CN107941885A

CN107941885A - 气体传感器

Info

Publication number: CN107941885A
Application number: CN201710887989.6A
Authority: CN
Inventors: 冈本拓; 森伸彦; 中山裕葵
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2018-04-20
Anticipated expiration: 2037-09-27
Also published as: US20180100828A1; DE102017009119A1; JP2018063145A; DE102017009119B4; US10551341B2; JP6737680B2; CN107941885B

Abstract

本发明提供一种气体传感器，与以往的多气体传感器相比具有简单的构成、且能够同时测定NOx和NH₃。基于在NOx测定电极与外侧泵电极之间流通的泵电流来确定被测定气体中的NOx浓度的气体传感器中，通过使外侧泵电极不产生针对NH₃的催化活性，可以使传感器元件还具有NH₃传感器部，该NH₃传感器部包括由外侧泵电极、基准电极、以及两个电极之间的固体电解质构成的混合电位单元，在将传感器元件加热到400℃～600℃时，能够同时并行或选择性地执行基于在外侧泵电极与基准电极之间产生的电位差的NH₃浓度的确定和基于泵电流和NH₃浓度的NOx浓度的确定。

Description

气体传感器

技术领域

本发明涉及检出被测定气体中的规定气体成分的气体传感器，特别涉及其构成及动作。

背景技术

以往，为了得知例如以来自汽车的发动机等内燃机的尾气为代表的、被测定气体中的所期望的气体成分的浓度，使用各种气体传感器。例如，作为测定燃烧气体等被测定气体中的NOx浓度的装置，众所周知：具备使用氧化锆(ZrO₂)等氧离子传导性固体电解质形成的传感器元件的NOx传感器(例如参见专利文献1～专利文献3)。

另外，还众所周知：应对在被测定气体中除了存在NOx以外还存在NH₃(氨气)的情况下NOx传感器的输出值依赖于NH₃(氨气)而发生变化的、NH₃(氨气)干涉性问题的气体传感器(气体浓度测定系统)(例如参见专利文献4及专利文献5)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3756123号公报

专利文献2：日本特许第3798412号公报

专利文献3：日本特许第3771569号公报

专利文献4：日本特开2015－215334号公报

专利文献5：日本特开2016－14597号公报

发明内容

专利文献4中，基于空燃比(A/F)与O₂浓度、及空燃比(A/F)与H₂O浓度之间存在一定的关系，通过NOx传感器来测定原来的NOx浓度与来源于NH₃的NOx浓度的总浓度，通过由该总浓度减去基于空燃比(A/F)和传感器外NH₃浓度而计算出的源自于NH₃的NOx浓度，能够得到原来的NOx浓度。即，能够除去NOx传感器的NH₃干涉性。但是，实际的汽车中，在来自发动机的排气管中会发生水的凝结(特别是寒冷时)或者进行EGR控制，因此，空燃比(A/F)与H₂O浓度的关系没有相关性，这意味着难以推定传感器外NH₃浓度。

另外，专利文献5中公开以下方案：基于使NOx传感器的控制温度不同而求出的2组NOx浓度，计算出NH₃浓度。但是，温度越低，构成传感器元件的氧化锆电解质的阻力越大，电流越不易流通，因此，在NOx传感器的控制温度较低的情况下，不能很好地进行O₂的泵送及NOx的还原的可能性较高。另外，每次切换(转换)控制温度时都需要等待传感器元件的温度稳定，因此，认为转换间隔不得不延长。所以，推测在实际的内燃机动作中使用专利文献5中公开的气体浓度测定系统很难测定实时的浓度。

本发明是鉴于上述课题而实施的，其目的是提供一种在一个控制温度下能够同时测定NOx浓度和NH₃浓度、并且还能够边转换边进行两者的测定的气体传感器。

为了解决上述课题，本发明的第一方案是检出被测定气体中的规定气体成分的气体传感器，其特征在于，包括传感器元件、加热器以及控制器，该传感器元件是将多个氧离子传导性固体电解质层进行层叠而构成的，该加热器设置于所述传感器元件的内部，且对所述传感器元件进行加热，所述传感器元件具有NOx传感器部，该NOx传感器部包括：气体导入口，该气体导入口为来自外部空间的被测定气体的导入口；至少1个内部空腔，该至少1个内部空腔待导入所述被测定气体；空腔前扩散阻力赋予部，该空腔前扩散阻力赋予部在从所述外部空间至所述至少1个内部空腔之间，对所述被测定气体赋予0.90(1/mm)～6.00(1/mm)的扩散阻力；NOx测定电极，该NOx测定电极面向所述至少1个内部空腔而形成；外侧泵电极，该外侧泵电极形成于所述传感器元件的表面；以及基准电极，该基准电极配置在所述多个氧离子传导性固体电解质层中的2个之间，待与基准气体接触；并且，通过所述NOx测定电极、所述外侧泵电极、以及所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间的固体电解质而构成电化学泵单元、亦即测定用泵单元，所述外侧泵电极不会产生针对NH₃的催化活性，由此，所述传感器元件还具有NH₃传感器部，该NH₃传感器部包括由所述外侧泵电极、所述基准电极、以及所述外侧泵电极与所述基准电极之间的固体电解质构成的混合电位单元，所述控制器在将所述传感器元件通过所述加热器而加热到400℃～600℃的元件控制温度的状态下，能够同时并行或选择性地执行NH₃浓度的确定和所述被测定气体中的NOx浓度的确定，NH₃浓度的确定是基于所述混合电位单元中在所述外侧泵电极与所述基准电极之间产生的电位差来进行的，所述被测定气体中的NOx浓度的确定是在对施加到所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间的电压进行控制而使所述NOx测定电极与所述基准电极之间的电位差保持恒定的状态下，基于在所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间流通的泵电流和所述NH₃浓度来进行的。

本发明的第二方案的特征在于，在第一方案所涉及的气体传感器的基础上，所述外侧泵电极包含贵金属与具有氧离子传导性的固体电解质的金属陶瓷，所述贵金属为Pt－Au合金，构成所述外侧泵电极的贵金属粒子的表面上、所述Au被覆的部分相对于所述Pt暴露出来的部分的面积比率、亦即Au存在比为0.25～2.30。

本发明的第三方案的特征在于，在第一或第二方案所涉及的气体传感器的基础上，所述控制器一边以100msec以下的时间间隔交替切换一边进行用于确定所述NH₃浓度的所述电位差的测定和用于确定所述NOx浓度的所述泵电流的测定，并在所述电位差的测定时，使所述测定用泵单元停止。

本发明的第四方案的特征在于，在第一或第二方案所涉及的气体传感器的基础上，所述控制器能够在任意的时机选择性地进行用于确定所述NH₃浓度的所述电位差的测定和用于确定所述NOx浓度的所述泵电流的测定，并在所述电位差的测定时，使所述测定用泵单元停止。

本发明的第五方案的特征在于，在第一～第四方案中的任意一个方案所涉及的气体传感器的基础上，所述至少1个内部空腔为第一内部空腔和第二内部空腔，所述NOx测定电极设置于所述第二内部空腔，且具有NOx还原能力，所述气体传感器还包括：内侧泵电极，该内侧泵电极面向所述第一内部空腔而形成；以及辅助泵电极，该辅助泵电极面向所述第二内部空腔而形成；从所述外部空间至所述第一内部空腔之间为所述空腔前扩散阻力赋予部，所述第一内部空腔和所述第二内部空腔借助对所述被测定气体赋予规定的扩散阻力的扩散速度控制部而连通，由所述内侧泵电极、所述外侧泵电极、以及所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间的固体电解质构成在所述第一内部空腔与外部空间之间进行氧的汲入或汲出的主泵单元，由所述辅助泵电极、所述外侧泵电极、以及所述辅助泵电极与所述外侧泵电极之间的固体电解质构成从所述第二内部空腔朝向外部空间进行氧的汲出的电化学泵单元、亦即辅助泵单元，所述NOx测定电极还原被所述主泵单元及所述辅助泵单元控制了氧分压的所述被测定气体中的NOx而产生的氧通过所述测定用泵单元而被汲出，由此，所述泵电流在所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间流通。

根据本发明的第一～第五方案，实现了与以往的NOx传感器相比、无需在构成上进行任何复杂化、并且、即便不改变元件控制温度也能够同时并行或选择性地进行被测定气体中的NH₃浓度和NOx浓度的确定的气体传感器(多气体传感器)。

特别是，根据第三及第四方案，能够以与同时并行地进行NH₃浓度和NOx浓度的确定的情形相比更加优异的精度求出NH₃浓度。

附图说明

图1是包含沿着传感器元件101的长度方向的垂直截面图的、概略地表示气体传感器100的构成之一例的图。

图2是表示制作传感器元件101时的处理流程的图。

图3是例示混合电位单元61产生的电动势EMF与NH₃浓度的关系的图。

图4是表示空腔前扩散阻力不同的多个气体传感器100的、主泵单元21的O₂泵送能力的图。

图5是表示混合电位单元61产生的电动势EMF相对于NH₃浓度的依赖性显著的气体传感器100的、被测定气体中共存有NH₃和NOx的情况下的电动势EMF相对于NH₃浓度的依赖性的图。

图6是例示没有问题地进行O₂泵送的气体传感器100的、被测定气体中共存有NH₃和NOx的情况下的泵电流Ip2的NH₃浓度依赖性的图。

符号说明

1-第一基板层、2-第二基板层、3-第三基板层、4-第一固体电解质层、5-隔离层、6-第二固体电解质层、10-气体导入口、20-第一内部空腔、21-主泵单元、22-内侧泵电极、23-外侧泵电极、24-可变电源、40-第二内部空腔、41-测定用泵单元、42-基准电极、43-基准气体导入空间、44-测定电极、45-扩散速度控制部、50-辅助泵单元、51-辅助泵电极、61-混合电位单元、70-加热器部、71-加热器电极、72-加热器、100-气体传感器、101-传感器元件、102-控制器。

具体实施方式

＜气体传感器的概略构成＞

对本实施方式所涉及的气体传感器100的概略构成进行说明。图1是包含气体传感器100的沿着主要构成部件、亦即传感器元件101的长度方向的垂直截面图的、概略地表示气体传感器100的构成之一例的图。传感器元件101具有分别将包含氧化锆(ZrO₂)等氧离子传导性固体电解质层的第一基板层1、第二基板层2、第三基板层3、第一固体电解质层4、隔离层5、以及第二固体电解质层6共六层在附图视图下自下侧开始按该顺序层叠得到的结构。另外，形成这六层的固体电解质是致密的气密性固体电解质。该传感器元件101如下制造：例如对与各层相对应的陶瓷生片进行规定的加工及电路图案的印刷等，然后，将它们层叠，进而，进行烧成使其一体化。

在传感器元件101的一前端部且是第二固体电解质层6的下表面与第一固体电解质层4的上表面之间，以按以下顺序连通的形态邻接形成有气体导入口10、第一扩散速度控制部11、缓冲空间12、第二扩散速度控制部13、第一内部空腔20、第三扩散速度控制部30、以及第二内部空腔40。

气体导入口10、缓冲空间12、第一内部空腔20、以及第二内部空腔40是设置成将隔离层5挖穿而成的形态的、上部被第二固体电解质层6的下表面区隔、下部被第一固体电解质层4的上表面区隔、侧部被隔离层5的侧面区隔而得到的传感器元件101内部的空间。

第一扩散速度控制部11、第二扩散速度控制部13、以及第三扩散速度控制部30均设置成2条横长的(开口在与附图垂直的方向上具有长度方向的)狭缝。应予说明，也将从气体导入口10至第二内部空腔40的部位称为气体流通部。

另外，在比气体流通部远离前端侧的位置，在第三基板层3的上表面与隔离层5的下表面之间且是侧部被第一固体电解质层4的侧面区隔的位置设置有基准气体导入空间43。大气被作为基准气体导入基准气体导入空间43。

大气导入层48是由多孔质氧化铝形成的层，作为基准气体的大气通过基准气体导入空间43而导入大气导入层48。另外，大气导入层48形成为被覆基准电极42。

基准电极42是形成为被第三基板层3的上表面和第一固体电解质层4夹持的形态的电极，如上所述，在其周围设置有与基准气体导入空间43相连接的大气导入层48。另外，如后所述，可以使用基准电极42来测定第一内部空腔20内、第二内部空腔40内的氧浓度(氧分压)。

气体流通部中，气体导入口10是相对于外部空间而言开口的部位，被测定气体通过该气体导入口10而从外部空间进入传感器元件101内。

第一扩散速度控制部11是对从气体导入口10进入的被测定气体赋予规定的扩散阻力的部位。

缓冲空间12是为了将由第一扩散速度控制部11导入的被测定气体向第二扩散速度控制部13引导而设置的空间。

第二扩散速度控制部13是对从缓冲空间12导入第一内部空腔20的被测定气体赋予规定的扩散阻力的部位。

在被测定气体从传感器元件101外部导入至第一内部空腔20内时，因外部空间中的被测定气体的压力变化(被测定气体为汽车的尾气的情况下，是排气压的脉动)而从气体导入口10急剧进入传感器元件101内部的被测定气体不是直接被导入第一内部空腔20，而是通过第一扩散速度控制部11、缓冲空间12、第二扩散速度控制部13消除被测定气体的浓度变化，然后被导入第一内部空腔20。由此，向第一内部空腔20导入的被测定气体的浓度变化为几乎可以忽视的程度。

第一内部空腔20设置成用于对通过第二扩散速度控制部13而导入的被测定气体中的氧分压进行调整的空间。通过主泵单元21工作来调整该氧分压。

主泵单元21是由面向第一内部空腔20的具有设置于第二固体电解质层6的下表面的大致整面的顶部电极部22a的内侧泵电极22、以暴露在外部空间中的形态设置于第二固体电解质层6的上表面的与顶部电极部22a相对应的区域的外侧泵电极23、以及被这些电极夹持的第二固体电解质层6构成的电化学泵单元。

内侧泵电极22被形成为：横跨于区隔第一内部空腔20的上下的固体电解质层(第二固体电解质层6及第一固体电解质层4)及提供侧壁的隔离层5。具体而言，在提供第一内部空腔20的顶面的第二固体电解质层6的下表面形成有顶部电极部22a，另外，在提供底面的第一固体电解质层4的上表面形成有底部电极部22b，并且，侧部电极部(省略图示)被形成于构成第一内部空腔20的两个侧壁部的隔离层5的侧壁面(内表面)，以便将顶部电极部22a和底部电极部22b连接在一起，从而，在该侧部电极部的配置部位，配置成隧道形态的结构。

内侧泵电极22形成为多孔质金属陶瓷电极(例如包含1％Au的Pt与ZrO₂的金属陶瓷电极)。应予说明，与被测定气体接触的内侧泵电极22是使用减弱了针对被测定气体中的NOx成分的还原能力的材料而形成的。

另一方面，外侧泵电极23也同样地形成为按规定的比率包含Au的Pt、亦即Pt－Au合金与氧化锆的多孔质金属陶瓷电极。其中，外侧泵电极23形成为：对于规定的浓度范围不能产生针对NH₃(氨气)气体的催化活性、亦即、抑制NH₃气体的分解反应。由此，气体传感器100中，外侧泵电极23的电位针对该浓度范围的NH₃有选择性地根据其浓度而变动(具有相关性)。换言之，外侧泵电极23设置成具有以下特性：针对该浓度范围的NH₃气体，电位的浓度依赖性较高，另一方面，针对被测定气体的其它成分，电位的浓度依赖性较低。后面，对这一点的详细内容进行说明。

主泵单元21中，通过可变电源24向内侧泵电极22与外侧泵电极23之间施加所期望的泵电压Vp0，使泵电流Ip0沿着正方向或者负方向在内侧泵电极22与外侧泵电极23之间流通，由此，能够将第一内部空腔20内的氧汲出到外部空间，或者，将外部空间的氧汲入第一内部空腔20。

另外，为了检出第一内部空腔20的气氛中的氧浓度(氧分压)，由内侧泵电极22、第二固体电解质层6、隔离层5、第一固体电解质层4、第三基板层3、以及基准电极42构成电化学传感器单元、即、主泵控制用氧分压检测传感器单元80。

通过测定主泵控制用氧分压检测传感器单元80中的电动势V0，可知第一内部空腔20内的氧浓度(氧分压)。

此外，通过以电动势V0恒定的方式对Vp0进行反馈控制来控制泵电流Ip0。由此，第一内部空腔20内的氧浓度保持在规定的恒定值。

第三扩散速度控制部30是对在第一内部空腔20因主泵单元21的动作而使得氧浓度(氧分压)被控制的被测定气体赋予规定的扩散阻力、从而将该被测定气体导入第二内部空腔40的部位。

第二内部空腔40设置成用于进行通过第三扩散速度控制部30而导入的被测定气体中的氮氧化物(NOx)浓度的确定所涉及的处理的空间。NOx浓度的确定主要是在利用辅助泵单元50调整了氧浓度的第二内部空腔40中，进一步通过测定用泵单元41进行动作来实施的。

第二内部空腔40中，利用辅助泵单元50对预先在第一内部空腔20中调整了氧浓度(氧分压)后、通过第三扩散速度控制部而导入的被测定气体再次调整氧分压。由此，能够将第二内部空腔40内的氧浓度高精度地保持恒定，因此，该气体传感器100中，能够高精度地确定NOx浓度。

辅助泵单元50是由面向第二内部空腔40的具有设置于第二固体电解质层6的下表面的大致整体的顶部电极部51a的辅助泵电极51、外侧泵电极23(不限于外侧泵电极23，只要是传感器元件101和外侧的适当电极即可)、以及第二固体电解质层6构成的辅助性的电化学泵单元。

辅助泵电极51在第二内部空腔40内配置成与之前的设置于第一内部空腔20内的内侧泵电极22同样的隧道形态的结构。亦即，在提供第二内部空腔40的顶面的第二固体电解质层6形成有顶部电极部51a，另外，在提供第二内部空腔40的底面的第一固体电解质层4形成有底部电极部51b，并且，将顶部电极部51a和底部电极部51b连结在一起的侧部电极部(省略图示)分别形成于提供第二内部空腔40的侧壁的隔离层5的两个壁面，由此，成为隧道形态的结构。

应予说明，对于辅助泵电极51，与内侧泵电极22同样地也是使用减弱了针对被测定气体中的NOx成分的还原能力的材料形成的。

辅助泵单元50中，向辅助泵电极51与外侧泵电极23之间施加所期望的电压Vp1，由此，能够将第二内部空腔40内的气氛中的氧汲出到外部空间，或者，从外部空间汲入到第二内部空腔40内。

另外，为了控制第二内部空腔40内的气氛中的氧分压，由辅助泵电极51、基准电极42、第二固体电解质层6、隔离层5、第一固体电解质层4、以及第三基板层3构成电化学传感器单元、即、辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81。

辅助泵单元50利用基于该辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81检测的电动势V1控制电压的可变电源52进行泵送。由此，第二内部空腔40内的气氛中的氧分压被控制至实质上对NOx的检测没有影响的较低的分压。

另外，与此同时，其泵电流Ip1用于控制主泵控制用氧分压检测传感器单元80的电动势。具体而言，泵电流Ip1作为控制信号输入主泵控制用氧分压检测传感器单元80，控制其电动势V0，由此，控制为从第三扩散速度控制部30导入第二内部空腔40内的被测定气体中的氧分压的梯度始终恒定。在用作NOx传感器时，第二内部空腔40内的氧浓度因主泵单元21和辅助泵单元50的工作而保持在约0.001ppm左右的恒定的值。

测定用泵单元41在第二内部空腔40内承担被测定气体中的NOx的检测。测定用泵单元41是由面向第二内部空腔40的设置于第一固体电解质层4的上表面且是远离第三扩散速度控制部30的位置的NOx测定电极(以下简称为测定电极)44、外侧泵电极23、第二固体电解质层6、隔离层5、以及第一固体电解质层4构成的电化学泵单元。

测定电极44是多孔质金属陶瓷电极。测定电极44还作为对第二内部空腔40内的气氛中存在的NOx进行还原的NOx还原催化剂发挥作用。此外，测定电极44被第四扩散速度控制部45被覆。

第四扩散速度控制部45是由以氧化铝(Al₂O₃)为主成分的多孔体构成的膜。第四扩散速度控制部45承担限制流入测定电极44的NOx的量的作用，并且，还作为测定电极44的保护膜(测定电极保护层)发挥作用。

测定用泵单元41中，能够将测定电极44的周围的气氛中的因氮氧化物分解而产生的氧汲出，从而以泵电流Ip2的形式检出其生成量。

另外，为了检出测定电极44的周围的氧分压，由第二固体电解质层6、隔离层5、第一固体电解质层4、第三基板层3、测定电极44、以及基准电极42构成电化学传感器单元、即、测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82。基于测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检出的电动势V2来控制可变电源46。

导入第二内部空腔40内的被测定气体在氧分压被控制的状况下通过第四扩散速度控制部45而到达测定电极44。测定电极44的周围的被测定气体中的氮氧化物被还原(2NO→N₂+O₂)而生成氧。并且，该生成的氧被测定用泵单元41泵送，此时，对可变电源46的电压Vp2进行控制，以使测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检测的控制电压V2恒定。测定电极44的周围生成的氧的量与被测定气体中的氮氧化物的浓度成比例，因此，可以使用测定用泵单元41中的泵电流Ip2来计算出被测定气体中的NOx浓度。应予说明，被测定气体中共存有NOx和NH₃的情况下，泵电流Ip2的值还受到NH₃浓度的影响(具有NH₃干涉性)，因此，NOx浓度的确定中还需要考虑该NH₃干涉性。后面，对这一点进行说明。

另外，如果将测定电极44、第一固体电解质层4、第三基板层3、以及基准电极42组合而构成氧分压检测机构作为电化学传感器单元，则能够检出与因测定电极44的周围的气氛中的NOx成分的还原而生成的氧的量和基准大气中包含的氧的量的差值相对应的电动势，由此，也能够求出被测定气体中的NOx浓度。

另外，由第二固体电解质层6、隔离层5、第一固体电解质层4、第三基板层3、外侧泵电极23、以及基准电极42构成电化学传感器单元83，能够利用由该传感器单元83得到的电动势Vref检出传感器外部的被测定气体中的氧分压。

以上说明的、传感器元件101的构成中的、在元件长度方向上从气体导入口10至第二内部空腔40的部分、及该部分具备的电极、泵单元及传感器单元等主要是与基于极限电流方式测定NOx浓度有关系的部位，因此，本实施方式中，将这些部位也称为传感器元件101的NOx传感器部。

另一方面，如上所述，传感器元件101中，外侧泵电极23形成为：不会产生针对NH₃气体的催化活性。另外，基准电极42在气体传感器100使用时配置于大气(氧)中，由此，始终具有恒定的电位。由此，传感器元件101中，由该外侧泵电极23、基准电极42、以及两个电极之间存在的固体电解质层构成混合电位单元61。即，气体传感器100中，还能够基于混合电位的原理，利用因两个电极附近的NH₃浓度的不同而产生电位差，求出被测定气体中的NH₃的浓度。

本实施方式中，将传感器元件101中的、构成混合电位单元61的部分也称为NH₃传感器部。另外，基准电极42不仅用于该NH₃传感器部，如上所述，还用于NOx传感器部，因此，也称为通用基准电极。像这样，NOx传感器部和NH₃传感器部共有基准电极42，由此，传感器元件101中，与分别另行具有基准电极的以往的多气体传感器相比，内部结构得到简化，并且，还实现了省空间化。

更详细而言，传感器元件101中，通过适当地规定构成外侧泵电极23的Pt－Au合金粒子的表面上的Au存在比，使得外侧泵电极23针对NH₃气体不能产生催化活性。具体而言，如果外侧泵电极23的Au存在比为0.25～2.30，则外侧泵电极23的电位在0ppm～1000ppm的浓度范围内外侧泵电极23与基准电极42之间的电位差(电动势)EMF对NH₃浓度的依赖性显著。如果Au存在比超过2.30，则外侧泵电极23的氧泵送能力降低，故不优选。

应予说明，本说明书中，所谓Au存在比，是指构成外侧泵电极23的贵金属粒子的表面上的、Au被覆的部分相对于Pt暴露出来的部分的面积比率。本说明书中，使用通过对贵金属粒子的表面进行AES(俄歇电子分光法)分析而得到的俄歇光谱中的Au和Pt的检测值，以式(1)计算出Au存在比。在Pt暴露出来的部分的面积和被Au被覆的部分的面积相等时，Au存在比为1。

Au存在比＝Au检测值/Pt检测值···(1)

应予说明，还可以使用相对灵敏度系数法，由通过对贵金属粒子的表面进行XPS(X射线光电子分光法)分析而得到的Au和Pt的检测峰的峰强度计算出Au存在比。该方法得到的Au存在比的值和基于AES分析的结果计算出的Au存在比的值可视为实质上相同。

另外，式(1)所示的Au存在比还可以使用于外侧泵电极23以外的电极。特别是，内侧泵电极22及辅助泵电极51优选设置成Au存在比为0.01～0.3。这种情况下，内侧泵电极22及辅助泵电极51中，针对氧以外成分的催化活性有所降低，针对氧的选择分解能力有所提高。更优选为0.1～0.25，进一步优选为0.2～0.25。

此外，传感器元件101包括承担对传感器元件101进行加热并保温的温度调整作用的加热器部70。加热器部70包括：加热器电极71、加热器72、通孔73、加热器绝缘层74、以及压力释放孔75。加热器电极71是形成为与第一基板层1的下表面相接触的形态的电极。通过将加热器电极71与外部电源连接，能够从外部向加热器部70供电。

加热器72是形成为被第二基板层2和第三基板层3上下夹持的形态的电阻体。加热器72经由通孔73而与加热器电极71连接，通过该加热器电极71而由外部供电，由此，进行发热，对形成传感器元件101的固体电解质进行加热、保温。

另外，加热器72埋设于第一内部空腔20至第二内部空腔40的整个区域，能够对传感器元件101整体的温度进行调整。

加热器绝缘层74是在加热器72的上下表面通过氧化铝等绝缘体形成的绝缘层。加热器绝缘层74是为了得到第二基板层2与加热器72之间的电绝缘性、及、第三基板层3与加热器72之间的电绝缘性的目的而形成的。

压力释放孔75是设置成贯穿第三基板层3且与基准气体导入空间43相连通的部位，是为了缓和加热器绝缘层74内的温度上升所导致的内压上升的目的而形成的。

通过与各部分电连接的控制器(控制机构)102对气体传感器100的各部分的动作、例如利用可变电源向泵单元施加电压、利用加热器72进行的加热等进行控制。此外，控制器102基于在测定用泵单元41中流通的泵电流Ip2确定被测定气体中的NOx浓度。另外，基于传感器元件101的混合电位单元61产生的电动势EMF确定被测定气体中的NH₃浓度。即，控制器102还作为确定NOx浓度以及NH₃浓度的浓度确定机构发挥作用。应予说明，图1中，仅有电动势EMF和泵电流Ip2以箭头与控制器102连结，但是，这是为了方便图示，当然其它电位差值、泵电流值等也供给到控制器102。通用的个人计算机可以适用于控制器102。

应予说明，传感器元件101可以在第二固体电解质层6的上表面具备以被覆外侧泵电极23的形态设置的未图示的表面保护层。表面保护层是为了防止被测定气体中包含的中毒物质附着于外侧泵电极23的目的而设置的。该表面保护层的优选例之一是由多孔质的氧化铝形成。但是，表面保护层设置成：具有不会对气体在外侧泵电极23与元件外部之间的流通速度进行控制的气孔径及气孔尺寸。

＜传感器元件的制造工艺＞

接下来，对制造图1例示的传感器元件101的工艺进行说明。概略而言，图1例示的传感器元件101如下制作：形成由包含氧化锆等氧离子传导性固体电解质作为陶瓷成分的生片构成的层叠体，并将该层叠体切断、烧成。作为氧离子传导性固体电解质，例如可以举出在氧化锆内部以3mol％以上的比率添加三氧化二钇而得到的钇部分稳定氧化锆(YSZ)等。

图2是表示制作传感器元件101时的处理流程的图。制作传感器元件101的情况下，首先，准备没有形成图案的生片、亦即半成品片材(blank sheet)(未图示)(步骤S1)。具体而言，准备与第一基板层1、第二基板层2、第三基板层3、第一固体电解质层4、隔离层5、以及第二固体电解质层6相对应的6块半成品片材。在半成品片材设置有用于印刷时、层叠时的定位的多个片材孔。该片材孔由冲压装置的冲孔处理等预先形成。应予说明，相对应的层构成内部空间的生片的情况下，还通过同样的冲孔处理等预先设置有与该内部空间相对应的贯通部。另外，与传感器元件101的各层相对应的各半成品片材的厚度不需要完全相同。

当准备好与各层相对应的半成品片材时，对各半成品片材进行形成各种图案的图案印刷、干燥处理(步骤S2)。具体而言，形成各泵电极的电极图案、加热器72的图案、大气导入层48、省略图示的内部配线等。此外，还可以印刷表面保护层的图案。应予说明，还对第一基板层1印刷在后续工序中切断层叠体时作为切断位置的基准的切割标记。

利用公知的丝网印刷技术，将根据各形成对象所要求的特性而准备的图案形成用糊涂布于半成品片材，由此，进行各图案的印刷。对于印刷后的干燥处理，也可以利用公知的干燥方法。

当图案印刷结束时，进行用于将与各层相对应的生片彼此层叠、接合的接合用糊的印刷、干燥处理(步骤S3)。接合用糊的印刷可以利用公知的丝网印刷技术，对于印刷后的干燥处理，也可以利用公知的干燥方法。

接下来，将涂布有接合剂的生片按规定的顺序堆叠，通过赋予规定的温度、压力条件而使其压接，进行使其成为一个层叠体的压接处理(步骤S4)。具体而言，一边利用片材孔进行定位，一边将作为层叠对象的生片堆叠于未图示的规定的层叠夹具并保持，通过公知的液压机等层叠机连同层叠夹具一起进行加热、加压，由此，进行层叠。进行加热、加压的压力、温度、时间也依赖于使用的层叠机，只要按能够实现良好的层叠来确定适当的条件即可。应予说明，还可以为对以该形态得到的层叠体形成表面保护层的方案。

当如上所述得到了层叠体时，接下来，将该层叠体的多处切断而切成传感器元件101的各单元(称为元件体)(步骤S5)。将切出的元件体在规定的条件下进行烧成，生成如上所述的传感器元件101(步骤S6)。即，传感器元件101是通过固体电解质层与电极的一体烧成(共烧成)而生成的。此时的烧成温度优选为1200℃～1500℃(例如1400℃)。应予说明，通过以该形态实施一体烧成，在传感器元件101中，各电极具有足够的紧密接触强度。这有助于提高传感器元件101的耐久性。

这样得到的传感器元件101被收纳于规定的壳体，安装于气体传感器100的主体(未图示)。

应予说明，利用印刷形成外侧泵电极23时使用的图案形成用糊(导电性糊)可以通过使用含有Au离子的液体作为Au的起始原料，将该含有Au离子的液体与Pt粉末、氧化锆粉末以及粘合剂混合来制作。应予说明，作为粘合剂，只要适当选择可以使其它原料分散成能够印刷的程度、通过烧成而全部烧除的物质即可。

含有Au离子的液体是使包含Au离子的盐或者有机金属络合物溶解到溶剂中而得到的物质。作为包含Au离子的盐，例如可以使用四氯金(III)酸(HAuCl₄)、氯化金(III)钠(NaAuCl₄)、二氰基金(I)钾(KAu(CN)₂)等。作为包含Au离子的有机金属络合物，可以使用二乙二胺氯化金(III)([Au(en)₂]Cl₃)、二氯(1,10-菲咯啉)氯化金(III)([Au(phen)Cl₂]Cl)、二甲基(三氟乙酰丙酮)金或者二甲基(六氟乙酰丙酮)金等。应予说明，从Na、K等杂质不会残留到电极中、容易操作、或者容易溶解到溶剂中等观点考虑，优选使用四氯金(III)酸、二乙二胺氯化金(III)([Au(en)₂]Cl₃)。另外，作为溶剂，可以使用甲醇、乙醇、丙醇等醇类，此外，还可以使用丙酮、乙腈、甲酰胺等。

应予说明，可以使用滴加等公知的方法进行混合。另外，在得到的导电性糊中，Au以离子(或者络合离子)的状态存在，但是，在经过上述的制作工艺得到的传感器元件101所具备的外侧泵电极23中，Au主要以单质或者与Pt的合金的状态存在。

或者，可以在Pt粉末上涂覆Au，得到涂覆粉末，以该涂覆粉末作为Au的起始原料，制作外侧泵电极23用的导电性糊。这种情况下，将该涂覆粉末、氧化锆粉末以及粘合剂混合，由此，制作检测电极用的导电性糊。此处，作为涂覆粉末，可以使用将Pt粉末的粒子表面以Au膜被覆的形态的涂覆粉末，也可以使用使Au粒子附着于Pt粉末粒子的形态的涂覆粉末。

＜同时测定模式＞

在使用具有如上所述的构成的气体传感器100时，传感器元件101的一端部侧、亦即包含气体导入口10的规定范围配置在被测定气体气氛中，另一端部侧配置成不与被测定气体气氛接触。然后，传感器元件101通过加热器72而被加热到400℃～600℃的规定温度(以下、称为元件控制温度)。该温度范围为混合电位单元61很好地动作的温度范围。应予说明，本实施方式中，以外侧泵电极23的配置位置处的温度来评价元件控制温度。该温度可通过例如红外线热成像仪来评价。

但是，该温度范围比构成传感器元件101的固体电解质的氧离子传导性良好地发挥的温度范围(600℃～900℃)低。所以，如果如上所述仅规定元件控制温度，则产生以下不良情况：构成传感器元件101的固体电解质的氧离子传导性并不一定会充分地发挥出来，并且，NOx传感器部的各泵单元(特别是主泵单元21)无法将氧从内部空腔充分地汲出。

鉴于这一点，传感器元件101中，通过使对从气体导入口10流入而到达第一内部空腔20的被测定气体赋予的扩散阻力(以下、称为空腔前扩散阻力)高于元件控制温度为600℃～900℃的情形，限制到达第一内部空腔20的被测定气体的量，由此，构成为即便在400℃～600℃的元件控制温度下NOx传感器部的各泵单元也很好地动作。这例如可通过使第一扩散速度控制部11及第二扩散速度控制部13对被测定气体赋予的扩散阻力高于元件控制温度为600℃～900℃的情形来实现。或者，可以以至少覆盖气体导入口10的形态在传感器元件101的一前端部设置具有规定的气孔率的多孔质的保护膜。应予说明，将在从传感器元件101的外部空间至第一内部空腔20之间赋予空腔前扩散阻力的部位总称为空腔前扩散阻力赋予部。

具体而言，空腔前扩散阻力为0.90(1/mm)～6.00(1/mm)。

由此，气体传感器100中，通过将传感器元件101加热到规定的元件控制温度，使得NH₃传感器部和NOx传感器部同时并行地动作，同时并行地实现在包含外侧泵电极23的泵单元中基于氧的泵送而产生泵电流、以及混合电位单元61中出现电位差。即，本实施方式所涉及的气体传感器100尽管具有与以往的极限电流型的NOx传感器同样的构成部件，但是能够同时并行地测定被测定气体中的NOx和NH₃。换言之，本实施方式所涉及的气体传感器100无需针对以往的NOx传感器而设置用于使其作为NH₃传感器发挥作用的追加构成部件，仅通过使外侧泵电极23的组成不同且空腔前扩散阻力为与元件控制温度相对应的值，就能够同时并行地测定被测定气体中的NOx和NH₃。即，本实施方式中，实现了与以往的NOx传感器相比、无需在构成上进行任何复杂化、就能够同时并行地测定被测定气体中的NOx和NH₃的气体传感器。

本实施方式中，还将气体传感器100中同时并行地测定被测定气体中的NOx和NH₃称为同时测定模式。

但是，如上所述，被测定气体中NOx和NH₃混合存在的情况下，泵电流Ip2的值根据被测定气体中的NH₃浓度而变动。所以，从精度方面考虑，由得到的泵电流Ip2的值直接求出NOx浓度并不一定妥当，优选基于NH₃浓度进行修正。

本实施方式中，利用即便被测定气体中NOx和NH₃混合存在、混合电位单元61中得到的电位差EMF的值也不会受到NOx浓度的干涉，例如按如下的步骤求出NOx浓度及NH₃浓度。由此，即便被测定气体中NOx和NH₃混合存在，也能够高精度地求出NH₃浓度以及NOx浓度。即，本实施方式所涉及的气体传感器100可以同时并行且高精度地求出被测定气体中的NOx和NH₃的浓度。

(1)预先使用使NOx浓度和NH₃浓度进行各种改变而得到的多种浓度已知的样品气体，建立表示NH₃浓度、NOx浓度以及泵电流Ip2的关系的NOx浓度图和表示混合电位单元61中的电位差EMF与NH₃浓度的关系的NH₃浓度图，并存储于浓度确定机构、亦即控制器102。

(2)在气体传感器100实际使用时，在适当的时机，控制器102取得混合电位单元61产生的电位差EMF的值和在测定用泵单元41中流通的泵电流Ip2的值。

(3)控制器102中，将取得的电位差EMF的值与NH₃浓度图对照，由此，确定NH₃浓度。

(4)接下来，将泵电流Ip2的值和之前确定的NH₃浓度与NOx浓度图对照，由此，确定NOx浓度。

(5)在继续求出NOx浓度的情况下，重复(2)～(4)。

应予说明，如上所述，本实施方式所涉及的气体传感器100中，泵电流Ip2流通的测定用泵单元41和产生电位差EMF的混合电位单元61共有位于大气导入层48内且始终与氧浓度恒定的大气接触的基准电极42。所以，氧泵电流Ip2和电位差EMF均可稳定地获得。这也有助于提高NOx浓度和NH₃浓度的确定精度。

＜元件控制温度为600℃时的具体例＞

以下，以元件控制温度被设定为600℃的情形为例，对能够执行同时测定模式的气体传感器100的具体方案进行说明。

图3是例示包括外侧泵电极23中的Au存在比不同的混合电位单元61的气体传感器100的、混合电位单元61产生的电动势EMF与NH₃浓度的关系的图。具体而言，通过虽然均具有图1所示的构成、但是外侧泵电极23中的Au存在比不同的5种气体传感器100，在以下所示的条件下，以NH₃浓度不同的6种样品气体为对象，测定混合电位单元61的电动势EMF。图3是将得到的电动势EMF的值相对于NH₃浓度进行绘制而得到的图。应予说明，外侧泵电极23的Au存在比按0、0.2、0.28、0.36、1.09共5档进行改变。另外，空腔前扩散阻力为4.35(1/mm)。

[样品气体条件]

流量：5L/min；

气体温度：120℃；

气体组成：

O₂＝10％；

H₂O＝5％；

NH₃＝0ppm、100ppm、200ppm、300ppm、400ppm、500ppm；

N₂＝余量。

由图3确认到：外侧泵电极23的Au存在比为0.28～1.09的情况下，混合电位单元61产生的电动势EMF对NH₃浓度的依赖性显著。这意味着：至少外侧泵电极23的Au存在比确定为0.28～1.09的范围内的值的情况下，能够在气体传感器100中测定NH₃浓度。

另外，图4是表示空腔前扩散阻力不同的多个气体传感器100的、主泵单元21中的O₂泵送能力的图。具体而言，通过虽然均具有图1所示的构成、但是空腔前扩散阻力不同的4种气体传感器100，在以下所示的条件下，以O₂浓度不同的4种样品气体为对象，测定主泵单元21中的泵电流Ip0。图4是将得到的泵电流Ip0的值相对于O₂浓度进行绘制而得到的图。应予说明，空腔前扩散阻力按0.99(1/mm)、2.03(1/mm)、4.35(1/mm)、8.7(1/mm)共4档进行改变。另外，外侧泵电极23的Au存在比为1.09。此外，在使NOx传感器部动作时，按主泵控制用氧分压检测传感器单元80、辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81、测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82各自的电动势V0、V1、V2分别为300mV、380mV、400mV，对相对应的可变电源24、52、46进行反馈控制。

[样品气体条件]

流量：5L/min；

气体温度：120℃；

气体组成：

O₂＝1％、5％、10％、20％；

H₂O＝5％；

N₂＝余量。

由图4首先确认到：空腔前扩散阻力为0.99(1/mm)～4.35(1/mm)的3种气体传感器100中，泵电流Ip0相对于O₂浓度直线变化。这意味着：按至少空腔前扩散阻力为0.99(1/mm)～4.35(1/mm)的范围内的值构成传感器元件101的情况下，即便元件控制温度被设定为600℃，至少在O₂浓度为20％以下的范围内，包含外侧泵电极23的主泵单元21能够没有问题地进行O₂的泵送。

需要泵送最多O₂的主泵单元21中能够良好地进行泵送，当然也能够没有问题地进行辅助泵单元50及测定用泵单元41中的O₂泵送。

另外，已知：外侧泵电极23中的Au存在比越小，O₂泵送能力越高。所以，图3中显示出良好的结果的Au存在比为0.28及0.36的气体传感器100也能够没有问题地进行O₂泵送。

即，至少空腔前扩散阻力规定为0.99(1/mm)～4.35(1/mm)的范围内的值的气体传感器100中，即便在按Au存在比为0.28～1.09的范围内的值设置有外侧泵电极23且元件控制温度被设定为600℃的情况下，也能够没有问题地进行O₂泵送。

另一方面，空腔前扩散阻力为8.7(1/mm)的气体传感器100中，确认到O₂浓度越大、变化率越小的倾向。这意味着：O₂浓度较大的情况下，无法很好地进行泵送。假设将该气体传感器100用于测定的情况下，由于到达测定电极44的被测定气体的氧分压不会降低至实际上对NOx的检测没有影响的程度，因此，结果无法得到与NOx浓度相对应的泵电流Ip2，并不理想。

图5是表示由图3所示的结果确认为混合电位单元61产生的电动势EMF对NH₃浓度的依赖性显著的、外侧泵电极23的Au存在比分别为0.28、0.36、1.09的3种气体传感器100的、被测定气体中共存有NH₃和NOx时的电动势EMF对NH₃浓度的依赖性的图。具体而言，通过3种气体传感器100，在以下所示的条件下，以NH₃浓度和NO浓度分别按6档进行改变而得的共36种样品气体为对象，测定混合电位单元61中的电动势EMF。图5是将得到的电动势EMF的值相对于NH₃浓度进行绘制而作出的图。图5(a)、(b)、(c)分别表示外侧泵电极23的Au存在比为0.28、0.36、1.09的气体传感器100的结果。应予说明，与得到图4所示的结果的情形同样地控制电动势V0、V1、V2的值。

[样品气体条件]

流量：5L/min；

气体温度：120℃；

气体组成：

O₂＝10％；

H₂O＝5％；

NH₃＝0ppm、100ppm、200ppm、300ppm、400ppm、500ppm；

NO＝0ppm、100ppm、200ppm、300ppm、400ppm、500ppm；

N₂＝余量。

由图5确认到：3种气体传感器100中，均完全看不到电位差EMF对NH₃浓度的依赖性因NO浓度而不同。这意味着：混合电位单元61中得到的电位差EMF的值不受NOx浓度的干涉，所以，即便被测定气体中共存有NH₃和NOx，如果混合电位单元61中得到电位差EMF，则能够基于其值来确定被测定气体中的NH₃浓度。即，图5(a)～(c)所示的结果还可以用作使用各气体传感器100求出NOx浓度时的NH₃浓度图。

并且，混合电位单元61产生的电动势EMF的大小与空腔前扩散阻力的值没有关系，因此，如果为外侧泵电极23的Au存在比相同的气体传感器100，则即便空腔前扩散阻力的值不同，也能够将图5(a)～(c)所示的结果用作NH₃浓度图。

图6是例示由图4所示的结果确认为没有问题地进行O₂泵送的、空腔前扩散阻力分别为4.35(1/mm)、2.03(1/mm)、0.99(1/mm)的3种气体传感器100的、被测定气体中共存有NH₃和NOx时的泵电流Ip2的NH₃浓度依赖性的图。具体而言，通过3种气体传感器100，在以下所示的条件下，以使NH₃浓度和NO浓度分别按6档进行改变而得的共36种样品气体为对象，测定泵电流Ip2。图6是将得到的泵电流Ip2的值相对于NH₃浓度进行绘制而作出的图。图6(a)、(b)、(c)分别表示气体传感器100的结果。

[样品气体条件]

流量：5L/min；

气体温度：120℃；

气体组成：

NH₃＝0ppm、100ppm、200ppm、300ppm、400ppm、或500ppm；

NO＝0ppm、100ppm、200ppm、300ppm、400ppm、或500ppm；

O₂＝10％；

N₂＝余量。

由图6确认到：3种气体传感器100中，即便NO浓度恒定，泵电流Ip2也都会因NH₃浓度而变动。但是，另一方面，还确认到：3种气体传感器100中，NO浓度恒定时的泵电流Ip2相对于NH₃浓度的变动为线型。后者还可以将图6(a)～(c)所示的结果用作使用各气体传感器100求出NOx浓度时的NOx浓度图。

并且，空腔前扩散阻力的大小与混合电位单元61没有关系，因此，如果为空腔前扩散阻力的值相同的气体传感器100，则即便外侧泵电极23的Au存在比不同，也能够将图6(a)～(c)所示的结果用作NOx浓度图。

由此，图5及图6表示外侧泵电极23的Au存在比为0.28、0.36、1.09中的任意一方且空腔前扩散阻力为4.35(1/mm)、2.03(1/mm)、0.99(1/mm)中的任意一方这共9种气体传感器100的、NH₃浓度图和NOx浓度图。所以，即便在使用这共9种气体传感器100中的任意一方的情况下，也能够通过使用相对应的浓度图，利用同时测定模式同时且高精度地求出被测定气体中的NH₃和NOx的浓度。

当然，外侧泵电极23的Au存在比和空腔前扩散阻力中的至少一方与这些情形不同的气体传感器100中，只要两者均为优选的范围的值，就能够通过预先准备出图5所示的NH₃浓度图和图6所示的NOx浓度图而利用同时测定模式同时且高精度地求出被测定气体中的NH₃和NOx的浓度。

＜转换测定模式＞

本实施方式所涉及的气体传感器100中，不仅可以通过上述的同时测定模式来同时并行地测定被测定气体中的NOx和NH₃，还可以一边切换(一边转换)一边进行NOx传感器部中的NOx的测定和NH₃传感器部中的NH₃的测定。将该测定方案称为转换测定模式。

转换测定模式中，一边以规定的时间间隔切换(一边转换)，一边交替地进行：在暂时停止控制器102对NOx传感器部的控制的状态下，具体而言，在停止利用各泵单元泵送氧的控制及以泵电流Ip2为代表的输出值的取得等的状态下，利用NH₃传感器部测定电动势EMF；和在暂时停止控制器102对NH₃传感器部的控制的状态下，具体而言，在停止电动势EMF的取得等的状态下，利用NOx传感器部测定泵电流Ip2。

这种情况下，特别是，能够比同时测定模式更高精度地计算出NH₃浓度。这是因为：同时测定模式的情况下，算出的NH₃浓度中可能包含因在外侧泵电极23不断地泵送氧的状态下进行电动势EMF的测定而产生的误差，虽然微乎其微，而转换测定模式的情况下，泵单元在进行电动势EMF的测定期间没有进行动作，因此，不会产生该误差。

但是，同时测定模式下的上述误差如果在通常的使用范畴内，则足够小，因此，如果为一般的使用，则即便同时测定模式下也没有问题。

应予说明，即便在转换测定模式的情况下，需要在计算出NOx浓度时使用NH₃浓度图这一点也是相同的。但是，上述情况下，在泵电流Ip2的测定时，没有测定混合电位单元61产生的电动势EMF，因此，在求出NOx浓度时，基于最新得到的NH₃浓度来修正NOx浓度。所以，如果利用NH₃传感器部测定电动势EMF和利用NOx传感器部测定泵电流Ip2的时间间隔过长，则由于其间被测定气体会发生浓度变动，所以不能说修正适合泵电流Ip2测定时的被测定气体，结果可能无法准确地求出NOx浓度，故不优选。从这一点考虑，转换的时间间隔例如优选为100msec以下。

本实施方式所涉及的气体传感器100的情况下，能够在相同的元件控制温度下进行利用NH₃传感器部测定电动势EMF和利用NOx传感器部测定泵电流Ip2，因此，能够在这样的短时间间隔内进行转换。

该转换测定模式下的测定适合于例如将气体传感器100用于尿素(urea)SCR系统中的尿素高精度喷射控制的情形等。

＜选择性测定模式＞

作为上述的转换测定模式的应用，关于用于求出NH₃浓度的利用NH₃传感器部对电动势EMF的测定，在将NOx传感器部的控制停止的状态下进行，另一方面，在求出NOx浓度时，与同时测定模式同样地使NOx传感器部和NH₃传感器部均进行动作，还可以与电动势EMF的测定同时并行地进行泵电流Ip2的测定。将这样的适当选择进行用于求出NH₃浓度的测定和用于求出NOx浓度的测定的测定方案称为选择性测定模式。

选择性测定模式的情况下，对于NH₃浓度，确保与转换测定模式同样的精度。另一方面，与转换测定模式不同，同时测定求出NOx浓度时所需要的电动势EMF和泵电流Ip2，因此，尽管没有将转换的时间间隔限定于100msec以下，也不会产生NOx浓度的修正所带来的不良情况。应予说明，源自于泵电流Ip2的NOx浓度的值不会受到同时测定的混合电位单元61中的电动势EMF的影响。

不是必须同时并行或者一边不断地转换一边求出NH₃浓度和NOx浓度的情况下，优选利用该选择性测定模式进行测定。例如只要稳定地求出NH₃浓度和NOx浓度中的任意一方即可，仅在规定的时机或者只是在需要的情况下求出另一个浓度，将这种情形等设想为其应用例。这种情况下，与转换测定模式的情形同样，不需要切换元件控制温度。即，在用于求出NH₃浓度的电动势EMF的测定和用于求出NOx浓度的泵电流Ip2及电动势EMF的同时测定之间的过渡(转换)可以在与转换测定模式下的转换时间间隔相同程度的、100msec以下的短时间内进行。

另外，在气体传感器100的使用局面下，可以适当采用同时测定模式、转换测定模式以及选择性测定模式，另外，可以在适当的时机切换所使用的模式。即便在该模式的切换时，也不需要切换元件控制温度，所以，当然切换所需的时间极短。

如上所述，本实施方式中，气体传感器的传感器元件具有作为极限电流型的NOx传感器发挥作用的NOx传感器部和作为混合电位型的NH₃传感器发挥作用的NH₃传感器部。并且，将NOx传感器部中作为外侧泵电极发挥作用的电极设置为Au存在比为0.25～2.30的Pt－Au合金与氧化锆的金属陶瓷电极，由此，还兼用作NH₃传感器部中产生混合电位的检测电极，并且，在NOx传感器部和NH₃传感器部中共有基准电极。此外，通过提高对从气体导入口流入并到达第一内部空腔的被测定气体赋予的空腔前扩散阻力来限制到达第一内部空腔的被测定气体的量，由此，构成为：即便在400℃～600℃的、比构成传感器元件的固体电解质中的氧离子传导性良好地发挥出来的温度低的元件控制温度下，NOx传感器部的各泵单元也适当地动作。由此，根据本实施方式，实现了与以往的NOx传感器相比、无需在构成上进行任何复杂化、且在相同的元件控制温度下作为NH₃传感器和NOx传感器发挥作用的气体传感器(多气体传感器)。

并且，该气体传感器中，可以执行如下3组测定模式，即，同时并行地测定被测定气体中的NOx和NH₃的同时测定模式、一边转换一边进行NOx传感器部中的NOx的测定和NH₃传感器部中的NH₃的测定的转换测定模式、以及适当选择进行用于求出NH₃浓度的测定和用于求出NOx浓度的测定的选择性测定模式，还可以根据使用局面来切换所使用的测定模式。由于不需要切换元件控制温度，所以可以在例如100msec以下的短时间内进行转换测定模式及选择性测定模式下的转换、模式间的切换。

Claims

1.一种气体传感器，其是检出被测定气体中的规定气体成分的气体传感器，其特征在于，包括：

传感器元件，该传感器元件是将多个氧离子传导性固体电解质层进行层叠而构成的；

加热器，该加热器设置于所述传感器元件的内部，且对所述传感器元件进行加热；以及

控制器；

所述传感器元件具有NOx传感器部，

该NOx传感器部包括：

气体导入口，该气体导入口为来自外部空间的被测定气体的导入口，

至少1个内部空腔，该至少1个内部空腔待导入所述被测定气体，

空腔前扩散阻力赋予部，该空腔前扩散阻力赋予部在从所述外部空间至所述至少1个内部空腔之间，对所述被测定气体赋予0.901/mm～6.00 1/mm的扩散阻力，

NOx测定电极，该NOx测定电极面向所述至少1个内部空腔而形成，

外侧泵电极，该外侧泵电极形成于所述传感器元件的表面，以及

基准电极，该基准电极配置在所述多个氧离子传导性固体电解质层中的2个之间，待与基准气体接触，

并且，通过所述NOx测定电极、所述外侧泵电极、以及所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间的固体电解质而构成电化学泵单元、亦即测定用泵单元；

所述外侧泵电极不会产生针对NH₃的催化活性，由此，所述传感器元件还具有NH₃传感器部，该NH₃传感器部包括由所述外侧泵电极、所述基准电极、以及所述外侧泵电极与所述基准电极之间的固体电解质构成的混合电位单元，

所述控制器在将所述传感器元件通过所述加热器而加热到400℃～600℃的元件控制温度的状态下，能够同时并行或选择性地执行NH₃浓度的确定和所述被测定气体中的NOx浓度的确定，

NH₃浓度的确定是基于所述混合电位单元中在所述外侧泵电极与所述基准电极之间产生的电位差来进行的，

所述被测定气体中的NOx浓度的确定是在对施加到所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间的电压进行控制而使所述NOx测定电极与所述基准电极之间的电位差保持恒定的状态下，基于在所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间流通的泵电流和所述NH₃浓度来进行的。

2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，

所述外侧泵电极包含贵金属与具有氧离子传导性的固体电解质的金属陶瓷，

所述贵金属为Pt－Au合金，构成所述外侧泵电极的贵金属粒子的表面上、所述Au被覆的部分相对于所述Pt暴露出来的部分的面积比率、亦即Au存在比为0.25～2.30。

3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，

所述控制器一边以100msec以下的时间间隔交替切换一边进行用于确定所述NH₃浓度的所述电位差的测定和用于确定所述NOx浓度的所述泵电流的测定，并在所述电位差的测定时，使所述测定用泵单元停止。

4.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，

所述控制器能够在任意的时机选择性地进行用于确定所述NH₃浓度的所述电位差的测定和用于确定所述NOx浓度的所述泵电流的测定，并在所述电位差的测定时，使所述测定用泵单元停止。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的气体传感器，其特征在于，

所述至少1个内部空腔为第一内部空腔和第二内部空腔，

所述NOx测定电极设置于所述第二内部空腔，且具有NOx还原能力，

所述气体传感器还包括：

内侧泵电极，该内侧泵电极面向所述第一内部空腔而形成，以及，

辅助泵电极，该辅助泵电极面向所述第二内部空腔而形成；

从所述外部空间至所述第一内部空腔之间为所述空腔前扩散阻力赋予部，所述第一内部空腔和所述第二内部空腔借助对所述被测定气体赋予规定的扩散阻力的扩散速度控制部而连通，

由所述内侧泵电极、所述外侧泵电极、以及所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间的固体电解质构成在所述第一内部空腔与外部空间之间进行氧的汲入或汲出的主泵单元，

由所述辅助泵电极、所述外侧泵电极、以及所述辅助泵电极与所述外侧泵电极之间的固体电解质构成从所述第二内部空腔朝向外部空间进行氧的汲出的电化学泵单元、亦即辅助泵单元，

所述NOx测定电极还原被所述主泵单元及所述辅助泵单元控制了氧分压的所述被测定气体中的NOx而产生的氧通过所述测定用泵单元而被汲出，由此，所述泵电流在所述NOx测定电极与所述外侧泵电极之间流通。