JPH06160347A - Co2 sensor - Google Patents
Co2 sensorInfo
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- JPH06160347A JPH06160347A JP4131942A JP13194292A JPH06160347A JP H06160347 A JPH06160347 A JP H06160347A JP 4131942 A JP4131942 A JP 4131942A JP 13194292 A JP13194292 A JP 13194292A JP H06160347 A JPH06160347 A JP H06160347A
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- heater
- solid electrolyte
- sensor
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- film
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- Pending
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質を用いた気
相中のCO2濃度を測定するためのCO2センサに関す
る。本発明のCO2センサは、環境制御、医療、農畜
産、発酵工業プロセスを始めとする多数の分野のCO2
濃度測定及び濃度制御に使用することができる。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a CO 2 sensor for measuring CO 2 concentration in a gas phase using a solid electrolyte. CO 2 sensor of the present invention, environmental control, medical, agricultural, the number of fields including the Fermentation Process CO 2
It can be used for concentration measurement and concentration control.
【0002】[0002]
【従来の技術】気相中のCO2濃度を測定する手段とし
て、従来から隔膜式ガラス電極法、非分散赤外吸収法
(NDIR)など種々の方式のCO2センサが開発、使
用されている。しかしながら、その多くが応答速度、信
頼性など種々の問題を抱えている。これらの問題を解決
すべく、図4、図5に示すような固体電解質を用いたC
O2センサが種々提案されている。図4の場合、たとえ
ばNASICON、β−アルミナ、その他Naイオン導
電性を有した固体電解質2、気相中のCO2と解離平衡
をなすNa2CO3を含んでいる検知電極1、基準電極
3より構成されるセンサ素子部7は平面状ヒータ21上
に接着層20により固定され200℃〜800℃に保た
れている。 2. Description of the Related Art As a means for measuring CO 2 concentration in a gas phase, various types of CO 2 sensors such as a diaphragm glass electrode method and a non-dispersive infrared absorption method (NDIR) have been developed and used. . However, most of them have various problems such as response speed and reliability. In order to solve these problems, C using a solid electrolyte as shown in FIGS. 4 and 5 is used.
Various O 2 sensors have been proposed. In the case of FIG. 4, for example, NASICON, β-alumina, other solid electrolyte 2 having Na ion conductivity, detection electrode 1 containing Na 2 CO 3 in dissociation equilibrium with CO 2 in the gas phase, and reference electrode 3. The sensor element portion 7 composed of the above is fixed on the planar heater 21 by the adhesive layer 20 and kept at 200 ° C. to 800 ° C.
【0003】図5の場合、センサ素子部7はコイルヒー
タ22内部に信号取り出し線5、センサ素子部固定用の
リード線もしくはセラミック絶縁材料にて固定される
か、コイルヒータ中にセラミック絶縁材料と共に埋め込
まれる構造となっている。このセンサの起電力は数式1
で表される。In the case of FIG. 5, the sensor element portion 7 is fixed inside the coil heater 22 by a signal lead-out wire 5, a lead wire for fixing the sensor element portion or a ceramic insulating material, or together with a ceramic insulating material in the coil heater. It has a structure to be embedded. The electromotive force of this sensor is
It is represented by.
【数1】数式1に示されるように、センサ起電力は気相
中のCO2分圧PCO2の対数及びセンサ温度Tに比例
する。具体的には、センサ温度を500℃と一定にした
場合、気相中のCO2濃度が350ppmから360p
pmと変化することによりセンサ起電力は約1mV変化
する。一方、気相中のCO2濃度を一定としセンサ温度
を500℃から501℃変化することにより、センサ起
電力は約1mV変化する。As shown in Equation 1, the sensor electromotive force is proportional to the logarithm of the CO 2 partial pressure PCO 2 in the gas phase and the sensor temperature T. Specifically, when the sensor temperature is kept constant at 500 ° C., the CO 2 concentration in the gas phase is 350 ppm to 360 p
By changing to pm, the sensor electromotive force changes by about 1 mV. On the other hand, by changing the sensor temperature from 500 ° C. to 501 ° C. while keeping the CO 2 concentration in the gas phase constant, the sensor electromotive force changes by about 1 mV.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】このように温度の変化
に敏感なセンサでありながら、現状では図4のように平
面状ヒータ21の上にセンサ素子部7が突き出して接着
されている。このため、ヒータ温度とセンサ素子部温度
が同じであるとは限らず、また風、気温変動などにより
センサ素子部7の温度が変化しやすく、さらに基準電極
3、検知電極1間で温度差が生じてしまうという欠点が
あった。また、図5のようにコイルヒータ22中にセン
サ素子部が収められている場合、センサ素子部の固定が
不十分であると振動などによりセンサ素子部がヒータ壁
面に接近し、センサ素子部の温度が変化し、センサ出力
が変動してしまう場合があった。さらに、コイルヒータ
壁面にセンサ素子部7が接触した場合、センサ素子部7
の温度は大きく変化するためセンサ出力も大きく変動し
てしまい、使用不可能になってしまう場合もあった。さ
らに、図4、図5のセンサは共にセンサ素子部の取り付
け強度も十分でないという欠点も有していた。Although the sensor is sensitive to the change in temperature as described above, the sensor element portion 7 is currently projected and adhered onto the planar heater 21 as shown in FIG. For this reason, the heater temperature and the sensor element portion temperature are not always the same, the temperature of the sensor element portion 7 is likely to change due to wind, temperature fluctuations, and the like, and the temperature difference between the reference electrode 3 and the detection electrode 1 is further increased. There was a drawback that it would occur. When the sensor element portion is housed in the coil heater 22 as shown in FIG. 5, if the sensor element portion is not fixed sufficiently, the sensor element portion approaches the heater wall surface due to vibration or the like, and There were cases where the temperature changed and the sensor output fluctuated. Furthermore, when the sensor element part 7 contacts the coil heater wall surface, the sensor element part 7
Since the temperature of 1 changes greatly, the sensor output also fluctuates greatly, and in some cases it becomes unusable. Further, both the sensors shown in FIGS. 4 and 5 have a drawback that the mounting strength of the sensor element portion is not sufficient.
【0005】本発明は、これらの課題を解決するために
なされたものである。つまり、第一の目的としてセンサ
素子部の温度変化をなくすこと、第二の目的としてセン
サ素子部の取り付け強度を増すという点にある。The present invention has been made to solve these problems. That is, the first purpose is to eliminate the temperature change of the sensor element portion, and the second purpose is to increase the mounting strength of the sensor element portion.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】これらの問題を解決する
ための第1の手段はヒータ上に基準電極、検知電極、固
体電解質薄膜もしくは厚膜より構成されるセンサ素子部
を形成している。第2の手段はヒータ上に基準電極膜、
固体電解質薄膜もしくは厚膜、検知電極膜を積層して形
成している。第3の手段はヒータ上に形成された固体電
解質薄膜もしくは厚膜上に基準電極と検知電極をくし状
にかみ合うように形成している。第4の手段はヒータ上
に基準電極と検知電極をくし状にかみ合うように形成
し、電極間に固体電解質薄膜もしくは厚膜を形成してい
る。The first means for solving these problems is to form a sensor element portion composed of a reference electrode, a detection electrode, a solid electrolyte thin film or a thick film on a heater. The second means is a reference electrode film on the heater,
It is formed by stacking a solid electrolyte thin film or thick film and a detection electrode film. In the third means, the reference electrode and the detection electrode are formed on the solid electrolyte thin film or thick film formed on the heater so as to be engaged with each other in a comb shape. In the fourth means, a reference electrode and a detection electrode are formed on a heater so as to be engaged with each other in a comb shape, and a solid electrolyte thin film or a thick film is formed between the electrodes.
【0007】[0007]
【作用】上記の構成により、ヒータ上の基準電極、固体
電解質薄膜、検知電極より成るセンサ素子部はその厚み
が薄くかつ全面にわたりヒータに密着している。そのた
めヒータ温度とセンサ素子部の温度が同一となるため、
ヒータ温度を精度良く制御することにより、センサ素子
部の温度を常に一定とすることが可能となる。さらに、
センサ素子部とヒータが一体となっているため、耐振動
性、耐衝撃性が向上する。With the above structure, the sensor element portion including the reference electrode, the solid electrolyte thin film, and the detection electrode on the heater has a small thickness and is in close contact with the heater over the entire surface. Therefore, since the heater temperature and the sensor element temperature are the same,
By controlling the heater temperature with high accuracy, it is possible to keep the temperature of the sensor element part constant. further,
Since the sensor element portion and the heater are integrated, vibration resistance and impact resistance are improved.
【0008】[0008]
【実施例】図1に本発明の一実施例を示す。図1は本発
明のCO2センサの断面図ある。平面状のヒータの上に
基準電極、固体電解質薄膜、検知電極の順に成膜された
構造となっている。本実施例ではアルミナ板上にPtを
スパッタ法にてヒータを形成している。ヒータはアルミ
ナ、フォルステライト、ムライトのようなセラミック板
の片面にPt、Pt−ロジウム合金、ニッケル−クロム
合金などの素材を蒸着法、スパッタ法、メッキ法、塗布
焼付法などにより形成しても良い。基準電極はPtをス
パッタ法にて形成している。電極材料はAuでも良く、
形成方法も蒸着法でも良い。さらに塗布焼付法により厚
膜として形成しても良い。固体電解質の素材として例え
ばNaイオン導電性固体電解質を使用する場合、NAS
ICON、β−アルミナなどが一般的であるがNaAl
Si4O10、NaAl2Si3O10などもNaイオ
ン導電率はあまり高くはないが使用できる。Liイオン
導電性固体電解質の場合、LISICON、Li3.6
Si0.6P0.4O4などが一般的であるがLiイオ
ン導電率の低い固体電解質も使用できる。本実施例では
Liイオン導電性固体電解質であるLi3.6Si
0.6P0.4O4をスパッタ法にて形成している。他
の形成方法として蒸着法を用いても良い。検知電極はP
tをスパッタ法にて格子状に形成し、さらにその上にL
i2CO3膜をスパッタ法にて成膜し形成しているが蒸
着法、塗布焼付法を用いても良く、検知電極材料として
はPtの他にAuでも良い。また、検知電極は電極材料
と金属炭酸塩を混合したペーストを用いた塗布焼付法に
より電極材料とLi2CO3を一体とした厚膜として形
成しても良い。最後に信号取出し線及び、ヒータリード
線が取り付けられ、図2に示すように取り付けられてい
る。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a sectional view of a CO 2 sensor of the present invention. It has a structure in which a reference electrode, a solid electrolyte thin film, and a detection electrode are sequentially formed on a flat heater. In this embodiment, the heater is formed on the alumina plate by sputtering Pt. The heater may be formed of a material such as Pt, Pt-rhodium alloy or nickel-chromium alloy on one surface of a ceramic plate such as alumina, forsterite or mullite by a vapor deposition method, a sputtering method, a plating method, a coating baking method or the like. . The reference electrode is Pt formed by a sputtering method. The electrode material may be Au,
The forming method may be a vapor deposition method. Further, it may be formed as a thick film by a coating and baking method. If, for example, a Na ion conductive solid electrolyte is used as the material of the solid electrolyte, NAS
ICON and β-alumina are common, but NaAl
Si 4 O 10, NaAl 2 Si 3 O 10 also Na ion conductivity such as very high although not be used. In the case of Li ion conductive solid electrolyte, LISICON, Li 3.6
Although Si 0.6 P 0.4 O 4 or the like is generally used, a solid electrolyte having a low Li ion conductivity can also be used. In this example, Li 3.6 Si which is a Li ion conductive solid electrolyte.
0.6 P 0.4 O 4 is formed by the sputtering method. A vapor deposition method may be used as another forming method. The sensing electrode is P
t is formed in a lattice shape by the sputtering method, and L is further formed on it.
Although the i 2 CO 3 film is formed by sputtering, a vapor deposition method or a coating / baking method may be used, and Au may be used as the detection electrode material in addition to Pt. Further, the detection electrode may be formed as a thick film in which the electrode material and Li 2 CO 3 are integrated by a coating and baking method using a paste in which the electrode material and a metal carbonate are mixed. Finally, the signal lead-out wire and the heater lead wire are attached, and are attached as shown in FIG.
【0009】以上のように製作されたCO2センサは、
例えば図3に示す回路を用いることによって使用され
る。すなわち、風、気温変動などによりセンサ温度が低
下した場合、ヒータ抵抗値も低下するため抵抗値変化分
だけヒータに印加される電圧が高くなり、センサ温度は
一定に保たれる。The CO 2 sensor manufactured as described above is
For example, it is used by using the circuit shown in FIG. That is, when the sensor temperature decreases due to wind or temperature fluctuations, the heater resistance value also decreases, so the voltage applied to the heater increases by the change in the resistance value, and the sensor temperature is kept constant.
【0010】一方、センサ素子部7の温度はヒータ温度
と同一であるため、センサ素子部は常に一定温度とな
る。また、素子部とヒータを接着する必要がないため、
接着不良による脱落、振動、衝撃による破損を防ぐこと
ができる。On the other hand, since the temperature of the sensor element portion 7 is the same as the heater temperature, the sensor element portion always has a constant temperature. Also, since it is not necessary to bond the element part and the heater,
It is possible to prevent falling due to poor adhesion, damage due to vibration, and shock.
【0011】[0011]
【発明の効果】以上のようにヒータ板上に基準電極、固
体電解質薄膜、検知電極より成るごく薄いセンサ素子部
が形成されているのでヒータ板温度とセンサ素子部温度
に差が生じず、ヒータ温度をコントロールすれば常に安
定した出力が得られる。また、センサ素子部とヒータが
一体で作られているので、従来の、センサ素子とヒータ
を接着するタイプのセンサと比較し耐振動、耐衝撃性が
大きく向上し、より過酷な環境下での使用も可能とな
る。As described above, since the extremely thin sensor element portion including the reference electrode, the solid electrolyte thin film and the detection electrode is formed on the heater plate, there is no difference between the heater plate temperature and the sensor element portion temperature, and the heater A stable output can always be obtained by controlling the temperature. In addition, since the sensor element and the heater are made integrally, the vibration resistance and shock resistance are greatly improved compared to the conventional sensor of the type in which the sensor element and the heater are bonded, and in a more severe environment It can also be used.
【0012】[0012]
【図1】本発明の一実施例の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the present invention.
【図2】本発明のCO2センサ取り付け図である。FIG. 2 is a CO 2 sensor mounting view of the present invention.
【図3】測定回路の一例を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a measurement circuit.
【図4】従来のCO2センサの断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a conventional CO 2 sensor.
【図5】従来のCO2センサの断面図である。コイルヒ
ータの中にセンサ素子部(検知電極1+固体電解質2+
基準電極3)が設置されている。FIG. 5 is a sectional view of a conventional CO 2 sensor. Sensor element (detection electrode 1 + solid electrolyte 2 + in the coil heater)
A reference electrode 3) is installed.
1 検知電極 2 固体電解質薄膜 3 基準電極 4 ヒータ 5 信号取り出し線 6 ヒータリード線 7 センサ素子部 8 ヒータ板 9 ステンレスメッシュキャップ 10 ステム 11 Niピン 12 トランジスタ 13 増幅器 14 抵抗 15 抵抗 16 抵抗 17 CO2センサ 18 出力 19 ヒータ 20 接着層 21 平面状ヒータ 22 コイルヒータ1 Detection Electrode 2 Solid Electrolyte Thin Film 3 Reference Electrode 4 Heater 5 Signal Extraction Line 6 Heater Lead Wire 7 Sensor Element Section 8 Heater Plate 9 Stainless Steel Mesh Cap 10 Stem 11 Ni Pin 12 Transistor 13 Amplifier 14 Resistor 15 Resistor 16 Resistor 17 CO 2 Sensor 18 Output 19 Heater 20 Adhesive Layer 21 Planar Heater 22 Coil Heater
Claims (4)
属イオン導電性固体電解質(以下固体電解質という)
と、CO2と解離平衡をなす金属炭酸塩を保持した検知
電極と、対をなす基準電極及びこれらを加熱するヒータ
より構成されるCO2センサにおいて、ヒータ上に固体
電解質薄膜もしくは厚膜を形成することを特徴とするC
O2センサ。1. An alkali metal ion or alkaline earth metal ion conductive solid electrolyte (hereinafter referred to as a solid electrolyte).
When a detection electrode holding the metal carbonate that forms the CO 2 dissociation equilibrium in CO 2 sensor composed of a heater for heating the reference electrode and these pairs, a solid electrolyte thin film or thick film on a heater formed C characterized by
O 2 sensor.
膜、固体電解質薄膜もしくは厚膜、検知電極膜を積層し
て形成することを特徴とするCO2センサ。 2. A CO 2 sensor according to claim 1, wherein a reference electrode film, a solid electrolyte thin film or a thick film, and a detection electrode film are laminated on the heater.
固体電解質薄膜もしくは厚膜上に基準電極と検知電極を
くし状にかみ合うように形成することを特徴としたCO
2センサ。3. The CO according to claim 1, wherein the reference electrode and the detection electrode are formed on the solid electrolyte thin film or thick film formed on the heater so as to be engaged with each other in a comb shape.
2 sensors.
くし状にかみ合うように形成し、電極間に固体電解質荷
膜もしくは厚膜を形成することを特徴とするCO2セン
サ。4. The CO 2 sensor according to claim 1, wherein the reference electrode and the detection electrode are formed so as to be engaged with each other in a comb shape, and a solid electrolyte charge membrane or a thick membrane is formed between the electrodes.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4131942A JPH06160347A (en) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | Co2 sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4131942A JPH06160347A (en) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | Co2 sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06160347A true JPH06160347A (en) | 1994-06-07 |
Family
ID=15069814
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4131942A Pending JPH06160347A (en) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | Co2 sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06160347A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995034515A1 (en) * | 1994-06-13 | 1995-12-21 | Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. | Lithium ion-conductive glass film and thin carbon dioxide gas sensor using the same film |
CN100344965C (en) * | 1999-06-22 | 2007-10-24 | 日本特殊陶业株式会社 | Gas sensor contg. ceramic solid electrolytes, and method for making same |
-
1992
- 1992-04-23 JP JP4131942A patent/JPH06160347A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995034515A1 (en) * | 1994-06-13 | 1995-12-21 | Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. | Lithium ion-conductive glass film and thin carbon dioxide gas sensor using the same film |
US5755940A (en) * | 1994-06-13 | 1998-05-26 | Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. | Lithium ionic conducting glass thin film and carbon dioxide sensor comprising the glass thin film |
CN100344965C (en) * | 1999-06-22 | 2007-10-24 | 日本特殊陶业株式会社 | Gas sensor contg. ceramic solid electrolytes, and method for making same |
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