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JP5033017B2 - Ammonia gas sensor - Google Patents

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JP5033017B2
JP5033017B2 JP2008040933A JP2008040933A JP5033017B2 JP 5033017 B2 JP5033017 B2 JP 5033017B2 JP 2008040933 A JP2008040933 A JP 2008040933A JP 2008040933 A JP2008040933 A JP 2008040933A JP 5033017 B2 JP5033017 B2 JP 5033017B2
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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Description

本発明は、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガス中のアンモニアガス濃度測定に好適に用いられるアンモニアガスセンサに関する。   The present invention relates to an ammonia gas sensor suitably used for measuring ammonia gas concentration in combustion gas and exhaust gas of, for example, a combustor and an internal combustion engine.

自動車等の内燃機関の排気ガス中の窒素酸化物(NO)の浄化方法として、尿素SCR(Selective Catalytic Reduction、選択還元触媒)方式が開発されている。尿素SCR方式は、SCR触媒に尿素を添加してアンモニアを発生させ、アンモニアによりNOを還元するものであり、NOを還元するアンモニア濃度が適量かどうかを測定するためのアンモニアガスセンサが用いられている。 A urea SCR (Selective Catalytic Reduction) system has been developed as a method for purifying nitrogen oxides (NO x ) in exhaust gas of internal combustion engines such as automobiles. Urea SCR system, urea was added to the SCR catalyst to generate ammonia, is intended to reduce NO x with ammonia, ammonia gas sensor is used for the ammonia concentration to reduce the NO x to determine whether an appropriate amount ing.

このようなアンモニアガスセンサとして、ジルコニアからなる固体電解質層20表面にアンモニア選択性の検知電極21が配置され、検知電極21に対向して参照電極(基準電極)22が配置され、基準電極と検知電極の間の起電力に基づいてアンモニア濃度を検出する起電力式センサが開示されている(特許文献1参照)。
このセンサでは、基準電極と検知電極を共に被測定ガスに曝すことにより、基準電極を大気に曝す筒型センサのように、被測定ガスと大気との間の酸素濃度や水分濃度の差の影響を考慮する必要がなく、アンモニア濃度の検出精度が向上するという利点がある。
又、このセンサでは、センサ外側に露出する検知電極に被測定ガス中の煤(soot)が堆積し、固体電解質層から検知電極が剥離することを防止するため、及び、オイル由来成分堆積に伴う検知電極の被毒を防止するため、検知電極を多孔質性の保護層23が覆っている。
As such an ammonia gas sensor, an ammonia-selective detection electrode 21 is arranged on the surface of the solid electrolyte layer 20 made of zirconia, a reference electrode (reference electrode) 22 is arranged facing the detection electrode 21, and the reference electrode and the detection electrode An electromotive force sensor that detects an ammonia concentration based on an electromotive force between the two is disclosed (see Patent Document 1).
In this sensor, both the reference electrode and the detection electrode are exposed to the gas to be measured, and the influence of the difference in oxygen concentration and moisture concentration between the gas to be measured and the atmosphere is exposed, like a cylindrical sensor that exposes the reference electrode to the atmosphere. There is an advantage that the ammonia concentration detection accuracy is improved.
Further, in this sensor, soot in the gas to be measured is deposited on the detection electrode exposed outside the sensor, and the detection electrode is prevented from peeling off from the solid electrolyte layer, and accompanying the deposition of oil-derived components. In order to prevent poisoning of the detection electrode, the porous protective layer 23 covers the detection electrode.

米国特許出願公開第2007/0045114号明細書(図2、段落0033、0037、0039)US Patent Application Publication No. 2007/0045114 (FIG. 2, paragraphs 0033, 0037, 0039)

しかしながら、上記特許文献1記載のセンサの場合、検知電極だけでなく基準電極も被測定ガスに曝されるため、基準電極の耐久性が劣る場合がある。
すなわち、本発明は、検知電極だけでなく基準電極の耐久性が高く、長期安定性に優れたアンモニアガスセンサの提供を目的とする。
However, in the case of the sensor described in Patent Document 1, since not only the detection electrode but also the reference electrode is exposed to the gas to be measured, the durability of the reference electrode may be inferior.
That is, an object of the present invention is to provide an ammonia gas sensor in which not only the detection electrode but also the reference electrode has high durability and excellent long-term stability.

上記課題を解決するため、本発明のアンモニアガスセンサはセンサ素子部を有し、被測定ガス中のアンモニア濃度を検出するものであり、前記センサ素子部は、酸素イオン伝導性の固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に形成され、前記被測定ガスに晒される検知電極と、前記センサ素子部の内部に位置すると共に、前記固体電解質層の他方の面に形成されて前記検知電極の対極となり、且つ前記検知電極よりもアンモニア活性が低く、前記被測定ガスに晒される基準電極と、前記検知電極を覆う多孔質からなる第1保護層と、前記基準電極を覆うと共に、前記センサ素子部の外表面に露出し、外部から前記被測定ガスを導入する多孔質からなる第2保護層とを有し、前記固体電解質層と前記基準電極との界面に外部から到達する前記被測定ガスのガス拡散時間をVAとし、前記固体電解質層と前記検知電極との界面に外部から到達する前記被測定ガスのガス拡散時間をVBとしたとき、|VA−VB|×100/((VA+VB/2)で表されるガス拡散時間差率が50%以下である。
このような構成とすると、基準電極側にも被測定ガスを導入する方式を採った際に、基準電極を第2保護層で覆うことにより、基準電極に被測定ガス中の煤や被毒物質が堆積し、固体電解質層から基準電極が剥離する等の不具合を抑制し、基準電極の耐久性を向上させることができる。そして、基準電極側にも被測定ガスを導入することにより、基準電極を大気に曝す場合に比べ、被測定ガスと大気との間の酸素濃度や水分濃度の差の影響を考慮する必要がなく、アンモニア濃度の検出精度が向上する。
In order to solve the above-mentioned problem, the ammonia gas sensor of the present invention has a sensor element part, and detects the ammonia concentration in the gas to be measured. The sensor element part includes an oxygen ion conductive solid electrolyte layer, A detection electrode formed on one surface of the solid electrolyte layer and exposed to the gas to be measured, and located inside the sensor element unit and formed on the other surface of the solid electrolyte layer to A reference electrode which is a counter electrode and has a lower ammonia activity than the detection electrode and is exposed to the gas to be measured, a porous first protective layer covering the detection electrode, the reference electrode, and the sensor element before exposed on the outer surface of the part, and a second protective layer made of porous introducing said measurement gas from the outside, arriving into an interface between the reference electrode and the solid electrolyte layer When the gas diffusion time of the gas to be measured is VA and the gas diffusion time of the gas to be measured that reaches the interface between the solid electrolyte layer and the detection electrode from the outside is VB, | VA−VB | × 100 / ( The gas diffusion time difference ratio represented by (VA + VB / 2) is 50% or less.
With such a configuration, when the method of introducing the gas to be measured is also introduced to the reference electrode side, the reference electrode is covered with the second protective layer, so that the soot and poisonous substance in the gas to be measured are covered on the reference electrode. Can be prevented and defects such as separation of the reference electrode from the solid electrolyte layer can be suppressed, and the durability of the reference electrode can be improved. And, by introducing the gas to be measured also to the reference electrode side, it is not necessary to consider the influence of the difference in oxygen concentration and moisture concentration between the gas to be measured and the atmosphere compared to the case where the reference electrode is exposed to the atmosphere. The detection accuracy of ammonia concentration is improved.

その上、固体電解質層と基準電極との界面に外部から到達する被測定ガスのガス拡散時間をVAとし、固体電解質層と前記検知電極との界面に外部から到達する被測定ガスのガス拡散時間をVBとしたとき、|VA−VB|×100/((VA+VB)/2)で表されるガス拡散時間差率が50%以下としているので、検知電極と基準電極にそれぞれ到達するガスの拡散速度(時間)が大きく異なることがなく、被測定ガス中の酸素濃度の急変によりセンサ出力が変動しても、出力安定化に時間を要することがなく、アンモニアの測定精度が更に向上する。   In addition, the gas diffusion time of the gas to be measured that reaches the interface between the solid electrolyte layer and the reference electrode from the outside is defined as VA, and the gas diffusion time of the gas to be measured that reaches the interface between the solid electrolyte layer and the detection electrode from the outside. When VB is VB, the gas diffusion time difference ratio represented by | VA−VB | × 100 / ((VA + VB) / 2) is 50% or less, so the diffusion rate of the gas reaching the detection electrode and the reference electrode, respectively. (Time) does not vary greatly, and even if the sensor output fluctuates due to a sudden change in the oxygen concentration in the gas to be measured, it does not take time to stabilize the output, and ammonia measurement accuracy is further improved.

なお、検知電極は基準電極よりアンモニア活性が低い。このような構成とすると、被測定ガス中のアンモニアが基準電極上で反応して分解し、アンモニア濃度が低下した被測定ガスが基準雰囲気となるので、アンモニア濃度をより正確に測定できる。   Note that the detection electrode has lower ammonia activity than the reference electrode. With such a configuration, ammonia in the gas to be measured reacts and decomposes on the reference electrode, and the gas to be measured whose ammonia concentration is reduced becomes the reference atmosphere, so that the ammonia concentration can be measured more accurately.

また、前記検知電極と前記第1保護層との間に選択反応層が介装されていることが好ましい。
このような構成とすると、選択反応層が被測定ガス中のアンモニア以外の可燃性ガス成分を燃焼させるので、検知電極上では可燃性ガス成分の影響を受けずに被測定ガス中のアンモニアを検出することができ、測定精度が向上する。
Moreover, it is preferable that a selective reaction layer is interposed between the detection electrode and the first protective layer.
In such a configuration, the selective reaction layer burns combustible gas components other than ammonia in the gas to be measured, so the ammonia in the gas to be measured is detected on the sensing electrode without being affected by the combustible gas components. Measurement accuracy can be improved.

前記第1保護層及び前記第2保護層は、Al,MgAl,SiO,SiO/Al,ゼオライト及びSiCの群から選ばれる少なくとも一種を含む多孔質からなってもよい。
このような構成とすると、被測定ガスに対する耐久性に優れた多孔質を容易に得られる。
The first protective layer and the second protective layer are made of a porous material containing at least one selected from the group consisting of Al 2 O 3 , MgAl 2 O 4 , SiO 2 , SiO 2 / Al 2 O 3 , zeolite, and SiC. May be.
With such a configuration, it is possible to easily obtain a porous material having excellent durability against the gas to be measured.

この発明によれば、検知電極だけでなく基準電極の耐久性が高く、長期安定性に優れたアンモニアガスセンサが得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain an ammonia gas sensor in which not only the detection electrode but also the reference electrode has high durability and excellent long-term stability.

以下、本発明の実施形態について説明する。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係るアンモニアガスセンサ200Aの長手方向に沿う断面図を示す。アンモニアガスセンサ200Aは、アンモニアを検出するセンサ素子部50Aを組み付けたアッセンブリである。アンモニアガスセンサ200Aは、軸線方向に延びる板状のセンサ素子部50Aと、排気管に固定されるためのねじ部139が外表面に形成された筒状の主体金具138と、センサ素子部50Aの径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ106と、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔168の内壁面がセンサ素子部50Aの後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材166と、センサ素子部50Aと絶縁コンタクト部166との間に配置される複数個(図1では2つのみ図示)の接続端子110とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the longitudinal direction of an ammonia gas sensor 200A according to the first embodiment of the present invention. The ammonia gas sensor 200A is an assembly in which a sensor element unit 50A for detecting ammonia is assembled. The ammonia gas sensor 200A includes a plate-shaped sensor element portion 50A extending in the axial direction, a cylindrical metal shell 138 formed on the outer surface with a screw portion 139 for fixing to the exhaust pipe, and the diameter of the sensor element portion 50A. Insulating contact member disposed in a state in which a cylindrical ceramic sleeve 106 disposed so as to surround the periphery of the direction and an inner wall surface of the contact insertion hole 168 penetrating in the axial direction surround the periphery of the rear end portion of the sensor element unit 50A 166, and a plurality (only two are shown in FIG. 1) of connection terminals 110 disposed between the sensor element portion 50A and the insulating contact portion 166.

主体金具138は、軸線方向に貫通する貫通孔154を有し、貫通孔154の径方向内側に突出する棚部152を有する略筒状形状に構成されている。また、主体金具138は、センサ素子部50Aの先端側を貫通孔154の先端側外部に配置し、電極端子部30A〜34Aを貫通孔154の後端側外部に配置する状態で、センサ素子部50Aを貫通孔154に保持している。さらに、棚部152は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。   The metal shell 138 has a substantially cylindrical shape having a through hole 154 that penetrates in the axial direction, and a shelf 152 that protrudes radially inward of the through hole 154. Further, the metal shell 138 is arranged in such a manner that the front end side of the sensor element portion 50A is arranged outside the front end side of the through hole 154 and the electrode terminal portions 30A to 34A are arranged outside the rear end side of the through hole 154. 50A is held in the through hole 154. Further, the shelf portion 152 is formed as an inwardly tapered surface having an inclination with respect to a plane perpendicular to the axial direction.

なお、主体金具138の貫通孔154の内部には、センサ素子部50Aの径方向周囲を取り囲む状態で環状形状のセラミックホルダ151、粉末充填層153、156(以下、滑石リング153、156ともいう)、および上述のセラミックスリーブ106がこの順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ106と主体金具138の後端部140との間には、加締めパッキン157が配置されており、セラミックホルダ151と主体金具138の棚部152との間には、滑石リング153やセラミックホルダ151を保持し、気密性を維持するための金属ホルダ158が配置されている。なお、主体金具138の後端部140は、加締めパッキン157を介してセラミックスリーブ106を先端側に押し付けるように、加締められている。   In addition, inside the through-hole 154 of the metal shell 138, an annular ceramic holder 151 and powder filling layers 153 and 156 (hereinafter also referred to as talc rings 153 and 156) in a state of surrounding the sensor element portion 50A in the radial direction. The ceramic sleeve 106 is laminated in this order from the front end side to the rear end side. A caulking packing 157 is disposed between the ceramic sleeve 106 and the rear end portion 140 of the metal shell 138, and a talc ring 153 is disposed between the ceramic holder 151 and the shelf 152 of the metal shell 138. In addition, a metal holder 158 for holding the ceramic holder 151 and maintaining hermeticity is disposed. Note that the rear end portion 140 of the metal shell 138 is crimped so as to press the ceramic sleeve 106 toward the distal end side via the crimping packing 157.

一方、図1に示すように、主体金具138の先端側(図1における下方)外周には、センサ素子部50Aの突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製(例えば、ステンレスなど)二重の外部プロテクタ142および内部プロテクタ143が、溶接等によって取り付けられている。   On the other hand, as shown in FIG. 1, a metal (for example, stainless steel) having a plurality of holes and covering the protruding portion of the sensor element portion 50 </ b> A on the outer periphery of the front end side (lower side in FIG. 1) of the metal shell 138. A double external protector 142 and an internal protector 143 are attached by welding or the like.

そして、主体金具138の後端側外周には、外筒144が固定されている。また、外筒144の後端側(図1における上方)の開口部には、センサ素子部50Aの電極端子部30A〜34Aとそれぞれ電気的に接続される5本のリード線146(図1では3本のみ)が挿通されるリード線挿通孔161が形成されたグロメット150が配置されている。   An outer cylinder 144 is fixed to the outer periphery of the rear end side of the metal shell 138. In addition, five lead wires 146 (in FIG. 1) that are electrically connected to the electrode terminal portions 30A to 34A of the sensor element portion 50A are respectively provided in the opening on the rear end side (upper side in FIG. 1) of the outer cylinder 144. A grommet 150 in which lead wire insertion holes 161 into which only three are inserted is formed is disposed.

また、主体金具138の後端部140より突出されたセンサ素子部50Aの後端側(図1における上方)には、絶縁コンタクト部材166が配置される。なお、この絶縁コンタクト部材166は、センサ素子部50Aの後端側の表面に形成される電極端子部30A〜34Aの周囲に配置される。この絶縁コンタクト部材166は、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔168を有する筒状形状に形成されると共に、外表面から径方向外側に突出する鍔部167が備えられている。絶縁コンタクト部材166は、鍔部167が保持部材169を介して外筒144に当接することで、外筒144の内部に配置される。そして、絶縁コンタクト部材166側の接続端子110と、センサ素子部50Aの電極端子部40A〜44Aとが電気的に接続され、リード線146により外部と導通するようになっている。   Further, an insulating contact member 166 is disposed on the rear end side (upper side in FIG. 1) of the sensor element portion 50A protruding from the rear end portion 140 of the metal shell 138. The insulating contact member 166 is disposed around the electrode terminal portions 30A to 34A formed on the surface on the rear end side of the sensor element portion 50A. The insulating contact member 166 is formed in a cylindrical shape having a contact insertion hole 168 penetrating in the axial direction, and is provided with a flange portion 167 protruding radially outward from the outer surface. The insulating contact member 166 is disposed inside the outer cylinder 144 by the flange portion 167 coming into contact with the outer cylinder 144 via the holding member 169. The connection terminal 110 on the insulating contact member 166 side and the electrode terminal portions 40A to 44A of the sensor element portion 50A are electrically connected, and are electrically connected to the outside by the lead wire 146.

次に、センサ素子部50Aの構成について図2を用いて説明する。センサ素子部50Aは長尺板状であり、センサ素子部50Aの先端側(図2の左側)の上面に第1保護層9Aが露出し、センサ素子部50Aの後端部上面及び下面には、電極端子部40A〜44Aが露出している。   Next, the configuration of the sensor element unit 50A will be described with reference to FIG. The sensor element portion 50A has a long plate shape, and the first protective layer 9A is exposed on the upper surface on the front end side (left side in FIG. 2) of the sensor element portion 50A. The electrode terminal portions 40A to 44A are exposed.

図3は図2のIII−III線に沿う断面図である。センサ素子部50Aは起電力式の板状アンモニアガスセンサである。
センサ素子部50Aは、アルミナ製の絶縁層24A、26Aが積層され、絶縁層24Aの外側に固体電解質層6が積層された構造を有する。絶縁層24Aの上面は所定の深さで平面視コの字状に切り抜かれ、コの字の開口が図3の左を向くように配置される。コの字の開口には多孔質からなる第2保護層10Aが形成され、これにより、センサ素子部50Aの左側端から被測定ガスが第2保護層10A内に導入されるようになっている。
3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. The sensor element unit 50A is an electromotive force type plate ammonia gas sensor.
The sensor element portion 50A has a structure in which insulating layers 24A and 26A made of alumina are stacked, and the solid electrolyte layer 6 is stacked outside the insulating layer 24A. The upper surface of the insulating layer 24A is cut out in a U-shape in plan view at a predetermined depth, and the U-shaped opening is arranged to face the left in FIG. A second protective layer 10A made of a porous material is formed in the U-shaped opening, whereby the gas to be measured is introduced into the second protective layer 10A from the left end of the sensor element portion 50A. .

第2保護層10Aに面した固体電解質層6の下面には、平面視ほぼ矩形状の基準電極4Aが配置され、基準電極4Aの表面を第2保護層10Aが覆うようになっている。又、固体電解質層6の上面には基準電極4Aと対向する位置に検知電極2Aが配置されている。
検知電極2Aに接続し固体電解質層6上面の長手方向に沿ってリード30Aが延び、リード30A上に絶縁層20Aが被覆されている。但し、リード30A右端は絶縁層20Aで被覆されずに露出し、電極端子部40A(さらに、後述するリード37Aと接続する電極端子部41A)を形成している。又、基準電極4Aに接続し固体電解質層6下面の長手方向に沿ってリード37Aが延びており、固体電解質層6に形成されたスルーホールを介して、電極端子部41Aに接続している。なお、リード30Aと固体電解質層6との間には、絶縁層22Aが形成され、リード37Aと固体電解質層6との間には、絶縁層24A(後述する絶縁層24A1)が形成されている。
On the lower surface of the solid electrolyte layer 6 facing the second protective layer 10A, a reference electrode 4A having a substantially rectangular shape in plan view is disposed, and the surface of the reference electrode 4A is covered with the second protective layer 10A. Further, the detection electrode 2A is disposed on the upper surface of the solid electrolyte layer 6 at a position facing the reference electrode 4A.
The lead 30A extends along the longitudinal direction of the upper surface of the solid electrolyte layer 6 connected to the detection electrode 2A, and the insulating layer 20A is covered on the lead 30A. However, the right end of the lead 30A is exposed without being covered with the insulating layer 20A, and forms an electrode terminal portion 40A (further, an electrode terminal portion 41A connected to a lead 37A described later). A lead 37 </ b> A extends along the longitudinal direction of the lower surface of the solid electrolyte layer 6 connected to the reference electrode 4 </ b> A, and is connected to the electrode terminal portion 41 </ b> A through a through hole formed in the solid electrolyte layer 6. An insulating layer 22A is formed between the lead 30A and the solid electrolyte layer 6, and an insulating layer 24A (an insulating layer 24A1 described later) is formed between the lead 37A and the solid electrolyte layer 6. .

又、検知電極2A上に、検知電極2Aを完全に覆う選択反応層3Aが形成され、選択反応層3Aの表面を多孔質からなる第1保護層9Aが覆っている。
選択反応層3Aは、被測定ガス中のアンモニア以外の可燃性ガス成分を燃焼させる役割を持ち、選択反応層が存在すると、可燃性ガス成分の影響を受けずに被測定ガス中のアンモニアを検出することができる。
そして、被測定ガスは、第1保護層9Aを通って選択反応層3A、検知電極2Aへ導入され、固体電解質層6を介して検知電極2A、基準電極4A間の電位差を測定することにより、被測定ガス(排ガス)中のアンモニア濃度を検出することができる。
A selective reaction layer 3A that completely covers the detection electrode 2A is formed on the detection electrode 2A, and the surface of the selective reaction layer 3A is covered with a porous first protective layer 9A.
The selective reaction layer 3A has a role of burning a combustible gas component other than ammonia in the gas to be measured. When the selective reaction layer exists, the ammonia in the gas to be measured is detected without being influenced by the combustible gas component. can do.
Then, the gas to be measured is introduced into the selective reaction layer 3A and the detection electrode 2A through the first protective layer 9A, and the potential difference between the detection electrode 2A and the reference electrode 4A is measured through the solid electrolyte layer 6, The ammonia concentration in the gas to be measured (exhaust gas) can be detected.

検知電極2Aは例えば金を主成分とする。基準電極4Aやリード30A,37A、電極端子部40A、41Aは例えば白金を主成分とし、固体電解質層6は例えばZrO等の酸素イオン伝導性材料を用いることができる。 The detection electrode 2A has, for example, gold as a main component. The reference electrode 4A, the leads 30A and 37A, and the electrode terminal portions 40A and 41A can be mainly made of platinum, for example, and the solid electrolyte layer 6 can be made of an oxygen ion conductive material such as ZrO 2 .

選択反応層3Aは通常、金属酸化物を主成分とするが、特にAで表される酸化物(Aは1種以上の金属であり;Mはバナジウム、タングステン又はモリブデンであり;x、y、zは原子比である)を含有することが好ましい。Aとしては、ビスマス、ランタン、ストロンチウム、カルシウム、銅、ガドリニウム、ネオジム、イットリウム、サマリウム及びマグネシウムの群から選ばれる1種以上が例示される。
として具体的には、V、Cu(VO、WO、MoO、BiVOが例示できる。BiVOは、酸化バナジウム(V)と酸化ビスマス(Bi)を1:1(モル比)で混合して得られる。選択反応層3Aはこれらの材料を含むペーストを印刷後焼成したり、これらの粉末をプラズマ溶射することにより得られる。
なお、選択反応層3Aを設けない場合、上記したAを用いて検知電極2Aを形成してもよい。
The selective reaction layer 3A usually has a metal oxide as a main component, but in particular, an oxide represented by A x M y O z (A is one or more metals; M is vanadium, tungsten, or molybdenum. X, y and z are preferably an atomic ratio). Examples of A include one or more selected from the group of bismuth, lanthanum, strontium, calcium, copper, gadolinium, neodymium, yttrium, samarium, and magnesium.
Specific examples A x M y O z, V 2 O 5, Cu 2 (VO 3) 2, WO 3, MoO 3, BiVO 4 may be exemplified. BiVO 4 is obtained by mixing vanadium oxide (V 2 O 5 ) and bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) at 1: 1 (molar ratio). The selective reaction layer 3A can be obtained by printing and baking a paste containing these materials or plasma spraying these powders.
When the selective reaction layer 3A is not provided, the detection electrode 2A may be formed using the above-described A x M y O z .

第1保護層9A及び第2保護層10Aは下地(検知電極2A、基準電極4A)の被毒や汚れの付着を防止し、例えばAl,MgAl,SiO,SiO/Al,ゼオライト(アルミノケイ酸塩)及びSiCの群から選ばれる少なくとも一種を含む多孔質からなる。各保護層は、予め、上記したような多孔質材料を、下地表面に溶射したり、ペースト印刷することによって形成することができるが、形成方法はこれに限られない。 The first protective layer 9A and the second protective layer 10A prevent poisoning of the base (detection electrode 2A, reference electrode 4A) and adhesion of dirt. For example, Al 2 O 3 , MgAl 2 O 4 , SiO 2 , SiO 2 / SiO 2 / It consists of a porous material containing at least one selected from the group consisting of Al 2 O 3 , zeolite (aluminosilicate) and SiC. Each protective layer can be formed in advance by spraying a porous material as described above on the base surface or by paste printing, but the forming method is not limited to this.

一方、絶縁層26Aの外側(下面)には、測温抵抗体である温度検出手段(温度センサ)14Aが配置され、絶縁層24Aと絶縁層26Aの間にはセンサ素子部50Aを加熱する抵抗体であるヒータ16Aが介装されている。さらに、温度検出手段14Aから絶縁層26Aの長手方向に沿ってそれぞれリード32A,33Aが延びている。また、ヒータ16Aから絶縁層26Aの長手方向に沿ってそれぞれリード35A、36Aが延びており、絶縁層26Aに形成されたスルーホールを介して、電極端子部42A、44Aに接続している。
温度検出手段14Aの表面は絶縁層12Aで被覆されているが、リード32A,33Aの右端は絶縁層12Aで被覆されずに露出し、それぞれ電極端子部42A、43Aを形成している。
そして、図示しない温度制御装置(回路ユニット)により、温度検出手段14Aの測定値に基づいてヒータ16Aの印加電圧が制御され、センサ素子部50Aの固体電解質層が最適温度(活性化温度)に加熱制御される。
On the other hand, on the outside (lower surface) of the insulating layer 26A, a temperature detecting means (temperature sensor) 14A, which is a resistance temperature detector, is arranged, and a resistance for heating the sensor element unit 50A between the insulating layer 24A and the insulating layer 26A. A body heater 16A is interposed. Furthermore, leads 32A and 33A extend from the temperature detecting means 14A along the longitudinal direction of the insulating layer 26A. Leads 35A and 36A extend from the heater 16A along the longitudinal direction of the insulating layer 26A, and are connected to the electrode terminal portions 42A and 44A via through holes formed in the insulating layer 26A.
The surface of the temperature detecting means 14A is covered with the insulating layer 12A, but the right ends of the leads 32A and 33A are exposed without being covered with the insulating layer 12A to form electrode terminal portions 42A and 43A, respectively.
Then, a temperature control device (circuit unit) (not shown) controls the voltage applied to the heater 16A based on the measurement value of the temperature detection means 14A, and the solid electrolyte layer of the sensor element unit 50A is heated to the optimum temperature (activation temperature). Be controlled.

温度検出手段14A、ヒータ16A、リード32A,33A、35A、36Aは、それぞれ例えば白金を主成分とする。
各絶縁層12A、20A,22A,24A,26Aとしては、絶縁性を有するセラミック焼結体を用いることができ、アルミナやムライト等の酸化物系セラミックを例示することができる。
The temperature detection means 14A, the heater 16A, the leads 32A, 33A, 35A, and 36A each have, for example, platinum as a main component.
As each of the insulating layers 12A, 20A, 22A, 24A, and 26A, an insulating ceramic sintered body can be used, and oxide ceramics such as alumina and mullite can be exemplified.

次に、アンモニアガスセンサ200Aの動作の一例について説明する。まず、ヒータ16Aの加熱によって固体電解質層6を活性化させた後、センサを被測定ガスに曝すと、被測定ガスが第1保護層9Aから選択反応層3Aに透過し、選択反応層3Aで可燃性ガス(CO、HC等)が燃焼し、これらの可燃性ガスが除去されたガスが検知電極2Aに到達する。
一方、被測定ガスはセンサの先端側縁の第2保護層10Aから基準電極4Aに透過し、被測定ガス中のアンモニア濃度に応じて、検知電極2Aと基準電極4Aとの間に生じる起電力(電位差)からセンサ出力が得られ、アンモニア濃度を検出することができる。
Next, an example of the operation of the ammonia gas sensor 200A will be described. First, after the solid electrolyte layer 6 is activated by the heating of the heater 16A, when the sensor is exposed to the gas to be measured, the gas to be measured is transmitted from the first protective layer 9A to the selective reaction layer 3A, and in the selective reaction layer 3A. The combustible gas (CO, HC, etc.) burns, and the gas from which the combustible gas is removed reaches the detection electrode 2A.
On the other hand, the gas to be measured passes through the second protective layer 10A at the front edge of the sensor to the reference electrode 4A, and an electromotive force generated between the detection electrode 2A and the reference electrode 4A according to the ammonia concentration in the gas to be measured. A sensor output is obtained from (potential difference), and the ammonia concentration can be detected.

なお、検知電極と基準電極に共に被測定ガスを導入する場合、ガス組成が同一であるので、電極の組成が同一であると電極間に起電力が生じない。そこで、検知電極のアンモニア活性を基準電極より低くすることで、電極間に起電力を生じさせることができる。
つまり、基準電極のアンモニア活性を高くすると、被測定ガス中のアンモニアが基準電極上で反応して分解する。このようにアンモニア濃度が低下した被測定ガスが基準雰囲気となって基準電極表面の第2保護層に滞留するので、検知電極との間でガス中のアンモニア濃度に差が生じる。
検知電極としてAu(Au合金やAuを含む材料でもよい)や、上記したA等の酸化物を用い、基準電極としてPt(Pt合金やPtを含む材料でもよい)を用いることにより、検知電極のアンモニア活性を基準電極より低くすることができる。
Note that when the gas to be measured is introduced into both the detection electrode and the reference electrode, the gas composition is the same, so that no electromotive force is generated between the electrodes if the electrode composition is the same. Therefore, by making the ammonia activity of the detection electrode lower than that of the reference electrode, an electromotive force can be generated between the electrodes.
That is, when the ammonia activity of the reference electrode is increased, ammonia in the gas to be measured reacts and decomposes on the reference electrode. As described above, the gas to be measured having a lowered ammonia concentration becomes a reference atmosphere and stays in the second protective layer on the surface of the reference electrode, so that a difference occurs in the ammonia concentration in the gas with the detection electrode.
And a sensing electrode Au (or a material containing Au alloy and Au), an oxide such as A x M y O z as described above, the use of Pt (or a material containing Pt alloy or Pt) as a reference electrode Thus, the ammonia activity of the detection electrode can be made lower than that of the reference electrode.

このように、基準電極側にも被測定ガスを導入する方式を採ると、基準電極を大気に曝す筒型の起電力式センサのように、被測定ガスと大気との間の酸素濃度や水分濃度の差の影響を考慮する必要がなく、アンモニア濃度の検出精度が向上するという利点がある。
一方、基準電極に被測定ガス中の煤(soot)や被毒物質が堆積すると、固体電解質層から基準電極が剥離する場合があるが、基準電極を第2保護層で覆うことにより、このような不具合を抑制し基準電極の耐久性を向上させることができる。
In this way, when the method of introducing the gas to be measured is also introduced to the reference electrode side, the oxygen concentration and moisture between the gas to be measured and the atmosphere, such as a cylindrical electromotive force sensor that exposes the reference electrode to the atmosphere, is used. There is no need to consider the influence of the concentration difference, and there is an advantage that the detection accuracy of the ammonia concentration is improved.
On the other hand, when soot or poisonous substance in the gas to be measured is deposited on the reference electrode, the reference electrode may be peeled off from the solid electrolyte layer. However, by covering the reference electrode with the second protective layer, Therefore, it is possible to improve the durability of the reference electrode.

ところで、多孔質からなる保護層は所定の拡散抵抗を有している。このため、検知電極と基準電極とをそれぞれ保護層で覆った場合、検知電極と基準電極にそれぞれ到達するガスの拡散速度(時間)が大きく異なると、被測定ガス中の酸素濃度が急変した場合にセンサ出力が変動し、安定化(収束)に時間を要することがある(過渡特性)。
そこで、固体電解質層と基準電極との界面に外部から到達する被測定ガスのガス拡散時間をVAとし、固体電解質層と検知電極との界面に外部から到達する被測定ガスのガス拡散時間をVBとしたとき、|VA−VB|×100/((VA+VB)/2)で表されるガス拡散時間差率を50%以下としている。ガス拡散時間差率が50%以下であると、検知電極と基準電極とで被測定ガスのガス拡散時間に大きな差が生じず、上記した過渡特性が良好になり、アンモニアの測定精度が更に向上する。
ガス拡散時間差率を調整する方法は、第1保護層、第2保護層、選択反応層、及び各々の電極のそれぞれの通気度(拡散抵抗)、膜厚、外部への露出面積(開口部面積)等を適宜変えることによって行うことができる。
By the way, the porous protective layer has a predetermined diffusion resistance. For this reason, when the detection electrode and the reference electrode are each covered with a protective layer, if the diffusion rate (time) of the gas that reaches the detection electrode and the reference electrode differs greatly, the oxygen concentration in the measured gas changes suddenly. Sensor output may fluctuate and stabilization (convergence) may take time (transient characteristics).
Therefore, the gas diffusion time of the measurement gas reaching from the outside to the interface between the solid electrolyte layer and the reference electrode is VA, and the gas diffusion time of the measurement gas reaching from the outside to the interface between the solid electrolyte layer and the detection electrode is VB. In this case, the gas diffusion time difference ratio represented by | VA−VB | × 100 / ((VA + VB) / 2) is set to 50% or less. When the gas diffusion time difference rate is 50% or less, there is no significant difference in the gas diffusion time of the gas to be measured between the detection electrode and the reference electrode, the above-mentioned transient characteristics are improved, and ammonia measurement accuracy is further improved. .
The method of adjusting the gas diffusion time difference ratio is as follows: the first protective layer, the second protective layer, the selective reaction layer, and the respective air permeability (diffusion resistance), film thickness, exposed area (opening area) ) And the like can be changed as appropriate.

ガス拡散時間VA、VBの測定は次のようにして行う。まず、図4に示すようにして、アンモニアガスセンサ200Aにおいて、内部プロテクタ143で囲まれたセンサ素子部50A周囲の空間を仕切り板300によって2つに仕切る。仕切り板300を、例えば固体電解質層6の厚み方向の中心を通る位置で、固体電解質層6の表面に平行に配置することで、検知電極2A側へ外部から導入した被測定ガスGaは基準電極4A側へ流れず、基準電極4A側へ外部から導入した被測定ガスGbは検知電極2A側へ流れない。仕切り板300は、センサ素子部50Aの輪郭部分をくり貫き、内部プロテクタ143内に収容できる寸法になっている。
このようにして、検知電極2Aと基準電極4Aに、それぞれ異なる組成のガスを流して両電極間の起電力(センサ出力)を測定できる。
The gas diffusion times VA and VB are measured as follows. First, as shown in FIG. 4, in the ammonia gas sensor 200 </ b> A, the space around the sensor element unit 50 </ b> A surrounded by the internal protector 143 is divided into two by the partition plate 300. For example, the measurement gas Ga introduced from the outside to the detection electrode 2 </ b> A side is provided as a reference electrode by arranging the partition plate 300 in parallel with the surface of the solid electrolyte layer 6 at a position passing through the center in the thickness direction of the solid electrolyte layer 6. The gas to be measured Gb introduced from the outside to the reference electrode 4A side does not flow to the detection electrode 2A side without flowing to the 4A side. The partition plate 300 has a dimension that penetrates the contour portion of the sensor element unit 50 </ b> A and can be accommodated in the internal protector 143.
In this way, it is possible to measure the electromotive force (sensor output) between the two electrodes by flowing gases having different compositions through the detection electrode 2A and the reference electrode 4A.

ガス拡散時間VAは、検知電極2A側へ流れるガスGa中の酸素濃度を0.2%から20%に切替え、基準電極4A側へ流れるガスGb中の酸素濃度を20%で一定としたとき、ガスGaの酸素濃度切替時を起点とし、起点時のセンサ出力が低下し始めてから0.3秒後までの時間をVAとして求める。測定に用いるガス組成(酸素以外の成分)はCO=5%,HO=5%,N=bal.とし、ガス温度280℃、センサ素子部の制御温650℃とし、ガス流速4m/sでモデルガス発生装置にセンサを取り付けて測定を行う。
図5は、ガスGaの酸素濃度を切替えてからのセンサ出力の時間変化の一例を示す。ガスGa、Gb中の酸素濃度が共に20%のときのセンサ出力をVとする。ガスGa中の酸素濃度を0.2%から20%に切替えた時間をtとすると、tから少し時間が経った時刻tでセンサ出力がVになる。さらに、時刻tから0.3秒後の時刻をt(このときのセンサ出力はV)とすると、VA=t−tで表される。
The gas diffusion time VA is such that when the oxygen concentration in the gas Ga flowing to the detection electrode 2A side is switched from 0.2% to 20% and the oxygen concentration in the gas Gb flowing to the reference electrode 4A side is constant at 20%, The time from when the oxygen concentration of the gas Ga is switched is set as the starting point, and the time from when the sensor output at the starting point starts to decrease to 0.3 seconds later is obtained as VA. The gas composition (components other than oxygen) used for the measurement is CO 2 = 5%, H 2 O = 5%, N 2 = bal. And a gas temperature of 280 ° C., a sensor element control temperature of 650 ° C., and a gas flow rate of 4 m / s with a sensor attached to the model gas generator for measurement.
FIG. 5 shows an example of a temporal change in sensor output after the oxygen concentration of the gas Ga is switched. The sensor output when the oxygen concentrations in the gases Ga and Gb are both 20% is V 0 . Assuming that the time during which the oxygen concentration in the gas Ga is switched from 0.2% to 20% is t 0 , the sensor output becomes V 1 at time t 1 after a little time has elapsed from t 0 . Further, when the time after 0.3 seconds from the time t 1 is t 2 (the sensor output at this time is V 2 ), it is expressed as VA = t 2 −t 0 .

ここで、時刻tから0.3秒後の時刻tを設定する理由は、時刻tから相当の時間が経過しセンサ出力が減衰していく領域Vでは、電極の輸率(アンモニアの分解によるイオン化速度)が律速となり、ガスの拡散時間の計測が困難になるからである。
なお、τ90応答時間等の測定は、電極や選択反応層等でガス成分の吸着や反応等が生じ、真のガス拡散時間が計測できない可能性があるため、好ましくない。
The reason for setting the time t 1 from the time t 2 after 0.3 seconds, in the region V R from time t 1 elapses sensor output considerable time decays, the electrode transport number (ammonia This is because the ionization rate due to decomposition of the gas becomes rate-determining and it becomes difficult to measure the gas diffusion time.
Note that measurement of τ90 response time and the like is not preferable because gas component adsorption or reaction may occur in the electrode, selective reaction layer, or the like, and the true gas diffusion time may not be measured.

同様に、ガス拡散時間VBは、基準電極4Aへ流れるガスGb中の酸素濃度を0.2%から20%に切替え、検知電極2Aへ流れるガスGa中の酸素濃度を20%で一定としたとき、ガスGbの酸素濃度切替時を起点とし、起点時のセンサ出力が低下し始めてから0.3秒後までの時間をVBとして求める。   Similarly, the gas diffusion time VB is obtained when the oxygen concentration in the gas Gb flowing to the reference electrode 4A is switched from 0.2% to 20% and the oxygen concentration in the gas Ga flowing to the detection electrode 2A is constant at 20%. The time from when the oxygen concentration of the gas Gb is switched to the starting point and from when the sensor output at the starting point starts to decrease to 0.3 seconds later is obtained as VB.

次に、センサ素子部50Aの製造方法の一例を、展開図6を参照して簡単に説明する。まず、センサ素子部の本体となる比較的厚い(例えば300μm)グリーンシートのアルミナ絶縁層26Aを用意し、絶縁層26A上にPt、アルミナ(共素地として用いる無機酸化物)バインダ及び有機溶剤を含む電極ペースト(以下、「Pt系ペースト」という)をスクリーン印刷してヒータ16A(及びこれから延長するリード35A,36A)を形成する。
そして、ヒータ16A及びリード35A,36Aを覆うように、これらの上に絶縁層24A5をスクリーン印刷し、絶縁層24A5上に絶縁層24A4をスクリーン印刷する。
Next, an example of a method for manufacturing the sensor element unit 50A will be briefly described with reference to a development view 6. FIG. First, an alumina insulating layer 26A of a relatively thick green sheet (for example, 300 μm) serving as a main body of the sensor element portion is prepared, and Pt, alumina (an inorganic oxide used as a common substrate) binder and an organic solvent are included on the insulating layer 26A. Electrode paste (hereinafter referred to as “Pt paste”) is screen-printed to form the heater 16A (and leads 35A and 36A extending therefrom).
Then, an insulating layer 24A5 is screen-printed on the heater 16A and the leads 35A and 36A, and an insulating layer 24A4 is screen-printed on the insulating layer 24A5.

一方、絶縁層26Aの下面にPt系ペーストをスクリーン印刷して温度検出手段14A(及びこれから延長するリード32A、33A、34A、及び電極端子部42A、43A、44A)を形成し、温度検出手段14A表面にアルミナ、バインダ及び有機溶剤を含むペーストをスクリーン印刷して絶縁層12Aを形成する。   On the other hand, the temperature detecting means 14A (and leads 32A, 33A, 34A and electrode terminal portions 42A, 43A, 44A extending therefrom) are formed by screen printing a Pt paste on the lower surface of the insulating layer 26A, and the temperature detecting means 14A. The insulating layer 12A is formed by screen printing a paste containing alumina, a binder and an organic solvent on the surface.

次に、ジルコニア系粉末、バインダ及び有機溶剤を含むスラリーからドクターブレード法により、固体電解質層6となるグリーンシートを製造し、固体電解質層6の下側に、左端に矩形孔を有する絶縁層24A1を積層する。そして、絶縁層24A1の矩形孔内にPt系ペーストをスクリーン印刷して基準電極4A(及びこれから延長するリード37A)を形成する。さらに、左端に矩形孔を有する絶縁層24A2を、基準電極4Aが矩形孔内に入るように重ねてスクリーン印刷する。基準電極4Aは、絶縁層24A2の矩形孔から下面に露出する。
次に、露出した基準電極4Aを覆うように、基準電極4Aの下側に矩形状の第2保護層10Aをスクリーン印刷する。第2保護層10Aは、後述する絶縁層24A3のコの字で形成される内部空間内に収容される。なお、固体電解質層6は、固体電解質ペーストをスクリーン印刷して形成してもよい。
Next, the green sheet used as the solid electrolyte layer 6 is manufactured from the slurry containing a zirconia-based powder, a binder, and an organic solvent by a doctor blade method, and an insulating layer 24A1 having a rectangular hole at the left end below the solid electrolyte layer 6 Are laminated. Then, a Pt-based paste is screen-printed in the rectangular hole of the insulating layer 24A1 to form the reference electrode 4A (and the lead 37A extending therefrom). Further, an insulating layer 24A2 having a rectangular hole at the left end is screen-printed so that the reference electrode 4A enters the rectangular hole. The reference electrode 4A is exposed to the lower surface from the rectangular hole of the insulating layer 24A2.
Next, a rectangular second protective layer 10A is screen-printed on the lower side of the reference electrode 4A so as to cover the exposed reference electrode 4A. 10 A of 2nd protective layers are accommodated in the interior space formed by the U-shape of insulating layer 24A3 mentioned later. The solid electrolyte layer 6 may be formed by screen printing a solid electrolyte paste.

一方、左端に矩形孔を有する絶縁層22Aを固体電解質層6上にスクリーン印刷し、絶縁層22A上にPt系ペーストをスクリーン印刷してリード30A、電極端子部40A、41Aを形成する。さらに、リード30Aを覆うようにして左端に矩形孔を有する絶縁層20Aをスクリーン印刷する。   On the other hand, an insulating layer 22A having a rectangular hole at the left end is screen-printed on the solid electrolyte layer 6, and a Pt-based paste is screen-printed on the insulating layer 22A to form leads 30A and electrode terminal portions 40A and 41A. Further, an insulating layer 20A having a rectangular hole at the left end is screen-printed so as to cover the lead 30A.

そして、左先端に向けてコの字に開口する形状の絶縁層24A3を絶縁層24A4上にスクリーン印刷する。そして、絶縁層24A3の上に(絶縁層24A3のコの字に収容されるように)第2保護層10Aを合わせて積層圧着し、さらに、所定形状に切断し、所定温度(例えば約400℃)で脱バインダ後、所定温度(例えば1520℃)で焼成する。なお、絶縁層24A1〜24A5は、基準電極4Aとヒータ16の電気絶縁性を高めるものであり、図3では、絶縁層24A1〜24A5を合わせて絶縁層24Aと図示している。なお、絶縁層24Aは、スクリーン印刷ではなく、アルミナグリーンシートにて形成しても良い。   Then, an insulating layer 24A3 having a U-shape opening toward the left tip is screen-printed on the insulating layer 24A4. Then, the second protective layer 10A is laminated and pressure-bonded on the insulating layer 24A3 (so as to be accommodated in the U-shape of the insulating layer 24A3), further cut into a predetermined shape, and a predetermined temperature (eg, about 400 ° C.). ) And then baked at a predetermined temperature (for example, 1520 ° C.). The insulating layers 24A1 to 24A5 enhance the electrical insulation between the reference electrode 4A and the heater 16. In FIG. 3, the insulating layers 24A1 to 24A5 are collectively shown as the insulating layer 24A. The insulating layer 24A may be formed by alumina green sheet instead of screen printing.

その後、絶縁層20A、22Aの矩形孔内にAu系ペーストをスクリーン印刷して検知電極2Aを形成する。
そして、この積層体を所定温度(例えば、250℃)で脱バインダ後、所定温度(例えば、1000℃)で焼成する。ここで、検知電極2Aはリード30Aと接続し、基準電極4A及び検知電極2Aは固体電解質層6の上下面に接している。
Thereafter, an Au-based paste is screen printed in the rectangular holes of the insulating layers 20A and 22A to form the detection electrode 2A.
Then, the laminate is debindered at a predetermined temperature (for example, 250 ° C.) and then fired at a predetermined temperature (for example, 1000 ° C.). Here, the detection electrode 2A is connected to the lead 30A, and the reference electrode 4A and the detection electrode 2A are in contact with the upper and lower surfaces of the solid electrolyte layer 6.

さらに、検知電極2Aを覆うようにして、金属酸化物を主成分とするペーストをスクリーン印刷して矩形状の選択反応層3Aを形成し、最後に選択反応層3Aを覆うようにして矩形状の第1保護層9Aをスクリーン印刷し、所定温度(例えば750℃)で焼成する。   Further, the rectangular selection reaction layer 3A is formed by screen printing a paste mainly composed of a metal oxide so as to cover the detection electrode 2A, and finally the rectangular shape so as to cover the selection reaction layer 3A. The first protective layer 9A is screen-printed and baked at a predetermined temperature (for example, 750 ° C.).

<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態に係るアンモニアガスセンサのセンサ素子部50Bについて展開図7を参照して説明する。第2の実施形態に係るアンモニアガスセンサは、図6のセンサ素子部における絶縁層24A4から絶縁層12Aに至る積層構造をそのまま流用しているので、同一構成部分については図6と符号を付して説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, a sensor element portion 50B of an ammonia gas sensor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to a development view 7. FIG. In the ammonia gas sensor according to the second embodiment, since the laminated structure from the insulating layer 24A4 to the insulating layer 12A in the sensor element portion of FIG. 6 is used as it is, the same components are denoted by the same reference numerals as in FIG. Description is omitted.

図7において、絶縁層24A4の上に固体電解質層6(第1の実施形態と同一)を積層し、さらに、左端部において長辺状の2個の開口が幅方向に並ぶ絶縁層22Bを固体電解質層6上にスクリーン印刷し、絶縁層22B上にPt系ペーストをスクリーン印刷して基準電極4B、リード30B,31B、電極端子部40B,41Bを形成する。さらに、リード30B,31Bを覆うように絶縁層20Bをスクリーン印刷する。これによりリード30B、31Bは絶縁層20Bに完全に被覆される。一方、基準電極4Bは、絶縁層20Bの一方の開口から露出すると共に、絶縁層22Bの開口を介して固体電解質層6表面に接する。
さらに、絶縁層20Bの他の開口(絶縁層22Bの他の開口と同じ位置にある)内にAu系ペーストをスクリーン印刷して検知電極2Bを形成する。検知電極2Bは、絶縁層22Bの他の開口を介して固体電解質層6表面に接すると共に、リード30Bと接続している。
In FIG. 7, a solid electrolyte layer 6 (same as in the first embodiment) is stacked on an insulating layer 24A4, and further, an insulating layer 22B in which two long side openings are arranged in the width direction at the left end is solidified. Screen printing is performed on the electrolyte layer 6, and Pt paste is screen printed on the insulating layer 22B to form the reference electrode 4B, the leads 30B and 31B, and the electrode terminal portions 40B and 41B. Further, the insulating layer 20B is screen-printed so as to cover the leads 30B and 31B. As a result, the leads 30B and 31B are completely covered with the insulating layer 20B. On the other hand, the reference electrode 4B is exposed from one opening of the insulating layer 20B and is in contact with the surface of the solid electrolyte layer 6 through the opening of the insulating layer 22B.
Further, the Au-based paste is screen-printed in the other opening of the insulating layer 20B (at the same position as the other opening of the insulating layer 22B) to form the detection electrode 2B. The detection electrode 2B is in contact with the surface of the solid electrolyte layer 6 through another opening of the insulating layer 22B and is connected to the lead 30B.

さらに、検知電極2Bを覆うようにして、金属酸化物を主成分とするペーストをスクリーン印刷して長辺状の選択反応層3Bを形成し、最後に選択反応層3B及び基準電極4Bを覆うようにして矩形状の同一保護層11Bをスクリーン印刷し、所定温度(例えば750℃)で焼成する。   Further, a long-sided selection reaction layer 3B is formed by screen printing a paste mainly composed of a metal oxide so as to cover the detection electrode 2B, and finally the selection reaction layer 3B and the reference electrode 4B are covered. Then, the same rectangular protective layer 11B is screen-printed and baked at a predetermined temperature (for example, 750 ° C.).

第2の実施形態においては、検知電極2B及び基準電極4Bは固体電解質層6の同一の面側に形成され、第1保護層と第2保護層は同一の層11Bである。このような構成とすると、被測定ガス流れに対して同じ条件で検知電極2B、基準電極4Bが晒され、対向電極に対してガス流れの方向性が緩和できる。
第2の実施形態においても、検知電極2Bのアンモニア活性が基準電極4Bより低いので、被測定ガス中のアンモニアが基準電極4B上で反応して分解し、アンモニア濃度が低下した被測定ガスが基準雰囲気となって層11Bの基準電極4B近傍に滞留するので、検知電極2Bとの間でガス中のアンモニア濃度に差が生じ、アンモニア濃度を検出できる。
In the second embodiment, the detection electrode 2B and the reference electrode 4B are formed on the same surface side of the solid electrolyte layer 6, and the first protective layer and the second protective layer are the same layer 11B. With such a configuration, the detection electrode 2B and the reference electrode 4B are exposed to the gas flow to be measured under the same conditions, and the directionality of the gas flow can be relaxed with respect to the counter electrode.
Also in the second embodiment, since the ammonia activity of the detection electrode 2B is lower than that of the reference electrode 4B, ammonia in the measurement gas reacts and decomposes on the reference electrode 4B, and the measurement gas whose ammonia concentration has decreased is the reference. Since the atmosphere stays in the vicinity of the reference electrode 4B of the layer 11B, a difference occurs in the ammonia concentration in the gas between the detection electrode 2B and the ammonia concentration can be detected.

本発明は上記実施形態に限定されない。本発明は、固体電解質層を介して検知電極と基準電極との間に生じる起電力からアンモニア濃度を検出し、検知電極と基準電極が共に被測定ガスに曝される、あらゆるアンモニアガスセンサに適用可能である。
又、上記実施形態では検知電極上に選択反応層を設けたが、選択反応層を設けなくともよい。
本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
The present invention is not limited to the above embodiment. The present invention is applicable to any ammonia gas sensor in which ammonia concentration is detected from an electromotive force generated between a detection electrode and a reference electrode via a solid electrolyte layer, and both the detection electrode and the reference electrode are exposed to a gas to be measured. It is.
Moreover, in the said embodiment, although the selective reaction layer was provided on the detection electrode, it is not necessary to provide a selective reaction layer.
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and extends to various modifications and equivalents included in the spirit and scope of the present invention.

以下、実施例を挙げて、本発明を具体的に説明するが、本発明は勿論これらの例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to these examples of course.

上記第1の実施形態に係るアンモニアガスセンサを上記した方法で作製した。各絶縁層12A、26A、24A、22A、20Aは、乳鉢にアルミナ粉末、有機溶剤及び分散剤を乳鉢に入れ、らいかい機で4時間分散混合した後、バインダ、粘度調整剤を所定量添加し、更に4時間湿式混合を行って作製したペーストを印刷して形成した。
固体電解質層6となるグリーンシートは、5.4モル%のYを含有する部分安定化ジルコニア系粉末、バインダ及び有機溶剤を含むスラリーからドクターブレード法により形成した。
検知電極2Aは、乳鉢にAu粉末、少量のジルコニア粉末、有機溶剤及び分散剤を乳鉢に入れ、らいかい機で4時間分散混合した後、バインダ、粘度調整剤を所定量添加し、更に4時間湿式混合を行って作製したペーストを印刷して形成した。
基準電極4A、各リード及び各電極端子部は、乳鉢にPt粉末、Ptに対して14質量%の部分安定化ジルコニア粉末、有機溶剤及び分散剤を乳鉢に入れ、らいかい機で4時間分散混合した後、バインダ、粘度調整剤を所定量添加し、更に4時間湿式混合を行って作製したペーストを印刷して形成した。
The ammonia gas sensor according to the first embodiment was manufactured by the method described above. Each insulating layer 12A, 26A, 24A, 22A, 20A is a mixture of alumina powder, organic solvent and dispersant in a mortar, and after 4 hours of dispersion mixing with a rake machine, a predetermined amount of binder and viscosity modifier are added. Further, the paste prepared by wet mixing for 4 hours was printed and formed.
The green sheet to be the solid electrolyte layer 6 was formed by a doctor blade method from a slurry containing partially stabilized zirconia-based powder containing 5.4 mol% Y 2 O 3 , a binder and an organic solvent.
In the detection electrode 2A, Au powder, a small amount of zirconia powder, an organic solvent and a dispersing agent are put in a mortar, and after 4 hours of dispersion mixing with a rough machine, a predetermined amount of a binder and a viscosity modifier are added, and further 4 hours. It was formed by printing a paste prepared by wet mixing.
The reference electrode 4A, each lead, and each electrode terminal part were placed in a mortar with Pt powder, 14% by mass of partially stabilized zirconia powder, an organic solvent and a dispersant in a mortar, and dispersed and mixed for 4 hours with a rake machine. After that, a predetermined amount of a binder and a viscosity modifier were added, and the paste prepared by wet mixing for 4 hours was printed and formed.

選択反応層3Aは、乳鉢に1:1(モル比)で用意した酸化バナジウム(V)粉末及び酸化ビスマス(Bi)粉末、有機溶剤及び分散剤を乳鉢に入れ、らいかい機で4時間分散混合した後、バインダ、粘度調整剤を所定量添加し、更に4時間湿式混合を行って作製したペーストを印刷して形成した。
第1保護層9A、第2保護層10Aは、乳鉢にアルミナ(Al)粉末、有機溶剤及び分散剤を乳鉢に入れ、らいかい機で4時間分散混合した後、バインダ、粘度調整剤を所定量添加し、更に4時間湿式混合を行って作製したペーストを印刷して形成した。
各ペーストを積層して絶縁層12A〜20Aまで形成後、400℃で脱バインダし、1470℃で焼成した。
次に、上記検知電極2Aをスクリーン印刷して1000℃で1時間焼成後、選択反応層3A、第1の保護層9Aをスクリーン印刷して積層し、750℃で焼成し、センサ素子部50Aを得た。得られたセンサ素子部50Aを、上述したようにしてアンモニアガスセンサ200Aとして組み付けた。
The selective reaction layer 3A is prepared by adding vanadium oxide (V 2 O 5 ) powder and bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) powder prepared in a 1: 1 (molar ratio) to the mortar, an organic solvent and a dispersant in the mortar. After mixing and mixing for 4 hours by a machine, a predetermined amount of a binder and a viscosity modifier were added, and a paste prepared by wet mixing for 4 hours was printed to form.
The first protective layer 9A and the second protective layer 10A are prepared by putting an alumina (Al 2 O 3 ) powder, an organic solvent and a dispersant in a mortar and dispersing and mixing them for 4 hours with a cracker, followed by a binder and a viscosity modifier. Was added, and a paste prepared by wet mixing for 4 hours was printed to form.
After laminating each paste to form insulating layers 12A to 20A, the binder was removed at 400 ° C. and fired at 1470 ° C.
Next, the detection electrode 2A is screen-printed and fired at 1000 ° C. for 1 hour, and then the selective reaction layer 3A and the first protective layer 9A are screen-printed and laminated, and fired at 750 ° C. Obtained. The obtained sensor element unit 50A was assembled as the ammonia gas sensor 200A as described above.

第1保護層9A、第2保護層10Aを形成するためのペーストとして、アルミナ(Al)粉末の代わりに、MgAl粉末を用いたこと以外は実施例1と同様にしてセンサ素子部を製造し、アンモニアガスセンサとして組み付けた。 The sensor was the same as in Example 1 except that MgAl 2 O 4 powder was used instead of alumina (Al 2 O 3 ) powder as a paste for forming the first protective layer 9A and the second protective layer 10A. The element part was manufactured and assembled as an ammonia gas sensor.

第1保護層9A、第2保護層10Aを形成するためのペーストとして、アルミナ(Al)粉末の代わりに、SiO粉末を用いたこと以外は実施例1と同様にしてセンサ素子部を製造し、アンモニアガスセンサとして組み付けた。 The sensor element portion is the same as in Example 1 except that SiO 2 powder is used instead of alumina (Al 2 O 3 ) powder as a paste for forming the first protective layer 9A and the second protective layer 10A. And assembled as an ammonia gas sensor.

第1保護層9A、第2保護層10Aを形成するためのペーストとして、アルミナ(Al)粉末の代わりに、SiO/AlO粉末(SiO/Al比=1000)を用いたこと以外は実施例1と同様にしてセンサ素子部を製造し、アンモニアガスセンサとして組み付けた。 As a paste for forming the first protective layer 9A and the second protective layer 10A, instead of alumina (Al 2 O 3 ) powder, SiO 2 / Al 2 O powder (SiO 2 / Al 2 O 3 ratio = 1000) A sensor element part was manufactured in the same manner as in Example 1 except that was used, and assembled as an ammonia gas sensor.

第1保護層9A、第2保護層10Aを形成するためのペーストとして、アルミナ(Al)粉末の代わりに、ゼオライト(ZSM−5)粉末を用いたこと以外は実施例1と同様にしてセンサ素子部を製造し、アンモニアガスセンサとして組み付けた。 As in Example 1, except that zeolite (ZSM-5) powder was used instead of alumina (Al 2 O 3 ) powder as a paste for forming the first protective layer 9A and the second protective layer 10A. The sensor element was manufactured and assembled as an ammonia gas sensor.

第1保護層9A、第2保護層10Aを形成するためのペーストとして、アルミナ(Al)粉末の代わりに、SiC粉末を用いたこと以外は実施例1と同様にしてセンサ素子部を製造し、アンモニアガスセンサとして組み付けた。 The sensor element portion was formed in the same manner as in Example 1 except that SiC powder was used instead of alumina (Al 2 O 3 ) powder as a paste for forming the first protective layer 9A and the second protective layer 10A. Manufactured and assembled as an ammonia gas sensor.

<比較例>
第2保護層10Aを形成せず、絶縁層24A3のコの字空間内に基準電極4Aを露出させたこと以外は実施例1と同様にしてセンサ素子部を製造し、アンモニアガスセンサとして組み付けた。
<Comparative example>
A sensor element portion was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the second protective layer 10A was not formed and the reference electrode 4A was exposed in the U-shaped space of the insulating layer 24A3, and assembled as an ammonia gas sensor.

<センサ特性(感度)評価>
(1)センサの初期感度
モデルガス発生装置のガス流中に各実施例及び比較例のアンモニアガスセンサを取り付け、センサの初期感度の評価を行った。モデルガスのガス温度280℃、素子制御温度(ヒータ加熱)650℃とし、ガス組成をO2=10% CO2=5% H2O=5% N2=bal.とした。モデルガス発生装置から上記ガスを流し、検知電極と基準電極が共に上記ガスに曝されたとき、検知電極と基準電極の間の電位差を測定し、ベース起電力とした。次に、モデルガスにNH=100ppmを入れ、このときの検知電極と基準電極との電位差を測定し、測定時の起電力とした。そして、測定時の起電力からベース起電力を差引いた値をセンサの初期感度で定義した。
<Sensor characteristics (sensitivity) evaluation>
(1) Initial sensitivity of sensor The ammonia gas sensor of each Example and the comparative example was attached in the gas flow of the model gas generator, and the initial sensitivity of the sensor was evaluated. The gas temperature of the model gas was 280 ° C., the element control temperature (heater heating) was 650 ° C., and the gas composition was O 2 = 10% CO 2 = 5% H 2 O = 5% N 2 = bal. When the gas was flowed from the model gas generator and both the detection electrode and the reference electrode were exposed to the gas, the potential difference between the detection electrode and the reference electrode was measured and used as the base electromotive force. Next, NH 3 = 100 ppm was added to the model gas, and the potential difference between the detection electrode and the reference electrode at this time was measured to obtain an electromotive force at the time of measurement. A value obtained by subtracting the base electromotive force from the electromotive force at the time of measurement was defined as the initial sensitivity of the sensor.

(2)実機試験
各実施例及び比較例のアンモニアガスセンサを実機エンジンに取り付け、実際にエンジンを稼働させてセンサ特性を評価した。エンジンは排気量3.0Lディーゼルエンジンを用い、アンモニアガスセンサを排気管(DOC(Diesel Oxidation Catalyst)及びDPF(黒煙除去装置)の後流)に取付けた。
エンジンを10分間アイドル後、3000rpmで30分稼働する工程を1サイクルとし、このサイクルを500時間繰り返して実機試験を行った。
実機試験終了後にエンジンからセンサを取り外し、(1)と同様にしてモデルガス発生装置に取り付けてセンサの感度を測定した。センサの感度は、測定時の起電力−ベース起電力で定義した。
(2) Actual machine test The ammonia gas sensor of each Example and Comparative Example was attached to an actual engine, and the engine was actually operated to evaluate the sensor characteristics. The engine used was a 3.0-liter diesel engine, and an ammonia gas sensor was attached to the exhaust pipe (the wake of the DOC (Diesel Oxidation Catalyst) and DPF (black smoke removal device)).
The engine was idled for 10 minutes and then operated at 3000 rpm for 30 minutes as one cycle, and this cycle was repeated for 500 hours to conduct an actual machine test.
After the actual machine test was completed, the sensor was removed from the engine and attached to the model gas generator in the same manner as (1) to measure the sensitivity of the sensor. The sensitivity of the sensor was defined as electromotive force at measurement-base electromotive force.

得られた結果を表1及び図8に示す。   The obtained results are shown in Table 1 and FIG.

Figure 0005033017
Figure 0005033017

表1、図8より、基準電極側に多孔質からなる第2保護層を設けた各実施例の場合、実機試験後のセンサ感度の(初期からの)減少率は5%以下であり、長期安定性に優れたものとなった。
一方、基準電極側に保護層を設けなかった比較例の場合、実機試験後のセンサ感度の(初期からの)減少率は20%を超え、長期安定性に劣ると共に、基準電極に形態変化(一部剥離)が認められた。
なお、上記第2の実施形態に係るアンモニアガスセンサを上記した方法で作製し、第1の実施形態に係るアンモニアガスセンサと同様にセンサ感度を評価したところ、実機試験後のセンサ感度の(初期からの)減少率は5%以下であることを確認した。なお、第2の実施形態に係るアンモニアガスセンサの作製時に各層に用いたペーストは、第1の実施形態の場合と同様とした。
From Table 1 and FIG. 8, in the case of each example in which the porous second protective layer was provided on the reference electrode side, the rate of decrease in sensor sensitivity after the actual machine test was 5% or less (long-term) It became excellent in stability.
On the other hand, in the case of the comparative example in which the protective layer is not provided on the reference electrode side, the rate of decrease in sensor sensitivity (from the initial stage) after the actual machine test exceeds 20%, the long-term stability is inferior, and the shape change ( Partial peeling) was observed.
The ammonia gas sensor according to the second embodiment was manufactured by the above-described method, and the sensor sensitivity was evaluated in the same manner as the ammonia gas sensor according to the first embodiment. ) It was confirmed that the reduction rate was 5% or less. In addition, the paste used for each layer at the time of manufacturing the ammonia gas sensor according to the second embodiment was the same as that in the first embodiment.

<センサの過渡特性(安定性)評価>
実施例1において、第2保護層10Aの拡散抵抗を変えたセンサ素子部を製造した。なお、拡散抵抗はペースト中の有機ビーズやカーボンの造孔剤を添加したり、粒径、比表面積を変更した保護層材料を用いることで変化させた。又、上記比較例のセンサ素子部を準備した。これらのセンサ素子部をアンモニアガスセンサとして組み付けた。
次に、図4に示すようにして、アンモニアガスセンサ200Aにおいて、内部プロテクタ143で囲まれたセンサ素子部50A周囲の空間を仕切り板300によって2つに仕切った。
ガス拡散時間VAは、検知電極2A側へ流れるガスGa中の酸素濃度を0.2%から20%に切替え、基準電極4A側へ流れるガスGb中の酸素濃度を20%で一定としたとき、ガスGaの酸素濃度切替時を起点とし、起点時のセンサ出力が低下し始めてから0.3秒後までの時間をVAとして求めた。測定に用いるガス組成(酸素以外の成分)はCO=5%,HO=5%,N=bal.とし、ガス温度280℃、センサ素子部の制御温650℃とし、ガス流速4m/sでモデルガス発生装置にセンサを取り付けて測定を行った。
同様に、ガス拡散時間VBは、基準電極4Aへ流れるガスGb中の酸素濃度を0.2%から20%に切替え、検知電極2Aへ流れるガスGa中の酸素濃度を20%で一定としたとき、ガスGbの酸素濃度切替時を起点とし、起点時のセンサ出力が低下し始めてから0.3秒後までの時間をVBとして求めた。
そして、|VA−VB|×100/((VA+VB)/2)でガス拡散時間差率を算出した。
<Evaluation of sensor transient characteristics (stability)>
In Example 1, a sensor element portion in which the diffusion resistance of the second protective layer 10A was changed was manufactured. The diffusion resistance was changed by adding an organic bead or carbon pore-forming agent in the paste, or using a protective layer material with a changed particle size and specific surface area. Moreover, the sensor element part of the said comparative example was prepared. These sensor element portions were assembled as an ammonia gas sensor.
Next, as shown in FIG. 4, in the ammonia gas sensor 200 </ b> A, the space around the sensor element unit 50 </ b> A surrounded by the internal protector 143 was partitioned into two by the partition plate 300.
The gas diffusion time VA is such that when the oxygen concentration in the gas Ga flowing to the detection electrode 2A side is switched from 0.2% to 20% and the oxygen concentration in the gas Gb flowing to the reference electrode 4A side is constant at 20%, Starting from the oxygen concentration switching of the gas Ga, the time from when the sensor output at the starting point starts to decrease to 0.3 seconds later was determined as VA. The gas composition (components other than oxygen) used for the measurement is CO 2 = 5%, H 2 O = 5%, N 2 = bal. The gas temperature was 280 ° C., the sensor element control temperature was 650 ° C., and the measurement was performed with a sensor attached to the model gas generator at a gas flow rate of 4 m / s.
Similarly, the gas diffusion time VB is obtained when the oxygen concentration in the gas Gb flowing to the reference electrode 4A is switched from 0.2% to 20% and the oxygen concentration in the gas Ga flowing to the detection electrode 2A is constant at 20%. The time from when the oxygen concentration of the gas Gb was switched to the starting point and the sensor output at the starting point starting to decrease until 0.3 seconds later was determined as VB.
Then, the gas diffusion time difference ratio was calculated by | VA−VB | × 100 / ((VA + VB) / 2).

上記アンモニアガスセンサから仕切り板を取り外し、上記したモデルガス発生装置のガス流中に取り付け、センサの感度の評価を行った。モデルガスのガス温度280℃、素子制御温度(ヒータ加熱)650℃とし、ガス組成をO2=0.2% CO2=5% H2O=5% N2=bal.としてしばらく流し、検知電極と基準電極の間の電位差(起電力)を測定した。次に、上記ガス中の酸素濃度を20%としたガスに切替え、検知電極と基準電極の間の起電力を引き続いて測定し、起電力の時間変化を求めた。
得られた結果を表2及び図9に示す。
The partition plate was removed from the ammonia gas sensor and mounted in the gas flow of the model gas generator described above, and the sensitivity of the sensor was evaluated. The gas temperature of the model gas is 280 ° C, the element control temperature (heater heating) is 650 ° C, and the gas composition is O 2 = 0.2% CO 2 = 5% H 2 O = 5% N 2 = bal. The potential difference (electromotive force) between the reference electrodes was measured. Next, the gas was switched to a gas having an oxygen concentration of 20%, and the electromotive force between the detection electrode and the reference electrode was subsequently measured to determine the time variation of the electromotive force.
The obtained results are shown in Table 2 and FIG.

Figure 0005033017
Figure 0005033017

表2、図9より、ガス拡散時間差率が0%の場合、ガス中の酸素濃度が急変したときのセンサの起電力変化が小さく(起電力の変化が0.2mV程度)、すぐに元に戻り、安定したセンサ出力が得られた。
又、ガス拡散時間差率が20%及び50%の場合、ガス中の酸素濃度が急変したときのセンサの起電力変化が6mV以下程度であった。この測定はガス流速が実使用環境に近い4m/sであり、センサの起電力変化が5〜6mV程度であれば、ガス中の酸素濃度が急変してもセンサ特性の収束が速く、実使用上問題無いレベルといえる。
一方、ガス拡散時間差率が80%の場合、ガス中の酸素濃度が急変濃するとセンサの起電力変化が10mV以上と大きくなり、出力が収束(安定化)するまで時間を要した。
以上から、ガス拡散時間差率が50%以下であることが好ましいことが判明した。
From Table 2 and FIG. 9, when the gas diffusion time difference rate is 0%, the change in the electromotive force of the sensor when the oxygen concentration in the gas suddenly changes is small (the change in electromotive force is about 0.2 mV). Returning, stable sensor output was obtained.
When the gas diffusion time difference rate was 20% and 50%, the change in electromotive force of the sensor when the oxygen concentration in the gas changed suddenly was about 6 mV or less. In this measurement, if the gas flow rate is 4 m / s, which is close to the actual use environment, and the sensor electromotive force change is about 5 to 6 mV, the sensor characteristics converge quickly even if the oxygen concentration in the gas changes suddenly, and the actual use It can be said that there is no problem.
On the other hand, when the gas diffusion time difference rate was 80%, if the oxygen concentration in the gas changed suddenly, the change in electromotive force of the sensor increased to 10 mV or more, and it took time until the output converged (stabilized).
From the above, it was found that the gas diffusion time difference rate is preferably 50% or less.

本発明の第1の実施形態に係るガスセンサ(アンモニアガスセンサ)の長手方向に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the longitudinal direction of the gas sensor (ammonia gas sensor) which concerns on the 1st Embodiment of this invention. センサ素子部50Aの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of 50 A of sensor element parts. 図2のIII−III線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the III-III line of FIG. ガス拡散時間差率を測定するための装置(仕切り板)を示す図である。It is a figure which shows the apparatus (partition plate) for measuring a gas diffusion time difference rate. ガス拡散時間を求める方法として、ガス中の酸素濃度を切替えてからのセンサ出力の時間変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the time change of the sensor output after switching the oxygen concentration in gas as a method of calculating | requiring gas diffusion time. センサ素子部50Aの展開図である。It is an expanded view of 50 A of sensor element parts. 第2の実施形態に係るアンモニアガスセンサにおけるセンサ素子部50Bの展開図である。It is an expanded view of the sensor element part 50B in the ammonia gas sensor which concerns on 2nd Embodiment. 実機による長期試験後のセンサの感度変化を示す図である。第3の実施形態に係るアンモニアガスセンサにおけるセンサ素子部の一部の展開図である。It is a figure which shows the sensitivity change of the sensor after the long-term test by an actual machine. It is a partial expanded view of the sensor element part in the ammonia gas sensor which concerns on 3rd Embodiment. ガス中の酸素濃度が急変したときのセンサの起電力変化を示す図である。It is a figure which shows the electromotive force change of a sensor when the oxygen concentration in gas changes suddenly.

符号の説明Explanation of symbols

2A、2B 検知電極
3A、3B 選択反応層
4A,4B 基準電極
6 固体電解質層
9A 第1保護層
10A 第2保護層
11B 同一層(第1保護層と第2保護層)
50A、50B センサ素子部
200A アンモニアガスセンサ
2A, 2B Detection electrode 3A, 3B Selective reaction layer 4A, 4B Reference electrode 6 Solid electrolyte layer 9A First protective layer 10A Second protective layer 11B Same layer (first protective layer and second protective layer)
50A, 50B Sensor element part 200A Ammonia gas sensor

Claims (3)

センサ素子部を有し、被測定ガス中のアンモニア濃度を検出するアンモニアガスセンサにおいて、
前記センサ素子部は、
酸素イオン伝導性の固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に形成され、前記被測定ガスに晒される検知電極と、
前記センサ素子部の内部に位置すると共に、前記固体電解質層の他方の面に形成されて前記検知電極の対極となり、且つ前記検知電極よりもアンモニア活性が低く、前記被測定ガスに晒される基準電極と、
前記検知電極を覆う多孔質からなる第1保護層と、
前記基準電極を覆うと共に、前記センサ素子部の外表面に露出し、外部から前記被測定ガスを導入する多孔質からなる第2保護層とを有し、
前記固体電解質層と前記基準電極との界面に外部から到達する前記被測定ガスのガス拡散時間をVAとし、前記固体電解質層と前記検知電極との界面に外部から到達する前記被測定ガスのガス拡散時間をVBとしたとき、|VA−VB|×100/((VA+VB)/2)で表されるガス拡散時間差率が50%以下であるアンモニアガスセンサ。
In an ammonia gas sensor that has a sensor element portion and detects the ammonia concentration in the gas to be measured,
The sensor element unit is
An oxygen ion conductive solid electrolyte layer, a sensing electrode formed on one surface of the solid electrolyte layer and exposed to the gas to be measured;
A reference electrode that is located inside the sensor element portion and is formed on the other surface of the solid electrolyte layer to serve as a counter electrode of the detection electrode, has a lower ammonia activity than the detection electrode, and is exposed to the gas to be measured. When,
A first protective layer made of a porous material covering the detection electrode;
A second protective layer made of a porous material that covers the reference electrode, is exposed on the outer surface of the sensor element unit, and introduces the gas to be measured from the outside ;
The gas diffusion time of the measurement gas that reaches the interface between the solid electrolyte layer and the reference electrode from the outside is defined as VA, and the gas of the measurement gas that reaches the interface between the solid electrolyte layer and the detection electrode from the outside An ammonia gas sensor having a gas diffusion time difference ratio of 50% or less represented by | VA−VB | × 100 / ((VA + VB) / 2) where the diffusion time is VB.
前記検知電極と前記第1保護層との間に選択反応層が介装されている請求項1記載のアンモニアガスセンサ。   The ammonia gas sensor according to claim 1, wherein a selective reaction layer is interposed between the detection electrode and the first protective layer. 前記第1保護層及び前記第2保護層は、Al ,MgAl ,SiO ,SiO /Al ,ゼオライト及びSiCの群から選ばれる少なくとも一種を含む多孔質からなる請求項1又は2記載のアンモニアガスセンサ。 The first protective layer and the second protective layer are made of a porous material containing at least one selected from the group consisting of Al 2 O 3 , MgAl 2 O 4 , SiO 2 , SiO 2 / Al 2 O 3 , zeolite, and SiC. The ammonia gas sensor according to claim 1 or 2.
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