CN116265930A - 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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NGK Insulators Ltd
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Abstract

本发明的课题在于针对低浓度的测定对象气体也高精度地进行测定。本发明涉及气体传感器(100)以及气体传感器(100)的控制方法，气体传感器(100)对被测定气体中的测定对象气体进行检测，且包括传感器元件(101)及控制装置(90)，传感器元件(101)包括：主泵单元(21)、辅助泵单元(50)、测定用泵单元(41)以及基准电极(42)，主泵单元(21)使反复导通截止的主泵电流Ip0流通，以使得辅助泵单元(50)中流通的辅助泵电流Ip1达到规定的目标电流值，辅助泵单元(50)使辅助泵电流Ip1流通，以使得内侧辅助泵电极(51)与基准电极(42)之间的电动势V1达到规定的目标电压值，控制装置(90)包括：控制用电源(24)，其用于使反复导通截止的主泵电流Ip0流通；以及设定部(94)，其基于内侧主泵电极(22)与基准电极(42)之间产生的电位差V0而设定辅助泵单元(50)的所述目标电压值。

Description

气体传感器以及气体传感器的控制方法
技术领域
本发明涉及气体传感器以及气体传感器的控制方法。
背景技术
气体传感器应用于汽车废气等被测定气体中被设为对象的气体成分(氧气O2、氮氧化物NOx、氨气NH3、碳氢化合物HC、二氧化碳CO2等)的检测、浓度的测定。例如，对汽车废气中被设为对象的气体成分浓度进行测定，并基于其测定值而对搭载于汽车的废气净化系统进行最优化控制。
作为这种气体传感器，已知有：利用二氧化锆(ZrO2)等氧离子传导性的固体电解质的气体传感器。例如，国际公开WO2020/196653中公开了一种气体传感器，该气体传感器包括：主泵单元及辅助泵单元，它们进行氧的吸出；以及测定用泵单元，其进行源自特定气体而产生的氧的吸出。在利用所述气体传感器而将NOx作为特定气体进行检测的情况下，首先，利用主泵单元及辅助泵单元而将被测定气体中的氧分压控制为实质上对NOx的测定无影响的低分压。被控制了氧分压的被测定气体中的NOx在测定电极被还原，结果产生出氧，利用测定用泵单元，将该氧吸出并作为电流值而进行检测。
另外，国际公开WO2020/196653中公开了如下内容，即：气体传感器具备的1个以上的泵单元中的至少1个泵单元使反复导通截止的泵电流(脉冲电流)流通而进行氧的吸出。由此，能够抑制：伴随着气体传感器的使用而出现的电极的催化活性的变化。
专利文献1：国际公开WO2020/196653
发明内容
随着对汽车废气的限制等的强化，要求气体传感器针对较低浓度的测定对象气体也能够高精度地进行测定。此处，低浓度例如意味着不足500ppm、不足400ppm、不足300ppm、不足200ppm、不足100ppm的程度的浓度。
关于现有的气体传感器，例如，上述国际公开WO2020/196653那样，利用主泵单元及辅助泵单元而将被测定气体中的氧分压控制为：实质上对测定对象气体(例如NOx)的测定无影响的低分压，并使得含有规定的低浓度的氧以及测定对象气体的被测定气体到达测定电极。而且，利用测定用泵单元，对在测定电极因为被测定气体中的测定对象气体而产生的氧进行泵送，由此对与测定对象气体的浓度相对应的电流值进行检测。
然而，在对10～500ppm左右的低浓度的测定对象气体进行测定的情况下，有时检测值产生偏差。本发明的发明人经研究判明：在被测定气体气体传感器的驱动中，有时到达测定电极的被测定气体中的氧的量因为某种因素而变动，从而在测定用泵单元检测出的电流值发生变动。若到达测定电极的被测定气体中的氧的量发生变动，则在测定用泵单元检测出的电流值就不会根据测定对象气体的浓度而变动(变化)。结果可知：特别是在被测定气体中的测定对象气体浓度较低的情况下，有时对测定精度造成影响。
因此，本发明的目的在于针对低浓度的测定对象气体也能够高精度地进行测定。即，其目的在于高精度地对包括低浓度的测定对象气体在内的较大浓度范围的测定对象气体进行测定。
本发明的发明人进行了潜心研究，结果发现：根据以下发明，通过以较高精度将被测定气体中的氧浓度控制为规定的浓度，针对低浓度的测定对象气体也能够高精度地进行测定。
本发明中包括以下发明。
(1)一种气体传感器，其对被测定气体中的测定对象气体进行检测，包括：传感器元件、以及对所述传感器元件进行控制的控制装置，
所述传感器元件包括：
长条板状的基体部，其包括氧离子传导性的固体电解质层；
被测定气体流通部，其从所述基体部的长度方向上的一个端部形成；
主泵单元，其包括内侧主泵电极及外侧主泵电极，所述内侧主泵电极配设于所述被测定气体流通部的内表面，所述外侧主泵电极配设于所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置，且与所述内侧主泵电极对应；
辅助泵单元，其包括内侧辅助泵电极及外侧辅助泵电极，所述内侧辅助泵电极配设于所述被测定气体流通部的内表面的、比所述内侧主泵电极更远离所述基体部的长度方向上的所述一个端部的位置，所述外侧辅助泵电极配设于所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置，且与所述内侧辅助泵电极对应；
测定用泵单元，其包括内侧测定电极及外侧测定电极，所述内侧测定电极配设于所述被测定气体流通部的内表面的、比所述内侧辅助泵电极更远离所述基体部的长度方向上的所述一个端部的位置，所述外侧测定电极配设于所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置，且与所述内侧测定电极对应；以及
基准电极，其在所述基体部的内部被配设为与基准气体接触，
所述主泵单元使反复导通截止的主泵电流流通，以使得所述辅助泵单元中流通的辅助泵电流达到规定的目标电流值，
所述辅助泵单元使所述辅助泵电流流通，以使得所述内侧辅助泵电极与所述基准电极之间的电动势达到规定的目标电压值，
所述控制装置包括：
控制用电源，其用于使所述反复导通截止的主泵电流在所述主泵单元流通；以及
设定部，其设定所述辅助泵单元的所述目标电压值，
所述设定部获取：所述内侧主泵电极与所述基准电极之间产生的电位差，并基于所述电位差而设定所述辅助泵单元的所述目标电压值。
(2)在上述(1)所记载的气体传感器的基础上，所述设定部在所述主泵单元中未利用所述控制用电源而使所述主泵电流流通的截止期间，获取所述内侧主泵电极与所述基准电极之间产生的所述电位差。
(3)在上述(1)或(2)所记载的气体传感器的基础上，所述设定部在所述主泵单元中未利用所述控制用电源而使所述主泵电流流通、且没有因为所述电位差的所述主泵电流流通而引起变化的稳定期间，获取所述内侧主泵电极与所述基准电极之间产生的所述电位差。
(4)在上述(1)～(3)中任一项所记载的气体传感器的基础上，所述控制用电源包括：使得所述主泵电流周期性地导通截止的脉冲电源，
所述设定部在所述脉冲电源的周期T中的未利用所述脉冲电源而使得所述主泵电流流通的截止期间中所包含的规定的时刻，针对每个所述周期T而获取：所述内侧主泵电极与所述基准电极之间产生的所述电位差。
(5)一种气体传感器的控制方法，用于对被测定气体中的测定对象气体进行检测，
所述气体传感器包括：传感器元件、以及对所述传感器元件进行控制的控制装置，
所述传感器元件包括：
长条板状的基体部，其包括氧离子传导性的固体电解质层；
被测定气体流通部，其从所述基体部的长度方向上的一个端部形成；
主泵单元，其包括内侧主泵电极及外侧主泵电极，所述内侧主泵电极配设于所述被测定气体流通部的内表面，所述外侧主泵电极配设于所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置，且与所述内侧主泵电极对应；
辅助泵单元，其包括内侧辅助泵电极及外侧辅助泵电极，所述内侧辅助泵电极配设于所述被测定气体流通部的内表面的、比所述内侧主泵电极更远离所述基体部的长度方向上的所述一个端部的位置，所述外侧辅助泵电极配设于所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置，且与所述内侧辅助泵电极对应；
测定用泵单元，其包括内侧测定电极及外侧测定电极，所述内侧测定电极配设于所述被测定气体流通部的内表面的、比所述内侧辅助泵电极更远离所述基体部的长度方向上的所述一个端部的位置，所述外侧测定电极配设于所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置，且与所述内侧测定电极对应；以及
基准电极，其在所述基体部的内部被配设为与基准气体接触，
所述控制装置包括控制用电源，该控制用电源用于使反复导通截止的主泵电流在所述主泵单元流通，
所述控制方法包括如下步骤：
设定步骤，在该设定步骤中，获取所述内侧主泵电极与所述基准电极之间产生的电位差，并基于所述电位差而设定所述辅助泵单元的所述内侧辅助泵电极与所述基准电极之间的电动势的目标电压值；以及
氧浓度调整步骤，在该氧浓度调整步骤，在所述主泵单元中，对所述控制用电源进行控制而使反复导通截止的主泵电流流通，以使得所述辅助泵单元中流通的辅助泵电流达到规定的目标电流值，并且，使所述辅助泵电流在所述辅助泵单元流通，以使得所述内侧辅助泵电极与所述基准电极之间的电动势达到所述目标电压值。
(6)在上述(5)所记载的控制方法的基础上，在所述设定步骤中，在所述主泵单元中未利用所述控制用电源而使所述主泵电流流通的截止期间，获取所述内侧主泵电极与所述基准电极之间产生的所述电位差。
(7)在上述(5)或(6)所记载的控制方法的基础上，在所述设定步骤，在所述主泵单元中未利用所述控制用电源而使所述主泵电流流通、且没有因为所述电位差的所述主泵电流流通而引起变化的稳定期间，获取所述内侧主泵电极与所述基准电极之间产生的所述电位差。
(8)在上述(5)～(7)中任一项所记载的控制方法的基础上，所述控制用电源包括：使得所述主泵电流周期性地导通截止的脉冲电源，
在所述设定步骤中，在所述脉冲电源的周期T中的未利用所述脉冲电源而使得所述主泵电流流通的截止期间中所包含的规定的时刻，针对每个所述周期T而获取：所述内侧主泵电极与所述基准电极之间产生的所述电位差。
发明效果
根据本发明，针对低浓度的测定对象气体也能够高精度地进行测定。即，根据本发明，能够高精度地对包括低浓度的测定对象气体在内的较大浓度范围的测定对象气体进行测定。
附图说明
图1是示出了气体传感器100的概要结构的一例的长度方向的垂直剖视示意图。
图2是示出了控制装置90与传感器元件101的各泵单元21、50、41、各传感器单元80、81、82、83以及加热器部70的电连接关系的框图。
图3是示出了气体传感器100的NOx浓度检测处理的一例的流程图。
图4是示出了主泵电流Ip0沿正向流通的情况下的主泵电流Ip0及电位差V0随时间的变化的示意图。图4(1)是示出了主泵电流Ip0随时间的变化的示意图。横轴表示时刻t，纵轴表示主泵电流Ip0。图4(2)是示出了电位差V0随时间的变化的示意图。横轴表示时刻t，纵轴表示电位差V0。
图5是示出了主泵电流Ip0沿负向流通的情况下的主泵电流Ip0及电位差V0随时间的变化的示意图。图5(1)是示出了主泵电流Ip0随时间的变化的示意图。横轴表示时刻t，纵轴表示主泵电流Ip0。图5(2)是示出了电位差V0随时间的变化的示意图。横轴表示时刻t，纵轴表示电位差V0。
图6是示出了主泵电流Ip0为瞬时脉冲电流的情况的例子的示意图。横轴表示时刻t，纵轴表示主泵电流Ip0。
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；15…被测定气体流通部；20…第一内部空腔；21…主泵单元；22…内侧主泵电极；22a…(内侧主泵电极的)顶部电极部；22b…(内侧主泵电极的)底部电极部；23…外侧泵电极；24…脉冲电源；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；46…(测定用泵单元的)可变电源；48…大气导入层；50…辅助泵单元；51…辅助泵电极；51a…(辅助泵电极的)顶部电极部；51b…(辅助泵电极的)底部电极部；52…(辅助泵单元的)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…加热器电极；72…加热器；73…通孔；74…加热器绝缘层；75…压力释放孔；76…加热器导体；77…加热器电源；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；91…控制部；92…驱动控制部；93…浓度计算部；94…设定部；100…气体传感器；101…传感器元件；102…基体部。
具体实施方式
本发明的气体传感器包括：传感器元件、以及对所述传感器元件进行控制的控制装置。
本发明的气体传感器所包括的传感器元件包括：
长条板状的基体部，其包括氧离子传导性的固体电解质层；
被测定气体流通部，其从所述基体部的长度方向上的一个端部形成；
主泵单元，其包括内侧主泵电极及外侧主泵电极，所述内侧主泵电极配设于所述被测定气体流通部的内表面，所述外侧主泵电极配设于所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置，且与所述内侧主泵电极对应；
辅助泵单元，其包括内侧辅助泵电极及外侧辅助泵电极，所述内侧辅助泵电极配设于所述被测定气体流通部的内表面的、比所述内侧主泵电极更远离所述基体部的长度方向上的所述一个端部的位置，所述外侧辅助泵电极配设于所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置，且与所述内侧辅助泵电极对应；
测定用泵单元，其包括内侧测定电极及外侧测定电极，所述内侧测定电极配设于所述被测定气体流通部的内表面的、比所述内侧辅助泵电极更远离所述基体部的长度方向上的所述一个端部的位置，所述外侧测定电极配设于所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置，且与所述内侧测定电极对应；以及
基准电极，其在所述基体部的内部被配设为与基准气体接触，
所述主泵单元使反复导通截止的主泵电流流通，以使得在所述辅助泵单元流通的辅助泵电流达到规定的目标电流值，
所述辅助泵单元使所述辅助泵电流流通，以使得所述内侧辅助泵电极与所述基准电极之间的电动势达到规定的目标电压值。
本发明的气体传感器所包括的控制装置包括：
控制用电源，其用于使所述反复导通截止的主泵电流在所述主泵单元流通；以及
设定部，其设定所述辅助泵单元的所述目标电压值，
所述设定部获取：所述内侧主泵电极与所述基准电极之间产生的电位差，并基于所述电位差而设定所述辅助泵单元的所述目标电压值。
作为所述控制用电源，能够举出脉冲电源等。
以下，对本发明的气体传感器的实施方式的一例进行详细说明。
[气体传感器的概要结构]
以下，参照附图，对本发明的气体传感器进行说明。图1是示出了包括传感器元件101的气体传感器100的概要结构的一例的长度方向上的垂直剖视示意图。以下，以图1为基准，关于上下，图1的上侧设为上，且下侧设为下，图1的左侧设为前端侧，且右侧设为后端侧。
在图1中，关于气体传感器100，示出了：利用传感器元件101对被测定气体中的NOx进行检测、并对其浓度进行测定的NOx传感器的一例。
另外，气体传感器100包括：对传感器元件101进行控制的控制装置90。作为用于使反复导通截止的主泵电流Ip0在后述的主泵单元21流通的控制用电源的一例，控制装置90包括脉冲电源24。图2是示出了控制装置90与传感器元件101的电连接关系的框图。。
(传感器元件)
传感器元件101是长条板状的元件，其包括：具有将多个氧离子传导性的固体电解质层层叠而成的构造的基体部102。长条板状是指长板状或者带状。基体部102具有：分别由二氧化锆(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、隔离层5以及第二固体电解质层6这6个层在附图中从下侧开始按顺序层叠而成的构造。形成这6个层的固体电解质为：致密且气密的固体电解质。所述6个层可以设为厚度全部都相同，也可以设为各层的厚度不同。各层之间借助由固体电解质构成的粘接层而被粘接，基体部102中包括所述粘接层。在图1中，举例示出了由所述6个层构成的多层结构，但本发明的多层结构并不局限于此，可以设为任意的层数及多层结构。
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，使它们层叠，进而进行烧成而使它们实现一体化，由此能够制造出上述传感器元件101。
在传感器元件101的长度方向上的一个端部(以下称为前端部)、且是第二固体电解质层6的下表面与第一固体电解质层4的上表面之间形成有气体导入口10。被测定气体流通部15构成为：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从气体导入口10开始在长度方向上以按顺序连通的方式相邻地形成。
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挖空的方式设置的传感器元件101的内部空间，其中，该内部空间的上部由第二固体电解质层6的下表面区划而成，下部由第一固体电解质层4的上表面区划而成，侧部由隔离层5的侧面区划而成。
第一扩散速度控制部11、第二扩散速度控制部13以及第三扩散速度控制部30均设置为2条横长的(图1中与附图垂直的方向构成开口的长度方向)狭缝。第一扩散速度控制部11及第二扩散速度控制部13均只要为能够施加期望的扩散阻力的方式即可，其方式并不限定于所述狭缝。
第四扩散速度控制部60作为1条横长的(图1中与附图垂直的方向构成开口的长度方向)狭缝而设置于隔离层5与第二固体电解质层6之间。第四扩散速度控制部60只要为能够施加期望的扩散阻力的方式即可，其方式并不限定于所述狭缝。
另外，在比被测定气体流通部15更远离前端侧的位置，且在第三基板层3的上表面与隔离层5的下表面之间，且又是由第一固体电解质层4的侧面区划出侧部的位置，设置有基准气体导入空间43。基准气体导入空间43在传感器元件101的另一个端部(以下称为后端部)具有开口部。作为进行NOx浓度的测定时的基准气体，例如将大气导入至基准气体导入空间43。
大气导入层48是由多孔质氧化铝构成的层，基准气体通过基准气体导入空间43而导入至大气导入层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。即，基准电极42配设为：借助多孔质的大气导入层48以及基准气体导入空间43而与基准气体接触。另外，如后所述，能够利用基准电极42而对第一内部空腔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和ZrO2的金属陶瓷电极)。
在被测定气体流通部15，气体导入口10相对于外部空间而开口，通过该气体导入口10从外部空间将被测定气体取入至传感器元件101内。
在本实施方式中，被测定气体流通部15虽然为：从在传感器元件101的前端面呈开口的气体导入口10将被测定气体导入的方式，但本发明并不限定于该方式。例如，也可以在被测定气体流通部15不存在有气体导入口10的凹部。在该情况下，第一扩散速度控制部11实质上构成气体导入口。
另外，例如，被测定气体流通部15可以为如下方式，即：在沿着基体部102的长度方向的侧面具有与缓冲空间12连通的开口的方式，或者与接近于第一内部空腔20的缓冲空间12的位置连通的开口的方式。在该情况下，通过所述开口而从沿着基体部102的长度方向的侧面将被测定气体导入。
另外，例如，被测定气体流通部15可以形成为：通过多孔体而将被测定气体导入的结构。
第一扩散速度控制部11是：对从气体导入口10取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：为了将由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导入至第一内部空腔20的被测定气体施加规定的扩散阻力的部位。
只要导入至第一内部空腔20的被测定气体的量处于规定范围内即可。即，只要对传感器元件101的前端部至第二扩散速度控制部13的整体施加规定的扩散阻力即可。例如，可以设为：第一扩散速度控制部11直接与第一内部空腔20连通、即不存在缓冲空间12以及第二扩散速度控制部13的方式。
缓冲空间12是：为了在被测定气体的压力变动的情况下缓和该压力变动对检测值造成的影响而设置的空间。
当将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，因为外部空间的被测定气体的压力变动(被测定气体是汽车废气的情况下为排气压力的脉动)而从气体导入口10急剧取入至传感器元件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，向第一内部空间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设置为：用于调整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的空间。主泵单元21进行动作而对上述氧分压进行调整。
主泵单元21是包括如下部件的电化学泵单元，即：内侧主泵电极22，其配设于所述被测定气体流通部15的内表面；以及外侧主泵电极(在本实施方式中为外侧泵电极23)，其配设于所述基体部102的与所述被测定气体流通部15不同的位置(在图1中为所述基体部102的外表面)，且与所述内侧主泵电极22对应。“与所述内侧主泵电极22对应”意味着：所述外侧泵电极23设置为与所述内侧主泵电极22之间隔着第二固体电解质层6。
即，主泵单元21是：构成为包括内侧主泵电极22、外侧泵电极23、以及被内侧主泵电极22和外侧泵电极23夹持的第二固体电解质层6的电化学泵单元，其中，内侧主泵电极22具有：在第二固体电解质层6的下表面的、面对着第一内部空腔20的大致整个区域设置的顶部电极部22a，外侧泵电极23在第二固体电解质层6的上表面的与顶部电极部22a对应的区域以暴露于外部空间的方式而设置。
内侧主泵电极22跨设于：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)、以及构成侧壁的隔离层5而形成。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，而且，以将上述顶部电极部22a和底部电极部22b连接的方式，在构成第一内部空腔20的两侧壁部的隔离层5的侧壁面(内表面)形成有侧部电极部(省略图示)，在该侧部电极部的配设部位，配设成隧道形态的构造。
内侧主泵电极22及外侧泵电极23为：多孔质金属陶瓷电极(金属成分和陶瓷成分混合在一起的方式的电极)。作为陶瓷成分，并未特别限定，优选与基体部102同样地采用氧离子传导性的固体电解质。例如，可以采用ZrO2作为陶瓷成分。
与被测定气体接触的内侧主泵电极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。内侧主泵电极22可以含有：具有催化活性的贵金属(例如Pt、Rh、Ir、Ru、Pd的至少1种)、以及具有催化活性的贵金属的且使得针对测定对象气体(在本实施方式中为NOx)的催化活性下降的贵金属(例如Au、Ag等)。在本实施方式中，内侧主泵电极22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只要含有上述具有催化活性的贵金属即可。对于上述基准电极42也一样，只要含有上述具有催化活性的贵金属即可。在本实施方式中，外侧泵电极23为：Pt与ZrO2的多孔质金属陶瓷电极。
在主泵单元21，利用作为控制用电源的一例的脉冲电源24而使得主泵电流Ip0在内侧主泵电极22与外侧泵电极23之间沿正向或负向流通，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。此处，将图1中的主泵电流Ip0的箭头方向设为正向。
在本实施方式中，作为控制用电源的脉冲电源24构成为电流源。脉冲电源24使得反复导通截止的主泵电流Ip0、即断续的主泵电流Ip0在内侧主泵电极22与外侧泵电极23之间流通。脉冲电源24构成为：能够使得断续的主泵电流Ip0沿正负方向的任意方向流通。本领域技术人员可以适当地设计脉冲电源24的结构。例如，作为脉冲电源24，可以采用能够生成双向的脉冲电流的脉冲电源，也可以采用将多个生成单向的脉冲电流的脉冲电源进行组合而成的结构。
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：包括内侧主泵电极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。
对主泵控制用氧分压检测传感器单元80的电位差V0进行测定而获知第一内部空腔20内的氧浓度(氧分压)。
第三扩散速度控制部30是：对在第一内部空腔20通过后述的主泵单元21的动作而被控制了氧浓度(氧分压)的被测定气体施加规定的扩散阻力从而将该被测定气体向第二内部空腔40引导的部位。
第二内部空腔40设置为：用于以较高的精度来调整通过第三扩散速度控制部30而被导入的被测定气体中的氧分压的空间。辅助泵单元50进行动作而对上述氧分压进行调整。
预先在第一内部空腔20对氧浓度(氧分压)进行调整，然后，在第二内部空腔40对通过第三扩散速度控制部30而被导入的被测定气体进一步利用辅助泵单元50进行氧分压的调整。由此，能够以高精度将第二内部空腔40内的氧浓度保持为恒定，因此，能够在上述气体传感器100中进行高精度的NOx浓度测定。
辅助泵单元50是包括如下部件的电化学泵单元，即：内侧辅助泵电极(在本实施方式中为辅助泵电极51)，其配设于所述被测定气体流通部15的内表面的、比所述内侧主泵电极22更远离所述基体部102的长度方向上的前端部的位置；以及外侧辅助泵电极，其配设于所述基体部102的与所述被测定气体流通部15不同的位置，且与所述内侧辅助泵电极对应。在本实施方式中，配设于所述基体部102的外表面的外侧泵电极23还作为外侧辅助泵电极而发挥功能。“与所述内侧辅助泵电极对应”意味着：外侧泵电极23设置为与辅助泵电极51之间隔着第二固体电解质层6。
即，辅助泵单元50是：构成为包括辅助泵电极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，辅助泵电极51具有：在第二固体电解质层6的下表面的、面对着第二内部空腔40的大致整个区域设置的顶部电极部51a。
上述辅助泵电极51以与此前设置于第一内部空腔20内的内侧主泵电极22同样的隧道形态的构造而配设于第二内部空腔40内。即，形成为如下隧道形态的构造：相对于构成第二内部空腔40的顶面的第二固体电解质层6而形成有顶部电极部51a，另外，在构成第二内部空腔40的底面的第一固体电解质层4形成有底部电极部51b，而且，在构成第二内部空腔40的侧壁的隔离层5的两个壁面分别形成有：将上述顶部电极部51a与底部电极部51b连结的侧部电极部(省略图示)。
此外，对于辅助泵电极51也与内侧主泵电极22相同地，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。与内侧主泵电极22相同地，辅助泵电极51可以含有：具有催化活性的贵金属(例如Pt、Rh、Ir、Ru、Pd的至少1种)、以及具有催化活性的贵金属的且使得针对测定对象气体(本实施方式中为NOx)的催化活性下降的贵金属(例如Au、Ag等)。在本实施方式中，与内侧主泵电极22相同地，辅助泵电极51为：含有1％的Au的Pt与ZrO2的多孔质金属陶瓷电极。
在辅助泵单元50中，利用可变电源52对辅助泵电极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，或者从外部空间将氧吸入至第二内部空腔40内。
另外，为了对第二内部空腔40内的气氛中的氧分压进行控制，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。
所述主泵单元21使反复导通截止的主泵电流Ip0流通，以使得所述辅助泵单元50中流通的辅助泵电流Ip1达到规定的目标电流值，由此将被测定气体中的氧调整为：应当导入至辅助泵单元50的浓度、即应当导入至第二内部空腔40的浓度，辅助泵单元50使所述辅助泵电流Ip1流通，以使得辅助泵电极51与基准电极42之间的电动势V1达到规定的目标电压值，由此将被测定气体中的氧调整为：应当导入至后述的测定用泵单元41的浓度、即应当导入至第三内部空腔61的浓度。
辅助泵单元50利用基于由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而被控制电压的可变电源52，进行泵送。由此，将第二内部空腔40内的气氛中的氧分压控制至：实质上对NOx的测定无影响的低分压。
另外，与此同时，该辅助泵电流Ip1用于主泵单元21的脉冲电源24的控制。具体而言，辅助泵电流Ip1或基于辅助泵电流Ip1的控制信号被输入至脉冲电源24，通过对脉冲电源24进行控制而使得主泵电流Ip0流通，由此在主泵单元21中，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。
这样，使主泵单元21及辅助泵单元50进行动作，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。当作为NOx传感器而使用时，通过主泵单元21及辅助泵单元50的作用而将第二内部空腔40内的氧浓度保持为规定的浓度。第二内部空腔40内的氧浓度例如可以保持为0.1ppm以下、0.01ppm以下、0.001ppm以下、或者0.0001ppm以下的程度。在本实施方式中，保持为恒定的约0.001ppm左右的浓度。
第四扩散速度控制部60是：对第二内部空腔40中通过辅助泵单元50的动作而将氧浓度(氧分压)控制得更低的被测定气体施加规定的扩散阻力从而将该被测定气体向第三内部空腔61引导的部位。
第三内部空腔61设置为：用于对通过第四扩散速度控制部60而被导入的被测定气体中的氮氧化物(NOx)浓度进行测定的空间。通过测定用泵单元41的动作而执行NOx浓度的测定。
测定用泵单元41是包括如下部件的电化学泵单元，即：内侧测定电极(在本实施方式中为测定电极44)，其配设于所述被测定气体流通部15的内表面的、比所述内侧辅助泵电极(在本实施方式中为辅助泵电极51)更远离所述基体部102的长度方向上的前端部的位置；以及外侧测定电极，其配设于所述基体部102的与所述被测定气体流通部15不同的位置，且与所述内侧测定电极对应。在本实施方式中，配设于所述基体部102的外表面的外侧泵电极23还作为外侧测定电极而发挥功能。“与所述内侧测定电极对应”意味着：外侧泵电极23设置为与测定电极44之间隔着第二固体电解质层6、隔离层5以及第一固体电解质层4。
即，测定用泵单元41是：构成为包括如下部件的电化学泵单元，即：测定电极44，其设置于面对第三内部空腔61的第一固体电解质层4的上表面；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)；第二固体电解质层6；隔离层5；以及第一固体电解质层4。测定用泵单元41在第三内部空腔61内对被测定气体中的NOx浓度进行测定。
测定电极44为多孔质金属陶瓷电极。测定电极44还作为使得第三内部空腔61内的气氛中存在的NOx还原的NOx还原催化剂而发挥功能。测定电极44是：含有具有催化活性的贵金属(例如Pt、Rh、Ir、Ru、Pd的至少1种)的电极。优选不含有具有催化活性的贵金属的且使得针对测定对象气体(在本实施方式中为NOx)的催化活性下降的贵金属(例如Au、Ag等)。在本实施方式中，测定电极44为：Pt及Rh与ZrO2的多孔质金属陶瓷电极。
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：包括第二固体电解质层6、隔离层5、第一固体电解质层4、第三基板层3、测定电极44以及基准电极42。基于由测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检测出的电动势V2而对可变电源46进行控制。
关于导入至第二内部空腔40内的被测定气体，在氧分压受到控制的状况下，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)而产生氧。而且，利用测定用泵单元41对该产生的氧进行泵送，此时，对可变电源46的电压Vp2进行控制，以使得由测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检测出的控制电压V2恒定。在测定电极44的周围产生的氧的量、与被测定气体中的氮氧化物的浓度成正比，因此，利用测定用泵单元41的测定用泵电流Ip2而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、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，根据利用该传感器单元83获得的电动势Vref而能够检测出传感器外部的被测定气体中的氧分压。
并且，传感器元件101具备加热器部70，为了提高固体电解质的氧离子传导性，该加热器部70担负对传感器元件101进行加热保温的温度调整的作用。加热器部70具备：加热器电极71、加热器72、加热器导体76、通孔73、加热器绝缘层74、压力释放孔75。
加热器电极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。将加热器电极71与作为外部电源的加热器电源77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及第三基板层3从上下侧夹持的方式而形成的电阻体。加热器72借助加热器导体76、以及通孔73而与加热器电极71连接，并通过该加热器电极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及保温，其中，该加热器导体76连接于加热器72、且朝传感器元件101的长度方向后端侧延伸。
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，从而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。只要将温度调整为使得主泵单元21、辅助泵单元50以及测定用泵单元41能够进行动作即可。无需将上述整个区域调整为相同的温度，可以在传感器元件101存在温度分布。
关于本实施方式的传感器元件101，虽然形成为加热器72埋设于基体部102的方式，但并不限定于该方式。只要加热器72配设为对基体部102进行加热即可。即，加热器72只要能够将传感器元件101加热至：体现出能够使得上述主泵单元21、辅助泵单元50以及测定用泵单元41进行动作的氧离子传导性的程度即可。例如本实施方式那样，可以埋设于基体部102。或者，例如，加热器部70可以形成为：与基体部102不同的加热器基板，且配设于基体部102的相邻位置。
加热器绝缘层74是：在加热器72及加热器导体76的上下表面由氧化铝等绝缘体形成的绝缘层。加热器绝缘层74以获得第二基板层2与加热器72及加热器导体76之间的电绝缘性、以及第三基板层3与加热器72及加热器导体76之间的电绝缘性为目的而形成。
压力释放孔75形成为：将第三基板层3贯通、且将加热器绝缘层74与基准气体导入空间43连通。利用压力释放孔75能够缓和伴随着加热器绝缘层74内的温度升高的内压的升高。此外，也可以为：不具有压力释放孔75的结构。
上述传感器元件101以传感器元件101的前端部与被测定气体接触、且传感器元件101的后端部与基准气体接触的方式组装于气体传感器100。
(控制装置)
本实施方式的气体传感器100包括：上述传感器元件101、以及对传感器元件101进行控制的控制装置90。在气体传感器100中，传感器元件101的各电极22、23、51、44、42借助未图示的导线而与控制装置90电连接。图2是示出了：控制装置90与传感器元件101的各泵单元21、50、41、各传感器单元80、81、82、83以及加热器部70的电连接关系的框图。控制装置90包括：作为上述控制用电源的一例的脉冲电源24、上述可变电源46、52、加热器电源77以及控制部91。控制部91包括：驱动控制部92、浓度计算部93以及设定部94。
控制部91由通用或专用的计算机实现，利用搭载于计算机的CPU、存储器等而实现作为驱动控制部92、浓度计算部93以及设定部94的功能。此外，气体传感器100将来自汽车的发动机的废气中含有的NOx设为测定对象气体，在传感器元件101安装于排气路径的情况下，可以利用搭载于该汽车的ECU(Electronic Control Unit；电子控制装置)而实现控制装置90(特别是控制部91)的一部分功能或全部功能。
控制部91构成为：获取传感器元件101的各传感器单元80、81、82、83的电动势(V0、V1、V2、Vref)、各泵单元21、50、41的泵电流(Ip0、Ip1、Ip2)、以及加热器部70的加热器电压Vh和加热器电流Ih。另外，控制部91构成为：将控制信号输出至作为控制用电源的一例的脉冲电源24、可变电源52、46、以及加热器电源77。
驱动控制部92构成为：对加热器部70、主泵单元21、辅助泵单元50以及测定用泵单元41进行控制，以使得气体传感器100能够对测定对象气体(在本实施方式中为NOx)的浓度进行测定。
驱动控制部92将加热器72加热，另外，将加热器72的温度保持为期望的温度。
为了对加热器72进行加热，可以采用公知的各种控制方法。例如，可以对加热器72施加恒定的电压而将其加热。也可以基于加热器72的电阻值而对加热器电源77的输出进行控制。或者，还可以基于主泵单元21、辅助泵单元50以及测定用泵单元41的电阻值中的至少1个而对加热器电源77的输出进行控制。
例如，驱动控制部92基于根据加热器72的加热器电压Vh及加热器电流Ih计算出的加热器电阻值Rh(＝Vh/Ih)，对输出至加热器电源77的控制信号进行反馈控制，以使得加热器72达到目标温度。
驱动控制部92使得主泵单元21与辅助泵单元50联动工作。即，驱动控制部92进行如下控制：使反复导通截止的主泵电流Ip0在所述主泵单元21流通，以使得所述辅助泵单元50中流通的辅助泵电流Ip1达到规定的目标电流值(称为目标电流值Ip1SET)，并且，使所述辅助泵电流Ip1在辅助泵单元50流通，以使得所述辅助泵电极51与所述基准电极42之间的电动势V1达到规定的目标电压值(称为目标电压值V1SET)。
具体而言，驱动控制部92对辅助泵单元50的可变电源52的泵电压Vp1进行反馈控制，以使得辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81的电动势V1达到目标电压值V1SET。由此，将第二内部空腔40内的气氛中的氧分压控制至：实质上对NOx的测定无影响的低分压。
另外，与此同时，驱动控制部92基于辅助泵电流Ip1而对主泵单元21的脉冲电源24的主泵电流Ip0进行反馈控制，以使得辅助泵单元50的辅助泵电流Ip1达到恒定值(目标电流值Ip1SET)。本领域技术人员可以适当地决定目标电流值Ip1SET，可以设为大致处于1～20μA的范围内。即，关于辅助泵单元50，作为使得恒定的辅助泵电流Ip1流通的结果，进行主泵单元21的控制，以使得电动势V1达到目标电压值V1SET。因此，在主泵单元21中，将内侧主泵电极22附近的氧分压(氧浓度)控制为规定值。另外，其结果，主泵单元21的主泵电流Ip0根据被测定气体中的氧浓度而变化。
驱动控制部92对测定用泵单元41的可变电源46的泵电压Vp2进行反馈控制，以使得由测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检测出的电动势V2达到恒定值(称为目标值V2SET)。关于测定电极44，使得被测定气体中的氮氧化物还原(2NO→N2+O2)而产生氧。驱动控制部92利用测定用泵单元41将产生的氧泵送输出，以使得电动势V2达到设定值V2SET。设定值V2SET可以设定为：在测定电极44中实质上将NOx全部都分解的值。这样设定设定值V2SET，就能够在测定用泵单元41中将被测定气体中的NOx实质上全部都作为测定用泵电流Ip2而进行检测。准确而言，测定用泵电流Ip2中包括：由主泵单元21及辅助泵单元50控制之后的低浓度的氧引起的电流、以及源自被测定气体中的NOx的氧引起的电流。如上所述，将到达测定电极44的被测定气体中的氧保持恒定，从而能够根据测定用泵电流Ip2而准确地对源自被测定气体中的NOx的氧进行测定。其结果，能够作为与NOx浓度相对应的电流值而检测出测定用泵电流Ip2。
此外，目标电流值Ip1SET作为设定电流值(控制电流值)而存储于：作为驱动控制部92发挥功能的控制部91的存储器。目标电压值V1SET及目标值V2SET作为设定电压值(控制电压值)而存储于：作为驱动控制部92发挥功能的控制部91的存储器。作为驱动控制部92发挥功能的控制部91的CPU基于上述控制值而进行气体传感器100的驱动控制。
浓度计算部93构成为：计算出被测定气体中的NOx浓度，并将其输出。
浓度计算部93获取测定用泵单元41的测定用泵电流Ip2，基于预先存储的测定用泵电流Ip2与被测定气体中的NOx浓度的换算参数(电流-浓度换算参数)，而对被测定气体中的NOx浓度进行计算，并作为气体传感器100的测定值而输出。电流-浓度换算参数预先被存储于：作为浓度计算部93发挥功能的控制部91的存储器。本领域技术人员可以针对气体传感器100预先通过实验等而适当地规定电流-浓度换算参数。电流-浓度换算参数例如可以是通过实验而获得的近似式(一次函数等)的系数，也可以是表示测定用泵电流Ip2与被测定气体中的NOx浓度的对应关系的映射表。电流-浓度换算参数可以是每1个气体传感器100的固有参数，也可以是针对多个气体传感器而通用的参数。
设定部94获取：所述内侧主泵电极22与所述基准电极42之间产生的电位差V0，并基于所述电位差V0而设定所述辅助泵单元50的所述目标电压值V1SET。设定部94获取：主泵控制用氧分压检测传感器单元80的内侧主泵电极22与基准电极42之间的电位差V0，并基于获取的电位差V0的值而对上述驱动控制部92中所使用的辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81的电动势V1的目标电压值V1SET进行计算。设定部94将计算出的目标电压值V1SET设定为驱动控制部92的设定电压值(控制电压值)。驱动控制部92基于设定部94设定的目标电压值V1SET而进行上述控制。
目标电压值V1SET设定为：辅助泵电极51附近的氧浓度、即使得到达测定电极44的被测定气体中的残留氧达到规定浓度的值。如上所述，驱动控制部92联动地进行对主泵单元21及辅助泵单元50的控制。其结果，利用驱动控制部92将内侧主泵电极22附近的氧浓度控制为恒定。即，若将目标电压值V1SET设为：使得到达测定电极44的被测定气体中的残留氧达到规定浓度的值，其结果，使得内侧主泵电极22附近的氧浓度恒定。因此，能够基于与内侧主泵电极22附近的氧浓度相对应地产生的内侧主泵电极22与基准电极42之间的电位差V0而对目标电压值V1SET进行计算。
具体而言，基于获取的电位差V0以及预先被存储于作为设定部94发挥功能的控制部91的存储器的目标值计算参数，而对目标电压值V1SET进行计算。目标值计算参数例如是：表示电位差V0、电位差V0的时间变化量、或者电位差V0相对于目标值的偏差(即，内侧主泵电极22附近的氧浓度相对于目标值的偏差)、与目标电压值V1SET的值或变更量之间的关系的参数。本领域技术人员可以针对气体传感器100预先通过实验等而适当地规定目标值计算参数。目标值计算参数例如可以是：根据通过实验求出的内侧主泵电极22附近的氧浓度与电位差V0的关系、辅助泵电极51的氧浓度与电动势V1的关系而获得的关系式、映射表。
[测定对象气体的浓度检测]
接下来，对这样构成的气体传感器100的使用方法进行说明。说明对气体传感器100进行控制而测定被测定气体中的测定对象气体的浓度的检测方法。
本实施方式的气体传感器的控制方法包括如下步骤：
设定步骤，在该设定步骤中，获取所述内侧主泵电极与所述基准电极之间产生的电位差，并基于所述电位差而设定所述辅助泵单元的所述内侧辅助泵电极与所述基准电极之间的电动势的目标电压值；以及
氧浓度调整步骤，在该氧浓度调整步骤，在所述主泵单元中，对所述控制用电源进行控制而使反复导通截止的主泵电流流通，以使得所述辅助泵单元中流通的辅助泵电流达到规定的目标电流值，并且，使所述辅助泵电流在所述辅助泵单元流通，以使得所述内侧辅助泵电极与所述基准电极之间的电动势达到所述目标电压值。
图3是示出了气体传感器100的NOx浓度检测处理的一例的流程图。
例如若气体传感器100接收到启动信号(Dew point)，则开始NOx浓度检测处理。在气体传感器100搭载于汽车等的情况下，启动信号(Dew point)例如是从汽车的ECU、废气处理系统等对气体传感器100发送的信号。例如可以通过手动方式将控制装置90的电源接通而开始处理。
若开始NOx浓度检测处理，则控制部91的驱动控制部92首先对加热器72通电而开始加热器72的加热(步骤S10)，将传感器元件101维持为：使得固体电解质活化而能够高精度地进行NOx浓度的测定的驱动温度(例如800℃左右)。
接下来，驱动控制部92开始对主泵单元21、辅助泵单元50以及测定用泵单元41的泵控制(步骤S11)。即，驱动控制部92开始执行如下氧浓度调整步骤：在主泵单元21，对控制用电源的脉冲电源24进行反馈控制而使反复导通截止的主泵电流Ip0流通，以使得辅助泵单元50中流通的辅助泵电流Ip1达到规定的目标电流值Ip1SET，并且，在辅助泵单元50，对可变电源52进行反馈控制而使辅助泵电流Ip1流通，以使得辅助泵电极51与基准电极42之间的电动势V1达到目标电压值V1SET。另外，针对测定用泵单元41开始执行如下控制：对可变电源46进行反馈控制而使测定用泵电流Ip2流通，以使得测定电极44与基准电极42之间的电动势V2达到目标值V2SET。
关于主泵单元21、辅助泵单元50以及测定用泵单元41的各泵控制，可以全部同时开始，也可以在与其他泵单元的泵控制不同的定时开始至少1个泵单元的泵控制。可以在互不相同的定时开始全部泵单元的泵控制。另外，可以在传感器元件101达到驱动温度之后，再执行步骤S11，也可以在低于驱动温度的温度下执行步骤S11。
接下来，设定部94将规定的目标电压值V1SET设定为驱动控制部92的目标电压值V1SET(步骤S12)。在气体传感器100的驱动开始时，可以设定预先规定的目标电压值V1SET。在驱动控制部92作为初始值而具有目标电压值V1SET的情况下，可以在气体传感器100的驱动开始时不执行步骤S12而进入接下来的步骤。本领域技术人员可以适当地将目标电压值V1SET决定为：使得到达测定电极44的被测定气体中的氧浓度变为不会对NOx的测定造成影响的浓度的值。
在执行步骤S11、步骤S12、且持续进行泵控制的状态下，被测定气体按顺序从气体导入口10、第一扩散速度控制部11、缓冲空间12以及第二扩散速度控制部13通过而到达第一内部空腔20，通过主泵单元21的作用而将氧浓度调整为：应当导入至辅助泵单元50的浓度、即应当导入至第二内部空腔40的浓度。然后，被测定气体从第三扩散速度控制部30通过而到达第二内部空腔40，通过辅助泵单元50的作用而进一步将氧浓度调整为：应当导入至测定用泵单元41的浓度、即应当导入至第三内部空腔61的浓度。利用主泵单元21及辅助泵单元50将氧浓度调整为恒定的低浓度的被测定气体是从第四扩散速度控制部60通过而到达第三内部空腔61。到达第三内部空腔61的被测定气体中的NOx在测定电极44被分解，并与通过NOx的分解而产生的氧的量相对应地，使得测定用泵电流Ip2在测定用泵单元41流通。
接下来，浓度计算部93获取测定用泵单元41的测定用泵电流Ip2，基于获取的测定用泵电流Ip2、以及预先存储的测定用泵电流Ip2与被测定气体中的NOx浓度的换算参数(电流-浓度换算参数)而对被测定气体中的NOx浓度进行计算，并作为气体传感器100的测定值而将被测定气体中的NOx浓度检测值输出(步骤S13)。NOx浓度检测值作为气体传感器100的测定结果而输出。在气体传感器100进行测定的期间，连续地或者根据气体传感器的输出定时地执行步骤S13。
另外，与步骤S13并行地、即与气体传感器100对NOx浓度的检测并行地，执行如下的设定步骤：设定部94获取内侧主泵电极22与基准电极42之间产生的电位差V0，并基于所述电位差V0而设定辅助泵单元50的辅助泵电极51与基准电极42之间的电动势V1的目标电压值V1SET(步骤S13、S23～S25)。
在本实施方式中，设定部94获取主泵控制用氧分压检测传感器单元80的电位差V0(步骤S23)。设定部94判定：获取的电位差V0是否达到预先规定的目标值(步骤S24)。在电位差V0达到预先规定的目标值的情况下，设定部94持续地将电位差V0获取时刻的目标电压值V1SET设定为驱动控制部92的控制电压值。在保持电位差V0获取时刻的目标电压值V1SET的状态下，驱动控制部92持续执行泵控制。在该情况下，返回至步骤S23，设定部94获取主泵控制用氧分压检测传感器单元80的电位差V0。
在电位差V0偏离预先规定的目标值的情况下，设定部94基于相对于电位差V0的值或电位差V0的目标值的偏差值、以及存储于作为设定部94发挥功能的控制部91的存储器的目标值计算参数，而对新的目标电压值V1SET进行计算(步骤S25)。设定部94将计算出的新的目标电压值V1SET设定为驱动控制部92的控制电压值(步骤S12)，并执行步骤S13及步骤S23以后的步骤。通过设定新的目标电压值V1SET而进行主泵单元21及辅助泵单元50的控制，以使得电位差V0达到目标值。
设定部94执行基于电位差V0而设定目标电压值V1SET的上述设定步骤，由此能够以较高精度对辅助泵电极51附近的氧浓度进行控制。其结果，即使在被测定气体中的NOx浓度为低浓度的情况下，也能够高精度地对NOx浓度进行测定。
设定部94的驱动控制部92执行泵控制，并且在浓度计算部93将被测定气体中的NOx浓度检测值输出的状态下，并行地执行设定步骤。因此，能够一边利用气体传感器100持续地进行被测定气体中的测定对象气体(在本实施方式中为NOx)的测定，一边以较高精度对辅助泵电极51附近的氧浓度、即到达测定电极44的被测定气体中的氧的浓度进行控制。其结果，即使在被测定气体中的NOx浓度为低浓度的情况下，也能够连续且高精度地测定NOx浓度。
此处，对目标电压值V1SET以及电位差V0进行详细叙述。
在辅助泵电极51与基准电极42之间产生出：基于辅助泵电极51与基准电极42之间的氧浓度差的电动势。基准电极42与基准气体(在本实施方式中为大气)接触，因此，可以认为基准电极42附近的氧浓度始终恒定。因此，可以认为，因为辅助泵电极51与基准电极42之间的氧浓度差而产生的电动势为：表示辅助泵电极51附近的氧分压的值。
关于现有的气体传感器，例如上述国际公开WO2020/196653那样公开了如下内容：将辅助泵电极与基准电极之间的电动势设为恒定值，由此将辅助泵电极附近的氧分压控制为：实质上对NOx的测定无影响的低分压。这样，控制为低氧浓度的被测定气体到达测定电极，在测定用泵单元，检测出与NOx浓度相对应的测定用泵电流。
然而，在测定10～500ppm左右的低浓度区域的测定对象气体的情况下，有时测定值(即，检测出的测定用泵电流Ip2)产生偏差。本发明的发明人经研究判明：在被测定气体气体传感器的驱动中，有时到达测定电极44的被测定气体中的氧(残留氧)的量因为某种因素而变动，从而在测定用泵单元41检测出的测定用泵电流Ip2的值发生变动。若到达测定电极44的被测定气体中的残留氧的量发生变动，则在测定用泵单元41检测出的测定用泵电流Ip2的值不是根据被测定气体中的NOx浓度而变动(变化)。结果可知：特别是在被测定气体中的测定对象气体(在本实施方式中为NOx)的浓度较低的情况下，有时会对测定精度造成影响。
若在利用主泵单元21及辅助泵单元50而被控制为低氧浓度之后再到达测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度呈现恒定，则测定用泵电流Ip2中的因为残留氧而引起的电流就会恒定。因此，测定用泵电流Ip2变为：与NOx在测定电极44被还原而产生的氧的量相对应地发生变动的值。即，在测定用泵电流Ip2与被测定气体中的NOx浓度之间能够获得近似线性的相关关系。其结果，能够在测定用泵单元41检测出与NOx浓度相对应的测定用泵电流Ip2，从而能够高精度地测定NOx浓度。
在到达测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度发生变化的情况下，该残留氧浓度的变化ΔO2表现为：不是根据NOx浓度而是在测定用泵单元41流通的测定用泵电流Ip2的值的变化。
在测定含有高浓度的NOx的被测定气体的情况下，在测定用泵单元41检测出的测定用泵电流Ip2相对较大，因此，残留氧浓度的变化ΔO2引起的测定用泵电流Ip2的变化相对较小。因而，可以认为，能维持较高的测定精度。另一方面，在测定含有低浓度的NOx的被测定气体的情况下，在测定用泵单元41检测出的测定用泵电流Ip2相对较小，因此，残留氧浓度的变化ΔO2引起的测定用泵电流Ip2的变化相对较大，呈现出对测定精度造成的影响增大的趋势。
测定用泵电流Ip2包括：到达测定电极44的被测定气体中的残留氧所引起的电流、以及源自被测定气体中的NOx而在测定电极44产生的氧所引起的电流。然而，无法分离测定：残留氧所引起的电流、以及源自NOx的氧所引起的电流。因此，特别是在测定含有低浓度的NOx的被测定气体的情况下，重要的是充分减小残留氧浓度的变化ΔO2、即将残留氧浓度保持恒定。将残留氧浓度保持恒定，从而能够在测定用泵单元41准确地检测出源自被测定气体中的NOx的氧。
本发明的发明人进一步研究了到达测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度的变化ΔO2的原因，结果判明：在对气体传感器100进行驱动的状态下，辅助泵电极51与基准电极42之间的电动势V1不仅包括因为辅助泵电极51与基准电极42之间的氧浓度差而产生的电动势，还包括除此以外的其他因素。
根据本发明的发明人的研究可知，电动势V1包括：
(1)因为辅助泵电极51与基准电极42之间的氧浓度差而产生的浓度差电动势V(oxygen)；
(2)因为辅助泵电极51与基准电极42之间的温差而产生的热电动势V(thermal)；以及
(3)因为辅助泵电流Ip1在辅助泵电极51流通而产生的电位差、即因为辅助泵电流Ip1与辅助泵电极51的电阻值而产生的电位差V(IR)。
另外，例如，在将氧吸入至基准电极42而对基准电极42附近的基准气体气氛进行控制的情况下，电流还在基准电极42流通。在该情况下，可以认为，除了上述电动势以外，电动势V1还包括：因为在基准电极42流通的电流与基准电极42的电阻值而产生的电位差V(IR)’。
为了将辅助泵电极51附近的氧分压设为恒定，只要将(1)浓度差电动势V(oxygen)设为恒定即可。若(2)热电动势V(thermal)、以及(3)电位差V(IR)恒定，则将电动势V1设为恒定、即将(1)浓度差电动势V(oxygen)设为恒定。
然而，若(2)热电动势V(thermal)以及(3)电位差V(IR)的至少任一方因为某种原因而发生变动，则即使将电动势V1控制为恒定，有时(1)浓度差电动势V(oxygen)也发生变动。其结果，辅助泵电极51附近的氧分压有可能发生变动。(2)热电动势V(thermal)以及(3)电位差V(IR)例如有可能根据被测定气体的温度的变化、流量/流速的变化而发生变动。另外，例如，有时因为气体传感器的使用而使得辅助泵电极51、基准电极42随时间的经过发生变化，从而导致电阻值分别改变(通常增大)。在电极电阻值这样随时间的经过而发生变化的情况下，(2)热电动势V(thermal)、以及(3)电位差V(IR)也有可能发生变动。
例如，在(2)热电动势V(thermal)以及(3)电位差V(IR)在电动势V1中占据的比例增大的情况下，原本应当被控制为恒定的(1)浓度差电动势V(oxygen)相对减小。若在该状态下将电动势V1控制为恒定值，则将辅助泵电极51附近的氧浓度控制为：趋向于比目标氧浓度高的方向。即，将到达测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度控制为趋向于升高的方向。
另外，相反，在(2)热电动势V(thermal)以及(3)电位差V(IR)在电动势V1中占据的比例减小的情况下，原本应当被控制为恒定的(1)浓度差电动势V(oxygen)相对增大。若在该状态下将电动势V1控制为恒定值，则将辅助泵电极51附近的氧浓度控制为：趋向于比目标氧浓度低的方向。即，将到达测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度控制为：趋向于降低的方向。
如上所述，可以认为，(2)热电动势V(thermal)以及(3)电位差V(IR)在电动势V1中占据的比例的变化对残留氧浓度的变化ΔO2造成影响。
例如，在大气气氛下对气体传感器100进行驱动，在使得主泵单元21、辅助泵单元50以及测定用泵单元41的泵控制全部都停止的状态下，对辅助泵电极51与基准电极42之间产生的电动势V1进行测定，由此能够求出(2)热电动势V(thermal)。
如上所述，根据辅助泵电流Ip1以及辅助泵电极51的电阻值而产生(3)电位差V(IR)。例如，在大气气氛下对气体传感器100进行驱动，在使得主泵单元21、辅助泵单元50以及测定用泵单元41的泵控制全部都停止的状态下，根据使恒定的辅助泵电流Ip1在辅助泵单元50流通而产生的电动势V1，能够计算出辅助泵电极51的电阻值。
这样，(2)热电动势V(thermal)以及(3)电位差V(IR)是在未进行泵控制的状态下获得的值，因此，难以在对气体传感器100进行驱动而检测NOx浓度的状态下求出(2)热电动势V(thermal)以及(3)电位差V(IR)。
如上所述，联动地执行主泵单元21及辅助泵单元50的控制。即，驱动控制部92使辅助泵电流Ip1在辅助泵单元50流通，以使得辅助泵电极51与基准电极42之间的电动势V1达到目标电压值V1SET。另外，与此同时，基于辅助泵电流Ip1而对主泵单元21的脉冲电源24的主泵电流Ip0进行反馈控制，以使得辅助泵单元50的辅助泵电流Ip1达到目标电流值Ip1SET。即，在辅助泵单元50中，使恒定的辅助泵电流Ip1流通，其结果，能够执行主泵单元21的控制，以使得电动势V1达到目标电压值V1SET。结果表明，内侧主泵电极22附近的氧浓度达到与辅助泵电极51附近的氧浓度相对应的浓度。
因此，在引起辅助泵电极51附近的氧浓度、即到达测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度的变化ΔO2的情况下，对于内侧主泵电极22附近的氧浓度也引起变化。如上所述，能够根据主泵控制用氧分压检测传感器单元80的内侧主泵电极22与基准电极42之间的电位差V0，而检测出内侧主泵电极22附近的氧浓度。因此，本发明的发明人发现：能够根据内侧主泵电极22与基准电极42之间的电位差V0的变化，而检测到到达测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度的变化ΔO2。
根据上述见解，本发明的发明人发现：通过执行如下设定步骤，即，设定部94获取内侧主泵电极22与基准电极42之间产生的电位差V0，并基于所述电位差V0而设定辅助泵单元50的辅助泵电极51与基准电极42之间的电动势V1的目标电压值V1SET，由此能够将到达测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度的变化ΔO2校正为零或者实质上变为零。残留氧浓度的变化ΔO2实质上变为零是表示：到达测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度实质上恒定，即，表示：以即使在测定用泵电流Ip2的电流值相对较小的低浓度区域也不会对NOx浓度的测定精度造成影响的程度而恒定。这样，本发明的发明人发现：通过执行上述测定步骤，能够以较高精度对到达测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度进行控制。通过高精度地将残留氧浓度保持恒定，在测定用泵单元41中能够准确地检测出源自被测定气体中的NOx的氧。其结果，即使在低浓度区域也能够以较高的测定精度进行NOx浓度的测定。
如上所述，驱动控制部92利用脉冲电源24使反复导通截止的主泵电流Ip0在主泵单元21流通。将从第一内部空腔20吸出氧的主泵电流Ip0的流向设为正向，将向第一内部空腔20吸入氧的主泵电流Ip0的流向设为负向。主泵电流Ip0的正向是指：图1中的主泵电流Ip0的箭头的方向，且是电流在传感器元件101的外侧从内侧主泵电极22向外侧泵电极23流动的方向。
图4是：示出了从第一内部空腔20吸出氧的情况、即主泵电流Ip0沿正向流通的情况下的主泵电流Ip0以及电位差V0随时间的变化的示意图。图4(1)是：示出了主泵电流Ip0随时间的变化的示意图。横轴表示时刻t，纵轴表示主泵电流Ip0。纵轴的朝上方向为主泵电流Ip0的正向。图4(2)是：示出了电位差V0随时间的变化的示意图。横轴表示时刻t，纵轴表示电位差V0。关于电位差V0，将基准电极42的电位高于内侧主泵电极22的状态设为正。在图4(2)中，纵轴的朝上方向设为正向。关于电位差V0的值，内侧主泵电极22附近的氧浓度越高则显示出越小的值，内侧主泵电极22附近的氧浓度越低则显示出越大的值。
在本实施方式中，如图4(1)所示，在主泵单元21，借助脉冲电源24而流通的主泵电流Ip0为：以周期T而反复导通截止的脉冲状的波形电流。例如，若主泵电流Ip0在某周期T的开始点的时刻t1导通，则主泵电流Ip0从0A升高而达到最大电流Ip0max，该状态持续至：经过了导通期间TON的时刻t2为止。若主泵电流Ip0在时刻t2截止，则主泵电流Ip0从最大电流Ip0max下降而变为0A，直至经过了截止期间TOFF的时刻t4为止，主泵电流Ip0为0A。这样，周期T由导通期间TON以及紧随其后的截止期间TOFF构成。此外，关于实际的主泵电流Ip0，从时刻t1的升高、从时刻t2的下降都需要微小时间，在图4(1)中示意性地由矩形波表示。另外，脉冲电源24输出的主泵电流Ip0即使是在截止的截止期间TOFF，有时也会因为噪声等的影响而有微弱的主泵电流Ip0流通，但在图4(1)中省略图示。
如上所述，驱动控制部92基于辅助泵电流Ip1而对主泵单元21的脉冲电源24的主泵电流Ip0进行反馈控制，以使得辅助泵单元50的辅助泵电流Ip1达到规定值(目标电流值Ip1SET)。在主泵单元21中，利用主泵电流Ip0在1个周期(周期T)的期间从第一内部空腔20吸出的氧的量、与1个周期的期间的主泵电流Ip0的平均值Ip0ave(参照图4(1)的单点划线)成正比。因此，驱动控制部92基于辅助泵电流Ip1，向下述这样的脉冲电源24输出控制信号，即：例如对周期T中占据的导通期间TON的比例(占空比)、周期T以及最大电流Ip0max的至少任一参数进行变更这样的脉冲电源24，使平均值Ip0ave发生变化。驱动控制部92可以将平均值Ip0ave作为控制信号输出至脉冲电源24，脉冲电源24基于控制信号而对上述的至少任一参数进行变更。或者，驱动控制部92可以将辅助泵电流Ip1作为控制信号而输出至脉冲电源24，脉冲电源24基于控制信号而对上述至少任一参数进行变更。在本实施方式中，驱动控制部92将占空比(或占空比的变化量)作为控制信号而输出至脉冲电源24，脉冲电源24基于控制信号而使主泵电流Ip0的占空比发生变化。占空比基于控制信号而变化，占空比的最大值例如可以为90％以下。在该情况下，截止期间TOFF相对于周期T的比例的最小值为10％以上。另外，优选地，占空比的最大值可以为80％以下。在该情况下，截止期间TOFF相对于周期T的比例的最小值为20％以上。
图4(1)中的断续的主泵电流Ip0的周期T可以是：周期T的期间的第一内部空腔20内的实际的氧浓度被保持为已被平均控制的状态的程度的较短的时间。换言之，导通期间TON与截止期间TOFF之间的第一内部空腔20内的实际的氧浓度的变化可以是：对辅助泵单元50的氧浓度的调整不会造成影响的程度的较短的时间。若设为这种周期T，则能够将第一内部空腔20内的实际的氧浓度、即导入至第二内部空腔40的被测定气体中的氧浓度控制为规定的浓度。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)。在本实施方式中，周期T设为0.0005s(5ms；频率为200Hz)。
另外，例如，当控制装置90在每个规定的周期Tout而将导出的NOx浓度输出至车辆的发动机ECU等其他装置时，优选使周期T为周期Tout的10分之1以下。若设为这样的周期T，则能够以与周期Tout相比足够短的周期T来进行被测定气体中的氧浓度的控制，从而能够更稳定地输出测定对象气体的浓度。
例如，在辅助泵单元50的辅助泵电流Ip1大于目标电流值Ip1SET的情况下，驱动控制部92以增大主泵电流Ip0的占空比(不改变周期T而延长导通期间TON)的方式对脉冲电源24进行控制，由此增大主泵电流Ip0的平均值Ip0ave且进一步减小第一内部空腔20内的氧浓度。在图4(1)中，作为例子，示出了进行相对于第1次的周期T的导通期间TON(时刻t1～t2)而将第2次的周期T的导通期间TON(时刻t4～t5)设为2倍的长度(将占空比设为2倍)的控制的情况。在该情况下，第2次的周期T的平均值Ip0ave相对于第1次的周期T的平均值Ip0ave而变为2倍。在第2次的周期T中，平均值Ip0ave为2倍，因此，与第1次的周期T的期间相比，将更多的氧从第一内部空腔20吸出。其结果，内侧主泵电极22附近的氧浓度在第2次的周期T中降低，如图4(2)所示，第2次的周期T的结束点(时刻t6)的电位差V0b’大于第1次的周期T的结束点(时刻t4)的电位差V0b。
接下来，对主泵控制用氧分压检测传感器单元80的电位差V0进行详细说明。主泵控制用氧分压检测传感器单元80的电位差V0为：内侧主泵电极22与基准电极42之间的电位差。电位差V0主要是因为内侧主泵电极22与基准电极42之间的氧浓度差而产生的电位差，因此，成为：与第一内部空腔20内(内侧主泵电极22附近)的氧浓度相对应的值。然而，在最大电流Ip0max在脉冲电源24流通的导通期间TON中，因为最大电流Ip0max流通而使得内侧主泵电极22的电位发生变化。电位的变化量大致为：与最大电流Ip0max和内侧主泵电极22的电阻值的积相对应的值。与导通期间TON的电位差V0相比，主泵电流Ip0在脉冲电源24未流通的截止期间TOFF的电位差V0变为：与内侧主泵电极22附近的氧浓度相对应的值。
更详细地观察电位差V0的变动可知，因为断续的主泵电流Ip0在脉冲电源24流通而使得内侧主泵电极22的电位也断续地变化。其结果，电位差V0也与内侧主泵电极22的电位的变动相对应地周期性地变动。如图4(2)所示，电位差V0也以与图4(1)所示的主泵电流Ip0的导通截止联动的方式且以脉动的方式周期性地变动。
例如，在图4(2)中，电位差V0受到最大泵电流Ip0max从时刻t1开始流通所造成的电位的影响而开始变化(开始升高)。然后，电位差V0受到最大泵电流Ip0max在时刻t2流通所造成的电位的影响而变为最大变化的值V0a(最大值)，由于主泵电流Ip0在起始自时刻t2的截止期间TOFF中未流通，从而最大泵电流Ip0max在此前紧邻的导通期间TON中流通所造成的电位的影响会消失，变化开始收敛(开始下降)。而且，在时刻t4变为：最未体现出变化的值V0b(最小值)。可以认为，电位差V0的升高或下降的速度取决于：内侧主泵电极22的静电容量(也称为电容量、电容值)以及内侧主泵电极22的电阻值(例如，静电容量与电阻值的积)。考虑到电位差V0的升高或下降的速度，可以将截止期间TOFF相对于周期T的比例设为10％以上(即，占空比为90％以下)。优选地，截止期间TOFF相对于周期T的比例可以设为20％以上(即，占空比为80％以下)。
主泵电流Ip0的截止期间TOFF由非稳定期间Tnon-stable、以及稳定期间Tstable构成，其中，该非稳定期间Tnon-stable为：从截止期间TOFF的开始点、至因主泵电流Ip0在此前紧邻的导通时间TON中流通而引起的电位差V0的变化收敛且收敛为电位差V0的值为止的期间，该稳定期间Tstable为：未因为主泵电流Ip0在此前紧邻的导通时间TON中流通而引起电位差V0的变化的期间。此处，未因为主泵电流Ip0流通而引起电位差V0的变化还包含：电位差V0的变化十分小的含义。
对于未因为主泵电流Ip0在此前紧邻的导通时间TON中流通而引起电位差V0的变化的稳定期间Tstable，以下述方式进行定义。将主泵电流Ip0的1次的周期T的期间的、电位差V0的值V0b至值V0a的范围设为0％～100％，以此为基准，来规定电位差V0的稳定期间Tstable。具体而言，将主泵电流Ip0截止而使得电位差V0下降且达到规定的百分比的时刻至下一个周期的开始点、即因为主泵电流Ip0的导通而使得电位差V0开始升高(开始增大)的时刻的期间设为稳定期间Tstable。本领域技术人员可以适当地设定规定的百分比。作为规定的百分比，例如可以为1％～50％。例如，可以为50％以下、40％以下、30％以下、20％以下、15％以下、10％以下、5％以下、或者1％以下。在本实施方式中，将主泵电流Ip0截止而使得电位差V0达到10％以下至因为下一个周期的主泵电流Ip0的导通而使得电位差V0开始升高为止的期间(时刻t3～t4)设为稳定期间Tstable。
或者，可以将稳定期间Tstable定义为：电位差V0为截止期间TOFF的电位差V0的平均值以下的期间。
非稳定期间Tnon-stable是：从截止期间TOFF的开始点、至因主泵电流Ip0在此前紧邻的导通时间TON中流通而引起的电位差V0的变化收敛且收敛为电位差V0的值为止的期间。即，在1个周期T中，为：从截止期间TOFF的开始点至稳定期间Tstable的开始点为止的期间(图4(2)中的时刻t2～t3)。
稳定期间Tstable的长度有可能因为周期T中的导通时间TON的长度(占空比的大小)等而改变。
在图4(2)中，电位差V0在主泵电流Ip0截止的时刻t2，开始变为最大变化的值V0a，在导通期间TON较长的情况下，有时在时刻t2之前达到值V2a且该状态持续至时刻t2。另外，电位差V0在下一个周期的主泵电流Ip0导通的时刻t4，开始变为未最大变化的值V0b，有时在时刻t4之前达到值V0b且该状态持续至时刻t4。
在稳定期间Tstable，未因为主泵电流Ip0在此前紧邻的导通时间TON中流通而引起电位差V0的变化，即，变化十分小，因此，稳定期间Tstable的电位差V0为：更准确地表示内侧主泵电极22附近的氧浓度的值。
这样，电位差V0受到主泵电流Ip0的影响而变动。在没有主泵电流Ip0在脉冲电源24流通的截止期间TOFF，因为主泵电流Ip0流通而引起的电位差V0的变化就会减小，因此，电位差V0表示内侧主泵电极22附近的氧浓度。并且，在稳定期间Tstable，未因为主泵电流Ip0在此前紧邻的导通时间TON中流通而引起电位差V0的变化，即，电位差V0的变化十分小，因此，电位差V0为：更准确表示内侧主泵电极22附近的氧浓度的值。
如上所述，在步骤S23中，设定部94获取：主泵控制用氧分压检测传感器单元80的电位差V0。可以适当地规定获取电位差V0的定时，设定部94可以在没有主泵电流Ip0在主泵单元21流通的截止期间TOFF中，来获取：内侧主泵电极22与基准电极42之间的电位差V0。由此，能够获取主泵电流Ip0的影响较少的电位差V0。即，能够获取表示内侧主泵电极22附近的氧浓度的电位差V0。
更优选地，设定部94可以在没有主泵电流Ip0在主泵单元21流通且没有因为电位差V0的主泵电流Ip0流通而引起变化的稳定期间Tstable，来获取：内侧主泵电极22与基准电极42之间的电位差V0。由此能够获取主泵电流Ip0的影响较少的电位差V0。即，能够获取：更准确地表示内侧主泵电极22附近的氧浓度的电位差V0。
另外，如图4(2)所示，电位差V0显示出如下趋势：越接近稳定期间Tstable的结束时刻(时刻t4)，因为主泵电流Ip0流通而引起的电位差V0的变化越小。因此，设定部94例如可以在稳定期间Tstable的后半段期间的任意时刻，来获取内侧主泵电极22与基准电极42之间的电位差V0。
另外，例如，设定部94可以在没有主泵电流Ip0在主泵单元21流通的截止期间TOFF中包含的规定的时刻，来获取内侧主泵电极22与基准电极42之间的电位差V0。例如，可以将规定的时刻规定为：截止期间TOFF的结束时刻的规定时间之前的时刻。越是接近截止期间TOFF的结束时刻的时刻越好。可以将规定的时刻设定为：包含于未因为上述主泵电流Ip0流通而引起电位差V0的变化的稳定期间Tstable中。例如，可以通过实验求出预先设想或设定的最大占空比的电位差V0随时间的变化，并将最大占空比的情况下包含于稳定期间Tstable中的任意时刻设定为所述规定的时刻。不监视电位差V0随时间的变化，便能够获取：更准确地表示内侧主泵电极22附近的氧浓度的电位差V0。
至此，以从第一内部空腔20吸出氧的情况、即主泵电流Ip0沿正向流通的情况为例进行了说明。然而，在被测定气体中含有的氧的浓度非常低的情况下、或者含有较多碳氢化合物HC等情况下，有时根据被测定气体的组成而将氧吸入至第一内部空腔20，即，有时主泵电流Ip0沿负向流通。图5是：示出了主泵电流Ip0沿负向流通的情况下的主泵电流Ip0以及电位差V0随时间的变化的示意图。图5(1)是：示出了主泵电流Ip0随时间的变化的示意图。横轴表示时刻t，纵轴表示主泵电流Ip0。与图4(1)相同，纵轴的朝上方向为主泵电流Ip0的正向。图5(2)是：示出了电位差V0随时间的变化的示意图。横轴表示时刻t，纵轴表示电位差V0。关于电位差V0，将基准电极42的电位高于内侧主泵电极22的状态设为正。在图5(2)中，与图4(2)相同，将纵轴的朝上方向设为正向。
在主泵电流Ip0沿负向流通的情况下，例如，若主泵电流Ip0在某周期T的开始点的时刻t1导通，则主泵电流Ip0从0A在负向上变为最大电流Ip0max(-最大电流Ip0max)，该状态持续至：经过了导通期间TON的时刻t2。若主泵电流Ip0在时刻t2截止，则主泵电流Ip0从-最大电流Ip0max变为0A，直至经过了截止期间TOFF的时刻t4为止，主泵电流Ip0都保持为0A。在本实施方式中，沿正向流通的最大电流Ip0max与沿负向流通的最大电流(-最大电流Ip0max)的绝对值设为相同，但正向与负向的绝对值也可以不同。
电位差V0也受到沿负向断续地流通的主泵电流Ip0的影响而断续地变动。例如，在图5(2)中，电位差V0从时刻t1起受到负向的最大电流Ip0max(-最大电流Ip0max)流通所造成的电位的影响而开始变化(开始下降)。然后，电位差V0在时刻t2受到负向的最大电流Ip0max(-最大电流Ip0max)流通所造成的电位的影响而变为最大变化的值V0c(最小值)，在起始自时刻t2的截止期间TOFF没有主泵电流Ip0流通，从而负向的最大电流Ip0max(-最大电流Ip0max)在此前紧邻的导通期间TON流通所造成的电位的影响消失而变化开始收敛(开始升高)。而且，在时刻t4，变为：最未发生变化的值V0d(最大值)。
例如，在辅助泵单元50的辅助泵电流Ip1大于目标电流值Ip1SET的情况下，驱动控制部92以减小负向的主泵电流Ip0的占空比、或者使正向的主泵电流Ip0流通的方式对脉冲电源24进行控制，由此进一步减小第一内部空腔20内的氧浓度。
另外，例如，在辅助泵单元50的辅助泵电流Ip1小于目标电流值Ip1SET的情况下，驱动控制部92以增大负向的主泵电流Ip0的占空比的方式对脉冲电源24进行控制，由此进一步增大第一内部空腔20内的氧浓度。在图5(1)中，作为例子，示出了进行相对于第1次的周期T的导通期间TON(时刻t1～t2)而将第2次的周期T的导通期间TON(时刻t4～t5)设为2倍的长度(将占空比设为2倍)的控制的情况。在该情况下，相对于第1次的周期T的负向的平均值Ip0ave而言，第2次的周期T的负向的平均值Ip0ave变为2倍。在第2次的周期T中，负向的平均值Ip0ave变为2倍，因此，与第1次的周期T的期间相比，会将更多的氧向第一内部空腔20吸入。其结果，在第2次的周期T中，内侧主泵电极22附近的氧浓度增大，如图5(2)所示，与第1次的周期T的结束点的电位差V0d相比，第2次的周期T的结束点的电位差V0d’减小。
即使在主泵电流Ip0沿负向流通的情况下，也将主泵电流Ip0的1次的周期T的期间内的、电位差V0的值V0c至值V0d的范围设为0％～100％，并以此为基准来规定截止期间TOFF的电位差V0的非稳定期间Tnon-stable以及稳定期间Tstable。具体而言，将主泵电流Ip0截止而电位差V0增大从而达到规定的百分比的时刻至下一个周期的开始点、亦即将主泵电流Ip0导通而电位差V0开始下降(开始降低)的时刻的期间设为稳定期间Tstable。与沿正向流通的主泵电流Ip0的情况相同地，本领域技术人员可以适当地设定规定的百分比。作为规定的百分比，例如可以为50％～99％。例如，可以为50％以上、60％以上、70％以上、80％以上、85％以上、90％以上、95％以上或者99％以上。在本实施方式中，将主泵电流Ip0截止而电位差V0达到90％以上、至下一个周期的主泵电流Ip0导通而电位差V0开始下降的期间(时刻t3～t4)设为稳定期间Tstable。
或者，可以将稳定期间Tstable定义为：电位差V0达到截止期间TOFF的电位差V0的平均值以上的期间。
非稳定期间Tnon-stable为：从截止期间TOFF的开始点、至因主泵电流Ip0在此前紧邻的导通时间TON流通而引起的电位差V0的变化收敛且收敛为电位差V0的值为止的期间。即，在1个周期T中，为：从截止期间TOFF的开始点、至稳定期间Tstable的开始点为止的期间(图5(2)中的时刻t2～t3)。
设定部94判定：内侧主泵电极22与基准电极42之间的电位差V0是否达到预先规定的目标值。若电位差V0达到目标值，则未引起残留氧浓度的变化ΔO2，因此，持续利用电位差V0获取时刻的目标电压值V1SET。电位差V0达到目标值包含有：相对于目标值而言的偏差仍处于规定范围内的含义。相对于目标值而言的偏差仍处于规定范围内是指：未引起实质性的残留氧浓度的变化ΔO2的范围。在电位差V0偏离目标值的情况下，会引起残留氧浓度的变化ΔO2，因此，设定部94基于相对于电位差V0的值或电位差V0的目标值的偏差值而对新的目标电压值V1SET进行计算。电位差V0偏离目标值包含：相对于目标值而言的偏差超出规定范围的含义。
本领域技术人员可以适当地决定电位差V0的目标值。在辅助泵单元50中，可以将目标值设定为：作为使恒定的辅助泵电流Ip1流通的结果，使得辅助泵电极51附近的氧浓度、即到达测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度达到规定值。目标值可以设定为：使得到达测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度的变化ΔO2收敛在相对于NOx浓度的期望的测定精度而被容许的范围内的值。例如，考虑到达后述的测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度的变动幅度，电位差V0的目标值可以为150mV～300mV。
本领域技术人员可以适当地决定相对于目标值的偏差的规定范围。可以基于相对于NOx浓度的期望的测定精度而被容许的、且是到达测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度的变化ΔO2的范围而决定。或者，可以基于泵控制的控制上的微弱变动的程度而决定。例如，考虑到达后述的测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度的变动幅度，相对于电位差V0的目标值而言的偏差可以处于5mV以内～30mV以内。
或者，可以预先设定电位差V0的目标范围。在内侧主泵电极22与基准电极42之间的电位差V0处于目标范围内的情况下，实质上未引起残留氧浓度的变化ΔO2，因此，持续利用电位差V0获取时刻的目标电压值V1SET。在电位差V0偏离目标范围的情况下，实质上引起残留氧浓度的变化ΔO2，因此，设定部94基于电位差V0的值而对新的目标电压值V1SET进行计算。
这样，通过执行基于电位差V0而设定目标电压值V1SET的上述设定步骤，能够实质上不引起辅助泵电极51附近的氧浓度、即到达测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度的变化ΔO2。即，能够将到达测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度控制为恒定。关于目标电压值V1SET，作为设定步骤的结果，能够获得300mV～450mV左右的值。例如可以以0.1ppm以下、0.01ppm以下、0.001ppm以下、或者0.0001ppm左右的浓度将到达测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度保持恒定。只要以能够达成：高精度地测定10～500ppm左右的低浓度的测定对象气体(本实施方式中为NOx)的本发明的目的的程度，而将到达测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度保持于恒定的范围(规定的变动幅度以内)即可。优选在尽量小的范围(变动幅度)内控制残留氧浓度。若在将到达测定电极44的被测定气体中的残留氧浓度控制为0.001ppm的情况下，则例如只要将残留氧浓度的变动幅度设为0.0001ppm以下(1/10以下)、或者0.00005ppm以下(1/20以下)即可。本领域技术人员可以根据气体传感器100的使用目的而适当地决定残留氧浓度的变动幅度。
在电位差V0偏离预先规定的目标值的情况下，设定部94基于相对于电位差V0的值而言或者相对于电位差V0的目标值而言的偏差值，而对新的目标电压值V1SET进行计算。设定部94可以基于在各周期T中获取的电位差V0的值(例如稳定期间Tstable中的值)，而对新的目标电压值V1SET进行计算。或者，可以基于在多个周期T的各周期中分别获取的电位差V0的值(例如基于在互不相同的周期获取的多个电位差V0的平均值)，而对新的目标电压值V1SET进行计算。例如，在设定部94仅基于在1个周期中获取的电位差V0而对新的目标电压值V1SET进行计算的情况下，有时获取的电位差V0有可能因瞬间的电位差V0的变动、电噪声等，而变为与表示内侧主泵电极22附近的氧浓度的值不同的值。在该情况下，设定部94有可能使得目标电压值V1SET过度变化。若目标电压值V1SET过度变化，则辅助泵单元50中流通的辅助泵电流Ip1、以及主泵单元21中因为脉冲电源24而流通的主泵电流Ip0(平均值Ip0ave)就会过度变化，从而有可能会引起振动或振荡等控制不稳定的情况。与此相对，例如，若设定部94基于在多个周期中获取的稳定期间Tstable中的电位差V0的平均值等而对目标电压值V1SET进行计算，则根据实际的内侧主泵电极22附近的氧浓度而对目标电压值V1SET进行计算，因此，控制容易变得更稳定。在本实施方式中，设定部94预先将每个周期T的稳定期间Tstable中的规定定时的电位差V0存储于作为设定部94发挥功能的控制部91的存储器，基于最近存储的多次(例如3次)的电位差V0的平均值而对目标电压值V1SET进行计算。
如上所述，作为本发明的实施方式的例子，示出了检测被测定气体中的NOx浓度的气体传感器100，但本发明并不局限于该方式。只要处于：达成高精度地测定含有低浓度的测定对象气体的较大浓度范围的测定对象气体这样的本发明的目的的范围，则本发明中可以包含具有各种方式的传感器元件、控制装置的结构的气体传感器。
在上述实施方式中，如图4(1)所示，断续的主泵电流Ip0形成为每1个周期具有1个矩形波的电流(矩形的单脉冲电流)，但并不局限于此。例如，作为断续的主泵电流Ip0，脉冲电源24也可以利用图6所示的瞬时脉冲电流。在该情况下，驱动控制部92可以以变更振荡期间TA在周期T(瞬时周期)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4次)、1次的振荡(脉冲)的时间Ta、脉冲的周期(Ta+Tb)、以及最大电流Ip0max的至少任一参数的方式将控制信号输出至脉冲电源24，并使1个周期的期间的主泵电流Ip0的平均值Ip0ave发生变化。
在如图6那样将主泵电流Ip0设为瞬时脉冲电流的情况下，电位差V0的变化期间Tchange包含于振荡期间TA中，稳定期间Tstable包含于非振荡期间TB中。更具体而言，在主泵电流Ip0是瞬时脉冲电流的情况下，将振荡期间TA视为主泵电流Ip0导通的期间(图4的时刻t1～t2)，且将非振荡期间TB视为主泵电流Ip0截止的期间(图4的时刻t2～t4)而以与上述实施方式相同的方法定义稳定期间Tstable。
在上述实施方式、以及上述瞬时脉冲电流中，如图4(1)所示，脉冲电源24使矩形波的脉冲电流作为主泵电流Ip0流通，但并不局限于矩形波(方形波)，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，也可以使上述波中的1种以上的波合成而成的波形的脉冲电流流通。
在图4(1)、图5(1)及图6中，以矩形示出了主泵电流Ip0的脉冲电流，但是，如上所述，实际的主泵电流Ip0的下降、或升高都需要微小的时间。即，脉冲电流中实际上存在升高时间以及下降时间，脉冲电流并未形成为完整的矩形。因此，例如，在脉冲电流的脉冲幅度过小的情况下[例如，在瞬时脉冲电流中1次的振荡(脉冲)的时间Ta过小的情况下]，有时因升高时间的影响而使得脉冲电流的实际的波高值未达到理想的矩形波形的波高值。在该情况下，驱动控制部92进行：在主泵单元21中将上述辅助泵电流Ip1设为恒定值(目标电流值Ip1SET)的反馈控制，即使将控制信号输出至：应当将平均值Ip0ave设为某目标值的脉冲电源24，实际的平均值Ip0ave也低于理论上的平均值Ip0ave。其结果，有时实际的平均值Ip0ave会偏离目标值，无法高精度地对被测定气体中的氧浓度进行控制。另一方面，若脉冲电流的脉冲幅度较大，则即使存在升高时间，脉冲电流的实际的波高值也会达到理想的矩形波形的波高值。在该情况下，难以引起实际的平均值Ip0ave与目标值的偏差。
因此，优选地，驱动控制部92以主泵电流Ip0的脉冲幅度成为实际的波高值达到理想矩形波形的波高值那样的值的方式对主泵单元21进行控制。即，优选地，驱动控制部92以使得主泵电流Ip0的脉冲幅度成为规定的下限值以上的方式控制主泵电流Ip0。
在上述实施方式中，脉冲电源24构成为电流源，但也可以利用电压源。可以利用脉冲电源24对内侧主泵电极22与外侧泵电极23之间施加断续的电压Vp0而使得断续的主泵电流Ip0流通。
在上述实施方式中，设定部94构成为：基于相对于电位差V0的值而言或者相对于电位差V0的目标值而言的偏差值而适当地变更辅助泵单元50的目标电压值V1SET，但是，也可以在辅助泵单元50的目标电压值V1SET的基础上，还对目标电流值Ip1SET进行变更。例如，在相对于电位差V0的目标值而言的偏差较大的情况下，通过变更目标电压值V1SET以及目标电流值Ip1SET的双方，而能够控制为使得电位差V0更快达到目标值。
在上述实施方式中，气体传感器100对被测定气体中的NOx浓度进行检测，但测定对象气体并不局限于NOx。例如，测定对象气体可以是NOx以外的其他氧化物气体(例如二氧化碳CO2、水H2O等)。在测定对象气体是氧化物气体的情况下，与上述的检测NOx浓度的实施方式相同，将含有氧化物气体自身的被测定气体导入至第三内部空腔61，在测定电极44使被测定气体中的氧化物气体还原而产生氧。能够作为测定用泵单元41的测定用泵电流Ip2获取产生的氧而对测定对象气体进行检测。
另外，例如，测定对象气体可以是氨气NH3等的非氧化物气体。在测定对象气体是非氧化物气体的情况下，将非氧化物气体变换为氧化物气体(例如在氨气NH3的情况下变换为NO)，将含有变换后的氧化物气体的被测定气体导入至第三内部空腔61。在测定电极44，使被测定气体中的变换后的氧化物气体还原而产生氧。能够将产生的氧作为测定用泵单元41的测定用泵电流Ip2来获取，从而对测定对象气体进行检测。能够使内侧主泵电极22以及辅助泵电极51的至少任一方作为催化剂发挥功能而进行非氧化物气体向氧化物气体的变换。
在上述实施方式中，辅助泵单元50及测定用泵单元41利用可变电源52、46而进行使连续的电流流通的控制，但并不局限于此。除了主泵单元21以外，还可以进行：使断续的泵电流在辅助泵单元50以及测定用泵单元41的至少1个以上的部件中流通的控制。例如，关于主泵单元21、辅助泵单元50以及测定用泵单元41的所有部件，可以进行：使断续的泵电流流通的控制。即，可以利用作为电流源的脉冲电源而取代辅助泵单元50的可变电源52，并可以利用作为电流源的脉冲电源而取代测定用泵单元41的可变电源46。在该情况下，在辅助泵单元50中，对辅助泵单元50的脉冲电源的辅助泵电流Ip1进行反馈控制，以使得辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81的电动势V1达到目标电压值V1SET，在主泵单元21中，对脉冲电源24的主泵电流Ip0进行反馈控制，以使得上述辅助泵电流Ip1达到目标电流值Ip1SET。由此，能够与上述实施方式同样地作为与被测定气体中的NOx浓度相对应的电流值而检测测定用泵电流Ip2。
关于上述实施方式的气体传感器100，如图1所示，传感器元件101形成为如下构造：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的3个内部空腔，并在各内部空腔分别配置有内侧主泵电极22、辅助泵电极51以及测定电极44，但并不局限于此。例如，也可以形成为如下构造：具备第一内部空腔20以及第二内部空腔40这2个内部空腔，并在第一内部空腔20配置有内侧主泵电极22，且在第二内部空腔40配置有辅助泵电极51以及测定电极44。在该情况下，例如，可以作为辅助泵电极51与测定电极44之间的扩散速度控制部而形成出将测定电极44覆盖的多孔体保护层。
关于上述实施方式的气体传感器100，外侧泵电极23兼具主泵单元21的外侧主泵电极、辅助泵单元50的外侧辅助泵电极以及测定用泵单元41的外侧测定电极的3个电极的功能，但并不局限于此。例如，外侧主泵电极、外侧辅助泵电极以及外侧测定电极可以分别作为不同的电极而形成。例如，可以将外侧主泵电极、外侧辅助泵电极以及外侧测定电极的任1个以上的部件设置为：与外侧泵电极23不同地在基体部102的外表面与被测定气体接触。或者，基准电极42可以兼用作外侧主泵电极、外侧辅助泵电极以及外侧测定电极的任1个以上的部件。
如上所述，根据本发明，能够以较高精度对到达测定电极的被测定气体中的残留氧浓度进行控制，因此，即使在10～500ppm左右的低浓度区域也能够高精度地对测定对象气体进行测定。其结果，能够高精度地对包括低浓度的测定对象气体在内的较大浓度范围(例如10～5000ppm)的测定对象气体进行测定。
另外，根据本发明，气体传感器100构成为：一边进行NOx浓度的测定，一边基于电位差V0而设定目标电压值V1SET。因此，根据本发明，能够一边利用气体传感器100持续进行被测定气体中的测定对象气体(本实施方式中为NOx)的测定，一边以较高精度对到达测定电极的被测定气体中的残留氧浓度进行控制。其结果，即使在被测定气体中的NOx浓度为低浓度的情况下，也能够连续且高精度地测定NOx浓度。

Claims (8)

1.一种气体传感器，其对被测定气体中的测定对象气体进行检测，包括：传感器元件、以及对所述传感器元件进行控制的控制装置，其中，
所述传感器元件包括：
长条板状的基体部，其包括氧离子传导性的固体电解质层；
被测定气体流通部，其从所述基体部的长度方向上的一个端部形成；
主泵单元，其包括内侧主泵电极及外侧主泵电极，所述内侧主泵电极配设于所述被测定气体流通部的内表面，所述外侧主泵电极配设于所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置，且与所述内侧主泵电极对应；
辅助泵单元，其包括内侧辅助泵电极及外侧辅助泵电极，所述内侧辅助泵电极配设于所述被测定气体流通部的内表面的、比所述内侧主泵电极更远离所述基体部的长度方向上的所述一个端部的位置，所述外侧辅助泵电极配设于所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置，且与所述内侧辅助泵电极对应；
测定用泵单元，其包括内侧测定电极及外侧测定电极，所述内侧测定电极配设于所述被测定气体流通部的内表面的、比所述内侧辅助泵电极更远离所述基体部的长度方向上的所述一个端部的位置，所述外侧测定电极配设于所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置，且与所述内侧测定电极对应；以及
基准电极，其在所述基体部的内部被配设为与基准气体接触，
所述主泵单元使反复导通截止的主泵电流流通，以使得所述辅助泵单元中流通的辅助泵电流达到规定的目标电流值，
所述辅助泵单元使所述辅助泵电流流通，以使得所述内侧辅助泵电极与所述基准电极之间的电动势达到规定的目标电压值，
所述控制装置包括：
控制用电源，其用于使所述反复导通截止的主泵电流在所述主泵单元流通；以及
设定部，其设定所述辅助泵单元的所述目标电压值，
所述设定部获取：所述内侧主泵电极与所述基准电极之间产生的电位差，并基于所述电位差而设定所述辅助泵单元的所述目标电压值。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，
所述设定部在所述主泵单元中未利用所述控制用电源而使所述主泵电流流通的截止期间，获取所述内侧主泵电极与所述基准电极之间产生的所述电位差。
3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其中，
所述设定部在所述主泵单元中未利用所述控制用电源而使所述主泵电流流通、且没有因为所述电位差的所述主泵电流流通而引起变化的稳定期间，获取所述内侧主泵电极与所述基准电极之间产生的所述电位差。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的气体传感器，其中，
所述控制用电源包括：使得所述主泵电流周期性地导通截止的脉冲电源，
所述设定部在所述脉冲电源的周期T中的未利用所述脉冲电源而使得所述主泵电流流通的截止期间中所包含的规定的时刻，针对每个所述周期T而获取所述内侧主泵电极与所述基准电极之间产生的所述电位差。
5.一种气体传感器的控制方法，用于对被测定气体中的测定对象气体进行检测，其中，
所述气体传感器包括：传感器元件、以及对所述传感器元件进行控制的控制装置，
所述传感器元件包括：
长条板状的基体部，其包括氧离子传导性的固体电解质层；
被测定气体流通部，其从所述基体部的长度方向上的一个端部形成；
主泵单元，其包括内侧主泵电极及外侧主泵电极，所述内侧主泵电极配设于所述被测定气体流通部的内表面，所述外侧主泵电极配设于所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置，且与所述内侧主泵电极对应；
辅助泵单元，其包括内侧辅助泵电极及外侧辅助泵电极，所述内侧辅助泵电极配设于所述被测定气体流通部的内表面的、比所述内侧主泵电极更远离所述基体部的长度方向上的所述一个端部的位置，所述外侧辅助泵电极配设于所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置，且与所述内侧辅助泵电极对应；
测定用泵单元，其包括内侧测定电极及外侧测定电极，所述内侧测定电极配设于所述被测定气体流通部的内表面的、比所述内侧辅助泵电极更远离所述基体部的长度方向上的所述一个端部的位置，所述外侧测定电极配设于所述基体部的与所述被测定气体流通部不同的位置，且与所述内侧测定电极对应；以及
基准电极，其在所述基体部的内部被配设为与基准气体接触，
所述控制装置包括控制用电源，该控制用电源用于使反复导通截止的主泵电流在所述主泵单元流通，
所述控制方法包括如下步骤：
设定步骤，在该设定步骤中，获取所述内侧主泵电极与所述基准电极之间产生的电位差，并基于所述电位差而设定所述辅助泵单元的所述内侧辅助泵电极与所述基准电极之间的电动势的目标电压值；以及
氧浓度调整步骤，在该氧浓度调整步骤，在所述主泵单元中，对所述控制用电源进行控制而使反复导通截止的主泵电流流通，以使得所述辅助泵单元中流通的辅助泵电流达到规定的目标电流值，并且，使所述辅助泵电流在所述辅助泵单元流通，以使得所述内侧辅助泵电极与所述基准电极之间的电动势达到所述目标电压值。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其中，
在所述设定步骤，在所述主泵单元中未利用所述控制用电源而使所述主泵电流流通的截止期间，获取所述内侧主泵电极与所述基准电极之间产生的所述电位差。
7.根据权利要求5或6所述的控制方法，其中，
在所述设定步骤，在所述主泵单元中未利用所述控制用电源而使所述主泵电流流通、且没有因为所述电位差的所述主泵电流流通而引起变化的稳定期间，获取所述内侧主泵电极与所述基准电极之间产生的所述电位差。
8.根据权利要求5～7中任一项所述的控制方法，其中，
所述控制用电源包括：使得所述主泵电流周期性地导通截止的脉冲电源，
在所述设定步骤，在所述脉冲电源的周期T中的未利用所述脉冲电源而使得所述主泵电流流通的截止期间中所包含的规定的时刻，针对每个所述周期T而获取所述内侧主泵电极与所述基准电极之间产生的所述电位差。
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