JPH02154139A - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
- Publication number
- JPH02154139A JPH02154139A JP30785188A JP30785188A JPH02154139A JP H02154139 A JPH02154139 A JP H02154139A JP 30785188 A JP30785188 A JP 30785188A JP 30785188 A JP30785188 A JP 30785188A JP H02154139 A JPH02154139 A JP H02154139A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxygen
- sensor
- temperature
- oxygen sensor
- temperature superconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は溶液中の溶存酸素あるいは自動車の空気／燃料
比用などの気相中の酸素分圧を測定する酸素センサに関
する。
比用などの気相中の酸素分圧を測定する酸素センサに関
する。
従来の酸素センサは、ジルコニアセンサの様に、酸素濃
度差による電位差を測定するセンサや、Ｔｉ０ｚセンサ
の様に酸化物半導体を用いたセンサや限界電流センサな
どがあった。ジルコニアセンサはプロシーディングズ・
オン・インターナショナル・ミーティング・オン・ケミ
カルセンサ（１９８３）第２６２頁から第２７２頁（Ｐ
ｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａ
ｔｉｏｎａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
５ｅｎｓｏｒｓ（１９８３）ＰＰ２６２−２７２）に
おいて論じられている。また酸化物半導体を用いたセン
サはジャーナル・オン・エレクトロケミカル・リサイテ
イ、１２４ （１９７７年）第１４４３頁から第１４４
６頁（Ｊ、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｃｍ、 Ｓｏｃ、 、
１２４（１９７７）ＰＰ１４４３−１４４６）において
論じられている。
度差による電位差を測定するセンサや、Ｔｉ０ｚセンサ
の様に酸化物半導体を用いたセンサや限界電流センサな
どがあった。ジルコニアセンサはプロシーディングズ・
オン・インターナショナル・ミーティング・オン・ケミ
カルセンサ（１９８３）第２６２頁から第２７２頁（Ｐ
ｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａ
ｔｉｏｎａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
５ｅｎｓｏｒｓ（１９８３）ＰＰ２６２−２７２）に
おいて論じられている。また酸化物半導体を用いたセン
サはジャーナル・オン・エレクトロケミカル・リサイテ
イ、１２４ （１９７７年）第１４４３頁から第１４４
６頁（Ｊ、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｃｍ、 Ｓｏｃ、 、
１２４（１９７７）ＰＰ１４４３−１４４６）において
論じられている。
限界電流センサはプロシーディング・オン・シックスス
・センサーシンポジウム（１９８６年）第２５１頁から
第２５６頁（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ６ｔ
ｈ ５ｅｎｓｏｒ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ（１９８６）ｐ
ｐ２５１−２５６）において論じられている。
・センサーシンポジウム（１９８６年）第２５１頁から
第２５６頁（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ６ｔ
ｈ ５ｅｎｓｏｒ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ（１９８６）ｐ
ｐ２５１−２５６）において論じられている。
上記ジルコニアセンサは基準濃度からなる酸素を必要と
するため構造が複雑であった。一方酸化物半導体を用い
たセンサは基準濃度の酸素を必要としないのでその構造
を簡単にすることができた。
するため構造が複雑であった。一方酸化物半導体を用い
たセンサは基準濃度の酸素を必要としないのでその構造
を簡単にすることができた。
しかしながら酸化物半導体はその抵抗値が高いためその
計測回路が複雑であり、また精度及び耐久性に問題があ
った。限界電流センサはセンサ構造の簡単化及び精度の
点で優れていた。しかしこのセンサは自動車用空気（Ａ
）と燃料（Ｆ）の比Ａ／Ｆが２０以上の酸素の多い領域
でしか用いることができなかった。
計測回路が複雑であり、また精度及び耐久性に問題があ
った。限界電流センサはセンサ構造の簡単化及び精度の
点で優れていた。しかしこのセンサは自動車用空気（Ａ
）と燃料（Ｆ）の比Ａ／Ｆが２０以上の酸素の多い領域
でしか用いることができなかった。
本発明のｌ」的は、酸素センサにおいて酸化物半導体及
び限界電流センサの様に基準濃度の酸素を必要としない
構造とし、さらにその計測回路が簡単で酸素濃度が高い
領域でも測定できるセンサｔＩ５造を提供することにあ
る。
び限界電流センサの様に基準濃度の酸素を必要としない
構造とし、さらにその計測回路が簡単で酸素濃度が高い
領域でも測定できるセンサｔＩ５造を提供することにあ
る。
上記基準濃度の酸素を必要せずに、測定対象の酸素分圧
のみでセンサ体の物性値が変化し、さらに計測回路が簡
単なものとなるようなものとして酸素原子の欠陥構造を
もつ焼結体である高温超伝導体を設けたものである。ま
たセンサの応答速度を速めるため高温超伝導体を形成し
た絶縁基板上に発熱体を設けたものである。ｆｌｌ’ｌ
定精度を上げるためさらに測定ガスの温度あるいは発熱
体による酸素センサの加熱温度を検知するために、絶縁
基板上に温度センサを設けたものである。溶液中の溶存
酸素を測定するセンサとしては、上記センサの高温超伝
導体上にさらに多孔質の疎水性高分子膜を設けたもので
ある。
のみでセンサ体の物性値が変化し、さらに計測回路が簡
単なものとなるようなものとして酸素原子の欠陥構造を
もつ焼結体である高温超伝導体を設けたものである。ま
たセンサの応答速度を速めるため高温超伝導体を形成し
た絶縁基板上に発熱体を設けたものである。ｆｌｌ’ｌ
定精度を上げるためさらに測定ガスの温度あるいは発熱
体による酸素センサの加熱温度を検知するために、絶縁
基板上に温度センサを設けたものである。溶液中の溶存
酸素を測定するセンサとしては、上記センサの高温超伝
導体上にさらに多孔質の疎水性高分子膜を設けたもので
ある。
酸素原子の欠陥構造を持つ高温超伝導体は、その超伝導
状態がやぶれる臨界温度（Ｔｃ）以上においてその抵抗
値は雰囲気中の酸素分圧に応して変化する。このため抵
抗値を測定することにより酸素分圧を測定できる。この
応答現象は酸化物半導体における酸化還元反応と違い酸
素の置換反応なので室温から高温領域まで広い範囲でセ
ンサとして用いることができる。また酸素濃度範囲も低
濃度領域から高濃度酸素領域まで幅広く用いることがで
きる。さらに高温超伝導体の常伝導状態での抵抗値は酸
化物半導体のように大きなエネルギーギャップを持たず
、２桁以上も抵抗値が低い。このため簡単な回路で抵抗
値変化を計測することができるようになった。
状態がやぶれる臨界温度（Ｔｃ）以上においてその抵抗
値は雰囲気中の酸素分圧に応して変化する。このため抵
抗値を測定することにより酸素分圧を測定できる。この
応答現象は酸化物半導体における酸化還元反応と違い酸
素の置換反応なので室温から高温領域まで広い範囲でセ
ンサとして用いることができる。また酸素濃度範囲も低
濃度領域から高濃度酸素領域まで幅広く用いることがで
きる。さらに高温超伝導体の常伝導状態での抵抗値は酸
化物半導体のように大きなエネルギーギャップを持たず
、２桁以上も抵抗値が低い。このため簡単な回路で抵抗
値変化を計測することができるようになった。
高温超伝導体を形成した絶縁基板上に設けた発熱体によ
り、高温超伝導体を加熱することができる。これにより
酸素のＩ換反応を速くすることができセンサの応答速度
を高速化することができた。
り、高温超伝導体を加熱することができる。これにより
酸素のＩ換反応を速くすることができセンサの応答速度
を高速化することができた。
また基板上に設けた温度センサによって、発熱体による
加熱を正確に制御できた。また加熱しない場合でも測定
対象のガスの温度を温度センサによって計測する。測定
した高温超伝導体の抵抗値を、その時の温度で補正する
ことにより、正確なガス分圧値が求められるようになっ
た。
加熱を正確に制御できた。また加熱しない場合でも測定
対象のガスの温度を温度センサによって計測する。測定
した高温超伝導体の抵抗値を、その時の温度で補正する
ことにより、正確なガス分圧値が求められるようになっ
た。
溶存酸素を測定するセンサに設けた多孔質の疎水性高分
子膜は溶液中に溶けているガスのみを通し液体を通さな
い。この構造により高温超伝導体表面に溶存ガスのみを
接触させることができるため、溶存酸素分圧が測定でき
るようになった。
子膜は溶液中に溶けているガスのみを通し液体を通さな
い。この構造により高温超伝導体表面に溶存ガスのみを
接触させることができるため、溶存酸素分圧が測定でき
るようになった。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は酸素センサの全体構成を示す。アルミナ基板１に高
温超伝導体２としてＣｏｉ−ｚＭｇｚＯを形成している
。この高温超伝導材料として他には、Ｙ Ｂ ａｚｃ
ｕａｏｘ−Ａ ｇ○やＢ ｉ ｏ、ｓ Ｐｂｏ、ｚ−
３ｒｏ、５−Ｃａ１．ｏ−Ｃｕｚ、ｏ−Ｏｘ などの酸
素欠損構造の焼結体を用いることができる６高温超伝導
体上に一対の白金の電極３を形成し電極間の抵抗率を測
定することにより被測定対象である酸素分圧を計測する
。応答速度を早めるためアルミナ基板の裏側にタングス
テンによる発熱体４をメタルマスクを用いスパッタリン
グにより形成した。
図は酸素センサの全体構成を示す。アルミナ基板１に高
温超伝導体２としてＣｏｉ−ｚＭｇｚＯを形成している
。この高温超伝導材料として他には、Ｙ Ｂ ａｚｃ
ｕａｏｘ−Ａ ｇ○やＢ ｉ ｏ、ｓ Ｐｂｏ、ｚ−
３ｒｏ、５−Ｃａ１．ｏ−Ｃｕｚ、ｏ−Ｏｘ などの酸
素欠損構造の焼結体を用いることができる６高温超伝導
体上に一対の白金の電極３を形成し電極間の抵抗率を測
定することにより被測定対象である酸素分圧を計測する
。応答速度を早めるためアルミナ基板の裏側にタングス
テンによる発熱体４をメタルマスクを用いスパッタリン
グにより形成した。
また温度により電極間の抵抗率が変化するので、その温
度補償を行うため同酸素センサ体上に白金抵抗体を用い
た温度センサ５を形成した。本酸素センサと外部計測回
路とはリード線６により接続される。第２図は本発明の
酸素センサの酸素応答を示す。１気圧から１０−６気圧
に酸素分圧範囲で酸素応答を示した。第３図はセンサの
応答速度を早めるため、発熱体を用いたときの結果を示
す。
度補償を行うため同酸素センサ体上に白金抵抗体を用い
た温度センサ５を形成した。本酸素センサと外部計測回
路とはリード線６により接続される。第２図は本発明の
酸素センサの酸素応答を示す。１気圧から１０−６気圧
に酸素分圧範囲で酸素応答を示した。第３図はセンサの
応答速度を早めるため、発熱体を用いたときの結果を示
す。
酸素センサ体の温度上昇に伴い応答速度が早くなリ、室
温では９０％応答が１．２秒であったものが、７００℃
では０．４ 秒と３倍早くなった。
温では９０％応答が１．２秒であったものが、７００℃
では０．４ 秒と３倍早くなった。
第２の実施例を第４図により示す。本発明は液体中の溶
存酸素分圧を測定する酸素センサである。
存酸素分圧を測定する酸素センサである。
その構造は、第１の実施例における高温超伝導体上に多
孔質ポリテトラフルオロエチレン７を形成した。この膜
はガス透過膜として作用し水を通さず溶存ガスのみ高温
超伝導体表面に到達する。この多孔質膜は本実施例では
孔径が数１０μｍ、厚さ約１００μｒｎのものを用いた
。第５図に溶存酸素分圧に対する本発明のセンサ応答を
示す。第１の実施例における酸素センサの約半分の感度
であるものの１０−１気圧から１０−６気圧の酸素分圧
範囲で酸素応答を示した。
孔質ポリテトラフルオロエチレン７を形成した。この膜
はガス透過膜として作用し水を通さず溶存ガスのみ高温
超伝導体表面に到達する。この多孔質膜は本実施例では
孔径が数１０μｍ、厚さ約１００μｒｎのものを用いた
。第５図に溶存酸素分圧に対する本発明のセンサ応答を
示す。第１の実施例における酸素センサの約半分の感度
であるものの１０−１気圧から１０−６気圧の酸素分圧
範囲で酸素応答を示した。
本発明によれば基準濃度の酸素を必要としない構造でし
かもプレナー＃１造のため、半導体技術などを用いて製
造できる。これによりセンサの小型化、量産化の効果が
ある。また本発明の酸素センサの抵抗率は低いため外部
測定回路が簡単化できる効果もある。
かもプレナー＃１造のため、半導体技術などを用いて製
造できる。これによりセンサの小型化、量産化の効果が
ある。また本発明の酸素センサの抵抗率は低いため外部
測定回路が簡単化できる効果もある。
第１図は本発明の一実施例の酸素センサの構造図、第２
図は酸素センサのＮ！素応答図、第３図は酸素センサの
応答速度の温度変化を示す図、第４図は本発明の第２の
実施例の溶存酸素センサを示す図、第５図は溶存酸素セ
ンサの応答図である。 １・・・アルミナ基板、２・・・高温超伝導体、３・・
・電極、４・・・発熱体、５・・・温度センサ、６・・
・リード線、７第１図 第４図 第２図 第５あ ＦＯＺ ＣａＴｍ） 第３図 ｆｏ２Ｃａｔｍ ） ；：！Ｌ濱（°Ｃ）
図は酸素センサのＮ！素応答図、第３図は酸素センサの
応答速度の温度変化を示す図、第４図は本発明の第２の
実施例の溶存酸素センサを示す図、第５図は溶存酸素セ
ンサの応答図である。 １・・・アルミナ基板、２・・・高温超伝導体、３・・
・電極、４・・・発熱体、５・・・温度センサ、６・・
・リード線、７第１図 第４図 第２図 第５あ ＦＯＺ ＣａＴｍ） 第３図 ｆｏ２Ｃａｔｍ ） ；：！Ｌ濱（°Ｃ）
Claims (3)
- １． 酸素原子の欠損構造をもつ焼結体からなる高温超
伝導体を絶縁基板に形成し、該絶縁基板上に発熱体を設
けたことを特徴とする酸素センサ。 - ２． 高温超伝導体上に多孔質の疎水性高分子膜を形成
したことを特徴とする請求項１記載の酸素センサ。 - ３． 温度センサを設けたことを特徴とする請求項１ま
たは２記載の酸素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30785188A JPH02154139A (ja) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | 酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30785188A JPH02154139A (ja) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | 酸素センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02154139A true JPH02154139A (ja) | 1990-06-13 |
Family
ID=17973942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30785188A Pending JPH02154139A (ja) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | 酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02154139A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04131756A (ja) * | 1990-09-21 | 1992-05-06 | Orc Mfg Co Ltd | 半導体ガスセンサおよびガス濃度測定方法 |
| ES2113304A1 (es) * | 1995-12-05 | 1998-04-16 | Espan Carburos Metal | Dispositivo de conduccion electrica variable. |
| JP2008261634A (ja) * | 2007-04-10 | 2008-10-30 | Mikuni Corp | 水素センサー |
| JP2019132741A (ja) * | 2018-01-31 | 2019-08-08 | Koa株式会社 | 酸素センサ素子 |
-
1988
- 1988-12-07 JP JP30785188A patent/JPH02154139A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04131756A (ja) * | 1990-09-21 | 1992-05-06 | Orc Mfg Co Ltd | 半導体ガスセンサおよびガス濃度測定方法 |
| ES2113304A1 (es) * | 1995-12-05 | 1998-04-16 | Espan Carburos Metal | Dispositivo de conduccion electrica variable. |
| JP2008261634A (ja) * | 2007-04-10 | 2008-10-30 | Mikuni Corp | 水素センサー |
| JP2019132741A (ja) * | 2018-01-31 | 2019-08-08 | Koa株式会社 | 酸素センサ素子 |
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