JPS6367556A - Gas detector - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、ガス成分又はその濃度を検出するためのガス
検出器に関するものであって、特に感ガス性の金属酸化
物を用いたガス検出器に関する。Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a gas detector for detecting gas components or their concentrations, and in particular to gas detection using gas-sensitive metal oxides. Concerning vessels.
[従来の技術]
従来より周囲のガスの存在、あるいはその濃度を検出す
るためのガス検出器として、酸素ガス検出器、可燃性ガ
ス検出器等が実用化されている。[Prior Art] Conventionally, oxygen gas detectors, combustible gas detectors, and the like have been put into practical use as gas detectors for detecting the presence of surrounding gas or its concentration.
これらの中に、ガスが接触した場合に、その電気抵抗が
変化する特性を持った感ガス性の金属酸化物を使用して
いるものがある0例えばTiO2、Coo、NiO等の
遷移金属元素の酸化物等は酸素センサとして使用できる
。Some of these use gas-sensitive metal oxides whose electrical resistance changes when they come into contact with gas. For example, transition metal oxides such as TiO2, Coo, and NiO Oxides etc. can be used as oxygen sensors.
ここで例示した遷移金R酸化物は、非化学及論的化合物
である。そして、この非化学量論的化合物中の荷電担体
くホール、電子)の量は、周囲の酸素ガス分圧によって
変化する。そのために、周囲の酸素ガス分圧に応じて導
電率が変化するのである。The transition gold R oxide exemplified here is a non-chemical compound. The amount of charge carriers (holes, electrons) in this non-stoichiometric compound changes depending on the partial pressure of the surrounding oxygen gas. Therefore, the conductivity changes depending on the partial pressure of the surrounding oxygen gas.
ところで、上記酸素センサは、特に内燃機関の排ガスの
ような非平衡ガス中の酸素ガス分圧を精度よく検出する
ためには、非平衡ガスを平衡化する必要があり、これに
対処するために、従来では、ptなどの貴金属触媒を粉
末状にして感ガス層中に均一に分散担持させている。By the way, in order to accurately detect the partial pressure of oxygen gas in a non-equilibrium gas such as the exhaust gas of an internal combustion engine, the above-mentioned oxygen sensor needs to equilibrate the non-equilibrium gas. Conventionally, a noble metal catalyst such as PT is powdered and uniformly dispersed and supported in the gas-sensitive layer.
[発明が解決しようとする問題点]
ところが、触媒は、酸素ガスも含めて非平衡ガスを触媒
表面に吸着し、触媒表面で反応させ、平衡ガスとして脱
離することによって、非平衡ガスを平衡化する。そのた
めに、ガス中に酸素ガス分圧変化が起こっても、ガスが
触媒に吸着されてから脱離までの時間、出力が遅れてし
まう。[Problems to be Solved by the Invention] However, catalysts do not bring non-equilibrium gases into equilibrium by adsorbing non-equilibrium gases, including oxygen gas, on the catalyst surface, causing them to react on the catalyst surface, and desorbing them as equilibrium gases. become Therefore, even if a change in oxygen gas partial pressure occurs in the gas, the output is delayed by the time from when the gas is adsorbed by the catalyst until it is desorbed.
したがって、非平衡ガスを平衡化する力を増加させるた
めに、触媒の旦を増加すると、平衡化の力が増加する一
方で、吸着から脱離までの時間は長くなり応答性が悪化
する。逆に応答性を向上させるために、触媒量を減少す
ると、応答性が向上する一方で、非平衡ガスの平衡化が
充分に行われなくなってしまい正しい測定が出来な(な
る。Therefore, if the number of catalysts is increased in order to increase the power to equilibrate a non-equilibrium gas, the power to equilibrate increases, but the time from adsorption to desorption becomes longer and the response deteriorates. On the other hand, if the amount of catalyst is reduced in order to improve responsiveness, while responsiveness will be improved, the non-equilibrium gas will not be sufficiently equilibrated, making accurate measurements impossible.
[問題点を解決するための手段]
本発明は上記問題点を解決するために次の手段を採用し
た。[Means for solving the problems] The present invention employs the following means to solve the above problems.
即ち、本発明の要旨は、
一対の電極と、
該一対の電極を覆い、感ガス性金属酸化物を含み、周囲
のガス成分及び/又はその濃度に応じて電気抵抗が変化
する多孔質の感ガス層と、該感ガス層を覆う上層と
を備え、
上記上層が、
上記感ガス性金属酸化物とは異なる酸素吸蔵性の金属酸
化物を含むとともに触媒を担持したことを特徴とするガ
ス検出器にある。That is, the gist of the present invention is to provide a pair of electrodes, a porous material covering the pair of electrodes, containing a gas-sensitive metal oxide, and having an electrical resistance that changes depending on the surrounding gas component and/or its concentration. Gas detection comprising a gas layer and an upper layer covering the gas-sensitive layer, wherein the upper layer contains an oxygen-storing metal oxide different from the gas-sensitive metal oxide and supports a catalyst. It's in the container.
ここで、上記電極としては、耐熱性の導電体であれば特
に限定はないが、通常、タングステン、モリブデン、銀
、金あるいは白金族を主成分としたものが用いられる。Here, the electrode is not particularly limited as long as it is a heat-resistant conductor, but it is usually made of tungsten, molybdenum, silver, gold, or a platinum group metal as a main component.
感ガス層に用いられる感ガス性金属酸化物としては、検
出するガス成分に応じてその物質を選択すればよいが、
通常用いられるものとして、TiO2、SnO2、Co
o、 ZnO1Nb2O5、Cr2O3、NiO等の
遷移金属酸化物があげられ、本発明においてもこれらの
うちのいずれか1つまたは2つ以上の組合せの物質を用
いればよい。The gas-sensitive metal oxide used in the gas-sensitive layer may be selected depending on the gas component to be detected.
Commonly used ones include TiO2, SnO2, Co
Examples include transition metal oxides such as ZnO, ZnO1Nb2O5, Cr2O3, and NiO, and in the present invention, any one or a combination of two or more of these may be used.
上層に用いられる酸素吸蔵性の金m酸化物としては、周
囲の酸素ガス分圧が高いと酸素を取り込み、逆に周囲の
酸素ガス分圧が低いと酸素を放出する性質(02sto
rage)を有する材料であれば特に限定はないが、C
eO2、La2O3、Nd20a、Eu20sのような
希土類元素の酸化物あるいは複酸化物はその効果が適当
であり好ましい、尚、上記感ガス性金属酸化物も、酸素
吸蔵性を有するが、その効果が強過ぎて、応答性を低下
させてしまうために、上層の酸素吸蔵性金属酸化物とし
て使用することは出来ない、この酸素吸蔵性の金属酸化
物は後述の上層の母材と混合されて上層を構成する。The oxygen-storing gold m oxide used in the upper layer has the property of taking in oxygen when the surrounding oxygen gas partial pressure is high, and conversely releasing oxygen when the surrounding oxygen gas partial pressure is low.
There is no particular limitation as long as the material has C
Oxides or double oxides of rare earth elements such as eO2, La2O3, Nd20a, and Eu20s are preferable because their effects are appropriate.The gas-sensitive metal oxides mentioned above also have oxygen storage properties, but the effect is not strong. This oxygen-storing metal oxide cannot be used as the upper layer's oxygen-storing metal oxide because it reduces the response.This oxygen-storing metal oxide is mixed with the upper layer's base material to form the upper layer. Configure.
上記上層の母材としては、熱的に安定な多孔質材料であ
れば特に限定されない0例えば、アルミナ、マグネシア
スピネル、ジルコニア、7オルステライト、コーディエ
ライト等を用いることが出来る。The base material for the upper layer is not particularly limited as long as it is a thermally stable porous material. For example, alumina, magnesia spinel, zirconia, 7-orsterite, cordierite, etc. can be used.
上記触媒としては、ガス検出器の使用される状態や、検
出するガス等に応じてその物質を選択すればよいが、特
に、ガス検出器を内燃機関の排ガス中の酸素ガス分圧測
定に使用する場合は、白金族元素から遇ばれた1種又は
2種以上が好ましい。The above-mentioned catalyst may be selected depending on the state in which the gas detector is used and the gas to be detected, but it is especially important to use the gas detector when measuring the partial pressure of oxygen gas in the exhaust gas of an internal combustion engine. If so, one or more selected from platinum group elements are preferred.
この触媒は1例えば、担体となる多孔質上層母材に触媒
成分元素を含む溶液を含浸させた後に、熱分解、還元等
によって触媒を上層母材に分散担持する含浸法によって
上層に担持される。この含浸性以外にも、触媒元素を含
む塩の溶液に沈澱剤を加えて、触媒を担体となる上層母
材表面上に沈澱させたり、上層母材成分と触媒成分との
両者を同時に沈澱させる(共沈させる)沈澱法、担体で
ある上層のイオン交換性を利用したイオン交換法や、触
媒成分元素を含む溶液からの吸着を利用した吸着法等に
よって、触媒は上層に担持される。This catalyst is supported on the upper layer by an impregnation method in which, for example, a porous upper layer base material serving as a carrier is impregnated with a solution containing catalyst component elements, and then the catalyst is dispersed and supported on the upper layer base material by thermal decomposition, reduction, etc. . In addition to this impregnating property, a precipitating agent is added to a solution of a salt containing a catalyst element to precipitate the catalyst on the surface of the upper layer base material that serves as a carrier, or to precipitate both the upper layer base material component and the catalyst component simultaneously. The catalyst is supported on the upper layer by a precipitation method (co-precipitation), an ion exchange method that utilizes the ion exchange properties of the upper layer that is a carrier, an adsorption method that utilizes adsorption from a solution containing catalyst component elements, and the like.
本発明のガス検出器は、例えば、セラミック基板上に厚
膜技術等のハイブリッド技術により感ガス層等を設ける
ことにより作成できる。あるいは、厚膜技術等を使用せ
ずに、サーミスタ等で用いられる、ディスク型、ビード
型等に形成してもよい。The gas detector of the present invention can be produced, for example, by providing a gas-sensitive layer or the like on a ceramic substrate using a hybrid technique such as a thick film technique. Alternatively, it may be formed into a disk shape, bead shape, etc. used in a thermistor, etc., without using thick film technology or the like.
さらに、測定時のガス検出器の温度特性変動の減少を目
的としく、発熱体を感ガス層の近傍に設けても良い、そ
して、この発熱体の一部とガス検出器の一方の電極とを
連結して感ガス層に電圧を印加し、端子の数を減らすと
共に、測定回路を簡単にしてもよい。Furthermore, for the purpose of reducing temperature characteristic fluctuations of the gas detector during measurement, a heating element may be provided near the gas-sensitive layer, and a part of this heating element and one electrode of the gas detector may be connected. A voltage may be applied to the gas-sensitive layer by connecting the two terminals to reduce the number of terminals and simplify the measurement circuit.
また、感ガス層を保護することを目的として、上層にさ
らに重ねて、コート層を設けてもよい。Further, for the purpose of protecting the gas-sensitive layer, a coating layer may be provided on top of the upper layer.
このコート層は、感ガス性金属酸化物に対する鉛等の有
毒物質を吸着捕獲し、有毒物質が感ガス層に達すること
を防ぐ、コート層の材質としては、熱的に安定な材質で
あれば特に限定はなく、例えば、アルミナ、マグネシア
スピネル、ジルコニア等を用いることが出来る。This coating layer adsorbs and captures toxic substances such as lead on gas-sensitive metal oxides and prevents the toxic substances from reaching the gas-sensitive layer.The coating layer can be made of a thermally stable material. There is no particular limitation, and for example, alumina, magnesia spinel, zirconia, etc. can be used.
[作用]
内燃機関の排気ガスのような非平衡ガスを触媒により平
衡化する場合、−触媒近傍の雰囲気がほぼ理論空燃比で
あるときが、最も効率よく触媒が働く。[Operation] When a non-equilibrium gas such as exhaust gas from an internal combustion engine is equilibrated by a catalyst, the catalyst works most efficiently when the atmosphere near the catalyst is approximately at the stoichiometric air-fuel ratio.
本発明では、上層に担持された触媒の近くに酸素吸蔵性
の金属酸化物が存在している。そのため、触媒近傍の雰
囲気に、過剰の未燃焼成分が存在する時には、酸素吸蔵
性の金属酸化物から、酸素が触媒近傍に供給され、一方
、過剰の酸素が存在する時には酸素吸蔵性の金属酸化物
に、酸素が取り込まれ、触媒近傍をほぼ過剰の未燃焼成
分や過剰の酸素のない理論混合比に保つ、したがって、
触媒近傍は、常に、触媒が最も効率良く働く雰囲気とな
り、従来よりも少ない量の触媒でも、非平衡ガスの平衡
化が充分行える。尚、当然のことながら、上気酸素吸蔵
性の金属酸化物によって調整されるのは、触媒近傍の微
少な部分についてのみであって、全体としてみれば、周
囲の雰囲気に応じた酸素分圧の平衡なガスとなっている
。そして、感ガス層は、この平衡なガス中の酸素ガス分
圧を測定する。In the present invention, an oxygen storage metal oxide is present near the catalyst supported on the upper layer. Therefore, when there is an excess of unburned components in the atmosphere near the catalyst, oxygen is supplied to the vicinity of the catalyst from the oxygen-storing metal oxide; on the other hand, when there is excess oxygen, the oxygen-storing metal oxide Oxygen is incorporated into the material, keeping the vicinity of the catalyst at a stoichiometric mixing ratio with almost no excess unburned components or excess oxygen, therefore,
The vicinity of the catalyst is always an atmosphere in which the catalyst works most efficiently, and non-equilibrium gas can be sufficiently equilibrated even with a smaller amount of catalyst than before. As a matter of course, the upper atmosphere oxygen storage metal oxide adjusts only the minute part near the catalyst, and overall the oxygen partial pressure is adjusted according to the surrounding atmosphere. It is an equilibrium gas. The gas-sensitive layer then measures the partial pressure of oxygen gas in this equilibrium gas.
尚、この酸素吸蔵性金属酸化物として、感ガス性金属酸
化物が使用できない理由は、感ガス性金属酸化物が多量
の酸素を吸蔵・放出するために、応答性が悪化してしま
うためである。The reason why gas-sensitive metal oxides cannot be used as oxygen-storing metal oxides is that gas-sensitive metal oxides store and release large amounts of oxygen, which deteriorates responsiveness. be.
[発明の効果コ
本発明では、上述のように上層中の酸素吸蔵性金属酸化
物が、触媒近傍の雰囲気をほぼ一定にする。そのため、
触媒は常に最大能力で働く、シたがって、触媒が小量で
も非平衡ガスの平衡化には充分であり、また、触媒の量
を小量とすると触媒の吸着、脱離による応答性の遅れが
改善されるとともに省資源に寄与する。[Effects of the Invention] In the present invention, as described above, the oxygen storage metal oxide in the upper layer keeps the atmosphere near the catalyst almost constant. Therefore,
The catalyst always works at its maximum capacity, so even a small amount of catalyst is sufficient to equilibrate non-equilibrium gases, and if the amount of catalyst is small, the response will be delayed due to adsorption and desorption of the catalyst. This contributes to resource conservation as well as improved performance.
[実施例]
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。尚、説明上
各図の縮尺は異なる。[Example] An example of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the scales of each figure are different for explanation purposes.
本実施例は、感ガス層として白金を担持したチタニアを
用い、上層として母材である活性アルミナに種々の酸素
吸蔵性金属酸化物を混合し、触媒である白金及びロジウ
ムを担持した酸素ガス検出器10である。In this example, titania supporting platinum was used as the gas-sensitive layer, various oxygen storage metal oxides were mixed with activated alumina as the base material, and platinum and rhodium as catalysts were supported as the upper layer to detect oxygen gas. It is vessel 10.
上記ガス検出器10は、第1図の部分破断した斜視図に
示すように、セラミック基板12と、このセラミック基
板12上に形成され、かつ、端子13a、13b、13
eで白金リード線14a、14b、14eに接続された
検出用電極16a、16bおよび熱抵抗電fiIi!1
6 e等の電極パターン16と、上記セラミック基板1
2上および電極パターン16上に積層してセラミック基
板12と一体化され、かつ、窓部18aを有するセラミ
ック積層板18と、上記セラミック積層板18の窓部1
8aに、検出用電極パターン16a、16bを覆うよう
に充填された感ガス層20と、上記セラミック基板12
と感ガス層20との間に分散介在して両者の剥離を防ぐ
球形造粒粒子22と、感ガス層20上に積層された上層
24と、該上層24に7171されたAl2O3からな
るコート層26と、から構成されている。As shown in the partially broken perspective view of FIG. 1, the gas detector 10 includes a ceramic substrate 12, terminals 13a, 13b,
Detection electrodes 16a, 16b and thermal resistance electrodes fiIi! connected to platinum lead wires 14a, 14b, 14e at e! 1
6 e etc. electrode pattern 16 and the above ceramic substrate 1
2 and the electrode pattern 16 to be integrated with the ceramic substrate 12 and having a window 18a; and a window 1 of the ceramic laminate 18.
8a, a gas-sensitive layer 20 filled so as to cover the detection electrode patterns 16a and 16b, and the ceramic substrate 12.
spherical granulated particles 22 dispersed between and the gas-sensitive layer 20 to prevent them from peeling off, an upper layer 24 laminated on the gas-sensitive layer 20, and a coating layer made of Al2O3 coated on the upper layer 24. It consists of 26.
次に、本実施例である酸素ガス検出器10の製造工程を
第2図ないし第5図にしたがって説明する。Next, the manufacturing process of the oxygen gas detector 10 according to this embodiment will be explained with reference to FIGS. 2 to 5.
■ アルミナ92vt%、マグネシア3vt%、及び焼
結助剤(シリカ、カルシア等)5vt%をボットミルに
て20時間混合する。その後、該混合物に有機バインダ
ーとしてポリビニールブチラール12νt%、フタル酸
ジブチル4tzt%を添加し、溶剤としてメチルエチル
ゲトン、トルエン等を加えた。更にポットミルで15時
間混合してスラリーとし、ドクターブレード法により基
板用および積層用グリーンシート12A、18Aを形成
する。(2) 92 vt% alumina, 3 vt% magnesia, and 5 vt% sintering aids (silica, calcia, etc.) are mixed in a bot mill for 20 hours. Thereafter, 12 νt% of polyvinyl butyral and 4tzt% of dibutyl phthalate were added as organic binders to the mixture, and methyl ethyl getone, toluene, etc. were added as solvents. Further, the mixture is mixed in a pot mill for 15 hours to form a slurry, and green sheets 12A and 18A for substrates and lamination are formed by a doctor blade method.
上記グリーンシートの形状は基板用グリーンシート12
Aで47.8mmX4.0mmX0.8mm’、m層用
グリーンシート18Aで47.8mmX4.0mmX0
.26mm’であり、そして、上記8重MII用グリー
ンシート18Aには、3.05mmX2.0mmの窓部
18aを形成する。The shape of the above green sheet is board green sheet 12.
47.8mmX4.0mmX0.8mm' for A, 47.8mmX4.0mmX0 for M layer green sheet 18A
.. 26 mm', and a window 18a of 3.05 mm x 2.0 mm is formed in the 8-layer MII green sheet 18A.
■ 次に、白金黒とスポンジ状白金とを、2:1の比率
に真合し、他に上記■で用いたグリーンシートの材料混
合物を10vt%添加し、ブチルカルピトール、エトセ
ル等の溶剤を加えて、電極用ペーストとする。■Next, platinum black and spongy platinum were combined in a ratio of 2:1, and 10% by volume of the green sheet material mixture used in (■) above was added, and a solvent such as butyl calpitol or ethocel was added. In addition, it is used as a paste for electrodes.
■ 次に、■で調整する電極用ペーストを用い厚膜印刷
により基板用グリーンシート12A上に1!極パターン
16を形成する。電極パターン16として、上述したよ
うに検出用電極パターン16a、16b、および感ガス
部20を加熱するためのヒータとなる熱抵抗電極パター
ン16eと、上記両パターン16の端子となる端子パタ
ーン13a、13b、13eを形成する。(第2図(イ
)、(ロ))
■ その後、上記端子パターン13a、13b、13e
に、直径0.2mrnの白金リード線14a、14b、
14eを、それぞれ接続する(第3図(イ)、(ロ))
。■Next, 1! A polar pattern 16 is formed. As described above, the electrode patterns 16 include the detection electrode patterns 16a and 16b, the thermal resistance electrode pattern 16e that serves as a heater for heating the gas sensing section 20, and the terminal patterns 13a and 13b that serve as terminals of both patterns 16. , 13e. (Figure 2 (a), (b)) ■ After that, the above terminal patterns 13a, 13b, 13e
, platinum lead wires 14a, 14b with a diameter of 0.2 mrn,
14e respectively (Figure 3 (a), (b))
.
■ 次に、上記基板用グリーンシート12A上に積層用
グリーンシート18Aをf1層熱圧着して積層体を形成
する。このとき、該積層用グリーンシート18Aの窓部
18aには、検出用電極パターン16a、16bの先端
が露出している。そして、窓部18a中に■で調整した
グリーンシートと同一の材料からなる80〜150メツ
シユの球形造粒粒子(2次粒子)22を分散付着させて
から、上記積層体を1500℃で大気とほぼ同一雰囲気
中にて2時間焼成することで一体となったセラミック基
板12およびセラミック積層板18を形成する(第4図
(イ)、(ロ))。(2) Next, the f1 layer of the green sheet for lamination 18A is thermocompressed onto the green sheet for substrate 12A to form a laminate. At this time, the tips of the detection electrode patterns 16a and 16b are exposed in the window 18a of the green sheet for lamination 18A. Then, 80 to 150 meshes of spherical granulated particles (secondary particles) 22 made of the same material as the green sheet prepared in step (3) are dispersed and adhered to the window portion 18a, and then the above-mentioned laminate is exposed to the atmosphere at 1500°C. The ceramic substrate 12 and the ceramic laminate 18 are integrally formed by firing in substantially the same atmosphere for 2 hours (FIGS. 4(A) and 4(B)).
上述のように球形造粒粒子22を分散付着させて焼成す
ると、第4図(ハ)に拡大図示するように各粒子22が
1重に分散して、セラミック基板12上に凹凸面を形成
させる。When the spherical granulated particles 22 are dispersed and adhered as described above and fired, each particle 22 is dispersed in a single layer as shown in the enlarged view in FIG. 4(C), forming an uneven surface on the ceramic substrate 12. .
■ 次に、セラミック積層板18の窓部18a内に、感
ガス層として若干の白金を担持したチタニア粒のペース
トを充填し、重ねて上層24として、上層用ペーストを
充填するのであるが、充填の前に以下のようにして各ペ
ーストを調整する。■Next, a paste of titania grains carrying a small amount of platinum is filled into the window 18a of the ceramic laminate 18 as a gas-sensitive layer, and the paste for the upper layer is filled as the upper layer 24. Adjust each paste as follows before.
先ず、チタニア粒ペーストを調整する。First, titania grain paste is prepared.
大気中1200°Cで1時間仮焼した平均粒径1゜2μ
mのT i O2粉末100gに対して、白金10gを
含む塩化白金酸水溶液100ccを加え、大気中200
°Cで24時間乾燥させた後に、水素炉中700°Cで
2時間に渡り熱分解し、T i O2粉末表面に白金を
析出させてチタニア粒を得る。Average particle size 1°2μ when calcined for 1 hour at 1200°C in the air
To 100 g of T i O2 powder of m, 100 cc of chloroplatinic acid aqueous solution containing 10 g of platinum was added, and
After drying at °C for 24 hours, it is thermally decomposed at 700 °C for 2 hours in a hydrogen furnace to precipitate platinum on the surface of the TiO2 powder to obtain titania grains.
このチタニア粒粉末100gに対し、バインダーとして
2gのエチルセルロースを添加し、これらをブチカルピ
トール(2−(2−ブトキシエトキシ)エタノールの商
品名)中で混合し、300ボイズの粘度にしてチタニア
粒ペーストを調整する。To 100 g of this titania grain powder, 2 g of ethyl cellulose was added as a binder, and these were mixed in butycarpitol (trade name of 2-(2-butoxyethoxy) ethanol) to make a titania grain paste with a viscosity of 300 boids. Adjust.
次いで、上層用ペーストを調整する。Next, a paste for the upper layer is prepared.
平均粒径0. 5μmの活性アルミナ1モルに対して、
酸素吸蔵性金属酸化物の金属を含む硝酸塩水溶液あるい
は塩化物水溶液を所定壁(第1表参照)加え、10分間
放置した後に、大気中120°Cで12時時間分乾燥さ
せ、さらに、大気中850℃で焼成してアルミナ粉末と
する。このアルミナ粉末に対し、白金1gとロジウム0
.1gを含有する塩化白金酸と塩化ロジウム酸との混合
水溶液を加え、大気中200℃で24時時間分に乾燥さ
せた後、水素炉中700℃で2時間に渡り、熱分解し、
触媒である白金とロジウムとを上記アルミナ粉末上に析
出させる。このように触媒を析出させたアルミナ粉末に
、バインダーとして2gのエチルセルロースを添加し、
これらをブチカルピトール(2−(2−ブトキシエトキ
シ)エタノールの商品名)中で混合し、300ボイズの
粘度にして上層用ペーストを調整する。Average particle size 0. For 1 mole of activated alumina of 5 μm,
A nitrate aqueous solution or chloride aqueous solution containing an oxygen-storing metal oxide was added to a specified wall (see Table 1), left for 10 minutes, dried in the atmosphere at 120°C for 12 hours, and further exposed to the atmosphere. It is fired at 850°C to form alumina powder. For this alumina powder, 1 g of platinum and 0 rhodium
.. A mixed aqueous solution of chloroplatinic acid and chlororhodic acid containing 1 g was added, dried in the atmosphere at 200°C for 24 hours, and then thermally decomposed in a hydrogen furnace at 700°C for 2 hours.
Platinum and rhodium, which are catalysts, are deposited on the alumina powder. 2 g of ethyl cellulose was added as a binder to the alumina powder with the catalyst precipitated in this way,
These are mixed in butycarpitol (trade name of 2-(2-butoxyethoxy)ethanol) to a viscosity of 300 voids to prepare a paste for the upper layer.
そして、先ず、チタニア粒ペーストを厚膜印刷技術で窓
部18aに200μmの厚さに充填し、次いで、上層用
ペーストをチタニア粒ペーストに重ねて100μmの厚
さに充填し、さらにAl2O3のコート層24をWIJ
1!lする。First, the window portion 18a is filled with titania grain paste to a thickness of 200 μm using thick film printing technology, then the upper layer paste is overlaid on the titania grain paste and filled to a thickness of 100 μm, and then a coating layer of Al2O3 is added. WIJ 24
1! I do it.
その後、上記工程を終えた積層体を1200℃の大気中
に1時間放置して焼成する。 (第5図(イ)、 (ロ
))、尚、従来は感ガス層中の触媒量は、白金5モル%
、ロジウム0. 5モル%程度である。したがって、本
実施例の感ガス層中に含まれる触媒量は従来のものより
、非常に少ない。Thereafter, the laminate that has undergone the above steps is left to stand in the atmosphere at 1200° C. for 1 hour and fired. (Fig. 5 (a), (b)). Conventionally, the amount of catalyst in the gas-sensitive layer was 5 mol% of platinum.
, rhodium 0. It is about 5 mol%. Therefore, the amount of catalyst contained in the gas-sensitive layer of this example is much smaller than that of the conventional one.
〈実験〉
上層中に酸素吸蔵性金属酸化物を含んだ場合(実施例)
について、下記のように非平衡ガス中における応答速度
、耐久性を調べた。<Experiment> Case where oxygen storage metal oxide is included in the upper layer (Example)
The response speed and durability in non-equilibrium gas were investigated as follows.
上記■の工程において上層用ペースト中のM素吸蔵性金
属酸化物の種類、含有量を第1表のように変えて本実施
例のガス検出器の試料を作成する。In the above step (2), samples of the gas detector of this example are prepared by changing the type and content of the M-absorbing metal oxide in the upper layer paste as shown in Table 1.
尚、第1表中で、酸素吸蔵性金属酸化物の含有量(モル
%)は、活性アルミナに対する址である。In Table 1, the content (mol %) of the oxygen storage metal oxide is relative to activated alumina.
また、酸素吸蔵性の金属酸化物として、CeO2゜La
2O5を用いる場合には上記■の工程でその硝酸塩水溶
液を用い、Eu2Qs、Nb2O5を用いる場合にはそ
の塩化物水溶液を用いる。In addition, as an oxygen storage metal oxide, CeO2゜La
When 2O5 is used, its nitrate aqueous solution is used in the step (2) above, and when Eu2Qs and Nb2O5 are used, their chloride aqueous solution is used.
また比較例として、酸素吸蔵性金属酸化物を含まない上
層を有する試料を作成し、実施例の試料と同じく非平衡
ガス中における応答速度、耐久性について調べた。試料
番号A−1は触媒量が実施例と同量であり、試料番号A
−2は触媒量が従来のガス検出器と同程度のチタニア1
00gに対して白金5g、ロジウム0.5gであり、試
料番号A−3は触媒量が従来のガス検出器より多く、チ
タニア100gに対して白金20g、ロジウム2gを各
々担持させたものである。Further, as a comparative example, a sample having an upper layer not containing an oxygen storage metal oxide was prepared, and the response speed and durability in a non-equilibrium gas were investigated in the same way as the samples of the example. Sample number A-1 has the same amount of catalyst as the example, and sample number A-1 has the same amount of catalyst as the example.
-2 is Titania 1, which has the same amount of catalyst as a conventional gas detector.
Sample No. A-3 has a larger amount of catalyst than the conventional gas detector, and supports 20 g of platinum and 2 g of rhodium per 100 g of titania.
このようにして、作成した試料を酸素センサに組み立た
てた後に、次の実験によって各試料の非平衡ガスにおけ
る応答速度、耐久性を測定する。After the samples thus prepared were assembled into an oxygen sensor, the response speed and durability of each sample in non-equilibrium gas were measured in the following experiment.
実験の結果も第1表に合わせて示す、尚、第1表中にお
いて、応答速度の単位はll5ee、である。The results of the experiment are also shown in Table 1. In Table 1, the unit of response speed is 115ee.
・非平衡ガス中における応答速度
■ 排ガスが非平衡ガスであるプロパンガスバーナの排
ガス中に酸素センサとして組み立てられた試料Sをさら
す、このプロパンガスバーナは排気温が350℃で、か
つ1秒毎に空気燃料比が燃料過剰(以下リッチという、
空気燃料比λ=0゜9)と燃料不足(以下リーンという
、λ=1.1)との間で変化するよう制御されている。・Response speed in non-equilibrium gas ■ Sample S assembled as an oxygen sensor is exposed to the exhaust gas of a propane gas burner whose exhaust gas is a non-equilibrium gas. The fuel ratio is excessive (hereinafter referred to as rich).
The air-fuel ratio is controlled to vary between λ=0°9) and fuel shortage (hereinafter referred to as lean, λ=1.1).
この空燃比の変更は第6図に示すように、燃焼後の排気
温500℃の排ガス中に空気あるいはプロパンガスを添
加することによって行う。As shown in FIG. 6, the air-fuel ratio is changed by adding air or propane gas to the exhaust gas after combustion, which has an exhaust temperature of 500°C.
■ 排ガスが燃料過剰のときにガス検出器10の出力が
1v、リーンの時の出力がOvとなるように、センサに
加える電圧を調整する。(2) Adjust the voltage applied to the sensor so that when the exhaust gas is in excess fuel, the output of the gas detector 10 is 1V, and when the exhaust gas is lean, the output is Ov.
■ 応答速度として、雰囲気がリーンからリッチに変わ
る時のガス検出器10の出力が300mVから600m
Vに変化する時間(表中ではl→rと記す)と、雰囲気
がリッチからリーンに変わる時の出力が600+aVか
ら300mVに変化する時間(表中では1−−41と記
す)を測定する。■ As for the response speed, the output of the gas detector 10 when the atmosphere changes from lean to rich is 300mV to 600mV.
Measure the time for the output to change to V (denoted as l→r in the table) and the time for the output to change from 600+aV to 300mV (denoted as 1--41 in the table) when the atmosphere changes from rich to lean.
・耐久性
■ 酸素センサとして組み立てられた試料を実車に取り
付け、所定の耐久パターンで運転し、運転の前後の応答
速度変化から耐久性を調べる。すなわち、酸素センサS
は、第7図に示すように市販の2000ccのEFI付
3元触媒車のエンジンEnzと3光触媒T)ICとの間
の排気管Manに取り付けられる。そして、制御ユニッ
トUniは酸素センサSの出力に応じてエンジンの運転
状態を制御する。センサSの出力は第8図の如き回路で
検出される。ここで、Bは電源、Rcは比較抵抗である
。・Durability ■ A sample assembled as an oxygen sensor is attached to an actual vehicle, driven in a predetermined durability pattern, and durability is examined from changes in response speed before and after driving. That is, oxygen sensor S
is attached to the exhaust pipe Man between the engine Enz and the three photocatalysts T) and IC of a commercially available 2000 cc three-way catalyst vehicle with EFI, as shown in FIG. The control unit Uni then controls the operating state of the engine according to the output of the oxygen sensor S. The output of the sensor S is detected by a circuit as shown in FIG. Here, B is a power supply and Rc is a comparison resistor.
■ 上記エンジンEngを、第9図に示す耐久パターン
で300時間運転する。なお、図中の実線は試料の温度
、破線は排気ガスの温度を示している。(2) The above engine Eng is operated for 300 hours according to the durability pattern shown in FIG. Note that the solid line in the figure indicates the temperature of the sample, and the broken line indicates the temperature of the exhaust gas.
この運転の前後で、上述の応答速度を測定し、その変化
をもって耐久性の結果とする。すなわち、運転の前後で
、応答速度の変化の少ない試料はど耐久性に優れている
と判定する。なお、第1表中では、運転前を初期、運転
後を耐久試験後と記す。The above-mentioned response speed was measured before and after this operation, and the change was taken as the durability result. That is, a sample with little change in response speed before and after operation is judged to have excellent durability. In Table 1, before operation is referred to as initial stage, and after operation is referred to as after durability test.
第1表 上記実験から次のことが分かった。Table 1 The following was found from the above experiment.
■ 本実施例のガス検出器は、小量の触媒でも、A−2
に示すような従来のガス検出器と同程度の応答速度を有
する。これは、酸素吸蔵性金属酸化物が触媒近傍の空燃
比を常に最適な状態に保っているために、触媒の働きが
大きくなっているためと思われる。尚、B−8、B−2
2のように酸素吸蔵性金属酸化物の含有量が多い場合に
は、応答速度が比較的遅い、これは、vi累吸蔵性の効
果が強くなり過ぎたためと思われる。■ The gas detector of this example can handle A-2 even with a small amount of catalyst.
It has a response speed comparable to that of conventional gas detectors as shown in Figure 1. This seems to be because the oxygen storage metal oxide always keeps the air-fuel ratio in the vicinity of the catalyst in an optimal state, which increases the effectiveness of the catalyst. In addition, B-8, B-2
When the content of the oxygen-storing metal oxide is large as in Example 2, the response speed is relatively slow. This is probably because the effect of the vi-storing property becomes too strong.
■ 本実施例のガス検出器は、比較例のガス検出器に比
べ、耐久性が優れる。これは、耐久試験後に触媒自体の
性能が劣化しても、酸素吸蔵性金属酸化物の効果により
、触媒の性能が最大限に発揮されるため、上層としての
平衡化の能力が低下しないためと思われる。(2) The gas detector of this example has better durability than the gas detector of the comparative example. This is because even if the performance of the catalyst itself deteriorates after the durability test, the catalyst's performance is maximized due to the effect of the oxygen-storing metal oxide, so the equilibrium ability of the upper layer does not deteriorate. Seem.
第1図は本発明の一実施例の部分破断斜視図、第2図な
いし第5図は実施例の製造の説明図、第6図は応答性の
試験に用いるプロパンガスバーナの説明図、
第7図および第8図は酸素センサを内燃機関に使用する
耐久性試験の要領説明図、
第9図はその耐久パターン図である。
10・・・ガス検出器、
12・・・セラミック基板、
16.16a、16b・−−検出用電極、16e・・・
熱抵抗電極、
18a・ ・ ・窓部、
18・・・セラミック積層板、
20・・・感ガス層、
22・・・球形造粒粒子、
24・ ・ ・上層、
24a・・・酸化触媒層、
24b・・・還元触媒層FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 5 are explanatory diagrams of the manufacturing of the embodiment, FIG. 6 is an explanatory diagram of a propane gas burner used for responsiveness testing, and FIG. 8 and 8 are explanatory diagrams of a durability test for using an oxygen sensor in an internal combustion engine, and FIG. 9 is a diagram of its durability pattern. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Gas detector, 12... Ceramic substrate, 16.16a, 16b---Detection electrode, 16e...
Heat resistance electrode, 18a... Window portion, 18... Ceramic laminate, 20... Gas sensitive layer, 22... Spherical granulated particles, 24... Upper layer, 24a... Oxidation catalyst layer, 24b...Reduction catalyst layer
Claims (1)
のガス成分及び/又はその濃度に応じて電気抵抗が変化
する多孔質の感ガス層と、 該感ガス層を覆う上層と を備え、 上記上層が、 上記感ガス性金属酸化物とは異なる酸素吸蔵性の金属酸
化物を含むとともに触媒を担持したことを特徴とするガ
ス検出器。 2 上記酸素吸蔵性の金属酸化物が、CeO_2、La
_2O_3、Nd_2O_3、Eu_2O_3から選ば
れた1種、あるいは該金属酸化物から選ばれた2種以上
の複合化合物のいずれかである特許請求の範囲第1項記
載のガス検出器。[Claims] 1. A pair of electrodes, and a porous gas-sensitive material that covers the pair of electrodes, contains a gas-sensitive metal oxide, and has an electrical resistance that changes depending on the surrounding gas components and/or their concentration. and an upper layer covering the gas-sensitive layer, the upper layer containing an oxygen-storing metal oxide different from the gas-sensitive metal oxide and supporting a catalyst. . 2 The oxygen storage metal oxide is CeO_2, La
The gas detector according to claim 1, which is one selected from _2O_3, Nd_2O_3, Eu_2O_3, or a composite compound of two or more types selected from the metal oxides.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21306086A JPH07107524B2 (en) | 1986-09-10 | 1986-09-10 | Oxygen gas detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21306086A JPH07107524B2 (en) | 1986-09-10 | 1986-09-10 | Oxygen gas detector |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6367556A true JPS6367556A (en) | 1988-03-26 |
JPH07107524B2 JPH07107524B2 (en) | 1995-11-15 |
Family
ID=16632866
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21306086A Expired - Fee Related JPH07107524B2 (en) | 1986-09-10 | 1986-09-10 | Oxygen gas detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07107524B2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH021532A (en) * | 1987-03-13 | 1990-01-05 | Mitsubishi Motors Corp | Oxygen sensor and air-fuel ratio controller of internal combustion engine applied with the same sensor |
JPH04221087A (en) * | 1990-03-03 | 1992-08-11 | Samsung Electron Co Ltd | Ozonizer in liquid |
US5418465A (en) * | 1990-10-30 | 1995-05-23 | Robert Bosch Gmbh | Measuring cell for use with a sensor for measuring the mixture ratio of liquids |
JP2008128773A (en) * | 2006-11-20 | 2008-06-05 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | Thin film gas sensor |
JP2016065827A (en) * | 2014-09-25 | 2016-04-28 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Oxygen sensor |
-
1986
- 1986-09-10 JP JP21306086A patent/JPH07107524B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH021532A (en) * | 1987-03-13 | 1990-01-05 | Mitsubishi Motors Corp | Oxygen sensor and air-fuel ratio controller of internal combustion engine applied with the same sensor |
JPH04221087A (en) * | 1990-03-03 | 1992-08-11 | Samsung Electron Co Ltd | Ozonizer in liquid |
US5418465A (en) * | 1990-10-30 | 1995-05-23 | Robert Bosch Gmbh | Measuring cell for use with a sensor for measuring the mixture ratio of liquids |
JP2008128773A (en) * | 2006-11-20 | 2008-06-05 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | Thin film gas sensor |
JP2016065827A (en) * | 2014-09-25 | 2016-04-28 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Oxygen sensor |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07107524B2 (en) | 1995-11-15 |
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Legal Events
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