JPS6348017B2 - - Google Patents
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- JPS6348017B2 JPS6348017B2 JP56092398A JP9239881A JPS6348017B2 JP S6348017 B2 JPS6348017 B2 JP S6348017B2 JP 56092398 A JP56092398 A JP 56092398A JP 9239881 A JP9239881 A JP 9239881A JP S6348017 B2 JPS6348017 B2 JP S6348017B2
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- JP
- Japan
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- hollow space
- solid electrolyte
- reference electrode
- particles
- oxygen
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4075—Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts
- G01N27/4076—Reference electrodes or reference mixtures
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
- F01N13/008—Mounting or arrangement of exhaust sensors in or on exhaust apparatus
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4067—Means for heating or controlling the temperature of the solid electrolyte
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は層状、多孔性のとくに触媒として有効
な測定電極および測定電極から離れて配置された
層状、多孔性の参照電極を支持する酸素イオン伝
導固体電解質を有し、参照電極が空気酸素に接触
しうる中空空間内にある、ガスとくに内燃機関の
排ガス中の酸素含量を測定する電気化学的センサ
に関する。この構造のセンサは西独公開特許公報
第2344245号から公知であるけれど、測定ガス中
で１定運転時間後に信号電圧の変動（低下）が生
じ、そのためもはや内燃機関へ最適の燃料供給が
行われない。この種のセンサは前記公開特許公報
に記載のようにリング状断面の固体電解質中空空
間を有するけれど、他の断面たとえば矩形断面
（西独公開特許公報第2909452号）の中空空間を有
することもでき、または空間内に加熱要素が配置
される（西独公開特許公報第2909452号、2732743
号、2841771号参照）。これらのセンサはポテンシ
オメータおよびポーラログラフイー測定原理のい
ずれでも動作できる（西独公開特許公報第
2711880号参照）。
な測定電極および測定電極から離れて配置された
層状、多孔性の参照電極を支持する酸素イオン伝
導固体電解質を有し、参照電極が空気酸素に接触
しうる中空空間内にある、ガスとくに内燃機関の
排ガス中の酸素含量を測定する電気化学的センサ
に関する。この構造のセンサは西独公開特許公報
第2344245号から公知であるけれど、測定ガス中
で１定運転時間後に信号電圧の変動（低下）が生
じ、そのためもはや内燃機関へ最適の燃料供給が
行われない。この種のセンサは前記公開特許公報
に記載のようにリング状断面の固体電解質中空空
間を有するけれど、他の断面たとえば矩形断面
（西独公開特許公報第2909452号）の中空空間を有
することもでき、または空間内に加熱要素が配置
される（西独公開特許公報第2909452号、2732743
号、2841771号参照）。これらのセンサはポテンシ
オメータおよびポーラログラフイー測定原理のい
ずれでも動作できる（西独公開特許公報第
2711880号参照）。
本発明による電気化学的センサの特徴は固体電
解質の参照電極を含む中空空間の少なくとも１部
に、酸素に対し不活性で、少なくとも層状参照電
極と同じ硬さの可動粒子が存在することである。
この特徴により本発明のセンサはその排ガス中の
作動時間の間ほぼその信号電圧が１定に留まり、
さらにその参照電極は周囲空気から吸込む参照電
極の活性を低下させる汚れに対し保護される。
解質の参照電極を含む中空空間の少なくとも１部
に、酸素に対し不活性で、少なくとも層状参照電
極と同じ硬さの可動粒子が存在することである。
この特徴により本発明のセンサはその排ガス中の
作動時間の間ほぼその信号電圧が１定に留まり、
さらにその参照電極は周囲空気から吸込む参照電
極の活性を低下させる汚れに対し保護される。
特許請求の範囲第２項〜第６項に記載の手段に
よつて本発明のセンサはさらに有利に形成され
る。
よつて本発明のセンサはさらに有利に形成され
る。
次に本発明を図面により説明する。
図示の電気化学的センサ１０はその構造が西独
公開特許公報第2732743号の第１図に示すセンサ
にほぼ相当するけれど、ポーラログラフイー測定
原理により動作するセンサに変化され、かつ本発
明の特徴を備える点で異なる。
公開特許公報第2732743号の第１図に示すセンサ
にほぼ相当するけれど、ポーラログラフイー測定
原理により動作するセンサに変化され、かつ本発
明の特徴を備える点で異なる。
電気化学的センサ１０は安定化された立方晶系
２酸化ジルコニウムからなる酸素イオン伝導固体
電解質管１１を有し、この管はその図示されてい
ない排ガス管へ突出する端部に成形された底１２
を有し、その外面に成形されたフランジ１３を備
える。固体電解質管１１の外側表面は多孔性でと
くに触媒として有効な測定電極１４で蔽われる。
厚さ10μｍの白金層からなることができるこの測
定電極１４は固体電解質管のフランジ１３を超え
て拡がり、公知の導電性シール材１５と接触し、
このシール材を介してアース電位にあるケーシン
グ１６と結合する。測定電極１４は酸素分子の拡
散障壁１７で蔽われ、この障壁はとくに固体電解
質管１１の測定ガスと接触する全範囲にわたり、
厚さは400μｍで多孔性である。センサ１０の測
定電極１４のこのような拡散障壁１７はすでに西
独公開特許公報第2711880号に詳述される。固体
電解質管１１は西独公開特許公報第2732743号に
記載のようにケーシング１６の縦孔１８内に気密
に固定される。このケーシング１６に保護管１９
が固定され、この保護管は固体電解質管１１の測
定ガス側端部を離れて包囲し、測定ガスが拡散障
壁１７へ入るための孔２０を備える。
２酸化ジルコニウムからなる酸素イオン伝導固体
電解質管１１を有し、この管はその図示されてい
ない排ガス管へ突出する端部に成形された底１２
を有し、その外面に成形されたフランジ１３を備
える。固体電解質管１１の外側表面は多孔性でと
くに触媒として有効な測定電極１４で蔽われる。
厚さ10μｍの白金層からなることができるこの測
定電極１４は固体電解質管のフランジ１３を超え
て拡がり、公知の導電性シール材１５と接触し、
このシール材を介してアース電位にあるケーシン
グ１６と結合する。測定電極１４は酸素分子の拡
散障壁１７で蔽われ、この障壁はとくに固体電解
質管１１の測定ガスと接触する全範囲にわたり、
厚さは400μｍで多孔性である。センサ１０の測
定電極１４のこのような拡散障壁１７はすでに西
独公開特許公報第2711880号に詳述される。固体
電解質管１１は西独公開特許公報第2732743号に
記載のようにケーシング１６の縦孔１８内に気密
に固定される。このケーシング１６に保護管１９
が固定され、この保護管は固体電解質管１１の測
定ガス側端部を離れて包囲し、測定ガスが拡散障
壁１７へ入るための孔２０を備える。
固体電解質管の中空空間２１側の表面に参照電
極２２が支持され、この電極もとくに白金からな
り、厚さ10μｍ、多孔性であり、固体電解質管１
１の接続側端面２３まで達する。直径約５mmの中
空空間２１内に同軸に加熱要素２４が中空空間２
１の表面から離れて配置される。西独公開特許公
報第2732743号にすでに記載されるこの加熱要素
２４は抵抗線コイル２５を有し、このコイルは薄
肉金属スリーブ２６の内側に配置され、電気的絶
縁性で熱伝導度の高い充てん粉末（たとえば酸化
マグネシウム）２７内に埋込まれる。抵抗線コイ
ル２５の固体電解質管底１２側の端部は金属スリ
ーブの底２８と溶接によつて結合される。抵抗線
コイル２５の接続側端部は接続ピン２９へ溶接さ
れ、このピンは金属スリーブ２６の開放端部へ突
出し、接続ターミナル３０と結合している。加熱
要素２４の金属スリーブ２６は金属の中間スリー
ブ３１を介してアース電位にあるケーシング１６
と結合し、この中間スリーブ３１によつて同時に
固体電解質管の中空空間２１内に固定される。こ
れに関する詳細は西独公開特許公報第2732743号
に記載される。
極２２が支持され、この電極もとくに白金からな
り、厚さ10μｍ、多孔性であり、固体電解質管１
１の接続側端面２３まで達する。直径約５mmの中
空空間２１内に同軸に加熱要素２４が中空空間２
１の表面から離れて配置される。西独公開特許公
報第2732743号にすでに記載されるこの加熱要素
２４は抵抗線コイル２５を有し、このコイルは薄
肉金属スリーブ２６の内側に配置され、電気的絶
縁性で熱伝導度の高い充てん粉末（たとえば酸化
マグネシウム）２７内に埋込まれる。抵抗線コイ
ル２５の固体電解質管底１２側の端部は金属スリ
ーブの底２８と溶接によつて結合される。抵抗線
コイル２５の接続側端部は接続ピン２９へ溶接さ
れ、このピンは金属スリーブ２６の開放端部へ突
出し、接続ターミナル３０と結合している。加熱
要素２４の金属スリーブ２６は金属の中間スリー
ブ３１を介してアース電位にあるケーシング１６
と結合し、この中間スリーブ３１によつて同時に
固体電解質管の中空空間２１内に固定される。こ
れに関する詳細は西独公開特許公報第2732743号
に記載される。
固体電解質管の中空空間２１はその接続側端部
に拡大孔３２を有し、この孔は中間スリーブ３１
を離れて包囲し、この孔内には電気的不導体の粗
い多孔性セラミツクスリーブが隔離材３３として
存在する。この隔離材３３は管付加部３５を有す
る金属の皿板３４によつて中空空間の拡大孔３２
内に保持される。皿板３４はさらに参照電極２２
の接触要素として使用され、前応力下にある圧縮
ばね３６および金属スリーブ３７によつて蔽われ
た図示されていない部材を介して接続ターミナル
３８と電気的に結合している。
に拡大孔３２を有し、この孔は中間スリーブ３１
を離れて包囲し、この孔内には電気的不導体の粗
い多孔性セラミツクスリーブが隔離材３３として
存在する。この隔離材３３は管付加部３５を有す
る金属の皿板３４によつて中空空間の拡大孔３２
内に保持される。皿板３４はさらに参照電極２２
の接触要素として使用され、前応力下にある圧縮
ばね３６および金属スリーブ３７によつて蔽われ
た図示されていない部材を介して接続ターミナル
３８と電気的に結合している。
中空空間２１のピン形加熱要素２４と固体電解
質管１１の間に残る部分は本発明による可動粒子
３９を含み、この粒子は酸素に対し不活性であ
り、少なくともこの粒子が接触する参照電極２２
の表面と同じ硬さを有する。この粒子３９は酸化
アルミニウムからなり、20〜200μｍの粒度を有
し、充てん度はセンサ１０の測定ガス管内の組込
状態により、この例では95％であるけれども、数
容量％からほぼ100容量％までにわたつて変化す
ることができる。この粒子３９としては酸化アル
ミニウムの代りに他の物質たとえば安定化された
２酸化ジルコニウム、マグネシウムスピネル、ケ
イ酸塩を使用することができる。このようなセン
サ１０はしばしば振動にさらされる図示されてい
ない測定ガス管に組込まれるので、この粒子３９
はつねに参照電極２２の表面をこすり、したがつ
てこの参照電極２２はつねに活性化される。
質管１１の間に残る部分は本発明による可動粒子
３９を含み、この粒子は酸素に対し不活性であ
り、少なくともこの粒子が接触する参照電極２２
の表面と同じ硬さを有する。この粒子３９は酸化
アルミニウムからなり、20〜200μｍの粒度を有
し、充てん度はセンサ１０の測定ガス管内の組込
状態により、この例では95％であるけれども、数
容量％からほぼ100容量％までにわたつて変化す
ることができる。この粒子３９としては酸化アル
ミニウムの代りに他の物質たとえば安定化された
２酸化ジルコニウム、マグネシウムスピネル、ケ
イ酸塩を使用することができる。このようなセン
サ１０はしばしば振動にさらされる図示されてい
ない測定ガス管に組込まれるので、この粒子３９
はつねに参照電極２２の表面をこすり、したがつ
てこの参照電極２２はつねに活性化される。
このような粒子３９は固体電解質の中空空間内
に加熱要素を有しないこの種のセンサに使用する
こともでき、その際粒子サイズは約１mmまでであ
る。さらに金属スリーブ２６を有する加熱要素２
４の代りに、抵抗線コイルを絶縁体に巻いた、金
属スリーブ２６のない加熱要素を使用することも
できる。このような場合粒子３９は加熱要素から
固体電解質管１１への熱伝達にも役立たなければ
ならないので、充てん度はほぼ100％である（西
独公開特許公報第2841771号参照）。
に加熱要素を有しないこの種のセンサに使用する
こともでき、その際粒子サイズは約１mmまでであ
る。さらに金属スリーブ２６を有する加熱要素２
４の代りに、抵抗線コイルを絶縁体に巻いた、金
属スリーブ２６のない加熱要素を使用することも
できる。このような場合粒子３９は加熱要素から
固体電解質管１１への熱伝達にも役立たなければ
ならないので、充てん度はほぼ100％である（西
独公開特許公報第2841771号参照）。
抵抗線コイル２５を有する加熱要素２４の代り
に層状加熱要素を直接固体電解質に支持すること
もできる。このような層状加熱要素はセンサが小
板状固体電解質を有し、参照電極の上のその中空
空間が矩形断面を有するセンサにとくに使用され
る（西独公開特許公報第2909452号参照）。
に層状加熱要素を直接固体電解質に支持すること
もできる。このような層状加熱要素はセンサが小
板状固体電解質を有し、参照電極の上のその中空
空間が矩形断面を有するセンサにとくに使用され
る（西独公開特許公報第2909452号参照）。
前記センサ１０はポーラログラフイー測定原理
により動作し、その際参照電極２２および測定電
極１４へ等電圧が印加され、接続された（図示さ
れていない）測定回路の電流の強さが測定ガスの
酸素ガス含量の尺度であるけれど、本発明はポテ
ンシオメータの測定原理により動作するセンサの
場合に使用することもできる。この場合測定電極
１４の拡散障壁１７は不用であり、たとえばマグ
ネシウムスピネルからなる多孔性保護層と置替え
られる。
により動作し、その際参照電極２２および測定電
極１４へ等電圧が印加され、接続された（図示さ
れていない）測定回路の電流の強さが測定ガスの
酸素ガス含量の尺度であるけれど、本発明はポテ
ンシオメータの測定原理により動作するセンサの
場合に使用することもできる。この場合測定電極
１４の拡散障壁１７は不用であり、たとえばマグ
ネシウムスピネルからなる多孔性保護層と置替え
られる。
粒子３９が固体電解質管の中空空間２１から流
出するのを防ぐ隔離材として多孔性セラミツク小
管の代りに、シーブ、セラミツク繊維材料等の同
様の部材を使用することもできる。
出するのを防ぐ隔離材として多孔性セラミツク小
管の代りに、シーブ、セラミツク繊維材料等の同
様の部材を使用することもできる。
図面は本発明のセンサの縦断面図である。
１０…センサ、１１…固体電解質管、１４…測
定電極、１５…シール材、１６…ケーシング、１
７…拡散障壁、２１…中空空間、２２…参照電
極、２４…加熱要素、２５…抵抗線コイル、２
６，３７…金属スリーブ、３０，３８ｈ…接続タ
ーミナル、３１…中間スリーブ、３３…隔離材、
３６…圧縮ばね、３９…粒子。
定電極、１５…シール材、１６…ケーシング、１
７…拡散障壁、２１…中空空間、２２…参照電
極、２４…加熱要素、２５…抵抗線コイル、２
６，３７…金属スリーブ、３０，３８ｈ…接続タ
ーミナル、３１…中間スリーブ、３３…隔離材、
３６…圧縮ばね、３９…粒子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 層状、多孔性のとくに触媒として有効な測定
電極および測定電極から離れて配置された層状、
多孔性の参照電極を支持する酸素イオン伝導固体
電解質を有し、参照電極が空気酸素に接触しうる
中空空間内にある、ガスとくに内燃機関の排ガス
中の酸素含量を測定する電気化学的センサにおい
て、固体電解質１１の参照電極２２を含む中空空
間２１の少なくとも１部に、酸素に対し不活性
で、少なくとも層状参照電極２２と同じ硬さの可
動粒子３９が存在することを特徴とするガス中の
酸素含量を測定する電気化学的センサ。 ２ 固定電解質管の中空空間２１の数容量％から
ほぼ100容量％が粒子３９によつて充てんされて
いる特許請求の範囲第１項記載のセンサ。 ３ 粒子３９のサイズが20μｍ〜１mmである特許
請求の範囲第１項または第２項記載のセンサ。 ４ 粒子３９が酸化アルミニウム、安定化された
２酸化ジルコニウム、マグネシウムスピネルまた
はケイ酸塩からなる特許請求の範囲第１項〜第３
項の１つに記載のセンサ。 ５ 固体電解質管の中空空間２１の粒子３９を含
む部分が空気酸素透過性隔離材３３たとえばシー
ブ、焼結材、セラミツク繊維材により仕切られて
いる特許請求の範囲第１項〜第４項の１つに記載
のセンサ。 ６ 固体電解質１１の中空空間２１内に参照電極
２２から離れて配置された電気的加熱要素２４が
存在する特許請求の範囲第１項〜第５項の１つに
記載のセンサ。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19803023337 DE3023337A1 (de) | 1980-06-21 | 1980-06-21 | Elektrochemischer messfuehler fuer die bestimmung des sauerstoffgehaltes in gasen, insbesondere in abgasen von brennkraftmaschinen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5729941A JPS5729941A (en) | 1982-02-18 |
| JPS6348017B2 true JPS6348017B2 (ja) | 1988-09-27 |
Family
ID=6105171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9239881A Granted JPS5729941A (en) | 1980-06-21 | 1981-06-17 | Electrochemical sensor for measuring oxygen content in gas |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4437971A (ja) |
| JP (1) | JPS5729941A (ja) |
| DE (1) | DE3023337A1 (ja) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58166252A (ja) * | 1982-03-26 | 1983-10-01 | Toyota Motor Corp | セラミツクヒ−タ付酸素センサ素子及びその製造方法 |
| US4512871A (en) * | 1983-05-09 | 1985-04-23 | Ngk Insulators, Ltd. | Oxygen sensor with heater |
| US4578174A (en) * | 1983-05-09 | 1986-03-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Oxygen sensor with heater |
| DE3327991A1 (de) * | 1983-08-03 | 1985-02-14 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Gasmessfuehler |
| DE3474352D1 (en) * | 1983-11-10 | 1988-11-03 | Ngk Spark Plug Co | Oxygen sensor |
| JPH0617891B2 (ja) * | 1984-07-06 | 1994-03-09 | 日本電装株式会社 | 酸素濃度検出素子 |
| DE3513761A1 (de) * | 1985-04-17 | 1986-10-23 | Bayer Diagnostic & Electronic | Elektrochemischer messfuehler |
| DE3615960A1 (de) * | 1985-05-13 | 1986-11-27 | Toyota Motor Co Ltd | Fuehler zur ermittlung eines luft-kraftstoff-verhaeltnisses |
| US5195179A (en) * | 1986-01-29 | 1993-03-16 | Hitachi, Ltd. | Coordinate input apparatus |
| JPH07104319B2 (ja) * | 1986-09-10 | 1995-11-13 | 株式会社日立製作所 | 空燃比センサ |
| JP2619383B2 (ja) * | 1987-03-20 | 1997-06-11 | 株式会社日立製作所 | 座標入力装置 |
| DE3743295C1 (de) * | 1987-12-19 | 1988-07-07 | Daimler Benz Ag | Vorrichtung zur Verlaengerung der Lebensdauer und Verbesserung der Messrepraesentanz einer in dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors eingebauten Lambda-Sonde |
| DE3811864A1 (de) * | 1988-04-09 | 1989-10-19 | Schott Glaswerke | Messvorrichtung zum messen des sauerstoffpartialdruckes in aggressiven fluessigkeiten hoher temperatur |
| DE4027504C2 (de) * | 1990-08-30 | 1997-10-02 | Bruno Schaefer | Verfahren zum Betreiben einer Gasaufkohlungsanlage und Vorrichtung dazu |
| DE4232092C2 (de) * | 1992-09-25 | 2003-03-20 | Bosch Gmbh Robert | Elektrochemischer Meßfühler zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Gasen |
| DE4318107A1 (de) * | 1993-06-01 | 1994-12-08 | Bosch Gmbh Robert | Meßfühleranordnung in einer Gasleitung |
| DE4424539C2 (de) * | 1993-07-12 | 1998-04-30 | Unisia Jecs Corp | Element zur Erfassung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses |
| JP3525532B2 (ja) * | 1994-09-01 | 2004-05-10 | 株式会社デンソー | 酸素濃度検出器 |
| DE29604266U1 (de) * | 1996-03-08 | 1996-07-11 | Dessauer Gasgeräte GmbH, 06847 Dessau | Sauerstoffsensor zur Steuerung des Verbrennungsprozesses in Gas-Heizkesseln |
| TW338094B (en) * | 1996-05-22 | 1998-08-11 | Toyota Motor Co Ltd | Method and device of burning control of an oxygen sensor |
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