JP4155562B2 - Electrochemical gas sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解液を挟んで作用極、対極を配置した電気化学式ガスセンサーに関する。
【0002】
【従来の技術】
電気化学式センサーは、被検出ガスが流入可能で、かつ撥水性を有する隔膜に導電性活性物質の層を形成し、作用極と対極とを対極に被検ガスが到達しない程度の距離、通常20乃至30mm離して電解液に浸漬させて構成されている。
このように、被検ガスの対極への拡散を、隔膜からの距離により阻止する必要上、薄型化が困難であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、検出精度の低下を招くことなく、作用極と対極とをろ紙などの吸水体を挟んで配置し、もって薄型化が可能な電気化学式ガスセンサーを提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために本発明においては、被検出ガスが流入可能でかつ撥水性を有する隔膜に導電性活性物質の層を形成して構成された作用極と、電解液を含浸させた第1のシートと、前記被検ガスが実質的に不透過でかつ酸素の透過が可能な膜と、対極と、前記電解液を含浸させた第2のシートと、少なくとも前記第2のシートに対向する面が粗面化された支持体とを、前記順序で積層配置し、前記隔膜を露出させるようにケースに収容して構成されている。
【0005】
【作用】
電解液に溶け込んだ酸素を可及的に対極に到達させつつ、被検ガスが対極に到達するのを膜により阻止し、また支持体の粗面により電解液をシートに確実に含侵させる。
【0006】
【発明の実施の態様】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図1は、本発明の電気化学式ガスセンサーの一実施例を示すものであって、センサーケースを構成する蓋体1の中心に開口するガス取入口1aには、被検出ガスが流入可能で、かつ撥水性を有する隔膜2に導電性活性物質、例えば白金黒の層を形成して構成された作用極3が配置されている。
【0007】
作用極3の下面には電解液を含浸したシート4、この実施例ではろ紙が、さらにその下面には被検ガスが実質的に不透過で、かつ酸素の透過が可能な膜5、この実施例ではFEP膜が配置されている。
この膜5の裏面には、膜5を活性粗面処理した上で、導電性対極物質の層が蒸着や、印刷により形成され対極6が一体に作り付けられている。
【0008】
そして、この実施例では対極6を、電解液を含浸した第2のシート7で覆った上で、上記積層物がケースの蓋体1と支持体8により弾性的に挟持された状態で、ケースに収容されている。
【0009】
ケースは、中心領域にガス取入口1aを備えた蓋体1と、中央部に貫通孔9aを備えた筒状体のケース本体9と、ケース本体9に挿入可能な有底筒状中ケース10とにより構成されていて、蓋体1とケース本体9とは固着されている。
【0010】
有底筒状中ケース10には段差部10aが形成されていて、図2(a)に示した少なくとも3つの凸片8aを備え、かつ中央に貫通孔8bを有する支持体8が、その凸片8aの端部を支持するように構成されている。この支持体8は、比較的撥水性が小さな材料、例えば塩化ビニールにより構成され、図3に示したように少なくと対極6と対向する面を粗面に仕上げられている。このような粗面化は、サンドブラスト法や、また射出成形時に網目や、凹凸を同時に形成することにより可能である。
【0011】
また、ケース本体9の裏面には、図2(b)に示したように予め箔状のリード11が接続された外部端子12が挿入され、リード11をケース本体9と中ケース10との間を挿通させ、一方を作用極3に、また他方を対極6に接触させ、作用極3、対極6とがそれぞれ外部端子12、12に接続されている。なお、図中符号13は、封止用のリング状パッキンを、また符号14は、塵埃除去用のフィルタをそれぞれ示す。
【0012】
この実施例において、ガス取入口1aから被検ガスが流入して、隔膜2を透過すると、作用極3と対極6との間に被検ガスの濃度に応じた電流が発生し、端子12、12からガス濃度に対応する電気信号を取り出すことができる。
【0013】
一方、隔膜2を透過した被検ガスや酸素は、電解液を含浸したシート4を通過して対極6に拡散移動するが、対極6を支持している膜5により被検ガスが阻止され、酸素だけが透過する。この結果、作用極3と対極6とがシート4の厚み程度の極めて短い距離でしか隔離されていないのにも関わらず、対極6への被検ガスの到達を可及的に阻止して、被検ガスの濃度を正確に検出することができる。
【0014】
また、この実施例においては、支持体8が、撥水性の小さな材料により構成され、かつ表面が粗面に加工されているため、粗面による毛細管現象とあいまって膜5の裏面にも電解液を回り込ませ、中ケース10に貯留されている電解液をシート7に供給して、乾燥防止を図ることができる。
【0015】
比較のために粗面化されていない支持体8を使用して上述のセンサを構成し、その内部抵抗を測定したところ、8.8Ωであった。これに対して上述の実施例では内部抵抗が7.3Ωと、80%程度低下した。このことからも、支持体8を粗面化することが、電解液を十分に行き渡らせるのに大きな効果を奏していることが確認できた。
【0016】
また、中ケース10に貯留されている電解液が支持体8の表面からシート4に供給されるため、電解液の含侵不良を確実に防止して、粗面化がなされていない支持体8を使用したものよりも製造の歩留まりを向上することができる。
【0017】
なお、この実施例においては、被検ガスが実質的に不透過で、かつ酸素の透過が可能な膜5としてFEP膜を使用しているが、ポリエチレン膜でも同様の作用を奏する。
【0018】
また、上述の実施例において、対極6が、被検ガスが実質的に不透過で、かつ酸素の透過が可能な膜5の表面に層として形成されているが、膜5とは別体として構成し、膜5の背面に対極6を密着させて配置しても同様の作用を奏する。
【0019】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電解液に溶け込んだ酸素を可及的に対極に到達させつつ、被検ガスが対極に到達するのを膜により阻止し、また支持体の粗面により電解液をシートに確実に含侵させることができ、信頼性の高く、かつ薄型化が可能な電気化学式ガスセンサーを提供すること。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電気化学式ガスセンサーの一実施例を示す断面図である。
【図2】図(イ)、(ロ)は、それぞれ同上センサーに使用する支持体、及び外部端子の一実施例を示す図である。
【図3】同上支持体を拡大して表面の状態を示す図である。
【符号の説明】
1 蓋体
1a ガス取入口
2 隔膜
3 作用極
4 シート
5 膜
6 対極
7 シート
8 支持体
8a 凸片
8b 貫通孔
9 ケース本体
10 有底筒状中ケース
10a 段差部
11 リード
12 外部端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrochemical gas sensor in which a working electrode and a counter electrode are arranged with an electrolyte interposed therebetween.
[0002]
[Prior art]
In the electrochemical sensor, a conductive active substance layer is formed on a diaphragm having a water repellent property into which a gas to be detected can flow, and a distance that prevents the gas from reaching the working electrode and the counter electrode, usually 20 It is configured to be immersed in an electrolytic solution separated by 30 mm.
Thus, it is difficult to reduce the thickness of the test gas because it is necessary to prevent diffusion of the test gas to the counter electrode by the distance from the diaphragm.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such problems, the purpose of which is to place a working electrode and a counter electrode sandwiching a water absorbent such as a filter paper without causing a decrease in detection accuracy, Thus, an electrochemical gas sensor that can be thinned is provided.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such problems, in the present invention, a working electrode formed by forming a layer of a conductive active substance on a diaphragm capable of flowing a gas to be detected and having water repellency, and an electrolytic solution are impregnated. A first sheet, a membrane in which the test gas is substantially impermeable and capable of transmitting oxygen, a counter electrode, a second sheet impregnated with the electrolytic solution, and at least the second sheet And a support having a roughened surface facing each other are stacked and arranged in the above order, and are accommodated in a case so as to expose the diaphragm.
[0005]
[Action]
While the oxygen dissolved in the electrolytic solution reaches the counter electrode as much as possible, the sample gas is prevented from reaching the counter electrode by the membrane, and the sheet is surely impregnated by the rough surface of the support.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Therefore, details of the present invention will be described below based on the illustrated embodiment.
FIG. 1 shows an embodiment of an electrochemical gas sensor of the present invention, in which a gas to be detected can flow into a gas inlet 1a that opens at the center of a
[0007]
The lower surface of the working
On the back surface of the film 5, a conductive counter electrode material layer is formed by vapor deposition or printing after the film 5 is subjected to an active rough surface treatment, and the counter electrode 6 is integrally formed.
[0008]
In this embodiment, the counter electrode 6 is covered with the second sheet 7 impregnated with the electrolytic solution, and the laminate is elastically held between the
[0009]
The case includes a
[0010]
A stepped portion 10a is formed in the bottomed
[0011]
Further, as shown in FIG. 2B, an
[0012]
In this embodiment, when the test gas flows from the gas inlet 1a and passes through the diaphragm 2, a current corresponding to the concentration of the test gas is generated between the working
[0013]
On the other hand, the test gas and oxygen that have passed through the diaphragm 2 pass through the sheet 4 impregnated with the electrolyte and diffuse to the counter electrode 6, but the test gas is blocked by the membrane 5 that supports the counter electrode 6, Only oxygen passes through. As a result, although the working
[0014]
In this embodiment, since the
[0015]
For comparison, the above-described sensor was configured using the
[0016]
In addition, since the electrolyte stored in the
[0017]
In this embodiment, the FEP film is used as the film 5 which is substantially impermeable to the test gas and capable of transmitting oxygen. However, the polyethylene film has the same effect.
[0018]
Further, in the above-described embodiment, the counter electrode 6 is formed as a layer on the surface of the film 5 which is substantially impermeable to the test gas and capable of transmitting oxygen. Even if it is configured and the counter electrode 6 is disposed in close contact with the back surface of the film 5, the same effect is obtained.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, while the oxygen dissolved in the electrolytic solution reaches the counter electrode as much as possible, the test gas is prevented from reaching the counter electrode by the membrane, and the rough surface of the support is used. To provide an electrochemical gas sensor that can reliably impregnate an electrolyte solution into a sheet, is highly reliable, and can be thinned.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an electrochemical gas sensor of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing examples of a support body and an external terminal used in the sensor, respectively.
FIG. 3 is a view showing the state of the surface by enlarging the support body.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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