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JPH06148137A - Oxygen sensor - Google Patents

Oxygen sensor

Info

Publication number
JPH06148137A
JPH06148137A JP4294626A JP29462692A JPH06148137A JP H06148137 A JPH06148137 A JP H06148137A JP 4294626 A JP4294626 A JP 4294626A JP 29462692 A JP29462692 A JP 29462692A JP H06148137 A JPH06148137 A JP H06148137A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrodes
oxygen
electrode
ionic conductor
oxygen 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.)
Pending
Application number
JP4294626A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takafumi Kajima
孝文 鹿嶋
Katsuaki Nakamura
克明 中村
Atsunari Ishibashi
功成 石橋
Yoshinori Kato
嘉則 加藤
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.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura 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 Fujikura Ltd filed Critical Fujikura Ltd
Priority to JP4294626A priority Critical patent/JPH06148137A/en
Publication of JPH06148137A publication Critical patent/JPH06148137A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明の酸素センサ31は、イオン導電体3
2の面32aに一対の第1の電極33,34を設け、第
1の電極33,34から離間する位置に、第1の電極3
3,34より小さな面積を有する一対の第2の電極3
5,36を設け、第1の電極34及び第2の電極35を
全体的に覆う封止層37を設け、封止層37とイオン導
電体32との間に空隙部38を設け、第1の電極33,
34間及び第2の電極35,36間それぞれに所定の電
圧を印加し、第2の電極36側からイオン導電体32中
に取り込まれた酸素イオンをキャリアとする電流値から
試料ガス中の酸素濃度が測定されることを特徴とする。 【効果】 イオン電流特性のバラツキを小さくし、酸素
濃度の測定領域を広げることができる。また、イオン導
電体の両面に電極付けを行う必要がなくなり、製造工程
を簡単化し製造コストを低減することができる。
(57) [Summary] [Structure] The oxygen sensor 31 of the present invention comprises an ionic conductor 3
A pair of first electrodes 33, 34 is provided on the second surface 32 a, and the first electrodes 3 are provided at positions separated from the first electrodes 33, 34.
A pair of second electrodes 3 having an area smaller than 3, 34
5, 36 are provided, a sealing layer 37 that entirely covers the first electrode 34 and the second electrode 35 is provided, and a void portion 38 is provided between the sealing layer 37 and the ionic conductor 32. Electrode 33 of
A predetermined voltage is applied between the electrodes 34 and between the second electrodes 35 and 36, and the oxygen value in the sample gas is determined from the current value using oxygen ions taken into the ion conductor 32 from the second electrode 36 side as carriers. It is characterized in that the concentration is measured. [Effect] It is possible to reduce variations in ion current characteristics and widen the measurement range of oxygen concentration. Further, it is not necessary to attach electrodes to both surfaces of the ionic conductor, and the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、地下室等における酸欠
事故防止、エンジンやボイラー等の燃焼管理等に用いて
好適な限界電流式の酸素センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a limiting current type oxygen sensor suitable for use in preventing oxygen deficiency accidents in basements and in combustion management of engines and boilers.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、安定化ジルコニアをイオン導電体
として用いた限界電流式の酸素センサが提案され実用化
されている。この酸素センサは、セラミックスの一種で
あるジルコニア(ZrO2)にイットリア(Y23)、
マグネシア(MgO)、カルシア(CaO)等の酸化物
を数mol%程度固溶させた安定化ジルコニアをイオン
導電体として用いたもので、広範囲の酸素分圧の検知が
可能、応答速度が速い、起電力が安定、高温雰囲気中で
使用可能等の様々な特徴があるために、地下室等の密室
における酸欠事故防止、溶鋼中の酸素濃度測定、エンジ
ンやボイラー等の燃焼管理、公害計測用等様々な目的に
適合したセンサである。
2. Description of the Related Art Conventionally, a limiting current type oxygen sensor using stabilized zirconia as an ionic conductor has been proposed and put into practical use. This oxygen sensor uses zirconia (ZrO 2 ) which is a type of ceramics, yttria (Y 2 O 3 ),
Stabilized zirconia in which several mol% of oxides such as magnesia (MgO) and calcia (CaO) are solid-solved is used as an ion conductor, and it is possible to detect a wide range of oxygen partial pressure, and the response speed is fast Since it has various features such as stable electromotive force and can be used in a high temperature atmosphere, it prevents oxygen deficiency accidents in closed rooms such as basements, measures oxygen concentration in molten steel, manages combustion in engines and boilers, and measures pollution. It is a sensor that is suitable for various purposes.

【0003】上記酸素センサの一例としては、図3に示
す様な厚膜型構造の酸素センサが知られている。この酸
素センサ1は安定化ジルコニア(例えば、ZrO2ー8
mol%Y23)等のイオン導電性を有する薄厚の固体
電解質からなるイオン導電体2と、このイオン導電体2
の両面にそれぞれ形成され一定のセンサ監視電圧が印加
される多孔質の白金の電極3,4と、イオン導電体2の
電極3側に結晶化ガラス5,5により接合され、かつ、
中央部に上下に貫通する気体拡散孔6が形成されたセラ
ミックキャップ7と、該セラミックキャップ7の上面に
形成された加熱用ヒーター8とから概略構成されてい
る。なお、前記セラミックキャップ7は、極めて酸素透
過性のよい無機多孔質体、例えば多孔質アルミナ等に置
き換えてもよい。そして、前記酸素センサ1では、ヒー
ター8に所定の電圧を印加し、かつ両電極3,4間に所
定の電圧を印加した状態にしておくと、気体拡散孔6を
通してイオン導電体2中に取り込まれた試料ガス中の酸
素が酸素ポンピング作用により該イオン導電体2中をイ
オンとなって流れ、この酸素イオンをキャリアとする電
流値から前記試料ガス中の酸素濃度が測定される。
As an example of the oxygen sensor, a thick film type oxygen sensor as shown in FIG. 3 is known. The oxygen sensor 1 is stabilized zirconia (e.g., ZrO 2 over 8
mol% Y 2 O 3 ) etc. and an ionic conductor 2 made of a thin solid electrolyte having ionic conductivity, and this ionic conductor 2
Porous platinum electrodes 3 and 4 respectively formed on both surfaces of each of the electrodes and to which a constant sensor monitoring voltage is applied, and bonded to the electrode 3 side of the ionic conductor 2 by crystallized glass 5 and 5, and
It is roughly composed of a ceramic cap 7 in which a gas diffusion hole 6 that penetrates vertically is formed in a central portion, and a heater 8 for heating formed on the upper surface of the ceramic cap 7. The ceramic cap 7 may be replaced with an inorganic porous material having extremely high oxygen permeability, such as porous alumina. In the oxygen sensor 1, if a predetermined voltage is applied to the heater 8 and a predetermined voltage is applied between the electrodes 3 and 4, the oxygen sensor 1 is taken into the ionic conductor 2 through the gas diffusion hole 6. Oxygen contained in the sample gas flows as ions in the ionic conductor 2 due to the oxygen pumping action, and the oxygen concentration in the sample gas is measured from the current value using the oxygen ions as carriers.

【0004】また、図4に示す酸素センサ11の様に、
セラミックキャップ7に気体拡散孔6を形成せずに、イ
オン導電体2の中央部に上下に貫通する気体拡散孔12
を形成したものも知られている。そして、この構成の酸
素センサ11においても、イオン導電体2の気体拡散孔
12から取り込まれた試料ガス中の酸素が酸素ポンピン
グ作用により該イオン導電体2中をイオンとなって流
れ、この酸素イオンをキャリアとする電流値から前記試
料ガス中の酸素濃度が測定される。
Further, like the oxygen sensor 11 shown in FIG.
Without forming the gas diffusion hole 6 in the ceramic cap 7, the gas diffusion hole 12 penetrating vertically in the center of the ionic conductor 2.
It is also known that formed. Also in the oxygen sensor 11 having this configuration, oxygen in the sample gas taken in through the gas diffusion holes 12 of the ionic conductor 2 flows as ions in the ionic conductor 2 due to the oxygen pumping action. The oxygen concentration in the sample gas is measured from the current value using as a carrier.

【0005】また、図5に示す酸素センサ21の様に、
イオン導電体2の電極3の上部全体を内面に気密性のあ
るガラス膜22が形成されたセラミックキャップ23に
より覆った構造のものも知られている。そして、この構
成の酸素センサ21においても、イオン導電体2の気体
拡散孔12から取り込まれた試料ガス中の酸素が酸素ポ
ンピング作用により該イオン導電体2中をイオンとなっ
て流れ、この酸素イオンをキャリアとする電流値から前
記試料ガス中の酸素濃度が測定される。
Further, like the oxygen sensor 21 shown in FIG.
There is also known a structure in which the entire upper portion of the electrode 3 of the ionic conductor 2 is covered with a ceramic cap 23 having an airtight glass film 22 formed on its inner surface. Also in the oxygen sensor 21 having this configuration, oxygen in the sample gas taken in from the gas diffusion holes 12 of the ionic conductor 2 flows as ions in the ionic conductor 2 due to the oxygen pumping action. The oxygen concentration in the sample gas is measured from the current value using as a carrier.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した酸
素センサ1〜21においては、試料ガス中の酸素はいず
れも気体拡散孔6,12からイオン導電体2中に取り込
まれて測定されるために、これらの気体拡散孔6,12
を通過する酸素量は、気体拡散孔6,12の大きさ及び
形成される位置により変動し易く、イオン電流特性のバ
ラツキが大きくなり易いという欠点があった。そこで、
このイオン電流特性のバラツキを小さくするために、気
体拡散孔6,12の形状を高精度で制御する試みがなさ
れているが、実際の製造工程では極めて困難である。ま
た、個々のセンサ素子毎に校正をする必要があり作業が
複雑になる等の問題もあり、製造工程が複雑になるとと
もに製造コストも上昇するという欠点がある。また、こ
れらの酸素センサ1〜21においては、イオン導電体2
の両面に別々の工程により精度良く電極3,4を形成す
る必要があり、製造工程が複雑になるとともに製造コス
トも上昇するという欠点があった。これらの欠点は自動
化ラインを導入する際に障害となることから、これらの
酸素センサ1〜21の量産化が困難であった。
By the way, in the above-described oxygen sensors 1 to 21, all the oxygen in the sample gas is taken into the ionic conductor 2 from the gas diffusion holes 6 and 12 and measured. , These gas diffusion holes 6, 12
The amount of oxygen passing through the chamber is liable to vary depending on the size of the gas diffusion holes 6 and 12 and the positions where they are formed, and there is a drawback in that variations in ion current characteristics tend to increase. Therefore,
Attempts have been made to control the shapes of the gas diffusion holes 6 and 12 with high accuracy in order to reduce the variations in the ion current characteristics, but it is extremely difficult in the actual manufacturing process. In addition, there is a problem in that calibration is required for each individual sensor element, which complicates the work, which complicates the manufacturing process and increases the manufacturing cost. In addition, in these oxygen sensors 1 to 21, the ionic conductor 2 is used.
It is necessary to accurately form the electrodes 3 and 4 on both surfaces by separate steps, which has a drawback that the manufacturing process becomes complicated and the manufacturing cost increases. These drawbacks hinder the introduction of an automated line, making it difficult to mass-produce these oxygen sensors 1 to 21.

【0007】また、これらの酸素センサ1〜21におい
ては、限界電流値はある特定の値に決ってしまい任意の
値に設定することができないために酸素濃度の測定領域
が限定されてしまうという欠点がある。したがって、低
濃度から高濃度までの広範囲の酸素濃度を測定する場合
には、限界電流値の異なる複数の酸素センサを用意する
必要がある。
Further, in these oxygen sensors 1 to 21, the limiting current value is determined to a certain specific value and cannot be set to an arbitrary value, so that the oxygen concentration measurement region is limited. There is. Therefore, when measuring a wide range of oxygen concentration from low concentration to high concentration, it is necessary to prepare a plurality of oxygen sensors having different limiting current values.

【0008】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、高信頼性、広範囲の酸素濃度の測定が可
能、量産化が可能、低コスト等の優れた特徴を有する酸
素センサを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances and provides an oxygen sensor having excellent characteristics such as high reliability, measurement of oxygen concentration in a wide range, mass production, and low cost. To provide.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な酸素センサを採用した。すなわ
ち、イオン導電体の一方の面に少なくとも一対の第1の
電極を設け、前記面の第1の電極から離間する位置に、
該第1の電極より小さな面積を有する少なくとも一対の
第2の電極を設け、これらの電極の上部位置に、第1の
電極及び第2の電極双方のそれぞれの一方を全体的に覆
う気密性を有する封止層を設け、該封止層とイオン導電
体との間に空隙部を設け、隣接する電極同士が互いに異
なる極性となるように、これら第1の電極間及び第2の
電極間それぞれに所定の電圧を印加することにより、該
第2の電極側からイオン導電体中に取り込まれた試料ガ
ス中の酸素が酸素ポンピング作用により前記イオン導電
体中をイオンとなって流れ、この酸素イオンをキャリア
とする電流値から、前記試料ガス中の酸素濃度が測定さ
れることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following oxygen sensor. That is, at least a pair of first electrodes is provided on one surface of the ionic conductor, and the surface is separated from the first electrodes,
At least a pair of second electrodes having an area smaller than that of the first electrode is provided, and airtightness that entirely covers each of the first electrode and the second electrode is provided at the upper position of these electrodes. An encapsulating layer is provided, and a gap is provided between the encapsulating layer and the ionic conductor so that adjacent electrodes have different polarities from each other, and between the first electrodes and between the second electrodes, respectively. By applying a predetermined voltage to the second electrode, oxygen in the sample gas taken into the ionic conductor from the side of the second electrode flows as ions in the ionic conductor due to the oxygen pumping action. It is characterized in that the oxygen concentration in the sample gas is measured from a current value using as a carrier.

【0010】[0010]

【作用】本発明の酸素センサでは、隣接する電極同士が
互いに異なる極性となるように、これら第1の電極間及
び第2の電極間それぞれに所定の電圧を印加することに
より、試料ガス中の酸素は気体拡散孔としての機能を有
する第2の電極側からイオン導電体中に取り込まれ、酸
素ポンピング作用により該イオン導電体中をイオンとな
って流れ、この酸素イオンをキャリアとする電流値か
ら、前記試料ガス中の酸素濃度が測定される。
In the oxygen sensor of the present invention, a predetermined voltage is applied between the first electrode and the second electrode so that the adjacent electrodes have different polarities from each other. Oxygen is taken into the ionic conductor from the side of the second electrode having a function as a gas diffusion hole, flows as an ion in the ionic conductor by the oxygen pumping action, and the oxygen ion serves as a carrier. The oxygen concentration in the sample gas is measured.

【0011】ここでは、試料ガス中の酸素は第2の電極
側からイオン導電体中に取り込まれて測定されることに
より、取り込まれる酸素量の変動が小さくなり、イオン
電流特性のバラツキも小さくなり、従来のように気体拡
散孔の形状を高精度で制御する必要がなくなる。また、
イオン導電体の一方の面に第1の電極及び第2の電極を
設けることにより、イオン導電体の両面に別々の工程に
より電極付けを行う必要がなくなる。したがって、製造
工程が簡単化され製造コストも低減される。
Here, since oxygen in the sample gas is taken into the ionic conductor from the second electrode side and measured, fluctuations in the amount of taken oxygen are reduced, and variations in ionic current characteristics are also reduced. It becomes unnecessary to control the shape of the gas diffusion hole with high precision as in the conventional case. Also,
By providing the first electrode and the second electrode on one surface of the ionic conductor, it is not necessary to attach electrodes to both surfaces of the ionic conductor in separate steps. Therefore, the manufacturing process is simplified and the manufacturing cost is reduced.

【0012】また、隣接する電極同士が互いに異なる極
性となるように、これら第1の電極間及び第2の電極間
それぞれに所定の電圧を印加することにより、限界電流
値を任意の値に設定することができ、酸素濃度の測定領
域を広げることができる。したがって、低濃度から高濃
度までの広範囲の酸素濃度を測定する場合にも対応する
ことができ、限界電流値の異なる複数の酸素センサを用
意する必要がなくなる。
Further, by applying a predetermined voltage between the first electrodes and between the second electrodes so that the adjacent electrodes have different polarities, the limiting current value is set to an arbitrary value. It is possible to widen the measurement range of oxygen concentration. Therefore, it is possible to deal with the case of measuring a wide range of oxygen concentration from low concentration to high concentration, and it becomes unnecessary to prepare a plurality of oxygen sensors having different limiting current values.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の酸素センサの一実施例につい
て図面に基づき説明する。図1は、本発明の酸素センサ
31を示す正断面図である。この酸素センサ31は、安
定化ジルコニア(例えば、ZrO2ー8mol%Y
23)等からなる薄厚のイオン導電体32の上面32a
に多孔質の白金の第1の正電極33及び第1の負電極3
4が互いに対向するように所定の間隔をおいて設けら
れ、これらの電極33,34から離間する位置に、これ
らの電極33,34より小さな面積を有する多孔質の白
金の第2の正電極35及び第2の負電極36が互いに対
向するように所定の間隔をおいて設けられ、これら第1
の負電極34及び第2の正電極35の上部位置に、これ
らの電極34,35を全体的に覆う気密性を有する封止
層37が設けられ、該封止層37とイオン導電体32と
の間には空隙部38が設けられている。封止層37は、
イオン導電体32より膨張係数の小さな材料、例えば、
カリガラス、ホウケイ酸ガラス等の軟化点の高いガラス
が好適に用いられる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the oxygen sensor of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a front sectional view showing an oxygen sensor 31 of the present invention. The oxygen sensor 31 includes a stabilized zirconia (for example, ZrO 2 -8 mol% Y
2 O 3 ), etc., the upper surface 32a of the thin ionic conductor 32.
First positive electrode 33 and first negative electrode 3 made of porous platinum
The second positive electrode 35 is made of porous platinum and has a smaller area than the electrodes 33 and 34 and is provided at a predetermined distance so as to face each other. And the second negative electrode 36 are provided at a predetermined interval so as to face each other.
A sealing layer 37 having airtightness that entirely covers these negative electrodes 34 and 35 is provided above the negative electrode 34 and the second positive electrode 35, and the sealing layer 37 and the ionic conductor 32 are A space 38 is provided between them. The sealing layer 37 is
A material having a smaller expansion coefficient than the ionic conductor 32, for example,
Glass having a high softening point such as potash glass or borosilicate glass is preferably used.

【0014】この酸素センサ31においては、第1の正
電極33と第1の負電極34との間に所定の電圧が印加
された場合、第2の正電極35と第2の負電極36との
間の電圧は可変抵抗器Rにより前記電圧より小さく、ま
た、第1の負電極34と第2の負電極36とは等電位で
ある。
In this oxygen sensor 31, when a predetermined voltage is applied between the first positive electrode 33 and the first negative electrode 34, the second positive electrode 35 and the second negative electrode 36 are connected. The voltage between the two is smaller than the voltage due to the variable resistor R, and the first negative electrode 34 and the second negative electrode 36 are equipotential.

【0015】この酸素センサ31においては、隣接する
電極同士が互いに異なる極性となるように、第1の正電
極33と第1の負電極34との間及び第2の正電極35
と第2の負電極36との間それぞれに所定の電圧を印加
することにより、試料ガス中の酸素は気体拡散孔として
の機能を有する第2の負電極36側からイオン導電体中
に取り込まれ、酸素ポンピング作用により該イオン導電
体32中をイオンとなって流れ、この酸素イオンをキャ
リアとする電流値から、前記試料ガス中の酸素濃度が測
定される。ここでは、試料ガス中の酸素は直接イオン導
電体32中に取り込まれることにより、取り込まれる酸
素量の変動が小さくなり、イオン電流特性のバラツキも
小さくなる。
In this oxygen sensor 31, between the first positive electrode 33 and the first negative electrode 34 and the second positive electrode 35 so that the adjacent electrodes have mutually different polarities.
By applying a predetermined voltage between the second negative electrode 36 and the second negative electrode 36, oxygen in the sample gas is taken into the ionic conductor from the side of the second negative electrode 36 having a function as a gas diffusion hole. The oxygen concentration in the sample gas can be measured from the current value using the oxygen ions as carriers by flowing as ions in the ionic conductor 32 by the oxygen pumping action. Here, the oxygen in the sample gas is directly taken into the ionic conductor 32, so that the fluctuation of the taken-in oxygen amount becomes small and the variation in the ionic current characteristics also becomes small.

【0016】図2は酸素センサ31の限界電流特性を示
す図である。この図は、該酸素センサ31を400℃に
加熱し、第1の正電極33と第1の負電極34との間に
印加される電圧の大きさを変化させた場合に得られる電
流の大きさをグラフ化したものである。図2から、この
酸素センサ31は非常に良好な限界電流特性を示すこと
がわかる。しかも、限界電流値は可変抵抗器Rの抵抗値
の大きさを変化させることにより任意の値に設定可能で
あり、酸素濃度の測定領域を広げることができる。した
がって、低濃度から高濃度までの広範囲の酸素濃度を測
定する場合にも対応することができ、限界電流値の異な
る複数の酸素センサを用意する必要がない。
FIG. 2 is a diagram showing the limiting current characteristics of the oxygen sensor 31. This figure shows the magnitude of the current obtained when the oxygen sensor 31 is heated to 400 ° C. and the magnitude of the voltage applied between the first positive electrode 33 and the first negative electrode 34 is changed. It is a graphical representation of this. It can be seen from FIG. 2 that the oxygen sensor 31 exhibits very good limiting current characteristics. Moreover, the limiting current value can be set to an arbitrary value by changing the magnitude of the resistance value of the variable resistor R, and the measurement range of the oxygen concentration can be widened. Therefore, it is possible to deal with the case of measuring a wide range of oxygen concentration from low concentration to high concentration, and it is not necessary to prepare a plurality of oxygen sensors having different limiting current values.

【0017】以上説明した様に、上記一実施例の酸素セ
ンサ31によれば、イオン導電体32の上面32aに第
1の正電極33及び第1の負電極34を設け、これらの
電極33,34から離間する位置に、これらの電極3
3,34より小さな面積を有する第2の正電極35及び
第2の負電極36を設け、これら第1の負電極34及び
第2の正電極35の上部位置に、これらの電極34,3
5を全体的に覆う気密性を有する封止層37を設け、該
封止層37とイオン導電体32との間に空隙部38を設
けたので、取り込まれる酸素量の変動を小さくすること
ができ、イオン電流特性のバラツキも小さくすることが
できる。したがって、従来のように気体拡散孔の形状を
高精度で制御する必要がなくなり、製造工程を簡単化す
ることができ、製造コストも低減することができる。
As described above, according to the oxygen sensor 31 of the above-described embodiment, the first positive electrode 33 and the first negative electrode 34 are provided on the upper surface 32a of the ionic conductor 32, and these electrodes 33, These electrodes 3 are placed at a position away from 34.
A second positive electrode 35 and a second negative electrode 36 having an area smaller than that of the third and third electrodes 34, 34 are provided, and these electrodes 34, 3 are provided above the first negative electrode 34 and the second positive electrode 35.
Since the sealing layer 37 having the airtightness covering the entire No. 5 is provided and the void portion 38 is provided between the sealing layer 37 and the ionic conductor 32, the fluctuation of the amount of oxygen taken in can be reduced. It is possible to reduce variations in ion current characteristics. Therefore, it is not necessary to control the shape of the gas diffusion hole with high precision as in the conventional case, the manufacturing process can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.

【0018】また、イオン導電体32の上面32aに第
1の電極33,34及び第2の電極35,36を設けた
ので、イオン導電体の両面に別々の工程により電極付け
を行う必要がなくなる。したがって、製造工程を簡単化
することができ、製造コストも低減することができる。
Further, since the first electrodes 33, 34 and the second electrodes 35, 36 are provided on the upper surface 32a of the ionic conductor 32, it is not necessary to attach electrodes on both surfaces of the ionic conductor by separate steps. . Therefore, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

【0019】また、隣接する電極同士が互いに異なる極
性となるように、第1の正電極33と第1の負電極34
との間及び第2の正電極35と第2の負電極36との間
それぞれに所定の電圧を印加することとしたので、限界
電流値を任意の値に設定することができ、酸素濃度の測
定領域を広げることができる。したがって、低濃度から
高濃度までの広範囲の酸素濃度を測定する場合にも対応
することができ、限界電流値の異なる複数の酸素センサ
を用意する必要がない。
Further, the first positive electrode 33 and the first negative electrode 34 are arranged so that the adjacent electrodes have mutually different polarities.
Since a predetermined voltage is applied to each of the second positive electrode 35 and the second negative electrode 36, the limiting current value can be set to an arbitrary value and the oxygen concentration The measurement area can be expanded. Therefore, it is possible to deal with the case of measuring a wide range of oxygen concentration from low concentration to high concentration, and it is not necessary to prepare a plurality of oxygen sensors having different limiting current values.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上詳細に説明した様に、本発明の酸素
センサによれば、イオン導電体の一方の面に少なくとも
一対の第1の電極を設け、前記面の第1の電極から離間
する位置に、該第1の電極より小さな面積を有する少な
くとも一対の第2の電極を設け、これらの電極の上部位
置に、第1の電極及び第2の電極双方のそれぞれの一方
を全体的に覆う気密性を有する封止層を設け、該封止層
とイオン導電体との間に空隙部を設けたので、取り込ま
れる酸素量の変動を小さくすることができ、イオン電流
特性のバラツキも小さくすることができる。したがっ
て、従来のように気体拡散孔の形状を高精度で制御する
必要がなくなり、製造工程を簡単化することができ、製
造コストも低減することができる。
As described in detail above, according to the oxygen sensor of the present invention, at least a pair of first electrodes is provided on one surface of the ionic conductor and is separated from the first electrode on the surface. At least a pair of second electrodes having an area smaller than that of the first electrode is provided at the position, and the upper position of these electrodes entirely covers one of the first electrode and the second electrode. Since the sealing layer having airtightness is provided and the void portion is provided between the sealing layer and the ionic conductor, the fluctuation of the amount of oxygen taken in can be reduced and the variation of the ionic current characteristics can be reduced. be able to. Therefore, it is not necessary to control the shape of the gas diffusion hole with high precision as in the conventional case, the manufacturing process can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.

【0021】また、イオン導電体の一方の面に一対の第
1の電極及び第2の電極を設けたので、イオン導電体の
両面に別々の工程により電極付けを行う必要がなくな
る。したがって、製造工程を簡単化することができ、製
造コストも低減することができる。
Since the pair of first and second electrodes is provided on one surface of the ionic conductor, it is not necessary to attach electrodes to both surfaces of the ionic conductor by separate steps. Therefore, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

【0022】また、隣接する電極同士が互いに異なる極
性となるように、これら第1の電極間及び第2の電極間
それぞれに所定の電圧を印加することとしたので、限界
電流値を任意の値に設定することができ、酸素濃度の測
定領域を広げることができる。したがって、低濃度から
高濃度までの広範囲の酸素濃度を測定する場合にも対応
することができ、限界電流値の異なる複数の酸素センサ
を用意する必要がない。
Since a predetermined voltage is applied between the first electrodes and between the second electrodes so that the adjacent electrodes have different polarities from each other, the limiting current value is set to an arbitrary value. Can be set to, and the measurement region of oxygen concentration can be expanded. Therefore, it is possible to deal with the case of measuring a wide range of oxygen concentration from low concentration to high concentration, and it is not necessary to prepare a plurality of oxygen sensors having different limiting current values.

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

【図1】 本発明の一実施例の酸素センサを示す正断面
図である。
FIG. 1 is a front sectional view showing an oxygen sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の一実施例の酸素センサの限界電流特
性を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a limiting current characteristic of an oxygen sensor according to an embodiment of the present invention.

【図3】 従来の酸素センサを示す正断面図である。FIG. 3 is a front sectional view showing a conventional oxygen sensor.

【図4】 従来の酸素センサを示す正断面図である。FIG. 4 is a front sectional view showing a conventional oxygen sensor.

【図5】 従来の酸素センサを示す正断面図である。FIG. 5 is a front sectional view showing a conventional oxygen sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31…酸素センサ、32…イオン導電体、32a…上
面、33…第1の正電極、34…第1の負電極、35…
第2の正電極、36…第2の負電極、37…封止層、3
8…空隙部。
31 ... Oxygen sensor, 32 ... Ion conductor, 32a ... Top surface, 33 ... First positive electrode, 34 ... First negative electrode, 35 ...
2nd positive electrode, 36 ... 2nd negative electrode, 37 ... Sealing layer, 3
8 ... Void portion.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 嘉則 東京都江東区木場一丁目5番1号 株式会 社フジクラ木場工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshinori Kato 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Kiba Factory Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオン導電体の一方の面に少なくとも一
対の第1の電極を設け、 前記面の第1の電極から離間する位置に、該第1の電極
より小さな面積を有する少なくとも一対の第2の電極を
設け、 これらの電極の上部位置に、第1の電極及び第2の電極
双方のそれぞれの一方を全体的に覆う気密性を有する封
止層を設け、該封止層とイオン導電体との間に空隙部を
設け、 隣接する電極同士が互いに異なる極性となるように、こ
れら第1の電極間及び第2の電極間それぞれに所定の電
圧を印加することにより、該第2の電極側からイオン導
電体中に取り込まれた試料ガス中の酸素が酸素ポンピン
グ作用により前記イオン導電体中をイオンとなって流
れ、この酸素イオンをキャリアとする電流値から、前記
試料ガス中の酸素濃度が測定されることを特徴とする酸
素センサ。
1. An ionic conductor is provided with at least a pair of first electrodes on one surface thereof, and at least a pair of first electrodes having an area smaller than that of the first electrodes is provided on the surface at a position separated from the first electrodes. 2 electrodes are provided, and an airtight sealing layer that entirely covers each of the first electrode and the second electrode is provided at a position above these electrodes, and the sealing layer and the ionic conductivity are provided. A space is provided between the body and a predetermined voltage is applied between the first electrodes and between the second electrodes so that adjacent electrodes have different polarities from each other. Oxygen in the sample gas taken into the ionic conductor from the electrode side flows as ions in the ionic conductor due to the oxygen pumping action, and oxygen in the sample gas is determined from the current value using the oxygen ions as carriers. The concentration is measured And an oxygen sensor.
JP4294626A 1992-11-02 1992-11-02 Oxygen sensor Pending JPH06148137A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19539357B4 (en) * 1994-10-24 2011-09-15 Denso Corporation Air-fuel ratio detecting means

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19539357B4 (en) * 1994-10-24 2011-09-15 Denso Corporation Air-fuel ratio detecting means

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