電気化学式ガスセンサ/ガスセンサのリーディングカンパニーフィガロ技研

ガスセンサとは ~ガスセンサの検知原理~

動画でわかる!ガスセンサ

ガスセンサとは、目に見えないガスの存在を調べることができるセンシングデバイスです。家庭の都市ガス・プロパンガス警報器をはじめとして、エアコンや空気清浄機、自動車等に広く使われています。
その中で、当社が得意とする4つのガス検知の原理を解説いたします。

  • 半導体式
  • 接触燃焼式
  • 電気化学式
  • NDIR式

センサ素子構成と電極反応式

センサは貴金属触媒による検知極、対極及びイオン伝導体で構成されています。 COなどの検知対象ガスが存在すると検知極では触媒上で空気中の水蒸気と(1)式で示される反応が発生します。

CO + H2O → CO2+ 2H+ + 2e- …(1)

検知極と対極を電気的に接続(ショート)しますと、検知極で発生したプロトン(H+)はイオン伝導体を介して、同時に発生した電子(e-)は外部の電線(リード)を介して、それぞれ対極に到達し、対極上で空気中の酸素との間で(2)式で示される反応が発生します。

(1/2)O2 + 2H+ + 2e- → H2O …(2)

つまりこのセンサは反応式(1)(2)からなる(3)式で示す全電池反応で構成された、ガスを活物質とする電池と見なすことができます。

CO + (1/2)O2 → CO2 …(3)

ガスセンサとして使う場合は、検知極と対極を電気的に接続し、その短絡電流を測定します。

CO濃度検知原理式

外部回路を流れる短絡電流とガス濃度の関係はセンサに適切な拡散制御(ガス流入量をコントロール)することによって(4)式で示される比例関係にあります(右図)。

I = F × (A/σ) × D × C × n …(4)

ここで I:短絡電流、F:ファラデー定数、A:拡散孔面積、σ:拡散層長さ、D:ガス拡散係数、C:ガス濃度、n:反応電子数

特長

反応式(1)で示される酸化電位は、酸化電極電位の基準(2H+ + 2e- ⇔ H2)より低い値を示す(卑の電位を持つ)ため、この反応は外部からの電圧、温度他のエネルギーを消費することなく選択的に進行しますので、他の検知方式に比較して干渉性、再現性、省電力性に優れています。

  • 半導体式
  • 接触燃焼式
  • 電気化学式
  • NDIR式