CN113614525A - 气体传感器 - Google Patents

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Abstract

气体传感器100对被测定气体中的特定气体浓度进行检测，该气体传感器具备：元件主体(各层1～6)，其包含氧离子传导性的固体电解质层，且在内部设置有供被测定气体导入并使其流通的被测定气体流通部；以及1个以上的泵单元(21、50、41)，它们具有内侧电极(22、51、44)和外侧泵电极23，并从内侧电极(22、51、44)的周围向外侧泵电极23的周围进行氧的吸出，内侧电极(22、51、44)配设于被测定气体流通部且含有具有催化活性的贵金属，外侧泵电极23配设于元件主体的外侧的在被测定气体中暴露的部分。1个以上的泵单元中的至少1个泵单元(测定用泵单元41)通过使反复通断的泵电流Ip2在测定电极44与外侧泵电极23之间流通而进行氧的吸出。

Description

气体传感器
技术领域
本发明涉及气体传感器。
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，该气体传感器具备多个氧离子传导性的固体电解质层的层叠体、主泵单元及测定用泵单元。主泵单元具备：内侧泵电极，其配设于层叠体的内部的被测定气体流通部；以及外侧泵电极，其配设于层叠体的外部。测定用泵单元具备测定电极及外侧泵电极，该测定电极配设于被测定气体流通部。该气体传感器对NOx浓度进行检测的情况下，首先，利用主泵单元进行被测定气体流通部的氧的吸出或朝向被测定气体流通部的氧的吸入，由此对被测定气体流通部内的氧浓度进行调整。然后，对氧浓度调整后的被测定气体中的NOx进行还原，并利用测定用泵单元将通过还原而生成的氧吸出。基于此时在测定用泵单元中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2015－200642号公报
发明内容
不过，气体传感器的泵单元具备的电极具有例如对使得氧实现离子化的反应进行催化的催化活性(催化性能)。但是，存在该电极的催化活性随着气体传感器的使用而降低(失活)等催化活性发生变化的情形。若催化活性发生变化，则存在例如特定气体浓度的检测灵敏度降低等气体传感器产生问题的情形。
本发明是为了解决上述课题而完成的，其主要目的在于，抑制电极的催化活性随着气体传感器的使用而变化。
本发明为了实现上述主要目的而采用以下手段。
本发明的气体传感器是对被测定气体中的特定气体浓度进行检测的气体传感器，其中，具备：
元件主体，该元件主体包含氧离子传导性的固体电解质层，且在内部设置有供所述被测定气体导入并使其流通的被测定气体流通部；以及
1个以上的泵单元，这些泵单元具有内侧电极和外侧电极，并从所述内侧电极的周围向该外侧电极的周围进行氧的吸出，该内侧电极配设于所述被测定气体流通部且含有具有催化活性的贵金属，该外侧电极配设于所述元件主体的外侧的、在所述被测定气体中暴露的部分，
所述1个以上的泵单元中的至少1个泵单元使反复通断的泵电流在所述内侧电极与所述外侧电极之间流通而进行氧的所述吸出。
该气体传感器具备1个以上的泵单元。并且，其中的至少1个泵单元使反复通断的泵电流在所述内侧电极与所述外侧电极之间流通而从内侧电极的周围向该外侧电极的周围进行氧的吸出。通过这样使反复通断的泵电流(以下称为断续的泵电流)在泵单元中流通，与使连续的泵电流在泵单元中流通的情形相比，能够抑制伴随着气体传感器的使用的内侧电极的催化活性的变化。可以认为其理由如下。使泵电流在内侧电极与外侧电极之间流通而从内侧电极周围进行氧的吸出的情况下，在内侧电极的内部，周围的氧变成氧离子，该氧离子变为电子的载体而趋向外侧电极。该过程中，该泵电流为连续的电流的情况下，同时发生内侧电极中的一部分贵金属氧化的反应和氧化后的贵金属被还原而释放出氧离子的反应。然后，这两个反应达到平衡状态而使得内侧电极中的一部分贵金属始终处于氧化的状态。氧化后的贵金属与氧化前相比容易蒸发，因此，内侧电极中的贵金属容易随着气体传感器的使用而减少，从而内侧电极的催化活性会发生变化。与此相对，考虑采用断续的泵电流的情形且使得断续的泵电流以与连续的泵电流相同的平均电流的方式流通的情形。这种情况下，接通时在内侧电极流通的泵电流变为大于连续的电流的值。由此，与使得连续的泵电流流通的情形相比，断续的泵电流接通时，内侧电极的内部的氧更多地实现离子化而趋向外侧电极，因此，内侧电极的内部的氧浓度降低。在这样使得内侧电极的内部的氧浓度较低的状态下，难以发生上述的内侧电极中的贵金属氧化，或者不如说是氧化后的贵金属发生还原。由此，能够抑制上述内侧电极中的贵金属随着气体传感器的使用而减少。另外，在泵电流断开时，内侧电极中几乎没有电流流通，因此，难以发生上述的内侧电极中的贵金属氧化。作为以上结果，可以认为：无论是接通时还是断开时，内侧电极中的贵金属的氧化均得以抑制，因此，能够抑制内侧电极的催化活性随着气体传感器的使用而变化。
本发明的气体传感器可以构成为，作为所述1个以上的泵单元，具备：主泵单元，该主泵单元中，作为所述内侧电极而具有在所述被测定气体流通部中的第一内部空腔配设的内侧主泵电极，且具有作为所述外侧电极的外侧主泵电极，进行该第一内部空腔的氧的吸出；辅助泵单元，该辅助泵单元中，作为所述内侧电极而具有在设置于所述被测定气体流通部中的所述第一内部空腔的下游侧的第二内部空腔配设的内侧辅助泵电极，且具有作为所述外侧电极的外侧辅助泵电极，进行该第二内部空腔的氧的吸出；以及测定用泵单元，该测定用泵单元中，作为所述内侧电极而具有在设置于所述被测定气体流通部中的所述第二内部空腔的下游侧的测定室配设的内侧测定电极，且具有作为所述外侧电极的外侧测定电极，进行源自所述特定气体且在所述测定室中生成的氧的吸出，所述主泵单元、所述辅助泵单元及测定用泵单元中的至少1个泵单元使反复通断的所述泵电流在所述内侧电极与所述外侧电极之间流通而进行该内侧电极周围的氧的吸出。据此，主泵单元、辅助泵单元及测定用泵单元中，使得断续的泵电流流通而执行动作的泵单元能够抑制内侧电极的催化活性随着气体传感器的使用而变化。
这种情况下，所述测定用泵单元可以构成为，使反复通断的所述泵电流、即测定用泵电流在所述内侧测定电极与所述外侧测定电极之间流通而进行氧的所述吸出。换言之，可以使主泵单元、所述辅助泵单元及测定用泵单元中的至少测定用泵单元利用断续的泵电流而执行动作。据此，能够抑制内侧测定电极的催化活性随着气体传感器的使用而变化。此处，内侧测定电极的催化活性的变化与例如内侧主泵电极及内侧辅助泵电极的催化活性的变化相比，对气体传感器中的特定气体浓度的检测灵敏度带来的影响较大。因此，通过抑制内侧测定电极的催化活性变化，容易抑制检测灵敏度降低。
这种情况下，本发明的气体传感器可以具备：基准电极，该基准电极配设于所述元件主体的内部，导入有作为所述特定气体浓度的检测基准的基准气体；测定用电压检测机构，该测定用电压检测机构对所述基准电极与所述内侧测定电极之间的测定用电压进行检测；测定用泵单元控制机构，在因所述测定用泵电流的接通而使得所述测定用电压发生变化的第一期间、和因所述测定用泵电流的断开而使得所述测定用电压的所述变化与所述第一期间相比收敛的第二期间中，该测定用泵单元控制机构基于该第二期间中的所述测定用电压而对所述测定用泵电流进行控制，以使得所述测定室内的氧浓度达到规定的低浓度；以及特定气体浓度检测机构，该特定气体浓度检测机构基于所述测定用泵电流而对所述被测定气体中的所述特定气体浓度进行检测。此处，第二期间中与第一期间中相比，测定用泵电流对测定用电压带来的影响变小。因此，基于该第二期间中的测定用电压而对测定用泵电流进行控制，调整测定室内的氧浓度，基于该测定用泵电流而对被测定气体中的特定气体浓度进行检测，由此能够精度良好地检测特定气体浓度。
在测定用泵单元使得反复通断的测定用泵电流流通而进行氧的吸出的方式中，本发明的气体传感器可以具备：基准电极，该基准电极配设于所述元件主体的内部，导入有作为所述特定气体浓度的检测基准的基准气体；测电压检测机构，该测定用电压检测机构对所述基准电极与所述内侧测定电极之间的测定用电压进行检测；测定用泵单元控制机构，该测定用泵单元控制机构对所述测定用泵电流进行控制，以使得所述测定用泵电流的平均值达到规定的目标值；以及特定气体浓度检测机构，在因所述测定用泵电流的接通而使得所述测定用电压发生变化的第一期间、和因所述测定用泵电流的断开而使得所述测定用电压的所述变化与所述第一期间相比收敛的第二期间中，该特定气体浓度检测机构基于该第二期间中的所述测定用电压而对所述被测定气体中的所述特定气体浓度进行检测。即便如此，也能够检测被测定气体中的特定气体浓度。另外，基于第二期间中的测定用电压对被测定气体中的特定气体浓度进行检测，由此能够精度良好地检测特定气体浓度。
附图说明
图1是气体传感器100的截面示意图。
图2是示出控制装置90与各单元之间的电连接关系的框图。
图3是示出泵电流Ip2及电压V2随时间的变化的说明图。
图4是比较例的气体传感器900的截面示意图。
图5是示出气体传感器900的泵电流Ip2随时间的变化的说明图。
图6是示出泵电流Ip2设为突发脉冲(burst pulse)时的例子的说明图。
图7是变形例的气体传感器200的截面示意图。
图8是变形例的传感器元件301的截面示意图。
图9是示出脉冲宽度互不相同的脉冲电流的比较的说明图。
图10是未进行减少脉冲数的控制的情形和进行了该控制的情形的比较结果的一例。
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是概要地示出作为本发明的一个实施方式的气体传感器100的结构的一例的截面示意图。图2是示出控制装置90与各单元之间的电连接关系的框图。该气体传感器100安装于例如内燃机的废气管等配管。气体传感器100以内燃机的废气为被测定气体而检测被测定气体中的NOx、氨等特定气体的浓度。在本实施方式中，气体传感器100测定NOx浓度而作为特定气体浓度。气体传感器100具备：传感器元件101，其呈长条的长方体形状；各单元21、41、50、80～83，它们构成为包括传感器元件101的一部分；以及控制装置90，其对整个气体传感器100进行控制。
传感器元件101是具有在附图中自下侧开始按以下顺序层叠六个层而成的层叠体的元件，所述六个层是分别含有氧化锆(ZrO2)等氧离子传导性固体电解质的第一基板层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。另外，形成这六个层的固体电解质是致密且气密性的固体电解质。例如以如下方式制造该传感器元件101，即，对与各层对应的陶瓷生片进行规定的加工及电路图案的印刷等，然后，对它们进行层叠，进而进行烧成而使它们实现一体化。
在传感器元件101的前端部侧(图1的左端部侧)、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以按顺序连通的方式而相邻地形成。
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是以将隔离层5挖穿的方式而设置的传感器元件101内部的空间，其中，该空间的上部由第二固体电解质层6的下表面区划形成，该空间的下部由第一固体电解质层4的上表面区划形成，该空间的侧部由隔离层5的侧面区划形成。
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均设置成2条横长的(开口的长度方向是与附图垂直的方向)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1条横长的(开口的长度方向是与附图垂直的方向)狭缝。此外，还将从气体导入口10至第三内部空腔61的部位称为被测定气体流通部。
另外，在比被测定气体流通部更远离前端侧的位置设置有基准气体导入空间43，该基准气体导入空间43位于第三基板层3的上表面与隔离层5的下表面之间，且该基准气体导入空间43的侧部由第一固体电解质层4的侧面区划形成。例如，大气作为进行NOx浓度测定时的基准气体而导入至基准气体导入空间43。
大气导入层48是由多孔质陶瓷构成的层，基准气体通过基准气体导入空间43而导入至大气导入层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，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内以及第三内部空腔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与ZrO2的金属陶瓷电极)。
关于被测定气体流通部，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，因外部空间中的被测定气体的压力变动(被测定气体为汽车的废气的情况下，是排气压力的脉动)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未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动消除之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动达到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工作而调整该氧分压。
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以在第二固体电解质层6的上表面的与顶部电极部22a对应的区域暴露于外部空间中的方式而设置。
内侧泵电极22形成为：跨越区划形成第一内部空腔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)、以及构成侧壁的隔离层5。具体而言，在构成第一内部空腔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，并且，在构成第一内部空腔20的两个侧壁部的隔离层5的侧壁面(内表面)形成有侧部电极部(省略图示)，由此将上述顶部电极部22a和底部电极部22b连接而在该侧部电极部的配设部位配设成隧道形态的构造。
内侧泵电极22是含有具有催化活性的贵金属(例如Pt、Rh、Pd、Ru及Ir中的至少一种)的电极。内侧泵电极22还含有具有使得具有催化活性的贵金属针对特定气体的催化活性得到抑制的催化活性抑制能力的贵金属(例如Au)。由此，与被测定气体接触的内侧泵电极22采用能减弱针对被测定气体中的特定气体(此处为NOx)成分的还原能力的材料而形成。内侧泵电极22优选采用由含有贵金属和具有氧离子导电性的氧化物(此处为ZrO2)的金属陶瓷形成的电极。另外，内侧泵电极22优选为多孔质体。本实施方式中，内侧泵电极22设为含有1％的Au的Pt与ZrO2的多孔质金属陶瓷电极。
外侧泵电极23与内侧泵电极22相同，是含有具有催化活性的贵金属的电极。外侧泵电极23与内侧泵电极22相同，可以含有具有催化活性抑制能力的贵金属，也可以是由金属陶瓷形成的电极。外侧泵电极23优选为多孔质体。本实施方式中，外侧泵电极23设为Pt与ZrO2的多孔质金属陶瓷电极。
关于主泵单元21，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内的氧向外部空间吸出、或者将外部空间的氧向第一内部空腔20吸入。
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、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。
通过测定主泵控制用氧分压检测传感器单元80的电动势(电压V0)而获知第一内部空腔20内的氧浓度(氧分压)。此外，对可变电源24的泵电压Vp0进行反馈控制而使得电压V0达到目标值，由此控制泵电流Ip0。由此，能够将第一内部空腔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)的被测定气体施加规定的扩散阻力，由此将该被测定气体向第二内部空腔40引导。
第二内部空腔40设置成用于进行下述处理的空间：对于预先在第一内部空腔20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，利用辅助泵单元50进一步进行氧分压的调整。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，该气体传感器100能够实现高精度的NOx浓度的测定。
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(不限于外侧泵电极23，只要是传感器元件101外侧的适当电极即可)、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。
该辅助泵电极51以与此前的设置于第一内部空腔20内的内侧泵电极22相同的隧道形态的构造而配设于第二内部空腔40内。即，相对于构成第二内部空腔40顶面的第二固体电解质层6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，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)分别形成于构成第二内部空腔40侧壁的隔离层5的两个壁面，由此形成隧道形态的构造。此外，与内侧泵电极22相同，辅助泵电极51也采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。
具体而言，辅助泵电极51是含有具有催化活性的贵金属(例如Pt、Rh、Pd、Ru及Ir中的至少一种)的电极。辅助泵电极51还含有上述的具有催化活性抑制能力的贵金属(例如Au)。辅助泵电极51优选采用由含有贵金属和具有氧离子导电性的氧化物(此处为ZrO2)的金属陶瓷形成的电极。另外，辅助泵电极51优选为多孔质体。本实施方式中，辅助泵电极51采用含有1％的Au的Pt与ZrO2的多孔质金属陶瓷电极。
关于辅助泵单元50，对辅助泵电极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内的气氛中的氧向外部空间吸出、或者将氧从外部空间向第二内部空腔40内吸入。
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、隔离层5、第一固体电解质层4以及第三基板层3。
此外，辅助泵单元50利用可变电源52进行泵送，基于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(电压V1)而对该可变电源52的电压进行控制。由此，第二内部空腔40内的气氛中的氧分压被控制为：实质上对NOx的测定没有影响的较低的分压。
另外，与此同时，将其泵电流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并对其电压V0进行控制，由此将从第三扩散速度控制部30向第二内部空腔40内导入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的作用而将第二内部空腔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)的被测定气体施加规定的扩散阻力，并将该被测定气体向第三内部空腔61引导。第四扩散速度控制部60承担限制向第三内部空腔61流入的NOx的量的作用。
第三内部空腔61设置成用于进行下述处理的空间：对于预先在第二内部空腔40中调整了氧浓度(氧分压)之后又通过第四扩散速度控制部60而导入的被测定气体，进行被测定气体中的氮氧化物(NOx)浓度的测定。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设置于第一固体电解质层4的上表面的、面对第三内部空腔61的位置。测定电极44是由与内侧泵电极22相比而针对被测定气体中的NOx成分的还原能力更高的材料构成的多孔质金属陶瓷电极。测定电极44还作为对第三内部空腔61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。
具体而言，测定电极44是含有具有催化活性的贵金属(例如Pt、Rh、Pd、Ru及Ir中的至少一种)的电极。关于测定电极44，具有上述催化活性抑制能力的贵金属的含量少于主泵单元21及辅助泵电极51中的含量。测定电极44优选不含具有催化活性抑制能力的贵金属。测定电极44优选设为由含有贵金属和具有氧离子导电性的氧化物(此处为ZrO2)的金属陶瓷形成的电极。另外，测定电极44优选为多孔质体。本实施方式中，测定电极44设为Pt及Rh与ZrO2的多孔质金属陶瓷电极。
关于测定用泵单元41，可以将因测定电极44周围的气氛中的氮氧化物分解而生成的氧吸出并作为泵电流Ip2而对其生成量进行检测。
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)而对脉冲电源46进行控制。脉冲电源46使反复通断的泵电流Ip2在测定电极44与外侧泵电极23之间流通。脉冲电源46构成为电流源。测定用泵单元41利用该泵电流Ip2而进行动作。
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内的测定电极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)而生成氧。并且，该生成的氧由测定用泵单元41进行泵送，此时，对从脉冲电源46流出的泵电流Ip2进行控制，以便形成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达到目标的状态。在测定电极44周围生成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，若对测定电极44、第一固体电解质层4、第三基板层3以及基准电极42进行组合而构成作为电化学传感器单元的氧分压检测机构，则能够检测出与测定电极44周围的气氛中的NOx成分还原而产生的氧的量和基准大气中含有的氧的量之差相应的电动势，由此还能够求出被测定气体中的NOx成分的浓度。
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，可以根据由该传感器单元83获得的电动势(电压Vref)而对传感器外部的被测定气体中的氧分压进行检测。
关于具有这样的结构的气体传感器100，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的测定没有影响的值)的被测定气体向测定用泵单元41供给。因此，基于与被测定气体中的NOx的浓度大致成正比例、且用于利用测定用泵单元41将NOx还原而生成的氧吸出的泵电流Ip2而能够获知被测定气体中的NOx浓度。
此外，传感器元件101具备加热器部70，其承担对传感器元件101进行加热并保温的温度调整作用，以便提高固体电解质的氧离子传导性。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以及压力释放孔75。
加热器连接器电极71是形成为与第一基板层1的下表面接触的形态的电极。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是形成为由第二基板层2和第三基板层3从上下侧夹持的形态的电阻体。加热器72经由通孔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是由氧化铝等绝缘体在加热器72的上下表面形成的绝缘层。形成加热器绝缘层74的目的在于：实现第二基板层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是设置成将第三基板层3及大气导入层48贯穿而与基准气体导入空间43连通的部位，形成压力释放孔75的目的在于：使得伴随着加热器绝缘层74内的温度上升的内压的上升缓和。
控制装置90是具备CPU92及存储器94等的微处理器。控制装置90中输入有由主泵控制用氧分压检测传感器单元80检测出的电压V0、由辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81检测出的电压V1、由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、由传感器单元83检测出的电压Vref、由主泵单元21检测出的泵电流Ip0以及由辅助泵单元50检测出的泵电流Ip1。另外，控制装置90向主泵单元21的可变电源24、辅助泵单元50的可变电源52及测定用泵单元41的脉冲电源46输出控制信号而对各单元21、50、41进行控制。
控制装置90基于电压V0对可变电源24的泵电压V0进行反馈控制，以使得电压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)。因此，泵电流Ip0与被测定气体中含有的氧浓度相应地变化。
另外，控制装置90基于电压V1对可变电源52的电压Vp1进行反馈控制，以使得电压V1达到目标值(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的测定没有影响的规定的低氧浓度)。与此同时，控制装置90基于泵电流Ip1而设定电压V0的目标值V0＊(反馈控制)，以使得因电压Vp1而流通的泵电流Ip1达到目标值(称为目标值Ip1＊)。由此，将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控制为始终恒定。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的测定没有影响的较低的分压。
此外，控制装置90基于电压V2对脉冲电源46的泵电流Ip2进行反馈控制，以使得电压V2达到目标值(称为目标值V2＊)(即，使得第三内部空腔61内的氧浓度达到规定的低浓度)。由此，以使得被测定气体中的NOx在第三内部空腔61还原而生成的氧实质上达到零的方式将氧从第三内部空腔61内吸出。而且，控制装置90基于作为与源自特定气体(此处为NOx)且在第三内部空腔61生成的氧相应的值的泵电流Ip2而导出被测定气体中的NOx浓度。
存储器94中作为泵电流Ip2与NOx浓度之间的对应关系而存储有关系式(例如一次函数式)、映射等。这种关系式或映射可以预先通过实验而求出。
以下，对这样构成的气体传感器100的使用例进行说明。控制装置90的CPU92设为对上述各泵单元21、41、50进行控制、从上述各传感器单元80～83获取各电压V0、V1、V2、Vref的状态。在该状态下，当被测定气体从气体导入口10导入时，被测定气体通过第一扩散速度控制部11、缓冲空间12及第二扩散速度控制部13而到达第一内部空腔20。接下来，在第一内部空腔20及第二内部空腔40中，利用主泵单元21及辅助泵单元50对被测定气体的氧浓度进行调整，并使得调整后的被测定气体到达第三内部空腔61。然后，CPU92基于泵电流Ip2和存储器94中存储的对应关系而对被测定气体中的NOx浓度进行检测。
此处，对测定用泵单元41的动作和控制装置90对测定用泵单元41的控制进行详细说明。图3是示出泵电流Ip2及电压V2随时间的变化的说明图。图3的上部示出了泵电流Ip2随时间的变化，下部示出了电压V2随时间的变化。泵电流Ip2以能够从测定电极44的周围向外侧泵电极23的周围吸出氧的朝向为正向，图3中，纵轴的上方设为正向。泵电流Ip2的正向为图1中的泵电流Ip2的箭头的朝向，且是电流在传感器元件101的外侧从测定电极44向外侧泵电极23流通的朝向。电压V2以基准电极42的电位比测定电极44的电位高的状态为正，图3中，纵轴的上方设为正向。
测定用泵单元41的脉冲电源46通过使反复通断的泵电流Ip2、即断续的泵电流Ip2在测定电极44与外侧泵电极23之间流通而进行测定电极44周围的氧的吸出。本实施方式中，如图3所示，泵电流Ip2为以周期T而反复通断的脉冲状的波形的电流。例如，在时刻t1，泵电流Ip2从0A升高而接通，此时，泵电流Ip2为最大电流Ip2max，该状态持续至经过了接通时间Ton的时刻t4。在时刻t4，泵电流Ip2降低而断开，此时，直至经过了断开时间Toff的时刻t7为止，泵电流Ip2为0A。关于实际的泵电流Ip2，起始自时刻t1的降低和起始自时刻t4的降低需要微少的时间，不过，图3中省略图示。另外，即便在脉冲电源46输出的泵电流Ip2断开的期间，也有时因噪音等的影响而使得电流稍微流通，不过，图3中省略图示。
如上所述，控制装置90的CPU92基于电压V2对脉冲电源46的泵电流Ip2进行反馈控制，以使得第三内部空腔61内的氧浓度达到规定的低浓度。测定用泵单元41利用泵电流Ip2而在1个周期(周期T)的期间从第三内部空腔61吸出的氧的量与1个周期的期间的泵电流Ip2的平均值Ip2ave(参照图3上部的单点划线)成正比例。因此，CPU92向脉冲电源46输出控制值，使平均值Ip2ave发生变化，以变更例如Ton时间在周期T中所占据的比例(占空比)、周期T及最大电流Ip2max中的至少任一参数。CPU92可以将平均值Ip2ave向脉冲电源46输出而作为控制值，脉冲电源46基于控制值而变更上述至少任一参数。本实施方式中，CPU92向脉冲电源46输出占空比(或占空比的变化量)而作为控制值，脉冲电源46基于控制值而使泵电流Ip2的占空比发生变化。例如，电压V2小于目标值V2＊的情况下，CPU92对脉冲电源46进行控制，以使泵电流Ip2的占空比增大(周期T未变化，Ton时间延长)，从而使得第三内部空腔61内的氧浓度进一步减小。图3中，作为例子而示出了如下情形：使得第二次的Ton时间(时刻t7～t8)变为第一次的Ton时间(时刻t1～t4)的2倍的长度，使得第二次的周期T中的平均值Ip2ave变为第一次的周期T中的2倍。另外，图3中示出了如下情形：将平均值Ip2ave设为2倍而使得第三内部空腔61内的氧浓度减小，从而使得电压V2的时刻t9的值V2b’大于时刻t7的值V2b。
并且，这样由CPU92控制的泵电流Ip2最终变为与源自特定气体(此处为NOx)且在第三内部空腔61生成的氧相应的电流。因此，CPU92能够基于该泵电流Ip2而导出被测定气体中的NOx浓度。例如，CPU92用作控制值的泵电流Ip2的参数(此处为占空比)的值是与被测定气体中的NOx浓度成正比例的值。因此，若预先将两者的对应关系存储于存储器94，则CPU92能够基于自身向脉冲电源46输出的控制值和存储器94中存储的对应关系而导出NOx浓度。同样地，CPU92还能够利用基于控制值导出的值(例如平均值Ip2ave)而导出NOx浓度。
接下来，作为比较例，对泵电流Ip2为连续电流的情形进行说明。图4是比较例的气体传感器900的截面示意图。图5是示出气体传感器900的泵电流Ip2随时间的变化的说明图。对气体传感器900中的、与气体传感器100相同的结构要素标注与图1相同的附图标记并省略详细的说明。泵电流Ip2的朝向的定义也与气体传感器100相同，图5中，纵轴的上方设为正向。另外，图5中，为了比较，以单点划线表示图3所示的泵电流Ip2的波形。气体传感器900具备测定用泵单元941而代替测定用泵单元41。测定用泵单元941具备可变电源946而代替脉冲电源46，除此以外，与测定用泵单元41相同。可变电源946向测定电极44与外侧泵电极23之间施加泵电压Vp2。由此，如图5所示，测定用泵单元941中流通有连续的泵电流Ip2。对于气体传感器900的控制装置，虽然省略图示，不过，与控制装置90同样地进行电压V0、V1、V2、Vref、泵电流Ip0、Ip1的输入及针对可变电源24、52的控制信号的输出。另外，气体传感器900的控制装置基于输入的电压V2而对可变电源946的电压Vp2进行反馈控制，以使得电压V2达到目标值。由此，以使得被测定气体中的NOx在第三内部空腔61被还原而生成的氧实质上为零的方式，利用测定用泵单元941从第三内部空腔61内吸出氧。例如，若控制装置在与图3相同的各周期T中进行电压Vp2的反馈控制，则测定用泵单元941中流通的泵电流Ip2连续地流通，并且，如图5所示那样在各周期T中发生变化。实际的泵电流Ip2在各周期T的变化完成之前需要微少的时间，不过，图5中省略图示。并且，气体传感器900的控制装置从测定用泵单元941获取泵电流Ip2，并基于该泵电流Ip2而计算出被测定气体中的NOx浓度。
此处，若图3的平均值Ip2ave和图5中由实线表示的电流Ip2相同，则从第三内部空腔61吸出的各周期T的氧的量相同。因此，即便未像比较例那样使得连续的泵电流Ip2流通而是像本实施方式这样使得断续的泵电流Ip2流通的情况下，CPU92也能够调整第三内部空腔61内的氧浓度并进行NOx浓度的测定。另外，气体传感器100中利用作为电流源的脉冲电源46，因此，CPU92向脉冲电源46输出的控制值本身为与泵电流Ip2相应的值。因此，即便未从测定用泵单元41输入泵电流Ip2，CPU92也能够基于自身确定的控制值而掌握泵电流Ip2并导出NOx浓度。
另外，气体传感器100中使得断续的泵电流Ip2在测定用泵单元41中流通，与像气体传感器900那样使得连续的泵电流Ip2在测定用泵单元941中流通的情形相比，能够抑制测定电极44的催化活性随着气体传感器100的使用而变化。可以认为其理由如下。
当泵电流Ip2在测定电极44与外侧泵电极23之间流通而从测定电极44周围吸出氧时，在测定电极44的内部，周围的氧(主要是NOx被还原而生成的氧)变为氧离子(O2+4e-→2O2-)。氧离子构成电子的载体而从固体电解质层(此处为各层4～6)内通过并趋向外侧泵电极23。在该过程中，泵电流Ip2为连续的电流的情况下，同时发生测定电极44中的一部分贵金属(此处为Pt及Rh)氧化的反应和氧化后的贵金属(此处为PtO、PtO2及Rh2O3)被还原而释放出氧离子的反应。然后，两个反应达到平衡状态而使得测定电极44中的一部分贵金属处于始终氧化的状态。氧化后的贵金属与氧化前相比而容易蒸发，因此，气体传感器900中，测定电极44中的贵金属容易随着使用而减少，测定电极44的催化活性降低。另外，还可以认为：测定电极44中的贵金属发生氧化而使得测定电极44的微观结构发生变化。并且，还可以认为：由此导致测定电极44、测定电极44内的气孔以及第一固体电解质层4的三相界面的面积、或测定电极44和第一固体电解质层4的二相界面的面积减小，从而导致测定电极44的催化活性降低。
与此相对，气体传感器100中，考虑采用断续的泵电流Ip2的情形且是按与气体传感器900的连续的泵电流Ip2相同的平均电流(平均值为Ip2ave)使断续的泵电流Ip2流通于测定用泵单元41的情形。这种情况下，气体传感器100中接通时(例如图3的时刻t1～t4)在测定电极44中流通的泵电流Ip2(此处为最大电流Ip2max)变为比气体传感器900中的连续的泵电流Ip2大的值(参照图3、图5)。由此，与使得连续的泵电流Ip2流通的情形相比，断续的泵电流Ip2接通时，测定电极44的内部的氧更多地实现离子化并趋向外侧泵电极23，因此，测定电极44的内部的氧浓度降低。在像这样测定电极44的内部的氧浓度较低的状态下，演绎发生上述的测定电极44中的贵金属氧化，或者不如说是氧化的贵金属发生还原。由此，气体传感器100与气体传感器900相比，能够抑制上述测定电极44中的贵金属随着使用而减少。另外，气体传感器100中，在泵电流Ip2断开时(例如图3的时刻t4～t7)，测定电极44中几乎没有电流流通，因此，难以发生上述的测定电极44中的贵金属氧化。其结果，气体传感器100中，无论在泵电流Ip2的接通时还是断开时，测定电极44中的贵金属氧化均得以抑制。由此，可以认为：气体传感器100与气体传感器900相比，能够抑制测定电极44的催化活性随着使用而降低。若测定电极44的催化活性降低，则第三内部空腔61中的NOx的还原得以抑制，因此，泵电流Ip2(更具体而言，为平均值Ip2ave)减小，NOx浓度的检测灵敏度降低。本实施方式的气体传感器100中，能够抑制上述的NOx浓度的检测灵敏度随着使用而降低。因此，对于本实施方式的气体传感器100，即便长时间使用，也能够维持测定精度，还能够延长寿命。
另外，电压V2为测定电极44与基准电极42之间的电压，基本上为与第三内部空腔61内的氧浓度相应的值。不过，由于脉冲电源46使得断续的泵电流Ip2流通而使得测定电极44的电位断续地变化，所以，电压V2也受到该影响而以脉动的方式周期性地变动。具体而言，电压V2的波形中存在：因泵电流Ip2的接通而发生变化的第一期间、以及因泵电流Ip2的断开而使得其变化收敛的第二期间。例如，图3中，电压V2从时刻t1开始变化(此处为开始升高)，在时刻t4达到变化最大的值V2a(此处为最大值)，从时刻t4起，变化开始收敛(此处为开始降低)，在时刻t7达到变化以最大程度收敛的值V2b(此处为最小值)。此时，将泵电流Ip2的1个周期T的期间中的、电压V2的值V2b至值V2a设为0％～100％，以此为基准而规定电压V2的第一期间及第二期间。具体而言，将电压V2为90％以上的期间(时刻t3～t5)设为第一期间，并将其长度设为第一时间T1。在泵电流Ip2断开、且电压V2变为10％以下之后，因下个周期的泵电流Ip2的接通而使得电压V2开始升高，将该期间(时刻t6～t7)设为第二期间，并将其长度设为第二时间T2。图3中，电压V2在泵电流Ip2断开的时刻t4第一次达到变化最大的值V2a，不过，在接通时间Ton较长的情况下，还有时比时刻t4提前达到值V2a且该状态持续至时刻t4。
这样，本实施方式中，电压V2受到泵电流Ip2的影响而周期性地变动。并且，第二期间中与第一期间中相比，泵电流Ip2对电压V2造成的影响减小。因此，第二期间中的电压V2为与第一期间中的电压V2相比而能够以更好的精度表示第三内部空腔61的氧浓度的值。因此，CPU92优选基于第二期间中的电压V2而进行泵电流Ip2的上述控制。据此，CPU92能够使第三内部空腔61的氧浓度以良好的精度而接近规定的低浓度，还能够以良好的精度导出被测定气体中的NOx浓度。本实施方式中，CPU92在第二期间中获取电压V2，对获取的电压V2和目标值V2＊进行比较而确定向脉冲电源46输出的控制值。另外，如图3所示，第二期间中，电压V2也随着时间的流逝而变化，且呈现出越接近第二期间的末期(图3中为时刻t7)则泵电流Ip2的影响越小的趋势。可以认为这是因为测定电极44的电容成分等测定用泵单元41中的电容成分的影响。因此，优选CPU92基于第二期间中的尽量晚的定时的电压V2而控制泵电流Ip2。例如，CPU92可以基于第二期间中的后半部分的任一定时的电压V2而控制泵电流Ip2。
CPU92可以基于多个周期T的各周期中的第二期间中的电压V2(例如，基于在彼此不同的周期中获取的多个电压V2的平均值)而控制泵电流Ip2。例如，若仅基于1个周期中的第二期间中的电压V2而控制泵电流Ip2，则有时实际的平均值Ip2ave相对于与NOx浓度对应的准确的平均值Ip2ave的值而发生振荡或发散等，即，泵电流Ip2的控制变得不稳定。与此相对，CPU92基于多个周期T的各周期中的第二期间中的电压V2的平均值等而控制泵电流Ip2，由此使得控制难以变得不稳定。本实施方式中，预先将各周期T中的第二期间中的规定定时的电压V2存储于存储器94，CPU92基于最近存储的多次(例如3次)的电压V2的平均值而控制泵电流Ip2。
CPU92可以基于电压V2的第二期间中的电压V0而控制主泵单元21。同样地，CPU92可以基于电压V2的第二期间中的电压V1而控制辅助泵单元50。CPU92可以基于电压V2的第二期间中的泵电流Ip1而设定目标值V0＊。
此处，对本实施方式的结构要素与本发明的结构要素之间的对应关系加以明确。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、隔离层5以及第二固体电解质层6相当于本发明中的元件主体，主泵单元21、辅助泵单元50及测定用泵单元41分别相当于泵单元，内侧泵电极22、辅助泵电极51及测定电极44分别相当于内侧电极，外侧泵电极23相当于外侧电极。另外，内侧泵电极22相当于内侧主泵电极，辅助泵电极51相当于内侧辅助泵电极，测定电极44相当于内侧测定电极，外侧泵电极23相当于外侧主泵电极、外侧辅助泵电极及外侧测定电极，第三内部空腔61相当于测定室。此外，泵电流Ip2相当于测定用泵电流，电压V2相当于测定用电压，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机构，控制装置90相当于测定用泵单元控制机构及特定气体浓度检测机构。
关于以上详细说明的本实施方式的气体传感器100，作为1个以上的泵单元，具备主泵单元21、辅助泵单元50及测定用泵单元41。主泵单元21具有内侧泵电极22和外侧泵电极23、并进行第一内部空腔20的氧的吸出，其中，内侧泵电极22配设于第一内部空腔20。辅助泵单元50具有辅助泵电极51和外侧泵电极23、并进行第二内部空腔40的氧的吸出，其中，辅助泵电极51配设于第一内部空腔20的下游侧的第二内部空腔40。测定用泵单元41具有测定电极44和外侧泵电极23、并进行源自被测定气体中的NOx且在第三内部空腔61生成的氧的吸出，其中，测定电极44配设于第二内部空腔40的下游侧的第三内部空腔61。并且，其中的测定用泵单元41通过使反复通断的泵电流Ip2在测定电极44与外侧泵电极23之间流通而进行测定电极44周围的氧的吸出。由此，与像气体传感器900那样使得连续的泵电流Ip2在测定电极44与外侧泵电极23之间流通的情形相比，气体传感器100能够抑制测定电极44的催化活性随着使用而变化(此处为降低)。另外，反复通断的泵电流Ip2与连续的泵电流Ip2相比，波高值(最大电流Ip2max)升高，因此，信噪比(S/N比)升高，耐噪音能力增强。
另外，利用断续的泵电流(此处为泵电流Ip2)使各泵单元21、50、41中的测定用泵单元41进行动作。此处，测定电极44的催化活性的变化与例如内侧泵电极22及辅助泵电极51的催化活性的变化相比，对气体传感器100的NOx浓度的检测灵敏度造成的影响较大。因此，通过抑制测定电极44的催化活性的变化而容易抑制检测灵敏度降低。
此外，CPU92基于第二期间中的电压V2而控制泵电流Ip2，以使得第三内部空腔61内的氧浓度达到规定的低浓度。并且，CPU92基于泵电流Ip2而检测被测定气体中的NOx浓度。由此，CPU92能够以良好的精度检测NOx浓度。
此外，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式而实施。
例如，在上述实施方式中，断续的泵电流Ip2设为如图3所示在1个周期具有1个矩形波的电流(矩形的单脉冲电流)，但并不限定于此。例如，脉冲电源46可以采用图6所示的突发脉冲电流作为断续的泵电流Ip2。这种情况下，CPU92可以向脉冲电源46输出控制值而使1个周期的期间的泵电流Ip2的平均值Ip2ave发生变化，以变更振荡期间TA在周期T(突发周期)中占据的比例(占空比)、周期T、1个周期中的脉冲数(图6中为5次)、1次振荡(脉冲)的时间Ta、脉冲的周期(Ta+Tb)、及最大电流Ip2max中的至少任一参数。
如图6那样将泵电流Ip2设为突发脉冲电流的情况下，电压V2的第一期间包含在振荡期间TA中，第二期间包含在非振荡期间TB中。更具体而言，泵电流Ip2为突发脉冲电流的情况下，将振荡期间TA视为泵电流Ip2接通的期间(图3的时刻t1～t4)，将非振荡期间TB设为泵电流Ip2断开的期间(图3的时刻t4～t7)，从而利用与上述实施方式同样的方法定义第二期间。
在上述实施方式中，如图3所示，脉冲电源46使矩形波的脉冲电流作为泵电流Ip2而流通，不过，并不限于矩形波(方形波)，也可以使正弦波的半波、三角波、锯齿波、放电时的波形形状等的脉冲电流流通，还可以使它们中的1种以上合成所得的波形的脉冲电流流通。
在上述实施方式中并未特别说明，不过，图3、图6的断续的泵电流Ip2的周期T例如可以设为0.1s以下(频率为10Hz以上)，也可以设为0.02s以下(频率为50Hz以上)，还可以设为0.001s以下(频率为100Hz以上)。例如，控制装置90在各规定的周期Tout将导出的NOx浓度向车辆的发动机ECU等其他装置输出的情况下，优选将周期T设为周期Tout的10分之1以下。
在上述实施方式中，利用断续的泵电流(此处为泵电流Ip2)使气体传感器100具备的各泵单元21、50、41中的测定用泵单元41进行动作，但并不限定于此。只要气体传感器100具备的泵单元中的至少1个泵单元利用断续的泵电流进行动作即可。例如，主泵单元21及测定用泵单元41也可以利用断续的泵电流进行动作。图7是变形例的气体传感器200的截面示意图。对气体传感器200中的与气体传感器100相同的结构要素标注与图1相同的附图标记并省略详细的说明。关于气体传感器200，具备主泵单元221而代替主泵单元21，具备辅助泵单元250而代替辅助泵单元50。主泵单元221具备作为与脉冲电源46同样的电流源的脉冲电源224而代替可变电源24，除此以外，与主泵单元21相同。辅助泵单元250具备作为与脉冲电源46同样的电流源的脉冲电源252而代替可变电源52，除此以外，与辅助泵单元50相同。该变形例的气体传感器200中，主泵单元221使断续的脉冲电流流通，由此能够抑制内侧泵电极22的催化活性随着气体传感器100的使用而变化。另外，脉冲电源252使断续的脉冲电流流通，由此能够抑制辅助泵电极51的催化活性随着气体传感器100的使用而变化。此处，如上所述，内侧泵电极22含有具有催化活性的贵金属和具有催化活性抑制能力的贵金属。因此，可以认为：若内侧泵电极22中的贵金属氧化而蒸发，则内侧泵电极22的催化活性降低而使得主泵单元21的氧的泵送能力降低，或者催化活性升高而使得内侧泵电极22在第一内部空腔20将NOx分解。总之，对气体传感器100而言并非为优选，因此，这样抑制内侧泵电极22的催化活性变化(降低或升高)是有意义的。对于辅助泵电极51也一样。另外，可以认为：例如主泵单元221利用断续的脉冲电流而从外侧泵电极23的周围向第一内部空腔20吸入氧的情况下，能够抑制外侧泵电极23的催化活性变化。例如，被测定气体中的氧浓度低于上述的第一内部空腔20的氧浓度的目标浓度的情况下(也包括富燃料气氛的情形在内)，控制装置90对脉冲电源224进行控制，以使得主泵单元221从外侧泵电极23的周围向第一内部空腔20吸入氧。此时，控制装置90可以通过使脉冲电源224的脉冲的正负反转而在主泵单元221从第一内部空腔20吸出氧和向第一内部空腔20吸入氧之间进行切换。这样，并不局限于上述的图3及图6那样的正的脉冲电流，也可以使负的脉冲电流(电流值自值0开始朝负向降低的脉冲)流通。
即便像上述实施方式那样使得连续的泵电流Ip0在主泵单元21中流通的情况下，也可以利用电流源代替可变电源24、且利用电流源使泵电流Ip0直接可变。同样地，即便像上述实施方式那样使得连续的泵电流Ip1在辅助泵单元50中流通的情况下，也可以利用电流源代替可变电源52、且利用电流源使泵电流Ip1直接可变。
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以及第三内部空腔61，但并不限定于此。例如，可以像图8的传感器元件301那样不具备第三内部空腔61。图8所示的变形例的传感器元件301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以按顺序连通的形态而相邻地形成。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承担限制向测定电极44流入的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的保护膜而发挥作用。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。即便是这种结构的传感器元件301，也能够与上述实施方式同样地基于泵电流Ip2而检测NOx浓度。这种情况下，测定电极44的周围(第四扩散速度控制部45的内部)作为测定室而发挥作用。
在上述实施方式中，外侧泵电极23兼用作主泵单元21的外侧主泵电极、辅助泵单元50的外侧辅助泵电极及测定用泵单元41的外侧测定电极，但并不限定于此。对于外侧主泵电极、外侧辅助泵电极及外侧测定电极中的任一个或两个可以与外侧泵电极23不同地另行设置于传感器元件101的外侧。
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，但并不限定于此。只要传感器元件101的元件主体包含至少1个氧离子传导性的固体电解质层、且在内部设置有被测定气体流通部即可。例如，图1中第二固体电解质层6以外的层1～5可以设为由固体电解质层以外的材质形成的层(例如由氧化铝形成的层)。这种情况下，只要传感器元件101所具有的各电极配设于第二固体电解质层6即可。例如，只要图1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，只要形成为如下方式即可：基准气体导入空间43设置于隔离层5而代替设置于第一固体电解质层4的方式，大气导入层48设置于第二固体电解质层6与隔离层5之间而代替设置于第一固体电解质层4与第三基板层3之间的方式，基准电极42设置为比第三内部空腔61更靠后方、且设置于第二固体电解质层6的下表面。
在上述实施方式中，气体传感器100检测出NOx浓度而作为特定气体浓度，但并不限定于此，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，在使特定气体自身在第三内部空腔61内还原时产生氧，因此，CPU92能够基于与该氧相应的检测值(例如平均值Ip2ave)而检测出特定气体浓度。另外，特定气体可以为氨等非氧化物。在特定气体为非氧化物的情况下，例如在第一内部空腔20内将特定气体转化为氧化物(例如若是氨，则氧化而转化为NO)并使得转化后的氧化物在第三内部空腔61内还原时产生氧，因此，CPU92能够获取与该氧相应的检测值而检测出特定气体浓度。这样，无论特定气体是氧化物还是非氧化物，气体传感器100均能够基于源自特定气体且在第三内部空腔61生成的氧而检测出特定气体浓度。
在上述实施方式中，控制装置90基于泵电流Ip1而设定电压V0的目标值V0＊(反馈控制)，以使得泵电流Ip1达到目标值Ip1＊，并以使得电压V0达到目标值V0＊的方式对泵电压Vp0进行反馈控制，不过，也可以进行其他控制。例如，控制装置90可以以使得泵电流Ip1达到目标值Ip1＊的方式基于泵电流Ip1而对泵电压Vp0进行反馈控制。即，控制装置90可以省略从主泵控制用氧分压检测传感器单元80获取电压V0的处理、或省略设定目标值V0＊的处理，基于泵电流Ip1直接对泵电压Vp0进行控制(甚至对泵电流Ip0进行控制)。
在上述实施方式中，以使得由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达到目标值V2＊的方式对脉冲电源46的电压Vp2进行控制，并利用此时的泵电流Ip2而计算出被测定气体中的NOx浓度，但并不限定于此。例如，CPU92可以对测定用泵单元41进行反馈控制(例如对电压Vp2进行控制)，以使图3所示的平均值Ip2ave达到规定的目标值Ip2＊，并利用此时的电压V2而计算出NOx浓度。通过对测定用泵单元41进行控制以使得平均值Ip2ave达到目标值Ip2＊，平均而言，换言之，以比周期T长的时间来看，以大致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的氧浓度根据被测定气体中的NOx在第三内部空腔61被还原而生成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浓度相应的值。所以，能够基于该电压V2而计算出NOx浓度。例如，预先在存储器94中存储电压V2与NOx浓度的对应关系即可。另外，CPU92利用第二期间中的电压V2的值作为用于计算NOx浓度的电压V2的值。如上所述，第二期间中，泵电流Ip2对电压V2造成的影响减小，因此，利用第二期间中的电压V2而能够以良好的精度检测出被测定气体中的特定气体浓度。
上述实施方式的图3、图6中，将泵电流Ip2设为脉冲电流时的电流波形图示为矩形，不过，如上所述，脉冲电流的升高或降低需要微少的时间。即，实际上，对于脉冲电流存在升高时间及降低时间，脉冲电流并非完整的矩形。因此，例如，如图9的上部的脉冲电流的放大图所示，在脉冲电流的脉冲宽度过小的情况下，因升高时间的影响而导致脉冲电流的实际的波高值(虚线的波形的波高值)有时未达到理想的矩形波形的波高值(实线的波形的波高值)。这种情况下，即便例如CPU92进行上述的基于电压V2和目标值V2＊的反馈控制而向脉冲电源46输出控制值以使平均值Ip2ave达到某一目标值(称为目标平均电流Ip2ave＊)，由于实际的平均值Ip2ave低于理论上的平均值Ip2ave，因此，实际的平均值Ip2ave也偏离目标平均电流Ip2ave＊。因此，有时控制装置90无法准确地控制测定用泵单元41，或者导致泵电流Ip2的S/N比降低。与此相对，例如，如图9的下部的脉冲电流的放大图所示，若脉冲电流的脉冲宽度较大，则即便存在升高时间，脉冲电流的实际的波高值(虚线的波形的波高值)也会达到理想的矩形波形的波高值(实线的波形的波高值)。因此，脉冲宽度较大的情况下，实际的平均值Ip2ave和理论上的平均值Ip2ave及目标平均电流Ip2ave＊难以偏离。因此，优选地，控制装置90对测定用泵单元41进行控制，以使得泵电流Ip2的脉冲宽度不会变为实际的波高值未达到理想的矩形波形的波高值这样的过小的值。换言之，优选地，控制装置90在泵电流Ip2的脉冲宽度不低于规定的下限值的范围内对泵电流Ip2进行控制。例如，优选地，在目标平均电流Ip2ave＊较小的情况下，控制装置90减少脉冲数。通过减少脉冲数，与此对应地使脉冲宽度增大，以使目标平均电流Ip2ave＊那样的泵电流Ip2流通，因此，能够防止脉冲宽度减小。图9的例子中，上部的波形的脉冲宽度较小，平均值Ip2ave和目标平均电流Ip2ave＊偏离，不过，若采用下部的波形代替该波形，则平均值Ip2ave和目标平均电流Ip2ave＊难以偏离。图9示出了与图6同样地将泵电流Ip2设为突发脉冲电流的情形，上部的波形的1个周期中的脉冲数为6，与此相对，下部的波形中将脉冲数减少为2。取而代之地，图9的下部的波形中，将脉冲宽度(1次脉冲的时间Ta)设为上部的波形的3倍，理论上的平均值Ip2ave在上部的波形和下部的波形中并未变化。应予说明，图9的下部的波形中，还使突发脉冲的间隔(图中的Tb)增大(具体而言，为3倍)。对这样目标平均电流Ip2ave＊较小的情况下减少泵电流Ip2的脉冲数时的控制装置90的处理的一例进行说明。例如，控制装置90反复执行下述处理，即，基于电压V2和目标值V2＊并通过反馈控制而确定目标平均电流Ip2ave＊，以使得平均值Ip2ave达到确定的目标平均电流Ip2ave＊的方式对测定用泵单元41进行控制。此时，确定的目标平均电流Ip2ave＊的值为包含在规定的低电流区域中的值(例如小于规定的阈值的值)的情形与确定的目标平均电流Ip2ave＊的值为未包含在规定的低电流区域中的值(例如规定的阈值以上的值)的情形相比，对测定用泵单元41进行控制，以使得减少了脉冲数的泵电流Ip2流通。图10是未进行这样的减少脉冲数的控制的情形(左侧的表)和进行了这样的减少脉冲数的控制的情形(右侧的表)的比较结果的一例。图10中示出了：在0.06μA～6μA之间对目标平均电流Ip2ave＊进行各种变更时的、控制装置90以使得目标值Ip2ave达到目标平均电流Ip2ave＊的方式而确定的泵电流Ip2的脉冲的高度、宽度及数量。泵电流Ip2与图6、图9同样地设为突发脉冲电流，脉冲的高度相当于图6、图9的Ip2max，宽度相当于图6、图9的Ta，数量相当于1个周期中的脉冲数。另外，使所确定的脉冲的高度、宽度及数量的泵电流Ip2流通的情况下，一并示出了实际的平均值Ip2ave与目标平均电流Ip2ave＊之间是否偏离。如图10的左侧所示，未进行减少脉冲数的控制而将脉冲数固定设为3的情况下，在目标平均电流Ip2ave＊小于0.15μA时，确定的脉冲宽度为小于10μA的低值。此时的实际的平均值Ip2ave小于理论上的平均值Ip2ave，与目标平均电流Ip2ave＊之间产生偏离。与此相对，图10的右侧的例子中，在目标平均电流Ip2ave＊小于0.15μA时，控制装置90进行了将脉冲数减少为1的控制。其结果，在目标平均电流Ip2ave＊小于0.15μA时，确定的脉冲数减少为1，从而，作为实现目标平均电流Ip2ave＊所需的值，将脉冲宽度确定为10μm以上的值。即，与图10的左侧的表相比，脉冲宽度确定为较大的值，脉冲宽度不会低于10μm。其结果，即便在目标平均电流Ip2ave＊小于0.15μA的情况下，实际的平均值Ip2ave与目标平均电流Ip2ave＊之间也不会产生偏离。应予说明，图10中，还示出了与目标平均电流Ip2ave＊相应的NO浓度。图10的左侧的例子中，目标平均电流Ip2ave＊小于0.15μA的情况下，即NO浓度为小于50ppm的低浓度的情况下，实际的平均值Ip2ave与目标平均电流Ip2ave＊偏离，如上所述，无法准确地控制测定用泵单元41，或者导致泵电流Ip2的S/N比降低。与此相对，图10的右侧的例子中，即便在NO浓度为小于50ppm的低浓度的情况下，也难以产生这样的问题。
应予说明，如上所述，优选地，控制装置90在泵电流Ip2的脉冲宽度不小于规定的下限值的范围内对泵电流Ip2进行控制，与此相同，优选地，在泵电流Ip2的脉冲间隔(图9中的Tb)也不小于规定的下限值的范围内对泵电流Ip2进行控制。这是因为：脉冲间隔过小的情况下，在脉冲电流完全降低之前，发生下一个脉冲的升高，产生与脉冲宽度过小的情形同样的问题。另外，图9、图10的例子中，以泵电流Ip2为突发脉冲电流的情形为例进行了说明，不过，图3所示的泵电流Ip2并非突发脉冲电流的情况下，也优选在脉冲宽度(图3的Ton)、脉冲间隔(图3的Toff)不小于规定的下限值的范围内对泵电流Ip2进行控制。
在上述实施方式中，图2中，分开示出了控制装置90和各电源24、46、52，不过，也可以将各电源24、46、52视为控制装置90的一部分。
实施例
以下，将具体制作气体传感器的例子作为实施例进行说明。应予说明，本发明并不限定于以下实施例。
[实施例1]
制作上述的图1、图2所示的气体传感器100并设为实施例1。应予说明，以如下方式制作传感器元件101。首先，对添加了4mol％的作为稳定剂的三氧化二钇的氧化锆粒子、有机粘合剂、分散剂、增塑剂以及有机溶剂进行混合，通过流延成型而形成与层1～6的各层对应的陶瓷生片。接下来，针对与各层对应的陶瓷生片，根据需要进行开孔加工、或者对用于形成各电极及电路的导电性浆糊的图案进行丝网印刷，然后，对这些陶瓷生片进行层叠及压接而制成压接体。通过针对作为贵金属的Pt及Rh对氧化锆粒子和有机粘合剂混合而成的导电性浆糊实施丝网印刷而形成测定电极44用的图案。然后，从压接体中切出传感器元件101的大小的未烧成层叠体，对其进行烧成而获得传感器元件101。使得各电源及控制装置90与制作的传感器元件101电连接而制作实施例1的气体传感器100。脉冲电源46施加的泵电流Ip2设为图3所示的矩形的单脉冲电流，频率设为100Hz(周期T为0.1s)，Ip2max设为50μA。
[实施例2]
变更脉冲电源46施加的泵电流Ip2，除此以外，制作与实施例1同样的气体传感器100而设为实施例2。脉冲电源46施加的泵电流Ip2设为图6所示的突发脉冲电流，频率设为100Hz(周期T为0.1s)，1个周期中的脉冲数设为5次，振荡期间TA在周期T(突发周期)中占据的比例(占空比)设为50％。
[实施例3]
将频率设为200Hz(周期T为0.05s)，除此以外，制作与实施例1同样的气体传感器100而设为实施例3。
[实施例4]
将频率设为200Hz(周期T为0.05s)，除此以外，制作与实施例2同样的气体传感器100而设为实施例4。
[比较例1]
制作图4所示的比较例的气体传感器900而设为比较例1。即，将作为泵电流Ip2使得连续的电流流通的情形设为比较例1。比较例1的气体传感器900具备图4所示的测定用泵单元941而代替测定用泵单元41，除此以外，与实施例1相同。
[耐久试验]
针对实施例1～4、比较例1，进行利用柴油发动机的耐久试验，对测定电极44的劣化程度进行评价。作为劣化程度的评价指标，对耐久试验前后的NO灵敏度变化率和耐久试验前后的NO灵敏度直线变化率进行测定。具体而言，以如下方式进行试验。将实施例1的气体传感器安装于汽车的废气管的配管。然后，向加热器72通电，使温度达到800℃而对传感器元件101进行加热。形成为利用控制装置90进行上述各泵单元21、41、50的控制、从上述各传感器单元80～83获取各电压V0、V1、V2、Vref的状态。在该状态下，基础气体为氮且NO浓度为500ppm的第一试样气体在配管流动，等待来自控制装置90的针对脉冲电源46的控制值变得稳定，测定稳定后的平均值Ip2ave作为气体传感器针对500ppm的NO的检测灵敏度的初始值Ia500。接下来，作为耐久试验，直至经过1000小时为止，反复进行以1500～3500rpm的发动机转速、0～350N·m的负荷扭矩的范围构成的40分钟的运转模式。应予说明，此时的气体温度为200℃～600℃，NOx浓度为0～1500ppm。该1000小时之间，持续利用控制装置90进行上述各泵单元的控制并获取各电压。然后，在经过1000小时以后，利用与初始值Ia500相同的方法测定平均值Ip2ave并设为耐久试验后的值Ib500。然后，利用NO浓度为500ppm时的灵敏度变化率＝[1－(耐久试验后的值Ib500/初始值Ia500)]×100％，导出实施例1的气体传感器的耐久试验前后的泵电流Ip2的NO灵敏度变化率[％]。另外，以如下方式导出实施例1的气体传感器的耐久试验后的NO灵敏度直线率。首先，与耐久试验后的值Ib500相同，针对基础气体为氮且NO浓度为0ppm的第二试样气体，测定控制值变得稳定后的平均值Ip2ave，并将其设为耐久试验后的值Ib0。另外，针对基础气体为氮且NO浓度为1500ppm的第三试样气体，也测定控制值变得稳定后的平均值Ip2ave，并将其设为耐久试验后的值Ib1500。接下来，利用斜率A＝(Ib500－Ib0)/(500－0)，导出耐久试验后的实施例1的气体传感器中的NO浓度为0ppm与500ppm时的2点间的NO灵敏度的斜率A。另外，利用斜率B＝(Ib1500－Ib0)/(1500－0)，导出耐久试验后的实施例1的气体传感器中的NO浓度为0ppm与1500ppm时的2点间的NO灵敏度的斜率B。然后，利用NO灵敏度直线率＝斜率B/斜率A×100％，导出耐久试验后的NO灵敏度直线率[％]。针对实施例2～4，同样地导出耐久试验前后的泵电流Ip2的NO灵敏度变化率[％]及耐久试验后的NO灵敏度直线率[％]。针对比较例1，测定稳定后的泵电流Ip2的值来代替平均值Ip2ave，除此以外，同样地导出NO灵敏度变化率[％]及NO灵敏度直线率[％]。
表1中分别示出了实施例1～4、比较例1的频率及脉冲方式、NO灵敏度变化率、NO灵敏度直线率。NO灵敏度变化率的绝对值越小，在初始值与耐久试验后之间，针对NO的泵电流Ip2的变化越小，意味着能抑制检测精度随着气体传感器的使用而降低。另外，耐久试验后的NO灵敏度直线率越接近100％，意味着NO浓度为0ppm、500ppm、1500ppm这3点间的NO灵敏度的直线性即便在耐久试验后也接近于理想状态，且意味着能够抑制检测精度随着气体传感器的使用而降低。根据表1可知：关于NO灵敏度变化率、NO灵敏度直线率，实施例1～4的结果均优于比较例1的结果，能抑制检测精度随着气体传感器的使用而降低。可以认为这是因为：实施例1～4中，泵电流Ip2流通所引起的测定电极44的催化活性的降低因上述理由而得以抑制。此外，实施例1～4及比较例1中，在耐久试验前测定的NO灵敏度直线率均为约98％。
[表1]
Figure BDA0003272144570000281
本申请以2019年3月28日申请的日本专利申请第2019－064322号作为主张优先权的基础，通过引用而将其全部内容均并入本说明书中。
产业上的可利用性
本发明能够用于对汽车的废气等被测定气体中的NOx等特定气体的浓度进行检测的气体传感器。
附图标记说明
1 第一基板层，2 第二基板层，3 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，22a 顶部电极部，22b 底部电极部，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 测定用泵单元，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 脉冲电源，48 大气导入层，50 辅助泵单元，51 辅助泵电极，51a 顶部电极部，51b 底部电极部，52 可变电源，60 第四扩散速度控制部，61 第三内部空腔，70 加热器部，71 加热器连接器电极，72 加热器，73 通孔，74 加热器绝缘层，75 压力释放孔，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 测定用泵控制用氧分压检测传感器单元，83 传感器单元，90 控制装置，92 CPU，94 存储部，100、200 气体传感器，101、301 传感器元件，221 主泵单元，224 脉冲电源，250 辅助泵单元，252 脉冲电源，900 气体传感器，941 测定用泵单元，946 可变电源。

Claims (5)

1.一种气体传感器，其对被测定气体中的特定气体浓度进行检测，
所述气体传感器的特征在于，具备：
元件主体，该元件主体包含氧离子传导性的固体电解质层，且在内部设置有供所述被测定气体导入并使其流通的被测定气体流通部；以及
1个以上的泵单元，这些泵单元具有内侧电极和外侧电极，并从所述内侧电极的周围向该外侧电极的周围进行氧的吸出，该内侧电极配设于所述被测定气体流通部且含有具有催化活性的贵金属，该外侧电极配设于所述元件主体的外侧的在所述被测定气体中暴露的部分，
所述1个以上的泵单元中的至少1个泵单元通过使反复通断的泵电流在所述内侧电极与所述外侧电极之间流通而进行氧的所述吸出。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，
作为所述1个以上的泵单元，具有：
主泵单元，该主泵单元中，作为所述内侧电极而具有在所述被测定气体流通部中的第一内部空腔配设的内侧主泵电极，且具有作为所述外侧电极的外侧主泵电极，进行该第一内部空腔的氧的吸出；
辅助泵单元，该辅助泵单元中，作为所述内侧电极而具有在设置于所述被测定气体流通部中的所述第一内部空腔的下游侧的第二内部空腔配设的内侧辅助泵电极，且具有作为所述外侧电极的外侧辅助泵电极，进行该第二内部空腔的氧的吸出；以及
测定用泵单元，该测定用泵单元中，作为所述内侧电极而具有在设置于所述被测定气体流通部中的所述第二内部空腔的下游侧的测定室配设的内侧测定电极，且具有作为所述外侧电极的外侧测定电极，进行源自所述特定气体且在所述测定室中生成的氧的吸出，
所述主泵单元、所述辅助泵单元及测定用泵单元中的至少1个泵单元通过使反复通断的所述泵电流在所述内侧电极与所述外侧电极之间流通而进行该内侧电极周围的氧的吸出。
3.根据权利要求2所述的气体传感器，其特征在于，
所述测定用泵单元通过使反复通断的所述泵电流、即测定用泵电流在所述内侧测定电极与所述外侧测定电极之间流通而进行氧的所述吸出。
4.根据权利要求3所述的气体传感器，其特征在于，具备：
基准电极，该基准电极配设于所述元件主体的内部，导入有作为所述特定气体浓度的检测基准的基准气体；
测定用电压检测机构，该测定用电压检测机构对所述基准电极与所述内侧测定电极之间的测定用电压进行检测；
测定用泵单元控制机构，在因所述测定用泵电流的接通而使得所述测定用电压发生变化的第一期间、和因所述测定用泵电流的断开而使得所述测定用电压的所述变化与所述第一期间相比收敛的第二期间中，该测定用泵单元控制机构基于该第二期间中的所述测定用电压对所述测定用泵电流进行控制，以使得所述测定室内的氧浓度达到规定的低浓度；以及
特定气体浓度检测机构，该特定气体浓度检测机构基于所述测定用泵电流而对所述被测定气体中的所述特定气体浓度进行检测。
5.根据权利要求3所述的气体传感器，其特征在于，具备：
基准电极，该基准电极配设于所述元件主体的内部，导入有作为所述特定气体浓度的检测基准的基准气体；
测定用电压检测机构，该测定用电压检测机构对所述基准电极与所述内侧测定电极之间的测定用电压进行检测；
测定用泵单元控制机构，该测定用泵单元控制机构对所述测定用泵电流进行控制，以使得所述测定用泵电流的平均值达到规定的目标值；以及
特定气体浓度检测机构，在因所述测定用泵电流的接通而使得所述测定用电压发生变化的第一期间、和因所述测定用泵电流的断开而使得所述测定用电压的所述变化与所述第一期间相比收敛的第二期间中，该特定气体浓度检测机构基于该第二期间中的所述测定用电压对所述被测定气体中的所述特定气体浓度进行检测。
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