JP2000214130A - Method for measuring concentration of gas - Google Patents
Method for measuring concentration of gasInfo
- Publication number
- JP2000214130A JP2000214130A JP11285900A JP28590099A JP2000214130A JP 2000214130 A JP2000214130 A JP 2000214130A JP 11285900 A JP11285900 A JP 11285900A JP 28590099 A JP28590099 A JP 28590099A JP 2000214130 A JP2000214130 A JP 2000214130A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- measured
- cell
- sensor element
- pump
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【技術分野】本発明は,酸素ガス濃度と共に特定ガス濃
度を測定する測定方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a measuring method for measuring a specific gas concentration together with an oxygen gas concentration.
【0002】[0002]
【従来技術】自動車等の排ガスによる大気汚染は現代社
会に深刻な問題を引き起こしており,排ガス中の公害物
質に対する浄化基準法規が年々厳しくなってきている。
そのため,ガソリンエンジン,ディーゼルエンジン等に
対するより精密な燃焼制御,またエンジン排気系等に設
置した触媒コンバータによる排ガス中の公害物質のさら
なる低減の検討が進められている。2. Description of the Related Art Air pollution caused by exhaust gas from automobiles and the like has caused serious problems in modern society, and regulations on purification standards for pollutants in exhaust gas have become stricter year by year.
For this reason, more precise combustion control for gasoline engines, diesel engines, etc., and further reduction of pollutants in exhaust gas by catalytic converters installed in engine exhaust systems, etc. are being studied.
【0003】米国のOBD-II規制では,触媒コンバーター
中の排ガスを浄化するための触媒が適切な状態にあるか
どうかを判定する機能をエンジンの燃焼制御系などが備
えることを要求している。これに対して,従来,2本の
酸素センサを用いたモニターシステム等が導入さてい
る。[0003] The OBD-II regulations in the United States require that the engine combustion control system and the like have a function of determining whether a catalyst for purifying exhaust gas in a catalytic converter is in an appropriate state. On the other hand, a monitor system using two oxygen sensors has been introduced.
【0004】しかしながら,酸素センサを使用する方法
は,直接排ガス中の公害物質の寡多を正確に測定する方
法ではない。この方法は,エンジンにおける空燃比を適
切な状態に維持することで,触媒コンバーターによる排
ガスの浄化効率を高めようとする方法である。つまり,
浄化効率を高めて公害物質を排ガス中から低減しようと
する間接的な方法であった。However, the method using an oxygen sensor is not a method for directly measuring the amount of pollutants in exhaust gas accurately. In this method, the efficiency of purifying exhaust gas by a catalytic converter is increased by maintaining an appropriate air-fuel ratio in an engine. That is,
This was an indirect method of increasing the purification efficiency to reduce pollutants from the exhaust gas.
【0005】もし,エンジンの燃焼制御系や触媒モニタ
ー等において,NOx(例えばNO,NO2等の窒素酸
化物)ガス濃度を直接的に検出することができれば,排
ガス中より公害物質を低減するという目的に対して,よ
り正確で効果的なアプローチが期待できる。以上のよう
な背景から,近年,排ガス中のNOxガス濃度を測定す
るためのセンサ素子として,図16に示すようなガスセ
ンサ素子が提案されていた(特開平8−271476
号)。[0005] If, in the combustion control system or a catalyst monitor or the like of the engine, NOx (e.g. NO, nitrogen oxide such as NO 2) if it is possible to directly detect the gas concentration, of reducing pollutants from the exhaust gas A more accurate and effective approach to the purpose can be expected. In view of the above background, in recent years, a gas sensor element as shown in FIG. 16 has been proposed as a sensor element for measuring the concentration of NOx gas in exhaust gas (Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-271476).
issue).
【0006】このガスセンサ素子9は拡散抵抗として機
能する拡散通路920で結ばれた第1の内部空所921
と第2の内部空所922とを有する。導入路910より
被測定ガスが第1の内部空所921に導入され,ここに
おいて被測定ガス中の酸素量が制御される。次いで,酸
素量が制御された被測定ガスが拡散通路920を通って
第2の内部空所922に導かれ,第2の内部空所922
の雰囲気中に存在する被測定ガス中のNOxガス濃度が
測定される。The gas sensor element 9 has a first internal space 921 connected by a diffusion passage 920 functioning as a diffusion resistance.
And a second internal cavity 922. The gas to be measured is introduced into the first internal space 921 from the introduction path 910, where the amount of oxygen in the gas to be measured is controlled. Next, the gas to be measured in which the amount of oxygen is controlled is guided to the second internal space 922 through the diffusion passage 920, and the second internal space 922 is formed.
The concentration of NOx gas in the gas to be measured existing in the atmosphere is measured.
【0007】第1の内部空所921における被測定ガス
中の酸素量を制御する方法として,上記ガスセンサ素子
9には次のような方法が採用されている。即ち,第1の
内部空所921内には酸素分圧検出用の参照電極821
を有する参照セル82と,酸素ポンプセル81用のポン
ピング電極811,812が設けてあり,参照セル82
により検出された酸素分圧に基づいて,ポンピング電極
811,812間への通電量を制御する。これにより,
第1の内部空所921内の雰囲気中の酸素分圧を制御す
ることができる。なお,同図における符号925は基準
ガス室で,ここに設けてある基準電極820は参照セル
82の基準電極であると共に以下に示すセンサセル83
の基準電極でもある。また,符号91,93は酸素イオ
ン導電性の固体電解質体である。As a method for controlling the amount of oxygen in the gas to be measured in the first internal space 921, the following method is adopted for the gas sensor element 9. That is, the reference electrode 821 for detecting the oxygen partial pressure is provided in the first internal space 921.
And a pumping electrode 811, 812 for the oxygen pump cell 81.
The amount of electricity between the pumping electrodes 811 and 812 is controlled based on the oxygen partial pressure detected by the above. This gives
The oxygen partial pressure in the atmosphere in the first internal space 921 can be controlled. Note that reference numeral 925 in the figure is a reference gas chamber, and a reference electrode 820 provided here is a reference electrode of the reference cell 82 and a sensor cell 83 described below.
Is also a reference electrode. Reference numerals 91 and 93 are oxygen ion conductive solid electrolyte bodies.
【0008】第2の内部空所922内にはNOxガス測
定用のセンサ電極831を持つセンサセル83が設けて
ある。このセンサ電極831によって被測定ガス中のN
Oxガス濃度を測定する。以上により,被測定ガス中の
酸素分圧,すなわち酸素ガス濃度と共にNOx等の特定
ガス濃度を測定することができる。In the second internal space 922, a sensor cell 83 having a sensor electrode 831 for measuring NOx gas is provided. This sensor electrode 831 allows N in the gas to be measured to be measured.
Measure the Ox gas concentration. As described above, the specific gas concentration such as NOx can be measured together with the oxygen partial pressure in the measured gas, that is, the oxygen gas concentration.
【0009】[0009]
【解決しようとする課題】しかしながら,従来技術にか
かるガスセンサ素子での被測定ガス中の酸素量制御方法
には次のような問題がある。つまり,酸素量制御のため
に参照電極と酸素のポンピング電極という2種の異なる
機能を有する電極を合わせ持つ必要があり,それだけセ
ンサ素子の構造が複雑となってしまう。However, the method for controlling the amount of oxygen in the gas to be measured by the conventional gas sensor element has the following problems. That is, it is necessary to have two types of electrodes having different functions, that is, a reference electrode and an oxygen pumping electrode, for controlling the amount of oxygen, which complicates the structure of the sensor element.
【0010】本発明は,かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので,被測定ガス中の特定ガス濃度と共に酸素
ガス濃度を測定することが出来るとともに,センサ素子
の構造をより簡単にすることができるガス濃度測定方法
を提供しようとするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and it is possible to measure a specific gas concentration in a gas to be measured together with an oxygen gas concentration, and to further simplify the structure of a sensor element. It is an object of the present invention to provide a method for measuring a gas concentration which can be performed.
【0011】[0011]
【課題の解決手段】請求項1の発明は,固体電解質体
と,該固体電解質体の表面に設けられ,被測定ガス室に
面した測定電極と基準ガス室に面した基準電極とからな
るセンサセルと,また,固体電解質体と該固体電解質体
の表面に設けられた一対のポンプ電極とからなると共に
被測定ガス室に面して配置されたポンプセルとを有し,
上記センサセルは第1電流計と電源とを備えた検出回路
に接続されていると共に,上記ポンプセルは第2電流計
と可変電源とを備えたポンプ回路に接続されているガス
センサ素子を用いて,上記第2電流計の検出値より被測
定ガス中の酸素ガス濃度を測定し,得られた酸素ガス濃
度値より上記可変電源を制御すると共に,上記第1電流
計の検出値より被測定ガス中の特定ガス濃度を測定する
ことを特徴とするガス濃度測定方法にある。According to a first aspect of the present invention, there is provided a sensor cell comprising a solid electrolyte body, a measurement electrode provided on a surface of the solid electrolyte body, and facing a gas chamber to be measured and a reference electrode facing a reference gas chamber. And a pump cell comprising a solid electrolyte body and a pair of pump electrodes provided on the surface of the solid electrolyte body and arranged facing the gas chamber to be measured,
The sensor cell is connected to a detection circuit having a first ammeter and a power supply, and the pump cell is a gas sensor element connected to a pump circuit having a second ammeter and a variable power supply. The oxygen gas concentration in the gas to be measured is measured from the detected value of the second ammeter, the variable power supply is controlled from the obtained oxygen gas concentration value, and the oxygen gas concentration in the gas to be measured is measured from the detected value of the first ammeter. A gas concentration measuring method characterized by measuring a specific gas concentration.
【0012】本発明にかかる測定において,ポンプセル
に対する電圧の印加はポンプ回路の可変電源が行い,ま
た該ポンプ回路には第二電流計が設けてある。ポンプセ
ルに電圧を印加することで被測定ガス室中の酸素ガスが
ポンプ電極表面でイオン化し,固体電解質体を通じて被
測定ガス室外へ放出される。In the measurement according to the present invention, a voltage is applied to the pump cell by a variable power supply of a pump circuit, and the pump circuit is provided with a second ammeter. When a voltage is applied to the pump cell, oxygen gas in the measured gas chamber is ionized on the surface of the pump electrode, and is discharged outside the measured gas chamber through the solid electrolyte.
【0013】ところで,ポンプセル電流とポンプセル印
加電圧との関係を記載したのが図7である。ポンプ電流
は電圧が小さいと電圧に比例して電流が大きくなるが,
あるところから電流が変わらなくなる(限界電流値)。
この状態がしばらく続いた後,更に電圧が大きくなると
再び電圧に比例して電流が大きくなる。この電圧−電流
の特性の曲線は図7に示すごとく,酸素ガス濃度に対応
して変化し,酸素ガス濃度が減少すると左斜下に移動す
る。FIG. 7 shows the relationship between the pump cell current and the pump cell applied voltage. When the voltage is small, the pump current increases in proportion to the voltage.
The current does not change from a certain point (limit current value).
After this state continues for a while, when the voltage further increases, the current increases again in proportion to the voltage. As shown in FIG. 7, the voltage-current characteristic curve changes in accordance with the oxygen gas concentration, and moves to the lower left when the oxygen gas concentration decreases.
【0014】従って,ポンプセルに対し第2電流計が限
界電流値を示すよう可変電源から電圧を印加し,被測定
ガス中の酸素量を理論空燃比となるように酸素ガスを室
外へ放出する。これにより室内の酸素量をおよそ10-6
atm程度まで常に一定に容易に減少させることができ
る。更に,限界電流値の値は図7から酸素ガス濃度に比
例するから,被測定ガス室に導入された被測定ガス中の
酸素ガス濃度の測定を同時に行うことができる。Therefore, a voltage is applied from the variable power supply to the pump cell so that the second ammeter indicates the limit current value, and oxygen gas is discharged outside the room so that the oxygen amount in the gas to be measured becomes the stoichiometric air-fuel ratio. This reduces the amount of oxygen in the room to about 10 -6
It can be easily and constantly reduced to about atm. Further, since the value of the limit current value is proportional to the oxygen gas concentration from FIG. 7, the measurement of the oxygen gas concentration in the gas to be measured introduced into the gas chamber to be measured can be performed simultaneously.
【0015】また,センサセルに対する電圧の印加は検
出回路の電源が行い,また該検出回路には第1電流計が
設けてある。センサセルに電圧を印加することで被測定
ガス中の特定ガスが測定電極上で還元され酸素イオンを
生じ,測定電極及び基準電極には電圧が印加されている
ことから被測定ガス中の特定ガス濃度に応じたイオン電
流がセンサセルにおける固体電解質体に流れることとな
る。The application of a voltage to the sensor cell is performed by a power supply of a detection circuit, and the detection circuit is provided with a first ammeter. When a voltage is applied to the sensor cell, the specific gas in the gas to be measured is reduced on the measurement electrode to generate oxygen ions. Since a voltage is applied to the measurement electrode and the reference electrode, the concentration of the specific gas in the gas to be measured is increased. Current flows through the solid electrolyte in the sensor cell.
【0016】このイオン電流はセンサセルに接続された
検出回路を流通するため,該検出回路における第1電流
計にて測定することができる。そして,このイオン電流
は図8に示すごとく,特定ガス濃度に応じて変化するた
め,第1電流計の値から特定ガス濃度を測定することが
できる。また,上述したごとく,ポンプセルで既に被測
定ガスから酸素ガスがほぼ抜き取られているため,上記
センサセル上でイオン化するのは特定ガス由来の酸素の
みである。従って,第1電流計の値は特定ガス濃度に比
例する。Since this ion current flows through the detection circuit connected to the sensor cell, it can be measured by the first ammeter in the detection circuit. Then, as shown in FIG. 8, the ion current changes according to the specific gas concentration, so that the specific gas concentration can be measured from the value of the first ammeter. Further, as described above, since oxygen gas has already been substantially extracted from the gas to be measured by the pump cell, only oxygen derived from the specific gas is ionized on the sensor cell. Therefore, the value of the first ammeter is proportional to the specific gas concentration.
【0017】このように,本発明にかかる測定方法によ
れば,従来と異なりポンプセルとセンサセルだけで特定
ガスの濃度と共に酸素ガス濃度を測定することができる
ため,ガスセンサ素子の構造を簡単とすることができ
る。As described above, according to the measuring method of the present invention, unlike the conventional method, the concentration of the specific gas and the oxygen gas concentration can be measured only by the pump cell and the sensor cell, so that the structure of the gas sensor element can be simplified. Can be.
【0018】以上,本発明によれば,被測定ガス中の特
定ガス濃度と共に酸素ガス濃度を測定することが出来る
とともに,センサ素子の構造をより簡単にすることがで
きるガス濃度測定方法を提供することができる。また,
センサ素子の構造が簡単となるためガスセンサ素子の製
造を容易とすることができる。更に,電極の数を減らす
ことができるため,高価な貴金属材料の使用量を減らす
こともでき,コスト削減も実現できる。As described above, according to the present invention, there is provided a gas concentration measurement method capable of measuring the oxygen gas concentration together with the specific gas concentration in the gas to be measured and simplifying the structure of the sensor element. be able to. Also,
Since the structure of the sensor element is simplified, manufacture of the gas sensor element can be facilitated. Furthermore, since the number of electrodes can be reduced, the amount of expensive noble metal materials used can be reduced, and cost reduction can be realized.
【0019】なお,本発明の測定方法で用いるガスセン
サ素子のセンサセルにおける測定電極の種類を変更する
ことで各種の特定ガス濃度を測定できる。例えば,NO
xに対して活性な電極を使用することでNOxセンサ素
子を得ることができる。つまり,測定電極において,N
Oxが接触することにより該NOxを窒素イオンと酸素
イオンとに分解する作用を有する物質にて構成すること
が好ましい。It should be noted that various types of specific gas concentrations can be measured by changing the type of the measurement electrode in the sensor cell of the gas sensor element used in the measurement method of the present invention. For example, NO
A NOx sensor element can be obtained by using an electrode active for x. In other words, N
It is preferable to use a substance having a function of decomposing NOx into nitrogen ions and oxygen ions by contact with Ox.
【0020】こうすることで,分解された酸素イオンが
固体電解質体を流通するイオン電流となるが,この電流
値を測定すればNOx濃度に比例する値を得ることがで
きる。よってNOxセンサ素子として機能するのであ
る。それ以外には,CO,HC,H2O等の濃度を測定
する素子が得られるため,本発明にかかる測定方法をこ
れらのガス濃度測定に適用することができる。In this way, the decomposed oxygen ions become an ionic current flowing through the solid electrolyte. By measuring this current value, a value proportional to the NOx concentration can be obtained. Therefore, it functions as a NOx sensor element. In addition, since an element for measuring the concentration of CO, HC, H 2 O, or the like is obtained, the measuring method according to the present invention can be applied to these gas concentration measurements.
【0021】本発明において用いるガスセンサ素子にお
いて,被測定ガスに面する上記ポンプ電極は,特定ガス
に対して不活性な物質より構成する必要がある。上述す
るごとく,上記ガスセンサ素子では特定ガスを分解して
生成された酸素イオンの量によって特定ガス濃度を測定
している。従って,ポンプセルでの特定ガスの消費を防
止しなくては,正確な特定ガス濃度の測定ができなくな
る。In the gas sensor element used in the present invention, the pump electrode facing the gas to be measured needs to be made of a substance inert to a specific gas. As described above, the gas sensor element measures the specific gas concentration based on the amount of oxygen ions generated by decomposing the specific gas. Therefore, accurate measurement of the specific gas concentration cannot be performed unless the consumption of the specific gas in the pump cell is prevented.
【0022】また,上記ポンプセルは被測定ガス室に面
して配置されると共にガスセンサ素子の外部に面して配
置することができる(図1参照)。また,上記ポンプセ
ルは被測定ガス室に面すると共に,基準ガス室に面して
配置することもできる(図14参照)。Further, the pump cell can be arranged so as to face the gas chamber to be measured and also outside the gas sensor element (see FIG. 1). Further, the pump cell can be disposed so as to face the measured gas chamber and also to face the reference gas chamber (see FIG. 14).
【0023】請求項2記載の発明は,上記ガスセンサ素
子における上記被測定ガス室は1つの空間部により構成
されると共に気孔率3〜30%の多孔質体にて充填され
ていることが好ましい。本発明において用いたガスセン
サ素子の被測定ガス室は,ただ1つの空間部よりなる単
純な形状であり,また中実であるため,製造時などにお
いても被測定ガス室の形状を容易に維持することがで
き,変形や寸法狂い等が生じ難い。よって,このような
素子を用いた本発明にかかる測定方法によれば,精度の
高い測定を行うことができる。According to a second aspect of the present invention, it is preferable that the gas chamber to be measured in the gas sensor element is formed of one space and is filled with a porous material having a porosity of 3 to 30%. The measured gas chamber of the gas sensor element used in the present invention has a simple shape consisting of only one space, and is solid, so that the shape of the measured gas chamber can be easily maintained even during manufacturing. And deformation and dimensional deviation are unlikely to occur. Therefore, according to the measuring method according to the present invention using such an element, highly accurate measurement can be performed.
【0024】また,本発明にかかる測定方法で用いたガ
スセンサ素子は,上述したごとき,被測定ガス室が多孔
質体にて充填されているため,被測定ガスの拡散が多孔
質体中において発生することとなる。よって,被測定ガ
スの拡散がクヌーセン拡散と分子拡散とが混じりあった
拡散となり,温度依存性が小さくなる。このため,温度
に依存しない測定を行うことができる。In the gas sensor element used in the measuring method according to the present invention, as described above, since the gas chamber to be measured is filled with the porous body, diffusion of the gas to be measured occurs in the porous body. Will be done. Therefore, the diffusion of the gas to be measured is a mixture of Knudsen diffusion and molecular diffusion, and the temperature dependence is reduced. Therefore, measurement independent of temperature can be performed.
【0025】以上,これらによれば,測定精度が高く,
測定精度に温度依存性が少ないガス濃度測定方法を提供
することができる。As described above, according to these, the measurement accuracy is high,
It is possible to provide a gas concentration measurement method having a small temperature dependency in measurement accuracy.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】実施形態例1 本発明の実施形態例にかかるガス濃度測定方法及びこれ
に用いるガスセンサ素子の構造について,図1〜図8を
用いて説明する。なお,本例のガス濃度測定方法は,被
測定ガス中のNOxガス濃度を測定する方法である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 A gas concentration measuring method according to an embodiment of the present invention and a structure of a gas sensor element used for the method will be described with reference to FIGS. Note that the gas concentration measuring method of the present embodiment is a method of measuring the NOx gas concentration in the gas to be measured.
【0027】本例で用いたガスセンサ素子1は,図1に
示すごとく,固体電解質体13と,該固体電解質体13
の表面に設けられ,被測定ガス室101に面した測定電
極21と基準ガス室102に面した基準電極22とから
なるセンサセル2と,また,固体電解質体11と該固体
電解質体11の表面に設けられた一対のポンプ電極3
1,32とからなると共に被測定ガス室101に面して
配置されたポンプセル3とを有し,上記センサセル2は
第1電流計251と電源253とを備えた検出回路25
に接続されていると共に,上記ポンプセル3は第2電流
計351と可変電源353とを備えたポンプ回路35に
接続されている。As shown in FIG. 1, the gas sensor element 1 used in this embodiment includes a solid electrolyte 13 and the solid electrolyte 13.
And a sensor cell 2 comprising a measurement electrode 21 facing the measured gas chamber 101 and a reference electrode 22 facing the reference gas chamber 102, and a solid electrolyte body 11 and a surface of the solid electrolyte body 11. A pair of pump electrodes 3 provided
1 and 32 and a pump cell 3 disposed facing the gas chamber 101 to be measured. The sensor cell 2 is a detection circuit 25 having a first ammeter 251 and a power supply 253.
, And the pump cell 3 is connected to a pump circuit 35 having a second ammeter 351 and a variable power supply 353.
【0028】このようなガスセンサ素子1を用いて,上
記第2電流計351の検出値より被測定ガス中の酸素ガ
ス濃度を測定し,得られた酸素ガス濃度値より上記可変
電源353を制御すると共に,上記第1電流計251の
検出値より被測定ガス中の特定ガス濃度を測定する。そ
して,上記被測定ガス室101は1つの空間部により構
成されると共に多孔質体にて充填されている。Using such a gas sensor element 1, the oxygen gas concentration in the gas to be measured is measured from the detection value of the second ammeter 351 and the variable power supply 353 is controlled based on the obtained oxygen gas concentration value. At the same time, the specific gas concentration in the gas to be measured is measured from the detection value of the first ammeter 251. The measured gas chamber 101 is formed of one space and is filled with a porous body.
【0029】以下に詳細に説明する。図1に示すごと
く,本例のガスセンサ素子1は積層型の素子であり,固
体電解質体11,12,13と絶縁基板14とヒータ1
5とよりなる。固体電解質体基板11には一対のポンプ
電極31,32よりなるポンプセル3が設けてあり,上
記ポンプ電極32は被測定ガス室101と対面してい
る。固体電解質体11,12,13により囲まれた空間
部に気孔率12%の多孔質体を充填することで被測定ガ
ス室101が構成されている。この多孔質体は,被測定
ガスをある拡散抵抗のもとで被測定ガス室101に導入
し,センサセル2にかかる測定電極21の近傍まで拡散
させるために設けてある。The details will be described below. As shown in FIG. 1, the gas sensor element 1 according to the present embodiment is a stacked element, and includes solid electrolyte members 11, 12, 13, an insulating substrate 14, a heater 1
5 The solid electrolyte substrate 11 is provided with a pump cell 3 including a pair of pump electrodes 31 and 32, and the pump electrode 32 faces the gas chamber 101 to be measured. A gas chamber 101 to be measured is formed by filling a space surrounded by the solid electrolyte bodies 11, 12, and 13 with a porous body having a porosity of 12%. This porous body is provided for introducing the gas to be measured into the gas chamber 101 to be measured under a certain diffusion resistance and diffusing the gas to the vicinity of the measurement electrode 21 on the sensor cell 2.
【0030】また,上記固体電解質体13には測定電極
21と基準電極22とが設けてあり,これらによってセ
ンサセル2が構成されている。上記センサセル2におけ
る測定電極21は白金よりなる電極であり,センサセル
2に電圧を与えることで,該測定電極21はNOxを分
解して窒素イオンと酸素イオンを生成し,該酸素イオン
を基準ガス室102に対しポンピングすることができ
る。つまり,測定電極21はNOxに対して活性な電極
である。また,上記基準電極22も白金より構成されて
いるが,金−白金電極で構成することもできる。Further, the solid electrolyte member 13 is provided with a measurement electrode 21 and a reference electrode 22, and these constitute a sensor cell 2. The measurement electrode 21 in the sensor cell 2 is an electrode made of platinum. When a voltage is applied to the sensor cell 2, the measurement electrode 21 decomposes NOx to generate nitrogen ions and oxygen ions, and converts the oxygen ions into a reference gas chamber. 102 can be pumped. That is, the measurement electrode 21 is an electrode active for NOx. The reference electrode 22 is also made of platinum, but may be made of a gold-platinum electrode.
【0031】また,上記ポンプセル3における一対のポ
ンプ電極31,32はNOxを分解しない金−白金電極
よりなる。ポンプセル3は,適当な電圧を与えること
で,被測定ガス室101から外部へ,またはその逆方向
へ,酸素イオンをポンピングすることができる。The pair of pump electrodes 31, 32 in the pump cell 3 are composed of gold-platinum electrodes which do not decompose NOx. By applying an appropriate voltage, the pump cell 3 can pump oxygen ions from the measured gas chamber 101 to the outside or in the opposite direction.
【0032】また,図2に示すごとく,ポンプセル3の
ポンプ電極31には,電圧印加用のリード部311が設
けてある。なお,図1,図2においては図示を略した
が,センサセル2の測定電極21,基準電極22,ポン
プセル3のもう一つのポンプ電極32についても同様に
電圧印加用,または出力取出用のリード部や端子部が設
けてある。Further, as shown in FIG. 2, the pump electrode 31 of the pump cell 3 is provided with a lead 311 for applying a voltage. Although not shown in FIGS. 1 and 2, the measurement electrode 21, the reference electrode 22, and the other pump electrode 32 of the pump cell 3 of the sensor cell 2 are similarly connected to a lead portion for applying voltage or extracting output. And terminal parts are provided.
【0033】また,固体電解質体13に対し,スペーサ
ー14を介してヒータ15が積層されている。そして,
固体電解質体13,スペーサー14,ヒータ15により
囲まれた空間部が基準ガス室102となる。上記ヒータ
15はヒータ基板151と該ヒータ基板151に設置さ
れた白金を含む発熱体150とよりなり,該発熱体15
0は被覆基板152により被覆されている。Further, a heater 15 is laminated on the solid electrolyte body 13 via a spacer 14. And
A space surrounded by the solid electrolyte body 13, the spacer 14, and the heater 15 becomes the reference gas chamber 102. The heater 15 includes a heater substrate 151 and a heating element 150 containing platinum disposed on the heater substrate 151.
0 is covered by the covering substrate 152.
【0034】また,上記ヒータ基板151に対しても,
発熱体150に電力を供給するためのリード部(図示
略)が設けられている。また,上記発熱体150はセン
サセル2における測定電極21,基準電極22,ポンプ
セル3におけるポンプ電極31,32を投影的に見たと
き,これらを覆うことができるよう設けることが好まし
い。各電極21,22,31,32は活性温度に加熱す
ることで,はじめてポンピングやNOxの分解などの機
能を発揮することができるのである。このため,上記ヒ
ータ15により効率的にこれらの電極21,22,3
1,32を加熱するために,このような構成としたので
ある。Also, for the heater substrate 151,
A lead portion (not shown) for supplying power to the heating element 150 is provided. The heating element 150 is preferably provided so as to cover the measurement electrode 21 and the reference electrode 22 in the sensor cell 2 and the pump electrodes 31 and 32 in the pump cell 3 when viewed in projection. By heating the electrodes 21, 22, 31, and 32 to the activation temperature, functions such as pumping and decomposition of NOx can be exhibited for the first time. For this reason, these electrodes 21, 22, 3
In order to heat 1, 32, such a configuration was adopted.
【0035】次に,本例のガスセンサ素子1の製造方法
について説明する。まず,固体電解質体11,12,1
3用のジルコニア生シートの作製につき説明する。6モ
ル%のイットリアと94モル%のジルコニアとよりなる
平均粒径が0.5μmのイットリア部分安定化ジルコニ
ア100部(重量部,以下回じ),α−アルミナ1部,
PVB(ポリビニルブチラール)5部,DBP(ディブ
チルフタレート)10部,エタノール10部,トルエン
10部よりなるセラミック混合物を準備した。次いで,
上記セラミック混合物をボールミル中で混合し,得られ
たスラリーをドクターブレード法にて乾燥厚みが0.3
mmであるシート成形体に成形した。Next, a method for manufacturing the gas sensor element 1 of the present embodiment will be described. First, the solid electrolyte members 11, 12, 1
The preparation of the raw zirconia sheet for No. 3 will be described. 100 parts (parts by weight, hereinafter referred to as yttria) of 6 mol% yttria and 94 mol% zirconia and having an average particle size of 0.5 μm, and 1 part of α-alumina;
A ceramic mixture comprising 5 parts of PVB (polyvinyl butyral), 10 parts of DBP (dibutyl phthalate), 10 parts of ethanol and 10 parts of toluene was prepared. Then,
The above ceramic mixture was mixed in a ball mill, and the obtained slurry was dried to a thickness of 0.3 by a doctor blade method.
mm.
【0036】上記シート成形体を5×70mmの長方形
に切断し,ポンプセル3のポンプ電極32用の印刷部を
1〜10wt%の金添加白金とジルコニア10wt%よ
りなるペーストを用いて印刷形成した。一方,ポンプ電
極32と対向する位置に設けたポンプ電極31,該ポン
プ電極31,32に接続される各リード部等となる印刷
部を10wt%ジルコニア添加白金ペーストを用いてス
クリーン印刷にて形成した。これが固体電解質体11用
の生シートとなる。The sheet compact was cut into a rectangle of 5 × 70 mm, and a printing portion for the pump electrode 32 of the pump cell 3 was formed by printing using a paste containing 1 to 10 wt% of gold-added platinum and 10 wt% of zirconia. On the other hand, a pump electrode 31 provided at a position facing the pump electrode 32, and a printed portion serving as each lead portion connected to the pump electrodes 31, 32 were formed by screen printing using a platinum paste containing 10 wt% zirconia. . This becomes a raw sheet for the solid electrolyte body 11.
【0037】また,上記シート成形体を5×70mmの
長方形に切断し,先端がコの字になるよう2×15mm
の空間部を設けた。これが固体電解質体12用の生シー
トとなる。Further, the sheet compact is cut into a rectangle of 5 × 70 mm, and a 2 × 15 mm rectangle is formed so that the tip becomes a U-shape.
Is provided. This becomes a raw sheet for the solid electrolyte member 12.
【0038】また,上記シート成形体を5×70mmの
長方形に切断し,測定電極21用の印刷部を10wt%
ジルコニア添加白金ペーストを用いて印刷形成した。一
方,上記測定電極21,上記基準電極22に接続される
各リード部等となる印刷部を10wt%ジルコニア添加
白金ペーストを用いてスクリーン印刷にて形成した。こ
れが固体電解質体13用の生シートとなる。Further, the above-mentioned sheet molded body was cut into a rectangle of 5 × 70 mm, and the printed portion for the measuring electrode 21 was cut by 10 wt%.
Printing was performed using a zirconia-added platinum paste. On the other hand, a printed portion serving as each lead portion connected to the measurement electrode 21 and the reference electrode 22 was formed by screen printing using a 10 wt% zirconia-added platinum paste. This becomes a raw sheet for the solid electrolyte body 13.
【0039】次に,スペーサー14,ヒータ基板15
1,被覆基板152用のアルミナ生シートの作製につき
説明する。平均粒径0.3μmのα−アルミナ98部,
6モル%イットリア部分安定化ジルコニア3部,PVB
10部,DBP10部,エタノール30部,トルエン3
0部よりなるセラミック混合物を準備した。次いで,こ
のセラミック混合物をボールミル中にで混合し,得られ
たスラリーをドクターブレード法にて乾燥厚みが0.3
mmとなるシート成形体に成形した。Next, the spacer 14, the heater substrate 15
1. The preparation of the raw alumina sheet for the coated substrate 152 will be described. 98 parts of α-alumina having an average particle size of 0.3 μm,
3 parts of 6 mol% yttria partially stabilized zirconia, PVB
10 parts, DBP 10 parts, ethanol 30 parts, toluene 3
A ceramic mixture consisting of 0 parts was prepared. Next, this ceramic mixture was mixed in a ball mill, and the resulting slurry was dried to a thickness of 0.3 by a doctor blade method.
mm.
【0040】上記シート成形体を5×70mmの長方形
に切断し,先端が閉じたコの字となるように2×65m
mの空間部を設けた。これがスペーサー14用の生シー
トとなる。また,上記シート成形体を5×70mmの長
方形に切断し,90wt%の白金と10wt%のアルミ
ナが含まれるぺーストを用いて,発熱体150や該発熱
体150に通電するためのリード部等を構成する印刷部
をスクリーン印刷法により形成した。これがヒータ基板
151用の生シートとなる。また,被覆基板152用の
生シートを上記シート成形体を5×70mmで切断し
て,作製する。The above sheet molded body was cut into a rectangle of 5 × 70 mm, and 2 × 65 m so that the tip became a closed U-shape.
m was provided. This becomes a raw sheet for the spacer 14. Further, the sheet molded body is cut into a rectangle having a size of 5 × 70 mm, and a paste containing 90 wt% of platinum and 10 wt% of alumina is used. Was formed by a screen printing method. This becomes a raw sheet for the heater substrate 151. Further, a raw sheet for the coated substrate 152 is manufactured by cutting the above sheet molded body at 5 × 70 mm.
【0041】次に,上記被測定ガス室101に充填した
多孔質体の製造方法について説明する。バインダーとし
てPVB10部,可塑剤としてDBP5部,消泡剤とし
てスパン1部,溶剤としてテレピネオール50部,アル
ミナ粉100部を混合し,三本ロールに20回通すこと
でアルミナペーストを作製した。Next, a method of manufacturing the porous body filled in the gas chamber 101 will be described. 10 parts of PVB as a binder, 5 parts of DBP as a plasticizer, 1 part of span as an antifoaming agent, 50 parts of terpineol as a solvent, and 100 parts of alumina powder were mixed, and the mixture was passed through three rolls 20 times to produce an alumina paste.
【0042】そして,上記各生シートを積層して積層体
を構成する。この方法について説明する。まず,固体電
解質体12用の生シートと固体電解質体13用の生シー
トとを80度にて熱圧着して積層する。次いで,上記ア
ルミナペーストをスクリーン印刷法にて固体電解質体1
2の空間に充填し,被測定ガス室101となる部分を作
製する。その後,残りの生シートを図1に示す通り,順
次積層圧着して積層体を得た。以上の方法で得られた積
層体を大気中1500℃にて1時間で焼成した。これに
より,本例にかかるガスセンサ素子1を得た。Then, the green sheets are laminated to form a laminate. This method will be described. First, a green sheet for the solid electrolyte body 12 and a green sheet for the solid electrolyte body 13 are laminated by thermocompression bonding at 80 degrees. Next, the above-mentioned alumina paste was applied to the solid electrolyte 1 by screen printing.
Then, a space to be the gas chamber 101 to be measured is prepared. Thereafter, as shown in FIG. 1, the remaining green sheets were sequentially laminated and pressed to obtain a laminated body. The laminate obtained by the above method was fired in the air at 1500 ° C. for 1 hour. Thus, the gas sensor element 1 according to this example was obtained.
【0043】次に,上記ガスセンサ素子1による特定ガ
ス濃度及び酸素ガス濃度の測定方法を以下のブロック図
等を用いて説明する。図3に示すごとく,ガスセンサ素
子1において,ポンプセル3には酸素ガス濃度検出手段
6が接続され,センサセル2には特定ガス濃度検出手段
5が接続されている。両検出手段5,6は共に制御回路
4の一部である。そして,それぞれの検出手段5,6よ
り発せられた信号1S,2Sが酸素ガス濃度の出力とな
り,NOxガス濃度の出力となる。Next, a method for measuring the specific gas concentration and the oxygen gas concentration by the gas sensor element 1 will be described with reference to the following block diagrams and the like. As shown in FIG. 3, in the gas sensor element 1, an oxygen gas concentration detecting means 6 is connected to the pump cell 3, and a specific gas concentration detecting means 5 is connected to the sensor cell 2. Both detection means 5, 6 are part of the control circuit 4. Then, the signals 1S and 2S emitted from the respective detecting means 5 and 6 become the output of the oxygen gas concentration and become the output of the NOx gas concentration.
【0044】次に,上記制御回路4について詳細を説明
する。図4に示すごとく,ガスセンサ素子1におけるポ
ンプ電極32と測定電極21とはアースされることで,
共通電位Va(GND)に保持されている。そして,酸
素ガス濃度検出手段6は,ポンプセル3に対する印加電
圧をコントロールするポンプセル印加電圧指令回路61
と該ポンプセル印加電圧指令回路61からの指令電圧V
bが非反転入力端子に入力される増幅回路62と,酸素
ガス濃度に応じて流れるポンプセル電流を検出するため
の抵抗63とより構成されている。Next, the control circuit 4 will be described in detail. As shown in FIG. 4, the pump electrode 32 and the measurement electrode 21 in the gas sensor element 1 are grounded,
It is kept at the common potential Va (GND). The oxygen gas concentration detecting means 6 includes a pump cell applied voltage command circuit 61 for controlling the applied voltage to the pump cell 3.
And the command voltage V from the pump cell applied voltage command circuit 61.
It comprises an amplifier circuit 62 in which b is input to the non-inverting input terminal, and a resistor 63 for detecting a pump cell current flowing according to the oxygen gas concentration.
【0045】上記増幅回路62からの出力は,抵抗63
の一方の端子631に対し入力されている。また,同じ
端子631に対して,酸素ガス濃度に応じた電流を検出
するための端子633も接続されている。また,端子6
33の電圧はVdである。The output from the amplifier circuit 62 is a resistor 63
Is input to one terminal 631. Further, a terminal 633 for detecting a current corresponding to the oxygen gas concentration is also connected to the same terminal 631. Also, terminal 6
The voltage of 33 is Vd.
【0046】上記抵抗63の他方の端子632は,ガス
センサ素子1のポンプ電極31に接続されている。ま
た,同じ端子632は,増幅回路62の反転入力端子に
入力されると共に酸素ガス濃度に応じた電流を検出する
端子634にも接続されている。また,端子634は,
増幅回路62の非反転入力端子に入力されるポンプセル
印加電圧指令回路61からの指令電圧であるVbと同一
電圧である。The other terminal 632 of the resistor 63 is connected to the pump electrode 31 of the gas sensor element 1. The same terminal 632 is input to the inverting input terminal of the amplifier circuit 62 and is also connected to a terminal 634 for detecting a current corresponding to the oxygen gas concentration. The terminal 634 is
The same voltage as Vb which is a command voltage from the pump cell applied voltage command circuit 61 input to the non-inverting input terminal of the amplifier circuit 62.
【0047】従って,ポンプセル印加電圧指令回路61
からの指令電圧Vbがポンプセル3に対する印加電圧と
して印加される。そして,酸素ガス濃度に応じて流れる
ポンプセル電流を検出する抵抗63の増幅回路62側の
電圧Vdとポンプセル3側の電圧Vbとの差及びポンプ
セル電流を検出する抵抗63の抵抗値より,ポンプセル
電流が次の式の通り得ることができる。 (ポンプセル電流Ip)=(Vd−Vb)/R63 ここにR63は抵抗63の抵抗値である。そして,この
ポンプセル電流が酸素ガス濃度に対応する。Therefore, the pump cell applied voltage command circuit 61
Is applied as an applied voltage to the pump cell 3. The pump cell current is determined from the difference between the voltage Vd of the amplifier 63 on the amplifier circuit 62 side and the voltage Vb on the pump cell 3 side of the resistor 63 for detecting the pump cell current flowing according to the oxygen gas concentration and the resistance value of the resistor 63 for detecting the pump cell current. The following equation can be obtained. (Pump cell current Ip) = (Vd−Vb) / R63 where R63 is the resistance value of the resistor 63. This pump cell current corresponds to the oxygen gas concentration.
【0048】また,特定ガス濃度検出手段5は,センサ
セル2の印加電圧をコントロールするセンサセル印加電
圧指令回路51と該センサセル印加電圧指令回路51か
らの指令電圧Vcが非反転入力端子に入力される増幅回
路52と,NOxガス濃度に応じて流れるセンサセル電
流を検出するための抵抗53とより構成されている。The specific gas concentration detecting means 5 includes a sensor cell applied voltage command circuit 51 for controlling the applied voltage of the sensor cell 2 and a command voltage Vc from the sensor cell applied voltage command circuit 51 inputted to the non-inverting input terminal. It comprises a circuit 52 and a resistor 53 for detecting a sensor cell current flowing according to the NOx gas concentration.
【0049】上記増幅回路52の出力は,センサセル電
流を検出する抵抗53の一方の端子531に接続され,
同端子531はNOxガス濃度に応じた電流を検出する
端子533に接続されている。また,端子533の電圧
はVeである。The output of the amplifier circuit 52 is connected to one terminal 531 of a resistor 53 for detecting a sensor cell current.
The terminal 531 is connected to a terminal 533 for detecting a current according to the NOx gas concentration. The voltage at the terminal 533 is Ve.
【0050】また,上記抵抗53のもう片方の端子53
2はガスセンサ素子1の基準電極22に接続され,増幅
回路52の反転入力端子に入力されると共に,NOxガ
ス濃度に応じた電流を検出する端子534にも接続され
る。同端子534は,増幅回路52の非反転入力端子に
入力されるセンサセル印加電圧指令回路51からの指令
電圧であるVbと同一電圧である。The other terminal 53 of the resistor 53
2 is connected to the reference electrode 22 of the gas sensor element 1 and is input to the inverting input terminal of the amplifier circuit 52 and is also connected to a terminal 534 for detecting a current corresponding to the NOx gas concentration. The terminal 534 has the same voltage as Vb which is a command voltage from the sensor cell applied voltage command circuit 51 input to the non-inverting input terminal of the amplifier circuit 52.
【0051】従って,センサセル印加電圧指令回路51
からの印加電圧信号Vcがセンサセル2の印加電圧とし
て印加され,NOxガス濃度に応じて流れるセンサセル
電流を検出する抵抗53の増幅回路52側の電圧Veと
センサセル2側の電圧Vcの差及びセンサセル電流を検
出する抵抗53の抵抗値より,センサセル電流が次の式
の通り得ることができる。 (センサセル電流Is)=(Ve−Vc)/R53 ここにR53は抵抗53の抵抗値である。そして,この
センサセル電流がNOxガス濃度に対応する。Therefore, the sensor cell applied voltage command circuit 51
Is applied as an applied voltage to the sensor cell 2, and the difference between the voltage Ve on the amplifier circuit 52 side of the resistor 53 for detecting the sensor cell current flowing according to the NOx gas concentration and the voltage Vc on the sensor cell 2 and the sensor cell current The sensor cell current can be obtained from the following equation from the resistance value of the resistor 53 for detecting. (Sensor cell current Is) = (Ve−Vc) / R53 where R53 is the resistance value of the resistor 53. This sensor cell current corresponds to the NOx gas concentration.
【0052】次に,ポンプセル印加電圧指令回路61及
びセンサセル印加電圧指令回路51の具体的な構成につ
いて説明する。両指令回路51,61は,図6に示すご
とく,マイクロコンピュータ66,A/Dコンバータ6
5,D/Aコンバータ67により実現することができ
る。また,両指令回路51,61の具体的な作動につい
て,図5を用いて説明する。Next, the specific configurations of the pump cell applied voltage command circuit 61 and the sensor cell applied voltage command circuit 51 will be described. As shown in FIG. 6, both instruction circuits 51 and 61 are provided with a microcomputer 66 and an A / D converter 6.
5, it can be realized by the D / A converter 67. Further, a specific operation of the two command circuits 51 and 61 will be described with reference to FIG.
【0053】図5に示すごとく,ステップ581,58
2で酸素ガス濃度に応じてポンプセル3に流れる電流を
検出する抵抗63の両端子631,632における電圧
Vd,Vbを読み込む。具体的には,図4〜図6に示す
ごとく,ポンプセル電流を検出する抵抗63の一方の端
子631の電圧VdをA/D1においてマイクロコンピ
ュータ66に読み込み,抵抗63の他方の端子632の
電圧VbをA/D2においてマイクロコンピュータ66
に読み込む。As shown in FIG. 5, steps 581 and 58
In step 2, the voltages Vd and Vb at both terminals 631 and 632 of the resistor 63 for detecting the current flowing through the pump cell 3 according to the oxygen gas concentration are read. Specifically, as shown in FIGS. 4 to 6, the voltage Vd of one terminal 631 of the resistor 63 for detecting the pump cell current is read into the microcomputer 66 at A / D1, and the voltage Vb of the other terminal 632 of the resistor 63 is read. In the A / D2 microcomputer 66
Read in.
【0054】次に,図5に示すごとく,ステップ58
3,584で,NOxガス濃度に応じてセンサセル2に
流れる電流を検出する抵抗53の両端子531,532
における電圧Ve,Vcを読み込む。具体的には,図4
〜図6に示すごとく,センサセル電流を検出する抵抗5
3の一方の端子531の電圧VeをA/D3においてマ
イクロコンピュータ66に読み込み,他方の端子532
の電圧VcをA/D4においてマイクロコンピュータ6
6に読み込む。Next, as shown in FIG.
At 3,584, both terminals 531 and 532 of the resistor 53 for detecting a current flowing through the sensor cell 2 according to the NOx gas concentration
Are read. Specifically, FIG.
6, a resistor 5 for detecting the sensor cell current.
3 reads the voltage Ve of one terminal 531 into the microcomputer 66 at A / D3, and
Voltage Vc at the A / D 4 by the microcomputer 6
Read in 6.
【0055】図5に示すごとく,ステップ585でポン
プセル3に流れる電流IpをVdとVb,抵抗63の抵
抗値R63より算出する。続いて,ステップ586で,
図7に示すごとき,ポンプセル3に対する印加電圧特性
線LX1を用いて,ポンプセル電流lpに対応する目標
印加電圧を求める(マップ演算する)。As shown in FIG. 5, in step 585, the current Ip flowing through the pump cell 3 is calculated from Vd and Vb and the resistance value R63 of the resistor 63. Subsequently, at step 586,
As shown in FIG. 7, the target applied voltage corresponding to the pump cell current lp is obtained (map calculation) using the applied voltage characteristic line LX1 for the pump cell 3.
【0056】なお,図7は横軸にポンプセルに対する印
加電圧を,縦軸にポンプセルにおいて流れる電流をとっ
て,酸素ガス濃度を違えることで得られたポンプセルの
電圧−電流特性線である。印加電圧LX1と付された印
加電圧特性線は各電圧−電流特性線に見られるフラット
部分(限界電流値)の中央を酸素ガス濃度の異なる〜
の各曲線について連結することで得られた直線であ
る。ただし,被測定ガス中には,酸素の他に測定すべき
NOxがO2に比べかなり少ないが含まれているので,
実際には図7に示したように,NOxの分解がない領域
で目標印加電圧を設定しなければならない。更に,ステ
ップ587において,目標印加電圧より新たなポンプセ
ル印加電圧Vbを求め,これをD/A1より出力する。FIG. 7 is a voltage-current characteristic line of the pump cell obtained by varying the oxygen gas concentration by taking the applied voltage to the pump cell on the horizontal axis and the current flowing in the pump cell on the vertical axis. The applied voltage characteristic line marked with the applied voltage LX1 has different oxygen gas concentrations at the center of the flat portion (limit current value) seen in each voltage-current characteristic line.
Are the straight lines obtained by connecting the respective curves. However, since the gas to be measured contains much less NOx to be measured than O 2 in addition to oxygen,
Actually, as shown in FIG. 7, the target applied voltage must be set in a region where NOx is not decomposed. Further, in step 587, a new pump cell applied voltage Vb is obtained from the target applied voltage, and this is output from D / A1.
【0057】次に,ステップ588において,センサセ
ルに流れる電流IsをVe,Vc,R53より算出し,
ステップ589で,図8に示すごとく,センサセルへの
印加電圧特性線LX2を用いて,センサセル電流Isに
対応する目標印加電圧を求める(マップ演算する)。Next, at step 588, the current Is flowing through the sensor cell is calculated from Ve, Vc and R53.
In step 589, as shown in FIG. 8, a target applied voltage corresponding to the sensor cell current Is is obtained using the applied voltage characteristic line LX2 to the sensor cell (map calculation).
【0058】なお,図8は横軸にセンサセルに対する印
加電圧を,縦軸にセンサセルにおいて流れる電流をとっ
て,NOxガス濃度を違えることで得られたセンサセル
の電圧−電流特性線である。印加電圧LX2と付された
印加電圧特性線は各電圧−電流特性線に見られるフラッ
ト部分の中央をNOxガス濃度の異なる〜の各曲線
について連結することで得られた直線である。更に,ス
テップ590において,目標印加電圧より新たなセンサ
セル印加電圧Vbを求め,これをD/A2より出力す
る。以上により,酸素ガス濃度と共に,NOxガス濃度
を測定することができる。FIG. 8 is a voltage-current characteristic line of the sensor cell obtained by changing the NOx gas concentration by taking the applied voltage to the sensor cell on the horizontal axis and the current flowing in the sensor cell on the vertical axis. The applied voltage characteristic line marked with the applied voltage LX2 is a straight line obtained by connecting the center of the flat part seen in each voltage-current characteristic line with respect to each curve of different NOx gas concentrations. Further, in step 590, a new sensor cell applied voltage Vb is obtained from the target applied voltage, and this is output from the D / A2. As described above, the NOx gas concentration can be measured together with the oxygen gas concentration.
【0059】次に,本例にかかる作用効果について説明
する。ポンプセル電流とポンプセル印加電圧との関係を
記載したのが図7である。ポンプ電流は電圧が小さいと
電圧に比例して電流が大きくなるが,あるところから電
流が変わらなくなる(限界電流値)。この状態がしばら
く続いた後,更に電圧が大きくなると再び電圧に比例し
て電流が大きくなる。この電圧−電流の特性の曲線は図
7に示すごとく,酸素ガス濃度に対応して変化し,酸素
ガス濃度が減少すると左斜下に移動する。Next, the operation and effect according to this embodiment will be described. FIG. 7 shows the relationship between the pump cell current and the pump cell applied voltage. When the voltage of the pump current is small, the current increases in proportion to the voltage, but the current does not change from a certain point (limit current value). After this state continues for a while, when the voltage further increases, the current increases again in proportion to the voltage. As shown in FIG. 7, the voltage-current characteristic curve changes in accordance with the oxygen gas concentration, and moves to the lower left when the oxygen gas concentration decreases.
【0060】従って,ポンプセルに対し第2電流計が限
界電流値を示すよう可変電源から電圧を印加し,被測定
ガス中の酸素量を理論空燃比となるように酸素ガスを室
外へ放出する。これにより室内の酸素量をおよそ10-6
atm程度まで常に一定に容易に減少させることができ
る。更に,限界電流値の値は図7から酸素ガス濃度に比
例するから,被測定ガス室に導入された被測定ガス中の
酸素ガス濃度の測定を同時に行うことができる。Therefore, a voltage is applied from the variable power supply to the pump cell so that the second ammeter indicates the limit current value, and oxygen gas is discharged outside the room so that the oxygen amount in the gas to be measured becomes the stoichiometric air-fuel ratio. This reduces the amount of oxygen in the room to about 10 -6
It can be easily and constantly reduced to about atm. Further, since the value of the limit current value is proportional to the oxygen gas concentration from FIG. 7, the measurement of the oxygen gas concentration in the gas to be measured introduced into the gas chamber to be measured can be performed simultaneously.
【0061】また,センサセルに対する電圧の印加は検
出回路の電源が行い,また該検出回路には第1電流計が
設けてある。センサセルに電圧を印加することで被測定
ガス中の特定ガスが測定電極上で還元され酸素イオンを
生じ,測定電極及び基準電極には電圧が印加されている
ことから被測定ガス中の特定ガス濃度に応じたイオン電
流がセンサセルにおける固体電解質体に流れることとな
る。A voltage is applied to the sensor cell by a power supply of a detection circuit, and the detection circuit is provided with a first ammeter. When a voltage is applied to the sensor cell, the specific gas in the gas to be measured is reduced on the measurement electrode to generate oxygen ions. Since a voltage is applied to the measurement electrode and the reference electrode, the concentration of the specific gas in the gas to be measured is increased. Current flows through the solid electrolyte in the sensor cell.
【0062】このイオン電流はセンサセルに接続された
検出回路を流通するため,該検出回路における第1電流
計にて測定することができる。そして,このイオン電流
は図8に示すごとく,特定ガス濃度に応じて変化するた
め,第1電流計の値から特定ガス濃度を測定することが
できる。また,上述したごとく,ポンプセルで既に被測
定ガスから酸素ガスがほぼ抜き取られているため,上記
センサセル上でイオン化するのは特定ガス由来の酸素の
みである。従って,第1電流計の値は特定ガス濃度に比
例する。Since this ion current flows through the detection circuit connected to the sensor cell, it can be measured by the first ammeter in the detection circuit. Then, as shown in FIG. 8, the ion current changes according to the specific gas concentration, so that the specific gas concentration can be measured from the value of the first ammeter. Further, as described above, since oxygen gas has already been substantially extracted from the gas to be measured by the pump cell, only oxygen derived from the specific gas is ionized on the sensor cell. Therefore, the value of the first ammeter is proportional to the specific gas concentration.
【0063】このように,本例にかかる測定方法によれ
ば,従来と異なりポンプセルとセンサセルだけで特定ガ
スの濃度と共に酸素ガス濃度を測定することができるた
め,ガスセンサ素子の構造を簡単とすることができる。As described above, according to the measuring method of this embodiment, unlike the conventional method, the concentration of the specific gas and the oxygen gas concentration can be measured only by the pump cell and the sensor cell, so that the structure of the gas sensor element can be simplified. Can be.
【0064】以上,本例によれば,被測定ガス中の特定
ガス濃度と共に酸素ガス濃度を測定することが出来ると
ともに,センサ素子の構造をより簡単にすることができ
るガス濃度測定方法を提供することができる。As described above, according to the present embodiment, there is provided a gas concentration measuring method capable of measuring the specific gas concentration in the gas to be measured together with the oxygen gas concentration and simplifying the structure of the sensor element. be able to.
【0065】更に,本例で用いたガスセンサ素子1は,
被測定ガス室101は1つの空間部により構成されると
共に気孔率3〜30%の多孔質体にて充填されており,
中実である。よって,製造時や使用時などにおいて被測
定ガス室101の形状を容易に維持することができ,変
形や寸法狂い等が生じ難い。Further, the gas sensor element 1 used in this embodiment is
The gas chamber 101 to be measured is constituted by one space portion and is filled with a porous material having a porosity of 3 to 30%.
It is solid. Therefore, the shape of the gas chamber 101 to be measured can be easily maintained at the time of manufacture, use, or the like, and deformation, dimensional deviation, and the like hardly occur.
【0066】そのため,ガスセンサ素子1の個々の特性
のバラツキを減少させることができるため,個々の特性
の変動を該ガスセンサ素子1を回路等に接続して調整す
る必要がない。よって,本例にかかるガスセンサ素子1
によれば,製造コストを削減することができ,製造の手
間を省くことができる。また,被測定ガス室101の形
状にバラツキが少ないことから,本例によれば測定精度
の高いガスセンサ素子を得ることができる(実施形態例
2及び図10参照)。As a result, variations in the individual characteristics of the gas sensor element 1 can be reduced, and it is not necessary to adjust the variations in the individual characteristics by connecting the gas sensor element 1 to a circuit or the like. Therefore, the gas sensor element 1 according to the present embodiment
According to this, the manufacturing cost can be reduced, and the time and effort for manufacturing can be saved. Further, since there is little variation in the shape of the gas chamber 101 to be measured, a gas sensor element with high measurement accuracy can be obtained according to this example (see Embodiment 2 and FIG. 10).
【0067】また,被測定ガス室101が多孔質体によ
り充填されており,本例のガスセンサ素子1において
は,被測定ガスの拡散が多孔質体中において発生するこ
ととなる。よって,被測定ガスの拡散がクヌーセン拡散
と分子拡散とが混じりあった拡散となり,温度依存性が
小さくなる。このため,本例によれば,測定精度が温度
に依存し難いガスセンサ素子1を得ることができる(実
施形態例2及び図11参照)。In addition, the gas chamber 101 to be measured is filled with a porous body, and in the gas sensor element 1 of the present embodiment, diffusion of the gas to be measured occurs in the porous body. Therefore, the diffusion of the gas to be measured is a mixture of Knudsen diffusion and molecular diffusion, and the temperature dependence is reduced. Therefore, according to this example, it is possible to obtain the gas sensor element 1 in which the measurement accuracy hardly depends on the temperature (see Embodiment 2 and FIG. 11).
【0068】更に,本例にかかるガスセンサ素子1にお
いて,センサセル2の測定電極21とポンプセル3のポ
ンプ電極32とがそれぞれ被測定ガス室101に面して
配置されている。ところで,ガスセンサ素子において,
測定電極はNOxガスに対して活性とする必要がある
が,ポンプ電極は不活性とせねばならない。Further, in the gas sensor element 1 according to the present embodiment, the measurement electrode 21 of the sensor cell 2 and the pump electrode 32 of the pump cell 3 are arranged facing the gas chamber 101 to be measured. By the way, in the gas sensor element,
The measurement electrode must be active for NOx gas, while the pump electrode must be inactive.
【0069】本例によれば,ガスセンサ素子1を作製す
る場合,被測定ガス室101が多孔質体により充填され
ているため,ポンプ電極32を不活性とするために添加
した成分等が揮発した場合であっても,これらの成分は
多孔質体にはばまれて測定電極21に達することができ
なくなる。よって,測定電極21の被毒が防止できる。
このため,本例によれば,より精度の高い測定が可能な
ガスセンサ素子を得ることができる。According to the present embodiment, when the gas sensor element 1 is manufactured, since the gas chamber 101 to be measured is filled with the porous material, the components added to make the pump electrode 32 inactive volatilize. Even in this case, these components are scattered by the porous body and cannot reach the measurement electrode 21. Therefore, poisoning of the measurement electrode 21 can be prevented.
Therefore, according to the present embodiment, a gas sensor element capable of performing more accurate measurement can be obtained.
【0070】実施形態例2 実施形態例1にかかるガスセンサ素子と図9に示す被測
定ガス室が多孔質体で充填されていない構成のガスセン
サ素子を作製し,両者の性能を比較した。試料1のガス
センサ素子1は,図1,図2に示され,被測定ガス室が
多孔質体で充填されている。また,比較試料C1のガス
センサ素子99は,試料1のガスセンサ素子1と各電極
の位置,面積,被測定ガス室,基準ガス室の幅や長さ等
が同じである。ただし,図9に示すごとく,固体電解質
体11のポンプセル3近傍に直径0.2mmのピンホー
ル109を設け,また固体電解質体12には被測定ガス
室101を作製するために,2×15mmの角穴を設け
た。それ以外は,上述の試料1と同様の材料,作製手順
を利用して作製した。Embodiment 2 A gas sensor element according to Embodiment 1 and a gas sensor element having a configuration in which the gas chamber to be measured shown in FIG. 9 was not filled with a porous material were manufactured, and the performances of both were compared. The gas sensor element 1 of the sample 1 is shown in FIGS. 1 and 2, and the gas chamber to be measured is filled with a porous body. Further, the gas sensor element 99 of the comparative sample C1 has the same position, area, width and length of the gas chamber to be measured and the reference gas chamber as those of the gas sensor element 1 of the sample 1. However, as shown in FIG. 9, a pinhole 109 having a diameter of 0.2 mm is provided in the vicinity of the pump cell 3 of the solid electrolyte body 11, and the solid electrolyte body 12 has a size of 2 × 15 mm in order to form a gas chamber 101 to be measured. Square holes were provided. Other than that, it was manufactured using the same material and the same manufacturing procedure as Sample 1 described above.
【0071】次に,試料1と比較試料C1を用いて,以
下に示す方法でのNOxに対する特性を評価し,特性バ
ラツキにつき調査した。特性バラツキの評価には出力バ
ラツキを利用した。この出力バラツキは平均値に対する
最大値,最小値の大きいものの差をとって,平均値にて
割った物と定義した。つまり,{(最大値)−平均値}
/平均値,または{(最小値)−平均値}/平均値のい
ずれかである。また,この測定は,特定のガスを流すこ
とができる評価ベンチにて実施した。Next, by using the sample 1 and the comparative sample C1, the characteristics with respect to NOx were evaluated by the following method, and the variation in the characteristics was examined. The output variation was used for evaluating the characteristic variation. This output variation was defined as the difference between the maximum value and the minimum value with respect to the average value, which was divided by the average value. That is, {(maximum value)-average value}
/ Average value or {(minimum value) −average value} / average value. This measurement was performed on an evaluation bench through which a specific gas can flow.
【0072】なお,この測定における条件は,被測定ガ
スの温度が400℃,被測定ガスは,2000ppmの
NOを含んだ5%のO2と95%のN2とよりなる。ま
た,ガスセンサ素子の温度は750℃に保持して行っ
た。以上にかかる測定を試料1,比較試料C1,各10
本のガスセンサ素子に対して行った。この測定結果を図
10に記載した。The conditions for this measurement are as follows: the temperature of the gas to be measured is 400 ° C., and the gas to be measured is 5% O 2 containing 2000 ppm of NO and 95% N 2 . Further, the temperature of the gas sensor element was maintained at 750 ° C. The above measurement was performed for Sample 1, Comparative Sample C1, and
This was performed on the gas sensor elements of the present invention. This measurement result is shown in FIG.
【0073】また,上述した試料1と比較試料C1とを
用いて,出力比の温度依存性について測定した。この出
力比は750℃での値を基準にとり,差を750℃の値
にて割ったものを出力比を定義した。また,この測定
は,上述と同様の方法にて実施した。なお,この測定に
おける条件は,被測定ガスの温度が400℃,被測定ガ
スは,2000ppmのNOを含んだ5%のO2と95
%のN2とよりなる。また,被測定ガスの流速は1.2
リットル/分で,ガスセンサ素子の温度は650℃,7
00℃,750℃,800℃,850℃において行っ
た。以上にかかる測定は試料1,比較試料C1,各5本
のガスセンサ素子に対して行った。この結果を図11に
記載した。The temperature dependence of the output ratio was measured using the above-mentioned sample 1 and comparative sample C1. This output ratio was defined based on the value at 750 ° C, and the difference was divided by the value at 750 ° C to define the output ratio. This measurement was performed by the same method as described above. The measurement conditions were as follows: the temperature of the gas to be measured was 400 ° C., and the gas to be measured was 5% O 2 containing 2000 ppm of NO and 95%.
% N 2 . The flow rate of the gas to be measured is 1.2
Liter / minute, the temperature of the gas sensor element is 650 ° C, 7
The tests were performed at 00 ° C, 750 ° C, 800 ° C, and 850 ° C. The above measurement was performed for each of the sample 1, the comparative sample C1, and the five gas sensor elements. The result is shown in FIG.
【0074】図10,図11より明らかであるが,試料
1にかかるガスセンサ素子は,比較試料C1と比べて,
出力のばらつきが小さく,出力の温度依存性が小さかっ
た。また,図10にかかる測定が終了した後,使用した
ガスセンサ素子の内部をミクロ観察したところ,本例に
かかるガスセンサ素子(試料1)では被測定ガス室の形
状変化が認められなかったが,比較試料C1では被測定
ガス室の形状が維持されておらず,各素子においてバラ
バラであった。また,測定電極21には微量な金が検出
された。よって,このような被測定ガス室の変形ならび
に測定電極21の金による被毒が出力バラツキを発生さ
せた大きな要因であると推定された。As is clear from FIGS. 10 and 11, the gas sensor element according to the sample 1 is larger than the comparative sample C1.
Output variation was small and output temperature dependence was small. After the measurement in FIG. 10 was completed, the inside of the gas sensor element used was micro-observed. As a result, no change in the shape of the gas chamber to be measured was observed in the gas sensor element (sample 1) according to this example. In the sample C1, the shape of the gas chamber to be measured was not maintained, and the shape of each element varied. Also, a trace amount of gold was detected on the measurement electrode 21. Therefore, it is presumed that such deformation of the gas chamber to be measured and poisoning of the measurement electrode 21 by gold are the major factors causing the output variation.
【0075】また,図11にかかるような温度依存性が
生じた原因については,ピンホールによる被測定ガスの
拡散は,分子拡散が支配的であるためと思われる。分子
拡散は拡散速度の温度依存性が強いためだからである。The cause of the temperature dependence as shown in FIG. 11 is considered to be that the diffusion of the gas to be measured by the pinhole is dominated by molecular diffusion. This is because molecular diffusion has a strong temperature dependence of the diffusion rate.
【0076】実施形態例3 実施形態例1に示したガスセンサ素子1を用い,実施形
態例1に示したマイクロコンピュータを用いない他の測
定方法について説明する。この方法は,図12に示すご
ときハードウェアを用いる場合である。図12に示すご
とく,ポンプセル印加電圧指令回路6は,基準電圧回路
611,増幅回路612,増幅回路の増幅率を決定する
増幅抵抗615及び増幅抵抗616,ローパスフィルタ
を構成する抵抗613及びコンデンサ614,ポンプセ
ル電流を検出する回路617より構成されている。Embodiment 3 Another measurement method using the gas sensor element 1 shown in Embodiment 1 and not using the microcomputer shown in Embodiment 1 will be described. This method is for the case of using hardware as shown in FIG. As shown in FIG. 12, the pump cell applied voltage command circuit 6 includes a reference voltage circuit 611, an amplifier circuit 612, an amplifier resistor 615 and an amplifier resistor 616 for determining the amplification factor of the amplifier circuit, a resistor 613 and a capacitor 614 constituting a low-pass filter. It comprises a circuit 617 for detecting the pump cell current.
【0077】ポンプセル電流を検出する回路617の入
力は,図4に示すポンプセル電流を検出する抵抗R63
の両端子633,634が接続される。ポンプセル電流
を検出する回路617で処理された電圧(Vd−Vb)
は出力として増幅回路612の非反転入力端子に接続さ
れる。増幅回路612の反転入力端子は増幅率を決定す
る増幅抵抗615,ローパスフィルタのコンデンサ61
4のそれぞれ片側に接続される。The input of the circuit 617 for detecting the pump cell current is connected to a resistor R63 for detecting the pump cell current shown in FIG.
Terminals 633 and 634 are connected. Voltage (Vd-Vb) processed by the circuit 617 for detecting the pump cell current
Is connected to the non-inverting input terminal of the amplifier circuit 612 as an output. The inverting input terminal of the amplification circuit 612 is an amplification resistor 615 for determining the amplification factor, and a capacitor 61 of a low-pass filter.
4 is connected to one side.
【0078】増幅率を決定する抵抗615のもう一つの
端子は基準電圧回路611に接続され基準電圧が印加さ
れる。増幅回路612の出力端子は増幅回路612の増
幅率を決定する増幅抵抗616のもう1つの端子に接続
されると共に,ローパスフィルタの抵抗613の片側に
接続される。ローパスフィルタの抵抗613のもう1つ
の端子はローパスフィルタのコンデンサ614の片側に
接続され,ポンプ指令電圧Vbとして出力される。コン
デンサ614のもう片側はGNDに接地される。Another terminal of the resistor 615 for determining the amplification factor is connected to the reference voltage circuit 611, and a reference voltage is applied. The output terminal of the amplifier circuit 612 is connected to another terminal of the amplification resistor 616 that determines the amplification factor of the amplifier circuit 612, and is connected to one side of the resistor 613 of the low-pass filter. Another terminal of the resistor 613 of the low-pass filter is connected to one side of the capacitor 614 of the low-pass filter, and is output as the pump command voltage Vb. The other side of the capacitor 614 is grounded to GND.
【0079】ポンプセル電流を検出する回路617では
ポンプセル電流に相当する電圧Vd−Vbを出力し,増
幅回路612では基準電圧回路611の電圧とポンプセ
ル電流値(Vd−Vb)とを増幅抵抗615,616に
より比較増幅する。The circuit 617 for detecting the pump cell current outputs a voltage Vd-Vb corresponding to the pump cell current, and the amplifier circuit 612 compares the voltage of the reference voltage circuit 611 and the pump cell current value (Vd-Vb) with amplification resistors 615 and 616. For comparative amplification.
【0080】その結果,図7に示す印加電圧特性線LX
1に示す特性となる。ここで,基準電圧回路611は印
加電圧特性線LX1のオフセット電圧(0mA時の印加
電圧)を生成し,増幅回路612と増幅抵抗615,6
16は図7に示す印加電圧線LX1の傾き(ポンプセル
電流増大に伴う印加電圧の増大)を生成する。As a result, the applied voltage characteristic line LX shown in FIG.
The characteristic shown in FIG. Here, the reference voltage circuit 611 generates an offset voltage (applied voltage at 0 mA) of the applied voltage characteristic line LX1, and outputs the amplified circuit 612 and the amplified resistors 615,6.
16 generates the gradient of the applied voltage line LX1 shown in FIG. 7 (increase in applied voltage with increase in pump cell current).
【0081】ローパスフィルタ(抵抗613とコンデン
サ614)は,印加電圧特性線LX1がポンプセル電流
増大に伴う印加電圧の増大する特性である事からポジテ
ィブフィードバックとなり,出力する印加電圧が発振す
るのを防止する目的で設置される。The low-pass filter (resistor 613 and capacitor 614) provides positive feedback because the applied voltage characteristic line LX1 has a characteristic that the applied voltage increases with an increase in the pump cell current, and prevents the output voltage from oscillating. It is installed for the purpose.
【0082】以上のような構成及び作用によりハードウ
エアにより制御回路4を構成することもできる。なお,
センサセルの印加電圧指令も同様な回路で実現できるた
め,こちらについては説明は省略した。The control circuit 4 can also be configured by hardware with the above configuration and operation. In addition,
Since the applied voltage command to the sensor cell can be realized by a similar circuit, the description is omitted here.
【0083】実施形態例4 本発明にかかる測定方法で使用可能なガスセンサ素子の
他の例として,図13に示すごとき素子が挙げられる。
このものは同図に示すごとく,ポンプ電極31の表面を
保護層119で覆い,電極が排ガスの熱に直接さらさ
れ,凝集等が発生しないように電極を保護する。また,
本例にかかるガスセンサ素子1において,被測定ガスは
被測定ガス室101の側面から導入されるが,この導入
部となる部分に被毒物トラップ層129を設け,被測定
ガス中の被毒物質から保護してある。Embodiment 4 Another example of a gas sensor element usable in the measuring method according to the present invention is an element as shown in FIG.
As shown in the figure, the surface of the pump electrode 31 is covered with a protective layer 119 to protect the electrode from being directly exposed to the heat of the exhaust gas and causing agglomeration or the like. Also,
In the gas sensor element 1 according to the present embodiment, the gas to be measured is introduced from the side of the gas chamber 101 to be measured. Protected.
【0084】また,本例のガスセンサ素子1では,セン
サセル2が基準ガス室102と被測定ガス室101との
間に設けてあり,ポンプセル3が被測定ガス室101と
対面し,またポンプセル3の他方の面はガスセンサ素子
1の外部と対面するよう配置されていた。図14に示す
ごとく,上記ガスセンサ素子1とは逆に,ポンプセル3
が基準ガス室102と被測定ガス室101との間に設け
てあり,センサセル2が被測定ガス室101と対面し,
またセンサセル2の他方の面はガスセンサ素子1の外部
と対面するよう配置することもできる。Further, in the gas sensor element 1 of this embodiment, the sensor cell 2 is provided between the reference gas chamber 102 and the gas chamber 101 to be measured, the pump cell 3 faces the gas chamber 101 to be measured, and the pump cell 3 The other surface was arranged so as to face the outside of the gas sensor element 1. As shown in FIG. 14, contrary to the gas sensor element 1, the pump cell 3
Is provided between the reference gas chamber 102 and the gas chamber 101 to be measured, and the sensor cell 2 faces the gas chamber 101 to be measured.
Further, the other surface of the sensor cell 2 can be arranged so as to face the outside of the gas sensor element 1.
【0085】ところで,本例にかかるガスセンサ素子1
は,NOx検出用の測定電極21(図1参照)をNOx
活性な電極で構成したが,後述するごとく測定電極21
をNOxに不活性な電極で構成することもできる。つま
り,測定電極21をポンプセル3のポンプ電極31,3
2と同様の金−白金を含有するNOx不活性電極より構
成することができる。図15は,NOx不活性電極であ
る金−白金電極で測定電極21を構成した場合のN2−
O2−NOx系の被測定ガスでのV−i特性を示す線図
である。Incidentally, the gas sensor element 1 according to this embodiment
Sets the NOx detection electrode 21 (see FIG. 1) to NOx
Although it was constituted by an active electrode, as will be described later, the measuring electrode 21 was used.
Can be constituted by an electrode inert to NOx. That is, the measuring electrode 21 is connected to the pump electrodes 31 and 3 of the pump cell 3.
2 and a NOx inert electrode containing the same gold-platinum. FIG. 15 shows N 2 − when the measurement electrode 21 is composed of a gold-platinum electrode that is a NOx inert electrode.
FIG. 4 is a diagram showing Vi characteristics of an O 2 —NOx-based gas to be measured.
【0086】同図より知れるごとく,センサセル2に対
する印加電圧が小さい場合にはNOxが分解されないた
め,酸素ポンピングによる電流が出力となる。この時の
限界電流がcである。更に印加電圧を大きくした場合,
NOx不活性電極といえども活性電極として機能するよ
うになる。つまり,NOxを分解してNOx中の酸素を
ポンピングすることができるため,限界電流dが発生す
る。As can be seen from the figure, when the voltage applied to the sensor cell 2 is small, NOx is not decomposed, and the current generated by oxygen pumping is output. The limit current at this time is c. When the applied voltage is further increased,
Even the NOx inactive electrode functions as an active electrode. That is, since the NOx can be decomposed and the oxygen in the NOx can be pumped, a limit current d is generated.
【0087】よって,ポンプ電極32,測定電極21
を,金−白金よりなるNOx不活性電極で構成しても,
印加電圧をそれぞれ図中a,bとすることで,ガスセン
サ素子としての機能を果たすことができる。この場合,
センサセル2のV−i特性における電圧aでの限界電流
値はこのセル近傍の酸素量を示すものであるため,この
電圧aでの電流値から残存酸素に基づくオフセット電流
を推定でき,回路上でキャンセルできるというメリット
もある。Therefore, the pump electrode 32 and the measurement electrode 21
Is composed of a NOx inert electrode made of gold-platinum,
By setting the applied voltages to a and b in the figure, a function as a gas sensor element can be achieved. in this case,
Since the limiting current value at the voltage a in the Vi characteristic of the sensor cell 2 indicates the amount of oxygen near this cell, the offset current based on the residual oxygen can be estimated from the current value at the voltage a, and the There is also an advantage that you can cancel.
【図1】実施形態例1における,ガスセンサ素子の構造
を示す断面説明図。FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view showing a structure of a gas sensor element according to a first embodiment.
【図2】実施形態例1における,ガスセンサ素子の平面
図。FIG. 2 is a plan view of a gas sensor element according to the first embodiment.
【図3】実施形態例1における,ガスセンサ素子と酸素
ガス濃度検出手段と特定ガス濃度検出手段とを示すブロ
ック図。FIG. 3 is a block diagram showing a gas sensor element, an oxygen gas concentration detecting means, and a specific gas concentration detecting means in the first embodiment.
【図4】実施形態例1における,酸素ガス濃度検出手段
と特定ガス濃度検出手段との詳細を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing details of an oxygen gas concentration detecting means and a specific gas concentration detecting means in the first embodiment.
【図5】実施形態例1における,酸素ガス濃度検出と特
定ガス濃度検出にかかるフローを示す説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a flow relating to oxygen gas concentration detection and specific gas concentration detection in the first embodiment.
【図6】実施形態例1における,マイクロコンピュータ
によるポンプセル印加電圧指令回路,センサセル印加電
圧指令回路のブロック図。FIG. 6 is a block diagram of a pump cell applied voltage command circuit and a sensor cell applied voltage command circuit by the microcomputer in the first embodiment.
【図7】実施形態例1における,酸素ガス濃度を違える
ことで得られたポンプセルの電圧−電流特性線を示す線
図。FIG. 7 is a diagram showing a voltage-current characteristic line of the pump cell obtained by changing the oxygen gas concentration in the first embodiment.
【図8】実施形態例1における,NOxガス濃度を違え
ることで得られたセンサセルの電圧−電流特性線を示す
線図。FIG. 8 is a diagram showing a voltage-current characteristic line of the sensor cell obtained by changing the NOx gas concentration in the first embodiment.
【図9】実施形態例2における,比較試料C1にかかる
ガスセンサ素子を示す断面説明図。FIG. 9 is an explanatory sectional view showing a gas sensor element according to Comparative Example C1 in Embodiment 2;
【図10】実施形態例2における,試料1及び比較試料
C1の出力バラツキを示す線図。FIG. 10 is a diagram showing output variations of Sample 1 and Comparative Sample C1 in Embodiment 2.
【図11】実施形態例2における,試料1及び比較試料
C1の出力比と温度との関係を示す線図。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the output ratio of Sample 1 and Comparative Sample C1 and temperature in Embodiment 2;
【図12】実施形態例3における,ハードウェアによる
ポンプセル印加電圧指令回路のブロック図。FIG. 12 is a block diagram of a pump cell applied voltage command circuit using hardware according to a third embodiment.
【図13】実施形態例4における,保護層と被毒物トラ
ップ層を設けたガスセンサ素子を示す断面説明図。FIG. 13 is an explanatory sectional view showing a gas sensor element provided with a protective layer and a poisonous substance trap layer in a fourth embodiment.
【図14】実施形態例4における,センサセルが外部に
露出し,ポンプセルが被測定ガス室と基準ガス室との間
に設けられたガスセンサ素子を示す断面説明図。FIG. 14 is a cross-sectional explanatory view showing a gas sensor element according to a fourth embodiment in which a sensor cell is exposed to the outside and a pump cell is provided between a gas chamber to be measured and a reference gas chamber.
【図15】実施形態例4における,測定電極としてNO
xに不活性な電極を用いた場合のセンサセルにおけるV
−i特性を示す線図。FIG. 15 shows an example in which NO is used as a measurement electrode in the fourth embodiment.
V in the sensor cell when an inert electrode is used for x
FIG. 3 is a diagram showing i characteristics.
【図16】従来技術にかかる,NOxセンサ素子の構造
を示す説明図。FIG. 16 is an explanatory view showing a structure of a NOx sensor element according to a conventional technique.
1...ガスセンサ素子, 11,12,13...固体電解質体, 101...被測定ガス室, 102...基準ガス室, 2...センサセル, 21...測定電極, 22...基準電極, 25...検出回路, 251...第1電流計, 253...電源, 3...ポンプセル, 31,32...ポンプ電極, 351...第2電流計, 353...可変電源, 1. . . Gas sensor element, 11, 12, 13. . . Solid electrolyte body, 101. . . Measured gas chamber, 102. . . 1. reference gas chamber; . . Sensor cell, 21. . . Measuring electrode, 22. . . Reference electrode, 25. . . Detection circuit, 251. . . First ammeter, 253. . . Power supply, 3. . . Pump cell, 31, 32. . . Pump electrode, 351. . . Second ammeter, 353. . . Variable power supply,
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 章夫 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 今村 晋一郎 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 羽田 聡 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 水谷 圭吾 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Akio Tanaka 1-1-1, Showa-cho, Kariya, Aichi Prefecture Inside Denso Corporation (72) Inventor Shinichiro Imamura 1-1-1, Showa-cho, Kariya City, Aichi Prefecture Denso Corporation (72) Inventor Satoshi Haneda 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Inside Denso Co., Ltd.
Claims (2)
に設けられ,被測定ガス室に面した測定電極と基準ガス
室に面した基準電極とからなるセンサセルと,また,固
体電解質体と該固体電解質体の表面に設けられた一対の
ポンプ電極とからなると共に被測定ガス室に面して配置
されたポンプセルとを有し,上記センサセルは第1電流
計と電源とを備えた検出回路に接続されていると共に,
上記ポンプセルは第2電流計と可変電源とを備えたポン
プ回路に接続されているガスセンサ素子を用いて,上記
第2電流計の検出値より被測定ガス中の酸素ガス濃度を
測定し,得られた酸素ガス濃度値より上記可変電源を制
御すると共に,上記第1電流計の検出値より被測定ガス
中の特定ガス濃度を測定することを特徴とするガス濃度
測定方法。1. A solid electrolyte body, a sensor cell provided on a surface of the solid electrolyte body and comprising a measurement electrode facing a gas chamber to be measured and a reference electrode facing a reference gas chamber, and a solid electrolyte body. A pump cell comprising a pair of pump electrodes provided on the surface of the solid electrolyte body and disposed facing the gas chamber to be measured, wherein the sensor cell has a first ammeter and a power supply; Connected to
The pump cell is obtained by measuring the concentration of oxygen gas in the gas to be measured from the detected value of the second ammeter using a gas sensor element connected to a pump circuit having a second ammeter and a variable power supply. Controlling the variable power supply based on the oxygen gas concentration value and measuring a specific gas concentration in the gas to be measured based on a detection value of the first ammeter.
における上記被測定ガス室は1つの空間部により構成さ
れると共に気孔率3〜30%の多孔質体にて充填されて
いることを特徴とするガス濃度測定方法。2. The gas sensor element according to claim 1, wherein the gas chamber to be measured in the gas sensor element is formed of one space and is filled with a porous material having a porosity of 3 to 30%. Gas concentration measurement method.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28590099A JP4516168B2 (en) | 1998-11-16 | 1999-10-06 | Gas concentration measurement method |
DE19955125A DE19955125A1 (en) | 1998-11-16 | 1999-11-16 | Gas sensor to detect the concentration of nitrous oxides in automotive exhaust gases maintains accuracy under a wide range of temperatures |
US09/440,859 US6205843B1 (en) | 1998-11-16 | 1999-11-16 | Gas sensing element and a method for measuring a specific gas concentration |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10-325047 | 1998-11-16 | ||
JP32504798 | 1998-11-16 | ||
JP28590099A JP4516168B2 (en) | 1998-11-16 | 1999-10-06 | Gas concentration measurement method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000214130A true JP2000214130A (en) | 2000-08-04 |
JP4516168B2 JP4516168B2 (en) | 2010-08-04 |
Family
ID=26556072
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28590099A Expired - Lifetime JP4516168B2 (en) | 1998-11-16 | 1999-10-06 | Gas concentration measurement method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4516168B2 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003344353A (en) * | 2002-05-29 | 2003-12-03 | Toyota Motor Corp | Gas treatment equipment |
EP1464954A3 (en) * | 2003-03-31 | 2005-01-26 | Ngk Insulators, Ltd. | Gas sensor |
DE102004045161B4 (en) * | 2003-09-19 | 2007-09-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota | Gas concentration measuring device |
WO2008007706A1 (en) * | 2006-07-12 | 2008-01-17 | Ngk Insulators, Ltd. | Gas sensor and nitrogen oxide sensor |
WO2020095821A1 (en) * | 2018-11-09 | 2020-05-14 | 株式会社デンソー | Gas sensor |
DE102006034377B4 (en) | 2006-07-25 | 2021-09-30 | Robert Bosch Gmbh | Mixed potential sensor for the detection of different gases in gas mixtures, as well as procedures for the operation of the same |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000097903A (en) * | 1998-09-18 | 2000-04-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Apparatus and method for measuring gas concentration |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0680427B2 (en) * | 1985-09-10 | 1994-10-12 | 日本電装株式会社 | Pump type oxygen concentration detector |
JP3067532B2 (en) * | 1994-07-14 | 2000-07-17 | 松下電器産業株式会社 | Electrochemical element and nitrogen oxide concentration measuring device |
JP3583890B2 (en) * | 1997-03-04 | 2004-11-04 | 日本碍子株式会社 | Gas sensor and control method of gas sensor |
-
1999
- 1999-10-06 JP JP28590099A patent/JP4516168B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000097903A (en) * | 1998-09-18 | 2000-04-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Apparatus and method for measuring gas concentration |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003344353A (en) * | 2002-05-29 | 2003-12-03 | Toyota Motor Corp | Gas treatment equipment |
EP1464954A3 (en) * | 2003-03-31 | 2005-01-26 | Ngk Insulators, Ltd. | Gas sensor |
US7666286B2 (en) | 2003-03-31 | 2010-02-23 | Ngk Insulators, Ltd. | Gas sensor |
DE102004045161B4 (en) * | 2003-09-19 | 2007-09-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota | Gas concentration measuring device |
US7938944B2 (en) | 2003-09-19 | 2011-05-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Gas concentration measurement apparatus |
WO2008007706A1 (en) * | 2006-07-12 | 2008-01-17 | Ngk Insulators, Ltd. | Gas sensor and nitrogen oxide sensor |
US8409414B2 (en) | 2006-07-12 | 2013-04-02 | Ngk Insulators, Ltd. | Gas sensor and nitrogen oxide sensor |
JP5253165B2 (en) * | 2006-07-12 | 2013-07-31 | 日本碍子株式会社 | Gas sensor and nitrogen oxide sensor |
DE102006034377B4 (en) | 2006-07-25 | 2021-09-30 | Robert Bosch Gmbh | Mixed potential sensor for the detection of different gases in gas mixtures, as well as procedures for the operation of the same |
WO2020095821A1 (en) * | 2018-11-09 | 2020-05-14 | 株式会社デンソー | Gas sensor |
JP2020076686A (en) * | 2018-11-09 | 2020-05-21 | 株式会社デンソー | Gas sensor |
JP6992729B2 (en) | 2018-11-09 | 2022-01-13 | 株式会社デンソー | Gas sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4516168B2 (en) | 2010-08-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3876506B2 (en) | Gas concentration measuring method and composite gas sensor | |
US5763763A (en) | Method and sensing device for measuring predetermined gas component in measurement gas | |
US4487680A (en) | Planar ZrO2 oxygen pumping sensor | |
EP1167957A2 (en) | NOx sensor | |
JP3973900B2 (en) | Gas sensor element | |
WO1998012550A1 (en) | Gas sensor | |
US6205843B1 (en) | Gas sensing element and a method for measuring a specific gas concentration | |
US6635162B2 (en) | Gas sensor | |
JP3832437B2 (en) | Gas sensor element | |
JP3835022B2 (en) | Gas sensor element | |
JP3372186B2 (en) | Gas sensor correction method and gas concentration measurement system | |
JP3993122B2 (en) | Gas sensor element and method for measuring hydrogen-containing gas | |
US8721856B2 (en) | Gas sensor control system ensuring increased measurement accuracy | |
JP2001066289A (en) | Gas detecting device | |
JP4248265B2 (en) | Gas sensor element | |
JP4516168B2 (en) | Gas concentration measurement method | |
JPH11166911A (en) | Air-fuel ratio sensor | |
JPH11237366A (en) | Gas sensor | |
JP2004151017A (en) | Multilayer gas sensing element | |
JP3501956B2 (en) | Nitrogen oxide concentration measuring device and control method of nitrogen oxide concentration measuring device | |
JP3943262B2 (en) | NOx gas concentration measuring apparatus and NOx gas concentration measuring method | |
JP3314782B2 (en) | Composite gas sensor | |
JP3499421B2 (en) | NOx gas concentration measuring method and NOx gas concentration detector | |
JP2002328112A (en) | Gas sensor element | |
JP4101501B2 (en) | Compound gas sensor element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051215 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080227 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090106 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090305 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090908 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091105 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100511 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100514 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4516168 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130521 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140521 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |