JP2001201483A - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
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- JP2001201483A JP2001201483A JP2000011479A JP2000011479A JP2001201483A JP 2001201483 A JP2001201483 A JP 2001201483A JP 2000011479 A JP2000011479 A JP 2000011479A JP 2000011479 A JP2000011479 A JP 2000011479A JP 2001201483 A JP2001201483 A JP 2001201483A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】妨害ガスの影響を受け難く、正確なＮＯｘガス
濃度測定が可能なＮＯｘガスセンサの提供。 【解決手段】測定対象ガス成分を含む被測定ガスを内部
に導き、かかる被測定ガス中の酸素濃度を制御するため
の第１室７と、第１室７に拡散抵抗８を介して連通し測
定対象ガス成分の濃度を測定するための第２室９と、を
有し、第２室９内に面するガス濃度測定用電極１４が、
Ｐｔを主たる電極成分として且つＩｒ又はＲｕを含み、
さらに、このＩｒがＰｔとＩｒの合量に対して０．２〜
５０ｗｔ％、或いはＲｕがＰｔとＲｕの合量に対して
０．２〜５０ｗｔ％含まれる限界電流式のガスセンサで
ある。
濃度測定が可能なＮＯｘガスセンサの提供。 【解決手段】測定対象ガス成分を含む被測定ガスを内部
に導き、かかる被測定ガス中の酸素濃度を制御するため
の第１室７と、第１室７に拡散抵抗８を介して連通し測
定対象ガス成分の濃度を測定するための第２室９と、を
有し、第２室９内に面するガス濃度測定用電極１４が、
Ｐｔを主たる電極成分として且つＩｒ又はＲｕを含み、
さらに、このＩｒがＰｔとＩｒの合量に対して０．２〜
５０ｗｔ％、或いはＲｕがＰｔとＲｕの合量に対して
０．２〜５０ｗｔ％含まれる限界電流式のガスセンサで
ある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスセンサに関し、
特に自動車、船舶、飛行機等の移動用、産業用の内燃機
関の排ガス中、或いはボイラ等の燃焼ガス中のＮＯｘガ
ス濃度、ＨＣガス濃度又はＮＨ3ガス濃度の測定に用い
られるガスセンサに関し、中でもガスセンサの構成要素
である測定用ポンプセルの電極成分に関する。
特に自動車、船舶、飛行機等の移動用、産業用の内燃機
関の排ガス中、或いはボイラ等の燃焼ガス中のＮＯｘガ
ス濃度、ＨＣガス濃度又はＮＨ3ガス濃度の測定に用い
られるガスセンサに関し、中でもガスセンサの構成要素
である測定用ポンプセルの電極成分に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、被測定ガス雰囲気に含まれる測定
対象ガス成分の濃度を測定するガスセンサ、例えばＮＯ
ｘガスセンサでは、かかる被測定ガスにおける酸素濃度
が制御されたガスを生成するための第１室と、測定対象
ガス成分の濃度、即ちＮＯｘガス濃度を測定するための
第２室とを有する限界電流式のものが知られている。こ
のようなＮＯｘガスセンサにあっては、第２室内でＮＯ
ｘガスを解離させるため、第２室内に面するガス濃度測
定用電極に所定の電圧を印加している。この電極（第２
内部電極）としては、一般的に、Ｐｔ電極が用いられて
いる。一方、特開平９−２８８０８４号公報には、この
第２室内に面するＮＯｘガス濃度測定用電極として、Ｒ
ｈとジルコニアからなるＲｈサーメット電極が提案され
ている。
対象ガス成分の濃度を測定するガスセンサ、例えばＮＯ
ｘガスセンサでは、かかる被測定ガスにおける酸素濃度
が制御されたガスを生成するための第１室と、測定対象
ガス成分の濃度、即ちＮＯｘガス濃度を測定するための
第２室とを有する限界電流式のものが知られている。こ
のようなＮＯｘガスセンサにあっては、第２室内でＮＯ
ｘガスを解離させるため、第２室内に面するガス濃度測
定用電極に所定の電圧を印加している。この電極（第２
内部電極）としては、一般的に、Ｐｔ電極が用いられて
いる。一方、特開平９−２８８０８４号公報には、この
第２室内に面するＮＯｘガス濃度測定用電極として、Ｒ
ｈとジルコニアからなるＲｈサーメット電極が提案され
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記Ｐ
ｔ電極は、妨害ガス、例えばＨ2Ｏ、ＣＯを解離させる
触媒能力も高いため、これら妨害ガスの影響を受けて、
ＮＯｘガス濃度の正確な測定が困難である場合がある。
一方、上記特開平９−２８８０８４号公報に提案された
Ｒｈサーメット電極は、高温領域（例えば、７００〜８
００℃）での長期間の使用に伴いＲｈが酸化してしま
い、ＮＯｘを解離させる触媒能力が十分に発揮されない
場合があるという問題がある。
ｔ電極は、妨害ガス、例えばＨ2Ｏ、ＣＯを解離させる
触媒能力も高いため、これら妨害ガスの影響を受けて、
ＮＯｘガス濃度の正確な測定が困難である場合がある。
一方、上記特開平９−２８８０８４号公報に提案された
Ｒｈサーメット電極は、高温領域（例えば、７００〜８
００℃）での長期間の使用に伴いＲｈが酸化してしま
い、ＮＯｘを解離させる触媒能力が十分に発揮されない
場合があるという問題がある。
【０００４】本発明は、妨害ガスの影響を受け難く、正
確な測定対象ガス成分の濃度測定が可能なガスセンサを
提供することを目的とする。特に、本発明は、測定対象
ガス成分の濃度を測定するための第２室内に面し、低い
印加電圧においても測定対象ガス成分に対する触媒能力
が高いガス濃度測定用電極を有するガスセンサを提供す
ることを目的とする。
確な測定対象ガス成分の濃度測定が可能なガスセンサを
提供することを目的とする。特に、本発明は、測定対象
ガス成分の濃度を測定するための第２室内に面し、低い
印加電圧においても測定対象ガス成分に対する触媒能力
が高いガス濃度測定用電極を有するガスセンサを提供す
ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、第１の視点に
おいて、Ｐｔを主たる電極成分とし且つＩｒを含み、さ
らにこのＩｒが、該Ｐｔ及び該Ｉｒの合量に対して０．
２〜５０ｗｔ％含まれるガス濃度測定用電極を提供す
る。
おいて、Ｐｔを主たる電極成分とし且つＩｒを含み、さ
らにこのＩｒが、該Ｐｔ及び該Ｉｒの合量に対して０．
２〜５０ｗｔ％含まれるガス濃度測定用電極を提供す
る。
【０００６】本発明は、第２の視点において、Ｐｔを主
たる電極成分とし且つＲｕを含み、さらにこのＲｕが、
該Ｐｔ及び該Ｒｕの合量に対して０．２〜５０ｗｔ％含
まれるガス濃度測定用電極を提供する。
たる電極成分とし且つＲｕを含み、さらにこのＲｕが、
該Ｐｔ及び該Ｒｕの合量に対して０．２〜５０ｗｔ％含
まれるガス濃度測定用電極を提供する。
【０００７】前記第１及び第２の視点に係るガス濃度測
定用電極は、複数の室（気体流通部）を有する限界電流
式のガスセンサに適用される。このガスセンサは、測定
対象ガスに対する触媒能力が高い電極を有するため、こ
の電極に印加する電圧を低くして、該電極上での妨害ガ
ス（含酸素ガス成分）の解離を抑制することができる。
これによって、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ等の妨害ガスの影響が少な
く、精度の高い測定対象ガス成分の濃度測定が可能とな
る。また、このガスセンサは、第２室内に面するガス濃
度測定用電極として、測定対象ガスに対する触媒能力が
高い電極を有することにより、該電極上においてより短
時間で、測定対象ガス成分が例えばＮＯｘガスの場合に
はそのＮＯｘガスが解離され、ＨＣガスやＮＨ3ガスの
場合にはそのＨＣガス又はＮＨ3ガスが酸化されること
になる。この結果、ガスセンサの検出精度や応答性も向
上する。
定用電極は、複数の室（気体流通部）を有する限界電流
式のガスセンサに適用される。このガスセンサは、測定
対象ガスに対する触媒能力が高い電極を有するため、こ
の電極に印加する電圧を低くして、該電極上での妨害ガ
ス（含酸素ガス成分）の解離を抑制することができる。
これによって、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ等の妨害ガスの影響が少な
く、精度の高い測定対象ガス成分の濃度測定が可能とな
る。また、このガスセンサは、第２室内に面するガス濃
度測定用電極として、測定対象ガスに対する触媒能力が
高い電極を有することにより、該電極上においてより短
時間で、測定対象ガス成分が例えばＮＯｘガスの場合に
はそのＮＯｘガスが解離され、ＨＣガスやＮＨ3ガスの
場合にはそのＨＣガス又はＮＨ3ガスが酸化されること
になる。この結果、ガスセンサの検出精度や応答性も向
上する。
【０００８】本発明のその他の視点及び特徴は、各請求
項に記載のとおりであり、その引用をもってその重複記
載を省略する。よって、各請求項の各特徴は、ここに記
載されているものとみなされる。なお、従属項はそれぞ
れ、各独立項に記載された発明の原理に反しない限り、
各独立項に適用され得、又従属項は他の従属項に適用さ
れ得る。
項に記載のとおりであり、その引用をもってその重複記
載を省略する。よって、各請求項の各特徴は、ここに記
載されているものとみなされる。なお、従属項はそれぞ
れ、各独立項に記載された発明の原理に反しない限り、
各独立項に適用され得、又従属項は他の従属項に適用さ
れ得る。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を説明する。
態を説明する。
【００１０】本発明の好ましい実施の形態によれば、第
２室内に面するガス濃度測定用電極において、その電極
成分が測定用セルを構成する酸素イオン伝導体成分に担
持されている。
２室内に面するガス濃度測定用電極において、その電極
成分が測定用セルを構成する酸素イオン伝導体成分に担
持されている。
【００１１】本発明の好ましい実施の形態においては、
測定対象ガス成分を解離或いは酸化又は還元させるため
に、第２室内に面するガス濃度測定用電極の少なくとも
一部が、ＰｔとＩｒの合量に対して、Ｉｒを２〜２０ｗ
ｔ％含む。
測定対象ガス成分を解離或いは酸化又は還元させるため
に、第２室内に面するガス濃度測定用電極の少なくとも
一部が、ＰｔとＩｒの合量に対して、Ｉｒを２〜２０ｗ
ｔ％含む。
【００１２】本発明の好ましい実施の形態においては、
測定対象ガス成分を解離或いは酸化又は還元させるため
に、第２室内に面するガス濃度測定用電極の少なくとも
一部が、ＰｔとＲｕの合量に対して、Ｒｕを１〜１２ｗ
ｔ％含む。
測定対象ガス成分を解離或いは酸化又は還元させるため
に、第２室内に面するガス濃度測定用電極の少なくとも
一部が、ＰｔとＲｕの合量に対して、Ｒｕを１〜１２ｗ
ｔ％含む。
【００１３】本発明の好ましい実施の形態においては、
測定対象ガス成分を解離或いは酸化又は還元させるため
に、第２室内に面するガス濃度測定用電極の少なくとも
一部が、ＰｔとＩｒとＲｕの合量に対して、Ｉｒを２〜
２０ｗｔ％及びＲｕを１〜１２ｗｔ％含む。
測定対象ガス成分を解離或いは酸化又は還元させるため
に、第２室内に面するガス濃度測定用電極の少なくとも
一部が、ＰｔとＩｒとＲｕの合量に対して、Ｉｒを２〜
２０ｗｔ％及びＲｕを１〜１２ｗｔ％含む。
【００１４】Ｐｔに対してＩｒ及びＲｕを添加する場
合、これらの添加量が規定量より少ない場合には、Ｐｔ
が粒成長して三相界面（気相、電極成分（触媒相）及び
酸素イオン伝導相の界面）を形成する面積が減少し、測
定対象ガス成分を解離或いは酸化又は還元する触媒能力
が低下する。反対に、これらの添加量が規定量より多い
場合には、Ｉｒ及びＲｕが粒成長して三相界面を形成す
る面積が減少し、測定対象ガス成分を解離或いは酸化又
は還元する触媒能力が低下する。また、Ｉｒ、Ｒｕが添
加されることにより、ガス濃度測定用電極の高温領域に
おける耐酸化性が向上する。
合、これらの添加量が規定量より少ない場合には、Ｐｔ
が粒成長して三相界面（気相、電極成分（触媒相）及び
酸素イオン伝導相の界面）を形成する面積が減少し、測
定対象ガス成分を解離或いは酸化又は還元する触媒能力
が低下する。反対に、これらの添加量が規定量より多い
場合には、Ｉｒ及びＲｕが粒成長して三相界面を形成す
る面積が減少し、測定対象ガス成分を解離或いは酸化又
は還元する触媒能力が低下する。また、Ｉｒ、Ｒｕが添
加されることにより、ガス濃度測定用電極の高温領域に
おける耐酸化性が向上する。
【００１５】本発明の好ましい実施の形態においては、
第２室内に面するガス濃度測定用電極の一部、例えば、
第２室内に直接的に面する外周（外側）部分のみを、Ｉ
ｒないしＲｕを含むよう形成する。また、この電極に
は、本発明の効果が得られる限りにおいて、他の金属元
素や酸素イオン伝導体と同質の成分を添加することがで
きる。
第２室内に面するガス濃度測定用電極の一部、例えば、
第２室内に直接的に面する外周（外側）部分のみを、Ｉ
ｒないしＲｕを含むよう形成する。また、この電極に
は、本発明の効果が得られる限りにおいて、他の金属元
素や酸素イオン伝導体と同質の成分を添加することがで
きる。
【００１６】本発明の好ましい実施の形態によれば、本
発明の効果が得られる限りにおいて、第２室内に面する
ガス濃度測定用電極に、Ｐｔ、Ｉｒ及びＲｕ以外の電極
成分、例えば、その他の卑金属ないし貴金属成分を所定
量単独又は複合添加することを許容する。
発明の効果が得られる限りにおいて、第２室内に面する
ガス濃度測定用電極に、Ｐｔ、Ｉｒ及びＲｕ以外の電極
成分、例えば、その他の卑金属ないし貴金属成分を所定
量単独又は複合添加することを許容する。
【００１７】本発明の好ましい実施の形態に係るガスセ
ンサは、第１拡散抵抗部に通じる第１室と、酸素イオン
伝導体上に第１室内外にそれぞれ面して形成された内部
電極及び外部電極を備え、酸素を該第１室内外間で汲み
出し入れする酸素ポンプセルと、第１室内に面して酸素
イオン伝導体上に形成された酸素濃度検知電極と、該第
１室で酸素濃度が制御されたガスが前記連通部に配設さ
れた第２拡散抵抗部を通じて導入される第２室と、酸素
イオン伝導体上に形成された複数の電極を含み該複数の
電極のうち少なくとも一つの電極が第２室内に面するガ
ス濃度測定用電極（第２内部電極）である測定対象ガス
成分濃度の測定用セルと、を有し、酸素濃度検知電極の
電位に基づいて酸素ポンプセルによる酸素の汲み出し入
れ量が制御され、又測定用セルの複数の電極間に電圧が
印加されて測定対象ガス成分の濃度に応じた電流が発生
される。さらに好ましくは、第１室において酸素ポンプ
セルにより、第２室に拡散するガス中の酸素濃度を可及
的に低く制御する。これによって、測定用セル（第２酸
素ポンプセル）に流れる酸素イオン伝導に起因する酸素
ポンプ電流量が、第２室に拡散する酸素濃度の影響を受
け難くされて、ガス濃度をよりよく反映するようにな
る。
ンサは、第１拡散抵抗部に通じる第１室と、酸素イオン
伝導体上に第１室内外にそれぞれ面して形成された内部
電極及び外部電極を備え、酸素を該第１室内外間で汲み
出し入れする酸素ポンプセルと、第１室内に面して酸素
イオン伝導体上に形成された酸素濃度検知電極と、該第
１室で酸素濃度が制御されたガスが前記連通部に配設さ
れた第２拡散抵抗部を通じて導入される第２室と、酸素
イオン伝導体上に形成された複数の電極を含み該複数の
電極のうち少なくとも一つの電極が第２室内に面するガ
ス濃度測定用電極（第２内部電極）である測定対象ガス
成分濃度の測定用セルと、を有し、酸素濃度検知電極の
電位に基づいて酸素ポンプセルによる酸素の汲み出し入
れ量が制御され、又測定用セルの複数の電極間に電圧が
印加されて測定対象ガス成分の濃度に応じた電流が発生
される。さらに好ましくは、第１室において酸素ポンプ
セルにより、第２室に拡散するガス中の酸素濃度を可及
的に低く制御する。これによって、測定用セル（第２酸
素ポンプセル）に流れる酸素イオン伝導に起因する酸素
ポンプ電流量が、第２室に拡散する酸素濃度の影響を受
け難くされて、ガス濃度をよりよく反映するようにな
る。
【００１８】例えば、本発明によるガスセンサをＮＯｘ
ガス濃度測定に用いる場合、触媒能力が高いＩｒ又は／
及びＲｕが添加されたＰｔ電極上でＮＯｘ、特にＮＯの
解離が促進され、より低い印加電圧で短時間に、ＮＯｘ
が解離して生じた酸素イオンを酸素イオン伝導体を通じ
て汲み出すことができる。この結果、ＮＯｘガス濃度測
定の検出精度や応答性が向上する。また、ＨＣガス濃度
測定に用いる場合には、触媒能力が高いＩｒ又は／及び
Ｒｕが添加されたＰｔ電極上でＨＣガス成分の酸化が促
進され、効率よくＨＣガスが酸化されて酸素が消費され
るため、その酸素の消費量から求められるＨＣガス濃度
測定の検出精度や応答性が向上する。
ガス濃度測定に用いる場合、触媒能力が高いＩｒ又は／
及びＲｕが添加されたＰｔ電極上でＮＯｘ、特にＮＯの
解離が促進され、より低い印加電圧で短時間に、ＮＯｘ
が解離して生じた酸素イオンを酸素イオン伝導体を通じ
て汲み出すことができる。この結果、ＮＯｘガス濃度測
定の検出精度や応答性が向上する。また、ＨＣガス濃度
測定に用いる場合には、触媒能力が高いＩｒ又は／及び
Ｒｕが添加されたＰｔ電極上でＨＣガス成分の酸化が促
進され、効率よくＨＣガスが酸化されて酸素が消費され
るため、その酸素の消費量から求められるＨＣガス濃度
測定の検出精度や応答性が向上する。
【００１９】本発明の好ましい実施の形態においては、
酸素濃度検出電極と酸素イオン伝導体を介して配設され
る酸素濃度基準電極の電位を安定化させるため、酸素濃
度基準電極と第２室に面するガス濃度測定用電極の間
を、拡散抵抗をもって連通する。これによって、第２室
に面するＮＯｘガス濃度測定用電極上でＮＯｘガスが解
離されて生じた酸素イオン由来のＯ2ガスが酸素濃度基
準電極に向かって拡散していく。かくして、酸素濃度基
準電極は酸素濃度が高められた自己生成基準極となる。
また、好ましくは、酸素濃度基準電極に微小電流を供給
することによって、酸素濃度基準電極を酸素濃度が高め
られた自己生成基準極とする。
酸素濃度検出電極と酸素イオン伝導体を介して配設され
る酸素濃度基準電極の電位を安定化させるため、酸素濃
度基準電極と第２室に面するガス濃度測定用電極の間
を、拡散抵抗をもって連通する。これによって、第２室
に面するＮＯｘガス濃度測定用電極上でＮＯｘガスが解
離されて生じた酸素イオン由来のＯ2ガスが酸素濃度基
準電極に向かって拡散していく。かくして、酸素濃度基
準電極は酸素濃度が高められた自己生成基準極となる。
また、好ましくは、酸素濃度基準電極に微小電流を供給
することによって、酸素濃度基準電極を酸素濃度が高め
られた自己生成基準極とする。
【００２０】また、好ましくは、上記第１及び第２室
（気体流通部）をセラミック等の多孔体、微細な貫通孔
又は細かいスリット（すきま状にする）から構成する。
（気体流通部）をセラミック等の多孔体、微細な貫通孔
又は細かいスリット（すきま状にする）から構成する。
【００２１】本発明によるガスセンサ（素子）は、公知
のグリーンシートの積層焼成によるガスセンサの製造技
術に基づき、次のように作製することができる。すなわ
ち、酸素イオン伝導性を有するＺｒＯ2を主体とするグ
リーンシート単体、酸素ポンプセルの内部電極等となる
多孔質な電極を形成するためＰｔ等の電極成分を含むペ
ースト、第１拡散抵抗部（拡散孔）を形成するためのア
ルミナペースト、層間を絶縁するため或いは処理室を画
成するための緻密層を形成するためのアルミナペース
ト、並びに処理室を画成するためのカーボンペーストな
どがそれぞれ所定位置にスクリーン印刷法を用いて塗布
されたＺｒＯ2を主体とするグリーンシート、及び第２
拡散抵抗部（拡散孔）を形成するための多孔質セラミッ
クス体（例えばアルミナ）が埋め込まれたＺｒＯ2を主
体とするグリーンシート等を積層し、乾燥し、焼成す
る。なお、ここでは安定化剤（例えば、ＣａＯやＭｇ
Ｏ）を含有するＺｒＯ2を用いることが好ましい。
のグリーンシートの積層焼成によるガスセンサの製造技
術に基づき、次のように作製することができる。すなわ
ち、酸素イオン伝導性を有するＺｒＯ2を主体とするグ
リーンシート単体、酸素ポンプセルの内部電極等となる
多孔質な電極を形成するためＰｔ等の電極成分を含むペ
ースト、第１拡散抵抗部（拡散孔）を形成するためのア
ルミナペースト、層間を絶縁するため或いは処理室を画
成するための緻密層を形成するためのアルミナペース
ト、並びに処理室を画成するためのカーボンペーストな
どがそれぞれ所定位置にスクリーン印刷法を用いて塗布
されたＺｒＯ2を主体とするグリーンシート、及び第２
拡散抵抗部（拡散孔）を形成するための多孔質セラミッ
クス体（例えばアルミナ）が埋め込まれたＺｒＯ2を主
体とするグリーンシート等を積層し、乾燥し、焼成す
る。なお、ここでは安定化剤（例えば、ＣａＯやＭｇ
Ｏ）を含有するＺｒＯ2を用いることが好ましい。
【００２２】なお、第２室内に面するガス濃度測定用電
極を形成するための原料ペーストは、Ｐｔ粉末、Ｉｒ粉
末ないしＲｕ粉末、及び適量の有機溶剤、場合によって
はＺｒＯ2粉末を混合し、分散させ、これに有機バイン
ダーを有機溶剤に溶解させたものを添加し、さらに粘度
調整剤を添加し、混合することにより作製できる。或い
は、ＩｒないしＲｕを含む合金粉末を用いて、乾式混
合、分散、湿式混合を経て原料ペーストを作製すること
もできる。
極を形成するための原料ペーストは、Ｐｔ粉末、Ｉｒ粉
末ないしＲｕ粉末、及び適量の有機溶剤、場合によって
はＺｒＯ2粉末を混合し、分散させ、これに有機バイン
ダーを有機溶剤に溶解させたものを添加し、さらに粘度
調整剤を添加し、混合することにより作製できる。或い
は、ＩｒないしＲｕを含む合金粉末を用いて、乾式混
合、分散、湿式混合を経て原料ペーストを作製すること
もできる。
【００２３】
【実施例】以上説明した本発明の好ましい実施の形態を
さらに明確化するために、以下図面を参照して、本発明
の一実施例を説明する。なお、本実施例では、ガスセン
サの内でＮＯｘガス濃度の測定を行うＮＯｘガスセンサ
について説明する。
さらに明確化するために、以下図面を参照して、本発明
の一実施例を説明する。なお、本実施例では、ガスセン
サの内でＮＯｘガス濃度の測定を行うＮＯｘガスセンサ
について説明する。
【００２４】図１は、本発明の一実施例に係るＮＯｘガ
スセンサ（ＮＯｘガスセンサ素子）の説明図であり、こ
のガスセンサ素子の先端部を長手方向かつ積層方向に沿
って切断した断面を示している。図１を参照すると、こ
のガスセンサ素子は、酸素イオン伝導性の固体電解質
（例えば、ＺｒＯ2）を主体とする第１層１〜第５層５
が順に積層されて構成されている。なお、各層１〜５間
には絶縁層が形成されている。第２層２及び第４層４
は、酸素イオン伝導性の固体電解質層に代えて絶縁層
（例えば緻密なアルミナ絶縁層）とすることができる。
さらに、第２層２と同層に、第１層１、第２層２及び第
３層３に囲まれて、測定対象ガス成分を含む被測定ガス
雰囲気と画されてなる第１室７が画成されている。第４
層４と同層に、第３層３、第４層４及び第５層５に囲ま
れて第２室９が画成されている。第２層２の両側面の一
部には、第１拡散抵抗部６が形成されている。第１室７
の一端側は、第１拡散抵抗部６を通じて被測定ガス雰囲
気に連通している。第３層３中には、第２拡散抵抗部８
（拡散抵抗をもつ連通部のこと）が形成されている。第
２拡散抵抗部８の一端側は、第１室７の他端側であって
第１拡散抵抗部６から離間した位置に開口している。第
２拡散抵抗部８の他端側は、第２室９に開口している。
これによって、第１室７と第２室９は拡散抵抗をもつ連
通部（ここでは拡散抵抗部８のこと）を介して互いに連
通している。
スセンサ（ＮＯｘガスセンサ素子）の説明図であり、こ
のガスセンサ素子の先端部を長手方向かつ積層方向に沿
って切断した断面を示している。図１を参照すると、こ
のガスセンサ素子は、酸素イオン伝導性の固体電解質
（例えば、ＺｒＯ2）を主体とする第１層１〜第５層５
が順に積層されて構成されている。なお、各層１〜５間
には絶縁層が形成されている。第２層２及び第４層４
は、酸素イオン伝導性の固体電解質層に代えて絶縁層
（例えば緻密なアルミナ絶縁層）とすることができる。
さらに、第２層２と同層に、第１層１、第２層２及び第
３層３に囲まれて、測定対象ガス成分を含む被測定ガス
雰囲気と画されてなる第１室７が画成されている。第４
層４と同層に、第３層３、第４層４及び第５層５に囲ま
れて第２室９が画成されている。第２層２の両側面の一
部には、第１拡散抵抗部６が形成されている。第１室７
の一端側は、第１拡散抵抗部６を通じて被測定ガス雰囲
気に連通している。第３層３中には、第２拡散抵抗部８
（拡散抵抗をもつ連通部のこと）が形成されている。第
２拡散抵抗部８の一端側は、第１室７の他端側であって
第１拡散抵抗部６から離間した位置に開口している。第
２拡散抵抗部８の他端側は、第２室９に開口している。
これによって、第１室７と第２室９は拡散抵抗をもつ連
通部（ここでは拡散抵抗部８のこと）を介して互いに連
通している。
【００２５】酸素イオン伝導性の固体電解質層である第
１層１の被測定ガス雰囲気に面する一面上には第１外部
電極１０、その第１室７に面する他面上には第１内部電
極１１が形成されている。但し、第１内部電極１１の長
さは、第１外部電極１０の長さより短くされ、第１拡散
抵抗部６近傍から第２拡散抵抗部８の開口直上直前まで
延在し、同開口直上までは形成されていない。第１酸素
ポンプセルは、第１層１、第１外部電極１０及び第１内
部電極１１から構成される。
１層１の被測定ガス雰囲気に面する一面上には第１外部
電極１０、その第１室７に面する他面上には第１内部電
極１１が形成されている。但し、第１内部電極１１の長
さは、第１外部電極１０の長さより短くされ、第１拡散
抵抗部６近傍から第２拡散抵抗部８の開口直上直前まで
延在し、同開口直上までは形成されていない。第１酸素
ポンプセルは、第１層１、第１外部電極１０及び第１内
部電極１１から構成される。
【００２６】酸素イオン伝導性の固体電解質層である第
３層３の第１室７に面する一面上には、酸素濃度検知電
極１２が第２拡散抵抗部８の開口近傍に形成されてい
る。第３層３の他面上（第３層３、第４層４間）には、
酸素濃度基準電極１３が形成されている。酸素濃度測定
セルは、第３層３、酸素濃度検知電極１２及び酸素濃度
基準電極１３から構成される。また、酸素濃度基準電極
１３の電位を安定化させるため、酸素濃度基準１３と後
述の第２外部電極１５の間は、第３拡散抵抗部１６を通
じて連通されている。
３層３の第１室７に面する一面上には、酸素濃度検知電
極１２が第２拡散抵抗部８の開口近傍に形成されてい
る。第３層３の他面上（第３層３、第４層４間）には、
酸素濃度基準電極１３が形成されている。酸素濃度測定
セルは、第３層３、酸素濃度検知電極１２及び酸素濃度
基準電極１３から構成される。また、酸素濃度基準電極
１３の電位を安定化させるため、酸素濃度基準１３と後
述の第２外部電極１５の間は、第３拡散抵抗部１６を通
じて連通されている。
【００２７】酸素イオン伝導性の固体電解質層である第
５層５の一面上、第２室９内に面してガス濃度測定用電
極（以下「第２内部電極」という）１４が形成され、第
２室９外（第４層４、第５層５間）にはガス濃度測定用
外部電極（以下「第２外部電極」という）１５が形成さ
れている。第２酸素ポンプセル、すなわち測定対象ガス
成分（ＮＯｘガス）濃度の測定用セルは、第５層５、第
２内部電極１４及び第２外部電極１５から構成される。
５層５の一面上、第２室９内に面してガス濃度測定用電
極（以下「第２内部電極」という）１４が形成され、第
２室９外（第４層４、第５層５間）にはガス濃度測定用
外部電極（以下「第２外部電極」という）１５が形成さ
れている。第２酸素ポンプセル、すなわち測定対象ガス
成分（ＮＯｘガス）濃度の測定用セルは、第５層５、第
２内部電極１４及び第２外部電極１５から構成される。
【００２８】次に、このＮＯｘガスセンサ（素子）に適
用される制御回路について説明する。
用される制御回路について説明する。
【００２９】第１外部電極１０と第１内部電極１１間に
は、電源及び第１電流計が互いに直列に接続されてい
る。電源が第１外部電極１０と第１内部電極１１間に印
加する第１印加電圧Ｖｐ１は、酸素濃度検知電極１２と
酸素濃度基準電極１３の電位差が一定となるよう可変に
制御される。第１電流計は、第１外部電極１０と第１内
部電極１１間に流れる第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１を検出
する。第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１の大きさは基本的に被
測定ガス中の酸素濃度に比例する。一方、第２内部電極
１４と第２外部電極１５間には定電圧源及び第２電流計
が接続されている。第２電流計は、第２内部電極１４と
第２外部電極１５間に流れる第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２
を検出する。第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２の大きさは基本
的に被測定ガス中の測定対象ガス成分（ＮＯｘガス）の
濃度に比例している。
は、電源及び第１電流計が互いに直列に接続されてい
る。電源が第１外部電極１０と第１内部電極１１間に印
加する第１印加電圧Ｖｐ１は、酸素濃度検知電極１２と
酸素濃度基準電極１３の電位差が一定となるよう可変に
制御される。第１電流計は、第１外部電極１０と第１内
部電極１１間に流れる第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１を検出
する。第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１の大きさは基本的に被
測定ガス中の酸素濃度に比例する。一方、第２内部電極
１４と第２外部電極１５間には定電圧源及び第２電流計
が接続されている。第２電流計は、第２内部電極１４と
第２外部電極１５間に流れる第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２
を検出する。第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２の大きさは基本
的に被測定ガス中の測定対象ガス成分（ＮＯｘガス）の
濃度に比例している。
【００３０】なお、ガスセンサ素子を適温で動作させる
ために、素子の上層及び／又は下層には、ヒータが設置
ないし貼着される（図１参照）。
ために、素子の上層及び／又は下層には、ヒータが設置
ないし貼着される（図１参照）。
【００３１】［測定例］図１に示したような構造を有
し、第２内部電極の電極成分（表１参照）が互いに異な
るＮＯｘガスセンサ（試料Ｎｏ．１〜１１）を作製し
た。試料Ｎｏ．２〜６に係るＮＯｘガスセンサにおいて
は、ＰｔとＩｒの合量（100wt%）にＩｒ粉末を下記の表
１に示す重量で添加したペーストを用いて第２内部電極
を作製した。試料Ｎｏ．７〜１１に係るＮＯｘガスセン
サにおいては、ＰｔとＲｕの合量（100wt%）にＲｕ粉末
を下記の表１に示す重量で添加したペーストをそれぞれ
用いて第２内部電極を作製した。なお、試料Ｎｏ．１に
係るＮＯｘガスセンサ（比較例）においては、Ｉｒ及び
Ｒｕ粉末が添加されていないＰｔペーストを用いて第２
内部電極を作製した。
し、第２内部電極の電極成分（表１参照）が互いに異な
るＮＯｘガスセンサ（試料Ｎｏ．１〜１１）を作製し
た。試料Ｎｏ．２〜６に係るＮＯｘガスセンサにおいて
は、ＰｔとＩｒの合量（100wt%）にＩｒ粉末を下記の表
１に示す重量で添加したペーストを用いて第２内部電極
を作製した。試料Ｎｏ．７〜１１に係るＮＯｘガスセン
サにおいては、ＰｔとＲｕの合量（100wt%）にＲｕ粉末
を下記の表１に示す重量で添加したペーストをそれぞれ
用いて第２内部電極を作製した。なお、試料Ｎｏ．１に
係るＮＯｘガスセンサ（比較例）においては、Ｉｒ及び
Ｒｕ粉末が添加されていないＰｔペーストを用いて第２
内部電極を作製した。
【００３２】これらのＮＯｘガスセンサに妨害ガス成分
を含む被測定ガス（１）或いは（２）を投入し、測定用
セルの両電極間（第２内部電極と第２外部電極間）に印
加する電圧（第２印加電圧）Ｖｐ２を変えて、測定用セ
ルに流れる第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２を測定した。下記
に測定条件を示し、表１に測定結果を示す。なお、表１
中、Ｉｐ２［Ｏ2］は、被測定ガス（１）投入時、測定
用セルに流れたＯ2に対するＩｐ２の限界電流を表し、
Ｉｐ２［ＮＯ］は被測定ガス（２）投入時、測定用セル
に流れたＮＯに対するＩｐ２の限界電流を表す。
を含む被測定ガス（１）或いは（２）を投入し、測定用
セルの両電極間（第２内部電極と第２外部電極間）に印
加する電圧（第２印加電圧）Ｖｐ２を変えて、測定用セ
ルに流れる第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２を測定した。下記
に測定条件を示し、表１に測定結果を示す。なお、表１
中、Ｉｐ２［Ｏ2］は、被測定ガス（１）投入時、測定
用セルに流れたＯ2に対するＩｐ２の限界電流を表し、
Ｉｐ２［ＮＯ］は被測定ガス（２）投入時、測定用セル
に流れたＮＯに対するＩｐ２の限界電流を表す。
【００３３】［測定条件］ ［被測定ガス（１）の組成 ７５０ｐｐｍ、ＣＯ2：１
０％、Ｈ2Ｏ：１０％、Ｎ 2：ｂａｌ、 被測定ガス組成（２）の組成 ＮＯ：１５００ｐｐｍ、
ＣＯ2：１０％、Ｈ2Ｏ：１０％、Ｎ2：ｂａｌ、 被測定ガス温度 ６８０℃、 測定用セル（第２の酸素ポンプセル）への印加電圧４５
０［ｍＶ］。
０％、Ｈ2Ｏ：１０％、Ｎ 2：ｂａｌ、 被測定ガス組成（２）の組成 ＮＯ：１５００ｐｐｍ、
ＣＯ2：１０％、Ｈ2Ｏ：１０％、Ｎ2：ｂａｌ、 被測定ガス温度 ６８０℃、 測定用セル（第２の酸素ポンプセル）への印加電圧４５
０［ｍＶ］。
【００３４】
【表１】 （＊） 試料Ｎｏ．１は比較例
【００３５】ところで、Ｏ2は酸素２原子を有するのに
対してＮＯは酸素１原子を有するから、理想的には、図
２に示したＯ2＝７５０ｐｐｍ時のＩｐ２限界電流値
と、図３に示したＮＯ＝１５００ｐｐｍ時のＩｐ２限界
電流値は一致する。つまり、ＮＯｘガス濃度を酸素イオ
ン伝導によって流れる電流に基づいて測定するために
は、Ｏ2＝７５０ｐｐｍ時の限界電流値に対するＮＯ＝
１５００ｐｐｍ時の限界電流値が「１」に近い方が好ま
しい。
対してＮＯは酸素１原子を有するから、理想的には、図
２に示したＯ2＝７５０ｐｐｍ時のＩｐ２限界電流値
と、図３に示したＮＯ＝１５００ｐｐｍ時のＩｐ２限界
電流値は一致する。つまり、ＮＯｘガス濃度を酸素イオ
ン伝導によって流れる電流に基づいて測定するために
は、Ｏ2＝７５０ｐｐｍ時の限界電流値に対するＮＯ＝
１５００ｐｐｍ時の限界電流値が「１」に近い方が好ま
しい。
【００３６】表１を参照すると、Ｉｒ及びＲｕが添加さ
れていない試料Ｎｏ．１のＮＯｘガスセンサ（比較例）
の「Ｉｐ２［ＮＯ］／Ｉｐ２［Ｏ2］」が最も小さくな
っている。よって、ＩｒないしＲｕの添加によって、
「Ｉｐ２［ＮＯ］／Ｉｐ２［Ｏ 2］」が「１」に近づ
き、低い印加電圧でもＮＯｘが十分に解離されることが
分かる。
れていない試料Ｎｏ．１のＮＯｘガスセンサ（比較例）
の「Ｉｐ２［ＮＯ］／Ｉｐ２［Ｏ2］」が最も小さくな
っている。よって、ＩｒないしＲｕの添加によって、
「Ｉｐ２［ＮＯ］／Ｉｐ２［Ｏ 2］」が「１」に近づ
き、低い印加電圧でもＮＯｘが十分に解離されることが
分かる。
【００３７】さらに、試料Ｎｏ．５に係るＮＯｘガスセ
ンサ（実施例）のＯ2及びＮＯに対する限界電流特性
を、試料Ｎｏ．１に係るＮＯｘガスセンサ（比較例）の
同特性と対比して説明する。図２には、試料Ｎｏ．１及
び５のＮＯｘガスセンサについて、被測定ガスがＮＯｘ
ガスを含まない場合のＶｐ２とＩｐ２の関係、特に酸素
に対する測定用セルの限界電流特性を示す。一方、図３
には、両センサについて、被測定ガスがＮＯｘガスを含
む場合のＶｐ２とＩｐ２の関係、特にＮＯガスに対する
測定用セルの限界電流特性を示す。
ンサ（実施例）のＯ2及びＮＯに対する限界電流特性
を、試料Ｎｏ．１に係るＮＯｘガスセンサ（比較例）の
同特性と対比して説明する。図２には、試料Ｎｏ．１及
び５のＮＯｘガスセンサについて、被測定ガスがＮＯｘ
ガスを含まない場合のＶｐ２とＩｐ２の関係、特に酸素
に対する測定用セルの限界電流特性を示す。一方、図３
には、両センサについて、被測定ガスがＮＯｘガスを含
む場合のＶｐ２とＩｐ２の関係、特にＮＯガスに対する
測定用セルの限界電流特性を示す。
【００３８】図２及び図３を参照すると、試料Ｎｏ．５
のＮＯｘガスセンサ（実施例）によれば、特に、第２印
加電圧Ｖｐ２が低い範囲で、図２に示したＯ2によるＩ
ｐ２と図３に示したＮＯによるＩｐ２の差が小さく、Ｎ
Ｏが第２室において十分に解離されていることが分か
る。このように第２印加電圧Ｖｐ２を低く設定できるこ
とにより、第２内部電極上における妨害ガス、例えばＣ
Ｏ、Ｈ2Ｏ等の解離が抑制される。この結果、ＮＯｘガ
ス濃度をより正確に測定することが可能となる。
のＮＯｘガスセンサ（実施例）によれば、特に、第２印
加電圧Ｖｐ２が低い範囲で、図２に示したＯ2によるＩ
ｐ２と図３に示したＮＯによるＩｐ２の差が小さく、Ｎ
Ｏが第２室において十分に解離されていることが分か
る。このように第２印加電圧Ｖｐ２を低く設定できるこ
とにより、第２内部電極上における妨害ガス、例えばＣ
Ｏ、Ｈ2Ｏ等の解離が抑制される。この結果、ＮＯｘガ
ス濃度をより正確に測定することが可能となる。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、妨害ガスの影響を受け
難く、正確な測定対象ガス成分の濃度測定が可能なガス
センサが提供される。また、本発明によれば、低い印加
電圧においても測定対象ガス成分に対する触媒能力が高
いガス濃度測定用電極を有するガスセンサが提供され
る。
難く、正確な測定対象ガス成分の濃度測定が可能なガス
センサが提供される。また、本発明によれば、低い印加
電圧においても測定対象ガス成分に対する触媒能力が高
いガス濃度測定用電極を有するガスセンサが提供され
る。
【図１】本発明の一実施例に係るＮＯｘガスセンサの説
明図である。
明図である。
【図２】試料Ｎｏ．１及び５に係るＮＯｘガスセンサに
おいて、Ｏ2に対する測定用セルの限界電流特性を示す
グラフである。
おいて、Ｏ2に対する測定用セルの限界電流特性を示す
グラフである。
【図３】試料Ｎｏ．１及び５に係るＮＯｘガスセンサに
おいて、ＮＯに対する測定用セルの限界電流特性を示す
グラフである。
おいて、ＮＯに対する測定用セルの限界電流特性を示す
グラフである。
１，…，５ 第１層，…，第５層 ６ 第１拡散抵抗部 ７ 第１室 ８ 第２拡散抵抗部 ９ 第２室 １０ 第１外部電極（酸素濃度制御ガス生成用の外部電
極） １１ 第１内部電極（第１室内に面する酸素濃度制御ガ
ス生成用の内部電極） １２ 酸素濃度検知電極 １３ 酸素濃度基準電極 １４ 第２内部電極（第２室内に面するガス濃度測定用
電極） １５ 第２外部電極（ガス濃度測定用外部電極） １６ 第３拡散抵抗部
極） １１ 第１内部電極（第１室内に面する酸素濃度制御ガ
ス生成用の内部電極） １２ 酸素濃度検知電極 １３ 酸素濃度基準電極 １４ 第２内部電極（第２室内に面するガス濃度測定用
電極） １５ 第２外部電極（ガス濃度測定用外部電極） １６ 第３拡散抵抗部
Claims (5)
- 【請求項１】測定対象ガス成分を含む被測定ガスを内部
に導き、かかる被測定ガス中の酸素濃度を制御するため
の第１室と、測定対象ガス成分の濃度を測定するための
第２室と、前記第１室と前記第２室とを拡散抵抗をもっ
て連通する連通部と、を有し、前記第２室内に面する測
定対象ガス成分の濃度を測定するためのガス濃度測定用
電極の少なくとも一部が、Ｐｔを主たる電極成分とし且
つＩｒを含み、さらにこのＩｒが、ＰｔとＩｒの合量に
対して０．２〜５０ｗｔ％含まれることを特徴とするガ
スセンサ。 - 【請求項２】前記第２室内に面するガス濃度測定用電極
が、前記Ｐｔと前記Ｉｒの合量に対して、Ｉｒを２〜２
０ｗｔ％含むことを特徴とする請求項１記載のガスセン
サ。 - 【請求項３】測定対象ガス成分を含む被測定ガスを内部
に導き、かかる被測定ガス中の酸素濃度を制御するため
の第１室と、測定対象ガス成分の濃度を測定するための
第２室と、前記第１室と前記第２室とを拡散抵抗をもっ
て連通する連通部と、を有し、前記第２室内に面する測
定対象ガス成分の濃度を測定するためのガス濃度測定用
電極の少なくとも一部が、Ｐｔを主たる電極成分とし且
つＲｕを含み、さらにこのＲｕが、ＰｔとＲｕの合量に
対して０．２〜５０ｗｔ％含まれることを特徴とするガ
スセンサ。 - 【請求項４】前記第２室内に面するガス濃度測定用電極
が、前記ＰｔとＲｕの合量に対して、Ｒｕを１〜１２ｗ
ｔ％含むことを特徴とする請求項３記載のガスセンサ。 - 【請求項５】測定対象ガス成分を含む被測定ガス雰囲気
に通じる第１拡散抵抗部と、前記第１拡散抵抗部に通じ
る前記第１室と、酸素イオン伝導体上に前記第１室内に
面して形成された内部電極及び該酸素イオン伝導体上に
該第１室外に面して形成された外部電極を備え酸素を該
第１室内外間で汲み出し入れする酸素ポンプセルと、前
記第１室内に面して酸素イオン伝導体上に形成された酸
素濃度検知電極と、該第１室で酸素濃度が制御されたガ
スが前記連通部に配設された第２拡散抵抗部を通じて導
入される前記第２室と、酸素イオン伝導体上に形成され
た複数の電極を含み該複数の電極のうち少なくとも一つ
の電極が該第２室内に面する前記ガス濃度測定用電極で
あるガス濃度測定用セルと、を有し、前記酸素濃度検知
電極の電位に基づいて前記酸素ポンプセルによる酸素の
汲み出し量又は汲み入れ量が制御されること、及び前記
測定用セルの前記複数の電極間に電圧が印加されて測定
対象ガス成分の濃度に応じた電流が発生されること、を
特徴とする請求項１〜４のいずれか一記載のＮＯｘガス
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000011479A JP4165982B2 (ja) | 2000-01-20 | 2000-01-20 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000011479A JP4165982B2 (ja) | 2000-01-20 | 2000-01-20 | ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001201483A true JP2001201483A (ja) | 2001-07-27 |
| JP4165982B2 JP4165982B2 (ja) | 2008-10-15 |
Family
ID=18539334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000011479A Expired - Fee Related JP4165982B2 (ja) | 2000-01-20 | 2000-01-20 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4165982B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013257184A (ja) * | 2012-06-11 | 2013-12-26 | Toyota Motor Corp | 酸素センサの製造方法 |
| JP2017207467A (ja) * | 2016-05-17 | 2017-11-24 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ素子 |
| US10393696B2 (en) | 2016-07-15 | 2019-08-27 | Denso Corporation | Gas sensor |
-
2000
- 2000-01-20 JP JP2000011479A patent/JP4165982B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013257184A (ja) * | 2012-06-11 | 2013-12-26 | Toyota Motor Corp | 酸素センサの製造方法 |
| JP2017207467A (ja) * | 2016-05-17 | 2017-11-24 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ素子 |
| US10393696B2 (en) | 2016-07-15 | 2019-08-27 | Denso Corporation | Gas sensor |
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|---|---|
| JP4165982B2 (ja) | 2008-10-15 |
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