CN111751429B - 传感器元件以及气体传感器 - Google Patents

Abstract

传感器元件(101)用于对被测定气体中的特定气体浓度进行检测，具备：元件主体，其包括氧离子传导性的固体电解质层、且具有长度方向；测定电极(44)，其以与被测定气体接触的方式配设于元件主体；基准电极(42)，其以与成为被测定气体中的特定气体浓度的检测基准的基准气体接触的方式配设于元件主体；以及加热器，其配设于元件主体、且对固体电解质层进行加热。从固体电解质层的厚度方向、即上下方向观察时，基准电极(42)的重心B与测定电极(44)重叠。元件主体的长度方向设为前后方向，基准电极(42)以及测定电极(44)的前后方向的长度均为1.1mm以下。基准电极(42)的从厚度方向观察时的面积为1.0mm²以上。

Description

传感器元件以及气体传感器

技术领域

本发明涉及传感器元件以及气体传感器。

背景技术

以往，已知对汽车的废气等被测定气体中的NOx等特定气体浓度进行检测的气体传感器。例如，专利文献1中记载了一种气体传感器，其具备多个氧离子传导性的固体电解质层的层叠体、以及设置于固体电解质层的多个电极。在利用该气体传感器检测NOx的浓度的情况下，首先，在传感器元件的内部的被测定气体流通部与传感器元件的外部之间进行氧的吸出或吸入，由此调整被测定气体流通部内的氧浓度。氧浓度调整后的被测定气体中的NOx在测定电极的周围被还原。然后，吸出测定电极周围的氧，以使得与测定电极周围的氧浓度相应地在测定电极与基准电极之间产生的电压恒定，并基于此时流通的泵电流而对被测定气体中的NOx的浓度进行检测。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-173318号公报

发明内容

然而，在加热至使得固体电解质活化的温度(例如800℃)的状态下使用传感器元件。此时，若因基准电极与测定电极之间的温差而产生热电动势，则两个电极间的电压中包含热电动势，因此，存在特定气体浓度的检测精度下降的问题。例如，在利用加热器刚开始对固体电解质层进行加热以后，因基准电极和测定电极的各电极内的温度偏差而导致热电动势变为不稳定的值。在热电动势不稳定的状态下，特定气体浓度的检测精度下降。另外，在电极内的温度稳定之后，有时也存在因基准电极与测定电极之间的温差而引起的稳定的热电动势，因该热电动势也会导致特定气体浓度的检测精度下降。

本发明是为了解决这样的技术问题而完成的，其主要目的在于缩短基准电极与测定电极之间的热电动势的稳定时间、且减小稳定的热电动势。

本发明为了达成上述主要目的而采用了以下方法。

本发明的传感器元件用于对被测定气体中的特定气体浓度进行检测，其中，所述传感器元件具备：

元件主体，其包括氧离子传导性的固体电解质层、且具有长度方向；

测定电极，其以与所述被测定气体接触的方式配设于所述元件主体；

基准电极，其以与成为所述被测定气体中的所述特定气体浓度的检测基准的基准气体接触的方式配设于所述元件主体；以及

加热器，其配置于所述元件主体、且对所述固体电解质层进行加热，

从所述固体电解质层的厚度方向观察时，所述基准电极的重心与所述测定电极重叠，

所述元件主体的长度方向设为前后方向，所述基准电极以及所述测定电极的前后方向的长度均为1.1mm以下，

所述基准电极的从所述厚度方向观察时的面积为1.0mm²以上。

该传感器元件在使用时由加热器加热并保温，在基准电极与测定电极之间产生与基准电极的周围和测定电极的周围的氧浓度差相应的电压。该电压用于导出被测定气体中的特定气体浓度。而且，对于该传感器元件而言，基准电极及测定电极的沿着元件主体的长度方向的长度、即前后方向的长度均为1.1mm以下。由此，从利用加热器开始加热起直至测定电极与基准电极之间的热电动势稳定为止的时间缩短。此处，与长度方向及厚度方向垂直的方向设为宽度方向。元件主体具有长度方向，因此，对于利用加热器加热时的元件主体的温度偏差而言，沿着长度方向的温度偏差大于沿着宽度方向的温度偏差。因此，关于基准电极及测定电极的任一者，前后方向的长度越长，电极内的温度偏差越容易增大，电极内的温度实现均匀化所需的时间越长。基准电极和测定电极的长度均为1.1mm以下，从而，对于任一电极，电极内的温度的均匀化均加快，直至测定电极与基准电极之间的热电动势稳定为止的时间缩短。另外，对于该传感器元件而言，从固体电解质层的厚度方向观察时，基准电极的重心与测定电极重叠。由此，能够减小基准电极与测定电极之间的稳定的温差，能够减小基准电极与测定电极之间的稳定的热电动势。由此，对于本发明的传感器元件而言，能够缩短基准电极与测定电极之间的热电动势的稳定时间，并且能够减小稳定的热电动势。

对于本发明的传感器元件而言，所述基准电极与所述测定电极之间的所述厚度方向的距离可以为50μm以上500μm以下。当厚度方向的距离为50μm以上时，元件主体的基准电极与测定电极之间的部分不会变得过薄，因此，元件主体难以产生裂纹。当厚度方向的距离为500μm以下时，能够进一步减小基准电极与测定电极之间的稳定的热电动势。

对于本发明的传感器元件而言，所述基准电极的所述面积可以为4.0mm²以下。若基准电极的面积过大，则有时基准电极内的温度实现均匀化需要花费时间而导致热电动势的稳定时间延长。当基准电极的面积为4.0mm²以下时，热电动势的稳定时间难以延长。

对于本发明的传感器元件而言，所述基准电极的所述长度可以为0.5mm以上。所述测定电极的所述长度可以为0.2mm以上。所述测定电极的所述长度可以为0.57mm以下。

对于本发明的传感器元件而言，与所述前后方向及所述厚度方向垂直的方向设为宽度方向，所述基准电极的所述前后方向的长度除以所述宽度方向的长度所得的值、即比Rr可以为0.2以上0.8以下。所述测定电极的所述前后方向的长度除以所述宽度方向的长度所得的值、即比Rm可以为0.2以上0.8以下。

本发明的气体传感器具备上述任一发明的传感器元件，

所述传感器元件具有以与所述被测定气体接触的方式配设于所述元件主体的被测定气体侧电极，

所述元件主体在内部设置有将所述被测定气体导入并使其流通的被测定气体流通部，

所述测定电极配设于所述被测定气体流通部中的测定室，

所述气体传感器还具备：

基准气体调整单元，其对所述基准电极与所述被测定气体侧电极之间施加反复导通截止的控制电压，在所述基准电极的周围进行氧的吸入；以及

检测单元，在因所述控制电压的导通而产生的所述基准电极与所述被测定气体侧电极之间的电位差较大的第一期间、以及因所述控制电压的截止而产生的所述电位差从所述第一期间开始下降后的第二期间中的该第二期间中，该检测单元基于所述基准电极与所述测定电极之间的电压而对所述被测定气体中的特定气体浓度进行检测。

对于该气体传感器而言，基准气体调整单元对基准电极与所述被测定气体侧电极之间施加控制电压而在基准电极的周围进行氧的吸入。由此，能够弥补基准电极的周围的氧浓度的降低。另外，基准气体调整单元施加反复导通截止的控制电压，因此，对于该气体传感器而言存在基准电极与被测定气体侧电极之间的电位差较大的第一期间、以及基准电极与被测定气体侧电极之间的电位差降低后的第二期间。并且，与在第一期间中相比，控制电压在第二期间中对基准电极的电位造成的影响较小，因此，检测单元基于第二期间中的基准电极与测定电极之间的电压检测特定气体浓度而能够抑制特定气体浓度的检测精度下降。由此，对于该气体传感器而言，能够向基准电极的周围进行氧的吸入，并且能够抑制因吸入用的控制电压而引起特定气体浓度的检测精度下降。另外，对于该气体传感器而言，如上所述，基准电极的面积为1.0mm²以上。由此，基准电极的电阻值减小，因此，能够减小第二期间中的基准电极与被测定气体侧电极之间的剩余电压。由于该剩余电压对基准电极的电位造成影响，因此，能够减小剩余电压，从而能够抑制特定气体浓度的检测精度下降。

对于本发明的气体传感器而言，也可以构成为，所述传感器元件具有以与所述被测定气体接触的方式配设于所述元件主体的外侧的外侧测定电极，所述检测单元将源自所述特定气体且在所述测定室产生的氧从所述测定电极的周围向所述外侧测定电极的周围吸出，并基于进行该吸出时流通的测定用泵电流而对所述特定气体浓度进行检测，所述测定电极的所述面积为0.2mm²以上2.0mm²以下。由此，能够基于测定用泵电流而检测特定气体浓度。并且，在测定电极的面积为0.2mm²以上时，测定电极的电阻值并未过大，因此，测定用泵电流的值增大，特定气体浓度的检测精度变得足够高。在测定电极的面积为2.0mm²以下时，测定电极的电阻值并未过小，因此，能够减小偏移电流(在被测定气体中不含有特定气体的情况下流通的测定用泵电流)。

此处，在所述特定气体为氧化物的情况下，“源自所述特定气体且在所述测定室产生的氧”可以设为在所述测定室使得所述特定气体本身还原时产生的氧。在所述特定气体为非氧化物的情况下，“源自所述特定气体且在所述测定室产生的氧”可以设为所述特定气体转换为氧化物之后在所述测定室使得转换后的气体还原时产生的氧。

对于本发明的气体传感器而言，也可以构成为，所述传感器元件具有：测定用电压检测部，其对作为所述基准电极与所述测定电极之间的所述电压的测定用电压进行检测；测定用泵单元，其构成为包括以与所述被测定气体接触的方式配设于所述元件主体的外侧的外侧测定电极及所述测定电极；以及基准气体调整泵单元，其构成为包括所述基准电极及所述被测定气体侧电极，所述检测单元具有所述测定用泵单元、以及对该测定用泵单元进行控制的测定用泵单元控制装置，所述测定用泵单元控制装置基于所述第二期间中获取的所述测定用电压而控制所述测定用泵单元，以使得该第二期间中获取的该测定用电压达到目标电压，通过该控制而获取该测定用泵单元将源自所述特定气体且在所述测定电极的周围产生的氧从所述测定电极的周围向所述外侧测定电极的周围吸出时流通的测定用泵电流，并基于该测定用泵电流而对所述被测定气体中的特定气体浓度进行检测，或者，对所述测定用泵单元进行控制，以使得所述测定用泵电流达到目标电流，进行该控制且基于所述第二期间中获取的所述测定用电压而对所述被测定气体中的特定气体浓度进行检测，所述基准气体调整单元具有：所述基准气体调整泵单元；以及基准气体调整泵单元控制装置，其对所述基准气体调整泵单元施加所述控制电压。

附图说明

图1是气体传感器100的纵截面图。

图2是概要地示出传感器元件101的结构的一例的截面示意图。

图3是示出控制电压Vp3以及电压Vref的时间变化的说明图。

图4是示出基准电极42和测定电极44的俯视时的位置关系的说明图。

图5是示出比较例的基准电极42和测定电极44的位置关系的说明图。

图6是变形例的传感器元件201的截面示意图。

图7是变形例的气体传感器300的说明图。

图8是示出控制装置95与各单元的电连接关系的框图。

图9是示出基准电极42与测定电极44的俯视观察时的位置关系的说明图。

图10是剩余电压DVref的说明图。

具体实施方式

接下来，利用附图对本发明的实施方式进行说明。图1是作为本发明的一个实施方式的气体传感器100的纵截面图。图2是概要地示出气体传感器100所具备的传感器元件101的结构的一例的截面示意图。传感器元件101呈长条的长方体形状，该传感器元件101的长度方向(图2的左右方向)设为前后方向，传感器元件101的厚度方向(图2的上下方向)设为上下方向。另外，传感器元件101的宽度方向(与前后方向及上下方向垂直的方向)设为左右方向。

如图1所示，气体传感器100具备：传感器元件101；保护罩130，其对传感器元件101的前端侧予以保护；以及传感器组装体140，其包括与传感器元件101导通的连接器150。如图所示，该气体传感器100安装于例如车辆的废气管等配管190，用于对作为被测定气体的废气中含有的NOx、O₂等特定气体的浓度进行测定。在本实施方式中，气体传感器100测定NOx浓度作为特定气体浓度。

保护罩130具备：有底筒状的内侧保护罩131，其将传感器元件101的前端覆盖；以及有底筒状的外侧保护罩132，其将上述内侧保护罩131覆盖。在内侧保护罩131及外侧保护罩132形成有用于使被测定气体在保护罩130内流通的多个孔。作为由内侧保护罩131包围的空间而形成有传感器元件室133，传感器元件101的前端配置于该传感器元件室133内。

传感器组装体140具备：元件密封体141，其对传感器元件101进行封入固定；安装于元件密封体141的螺母147、外筒148；以及连接器150，其与在传感器元件101的后端的表面(上下表面)形成的未图示的连接器电极(在图2中仅示出了后述的加热器连接器电极71)接触而与它们电连接。

元件密封体141具备：筒状的主体金属配件142；筒状的内筒143，其与主体金属配件142同轴地焊接固定；以及陶瓷支撑件144a～144c、压粉体145a、145b、金属环146，它们封入于主体金属配件142和内筒143的内侧的贯通孔内。传感器元件101位于元件密封体141的中心轴上，并沿前后方向将元件密封体141贯通。在内筒143形成有：缩径部143a，其用于在内筒143的中心轴方向上对压粉体145b进行按压；以及缩径部143b，其用于借助金属环146而向前方按压陶瓷支撑件144a～144c、压粉体145a、145b。利用来自缩径部143a、143b的按压力，在主体金属配件142及内筒143与传感器元件101之间对压粉体145a、145b进行压缩，从而压粉体145a、145b将保护罩130内的传感器元件室133与外筒148内的空间149之间密封，并且将传感器元件101固定。

螺母147与主体金属配件142同轴地固定，并在外周面形成有外螺纹部。螺母147的外螺纹部插入至焊接于配管190、且在内周面设置有内螺纹部的固定用部件191内。由此，在气体传感器100中的传感器元件101的前端、保护罩130的部分突出至配管190内的状态下，气体传感器100固定于配管190。

外筒148将内筒143、传感器元件101、连接器150的周围覆盖，与连接器150连接的多根导线155从后端向外部引出。该导线155经由连接器150而与传感器元件101的各电极(后述)导通。外筒148与导线155的间隙由橡胶塞157密封。外筒148内的空间149由基准气体(在本实施方式中为大气)充满。传感器元件101的后端配置于该空间149内。

传感器元件101是具有层叠体的元件，该层叠体是分别由氧化锆(ZrO₂)等氧离子传导性固体电解质层构成的第一基板层1、第二基板层2、第三基板层3、第一固体电解质层4、间隔层5以及第二固体电解质层6这六个层在附图中从下侧按照该顺序层叠而成的。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。例如，在对与各层对应的陶瓷生片进行规定的加工以及电路图案的印刷等之后，对它们进行层叠并进一步进行烧成而实现一体化，由此制造上述传感器元件101。

在传感器元件101的一端(图2的左侧)、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、第二内部空腔40、第四扩散速度控制部60以及第三内部空腔61以按照该顺序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、第二内部空腔40以及第三内部空腔61是以将间隔层5挖空的方式而设置的传感器元件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，侧部由间隔层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均设置成两条横长(开口具有作为与附图垂直的方向的长度方向)的狭缝。另外，第四扩散速度控制部60设置成作为与第二固体电解质层6的下表面之间的间隙而形成的一条横长(开口具有作为与附图垂直的方向的长度方向)的狭缝。需要说明的是，从气体导入口10至第三内部空腔61的部位还称为被测定气体流通部。

在第三基板层3的上表面与第一固体电解质层4的下表面之间设置有大气导入层48。大气导入层48例如是由氧化铝等陶瓷构成的多孔质体。大气导入层48的后端面为入口部48c，该入口部48c在传感器元件101的后端面露出。入口部48c在图1的空间149内露出(参照图1)。进行NOx浓度的测定时的基准气体从该入口部48c导入至大气导入层48。基准气体在本实施方式中设为大气(图1的空间149内的气氛)。另外，大气导入层48形成为将基准电极42覆盖。该大气导入层48一边对从入口部48c导入的基准气体施加规定的扩散阻力，一边将其导入至基准电极42。大气导入层48的厚度可以为10μm以上，也可以为30μm以下。大气导入层48的气孔率可以为10体积％以上，也可以为50体积％以下。

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夹持的方式形成的电极，如上所述，在其周围设置有大气导入层48。需要说明的是，基准电极42直接形成于第三基板层3的上表面，与第三基板层3的上表面接触的部分以外的部分由气体导入层48覆盖。但是，基准电极42只要至少一部分由大气导入层48覆盖即可。另外，如后所述，可以利用基准电极42对第一内部空腔20内、第二内部空腔40内、第三内部空腔61内的氧浓度(氧分压)进行测定。基准电极42形成为多孔质金属陶瓷电极(例如Pt和ZrO₂的金属陶瓷电极)。

在被测定气体流通部，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化(被测定气体为汽车的废气的情况下的排气压力的脉动)而从气体导入口10急剧地进入传感器元件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将被测定气体的压力变化消除以后再向第一内部空腔20导入。由此，向第一内部空腔20导入的被测定气体的压力变化达到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。主泵单元21工作而对上述氧分压进行调整。

主泵单元21是构成为包括内侧泵电极22、外侧泵电极23、以及由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具有设置于第二固体电解质层6下表面的、面对第一内部空腔20的大致整个区域的顶部电极部22a，外侧泵电极23设置为在第二固体电解质层6的上表面的与顶部电极部22a对应的区域向外部空间(图1中的传感器元件室133)露出。

内侧泵电极22形成为：跨越区划出第一内部空腔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)以及形成侧壁的间隔层5。具体而言，在形成第一内部空腔20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，在形成底面的第一固体电解质层4的上表面直接形成有底部电极部22b，并且，侧部电极部(省略图示)以将上述顶部电极部22a和底部电极部22b连接的方式而形成于构成第一内部空腔20的两个侧壁部的间隔层5的侧壁面(内表面)，从而，在该侧部电极部的配设部位配设成隧道形态的结构。

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(例如含有1％的Au的Pt与ZrO₂的金属陶瓷电极)。需要说明的是，与被测定气体接触的内侧泵电极22利用能减弱针对被测定气体中的NOx成分的还原能力的材料而形成。

对于主泵单元21而言，向内侧泵电极22与外侧泵电极23之间施加期望的泵电压Vp0而使得泵电流Ip0沿着正向或负向在内侧泵电极22与外侧泵电极23之间流通，由此，能够将第一内部空腔20内的氧吸出至外部空间、或者将外部空间的氧吸入至第一内部空腔20。

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、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、间隔层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进行测定而获知第一内部空腔20内的氧浓度(氧分压)。此外，以使得电动势V0恒定的方式对可变电源25的泵电压Vp0进行反馈控制而控制泵电流Ip0。由此，第一内部空腔20内的氧浓度能够保持为规定的恒定值。

第三扩散速度控制部30是下述部位：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至第二内部空腔40。

第二内部空腔40设置为用于如下用途的空间：预先在第一内部空腔20对氧浓度(氧分压)进行调整，然后对通过第三扩散速度控制部30而导入的被测定气体进一步进行基于辅助泵单元50的氧分压的调整。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，上述气体传感器100能够实现高精度的NOx浓度测定。

辅助泵单元50是构成为包括具有顶部电极部51a的辅助泵电极51、外侧泵电极23(并不局限于外侧泵电极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，顶部电极部51a设置于第二固体电解质层6下表面的面对第二内部空腔40的大致整个区域。

上述辅助泵电极51在第二内部空腔40内配设成：与此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。即，相对于形成第二内部空腔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，在形成第二内部空腔40底面的第一固体电解质层4的上表面直接形成有底部电极部51b，并且，将上述顶部电极部51a和底部电极部51b连结的侧部电极部(省略图示)分别形成于形成第二内部空腔40侧壁的间隔层5的两个壁面、且形成为隧道形态的结构。此外，对于辅助泵电极51，也与内侧泵电极22相同，利用能减弱针对被测定气体中的NOx成分的还原能力的材料而形成。

在辅助泵单元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内的气氛中的氧吸出至外部空间、或者将氧从外部空间吸入至第二内部空腔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、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、间隔层5、第一固体电解质层4以及第三基板层3。

需要说明的是，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检测出的电动势V1而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的测定无影响的较低的分压。

另外，与此同时，其泵电流Ip1用于对主泵控制用氧分压检测传感器单元80的电动势的控制。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，将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控制为始终恒定。在作为NOx传感器而使用时，通过主泵单元21和辅助泵单元50的作用而使得第二内部空腔40内的氧浓度保持为约0.001ppm左右的恒定值。

第四扩散速度控制部60是如下部位：对在第二内部空腔40通过辅助泵单元50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、且将该被测定气体引导至第三内部空腔61。第四扩散速度控制部60承担限制流入至第三内部空腔61的NOx的量的作用。

第三内部空腔61设置为用于如下用途的空间：预先在第二内部空腔40对氧浓度(氧分压)进行调整，然后对通过第四扩散速度控制部60而导入的被测定气体进行与被测定气体中的氮氧化物(NOx)浓度的测定相关的处理。主要在第三内部空腔61通过测定用泵单元41的动作而进行NOx浓度的测定。

测定用泵单元41在第三内部空腔61内进行被测定气体中的NOx浓度的测定。测定用泵单元41是构成为包括直接设置于第一固体电解质层4的上表面的面对第三内部空腔61的测定电极44、外侧泵电极23、第二固体电解质层6、间隔层5以及第一固体电解质层4的电化学泵单元。测定电极44是由与内侧泵电极22相比提高了针对被测定气体中的NOx成分的还原能力的材料构成的多孔质金属陶瓷电极(例如Pt和ZrO₂的金属陶瓷电极)。测定电极44还作为对存在于第三内部空腔61内的气氛中的NOx进行还原的NOx还原催化剂而发挥功能。

在测定用泵单元41能够将通过测定电极44周围的气氛中的氮氧化物的分解而产生的氧吸出，由此作为泵电流Ip2而检测出其产生量。

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、即测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82构成为包括第一固体电解质层4、第三基板层3、测定电极44以及基准电极42。基于测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检测出的电动势(电压V2)而控制可变电源46。

导入至第二内部空腔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60而到达第三内部空腔61的测定电极44。测定电极44周围的被测定气体中的氮氧化物被还原(2NO→N₂+O₂)而产生氧。然后，该产生的氧由测定用泵单元41进行泵送，此时，将可变电源46的电压Vp2控制为使得测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检测出的电压V2恒定。由于在测定电极44的周围产生的氧的量与被测定气体中的氮氧化物的浓度成正比例，因此，利用测定用泵单元41中的泵电流Ip2对被测定气体中的氮氧化物浓度进行计算。

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、间隔层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，利用该传感器单元83获得的电动势(电压Vref)而能够检测出传感器外部的被测定气体中的氧分压。

进一步，电化学式的基准气体调整泵单元90构成为包括第二固体电解质层6、间隔层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。该基准气体调整泵单元90利用与外侧泵电极23和基准电极42之间连接的电源电路92所施加的控制电压Vp3而使得控制电流Ip3流通，由此进行泵送。由此，基准气体调整泵单元90从外侧泵电极23周围的空间(图1中的传感器元件室133)向基准电极42周围的空间(大气导入层48)进行氧的吸入。

在具有这样的结构的气体传感器100中，通过使主泵单元21和辅助泵单元50工作而将氧分压始终保持为恒定的低值(实质上对NOx的测定无影响的值)的被测定气体供给至测定用泵单元41。因此，基于与被测定气体中的NOx的浓度大致成正比例、且通过从测定用泵单元41吸出因NOx的还原所生成的氧而流通的泵电流Ip2，能够获知被测定气体中的NOx浓度。

进一步，传感器元件101具备加热器部70，该加热器部70承担为了提高固体电解质的氧离子传导性而对传感器元件101进行加热并保温的温度调整作用。加热器部70具备加热器连接器电极71、加热器72、通孔73、加热器绝缘层74、压力释放孔75以及导线76。

加热器连接器电极71是以与第一基板层1的下表面接触的方式而形成的电极。通过将加热器连接器电极71与外部电源连接而能够从外部向加热器部70供电。

加热器72是以由第二基板层2和第三基板层3从上下方夹持的方式而形成的电阻体。加热器72经由导线76及通孔73而与加热器连接器电极71连接，通过该加热器连接器电极71从外部供电而发热，由此对形成传感器元件101的固体电解质进行加热和保温。

另外，加热器72埋设于第一内部空腔20至第三内部空腔61的整个区域，能够将整个传感器元件101调整为使得上述固体电解质活化的温度。

加热器绝缘层74是在加热器72的上下表面由多孔质氧化铝形成的绝缘层，该多孔质氧化铝由氧化铝等绝缘体形成。形成加热器绝缘层74的目的在于，获得第二基板层2与加热器72之间的电绝缘性、以及第三基板层3与加热器72之间的电绝缘性。

压力释放孔75是以将第三基板层3及大气导入层48贯通的方式设置的部位，形成该压力释放孔75的目的在于，缓和与加热器绝缘层74内的温度的升高相伴的内压的升高。

需要说明的是，图2所示的可变电源25、46、52以及电源电路92等实际上经由在传感器元件101内形成的未图示的导线、图1的连接器150以及导线155而与各电极连接。

接下来，以下对这样的气体传感器100的制造方法的一个例子进行说明。首先，准备含有氧化锆等氧离子传导性固体电解质作为陶瓷成分的6个未烧成的陶瓷生片。在该生片预先形成多个用于印刷时、层叠时的定位的片材孔、必要的通孔等。另外，在作为间隔层5的生片预先通过冲切处理等而设置作为被测定气体流通部的空间。然后，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、间隔层5以及第二固体电解质层6分别对应地进行在各陶瓷生片形成各种图案的图案印刷处理、干燥处理。具体而言，形成的图案例如是上述各电极、与各电极连接的导线、大气导入层48、加热器部70等的图案。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生片上，由此进行图案印刷。关于干燥处理，也利用公知的干燥方法而进行。若图案印刷、干燥结束，则进行用于对与各层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。然后，进行如下压接处理，其中，一边利用片材孔对形成有粘接用浆糊的生片进行定位，一边按照规定的顺序对它们进行层叠，并施加规定的温度、压力条件而进行压接，由此形成为一个层叠体。如此获得的层叠体包含多个传感器元件101。将该层叠体切断并切割成传感器元件101的大小。然后，以规定的烧成温度对切割后的层叠体进行烧成而获得传感器元件101。

当如此获得传感器元件101时，制造组装有传感器元件101的传感器组装体140(参照图1)并安装保护罩130、橡胶塞157等，由此获得气体传感器100。

此处，对基准气体调整泵单元90所发挥的作用进行详细说明。被测定气体从图1所示的传感器元件室133导入至传感器元件101中的气体导入口10等被测定气体流通部。另一方面，图1所示的空间149内的基准气体(大气)导入至传感器元件101中的大气导入层48。而且，该传感器元件室133和空间149由传感器组装体140(特别是压粉体145a、145b)划分，并以气体彼此不流通的方式被密封。但是，有时因被测定气体侧的压力较大等而使得被测定气体略微侵入至空间149内。由此，若基准电极42周围的氧浓度下降，则基准电极42的电位、即基准电位发生变化。由此，例如测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82的电压V2等以基准电极42为基准的电压发生变化，导致被测定气体中的NOx浓度的检测精度下降。基准气体调整泵单元90发挥抑制这样的检测精度下降的作用。基准气体调整泵单元90将控制电压Vp3施加于基准电极42与外侧泵电极23之间而使得控制电流Ip3流通，由此从外侧泵电极23周围向基准电极42周围进行氧的吸入。由此，如上所述，在被测定气体使得基准电极42周围的氧浓度降低的情况下，能够弥补减少的氧，能够抑制NOx浓度的检测精度下降。

基准气体调整泵单元90的电源电路92施加反复导通截止的电压作为控制电压Vp3。由此，对于基准电极42与外侧泵电极23之间的电压Vref而言，存在值(＝基准电极42与外侧泵电极23的电位差)较大的第一期间和值较小的第二期间。图3是示出控制电压Vp3以及电压Vref的时间变化的说明图。图3中的上段表示控制电压Vp3的时间变化，下段表示电压Vref的时间变化。对于控制电压Vp3以及电压Vref而言，基准电极42的电位比外侧泵电极23高的状态设为正，在图3中将纵轴的上方设为正向。如图3所示，控制电压Vp3是以周期T反复导通截止的脉冲状波形的电压。例如，当控制电压Vp3在时刻t1导通时，控制电压Vp3从0V升高而达到最大电压Vp3max，该状态持续至经过了导通时间Ton的时刻t4。当控制电压Vp3在时刻t4截止时，直至经过截止时间Toff的时刻t7为止，控制电压Vp3变为0V。因该控制电压Vp3而使得电压Vref从时刻t1开始升高并在时刻t4达到最大电压Vrefmax，且使得电压Vref从时刻t4开始降低并在时刻t7达到最小电压Vrefmin。此时，因控制电压Vp3的导通截止而产生的电压Vref的最大电压Vrefmax与最小电压Vrefmin之差设为100％，以此为基准而规定了电压Vref的升高期间、第一期间、降低期间以及第二期间。具体而言，电压Vref从10％升高至90％的期间(时刻t2～t3)设为升高期间，其长度设为升高时间Tr。电压Vref为90％以上的期间(时刻t3～t5)设为第一期间，其长度设为第一时间T1。电压Vref从90％降低至10％的期间(时刻t5～t6)设为降低期间，其长度设为下降时间Tf。从电压Vref降低至10％之后直至电压Vref因下一周期的控制电压Vp3的导通而开始升高为止的期间(时刻t6～t7)设为第二期间，其长度设为第二时间T2。第二期间开始时的电压Vref、即电压Vref降低至10％时的电压设为降低电压V10。需要说明的是，在图3中，电压Vref在控制电压Vp3降低的时刻t4才达到最大电压Vrefmax，但在导通时间Ton较长的情况下，有时也会在时刻t4之前达到最大电压Vrefmax。

并且，测定用泵单元41在该第二期间中基于电压V2而对被测定气体中的NOx浓度进行检测。更具体而言，测定用泵单元41在第二期间中获取电压V2的值，并以使得该电压V2达到规定的恒定值(称为目标值V2*)的方式(即，使得第三内部空腔61内的氧浓度达到规定的低浓度的方式)对可变电源46的电压Vp2进行反馈控制。由此，从第三内部空腔61内吸出氧，以使得被测定气体中的NOx在第三内部空腔61被还原而产生的氧实质上变为零。然后，测定用泵单元41对因电压Vp2而流通的泵电流Ip2的值进行检测。如此，测定用泵单元41在第二期间中对NOx浓度(此处为泵电流Ip2)进行检测，从而能够抑制因用于向测定电极44吸入氧的控制电压Vp3而导致NOx浓度的检测精度下降。例如，能够想到测定用泵单元41在第一期间中对NOx浓度进行测定的情况。该情况下，与第二期间相比，控制电压Vp3在第一期间导通，从而电压Vref变为高于原本的值(基于基准电极42的周围与外侧泵电极23的周围的氧浓度差的电压)、即电压Vref*的值。由此，基准电极42的电位发生变化，电压V2也发生变化。因此，若测定用泵单元41基于第一期间中的电压V2而使得泵电流Ip2流通，则泵电流Ip2容易相对于表示NOx浓度的准确值而偏离，NOx浓度的检测精度容易下降。与此相对，与第一期间相比，控制电压Vp3在第二期间对基准电极42的电位造成的影响较小。具体而言，与第一期间的电压Vref相比，电压Vref降低后的第二期间的电压Vref变为接近电压Vref*的值。因此，测定用泵单元41在第二期间中进行NOx浓度的测定，从而能够抑制NOx浓度的检测精度下降。此外，准确而言，电压Vref*中不可避免地包含外侧泵电极23与基准电极42之间产生的热电动势。

根据图3可知，电压Vref从控制电压Vp3截止的定时起随着时间而降低。可以认为这是例如基准电极42等的电容分量的影响。因此，即使在第二期间，有时基准电极42与外侧泵电极23之间也存在因控制电压Vp3而引起的剩余电压Vrs。在该情况下，例如第二期间中的电压Vref为电压Vref*与剩余电压Vrs之和。由于该剩余电压Vrs对基准电极42的电位造成影响，因此，剩余电压Vrs越小，NOx浓度的检测精度越呈现出提高的趋势。因此，该剩余电压Vrs越小越优选。例如，降低电压V10越小越优选。最小电压Vrefmin越小越优选。另外，剩余电压Vrs在第二期间中也随着时间的经过而降低，因此，越趋近第二期间的末期(在图3中为时刻t7)，越呈现出能够抑制NOx浓度的检测精度下降的趋势。因此，优选地，在第二期间中的尽可能较晚的定时进行基于测定用泵单元41的NOx浓度的检测。另外，测定用泵单元41对NOx浓度进行检测所需的期间(例如从上述电压V2的检测到检测出泵电流Ip2的值的期间)优选包含于第二期间中。测定用泵单元41优选以与控制电压Vp3的导通截止相同的周期T进行NOx浓度的检测。如此，能够在每个周期T以第二期间中的相同的定时反复检测NOx浓度。

与测定用泵单元41相同，关于主泵单元21以及辅助泵单元50，也优选在每个周期T且在第二期间中进行各自的动作。例如，主泵单元21优选在每个周期T且在第二期间中进行电动势V0的获取、以及基于获取到的电动势V0的泵电压Vp0的反馈控制。辅助泵单元50优选在每个周期T且在第二期间中进行电动势V1的获取、以及基于获取到的电动势V1的电压Vp1的反馈控制。如此，关于这些单元的动作，也难以受到因控制电压Vp3而引起的基准电极42的电位变化的影响。

此处，对基准电极42以及测定电极44的位置关系、大小进行说明。图4是示出本实施方式的基准电极42与测定电极44的俯视时的位置关系的说明图。图5是示出比较例的基准电极42与测定电极44的位置关系的说明图。图4、图5中均示出了假设从上表面透视观察传感器元件101的情形，由单点划线和虚线表示基准电极42及测定电极44的位置。另外，图4、图5中省略了外侧泵电极23等其他结构要素的图示。

如图4所示，在本实施方式的气体传感器100中，当从固体电解质层(各层1～6)的厚度方向(此处为上方)观察时，以基准电极42的重心B与测定电极44重叠的方式配置基准电极42以及测定电极44。即，在俯视时，基准电极42的重心B位于测定电极44所存在的区域范围内(图4的虚线框内)。此处，“基准电极42的重心”意味着俯视时的二维形状的重心。因此，不考虑基准电极42的厚度的偏差等而规定重心的位置。换言之，“基准电极42的重心”是指假定基准电极42的厚度均匀的情况下的质量中心。基准电极42的厚度与前后方向的长度、左右方向的宽度相比非常小，因此，这样忽略厚度的影响而规定重心。关于测定电极44的重心也一样。

在本实施方式中，基准电极42以及测定电极44均在俯视时呈矩形，矩形的边沿着前后左右方向。因此，在本实施方式中，基准电极42的重心B是基准电极42的前后方向的中心且是左右方向的中心。如图4所示，在俯视时，测定电极44配置为包含于基准电极42中。换言之，在俯视时，测定电极44配置为与基准电极42完全重叠。另外，在图4中，在俯视时，基准电极42的重心B与测定电极44的重心一致。进而，基准电极42和测定电极44的前后方向的长度均为1.1mm以下。此外，在图4中，俯视观察时，基准电极42的重心B与测定电极44的重心一致，但是，即使基准电极42的重心B与测定电极44不一致，也只要基准电极42的重心B与测定电极44重叠即可。在俯视观察时基准电极42的重心B与测定电极44不一致的情况下，俯视观察时的基准电极42的重心B与测定电极44的重心之间的距离可以为290μm以下，可以为200μm以下，也可以为150μm以下，还可以为100μm以下。

如上所述，在俯视时，基准电极42的重心B与测定电极44重叠，并且，基准电极42及测定电极44的前后方向的长度均为1.1mm以下，从而能够缩短基准电极42与测定电极44之间的热电动势的稳定时间，并且能够减小稳定的热电动势。以下，对此进行说明。

传感器元件101在使用时由加热器72加热并保持为使得固体电解质活化的温度(例如800℃)。此时，在基准电极42与测定电极44之间，因二者的温差而产生热电动势。而且，在利用加热器72刚开始加热之后，因基准电极42及测定电极44的各电极内的温度偏差而使得热电动势变为不稳定的值。另外，传感器元件101呈长条的长方体形状，元件主体(各层1～6)具有长度方向，因此，对于利用加热器72加热时的元件主体的温度偏差而言，沿着长度方向(前后方向)的温度偏差大于沿着宽度方向(左右方向)的温度偏差。因此，对于基准电极42和测定电极44的任一者而言，前后方向的长度越长，电极内的温度偏差越容易增大，直至电极内的温度实现均匀化为止所需的时间越长。与此相对，基准电极42和测定电极44的前后方向的长度均为1.1mm以下，因此对于任一电极而言，电极内的温度的均匀化均加快，直至基准电极42与测定电极44之间的热电动势稳定为止的时间缩短。另外，在俯视时，基准电极42的重心B与测定电极44重叠，从而能够减小基准电极42和测定电极44的稳定的温差，能够减小基准电极42与测定电极44之间的稳定的热电动势。与此相对，例如在图5所示的比较例的位置关系的情况下、即在俯视时基准电极42的重心B与测定电极44不重叠的情况下，基准电极42与测定电极44之间的稳定的热电动势增大。此处，在图5中，也与图4同样地配置为测定电极44在俯视时包含于基准电极42中。但是，在该情况下，如图5那样，在俯视时基准电极42的重心B与测定电极44不重叠的情况下，基准电极42与测定电极44之间的稳定的热电动势也增大。

基准电极42与测定电极44之间的热电动势包含于测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检测出的电压V2中。因此，若该热电动势不稳定或者稳定的热电动势较大，则电压V2相对于原本想要检测出的值、即与基准电极42的周围和测定电极44的周围的氧浓度差相应的电压值偏离。由此，气体传感器100的NOx浓度的检测精度下降。在本实施方式的气体传感器100中，能够缩短基准电极42与测定电极44之间的热电动势的稳定时间、且能够减小稳定的热电动势，因此能够抑制因热电动势引起的NOx浓度的检测精度下降。另外，能够缩短热电动势的稳定时间，因此，还能够缩短气体传感器100的熄灭(light off)时间(从开始对加热器72通电起直至能够准确地检测出NOx浓度为止的时间)。

另外，基准电极42在俯视时的面积为1.0mm²以上。由此，基准电极42的电阻值减小，因此，能够使上述第二期间中的基准电极42与外侧泵电极23之间的剩余电压Vrs(参照图3)减小。由于剩余电压Vrs会对基准电极42的电位造成影响，因此，能够减小剩余电压Vrs，从而能够抑制NOx浓度的检测精度下降。基准电极42的俯视时的面积优选超过1.0mm²，更优选为1.2mm²以上，进一步优选为1.5mm²以上。

基准电极42的俯视时的面积优选为4.0mm²以下。若基准电极42的面积过大，则有时基准电极42内的温度实现均匀化需要花费时间，从而有时热电动势的稳定时间延长。当基准电极42的面积为4.0mm²以下时，热电动势的稳定时间难以延长。

同样地，关于测定电极44，也可以将俯视时的面积设为4.0mm²以下。另外，测定电极44的俯视时的面积优选为0.2mm²以上2.0mm²以下。当测定电极44的面积为0.2mm²以上时，测定电极44的电阻值并未过大，因此，用于NOx浓度的测定的泵电流Ip2的值增大，从而特定气体浓度的检测精度变得足够高。与此相对，例如若测定电极44的电阻值过大，则即使被测定气体中的NOx浓度变化，泵电流Ip2的值的变化也减小，因此，特定气体浓度的检测精度下降。当测定电极44的面积为2.0mm²以下时，测定电极44的电阻值并未过小，因此，能够减小偏移电流(在被测定气体中不含有NOx的情况下流通的泵电流Ip2)。由此，NOx浓度的检测精度也变得足够高。

基准电极42和测定电极44的厚度方向的距离(此处为上下方向的距离)优选为50μm以上500μm以下。在本实施方式中，该距离是基准电极42的上表面与测定电极44的下表面之间的上下方向的距离。当厚度方向的距离为50μm以上时，元件主体中的基准电极42与测定电极44之间的部分(此处为第一固体电解质层4以及大气导入层48的一部分)并未变得过薄。因此，元件主体难以产生裂纹。当厚度方向的距离为500μm以下时，能够进一步减小基准电极42与测定电极44之间的稳定的热电动势。

基准电极42的前后方向的长度优选为1.0mm以下，更优选为0.95mm以下。基准电极42的前后方向的长度越短，基准电极42内的温度的均匀化越快。基准电极42的前后方向的长度可以设为0.5mm以上。基准电极42的厚度也可以设为5μm～30μm。基准电极42的左右方向的宽度可以设为1.0mm～4.0mm。

测定电极44的前后方向的长度优选为1.0mm以下，更优选为0.95mm以下，进一步优选为0.57mm以下。测定电极44的前后方向的长度越短，测定电极44内的温度的均匀化越快。测定电极44的前后方向的长度可以设为0.2mm以上。测定电极44的厚度可以设为5μm～30μm。测定电极44的左右方向的宽度可以设为0.5mm～2.5mm。

对于基准电极42而言，前后方向的长度除以宽度方向的长度所得的值、即Rr可以设为0.2以上0.8以下。比Rr既可以设为0.7以下，也可以设为0.5以下，还可以设为0.45以下。对于测定电极44而言，前后方向的长度除以宽度方向的长度所得的值、即比Rm可以设为0.2以上0.8以下。比Rm既可以设为0.7以下，也可以设为0.5以下，还可以设为0.4以下。在本实施方式中，基准电极42以及测定电极44均在俯视时呈矩形，由于矩形的边沿着前后左右方向，因此，比Rr及比Rm分别相当于基准电极42以及测定电极44的纵横比。比Rr越小，越能够将基准电极42的面积保持为适当的大小，并且能够减小前后方向的长度而缩短基准电极42内的温度实现均匀化所需的时间。同样，比Rm越小，越能够将测定电极44的面积保持为适当的大小，并且能够减小前后方向的长度而缩短测定电极44内的温度实现均匀化所需的时间。

此处，明确本实施方式中的结构要素与本发明中的结构要素的对应关系。本实施方式中的第一基板层1、第二基板层2、第三基板层3、第一固体电解质层4、间隔层5以及第二固体电解质层6相当于本发明中的元件主体，测定电极44相当于测定电极，基准电极42相当于基准电极，加热器72相当于加热器。另外，外侧泵电极23相当于被测定气体侧电极和外侧测定电极，第三内部空腔61相当于测定室，基准气体调整泵单元90相当于基准气体调整单元，测定用泵单元41相当于检测单元。泵电流Ip2相当于测定用泵电流。

根据以上详述的本实施方式的气体传感器100，在俯视时，基准电极42的重心B与测定电极44重叠，并且，基准电极42以及测定电极44的前后方向的长度均为1.1mm以下。因此，能够缩短基准电极42与测定电极44之间的热电动势的稳定时间，并且能够减小稳定的热电动势

另外，基准电极42与测定电极44之间的厚度方向的距离为50μm以上，因此，元件主体难以产生裂纹。由于厚度方向的距离为500μm以下，因此能够进一步减小基准电极42与测定电极44之间的稳定的热电动势。由于基准电极42的面积为4.0mm²以下，因此热电动势的稳定时间难以延长。

进而，对基准气体调整泵单元90施加控制电压Vp3而在基准电极42的周围进行氧的吸入，因此，能够弥补基准电极42周围的氧浓度的降低。另外，对基准气体调整泵单元90施加反复导通截止的控制电压Vp3、且测定用泵单元41基于第二期间中的电压V2而检测NOx浓度，因此，能够抑制因控制电压Vp3引起的NOx浓度的检测精度下降。并且，由于基准电极42的面积为1.0mm²以上，因此，能够使剩余电压Vrs减小，能够抑制NOx浓度的检测精度下降。

更进一步，测定用泵单元41将在第三内部空腔61使NOx还原时产生的氧从测定电极44的周围向外侧泵电极23的周围吸出，并基于此时的泵电流Ip2而检测NOx浓度。并且，测定电极44的面积为0.2mm²以上，因此，泵电流Ip2的值增大，NOx浓度的检测精度变得足够高。另外，测定电极44的面积为2.0mm²以下，因此，能够减小气体传感器100的偏移电流。

需要说明的是，本发明并不限定于上述实施方式，只要属于本发明的技术范围，当然可以以各种方式而实施。

在上述实施方式中，大气导入层48从基准电极42配置至传感器元件101的长度方向上的后端面，但并不局限于此。图6是该情况下的变形例的传感器元件201的截面示意图。如图6所示，传感器元件201在大气导入层248的上方具有基准气体导入空间43。基准气体导入空间43为如下空间，其位于第三基板层3的上表面与间隔层5的下表面之间、且侧部配设于由第一固体电解质层4的侧面划分的位置。基准气体导入空间43的后端在传感器元件201的后端面开口。基准气体导入空间43在前后方向上配设至比压力释放孔75更靠前方的位置，压力释放孔75在基准气体导入空间43开口。大气导入层248与大气导入层48不同，其并未配设至传感器元件201的后端。因此，大气导入层248未在传感器元件201的后端面露出。取而代之地，大气导入层248的上表面的一部分在基准气体导入空间43露出。该露出部分成为大气导入层248的入口部48c。基准气体经由该基准气体导入空间43而从入口部48c导入至大气导入层248。需要说明的是，对于传感器元件201而言，大气导入层248的后端也可以配置至传感器元件201的后端。

在上述实施方式中，气体传感器100的传感器元件101具备第一内部空腔20、第二内部空腔40、第三内部空腔61，但并不局限于此。例如，也可以如上述图6的传感器元件201那样不具备第三内部空腔61。在图6所示的变形例的传感器元件201中，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按照以该顺序连通的方式彼此相邻地形成。另外，测定电极44配设于第二内部空腔40内的第一固体电解质层4的上表面。测定电极44由第四扩散速度控制部45覆盖。第四扩散速度控制部45是由氧化铝(Al₂O₃)等陶瓷多孔体构成的膜。与上述实施方式的第四扩散速度控制部60相同，第四扩散速度控制部45承担限制流入至测定电极44的NOx的量的作用。另外，第四扩散速度控制部45还作为测定电极44的保护膜而发挥功能。辅助泵电极51的顶部电极部51a形成至测定电极44的正上方。即使是这种结构的传感器元件201，也与上述实施方式相同，能够利用测定用泵单元41对NOx浓度进行检测。对于图6的传感器元件201而言，在该情况下，测定电极44的周围作为测定室而发挥功能。

在上述实施方式中，外侧泵电极23兼顾作为与测定用泵单元41中的测定电极44配对的电极(也称为外侧测定电极)的作用、以及作为与基准气体调整泵单元90中的基准电极42配对的电极(也称为被测定气体侧电极)的作用，但并不局限于此。也可以与外侧泵电极23不同地在元件主体的外侧以与被测定气体接触的方式设置外侧测定电极和被测定气体侧电极中的至少一者。另外，基准气体调整泵单元90的被测定气体侧电极只要配设于传感器元件101中的与被测定气体接触的部分即可，配设位置并不局限于元件主体的外侧。例如，内侧泵电极22也可以兼用作基准气体调整泵单元90的被测定气体侧电极。

在上述实施方式中，以使得测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检测出的电压V2恒定的方式对可变电源46的电压Vp2进行控制，并利用此时的泵电流Ip2对被测定气体中的氮氧化物浓度进行计算，但只要基于基准电极42与测定电极44之间的电压检测被测定气体中的特定气体浓度即可，并不局限于此。例如，若对测定电极44、第一固体电解质层4、第三基板层3、基准电极42进行组合并作为电化学传感器单元而构成氧分压检测单元，则能够作为电压V2而检测出与因测定电极44的周围的气氛中的NOx成分的还原而产生的氧的量和基准电极42的周围的氧的量之差相应的电压，由此能够求出被测定气体中的NOx成分的浓度。在该情况下，该电化学传感器单元相当于本发明中的检测单元。如此，在检测出电压V2作为与NOx浓度对应的值的情况下，优选将可变电源46的电压Vp2控制为(例如电压Vp2的反馈控制或电压Vp2的恒定控制)使得泵电流Ip2达到恒定的目标值Ip2*。将测定用泵单元41控制为使得泵电流Ip2达到目标值Ip2*，由此以基本恒定的流量从第三内部空腔61吸出氧。因此，第三内部空腔61的氧浓度根据因被测定气体中的NOx在第三内部空腔61被还原而产生的氧的多少而发生变化，由此使得电压V2发生变化。因此，电压V2变为与被测定气体中的NOx浓度对应的值。因此，能够基于该电压V2对NOx浓度进行计算。

在上述实施方式中，基准电极42直接形成于第三基板层3的上表面，但并不局限于此。例如，基准电极42可以直接形成于第一固体电解质层4的下表面。另外，在基准电极42与测定电极44之间可以存在2层以上的固体电解质层。

在上述实施方式中，基准气体设为大气，但只要是成为被测定气体中的特定气体浓度的检测基准的气体即可，并不局限于此。例如，预先调整为规定的氧浓度(>被测定气体的氧浓度)的气体可以作为基准气体而将空间149充满。

在上述实施方式中，对基准气体调整泵单元90施加控制电压Vp3而在基准电极42的周围进行氧的吸入，但也可以将其省略。即，对于气体传感器100，也可以设为不具备基准气体调整泵单元90。

在上述实施方式中，传感器元件101对被测定气体中的NOx浓度进行检测，但只要检测被测定气体中的特定气体的浓度即可，并不局限于此。例如，并不局限于NOx，也可以将其他氧化物浓度设为特定气体浓度。在特定气体为氧化物的情况下，与上述实施方式相同，在第三内部空腔61对特定气体本身进行还原时产生氧，因此，测定用泵单元41能够获取与该氧相应的检测值(例如泵电流Ip2)而检测出特定气体浓度。另外，特定气体也可以是氨等非氧化物。在特定气体为非氧化物的情况下，将特定气体转换为氧化物(例如若为氨则转换为NO)，由于使得转换后的气体在第三内部空腔61还原时产生氧，因此，测定用泵单元41能够获取与该氧相应的检测值(例如泵电流Ip2)而检测出特定气体浓度。例如，第一内部空腔20的内侧泵电极22作为催化剂而发挥功能，由此能够在第一内部空腔20将氨转换为NO。

或者，也可以将特定气体设为氧。图7是变形例的气体传感器300的说明图。在图7中，对与图2相同的结构要素标注相同的附图标记。变形例的气体传感器300的传感器元件301不具备传感器元件101的间隔层5、第二固体电解质层6、内侧泵电极22、外侧泵电极23、辅助泵电极51以及被测定气体流通部。对于传感器元件301而言，在第一固体电解质层4的上表面配设的测定电极44配设于元件主体(各层1～4)的外侧。测定电极44可以与上述实施方式同样地设为Pt和ZrO₂的金属陶瓷电极，还可以含有例如Au等而减弱对于被测定气体中的NOx成分的还原能力。在该传感器元件301中，在基准电极42与测定电极44之间产生与被测定气体中的氧浓度相应的电动势(电压V2)。因此，测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82对该电压V2进行检测而能够检测出被测定气体中的氧浓度。在该气体传感器300中，基准电极42与测定电极44之间的热电动势也包含于电压V2中。因此，在传感器元件301中，俯视时基准电极42的重心与测定电极44重叠，并且基准电极42以及测定电极44的前后方向的长度均为1.1mm以下，从而，与上述实施方式相同，能够缩短基准电极42与测定电极44之间的热电动势的稳定时间，并且能够减小稳定的热电动势。由此，在气体传感器300中，能够抑制氧浓度的检测精度下降、或缩短熄灭时间。

在上述实施方式中，传感器元件101的元件主体设为具有多个固体电解质层(层1～6)的层叠体，但并不局限于此。传感器元件101的元件主体只要包含至少一个氧离子传导性的固体电解质层即可。例如，在图2中，第二固体电解质层6以外的层1～5可以是由固体电解质层以外的材质构成的层(例如由氧化铝构成的层)。在该情况下，传感器元件101所具有的各电极只要配设于第二固体电解质层6即可。例如，图2的测定电极44配设于第二固体电解质层6的下表面即可。另外，只要取代在第一固体电解质层4与第三基板层3之间设置大气导入层48的方式而设置于第二固体电解质层6与间隔层5之间、且将基准电极42设置于第三内部空腔61的后方并设置于第二固体电解质层6的下表面即可。在图7的变形例的传感器元件301中，第一固体电解质层4以外的层1～3也可以设为由固体电解质层以外的材质构成的层。在该情况下，只要将基准电极42设置于第一固体电解质层4的下表面即可。

在上述实施方式中，基准电极42以及测定电极44均在俯视时呈矩形，矩形的边沿着前后左右方向，但并不局限于此。例如，基准电极42以及测定电极44的至少一者可以是矩形以外的形状，也可以是矩形但边相对于前后左右方向倾斜。在这些情况下，基准电极42的前后方向的长度只要设为从基准电极42的前端至后端的前后方向的距离即可。关于左右方向的宽度也一样。关于测定电极44也一样。

在上述实施方式中，内侧泵电极22设为含有1％的Au的Pt和ZrO₂的金属陶瓷电极，但并不局限于此。内侧泵电极22只要含有具有催化活性的贵金属(例如Pt、Rh、Ir、Ru、Pd的至少任一种)、以及具有抑制具有催化活性的贵金属对特定气体的催化活性的催化活性抑制能力的贵金属(例如Au)即可。关于辅助泵电极51，也与内侧泵电极22相同，只要含有具有催化活性的贵金属、以及具有催化活性抑制能力的贵金属即可。外侧泵电极23、基准电极42、测定电极44只要分别含有上述具有催化活性的贵金属即可。各电极22、23、42、44、51分别优选为含有贵金属和具有氧离子传导性的氧化物(例如ZrO₂)的金属陶瓷，但这些电极中的一个以上也可以不是金属陶瓷。各电极22、23、42、44、51分别优选为多孔质体，但这些电极中的一个以上也可以不是多孔质体。

在上述实施方式中，泵电流Ip1用于主泵控制用氧分压检测传感器单元80的电动势V0的控制，但并不局限于此。例如，也可以基于泵电流Ip1对泵电压Vp0进行反馈控制，以使得泵电流Ip1达到目标值Ip1*。即，也可以基于泵电流Ip1直接对泵电压Vp0(甚至控制泵电流Ip0)进行控制而省略基于泵电流Ip1的对电动势V0的控制。

在上述实施方式中，控制电压Vp3设为反复导通截止的电压，但并不局限于此。例如，控制电压Vp3也可以是直流电压等未反复导通截止的恒定电压。

在上述实施方式中，未对控制上述各单元21、41、50、80～83、90等的控制装置进行说明，但气体传感器100也可以由该控制装置控制。另外，还可以将该控制装置视为气体传感器100的一部分。以下对气体传感器100具备该控制装置的方式的一个例子进行说明。图8是表示控制装置95与各单元的电连接关系的框图。控制装置95具备上述可变电源24、46、52、电源电路92以及控制部96。控制部96构成为以CPU97为中心的微处理器。控制部96具备CPU97、临时存储数据的RAM98、以及存储处理程序和各种数据等的ROM99。控制部96输入有各传感器单元80～83的电动势V0～V2以及电压Vref。控制部96输入有在各泵单元21、50、41、90流通的泵电流Ip0～Ip2以及控制电流Ip3。控制部96通过向可变电源24、46、52和电源电路92输出控制信号而对可变电源24、46、52和电源电路92输出的电压Vp0～Vp3进行控制，由此控制各泵单元21、41、50、90。在ROM99存储有后述的目标值V0*、V1*、以及上述目标值V2*等。在ROM99中，作为与反复导通截止的电压、即控制电压Vp3相关的信息，例如存储有最大电压Vp3max的值、导通时间Ton以及截止时间Toff的值(或表示周期T中的导通时间Ton的比例的占空比的值)等。控制部96的CPU97一边参照ROM99中存储的这些信息，一边对各泵单元21、41、50、90进行控制。关于控制部96如何控制各泵单元21、41、50、90(即，如何控制各泵单元21、41、50、90)，虽在上文中进行了叙述，但以下也进行说明。例如，控制部96对可变电源24的泵电压Vp0进行反馈控制，以使得电动势V0达到目标值(称为目标值V0*)(即，使得第一内部空腔20的氧浓度达到目标浓度)。另外，控制部96对可变电源52的电压Vp1进行反馈控制，以使得电动势V1达到恒定值(称为目标值V1*)(即，使得第二内部空腔40的氧浓度达到实质上对NOx的测定无影响的规定的低氧浓度)。与此同时，控制部96基于泵电流Ip1以使得因电压Vp1而流通的泵电流Ip1达到恒定值(称为目标值Ip1*)的方式而设定(反馈控制)电动势V0的目标值V0*。由此，从第三扩散速度控制部30导入至第二内部空腔40内的被测定气体中的氧分压的梯度始终恒定。另外，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的测定无影响的低分压。目标值V0*设定为使得第一内部空腔20的氧浓度高于0％且为低氧浓度的值。进一步，控制部96基于电压V2(测定用电压的一个例子)对可变电源46的电压Vp2进行反馈控制，以使得电压V2达到上述目标值V2*(目标电压的一个例子)。并且，控制部96获取泵电流Ip2(测定用泵电流的一个例子)作为与源自特定气体(此处为NOx)且在第三内部空腔61产生的氧相应的检测值，并基于该泵电流Ip2对被测定气体中的NOx浓度进行计算。在ROM99中，作为泵电流Ip2与NOx浓度的对应关系而存储有关系式(例如一次函数式)、映射表等。这样的关系式或映射表能够预先通过实验而求出。并且，控制部96基于获取的泵电流Ip2和存储于ROM 99中的上述对应关系而对被测定气体中的NOx浓度进行检测。在控制电压Vp3如上所述为反复导通截止的电压的情况下，控制部96基于以使得第二期间中获取的电压V2达到目标值V2*的方式对测定用泵单元41进行控制时的泵电流Ip2，对被测定气体中的NOx浓度进行检测。

这样，在气体传感器100具备控制装置95的情况下，控制装置95相当于测定用泵单元控制装置以及基准气体调整泵单元控制装置，测定用泵单元41及控制装置95相当于检测单元，基准气体调整泵单元90及控制装置95相当于基准气体调整单元。另外，测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82相当于测定用电压检测部。

上述实施方式的各种变形例中说明的内容可以应用于具备控制装置95的气体传感器100。例如，控制部96也可以将测定用泵单元41控制为使得泵电流Ip2达到目标值Ip2*(目标电流的一个例子)以代替将测定用泵单元41控制为使得电压V2达到目标值V2*的方式，并基于此时的电压V2对NOx浓度进行检测。在该情况下，在ROM99中预先存储电压V2与NOx浓度的对应关系，控制部96基于该对应关系和获取到的电压V2而对NOx浓度进行检测。另外，在该情况下，在控制电压Vp3为反复导通截止的电压的情况下，控制部96将测定用泵单元41控制为使得泵电流Ip2达到目标值Ip2*(目标电流的一个例子)，进行该控制且在第二期间中获取电压V2。并且，控制部96基于获取到的电压V2而对被测定气体中的NOx浓度进行检测。

实施例

以下，作为实施例而对具体制作气体传感器的例子进行说明。需要说明的是，本发明并不限定于以下实施例。

[实施例1]

通过上述制造方法制作图1、图2所示的气体传感器100而作为实施例1。需要说明的是，在制作传感器元件101时，对添加有4mol％的稳定剂的氧化钇的氧化锆颗粒、有机粘结剂、分散剂、增塑剂以及有机溶剂进行混合并通过流延成型进行成型而形成陶瓷生片。作为图1中的压粉体145a、145b，设为对滑石粉末进行成型所得的压粉体。大气导入层48设为氧化铝的陶瓷。如图4所示，基准电极42以及测定电极44配置为俯视时彼此的重心一致。基准电极42俯视时的面积设为1.9mm²，前后方向的长度设为0.91mm，左右方向的宽度设为2.08mm，比Rr设为0.44。测定电极44俯视时的面积设为0.4mm²，前后方向的长度设为0.40mm，左右方向的宽度设为1.00mm，比Rr设为0.40。基准电极42与测定电极44之间的厚度方向的距离设为300μm。

[实施例2～5、实施例6～16、比较例1～5]

除了如表1所示那样对基准电极42和测定电极44的俯视时的位置关系、基准电极42以及测定电极44的大小进行各种变更以外，制作了与实施例1相同的气体传感器100而作为实施例2～5、实施例6～11、比较例1～5。关于实施例2～5、实施例6～16、比较例2～5，均配置为俯视时基准电极42的重心与测定电极44的重心一致。关于实施例12～16，如图9所示，均配置为俯视观察时基准电极42的重心B与测定电极44的前端一致。因此，在实施例12～16中，俯视观察时，基准电极42的重心B与测定电极44重叠，但是，俯视观察时，基准电极42的重心B与测定电极44的重心B2不一致。关于比较例1，如图5所示，配置为俯视时测定电极44包含于基准电极42中、且基准电极42的重心不与测定电极44重叠。实施例2～5、实施例6～16、比较例1～5中，基准电极42与测定电极44之间的厚度方向的距离均与实施例1相同。

[热电动势的评价]

关于实施例1～5、实施例6～16、比较例1～5的各气体传感器100，测定了热电动势的稳定时间以及稳定状态下的热电动势。首先，将可变电源25、46、52以及电源电路92均设为未施加电压的状态，并且设为能够对基准电极42与测定电极44之间的开路电压(电压V2)进行测定的状态。在该状态下，开始对加热器72通电，并持续对电压V2进行测定。并且，直至视为电压V2稳定为止所需的时间设为热电动势的稳定时间。另外，对电压V2充分稳定之后的值进行测定，并将其设为稳定状态下的热电动势。在热电动势的稳定时间为5分钟以内的情况下，评价为“A(优)”，在超过5分钟且10分钟以下的情况下，评价为“B(良)”，在超过10分钟的情况下，评价为“F(不合格)”。在稳定状态下的热电动势处于±15mV内的情况下，评价为“A(优)”，在偏离±15mV以内的情况下，评价为“F(不合格)”。另外，在稳定状态下的热电动势的评价为“A”的情况下，进一步当稳定状态下的热电动势处于±7.5mV以内时，在后述的表1中，对于稳定状态下的热电动势的评价追加“S”而评价为“A(S)”。

[剩余电压的评价]

关于实施例1～5、实施例6～16、比较例1～5的各气体传感器100，测定了剩余电压DVref[mV]，所述剩余电压DVref[mV]是在大气中对图3中的第二期间中的剩余电压Vrs的最小值(＝最小电压Vrefmin-电压Vref*)进行测定所得的值。首先，对剩余电压DVref进行说明。剩余电压DVref为通过下式(1)而导出的值。

DVref＝Vref1-Vref0   (1)

(其中，

Vref1是在大气中配置有传感器元件101、且反复进行控制电压Vp3的导通截止的状态下的电压Vref的最小值[mV]，

Vref0是在大气中配置有传感器元件101、且未施加控制电压Vp3的状态下的电压Vref的值[mV])

图10是剩余电压DVref的说明图。根据上述定义及图10可知，电压Vref1相当于在大气中对图3中的第二期间中的最小电压Vrefmin进行测定所得的值。电压Vref0相当于在大气中对图3中的电压Vref*进行测定所得的值。并且，剩余电压DVref相当于在大气中对图3中的第二期间中的剩余电压Vrs的最小值(＝最小电压Vrefmin-电压Vref*)进行测定所得的值。在大气中配置有传感器元件101的情况下，外侧泵电极23的周围与基准电极42的周围之间未出现氧浓度差，因此，电压Vref0的值理论上为0。但是，实际上因外侧泵电极23与基准电极42之间的温差所引起的热电动势等的影响而不会使电压Vref0的值变为0。剩余电压DVref是从电压Vref1减去电压Vref0所得的值，因此，作为除去外侧泵电极23与基准电极42之间的热电动势的影响所得的值而进行测定。该剩余电压DVref与图3中的剩余电压Vrs成正比例。由于难以准确地测定图3中的电压Vref*，因此难以直接测定剩余电压Vrs。因此，通过如此在大气中测定剩余电压DVref而能够间接地评价剩余电压Vrs。

以如下方式进行电压Vref0、Vref1的测定。首先，在大气中配置传感器元件101并对加热器72通电，由此将传感器元件101加热至规定的驱动温度(例如800℃)。可变电源25、46、52以及电源电路92均设为未施加电压的状态。接下来，在传感器元件101的温度稳定之后，对电压Vref进行测定，并将其值设为电压Vref0。接下来，利用电源电路92开始控制电压Vp3的导通截止，由此开始从外侧泵电极23向基准电极42吸入氧。基准气体调整泵单元90的电源电路92施加的控制电压Vp3设为如下脉冲电压：周期T为10msec，导通时间Ton为2.0msec，截止时间Toff为8.0msec。电源电路92所施加的控制电压Vp3的最大值(最大电压Vp3max)设定成因控制电压Vp3而使得基准电极42中流通的峰值电流Ip3max达到100μA的值。然后，对吸入开始1分钟之后的第二期间中的电压Vref进行测定，并将其最小值设为电压Vref1。然后，由式(1)导出剩余电压DVref。对剩余电压DVref测定6次并导出平均值。在剩余电压DVref的平均值为10mV以下的情况下，评价为“A(优)”，在超过10mV且20mV以下的情况下，评价为“B(良)”，在超过20mV的情况下，评价为“F(不合格)”。

表1中分别针对实施例1～5、实施例6～16、比较例1～5而示出了基准电极42与测定电极44的位置关系、基准电极42的面积、基准电极42的前后方向的长度、基准电极42的左右方向的宽度、基准电极42的比Rr、测定电极44的面积、测定电极44的前后方向的长度、测定电极44的左右方向的宽度、测定电极44的比Rm、热电动势的稳定时间的评价结果、稳定的热电动势的评价结果以及剩余电压DVref的评价结果。对于表1中的基准电极42与测定电极44的位置关系而言，基准电极42的重心与测定电极44重叠的情况表示为“A”，不重叠的情况表示为“F”。另外，在基准电极42与测定电极44的位置关系为“A”的情况下，进一步当基准电极42的重心与测定电极44的重心一致时，在表1中追加“S”而将基准电极42与测定电极44的位置关系表示为“A(S)”。

表1

根据表1可知，在俯视时，基准电极42的重心与测定电极44重叠的实施例1～5、实施例6～16、比较例2～5的稳定的热电动势均评价为A。另一方面，在俯视时，基准电极42的重心未与测定电极44重叠的比较例1的稳定的热电动势评价为F。根据这些结果能够确认：基准电极42的重心与测定电极44重叠而能够减小稳定的热电动势。基准电极42的重心与测定电极44的重心一致的实施例1～11、比较例2～5的稳定的热电动势的评价为A(S)。基准电极42的重心与测定电极44的重心不一致的实施例12～16中，重心彼此的距离较小的实施例15、16的稳定的热电动势评价为A(S)。根据上述结果能够确认：基准电极42的重心与测定电极44的重心之间的距离越小，稳定的热电动势越小。此外，在各实施例12～16中，俯视观察时的基准电极42的重心与测定电极44的重心之间的距离与测定电极的长度的一半相等。

另外，基准电极42以及测定电极44的前后方向的长度均为1.1mm以下的实施例1～5、实施例6～16、比较例2的热电动势的稳定时间均评价为A或B。特别是基准电极42和测定电极44的前后方向的长度均小于1.0mm的实施例1～4、实施例6～15、比较例2的热电动势的稳定时间均评价为A。另一方面，基准电极42的前后方向的长度超过1.1mm的比较例1、3～5的热电动势的稳定时间均评价为F。

根据以上结果，可以认为：只要在俯视时基准电极42的重心与测定电极44重叠、且基准电极42以及测定电极44的前后方向的长度均为1.1mm以下，就能够缩短基准电极42与测定电极44之间的热电动势的稳定时间，并且能够减小稳定的热电动势。另外，可以认为：基准电极42以及测定电极44的前后方向的长度优选为1.0mm以下，更优选为0.95mm以下。

另外，能够确认：基准电极42的面积越大，剩余电压DVref呈现出越小(因此，剩余电压Vrs也越小)的趋势。具体而言，基准电极42的面积小于1.0mm²的比较例2的剩余电压评价为F，基准电极42的面积为1.0mm²的实施例3、实施例9～11、14的剩余电压评价为B，基准电极42的面积超过1.0mm²的实施例1、2、4、5、实施例6～8、12、13、15、16、比较例1、3～5的剩余电压评价为A。根据这些结果，可以认为：基准电极42的面积优选为1.0mm²以上，更优选超过1.0mm²。

本申请以2019年3月27日申请的日本专利申请第2019-60603号为基础而主张优先权，并通过引用而将其全部内容都并入本说明书中。

工业实用性

本发明能够用于对汽车的废气等被测定气体中的NOx或氧等特定气体浓度进行检测的气体传感器。

Claims (9)

1.一种传感器元件，其用于对被测定气体中的特定气体浓度进行检测，其中，

所述传感器元件具备：

元件主体，其包括氧离子传导性的固体电解质层、且具有长度方向；

测定电极，其以与所述被测定气体接触的方式配设于所述元件主体；

基准电极，其以与成为所述被测定气体中的所述特定气体浓度的检测基准的基准气体接触的方式配设于所述元件主体；以及

加热器，其配置于所述元件主体、且对所述固体电解质层进行加热，

从所述固体电解质层的厚度方向观察时，所述基准电极的重心与所述测定电极重叠，

所述元件主体的长度方向设为前后方向，所述基准电极以及所述测定电极的前后方向的长度均为1.1mm以下，

所述基准电极的从所述厚度方向观察时的面积为1.0mm²以上，

所述基准电极与所述测定电极之间的所述厚度方向的距离为50μm以上500μm以下。

2.根据权利要求1所述的传感器元件，其中，

所述基准电极的所述面积为4.0mm²以下。

3.根据权利要求1或2所述的传感器元件，其中，

所述基准电极的所述长度为0.5mm以上。

4.根据权利要求1或2所述的传感器元件，其中，

所述测定电极的所述长度为0.2mm以上。

5.根据权利要求1或2所述的传感器元件，其中，

与所述前后方向及所述厚度方向垂直的方向设为宽度方向，所述基准电极的比Rr为0.2以上0.8以下，所述比Rr是所述前后方向的长度除以所述宽度方向的长度所得的值。

6.根据权利要求1或2所述的传感器元件，其中，

与所述前后方向及所述厚度方向垂直的方向设为宽度方向，所述测定电极的比Rm为0.2以上0.8以下，所述比Rm是所述前后方向的长度除以所述宽度方向的长度所得的值。

7.一种气体传感器，其中，

所述气体传感器具备权利要求1～6中任一项所述的传感器元件，

所述传感器元件具有以与所述被测定气体接触的方式配设于所述元件主体的被测定气体侧电极，

所述元件主体在内部设置有将所述被测定气体导入并使其流通的被测定气体流通部，

所述测定电极配设于所述被测定气体流通部中的测定室，

所述气体传感器还具备：

基准气体调整单元，其对所述基准电极与所述被测定气体侧电极之间施加反复导通截止的控制电压，在所述基准电极的周围进行氧的吸入；以及

检测单元，在因所述控制电压的导通而产生的所述基准电极与所述被测定气体侧电极之间的电位差较大的第一期间、以及因所述控制电压的截止而产生的所述电位差从所述第一期间开始下降后的第二期间中的该第二期间中，该检测单元基于所述基准电极与所述测定电极之间的电压而对所述被测定气体中的特定气体浓度进行检测。

8.根据权利要求7所述的气体传感器，其中，

所述传感器元件具有以与所述被测定气体接触的方式配设于所述元件主体的外侧的外侧测定电极，

所述检测单元将源自所述特定气体且在所述测定室产生的氧从所述测定电极的周围向所述外侧测定电极的周围吸出，并基于进行该吸出时流通的测定用泵电流而对所述特定气体浓度进行检测，

所述测定电极的所述面积为0.2mm²以上2.0mm²以下。

9.根据权利要求7或8所述的气体传感器，其中，

所述传感器元件具有：测定用电压检测部，其对作为所述基准电极与所述测定电极之间的所述电压的测定用电压进行检测；测定用泵单元，其构成为包括以与所述被测定气体接触的方式配设于所述元件主体的外侧的外侧测定电极及所述测定电极；以及基准气体调整泵单元，其构成为包括所述基准电极及所述被测定气体侧电极，

所述检测单元具有所述测定用泵单元、以及对该测定用泵单元进行控制的测定用泵单元控制装置，

所述测定用泵单元控制装置基于所述第二期间中获取的所述测定用电压而控制所述测定用泵单元，以使得该第二期间中获取的该测定用电压达到目标电压，通过该控制而获取该测定用泵单元将源自所述特定气体且在所述测定电极的周围产生的氧从所述测定电极的周围向所述外侧测定电极的周围吸出时流通的测定用泵电流，并基于该测定用泵电流而对所述被测定气体中的特定气体浓度进行检测，或者，对所述测定用泵单元进行控制，以使得所述测定用泵电流达到目标电流，进行该控制且基于所述第二期间中获取的所述测定用电压而对所述被测定气体中的特定气体浓度进行检测，

所述基准气体调整单元具有：所述基准气体调整泵单元；以及基准气体调整泵单元控制装置，其对所述基准气体调整泵单元施加所述控制电压。

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