CN117929501A - 气体传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气体传感器，其精度良好地同时进行使用第一泵单元进行的处理和使用第二泵单元进行的处理。气体传感器(100)具备：传感器元件(101)、第一、第二阻抗测定部(47a、47b)以及控制装置。传感器元件具备：元件主体；主泵单元(21)，其具有内侧泵电极(22)；测定用泵单元(41)，其具有测定电极(44)；以及加热器(72)。第一阻抗测定部(47a)对内侧泵电极施加电压而测定第一阻抗(R1)。第二阻抗测定部(47b)对测定电极施加电压而测定第二阻抗(R2)。控制装置以使得第一阻抗达到目标值(R1＊)的方式对加热器进行控制。控制装置基于第二阻抗，对测定用泵单元的泵电流(Ip2)进行校正，或者对基于泵电流而导出的值进行校正。

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，已知有对汽车的尾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中记载一种气体传感器，该气体传感器具备传感器元件，该传感器元件具有：元件主体，其包括氧离子传导性的固体电解质层且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；调整用泵单元，其对被测定气体流通部中的氧浓度调整室的氧浓度进行调整；测定用泵单元，其具有在被测定气体流通部中的设置于氧浓度调整室的下游侧的测定室所配设的测定电极；以及基准电极。利用该气体传感器对NOx的浓度进行检测的情况下，首先，通过调整用泵单元而对氧浓度调整室的氧浓度进行调整，氧浓度经调整后的被测定气体到达测定室。在测定室中，被测定气体中的NOx在测定电极的周围被还原。然后，以使得在测定电极与基准电极之间产生的电压V2达到规定的目标值的方式对测定用泵单元进行反馈控制，将测定电极周围的氧吸出。基于此时流通的泵电流Ip2，对被测定气体中的NOx的浓度进行检测。
另外，已知：在利用加热器对气体传感器的元件温度进行控制时，对单元的电阻值进行测定。例如专利文献2中记载了：对氧浓度测定单元的2条导线之间的电阻值进行测定，并以使得测定得到的电阻值达到与元件温度740℃对应的80Ω的方式对朝向加热器图案通电的通电状态进行控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2022-091669号公报
专利文献2：日本特许第3340110号
发明内容
不过，在气体传感器的传感器元件具备至少2个泵单元的情况下，如果基于针对一个泵单元测定得到的阻抗而对加热器进行控制，则另一个泵单元的温度也发生变化，从而阻抗发生变化。因此，有时无法将2个泵单元的阻抗同时控制为目标值。据此，有时因另一个泵单元的阻抗变化而导致基于另一个泵单元进行的处理的精度、例如气体传感器的控制精度或特定气体浓度的检测精度降低。在专利文献2的气体传感器中，未考虑基于氧浓度测定单元的电阻值来控制加热器时的其他单元的温度、阻抗的变化。
本发明是为了解决上述课题而实施的，其主要目的在于，同时精度良好地进行使用第一泵单元进行的处理和使用第二泵单元进行的处理。
本发明为了达成上述的主要目的而采用以下的手段。
[1]本发明的气体传感器是对被测定气体中的特定气体的浓度、即特定气体浓度进行检测的气体传感器，其中，具备：
元件主体，该元件主体具有氧离子传导性的固体电解质层，且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；
第一泵单元，该第一泵单元进行氧的泵送，具有在所述被测定气体流通部所配设的第一内侧电极；
第二泵单元，该第二泵单元进行氧的泵送，具有在所述被测定气体流通部所配设的第二内侧电极；
加热器，该加热器对所述元件主体进行加热；
第一阻抗测定部，该第一阻抗测定部对所述第一内侧电极施加电压而测定第一阻抗；
第二阻抗测定部，该第二阻抗测定部对所述第二内侧电极施加电压而测定第二阻抗；以及
控制装置，该控制装置进行以使得所述第一阻抗达到目标值的方式对所述加热器进行控制的加热器控制处理、以及基于所述第二阻抗而对流通于所述第二泵单元的第二泵电流进行校正或者对基于所述第二泵电流而导出的值进行校正的校正处理。
该气体传感器中，针对第一泵单元测定第一阻抗，以使得第一阻抗达到目标值的方式对加热器进行控制，因此，针对第一泵单元能够将第一阻抗保持为目标值附近。所以，能够精度良好地进行使用第一泵单元进行的处理。另一方面，即便进行这样的加热器控制处理，第二泵单元的第二阻抗也未必达到所期望的值。不过，该气体传感器中，针对第二泵单元测定第二阻抗，进行基于第二阻抗的校正处理。因此，能够精度良好地进行使用第二泵单元进行的处理、特别是基于第二泵电流进行的处理。据此，该气体传感器中，能够同时精度良好地进行使用第一泵单元进行的处理和使用第二泵单元进行的处理。此处，所谓“进行氧的泵送”，包括：从被测定气体流通部吸出氧的情形、以及向被测定气体流通部吸入氧的情形。第一泵单元及第二泵单元只要分别为进行这样的氧吸入和氧吸出中的至少一者的单元即可。
这种情况下，所述第一泵单元可以构成为包括：所述第一内侧电极、在所述元件主体的外侧的暴露于所述被测定气体中的部分所配设的第一外侧电极、以及所述元件主体中的成为所述第一内侧电极与所述第一外侧电极之间的电流路径的固体电解质。另外，所述第二泵单元可以构成为包括：所述第二内侧电极、在所述元件主体的外侧的暴露于所述被测定气体中的部分所配设的第二外侧电极、以及所述元件主体中的成为所述第二内侧电极与所述第二外侧电极之间的电流路径的固体电解质。
[2]上述的气体传感器(上述[1]所述的气体传感器)可以具备：基准电极，该基准电极以与作为所述特定气体浓度的检测基准的基准气体接触的方式配设于所述元件主体的内部；以及调整用泵单元，该调整用泵单元具有所述第一泵单元，对所述被测定气体流通部中的氧浓度调整室的氧浓度进行调整，所述第一内侧电极配设于所述氧浓度调整室，所述第二内侧电极为在所述被测定气体流通部中的设置为比所述氧浓度调整室靠下游的测定室所配设的内侧测定电极，所述第二泵单元为从所述测定室将源自所述特定气体的氧吸出的测定用泵单元，所述控制装置进行：以使得所述氧浓度调整室的氧浓度达到目标浓度的方式对所述调整用泵单元进行控制的调整用泵控制处理、基于因所述调整用泵控制处理而流通于所述第一泵单元的第一泵电流来对所述被测定气体中的氧浓度进行检测的氧浓度检测处理、以使得所述基准电极与所述内侧测定电极之间的电压达到目标值的方式对施加于所述测定用泵单元的控制电压进行反馈控制的测定用泵控制处理、基于因所述测定用泵控制处理而流通于所述测定用泵单元的所述第二泵电流、即测定用泵电流来对所述被测定气体中的所述特定气体浓度进行检测的特定气体浓度检测处理，所述控制装置在所述校正处理中基于所述第二阻抗而对所述特定气体浓度检测处理中的所述测定用泵电流进行校正，或者对所述特定气体浓度进行校正。据此，第一泵单元、即调整用泵单元的第一阻抗被控制为目标值，因此，能够精度良好地进行使用第一泵单元进行的处理即氧浓度检测处理。另外，关于第二泵单元、即测定用泵单元，基于第二阻抗而对测定用泵电流进行校正，或者对特定气体浓度进行校正，因此，能够精度良好地进行使用第二泵单元进行的处理、即特定气体浓度检测处理。
[3]在上述的气体传感器(上述[2]所述的气体传感器)的基础上，可以为：所述氧浓度调整室具有：配设有所述第一内侧电极的第一内部空腔、以及所述被测定气体流通部中的设置为比所述第一内部空腔靠下游且比所述测定室靠上游的第二内部空腔，所述调整用泵单元具有：作为所述第一泵单元的主泵单元、以及具有在所述第二内部空腔所配设的辅助泵电极且进行氧的泵送的辅助泵单元，所述调整用泵控制处理包括：控制所述主泵单元而对所述第一内部空腔的氧浓度进行调整的主泵控制处理、以及控制所述辅助泵单元而对所述第二内部空腔的氧浓度进行调整的辅助泵控制处理。
[4]在上述的气体传感器(上述[1]～[3]中的任一项所述的气体传感器)的基础上，可以为：所述第一阻抗测定部对所述第一内侧电极施加1kHz以上的频率的所述电压而测定所述第一阻抗，所述第二阻抗测定部对所述第二内侧电极施加1kHz以上的频率的所述电压而测定所述第二阻抗。通过施加1kHz以上这一比较高的频率的电压来测定第一阻抗，使得第一阻抗中不易包含第一泵单元的第一内侧电极的反应电阻，容易表现出与第一泵单元的温度的相关性高的值、即第一泵单元的固体电解质的电阻值。因此，利用加热器控制处理来控制第一泵单元的温度的控制精度提高。另外，通过施加1kHz以上这一比较高的频率的电压来测定第二阻抗，使得第二阻抗中不易包含第二泵单元的第二内侧电极的反应电阻，容易表现出与第二泵单元的温度的相关性高的值、即第二泵单元的固体电解质的电阻值。因此，在基于第二阻抗进行的校正处理中，容易对由第二泵单元的温度变化所引起的第二泵电流的变化进行校正。即，校正处理中的校正精度提高。
附图说明
图1是示意性地示出气体传感器100的结构的一例的截面示意图。
图2是示出控制装置95与各单元及加热器72之间的电连接关系的框图。
图3是示出第一、第二阻抗测定部47a、47b所施加的脉冲电压的一例的图表。
图4是示出第二阻抗R2与偏置电流Ip2offset的关系的图表。
图5是示出控制例程的一例的流程图。
图6是变形例的传感器元件201的截面示意图。
符号说明
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…可变电源，47a、47b…第一、第二阻抗测定部，48…基准气体导入层，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，76…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，95…控制装置，96…控制部，97…CPU，98…存储部，100…气体传感器，101、201…传感器元件。
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95与各单元及加热器72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；传感器元件101所具备的各单元21、41、50、80～83；加热器部70，其设置于传感器元件101的内部；以及控制装置95，其具有可变电源24、46、52及加热器电源76且对整个气体传感器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)、且是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以按该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远离前端侧的位置，第三基板层3的上表面与隔离层5的下表面之间、且是侧部由第一固体电解质层4的侧面区划形成的位置设置有基准气体导入空间43。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。
基准气体导入层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而导入至基准气体导入层48。另外，基准气体导入层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连通的基准气体导入层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尾气的情况下，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是由内侧泵电极22、外侧泵电极23、以及成为这些电极之间的电流路径的第二固体电解质层6、隔离层5及第一固体电解质层4构成的电化学泵单元，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的大致整面的顶部电极部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和外侧泵电极23形成为多孔质金属陶瓷电极(例如含有1％的Au的Pt与ZrO2的金属陶瓷电极)。应予说明，与被测定气体接触的内侧泵电极22采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。
关于主泵单元21，对内侧泵电极22与外侧泵电极23之间施加所期望的电压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，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。
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，以使得电压V0达到目标值的方式对可变电源24的电压Vp0进行反馈控制，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外侧的适当电极即可)、以及第二固体电解质层6、隔离层5及第一固体电解质层4构成的辅助性的电化学泵单元，其中，辅助泵电极51具有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的大致整体的顶部电极部51a。
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。
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，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。
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的上述的目标值进行控制，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相比提高了针对被测定气体中的NOx成分的还原能力的材料构成的多孔质金属陶瓷电极。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。
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，由第一固体电解质层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。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)而对可变电源46进行控制。
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，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恒定(目标值)的方式对可变电源46的电压Vp2进行控制。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，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，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、且因利用测定用泵单元41将NOx还原生成的氧吸出而流通的泵电流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是以与第一基板层1的下表面接触的形态形成的电极。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是以由第二基板层2和第三基板层3从上下侧夹持的形态形成的电阻体。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从加热器电源76(参照图2)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及基准气体导入层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：使加热器绝缘层74内的温度上升所伴随的内压上升得到缓和。
如图2所示，控制装置95具备：上述的可变电源24、46、52、第一阻抗测定部47a、第二阻抗测定部47b、上述的加热器电源76、以及控制部96。
第一阻抗测定部47a是：对内侧泵电极22(第一内侧电极的一例)施加电压而测定第一阻抗R1的装置。第一阻抗测定部47a对主泵单元21(第一泵单元的一例)中包括的2个电极、即内侧泵电极22与外侧泵电极23之间施加规定的第一频率的电压而测定第一阻抗R1。第二阻抗测定部47b是：对测定电极44(第二内侧电极的一例)施加电压而测定第二阻抗R2的装置。第二阻抗测定部47b对测定用泵单元41(第二泵单元的一例)中包括的2个电极、即测定电极44与外侧泵电极23之间施加规定的第二频率的电压而测定第二阻抗R2。第一阻抗测定部47a及第二阻抗测定部47b分别具备例如未图示的电源、电压测定部以及电流测定部，在从电源施加电压时，基于电压测定部及电流测定部测定得到的电压及电流，对第一阻抗R1及第二阻抗R2进行测定。
在本实施方式中，第一阻抗测定部47a对主泵单元21的内侧泵电极22与外侧泵电极23之间施加图3所示的矩形波的脉冲电压，对此时的内侧泵电极22与外侧泵电极23之间的电压的变化量ΔV及流通于主泵单元21的电流的变化量ΔI进行测定。然后，通过电压的变化量ΔV除以电流的变化量ΔI而计算出第一阻抗R1[Ω](R1＝ΔV/ΔI)。同样地，第二阻抗测定部47b对测定用泵单元41施加图3所示的脉冲电压，通过测定电极44与外侧泵电极23之间的电压的变化量ΔV除以流通于测定用泵单元41的电流的变化量ΔI而计算出第二阻抗R2[Ω]。
第一阻抗测定部47a所施加的电压的频率、即第一频率优选为1kHz以上。通过施加1kHz以上这一比较高的频率的电压来测定第一阻抗R1，使得第一阻抗R1中不易包含主泵单元21的内侧泵电极22的反应电阻，与主泵单元21的温度的相关性高的值、即主泵单元21的固体电解质(此处为层4～6)的电阻值容易表现为第一阻抗R1。同样地，第二阻抗测定部47b所施加的电压的频率、即第二频率优选为1kHz以上。通过施加1kHz以上这一比较高的频率的电压来测定第二阻抗R2，使得第二阻抗R2中不易包含测定用泵单元41的测定电极44的反应电阻，与测定用泵单元41的温度的相关性高的值、即测定用泵单元41的固体电解质(此处为层4～6)的电阻值容易表现为第二阻抗R2。第一频率及第二频率分别可以为100kHz以下。第一频率和第二频率可以为相同值，也可以为不同值。所施加的电压像图3那样为脉冲电压的情况下，在将所施加的脉冲电压中的正侧的脉冲宽度设为T[sec]时，脉冲电压的频率为按1/(2×T)[Hz]计算出的值。
控制部96是具备CPU97及存储部98等的微处理器。存储部98是能够进行信息改写的非易失性存储器，例如能够存储各种程序、各种数据。控制部96被输入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、由辅助泵单元50检测出的泵电流Ip1以及由测定用泵单元41检测出的泵电流Ip2。另外，控制部96向可变电源24、46、52输出控制信号，由此对可变电源24、46、52输出的电压Vp0、Vp1、Vp2进行控制，从而对主泵单元21、测定用泵单元41及辅助泵单元50进行控制。控制部96向第一、第二阻抗测定部47a、47b输出控制信号，由此使第一、第二阻抗测定部47a、47b执行阻抗测定，并从第一、第二阻抗测定部47a、47b输入作为测定结果的第一、第二阻抗R1、R2的值。控制部96向加热器电源76输出控制信号，由此对加热器电源76向加热器72供给的电力进行控制。存储部98中还存储有后述的目标值V0＊、V1＊、V2＊、R1＊等。控制部96的CPU97参照这些目标值V0＊、V1＊、V2＊、R1＊而进行各单元21、41、50及加热器72的控制。
控制部96进行以使得第二内部空腔40的氧浓度达到目标浓度的方式控制辅助泵单元50的辅助泵控制处理。具体而言，控制部96以使得电压V1达到恒定值(称为目标值V1＊)的方式对可变电源52的电压Vp1进行反馈控制，由此控制辅助泵单元50。目标值V1＊规定为：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浓度这样的值。
控制部96进行以使得辅助泵单元50利用辅助泵控制处理调整第二内部空腔40的氧浓度时流通的泵电流Ip1达到目标电流(称为目标电流Ip1＊)的方式控制主泵单元21的主泵控制处理。具体而言，控制部96以使得因电压Vp1而流通的泵电流Ip1达到恒定的目标电流Ip1＊的方式基于泵电流Ip1来设定电压V0的目标值(称为目标值V0＊)(反馈控制)。并且，控制部96以使得电压V0达到目标值V0＊的方式(亦即，以使得第一内部空腔20的氧浓度达到目标浓度的方式)对可变电源24的电压Vp0进行反馈控制。通过该主泵控制处理，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。目标值V0＊设定为：第一内部空腔20的氧浓度高于0％且为低浓度这样的值。另外，该主泵控制处理中流通的泵电流Ip0与从气体导入口10向被测定气体流通部内流入的被测定气体(即，传感器元件101周围的被测定气体)的氧浓度相应地进行变化。因此，控制部96还能够基于泵电流Ip0来检测被测定气体中的氧浓度。
还将上述的主泵控制处理及辅助泵控制处理统称为调整用泵控制处理。另外，还将第一内部空腔20及第二内部空腔40统称为氧浓度调整室。还将主泵单元21及辅助泵单元50统称为调整用泵单元。通过控制部96进行调整用泵控制处理，使得调整用泵单元对氧浓度调整室的氧浓度进行调整。
此外，控制部96进行以使得电压V2达到恒定值(称为目标值V2＊)的方式(亦即，以使得第三内部空腔61内的氧浓度达到规定的低浓度的方式)控制测定用泵单元41的测定用泵控制处理。具体而言，控制部96以使得电压V2达到目标值V2＊的方式对可变电源46的电压Vp2进行反馈控制，由此对测定用泵单元41进行控制。通过该测定用泵控制处理，从第三内部空腔61内吸出氧。
通过进行测定用泵控制处理，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，控制部96获取作为与源自特定气体(此处为NOx)且在第三内部空腔61生成的氧相应的检测值的泵电流Ip2，并基于该泵电流Ip2而计算出被测定气体中的NOx浓度。
存储器98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(例如一次函数式或二次函数式)、映射等。这种关系式或映射可以预先通过实验而求出。
控制部96进行以使得第一阻抗R1达到目标值R1＊的方式控制加热器72的加热器控制处理。具体而言，控制部96使第一阻抗测定部47a测定第一阻抗R1，并以使得测定得到的值达到目标值R1＊的方式对加热器电源76进行反馈控制。目标值R1＊设为例如与使主泵单元21的泵送能力充分提高所需的固体电解质(此处为层4～6)的目标温度(例如800℃)对应的第一阻抗R1的值而预先确定并存储于存储部98。例如，测定得到的第一阻抗R1高于目标值R1＊(即，主泵单元21的温度低于目标温度)的情况下，控制部96以提高向加热器72供给的电力而使固体电解质的温度上升的方式对加热器电源76进行控制。加热器电源76在向加热器72通电时，例如基于来自控制部96的控制信号使向加热器72施加的电压的值发生变化，由此对向加热器72供给的电力进行调整。
此处，如果进行如上所述的加热器控制处理，则能够将主泵单元21的第一阻抗R1控制为目标值R1＊，不过，测定用泵单元41的温度也随之发生变化。另外，主泵单元21、测定用泵单元41的温度也根据例如被测定气体的温度而发生变化。关于主泵单元21，通过加热器控制处理调整了温度，因此，不易受到被测定气体的温度的影响，不过，测定用泵单元41的温度容易受到被测定气体的温度的影响。因此，测定用泵单元41的第二阻抗R2未必为所期望的值。并且，有时因测定用泵单元41的第二阻抗R2发生变化而导致泵电流Ip2也发生变化，从而对NOx浓度的检测精度带来影响。于是，本发明的发明人对测定用泵单元41的第二阻抗R2与泵电流Ip2的关系进行了调查。首先，作为被测定气体，准备了基础气体为氮、氧浓度为0％、水浓度为3％、NO浓度为0ppm的模型气体。接下来，在传感器元件101暴露于该模型气体中的状态下，控制部96开始上述的加热器控制，在第一阻抗R1到达目标值R1＊附近之后，进而开始调整用泵控制处理及测定用泵控制处理。之后，在泵电流Ip2稳定的状态下测定泵电流Ip2的值。模型气体的NO浓度为0ppm，因此，理论上，泵电流Ip2为0μA，但是，实际上有少许泵电流Ip2流通。将这样的因除特定气体(此处为NOx)以外的主要原因而流通的泵电流Ip2称为偏置电流Ip2offset。偏置电流Ip2offset也包含在NOx浓度并非0ppm时的泵电流Ip2中。接下来，通过变更模型气体的气体温度而使测定用泵单元41的第二阻抗R2不同，除此以外，利用与上述相同的方法测定泵电流Ip2(偏置电流Ip2offset)。通过这些测定，作为第二阻抗R2与偏置电流Ip2offset的关系，得到图4所示的图表。图4中，将7点测定结果以黑圆表示，将基于测定结果得到的近似曲线设为曲线L并以虚线表示。
由图4可知，确认到第二阻抗R2越高、偏置电流Ip2offset越小的趋势。像这样，在第二阻抗R2与偏置电流Ip2offset之间具有相关性，由此可知，基于第二阻抗R2能够导出偏置电流Ip2offset。于是，在本实施方式中，作为第二阻抗R2与偏置电流Ip2offset的对应关系，将图4所示的表示曲线L的关系式或映射预先存储于存储部98。并且，控制部96在计算被测定气体中的NOx浓度时，利用该对应关系进行后述的校正处理。
接下来，对气体传感器100的控制部96进行NOx浓度的测定的处理的一例进行说明。图5是示出控制部96执行的控制例程的一例的流程图。控制部96将该例程存储于例如存储部98。例如，当从未图示的发动机ECU输入启动指令时，控制部96开始该控制例程。应予说明，在本实施方式中，控制部96也进行被测定气体中的氧浓度的测定。
控制部96的CPU97开始控制例程时，首先，开始上述的加热器控制处理(步骤S100)。通过开始加热器控制处理，从而反复执行上述的利用第一阻抗测定部47a测定第一阻抗R1的处理、以及CPU97基于测定得到的值和目标值R1＊而对加热器72进行控制的处理。接下来，CPU97开始上述的调整用泵控制处理及测定用泵控制处理(步骤S110)。应予说明，开始调整用泵控制处理及测定用泵控制处理以后，在第一阻抗测定部47a进行主泵单元21的第一阻抗R1的测定时，优选CPU97以使得向主泵单元21施加的电压Vp0的值暂时变小的方式对可变电源24进行控制。另外，CPU97更优选将主泵控制处理暂时停止而使得不向主泵单元21施加电压Vp0。据此，能够抑制第一阻抗R1的测定值因电压Vp0的影响而发生变化，第一阻抗R1的测定精度提高。
接下来，CPU97判定是否为导出氧浓度及NOx浓度的浓度导出时机(步骤S120)。CPU97在例如每经过规定时间、从发动机ECU输入浓度导出指令时等判定为浓度导出时机。
若在步骤S120中判定为浓度导出时机，CPU97首先进行基于泵电流Ip0而导出氧浓度的氧浓度检测处理(步骤S130)。CPU97在调整用泵控制处理(此处特别是主泵控制处理)中以使得电压V0达到目标值V0＊的方式(亦即，以使得第一内部空腔20的氧浓度达到目标浓度的方式)对主泵单元21进行控制，因此，如上所述，基于泵电流Ip0，能够导出被测定气体中的氧浓度。在本实施方式中，表示泵电流Ip0与氧浓度的对应关系的关系式或映射等利用实验求出并预先存储于存储部98。CPU97在步骤S130中基于目前的泵电流Ip0和存储部98中所存储的对应关系而计算出被测定气体中的氧浓度。
接下来，CPU97进行基于泵电流Ip2来检测NOx浓度的特定气体浓度检测处理(步骤S140～S180)。该特定气体浓度检测处理中包括基于第二阻抗R2来校正泵电流Ip2的校正处理(步骤S160、S170)。在特定气体浓度检测处理中，CPU97首先获取因测定用泵控制处理而流通的泵电流Ip2(步骤S140)。接下来，CPU97使第二阻抗测定部47b测定测定用泵单元41的第二阻抗R2，从而获获取到的值(步骤S150)。对于步骤S140和步骤S150，可以使任一者先执行。另外，与第一阻抗R1的测定时同样地，在步骤S150中第二阻抗测定部47b测定测定用泵单元41的第二阻抗R2时，优选CPU97以使得向测定用泵单元41施加的电压Vp2的值暂时变小的方式对可变电源46进行控制。另外，CPU97更优选将测定用泵控制处理暂时停止而使得不会向测定用泵单元41施加电压Vp2。
接下来，CPU97基于测定得到的第二阻抗R2、存储部98中存储的第二阻抗R2以及偏置电流Ip2offset的对应关系(例如图4的曲线L的关系)，导出与第二阻抗R2对应的偏置电流Ip2offset(步骤S160)。然后，CPU97基于导出的偏置电流Ip2offset，对步骤S140中获取的泵电流Ip2进行校正(步骤S170)。具体而言，CPU97通过步骤S140中获取的泵电流Ip2减去步骤S160中导出的偏置电流Ip2offset，从而导出校正后的泵电流Ip2。据此，校正后的泵电流Ip2为第二阻抗R2的变化对偏置电流Ip2offset的变化带来的影响被除去的值。之后，CPU97基于校正后的泵电流Ip2而导出NOx浓度(步骤S180)。即，CPU97基于校正后的泵电流Ip2、存储部98中存储的泵电流Ip2以及NOx浓度的对应关系而导出与校正后的泵电流Ip2对应的NOx浓度。这样导出的NOx浓度为不易受到第二阻抗R2的变化对偏置电流Ip2offset的变化带来的影响的值，因此，与不进行泵电流Ip2的校正的情形相比较，成为接近于实际的NOx浓度的精度高的值。应予说明，如上所述，在本实施方式中，基于泵电流Ip2减去偏置电流Ip2offset得到的校正后的泵电流Ip2而导出NOx浓度，因此，关于预先存储于存储部98的泵电流Ip2与NOx浓度的对应关系，同样地，预先准备校正后的泵电流Ip2与NOx浓度的对应关系即可。或者，可以将偏置电流Ip2offset为规定的基准值时的泵电流Ip2与NOx浓度的对应关系预先存储于存储部98。这种情况下，CPU97可以将步骤S160中导出的偏置电流Ip2offset与基准值之差导出作为校正量，步骤S140中获取的泵电流Ip2减去该校正量，导出校正后的泵电流Ip2。
在步骤S180之后、或步骤S120中并非浓度导出时机的情况下，CPU97执行S120以后的处理。通过CPU97如上执行控制例程，从而对被测定气体中的氧浓度及NOx浓度进行反复测定。
此处，将本实施方式的构成要素与本发明的构成要素的对应关系加以明确。本实施方式的第一基板层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个层按该顺序依次层叠得到的层叠体相当于本发明的元件主体，内侧泵电极22相当于第一内侧电极，主泵单元21相当于第一泵单元，测定电极44相当于第二内侧电极，测定用泵单元41相当于第二泵单元，加热器72相当于加热器，第一阻抗测定部47a相当于第一阻抗测定部，第二阻抗测定部47b相当于第二阻抗测定部，泵电流Ip2相当于第二泵电流，控制装置95相当于控制装置。另外，外侧泵电极23相当于第一外侧电极及第二外侧电极，第一内部空腔20及第二内部空腔40相当于氧浓度调整室，主泵单元21及辅助泵单元50相当于调整用泵单元，第三内部空腔61相当于测定室，测定电极44相当于内侧测定电极，泵电流Ip0相当于第一泵电流，泵电流Ip2相当于测定用泵电流。
根据以上详细说明的本实施方式的气体传感器100，针对主泵单元21测定第一阻抗R1，以使得第一阻抗R1达到目标值R1＊的方式对加热器72进行控制，因此，针对主泵单元21能够将第一阻抗R1保持为目标值R1＊附近。所以，能够精度良好地进行使用主泵单元21进行的处理。例如能够精度良好地进行主泵单元21对第一内部空腔20的氧浓度的调整。另外，在本实施方式中，使用主泵单元21的泵电流Ip0进行氧浓度检测处理，因此，还能够精度良好地检测被测定气体中的氧浓度。另外，针对测定用泵单元41测定第二阻抗R2，进行基于第二阻抗R2进行的校正处理。因此，能够精度良好地进行使用测定用泵单元41进行的处理、特别是基于测定用泵单元41的泵电流Ip2进行的处理。例如，在本实施方式中进行基于泵电流Ip2来检测NOx浓度的特定气体浓度检测处理，因此，能够精度良好地检测被测定气体中的NOx浓度。据此，在气体传感器100中，能够同时精度良好地进行使用主泵单元21进行的处理和使用测定用泵单元41进行的处理。
另外，第一阻抗测定部47a对内侧泵电极22施加1kHz以上的频率的电压而测定第一阻抗R1，因此，第一阻抗R1容易表现出与主泵单元21的温度的相关性高的值、即主泵单元21的固体电解质的电阻值。所以，利用加热器控制处理来控制主泵单元21的温度的控制精度提高。此外，第二阻抗测定部47b对测定电极44施加1kHz以上的频率的电压而测定第二阻抗R2，因此，第二阻抗R2容易表现出与测定用泵单元41的温度的相关性高的值、即测定用泵单元41的固体电解质的电阻值。因此，在基于第二阻抗R2进行的校正处理中，容易对由测定用泵单元41的温度变化所引起的第二泵电流Ip2的变化进行校正。即，校正处理中的校正精度提高。
应予说明，本发明不受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，就可以按各种方案进行实施。
在上述实施方式中，第一、第二阻抗测定部47a、47b所施加的电压为矩形波的脉冲电压，但不限于此，只要是周期性的电压即可。例如，可以施加三角波或正弦波的电压。
在上述实施方式中，第一阻抗测定部47a对主泵单元21中包括的一对电极、即内侧泵电极22与外侧泵电极23之间施加电压，但不限于此，只要至少对被测定气体流通部中配设的内侧泵电极22施加电压即可。例如，第一阻抗测定部47a可以对内侧泵电极22与基准电极42之间施加电压来测定第一阻抗R1。这种情况下，也能够测定作为至少包含内侧泵电极22周边的固体电解质的电阻值的值的第一阻抗R1。同样地，第二阻抗测定部47b只要至少对测定电极44施加电压即可，例如可以对测定电极44与基准电极42之间施加电压。
在上述实施方式中，控制部96基于第二阻抗R2来校正泵电流Ip2，不过，也可以对基于泵电流Ip2而导出的值进行校正。例如，可以对第二阻抗R2与NOx浓度的校正量的对应关系进行预先调查并存储于存储部98。这种情况下，控制部96只要使用基于获取的泵电流Ip2而导出的NOx浓度和基于测定得到的第二阻抗R2而导出的校正量来导出校正后的NOx浓度即可。或者，可以对泵电流Ip2、第二阻抗R2以及NOx浓度的对应关系进行预先调查并存储于存储部98。这种情况下，控制部96只要基于获取的泵电流Ip2、测定得到的第二阻抗R2以及该对应关系来导出NOx浓度即可。这样导出的NOx浓度相当于考虑了第二阻抗R2的校正后的NOx浓度。
在上述实施方式中，对将主泵单元21设为第一阻抗的测定对象、即第一泵单元、将测定用泵单元41设为第二阻抗的测定对象、即第二泵单元的情形进行了说明，但不限于此。也可以使传感器元件101所具有的任一泵单元与第一泵单元(具有在被测定气体流通部所配设的第一内侧电极且进行氧的泵送的第一泵单元)及第二泵单元(具有在被测定气体流通部所配设的第二内侧电极且进行氧的泵送的第二泵单元)对应。例如，上述实施方式的传感器元件101具备主泵单元21、辅助泵单元50及测定用泵单元41这3个泵单元，因此，可以将其中的任一者设为第一泵单元，也可以将任一者设为第二泵单元。例如，也可以将辅助泵单元50设为第二泵单元，而不是测定用泵单元41。这种情况下，第二阻抗测定部47b测定辅助泵单元50的阻抗作为第二阻抗R2，控制部96只要基于第二阻抗R2而对泵电流Ip1进行校正或对基于泵电流Ip1得到的值进行校正即可。例如，即便被测定气体的组成相同，上述的加热器控制处理、调整用泵控制处理及测定用泵控制处理的执行中流通于辅助泵单元50的泵电流Ip1也有时因辅助泵单元50的第二阻抗R2的变化而发生变化。即，有时泵电流Ip1中包含偏置电流Ip1offset，该偏置电流Ip1offset与第二阻抗R2具有相关性。这种情况下，将辅助泵单元50的第二阻抗R2与偏置电流Ip1offset的对应关系预先存储于存储部98。并且，控制部96基于辅助泵单元50的第二阻抗R2而导出偏置电流Ip1offset，将泵电流Ip1减去偏置电流Ip1offset得到的值导出作为校正后的泵电流Ip1。然后，控制部96以使得校正后的泵电流Ip1达到目标值Ip1＊的方式基于校正后的泵电流Ip1而设定电压V0的目标值V0＊(反馈控制)，从而进行主泵控制处理。据此，能够精度良好地进行使用辅助泵单元50进行的处理、例如主泵控制处理及辅助泵控制处理。应予说明，控制部96可以对基于泵电流Ip1而导出的目标值V0＊进行校正，以代替对泵电流Ip1进行校正。
在上述实施方式中，对主泵单元21及测定用泵单元41的阻抗进行了测定，不过，也可以除此以外还对辅助泵单元50的阻抗(第三阻抗R3)进行测定，基于该第三阻抗而对泵电流Ip1进行校正，或者基于第三阻抗而对根据泵电流Ip1导出的值进行校正。像这样对传感器元件101所具备的3个以上的泵单元的阻抗进行测定的情况下，可以针对任1个泵单元进行上述的第一阻抗的测定及加热器控制处理，针对除此以外的泵单元均进行阻抗的测定和校正处理。
在上述实施方式中没有说明，不过，气体传感器100优选构成为：当将加热器72加热到700℃以上且900℃以下的温度范围中的至少任一温度时的内侧泵电极22、辅助泵电极51、测定电极44的温度分别设为Tp、Tq、Tm时，满足温度Tp＞温度Tq＞温度Tm。关于应当从被测定气体流通部吸出的氧的量，主泵单元21最多，辅助泵单元50次之，第一测定用泵单元41比较少，因此，通过满足上述的温度的大小关系，能够使主泵单元21及辅助泵单元50的泵送能力充分提高。另外，像这样使在被测定气体流通部内配设的多个电极的温度不同的情况下，优选像上述实施方式那样将包括想要将温度调整为最高的电极(此处为内侧泵电极22)的泵单元(此处为主泵单元21)设为第一泵单元。据此，能够针对包括想要将温度调整为最高的电极的泵单元进行第一阻抗的测定及加热器控制处理，从而将温度调整为目标温度。
在上述实施方式中，气体传感器100分别具备第一阻抗测定部47a和第二阻抗测定部47b，不过，也可以1个阻抗测定部兼具有第一阻抗测定部47a和第二阻抗测定部47b的功能。另外，在上述实施方式中，可以将控制装置95的功能由多个装置分担进行。例如，进行加热器控制处理的装置和进行校正处理的装置可以为各自独立的装置。
在上述实施方式中，氧浓度调整室具有第一内部空腔20和第二内部空腔40，但不限于此，例如氧浓度调整室可以进一步具备另一内部空腔，也可以将第一内部空腔20和第二内部空腔40中的一者省略。同样地，在上述实施方式中，调整用泵单元具有主泵单元21和辅助泵单元50，但不限于此，例如调整用泵单元可以进一步具备另一泵单元，也可以将主泵单元21和辅助泵单元50中的一者省略。例如，能够仅以主泵单元21使被测定气体的氧浓度足够低的情况下，可以将辅助泵单元50省略。将辅助泵单元50省略的情况下，控制部96只要构成为作为调整用泵控制处理仅进行主泵控制处理即可。另外，主泵控制处理中，只要将上述的基于泵电流Ip1进行的目标值V0＊的设定省略即可。具体而言，只要将规定的目标值V0＊预先存储于存储部98，控制部96以使得电压V0达到目标值V0＊的方式对可变电源24的电压Vp0进行反馈控制，由此对主泵单元21进行控制即可。
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，但不限于此。例如，也可以像图6的传感器元件201那样不具备第三内部空腔61。图6所示的变形例的传感器元件201中，在第二固体电解质层6的下表面与第一固体电解质层4的上表面之间，气体导入口10、第一扩散速度控制部11、缓冲空间12、第二扩散速度控制部13、第一内部空腔20、第三扩散速度控制部30以及第二内部空腔40以按该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201，也能够与上述实施方式同样地基于例如泵电流Ip2而检测NOx浓度。这种情况下，测定电极44的周围作为测定室而发挥作用。
在上述实施方式中，外侧泵电极23兼具有：作为与主泵单元21中的内侧泵电极22成对的电极(也称为外侧主泵电极)的作用、作为与辅助泵单元50中的辅助泵电极51成对的电极(也称为外侧辅助泵电极)的作用、以及作为与测定用泵单元41中的测定电极44成对的电极(也称为外侧测定电极)的作用，但不限于此。也可以将外侧主泵电极、外侧辅助泵电极及外侧测定电极中的任一者以上独立于外侧泵电极23而另行以与被测定气体接触的方式设置于元件主体的外侧。
在上述实施方式中，传感器元件101对被测定气体中的NOx浓度进行检测，不过，只要是对被测定气体中的特定气体的浓度进行检测即可，不限于此。例如，不限于NOx，也可以将其他氧化物浓度设为特定气体浓度。特定气体为氧化物的情况下，与上述实施方式同样地，将特定气体自身在第三内部空腔61中还原时产生氧，因此，测定用泵单元41能够获取与该氧相应的检测值(例如泵电流Ip2)而检测特定气体浓度。另外，特定气体也可以为氨等非氧化物。特定气体为非氧化物的情况下，将特定气体转化为氧化物(例如，若是氨，则转化为NO)，由此，转化后的气体在第三内部空腔61中还原时产生氧，因此，测定用泵单元41能够获取与该氧相应的检测值(例如泵电流Ip2)而检测特定气体浓度。例如，第一内部空腔20的内侧泵电极22作为催化剂而发挥作用，由此能够在第一内部空腔20中将氨转化为NO。
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，但不限于此。传感器元件101的元件主体只要包含至少1个氧离子传导性的固体电解质层即可。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，传感器元件101所具有的各电极只要配设于第二固体电解质层6即可。例如，图1的测定电极44只要配设于第二固体电解质层6的下表面即可。另外，只要如下形成即可：将基准气体导入空间43设置于隔离层5而代替设置于第一固体电解质层4，将基准气体导入层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，将基准电极42设置为比第三内部空腔61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，控制部96以使得泵电流Ip1达到目标值Ip1＊的方式基于泵电流Ip1而设定电压V0的目标值V0＊(反馈控制)，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，控制部96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，控制部96也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、或省略设定目标值V0＊，而基于泵电流Ip1直接对泵电压Vp0进行控制(甚至对泵电流Ip0进行控制)。
产业上的可利用性
本发明能够用于对汽车的尾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。

Claims (4)

1.一种气体传感器，其对被测定气体中的特定气体的浓度、即特定气体浓度进行检测，所述气体传感器具备：
元件主体，该元件主体具有氧离子传导性的固体电解质层，且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；
第一泵单元，该第一泵单元进行氧的泵送，具有在所述被测定气体流通部所配设的第一内侧电极；
第二泵单元，该第二泵单元进行氧的泵送，具有在所述被测定气体流通部所配设的第二内侧电极；
加热器，该加热器对所述元件主体进行加热；
第一阻抗测定部，该第一阻抗测定部对所述第一内侧电极施加电压而测定第一阻抗；
第二阻抗测定部，该第二阻抗测定部对所述第二内侧电极施加电压而测定第二阻抗；以及
控制装置，该控制装置进行以使得所述第一阻抗达到目标值的方式对所述加热器进行控制的加热器控制处理、以及基于所述第二阻抗而对流通于所述第二泵单元的第二泵电流进行校正或者对基于所述第二泵电流而导出的值进行校正的校正处理。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，
所述气体传感器具备：
基准电极，该基准电极以与作为所述特定气体浓度的检测基准的基准气体接触的方式配设于所述元件主体的内部；以及
调整用泵单元，该调整用泵单元具有所述第一泵单元，对所述被测定气体流通部中的氧浓度调整室的氧浓度进行调整，
所述第一内侧电极配设于所述氧浓度调整室，
所述第二内侧电极为在所述被测定气体流通部中的设置为比所述氧浓度调整室靠下游的测定室所配设的内侧测定电极，
所述第二泵单元为从所述测定室将源自所述特定气体的氧吸出的测定用泵单元，
所述控制装置进行：以使得所述氧浓度调整室的氧浓度达到目标浓度的方式对所述调整用泵单元进行控制的调整用泵控制处理、基于因所述调整用泵控制处理而流通于所述第一泵单元的第一泵电流来对所述被测定气体中的氧浓度进行检测的氧浓度检测处理、以使得所述基准电极与所述内侧测定电极之间的电压达到目标值的方式对施加于所述测定用泵单元的控制电压进行反馈控制的测定用泵控制处理、基于因所述测定用泵控制处理而流通于所述测定用泵单元的所述第二泵电流、即测定用泵电流来对所述被测定气体中的所述特定气体浓度进行检测的特定气体浓度检测处理，
所述控制装置在所述校正处理中基于所述第二阻抗而对所述特定气体浓度检测处理中的所述测定用泵电流进行校正，或者对所述特定气体浓度进行校正。
3.根据权利要求2所述的气体传感器，其特征在于，
所述氧浓度调整室具有：配设有所述第一内侧电极的第一内部空腔、以及所述被测定气体流通部中的设置为比所述第一内部空腔靠下游且比所述测定室靠上游的第二内部空腔，
所述调整用泵单元具有：作为所述第一泵单元的主泵单元、以及具有在所述第二内部空腔所配设的辅助泵电极且进行氧的泵送的辅助泵单元，
所述调整用泵控制处理包括：控制所述主泵单元而对所述第一内部空腔的氧浓度进行调整的主泵控制处理、以及控制所述辅助泵单元而对所述第二内部空腔的氧浓度进行调整的辅助泵控制处理。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的气体传感器，其特征在于，
所述第一阻抗测定部对所述第一内侧电极施加1kHz以上的频率的所述电压而测定所述第一阻抗，
所述第二阻抗测定部对所述第二内侧电极施加1kHz以上的频率的所述电压而测定所述第二阻抗。
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