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JP3042616B2 - 定電位電解式ガスセンサ - Google Patents

定電位電解式ガスセンサ

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Publication number
JP3042616B2
JP3042616B2 JP10031719A JP3171998A JP3042616B2 JP 3042616 B2 JP3042616 B2 JP 3042616B2 JP 10031719 A JP10031719 A JP 10031719A JP 3171998 A JP3171998 A JP 3171998A JP 3042616 B2 JP3042616 B2 JP 3042616B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
permeable
concentration
porous membrane
sensor
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP10031719A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH11230933A (ja
Inventor
順一 小坂
仁 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komyo Rikagaku Kogyo KK
Original Assignee
Komyo Rikagaku Kogyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komyo Rikagaku Kogyo KK filed Critical Komyo Rikagaku Kogyo KK
Priority to JP10031719A priority Critical patent/JP3042616B2/ja
Publication of JPH11230933A publication Critical patent/JPH11230933A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3042616B2 publication Critical patent/JP3042616B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス濃度を測定す
るための定電位電解式ガスセンサに関し、特に詳細に
は、%レベルの高濃度ガス測定用の定電位電解式ガスセ
ンサに関する。
【0002】
【従来の技術】ガスセンサは、気体中に含まれている特
定のガスに感応して、これを電気信号に変換し、検知定
量するデバイスである。このようなガスセンサとして、
半導体式センサ、固体電解質センサ、接触燃焼式セン
サ、電気化学式センサ等の各種のものが現在知られてい
る。このうち、電気化学式センサに属する定電位電解式
ガスセンサは、電気化学セルによってガスを定電位電解
したときの電解電流からガス濃度を定量するものであ
る。
【0003】具体的には、この定電位電解式ガスセンサ
は、作用電極、対極及び比較電極の3電極と、電解液及
びこれを収納する容器からなり、前記3電極はガス透過
性の多孔質膜の内側に結合されており、いずれも前記電
解液と接している。測定ガスは作用電極側に供給され、
この作用電極が結合されているガス透過性の多孔質膜を
透過して作用電極に達し、この作用電極表面において酸
化もしくは還元される。この際に、対極との間にガスの
濃度に応じた電流が流れ、ガス濃度が測定されるのであ
るが、あらかじめ基準となる比較電極に対して作用電極
の電位を一定に保つことにより、特定のガスを選択的
に、かつ安定に測定できることを特徴とする。
【0004】このように、定電位電解式ガスセンサは小
型軽量で、常温で作動し消費電力が小さいこと、及び感
度が高くppmレベルの濃度のガスの識別が可能なた
め、各種毒性ガス、例えばCO、H2 S等を対象とした
許容濃度管理用の携帯用検知器、測定器用センサとして
広く使用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】定電位電解式ガスセン
サは、上記のように、従来はガス漏れを検知するための
ような、特に低濃度のガスを測定するために使用されて
いる。ところがこの従来の定電位電解式ガスセンサは、
工程管理における還元用ガスとしてのCO、H2等の濃
度測定、原油タンカーのタンカー内のH2 Sガス濃度チ
ェック、又は火山ガス中のH2 Sガス濃度測定等のよう
な、%レベルの高濃度のガスを測定するためには使用で
きなかった。すなわち、従来の定電位電解式ガスセンサ
では、作用電極はガス透過性の多孔質膜に結合されてい
るため、導入された測定対象ガスは制御されることなく
この多孔質膜を透過し、作用電極と接し、対極との間に
電流が流れるのであるが、ppmレベルの濃度を検知す
るよう設計されているため、%レベルの濃度のガスを測
定対象ガスとして導入すると、流れる電流が大きくなり
過ぎるため飽和してしまい、測定することができないと
いう問題が生ずる。
【0006】本発明は、このような%レベルの高濃度の
ガスに対しても適用可能な定電位電解式ガスセンサを提
供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明の定電位電解式ガスセンサは、作用電極、対
極及び比較電極の3電極と、電解液及びこの電解液を収
納する容器本体からなり、前記3電極がガス透過性の多
孔質膜の、前記電解液と接する内側に結合されており、
前記作用電極の電解液と接する面と反対側のガス供給側
にガス透過性の非多孔質膜を配置したことを特徴とす
る。
【0008】本発明の定電位電解式ガスセンサにおいて
は、作用電極の測定ガス供給側に、ガス透過性の非多孔
質膜を配置しているため、作用電極に到達する測定対象
ガス量が著しく制限され、その結果、高濃度の測定ガス
を供給しても反応によって生ずる電流が過大とならず、
高濃度ガスの測定が可能となるのである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の定電位電解式ガスセンサを説明する。図1は本発明に
係る定電位電解式ガスセンサの一実施例を示す断面図で
あり、図2はこの定電位電解式ガスセンサの斜視分解図
である。1は円筒状の容器本体であり、その両端に2つ
の開口部21及び22を有している。一方の開口部21
にはガス透過性の多孔質膜10に結合された半円状の対
極4と比較電極5が設けられ、他方の開口部22には、
ガス透過性の多孔質膜11に結合された円形状の作用電
極6が設けられ、各電極にはそれぞれリード線7、8及
び9が接続されている。
【0010】この各電極が結合されているガス透過性の
多孔質膜とは、気体分子の平均自由行程よりも大きな、
50Å〜1μm程度の細孔径を有する膜をいい、従って気
体に対しては透過性であるが液体に対しては不透過性で
ある膜を意味する。このような膜としては、例えば、四
フッ化エチレン樹脂(PTFE)等の材料が使用され
る。対極4と比較電極5は白金からなり、バインダによ
ってガス透過性の多孔質膜10に結合されている。作用
電極6は、白金、金等の貴金属からなり、バインダによ
ってガス透過性の多孔質膜11に結合されるか、又は真
空蒸着、スパッタリング、インプレーティング、又は無
電解めっき等の方法によってガス透過性の多孔質膜11
に結合される。これらのいずれの方法を用いるかは、主
として測定対象ガスによって選択される。
【0011】作用電極6が結合されているガス透過性の
多孔質膜11の外側、すなわち測定ガス供給側にはガス
透過性の非多孔質膜12が配置されている。このガス透
過性の非多孔質膜とは、上記多孔質膜に比べてその細孔
径が極限的に小さなものであり、従って液体に対して不
透過性であるのみならず、気体も自由に透過することが
できず、気体の透過を制限する膜をいう。このガス透過
性の非多孔質膜12としては、一般に気体分離膜として
用いられている高分子膜、例えばフッ素樹脂、ポリアル
キレン樹脂、ポリジメチルシロキサン樹脂等が用いられ
る。これらのうち、耐薬品性、耐溶剤性、耐候性等の観
点から、フッ素樹脂、例えば四フッ化エチレン−六フッ
化プロピレン共重合体(FEP)、ポリフッ化ビニル
(PVF)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ペル
フルオロアルコキシフッ素樹脂(PFA)、エチレン−
四フッ化エチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロ三
フッ化エチレン(PCTFE)等を用いることが好まし
い。また、このガス透過性の非多孔質膜12は単一膜で
あってもよく、又は可塑化膜、グラフト膜、多層膜のよ
うに、単一の樹脂のみでなく、他の材料と複合化された
複合膜であってもよい。
【0012】このガス透過性の非多孔質膜12は、作用
電極6が結合されているガス透過性の多孔質膜11に単
に重ねてもよいが、ホットプレス等によって両者を一体
として用いてもよい。また、ガス透過性の多孔質膜11
を用いず、ガス透過性の非多孔質膜12に作用電極6を
直接結合させてもよい。
【0013】開口部21の側の側板15には、対極4及
び比較電極5に空気を供給するための空気穴17が設け
られており、一方の開口部22の側の側板16には、測
定ガスを供給するためのガス室18が設けられ、このガ
ス室18は供気路19及び排気路20によって外気と接
続されている。2、3、13及び14はシールパッキン
グであり、これらがすべて圧着固定されて組み立てら
れ、容器本体1に電解液23が充填される。この電解液
23としては、硫酸、リン酸、水酸化カリウム、水酸化
ナトリウム、塩化カリウム等の水溶液が使用される。
【0014】こうして構成された本発明の定電位電解式
ガスセンサに、給気路19より測定対象ガスを導入する
と、この測定対象ガスはガス室18に入る。ところが、
このガス室18と作用電極6はガス透過性の非多孔質膜
12で隔てられているため、ガス室18に入ったガスの
うち、ガス透過性の非多孔質膜12のガス透過性に応じ
た分のガスのみが作用電極6に達し、酸化もしくは還元
されて対電極との間に電流を生ずる。
【0015】このガス透過性の非多孔質膜12をガスが
透過する量は下式で表される。 Q=(P/L)(p1 −p2)At 上式中、Qはガス透過量、Pは気体透過係数、p1 及び
2 はそれぞれ膜に供給されたガスの分圧及び膜の透過
側のガスの分圧、Lは膜厚、Aは透過面積、そしてtは
時間である。気体透過係数は、膜の材料とガスの組合せ
によって特有の値である。従って、測定対象ガスによっ
てかつ測定しようとする濃度に応じて、ガス透過性の非
多孔質膜12の材料を選択すればよい。また、膜厚、膜
の面積、及び測定対象ガスの供給圧力を変えることによ
って、測定可能な濃度範囲を調節することができる。
【0016】いずれにせよ、このガス透過性の非多孔質
膜12のガス透過率は非常に低いため、作用電極6の表
面において反応するガスの量は、このガス透過性の非多
孔質膜12が配置されていない場合と比較して、1/1000
0 以下とすることができる。すなわち、従来ppmレベ
ルの濃度測定用のセンサを用いて、%レベルの濃度を測
定することが可能となる。
【0017】
【実施例】ガス透過性の非多孔質膜12として、厚さ1
2.5μm 、25μm 及び50μm のFEP膜を用い、図1に
示すようにして構成した定電位電解式ガスセンサ(作用
電極の反応面積約5cm2)において、10%のH2 Sに対す
るこのセンサの出力電流を測定し、その結果を以下の表
1に示す。また、比較として、このガス透過性の非多孔
質膜12を配置していない、従来の定電位電解式ガスセ
ンサにおける10ppmのH2 Sに対するこのセンサの出
力電流をも表1に示す。
【0018】
【表1】
【0019】この表1から明らかなように、本発明の定
電位電解式ガスセンサにおいては、ガス透過性の非多孔
質膜を配置することにより、%レベルの濃度の測定対象
ガスに対して、従来のppmレベルの濃度を測定した場
合と同程度の電流で検知することができる。また、この
ガス透過性の非多孔質膜の膜厚を変えることにより、測
定電流を任意に設定することができ、測定ガスの濃度に
応じて対応させることができる。
【0020】また、ガス透過性の非多孔質膜12とし
て、厚さ12.5μm のFEP膜を使用した定電位電解式ガ
スセンサにおいて、H2 Sガス濃度(0〜30%)に対す
るこのセンサの出力電流を測定し、その結果を図3に示
す。
【0021】この図3のグラフより明らかなように、本
発明の定電位電解式ガスセンサは、従来の定電位電解式
ガスセンサと同様に、測定ガス濃度に応じて相関的に出
力電流が変化し、測定ガスの濃度測定に有効であること
がわかる。
【0022】
【発明の効果】本発明の定電位電解式ガスセンサは、p
pmレベルの濃度測定用のガスセンサを用いて、%レベ
ルの高濃度のガス濃度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の定電位電解式ガスセンサの略断面図で
ある。
【図2】本発明の定電位電解式ガスセンサの斜視分解図
である。
【図3】本発明の定電位電解式ガスセンサを用いて測定
した、H2 Sガス濃度に対するこのセンサの出力電流を
示すグラフである。
【符号の説明】
1…容器本体 2、3、13、14…シールパッキング 4…対電極 5…比較電極 6…作用電極 7、8、9…リード線 10、11…ガス透過性の多孔質膜 12…ガス透過性の非多孔質膜 15、16…側板 17…空気穴 18…ガス室 19…ガス給気路 20…ガス排気路 21、22…開口部 23…電解質液

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 作用電極、対極及び比較電極の3電極
    と、電解液及びこの電解液を収納する容器本体からなる
    定電位電解式ガスセンサであって、前記3電極がガス透
    過性の多孔質膜の、前記電解液と接する内側に結合され
    ており、前記作用電極の電解液と接する面と反対側のガ
    ス供給側にガス透過性の非多孔質膜を配置したことを特
    徴とする定電位電解式ガスセンサ。
JP10031719A 1998-02-13 1998-02-13 定電位電解式ガスセンサ Expired - Lifetime JP3042616B2 (ja)

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JP5918910B2 (ja) * 2013-06-18 2016-05-18 新コスモス電機株式会社 定電位電解式ガスセンサ
JP2016148513A (ja) * 2015-02-10 2016-08-18 理研計器株式会社 電気化学式ガスセンサ
JP6734162B2 (ja) * 2016-09-23 2020-08-05 新コスモス電機株式会社 定電位電解式ガスセンサおよび定電位電解式ガスセンサの製造方法

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