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公開番号2025125345
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-27
出願番号2024021343
出願日2024-02-15
発明の名称分子センサ
出願人東レエンジニアリング株式会社,東レエンジニアリングDソリューションズ株式会社
代理人個人,個人
主分類G01N 27/409 20060101AFI20250820BHJP(測定;試験)
要約【課題】補償導線を用いることなく熱電対によって測定した電解質層の温度に基づく被測定ガス中の分子濃度測定の精度を向上させることができる分子センサを提供する。
【解決手段】少なくとも1種類の分子に関するイオン伝導性を有する電解質によって構成された濃度センサ素子31と濃度センサ素子31を挟むように配置された一対のセンサ電極である測定電極32及び基準電極33とを含む濃度測定部3と、濃度センサ素子31の温度を測定する熱電対5と、測定電極32及び基準電極33及び熱電対5が接続され、測定電極32及び基準電極33及び熱電対5の電気信号を外部に伝達するためのコネクタ部6と、を有する分子センサである。コネクタ部6の温度を熱電対5の基準温度54として測定する基準温度測定部7を有し、コネクタ部6を介して基準温度測定部7の電気信号を外部に伝達する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも１種類の分子に関するイオン伝導性を有する電解質によって構成された電解質層と前記電解質層を挟むように配置された一対のセンサ電極とを含む濃度測定部と、
前記電解質層の温度を測定する熱電対と、
前記センサ電極及び前記熱電対が接続され、前記センサ電極及び前記熱電対の電気信号を外部に伝達するためのコネクタ部と、を有する分子センサであって、
前記コネクタ部の温度を前記熱電対の基準温度として測定する基準温度測定部を有し、前記コネクタ部を介して前記基準温度測定部の電気信号を外部に伝達する、
分子センサ。
続きを表示（約 340 文字）【請求項２】
請求項１に記載の分子センサにおいて、
前記基準温度測定部は、
前記熱電対が接続される前記コネクタ部のコネクタピンの温度を測定する、
分子センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の分子センサにおいて、
前記基準温度測定部は、
前記熱電対の基準接点の温度を測定する、
分子センサ。
【請求項４】
請求項１に記載の分子センサにおいて、
前記基準温度測定部は、半導体温度センサである、
分子センサ。
【請求項５】
請求項１に記載の分子センサにおいて、
前記基準温度測定部は、
前記熱電対の基準接点において絶縁体で封止される、
分子センサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、分子センサに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、特定分子の選択的酸化還元反応を利用して特定分子の濃度を測定する分子センサが知られている。例えば、特許文献１に記載の酸素濃度測定装置は、高温で酸素イオンを選択的に透過させる固体電解質であるジルコニア素子の両面に加工された電極上で起こる酸素分子と酸素イオンとの酸化還元反応によって、両電極に接する酸素分子濃度の比に応じた起電力が発生することを利用している。一方の電極に酸素分子濃度が既知である基準ガスを接触させ、もう一方の電極に被測定ガスを接触させることによって両電極間に生じる起電力と、前記起電力が生じている状態における固体電解質の温度とから、ネルンストの理論式に基づいて被測定ガス中の酸素分子濃度を測定することができる。
【０００３】
前記ネルンストの理論式から明らかなように、前記起電力は、前記固体電解質の温度に応じて変動する。よって、酸素分子濃度を正確に測定するためには、前記固体電解質の温度（前記固体電解質の周囲に位置する基準ガスの温度）を正確に測定することが求められる。特許文献１の酸素濃度測定装置は、基準ガスの温度を測定するために熱電対が用いられている。前記熱電対は、測定接点と基準接点との温度差に応じた起電力による電流を流すように構成されている。特許文献１に記載の発明は、製造上の個体差によって前記熱電対の測定接点の位置のばらつきによって測定温度がばらつくという課題に対して、前記熱電対の測定接点を構造部材に構成された小さな空間内に配置することにより前記熱電対が検出した前記基準ガスの温度のばらつきを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１４－１２２８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した酸素濃度測定装置のように加熱された前記固体電解質の温度を熱電対によって測定する場合、該熱電対の測定接点は、固体電解質の電極の部分に配置される。また、前記熱電対の基準接点（冷接点）は、冷接点補償が可能となるように熱電対計測器に直接接続される。一方、多芯ケーブルによって制御装置と接続される分子センサは、前記熱電対の基準接点を制御装置にある熱電対計測器に直接接続することができないため、前記熱電対の基準接点を分子センサ内部に設けられる。
【０００６】
また、前記熱電対の測定精度を向上させる補償導線は、繰り返しの屈曲、捩じれ、引っ張り、摩耗等に弱いため、前記分子センサから前記熱電対計測器まで配線し難い。前記多芯ケーブルの一対の芯を前記熱電対の補償導線によって構成する場合、前記多芯ケーブルの汎用性を低下させ、且つ価格の高騰を招く。よって、このような分子センサでは、前記測定接点の温度と前記分子センサ内部にある基準接点との温度差に基づいた前記熱電対の起電力による電流が前記熱電対計測器に出力される。
【０００７】
前記基準接点の温度は、前記熱電対の温度を算出する制御基板と同一であるという前提に基づいて、前記制御基板に設けられている温度センサが検出する前記制御基板の温度が用いられる。しかしながら、内部に前記基準接点が位置する前記分子センサでは、高温の前記固定電解質の影響によって、前記基準接点の温度が前記制御基板の温度よりも高くなる。よって、前記固体電解質の温度が高くなるほど、前記基準接点の温度と前記制御基板の温度との温度差が増大し、前記分子センサの測定精度が低下する問題があった。
【０００８】
前記固定電解質が加熱されない分子センサにおいても、センサ内の基準接点の温度は、周囲環境の温度の影響、分子センサの構造の個体差による放熱の程度の違いによって、前記制御基板の温度と温度差が生じ、前記分子センサの測定精度が低下する場合があった。
【０００９】
本発明の目的は、補償導線を用いることなく熱電対によって測定した電解質層の温度に基づく被測定ガス中の分子濃度測定の精度を向上させた分子センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、熱電対によって固体電解質の温度を測定する分子センサにおいて、固体電解質の温度を正確に測定し、被測定ガス中の分子濃度測定の精度を向上させた分子センサの構成について検討した。鋭意検討の結果、本発明者は、以下のような構成に想到した。
（【００１１】以降は省略されています）

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