CN116773633A - 气体传感器及气体传感器中的浓度校正方法 - Google Patents

气体传感器及气体传感器中的浓度校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种气体传感器及气体传感器中的浓度校正方法，该气体传感器即便在基准气体空间侧产生了污染气体的情况下、也可抑制测定精度劣化。气体传感器的控制器具备：浓度确定部，其基于通过施加规定的泵电压而在测定电极与空腔外泵电极之间与规定气体成分的浓度相对应地流通的测定泵电流来确定规定气体成分的浓度；以及校正处理部，其对浓度确定部中确定的规定气体成分的浓度进行校正，校正处理部基于预先确定的偏置电流值或偏置电流值的标准化值与气体传感器启动时测定泵电流产生的输出变动之间的相关关系，对规定气体成分的浓度进行校正，该偏置电流值为不含规定气体成分的被测定气体流通时的测定泵电流的大小。

Description

气体传感器及气体传感器中的浓度校正方法
技术领域
本发明涉及具备陶瓷制的传感器元件的气体传感器，特别涉及确保气体传感器中的测定精度。
背景技术
以往，作为对汽车的发动机等内燃机中的燃烧气体、废气等被测定气体中的规定气体成分的浓度进行测定的装置，众所周知有采用氧化锆(ZrO2)等氧离子传导性固体电解质陶瓷形成了传感器元件的气体传感器。
该气体传感器通常具有如下构成的主体部，该构成为，陶瓷制的长条板状的传感器元件(检测元件)在金属制的收纳部件的内部(中空部)通过陶瓷支撑件和滑石粉等陶瓷的压粉体而被固定，利用压粉体，使得用于将被测定气体向测定电极等所在的元件内部导入的气体导入口所在的一个端部侧与供基准气体(大气)导入的另一个端部侧之间实现气密性密封(例如参见专利文献1)。
收纳部件的另一个端部侧为也称之为所谓的外筒的圆筒状部件，在其末端嵌入有作为密封(Seal)部件的橡胶塞。由上述外筒和橡胶塞围绕的空间为基准气体空间。在橡胶塞具备供将中心元件和外部电连接的若干引线插穿的贯通孔。基准气体通常直接使用气体传感器制作过程中将橡胶塞嵌入于外筒的时刻存在于外筒内的大气，不过，之后从橡胶塞的贯通孔与引线之间的间隙通过而进入于外筒内的大气也能够成为基准气体。
另外，在传感器元件的另一个端部，基准气体从基准气体空间向元件内部导入，且提供基准电位的基准电极设置成能够与基准气体接触。通过基准电极与氧浓度恒定的基准气体接触，使得基准电位保持恒定，由此在基准电极与测定电极等配备于传感器元件的其他电极之间产生与该电极周围的气氛相对应的电位差。
配置于传感器元件的各种电极通过在元件内部或者元件侧面所配设的电极导通部而与配备于元件端部的连接端子电连接，还已知使将基准电极和作为该连接端子的电极焊盘之间连接的基准电极导通部为多孔质的传感器元件(例如参见专利文献2)。
此外，还已知如下气体传感器元件，其中，被导入被测定气体的被测定气体室的宽度W1和在朝向被测定气体室的气体导入口所配置的多孔质扩散阻力层的宽度W2满足W1＜W2的关系(例如参见专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第6401644号公报
专利文献2：日本特许第5832479号公报
专利文献3：日本特开2020－71128号公报
发明内容
对于专利文献1中公开的气体传感器，其主体部配置于来自发动机的排气路径而在废气气氛下使用，且在传感器元件本身由加热器加热等高温的环境下使用。因此，当开始使用，主体部被加热到高温时，有时因附着于外筒内表面的油分挥发或者从橡胶塞产生气体而产生污染气体，基准气体被该污染气体污染。并且，作为该污染气体到达至基准电极的结果，有可能发生如下状况，即，应当保持恒定的基准电位发生变化，无法保持气体传感器的测定精度。认为上述状况在专利文献2中公开那样的基准电极导通部为多孔质的情况下更容易发生。
专利文献1所公开的气体传感器中，由外侧电极、基准电极、以及配备于两者之间的固体电解质构成的电化学泵单元中，通过对两个电极间施加规定的电压，能够从元件外部向基准气体空间吸入氧，通过进行该吸入，即便在基准气体被污染的情况下，也能够保持基准电位恒定。
然而，上述污染气体不仅到达基准电极，有时经由测定电极导通部等电极导通部而到达至测定电极以及更靠近气体导入口的内部空腔。于是，本来应当从气体导入口导入后在氧浓度被调整为规定值之后到达测定电极的被测定气体被经由导通部而侵入的污染气体污染，结果气体传感器中的测定精度可能有时会劣化。即便侵入量微小，在测定对象气体成分的浓度较小的情况下，其影响也无法忽略。
例如，专利文献3中公开如下方案，即，通过被测定气体室的宽度W1比以往小而使得配置于气体传感器元件的电极的宽度也变小的情况下，为了使包括引线部在内的电极部的阻抗不大幅变化，将与各电极连接的电极导通部的宽度设定为相对变大，从而调整为规定的电极阻抗。像这样使引线部的宽度变大的情况下，引线部的扩散阻力变小，污染气体经由引线部而到达的量增加的可能性提高。
另外，将专利文献2所公开的多孔质的电极导通部还用于除基准电极导通部以外的电极导通部，这能够抑制铂的使用量，成本降低，但是，经由电极导通部的污染气体的侵入量有可能增加。
本发明是鉴于上述课题而实施的，其目的在于，提供即便在基准气体空间侧产生了污染气体、也可抑制测定精度劣化的气体传感器。
为了解决上述课题，本发明的第一方案是能够对被测定气体中的规定气体成分进行监测的气体传感器，其特征在于，具备：传感器元件，该传感器元件具有由氧离子传导性的固体电解质构成的长条板状的基体部，且在一个端部侧具备监测部；壳体，所述传感器元件收纳并固定于该壳体的内部；以及控制器，该控制器对所述气体传感器的动作进行控制，所述壳体具备：外筒，该外筒具备内部存在基准气体的基准气体空间，所述传感器元件的另一个端部侧突出到所述基准气体空间内；以及密封部件，该密封部件嵌入于所述外筒的端部，将所述基准气体空间密封，所述传感器元件具备：至少1个氧分压调整用内部空腔，该至少1个氧分压调整用内部空腔在规定的扩散阻力之下与配备于所述一个端部侧的所述被测定气体的导入口连通；测定用内部空腔，该测定用内部空腔与所述至少1个氧分压调整用内部空腔进一步连通；空腔外泵电极，该空腔外泵电极配置于除所述至少1个氧分压调整用内部空腔及所述测定用内部空腔以外的部位；测定电极，该测定电极面对所述测定用内部空腔而设置；测定泵单元，该测定泵单元中，通过施加规定的泵电压而在所述测定电极与所述空腔外泵电极之间流通有与所述规定气体成分的浓度相对应的测定泵电流；以及测定电极引线部，该测定电极引线部具备自所述测定电极延伸存在的能够将所述传感器元件的外部和所述测定电极电连接的测定电极导通部和将所述测定电极导通部覆盖的测定导通部绝缘层，所述控制器具备：浓度确定部，该浓度确定部基于所述测定泵电流来确定所述规定气体成分的浓度；以及校正处理部，该校正处理部对所述浓度确定部中确定的所述规定气体成分的浓度进行校正，所述校正处理部基于预先确定的偏置电流值或所述偏置电流值的标准化值与所述气体传感器启动时所述测定泵电流产生的输出变动之间的相关关系，对所述规定气体成分的浓度进行校正，该偏置电流值为不含所述规定气体成分的被测定气体流通时的所述测定泵电流的大小。
本发明的第二方案在第一方案所涉及的气体传感器的基础上，其特征在于，所述校正处理部具备温度推定部，该温度推定部基于预先确定的温度推定信息，对所述密封部件的温度进行推定，在判断为所述气体传感器启动后所述密封部件的温度超过了规定的阈值温度的情况下，对所述规定气体成分的浓度进行校正。
本发明的第三方案在第一或第二方案所涉及的气体传感器的基础上，其特征在于，所述校正处理部具备时间测量部，该时间测量部对执行所述规定气体成分的浓度校正的时间进行测量，通过所述时间测量部而测得的时间的累积值到达预先设定的最大需要校正时间以后，将所述规定气体成分的浓度的校正停止。
本发明的第四方案是能够对被测定气体中的规定气体成分进行监测的气体传感器中的浓度校正方法，其特征在于，所述气体传感器具备：传感器元件，该传感器元件具有由氧离子传导性的固体电解质构成的长条板状的基体部，且在一个端部侧具备监测部；以及壳体，所述传感器元件收纳并固定于该壳体的内部，所述壳体具备：外筒，该外筒具备内部存在基准气体的基准气体空间，所述传感器元件的另一个端部侧突出到所述基准气体空间内；以及密封部件，该密封部件嵌入于所述外筒的端部，将所述基准气体空间密封，所述传感器元件具备：至少1个氧分压调整用内部空腔，该至少1个氧分压调整用内部空腔在规定的扩散阻力之下与配备于所述一个端部侧的所述被测定气体的导入口连通；测定用内部空腔，该测定用内部空腔与所述至少1个氧分压调整用内部空腔进一步连通；空腔外泵电极，该空腔外泵电极配置于除所述至少1个氧分压调整用内部空腔及所述测定用内部空腔以外的部位；测定电极，该测定电极面对所述测定用内部空腔而设置；测定泵单元，该测定泵单元中，通过对所述测定电极与所述空腔外泵电极之间施加规定的泵电压而在所述测定用内部空腔与所述传感器元件的外部之间流通有与所述规定气体成分的浓度相对应的测定泵电流；以及测定电极引线部，该测定电极引线部具备自所述测定电极延伸存在的能够将所述传感器元件的外部和所述测定电极电连接的测定电极导通部和将所述测定电极导通部覆盖的测定导通部绝缘层，这种情况下，所述浓度校正方法具备：浓度确定工序，该工序中，基于所述测定泵电流来确定所述规定气体成分的浓度；以及校正处理工序，该工序中，对所述浓度确定工序中确定的所述规定气体成分的浓度进行校正，所述校正处理工序中，基于预先确定的偏置电流值或所述偏置电流值的标准化值与所述气体传感器启动时所述测定泵电流产生的输出变动之间的相关关系，对所述规定气体成分的浓度进行校正，该偏置电流值为不含所述规定气体成分的被测定气体流通时的所述测定泵电流的大小。
本发明的第五方案在第四方案所涉及的气体传感器中的浓度校正方法的基础上，其特征在于，所述校正处理工序具备温度推定工序，该温度推定工序中，基于预先确定的温度推定信息，对所述密封部件的温度进行推定，所述温度推定工序中，在判断为所述气体传感器启动后所述密封部件的温度超过了规定的阈值温度的情况下，对所述规定气体成分的浓度进行校正。
本发明的第六方案在第四或第五方案所涉及的气体传感器中的浓度测定方法的基础上，其特征在于，所述校正处理工序具备时间测量工序，该时间测量工序中，对执行所述规定气体成分的浓度校正的时间进行测量，通过所述时间测量工序而测得的时间的累积值到达预先设定的最大需要校正时间以后，不进行所述规定气体成分的浓度的校正。
发明效果
根据本发明的第一至第六方案，能够抑制因气体传感器启动时在基准气体空间产生污染气体而导致NOx浓度的测定精度劣化。
附图说明
图1是气体传感器100的沿着长度方向的主要部分截面图。
图2是概要地表示传感器元件101的构成的一例的沿着元件长度方向的垂直截面图。
图3是表示控制器110中实现的功能性构成要素的框图。
图4是表示包括自内侧泵电极22、辅助泵电极51及测定电极44分别延伸存在的电极导通部的电极引线部的配置的平面图。
图5是表示包括自外侧泵电极23延伸存在的电极导通部的电极引线部的配置的平面图。
图6是将使气体传感器在NOx浓度恒定的试样气体气氛下动作时自动作开始的NOx电流Ip2的变化与橡胶塞106的温度变化一同示出的图表的一例。
图7是表示Ip2偏置与NOx电流Ip2的输出变动量之间的相关关系的一例的图。
图8是用于说明输出变动量的评价方法的图。
图9是表示校正处理部1103中进行的校正处理的具体顺序的图。
符号说明
1～3…第一～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、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、22P…主泵电极引线部、23…外侧泵电极、23T…端子电极、30…第三扩散速度控制部、40…第二内部空腔、41…测定泵单元、42…基准电极、43…基准气体导入空腔、44…测定电极、44P…测定电极引线部、48…大气导入层、50…辅助泵单元、51…辅助泵电极、51P…辅助泵电极引线部、60…第四扩散速度控制部、61…第三内部空腔、70…加热器部、100…气体传感器、101…传感器元件、102…保护罩、103…固定螺栓、104…外筒、105…连接器、106…橡胶塞、107…引线、120…环绕装配部件、151…接点部件、H1～H4…贯通孔、SP…基准气体空间。
具体实施方式
＜气体传感器的构成＞
图1是本发明的实施方式中的气体传感器100的(更详细而言，其主体部的)沿着长度方向的主要部分截面图。本实施方式中，气体传感器100安装于未图示的内燃机(例如汽车的发动机)的排气路径而进行使用，通过配备于其内部的传感器元件101，对流通于该排气路径的作为被测定气体的废气中包含的规定的气体成分(例如NOx等)进行检测。应予说明，图1中，将竖直方向示为z轴方向，气体传感器100的长度方向与z轴方向一致(之后的图中也是同样的)。
下文中，对内燃机为汽车的发动机、气体传感器100的检测对象气体成分为NOx的情形进行说明。不过，本实施方式中说明的与NOx浓度的确定及其校正相关的方法也可以应用于能够基于同样的原理进行测定及校正的其他气体种类。
气体传感器100主要构成为：传感器元件101、环绕装配于其周围的环绕装配部件120、进一步环绕装配于环绕装配部件120的周围且将该环绕装配部件120收纳的筒状体130由保护罩102、固定螺栓103、外筒104覆盖。换言之，概要而言，气体传感器100构成为：传感器元件101在筒状体130内部的轴中心位置沿着轴向贯通，环绕装配部件120在筒状体130的内部环绕装配于传感器元件101。主要是，筒状体130、保护罩102、外筒104构成传感器元件101的壳体(收纳部件)。
传感器元件101是：以由氧化锆等氧离子传导性固体电解质陶瓷形成的元件体为主要构成材料的长条的柱状或者薄板状的部件。传感器元件101配置于筒状体130的沿着长度方向的中心轴上。下文中，还将与筒状体130的长度方向一致的中心轴的延伸方向称为轴线方向。图1及之后的图中，轴线方向与z轴方向一致。
传感器元件101构成为：在第一末端部101a那侧具有气体导入口、具备内部空腔等的监测部，并且，在元件体表面及内部具备各种电极、配线图案。传感器元件101中，导入至内部空腔的被测气体在内部空腔内被还原甚至分解而产生氧离子。气体传感器100中，基于流通于元件内部的氧离子的量与被测气体中的该气体成分的浓度呈正比例，求出该气体成分的浓度。
传感器元件101的表面的自第一末端部101a起算的长度方向上的规定范围由保护膜111覆盖。设置保护膜111的目的在于，对设置有内部空腔、电极等的传感器元件101的第一末端部101a附近予以保护，以防受到因被水等所带来的热冲击，该保护膜111还称为耐热冲击保护层。保护膜111为由例如Al2O3等形成的厚度为10μm～2000μm左右的多孔质膜。保护膜111优选根据其目的而形成为能够耐受50N左右以内的力。不过，图1及之后的各图中的保护膜111的形成范围只不过是示例，实际的形成范围根据传感器元件101的具体结构适当地进行确定。
保护罩102是：对传感器元件101中的使用时与被测气体直接接触的部分即第一末端部101a予以保护的大致圆筒状的外装部件。保护罩102焊接固定于筒状体130的附图中的下侧(z轴方向负侧)的外周端部(后述的缩径部131的外周)。
图1所示的情况下，保护罩102为外侧罩102a和内侧罩102b这样的2层结构。外侧罩102a和内侧罩102b分别设置有气体可通过的多个贯通孔H1及H2、H3及H4。应予说明，图1所示的贯通孔的种类、配置个数、配置位置、形状等只不过是示例，可以考虑被测定气体流向保护罩102内部的流入方式而适宜地确定。
固定螺栓103是：将气体传感器100固定于测定位置时使用的环状部件。固定螺栓103具备：形成有螺纹的螺栓部103a、以及将螺栓部103a旋合时进行保持的保持部103b。螺栓部103a与在气体传感器100的安装位置所设置的螺母旋合。例如，通过螺栓部103a旋合于在汽车的排气管所设置的螺母部，使得气体传感器100以保护罩102那侧在排气管内露出的方式固定于该排气管。
外筒104是：其一个端部(附图中的下端部)焊接固定于筒状体130的附图中的上侧(z轴方向正侧)的外周端部的金属制的圆筒状部件。在外筒104的内部配置有连接器105。另外，在外筒104的另一个端部(附图中的上端部)，作为密封(Seal)部件，嵌入有橡胶塞106。气体传感器100中，筒状体130与橡胶塞106之间且是由外筒104围绕的空间为基准气体空间SP。换言之，基准气体空间SP由橡胶塞106密封。传感器元件101的第二末端部101b突出到基准气体空间SP内。例如大气作为进行NOx浓度测定时的基准气体而向该基准气体空间SP内导入。
在连接器105具备与配备于传感器元件101的第二末端部101b的未图示的多个端子电极接触的多个接点部件151。接点部件151与插穿于橡胶塞106的引线107连接。引线107与气体传感器100外部的图1中未图示的控制器110、各种电源连接。
应予说明，图1中将接点部件151和引线107分别仅示出各2个，不过，这是示例。
筒状体130是：还称为主体金属件的金属制的筒状部件。在筒状体130的内部收纳有传感器元件101和环绕装配部件120。换言之，筒状体130进一步环绕装配于在传感器元件101周围环绕装配的环绕装配部件120的周围。
筒状体130主要具备：厚壁的主部130M，其通过与轴线方向平行的圆筒状的内表面130a而形成圆筒状的内空间；缩径部131，其配备于附图中的轴线方向下端部(z轴方向负侧)，且比主部130M更厚；薄壁的凿密部132，其自位于附图中的轴线方向上的上端的主部130M的端面130c进一步向上方延伸，且向趋向轴中心的方向弯曲；以及卡止部133，其向周向外侧突出。
凿密部132弯曲而将配置于内部的环绕装配部件120(直接将第二陶瓷支撑件123)自附图中的上方按压并固定(约束)。应予说明，如后所述，凿密部132在将环绕装配部件120环绕装配于传感器元件101后被弯曲。
环绕装配部件120包括：第一陶瓷支撑件121、压粉体122、以及第二陶瓷支撑件123。
第一陶瓷支撑件121及第二陶瓷支撑件123为陶瓷制的绝缘子。更详细而言，在第一陶瓷支撑件121及第二陶瓷支撑件123的轴中心位置设置有与传感器元件101的截面形状相对应的矩形的贯通孔(省略图示)，在该贯通孔插穿有传感器元件101，由此第一陶瓷支撑件121及第二陶瓷支撑件123环绕装配于传感器元件101。应予说明，第一陶瓷支撑件121在附图中的下方卡止于筒状体130的锥面130b。
另一方面，压粉体122是将滑石粉等陶瓷粉末成型得到的，并且，以与第一陶瓷支撑件121及第二陶瓷支撑件123同样地在贯通孔插穿有传感器元件101而环绕装配于传感器元件101周围的状态配置于筒状体130的内部，之后，进一步被压缩而成为一体。更详细而言，形成压粉体122的陶瓷粒子被第一陶瓷支撑件121及第二陶瓷支撑件123和筒状体130围绕，且紧密地填充于供传感器元件101贯穿的空间。
气体传感器100中，概要而言，通过由第一陶瓷支撑件121的锥面130b进行的卡止和凿密部132自第二陶瓷支撑件123的附图中的上侧进行的按压，实现了筒状体130内部的传感器元件101和环绕装配部件120的固定。此外，通过压粉体122的压缩充填，实现了传感器元件101的第一末端部101a侧与第二末端部101b侧之间的气密性密封。
＜传感器元件及控制器的概要构成＞
图2是概要地表示传感器元件101的构成的一例的沿着元件长度方向的垂直截面图。图2中，省略了传感器元件101的第一末端部101a侧所具备的保护膜111的图示，不过，一同示出了控制器110，该控制器110对气体传感器100的各部分的动作进行控制，并且，基于流通于传感器元件101的NOx电流(测定泵电流)来确定NOx浓度。
控制器110包括至少1个处理器(未图示)及存储器(未图示)，控制器110具有的各功能通过处理器执行存储器中所存储的软件来实现。存储器为例如非易失性或易失性的半导体存储器。
图3是表示上述控制器110中实现的功能性构成要素的框图。控制器110中，作为功能性构成要素，具备：元件动作控制部1101，其对传感器元件101的各部分的动作进行控制；NOx浓度确定部1102，其对NOx浓度进行确定；以及校正处理部1103，其在后述的规定状况下，对NOx浓度确定部1102中确定的NOx浓度进行校正。另外，校正处理部1103具备：密封部件温度(橡胶塞温度)推定部1103A，其承担着对橡胶塞106的温度进行推定的处理；校正时间测量部1103B，其承担着对校正处理的时间进行测量并对其累积值(累积校正时间)进行保持的处理；以及校正执行部1103C，其实际执行校正处理。
应予说明，本实施方式中，控制器110包括供气体传感器100电连接的对汽车各部分的动作进行控制的ECU(电子控制装置，未图示)。
传感器元件101为平板状的(长条板状的)陶瓷制的元件体，其具有在附图中自下侧开始按照分别含有作为氧离子传导性固体电解质的氧化锆(ZrO2)(例如含有氧化钇稳定氧化锆(YSZ)等)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的顺序对这六个固体电解质层进行层叠而得到的结构。另外，形成这六个层的固体电解质是致密且气密的固体电解质。此外，下文中，有时将图2中的这六个层各自的上侧的面简称为上表面、且将下侧的面简称为下表面。另外，将传感器元件101中的含有固体电解质的部分的整体统称为基体部。
例如以如下方式制造上述传感器元件101：对与各层相对应的陶瓷生片进行规定的加工以及电路图案(例如，电极、电极导通部、导通部绝缘层等)的印刷等，然后使它们层叠，进而进行烧成而使它们实现一体化。
在传感器元件101的第一末端部101a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，兼用作气体导入口10的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以按顺序依次连通的方式邻接地形成。
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(区域)，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。应予说明，气体导入口10也同样地，可以有别于第一扩散速度控制部11而为在第一末端部101a以将隔离层5挖空的方式设置的方案。这种情况下，第一扩散速度控制部11以比气体导入口10更靠内部的方式邻接地形成。
第一扩散速度控制部11、第二扩散速度控制部13、第三扩散速度控制部30、以及第四扩散速度控制部60均设置成2条横长的(与附图垂直的方向构成开口的长度方向的)狭缝。此外，从气体导入口10至最里面的内部空腔即第三内部空腔61的部位还被称为气体流通部。
另外，在传感器元件101的第二末端部101b侧，在第三基板层3的上表面与隔离层5的下表面之间、且在侧部由第一固体电解质层4的侧面区划而成的位置，设置有基准气体导入空腔43。基准气体导入空腔43相对于外筒104内的基准气体空间SP呈开口，作为基准气体的大气从基准气体空间SP导入。
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腔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腔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内的氧浓度(氧分压)进行测定。
在气体流通部，气体导入口10(第一扩散速度控制部11)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而从外部空间引入传感器元件101内。
第一扩散速度控制部11是对引入的被测定气体施加规定的扩散阻力的部位。
缓冲空间12是为了将从第一扩散速度控制部11导入的被测定气体向第二扩散速度控制部13引导而设置的空间。
第二扩散速度控制部13是对从缓冲空间12向第一内部空腔20导入的被测定气体施加规定的扩散阻力的部位。
在被测定气体从传感器元件101外部导入至第一内部空腔20内时，因外部空间的被测定气体的压力变动(被测定气体为汽车的尾气的情况下的排气压力的脉动)而从气体导入口10急剧地引入传感器元件101内部的被测定气体并非直接向第一内部空腔20导入，而是在通过第一扩散速度控制部11、缓冲空间12、第二扩散速度控制部13将被测定气体的浓度变动消除之后向第一内部空腔20导入。由此，向第一内部空腔20导入的被测定气体的浓度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工作而对该氧分压进行调整。
主泵单元21是由内侧泵电极(也称为主泵电极)22、外侧(空腔外)泵电极23、以及被内侧泵电极22和外侧泵电极23夹持的第二固体电解质层6构成的电化学泵单元，其中，内侧泵电极22具有在第二固体电解质层6的下表面的、面对第一内部空腔20的大致整面所设置的顶部电极部22a，外侧泵电极23在第二固体电解质层6的上表面(传感器元件101的一个主面)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。
内侧泵电极22形成于划分出第一内部空腔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)。具体而言，在构成第一内部空腔20的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。利用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)所设置的导通部，将上述顶部电极部22a和底部电极部22b连接(省略图示)。
顶部电极部22a以及底部电极部22b设置为俯视时呈矩形。不过，也可以为仅设置有顶部电极部22a的方案、或者仅设置有底部电极部22b的方案。
内侧泵电极22和外侧泵电极23形成为多孔质金属陶瓷电极。特别地，与被测定气体接触的内侧泵电极22利用减弱了针对被测定气体中的NOx成分的还原能力的材料而形成。例如，作为具有5％～40％的气孔率、且含有0.6wt％～1.4wt％左右的Au的Au－Pt合金与ZrO2的金属陶瓷电极，形成为5μm～20μm的厚度。Au－Pt合金与ZrO2的重量比率只要为Pt：ZrO2＝7.0：3.0～5.0：5.0左右即可。
另一方面，外侧泵电极23例如作为Pt或者其合金与ZrO2的金属陶瓷电极而形成为俯视时呈矩形。
对于主泵单元21，在元件动作控制部1101的控制下，利用可变电源24对内侧泵电极22与外侧泵电极23之间施加所期望的泵电压Vp0，并使主泵电流Ip0沿着正向或者负向而在内侧泵电极22与外侧泵电极23之间流通，由此，能够将第一内部空腔20内的氧吸出到外部空间、或者将外部空间的氧吸入至第一内部空腔20。此外，还将主泵单元21中施加于内侧泵电极22与外侧泵电极23之间的泵电压Vp0称为主泵电压Vp0。
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，由内侧泵电极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构成作为电化学传感器单元的主传感器单元80。
通过对主传感器单元80中的内侧泵电极22与基准电极42之间的电位差即电动势V0进行测定而获知第一内部空腔20内的氧浓度(氧分压)。
此外，元件动作控制部1101对主泵电压Vp0进行反馈控制以使得电动势V0恒定，由此对主泵电流Ip0进行控制。由此，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是如下部位：对在第一内部空腔20通过主泵单元21的动作而控制了氧浓度(氧分压)之后的被测定气体施加规定的扩散阻力，将该被测定气体导入至第二内部空腔40。
第二内部空腔40设置成用于对通过第三扩散速度控制部30而导入的被测定气体中的氧分压进一步进行调整的空间。通过辅助泵单元50进行工作而对该氧分压进行调整。第二内部空腔40中，能够更高精度地调整被测定气体的氧浓度。
第二内部空腔40中，对于预先在第一内部空腔20中调整了氧浓度(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，进一步利用辅助泵单元50进行氧分压的调整。
辅助泵单元50是由辅助泵电极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的外侧的适当的电极即可)、以及第二固体电解质层6构成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、面对第二内部空腔40的大致整体设置的顶部电极部51a。
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相同的方式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而形成有顶部电极部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。上述顶部电极部51a和底部电极部51b均形成为俯视时呈矩形，并且，借助在构成第二内部空腔40的两侧壁部的隔离层5的侧壁面(内表面)设置的导通部而连接(省略图示)。
此外，对于辅助泵电极51，也与内侧泵电极22同样地利用减弱了针对被测定气体中的NOx成分的还原能力的材料而形成。
对于辅助泵单元50，在元件动作控制部1101的控制下，向辅助泵电极51与外侧泵电极23之间施加所期望的电压(辅助泵电压)Vp1，由此，能够将第二内部空腔40内的气氛中的氧吸出到外部空间，或者将氧从外部空间吸入到第二内部空腔40内。
另外，为了控制第二内部空腔40内的气氛中的氧分压，由辅助泵电极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构成作为电化学传感器单元的辅助传感器单元81。辅助传感器单元81中，对与第二内部空腔40内的氧分压相对应地在辅助泵电极51与基准电极42之间产生的电位差即电动势V1进行检测。
辅助泵单元50利用可变电源52进行泵送，该可变电源52基于由上述辅助传感器单元81检测出的电动势V1而对电压进行控制。由此，第二内部空腔40内的气氛中的氧分压被反馈控制至实质上对NOx的测定无影响的较低的分压。
另外，与此同时，其辅助泵电流Ip1用于控制主传感器单元80的电动势。具体而言，辅助泵电流Ip1作为控制信号而输入至主传感器单元80，并对其电动势V0进行控制，由此控制为从第三扩散速度控制部30导入至第二内部空腔40内的被测定气体中的氧分压的梯度始终恒定。在作为NOx传感器而使用时，第二内部空腔40内的氧浓度因主泵单元21和辅助泵单元50的作用而保持为约0.001ppm左右的恒定值。
第四扩散速度控制部60是如下部位，即，对在第二内部空腔40利用辅助泵单元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引导的部位。
第三内部空腔61设置为进行如下处理的空间(测定用内部空腔)，该处理为：对通过第四扩散速度控制部60而导入的被测定气体中的氮氧化物(NOx)浓度进行测定的处理。在第三内部空腔61，通过测定泵单元41进行动作而进行NOx浓度的测定。第三内部空腔61被导入在第二内部空腔40高精度地调整了氧浓度的被测定气体，因此，在气体传感器100能够进行精度高的NOx浓度测定。
测定泵单元41用于对导入至第三内部空腔61内的被测定气体的NOx浓度进行测定。测定泵单元41是由测定电极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构成的电化学泵单元，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且与第三扩散速度控制部30分离的位置。
测定电极44是贵金属与固体电解质的多孔质金属陶瓷电极。例如形成为Pt或者Pt和Rh等其他贵金属的合金与作为传感器元件101的构成材料的ZrO2的金属陶瓷电极。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。
对于测定泵单元41，在元件动作控制部1101的控制下，能够将因第三内部空腔61内的气氛中的NOx分解而产生的氧吸出，并能够作为泵电流Ip2而检测出其生成量。
另外，为了对测定电极44周围的氧分压进行检测，由第二固体电解质层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构成作为电化学传感器单元的测定传感器单元82。基于由测定传感器单元82检测出的、与第三内部空腔61内的氧分压相对应地在测定电极44与基准电极42之间产生的电位差即电动势V2而对可变电源46进行反馈控制。
导入到第三内部空腔61内的被测定气体中的NOx被测定电极44还原(2NO→N2+O2)而生成氧。并且，该生成的氧由测定泵单元41进行泵送，此时，对可变电源46的电压(测定泵电压)Vp2进行控制，以使得由测定传感器单元82检测出的电动势V2恒定。在测定电极44的周围生成的氧的量与被测定气体中的NOx的浓度成正比，因此，利用测定泵单元41中的泵电流Ip2对被测定气体中的NOx浓度进行计算。下文中，还将这样的泵电流Ip2称为NOx电流Ip2或测定泵电流Ip2。
另外，如果对测定电极44、第一固体电解质层4、第三基板层3以及基准电极42进行组合而构成氧分压检测机构来作为电化学传感器单元，则能够检测出与下述差值相对应的电动势，由此，还能够求出被测定气体中的NOx成分的浓度，该差值是指：因测定电极44周围的气氛中的NOx成分的还原而生成的氧的量和基准大气中含有的氧的量的差值。
另外，由第二固体电解质层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构成电化学传感器单元83，能够利用该传感器单元83而获得电动势Vref，并能够利用该电动势Vref对传感器外部的被测定气体中的氧分压进行检测。
应予说明，图2中，为了简化图示，仅示意性地示出用于将构成各种泵单元、传感器单元的电极和传感器元件101的外部的各部分电连接的配线。然而，实际的传感器元件101中，内部或者侧面配备有将各泵单元、传感器单元的电极与端子电极之间连结的电极导通部。
图4是表示作为其一例的包括自主泵电极22(更详细的为底部电极部22b)、辅助泵电极51(更详细的为底部电极部51b)及测定电极44分别延伸存在的电极导通部的电极引线部的配置的平面图。另外，图5是表示包括自外侧泵电极23延伸存在的电极导通部的电极引线部的配置的平面图。
底部电极部22b、底部电极部51b及测定电极44均设置于第一固体电解质层4之上。并且，由主泵电极导通部绝缘层22I围绕的主泵电极导通部22L自底部电极部22b向第二末端部101b侧延伸，由辅助泵电极导通部绝缘层51I围绕的辅助泵电极导通部51L自底部电极部51b向第二末端部101b侧延伸，由测定电极导通部绝缘层44I围绕的测定电极导通部44L自测定电极44向第二末端部101b侧延伸。另一方面，外侧泵电极23设置于第二固体电解质层6之上。并且，由外侧泵电极导通部绝缘层23I围绕的外侧泵电极导通部23L自外侧泵电极23向第二末端部101b侧延伸。通过各绝缘层，实现了各电极导通部与构成传感器元件101的固体电解质之间的绝缘。
下文中，将包括主泵电极导通部22L和主泵电极导通部绝缘层22I且周围由固体电解质(主要是第一固体电解质层4及隔离层5)围绕的区域统称为主泵电极引线部22P。同样地，将包括辅助泵电极导通部51L和辅助泵电极导通部绝缘层51I且周围由固体电解质(主要是第一固体电解质层4及隔离层5)围绕的区域统称为辅助泵电极引线部51P。此外，将包括测定电极导通部44L和测定电极导通部绝缘层44I且周围由固体电解质(主要是第一固体电解质层4及隔离层5)围绕的区域统称为测定电极引线部44P。
外侧泵电极导通部23L与配备于第二末端部101b的端子电极23T连接。应予说明，图5中，外侧泵电极导通部绝缘层23I沿着外侧泵电极导通部23L以直线(呈线状)存在，不过，外侧泵电极导通部绝缘层23I可以在外侧泵电极23与端子电极23T之间以平面(呈层状)设置。
另一方面，主泵电极导通部22L、辅助泵电极导通部51L及测定电极导通部44L分别为其大部分埋设于第一固体电解质层4与隔离层5之间的层间配线，不过，在第二末端部101b的附近向元件侧方弯曲。此外，虽然省略图示，不过，上述主泵电极导通部22L、辅助泵电极导通部51L及测定电极导通部44L分别由主泵电极导通部绝缘层22I、辅助泵电极导通部绝缘层51I及测定电极导通部绝缘层44I围绕，且在元件侧端部附近经由通孔与厚度方向上的上下任一方向连接之后，以其他层间配线与和配备于第二末端部101b的端子电极23T同样的未图示的多个端子电极中的任一者连接。应予说明，本实施方式中，各电极导通部由导通部绝缘层围绕包括：电极导通部由导通部绝缘层覆盖的方式、以及电极导通部由导通部绝缘层夹入的方式。
主泵电极导通部22L、辅助泵电极导通部51L、测定电极导通部44L及外侧泵电极导通部23L优选由铂形成。另外，主泵电极导通部绝缘层22I、辅助泵电极导通部绝缘层51I、测定电极导通部绝缘层44I及外侧泵电极导通部绝缘层23I优选由氧化铝形成。
传感器元件101还具备加热器部70，该加热器部70承担对传感器元件101进行加热并保温的温度调整作用，以便提高构成基体部的固体电解质的氧离子传导性。
加热器部70主要具备加热器电极71、加热器构件72、加热器导通部72a、通孔73、加热器绝缘层74、压力释放孔75以及图2中省略图示的加热器电阻检测导通部。另外，除了加热器电极71以外，加热器部70均埋设于传感器元件101的基体部。
加热器电极71是以与第一基板层1的下表面(传感器元件101的另一个主面)接触的方式而形成的电极。
加热器构件72是设置于第二基板层2与第三基板层3之间的电阻发热体。从图2中省略图示的在传感器元件101的外部所配备的未图示的加热器电源，通过作为通电路径的加热器电极71、通孔73以及加热器导通部72a对加热器构件72供电而使其发热。加热器构件72由Pt形成、或者以Pt为主成分而形成。加热器构件72以在元件厚度方向上与气体流通部对置的方式埋设于传感器元件101的具备气体流通部的那侧的规定范围。加热器构件72设置成具有10μm～30μm左右的厚度。
对于传感器元件101，在元件动作控制部1101的控制下，使电流通过加热器电极71而流向加热器构件72，由此使得加热器构件72发热，从而能够将传感器元件101的各部分加热至规定的温度并进行保温。具体而言，对传感器元件101进行加热而使得气体流通部附近的固体电解质以及电极的温度达到700℃～900℃左右。通过这样的加热而提高传感器元件101中构成基体部的固体电解质的氧离子传导性。此外，使用气体传感器100时的(传感器元件101被驱动时的)加热器构件72的加热温度称为传感器元件驱动温度。
加热器构件72的发热程度(加热器温度)通过加热器构件72的电阻值的大小(加热器电阻)进行把握。
应予说明，虽然图2中省略图示，不过，也可以出于对外侧泵电极23予以保护的目的而在传感器元件101的一个主面侧具备将外侧泵电极23覆盖的电极保护层。
在具有如上构成的气体传感器100中对NOx的浓度进行测定时，元件动作控制部1101使主泵单元21及辅助泵单元50工作，由此执行在第一内部空腔20及第二内部空腔40中使得氧浓度恒定的反馈控制，氧浓度恒定的被测定气体向第三内部空腔61导入，到达测定电极44。例如，被测定气体为贫燃料气氛的情况下，氧分压充分降低至对NOx的测定实质上无影响的程度(例如0.0001ppm～1ppm)的被测定气体向第三内部空腔61导入。
然后，在测定电极44，所到达的被测定气体中的NOx被还原，由此生成氧。该氧由测定泵单元41吸出，该吸出时流通的NOx电流Ip2与被测定气体中的NOx的浓度具有一定的函数关系(以下称为灵敏度特性)。
在实际使用气体传感器100之前，预先采用NOx浓度已知的多个种类的试样气体来确定上述灵敏度特性，并将其数据存储于NOx浓度确定部1102(更详细的为存储器)。然后，在气体传感器100的实际使用时，将表示与被测定气体中的NOx浓度相对应地流通的NOx电流Ip2的值的信号时刻向NOx浓度确定部1102提供。NOx浓度确定部1102中，基于该值和所确定的灵敏度特性，依次运算NOx浓度，以NOx传感器检测值的形式输出。据此，气体传感器100中，能够大致实时把握被测定气体中的NOx浓度。
＜基准气体空间中的污染气体的产生＞
像本实施方式所涉及的气体传感器100那样，具有通过外筒104和橡胶塞106而将基准气体空间SP围绕的构成且在高温环境下使用的气体传感器的情况下，有可能因附着于外筒104的内表面104a的油分挥发或者从橡胶塞106产生气体而在基准气体空间SP内产生污染气体，结果导致NOx电流Ip2发生变化。特别是，在高温的气体条件或主体部周围的热无法排出这样的严酷环境下容易产生该污染气体。
图6是将使上述气体传感器在NOx浓度恒定的试样气体气氛下动作时自动作开始的NOx电流Ip2的变化与橡胶塞106的温度变化一同示出的图表的一例。图6中，理应恒定的NOx电流Ip2在橡胶塞106的温度上升后暂时减少。然后，橡胶塞106的温度稳定以后，增大至与当初的峰值相同的程度，大致恒定。
认为：图6中的NOx电流的暂时减少是因为：气体传感器被加热的过程中产生的如上所述的污染气体通过后述的测定电极引线部而侵入于测定电极44所在的第三内部空腔61。并且，认为：经过一定时间后，NOx电流Ip2的值增大是因为：外筒104、橡胶塞106被充分加热，结果，污染气体全部释放出来了。
上述的NOx电流Ip2的变动当然会成为使气体传感器中的NOx浓度的测定精度暂时降低的主要原因。另外，未必仅在图6所示的使用开始后产生污染气体。
＜Ip2偏置与输出变动量之间的相关关系＞
本实施方式所涉及的气体传感器100中，在校正处理部1103对如上所述的因污染气体的产生而发生变动的NOx电流Ip2进行校正，由此确保NOx浓度的测定精度。该校正利用Ip2偏置。
此处，Ip2偏置是指：被测定气体不含NOx时流通于测定泵单元41的泵电流Ip2的大小(偏置电流值)。如上所述，在测定泵单元41将到达至第三内部空腔61的几乎不含氧的被测定气体中包含的NOx在测定电极44被分解而产生的氧吸出时流通泵电流Ip2。因此，被测定气体中不含NOx的情况下，本来应当没有泵电流Ip2流通。然而，实际上，由于进行被测定气体中残留的微量的氧、通过测定电极引线部44P而侵入于第三内部空腔61的氧的吸出，即便是被测定气体不含NOx的情况下，也有泵电流Ip2流通。将此时的泵电流Ip2的大小特别称为Ip2偏置。
某个气体传感器100中通过测定电极引线部44P而朝向第三内部空腔61的污染气体侵入较多也就是说：该气体传感器100本来具有容易发生通过测定电极引线部44P而从基准气体空间SP朝向第三内部空腔61的气体侵入(流入)的构成。因此，关于像这样的气体传感器100，产生了污染气体的情况下，NOx电流Ip2的变动增大，被测定气体中不含NOx时的Ip2偏置也增大。即，Ip2偏置与NOx电流Ip2的输出变动量之间具有正相关性。
图7是表示该Ip2偏置与NOx电流Ip2的输出变动量之间的相关关系的一例的图。图7是：针对不同的6个气体传感器100，对Ip2偏置和NOx电流Ip2的输出变动量进行评价，将横轴设为Ip2偏置，将纵轴设为NOx电流Ip2的输出变动量(图7中记载为“Ip2变化量”)，进行作图得到的图表。由图7可知，Ip2偏置和NOx电流Ip2的输出变动量显示出较强的正相关关系。相关系数R的平方、即决定系数R2为0.9965。
应予说明，将氧和NOx都不含的试样气体(O2＝0％、NO＝0％、H2O＝3％、其余为N2)用作被测定气体，由此评价Ip2偏置的值。
另一方面，概要而言，通过得到图6所示的NOx电流Ip2的曲线而求出NOx电流Ip2的输出变动量。
图8是用于说明该输出变动量的评价方法的图。具体而言，在温度为1050℃、空气比λ＝1.05、NOx浓度为100ppm的试样气体气氛下，使各气体传感器启动，对加热器部70的加热进行控制，以使得橡胶塞106的温度最终达到300℃并保持恒定，同时连续地测定NOx电流Ip2，由此得到图8所示的与NOx电流Ip2相对于时间的函数相当的曲线Ip2(t)。
所有气体传感器中，尽管得到的程度有所差异，但是，都得到与图6所示的例子同样的曲线Ip2(t)。即，气体传感器的动作开始后的一段时间，NOx电流Ip2大致恒定，不过，之后暂时减少，随着污染气体的产生，变得大致恒定，并且，一段时间后，NOx电流Ip2转为增加，最终以与动作开始当初大致相同的值达到大致恒定。
不过，图8中，为了容易理解，将曲线Ip2(t)图示为实线的折线，但是，实际上，曲线Ip2(t)具有以虚线示意性表示的稍微的变动。
在以上述曲线Ip2(t)为对象的输出变动量的评价时，首先，对即将自减少后的大致恒定的状态转为增加的规定时间Δt1(例如10分钟)内的NOx电流Ip2的值的平均值av1进行确定。取平均值是因为看起来大致恒定的值实际上是变动的。
接下来，得到转为增大后成为大致恒定的状态以后的NOx电流Ip2的值与平均值av1之间的差值Δ1(t)、以及转为增大后的大致恒定的状态下的NOx电流Ip2的最大值与最小值之间的差值Δ2(t)。上述差值Δ1(t)及差值Δ2(t)均为与增大后的NOx电流Ip2的值的变动相对应地进行变动的动态值，因此，表示为时间的函数。
并且，差值Δ1(t)和差值Δ2(t)之间满足下式(1)的状态判断为：在经过了规定的观察时间Δtz(例如60分钟)的时刻，污染气体所伴随的变动被消除，NOx电流Ip2的值以本来的值达到大致恒定。
差值Δ1(t)＞2×差值Δ2(t)····(1)
在此基础上，对该判断时刻前的规定时间Δt2(例如10分钟)内的NOx电流Ip2的值的平均值av2进行确定，计算出两者的差值。
输出变动量＝平均值av2－平均值av1···(2)
＜NOx浓度的校正＞
本实施方式中，利用NOx电流Ip2的输出变动量和Ip2偏置之间满足图7所示的相关关系，通过校正处理部1103，对因例如气体传感器100动作开始时在基准气体空间SP中产生污染气体而变动的NOx浓度进行校正。即，Ip2偏置为各气体传感器100固有的值，另一方面，NOx电流Ip2的输出变动量与Ip2偏置之间的相关关系为在多个气体传感器100间成立的通常关系，因此，在各气体传感器100使用时，通过将该气体传感器100的偏置值代入预先确定的相关关系，能够对NOx浓度进行校正。
如果是工业上量产的气体传感器100的情况下，则从制造的多个气体传感器100中采取若干样品，求出NOx电流Ip2的输出变动量和Ip2偏置，根据得到的值确定图7所示的相关关系。使所确定的相关关系作为校正映射信息存储于校正处理部1103(更详细的为存储器)。另一方面，针对各气体传感器100，在刚制造后确定上述灵敏度特性时，还一并确定Ip2偏置，作为灵敏度特性的一部分存储于NOx浓度确定部1102。然后，在应当执行校正处理的时机，校正处理部1103将由NOx浓度确定部1102取得的Ip2偏置代入预先存储的相关关系，确定NOx电流Ip2的输出变动量，基于所确定的输出变动量，对NOx浓度进行校正。
图9是表示校正处理部1103中进行的校正处理的具体顺序的图。
首先，在气体传感器100启动的同时，利用密封部件温度推定部1103A，开始进行橡胶塞106的温度(密封部件温度)的推定(步骤S1)。通常，气体传感器100的启动与汽车的启动同时进行。
密封部件温度根据作为被测定气体的来自发动机的废气的温度、气体传感器100的主体部周围的温度、与汽车的行驶速度相对应地变化的主体部周围的流速等外在因子而进行变化。本实施方式中，鉴于这一点，预先通过实验确定废气温度、行驶速度、扭矩等在汽车行驶时(即，气体传感器100动作时)对密封部件温度带来影响的特性值(密封部件温度推定因子)与实际的密封部件温度之间的关系，将所确定的关系作为用于推定密封部件温度的映射信息(密封部件温度推定信息)存储于校正处理部1103所具备的密封部件温度推定部1103A。然后，在气体传感器100启动的同时，密封部件温度推定部1103A开始取得密封部件温度推定因子的实测值，连续且继续进行该实测值和密封部件温度推定信息的对照，由此大致实时推定密封部件温度。应予说明，外筒104由金属制成，热传导性比橡胶塞106高，因此，推定在气体传感器100使用时达到比橡胶塞106高的温度。
密封部件温度推定部1103A对所推定的密封部件温度是否超过了预先设定的规定的阈值温度(校正执行阈值温度)进行判断(步骤S2)。此处，校正执行阈值温度是指：预先确定的判断为随着橡胶塞106及外筒104升温而需要进行NOx浓度的校正的最低温度。例如，如果是NOx电流Ip2进行图6所示的经时变化的情况下，则将暂时上升的NOx电流Ip2自峰值减少了规定值的时刻的温度设定为校正执行阈值温度。
在密封部件温度推定部1103A中判断为密封部件温度未超过校正执行阈值温度的期间(步骤S2中为NO)，仅继续进行密封部件温度的推定。这是因为认为在密封部件温度低于校正执行阈值温度的温度区域未产生污染气体，不需要对NOx浓度进行校正。应予说明，继续利用密封部件温度推定部1103A进行密封部件温度的推定直至校正处理停止。
另一方面，在密封部件温度推定部1103A中判断为密封部件温度超过了校正执行阈值温度的情况下，校正时间测量部1103B取得在该时刻存储的累积校正时间(步骤S3)，对该累积校正时间是否到达气体传感器100制造时预先设定且记录于校正时间测量部1103B(更详细的为存储器)的最大需要校正时间进行判断(步骤S4)。
此处，累积校正时间是指：之前执行的用于应对产生污染气体的校正处理的执行时间的累积值。校正时间测量部1103B每次执行该校正处理时，都计数其执行时间，将其值相加得到的累积校正时间存储备用。
在橡胶塞106、外筒104的内表面104a产生污染气体而导致NOx电流Ip2降低(变动)只不过是在开始使用之后不久的气体传感器100启动时暂时产生的现象，成为污染源的物质挥发、蒸发而消失以后，不再产生。关于像这样的污染源消失后的气体传感器100，每次反复使用(启动)时，即便升温，也不会产生污染气体，因此，不需要进行校正处理。所以，本实施方式中，预先通过实验确定判断为需要进行该校正处理的最大时间(最大需要校正时间)，并存储于校正时间测量部1103B。换言之，每次气体传感器100启动时，都需要利用校正处理部1103进行校正，直至经过最大需要校正时间。
校正时间测量部1103B判断为累积校正时间已经到达最大需要校正时间的情况下(步骤S4中为YES)，不利用校正处理部1103进行以后的处理。这意味着：作为在该时刻之前进行的校正处理的结果，不需要进行以应对产生污染气体为目的的NOx浓度的校正。
校正时间测量部1103B判断为累积校正时间未到达最大需要校正时间的情况下(步骤S4中为NO)，校正执行部1103C开始进行由NOx浓度确定部1102确定的NOx浓度值的校正(步骤S5)。即，校正执行部1103C将存储于NOx浓度确定部1102的Ip2偏置的值代入表示NOx电流Ip2的输出变动量与Ip2偏置之间的相关关系的映射信息，确定NOx电流Ip2的校正量。然后，将该校正量代入NOx浓度确定部1102存储的灵敏度特性，根据由此得到的校正量，对NOx浓度确定部1102确定的NOx浓度进行校正，由此大致实时对由NOx浓度确定部1102时刻确定的NOx浓度值进行校正。据此，从气体传感器100输出的NOx浓度值很好地排除了因产生污染气体所引起的NOx电流Ip2变动的影响。
在校正执行部1103C以该方式开始进行NOx浓度值的校正的时机，校正时间测量部1103B开始计数校正执行时间(步骤S6)。另外，密封部件温度推定部1103A对所推定的密封部件温度是否依然高于校正执行阈值温度继续进行判断(步骤S7)。
然后，密封部件温度推定部1103A判断为所推定的密封部件温度超过了校正执行阈值温度的情况下(步骤S7中为YES)，校正时间测量部1103B对因执行中的校正而增大的累积校正时间是否经过了最大需要校正时间进行判断(步骤S8)。
在校正的执行开始后，密封部件温度为校正执行阈值温度以下的情况下(步骤S7中为NO)，或者，累积校正时间经过了最大需要校正时间的情况下(步骤S8中为YES)，不再需要对NOx浓度进行校正，因此，将由校正执行部1103C进行的校正执行停止(步骤S9)。同时，校正时间测量部1103B将该时刻之前计数的校正时间相加，由此对累积校正时间进行更新(步骤S10)。据此，校正处理部1103中的校正处理结束。
应予说明，累积校正时间经过了最大需要校正时间(步骤S8中为YES)，结果校正的执行停止的情况下，更新后的累积校正时间与最大需要校正时间一致。这种情况下，下次启动气体传感器100时，不再执行NOx浓度的校正。
如以上所说明，根据本实施方式，通过基于预先确定的Ip2偏置与NOx电流Ip2的输出变动量之间的相关关系，对气体传感器启动时在由外筒和橡胶塞围绕的空间即基准气体空间中产生污染气体所引起的NOx浓度的变动进行校正，能够抑制NOx浓度的测定精度的暂时劣化。
＜变形例＞
上述的实施方式中，基于Ip2偏置与NOx电流Ip2的输出变动量之间的相关关系，对NOx浓度进行校正，不过，代替Ip2偏置，可以对Ip2偏置除以使NOx浓度已知(例如500ppm)的被测定气体流通时的NOx电流Ip2得到的标准化值与NOx电流Ip2的输出变动量之间的相关关系进行确定，作为校正映射信息而存储于校正处理部1103，基于该相关关系，对NOx浓度进行校正。
Ip2偏置是与从气体导入口10流入并被吸出氧且到达至第三内部空腔61的被测定气体中依然残留的氧的量、以及通过测定电极引线部44P而从基准气体空间SP向第三内部空腔61侵入的氧的量相对应的值。前者依赖于从气体导入口10到第三内部空腔61的气体流通部的扩散阻力。因此，代替Ip2偏置本身，使用如上所述的比值而得到的与NOx电流Ip2的输出变动量之间的相关关系具有更高的相关系数。采用该相关关系进行的NOx浓度的校正的精度更好。

Claims (6)

1.一种气体传感器，其能够对被测定气体中的规定气体成分进行监测，
所述气体传感器的特征在于，具备：
传感器元件，该传感器元件具有由氧离子传导性的固体电解质构成的长条板状的基体部，且在一个端部侧具备监测部；
壳体，所述传感器元件收纳并固定于该壳体的内部；以及
控制器，该控制器对所述气体传感器的动作进行控制，
所述壳体具备：
外筒，该外筒具备内部存在基准气体的基准气体空间，所述传感器元件的另一个端部侧突出到所述基准气体空间内；以及
密封部件，该密封部件嵌入于所述外筒的端部，将所述基准气体空间密封，
所述传感器元件具备：
至少1个氧分压调整用内部空腔，该至少1个氧分压调整用内部空腔在规定的扩散阻力之下与配备于所述一个端部侧的所述被测定气体的导入口连通；
测定用内部空腔，该测定用内部空腔与所述至少1个氧分压调整用内部空腔进一步连通；
空腔外泵电极，该空腔外泵电极配置于除所述至少1个氧分压调整用内部空腔及所述测定用内部空腔以外的部位；
测定电极，该测定电极面对所述测定用内部空腔而设置；
测定泵单元，该测定泵单元中，通过施加规定的泵电压而在所述测定电极与所述空腔外泵电极之间流通有与所述规定气体成分的浓度相对应的测定泵电流；以及
测定电极引线部，该测定电极引线部具备自所述测定电极延伸存在的能够将所述传感器元件的外部和所述测定电极电连接的测定电极导通部和将所述测定电极导通部覆盖的测定导通部绝缘层，
所述控制器具备：
浓度确定部，该浓度确定部基于所述测定泵电流来确定所述规定气体成分的浓度；以及
校正处理部，该校正处理部对所述浓度确定部中确定的所述规定气体成分的浓度进行校正，
所述校正处理部基于预先确定的偏置电流值或所述偏置电流值的标准化值与所述气体传感器启动时所述测定泵电流产生的输出变动之间的相关关系，对所述规定气体成分的浓度进行校正，该偏置电流值为不含所述规定气体成分的被测定气体流通时的所述测定泵电流的大小。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，
所述校正处理部具备温度推定部，该温度推定部基于预先确定的温度推定信息，对所述密封部件的温度进行推定，
在判断为所述气体传感器启动后所述密封部件的温度超过了规定的阈值温度的情况下，对所述规定气体成分的浓度进行校正。
3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，
所述校正处理部具备时间测量部，该时间测量部对执行所述规定气体成分的浓度校正的时间进行测量，
通过所述时间测量部而测得的时间的累积值到达预先设定的最大需要校正时间以后，将所述规定气体成分的浓度的校正停止。
4.一种浓度校正方法，其是能够对被测定气体中的规定气体成分进行监测的气体传感器中的浓度校正方法，其特征在于，
所述气体传感器具备：
传感器元件，该传感器元件具有由氧离子传导性的固体电解质构成的长条板状的基体部，且在一个端部侧具备监测部；以及
壳体，所述传感器元件收纳并固定于该壳体的内部，
所述壳体具备：
外筒，该外筒具备内部存在基准气体的基准气体空间，所述传感器元件的另一个端部侧突出到所述基准气体空间内；以及
密封部件，该密封部件嵌入于所述外筒的端部，将所述基准气体空间密封，
所述传感器元件具备：
至少1个氧分压调整用内部空腔，该至少1个氧分压调整用内部空腔在规定的扩散阻力之下与配备于所述一个端部侧的所述被测定气体的导入口连通；
测定用内部空腔，该测定用内部空腔与所述至少1个氧分压调整用内部空腔进一步连通；
空腔外泵电极，该空腔外泵电极配置于除所述至少1个氧分压调整用内部空腔及所述测定用内部空腔以外的部位；
测定电极，该测定电极面对所述测定用内部空腔而设置；
测定泵单元，该测定泵单元中，通过对所述测定电极与所述空腔外泵电极之间施加规定的泵电压而在所述测定用内部空腔与所述空腔外泵电极之间流通有与所述规定气体成分的浓度相对应的测定泵电流；以及
测定电极引线部，该测定电极引线部具备自所述测定电极延伸存在的能够将所述传感器元件的外部和所述测定电极电连接的测定电极导通部和将所述测定电极导通部覆盖的测定导通部绝缘层，
气体传感器具备如上结构的情况下，所述浓度校正方法具备：
浓度确定工序，该工序中，基于所述测定泵电流来确定所述规定气体成分的浓度；以及
校正处理工序，该工序中，对所述浓度确定工序中确定的所述规定气体成分的浓度进行校正，
所述校正处理工序中，基于预先确定的偏置电流值或所述偏置电流值的标准化值与所述气体传感器启动时所述测定泵电流产生的输出变动之间的相关关系，对所述规定气体成分的浓度进行校正，该偏置电流值为不含所述规定气体成分的被测定气体流通时的所述测定泵电流的大小。
5.根据权利要求4所述的气体传感器中的浓度校正方法，其特征在于，
所述校正处理工序具备温度推定工序，该温度推定工序中，基于预先确定的温度推定信息，对所述密封部件的温度进行推定，
所述温度推定工序中，在判断为所述气体传感器启动后所述密封部件的温度超过了规定的阈值温度的情况下，对所述规定气体成分的浓度进行校正。
6.根据权利要求4或5所述的气体传感器中的浓度校正方法，其特征在于，
所述校正处理工序具备时间测量工序，该时间测量工序中，对执行所述规定气体成分的浓度校正的时间进行测量，
通过所述时间测量工序而测得的时间的累积值到达预先设定的最大需要校正时间以后，不进行所述规定气体成分的浓度的校正。
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