CN112611834B - 气体传感器及保护罩 - Google Patents

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Abstract

本发明所涉及的气体传感器具备：传感器元件(110)；内侧保护罩(130)，其配设有1个以上的元件室入口(127)、且具有第一部件(131)和第二部件(135)；以及外侧保护罩(140)，其配设有1个以上的外侧入口(144a)。外侧保护罩与内侧保护罩之间的第一气体室(122)具有：外侧保护罩与第二部件之间的第一空间；以及作为从第一空间至所述元件室入口的被测定气体的流路发挥作用的第二空间。第二空间的被测定气体从第二部件的外侧朝向内侧而通过第二部件的正上方时的流路截面积即截面积Cs为14.0mm2以上，第二空间的与内侧保护罩的周向垂直的截面积即截面积Ds为0.5mm2以上6.4mm2以下。

Description

气体传感器及保护罩
技术领域
本发明涉及气体传感器及保护罩。
背景技术
以往，已知对汽车的尾气等被测定气体中的NOx、氧等规定气体的浓度进行检测的气体传感器。例如，专利文献1中记载有如下气体传感器，该气体传感器具备：传感器元件；内侧保护罩，传感器元件的前端配置于该内侧保护罩的内部；以及外侧保护罩，其配置于内侧保护罩的外侧。另外，专利文献1中记载如下内容，即，将作为配设于外侧保护罩且作为被测定气体从外部进入的入口的1个以上的外侧入口的合计截面积S1、与配设于外侧保护罩且作为被测定气体向外部排出的出口的1个以上的外侧出口的合计截面积S2之比的截面积比S1/S2的值设为超过2.0且5.0以下，由此提高气体浓度检测的响应性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017－223620号公报
发明内容
但是，气体浓度检测的响应性还根据在气体传感器的周边流动的被测定气体的流速而变化，在流速较低的情况下(例如小于2m/s)，存在响应性容易降低的问题。
本发明是为了解决上述课题而完成的，其主要目的在于，减小被测定气体的低流速时的响应性降低的可能性。
本发明为了实现上述主要目的而采用了以下手段。
本发明的气体传感器具备：
传感器元件，该传感器元件具有供被测定气体导入的气体导入口，能够对从该气体导入口流入至内部的该被测定气体的特定气体浓度进行检测；
筒状的内侧保护罩，该内侧保护罩在内侧具有内部用于配置所述传感器元件的前端及所述气体导入口的传感器元件室，并且该内侧保护罩配设有作为相对于该传感器元件室的入口的1个以上的元件室入口以及作为相对于该传感器元件室的出口的1个以上的元件室出口；以及
筒状的外侧保护罩，该外侧保护罩配设于所述内侧保护罩的外侧，并且配设有作为所述被测定气体从外部进入的入口的1个以上的外侧入口、以及作为所述被测定气体向外部排出的出口的1个以上的外侧出口，
作为所述外侧保护罩与所述内侧保护罩这二者之间的空间而形成有：作为所述外侧入口与所述元件室入口之间的所述被测定气体的流路而发挥作用的第一气体室；以及作为所述外侧出口与所述元件室出口之间的所述被测定气体的流路而发挥作用、且未与所述第一气体室直接连通的第二气体室，
所述内侧保护罩具有：将所述传感器元件包围的筒状的第一部件；以及将所述第一部件包围的筒状的第二部件，
作为所述第一部件与所述第二部件这二者之间的间隙而形成有所述元件室入口，
将与所述内侧保护罩的轴向平行、且从所述传感器元件的所述前端朝向后端的方向设为上方，将从所述传感器元件的所述后端朝向所述前端的方向设为下方，所述第一气体室具有：第一空间，该第一空间是所述外侧保护罩与所述第二部件之间的空间，且作为从所述外侧入口朝向所述上方的所述被测定气体的流路而发挥作用；以及第二空间，该第二空间比所述第二部件的上端更靠上方、且是所述外侧保护罩与所述第一部件之间的空间，并作为从所述第一空间至所述元件室入口的所述被测定气体的流路而发挥作用，
所述第二空间的、所述被测定气体从所述第二部件的外侧朝向内侧而通过所述第二部件的正上方时的流路截面积即截面积Cs为14.0mm2以上，
所述第二空间的与所述内侧保护罩的周向垂直的截面积即截面积Ds为0.5mm2以上6.4mm2以下。
该气体传感器中，在气体传感器的周围流动的被测定气体从外侧保护罩的外侧入口向第一气体室中的第一空间流入，在第一空间内向上方流动而到达第二空间，在第二空间内从第二部件的外侧向内侧流动而到达元件室入口，并经过元件室入口而到达传感器元件室内的气体导入口。此处，在被测定气体的流速为低流速的情况下，由于从外侧入口流入的被测定气体的流量较小，因此，经过元件室入口向元件室内流入的被测定气体的流量也减小，特定气体浓度检测的响应性容易降低。对此，本发明的气体传感器中，截面积Cs设为14.0mm2以上而使得被测定气体容易在第二空间内从第二部件的外侧向内侧移动。即，第一空间内的被测定气体容易从第二空间通过并朝向元件室入口。由此，能够增大到达元件室入口的被测定气体的流量，能够抑制被测定气体的低流速时的特定气体浓度检测的响应性降低。另外，截面积Ds设为6.4mm2以下而能够抑制被测定气体在第二空间内沿着内侧保护罩的周向流动而导致响应性降低。此处，如果被测定气体在第二空间内沿着内侧保护罩的周向流动，则有时被测定气体从第二空间通过并到达元件室入口所需的时间延长，从而导致响应性降低。对此，截面积Ds设为6.4mm2以下而使得被测定气体难以在第二空间内沿着内侧保护罩的周向流动。因此，能够抑制如上所述的被测定气体在第二空间内沿着内侧保护罩的周向流动而引起响应性的降低。如上，本发明的气体传感器能够减小被测定气体的低流速时的响应性降低的可能性。如上所述，截面积Ds优选为较小值，不过，截面积Ds也可以设为0.5mm2以上。
本发明的气体传感器中，所述截面积Cs可以为22.9mm2以上。据此，被测定气体更容易在第二空间内从第二部件的外侧向内侧移动，因此，能够进一步抑制被测定气体的低流速时的响应性降低。
本发明的气体传感器中，所述截面积Ds可以为5.0mm2以下。据此，能够进一步抑制被测定气体在第二空间内沿着内侧保护罩的周向流动，因此，能够进一步抑制被测定气体的低流速时的响应性降低。
本发明的气体传感器中，作为所述被测定气体从所述第一空间向所述第二空间流入的流入口的第二空间入口的截面积As、与所述1个以上的元件室入口的合计截面积即截面积Bs的截面积比As/Bs可以为1.41以上4.70以下。此处，如果截面积As过小，则第一空间内的被测定气体难以向第二空间内流入，其结果，被测定气体难以向元件室入口内流入。另外，如果截面积Bs过小，则第二空间内的被测定气体难以向元件室入口内流入。对此，如果截面积比As/Bs为1.41以上4.70以下，则截面积As、Bs的大小的平衡良好，从而，第一空间内的被测定气体容易从第二空间通过而向元件室入口流入，因此，能够进一步抑制被测定气体的低流速时的响应性降低。
本发明的气体传感器中，作为所述被测定气体从所述第一空间向所述第二空间流入的流入口的第二空间入口的截面积As可以为47.3mm2以上68.1mm2以下。另外，所述1个以上的元件室入口的合计截面积即截面积Bs可以为14.5mm2以上33.4mm2以下。
本发明的气体传感器中，所述第一部件及所述第二部件可以以所述元件室入口中的所述传感器元件室侧的开口部即元件侧开口部朝向所述下方开口的方式形成该元件室入口。据此，能够抑制从元件侧开口部流出的被测定气体垂直地与传感器元件的表面(气体导入口以外的表面)碰撞，或者能够抑制在传感器元件的表面上通过较长距离之后到达气体导入口。由此，能够抑制传感器元件的冷却。并且，通过调整元件侧开口部的开口方向而能够抑制传感器元件的冷却，且不会减小内侧保护罩内的被测定气体的流量、流速，因此，还能够减小特定气体浓度检测的响应性降低的可能性。根据上述内容，能够抑制传感器元件的响应性降低，并且，还能够抑制传感器元件的保温性降低。此处，“元件侧开口部朝向下方开口”包括：与朝下方向平行地开口的情形、以及以随着趋向下方而接近传感器元件的方式相对于朝下方向倾斜地开口的情形。
本发明的气体传感器中，可以形成为，所述第一部件具有将所述传感器元件包围的第一圆筒部，所述第二部件具有直径大于所述第一圆筒部的直径的第二圆筒部，所述元件室入口是所述第一圆筒部的外周面与所述第二圆筒部的内周面之间的圆筒状的间隙。
本发明的保护罩是用于对传感器元件予以保护的保护罩，该传感器元件具有供被测定气体导入的气体导入口、且能够对从该气体导入口流入至内部的该被测定气体的特定气体浓度进行检测，其特征在于，具备：
筒状的内侧保护罩，该内侧保护罩在内侧具有内部用于配置所述传感器元件的前端及所述气体导入口的传感器元件室，并且该内侧保护罩配设有作为相对于该传感器元件室的入口的1个以上的元件室入口、以及作为相对于该传感器元件室的出口的1个以上的元件室出口；以及
筒状的外侧保护罩，该外侧保护罩配设于所述内侧保护罩的外侧，并且配设有作为所述被测定气体从外部进入的入口的1个以上的外侧入口、以及作为所述被测定气体向外部排出的出口的1个以上的外侧出口，
作为所述外侧保护罩与所述内侧保护罩这二者之间的空间而形成有：作为所述外侧入口与所述元件室入口之间的所述被测定气体的流路而发挥作用的第一气体室；以及作为所述外侧出口与所述元件室出口之间的所述被测定气体的流路而发挥作用、且未与所述第一气体室直接连通的第二气体室，
所述内侧保护罩具有：筒状的第一部件；以及将所述第一部件包围的筒状的第二部件，
作为所述第一部件与所述第二部件这二者之间的间隙而形成有所述元件室入口，
将与所述内侧保护罩的轴向平行、且从所述外侧保护罩的底部朝向该底部的相反侧的方向设为上方，将从所述外侧保护罩的该底部的相反侧朝向该底部的方向设为下方，所述第一气体室具有：第一空间，该第一空间是所述外侧保护罩与所述第二部件之间的空间，且作为从所述外侧入口朝向所述上方的所述被测定气体的流路而发挥作用；以及第二空间，该第二空间比所述第二部件的上端更靠上方、且是所述外侧保护罩与所述第一部件之间的空间，并作为从所述第一空间至所述元件室入口的所述被测定气体的流路而发挥作用，
所述第二空间的、所述被测定气体从所述第二部件的外侧朝向内侧通过所述第二部件的正上方时的流路截面积即截面积Cs为14.0mm2以上，
所述第二空间的与所述内侧保护罩的周向垂直的截面积即截面积Ds为0.5mm2以上6.4mm2以下。
传感器元件的前端及气体导入口配置于该保护罩的传感器元件室，从而，与上述本发明的气体传感器相同，能够获得减小被测定气体的低流速时的响应性降低的可能性的效果。本发明的保护罩中，可以采用上述气体传感器的各种方案。
附图说明
图1是气体传感器100相对于配管20的安装状态的概要说明图。
图2是图1的A－A截面图。
图3是图2的B－B截面图。
图4是图3的C－C截面图。
图5是图3的外侧保护罩140的C－C截面图。
图6是图3的D向视图。
图7是图4的E－E截面的一部分放大后的截面图。
图8是变形例的气体传感器200的纵截面图。
图9是图8的外侧保护罩240的F－F截面图。
图10是图8的G向视图。
图11是表示变形例的元件室入口327的截面图。
图12是变形例的气体传感器400的纵截面图。
图13是表示实验例1～4各自的流速与响应时间之间的关系的曲线图。
图14是表示实验例1～4各自的高度C、截面积Cs、Ds、体积V与流速为1m/s时的响应时间之间的关系的曲线图。
具体实施方式
接下来，利用附图对用于实施本发明的方案进行说明。图1是气体传感器100相对于配管20的安装状态的概要说明图。图2是图1的A－A截面图。图3是图2的B－B截面图。图4是图3的C－C截面图。图5是图3的外侧保护罩140的C－C截面图。应予说明，图5相当于从图4中将第一圆筒部134、第二圆筒部136、前端部138以及传感器元件110去除后的图。图6是图3的D向视图。图7是图4的E－E截面的一部分放大后的截面图。应予说明，将与保护罩120的轴向平行且从传感器元件110的前端朝向后端的方向(图3、图7中的上方)称为上方，将与保护罩120的轴向平行且从传感器元件110的后端朝向前端的方向(图3、图7中的下方)称为下方。
如图1所示，气体传感器100安装于作为从车辆的发动机排气的排气路径的配管20内，对从发动机排出的作为被测定气体的尾气中含有的NOx、氨、O2等气体成分中的至少任1种特定气体的浓度、即特定气体浓度进行检测。如图2所示，该气体传感器100以气体传感器100的中心轴与配管20内的被测定气体的气流垂直的状态而固定于配管20内。应予说明，也可以以气体传感器100的中心轴与配管20内的被测定气体的气流垂直且相对于铅直方向以规定的角度(例如45°)倾斜的状态而固定于配管20内。
如图3所示，气体传感器100具备：传感器元件110，其具有对被测定气体中的特定气体浓度(NOx、氨、O2等的浓度)进行检测的功能；以及保护罩120，其对上述传感器元件110予以保护。另外，气体传感器100具备金属制的外壳102、以及在外周面设置有外螺纹的金属制的螺栓103。外壳102焊接于配管20且插入于内周面设置有内螺纹的固定用部件22内，进而，将螺栓103插入于固定用部件22内而使得外壳102固定于固定用部件22内。由此使得气体传感器100固定于配管20内。应予说明，配管20内的被测定气体的流动方向为图3中从左向右的方向。
传感器元件110为细长的长条板状体形状的元件，具有多个氧化锆(ZrO2)等氧离子传导性固体电解质层层叠而成的结构。传感器元件110构成为：具有将被测定气体向自身的内部导入的气体导入口111，能够对从气体导入口111流入至内部的被测定气体的特定气体浓度进行检测。本实施方式中，气体导入口111设为在元件主体110b的前端面(图3中的传感器元件110的下表面)开口。传感器元件110在内部具备加热器，该加热器承担将传感器元件110加热并保温的温度调整作用。上述传感器元件110的结构、检测特定气体浓度的原理众所周知，例如在日本特开2008－164411号公报中有所记载。传感器元件110的前端(图3中的下端)及气体导入口111配置于传感器元件室124内。应予说明，也将从传感器元件110的后端朝向前端的方向(下方)称为前端方向。
另外，传感器元件110具备将表面的至少一部分覆盖的多孔质保护层110a。本实施方式中，多孔质保护层110a形成于传感器元件110的6个表面中的5个面，从而将在传感器元件室124内露出的表面的大部分覆盖。具体而言，多孔质保护层110a将传感器元件110中的形成有气体导入口111的前端面(下表面)全部覆盖。另外，多孔质保护层110a将与传感器元件110的前端面连接的4个表面(图4中的传感器元件110的上下左右的面)中的靠近传感器元件110的前端面的那侧覆盖。多孔质保护层110a发挥例如抑制因被测定气体中的水分等的附着而导致传感器元件110产生裂纹的作用。另外，多孔质保护层110a发挥抑制被测定气体中含有的油成分等附着于传感器元件110的表面的未图示的电极等的作用。多孔质保护层110a例如由氧化铝多孔质体、氧化锆多孔质体、尖晶石多孔质体、堇青石多孔质体、二氧化钛多孔质体、氧化镁多孔质体等多孔质体形成。多孔质保护层110a例如可以通过等离子喷镀、丝网印刷、浸渍等方式而形成。应予说明，多孔质保护层110a还将气体导入口111覆盖，不过，由于多孔质保护层110a为多孔质体，因此被测定气体能够在多孔质保护层110a的内部流通而到达气体导入口111。多孔质保护层110a的厚度例如为100μm～700μm。
保护罩120配置成将传感器元件110的周围包围。该保护罩120具有：有底筒状的内侧保护罩130，其将传感器元件110的前端覆盖；以及有底筒状的外侧保护罩140，其将内侧保护罩130覆盖。另外，作为由内侧保护罩130和外侧保护罩140包围的空间而形成有第一气体室122、第二气体室126，作为由内侧保护罩130包围的空间而形成有传感器元件室124。应予说明，气体传感器100、传感器元件110、内侧保护罩130、外侧保护罩140的中心轴同轴。保护罩120由金属(例如SUS310S等不锈钢)形成。
内侧保护罩130具备第一部件131及第二部件135。第一部件131具有：圆筒状的大径部132；第一圆筒部134，其呈圆筒状且直径小于大径部132的直径；以及台阶部133，其将大径部132和第一圆筒部134连接。第一圆筒部134将传感器元件110的周围包围。第二部件135具有：第二圆筒部136，其直径大于第一圆筒部134的直径；前端部138，其位于比第二圆筒部136更靠传感器元件110的前端方向(下方)的位置；台阶部139，其配设为与前端部138的上端连接、且比前端部138的外周面更向外侧突出；以及连接部137，其将第二圆筒部136的下端和台阶部139连接。前端部138具有侧部138d及底部138e。在前端部138形成有与传感器元件室124及第二气体室126连通、且作为被测定气体从传感器元件室124排出的出口的1个以上的元件室出口138a。元件室出口138a具有在侧部138d以等间隔而形成的多个(本实施方式中为4个)圆形的横孔138b。元件室出口138a未配设于前端部138的底部138e。元件室出口138a的直径例如为0.5mm～2.6mm。本实施方式中，多个横孔138b的直径均设为相同值。元件室出口138a形成于比气体导入口111更靠传感器元件110的前端方向(下方)的位置。换言之，从传感器元件110的后端(图3中的传感器元件110的未图示的上端)观察，元件室出口138a位于比气体导入口111更远(更靠下方)的位置。
大径部132、第一圆筒部134、第二圆筒部136、前端部138的中心轴相同。大径部132的内周面与外壳102抵接，由此使得第一部件131固定于外壳102。第二部件135的连接部137的外周面与外侧保护罩140的内周面140抵接，并通过焊接等而固定。应予说明，可以使得连接部137的前端侧(下端侧)的外径形成为略大于外侧保护罩140的前端部146的内径，通过将连接部137的前端部分压入至前端部146内而将第二部件135固定。
在第二圆筒部136的内周面形成有朝向第一圆筒部134的外周面突出、且与该外周面接触的多个突出部136a。如图4所示，突出部136a设置有3个，并且沿着第二圆筒部136的内周面的周向均匀地配置。突出部136a形成为近似半球形状。通过设置上述突出部136a而容易利用突出部136a使得第一圆筒部134与第二圆筒部136之间的位置关系固定。应予说明，优选地，突出部136a将第一圆筒部134的外周面朝径向内侧按压。据此，能够利用突出部136a而更可靠地将第一圆筒部134与第二圆筒部136之间的位置关系固定。应予说明，突出部136a并不局限于3个，也可以设为2个或4个以上。应予说明，为了使得第一圆筒部134和第二圆筒部136的固定更容易稳定，优选将突出部136a设为3个以上。
该内侧保护罩130形成有作为第一部件131与第二部件135之间的空间、且作为被测定气体向传感器元件室124进入的入口的元件室入口127(参照图3、图4、图7)。更具体而言，元件室入口127形成为第一圆筒部134的外周面与第二圆筒部136的内周面之间的圆筒状的间隙(气体流路)。元件室入口127具有：外侧开口部128，其是作为配置有外侧入口144a的空间的第一气体室122侧的开口部；以及元件侧开口部129，其是作为配置有气体导入口111的空间的传感器元件室124侧的开口部。外侧开口部128形成为比元件侧开口部129更靠传感器元件110的后端侧(上侧)。因此，在外侧入口144a至气体导入口111的被测定气体的路径中，元件室入口127构成从传感器元件110的后端侧(上侧)朝向前端侧(下侧)的流路。另外，元件室入口127构成与传感器元件110的后端－前端方向平行的流路(与上下方向平行的流路)。
元件侧开口部129在从传感器元件110的后端朝向前端的方向(下方)上开口、且与传感器元件110的后端－前端方向(上下方向)平行地开口。即，元件侧开口部129与朝下方向平行地开口。因此，传感器元件110配置于元件室入口127从元件侧开口部129虚拟地延长后的区域(图3、图7中的元件侧开口部129的正下方的区域)以外的位置。由此，能够抑制从元件侧开口部129流出的被测定气体直接与传感器元件110的表面碰撞，并能够抑制传感器元件110的冷却。
第一圆筒部134的外周面和第二圆筒部136的内周面在元件侧开口部129沿圆筒的径向以距离A4(参照图7)而分离，在外侧开口部128沿圆筒的径向以距离A5而分离。另外，第一圆筒部134的外周面和第二圆筒部136的内周面在突出部136a和第一圆筒部134接触的部分(图4所示的截面)以距离A7而分离。距离A4、距离A5、距离A7例如分别为0.3mm～2.4mm。距离A4、距离A5、距离A7可以设为0.51mm以上，且可以设为1.18mm以下。通过调整距离A4、距离A5的值而能够调整元件侧开口部129的开口面积、外侧开口部128的开口面积。本实施方式中，距离A4、距离A5、距离A7设为相等，元件侧开口部129的开口面积和外侧开口部128的开口面积设为相等。应予说明，本实施方式中，距离A4(距离A5、距离A7)与第一圆筒部134的外径和第二圆筒部136的内径之差的一半的值相同。另外，元件侧开口部129与外侧开口部128之间的上下方向上的距离、即元件室入口127的上下方向上的距离L(相当于元件室入口127的路径长度)例如超过0mm且为6.6mm以下。距离L可以设为3mm以上，且可以设为5mm以下。另外，第一圆筒部134的下端与连接部137之间的最小距离设为距离A6(参照图7)。距离A6可以设为大于距离A4、A5、A7的值，也可以设为相同的值，还可以设为小于距离A4、A5、A7的值。
如图3所示，外侧保护罩140具有：圆筒状的大径部142；圆筒状的主体部143，其与大径部142连接、且直径小于大径部142的直径；以及前端部146，其呈有底筒状且内径小于主体部143的内径。另外，主体部143具有：侧部143a，其具有沿着外侧保护罩140的中心轴方向(上下方向)的侧面；以及台阶部143b，其是主体部143的底部且将侧部143a和前端部146连接。应予说明，大径部142、主体部143、前端部146的中心轴均与内侧保护罩130的中心轴相同。大径部142的内周面与外壳102及大径部132抵接，由此将外侧保护罩140固定于外壳102。主体部143配置成将第一圆筒部134、第二圆筒部136的外周覆盖。大径部142和主体部143的直径可以相同。前端部146配置成将前端部138覆盖，并且，内周面与连接部137的外周面抵接。前端部146具有：侧部146a，其具有沿着外侧保护罩140的中心轴方向(上下方向)的侧面、且外径小于侧部143a的内径；底部146b，其是外侧保护罩140的底部；以及锥状部146c，其将侧部146a和底部146b连接、且从侧部146a趋向底部146b而缩径。前端部146位于比主体部143更靠前端方向侧(下侧)的位置。该外侧保护罩140具有：1个以上(本实施方式中为多个，具体为12个)的外侧入口144a，它们形成于主体部143、且是被测定气体从外部进入的入口；以及1个以上的外侧出口147a，它们形成于前端部146、且是被测定气体向外部排出的出口。
外侧入口144a是与外侧保护罩140的外侧(外部)以及第一气体室122连通的孔。外侧入口144a具有：多个(本实施方式中为6个)横孔144b，它们以等间隔而形成于侧部143a；以及多个(本实施方式中为6个)纵孔144c，它们以等间隔而形成于台阶部143b(图3～图6)。该外侧入口144a(横孔144b及纵孔144c)是以圆形(纯圆)而开设的孔。这12个外侧入口144a的直径例如为0.5mm～2mm。外侧入口144a的直径可以设为1.5mm以下。应予说明，本实施方式中，多个横孔144b的直径均设为相同值，多个纵孔144c的直径均设为相同值。另外，横孔144b的直径设为大于纵孔144c的直径的值。应予说明，外侧入口144a形成为：如图4、图5所示，横孔144b和纵孔144c沿着外侧保护罩140的周向交替地以等间隔而配置。即，将图4、图5中的横孔144b的中心与外侧保护罩140的中心轴连结的线、和将与该横孔144b相邻的纵孔144c的中心与外侧保护罩140的中心轴连结的线所成的角为30°(360°/12个)。
外侧出口147a是与外侧保护罩140的外侧(外部)以及第二气体室126连通的孔。该外侧出口147a具有1个以上的纵孔147c，它们形成于前端部146的底部146b的中心(参照图3、图5、图6)。应予说明，与外侧入口144a不同，外侧出口147a未配设于外侧保护罩140的侧部(此处为前端部146的侧部146a)。该外侧出口147a(此处为纵孔147c)是以圆形(纯圆)而开设的孔。该外侧出口147a的直径例如为0.5mm～2.5mm。外侧出口147a的直径可以设为1.5mm以下。应予说明，本实施方式中，纵孔147c的直径设为大于横孔144b、纵孔144c的直径的值。
外侧保护罩140及内侧保护罩130形成有第一气体室122作为主体部143与内侧保护罩130之间的空间。更具体而言，第一气体室122是由台阶部133、第一圆筒部134、第二圆筒部136、侧部143a、台阶部143b包围的空间。传感器元件室124是由内侧保护罩130包围的空间。外侧保护罩140及内侧保护罩130形成有第二气体室126作为前端部146与内侧保护罩130之间的空间。更具体而言，第二气体室126是由前端部138和前端部146包围的空间。应予说明，由于前端部146的内周面与连接部137的外周面抵接，因此，第一气体室122和第二气体室126并未直接连通。
另外，如图7所示，第一气体室122具有第一空间122a及第二空间122b。第一空间122a是外侧保护罩140与内侧保护罩130的第二部件135之间的空间，作为从外侧入口144a朝向上方的被测定气体的流路而发挥作用。更具体而言，第一空间122a是由侧部143a、台阶部143b、第二圆筒部136包围的空间，且是比第二部件135的上端(此处为第二圆筒部136的上端)更靠下方的空间。第一空间122a是外侧保护罩140的内周面与第二圆筒部136的外周面之间的圆筒状的间隙。第二空间122b是比第二部件135的上端(此处为第二圆筒部136的上端)更靠上方、且处于外侧保护罩140与第一部件131(此处为第一圆筒部134)之间的空间。第二空间122b作为从第一空间122a至第二流路127的被测定气体的流路而发挥作用。第二空间122b是外侧保护罩140的内周面与第一圆筒部134的外周面之间的圆筒状的间隙。
被测定气体从第一空间122a向第二空间122b流入的流入口称为第二空间入口122c。第二空间入口122c是外侧保护罩140的内周面与第二圆筒部136的外周面的上端之间的环状的间隙。外侧入口144a均位于比第二空间入口122c更靠下方的位置。换言之，外侧入口144a均位于比第二部件135的上端(此处为第二圆筒部136的上端)更靠下方的位置。第二空间入口122c的径向上的宽度、即外侧保护罩140的内周面的半径与第二圆筒部136的外周面的上端的半径之差称为距离A1(参照图7)。另外，第二空间入口122c的截面积(开口面积)称为截面积As。截面积As设为与上下方向垂直的面的面积。本实施方式中，截面积As＝(以侧部143a的内径为直径的圆的面积)－(以第二圆筒部136的外径为直径的圆的面积)。距离A1例如可以设为1.18mm以上，且可以设为1.85mm以下。距离A1可以设为距离A4、A5、A7以上的值。比A/A4可以设为1.0以上3.63以下。比A/A5及比A/A7也同样地可以设为1.0以上3.63以下。截面积As例如可以设为47.3mm2以上，且可以设为68.1mm2以下。
上述外侧开口部128还是从第二空间122b朝向元件室入口127的出口(第二空间出口)。另外，元件室入口127的截面积(流路截面积)称为截面积Bs。截面积Bs设为与从元件室入口127通过的被测定气体的方向(此处为下方)垂直的方向上的面积。另外，在元件室入口127内的被测定气体的流路截面积并非恒定的情况下，将其最小值设为截面积Bs。例如，本实施方式中，由于距离A4、A5相等，因此外侧开口部128和元件侧开口部129的开口面积(＝流路截面积)相等，不过，元件室入口127中的存在突出部136a的部分的流路截面积小于上述外侧开口部128和元件侧开口部129的开口面积。因此，本实施方式中，元件室入口127中的突出部136a最突出的截面、即图4所示的截面中的元件室入口127的截面积设为截面积Bs。因此，本实施方式中，截面积Bs＝(以第二圆筒部136的内径为直径的圆的面积)－(以第一圆筒部134的外径为直径的圆的面积)－(图4的截面中的由突出部136a引起的元件室入口127的截面积减少的减少量的绝对值)×(突出部136a的个数)。截面积Bs例如可以设为14.5mm2以上，且可以设为33.4mm2以下。
将第二空间122b中的、被测定气体从第二部件135的外侧朝向内侧而从第二部件135的正上方(此处为第二圆筒部136的正上方)通过(图7中从左向右通过)时的截面称为流路截面122d。另外，将流路截面122d的上下方向上的长度称为高度C，将流路截面122d的截面积称为截面积Cs。截面积Cs与直径和第二圆筒部136的内径相同的高度C的圆柱的外周面的面积相同。即，截面积Cs＝(第二圆筒部136的内径)×π×(高度C)。流路截面122d是第二空间122b中的与朝向内侧保护罩130的中心的径向垂直的面、且是第二圆筒部136的正上方的面的截面，确定为第二部件135的正上方的截面积最小的位置处的截面。例如，本实施方式中，第二圆筒部136的内周面的正上方的与径向垂直的第二空间122b的截面积小于第二圆筒部136的外周面的正上方的与径向垂直的第二空间122b的截面积。因此，将第二空间122b中的与内侧保护罩130的径向垂直且是第二圆筒部136的内周面的正上方的截面确定为流路截面122d。高度C例如可以设为0.47mm以上，也可以设为0.75mm以上。高度C可以设为2.35mm以下，也可以设为1.87mm以下。
将第二空间122b中的、与内侧保护罩130的周向垂直的截面积称为截面积Ds。截面积Ds为图7的截面中示出的第二空间122b的面积(近似四边形的面积)。本实施方式中，截面积Ds＝{(侧部143a的内径)－(第一圆筒部134的外径)}÷2×(高度C)。换言之，截面积Ds＝{A1+A5+(第二圆筒部136的厚度)}×(高度C)。
第二空间122b的体积V例如可以设为43mm3以上，也可以设为70mm3以上。第二空间122b的体积V例如可以设为223mm3以下，也可以设为174mm3以下。本实施方式中，体积V＝{(以侧部143a的内径为直径的圆的面积)－(以第一圆筒部134的外径为直径的圆的面积)}×(高度C)。
此处，对气体传感器100检测特定气体浓度时的保护罩120内的被测定气体的流动进行说明。在配管20内流动的被测定气体首先经过多个外侧入口144a(横孔144b及纵孔144c)中的至少任一个而向第一气体室122内流入。接下来，被测定气体从第一气体室122经由外侧开口部128而向元件室入口127流入，并经由元件室入口127而从元件侧开口部129流出，进而向传感器元件室124流入。从元件侧开口部129流入至传感器元件室124内的被测定气体中的至少一部分到达传感器元件110的气体导入口111。当被测定气体到达气体导入口111并向传感器元件110的内部流入时，传感器元件110产生与该被测定气体中的特定气体浓度相应的电信号(电压或电流)，基于该电信号而检测特定气体浓度。另外，传感器元件室124内的被测定气体经过元件室出口138a(横孔138b)中的至少任一个而向第二气体室126流入，并从该第二气体室126经过外侧出口147a而向外部流出。应予说明，传感器元件110内部的加热器的输出由例如未图示的控制器进行控制以保持规定的温度。
对上述被测定气体的流动中的、第一气体室122内及元件室入口127内的流动进行详细说明。从外侧入口144a流入至外侧保护罩140的内部的被测定气体首先向第一气体室122中的第一空间122a流入，并在第一空间122a内向上方流动。接下来，被测定气体从第二空间入口122c到达第二空间122b内，并在第二空间122b内从第二部件135的外侧朝向内侧流动，即，在第二空间122b内朝向保护罩120的中心轴沿径向流动，进而到达元件室入口127的外侧开口部128。然后，被测定气体在元件室入口127内从外侧开口部128朝向下方流动，并从元件侧开口部129到达传感器元件室124内。
此处，通常，在被测定气体的流速为低流速(例如小于2m/s)的情况下，从外侧入口144a流入的被测定气体的流量较小，因此，经过元件室入口127而向传感器元件室124内流入的被测定气体的流量也减小，特定气体浓度检测的响应性容易降低。对此，本实施方式的气体传感器100中，上述截面积Cs设为14.0mm2以上而使得被测定气体容易在第二空间122b内从第二部件135的外侧朝向内侧移动。即，第一空间122a内的被测定气体容易从第二空间122b通过并流向元件室入口127。由此，能够增大到达元件室入口127的被测定气体的流量，并能够抑制被测定气体为低流速时的特定气体浓度检测的响应性降低。
另外，本实施方式的气体传感器100中，截面积Ds设为6.4mm2以下，由此能够抑制被测定气体在第二空间122b内沿着内侧保护罩130的周向流动而导致响应性降低。此处，通常，如果被测定气体在第二空间122b内沿着内侧保护罩130的周向流动，则有时被测定气体从第二空间122b通过并到达元件室入口127所需的时间延长而导致响应性降低。另外，通常，在存在多个外侧入口144a的情况下，有时发生如下现象，即，被测定气体从多个外侧入口144a中的处于靠近在外侧保护罩140的周围流动的被测定气体的下游侧的位置的外侧入口144a向外部流出。例如，图3中，被测定气体在外侧保护罩140的周围从左向右流动，因此，图3中示出的比传感器元件110更靠右侧的横孔144b及纵孔144c等相当于处于靠近下游侧的位置的外侧入口144a。并且，在第二空间122b内沿着内侧保护罩130的周向流动的被测定气体的流量越多，上述从靠近下游侧的位置的外侧入口144a向外部流出的被测定气体的流量越容易增多。并且，如果被测定气体从外侧入口144a向外部流出，则到达元件室入口127的被测定气体相应地减少，因此，特定气体浓度检测的响应性降低。这样，通常，在第二空间122b内沿着内侧保护罩130的周向流动的被测定气体的流量越多，特定气体浓度检测的响应性越容易降低。对此，本实施方式的气体传感器100中，截面积Ds设为6.4mm2以下而使得被测定气体难以在第二空间122b内沿着内侧保护罩130的周向流动。因此，能够抑制如上所述的被测定气体在第二空间122b内沿着内侧保护罩130的周向流动而导致响应性降低。如上，本实施方式的气体传感器100能够减小被测定气体的低流速时的响应性降低的可能性。如上所述，截面积Ds优选为较小值，不过，截面积Ds也可以设为0.5mm2以上。
根据以上详述的本实施方式的气体传感器100，截面积Cs设为14.0mm2以上且截面积Ds设为6.4mm2以下，从而能够减小被测定气体的低流速时的响应性降低的可能性。
另外，截面积Cs优选为20.0mm2以上，更优选为20.9mm2以上，进一步优选为22.9mm2以上，更进一步优选为30mm2以上，更加进一步优选为40mm2以上。截面积Cs越大，被测定气体越容易在第二空间122b内从第二部件135的外侧向内侧移动，因此，抑制被测定气体的低流速时的响应性降低的效果得到提高。此外，所述截面积Ds优选为6.0mm2以下，更优选为5.9mm2以下，进一步优选为5.0mm2以下，更进一步优选为4.0mm2以下。截面积Ds越小，越能够抑制被测定气体在第二空间122b内沿着内侧保护罩130的周向流动，因此，抑制被测定气体的低流速时的响应性降低的效果得到提高。另外，截面积Cs例如可以设为73.1mm2以下，也可以设为70.0mm2以下，还可以设为60.0mm2以下，还可以设为57.0mm2以下。另外，截面积Ds例如可以设为1.2mm2以上，也可以设为1.5mm2以上，还可以设为2.0mm2以上。
此外，截面积As与截面积Bs的截面积比As/Bs优选为1.0以上，更优选为1.41以上4.70以下。此处，如果截面积As过小，则第一空间122a内的被测定气体难以向第二空间122b内流入，其结果，被测定气体难以向元件室入口127内流入。另外，如果截面积Bs过小，则第二空间122b内的被测定气体难以向元件室入口127内流入。与此相对，如果截面积比As/Bs为1.41以上4.70以下，则截面积As、Bs的大小的平衡良好，从而，第一空间122a内的被测定气体容易从第二空间122b通过并向元件室入口127流入，因此，能够进一步抑制被测定气体的低流速时的响应性降低。
此外，气体传感器100中，第一部件131及第二部件135以元件侧开口部129朝向下方开口的方式形成有元件室入口127。因此，能够抑制从元件侧开口部129流出的被测定气体垂直地与传感器元件110的表面(气体导入口111以外的表面)碰撞，或者能够抑制在传感器元件110的表面上通过较长距离之后到达气体导入口111。由此，能够抑制传感器元件110的冷却。并且，通过调整元件侧开口部129的开口朝向而抑制传感器元件110的冷却，不会减小内侧保护罩130内的被测定气体的流量、流速，因此，还能够减小特定气体浓度检测的响应性降低的可能性。根据这些内容，能够抑制传感器元件110的响应性降低，并且，还能够抑制保温性降低。
应予说明，本发明并未受到上述实施方式的任何限定，当然，只要属于本发明的技术范围就可以以各种方案而实施。
例如，保护罩120的形状并不局限于上述实施方式。保护罩120的形状、元件室入口127、元件室出口138a、外侧入口144a、外侧出口147a的形状、个数、配置等可以适当地变更。例如，外侧保护罩140的前端部146呈有底筒状、且具有侧部146a、底部146b以及锥状部146c，不过，也可以设为省略了锥状部146c的圆筒形状。另外，内侧保护罩130的前端部138设为侧部138d的外径恒定、且侧部138d和底部138e的直径相同的形状，不过，例如也可以设为圆锥台颠倒后的形状等侧部138d的外径越接近底部138e则越小的形状。图8是外侧保护罩140的前端部146设为省略了锥状部146c的圆筒形状、且内侧保护罩130的前端部138设为圆锥台颠倒后的形状的气体传感器200的纵截面图(相当于气体传感器100的B－B截面图)。图8中还一并示出了第二空间122b周边的放大图。图9是图8的外侧保护罩240的F－F截面图，图10是图8的G向视图。图8～图10中，对与气体传感器100相同的结构要素标注相同的附图标记并省略详细的说明。如图8所示，气体传感器200的保护罩220具备内侧保护罩230以代替内侧保护罩130，具备外侧保护罩240以代替外侧保护罩140。内侧保护罩230的第二部件235具有圆锥台颠倒后的形状的前端部238以代替前端部138及台阶部139。另外，在前端部238形成有元件室出口238a，其与传感器元件室124及第二气体室126连通、且成为被测定气体从传感器元件室124排出的出口。元件室出口238a具有1个在前端部238的底部的中心形成的圆形的纵孔。外侧保护罩240具有呈有底筒状(圆筒形状)、且内径小于主体部143的内径的前端部246以代替前端部146。前端部246具有：侧部246a，其具有沿着外侧保护罩240的中心轴方向(图8的上下方向)的侧面、且外径小于侧部143a的内径；以及底部246b，其是外侧保护罩240的底部。另外，在前端部246形成有作为被测定气体向外部排出的出口的外侧出口247a。外侧出口247a具有多个(此处为6个)纵孔247c，它们沿着外侧保护罩240的周向以等间隔而形成于前端部246的底部246b(参照图8、图9、图10)。这种气体传感器200中，截面积Cs设为14.0mm2以上且截面积Ds设为6.4mm2以下，从而也能获得与上述实施方式同样的效果。
上述实施方式中，元件室入口127设为第一部件131的第一圆筒部134与第二部件135的第二圆筒部136之间的圆筒状的间隙，但并不局限于此，只要元件室入口为第一部件131与第二部件135之间的间隙即可，可以为任意形状。例如，元件室入口可以为相对于图3的上下方向倾斜的间隙(还可参照后述的图12)。另外，元件室入口127的数量并不局限于1个，也可以为多个(也参照后述的图11)。元件室出口138a、外侧入口144a、外侧出口147a也不局限于孔，可以为构成保护罩120的多个部件的间隙，各自的数量为1个以上即可。另外，外侧入口144a具有横孔144b和纵孔144c，不过，也可以仅具有任一方。另外，可以在横孔144b及纵孔144c的基础上或者取而代之地在侧部143a与台阶部143b的边界的角部形成方孔。元件室出口138a及外侧出口147a也可以同样地具有横孔、纵孔、方孔中的任意的1个以上。另外，外侧出口147a可以具有设置于锥状部146c的贯通孔。
上述实施方式中，突出部136a形成于第二圆筒部136的内周面，但并不局限于此。只要在第一圆筒部134的外周面和第二圆筒部136的内周面中的至少一方的面形成有朝向另一方的面突出、且与该面接触的多个突出部即可。另外，上述实施方式中，如图3、图4所示，第二圆筒部136中的形成有突出部136a的部分的外周面向内侧凹陷，但并不局限于此，外周面也可以不凹陷。另外，突出部136a并不局限于半球形状，可以为任意形状。应予说明，可以不在第一圆筒部134的外周面及第二圆筒部136的内周面形成突出部136a。
上述实施方式中，元件室入口127设为第一圆筒部134的外周面与第二圆筒部136的内周面之间的筒状的间隙，但并不局限于此。例如，可以形成为：在第一圆筒部的外周面和第二圆筒部的内周面中的至少一方形成有凹部(沟)，元件室入口设为由凹部形成的第一圆筒部与第二圆筒部之间的间隙。图11是表示变形例的元件室入口327的截面图。如图11所示，第一圆筒部334的外周面和第二圆筒部336的内周面接触，在第一圆筒部334的外周面以等间隔而形成有多个(图11中为4个)凹部334a。该凹部334a与第二圆筒部336的内周面之间的间隙为元件室入口327。如该元件室入口327这样存在多个(图11中为4处)元件室入口的情况下，将各元件室入口的截面积的合计值即合计截面积设为截面积Bs。
上述实施方式中，元件室入口127设为与传感器元件110的后端－前端方向平行的流路(图3中的与上下方向平行的流路)，但并不局限于此。例如，元件室入口127可以设为以随着趋向下方而接近传感器元件110的方式相对于上下方向倾斜的流路。图12是该情况下的变形例的气体传感器400的纵截面图。图12中还一并示出了第二空间122b周边的放大图。图12中，对与气体传感器100、200相同的结构要素标注相同的附图标记并省略详细的说明。如图12所示，气体传感器400的保护罩420具备内侧保护罩430以代替内侧保护罩230。内侧保护罩430具备第一部件431及第二部件435。第一部件431与第一部件131相比，具备圆筒状的主体部434a、以及随着趋向下方而缩径的圆筒状的第一圆筒部434b以代替第一圆筒部134。第一圆筒部434b在上端部与主体部434a连接。第二部件435与第二部件235相比，具备随着趋向下方而缩径的圆筒状的第二圆筒部436以代替第二圆筒部136及连接部137。第二圆筒部436与前端部238连接。第一圆筒部434b的外周面和第二圆筒部436的内周面未接触，由二者形成的间隙成为元件室入口427。元件室入口427具有：外侧开口部428，其是第一气体室122侧的开口部；以及元件侧开口部429，其是传感器元件室124侧的开口部。该元件室入口427根据第一圆筒部434b及第二圆筒部436的形状而形成为以随着趋向下方而接近传感器元件110(接近内侧保护罩430的中心轴)的方式相对于上下方向倾斜的流路。同样地，元件侧开口部429以随着趋向下方而接近传感器元件110的方式相对于上下方向倾斜地开口(参照图12的放大图)。这样，在元件室入口427为相对于上下方向倾斜的流路的情况下、元件侧开口部429相对于上下方向倾斜地开口的情况下，从元件侧开口部429向传感器元件室124流出的被测定气体流动的方向变为相对于上下方向倾斜的方向。由此，能获得与上述实施方式的元件室入口127及元件侧开口部129同样的效果。即，能够抑制被测定气体垂直地与传感器元件110的表面(气体导入口111以外的表面)碰撞，能够抑制在传感器元件110的表面上通过较长距离之后到达气体导入口111。由此，能够抑制传感器元件110的冷却。另外，图12中，元件室入口427的宽度随着趋向传感器元件110的下方而变窄。因此，元件侧开口部429的开口面积小于外侧开口部428的开口面积。换言之，对于元件室入口427而言，利用图7说明的距离A4小于距离A5。由此，被测定气体从外侧开口部428流入并从元件侧开口部429流出而使得流出时的被测定气体的流速与流入时相比升高。因此，能够提高特定气体浓度检测的响应性。该气体传感器400中，外侧保护罩240与第二部件435的第二圆筒部436之间的空间成为第一空间122a。另外，比第二圆筒部436的上端更靠上方、且是外侧保护罩240与第一部件431的主体部434a之间的空间构成第二空间122b。应予说明，图12中，元件室入口427构成相对于上下方向倾斜的流路，元件侧开口部429相对于上下方向倾斜地开口，且元件侧开口部429的开口面积小于外侧开口部428的开口面积，不过，可以省略这3个特征中的1个以上，气体传感器可以具有这3个特征中的1个以上的特征。该气体传感器400中，截面积Cs设为14.0mm2以上且截面积Ds设为6.4mm2以下，从而也能获得与上述实施方式同样的效果。应予说明，图12的气体传感器400中，如气体传感器200那样，外侧保护罩240的前端部246设为省略了锥状部的圆筒形状，内侧保护罩430的前端部238设为圆锥台颠倒后的形状，不过，取而代之地，气体传感器400也可以具有气体传感器100那样的前端部138、台阶部139及前端部146。
上述实施方式中，元件侧开口部129朝向下方开口，但并不局限于此，例如，也可以朝向与朝下方向垂直的方向而在传感器元件室124开口。
上述实施方式中，规定第二空间122b的上端的面为第一部件131的台阶部133的下表面，但并不局限于此。例如，外壳102的下表面也可以是规定第二空间122b的上端的面。
上述实施方式中，内侧保护罩130具备第一部件131和第二部件135这2个部件，不过，也可以是第一部件131和第二部件135实现了一体化的部件。
上述实施方式中，气体导入口111在传感器元件110的前端面(图3中的传感器元件110的下表面)开口，但并不局限于此。例如，也可以在传感器元件110的侧面(图4中的传感器元件110的上下左右的面)开口。
上述实施方式中，传感器元件110具备多孔质保护层110a，不过，也可以不具备多孔质保护层110a。
上述实施方式中，作为气体传感器100的一部分而对保护罩120进行了说明，不过，保护罩120也可以单独流通。
上述实施方式中虽然并未说明，不过，气体传感器100优选同时满足以下第一条件及第二条件。第一条件是：外侧入口144a、元件室出口138a、外侧出口147a均具有至少1个直径为1.5mm的球可通过的孔。第二条件是：调整保护罩120内的被测定气体的流路的宽度，以使得直径为0.8mm的球能够从外侧入口144a到达气体导入口111。换言之，第二条件是：从外侧入口144a至气体导入口111之间的被测定气体必定通过的流路中的流路宽度的最小值(称为最小流路宽度)为0.8mm以上。例如，上述实施方式的气体传感器100中，在图7所示的距离A6小于图4、图7所示的距离A4、距离A5及距离A7中的任一个的情况下，最小流路宽度为距离A6的值。在这种情况下，如果距离A6为0.8mm以上，则满足第二条件。虽然有时在配管20内流动的被测定气体中含有烟灰，但是，通过同时满足该第一条件及第二条件而使得气体传感器100的耐烟灰性得到提高。例如，在距离A6小于0.8mm的情况下，有时烟灰在第一圆筒部134的下端与连接部137之间的间隙引起堵塞。与此相对，如果距离A6为0.8mm以上，则能够抑制上述烟灰的堵塞。无论上述截面积Cs是否为14.0mm2以上或截面积Ds是否为0.5mm2以上6.4mm2以下，都能获得通过同时满足第一条件及第二条件而使得耐烟灰性提高的效果。另外，并不局限于气体传感器100，即便是上述各种变形例等具备其他形状的保护罩的气体传感器，也能获得通过同时满足第一条件及第二条件而使得耐烟灰性得到提高的效果。例如，在气体传感器100中，在图7所示的距离A4、距离A5及距离A7中的最小值小于距离A6的情况下，最小流路宽度为其最小值。在这种情况下，如果其最小值为0.8mm以上(换言之，如果距离A4、距离A5及距离A7均为0.8mm以上)，则满足第二条件。在这种情况下，如果进一步满足第一条件，则能获得耐烟灰性提高的效果。另外，在外侧入口144a具有多个孔的情况下，为了满足第一条件，该多个孔中存在1个以上直径为1.5mm的球可通过的孔即可，不过，优选为直径为1.5mm的球可通过的孔占据该多个孔中的60％以上的数量，或者直径为1.5mm的球可通过的孔的开口面积的合计值占据该多个孔的开口面积的合计值的60％以上。元件室出口138a及外侧出口147a也一样。另外，优选除了第一条件及第二条件以外还满足以下第三条件。第三条件是：调整保护罩120内的被测定气体的流路的宽度，以使得直径为0.8mm的球能够从气体导入口111到达外侧出口147a。
实施例
以下，以具体制作气体传感器的例子为实施例进行说明。实验例2～4、6～8、10～12、14～16、18、19相当于本发明的实施例，实验例1、5、9、13、17相当于比较例。应予说明，本发明并不限定于以下实施例。
[实验例1]
将图8～图10所示的气体传感器200设为实验例1。具体而言，关于内侧保护罩230的第一部件131，板厚设为0.3mm，轴向长度设为10.2mm，大径部132的轴向长度设为1.8mm，大径部132的外径设为14.4mm，第一圆筒部134的轴向长度设为8.4mm，第一圆筒部134的外径设为8.48mm，第一圆筒部134的外径的半径Br2设为4.24mm。关于第二部件235，板厚设为0.3mm，轴向长度设为11.5mm，第二圆筒部136的轴向长度设为4.941mm，第二圆筒部136的内径设为9.7mm，第二圆筒部136的外径的半径Ar2设为5.15mm，第二圆筒部136的内径的半径Br1设为4.85mm，前端部238的轴向长度设为4.9mm，前端部238的底面的直径设为3.0mm。元件室出口238a的直径设为1.5mm。关于外侧保护罩240，板厚设为0.4mm，轴向长度设为24.35mm，大径部142的轴向长度设为5.75mm，大径部142的外径设为15.2mm，主体部143的轴向长度设为9.0mm(从主体部143的上端至台阶部143b的上表面为止的轴向长度设为8.7mm)，主体部143的外径设为14.6mm，主体部143的内径的半径Ar1设为6.9mm，前端部246的轴向长度设为9.6mm，前端部246的外径设为8.7mm。外侧入口144a分别交替地以等间隔(相邻的孔的夹角为30°)形成有6个直径为1.5mm的横孔144b、以及6个直径为1mm的纵孔144c。外侧出口247a不具备横孔，但具备6个纵孔247c，纵孔247c的直径设为1mm。保护罩220的材质设为SUS310S。另外，关于气体传感器200的传感器元件110，宽度(图4中的左右长度)设为4mm，厚度(图4中的上下长度)设为1.5mm。多孔质保护层110a设为氧化铝多孔质体，厚度设为400μm。第二空间122b的高度C设为3.759mm，截面积As设为66.2mm2，截面积Bs设为15.9mm2，截面积Cs设为114.5mm2，截面积Ds设为10.0mm2。截面积比As/Bs设为4.2，第二空间122b的体积V设为349.94mm3。
[实验例2]
将除了增大第二圆筒部136的轴向长度(6.5mm)而将高度C设为2.2mm这一点以外与实验例1相同的气体传感器200设为实验例2。实验例2中，截面积As设为66.2mm2，截面积Bs设为15.9mm2，截面积Cs设为67.0mm2，截面积Ds设为5.9mm2，截面积比As/Bs设为4.2，体积V设为204.80mm3。
[实验例3]
将图3～图7所示的气体传感器100设为实验例3。具体而言，关于内侧保护罩130的第一部件131，板厚设为0.3mm，轴向长度设为10.2mm，大径部132的轴向长度设为1.8mm，大径部132的外径设为14.4mm，第一圆筒部134的轴向长度设为8.4mm，第一圆筒部134的外径设为8.48mm，第一圆筒部134的外径的半径Br2设为4.24mm。关于第二部件135，板厚设为0.3mm，轴向长度设为15.1mm，第二圆筒部136的轴向长度设为7.326mm，第二圆筒部136的内径设为9.7mm，第二圆筒部136的外径的半径Ar2设为5.15mm，第二圆筒部136的内径的半径Br1设为4.85mm，前端部138的轴向长度设为4.9mm，前端部138的侧部138d的外径设为5.6mm。元件室出口138a以等间隔而形成有4个直径为1.5mm的横孔138b。关于外侧保护罩140，板厚设为0.4mm，轴向长度设为24.35mm，大径部142的轴向长度设为5.75mm，大径部142的外径设为15.2mm，主体部143的轴向长度设为9.0mm(从主体部143的上端至台阶部143b的上表面为止的轴向长度设为8.7mm)，主体部143的外径设为14.6mm，主体部143的内径的半径Ar1设为6.9mm，前端部146的轴向长度设为9.6mm，前端部146的侧部146a的轴向长度设为6.9mm，前端部146的外径设为8.7mm，前端部146的底部146b的直径设为2.6mm。外侧入口144a分别交替地以等间隔而形成有6个直径为1.5mm的横孔144b以及6个直径为1.0mm的纵孔144c。外侧出口147a(纵孔147c)的直径设为2.0mm。保护罩120的材质设为SUS310S。另外，关于气体传感器100的传感器元件110，宽度(图4中的左右长度)设为4mm，厚度(图4中的上下长度)设为1.5mm。多孔质保护层110a设为氧化铝多孔质体，厚度设为400μm。实验例3中，高度C设为1.374mm，截面积As设为66.2mm2，截面积Bs设为15.9mm2，截面积Cs设为41.9mm2，截面积Ds设为3.7mm2，截面积比As/Bs设为4.2，体积V设为127.91mm3。
[实验例4]
将除了增大第二圆筒部136的轴向长度(8.015mm)而将高度C设为0.685mm这一点以外与实验例3相同的气体传感器100设为实验例4。实验例4中，截面积As设为66.2mm2，截面积Bs设为15.9mm2，截面积Cs设为20.9mm2，截面积Ds设为1.8mm2，截面积比As/Bs设为4.2，体积V设为63.77mm3。
[实验例5～8]
将除了变更第二圆筒部136的直径而将半径Ar2设为5.3mm、且将半径Br1设为5.0mm这一点以外与实验例1～4分别相同的气体传感器设为实验例5～8。
[实验例9～12]
将除了变更第二圆筒部136的直径而将半径Ar2设为5.45mm、且将半径Br1设为5.15mm这一点以外与实验例1～4分别相同的气体传感器设为实验例9～12。
[实验例13～16]
将除了变更第二圆筒部136的直径而将半径Ar2设为5.6mm、且将半径Br1设为5.3mm这一点以外与实验例1～4分别相同的气体传感器设为实验例13～16。
[实验例17～19]
将除了变更第二圆筒部136的直径而将半径Ar2设为5.75mm、且将半径Br1设为5.45mm这一点以外与实验例1～3分别相同的气体传感器设为实验例17～19。
[响应性及保温性的评价]
将实验例1～19的气体传感器分别与图1、图2同样地安装于配管。将在大气中混合有氧且调整为任意氧浓度的气体设为被测定气体，使该被测定气体以0.73m/s的流速向配管内流动。并且，对配管内流动的被测定气体的氧浓度从23.6％变为20.9％时的、传感器元件的输出的时间变化进行了研究。将氧浓度即将变化之前的传感器元件的输出值设为0％，将氧浓度变化之后传感器元件的输出发生变化且稳定时的输出值设为100％，将从输出值超过10％时至超过90％为止的经过时间设为特定气体浓度检测的响应时间[sec]。该响应时间越短，意味着特定气体浓度检测的响应性越高。针对各实验例进行多次响应时间的测定，将各自的平均值设为关于各实验例的响应时间。针对实验例1～19，在将被测定气体的流速设为1m/s的情况下，也同样地分别进行响应时间的测定。针对实验例1～4，在将被测定气体的流速设为2m/s及4m/s的情况下，也同样地分别进行响应时间的测定。另外，针对实验例1、2，在将被测定气体的流速设为8m/s的情况下，也同样地进行响应时间的测定。
表1中汇总示出了实验例1～19的气体传感器的半径Ar1、Ar2、Br1、Br2、高度C、截面积As～Ds、截面积比As/Bs、体积V、响应时间及响应性的评价结果。表1中，将被测定气体的流速设为1m/s时的响应时间用于响应性的评价，在该响应时间为2.5秒以下的情况下，判定为响应性非常好(A)，在该响应时间为3秒以下的情况下，判定为响应性良好(B)，在该响应时间超过3秒的情况下，判定为响应性不良(F)。另外，图13是表示实验例1～4各自的流速与响应时间之间的关系的曲线图。图14是表示实验例1～4各自的高度C与1m/s的流速时的响应时间之间的关系的曲线图。图14中还示出了表示高度C与响应时间之间的关系的近似曲线(利用三次多项式进行的近似)。另外，基于该近似曲线，计算出响应时间为3秒的高度C、响应时间为2.5秒的高度C且一并在图14中示出。另外，实验例1～4中，均仅通过变更高度C而变更截面积Cs、Ds、体积V，因此，截面积Cs、Ds、体积V均为与高度C成正比例的值。即，对于截面积Cs、Ds、体积V各自与响应时间之间的关系而言，除了横轴的值与图14的曲线图不同以外，其余皆相同。因此，图14中还一并示出了响应时间为3秒的截面积Cs、Ds、体积V的值、以及响应时间为2.5秒的截面积Cs、Ds、体积V的值。
表1
Figure BDA0002703512030000251
如表1及图13所示，可知：实验例1～4均呈现出流速越低则响应时间越长(响应性降低)的趋势。另外，在流速为2m/s以上的情况下，响应时间在实验例1～4之间几乎未发现差异，但是，在流速小于2m/s的情况下，实验例1～4之间的响应时间的差异较大。另外，如表1及图13所示，实验例2～4的响应时间比实验例1的响应时间短，特别地，实验例3的响应时间最短。另外，由图14的近似曲线可知，关于高度C、截面积Cs、截面积Ds、体积V，无论值过大还是过小，响应时间都延长。可以认为：响应时间在高度C、截面积Cs、截面积Ds、体积V过小时延长的原因是上述参数中特别是截面积Cs过小。即，可以认为：如上所述，如果截面积Cs过小，则被测定气体难以在第二空间122b内从第二部件的外侧朝向内侧移动(难以朝向保护罩的径向内侧移动)，因此，响应性降低。另外，可以认为：响应时间在高度C、截面积Cs、截面积Ds、体积V过大时延长的原因是上述参数中特别是截面积Ds过大。即，可以认为：如上所述，如果截面积Ds过大，则被测定气体容易在第二空间122b内沿着内侧保护罩的周向流动，因此，响应性降低。并且，根据图14的近似曲线与响应时间之间的关系，可以认为：如果截面积Cs为14.0mm2以上且截面积Ds为6.4mm2以下，则流速为1m/s时的响应时间为3秒以下，能够减小被测定气体的低流速时的响应性降低的可能性。另外，可以认为：如果截面积Cs为22.9mm2以上且截面积Ds为5.0mm2以下，则流速为1m/s时的响应时间为2.5秒以下，能够进一步减小被测定气体的低流速时的响应性降低的可能性。
应予说明，还如图14所示，与“截面积Cs为14.0mm2以上且截面积Ds为6.4mm2以下”对应的高度C的数值范围为0.46mm以上2.40mm以下，对应的体积V的数值范围为43mm3以上223mm3以下。与“截面积Cs为22.9mm2以上且截面积Ds为5.0mm2以下”对应的高度C的数值范围为0.75mm以上1.87mm以下，对应的体积V的数值范围为70mm3以上174mm3以下。
实验例5～19与实验例1～4相同，同样呈现出流速越低则响应时间越长(响应性降低)的趋势。根据实验例5～19还能够确认：截面积Cs及截面积Ds的值与低流速时的响应性之间呈现出与实验例1～4同样的趋势。例如，截面积Cs为14.0mm2以上且截面积Ds为6.4mm2以下的实验例6～8、10～12、14～16、18、19中，流速为1m/s时的响应时间为3秒以下(响应性的评价结果为“B”以上)。另外，在截面积As彼此相同且截面积Bs的值彼此相同的实验例5～8之间进行比较，满足截面积Cs为22.9mm2以上且截面积Ds为5.0mm2以下的条件的实验例7的响应时间最短。同样地，在实验例9～12之间进行比较，满足截面积Cs为22.9mm2以上且截面积Ds为5.0mm2以下的条件的实验例11的响应时间最短。在实验例13～16之间进行比较，满足截面积Cs为22.9mm2以上且截面积Ds为5.0mm2以下的条件的实验例15在流速为0.73m/s时的响应时间最短。应予说明，实验例14在流速为1m/s时的响应时间比实验例15在流速为1m/s时的响应时间短，不过，该差异很小，可以认为是误差。在实验例17～19之间进行比较，流速为1m/s时的响应时间在实验例18和满足截面积Cs为22.9mm2以上且截面积Ds为5.0mm2以下的条件的实验例19中为相同值，不过，关于流速为0.73m/s时的响应时间，在实验例17～19中，实验例19的响应时间最短。因此，从整体来看，能够确认到如下趋势，即，在实验例17～19之间，实验例19的响应时间最短。
另外，在截面积Cs为14.0mm2以上且截面积Ds为6.4mm2以下的实验例2～4、6～8、10～12、14～16、18、19中，将截面积As彼此相同且截面积比As/Bs彼此相同的实验例2～4作为第一组，同样地，将实验例6～8作为第二组，将实验例10～12作为第三组，将实验例14～16作为第四组，将实验例18、19作为第五组。在该第一组～第五组之间进行比较，确认到如下趋势，即，截面积As为47.3mm2以上68.1mm2以下的范围内的第一组～第四组与截面积As偏离该范围内的第五组相比，低流速时的响应时间较短。因此，可以认为：截面积As优选为47.3mm2以上68.1mm2以下。不过，第五组中，响应性的评价结果为“A”，也能获得减小被测定气体的低流速时的响应性降低的可能性的效果。
本申请以2019年10月3日申请的日本专利申请第2019－183072号、2020年7月28日申请的日本专利申请第2020－127253号作为主张优先权的基础，通过引用而将其全部内容都并入本说明书中。
产业上的可利用性
本发明可利用于对汽车的尾气等被测定气体中的NOx、氧等规定气体的浓度进行检测的气体传感器。

Claims (9)

1.一种气体传感器，其特征在于，具备：
传感器元件，该传感器元件具有供被测定气体导入的气体导入口，能够对从该气体导入口流入至内部的该被测定气体的特定气体浓度进行检测；
筒状的内侧保护罩，该内侧保护罩在内侧具有内部用于配置所述传感器元件的前端及所述气体导入口的传感器元件室，并且该内侧保护罩配设有作为相对于该传感器元件室的入口的1个以上的元件室入口以及作为相对于该传感器元件室的出口的1个以上的元件室出口；以及
筒状的外侧保护罩，该外侧保护罩配设于所述内侧保护罩的外侧，并且配设有作为所述被测定气体从外部进入的入口的1个以上的外侧入口、以及作为所述被测定气体向外部排出的出口的1个以上的外侧出口，
作为所述外侧保护罩与所述内侧保护罩这二者之间的空间而形成有：第一气体室，其作为所述外侧入口与所述元件室入口之间的所述被测定气体的流路而发挥作用；以及第二气体室，其作为所述外侧出口与所述元件室出口之间的所述被测定气体的流路而发挥作用、且未与所述第一气体室直接连通，
所述内侧保护罩具有：将所述传感器元件包围的筒状的第一部件；以及将所述第一部件包围的筒状的第二部件，
作为所述第一部件与所述第二部件这二者之间的间隙而形成有所述元件室入口，
将与所述内侧保护罩的轴向平行、且从所述传感器元件的所述前端朝向后端的方向设为上方，将从所述传感器元件的所述后端朝向所述前端的方向设为下方，所述第一气体室具有：第一空间，该第一空间是所述外侧保护罩与所述第二部件之间的空间，且作为从所述外侧入口朝向所述上方的所述被测定气体的流路而发挥作用；以及第二空间，该第二空间比所述第二部件的上端更靠上方、且是所述外侧保护罩与所述第一部件之间的空间，并作为从所述第一空间至所述元件室入口的所述被测定气体的流路而发挥作用，
所述第二空间的、所述被测定气体从所述第二部件的外侧朝向内侧而通过所述第二部件的正上方时的流路截面积即截面积Cs为14.0mm2以上，
所述第二空间的与所述内侧保护罩的周向垂直的截面积即截面积Ds为0.5mm2以上6.4mm2以下。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，
所述截面积Cs为22.9mm2以上。
3.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，
所述截面积Ds为5.0mm2以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的气体传感器，其特征在于，
作为所述被测定气体从所述第一空间向所述第二空间流入的流入口的第二空间入口的截面积As、与所述1个以上的元件室入口的合计截面积即截面积Bs的截面积比As/Bs为1.41以上4.70以下。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的气体传感器，其特征在于，
作为所述被测定气体从所述第一空间向所述第二空间流入的流入口的第二空间入口的截面积As为47.3mm2以上68.1mm2以下。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的气体传感器，其特征在于，
所述1个以上的元件室入口的合计截面积即截面积Bs为14.5mm2以上33.4mm2以下。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的气体传感器，其特征在于，
所述第一部件及所述第二部件以所述元件室入口中的所述传感器元件室侧的开口部即元件侧开口部朝向所述下方开口的方式而形成该元件室入口。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的气体传感器，其特征在于，
所述第一部件具有将所述传感器元件包围的第一圆筒部，
所述第二部件具有直径大于所述第一圆筒部的直径的第二圆筒部，
所述元件室入口为所述第一圆筒部的外周面与所述第二圆筒部的内周面之间的圆筒状的间隙。
9.一种保护罩，其用于对传感器元件予以保护，该传感器元件具有供被测定气体导入的气体导入口、且能够对从该气体导入口流入至内部的该被测定气体的特定气体浓度进行检测，其特征在于，
所述保护罩具备：
筒状的内侧保护罩，该内侧保护罩在内侧具有内部用于配置所述传感器元件的前端及所述气体导入口的传感器元件室，并且该内侧保护罩配设有作为相对于该传感器元件室的入口的1个以上的元件室入口、以及作为相对于该传感器元件室的出口的1个以上的元件室出口；以及
筒状的外侧保护罩，该外侧保护罩配设于所述内侧保护罩的外侧，并且配设有作为所述被测定气体从外部进入的入口的1个以上的外侧入口、以及作为所述被测定气体向外部排出的出口的1个以上的外侧出口，
作为所述外侧保护罩与所述内侧保护罩这二者之间的空间而形成有：第一气体室，其作为所述外侧入口与所述元件室入口之间的所述被测定气体的流路而发挥作用；以及第二气体室，其作为所述外侧出口与所述元件室出口之间的所述被测定气体的流路而发挥作用、且未与所述第一气体室直接连通，
所述内侧保护罩具有：筒状的第一部件；以及将所述第一部件包围的筒状的第二部件，
作为所述第一部件与所述第二部件这二者之间的间隙而形成有所述元件室入口，
将与所述内侧保护罩的轴向平行、且从所述外侧保护罩的底部朝向该底部的相反侧的方向设为上方，将从所述外侧保护罩的该底部的相反侧朝向该底部的方向设为下方，所述第一气体室具有：第一空间，该第一空间是所述外侧保护罩与所述第二部件之间的空间，且作为从所述外侧入口朝向所述上方的所述被测定气体的流路而发挥作用；以及第二空间，该第二空间比所述第二部件的上端更靠上方、且是所述外侧保护罩与所述第一部件之间的空间，并作为从所述第一空间至所述元件室入口的所述被测定气体的流路而发挥作用，
所述第二空间的、所述被测定气体从所述第二部件的外侧朝向内侧通过所述第二部件的正上方时的流路截面积即截面积Cs为14.0mm2以上，
所述第二空间的与所述内侧保护罩的周向垂直的截面积即截面积Ds为0.5mm2以上6.4mm2以下。
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