CN110320261B - 气体传感器以及气体传感器的控制方法 - Google Patents

气体传感器以及气体传感器的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种气体传感器以及气体传感器的控制方法。将在第1动作时外加于预备氧浓度控制单元(106)的第1电压设定为Va，将在第2动作时外加于预备氧浓度控制单元(106)的第2电压设定为Vb，将在预备氧浓度控制单元(106)停止时被外加的电压设定为Voff时，则Voff<Va<Vb。由此，根据气体传感器，可以长期高精度地对排放气体这样的有未燃烧成分、氧的存在下所共存的多种成分(例如NO、NH3等)的浓度进行测定，从而可以抑制噪音的发生，并且可以提高感测的响应性。

Description

气体传感器以及气体传感器的控制方法
技术领域
本发明涉及能够对被测定气体中的多种目标成分的各浓度进行测定的气体传感器以及气体传感器的控制方法。
背景技术
国际公开第2017/222002号的目的在于提供一种气体传感器，其可以长期高精度地对排放气体那样的有未燃烧成分、氧的存在下所共存的多种成分(例如NO、NH3等)的浓度进行测定。
为了达成这个目的，国际公开第2017/222002号所述的气体传感器具有:特定成分测定单元，其对测定室内的特定成分的浓度进行测定；预备氧浓度控制单元，其对预备调节室内的氧浓度进行控制；驱动控制单元，其对预备氧浓度控制单元的驱动以及停止进行控制；以及目标成分取得单元，其基于预备氧浓度控制单元的驱动时以及停止时的来自特定成分测定单元的传感器输出之差、以及各传感器输出的一者，来取得第1目标成分和第2目标成分的浓度。
发明内容
在国际公开第2017/222002号中，如上所述，基于预备氧浓度控制单元的驱动时以及停止时的来自特定成分测定单元的传感器输出之差、以及各传感器输出的一者，来取得第1目标成分和第2目标成分的浓度。预备氧浓度控制单元具有：固体电解质、和形成于该固体电解质的两面的2个电极，来构成1个电容器。特别是，在预备氧浓度控制单元的驱动时被外加的驱动电压与停止时被外加的停止电压(0V)之差呈较大的情况下，流动于预备氧浓度控制单元中的电流波形的下降和上升容易发生过冲(overshoot)，有可能成为噪音的原因。因此，考虑到了在波形稳定后读出数据，但是，到波形稳定为止会需要时间，感测到的响应性有可能下降。
本发明是考虑到这种课题而完成的，其目的在于提供一种气体传感器以及气体传感器的控制方法，其中，针对可以长期高精度地对排放气体这样的有未燃烧成分、氧的存在下所共存的多种成分(例如NO、NH3等)的浓度进行测定的气体传感器，可以抑制噪音的发生，并且可以提高感测的响应性。
本发明的第1方式为一种气体传感器，其具有:传感器元件，其具有至少由氧离子传导性的固体电解质构成的结构体、形成于所述结构体且能够供被测定气体导入的气体导入口、与所述气体导入口连通的氧浓度调节室、与所述氧浓度调节室连通的测定室、以及设置于所述气体导入口和所述氧浓度调节室之间且与所述气体导入口连通的预备调节室；氧浓度控制单元，其对所述氧浓度调节室内的氧浓度进行控制；温度控制单元，其对所述传感器元件的温度进行控制；特定成分测定单元，其对所述测定室内的特定成分的浓度进行测定；预备氧浓度控制单元，其具有所述固体电解质和形成于该固体电解质的两面的2个电极，并对所述预备调节室内的氧浓度进行控制；驱动控制单元，其对所述预备氧浓度控制单元进行控制；以及目标成分取得单元，其基于所述预备氧浓度控制单元的第1动作时的来自所述特定成分测定单元的传感器输出、和所述预备氧浓度控制单元的第2动作时的来自所述特定成分测定单元的传感器输出之间的差值、以及所述各传感器输出的一者，来取得第1目标成分和第2目标成分的浓度，其中，当将在所述第1动作时外加于所述预备氧浓度控制单元的第1电压设定为Va，将在所述第2动作时外加于所述预备氧浓度控制单元的第2电压设定为Vb，将在所述预备氧浓度控制单元停止时被外加的电压设定为Voff时，
Voff<Va<Vb。
由此，根据上述气体传感器，可以长期高精度地对排放气体这样的有未燃烧成分、氧的存在下所共存的多种成分(例如NO、NH3等)的浓度进行测定，从而可以抑制噪音的发生，并且可以提高感测的响应性。
在本发明的第1方式中，优选为，将外加于所述预备氧浓度控制单元的电压的范围且是下述的电压的范围设定为第1电压范围，即：所述第2目标成分(NH3)以所述第2目标成分不变的状态通过所述预备调节室而到达所述氧浓度调节室内、且所述第1目标成分(NO)以所述第1目标成分不变的状态通过所述预备调节室而到达所述氧浓度调节室内的情形下的电压的范围，将外加于所述预备氧浓度控制单元的电压的范围且是下述的电压的范围设定为第2电压范围，即：所述第2目标成分(NH3)在所述预备调节室内转化为所述第1目标成分(NO)而到达所述氧浓度调节室内、且所述第1目标成分(NO)以所述第1目标成分不变的状态通过所述预备调节室而到达所述氧浓度调节室内的情形下的电压的范围，此时，所述第1电压Va包含在所述第1电压范围内，所述第2电压Vb包含在所述第2电压范围内。
在本发明的第1方式中，在含有所述第1目标成分但不含有所述第2目标成分的第1被测定气体被供给的环境下，将所述电压Voff外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3off(1)，将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3va(1)，将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3vb(1)，在含有所述第2目标成分但不含有所述第1目标成分的第2被测定气体被供给的环境下，将所述电压Voff外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3off(2)，将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3va(2)，将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3vb(2)，则
Ip3off(1)-Ip3va(1)＝ΔIp3(1)，Ip3off(2)-Ip3vb(2)＝ΔIp3(2)，
在所述第2动作时将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元，此时的|ΔIp3(1)-ΔIp3(2)|作为基准差值，在这种情形下，在所述第1动作时将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元而此时的|ΔIp3(1)-ΔIp3(2)|则为所述基准差值的1/2以下。优选为1/10以下，进一步优选为1/100以下。
在本发明的第1方式中，在含有所述第1目标成分但不含有所述第2目标成分的第1被测定气体被供给的环境下，将所述电压Voff外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3off(1)，将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3va(1)，将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3vb(1)，在含有所述第2目标成分但不含有所述第1目标成分的第2被测定气体被供给的环境下，将所述电压Voff外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3off(2)，将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3va(2)，将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3vb(2)，则
Ip3off(1)-Ip3va(1)＝ΔIp3(1)，Ip3off(2)-Ip3vb(2)＝ΔIp3(2)，
在这种情形下，在所述第1动作时将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元，此时的|ΔIp3(1)-ΔIp3(2)|为0.05μA以下。优选为0.01μA以下，进一步优选为0.001μA以下。
在本发明的第1方式中，所述特定成分可以为NO，所述第1目标成分可以为NO，所述第2目标成分可以为NH3。
本发明的第2方式为一种气体传感器的控制方法，所述气体传感器具有:传感器元件，其具有至少由氧离子传导性的固体电解质构成的结构体、形成于所述结构体且能够供被测定气体导入的气体导入口、与所述气体导入口连通的氧浓度调节室、与所述氧浓度调节室连通的测定室、以及设置于所述气体导入口和所述氧浓度调节室之间且与所述气体导入口连通的预备调节室；氧浓度控制单元，其对所述氧浓度调节室内的氧浓度进行控制；温度控制单元，其对所述传感器元件的温度进行控制；特定成分测定单元，其对所述测定室内的特定成分的浓度进行测定；预备氧浓度控制单元，其具有所述固体电解质和形成于该固体电解质的两面的2个电极，并对所述预备调节室内的氧浓度进行控制；驱动控制单元，其对所述预备氧浓度控制单元进行控制；以及目标成分取得单元，其基于所述预备氧浓度控制单元的第1动作时的来自所述特定成分测定单元的传感器输出、和所述预备氧浓度控制单元的第2动作时的来自所述特定成分测定单元的传感器输出之间的差值、以及所述各传感器输出的一者，来取得第1目标成分和第2目标成分的浓度，其中，当将在所述第1动作时外加于所述预备氧浓度控制单元的第1电压设定为Va，将在所述第2动作时外加于所述预备氧浓度控制单元的第2电压设定为Vb，将在所述预备氧浓度控制单元停止时被外加的电压设定为Voff时，则设定成Voff<Va<Vb，来实施。
在本发明的第2方式中，优选为，将外加于所述预备氧浓度控制单元的电压的范围且是下述的电压的范围设定为第1电压范围，即：所述第2目标成分以所述第2目标成分不变的状态通过所述预备调节室而到达所述氧浓度调节室内、且所述第1目标成分以所述第1目标成分不变的状态通过所述预备调节室而到达所述氧浓度调节室内的情形下的电压的范围，将外加于所述预备氧浓度控制单元的电压的范围且是下述的电压的范围设定为第2电压范围，即：所述第2目标成分在所述预备调节室内转化为所述第1目标成分而到达所述氧浓度调节室内、且所述第1目标成分以所述第1目标成分不变的状态通过所述预备调节室而到达所述氧浓度调节室内的情形下的电压的范围，此时，从所述第1电压范围中来设定所述第1电压Va，从所述第2电压范围中来设定所述第2电压Vb。
在本发明的第2方式中，在含有所述第1目标成分但不含有所述第2目标成分的第1被测定气体被供给的环境下，将所述电压Voff外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3off(1)，将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3va(1)，将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3vb(1)，在含有所述第2目标成分但不含有所述第1目标成分的第2被测定气体被供给的环境下，将所述电压Voff外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3off(2)，将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3va(2)，将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3vb(2)，则
Ip3off(1)-Ip3va(1)＝ΔIp3(1)，Ip3off(2)-Ip3vb(2)＝ΔIp3(2)，
在所述第2动作时将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元，此时的|ΔIp3(1)-ΔIp3(2)|作为基准差值，在这种情形下，在所述第1动作时将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元而此时的|ΔIp3(1)-ΔIp3(2)|则为所述基准差值的1/2以下。优选为1/10以下，进一步优选为1/100以下。
在本发明的第2方式中，在含有所述第1目标成分但不含有所述第2目标成分的第1被测定气体被供给的环境下，将所述电压Voff外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3off(1)，将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3va(1)，将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3vb(1)，在含有所述第2目标成分但不含有所述第1目标成分的第2被测定气体被供给的环境下，将所述电压Voff外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3off(2)，将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3va(2)，将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元时的传感器输出设定为Ip3vb(2)，则
Ip3off(1)-Ip3va(1)＝ΔIp3(1)，Ip3off(2)-Ip3vb(2)＝ΔIp3(2)，
在这种情形下，在所述第1动作时将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元而此时的|ΔIp3(1)-ΔIp3(2)|则为0.05μA以下。优选为0.01μA以下，进一步优选为0.001μA以下。
在本发明的第2方式中，所述特定成分可以为NO，所述第1目标成分可以为NO，所述第2目标成分可以为NH3。
根据本发明的气体传感器以及气体传感器的控制方法，可以长期高精度地对排放气体这样的有未燃烧成分、氧的存在下所共存的多种成分(例如NO、NH3等)的浓度进行测定，从而可以抑制噪音的发生，并且可以提高感测的响应性。
关于上述目的、特征以及优点，可以从参照附图所说明的以下实施方式的说明中更加容易了解。
附图说明
图1是表示本实施方式的气体传感器的一个结构例的截面图。
图2是示意性地表示气体传感器的构成图。
图3是针对于第1被测定气体(NO)以及第2被测定气体(NH3)分别表示出测定泵电流(传感器输出)Ip3相对于预备电压Vp0的变化、以及从Vp0＝0V时的测定泵电流Ip3减去伴随着预备电压Vp0的增加而慢慢降低的测定泵电流Ip3而得到的变化量ΔIp3的变化的曲线图。
图4A是表示比较例的测定泵电流(传感器输出)Ip3相对于时间而变化的曲线图。
图4B是表示实施例的测定泵电流(传感器输出)Ip3相对于时间而变化的曲线图。
图5是示意性地表示预备泵单元进行第2动作时的预备调节室内、氧浓度调节室内以及测定室内的反应的说明图。
图6是示意性地表示预备泵单元进行第1动作时的预备调节室内、氧浓度调节室内以及测定室内的反应的说明图。
图7是将气体传感器中使用的映射进行图形化来表示的图。
图8是将气体传感器中使用的映射以表格的形式表示的说明图。
图9是表示气体传感器的控制方法的一例的流程图。
图10是表示气体传感器的变形例的一个结构例的截面图。
具体实施方式
下面，一边参照图1～图10，一边对本发明的气体传感器以及气体传感器的控制方法的实施方式的示例进行说明。另外，在本说明书中，表示数值范围的“～”是以包含其前后所记载的数值作为下限值以及上限值的含义来使用的。
如图1以及图2所示，本实施方式的气体传感器10具有传感器元件12。传感器元件12具有:结构体14，其由氧离子传导性的固体电解质构成；气体导入口16，其形成于该结构体14且能够供被测定气体导入；氧浓度调节室18，其形成于结构体14内且与气体导入口16连通；以及测定室20，其形成于结构体14内且与氧浓度调节室18连通。
氧浓度调节室18具有：与气体导入口16连通的主调节室18a、以及与主调节室18a连通的副调节室18b。测定室20与副调节室18b连通。
此外，该气体传感器10具有预备调节室21，该预备调节室21在结构体14中设置于气体导入口16和主调节室18a之间且与气体导入口16连通。
具体而言，传感器元件12的结构体14是从图中下侧依次层叠第1基板层22a、第2基板层22b、第3基板层22c、第1固体电解质层24、隔离层26、以及第2固体电解质层28这6个层而构成的。各层分别利用氧化锆(ZrO2)等氧离子传导性固体电解质层来构成。
在传感器元件12的前端部侧，且是第2固体电解质层28的下表面和第1固体电解质层24的上表面之间，具备：气体导入口16、第1扩散速度控制部30、预备调节室21、第2扩散速度控制部32、氧浓度调节室18、第3扩散速度控制部34、以及测定室20。另外，在构成氧浓度调节室18的主调节室18a和副调节室18b之间，具备：第4扩散速度控制部36。
这些气体导入口16、第1扩散速度控制部30、预备调节室21、第2扩散速度控制部32、主调节室18a、第4扩散速度控制部36、副调节室18b、第3扩散速度控制部34、以及测定室20以按照上面顺序依次连通的形态而邻接地形成。也将从气体导入口16到测定室20的部位称为气体流通部。
气体导入口16、预备调节室21、主调节室18a、副调节室18b、以及测定室20是利用将隔离层26挖穿而成的形态设置出来的内部空间。预备调节室21、主调节室18a、副调节室18b和测定室20均是各上部被第2固体电解质层28的下表面所隔开，各下部是被第1固体电解质层24的上表面所隔开，各侧部是被隔离层26的侧面所隔开。
第1扩散速度控制部30、第3扩散速度控制部34以及第4扩散速度控制部36均设置成2根横长的(开口在与附图垂直的方向上具有长度方向的)狭缝。第2扩散速度控制部32设置成1根横长的(开口在与附图垂直的方向上具有长度方向的)狭缝。
另外，在第3基板层22c的上表面和隔离层26的下表面之间，且是与气体流通部相比距离前端侧较远的位置，设置有：基准气体导入空间38。基准气体导入空间38是：其上部被隔离层26的下表面所隔开、其下部被第3基板层22c的上表面所隔开、其侧部被第1固体电解质层24的侧面所隔开的内部空间。例如，氧、大气等作为基准气体而被导入于基准气体导入空间38。
气体导入口16是向外部空间开口的部位，被测定气体从外部空间且通过该气体导入口16被引入传感器元件12内。
第1扩散速度控制部30是：对从气体导入口16而被导入到预备调节室21的被测定气体赋予规定的扩散阻力的部位。关于预备调节室21，在后文进行叙述。
第2扩散速度控制部32是：对从预备调节室21而被导入到主调节室18a的被测定气体赋予规定的扩散阻力的部位。
主调节室18a设置为：用于对从气体导入口16而被导入的被测定气体中的氧分压进行调节的空间。氧分压通过主泵单元40的工作来进行调节。
主泵单元40是：包含主内侧泵电极42、外侧泵电极44、被这些电极夹持的氧离子传导性的固体电解质而构成的电化学泵单元(主电化学泵送单元)。主内侧泵电极42设置在：划分出主调节室18a的第1固体电解质层24的上表面、第2固体电解质层28的下表面、以及隔离层26的侧面的各自的几乎整个面。在第2固体电解质层28的上表面的与主内侧泵电极42相对应的区域，以露出在外部空间的方式设置外侧泵电极44。主内侧泵电极42和外侧泵电极44是由已将针对于被测定气体中的NOx成分而言的还原能力予以减弱了的材料来构成的。例如，形成为：俯视时呈矩形的多孔质金属陶瓷电极(例如包含0.1wt％～30.0wt％的Au的Pt等贵金属和ZrO2的金属陶瓷电极)。
主泵单元40是通过在传感器元件12的外部所具备的第1可调电源46而被外加第1泵电压Vp1，在外侧泵电极44和主内侧泵电极42之间流动第1泵电流Ip1，由此能够将主调节室18a内的氧汲出到外部空间，或者，将外部空间的氧汲入到主调节室18a内。
另外，传感器元件12具有作为电化学传感器单元的第1氧分压检测传感器单元50。该第1氧分压检测传感器单元50由主内侧泵电极42、被第3基板层22c的上表面和第1固体电解质层24所夹持的基准电极48、以及被这些电极所夹持的氧离子传导性固体电解质构成。基准电极48是俯视时几乎为矩形的电极，其由与外侧泵电极44等同样的多孔质金属陶瓷构成。另外，在基准电极48的周围设置有基准气体导入层52，该基准气体导入层52由多孔质氧化铝构成，并且与基准气体导入空间38连接。即，基准气体导入空间38的基准气体经由基准气体导入层52而被导入到基准电极48的表面。第1氧分压检测传感器单元50因为主调节室18a内的气氛和基准气体导入空间38的基准气体之间的氧浓度差而在主内侧泵电极42和基准电极48之间产生出第1电动势V1。
在第1氧分压检测传感器单元50产生的第1电动势V1根据存在于主调节室18a的气氛的氧分压而发生变化。传感器元件12通过上述第1电动势V1而对主泵单元40的第1可调电源46进行反馈控制。由此，可以根据主调节室18a的气氛的氧分压，来控制第1可调电源46外加于主泵单元40的第1泵电压Vp1。
第4扩散速度控制部36为：针对于通过主泵单元40在主调节室18a中的动作而被控制了氧浓度(氧分压)的被测定气体，赋予规定的扩散阻力，然后将该被测定气体导入到副调节室18b的部位。
副调节室18b被设置成下述的空间，即:预先在主调节室18a，对氧浓度(氧分压)进行调节后，针对于通过第4扩散速度控制部36而被导入的被测定气体，进一步利用辅助泵单元54进行氧分压的调节。由此，可以高精度地将副调节室18b内的氧浓度保持为恒定，因此，该气体传感器10能够进行高精度的NOx浓度测定。
辅助泵单元54为电化学泵单元，其由辅助泵电极56、外侧泵电极44、以及第2固体电解质层28构成，其中该辅助泵电极56设置于：第2固体电解质层28的且面向副调节室18b的几乎整个下表面。
另外，关于辅助泵电极56，与主内侧泵电极42同样，使用已将针对于被测定气体中的NOx成分而言的还原能力予以减弱了的材料来形成。
辅助泵单元54通过在辅助泵电极56和外侧泵电极44之间外加所期望的第2泵电压Vp2，从而能够将副调节室18b内的气氛中的氧汲出到外部空间，或者，从外部空间汲入到副调节室18b内。
另外，为了对副调节室18b内的气氛中的氧分压进行控制，通过辅助泵电极56、基准电极48、第2固体电解质层28、隔离层26和第1固体电解质层24来构成电化学性的传感器单元，亦即，来构成辅助泵控制用的第2氧分压检测传感器单元58。
另外，辅助泵单元54利用第2可调电源60而进行泵送，其中该第2可调电源60基于由该第2氧分压检测传感器单元58检测到的第2电动势V2而被进行电压控制。由此，副调节室18b内的气氛中的氧分压被控制成对于NOx的测定没有实质影响的较低的分压。
另外，与此同时，辅助泵单元54的第2泵电流Ip2被用于第2氧分压检测传感器单元58的电动势V1的控制。具体而言，第2泵电流Ip2作为控制信号而被输入给第2氧分压检测传感器单元58，该第2电动势V2被控制，由此，通过第4扩散速度控制部36而被导入到副调节室18b内的被测定气体中的氧分压的梯度则被一直控制为恒定。将气体传感器10用作NOx传感器时，通过主泵单元40和辅助泵单元54的作用，副调节室18b内的氧浓度被高精度地保持为各条件的规定值。
第3扩散速度控制部34为：针对于通过辅助泵单元54在副调节室18b中的动作而被控制了氧浓度(氧分压)的被测定气体，赋予规定的扩散阻力，然后将该被测定气体导入到测定室20的部位。
NOx浓度的测定主要是通过设置于测定室20内的测定用泵单元61的动作来进行的。测定用泵单元61是由测定电极62、外侧泵电极44、第2固体电解质层28、隔离层26、以及第1固体电解质层24构成的电化学泵单元。测定电极62直接设置于测定室20内的例如第1固体电解质层24的上表面，其是利用针对于被测定气体中的NOx成分而言的还原能力比主内侧泵电极42还高的材料来构成的多孔质金属陶瓷电极。测定电极62也作为将测定电极62上的气氛中所存在的NOx进行还原的NOx还原催化剂而发挥功能。
测定用泵单元61可以将由测定电极62的周围(测定室20内)的气氛中的氮氧化物的分解而产生的氧汲出，并以测定泵电流Ip3的形式，来检测其发生量，作为传感器输出。
另外，为了对测定电极62的周围(测定室20内)的氧分压进行检测，通过第1固体电解质层24、测定电极62和基准电极48来构成电化学传感器单元，亦即，来构成测定用泵控制用的第3氧分压检测传感器单元66。基于由第3氧分压检测传感器单元66所检测到的第3电动势V3，来对第3可调电源68进行控制。
被导入到副调节室18b内的被测定气体在被控制了氧分压的状况下通过第3扩散速度控制部34而到达测定室20内的测定电极62。测定电极62的周围的被测定气体中的氮氧化物被还原而产生氧。而且，通过测定用泵单元61而对该所产生的氧进行泵送。此时，对第3可调电源68的第3泵电压Vp3进行控制，以使得由第3氧分压检测传感器单元66检测到的第3电动势V3呈恒定。在测定电极62的周围所产生的氧的量与被测定气体中的氮氧化物的浓度呈正比例。因此，可以使用测定用泵单元61的测定泵电流Ip3，来算出被测定气体中的氮氧化物浓度。即，测定用泵单元61构成：对测定室20内的特定成分(NO)的浓度进行测定的特定成分测定单元。
另外，该气体传感器10具有电化学性的传感器单元70。该传感器单元70具有：第2固体电解质层28、隔离层26、第1固体电解质层24、第3基板层22c、外侧泵电极44、以及基准电极48。能够利用由该传感器单元70得到的电动势Vref，来对传感器外部的被测定气体中的氧分压进行检测。
此外，在传感器元件12中，以被第2基板层22b和第3基板层22c从上下夹持的方式，形成有加热器72。从外部进行供电，并通过设置于第1基板层22a下表面的未图示的加热器电极，由此使加热器72发热。通过使加热器72发热，构成传感器元件12的固体电解质的氧离子传导性得到提高。加热器72埋设在预备调节室21和氧浓度调节室18的整个区域，可以将传感器元件12的规定部位加热、保温在规定的温度。另外，出于得到第2基板层22b以及第3基板层22c的电绝缘性的目的，在加热器72的上下表面，形成有由氧化铝等构成的加热器绝缘层74(以下，有时也将加热器72、加热器电极、加热器绝缘层74结合在一起而称为加热器部)。
并且，预备调节室21作为下述的空间而发挥功能，即：利用后述的驱动控制单元108(参照图2)进行驱动，在驱动中，对从气体导入口16被导入的被测定气体中的氧分压进行调节的空间。通过预备泵单元80进行工作，来调节氧分压。
预备泵单元80为预备的电化学的泵单元，其由预备泵电极82、外侧泵电极44、以及第2固体电解质层28构成，其中该预备泵电极82设置于：第2固体电解质层28的面向预备调节室21的几乎整个下表面。
另外，关于预备泵电极82，与主内侧泵电极42同样，使用已将针对于被测定气体中的NOx成分而言的还原能力予以减弱了的材料来形成。
通过对预备泵电极82和外侧泵电极44之间外加所期望的预备电压Vp0，从而预备泵单元80能够将预备调节室21内的气氛中的氧汲出到外部空间，或者，从外部空间汲入预备调节室21内。
另外，为了对预备调节室21内的气氛中的氧分压进行控制，该气体传感器10具有预备泵控制用的预备氧分压检测传感器单元84。该传感器单元84具有预备泵电极82、基准电极48、第2固体电解质层28、隔离层26、以及第1固体电解质层24。
另外，预备泵单元80利用预备可调电源86而进行泵送，其中该预备可调电源86基于由该预备氧分压检测传感器单元84检测到的预备电动势V0而被进行电压控制。由此，预备调节室21内的气氛中的氧分压被控制成对于NOx的测定没有实质影响的较低的分压。
另外，与此同时，该预备泵电流Ip0被用于预备氧分压检测传感器单元84的电动势的控制。具体而言，预备泵电流Ip0作为控制信号而被输入给预备氧分压检测传感器单元84，该预备电动势V0被控制，由此，从第1扩散速度控制部30被导入到预备调节室21内的被测定气体中的氧分压的梯度则被一直控制为恒定。
另外，预备调节室21还作为缓冲空间而发挥功能。即，能够将被测定气体的浓度变动抵消，其中该被测定气体的浓度是由外部空间中的被测定气体的压力变动(若被测定气体为汽车的排放气体的情况下则为排气压的脉动)而产生的。
此外，如图2示意性所示的那样，气体传感器10具有:对氧浓度调节室18内的氧浓度进行控制的氧浓度控制单元100、对传感器元件12的温度进行控制的温度控制单元102、对测定室20内的特定成分(NO)的浓度进行测定的特定成分测定单元104、预备氧浓度控制单元106、驱动控制单元108、以及目标成分取得单元110。
另外，氧浓度控制单元100、温度控制单元102、特定成分测定单元104、预备氧浓度控制单元106、驱动控制单元108、以及目标成分取得单元110例如是由具有1个或多个CPU(中央处理器)和存储装置等的1个以上的电子电路构成的。电子电路例如也是CPU执行存储于存储装置的程序由此实现规定的功能的软件功能部。当然，也可以由根据功能而将多个电子电路连接而成的FPGA(Field-Programmable Gate Array)等集成电路来构成。
以往，针对于NO、NH3的目标成分，在氧浓度调节室18内将其全部转换为NO后，导入到测定室20，对这2个成分的总量进行测定。即，无法对2个目标成分各自的浓度亦即NO以及NH3的各浓度进行测定。
对此，除上述的氧浓度调节室18、氧浓度控制单元100、温度控制单元102以及特定成分测定单元104之外，气体传感器10具备：预备调节室21、预备氧浓度控制单元106、驱动控制单元108、以及目标成分取得单元110，由此可以取得NO以及NH3的各浓度。
氧浓度控制单元100基于预先设定的氧浓度的条件、和在第1氧分压检测传感器单元50(参照图1)中产生的第1电动势V1，来对第1可调电源46进行反馈控制，由此将氧浓度调节室18内的氧浓度调节为符合上述条件的浓度。
温度控制单元102基于预先设定的传感器温度的条件、和来自对传感器元件12的温度进行测量的温度传感器(未图示)的测量值，来对加热器72进行反馈控制，由此将传感器元件12的温度调节为符合上述条件的温度。
气体传感器10通过这些氧浓度控制单元100或温度控制单元102、或者氧浓度控制单元100以及温度控制单元102进行控制，不是使氧浓度调节室18内的NO进行分解，而是将NH3全部转换为NO。
预备氧浓度控制单元106基于预先设定的氧浓度的条件、和在预备氧分压检测传感器单元84(参照图1)中产生的预备电动势V0，来对预备可调电源86进行反馈控制，由此将预备调节室21内的氧浓度调节为符合条件的浓度。
并且，目标成分取得单元110基于由预备氧浓度控制单元106的第1动作引起的来自特定成分测定单元104的传感器输出、和由预备氧浓度控制单元106的第2动作引起的来自特定成分测定单元104的传感器输出之间的差值，来取得NO以及NH3的各浓度。关于预备氧浓度控制单元106的第1动作以及第2动作，后文进行叙述。
在此，一边参照图3，一边说明在供给了第1被测定气体以及第2被测定气体时测定泵电流(传感器输出)Ip3相对于预备电压Vp0的变化亦即NO浓度以及NH3浓度的变化，。
首先，第1被测定气体是：温度为250℃，氧浓度为0.5％，H2O浓度为3％，NO浓度为500ppm，流量为200升/min。因此，在以下的说明中，将第1被测定气体记作为“第1被测定气体(NO)”。
第2被测定气体是：温度为250℃，氧浓度为0.5％，H2O浓度为3％，NH3浓度为500ppm，流量为200升/min。因此，在以下的说明中，将第2被测定气体记作为“第2被测定气体(NH3)”。
并且，利用图3的曲线LNO，来表示：流过有第1被测定气体(NO)、并使预备电压Vp0从0V变化为0.4V的情况下的NO浓度的变化亦即NO的测定泵电流(传感器输出)Ip3NO的变化，利用图3的曲线LΔNO，来表示：从Vp0＝0V时的测定泵电流Ip3NO减去伴随着预备电压Vp0的增加而慢慢降低的测定泵电流Ip3NO而得到的变化量ΔIp3NO的变化。
同样，利用图3的曲线LNH3，来表示：流过有第2被测定气体(NH3)，并使预备电压Vp0从0V变化为0.4V情况下的NH3浓度的变化亦即测定泵电流Ip3NH3的变化，利用图3的曲线LΔNH3，来表示：从Vp0＝0V时的测定泵电流Ip3NH3减去伴随着预备电压Vp0的增加而慢慢降低的测定泵电流Ip3NH3而得到的变化量ΔIp3NH3的变化。
如曲线LΔNO所示，NO的变化量ΔIp3NO的变化为：在预备电压Vp0从0V到0.25V附近，几乎维持在0μA，在预备电压Vp0从0.25V到0.35V附近则慢慢降低，在0.35V以后则急剧降低。
如曲线LΔNH3所示，NH3的变化量ΔIp3NH3的变化为：在预备电压Vp0从0V到0.15V附近，几乎维持在0μA，在预备电压Vp0从0.15V到0.35V附近则慢慢降低。其原因在于，预备电压Vp0上升，导致在预备调节室21内容易发生NH3→NO的氧化反应，通过气体导入口16而被导入的NH3被转换为NO。
即，在图3中，由第1区域Z1表示的Vp0的第1电压范围是：NH3以NH3不变的状态通过预备调节室21而到达氧浓度调节室18内，并且NO以NO不变的状态通过预备调节室21而到达氧浓度调节室18内的电压的范围。
由第2区域Z2表示的Vp0的第2电压范围是：NH3在预备调节室21内转化为NO而到达氧浓度调节室18内，并且NO以NO不变的状态通过预备调节室21而到达氧浓度调节室18内的电压的范围。
由第3区域Z3表示的Vp0的第3电压范围是：NH3在预备调节室21内成为NO后又分解为N2而到达氧浓度调节室18内，并且NO在预备调节室21内分解为N2而到达氧浓度调节室18内的电压的范围。
并且，在该气体传感器10中，当将在第1动作时外加于预备氧浓度控制单元106的第1电压设定为Va，将在第2动作时外加于预备氧浓度控制单元106的第2电压设定为Vb，将预备氧浓度控制单元106的停止时所外加的电压设定为Voff时，设定为Voff<Va<Vb。
具体而言，从上述的第1电压范围中来设定第1电压Va，从第2电压范围中来设定第2电压Vb。即，第1电压Va包含在第1电压范围内，第2电压Vb包含在第2电压范围内。
另外，虽然也可以从第3电压范围中来设定第2电压Vb，但是从例如提高测定精度的观点出发的情况下，优选从第2电压范围中来设定第2电压Vb。
另外，优选具有以下的关系。
第1电压Va为如下的电压，即，外加该第1电压Va时的变化量ΔIp3NO和变化量ΔIp3NH3之间的差值为：外加所特定的第2电压Vb时的变化量ΔIp3NO和变化量ΔIp3NH3之间的差值(基准差值)的1/2以下，优选为1/10以下，进一步优选为1/100以下。
或者，第1电压Va为如下的电压，即，外加该第1电压Va时的变化量ΔIp3NO和变化量ΔIp3NH3之间的差值为0.05μA以下、优选为0.01μA以下、进一步优选为0.001μA以下。
图3示出了：将第2区域Z2所示的第2电压范围之中的下述的电压作为第2电压Vb的示例(参照箭头ΔB)，即，该电压是：与外加了电压V23时的变化量ΔIp3NO和变化量ΔIp3NH3之间的差值的75％相对应的电压，其中该电压V23又是与第2区域Z2和第3区域Z3之间的边界相对应的电压。
具体而言，作为第1电压Va，可以选择例如20mV以上且小于180mV；作为第2电压，可以选择例如180mV以上且300mV以下。
此处，关于实施例和比较例，一边参照图4A以及图4B一边进行说明。
在比较例以及实施例中，均供给检查用的被测定气体。检查用的被测定气体是：温度为250℃，氧浓度为0.5％，H2O浓度为3％，NO浓度为500ppm，NH3浓度为500ppm，流量为200升/min，传感器温度为850℃。
并且，在比较例中，驱动时被外加的电压为270mV，停止时被外加的电压Voff为0V。另一方面，在实施例中，第2动作时被外加的第2电压Vb为270mV，第1动作时被外加的第1电压Va为100mV。
首先，比较例中，利用驱动控制单元108，对预备氧浓度控制单元106的驱动以及停止进行控制，并对预备泵单元80进行开/关(ON/OFF)控制。即，驱动控制单元108对预备氧浓度控制单元106外加第1电压Va而进行驱动后，在约5秒后对预备氧浓度控制单元106外加0V(＝电压Voff)而使其停止，之后，在约10秒后对预备氧浓度控制单元106外加第1电压Va而进行驱动。
目标成分取得单元110基于预备氧浓度控制单元106的驱动时的来自特定成分测定单元104的传感器输出、和预备氧浓度控制单元106的停止时的来自特定成分测定单元104的传感器输出之间的差值，来取得NO以及NH3的各浓度。
对此时的测定泵电流Ip3相对于时间而言的变化进行测量。将其结果作为测定泵电流Ip3的波形示于图4A。由该结果可知，比较例中，从关闭状态切换为打开状态时，产生急剧上升的过冲电压OSa(峰Pa)，从打开状态切换为关闭状态时，产生急剧下降的过冲电压OSb(峰Pb)。因发生这些过冲电压OSa以及OSb，虽然为低级别，但还是产生了噪音。另外，因为基于电容器结构的预备泵单元80的CR时间常数，波形的下降以及上升延迟，预备氧浓度控制单元106达到停止状态为止则需要时间。在比较例中，从关闭状态切换为打开状态为止所需要的时间为Ta，从打开状态切换为关闭状态为止所需要的时间为Tb。
对此，在实施例中，利用驱动控制单元108，对预备氧浓度控制单元106的第1动作以及第2动作进行控制，并对预备泵单元80进行了控制。即，驱动控制单元108对预备氧浓度控制单元106外加第2电压Vb而使预备氧浓度控制单元106进行第2动作，之后，在约5秒后对预备氧浓度控制单元106外加第1电压Va而使预备氧浓度控制单元106进行第1动作，之后，在约10秒后对预备氧浓度控制单元106外加第2电压Vb使其进行第2动作。
目标成分取得单元110基于预备氧浓度控制单元106的第2动作时的来自特定成分测定单元104的传感器输出、和预备氧浓度控制单元106的第1动作时的来自特定成分测定单元104的传感器输出之间的差值，来取得NO以及NH3的各浓度。
对此时的测定泵电流Ip3相对于时间而言的变化进行测量。将其结果作为测定泵电流Ip3的波形示于图4B。由该结果可知，实施例中，在从第2动作状态切换为第1动作状态时、以及从第1动作状态切换为第2动作状态时，虽然产生了急剧上升的过冲电压OSc以及OSd，但这些峰(Pc、Pd)小于比较例的峰(Pa、Pb)，噪音也就得到了抑制。另外，虽然存在基于电容器结构的预备泵单元80的CR时间常数的影响，但从第1动作状态切换为第2动作状态为止所需要的时间为Tc，从第2动作状态切换为第1动作状态为止所需要的时间则为Td。
当对比较例的时间Ta以及Tb和实施例的时间Tc以及Td进行比较时，Tc＝(2/3)×Ta、Td＝(2/3)×Tb。即，从第1动作状态切换为第2动作状态为止、以及从第2动作状态切换为第1动作状态为止，需要比较例的2/3的时间即可完成。
由上述可知，在实施例中，根据气体传感器10，可以长期高精度地对排放气体这样的有未燃烧成分、氧的存在下所共存的多种成分(例如NO、NH3等)的浓度进行测定，从而可以抑制噪音的发生，并且，可以提高感测的响应性。
在此，关于气体传感器10的处理动作，一边参照图5以及图6，一边进行说明。
首先，在利用驱动控制单元108而使预备氧浓度控制单元106进行第2动作的期间，如图5所示，通过气体导入口16而被导入的NH3到达氧浓度调节室18。在氧浓度调节室18中，利用氧浓度控制单元100进行控制，从而将NH3全部转换为NO，因此，从预备调节室21流入到氧浓度调节室18的NH3在氧浓度调节室18内发生NH3→NO的氧化反应，氧浓度调节室18内的全部NH3被转换为NO。因此，通过气体导入口16而被导入的NH3是以NH3的扩散系数2.2cm2/sec的速度通过了第1扩散速度控制部30以及第2扩散速度控制部32，并在氧浓度调节室18内被转换为NO，之后，以NO的扩散系数1.8cm2/sec的速度通过了第3扩散速度控制部34，然后移动到邻接的测定室20内。
另一方面，在利用驱动控制单元108而使预备氧浓度控制单元106进行第1动作的期间，如图6所示，在预备调节室21内发生NH3→NO的氧化反应，通过气体导入口16而被导入的全部NH3被转换为NO。因此，NH3虽然是以NH3的扩散系数2.2cm2/sec通过了第1扩散速度控制部30，但是在比预备调节室21处于更里侧的第2扩散速度控制部32以后，则是以NO的扩散系数1.8cm2/sec的速度移动到测定室20。
即，预备氧浓度控制单元106从第2动作状态切换为第1动作状态，由此，发生NH3的氧化反应的位置从氧浓度调节室18移动至预备调节室21。
发生NH3的氧化反应的位置从氧浓度调节室18移动至预备调节室21就是等于：被测定气体中的NH3通过第2扩散速度控制部32时的状态从NH3转变为NO。并且，NO、NH3分别具有不同的扩散系数，因此，关于是以NO来通过第2扩散速度控制部32还是以NH3来通过，这两者的不同就是相当于流入测定室20的NO量的不同，因此，使流入测定用泵单元61的测定泵电流Ip3发生变化。
这种情况下，预备泵单元80的第1动作时的测定泵电流Ip3(1)、和预备泵单元80的第2动作时的测定泵电流Ip3(2)之间的变化量ΔIp3是由被测定气体中的NH3的浓度而毫无疑义地确定的。因此，可以根据预备泵单元80的打开时或关闭时的测定泵电流Ip3(1)或Ip3(2)、和上述的测定泵电流Ip3的变化量ΔIp3，来计算出NO和NH3的各浓度。
因此，根据目标成分取得单元110，基于预备泵单元80的第1动作时的测定泵电流Ip3(1)、该测定泵电流Ip3(1)和预备泵单元80的第2动作时的测定泵电流Ip3(2)之间的变化量ΔIp3、以及映射112(参照图2)，来取得NO以及NH3的各浓度。
映射112若以图形化表示，则如图7所示，为如下的曲线图，即：横轴设定成被测定气体中的NH3浓度(ppm)，纵轴设定成预备泵单元80的第1动作时的测定泵电流Ip3(1)和预备泵单元80的第2动作时的测定泵电流Ip3(2)之间的差值亦即变化量ΔIp3。在图7中，代表性地示出了：对预备泵单元80在第2动作时的测定泵电流值的NO浓度换算值例如为100ppm体系、50ppm体系、25ppm体系、0ppm体系的显示点进行标注而成的曲线图。为了容易理解，以表格的形式来表示，为图8所示的内容。这些浓度利用实验或模拟来求出。
由图8可知，通过使用映射112，基于预备泵单元80的第2动作时的测定泵电流Ip3(2)(即，与以往的串联二室型NOx传感器同样的测定泵电流值)，推断出100ppm体系、50ppm体系、25ppm体系、0ppm体系的任意一体系，基于变化量ΔIp3，来确定NO和NH3的各浓度。
即，根据预备泵单元80的第2动作时的测定泵电流Ip3(2)和变化量ΔIp3，来确定映射112上的显示点，由此可以确定NO浓度和NH3浓度。例如，在与以往的串联2室型NOx传感器同样的测定泵电流Ip3(2)为2.137μA的情况下，根据上述串联二室型NOx传感器，仅能够获知NO和NH3的合计浓度大约为100ppm。但是，若根据气体传感器10，通过组合变化量ΔIp3，便可以如下所述地分别确定NO浓度和NH3浓度，即：在显示点p1，NO浓度为100ppm，NH3浓度为0ppm；在显示点p2，NO浓度为80ppm，NH3浓度为17.6ppm；在显示点p3，NO浓度为60ppm，NH3浓度为35.2ppm。在映射112上不存在与之一样的显示点的情况下，确定最近的显示点，例如，利用已知的近似计算，来求出NO浓度和NH3浓度即可。
另外，也可以利用以下的方法来求出NO浓度和NH3浓度。即，如上述的图7所示，预先利用实验或模拟，来求出变化量ΔIp3和NH3浓度之间的关系，根据预备泵单元80的第1动作时和第2动作时的变化量ΔIp3，来求出NH3浓度。而且，可以将由预备泵单元80的第2动作时的传感器输出而得到的NO浓度亦即NO和NH3的浓度的全部换算为NO，得到总NO浓度，用该总NO浓度减去上述求出的NH3浓度，来求出NO浓度。
另外，测定泵电流Ip3的大小为：到达测定电极62的NO的量，因此，该气体的量通过第1扩散速度控制部30、第2扩散速度控制部32、第4扩散速度控制部36、以及第3扩散速度控制部34的各扩散阻力来决定。图3、图4A以及图4B所示的气体传感器设计成：扩散阻力大于图7以及图8所计算出的气体传感器的扩散阻力，因此，虽然变化量ΔIp3的绝对值出现不同，但其倾向是与扩散阻力的大小无关的，只要是极限电流式的气体传感器就不会发生变化。
此处，关于基于气体传感器10的NO以及NH3的测定处理，一边参照图9的流程图一边进行说明。
首先，在图9的步骤S1中，气体传感器10将混合有NO以及NH3的被测定气体通过气体导入口16而导入到预备调节室21内。
在步骤S2中，驱动控制单元108对预备氧浓度控制单元106外加第2电压Vb。由此，预备泵单元80为第2动作状态。
在步骤S3中，特定成分测定单元104对预备泵单元80第2动作时的NO浓度进行测定。即，得到测定泵电流Ip3(2)。该测定泵电流Ip3(2)被输入给目标成分取得单元110。
在步骤S4中，驱动控制单元108对预备氧浓度控制单元106外加第1电压Va。由此，预备泵单元80为第1动作状态。
在步骤S5中，特定成分测定单元104对预备泵单元80第1动作时的NO浓度进行测定。即，得到测定泵电流Ip3(1)。该测定泵电流Ip3(1)被输入给目标成分取得单元110。
在步骤S6中，目标成分取得单元110基于预备泵单元80第2动作时的测定泵电流Ip3(2)、该测定泵电流Ip3(2)和预备泵单元80第1动作时的测定泵电流Ip3(1)之间的变化量ΔIp3、以及映射112，来取得NO浓度以及NH3浓度。
即，目标成分取得单元110根据测定泵电流Ip3(2)和变化量ΔIp3，来确定映射112上的显示点。而且，从映射112中读取出与所确定的显示点相对应的NO浓度以及NH3浓度，从而得到本次所测定的NO浓度以及NH3浓度。在映射112上不存在与之一样的显示点的情况下，如上所述，确定最近的显示点，例如，利用已知的近似计算，来求出NO浓度和NH3浓度。
或者，基于图7所示的变化量ΔIp3和NH3浓度之间的关系，根据预备泵单元80的第1动作时和第2动作时的变化量ΔIp3，来求出NH3浓度。而且，可以将由预备泵单元80的第2动作时的由传感器输出而得到的NO浓度亦即NO和NH3的浓度的全部换算为NO，得到总NO浓度，用该总NO浓度减去上述求出的NH3浓度，来求出NO浓度。
在步骤S7中，气体传感器10判断是否存在NO以及NH3的测定处理的结束请求(切断电源、维护等)。如果没有结束请求，则反复进行步骤S1以后的处理。并且，步骤S7中，在存在有结束请求的阶段，则结束气体传感器10中的NO以及NH3的测定处理。
这样，气体传感器10使用了下述的映射12，该映射12是按如下所述而得到的，即：针对于利用预先实验测定的得到的、预备氧浓度控制单元106的第2动作时的来自特定成分测定单元104的传感器输出(Ip3(2))、和预备氧浓度控制单元106的第1动作时和第2动作时的来自特定成分测定单元104的传感器输出之间的差值(ΔIp3)而被确定的显示点的每一个，来分别登记NO浓度以及NH3浓度的关系。或者，如图7所示，使用预先实验而求出的变化量ΔIp3和NH3浓度之间的关系。当然，可以在映射112中兼用。
而且，将实际使用中的预备氧浓度控制单元106的第2动作时的来自特定成分测定单元104的传感器输出(Ip3(2))、和预备氧浓度控制单元106在第1动作时和第2动作时的来自特定成分测定单元104的传感器输出之间的差值(ΔIp3)、与映射112进行比较，来求出NO以及NH3的各浓度。
由此，即使在排放气体这样的有未燃烧成分、氧的存在下所共存的多种目标成分(例如NO、NH3)的气氛下，也可以长期高精度地对多个目标成分的各浓度进行测定。
另外，仅对气体传感器10的控制系统的软件进行变更，气体传感器10就可以容易地实现以往无法实现的NO和NH3的各浓度的测定处理，而无需另行附加作为硬件的各种测定装置等。其结果，可以提高NOx净化系统的控制以及故障检测的精度。特别是，能够将SCR系统下游的废气中的NO和NH3区别开，有助于SCR系统的尿素注入量的精密控制、以及劣化检测。
并且，如上所述，当将在第1动作时外加于预备氧浓度控制单元106的第1电压设定为Va，将在第2动作时外加于预备氧浓度控制单元106的第2电压设定为Vb，将预备氧浓度控制单元106停止时被外加的电压设定为Voff时，则Voff<Va<Vb，因此，根据气体传感器，可以长期高精度地对排放气体这样的有未燃烧成分、氧的存在下所共存的多种成分(例如NO、NH3等)的浓度进行测定，从而可以抑制噪音的发生，并且可以提高感测的响应性。
此外，气体传感器10具有以下特征。
(a)NH3转化为NO的反应可以从能够得到传感器输出的变动的范围中任意选择。
(b)有意识地使NH3转化为NO的反应发生在：已具有了规定的扩散阻力的扩散速度控制部的前后。
(c)通过(b)，根据基于NO和NH3的扩散系数的不同而产生的传感器输出的变动，来求出NH3的浓度。
(d)此外，对由传感器输出自身得到的NO和NH3的合计浓度、和由所述变动得到的NH3的浓度进行比较，来获得NO浓度。
另外，本发明的气体传感器以及气体传感器的控制方法并不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的情况下，可以采用各种构成，这自不必而言。
在上述的示例中，虽然与副调节室18b邻接地设置了测定室20，并将测定电极62配置于测定室20内，但是，此外，如图10所示的变形例的气体传感器10a所示，可以将测定电极62配置于副调节室18b内，并以覆盖测定电极62的方式形成出：成为第3扩散速度控制部34的且由氧化铝(Al2O3)等陶瓷多孔体构成的膜。这种情况下，测定电极62的周围作为测定室20而发挥功能。
另外，在上述的示例中，虽然示出了：在预备调节室21内作为第2目标成分的NH3是以100％的转换率被转换为NO的示例，但是，NH3的转换率也可以不必为100％，可以在能够得到被测定气体中的NH3浓度和再现性好的相关关系的范围内，任意设定转换率。
另外，关于预备氧浓度控制单元106的驱动，既可以为从预备调节室21内汲出氧的方向，也可以为汲入的方向，只要是测定用泵单元61的输出亦即测定泵电流Ip3因为作为第2目标成分的NH3的存在而以良好的再现性发生变化即可。
另外，当实施本发明时，可以在不损害本发明的构思的范围内，附加有作为汽车用零部件的用于提高可靠性的诸多机构单元。

Claims (8)

1.一种气体传感器，该气体传感器(10)具有:
传感器元件(12)，其具有至少由氧离子传导性的固体电解质构成的结构体(14)、形成于所述结构体(14)且能够供被测定气体导入的气体导入口(16)、与所述气体导入口(16)连通的氧浓度调节室(18)、与所述氧浓度调节室(18)连通的测定室(20)、以及设置于所述气体导入口(16)和所述氧浓度调节室(18)之间且与所述气体导入口(16)连通的预备调节室(21)；
氧浓度控制单元(100)，其对所述氧浓度调节室(18)内的氧浓度进行控制；
温度控制单元(102)，其对所述传感器元件(12)的温度进行控制；
特定成分测定单元(104)，其对所述测定室(20)内的特定成分的浓度进行测定；
预备氧浓度控制单元(106)，其具有所述固体电解质和形成于该固体电解质的两面上的2个电极，并对所述预备调节室(21)内的氧浓度进行控制；
驱动控制单元(108)，其对所述预备氧浓度控制单元(106)进行控制；以及
目标成分取得单元(110)，其基于所述预备氧浓度控制单元(106)的第1动作时的来自所述特定成分测定单元(104)的传感器输出、和所述预备氧浓度控制单元(106)的第2动作时的来自所述特定成分测定单元(104)的传感器输出之间的差值、以及所述各传感器输出的一者，来取得第1目标成分和第2目标成分的浓度，
所述气体传感器的特征在于，
当将在所述第1动作时外加于所述预备氧浓度控制单元(106)的第1电压设定为Va，将在所述第2动作时外加于所述预备氧浓度控制单元(106)的第2电压设定为Vb，将在所述预备氧浓度控制单元(106)停止时被外加的电压设定为Voff时，则
Voff<Va<Vb，
将外加于所述预备氧浓度控制单元(106)的电压的范围且是下述的电压的范围设定为第1电压范围，即：所述第2目标成分以所述第2目标成分不变的状态通过所述预备调节室(21)而到达所述氧浓度调节室(18)内、且所述第1目标成分以所述第1目标成分不变的状态通过所述预备调节室(21)而到达所述氧浓度调节室(18)内的电压范围，
将外加于所述预备氧浓度控制单元(106)的电压的范围且是下述的电压的范围设定为第2电压范围，即：所述第2目标成分在所述预备调节室(21)内转化为所述第1目标成分而到达所述氧浓度调节室(18)内、且所述第1目标成分以所述第1目标成分不变的状态通过所述预备调节室(21)而到达所述氧浓度调节室(18)内的电压范围，
此时，所述第1电压Va包含在所述第1电压范围内，所述第2电压Vb包含在所述第2电压范围内。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，
在含有所述第1目标成分但不含有所述第2目标成分的第1被测定气体被供给的环境下，将所述电压Voff外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3off(1)，将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3va(1)，将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3vb(1)，
在含有所述第2目标成分但不含有所述第1目标成分的第2被测定气体被供给的环境下，将所述电压Voff外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3off(2)，将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3va(2)，将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3vb(2)，则Ip3off(1)-Ip3va(1)＝ΔIp3(1)，Ip3off(2)-Ip3vb(2)＝ΔIp3(2)，
在所述第2动作时将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元(106)，此时的|ΔIp3(1)-ΔIp3(2)|作为基准差值，
在这种情形下，在所述第1动作时将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元(106)而此时的|ΔIp3(1)-ΔIp3(2)|则为所述基准差值的1/2以下。
3.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，
在含有所述第1目标成分但不含有所述第2目标成分的第1被测定气体被供给的环境下，将所述电压Voff外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3off(1)，将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3va(1)，将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3vb(1)，
在含有所述第2目标成分但不含有所述第1目标成分的第2被测定气体被供给的环境下，将所述电压Voff外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3off(2)，将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3va(2)，将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3vb(2)，则Ip3off(1)-Ip3va(1)＝ΔIp3(1)，Ip3off(2)-Ip3vb(2)＝ΔIp3(2)，
在这种情形下，在所述第1动作时将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元(106)而此时的|ΔIp3(1)-ΔIp3(2)|则为0.05μA以下。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的气体传感器，其特征在于，
所述特定成分为NO，所述第1目标成分为NO，所述第2目标成分为NH3。
5.一种气体传感器的控制方法，
所述气体传感器具有:
传感器元件(12)，其具有至少由氧离子传导性的固体电解质构成的结构体(14)、形成于所述结构体(14)且能够供被测定气体导入的气体导入口(16)、与所述气体导入口(16)连通的氧浓度调节室(18)、与所述氧浓度调节室(18)连通的测定室(20)、以及设置于所述气体导入口(16)和所述氧浓度调节室(18)之间且与所述气体导入口(16)连通的预备调节室(21)；
氧浓度控制单元(100)，其对所述氧浓度调节室(18)内的氧浓度进行控制；
温度控制单元(102)，其对所述传感器元件(12)的温度进行控制；
特定成分测定单元(104)，其对所述测定室(20)内的特定成分的浓度进行测定；
预备氧浓度控制单元(106)，其具有所述固体电解质和形成于该固体电解质的两面上的2个电极，并对所述预备调节室(21)内的氧浓度进行控制；
驱动控制单元(108)，其对所述预备氧浓度控制单元(106)进行控制；以及
目标成分取得单元(110)，其基于所述预备氧浓度控制单元(106)的第1动作时的来自所述特定成分测定单元(104)的传感器输出、和所述预备氧浓度控制单元(106)的第2动作时的来自所述特定成分测定单元(104)的传感器输出之间的差值、以及所述各传感器输出的一者，来取得第1目标成分和第2目标成分的浓度，
所述气体传感器的控制方法的特征在于，
当将在所述第1动作时外加于所述预备氧浓度控制单元(106)的第1电压设定为Va，将在所述第2动作时外加于所述预备氧浓度控制单元(106)的第2电压设定为Vb，将在所述预备氧浓度控制单元(106)停止时被外加的电压设定为Voff时，则设定成Voff<Va<Vb来实施，
将外加于所述预备氧浓度控制单元(106)的电压的范围且是下述的电压的范围设定为第1电压范围，即：所述第2目标成分以所述第2目标成分不变的状态通过所述预备调节室(21)而到达所述氧浓度调节室(18)内、且所述第1目标成分以所述第1目标成分不变的状态通过所述预备调节室(21)而到达所述氧浓度调节室(18)内的电压范围，
将外加于所述预备氧浓度控制单元(106)的电压的范围且是下述的电压的范围设定为第2电压范围，即：所述第2目标成分在所述预备调节室(21)内转化为所述第1目标成分而到达所述氧浓度调节室(18)内、且所述第1目标成分以所述第1目标成分不变的状态通过所述预备调节室(21)而到达所述氧浓度调节室(18)内的电压范围，
此时，从所述第1电压范围中来设定所述第1电压Va，从所述第2电压范围中来设定所述第2电压Vb。
6.根据权利要求5所述的气体传感器的控制方法，其特征在于，
在含有所述第1目标成分但不含有所述第2目标成分的第1被测定气体被供给的环境下，将所述电压Voff外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3off(1)，将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3va(1)，将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3vb(1)，
在含有所述第2目标成分但不含有所述第1目标成分的第2被测定气体被供给的环境下，将所述电压Voff外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3off(2)，将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3va(2)，将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3vb(2)，则Ip3off(1)-Ip3va(1)＝ΔIp3(1)，Ip3off(2)-Ip3vb(2)＝ΔIp3(2)，
在所述第2动作时将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元(106)，此时的|ΔIp3(1)-ΔIp3(2)|作为基准差值，
在这种情形下，在所述第1动作时将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元(106)而此时的|ΔIp3(1)-ΔIp3(2)|则为所述基准差值的1/2以下。
7.根据权利要求5所述的气体传感器的控制方法，其特征在于，
在含有所述第1目标成分且不含有所述第2目标成分的第1被测定气体被供给的环境下，将所述电压Voff外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3off(1)，将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3va(1)，将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3vb(1)，
在含有所述第2目标成分但不含有所述第1目标成分的第2被测定气体被供给的环境下，将所述电压Voff外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3off(2)，将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3va(2)，将所述第2电压Vb外加于所述预备氧浓度控制单元(106)时的传感器输出设定为Ip3vb(2)，则Ip3off(1)-Ip3va(1)＝ΔIp3(1)，Ip3off(2)-Ip3vb(2)＝ΔIp3(2)，
在这种情形下，在所述第1动作时将所述第1电压Va外加于所述预备氧浓度控制单元(106)而此时的|ΔIp3(1)-ΔIp3(2)|则为0.05μA以下。
8.根据权利要求5～7中任意一项所述的气体传感器的控制方法，其特征在于，
所述特定成分为NO，所述第1目标成分为NO，所述第2目标成分为NH3。
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