US20100057375A1 (en) | Structure of NOx sensor and its calculating method of total total NOx concentration |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160627 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |