CN110274944A - 气体传感器 - Google Patents

气体传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN110274944A
CN110274944A CN201910186759.6A CN201910186759A CN110274944A CN 110274944 A CN110274944 A CN 110274944A CN 201910186759 A CN201910186759 A CN 201910186759A CN 110274944 A CN110274944 A CN 110274944A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
pump
gas
internal cavities
oxygen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910186759.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110274944B (zh
Inventor
渡边悠介
关谷高幸
中山裕葵
荫山翔太
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Publication of CN110274944A publication Critical patent/CN110274944A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110274944B publication Critical patent/CN110274944B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
    • G01N27/4072—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure characterized by the diffusion barrier
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/301—Reference electrodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/307—Disposable laminated or multilayered electrodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4075—Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4075—Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts
    • G01N27/4076—Reference electrodes or reference mixtures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4077—Means for protecting the electrolyte or the electrodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/409—Oxygen concentration cells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/41—Oxygen pumping cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

在被测定气体的氧浓度较高时也能高精度地测定NOx的气体传感器。传感器元件具有：构成为包括面对供被测定气体导入的第一内部空腔的内侧泵电极、设于元件表面的外侧泵电极和处于两个电极之间的固体电解质的主泵单元；面对与第一内部空腔连通的第二内部空腔的测定电极，作为NOx的还原催化剂而起作用；被从外部导入有大气的大气导入层覆盖的基准电极；和构成为包括测定电极、外侧泵电极和处于两个电极之间的固体电解质的测定泵单元，从气体导入口至内侧泵电极的扩散阻力为200～1000cm‑1，主泵单元的电阻为150Ω以下且电极间距离为0.1～0.6mm，Au‑Pt合金与ZrO2的金属陶瓷亦即内侧泵电极的面积为5～20mm2。

Description

气体传感器
技术领域
本发明涉及对氮氧化物(NOx)浓度进行求解的气体传感器，特别是涉及确保高NOx浓度范围的精度。
背景技术
已经公知如下极限电流型的气体传感器(NOx传感器)，其使用了将氧离子传导性的固体电解质作为主要构成成分的传感器元件(例如，参见专利文献1)。这种气体传感器中，在求解NOx浓度时，首先，将被测定气体在规定的扩散阻力下导入到在传感器元件的内部设置的空腔(内部空腔)，利用例如被称为主泵单元以及辅助泵单元等(专利文献1中为第一电化学泵单元以及第二电化学泵单元)的设置为两级的电化学泵单元将这样的被测定气体中的氧吸出，从而预先使得被测定气体中的氧浓度充分降低。然后，在作为还原催化剂而发挥作用的测定电极(专利文献1中为第三内侧泵电极)处将被测定气体中的NOx还原或分解，利用包括测定电极在内的、例如被称为测定泵单元等(专利文献1中为第三电化学泵单元)的有别于上述电化学泵单元的电化学泵单元将由此生成的氧吸出。并且，利用在这样的测定泵单元流通的电流(NOx电流)与NOx的浓度之间具有恒定的函数关系这一点来求解NOx的浓度。
对于这样的气体传感器(NOx传感器)，还已经公知如下方案：以抑制NOx在主泵单元将氧从内部空腔吸出时被分解而提高NOx的检测精度为目的，使用添加有Au的Pt(Au-Pt合金)作为设置于内部空腔而构成主泵单元的内侧泵电极的金属成分(例如，参见专利文献2以及专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第3050781号公报
专利文献2：日本特开2014-190940号公报
专利文献3：日本特开2014-209128号公报
发明内容
在如上所述的气体传感器中，基于到达测定电极的被测定气体中的NOx因测定电极的催化作用被还原而产生的氧的量，对NOx的浓度进行求解。此时，被测定气体中的氧在被测定气体到达测定电极之前由电化学泵单元吸出，以在NOx未发生分解的范围内充分降低被测定气体的氧分压(氧浓度)的方式进行该氧的吸出。其理由在于，如果NOx在到达测定电极之前发生了分解，则到达测定电极的NOx的量减少，从而无法以良好的精度求出浓度。
然而，在向内部空腔导入的被测定气体的氧浓度较高的情况下，有时在氧的吸出时会发生NOx的分解。针对这一点，本发明的发明人进行了潜心研究，结果获得了如下见解：由于呈现出在内部空腔中越靠近上游侧(靠近传感器元件的气体导入口的那侧)则被测定气体中的氧浓度越高的趋势，所以产生如下趋势，即，越是靠近内侧泵电极的上游侧的部分，为了将氧从氧浓度较高的被测定气体中吸出而在局部施加越高的泵电压，从而在该部分发生NOx的分解。
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供一种即便在被测定气体中的氧浓度较高的情况下也能够以良好的精度进行NOx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具备由氧离子传导性的固体电解质构成的传感器元件的、能够确定被测定气体中的NOx浓度的极限电流型的气体传感器，其特征在于，所述传感器元件具有：气体导入口，被测定气体从外部空间导入至该气体导入口；第一内部空腔，该第一内部空腔在规定的扩散阻力下与所述气体导入口连通；第二内部空腔，该第二内部空腔在规定的扩散阻力下与所述第一内部空腔连通；主泵单元，该主泵单元是构成为包括内侧泵电极、外侧泵电极、以及存在于所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质的电化学泵单元，所述内侧泵电极设置为面对所述第一内部空腔，所述外侧泵电极设置于所述传感器元件的表面；测定电极，该测定电极设置为面对所述第二内部空腔，并且，由施加有规定的扩散阻力的多孔质保护膜覆盖，作为针对NOx的还原催化剂而发挥作用；大气导入层，大气作为基准气体而从所述传感器元件的外部导入至该大气导入层；基准电极，该基准电极被所述大气导入层覆盖；以及测定泵单元，该测定泵单元是构成为包括所述测定电极、所述外侧泵电极、以及存在于所述测定电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质的电化学泵单元，所述气体传感器还具备浓度确定机构，该浓度确定机构基于所述测定泵单元中在所述测定电极与所述外侧泵电极之间流通的NOx电流的大小而确定所述NOx浓度，所述主泵单元配置构成为：当向所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间施加有规定的主泵电压时，将所述第一内部空腔内的氧吸出，将导入至所述第一内部空腔的所述被测定气体中的氧吸出而使得所述第一内部空腔的所述被测定气体的氧分压降低，所述测定泵单元配置构成为：当向所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间施加有规定的泵电压时，将所述测定电极附近的氧吸出，将到达所述测定电极附近的所述被测定气体中的NOx在所述测定电极处被还原而生成的氧吸出，从所述气体导入口至所述内侧泵电极的扩散阻力为200cm-1以上1000cm-1以下，所述主泵单元的电阻为150Ω以下，电极间的最短距离为0.1mm以上0.6mm以下，所述内侧泵电极是设置为5mm2以上20mm2以下的面积的、Au-Pt合金与ZrO2的金属陶瓷电极。
本发明的第二方案在第一方案所涉及的气体传感器的基础上，其特征在于，所述传感器元件还具有：主泵控制用传感器单元，该主泵控制用传感器单元是构成为包括所述内侧泵电极、所述基准电极、以及存在于所述内侧泵电极与所述基准电极之间的所述固体电解质的电化学传感器单元；辅助泵单元，该辅助泵单元是构成为包括辅助泵电极、所述外侧泵电极、以及存在于所述辅助泵电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质的电化学泵单元，所述辅助泵电极设置为面对所述第二内部空腔；辅助泵控制用传感器单元，该辅助泵控制用传感器单元是构成为包括所述辅助泵电极、所述基准电极、以及存在于所述辅助泵电极与所述基准电极之间的所述固体电解质的电化学传感器单元；以及测定泵控制用传感器单元，该测定泵控制用传感器单元是构成为包括所述测定电极、所述基准电极、以及存在于所述测定电极与所述基准电极之间的所述固体电解质的电化学传感器单元，在所述主泵单元将存在于所述第一内部空腔的所述被测定气体中的氧吸出时，与所述主泵控制用传感器单元中在所述内侧泵电极与所述基准电极之间产生的电动势相应的所述主泵电压被施加于所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间，所述辅助泵单元配置构成为：当与所述辅助泵控制用传感器单元中在所述辅助泵电极与所述基准电极之间产生的电动势相应的泵电压施加于所述辅助泵电极与所述外侧泵电极之间时，将导入至所述第二内部空腔的所述被测定气体中的氧吸出，利用所述辅助泵单元将氧吸出而使得氧分压进一步低于所述第一内部空腔的氧分压的所述被测定气体到达所述测定电极，在所述测定泵单元将所述测定电极处产生的氧吸出时，与所述测定泵控制用传感器单元中在所述测定电极与所述基准电极之间产生的电动势相应的泵电压被施加于所述测定电极与所述外侧泵电极之间。
根据本发明的第一方案以及第二方案，即便在被测定气体的氧浓度较高的情况下，也能够适当地抑制第一内部空腔的NOx的分解，因此，能够以良好的精度而求出被测定气体中的NOx浓度。
附图说明
图1是概要地示出气体传感器100的结构的一个例子的图。
图2是示出主泵电压Vp0的大小对被测定气体的氧浓度与NOx电流Ip2之间的关系所造成的影响的图。
图3是示出制作传感器元件101时的处理流程的图。
附图标记说明
1～3…第一基板层～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、11…第一扩散速度控制部、12…缓冲空间、13…第二扩散速度控制部、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、30…第三扩散速度控制部、40…第二内部空腔、41…测定泵单元、42…基准电极、43…基准气体导入空间、44…测定电极、45…第四扩散速度控制部、46…可变电源、48…大气导入层、50…辅助泵单元、51…辅助泵电极、52…可变电源、70…加热器部、80…主泵控制用氧分压检测传感器单元、81…辅助泵控制用氧分压检测传感器单元、82…测定泵控制用氧分压检测传感器单元、100…气体传感器、101…传感器元件。
具体实施方式
＜气体传感器的概要结构＞
首先，对包含本实施方式所涉及的传感器元件101在内的气体传感器100的概要结构进行说明。本实施方式中，气体传感器100为利用传感器元件101对NOx进行检测并对其浓度进行测定的极限电流型的NOx传感器。
图1是包含传感器元件101的沿着长度方向的垂直截面图在内的、概要地示出气体传感器100的结构的一个例子的图。
传感器元件101为平板状的(长条板状的)元件，其具有在附图中自下侧开始按照分别含有作为氧离子传导性固体电解质的氧化锆(ZrO2)(例如含有钇稳定氧化锆(YSZ)等)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的顺序对这六个固体电解质层进行层叠而得到的构造。另外，形成这六个层的固体电解质是致密且气密的固体电解质。此外，以下，有时将图1中的这六个层各自的上侧的面简称为上表面，将下侧的面简称为下表面。另外，将传感器元件101中的含有固体电解质的部分整体统称为基体部。
例如以如下方式制造上述传感器元件101：对与各层相对应的陶瓷生片进行规定的加工以及电路图案的印刷等，然后，使它们层叠，进而进行烧成而使它们实现一体化。
在传感器元件101的一个末端部且在第二固体电解质层6的下表面与第一固体电解质层4的上表面之间，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以按顺序依次连通的方式彼此相邻地形成。
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是以将隔离层5挖穿的方式设置的传感器元件101内部的空间，其中，该传感器元件101内部的空间的上部由第二固体电解质层6的下表面区划而成，下部由第一固体电解质层4的上表面区划而成，侧部由隔离层5的侧面区划而成。
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。此外，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，在比气体流通部更远离末端侧的位置，在第三基板层3的上表面与隔离层5的下表面之间、且在侧部由第一固体电解质层4的侧面区划而成的位置，设置有基准气体导入空间43。例如，大气作为对NOx浓度进行测定时的基准气体而导入到基准气体导入空间43。
大气导入层48是由多孔质氧化铝构成的层，基准气体通过基准气体导入空间43而导入到大气导入层48。另外，大气导入层48形成为将基准电极42覆盖。
基准电极42是以由第三基板层3的上表面和第一固体电解质层4夹持的方式而形成的电极，如上所述，在其周围设置有与基准气体导入空间43连通的大气导入层48。另外，如后所述，能够使用基准电极42对第一内部空腔20内、第二内部空腔40内的氧浓度(氧分压)进行测定。
在气体流通部，气体导入口10是相对于外部空间而开口的部位，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进入的被测定气体施加规定的扩散阻力的部位。
缓冲空间12是为了将从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向第一内部空腔20导入的被测定气体施加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，因外部空间的被测定气体的压力变动(被测定气体为汽车的尾气的情况下，是排气压力的脉动)而从气体导入口10急剧进入传感器元件101内部的被测定气体并非直接向第一内部空腔20导入，而是在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而将被测定气体的浓度变动消除之后向第一内部空腔20导入。由此，向第一内部空腔20导入的被测定气体的浓度变动变为几乎可以忽略的程度。
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。主泵单元21工作而对该氧分压进行调整。
主泵单元21是构成为包括内侧泵电极22、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的电化学泵单元，其中，内侧泵电极22具有在面对第一内部空腔20的第二固体电解质层6的下表面的大致整个区域设置的顶部电极部22a，外侧泵电极23在第二固体电解质层6的上表面(传感器元件101的一侧主面)的与顶部电极部22a相对应的区域以暴露于外部空间中的方式而设置。
内侧泵电极22形成于划分出第一内部空腔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)。具体而言，在构成第一内部空腔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，在构成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。利用在构成第一内部空腔20的两侧壁部的隔离层5的侧壁面(内表面)设置的导通部而将上述顶部电极部22a和底部电极部22b连接(省略图示)。
顶部电极部22a以及底部电极部22b设置为俯视时呈矩形。不过，也可以为仅设置有顶部电极部22a的方式、或者仅设置有底部电极部22b的方式。
内侧泵电极22和外侧泵电极23形成为多孔质金属陶瓷电极。特别地，与被测定气体接触的内侧泵电极22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。例如，作为具有5％～40％的气孔率且含有0.6wt～1.4wt％左右的Au的Au-Pt合金与ZrO2的金属陶瓷电极，形成为5μm～20μm的厚度。Au-Pt合金与ZrO2的重量比率只要为Pt：ZrO2＝7.0：3.0～5.0：5.0左右即可。
另一方面，外侧泵电极23例如作为Pt或者其合金与ZrO2的金属陶瓷电极而形成为俯视时呈矩形。
对于主泵单元21，利用可变电源24对内侧泵电极22与外侧泵电极23之间施加所需的泵电压Vp0，并使泵电流Ip0沿着正向或者负向而在内侧泵电极22与外侧泵电极23之间流通，由此，能够将第一内部空腔20内的氧吸出到外部空间、或者将外部空间的氧吸入至第一内部空腔20。此外，还将主泵单元21中施加于内侧泵电极22与外侧泵电极23之间的泵电压Vp0称为主泵电压Vp0。
另外，为了对第一内部空腔20的气氛中的氧浓度(氧分压)进行检测，电化学传感器单元、亦即主泵控制用氧分压检测传感器单元80构成为包括内侧泵电极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。
通过对主泵控制用氧分压检测传感器单元80的电动势V0进行测定而能够获知第一内部空腔20内的氧浓度(氧分压)。
此外，对主泵电压Vp0进行反馈控制以使得电动势V0恒定，由此控制泵电流Ip0。由此，第一内部空腔20内的氧浓度保持为规定的恒定值。
第三扩散速度控制部30是如下部位：对在第一内部空腔20通过主泵单元21的动作而控制了氧浓度(氧分压)之后的被测定气体施加规定的扩散阻力，并将该被测定气体导入到第二内部空腔40。
第二内部空腔40设置成用于进行下述处理的空间：对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)浓度进行测定。NOx浓度的测定主要是在利用辅助泵单元50调整了氧浓度之后的第二内部空腔40中进一步通过测定泵单元41进行动作而完成的。
第二内部空腔40中，对于预先在第一内部空腔20中调整了氧浓度(氧分压)之后又通过第三扩散速度控制部30而导入的被测定气体，进一步利用辅助泵单元50进行氧分压的调整。由此，能够高精度地将第二内部空腔40内的氧浓度保持恒定，因此，在这样的气体传感器100中，能够高精度地测定NOx浓度。
辅助泵单元50是构成为包括辅助泵电极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的外侧的适当的电极即可)、以及第二固体电解质层6的辅助性的电化学泵单元，其中，辅助泵电极51具有在面对第二内部空腔40的第二固体电解质层6的下表面的大致整个区域设置的顶部电极部51a。
辅助泵电极51以与此前设置于第一内部空腔20内的内侧泵电极22相同的方式配置于第二内部空腔40内。即，对于构成第二内部空腔40顶面的第二固体电解质层6而形成有顶部电极部51a，另外，在构成第二内部空腔40底面的第一固体电解质层4形成有底部电极部51b。上述顶部电极部51a和底部电极部51b均形成为俯视时呈矩形，并且，借助在构成第二内部空腔40的两侧壁部的隔离层5的侧壁面(内表面)设置的导通部而连接(省略图示)。
此外，对于辅助泵电极51，也与内侧泵电极22同样地利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。
对于辅助泵单元50，向辅助泵电极51与外侧泵电极23之间施加所需的电压Vp1，由此，能够将第二内部空腔40内的气氛中的氧吸出到外部空间，或者将氧从外部空间吸入到第二内部空腔40内。
另外，为了控制第二内部空腔40内的气氛中的氧分压，电化学传感器单元、亦即辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81构成为包括辅助泵电极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。
辅助泵单元50利用可变电源52进行泵送，该可变电源52基于由上述辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81检测出的电动势V1而对电压进行控制。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的测定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作为控制信号而输入至主泵控制用氧分压检测传感器单元80，并对其电动势V0进行控制，由此控制为：使得从第三扩散速度控制部30导入到第二内部空腔40内的被测定气体中的氧分压的梯度始终恒定。在作为NOx传感器而使用时，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的作用而保持为约0.001ppm左右的恒定值。
测定泵单元41在第二内部空腔40内进行被测定气体中的NOx浓度的测定。测定泵单元41是构成为包括测定电极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的电化学泵单元，其中，测定电极44设置于面对第二内部空腔40的第一固体电解质层4的上表面、且设置于与第三扩散速度控制部30分离的位置。
测定电极44是多孔质金属陶瓷电极。例如形成为Pt或者其合金与ZrO2的金属陶瓷电极。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还原催化剂而发挥作用。此外，测定电极44被第四扩散速度控制部45覆盖。
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承担着对流入至测定电极44的NOx的量进行限制的作用，并且，还作为测定电极44的保护膜而发挥作用。
对于测定泵单元41而言，能够将因测定电极44周围的气氛中的NOx分解而产生的氧吸出，并能够作为泵电流Ip2而检测出其生成量。
另外，为了对测定电极44周围的氧分压进行检测，电化学传感器单元、亦即测定泵控制用氧分压检测传感器单元82构成为包括第二固体电解质层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。基于由测定泵控制用氧分压检测传感器单元82检测出的电动势V2而对可变电源46进行控制。
导入到第二内部空腔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周围的被测定气体中的NOx被还原(2NO→N2+O2)而生成氧。并且，该生成的氧被测定泵单元41进行泵送，此时，对可变电源46的电压Vp2进行控制，以使得由测定泵控制用氧分压检测传感器单元82检测出的控制电压V2恒定。在测定电极44的周围生成的氧的量与被测定气体中的NOx的浓度成正比，因此，利用测定泵单元41中的泵电流Ip2对被测定气体中的NOx浓度进行计算。下文中，还将这样的泵电流Ip2称为NOx电流Ip2。
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来作为电化学传感器单元，则能够检测出与下述差值相应的电动势，由此，还能够求出被测定气体中的NOx成分的浓度，该差值是指：因测定电极44周围的气氛中的NOx成分的还原而生成的氧的量、和基准大气中含有的氧的量的差值。
另外，电化学传感器单元83构成为包括第二固体电解质层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，能够利用该传感器单元83而获得电动势Vref，并能够利用该电动势Vref对传感器外部的被测定气体中的氧分压进行检测。
传感器元件101还具备加热器部70，其承担着对传感器元件101进行加热并保温的温度调整作用，以便提高构成基体部的固体电解质的氧离子传导性。
加热器部70主要具备加热器电极71、加热器构件72、加热器导通部72a、通孔73以及加热器绝缘层74。除了加热器电极71以外，加热器部70均埋设于传感器元件101的基体部。
加热器电极71是以与第一基板层1的下表面(传感器元件101的另一侧主面)接触的方式而形成的电极。
加热器构件72是设置于第二基板层2与第三基板层3之间的电阻发热体。从传感器元件101的外部通过作为通电路径的加热器电极71、通孔73以及加热器导通部72a对加热器构件72供电而使其发热。加热器构件72由Pt形成，或者以Pt为主成分而形成。加热器构件72以在元件厚度方向上与气体流通部对置的方式埋设于传感器元件101的气体流通部所处那侧的规定范围。加热器构件72设置成具有10μm～20μm左右的厚度。
对于传感器元件101而言，使电流通过加热器电极71而流向加热器构件72，由此使得加热器构件72发热，从而能够将传感器元件101的各部分加热、保温为规定的温度。具体而言，对传感器元件101进行加热而使得气体流通部附近的固体电解质以及电极的温度达到700℃～900℃左右。通过这样的加热而提高传感器元件101中构成基体部的固体电解质的氧离子传导性。此外，将使用气体传感器100时的(传感器元件101被驱动时的)基于加热器构件72的加热温度称为传感器元件驱动温度。
另外，气体传感器100还具备控制器110，该控制器110对各部分的动作进行控制，并且，基于NOx电流Ip2来确定NOx浓度。
在具有上述结构的气体传感器100中，通过使主泵单元21以及辅助泵单元50工作而将被测定气体中含有的氧吸出，使得氧分压充分降低至实质上对NOx的测定没有影响的程度(例如0.0001ppm～1ppm)的被测定气体到达测定电极44。在测定电极44处，到达的被测定气体中的NOx被还原而生成氧。该氧被测定泵单元41吸出，该吸出时流通的NOx电流Ip2与被测定气体中的NOx的浓度具有恒定的函数关系(以下，称为灵敏度特性)。
关于该灵敏度特性，在实际使用气体传感器100之前，预先使用NOx浓度已知的多种试样气体而确定灵敏度特性，并将其数据存储于控制器110。并且，在气体传感器100的实际使用时，时时刻刻向控制器110提供表示与被测定气体中的NOx浓度相应地流通的NOx电流Ip2的值的信号，在控制器110中，基于该值和确定的灵敏度特性而不断地对NOx浓度进行运算并将其值输出。由此，根据气体传感器100，基本上能够实时地获知被测定气体中的NOx浓度。
＜主泵电压与NOx的分解之间的关系＞
图2是示出主泵电压Vp0的大小对被测定气体的氧浓度与NOx电流Ip2之间的关系造成的影响的图。具体而言，在图2中，将NO浓度为恒定的500ppm而氧浓度为不同的0％、5％、10％、18％这4个等级的4种试样气体(其余均为N2)作为对象，利用2个不同的气体传感器100进行测定，相对于试样气体的氧浓度而对各自的NOx电流Ip2进行描绘。此外，传感器元件驱动温度为830℃。
图2中示出了与2个气体传感器100分别对应的曲线图G1、G2，一个曲线图G1在NOx电流Ip2与氧浓度之间呈现出单调递增的线性变化，与此相对，另一个曲线图G2虽然在氧浓度为10％以下时呈现出单调递增的趋势，但是在氧浓度处于10％与18％之间时横盘。
本发明的发明人进行了潜心研究，结果确认到如下趋势：在执行动作时主泵电压Vp0的大小保持为650mV以下的气体传感器100的情况下，能够获得如曲线图G1那样的、决定系数(相关系数的平方值)R2为0.975以上的单调递增的线性变化，与此相对，在执行动作时主泵电压Vp0的大小保持于超过650mV的范围内的气体传感器100的情况下，如曲线图G2那样，NOx电流Ip2在被测定气体的氧浓度较高的范围内横盘。此外，后者的决定系数R2低于0.975。
由此表明：对于构成为主泵电压Vp0的大小超过650mV的气体传感器100，在被测定气体的氧浓度较大的情况下，在到达测定电极44之前的阶段(例如第一内部空腔20中)，被测定气体中的NOx会被分解。
进一步而言，即便在被测定气体的氧浓度较大的情况下，为了以良好的精度求出NOx浓度，也需要以将主泵电压Vp0的大小设为650mV以下的方式构成传感器元件101。
此外，图2中的曲线图G1显示出如下趋势：NOx电流Ip2的值取决于被测定气体的氧浓度。由此给出了如下启示：为了更准确地求出NOx浓度，在基于灵敏度特性对NOx浓度进行求解时，利用氧浓度进行校正是有效的。这可以通过例如基于表示被测定气体中的氧浓度的信息(例如泵电流Ip0、电动势Vref)对NOx电流Ip2进行校正等来实现。
＜主泵电压的抑制＞
对于本实施方式所涉及的气体传感器100而言，鉴于上述这一点，根据更可靠地抑制被测定气体的氧浓度较大的情况下的第一内部空腔20中的NOx的分解的观点，规定了从气体导入口10至内侧泵电极22的扩散阻力、主泵单元21的电阻、构成主泵单元21且与被测定气体直接接触的内侧泵电极22的面积、以及主泵单元21的电极间最短距离(内侧泵电极22与外侧泵电极23之间的最短距离)所满足的必要条件。其中，由于导通部对NOx分解的促进可以忽略，所以，在以下说明中，内侧泵电极22是指除了导通部以外的部分。
本实施方式所涉及的气体传感器100中，即便在被测定气体的氧浓度较大的情况下，由于满足下述的必要条件(a)～(d)，第一内部空腔20中的NOx的分解也得到抑制。具体而言，气体传感器100构成为将主泵电压Vp0的值保持为650mV以下。
(a)扩散阻力：200cm-1以上1000cm-1以下；
(b)电阻：150Ω以下；
(c)面积：5mm2以上20mm2以下；
(d)电极间最短距离：0.1mm以上0.6mm以下。
此外，在具备顶部电极部22a的情况下，电极间最短距离与第二固体电解质层6的厚度相等。
通过适当地与第一扩散速度控制部11的扩散阻力和第二扩散速度控制部13的扩散阻力组合，能够实现200cm-1～1000cm-1这样的、从气体导入口10至内侧泵电极22的扩散阻力。
在该扩散阻力超过1000cm-1的情况下，氧检测能力降低，故此并非为优选。另一方面，在扩散阻力小于200cm-1的情况下，泵电流Ip0的值变大，主泵电压Vp0的值也变大，从而，NOx容易被分解，检测精度降低，故此并非为优选。
另外，在电阻超过150Ω的情况下，主泵电压Vp0的值变大而使得NOx容易被分解，检测精度降低，故此并非为优选。
另外，在内侧泵电极22的面积超过20mm2的情况下，容易在第一内部空腔20发生NOx的分解，故此并非为优选。
另一方面，在内侧泵电极22的面积小于5mm2的情况下、以及电极间最短距离超过0.6mm的情况下，主泵单元21的阻抗增大，主泵电压Vp0的值变大而导致NOx容易被分解，故此并非为优选。
另外，在电极间最短距离小于0.1mm的情况下，存在于两个电极之间的固体电解质的厚度变小，因此，容易产生裂纹，故此并非为优选。
此外，如上所述，有时内侧泵电极22仅具有顶部电极部22a和底部电极部22b中的任一方，不过，在这种情况下，如果满足上述必要条件(a)～(d)，则被测定气体的氧浓度较大的情况下的第一内部空腔20中的NOx的分解也得到抑制。
构成为满足上述必要条件(a)～(d)的气体传感器100在如下条件下使用：通过将传感器元件驱动温度设为700℃以上900℃以下而使得内侧泵电极22的温度变为700℃以上900℃以下。在内侧泵电极22的温度超过900度的情况下，第一内部空腔20的NOx容易发生分解，从而无法确保设想的直线率，故此并非为优选。另外，在内侧泵电极22的温度不足700℃的情况下，主泵单元21的阻抗增大，泵电流Ip0的检测精度降低，除此以外，主泵电压Vp0的值变大而导致NOx容易被分解，故此并非为优选。
＜传感器元件的制造工艺＞
接下来，对制造具有如上所述的结构及特征的传感器元件101的工艺进行说明。在本实施方式中，形成由生片构成的层叠体，将该层叠体切断并对其进行烧成而制作传感器元件101，其中，所述生片含有氧化锆等氧离子传导性固体电解质作为陶瓷成分。
以下，以制作图1所示的包含6个层的传感器元件101的情形为例进行说明。这种情况下，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块生片。图3是表示制作传感器元件101时的处理流程的图。
在制作传感器元件101的情况下，首先，准备未形成图案的生片亦即半成品片材(省略图示)(步骤S1)。在制作包含6个层的传感器元件101的情况下，与各层对应地准备6块半成品片材。特别地，对于构成第二固体电解质层6的生片，使用最终满足必要条件(d)并满足必要条件(b)的厚度的生片。
半成品片材设置有印刷时、层叠时的定位用的多个片材孔。在图案形成之前的半成品片材的阶段，通过利用冲孔装置所进行的冲孔处理等而预先形成上述片材孔。此外，在对应的层为构成内部空间的生片的情况下，也通过同样的冲孔处理等而预先设置与该内部空间相对应的贯通部。以使得最终获得的传感器元件101满足必要条件(a)的方式而形成上述贯通部。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无需全部都相同。
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图案印刷、干燥处理(步骤S2)。具体而言，形成各种电极的图案、第四扩散速度控制部45的图案、加热器构件72以及加热器绝缘层74等的图案、以及省略图示的内部配线的图案等。另外，在这样的图案印刷的定时，还一并进行用于形成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的升华性材料的涂敷或者配置。对于该涂敷或者配置，也以使得最终获得的传感器元件101满足必要条件(a)的方式来进行。
通过如下方式进行各图案的印刷：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浆糊涂敷于半成品片材。对于印刷后的干燥处理，也可以利用公知的干燥方法。
特别是对于用于形成内侧泵电极22的浆糊，以使得最终获得的内侧泵电极22至少满足必要条件(b)～(c)的方式进行调配及涂敷。
当针对各半成品片材的图案印刷结束时，实施用于对与各层相对应的生片彼此进行层叠、粘接的粘接用浆糊的印刷、干燥处理(步骤S3)。对于粘接用浆糊的印刷，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，进行如下压接处理：按照规定的顺序对涂敷有粘接剂的生片进行堆叠，通过施加规定的温度、压力条件而对它们进行压接，从而使它们形成为一个层叠体(步骤S4)。具体而言，对于作为层叠对象的生片，一边利用片材孔进行定位、一边将它们堆叠保持于未图示的规定的层叠夹具，并利用公知的液压冲压机等层叠机针对每个层叠夹具进行加热、加压。关于进行加热、加压的压力、温度、时间，虽然也取决于使用的层叠机，但是，只要以能够实现良好的层叠的方式规定适当的条件即可。
当以上述方式获得层叠体时，接下来，在多处部位将该层叠体切断而切割出传感器元件101的各单元(称为元件体)(步骤S5)。
在1300℃～1500℃左右的烧成温度下对切割出的元件体进行烧成(步骤S6)。由此制作传感器元件101。即，通过固体电解质层与电极的一体烧成而生成传感器元件101。此时的烧成温度优选为1200℃以上1500℃以上(例如1400℃)。此外，通过以该方式实施一体烧成，使得传感器元件101中的各电极具有足够的密接强度。
将这样得到的传感器元件101收纳于规定的壳体，并组装于气体传感器100的主体(未图示)。
【实施例】
制作从气体导入口10至内侧泵电极22的扩散阻力、主泵单元21的电阻、内侧泵电极22的面积、以及内侧泵电极22与外侧泵电极23之间的最短距离(电极间最短距离)的组合不同的共12种气体传感器100(No.1～No.12)，以氧浓度为18％且NOx浓度为500ppm的被测定气体(其余为N2)为对象，对这些气体传感器分别进行了测定。基于此时的主泵电压Vp0的值而判定第一内部空腔20中有无NOx的分解。传感器元件驱动温度设为830℃。
具体而言，扩散阻力、电阻、面积以及电极间最短距离的差异如下。
扩散阻力：100cm-1、180cm-1、200cm-1、300cm-1、500cm-1、600cm-1、700cm-1以及900cm-1这8个等级；
电阻：30Ω、45Ω、55Ω、75Ω、80Ω、85Ω、90Ω、100Ω、140Ω、150Ω以及200Ω这11个等级；
面积：4.0mm2、5.0mm2、6.0mm2、7.3mm2、7.5mm2、9.0mm2、15.0mm2以及20.0mm2这8个等级；
电极间最短距离：0.2mm、0.3mm、0.4mm以及0.6mm这4个等级。
表1中示出了针对各气体传感器100的条件和有无NOx分解的判定结果。此外，No.1～No.10的气体传感器100均满足所有必要条件(a)～(d)。另一方面，No.11以及No.12的气体传感器100不满足必要条件(a)，No.12的气体传感器100还不满足必要条件(b)、(c)。
表1
此外，以如下方式对第一内部空腔20中有无NOx分解进行了判定。
首先，主泵电压为650mV以下的气体传感器100未发生NOx分解，表1中，针对相应的气体传感器100的“判定”这一项目而记作“○”(圆圈标记)。
另一方面，主泵电压超过650mV的气体传感器100发生了NOx分解，表1中，针对相应的气体传感器100的“判定”这一项目而记作“×”(叉号标记)。
如表1所示，针对满足所有必要条件(a)～(d)的No.1～No.10的气体传感器100，判定为全部都未发生NOx分解。与此相对，针对不满足必要条件(a)的No.11的气体传感器100、以及不满足必要条件(a)、(b)、(c)的No.12的气体传感器100，判定为在第一内部空腔20中发生了NOx分解。
该结果表明：即便在被测定气体的氧浓度较大的情况下，因满足所有必要条件(a)～(d)也实现了能够以良好的精度求出NOx浓度的气体传感器100。

Claims (2)

1.一种气体传感器，其是具备由氧离子传导性的固体电解质构成的传感器元件的、能够确定被测定气体中的NOx浓度的极限电流型的气体传感器，其特征在于，
所述传感器元件具有：
气体导入口，被测定气体从外部空间导入至该气体导入口；
第一内部空腔，该第一内部空腔在规定的扩散阻力下与所述气体导入口连通；
第二内部空腔，该第二内部空腔在规定的扩散阻力下与所述第一内部空腔连通；
主泵单元，该主泵单元是构成为包括内侧泵电极、外侧泵电极、以及存在于所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质的电化学泵单元，所述内侧泵电极设置为面对所述第一内部空腔，所述外侧泵电极设置于所述传感器元件的表面；
测定电极，该测定电极设置为面对所述第二内部空腔，并且，由施加有规定的扩散阻力的多孔质保护膜覆盖，作为针对NOx的还原催化剂而发挥作用；
大气导入层，大气作为基准气体而从所述传感器元件的外部导入至该大气导入层；
基准电极，该基准电极被所述大气导入层覆盖；以及
测定泵单元，该测定泵单元是构成为包括所述测定电极、所述外侧泵电极、以及存在于所述测定电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质的电化学泵单元，
所述气体传感器还具备浓度确定机构，该浓度确定机构基于所述测定泵单元中在所述测定电极与所述外侧泵电极之间流通的NOx电流的大小而确定所述NOx浓度，
所述主泵单元配置构成为：当向所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间施加有规定的主泵电压时，将所述第一内部空腔内的氧吸出，将导入至所述第一内部空腔的所述被测定气体中的氧吸出而使得所述第一内部空腔的所述被测定气体的氧分压降低，
所述测定泵单元配置构成为：当向所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间施加有规定的泵电压时，将所述测定电极附近的氧吸出，将到达所述测定电极附近的所述被测定气体中的NOx在所述测定电极处被还原而生成的氧吸出，
从所述气体导入口至所述内侧泵电极的扩散阻力为200cm-1以上1000cm-1以下，
所述主泵单元的电阻为150Ω以下，电极间的最短距离为0.1mm以上0.6mm以下，
所述内侧泵电极是设置为5mm2以上20mm2以下的面积的、Au-Pt合金与ZrO2的金属陶瓷电极。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，
所述传感器元件还具有：
主泵控制用传感器单元，该主泵控制用传感器单元是构成为包括所述内侧泵电极、所述基准电极、以及存在于所述内侧泵电极与所述基准电极之间的所述固体电解质的电化学传感器单元；
辅助泵单元，该辅助泵单元是构成为包括辅助泵电极、所述外侧泵电极、以及存在于所述辅助泵电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质的电化学泵单元，所述辅助泵电极设置为面对所述第二内部空腔；
辅助泵控制用传感器单元，该辅助泵控制用传感器单元是构成为包括所述辅助泵电极、所述基准电极、以及存在于所述辅助泵电极与所述基准电极之间的所述固体电解质的电化学传感器单元；以及
测定泵控制用传感器单元，该测定泵控制用传感器单元是构成为包括所述测定电极、所述基准电极、以及存在于所述测定电极与所述基准电极之间的所述固体电解质的电化学传感器单元，
在所述主泵单元将存在于所述第一内部空腔的所述被测定气体中的氧吸出时，与所述主泵控制用传感器单元中在所述内侧泵电极与所述基准电极之间产生的电动势相应的所述主泵电压被施加于所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间，
所述辅助泵单元配置构成为：当与所述辅助泵控制用传感器单元中在所述辅助泵电极与所述基准电极之间产生的电动势相应的泵电压施加于所述辅助泵电极与所述外侧泵电极之间时，将导入至所述第二内部空腔的所述被测定气体中的氧吸出，
利用所述辅助泵单元将氧吸出而使得氧分压进一步低于所述第一内部空腔的氧分压的所述被测定气体到达所述测定电极，
在所述测定泵单元将所述测定电极处产生的氧吸出时，与所述测定泵控制用传感器单元中在所述测定电极与所述基准电极之间产生的电动势相应的泵电压被施加于所述测定电极与所述外侧泵电极之间。
CN201910186759.6A 2018-03-16 2019-03-13 气体传感器 Active CN110274944B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018049372A JP6966364B2 (ja) 2018-03-16 2018-03-16 ガスセンサ
JP2018-049372 2018-03-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110274944A true CN110274944A (zh) 2019-09-24
CN110274944B CN110274944B (zh) 2023-03-21

Family

ID=67774251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910186759.6A Active CN110274944B (zh) 2018-03-16 2019-03-13 气体传感器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10955376B2 (zh)
JP (1) JP6966364B2 (zh)
CN (1) CN110274944B (zh)
DE (1) DE102019001790A1 (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111141803A (zh) * 2020-01-14 2020-05-12 浙江百岸科技有限公司 氮氧传感器
CN113075277A (zh) * 2021-05-20 2021-07-06 中国科学技术大学先进技术研究院 氮氧化物传感器
CN113075278A (zh) * 2021-05-20 2021-07-06 中国科学技术大学先进技术研究院 氮氧化物传感器
CN113219037A (zh) * 2020-02-05 2021-08-06 日本碍子株式会社 气体传感器
CN113340964A (zh) * 2020-03-02 2021-09-03 日本碍子株式会社 气体传感器
CN113447540A (zh) * 2020-03-25 2021-09-28 日本碍子株式会社 传感器元件
CN113466307A (zh) * 2020-03-30 2021-10-01 日本碍子株式会社 气体传感器系统
CN115128145A (zh) * 2021-03-29 2022-09-30 日本碍子株式会社 传感器元件

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7216624B2 (ja) * 2019-08-28 2023-02-01 日本碍子株式会社 センサ素子
JP7349917B2 (ja) * 2020-01-21 2023-09-25 日本碍子株式会社 センサ素子及びガスセンサ
JP2022091669A (ja) * 2020-12-09 2022-06-21 日本碍子株式会社 ガスセンサ
US20220236210A1 (en) * 2021-01-22 2022-07-28 Ngk Insulators, Ltd. Sensor element of gas sensor

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004294455A (ja) * 2004-07-26 2004-10-21 Ngk Insulators Ltd ガスセンサ
US20110147214A1 (en) * 2009-10-15 2011-06-23 Ngk Insulators, Ltd. Gas sensor and method for manufacturing sensor element
US20110186431A1 (en) * 2010-02-02 2011-08-04 Ngk Insulators, Ltd. Gas sensor and method for manufacturing same
JP2012198247A (ja) * 2012-07-24 2012-10-18 Ngk Insulators Ltd ガスセンサおよびＮＯｘセンサ
JP2014029348A (ja) * 2010-03-29 2014-02-13 Ngk Insulators Ltd ガスセンサ
US20160223487A1 (en) * 2015-01-30 2016-08-04 Ngk Insulators, Ltd. Gas sensor
US20180074009A1 (en) * 2016-09-09 2018-03-15 Ngk Insulators, Ltd. Gas sensor

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3050781B2 (ja) 1995-10-20 2000-06-12 日本碍子株式会社 被測定ガス中の所定ガス成分の測定方法及び測定装置
JP3338318B2 (ja) * 1996-11-29 2002-10-28 日本特殊陶業株式会社 ＮＯｘガス濃度検出器
JP4628920B2 (ja) * 2005-10-05 2011-02-09 日本碍子株式会社 ガスセンサ素子
JP2014209128A (ja) * 2009-10-15 2014-11-06 日本碍子株式会社 ガスセンサおよびセンサ素子の製造方法
JP5937995B2 (ja) 2013-03-28 2016-06-22 日本碍子株式会社 ポンプセルの内部電極の製法
DE112017004028T5 (de) * 2016-08-09 2019-05-02 Ngk Insulators, Ltd. Gassensor

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004294455A (ja) * 2004-07-26 2004-10-21 Ngk Insulators Ltd ガスセンサ
US20110147214A1 (en) * 2009-10-15 2011-06-23 Ngk Insulators, Ltd. Gas sensor and method for manufacturing sensor element
US20110186431A1 (en) * 2010-02-02 2011-08-04 Ngk Insulators, Ltd. Gas sensor and method for manufacturing same
JP2014029348A (ja) * 2010-03-29 2014-02-13 Ngk Insulators Ltd ガスセンサ
JP2012198247A (ja) * 2012-07-24 2012-10-18 Ngk Insulators Ltd ガスセンサおよびＮＯｘセンサ
US20160223487A1 (en) * 2015-01-30 2016-08-04 Ngk Insulators, Ltd. Gas sensor
US20180074009A1 (en) * 2016-09-09 2018-03-15 Ngk Insulators, Ltd. Gas sensor

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111141803A (zh) * 2020-01-14 2020-05-12 浙江百岸科技有限公司 氮氧传感器
CN113219037B (zh) * 2020-02-05 2024-04-05 日本碍子株式会社 气体传感器
CN113219037A (zh) * 2020-02-05 2021-08-06 日本碍子株式会社 气体传感器
CN113340964B (zh) * 2020-03-02 2024-03-26 日本碍子株式会社 气体传感器
CN113340964A (zh) * 2020-03-02 2021-09-03 日本碍子株式会社 气体传感器
CN113447540A (zh) * 2020-03-25 2021-09-28 日本碍子株式会社 传感器元件
CN113466307A (zh) * 2020-03-30 2021-10-01 日本碍子株式会社 气体传感器系统
CN115128145A (zh) * 2021-03-29 2022-09-30 日本碍子株式会社 传感器元件
CN115128145B (zh) * 2021-03-29 2024-08-06 日本碍子株式会社 传感器元件
CN113075277B (zh) * 2021-05-20 2022-08-02 中国科学技术大学先进技术研究院 氮氧化物传感器
CN113075278B (zh) * 2021-05-20 2022-08-02 中国科学技术大学先进技术研究院 氮氧化物传感器
CN113075278A (zh) * 2021-05-20 2021-07-06 中国科学技术大学先进技术研究院 氮氧化物传感器
CN113075277A (zh) * 2021-05-20 2021-07-06 中国科学技术大学先进技术研究院 氮氧化物传感器

Also Published As

Publication number Publication date
US20190285572A1 (en) 2019-09-19
DE102019001790A1 (de) 2019-09-19
JP6966364B2 (ja) 2021-11-17
JP2019158816A (ja) 2019-09-19
CN110274944B (zh) 2023-03-21
US10955376B2 (en) 2021-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110274944A (zh) 气体传感器
US10788444B2 (en) Gas sensor
CN107941885A (zh) 气体传感器
CN110274943A (zh) 气体传感器
JP5323752B2 (ja) ガスセンサのポンプ電極、導電性ペーストの製造方法、およびガスセンサ
CN108693237A (zh) 传感器元件及气体传感器
CN109564184B (zh) 气体传感器
CN108693215A (zh) 气体传感器
JP2018169328A (ja) センサ素子及びガスセンサ
CN110794019B (zh) 气体传感器
CN108693227A (zh) 气体传感器
JP2009244140A (ja) ガスセンサおよびＮＯｘセンサ
JP7144303B2 (ja) ガスセンサ
JP2009236868A (ja) ガスセンサ、ＮＯｘセンサ、およびガスセンサの作製方法
JP7103930B2 (ja) ガスセンサ
CN110274946B (zh) 气体传感器
JP2020126051A (ja) ガスセンサ
CN110274945A (zh) 气体传感器
US20220308010A1 (en) Sensor element and gas detection method using sensor element
US20220308011A1 (en) Sensor element
WO2024029403A1 (ja) ＮＯｘセンサのセンサ素子

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant