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JPH0731153B2 - Flammable gas sensor - Google Patents

Flammable gas sensor

Info

Publication number
JPH0731153B2
JPH0731153B2 JP62189608A JP18960887A JPH0731153B2 JP H0731153 B2 JPH0731153 B2 JP H0731153B2 JP 62189608 A JP62189608 A JP 62189608A JP 18960887 A JP18960887 A JP 18960887A JP H0731153 B2 JPH0731153 B2 JP H0731153B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
working electrode
combustible gas
counter electrode
gas sensor
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP62189608A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6432161A (en
Inventor
清 古屋
菩 佐藤
保広 永田
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.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
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 Daikin Industries Ltd filed Critical Daikin Industries Ltd
Priority to JP62189608A priority Critical patent/JPH0731153B2/en
Publication of JPS6432161A publication Critical patent/JPS6432161A/en
Publication of JPH0731153B2 publication Critical patent/JPH0731153B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> この発明は可燃性ガスセンサに関し、さらに詳細にいえ
ば、作用電極、および対向電極の表面における酸化、還
元反応、および両電極間におけるプロトンの移動に起因
する生成電流に基いて可燃性ガスの濃度を検出する可燃
性ガスセンサに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a combustible gas sensor, and more specifically, to oxidation and reduction reactions on the surfaces of a working electrode and a counter electrode, and transfer of protons between both electrodes. The present invention relates to a combustible gas sensor that detects the concentration of a combustible gas based on a generated current caused by.

<従来の技術> 従来から可燃性ガスセンサとして、第9図に示すよう
に、SnO2等の如く可燃性ガスに感応して抵抗値が変化す
る素子(21)に対して直流電源(22)、および電流計等
(23)を直列接続するとともに、上記素子(21)を約10
0℃〜400℃に加熱するヒータ(24)に対して電源(25)
を直列接続した構成のもの、および 第10図に示すように、ケーシング(31)の内部に、電解
質としての硫酸水溶液(32)が収容されているととも
に、ケーシング(31)の所定位置に、開口(33)(3
4)、およびガス透過性テフロン(登録商標名)膜(3
5)(36)が設けられてあり、さらに、上記ガス透過性
テフロン膜(35)(36)の内面側所定位置に、白金黒を
塗布することにより形成された作用電極(37)、対向電
極(38)、および参照電極(39)が設けられている構成
のもの(但し、上記作用電極(37)と参照電極(39)と
の間の電位はポテンシオスタット回路(40)により一定
に保持される) が提供されていた。
<Prior Art> Conventionally, as a combustible gas sensor, as shown in FIG. 9, a DC power supply (22) is connected to an element (21) whose resistance value changes in response to a combustible gas such as SnO 2 . And an ammeter (23) are connected in series, and the above element (21) is connected to about 10
Power supply (25) for the heater (24) that heats to 0 ℃ to 400 ℃
As shown in FIG. 10, the sulfuric acid aqueous solution (32) as an electrolyte is stored in the casing (31), and the casing (31) is opened at a predetermined position. (33) (3
4), and a gas-permeable Teflon (registered trademark) membrane (3
5) (36) is provided, and a working electrode (37) and a counter electrode formed by applying platinum black at predetermined positions on the inner surface side of the gas-permeable Teflon membranes (35) (36). (38) and reference electrode (39) are provided (However, the potential between the working electrode (37) and the reference electrode (39) is kept constant by the potentiostat circuit (40). Was provided).

<発明が解決しようとする問題点> 上記第9図の構成の可燃性ガスセンサにおいては、可燃
性ガス粒子の吸着量に対応する電流信号を生成するよう
にしているのであるから、可燃性ガス粒子がある程度吸
着されることにより飽和してしまい、継続的に可燃性ガ
ス濃度の検出を行なわせることができないという問題が
あるとともに、可燃性ガスの存在を検出するための素子
(21)を、ヒータ(24)により約100℃〜400℃に加熱す
ることが必須であり、構成が複雑化するのみならず、ヒ
ータ(24)がガス爆発を誘発する原因になるという問題
がある。また、素子(21)の製造条件等によってかなり
大きい特性のばらつきが発生し易く、補償回路等を、素
子の特性のばらつきに対応させて調整することが必要に
なり、可燃性ガスセンサ全体として製造、調整が繁雑化
するという問題がある。さらに、加熱のためにヒータに
通電する必要があるので、測定可能な状態になるまでに
長時間を必要とするのみならず、消費電力が著しく増加
してしまうという問題もある。
<Problems to be Solved by the Invention> In the combustible gas sensor having the configuration shown in FIG. 9, since the current signal corresponding to the adsorption amount of the combustible gas particles is generated, the combustible gas particles are generated. Is adsorbed to some extent and becomes saturated, and there is a problem that it is not possible to continuously detect the concentration of the combustible gas, and an element (21) for detecting the presence of the combustible gas is used as a heater. It is indispensable to heat to about 100 ° C to 400 ° C by (24), which not only complicates the structure but also causes the heater (24) to cause gas explosion. Further, due to the manufacturing conditions of the element (21) and the like, quite large variations in the characteristics are likely to occur, and it becomes necessary to adjust the compensation circuit and the like in accordance with the variations in the characteristics of the elements, and the combustible gas sensor is manufactured as a whole. There is a problem that the adjustment becomes complicated. Furthermore, since it is necessary to energize the heater for heating, there is a problem that not only a long time is required until a measurable state is reached but also power consumption is significantly increased.

上記第10図に示す構成の可燃性ガスセンサにおいては、
ガス透過性テフロン膜の特性、電極の特性、電極の位置
精度等の影響を受けてセンサ全体としての特性がばらつ
いてしまうので、これらの特性、位置精度等が設定値に
合致するようにしなければならず、製造が著しく手間で
あるとともに、手間をかけて製造しても、特性が揃った
ものを得ることが殆ど不可能であるという問題がある。
In the flammable gas sensor having the configuration shown in FIG. 10,
The characteristics of the sensor as a whole will be affected by the characteristics of the gas permeable Teflon membrane, the characteristics of the electrodes, the positional accuracy of the electrodes, etc., so these characteristics, the positional accuracy, etc. must be matched to the set values. However, there is a problem that the manufacturing is extremely troublesome, and it is almost impossible to obtain a product having uniform characteristics even if the manufacturing is time-consuming.

また、反応速度が、ガス透過性テフロン膜を透過するガ
ス濃度に影響されることになり、余り大きくすることが
できないという問題もある。
There is also a problem that the reaction rate is affected by the concentration of the gas that permeates the gas-permeable Teflon membrane and cannot be increased so much.

さらに、ケーシングの内部に電解液を収容しておくこと
が必要なので、長期間の使用においては、かなり高い確
率で電解液の漏出が生じ、可燃性ガスの検出における信
頼性が損なわれてしまうという問題がある。この点につ
いては、可燃性ガスセンサを携帯式のものとした場合に
特に顕著になるのであり、全体としての小形化、および
低コスト化がほとんど不可能になってしまう。
Further, since it is necessary to store the electrolytic solution inside the casing, in a long-term use, leakage of the electrolytic solution occurs at a fairly high probability, and reliability in detecting flammable gas is impaired. There's a problem. This point becomes particularly noticeable when the combustible gas sensor is a portable type, and it becomes almost impossible to reduce the overall size and cost.

<発明の目的> この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
構成の簡素化を達成することができるとともに、特性の
ばらつきを大巾に低減させ、しかも、長期間にわたって
高い測定精度を達成することかができる可燃性ガスセン
サを提供することを目的としている。
<Objects of the Invention> The present invention has been made in view of the above problems,
An object of the present invention is to provide a combustible gas sensor that can achieve simplification of the configuration, can significantly reduce the variation in characteristics, and can achieve high measurement accuracy for a long period of time.

<問題点を解決するための手段> 上記の目的を達成するための、この発明の可燃性ガスセ
ンサは、絶縁基材表面に、作用電極、参照電極、および
対向電極が互に所定の位置関係を保持した状態で設けら
れてあるとともに、上記電極上を一体的に覆うガス透過
性プロトン導電体膜を設けたものである。
<Means for Solving Problems> In order to achieve the above object, the combustible gas sensor of the present invention has a working electrode, a reference electrode, and a counter electrode, which have a predetermined positional relationship with each other on the surface of an insulating base material. The gas permeable proton conductor film is provided in a state of being held and integrally covers the electrode.

但し、参照電極、および対向電極が、作用電極を中心と
する同心円状に形成されていることが好ましい。
However, it is preferable that the reference electrode and the counter electrode are concentrically formed around the working electrode.

そして、上記参照電極が、作用電極と対向電極との間に
設けられていてもよく、上記作用電極が、白金族金属、
或は金で形成されているとともに、参照電極が、可燃性
ガスと反応しない金属で形成されていることが好まし
い。
And, the reference electrode may be provided between the working electrode and the counter electrode, the working electrode is a platinum group metal,
Alternatively, it is preferable that the reference electrode is formed of gold and the reference electrode is formed of a metal that does not react with the combustible gas.

また、上記対向電極が、作用電極と参照電極との間に設
けられていてもよく、この場合には、上記作用電極、お
よび対向電極が共に白金族金属、或は金で形成されてい
ることが好ましい。
Further, the counter electrode may be provided between the working electrode and the reference electrode. In this case, both the working electrode and the counter electrode are formed of platinum group metal or gold. Is preferred.

他の発明の可燃性ガスセンサは、上記絶縁基材表面に、
作用電極、および対向電極が互に所定の位置関係を保持
した状態で設けられているとともに、対向電極の面積が
作用電極の面積の数10倍以上に設定され、しかも、上記
電極上を一体的に覆うガス透過性プロトン導電体膜が設
けられたものである。但し、対向電極の面積が作用電極
の面積の100倍以上に設定されてあることが好ましい。
The flammable gas sensor of another invention has, on the surface of the insulating base material,
The working electrode and the counter electrode are provided in a state of maintaining a predetermined positional relationship with each other, and the area of the counter electrode is set to several tens of times the area of the working electrode or more, and the above electrode is integrally formed. And a gas permeable proton conductor film covering the above. However, the area of the counter electrode is preferably set to 100 times or more the area of the working electrode.

<作用> 以上の構成の可燃性ガスセンサであれば、絶縁基材表面
に設けられた作用電極と対向電極との間にバイアスを与
えた状態において、ガス透過性プロトン導電体膜を通し
て可燃性ガスが作用電極の表面に導かれた場合には、作
用電極の表面において酸化反応が行なわれ、作用電極に
対して酸化反応の量に対応する電流が流れ込むととも
に、酸化反応の結果生成されたプロトンが対向電極に向
かって移動する。したがって、酸化反応の結果生成され
たプロトンが作用電極の表面に滞留することを防止し
て、常に可燃性ガスの量に対応する電流信号を得ること
ができる。
<Operation> In the case of the combustible gas sensor having the above configuration, the combustible gas is passed through the gas-permeable proton conductor film in the state where a bias is applied between the working electrode and the counter electrode provided on the surface of the insulating base material. When guided to the surface of the working electrode, an oxidation reaction occurs on the surface of the working electrode, and a current corresponding to the amount of the oxidation reaction flows into the working electrode, and the protons generated as a result of the oxidation reaction face each other. Move towards the electrode. Therefore, it is possible to prevent the protons generated as a result of the oxidation reaction from staying on the surface of the working electrode and always obtain a current signal corresponding to the amount of combustible gas.

そして、作用電極と参照電極との間の電位を制御するこ
とにより、作用電極表面における電位の変動を防止する
ことができる。この場合において、上記参照電極、およ
び対向電極が、作用電極を中心とする同心円状に形成さ
れていれば、酸化、還元反応による影響が作用電極に対
して局部的にのみ発生した場合であっても、作用電極
と、参照電極との間の電位の制御を迅速に、かつ確実に
行なうことができる。
Then, by controlling the potential between the working electrode and the reference electrode, it is possible to prevent fluctuations in the potential on the surface of the working electrode. In this case, if the reference electrode and the counter electrode are concentrically formed around the working electrode, the effect of the oxidation or reduction reaction may occur only locally on the working electrode. Also, the potential between the working electrode and the reference electrode can be quickly and reliably controlled.

また、上記参照電極が、作用電極と対向電極との間に設
けられている場合には、作用電極と参照電極との間の電
位の制御を一層迅速に、かつ確実に行なうことができ
る。そして、上記作用電極が、白金族金属、或は金で形
成されているとともに、対向電極が、可燃性ガスと反応
しない金属で形成されている場合には、高価な白金族金
属、或は金の量を少なくして、全体として安価にするこ
とができる。
Further, when the reference electrode is provided between the working electrode and the counter electrode, the potential between the working electrode and the reference electrode can be controlled more quickly and reliably. When the working electrode is formed of platinum group metal or gold and the counter electrode is formed of metal that does not react with combustible gas, expensive platinum group metal or gold is used. The amount of can be reduced, and the cost can be reduced as a whole.

さらに、上記対向電極が、作用電極と参照電極との間に
設けられている場合には、対向電極の電位変化に対す
る、作用電極と参照電極との間の電位制御の応答性がや
や低下することになるが、かなり高精度の測定を行なう
ことができる。特に、上記作用電極、および対向電極が
共に白金族金属、或は金で形成されている場合には、対
向電極の電極特性を、銀、鉛の如く可燃性ガスと反応し
ない金属で形成した場合と比較して、向上させることが
できるので、測定精度を向上させることができるととも
に、高価な白金族金属の量を必要最少限に抑制すること
ができる。
Furthermore, when the counter electrode is provided between the working electrode and the reference electrode, the response of the potential control between the working electrode and the reference electrode to the change in the potential of the counter electrode may be slightly lowered. However, the measurement can be performed with extremely high accuracy. In particular, when the working electrode and the counter electrode are both formed of a platinum group metal or gold, the counter electrode is formed of a metal that does not react with a combustible gas such as silver or lead. As compared with the above, the measurement accuracy can be improved and the amount of expensive platinum group metal can be suppressed to the necessary minimum.

他の発明の可燃性ガスセンサであれば、上記絶縁基材表
面に、作用電極、および対向電極が互に所定の位置関係
を保持した状態で設けられているとともに、対向電極の
面積が作用電極の面積の数10倍以上に設定され、しか
も、上記両電極上を覆うガス透過性プロトン導電体膜が
設けられているので、両電極の面積比を大きくしている
ことに起因して、作用電極の表面の電位を、参照電極を
設けた場合と同様に安定化することができる。
In the case of a flammable gas sensor of another invention, the working electrode and the counter electrode are provided on the surface of the insulating base material while maintaining a predetermined positional relationship with each other, and the area of the counter electrode is equal to that of the working electrode. It is set to several tens of times the area and moreover, since the gas permeable proton conductor film covering both electrodes is provided, the working electrode is caused by increasing the area ratio of both electrodes. The potential of the surface of can be stabilized in the same manner as when the reference electrode is provided.

<実施例> 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。<Example> Hereinafter, detailed description will be given with reference to the accompanying drawings illustrating an example.

第1図はこの発明の可燃性ガスセンサの一実施例を示す
概略斜視図、第2図は概略縦断面図であり、絶縁性基板
(1)の表面に、互に所定の位置関係を保持させた状態
で作用電極(2)、参照電極(3)、および対向電極
(4)を設けているとともに、これらの電極上を一体的
に蔽うガス透過性のプロトン導電体膜(5)を設けてい
る。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of the combustible gas sensor of the present invention, and FIG. 2 is a schematic vertical sectional view, in which the surfaces of the insulating substrate (1) are kept in a predetermined positional relationship with each other. In this state, the working electrode (2), the reference electrode (3), and the counter electrode (4) are provided, and the gas-permeable proton conductor film (5) that integrally covers these electrodes is provided. There is.

さらに詳細に説明すると、上記絶縁性基板(1)は、例
えばセラミックス製基板であり、上記作用電極(2)
は、白金族金属の一種であるPtで形成された薄膜電極で
あり、上記参照電極(3)は、測定対象とする可燃性ガ
スと反応しない、即ち、電位変化を生じない金属の一種
であるAgで形成された薄膜電極であり、上記対向電極
(4)は、一般的に使用されている電極金属で形成され
た薄膜電極であり、それぞれ配線パターン(6)を介し
て引出し端子(7)と接続されている。また、上記ガス
透過性のプロトン導電体膜(5)としては、テトラフル
オロエチレンとパーフルオロスルホニルフルオライドビ
ニルエーテルとを共重合させることにより得られたもの
(商品名Nafion、デュポン社製)が使用されている。そ
して、出力端子を対向電極用の引出し端子に接続した演
算増幅器(8)の反転入力端子を参照電極用の引出し端
子に接続するとともに、非反転入力端子を直流電源
(9)(起電力がvに設定されている)を介してアース
(10)に接続することによりポテンショスタット回路を
形成している。また、非反転入力端子をアース(10)に
接続した演算増幅器(11)の反転入力端子を作用電極用
の引出し端子に接続し、反転入力端子に対してフィード
バック用抵抗(12)を介して接続された出力端子を濃度
検出信号取出し端子としている。
More specifically, the insulating substrate (1) is, for example, a ceramic substrate and the working electrode (2).
Is a thin film electrode formed of Pt which is a kind of platinum group metal, and the reference electrode (3) is a kind of metal that does not react with the combustible gas to be measured, that is, does not cause a potential change. The counter electrode (4) is a thin film electrode formed of Ag, and the counter electrode (4) is a thin film electrode formed of a commonly used electrode metal, and each of which is a lead terminal (7) via a wiring pattern (6). Connected with. As the gas-permeable proton conductor membrane (5), one obtained by copolymerizing tetrafluoroethylene and perfluorosulfonylfluoride vinyl ether (trade name: Nafion, manufactured by DuPont) is used. ing. Then, the inverting input terminal of the operational amplifier (8) whose output terminal is connected to the extraction terminal for the counter electrode is connected to the extraction terminal for the reference electrode, and the non-inversion input terminal is connected to the DC power supply (9) (electromotive force is v The potentiostat circuit is formed by connecting it to the ground (10) via (). Further, the inverting input terminal of the operational amplifier (11) whose non-inverting input terminal is connected to the ground (10) is connected to the extraction terminal for the working electrode, and is connected to the inverting input terminal via the feedback resistor (12). The output terminal is used as a density detection signal extraction terminal.

上記の構成の可燃性ガスセンサの動作は次のとおりであ
る。
The operation of the combustible gas sensor having the above configuration is as follows.

第2図中矢印Aで示すように測定ガスとしてのCOガスが
導かれた場合には、プロトン導電体膜(5)を通ってPt
からなる作用電極(2)に到達し、Ptの触媒作用により
作用電極(2)の表面において CO+H2O→CO2+2H++2e で示される反応が行なわれ、プロトンH+、および電子e
が生成される。したがって、プロトンがそのまま滞留す
れば、 2H++1/2O2+2e→H2O で示される反応が行なわれ、上記作用電極(2)を通し
て電流が流れ込むことはなくなると思われるが、プロト
ン導電体膜(5)中においてプロトンは自由に移動する
ので、作用電極(2)の表面において上記還元反応が行
なわれることを効果的に阻止し、作用電極(2)を通し
て、上記酸化反応の量に対応する電流の流入を出現させ
ることができる。
When CO gas as the measurement gas is introduced as shown by arrow A in FIG. 2, Pt passes through the proton conductor membrane (5).
To the working electrode (2) consisting of Pt, and the reaction represented by CO + H 2 O → CO 2 + 2H + + 2e is performed on the surface of the working electrode (2) by the catalytic action of Pt, resulting in the proton H + and the electron e.
Is generated. Therefore, if the proton stays as it is, the reaction represented by 2H + + 1 / 2O 2 + 2e → H 2 O is performed, and it is considered that the current does not flow through the working electrode (2). Since the protons freely move in (5), it effectively prevents the reduction reaction from being performed on the surface of the working electrode (2), and corresponds to the amount of the oxidation reaction through the working electrode (2). An inflow of electric current can appear.

尚、プロトン導電体膜(5)中を移動したプロトンは、
対向電極(4)の表面において上記還元反応に寄与し、
プロトン導電体膜(5)中において過剰にプロトンが存
在する状態を確実に阻止することができ、作用電極
(2)の表面における可逆反応が行なわれることを確実
に阻止することができる。
The protons that have moved in the proton conductor membrane (5) are
Contributes to the reduction reaction on the surface of the counter electrode (4),
It is possible to reliably prevent the excessive presence of protons in the proton conductor film (5), and it is possible to reliably prevent the reversible reaction from being performed on the surface of the working electrode (2).

そして、上記の酸化、還元反応を行なっている間におい
て対向電極(4)の電位が変化し、作用電極(2)との
間の電位差が変化することがあるが、第3図に示すよう
に、ポテンシオスタット回路により参照電極(3)の電
位を自動的に変化させ、作用電極(2)と参照電極
(3)との間の電位差をvに保持し続けることができる
のであるから、作用電極(2)の表面における電位を一
定に保持した状態で、COガス濃度に対応する電流信号を
得、演算増幅器(11)により電圧信号に変換するするこ
とにより、高精度のCOガス濃度検出信号を生成すること
ができる。
The potential of the counter electrode (4) may change during the oxidation and reduction reactions described above, and the potential difference between the working electrode (2) and the working electrode (2) may change. As shown in FIG. , The potential of the reference electrode (3) can be automatically changed by the potentiostat circuit, and the potential difference between the working electrode (2) and the reference electrode (3) can be kept at v. A highly accurate CO gas concentration detection signal is obtained by obtaining a current signal corresponding to the CO gas concentration and converting it into a voltage signal by the operational amplifier (11) while keeping the potential on the surface of the electrode (2) constant. Can be generated.

また、以上には、COガスが作用電極(2)の表面に導か
れた場合について説明したが、H2ガスが導かれた場合に
は、 H2→2H++2e 2H++1/2O2+2e→H2O の反応が行なわれ、COガスの場合と同様にガス濃度に対
応する電圧信号を生成することができる。
Moreover, although the case where CO gas is introduced to the surface of the working electrode (2) has been described above, when H 2 gas is introduced, H 2 → 2H + + 2e 2H + + 1 / 2O 2 + 2e → H 2 O reaction is performed, and a voltage signal corresponding to the gas concentration can be generated as in the case of CO gas.

したがって、測定対象雰囲気中におけるCOガス、H2ガス
の濃度を高精度に測定することができる。
Therefore, the concentrations of CO gas and H 2 gas in the measurement target atmosphere can be measured with high accuracy.

また、上記の構成の可燃性ガスセンサは、薄膜形成技術
により簡単に製造することができるだけでなく、製品間
の特性のばらつきを著しく小さくすることができ、しか
も、長期間にわたって安定した特性を保持させることが
できるとともに、全体として小形化することができ、さ
らには、コストダウンを簡単に達成することができるこ
とになる。
Further, the combustible gas sensor having the above-mentioned structure can be easily manufactured by the thin film forming technique, can significantly reduce the variation in characteristics between products, and can maintain stable characteristics for a long period of time. In addition to being able to achieve this, the overall size can be reduced, and further cost reduction can be achieved easily.

第4図は可燃性ガスセンサの他の実施例を示す概略斜視
図であり、上記実施例と異なる点は、作用電極(2)を
直線状に形成し、参照電極(3)、および対向電極
(4)を半長円状に形成した点のみである。
FIG. 4 is a schematic perspective view showing another embodiment of the combustible gas sensor. The difference from the above embodiment is that the working electrode (2) is formed linearly, the reference electrode (3), and the counter electrode ( 4) is a semi-elliptical shape.

したがって、この実施例の場合には、上記実施例と同様
の動作を行なわせることが可能である。
Therefore, in the case of this embodiment, it is possible to perform the same operation as in the above embodiment.

さらに詳細に説明すると、この実施例の場合には、参照
電極(3)が作用電極(2)と対向電極(4)との間に
設けられているとともに、作用電極(2)の過半部を包
囲しているので、対向電極(4)の電位変動に対する参
照電極(3)の電位追従性を上記実施例の場合と比較し
て著しく向上させることができ、可燃性ガス濃度の測定
精度を著しく向上させることができる。したがって、プ
ロトン導電体膜(5)のイオン伝導率が低い場合でも、
参照電極(3)と作用電極(2)との間の電位差の安定
性を向上させることができ、可燃性ガス濃度の測定精度
を高く維持することができる。
More specifically, in the case of this embodiment, the reference electrode (3) is provided between the working electrode (2) and the counter electrode (4), and the majority of the working electrode (2) is provided. Since it is surrounded, the potential followability of the reference electrode (3) with respect to the potential fluctuation of the counter electrode (4) can be remarkably improved as compared with the case of the above embodiment, and the measurement accuracy of the combustible gas concentration can be remarkably improved. Can be improved. Therefore, even when the ionic conductivity of the proton conductor film (5) is low,
The stability of the potential difference between the reference electrode (3) and the working electrode (2) can be improved, and the measurement accuracy of the combustible gas concentration can be maintained high.

第5図は可燃性ガスセンサのさらに他の実施例を示す概
略斜視図であり、上記実施例と異なる点は、参照電極
(3)、および対向電極(4)を、作用電極(2)を中
心とする同心円状に形成した点のみである。
FIG. 5 is a schematic perspective view showing still another embodiment of the combustible gas sensor. The points different from the above embodiment are the reference electrode (3) and the counter electrode (4), and the working electrode (2). It is only the points formed in a concentric shape.

したがって、この実施例の場合には、参照電極(3)の
電位追従性を一層向上させることができ、可燃性ガス濃
度の測定精度を一層向上させることができる。
Therefore, in the case of this embodiment, the potential followability of the reference electrode (3) can be further improved, and the measurement accuracy of the combustible gas concentration can be further improved.

尚、上記の何れの実施例においても、作用電極(2)と
してPt以外の白金族金属、或はAuで形成されたものを使
用することが可能であり、参照電極(3)としてAg以外
の、可燃性ガスによる電位変化のない金属、例えばPbで
形成されたものを使用することが可能であり、プロトン
導電体膜(5)としてアンチモン酸、リン酸ジルコニウ
ム等で形成されたものを使用することが可能である。
In any of the above embodiments, the working electrode (2) may be made of a platinum group metal other than Pt or Au, and the reference electrode (3) may be made of a material other than Ag. It is possible to use a metal that does not change in potential due to a combustible gas, for example, one formed of Pb, and a proton conductor membrane (5) formed of antimonic acid, zirconium phosphate, or the like is used. It is possible.

但し、プロトン導電体膜(5)としては、上記実施例に
示す、テトラフルオロエチレンとパーフルオロスルホニ
ルフルオライドビニルエーテルとの共重合体をプラズマ
重合により得ることが好ましく、真空中での重合により
得られる関係上、不純物の混入が少ないとともに、膜質
の均一性が高いという利点を有しており、しかも、膜厚
の制御、および重合度の制御を行なうことにより、可燃
性ガスの透過性を任意に設定することができるという利
点を有している。
However, as the proton conductor membrane (5), it is preferable to obtain the copolymer of tetrafluoroethylene and perfluorosulfonyl fluoride vinyl ether shown in the above-mentioned examples by plasma polymerization, and obtain it by polymerization in vacuum. As a result, it has the advantage that the amount of impurities is small and the film quality is highly uniform. Moreover, by controlling the film thickness and the degree of polymerization, the permeability of flammable gas can be arbitrarily adjusted. It has the advantage that it can be set.

第6図は可燃性ガスセンサのさらに他の実施例を示す概
略斜視図であり、第5図の実施例と異なる点は、参照電
極(3)と対向電極(4)との位置関係を逆に設定した
点のみである。
FIG. 6 is a schematic perspective view showing still another embodiment of the combustible gas sensor. The difference from the embodiment of FIG. 5 is that the positional relationship between the reference electrode (3) and the counter electrode (4) is reversed. Only the set points.

したがって、この実施例の場合にも、参照電極(3)の
電位が対向電極(4)の電位変化に追従して変化し、作
用電極(2)と参照電極(3)との間の電位差を一定に
保持した状態で可燃性ガス濃度に対応する電圧信号を出
力することができる。
Therefore, also in the case of this embodiment, the potential of the reference electrode (3) changes following the potential change of the counter electrode (4), and the potential difference between the working electrode (2) and the reference electrode (3) changes. It is possible to output a voltage signal corresponding to the combustible gas concentration while being kept constant.

但し、この実施例の場合には、第5図の実施例の場合と
比較して、参照電極(3)の電位追従性がやや低下する
ことになるが、電極特性が優れているPt電極を対向電極
として使用することにより、電位追従性の低下を抑制
し、高精度の可燃性ガス濃度の測定を行なうことができ
る。
However, in the case of this embodiment, the potential followability of the reference electrode (3) is slightly lowered as compared with the case of the embodiment of FIG. By using the counter electrode as a counter electrode, it is possible to suppress a decrease in potential followability and to measure the combustible gas concentration with high accuracy.

第7図は可燃性ガスセンサのさらに他の実施例を示す概
略斜視図であり、上記実施例と異なる点は、絶縁性基板
(1)の上にPtを薄膜状に形成した温度センサ(13)を
設けた点のみである。
FIG. 7 is a schematic perspective view showing still another embodiment of the combustible gas sensor. The difference from the above embodiment is that the temperature sensor (13) in which Pt is formed in a thin film on the insulating substrate (1). It is only the point that is provided.

したがって、この実施例の場合には、上記実施例と同様
に可燃性ガス濃度を検出することができる他、温度セン
サ(13)により温度をも検出することができ、この結
果、可燃性ガス濃度、および温度に基いて火災報知等の
用途に適したセンサとなる。また、この実施例において
温度センサ(13)のみを設けるのではなく、さらにブリ
ッジ回路等の信号処理回路を組込むことも可能であり、
組込む回路が増加しても半導体集積回路技術を使用する
ことにより、製造工程の複雑化を必要最少限にすること
ができる。
Therefore, in the case of this embodiment, the combustible gas concentration can be detected in the same manner as in the above embodiment, and the temperature can also be detected by the temperature sensor (13). As a result, the combustible gas concentration can be detected. , And a sensor suitable for fire alarm and other applications based on temperature. Further, in this embodiment, not only the temperature sensor (13) is provided, but it is possible to further incorporate a signal processing circuit such as a bridge circuit,
Even if the number of incorporated circuits increases, the use of semiconductor integrated circuit technology can minimize the complexity of the manufacturing process.

第8図はさらに他の実施例を示す概略斜視図であり、第
1図の実施例と異なる点は、参照電極(3)を省略した
点、対向電極(4)の面積を作用電極(2)の約100倍
に設定した点、および演算増幅器(8)を省略して直流
電源(9)を直接対向電極(4)に接続した点のみであ
る。
FIG. 8 is a schematic perspective view showing still another embodiment. The difference from the embodiment of FIG. 1 is that the reference electrode (3) is omitted, and the area of the counter electrode (4) is the working electrode (2). ), And that the operational amplifier (8) is omitted and the DC power supply (9) is directly connected to the counter electrode (4).

したがって、この実施例の場合には、電極構成を簡素化
することができ、しかも、対向電極(4)の面積を著し
く大きくしていることに起因して作用電極の表面電位を
安定化することができ、高精度の可燃性ガス濃度検知を
行なうことができる。
Therefore, in the case of this embodiment, it is possible to simplify the electrode structure and to stabilize the surface potential of the working electrode due to the fact that the area of the counter electrode (4) is significantly increased. Therefore, it is possible to detect the combustible gas concentration with high accuracy.

尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではな
く、例えば第1図、第4図にそれぞれ示す可燃性ガスセ
ンサにおいて参照電極(3)と対向電極(4)との位置
を逆に設定することが可能である他、各電極を絶縁性基
板(1)に対して埋込み状に設けることが可能であり、
その他この発明の要旨を変更しない範囲内において、種
々の設計変更を施すことが可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the positions of the reference electrode (3) and the counter electrode (4) are set to be opposite to each other in the combustible gas sensor shown in FIGS. 1 and 4, respectively. In addition to the above, each electrode can be embedded in the insulating substrate (1),
Various other design changes can be made without departing from the scope of the invention.

<発明の効果> 以上のように第1の発明は、絶縁基材表面に作用電極、
参照電極、および対向電極を互に所定の位置関係を保持
させた状態で設けてあるとともに、上記電極上を一体的
に覆うガス透過性プロトン導電体膜を設けてあるので、
作用電極と参照電極との間の電位を制御することによ
り、作用電極表面における電位の変動を防止することが
でき、また、ばらつきのない良好な特性を発揮させるこ
とができるとともに、長期間にわたる安定した測定を行
なわせることができ、しかも、簡単に製造することがで
きるとともに、全体としての小形化、および低コスト化
を達成することができるという特有の効果を奏する。
<Effects of the Invention> As described above, the first invention is that the working electrode is formed on the surface of the insulating substrate,
Since the reference electrode and the counter electrode are provided in a state where a predetermined positional relationship is maintained with each other, and a gas-permeable proton conductor film that integrally covers the electrode is provided,
By controlling the potential between the working electrode and the reference electrode, it is possible to prevent fluctuations in the potential on the surface of the working electrode, and it is possible to exhibit good characteristics without variations and to stabilize for a long period of time. It is possible to perform the above-described measurement, and further, it is possible to easily manufacture, and it is possible to achieve a unique effect that the overall size and cost can be reduced.

第2の発明は、絶縁基材表面に作用電極、および対向電
極を互に所定の位置関係を保持させた状態で設けてある
とともに、対向電極の面積が作用電極の面積の数10倍以
上に設定されてあり、しかも、上記電極上を一体的に覆
うガス透過性プロトン導電体膜を設けてあるので、参照
電極を設けた場合と同様にばらつきのない良好な特性を
発揮させることができるとともに、長期間にわたる安定
した測定を行なわせることができ、しかも、簡単に製造
することができるとともに、全体としての小形化、およ
び低コスト化を達成することができるという特有の効果
を奏する。
According to a second aspect of the present invention, the working electrode and the counter electrode are provided on the surface of the insulating base material while maintaining a predetermined positional relationship with each other, and the area of the counter electrode is several ten times or more the area of the working electrode. Since the gas permeable proton conductor film that is set and covers the above electrodes integrally is provided, it is possible to exhibit good characteristics without variation as in the case where the reference electrode is provided. In addition, it is possible to perform stable measurement over a long period of time, and moreover, it is possible to easily manufacture, and it is possible to achieve the downsizing and cost reduction as a whole.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の可燃性ガスセンサの一実施例を示す
概略斜視図、 第2図は概略縦断面図、 第3図は作用電極と参照電極との電位差を一定に保持す
る動作を説明する図、 第4図から第8図はそれぞれ他の実施例を示す概略斜視
図、 第9図、および第10図はそれぞれ従来の可燃性ガスセン
サを示す概略図。 (1)……絶縁性基板、(2)……作用電極、 (3)……参照電極、(4)……対向電極、 (5)……プロトン導電体膜
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of a combustible gas sensor of the present invention, FIG. 2 is a schematic vertical sectional view, and FIG. 3 illustrates an operation for holding a constant potential difference between a working electrode and a reference electrode. FIG. 4, FIG. 4 to FIG. 8 are schematic perspective views showing other embodiments, and FIG. 9 and FIG. 10 are schematic diagrams showing conventional flammable gas sensors. (1) ... Insulating substrate, (2) ... Working electrode, (3) ... Reference electrode, (4) ... Counter electrode, (5) ... Proton conductor membrane

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−172256(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-62-172256 (JP, A)

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】絶縁基材表面に、作用電極、参照電極、お
よび対向電極を互に所定の位置関係を保持した状態で設
けてあるとともに、上記電極上を一体的に蔽うガス透過
性プロトン導電体膜を設けてあることを特徴とする可燃
性ガスセンサ。
1. A gas-permeable proton conductive material, which comprises a working electrode, a reference electrode, and a counter electrode provided on a surface of an insulating base material in a state of maintaining a predetermined positional relationship with each other and integrally covering the electrode. A combustible gas sensor having a body membrane.
【請求項2】参照電極、および対向電極が、作用電極を
中心とする同心円状に形成されている上記特許請求の範
囲第1項記載の可燃性ガスセンサ。
2. The flammable gas sensor according to claim 1, wherein the reference electrode and the counter electrode are concentrically formed with the working electrode as a center.
【請求項3】参照電極が、作用電極と対向電極との間に
設けられている上記特許請求の範囲第1項、または第2
項に記載の可燃性ガスセンサ。
3. A reference electrode according to claim 1, wherein the reference electrode is provided between the working electrode and the counter electrode.
The combustible gas sensor according to item.
【請求項4】作用電極が、白金族元素、或は金で形成さ
れているとともに、対向電極が、可燃性ガスと反応しな
い金属で形成されている上記特許請求の範囲第1項から
第3項の何れかに記載の可燃性ガスセンサ。
4. A working electrode made of a platinum group element or gold, and a counter electrode made of a metal which does not react with a combustible gas. The combustible gas sensor according to any one of items.
【請求項5】対向電極が、作用電極と参照電極との間に
設けられている上記特許請求の範囲第1項、または第2
項に記載の可燃性ガスセンサ。
5. The counter electrode according to claim 1, wherein the counter electrode is provided between the working electrode and the reference electrode.
The combustible gas sensor according to item.
【請求項6】作用電極、および対向電極が共に白金族元
素、或は金で形成されている上記特許請求の範囲第5項
記載の可燃性ガスセンサ。
6. The flammable gas sensor according to claim 5, wherein both the working electrode and the counter electrode are formed of a platinum group element or gold.
【請求項7】絶縁基材表面に、作用電極、および対向電
極を互に所定の位置関係を保持した状態で設けてあると
ともに、対向電極の面積を作用電極の面積の数10倍以上
に設定してあり、しかも、上記電極上を一体的に覆うガ
ス透過性プロトン導電体膜を設けてあることを特徴とす
る可燃性ガスセンサ。
7. A working electrode and a counter electrode are provided on the surface of an insulating base material while maintaining a predetermined positional relationship with each other, and the area of the counter electrode is set to several ten times or more the area of the working electrode. A combustible gas sensor characterized in that a gas-permeable proton conductor film integrally covering the electrode is provided.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2514222B2 (en) * 1988-02-24 1996-07-10 松下電工株式会社 Electrochemical sensor
JP2669527B2 (en) * 1988-02-24 1997-10-29 松下電工株式会社 Electrochemical sensor
JP2698647B2 (en) * 1989-02-15 1998-01-19 松下電工株式会社 Electrochemical sensor
JPH02216045A (en) * 1989-02-15 1990-08-28 Matsushita Electric Works Ltd Electrochemical type sensor
JP3255273B2 (en) * 1996-06-26 2002-02-12 株式会社鷹山 Sensor circuit
JP3262056B2 (en) 1997-12-22 2002-03-04 日本電気株式会社 Bipolar transistor and manufacturing method thereof
JP2005100864A (en) * 2003-09-25 2005-04-14 Nec Corp Alcohol concentration measurement method, alcohol concentration measurement device, and fuel cell system including the device
JP2005216687A (en) * 2004-01-29 2005-08-11 Nec Corp Fuel concentration sensor, fuel container for fuel cell using it, fuel cell system using it and method of manufacture for fuel concentration sensor

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62172256A (en) * 1986-01-27 1987-07-29 Figaro Eng Inc Apparatus for detecting proton conductor gas

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