(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質型センサ素子部と接触燃焼式センサ検知部とを有する一酸化炭素センサ複合素子を備えた一酸化炭素センサであって、測定対象ガス中の一酸化炭素が低濃度時には固体電解質型センサ素子部からの出力を外部に出力し、高濃度時には接触燃焼式センサ検知部からの出力を外部に出力する出力切替手段を有し、上記切り替え手段の一酸化炭素ガス濃度が低濃度から上昇して接触燃焼式センサ検知部からの出力に切り替えるときの濃度が、ガス濃度が高濃度から下降して固体電解質型センサ素子からの出力に切り替えるときの一酸化炭素ガス濃度より高いことを特徴とする一酸化炭素センサ。
【請求項２】
上記固体電解質型センサ素子部と接触燃焼式センサ検知部とが１つのハウジング内に設けられていることを特徴とする一酸化炭素センサ。
【請求項３】
上記一酸化炭素センサ複合素子が固体電解質型センサ素子部と接触燃焼式センサ検知部とを一体に有することを特徴とする請求項２に記載の一酸化炭素センサ。
【請求項４】
上記一酸化炭素センサ複合素子がチップ状であって、その一方の面に固体電解質型センサ素子部が、他方の面に接触燃焼式センサ検知部がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項３に記載の一酸化炭素センサ。
【請求項５】
上記接触燃焼式センサ検知部が固体電解質型センサ素子部の固体電解質をそのイオン伝導に適した温度に保つヒータとして機能することを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載の一酸化炭素センサ。
【請求項６】
上記請求項１ないし請求項５のいずれかの一酸化炭素センサを有することを特徴とする一酸化炭素濃度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一酸化炭素センサ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一酸化炭素センサ素子としては現在様々なものが実用化されており、それらは工程管理、安全管理等の分野で幅広く使われている。これらのうち、内燃機関等の燃焼排ガスの不完全燃焼を検知する一酸化炭素センサとして用いることができるものとしては半導体式センサ及び接触燃焼式センサ素子が挙げられる。その中でも、実公平２−２０６８２号公報などで知られる半導体式センサは試料ガス中の酸素濃度あるいは水分率が変化すると正確に測定できないと云う欠点を有するため、通常、接触燃焼式センサ素子を有する接触燃焼式センサ検知部を用いる接触燃焼式センサが用いられている。
【０００３】
接触燃焼式センサ検知部の一例のモデル断面図を図１に示す。図中符号１１ａは接触燃焼式センサ素子であり、白金線等からなるコイル部に、パラジウム、白金などの燃焼触媒を有するシリカ、アルミナなどの担体層を配して構成される。
【０００４】
温度変化などによる測定値への影響を排除するため、この接触燃焼式センサ検知部には接触燃焼式センサ素子１１ａ以外に補償素子１１ｂが設けられている。この補償素子１１ｂは、燃焼触媒を有しない他は接触燃焼式センサ素子１１ａと同様に構成されている。これら素子の白金線は台座１４を貫通する信号ピン１２ａ、１２ｂに接続され、これら素子からの出力値はこの信号ピン１２ａ、１２ｂによってセンサハウジング外へ出力される。
【０００５】
接触燃焼式センサ素子１１ａ及び補償素子１１ｂが互いに干渉しないようにこれらの間に遮蔽板１３が設けられ、これらは金網１５ｂ及びカバー１５ａ及び台座１４から構成されるセンサハウジング内に収納されて保護されている。
【０００６】
このような接触燃焼式センサ素子を用いた検知部は出力の直線性に優れていて、高濃度領域での測定では高い精度が得られる。
接触燃焼式センサ素子と補償素子とからなる接触燃焼式センサ検知部を有する接触燃焼式センサの一例の基本特性を図２に示す。横軸は空気中に添加された一酸化炭素ガス濃度を示す。ただし、このサンプルガスは、不完全燃焼ガスを想定しているため、一酸化炭素ガス以外に、その半分の濃度の水素ガスが添加されている。また、縦軸はセンサ出力値である。
【０００７】
図２により、接触燃焼式センサでは出力に極めて高い直線性が得られることが判る。しかし接触燃焼式センサの出力は、図２より明らかなように低濃度（１０００ｐｐｍ程度以下）領域ではその絶対値が小さくなり、その結果、精度の良い測定が困難になる。
【０００８】
一方、固体電解質型センサ素子は半導体式センサ素子と同様に対数的特性を示すため、低濃度領域における精度が高いものの、高濃度での測定精度は低い。
【０００９】
ここで固体電解質型センサ素子についてモデル図を用いて説明する。
センサ素子４の拡大モデル図を図３（ａ）に、そのモデル断面図を図３（ｂ）に示す。
【００１０】
符号ａ及びｂでそれぞれ示される上部電極及び下部電極で挟まれている層ｃが固体電解質層であり、この例では酸素イオン伝導性を有する安定化ジルコニア（ＹＳＺ）からなる。これら電極ａ及びｂは白金とＹＳＺとの混合物の焼結体であり、ともに多孔質である。
【００１１】
下部電極ｂの下側にはアルミナなどからなる多孔質材料に白金、パラジウムなどの可燃性ガス酸化触媒が担持されてなるガス拡散層ｄが配されている。このように下部電極ｂはこれらガス拡散層ｄを介してのみ被検ガスと接するようになっている。
【００１２】
下部電極ｂ側では、一酸化炭素ガスはガス拡散層ｄ内で気相中の酸素によって酸化されて二酸化炭素として除去される。そのため一酸化炭素ガスは下部電極ｂまでは到達しない。
【００１３】
このため下部電極ｂには気相中の酸素のみが吸着される。その吸着の際、酸素は下記式（Ｉ）のように解離して酸素イオンが生成する。生成した酸素イオンは電解質ｃ内を上部電極ｂに向かって拡散・移動する（式（Ｉ）において「Ｏ(ads)」は吸着されて解離した酸素を示す）。
【００１４】
【化１】
Ｏ(ads)  ＋  ２ｅ-  →  Ｏ2-            ……（Ｉ）
【００１５】
一方、上部電極ａにおいて、雰囲気中の一酸化炭素は電極ａに吸着され、気相、電極ａ及び電解質ｃによって形成される三相界面で下部電極ｂから電解質ｃ中を拡散してきた酸素イオンと反応し、二酸化炭素と電子とが生成する（式（ＩＩ）参照。なお、式（ＩＩ）において「ＣＯ(ads)」は吸着された一酸化炭素を示す）。
【００１６】
【化２】
ＣＯ(ads)  ＋  Ｏ2-    →  ＣＯ2  ＋  ２ｅ-      ……（ＩＩ）
【００１７】
上部電極ａで一酸化炭素と反応する酸素は電解質ｃ内を下部電極ｂから拡散してきた酸素イオンである必要がある。このようにして、気相より下部電極ｂに解離吸着した酸素がイオン化され、電解質ｃ内を下部電極ｂから上部電極ａ側へ拡散し、三相界面において気相より吸着した一酸化炭素と反応することによりセンサ出力が発生し、一酸化炭素ガスの濃度を検出することができる。
【００１８】
なお、図中符号ｅはアルミナ絶縁膜、ｆはヒータ、ｇはアルミナ基板であり、ヒータｆはセンサ素子温度をセンサ動作に適した温度に保つ。電極ａ，ｂはセンサ素子出力取り出し部ａ’及びｂ’にそれぞれに接続されている。
【００１９】
このような固体電解質型センサの一例の基本特性を図４に示す。
図４の横軸は空気中に添加された一酸化炭素ガス濃度を示す。ただし、このサンプルガスは、不完全燃焼ガスを想定しているため、一酸化炭素ガス以外に、その半分の濃度の水素ガスが添加されている。また、縦軸はセンサ出力値ＥＭＦである。
【００２０】
図４により、固体電解質型センサでは低濃度領域での感度が極めて高いことが判る。しかしこのような固体電解質型ガスセンサは、低濃度（１０００ｐｐｍ程度以上）では、その感度が小さくなって精度の良い測定が困難になる。
このように、現状では低濃度から高濃度まで精度良く測定できる一酸化炭素センサはなかった。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の欠点を解決し、低濃度から高濃度まで精度良く測定でき、コンパクト化が容易な一酸化炭素センサ複合素子を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一酸化炭素センサは請求項１に記載の通り、固体電解質型センサ素子部と接触燃焼式センサ検知部とを有する一酸化炭素センサ複合素子を備えた一酸化炭素センサであって、測定対象ガス中の一酸化炭素が低濃度時には固体電解質型センサ素子部からの出力を外部に出力し、高濃度時には接触燃焼式センサ検知部からの出力を外部に出力する出力切替手段を有し、上記切り替え手段の一酸化炭素ガス濃度が低濃度から上昇して接触燃焼式センサ検知部からの出力に切り替えるときの濃度が、ガス濃度が高濃度から下降して固体電解質型センサ素子からの出力に切り替えるときの一酸化炭素ガス濃度より高いことを特徴とする一酸化炭素センサである。この構成により、コンパクト化が容易でありながら、低濃度から高濃度まで精度良く測定することができ、使用者はこれら２種の検知部の出力のいずれを選択するかを気にせずに、常に正確で精度の良い測定を行うことができ、さらに、頻繁なセンサ出力の切り替えを防止できるため、用いるＣＰＵ等のスペックが特に高度なものを必要とすることがなくなり、同時に消費電力を少なくすることが可能となる。
【００２３】
また、請求項２に記載のように上記固体電解質型センサ素子部と接触燃焼式センサ検知部とが１つのハウジング内に設けられていることにより、コンパクト化が可能となり、さらに２つの測定部が同一の環境で測定することが可能となり、測定精度が良好となる。
【００２４】
さらに請求項３に記載のように固体電解質型センサ素子部と接触燃焼式センサ検知部とを一体に有する構成とすることにより、さらなるコンパクト化が可能となるとともに、およびこれら固体電解質型センサ素子部と接触燃焼式センサ検知部とがそれぞれ測定に必要な温度となるのに必要な熱量を小さくすることが可能となり省電力化が容易となる。
【００２５】
また、請求項４に記載のように請求項３記載の一酸化炭素センサ複合素子がチップ状であって、その一方の面に固体電解質型センサ素子部が、他方の面に接触燃焼式センサ検知部がそれぞれ設けられていることにより、さらなるコンパクト化が可能となり、さらに、必要な熱量（消費電力）をさらに小さくすることができ、また、半導体製造技術あるいは電気回路印刷技術を応用することにより製造が容易なものとすることができる。
【００２６】
さらに請求項５に記載のように請求項４の接触燃焼式センサ検知部が固体電解質型センサ素子部の固体電解質をそのイオン伝導に適した温度に保つヒータとして機能するものとすることにより、固体電解質型センサ素子部の固体電解質層をそのイオン伝導に適した温度とするための熱量を事実上０とすることができ、また、製造上のヒータ形成工程を省くことが可能となる。
【００２７】
本発明の一酸化炭素濃度計は請求項６に記載のように、上記請求項１ないし請求項５のいずれかの一酸化炭素センサを有する一酸化炭素濃度計であり、小型化が容易であり、また省電力とすることが可能であるため、ポータブル機器に組み込んで長時間の電池駆動が可能となる。なお、この一酸化炭素濃度計は、警報器、検知器等に応用することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明のセンサを用いて測定を行う場合には低濃度時に固体電解質型センサ素子部を、高濃度時に接触燃焼式センサ検知部を用いることが必要である。固体電解質型センサ素子の代わりに、同様に対数的特性を有する半導体式センサを用いた場合、試料ガス中の酸素濃度や水分率が変化すると正確に測定できないと云う欠点が生じてしまう。
また、上記のように高濃度時には接触燃焼式センサ検知部からの出力を用いると、高濃度時の出力の直線性が良好であり、正確な測定が可能となる。
【００３１】
本発明において、接触燃焼式センサ検知部及び固体電解質型センサ素子部は、現在広く用いられているものをそのまま用いることができる。このとき、これらセンサ素子の信号ピンの一方を共通とすることで、全体をさらにコンパクトなものとすることができる。なお、本発明のセンサは接触燃焼式センサ検知部及び固体電解質型センサ素子部とを備えておればよく、これらは互いに隣接して設けられていること、特に同じハウジング内に設けられていることが測定精度上望ましいが、用途上の都合等により距離を置いて設けられても良い。
【００３２】
接触燃焼式センサ検知部の接触燃焼式センサ素子は通常、白金線などからなるコイル部に、パラジウムなどの燃焼触媒が担持されたシリカ、アルミナなどの担体層を配することにより構成される。ここで、接触燃焼式センサ検知部が接触燃焼式センサ素子以外に燃焼触媒を有しない他は同様に作製された補償素子を併せ持ち、補償素子を接触燃焼式センサ素子とともにブリッジ回路に組み込んで用いることで、環境温度などの測定値への影響を防止することができる。
【００３３】
接触燃焼式センサ検知部として、粒状の触媒担持担体層を有するものの他、ダイアフラム型の接触燃焼式センサ素子を用いることもできる。このとき、コンパクト化が可能となるとともにその結果さらなる省消費電力化が可能となる。
【００３４】
このような、固体電解質型センサ素子部と接触燃焼式センサ検知部とを有する本発明のセンサ素子を図５に示す。符号αは固体電解質型センサ素子部を構成する固体電解質型センサ素子であり、図３に示したものと同様の構造を有する。
また、この例における接触燃焼式センサ検知部を構成する接触燃焼式センサ素子β、補償素子β’も図１に示したものと同様の構造である。
【００３５】
接触燃焼式センサ素子βと補償素子β’との間にはこれら素子間での干渉を防ぐため遮蔽板εが設けられている。これら素子及び遮蔽板は台座δ上に設けられ、それら素子の信号は信号ピンγによって台座δ裏面側に伝えられる。なお、この図では示していないが、これら３種の素子及び遮蔽板εは図１の接触燃焼式センサ検知部同様、金網及びカバー及び台座δから構成されるセンサハウジング内に収納されて保護されている。
【００３６】
このような一酸化炭素センサ複合素子を有する本発明の一酸化炭素センサを用いてさまざまな濃度の一酸化炭素ガスを測定したときの、センサ出力（ＥＭＦ）を図６に示す。
【００３７】
図６は、１０００ｐｐｍ相当の出力を境にして、それより低濃度時には固体電解質型センサ素子部からの出力を外部に出力し、１０００ｐｐｍ相当の高濃度時には接触燃焼式センサ検知部からの出力（補償素子・ブリッジ回路によって補償した出力）を外部に出力する出力切替手段を有している本発明の一酸化炭素センサの出力について示すものである。
【００３８】
図６より、一酸化炭素ガス濃度が１００〜３０００ｐｐｍの範囲でセンサ出力が４ｍＶ以下になることはなく、また、ガス濃度の変化に応じた出力の変化も大きいため、このセンサによりＳ／Ｎ比が良好で、精度の高い測定が可能となることが判る。
【００３９】
ここで、本発明の、低濃度時には固体電解質型センサ素子部からの出力を用い、高濃度時には接触燃焼式センサ検出部からの出力を用いる、入力切替手段を有する一酸化炭素センサを用いる一酸化炭素濃度計の一例について、ブロック図を用いて説明する。
【００４０】
図７に示すように本発明の一酸化炭素ガスセンサ素子Ｆは、固体電解質型センサ素子部Ａ及び接触燃焼式センサ検知部Ｂは入力切替手段に接続されている。この接触燃焼式センサ検知部Ｂは接触燃焼式センサ素子Ｂ１と補償素子Ｂ２とから構成されている。
【００４１】
入力切替手段Ｃからの出力はガス濃度算出手段Ｄに入力される。このときの入力切替手段Ｃの出力としては、センサ素子からの出力のみならず、その出力が固体電解質型センサ素子Ａあるいは接触燃焼式センサ検知部Ｂのどちらからのものであるかについての情報も例えば０、１信号などによってガス濃度算出手段Ｄ出力される。
【００４２】
ガス濃度算出手段Ｄは入力されたセンサ出力値を適した関数により一酸化炭素濃度に変換し、表示手段Ｅに出力する。表示手段Ｅは入力された測定値を表示する。
【００４３】
このような、本発明の一酸化炭素ガスセンサ素子を用いる一酸化炭素濃度計の一例の回路図を図８（ａ）に示す。
固体電解質型センサ素子部１はＡＤ変換機能を有するＭＰＵ３の入力ポート３ｉａに接続されている。接触燃焼式センサ検知部Ｂを構成する接触燃焼式センサ素子ｈ及び補償素子ｉはブリッジ回路に接続され、その出力はＡＤ変換機能を有するＭＰＵ３の入力ポート３ｉｂに接続されている。ＭＰＵ３にはこのほか、制御用回路ＣＰＵ３ｃｐ、使用するセンサ素子からの出力値を切り替えるための定数ａ（３５ｍＶ），ｂ（４．６ｍＶ）、センサ出力値から一酸化炭素ガス濃度を算出するための関数（ｆ（）、ｇ（））プログラムなどの情報が書き込まれたＲＯＭ３ｒｏ（図８（ｂ）参照）、センサ出力値ｘなどの変数を格納するためのＲＡＭ３ｒａ（図８（ｃ）参照）、及び、この例における濃度表示手段であるＬＣＤ４に接続され、これに出力を行う出力ポート３ｏを有する（この図ではブリッジ回路に電圧を印加する回路、および、各素子を加熱するための電圧を印加する回路等一部を略してある）。
【００４４】
この一酸化炭素濃度計の動作について、図９のフローチャートを用いて説明する。
電源投入と共にプログラムがスタートする。ステップＳ１で固体電解質型センサ素子部からの出力値が入力ポート３ｉａからＭＰＵ３内部に取り込まれ、変数ｘとしてＲＡＭ３ｒａに格納される。
【００４５】
ステップＳ２で、この値ｘから固体電解質型センサ素子用に予め設定された関数ｆ（）によって一酸化炭素濃度Ｃが求められる。ステップＳ３では出力ポート３ｏ経由でＬＣＤ４に出力され、その値がＬＣＤ４に表示される。ステップＳ４で、上記ｘの値が３５ｍＶ（一酸化炭素ガス濃度１０００ｐｐｍに相当する、固体電解質型センサ素子の出力値）以上であれば、ステップＳ５に進み、３５ｍＶ未満のとき、すなわち被検ガスが低濃度領域である場合にはステップＳ１〜Ｓ４が繰り返される。
【００４６】
ステップＳ５では接触燃焼式センサ素子２ａからの出力が、補償素子２ｂにより補償され、ブリッジ回路で電圧値に変換されて入力ポート３ｉｂからＭＰＵ３内部に取り込まれ、変数ｘとしてＲＡＭ３ｒａに格納される。
【００４７】
ステップＳ６で、このｘから接触燃焼式センサ検知部２用に予め設定された関数ｇ（）によって一酸化炭素濃度Ｃが求められる。ステップＳ７では出力ポート３ｏ経由でＬＣＤ４に出力されてその値が表示される。ステップＳ８で、上記ｘの値が４．５ｍＶ（一酸化炭素ガス濃度１０００ｐｐｍに相当するこの接触燃焼式センサ検知部２を有するブリッジ回路の出力値）以下のとき、すなわち、被検ガスが低濃度領域であれば、ステップＳ１に進み、４．５ｍＶ超のとき、すなわち、被検ガスが高濃度領域にあるときにはステップＳ５〜Ｓ８が繰り返される。
【００４８】
なお、この一酸化炭素濃度計におけるＭＰＵ３は上記記載からも明らかなように、低濃度時には固体電解質型センサ素子部からの出力を外部に出力し、高濃度時には接触燃焼式センサ検知部からの出力を外部に出力する出力切替手段、及び、ガス濃度算出手段に相当し、ＬＣＤ４は表示手段に相当する。
【００４９】
上記例においては、ガス濃度が低濃度から上昇して、出力切り替え手段が用いるセンサ出力を切り替える濃度と、ガス濃度が高濃度から下降して、出力切り替え手段が用いるセンサ出力を切り替える濃度とがほぼ等しいため、切り替え濃度（上記例では１０００ｐｐｍ）付近の濃度のガスを測定する場合に頻繁に上記切り替えが生じ、ＣＰＵ３ｃｐの負担となり、あるいは、高速なＣＰＵを用いる必要が生じ、結果とし、消費電力が増加して電池駆動ができなくなったり、電池交換の頻度が増えてメンテナンスコストが上昇するおそれがある。
【００５０】
そこで、低濃度から上昇して接触燃焼式センサ検出部からの出力に切り替えるときの濃度を、ガス濃度が高濃度から下降して低濃度時には固体電解質型センサ素子部からの出力に切り替えるときの濃度より高くすることにより、頻繁な切り替えを防止することができる。
【００５１】
具体的には、図９でのステップＳ４で３５ｍＶを濃度上昇側切り替え基準電圧とし、ｘの値が３５ｍＶ以上であれば、ステップＳ５に進み、３５ｍＶ未満のときにはステップＳ１〜Ｓ４が繰り返されるとしたが、例えば図１０のステップＳ４’のように濃度上昇側切り替え基準電圧を３５ｍＶの代わりに３６ｍＶとする。
【００５２】
この場合、ガス濃度が低濃度から高濃度に変化する際には図１１における実線の検量線を、ガス濃度が高濃度から低濃度に変化する場合には、図１１における破線の検量線を用いることとなる。
【００５３】
このとき図１１よりガス濃度が１０００ｐｐｍ前後、あるいは１２５０ｐｐｍ前後で激しく変化する場合にも、用いるセンサの出力を頻繁には切り替える必要がなくなることが理解される。
【００５４】
（固体電解質型センサ素子部と接触燃焼式センサ検出部とを一体に有する一酸化炭素センサ複合素子の例）
以上、従来の形状を有する固体電解質型センサ素子部と、同様に従来の形状を有する接触燃焼式センサ検出部とを組み合わせてなる一酸化炭素センサ複合素子を用いた例について説明した。
【００５５】
しかし、このものは図５（ａ）および（ｂ）からも理解できるように従来のセンサ素子を組み合わせて複合化したセンサ素子であり、そのため、組み立て工程が必要であるが、従来のセンサ素子と比べた場合、組立箇所が多くなるため、生産ラインを従来のセンサ素子のものから大幅に変更する必要がある。しかし、従来の固体電解質型センサと比べると、接触燃焼式センサ素子および補償素子の部分が大きくなり、この形式の場合センサ素子のさらなる小型化には困難がある。
【００５６】
さらにこのような図５（ａ）および（ｂ）に示すセンサ素子の場合、固体電解質センサ素子はその固体電解質をイオン伝導に適した温度に保つために加熱されることが必要であり、また、接触燃焼式センサ素子はその接触燃焼のために、さらに補償素子は接触燃焼式センサ素子と同条件に保たれる必要性があるため、共に加熱されることが必要であり、共に通常ジュール熱による加熱を行うため、消費電力が多く、電池駆動などの場合には使用可能期間が短くなったり、或いは電池駆動自体が困難になるなどの問題が生じた。
【００５７】
このように、より生産性が良好で消費電力が小さく、かつ、より小型化が可能な、低濃度から高濃度まで精度良く測定できる一酸化炭素センサとして、次に固体電解質型センサ素子部と接触燃焼式センサ検出部とを一体に有する一酸化炭素センサ複合素子の例について説明する。
【００５８】
このような構成を有する本発明の一酸化炭素センサ複合素子は、一酸化炭素濃度計などに組み込んだ場合、消費電力が小さく、より小型化が可能な、低濃度から高濃度まで精度良く測定できる。
【００５９】
図１２（ａ）に本発明に係る固体電解質型センサ素子部と接触燃焼式センサ検出部とを一体に有する一酸化炭素センサ複合素子１’の上面の斜視図（モデル図）を、図１２（ｂ）にはそのモデル断面図を、図１２（ｃ）には底面の斜視図（モデル図）をそれぞれ示す。
【００６０】
この一酸化炭素センサ複合素子１’は固体電解質型センサ素子部Ａと接触燃焼式センサ検知部Ｂとを一体に有し、その形状はチップ状であって、その一方の面（上面）に固体電解質型センサ素子部Ａが、他方の面（底面）に接触燃焼式センサ検知部Ｂがそれぞれ設けられている。
【００６１】
図中符号ａ及びｂでそれぞれ示される上部電極及び下部電極で挟まれている層ｃが固体電解質層であり、この例では酸素イオン伝導性を有する安定化ジルコニア（ＹＳＺ）からなる。これら電極ａ及びｂは白金とＹＳＺとの混合物の焼結体であり、ともに多孔質である。
【００６２】
下部電極ｂの下側にはアルミナなどからなる多孔質材料（本例では多孔質アルミナ）に白金、パラジウムなどの可燃性ガス酸化触媒（本例ではパラジウム）が担持されてなるガス拡散層ｄが配されている。このように下部電極ｂはこれらガス拡散層ｄを介してのみ被検ガスと接するようになっている。
【００６３】
なお、図中符号ｅはアルミナ絶縁膜であり、このアルミナ絶縁膜ｅの反対面には接触燃焼式センサ検知部Ｂが設けられていて、固体電解質型センサ素子部Ａの固体電解質層ｃをそのイオン伝導に適した温度に保つヒータとして機能する。
【００６４】
接触燃焼式センサ検知部Ｂは、接触燃焼式センサ素子ｈおよび補償素子ｉからなり、接触燃焼式センサ素子ｈは酸化触媒（本例ではパラジウムを使用。その他、白金などが使用可）が担持された多孔質材料（本例ではアルミナ）からなる酸化触媒層ｈ１および接触燃焼型ヒータおよび検出線兼用の白金ヒータｈ２からなり、また、補償素子ｉは酸化触媒を有しない以外は接触燃焼式センサ素子ｈと同じ構造を有していて、補償層ｉ１および白金ヒータｉ２とからなる。
【００６５】
この一酸化炭素センサ複合素子１’の固体電解質型センサ素子部Ａは従来の固体電解質型センサ素子の製造方法を応用し、但し、ヒータ層を設けず、容易に作製することできる。一方、接触燃焼式センサ検知部は印刷等の方法で形成することができる（本例もこの方法によった）。なお、この例では白金ヒータは露出しているが、そのヒータ本体（つづれ折りになっている部分）は酸化触媒層ｈ１あるいは補償層ｉ１内に埋設されていても良い。
また、図中ａ’およびｂ’はそれぞれ上部電極ａおよび下部電極ｂのリード部である。
【００６６】
この一酸化炭素センサ複合素子１’の使用の際には、白金ヒータｈ２およびｉ２に通電され、この接触燃焼式センサ検知部Ｂが加熱される。この熱は接触燃焼式センサ素子ｈの酸化触媒層ｈ１による雰囲気中の可燃ガス分子の接触酸化反応を可能とする。
【００６７】
同時に白金ヒータｈ２およびｉ２による熱は絶縁層ｅおよびガス拡散層ｄを伝導して固体電解質層ｃに達し、固体電解質層ｃを固体電解質のイオン伝導に適した温度に加熱し、固体電解質型センサ素子部での一酸化炭素測定を可能とする。
【００６８】
接触反応に適した温度は２５０℃付近以上であるが、固体電解質のイオン伝導に適した温度は一般に３５０℃以上５００℃以下であるため、この一酸化炭素センサ複合素子１は、耐久性等を考慮して通常３５０℃以上４５０℃以下で使用される。
【００６９】
なお、一酸化炭素センサ複合素子１’を長時間使用しなかった後の使用直後などでは、クリーニング等の目的で、一時的に（数秒〜数分間）センサ素子温度をより高い温度に昇温することができる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明の一酸化炭素センサによれば、被検ガス中の一酸化炭素濃度が低濃度であるときは固体電解質型センサ素子からの出力を、高濃度であるときには接触燃焼式センサ素子からの出力をそれぞれ用いることができ、さらに小型化、省電力化が極めて容易であるため、電池駆動のポータブルな軽量機器として精度が良く信頼性が高い測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】接触燃焼式センサ検知部のモデル断面図である。
【図２】接触燃焼式センサ検知部のさまざまな濃度の被検ガスに対する出力を示す図である。
【図３】固体電解質型センサ素子を示すモデル図である。
（ａ）斜視図
（ｂ）断面図
【図４】固体電解質型センサ素子のさまざまな濃度の被検ガスに対する出力を示す図である。
【図５】本発明の一酸化炭素センサ複合素子を示すモデル図である。
（ａ）上面図
（ｂ）斜視図
【図６】本発明の一酸化炭素センサ複合素子の出力例を示す図である。
【図７】本発明の一酸化炭素センサ複合素子を用いる一酸化炭素濃度計の一例のブロック図である。
【図８】図７の一酸化炭素濃度計の回路図である。
【図９】図７の一酸化炭素濃度計の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の一酸化炭素センサ複合素子を用いる一酸化炭素濃度計の一例のフローチャートである。
【図１１】本発明の一酸化炭素センサ複合素子を用いたの他の場合の出力例を示す図である。
【図１２】本発明の一酸化炭素センサ複合素子の他の例１’を示す図である。
（ａ）上方からの斜視図
（ｂ）断面図
（Ｃ）下方からの斜視図
【符号の説明】
１    本発明に係る一酸化炭素センサ複合素子
１’    本発明に係る一酸化炭素センサ複合素子
Ａ    固体電解質型センサ素子部
Ｂ    接触燃焼式センサ検知部
ａ    上部電極
ａ’  リード部
ｂ    下部電極
ｂ’  リード部
ｃ    固体電解質
ｄ    ガス拡散層
ｅ    アルミナ絶縁層
ｈ    接触燃焼式センサ素子
ｈ１  酸化触媒層
ｈ２  白金ヒータ
ｉ    補償素子
ｉ１  補償層
ｉ２  白金ヒータ
【図１】
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【図２】
0003658285.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003658285.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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