CN108351322B - 气体传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够提高响应性、提高气缸间的不平衡测定精度的气体传感器。气体传感器(1)具备：具有氧离子传导性的固体电解质体(2)、设在固体电解质体(2)的一方的主面上且暴露于测定气体(G)中的测定电极(31)、设在固体电解质体(2)的另一方的主面上且暴露于标准气体(A)中的标准电极(32)。构成固体电解质体(2)的晶粒(201)与标准电极(32)及测定电极(31)间的界面静电容量(C2)为150μF以下。此外，构成固体电解质体(2)的晶粒(201)与测定电极(31)及标准电极(32)之间的界面电阻(R2)为80Ω以下。进而，测定电极(31)的膜厚(t1)为2～8μm。

Description

气体传感器
技术领域
本发明涉及在固体电解质体的两表面具有电极的气体传感器。
背景技术
在配置于内燃机排气管中的气体传感器中，以大气作为标准气体，对测定气体中的氧浓度、特定气体成分浓度等进行测定。该测定气体为从内燃机排放的排气。此外，气体传感器的传感器元件具有固体电解质体、测定电极和标准电极。测定电极设在固体电解质体的暴露于测定气体的主面上。标准电极设在固体电解质体的暴露于标准气体的主面上。在使用气体传感器作为空燃比传感器的情况下，对根据氧浓度的差异经由固体电解质体产生在测定电极与标准电极之间的3电流进行测定。然后，基于测定气体中的氧浓度算出内燃机的空燃比。
依次从内燃机的各气缸排放的排气一边被适宜混合一边依次沿着排气管内流动。然后，该排气依次到达气体传感器的传感器元件中的测定电极。然后，通过在测定电极与标准电极之间流动的电流，依次求出沿着排气管内依次流动的作为测定气体的排气中的氧浓度。
在气体传感器中，谋求高精度地检测气缸间的空燃比的波动(气缸间的不平衡)。气缸间的空燃比的波动因各气缸的燃料喷射装置的燃料喷射量的波动等而产生。然后，在内燃机中，将通过气体传感器检测出的气缸间的空燃比的波动反映给各气缸的燃料喷射装置。由此，以减小气缸间的空燃比的波动的方式进行控制。
例如，在专利文献1的气体传感器中，研究了提高气体传感器的响应性的方法。这是为了检测多气缸发动机中的各气缸间的空燃比波动的现象即不平衡。具体地讲，用双重的护罩围住检测元件的检测部。而且，在该双重的护罩中的外侧护罩上设置多个外侧孔。此外，在双重护罩中的内侧护罩上设置多个内侧孔。使各个外侧孔的开口面积大于各个内侧孔的开口面积。由此，通过缩短检测对象气体经由多个外侧孔及多个内侧孔导入检测元件的检测部中的时间，从而提高气体传感器的响应性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-21895号公报
发明内容
发明要解决的问题
可是，为了高精度地检测气缸间的不平衡，重要的是使排气迅速地到达气体传感器中的测定电极。并且重要的是使氧离子(氧化物离子)经由固体电解质体而迅速通过测定电极与标准电极之间。氧离子为含在排气中的氧被离子化而成的物质。
但是，在以往的气体传感器中，没有研究使氧离子经由固体电解质体而迅速通过测定电极与标准电极之间的方法。因此，为了提高气体传感器的响应性，高精度地检测气缸间的不平衡，需要进一步想办法。
本发明是鉴于上述背景而完成的，其目的是提供能够提高响应性、提高气缸间的不平衡的测定精度的气体传感器。
用于解决课题的手段
本发明的一个方案涉及气体传感器，是具备传感器元件(10)的气体传感器(1)，其中，具有固体电解质体(2)、测定电极(31)和标准电极(32)。所述传感器元件(10)用于测定气体浓度。所述固体电解质体(2)具有氧离子传导性。该固体电解质体(2)具有彼此相对的主面，将一方的主面作为第1主面，将另一方的主面作为第2主面。所述测定电极(31)设在第1主面上，暴露于测定气体(G)中。所述标准电极(32)设在第2主面上，暴露于标准气体(A)中。
构成所述固体电解质体的晶粒(201)与标准电极(32)及测定电极(31)间的界面静电容量(C2)为150μF以下。
发明效果
在上述气体传感器中，构成固体电解质体的晶粒与标准电极及测定电极间的界面静电容量为150μF以下。
气体传感器中的固体电解质体的等价电路可通过内部电阻、晶界电阻及晶界静电容量、与界面电阻及界面静电容量的和来表示。上述内部电阻为构成固体电解质体的晶粒内的内部电阻。上述晶界电阻及上述晶界静电容量为构成固体电解质体的晶粒间的晶界电阻及晶界静电容量。上述晶粒构成固体电解质体。上述界面电阻及上述界面静电容量为晶粒与测定电极及标准电极之间的界面电阻及界面静电容量。在上述气体传感器中，尽量减小界面静电容量。由此，在气体传感器的使用时，氧离子能够容易通过固体电解质体而沿着测定电极与标准电极之间移动。由此，可提高检测测定气体的氧浓度与标准气体的氧浓度之差时的气体传感器的响应性。上述测定气体与测定电极接触。上述标准气体与标准电极接触。
因此，根据上述气体传感器，能够提高其响应性、提高气缸间的不平衡的测定精度。
再者，本发明的一个方案中所示的各构成要素的括号内的符号，表示与实施方式中的附图中的符号的对应关系。但是，各构成要素并不只限定于实施方式的内容。
附图说明
图1是表示实施方式1中的气体传感器的整体的截面说明图。
图2是用将实施方式1中的气体传感器的传感器元件在与其长度方向正交的方向切断的截面进行表示的说明图。
图3是示意性地表示实施方式1中的固体电解质体、测定电极及标准电极的显微结构的说明图。
图4是表示实施方式1中的固体电解质体的等价电路的说明图。
图5是表示实施方式1中的界面静电容量与不平衡响应性的关系的曲线图。
图6是表示实施方式1中的界面电阻与不平衡响应性的关系的曲线图。
图7是表示实施方式1中的测定电极的膜厚与不平衡响应性的关系的曲线图。
图8是表示实施方式2中的气体传感器的内侧罩及外侧罩的周边的截面说明图。
图9是表示实施方式2中的内侧罩的内侧通孔及外侧罩的外侧通孔的形成状态的图示，为图8中的IX-IX线截面说明图。
图10是表示实施方式2中的内侧罩及外侧罩中的孔间距离与不平衡响应性及传感器元件的覆水量之间的关系的曲线图。
具体实施方式
对上述气体传感器中的优选的实施方式进行说明。
上述界面静电容量越小越好，但从易于制造的观点出发，可设定为50μF以上。认为固体电解质体与电极的界面越不极化，则界面静电容量越减小。
此外，可将构成上述固体电解质体的晶粒与上述测定电极及上述标准电极之间的界面电阻设定为80Ω以下。
尽量减小上述界面电阻。由此，在气体传感器的使用时，氧离子能够容易经由固体电解质体而沿测定电极与标准电极之间移动。由此，能够更加提高检测测定气体的氧浓度与标准气体的氧浓度之差时的气体传感器的响应性。上述测定气体与测定电极接触。上述标准气体与标准电极接触。
上述界面电阻越小越好，但从易于制造的观点出发，可设定为20Ω以上。认为越使晶粒和各电极微细复合化，则界面电阻越减小。上述晶粒构成固体电解质体。上述各电极含有铂等。
此外，可将上述测定电极的膜厚设定为2～8μm。
在此种情况下，尽量减小测定电极的膜厚。由此，在气体传感器的使用时，氧离子能够容易通过固体电解质体而沿测定电极与标准电极之间移动。由此，能够更加提高检测测定气体的氧浓度与标准气体的氧浓度之差时的气体传感器的响应性。上述测定气体与测定电极接触。上述标准气体与标准电极接触。
从制造上的观点考虑，将测定电极的膜厚设定为低于2μm是困难的。另一方面，在测定电极的膜厚超过8μm时，难以得到容易使上述氧离子移动的效果。此外，测定电极的膜厚也可设定为低于8μm、或7μm以下。
以下，参照附图对气体传感器的实施方式进行说明。
(实施方式1)
本实施方式的气体传感器1如图1～图4所示的那样，具备用于测定气体浓度的传感器元件10。传感器元件10具备固体电解质体2、测定电极31和标准电极32。上述固体电解质体2具有氧离子传导性。该固体电解质体2具有彼此相对的主面，将一方的主面作为第1主面，将另一方的主面作为第2主面。上述测定电极31设在第1主面上，暴露于测定气体G中。上述标准电极32设在第2主面上，暴露于标准气体A中。构成固体电解质体2的晶粒201与标准电极32及测定电极31间的界面静电容量C2为150μF以下。此外，构成固体电解质体2的晶粒201与测定电极31及标准电极32之间的界面电阻R2为80Ω以下。另外，测定电极31的膜厚t1为2～8μm，标准电极32的膜厚t2为2～15μm。
气体传感器1被配置在作为内燃机的发动机的排气管中，将通过排气管的排气作为测定气体G。而且，将大气作为标准气体A，求出测定气体G的氧浓度。然后，基于该氧浓度求出发动机中的A/F(空燃比)。
本实施方式的气体传感器1是定量地求出发动机的空燃比的A/F传感器。该A/F传感器利用基于测定气体G的扩散决速的临界电流特性来算出发动机的空燃比。除此以外，气体传感器1还可规定为浓淡电池式的传感器。关于该浓淡电池式，检测空燃比相对于理论空燃比处于燃料过剩的富状态或处于空气过剩的贫状态的上述空燃比，为发动机中的燃料和空气的混合比。
发动机具有多个气缸。在多个气缸中，从燃料喷射装置在按每个气缸而不同的时机喷射的燃料与空气形成混合气而燃烧。然后，在各气缸中混合气燃烧后，从各气缸依次将燃烧后的排气排至排气管。
在排气管中，如图1所示的那样，上述排气经由外侧通孔811及内侧罩7的内侧通孔711，依次进入传感器元件10的气体测定部12中。外侧通孔811设在气体传感器1中的外侧罩8上。内侧通孔711设在气体传感器1中的内侧罩7上。而且，在气体传感器1中，将从各气缸排放的排气作为测定气体G。基于该测定气体G中的氧浓度，依次求出各气缸中的空燃比。而且，将该各气缸间的空燃比的差(波动)称为气缸间的空燃比的不平衡(不均衡)。所以，为了高精度地求出气缸间的不平衡，提高气体传感器1的响应性是必要的。
如图1所示的那样，气体传感器1具备传感器元件10、绝缘子62、壳61、内侧罩7及外侧罩8。绝缘子62保持传感器元件10。壳61保持绝缘子62。内侧罩7及外侧罩8由壳61保持。内侧罩7及外侧罩8被覆从绝缘子62突出来的传感器元件10的突出部11。在突出部11上设有气体测定部12，用于吸入测定气体G并检测测定气体G中的氧浓度。内侧罩7上形成有使测定气体G通过的内侧通孔711、721。外侧罩8上形成有使测定气体G通过的外侧通孔811、821。
再者，也可以取代使用由内侧罩7及外侧罩8构成的双重保护罩而使用一重保护罩。
如图2所示的那样，气体测定部12具有导入部13、测定电极31、标准电极32、固体电解质体2的一部分。导入部13导入测定气体G。固体电解质体2的一部分被测定电极31和标准电极32夹着。在传感器元件10中的固体电解质体2上，层叠有加热器5。加热器5由陶瓷基板51和发热体52构成。加热器5对固体电解质体2及各电极31、32进行加热，使其活性化。
在固体电解质体2的第1主面上，形成有导入测定气体G的测定气体室41。测定电极31配置在测定气体室41内。测定气体室41由绝缘体43及扩散阻挡层44、固体电解质体2围住而形成。扩散阻挡层44使测定气体G以规定的扩散速度通过。在固体电解质体2的第2主面上，形成有导入标准气体A的标准气体室42。标准电极32配置在标准气体室42内。层叠在固体电解质体2上的加热器5由发热体52和陶瓷基板51而形成。发热体52通过加热器5的通电而发热。发热体52埋设在陶瓷基板51中。标准气体室42由陶瓷基板51和固体电解质体2围住而形成。
如图3所示的那样，固体电解质体2通过大量晶粒201聚集而形成，具有板形状。晶粒201由氧化钇部分稳定化氧化锆(以下称为氧化锆)形成。晶粒201彼此通过烧结而相互连结。测定电极31及标准电极32含有铂等贵金属成分301及氧化锆成分202。氧化锆成分202作为与固体电解质体2的共同材料而使用。晶粒201和氧化锆成分202相同。
再者，作为固体电解质体2，可使用稳定化氧化锆或部分稳定化氧化锆。稳定化氧化锆通过稀土金属元素或碱土金属元素来置换氧化锆的一部分。
本实施方式的气体传感器1作为A/F传感器，通过对测定电极31与标准电极32之间施加表示临界电流特性的规定电压V来使用。将测定电极31中的贵金属成分301与氧化锆成分202的界面作为界面A。此外，将标准电极32中的贵金属成分301与氧化锆成分202的界面作为界面B。测定气体G中的氧分子O2通过在界面A中接受电子e-而成为氧离子O2-。然后，氧离子O2-从测定电极31朝向标准电极32地通过固体电解质体2。通过了固体电解质体2的氧离子O2-在界面B中交接电子e-而再次成为氧分子O2。
如图3、图4所示的那样，气体传感器1中的固体电解质体2的等价电路X可通过内部电阻R0、晶界电阻R1及晶界静电容量C1、界面电阻R2及界面静电容量C2的和来表示。上述内部电阻R0为构成固体电解质体2的晶粒201内的内部电阻。上述晶界电阻R1及晶界静电容量C1为构成固体电解质体2的晶粒201间的晶界电阻及晶界静电容量。上述晶粒201构成固体电解质体。上述界面电阻R2及上述界面静电容量C2为晶粒201与测定电极31及标准电极32之间的界面电阻及界面静电容量。以下，对内部电阻R0、晶界电阻R1及晶界静电容量C1、和界面电阻R2及界面静电容量C2进行说明。它们以在测定电极31与标准电极32之间经由固体电解质体2而流通电流时的情况为前提。
内部电阻R0为构成固体电解质体2的多个晶粒201本身中产生的电阻。内部电阻R0的值根据晶粒201的材质而变化。
晶界电阻R1为构成固体电解质体2的晶粒201相互间产生的电阻。晶界静电容量C1为构成固体电解质体2的晶粒201相互间产生的静电容量。晶界电阻R1及晶界静电容量C1的值，根据多个晶粒201相互的接触状态而变化。
界面电阻R2为构成固体电解质体2的晶粒201与测定电极31之间、以及构成固体电解质体2的晶粒201与标准电极32之间产生的电阻。界面静电容量C2表示构成固体电解质体2的晶粒201与测定电极31之间、以及构成固体电解质体2的晶粒201与标准电极32之间产生的静电容量。界面电阻R2及界面静电容量C2的值，根据多个晶粒201与测定电极31的接触状态、多个晶粒201与标准电极32的接触状态而变化。
固体电解质体2中的界面静电容量C2和界面电阻R2可通过进行快速傅氏变换(FFT)并进行信号解析的动态信号分析来求出。此外，可将界面静电容量C2及界面电阻R2的值设定为使用气体传感器1的温度即700～800℃中的值。
在形成有测定电极31的位置上将固体电解质体2切断。可通过用扫描式电子显微镜(SEM)观察该切断面来求出测定电极31的膜厚t1及标准电极32的膜厚t2。
图5示出晶界静电容量C1(μF)与不平衡响应性(-)的关系。关于不平衡响应性，可用理论上的空燃比(A/F)的振幅X和由气体传感器1实际输出的空燃比的振幅Y的比(Y/X)来表示，表示用于求出不平衡的响应的速度。上述理论上的空燃比(A/F)依据供给气体传感器1的测定气体G中的氧浓度的变化。上述不平衡为气缸间产生的空燃比的差。不平衡响应性的值越增大而接近1，表示响应性越好。
将固体电解质体2中的界面静电容量C2不同的气体传感器1准备多个。图5中示出通过该各气体传感器1检测测定气体G中的氧浓度时的不平衡响应性的结果。
如该图所示的那样，得知：如果界面静电容量C2增大，则不平衡响应性下降。而且，在界面静电容量C2大于150μF的附近，具有不平衡响应性急剧下降的部分。所以，得知：通过将界面静电容量C2设定为150μF以下，可使气体传感器1的不平衡响应性变得良好。
再者，在气体传感器1所必要的性能上，要求不平衡响应性为0.25～0.3以上。
图6示出界面电阻R2(Ω)与不平衡响应性(-)的关系。将固体电解质体2中的界面电阻R2不同的气体传感器1准备多个。图6中示出通过该各气体传感器1检测测定气体G中的氧浓度时的不平衡响应性的结果。
如该图所示的那样，得知：如果界面电阻R2增大，则不平衡响应性下降。而且，在界面电阻R2大于80Ω的附近，具有不平衡响应性与其它处相比急剧下降的部分。所以，得知：通过将界面电阻R2设定为80Ω以下，可使气体传感器1的不平衡响应性变得良好。
图7示出测定电极31的膜厚t1(μm)与不平衡响应性(-)的关系。将测定电极31的膜厚t1不同的气体传感器1准备多个。图7中示出通过该各气体传感器1检测测定气体G中的氧浓度时的不平衡响应性的结果。
如该图所示的那样，得知：如果测定电极31的膜厚t1增大，则不平衡响应性下降。而且，在测定电极31的膜厚t1大于8μm的附近，具有不平衡响应性与其它处相比急剧下降的部分。所以，得知：通过将测定电极31的膜厚t1设定为8μm以下，可使气体传感器1的不平衡响应性变得良好。再者，使测定电极31的膜厚t1低于2μm在制造上是困难的。
在本实施方式的气体传感器1中，通过规定界面静电容量C2、界面电阻R2、测定电极31的膜厚t1，能够提高气体传感器1的不平衡响应性。界面静电容量C2为构成固体电解质体2的晶粒201与标准电极32及测定电极31间的界面静电容量。界面电阻R2为构成固体电解质体2的晶粒201与测定电极31及标准电极32之间的界面电阻。具体地讲，将界面静电容量C2、界面电阻R2及测定电极31的膜厚t1设定为规定值以下。通过如此一来，在使用气体传感器1时，氧离子O2-能够容易通过固体电解质体2而沿着测定电极31与标准电极32之间移动。由此，能够提高在检测测定气体G的氧浓度和标准气体A的氧浓度之差时的气体传感器1的响应性。上述测定气体G与测定电极31接触。上述标准气体A与标准电极32接触。
气缸间的不平衡表示发动机的各气缸中的空燃比产生的不均衡。从发动机的各气缸排放到排气管中的排气的排放时机适宜不同。而且，气缸间的不平衡可通过观察到达气体传感器1中的排气的氧浓度的逐次重复的瞬间变化来测定。因此，为了提高气缸间的不平衡的测定精度，需要进一步提高通过气体传感器1检测氧浓度时的不平衡响应性，从而能够测定瞬间的氧浓度变化。
排气的氧浓度的变化可根据通过固体电解质体2而沿着测定电极31与标准电极32之间移动的氧离子O2-的变化来测定。所以，为了测定气缸间的不平衡，重要的是将界面静电容量C2、界面电阻R2及测定电极31的膜厚t1设定为规定值以下。
因此，根据本实施方式的气体传感器1，通过将界面静电容量C2、界面电阻R2及测定电极31的膜厚t1设定为规定值以下，能够提高气缸间的不平衡的测定精度。
关于固体电解质体2以及测定电极31，是通过在温度、电压、施加该电压的时间方面想办法而得到的。上述固体电解质体2具有上述的界面静电容量C2及界面电阻R2。上述测定电极31具有上述的膜厚t1。上述温度是对固体电解质体2进行烧成时的温度。对烧成后的固体电解质体2中的测定电极31与标准电极32之间施加上述电压。
在对固体电解质体2进行烧成时，在构成固体电解质体2的氧化钇部分稳定化氧化锆的陶瓷薄板的各表面上涂布金属浆料。上述金属浆料中具有构成测定电极31的金属浆料和构成标准电极32的金属浆料。然后，通过烧成而形成设有测定电极31及标准电极32的固体电解质体2。
此外，对烧成后的固体电解质体2中的测定电极31与标准电极32之间，在大气气氛下，施加8秒钟的2.5～3V的电压。该电压高于以往的电压。通过在非常短的时间施加高的电压，从而有可能制作具有上述的界面静电容量C2及界面电阻R2的固体电解质体2。
向烧成后的固体电解质体2中的测定电极31与标准电极32之间施加电压的时间，例如可设定为5～15秒钟。
此外，关于上述膜厚t1的测定电极31，是通过以尽量减小的方式调整涂布在陶瓷薄板上的金属浆料的厚度、并进行上述烧成及电压的施加而得到的。
(实施方式2)
在本实施方式中，如图8、图9所示的那样，更具体地示出被覆传感器元件10的内侧罩7和被覆内侧罩7的外侧罩8的构成。此外，还示出设在内侧罩7的内侧侧壁部71上的内侧通孔711和设在外侧罩8的外侧侧壁部81上的外侧通孔811的适当的位置关系。
在本实施方式的气体传感器1中，将通过传感器元件10的中心的中心轴线O的方向作为轴向L。将沿着与该轴向L正交的面环绕轴向的周围的方向作为圆周方向C。在轴向L，作为顶端侧L2而示出突出部11从绝缘子62突出的一侧，作为底端侧L1而示出顶端侧L2的相反侧。
如图8所示的那样，内侧罩7及外侧罩8形成有底圆筒状。内侧罩7具有沿着内侧罩7的圆周方向C设置的环状的内侧侧壁部71、设在内侧侧壁部71的顶端侧L2的端部上的内侧底部72。外侧罩8具有沿着外侧罩8的圆周方向C设置的环状的外侧侧壁部81、设在外侧侧壁部81的顶端侧L2的端部上的外侧底部82。
内侧侧壁部71安装在绝缘子62的外周。而且，内侧侧壁部71具有底端部731、中间部732和顶端部733。底端部731与外侧侧壁部81的内周密合。中间部732相比底端部731缩径地设在底端部731的顶端侧L2上。顶端部733相比中间部732缩径地设在中间部732的顶端侧L2上。
在圆周方向C上，在内侧侧壁部71的中间部732的多个部位及内侧底部72的中心部，形成有测定气体G通过的内侧通孔711、721。此外，在圆周方向C上，在外侧侧壁部81的多个部位及外侧底部82的中心部，形成有测定气体通过的外侧通孔811、821。如图9所示的那样，在圆周方向C上，在中间部732上等间隔地在8处形成有内侧通孔711。此外，在圆周方向C上，在外侧侧壁部81上等间隔地在4处形成有外侧通孔811。
内侧罩7的内侧底部72配置在外侧罩8的外侧底部82内。
如图8、图9所示的那样，在内侧罩7的内侧侧壁部71与外侧罩8的外侧侧壁部81之间，形成有测定气体G流通的环状的流通空间70。流通空间70由空间部70A和空间部70B构成。空间部70A位于流通空间70中的内侧侧壁部71的中间部732的外周侧。空间部70B位于流通空间70中的内侧侧壁部71的顶端部733的外周侧。空间部70A的径向R的宽度小于空间部70B的径向R的宽度。这里，所谓径向R，指的是以传感器元件10的中心轴线O为中心的径向R。
通过这样的流通空间70的构成，可以使得从外侧侧壁部81的外侧通孔811进入流通空间70的测定气体G中的水难以从内侧侧壁部71的内侧通孔711进入内侧罩7内。
将相比气体测定部12而位于轴向L的底端侧L1的中间部732的圆周方向上的一部分作为部位A。该部位A在轴向L具有某一定的长度。在圆周方向C上，在部位A上等间隔地设有多个内侧通孔711。将相比气体测定部12而位于轴向L的顶端侧L2的外侧侧壁部81的圆周方向上的一部分作为部位B。该部位B在轴向L具有某一定的长度。在圆周方向C上，在部位B上等间隔地设有多个外侧通孔811。
如图8所示的那样，气体测定部12在气体传感器1的轴向L上被配置在部位A与在中间部732和顶端部733之间设有台阶部的位置之间。通过该位置关系，在内侧罩7内，从发动机的各气缸具有时间差地排放的排气即测定气体G彼此难以混合。此外，能够维持气缸间的不平衡的测定精度。此外，还能够抑制从内侧罩7的内侧底部72中的内侧通孔721向传感器元件10的覆水。
此外，部位A中的多个内侧通孔711的孔径小于部位B中的多个外侧通孔811的孔径。通过该孔径的差异，从部位B中的外侧通孔811进入流通空间70中的测定气体G中的水也难以从部位A中的内侧通孔711进入内侧罩7内。
如图8所示的那样，内侧通孔711的中心与外侧通孔811的中心之间的轴向L的距离(称为孔间距离L3)在5～11mm的范围内。所谓轴向L的距离L3，以内侧通孔711的中心与外侧通孔811的中心在轴向L的位置的差异表示。
在本形态的内侧罩7中，多个内侧通孔711的轴向L上的位置彼此相同。此外，在本形态的外侧罩8中，多个外侧通孔811的轴向L上的位置彼此相同。
另一方面，内侧通孔711彼此的轴向L上的位置也可以彼此不相同。此外，外侧通孔811彼此的轴向L上的位置也可以彼此不相同。将全部内侧通孔711的中心的轴向L的位置的平均值(中间值)作为平均值A。将全部外侧通孔811的中心的轴向L的位置的平均值(中间值)作为平均值B。使平均值A和平均值B的距离在5～11mm的范围内。
如图9所示的那样，在本形态的内侧侧壁部71的中间部732上，在圆周方向C在10处形成有内侧通孔711。此外，在本形态的外侧侧壁部81上，在圆周方向C在8处形成有外侧通孔811。再者，可在圆周方向C上，在中间部732上在6～12处形成内侧通孔711。可在圆周方向C上，在外侧侧壁部81上在4～10处形成外侧通孔811。关于孔间距离L3的5～11mm的最佳的范围，即使内侧通孔711及外侧通孔811的形成数量发生变化也相同。
此外，内侧通孔711的形成部位和外侧通孔811的形成部位，不需要在径向相同，也可以相互错开。
从外侧侧壁部81的外侧通孔811流入流通空间70中的测定气体G的流动分为以下3种。即，在流通空间70内向圆周方向C流通的流动、在流通空间70内向轴向L的顶端侧L2流通的流动、和在流通空间70内向轴向L的底端侧L1流通的流动。而且，在流通空间70内向轴向L的顶端侧L2流通的测定气体G的一部分从内侧侧壁部71的内侧通孔711流入内侧罩7内。然后，传感器元件10的气体测定部12与测定气体G接触，被用于测定气体G中的氧浓度的测定。此外，流入内侧罩7内的测定气体G受到由安装了气体传感器1的排气管中的测定气体G的流动而造成的负压效应。由此，测定气体G通过内侧底部72的内侧通孔721向内侧罩7的外部流出。
关于内侧通孔711的中心与外侧通孔811的中心之间的轴向L的距离L3(称为孔间距离)，可根据不平衡响应性及传感器元件10的覆水量来决定。
图10是表示孔间距离L3(mm)与不平衡响应性(-)及传感器元件10的覆水量(μL)的关系的曲线图。该图示出将内侧罩7及外侧罩8中的孔间距离L3不同的气体传感器1准备多个，使用各气体传感器1测定排气中的氧浓度时的不平衡响应性及传感器元件10的覆水量的计算结果。
不平衡响应性的计算方法及内容如上所述。
传感器元件10的覆水量可按以下求出。
首先，作为预先准备，在传感器元件10表面上涂布碳，将传感器元件10加热至大约200℃，使碳固定附着在传感器元件10上。此时，碳呈现黑色。然后，在气体传感器1的使用时，在传感器元件10上附着水时，水附着的部分的碳发生飞散。观察该水附着的部分的黑色的色调以接近白色的方式变浅。
此外，传感器元件10上的水的附着量与传感器元件10表面上的黑色的变色面积(覆水痕迹)之间的相关关系，可在测定覆水量前预先求出。然后，在将气体传感器1配置在发动机的排气管中、使发动机燃烧时，测定传感器元件10的表面上的变色面积。将该变色面积与上述相关关系对照，求出传感器元件10上的水的附着量作为覆水量。
不平衡响应性受测定气体G向传感器元件10的气体测定部12流通的容易度、以及传感器元件10中的氧离子的传导的容易度的影响。而且，测定气体G越容易向气体测定部12流通，此外氧离子O2-越容易传导，则不平衡响应性越好。另一方面，测定气体G容易向气体测定部12流通，意味着测定气体G中的水也容易到达气体测定部12。
在本实施方式中，通过测定求出了不平衡响应性、传感器元件10的覆水量的能够维持气体传感器1的性能的适当范围。不平衡响应性作为测定气体G向气体测定部12流通的容易度的尺度。传感器元件10的覆水量作为水到达气体测定部12的容易度的尺度。
如该图所示的那样，不平衡响应性随着孔间距离L3增大而下降。而且，不平衡响应性在孔间距离L3超过11mm时急剧下降。所以，得知：通过将孔间距离L3设定为11mm以下，能够良好地维持不平衡响应性达到0.25以上。
此外，传感器元件10的覆水量随着孔间距离L3减小而增大。而且，覆水量在孔间距离L3低于5mm时急剧增大。所以，得知：通过将孔间距离L3设定为5mm以上，可将传感器元件10的覆水量抑制在低于0.2μL的低水平。
这样，通过使用满足孔间距离L3为5～11mm的关系的内侧罩7及外侧罩8，能够维持气缸间的不平衡的测定精度。此外，认为能够较高地维持传感器元件10的覆水性。
本形态的气体传感器1的其它构成与上述实施方式1的情况相同。此外，与实施方式1中所示的符号相同的符号表示的构成要素等与实施方式1中的构成要素等相同。即使在本形态中，也能得到与实施方式1同样的作用效果。
本发明并不只限定于上述各实施方式，也可在不脱离其主旨的范围内进一步构成不同的实施方式。
符号说明
1－气体传感器，2－固体电解质体，201－晶粒，31－测定电极，32－标准电极，G－测定气体，A－标准气体。

Claims (3)

1.一种气体传感器，具备用于测定气体浓度的传感器元件，其中，
所述传感器元件具备：具有彼此相对的第1主面、第2主面并具有氧离子传导性的固体电解质体、设在该固体电解质体的第1主面上且暴露于测定气体中的测定电极、和设在所述固体电解质体的第2主面上且暴露于标准气体中的标准电极；
构成所述固体电解质体的晶粒与所述标准电极及所述测定电极之间的界面静电容量为150μF以下，
构成所述固体电解质体的晶粒与所述测定电极及所述标准电极之间的界面电阻为80Ω以下。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，所述测定电极的膜厚为2～8μm。
3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其中，进一步具备：
保持所述传感器元件的绝缘子，
保持该绝缘子的壳，
被该壳保持、从所述绝缘子突出并被覆所述传感器元件的突出部的内侧罩，和
被所述壳保持、并被覆所述内侧罩的外侧罩；
在所述突出部上设有气体测定部，所述气体测定部包含导入所述测定气体的导入部、所述固体电解质体的一部分、所述测定电极及所述标准电极；
在将通过所述传感器元件的中心的中心轴线的方向作为轴向、将环绕该轴向的周围的方向作为圆周方向、将在所述轴向上所述突出部从所述绝缘子突出的一侧作为顶端侧、将该顶端侧的相反侧作为底端侧时，
所述内侧罩具有沿所述内侧罩的所述圆周方向而设的环状的内侧侧壁部，在相对于所述气体测定部位于所述轴向的所述底端侧的所述内侧侧壁部的圆周方向上的一部分上，在圆周方向上形成有使测定气体通过的多个内侧通孔；
所述外侧罩具有沿所述外侧罩的所述圆周方向而设的环状的外侧侧壁部，在相对于所述气体测定部位于所述轴向的所述顶端侧的所述外侧侧壁部的圆周方向上的一部分上，形成有使测定气体通过的多个外侧通孔；
所述内侧通孔的中心与所述外侧通孔的中心之间的在所述轴向上的距离在5～11mm的范围内。
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