JP2003247974A - Gas detector device - Google Patents

Gas detector device

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JP2003247974A
JP2003247974A JP2002200149A JP2002200149A JP2003247974A JP 2003247974 A JP2003247974 A JP 2003247974A JP 2002200149 A JP2002200149 A JP 2002200149A JP 2002200149 A JP2002200149 A JP 2002200149A JP 2003247974 A JP2003247974 A JP 2003247974A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the concentration of an object gas of detection more precisely by a gas detector device for detecting the concentration of the object gas in the gas to be measured including both the object gas and a non-object gas. <P>SOLUTION: The gas detector device S1 has a first electrode formed on one surface side of a solid electrolyte 10 and a molecule sieve 31 covering the first electrode 21. The gas detector device also has a first gas detecting means for obtaining a first detection signal based on the gas to be measured from which the object gas is removed by separating the object gas and the non-object gas with the molecule sieve 31, a second electrode 22 formed on the other surface side of the solid electrolyte 10, and a second detecting means for obtaining a second detection signal based on the gas to be measured including both the object gas and the non-object gas. The concentration of the object gas is detected by comparing and operating the first and second detection signals. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、測定ガスのうち特
定種類の検出対象ガスの濃度を検出するガス検出装置に
関し、例えば、エンジンの排気ガス中のHC(炭化水
素)の濃度を検出するガスセンサ等に用いて好適であ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas detector for detecting the concentration of a specific type of gas to be detected in a measurement gas, for example, a gas sensor for detecting the concentration of HC (hydrocarbon) in the exhaust gas of an engine. It is suitable for use in

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ガス検出装置において、測定ガス
のうち特定種類の検出対象ガスの濃度を検出する場合、
触媒電極の選択性を利用し、検出対象ガスを選択的に反
応させる触媒電極を適宜選択することにより、所望の検
出対象ガスを検出する方法(触媒電極選択方法)が知ら
れている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a gas detector, when detecting the concentration of a specific type of gas to be detected among measurement gases,
A method (catalyst electrode selection method) of detecting a desired gas to be detected by appropriately selecting a catalyst electrode that selectively reacts with the gas to be detected by utilizing the selectivity of the catalyst electrode is known.

【0003】しかし、この触媒電極選択方法では、現状
では、測定ガスのうち検出対象ガスのみを精度良く反応
させることが可能な選択性の良好な触媒電極を選び出す
ことは困難である。そのため、多少なりとも、検出対象
ガス以外の非検出対象ガスも触媒電極にて反応してしま
う結果、検出対象ガスの検出を正確に行うことが難し
い。
However, with this catalyst electrode selection method, at present, it is difficult to select a catalyst electrode having a good selectivity, which is capable of accurately reacting only the gas to be detected among the measurement gases. Therefore, as a result, the non-detection target gas other than the detection target gas also reacts at the catalyst electrode, which makes it difficult to accurately detect the detection target gas.

【0004】具体的に、触媒電極選択方法について、P
t−Au電極や酸化物電極を選ぶことで自動車の排気ガ
ス(測定ガス)中の炭化水素(検出対象ガス)を検出し
ようとする試みがある。
Specifically, regarding the catalyst electrode selection method, P
There is an attempt to detect a hydrocarbon (gas to be detected) in exhaust gas (measurement gas) of an automobile by selecting a t-Au electrode or an oxide electrode.

【0005】しかし、このような炭化水素に対する選択
性は触媒電極の酸化性能によってのみ決まり、多くの還
元ガス(非検出対象ガス)が存在する排気ガス成分の中
で、炭化水素のみを精度よく検出することは困難であ
る。さらに炭化水素にも直鎖、分岐、環状などさまざま
な形状、炭素数が異なるものが存在し、それらを一様に
検出することは非常に困難である。
However, such selectivity for hydrocarbons is determined only by the oxidation performance of the catalyst electrode, and only hydrocarbons are accurately detected among exhaust gas components in which many reducing gases (non-detection target gases) exist. Is difficult to do. Further, hydrocarbons also have various shapes such as linear, branched, and cyclic, and have different carbon numbers, and it is very difficult to detect them uniformly.

【0006】また、触媒電極は、温度や酸素濃度等によ
ってガス反応の選択性が大きく変化するために、安定性
が低いという問題もある。また、各種の検出対象ガスに
応じて複数個の触媒電極を並列して設けることも考えら
れるが、構造が複雑でコストが高くなってしまうという
問題がある。
Further, the catalytic electrode has a problem that its stability is low because the selectivity of the gas reaction largely changes depending on the temperature, the oxygen concentration and the like. Further, it is conceivable to provide a plurality of catalyst electrodes in parallel according to various kinds of gas to be detected, but there is a problem that the structure is complicated and the cost becomes high.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来の方法では、検出
対象ガス以外にも余分な非検出対象ガスに基づく信号が
検出されてしまい、検出対象ガスの濃度を正確に検出す
ることは困難であった。
In the conventional method, it is difficult to accurately detect the concentration of the gas to be detected because a signal based on an extra gas to be detected other than the gas to be detected is detected. It was

【0008】そこで、本発明は上記問題に鑑み、例え
ば、排気ガス中のHC濃度を検出するガス検出装置のよ
うに、測定ガスのうち特定種類の検出対象ガスの濃度を
検出するガス検出装置において、検出対象ガスの濃度を
より正確に検出できるようにすることを目的とする。
In view of the above problems, the present invention is directed to a gas detection device for detecting the concentration of a specific type of gas to be detected in a measurement gas, such as a gas detection device for detecting the HC concentration in exhaust gas. The purpose of the present invention is to enable the concentration of the gas to be detected to be detected more accurately.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明では、測定ガスのうち特定の
種類のガスの濃度を検出するガス検出装置において、一
対のガス検出手段を備えており、第1のガス検出手段は
分子ふるい(31)を具備するとともに、測定ガスを分
子ふるいに通すことによって測定ガスにおける検出対象
ガスと非検出対象ガスとを分子サイズの違いから分離
し、検出対象ガスが除去された測定ガスに基づく第1の
検出信号を得るためのものであり、第2のガス検出手段
は、測定ガスを分子ふるいに通さずに導入し、検出対象
ガスと非検出対象ガスとが合わさった測定ガスに基づく
第2の検出信号を得るためのものであり、第1の検出信
号と第2の検出信号とを比較して演算することにより、
検出対象ガスの濃度を検出するようにしたことを特徴と
する。
In order to achieve the above object, in the invention according to claim 1, a pair of gas detecting means is provided in a gas detecting device for detecting the concentration of a gas of a specific type among measurement gases. The first gas detection means is equipped with a molecular sieve (31), and the measurement gas is passed through the molecular sieve to separate the detection target gas and the non-detection target gas in the measurement gas from the difference in molecular size. Is for obtaining a first detection signal based on the measurement gas from which the detection target gas has been removed, and the second gas detection means introduces the measurement gas without passing through the molecular sieve and separates it from the detection target gas. It is for obtaining a second detection signal based on the measurement gas in which the gas to be detected is combined, and by calculating by comparing the first detection signal and the second detection signal,
It is characterized in that the concentration of the gas to be detected is detected.

【0010】本発明によれば、第1のガス検出手段を用
いて、測定ガスのうち比較的分子サイズの大きな検出対
象ガスを分子ふるいによって分離除去することで、当該
検出対象ガスが除去された測定ガスすなわち比較的分子
サイズの小さな非検出対象ガスからなる測定ガスに基づ
いた第1の検出信号を得ることができる。
According to the present invention, the gas to be detected is removed by separating and removing the gas to be detected having a relatively large molecular size from the measurement gas by using the first gas detecting means by the molecular sieve. It is possible to obtain the first detection signal based on the measurement gas, that is, the measurement gas composed of the non-detection target gas having a relatively small molecular size.

【0011】一方、第2のガス検出手段では、測定ガス
を分子ふるいを通さないでそのまま導入するため、検出
対象ガスと非検出対象ガスとが分離されずに合わさった
測定ガスに基づく第2の検出信号を得ることができる。
On the other hand, in the second gas detection means, the measurement gas is introduced as it is without passing through the molecular sieve, so that the detection target gas and the non-detection target gas are combined without being separated from each other. A detection signal can be obtained.

【0012】そして、第1の検出信号と第2の検出信号
とを比較演算することにより、比較的大きな検出対象ガ
スに基づいた検出信号を得ることができるため、検出対
象ガスの濃度をより正確に検出することができる。
By comparing and calculating the first detection signal and the second detection signal, a detection signal based on a relatively large gas to be detected can be obtained, so that the concentration of the gas to be detected is more accurate. Can be detected.

【0013】ここで、請求項2に記載の発明では、請求
項1に記載のガス検出装置において、第2のガス検出手
段は、クヌッセン拡散により測定ガスが拡散しうるが分
子ふるい機能を持たない多孔膜(32)を介して測定ガ
スを導入するものであることを特徴とする。
Here, in the invention described in claim 2, in the gas detection device according to claim 1, the second gas detection means can diffuse the measurement gas by Knudsen diffusion but does not have a molecular sieving function. It is characterized in that the measuring gas is introduced through the porous membrane (32).

【0014】分子ふるいを通して測定ガスを導入する第
1の検出手段の方は、測定ガスが通過する分子ふるいの
孔径が小さいので測定ガス中の個々の分子同士が衝突せ
ずに自由に拡散する。つまり、分子ふるいにおいてはク
ヌッセン拡散にて気体分子が拡散するため、分子は、そ
の質量やサイズの違い応じた拡散速度にて導入される。
In the first detecting means for introducing the measurement gas through the molecular sieve, the pores of the molecular sieve through which the measurement gas passes are small, so that individual molecules in the measurement gas freely diffuse without colliding with each other. In other words, in the molecular sieve, gas molecules diffuse by Knudsen diffusion, so the molecules are introduced at a diffusion rate according to the difference in mass and size.

【0015】一方、第2の検出手段の方が非クヌッセン
拡散であると、第2の検出手段に導入される気体分子
は、分子同士が互いに衝突しながら拡散していくため、
その拡散速度は分子の質量やサイズに応じたものとはな
らない。このことは、第1の検出手段と第2の検出手段
とで、導入される分子サイズの違いを利用して検出対象
ガス濃度を検出する場合に検出誤差を生じる要因とな
る。
On the other hand, if the second detecting means is non-Knudsen diffusion, the gas molecules introduced into the second detecting means diffuse while the molecules collide with each other.
Its diffusion rate does not depend on the mass or size of the molecule. This causes a detection error when the concentration of the gas to be detected is detected by utilizing the difference in the size of the introduced molecules between the first detection means and the second detection means.

【0016】その点、本発明のように、第2のガス検出
手段を、クヌッセン拡散により測定ガスが拡散しうる
が、分子ふるい機能を持たない多孔膜(32)を介して
測定ガスを導入するものにすれば、両検出手段において
導入される測定ガスの拡散機構を同じクヌッセン拡散に
そろえることができ、好ましい。それにより、検出誤差
を低減することができる。
In this respect, as in the present invention, the measurement gas is introduced into the second gas detection means through the porous membrane (32) which can diffuse the measurement gas by Knudsen diffusion but does not have a molecular sieving function. This is preferable because the diffusion mechanism of the measurement gas introduced in both detection means can be aligned with the same Knudsen diffusion. Thereby, the detection error can be reduced.

【0017】また、請求項3に記載の発明では、請求項
1または2に記載のガス検出装置において、第1および
第2の検出手段は、ともに、導入された酸素と測定ガス
とを反応させるための触媒電極(21、22、21a、
21b)を有するものであり、第1の検出信号は、第1
の検出手段の触媒電極(21、21a)における酸素と
測定ガスとの反応に基づく信号であり、第2の検出信号
は、第2の検出手段の触媒電極(22、21b)におけ
る酸素と測定ガスとの反応に基づく信号であり、第1の
検出手段の触媒電極に到達する酸素の量と第2の検出手
段の触媒電極に到達する酸素の量とを同程度にする調整
手段(30b)が設けられていることを特徴とする。
Further, in the invention described in claim 3, in the gas detection device according to claim 1 or 2, the first and second detection means both react the introduced oxygen with the measurement gas. For catalyst electrodes (21, 22, 21a,
21b), the first detection signal is the first
Is a signal based on the reaction between oxygen and the measurement gas in the catalyst electrode (21, 21a) of the second detection means, and the second detection signal is oxygen and the measurement gas in the catalyst electrode (22, 21b) of the second detection means. The adjusting means (30b) is a signal based on the reaction between the first detecting means and the adjusting means (30b) for making the amount of oxygen reaching the catalyst electrode of the first detecting means and the amount of oxygen reaching the catalyst electrode of the second detecting means similar. It is characterized by being provided.

【0018】それによれば、各検出手段においては導入
された酸素と測定ガスとが触媒電極にて反応し、残った
酸素の濃度に基づく信号が検出信号となる。第1の検出
手段と第2の検出手段とでは、導入される測定ガスの濃
度が異なるため、反応後に残る酸素の濃度も異なり、こ
れにより第1の検出信号と第2の検出信号との差を生じ
させることができる。
According to this, in each detection means, the introduced oxygen and the measurement gas react at the catalyst electrode, and the signal based on the concentration of the remaining oxygen becomes the detection signal. Since the concentration of the introduced measurement gas is different between the first detection means and the second detection means, the concentration of oxygen remaining after the reaction is also different, which results in a difference between the first detection signal and the second detection signal. Can be generated.

【0019】ここにおいて、本発明では、調整手段によ
って、第1の検出手段の触媒電極における酸素と測定ガ
スとの反応度合、および、第2の検出手段の触媒電極に
おける酸素と測定ガスとの反応度合を同程度にすること
ができる。そのため、、第1の検出手段と第2の検出手
段との測定ガス濃度の差に応じて、第1の検出信号と第
2の検出信号との差を精度良く得ることができ、好まし
い。
Here, in the present invention, by the adjusting means, the reaction degree between oxygen and the measuring gas at the catalyst electrode of the first detecting means and the reaction between oxygen and the measuring gas at the catalyst electrode of the second detecting means. The degree can be the same. Therefore, the difference between the first detection signal and the second detection signal can be accurately obtained according to the difference in the measurement gas concentration between the first detection means and the second detection means, which is preferable.

【0020】具体的に、調整手段としては、請求項4に
記載の発明のように、酸素および測定ガスが通過するピ
ンホール(30b)を採用することができる。ピンホー
ルの径を調整することで酸素の通過面積を制御すること
が容易である。
Specifically, as the adjusting means, a pinhole (30b) through which oxygen and a measurement gas pass can be adopted as in the invention described in claim 4. It is easy to control the oxygen passage area by adjusting the diameter of the pinhole.

【0021】また、請求項5に記載の発明では、請求項
1または2に記載のガス検出装置において、第1および
第2の検出手段は、ともに、導入された酸素と測定ガス
とを反応させるための触媒電極(21、22、21a、
21b)を有するものであり、第1の検出信号は、第1
の検出手段の触媒電極における酸素と測定ガスとの反応
に基づく信号であり、第2の検出信号は、第2の検出手
段の触媒電極における酸素と測定ガスとの反応に基づく
信号であり、第1の検出手段および第2の検出手段の少
なくとも一方には、当該検出手段の触媒電極以外に酸素
と測定ガスとを反応させるための補助触媒(31b、3
2b)が設けられていることを特徴とする。
Further, in the invention described in claim 5, in the gas detection device according to claim 1 or 2, both the first and second detection means react the introduced oxygen with the measurement gas. For catalyst electrodes (21, 22, 21a,
21b), the first detection signal is the first
The second detection signal is a signal based on the reaction between oxygen and the measurement gas at the catalyst electrode of the second detection means, and the second detection signal is a signal based on the reaction between the oxygen and the measurement gas at the catalyst electrode of the second detection means. In at least one of the first detecting means and the second detecting means, auxiliary catalysts (31b, 3b) for reacting oxygen with the measurement gas are provided in addition to the catalyst electrode of the detecting means.
2b) is provided.

【0022】それによれば、上記請求項3の発明と同
様、各検出手段においては導入された酸素と測定ガスと
が触媒電極にて反応し、残った酸素の濃度に基づく信号
が検出信号となる。第1の検出手段と第2の検出手段と
では、導入される測定ガスの濃度が異なるため、反応後
に残る酸素の濃度も異なり、これにより第1の検出信号
と第2の検出信号との差を生じさせることができる。
According to this, similarly to the invention of claim 3, in each detecting means, the introduced oxygen and the measurement gas react with each other at the catalyst electrode, and the signal based on the concentration of the remaining oxygen becomes the detection signal. . Since the concentration of the introduced measurement gas is different between the first detection means and the second detection means, the concentration of oxygen remaining after the reaction is also different, which results in a difference between the first detection signal and the second detection signal. Can be generated.

【0023】ここにおいて、本発明では、補助触媒が設
けられた検出手段の触媒電極における酸素と測定ガスと
の反応効率を高めることができるため、検出感度向上に
とって好ましい。
Here, in the present invention, the reaction efficiency between oxygen and the measurement gas in the catalyst electrode of the detecting means provided with the auxiliary catalyst can be increased, which is preferable for improving the detection sensitivity.

【0024】さらに、第1および第2の検出手段のうち
一方が反応効率が悪く、第1の検出信号と第2の検出信
号との比較において誤差が生じるような場合などには、
反応効率の悪い方に補助触媒を設けて反応効率を高める
ことで両検出手段の反応効率をそろえることができるた
め、好ましい。
Further, when one of the first and second detecting means has a poor reaction efficiency and an error occurs in the comparison between the first detecting signal and the second detecting signal,
Providing an auxiliary catalyst on the side with poor reaction efficiency to increase the reaction efficiency is preferable because the reaction efficiency of both detection means can be made uniform.

【0025】ここで、請求項6に記載の発明のように、
補助触媒(31b)を第1の検出手段に設ける場合に
は、分子ふるい(31)と触媒電極(21a)との間に
介在させることは好ましい。
Here, as in the invention described in claim 6,
When the auxiliary catalyst (31b) is provided in the first detection means, it is preferable to interpose it between the molecular sieve (31) and the catalyst electrode (21a).

【0026】また、請求項7に記載の発明のように、第
2の検出手段が多孔膜(32)を介して測定ガスおよび
酸素を導入するものであり、補助触媒(32b)を第2
の検出手段に設ける場合には、多孔膜と触媒電極(21
b)との間に介在させることが好ましい。
Further, as in the invention described in claim 7, the second detection means introduces the measurement gas and oxygen through the porous membrane (32), and the auxiliary catalyst (32b) is used as the second catalyst.
When it is installed in the detection means of the porous membrane and the catalyst electrode (21
It is preferable to interpose it with b).

【0027】また、請求項8に記載の発明のように、一
対のガス検出手段は、電気化学式センサを用いたものに
できる。
Further, as in the eighth aspect of the present invention, the pair of gas detecting means may use an electrochemical sensor.

【0028】ここで、請求項9に記載の発明のように、
電気化学式センサを用いた一対のガス検出手段は、単一
の電気化学素子を用いたものであり、この電気化学素子
における一対の電極(21、22)のうちどちらか一方
の電極(21)を覆うように分子ふるい(31)が設け
られており、電気化学素子における一対の電極に印加す
る印加電圧の極性を切り替えることで第1の検出信号と
第2の検出信号とを得るようにしたものにすることがで
きる。
Here, as in the invention described in claim 9,
The pair of gas detection means using the electrochemical type sensor uses a single electrochemical element, and one of the pair of electrodes (21, 22) in this electrochemical element is connected to one of the electrodes (21). A molecular sieve (31) is provided so as to cover it, and the first detection signal and the second detection signal are obtained by switching the polarity of the applied voltage applied to the pair of electrodes in the electrochemical device. Can be

【0029】それによれば、電気化学素子の一方の電極
が分子ふるいにて覆われた形となって上記した第1のガ
ス検出手段を構成し、電気化学素子の他方の電極が上記
した第2のガス検出手段を構成する。
According to this, one electrode of the electrochemical element is covered with the molecular sieve to form the above-mentioned first gas detecting means, and the other electrode of the electrochemical element is connected to the above-mentioned second electrode. Of the gas detection means.

【0030】また、請求項10に記載の発明のように、
一対のガス検出手段は、半導体式センサを用いたものに
できる。
Further, as in the invention described in claim 10,
The pair of gas detection means may be one using a semiconductor type sensor.

【0031】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。
The reference numerals in parentheses for each means described above are examples showing the correspondence with specific means described in the embodiments described later.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。なお、以下の各実施形態において互
いに同一部分には、説明の簡略化のために、図中、同一
符号を付してある。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention shown in the drawings will be described. In each of the following embodiments, the same parts are designated by the same reference numerals in the drawings for simplification of description.

【0033】(第1実施形態)図1は、本発明の第1実
施形態に係るガス検出装置S1の構成を模式的に示す図
である。本装置S1は、自動車エンジンの排気ガス(測
定ガス)中のHC(炭化水素)を検出するガスセンサに
適用したものとして説明する。
(First Embodiment) FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of a gas detector S1 according to a first embodiment of the present invention. The present device S1 will be described as being applied to a gas sensor that detects HC (hydrocarbon) in exhaust gas (measurement gas) of an automobile engine.

【0034】図1において、安定化ジルコニアやペロブ
スカイト等からなる板状の固体電解質10の一面(図1
中の上面)には第1の電極21が形成されており、他面
(図1中の下面)には第2の電極22が形成されてい
る。これら電極21、22は白金(Pt)等の膜からな
る。
In FIG. 1, one surface of a plate-shaped solid electrolyte 10 made of stabilized zirconia, perovskite or the like (see FIG. 1).
A first electrode 21 is formed on the inner surface (upper surface), and a second electrode 22 is formed on the other surface (lower surface in FIG. 1). The electrodes 21 and 22 are made of a film of platinum (Pt) or the like.

【0035】この固体電解質10は、アルミナ等の緻密
焼結体等の耐熱性に優れたセラミックからなる隔壁30
に収納され、外部とは仕切られている。この隔壁30の
内部空間は、固体電解質10によって仕切られ、第1の
電極21側となる第1の空間K1と第2の電極22側と
なる第2の空間K2とに区画されている。
The solid electrolyte 10 is a partition wall 30 made of a ceramic having excellent heat resistance such as a dense sintered body such as alumina.
It is housed in and is separated from the outside. The internal space of the partition wall 30 is partitioned by the solid electrolyte 10 and is divided into a first space K1 on the first electrode 21 side and a second space K2 on the second electrode 22 side.

【0036】また、隔壁30における第1の電極21を
覆う壁面には、分子ふるい膜31が、一方、隔壁30に
おける第2の電極22を覆う壁面には、拡散抵抗体膜3
2がそれぞれ窓として形成されている。
On the wall surface of the partition wall 30 which covers the first electrode 21, the molecular sieving film 31 is formed, and on the wall surface of the partition wall 30 which covers the second electrode 22, the diffusion resistor film 3 is formed.
2 are each formed as a window.

【0037】分子ふるい膜31は、例えば、排気ガス中
の非検出対象ガスである炭素数が2以下のHCやCO、
2等の比較的分子サイズの小さいガスのみを通過させ
るが、検出対象ガスである比較的分子サイズの大きな炭
素数が3以上のHCは通過させないものである。また、
このような分子ふるい膜31は、耐熱性が高く触媒能が
低いものが望ましく、例えば、ミクロ孔径が0.5nm
程度のシリカライト−I等からなるものにできる。
The molecular sieving film 31 is, for example, HC or CO having a carbon number of 2 or less, which is a non-detection target gas in the exhaust gas,
Only gas having a relatively small molecular size such as H 2 is allowed to pass, but HC having a relatively large molecular size and having a carbon number of 3 or more, which is a detection target gas, is not allowed to pass. Also,
It is desirable that such a molecular sieving film 31 has a high heat resistance and a low catalytic ability, and for example, has a micropore diameter of 0.5 nm.
It can be made of silicalite-I or the like.

【0038】したがって、隔壁30の外部から排気ガス
が流れてきたとき、比較的分子サイズの大きい検出対象
ガスは、分子ふるい膜31にてブロックされて第1の空
間K1へは入らず、比較的分子サイズの小さい非検出対
象ガスのみが第1の空間K1へ出入り可能となってい
る。
Therefore, when the exhaust gas flows from the outside of the partition wall 30, the detection target gas having a relatively large molecular size is blocked by the molecular sieving film 31 and does not enter the first space K1. Only the non-detection target gas having a small molecular size can enter and exit the first space K1.

【0039】また、拡散抵抗体膜32は、アルミナの多
孔質体等からなるもので、排気ガスの全部が出入り可能
となっている。そのため、隔壁30の外部から排気ガス
が流れてきたとき、第2の空間K2へは、検出対象ガス
と非検出対象ガスとが合わさった測定ガスがそのまま出
入り可能となっている。
Further, the diffusion resistance film 32 is made of a porous material such as alumina, and all the exhaust gas can flow in and out. Therefore, when the exhaust gas flows from the outside of the partition wall 30, the measurement gas in which the detection target gas and the non-detection target gas are combined can enter and leave the second space K2.

【0040】また、隔壁30の外側には、通電により発
熱可能な抵抗発熱体からなるヒータ40が設けられてい
る。このヒータ40は例えば白金膜等からなる。本実施
形態では、この隔壁30が、ガス検出装置S1における
センサの本体を区画形成している。
A heater 40, which is a resistance heating element capable of generating heat when energized, is provided outside the partition wall 30. The heater 40 is made of, for example, a platinum film or the like. In the present embodiment, the partition wall 30 defines the main body of the sensor in the gas detection device S1.

【0041】また、ガス検出装置S1は、センサの本体
の外部に設けられた図示しない外部回路を有しており、
この外部回路に対して、上記各電極21、22がそれぞ
れ電気的に接続されている。そして、図1に示すよう
に、この外部回路には、電流検出手段50、電源60、
極性切替手段70が設けられており、各電極21、22
は、電流検出手段50および極性切替手段70を介して
電源60につながれている。
Further, the gas detection device S1 has an external circuit (not shown) provided outside the main body of the sensor,
The electrodes 21 and 22 are electrically connected to the external circuit. Then, as shown in FIG. 1, the external circuit includes a current detection means 50, a power supply 60,
A polarity switching means 70 is provided and each electrode 21, 22 is provided.
Is connected to the power supply 60 via the current detection means 50 and the polarity switching means 70.

【0042】そして、各電極21、22には、極性切替
手段70によって電源60から電圧が印加されるととも
に、これら一対の電極21、22に印加する印加電圧の
極性を切り替えることができるようになっている。図1
の状態では、第1の電極21がプラス極、第2の電極2
2がマイナス極となっている。また、電流検出手段50
は、両電極21、22間に流れる電流値を検出するもの
である。
A voltage is applied from the power source 60 to the electrodes 21, 22 by the polarity switching means 70, and the polarity of the applied voltage applied to the pair of electrodes 21, 22 can be switched. ing. Figure 1
In this state, the first electrode 21 is the positive electrode and the second electrode 2 is
2 is the negative pole. In addition, the current detection means 50
Is for detecting the value of the current flowing between both electrodes 21, 22.

【0043】このように、本ガス検出装置S1は、固体
電解質10の両面に一対の電極21、22を設けた単一
の電気化学素子を用いたものである。本実施形態では、
分子ふるい膜31、第1の空間K1を介して分子ふるい
膜31にて覆われた第1の電極21、および固体電解質
10により第1のガス検出手段が構成されており、第2
の空間K2を介して拡散抵抗体膜32に覆われた第2の
電極22および固体電解質10により第2のガス検出手
段が構成される。
As described above, the present gas detection apparatus S1 uses a single electrochemical element in which the pair of electrodes 21 and 22 are provided on both surfaces of the solid electrolyte 10. In this embodiment,
The molecular sieving film 31, the first electrode 21 covered with the molecular sieving film 31 through the first space K1, and the solid electrolyte 10 constitute a first gas detecting means,
The second electrode 22 and the solid electrolyte 10 covered with the diffusion resistor film 32 via the space K2 of the second gas detection unit are configured.

【0044】第1のガス検出手段は、具備された分子ふ
るい31によって排気ガス(測定ガス)における検出対
象ガスと非検出対象ガスとを分子サイズの違いから分離
し、検出対象ガスが除去された排気ガスに基づく第1の
検出信号を得るために設けられたものである。
The first gas detecting means separates the detection target gas and the non-detection target gas in the exhaust gas (measurement gas) from the difference in molecular size by the molecular sieve 31 provided, and the detection target gas is removed. It is provided to obtain the first detection signal based on the exhaust gas.

【0045】一方、第2のガス検出手段は、測定ガスを
分子ふるい31に通さないで導入し、検出対象ガスと非
検出対象ガスとが合わさった排気ガス(測定ガス)に基
づく第2の検出信号を得るために設けられたものであ
る。
On the other hand, the second gas detection means introduces the measurement gas without passing through the molecular sieve 31, and performs the second detection based on the exhaust gas (measurement gas) in which the detection target gas and the non-detection target gas are combined. It is provided to obtain a signal.

【0046】そして、第1の検出手段における第1の電
極21と第2のガス検出手段における第2の電極22
は、単一の電気化学素子における一対の電極であるが、
同時に、導入された酸素と測定ガスとを反応させるため
の触媒電極でもある。
Then, the first electrode 21 in the first detecting means and the second electrode 22 in the second gas detecting means.
Is a pair of electrodes in a single electrochemical device,
At the same time, it is a catalyst electrode for reacting the introduced oxygen with the measurement gas.

【0047】そして、上記第1の検出信号は、第1の検
出手段の触媒電極21における酸素と測定ガスとの反応
に基づく信号であり、上記第2の検出信号は、第2の検
出手段の触媒電極22における酸素と測定ガスとの反応
に基づく信号である。
Then, the first detection signal is a signal based on the reaction between oxygen and the measurement gas in the catalyst electrode 21 of the first detection means, and the second detection signal is the signal of the second detection means. This is a signal based on the reaction between oxygen and the measurement gas at the catalyst electrode 22.

【0048】つまり、第1および第2の各検出手段にお
いては導入された酸素と測定ガスとが触媒電極21、2
2にて反応し、残った酸素の濃度に基づく信号が検出信
号となる。第1の検出手段と第2の検出手段とでは、導
入される測定ガスの濃度が異なるため、反応後に残る酸
素の濃度も異なる。
That is, in the first and second detection means, the introduced oxygen and the measurement gas are the catalyst electrodes 21 and 2.
A signal based on the concentration of the remaining oxygen that has reacted at 2 becomes a detection signal. Since the concentration of the measurement gas introduced is different between the first detection means and the second detection means, the concentration of oxygen remaining after the reaction also differs.

【0049】すると、第1の電極21(第1の空間K
1)側と第2の電極22(第2の空間K2)側とで、固
体電解質10中を酸素イオンが移動する。それにより、
第1および第2の電極21、22間に電流が流れ、この
電流を用いて第1の検出信号、第2の検出信号を求める
ことができる。
Then, the first electrode 21 (first space K
Oxygen ions move in the solid electrolyte 10 between the 1) side and the second electrode 22 (second space K2) side. Thereby,
A current flows between the first and second electrodes 21 and 22, and the current can be used to obtain the first detection signal and the second detection signal.

【0050】なお、検出動作として後述するように、こ
れら第1および第2の検出信号は、第1の検出手段にお
ける第1の電極21と第2のガス検出手段における第2
の電極22とに印加する印加電圧の極性を切り替えるこ
とで得られる。
As will be described later as a detection operation, these first and second detection signals are the first electrode 21 in the first detection means and the second electrode in the second gas detection means.
It can be obtained by switching the polarity of the applied voltage applied to the electrodes 22 and.

【0051】つまり、本第1実施形態では、第1および
第2の検出信号は、それぞれ、第1のガス検出手段の
み、第2のガス検出手段のみによって得られるものでは
なく、両方のガス検出手段を組み合わせて得るようにし
ている。
That is, in the first embodiment, the first and second detection signals are not obtained by only the first gas detecting means and the second gas detecting means, respectively, and both gas detecting means are detected. I try to get it by combining the means.

【0052】本第1実施形態のガス検出装置S1の作動
すなわち検出動作について、図1および図2を参照して
述べる。図2は、一対の電極21、22間に印加する印
加電圧と一対の電極21、22間に流れる電流との関係
を模式的に示す図である。
The operation, that is, the detecting operation of the gas detector S1 of the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram schematically showing the relationship between the applied voltage applied between the pair of electrodes 21 and 22 and the current flowing between the pair of electrodes 21 and 22.

【0053】ここで、第1の電極21側の第1の空間K
1は、大きな分子径のHC(検出対象ガス)が分子ふる
い膜31によってブロックされているため、第2の電極
22側の第2の空間K2に比べて、当該大きな分子径の
HCが少ない分だけ、酸素が過剰な状態となっている。
Here, the first space K on the side of the first electrode 21
In No. 1, since the HC (gas to be detected) having a large molecular diameter is blocked by the molecular sieving film 31, the HC having a large molecular diameter is smaller than that in the second space K2 on the second electrode 22 side. Only, there is an excess of oxygen.

【0054】まず、測定ガス(排気ガス)がリーン状態
である場合、すなわち排気ガス中の酸素以外の他のガス
濃度が酸素濃度よりも薄い場合(HC濃度小の場合に相
当)について述べる。
First, the case where the measurement gas (exhaust gas) is in a lean state, that is, the case where the gas concentration other than oxygen in the exhaust gas is lower than the oxygen concentration (corresponding to the case where the HC concentration is low) will be described.

【0055】極性切替手段70を上記図1に示す状態
(第1の電極21がプラス、第2の電極22がマイナス
の状態)とし、一対の電極21、22に適当な電圧(図
2中の+Vに相当)を印加すると、電流は第1の電極2
1から第2の電極22に向かって流れる。このとき、酸
素イオンは第2の電極22から第1の電極21へ流れ
る。
The polarity switching means 70 is set to the state shown in FIG. 1 (the first electrode 21 is positive and the second electrode 22 is negative), and an appropriate voltage (in FIG. 2) is applied to the pair of electrodes 21, 22. (Corresponding to + V), the current is applied to the first electrode 2
Flows from 1 toward the second electrode 22. At this time, oxygen ions flow from the second electrode 22 to the first electrode 21.

【0056】この電流は、図2に示すように、リーン状
態である測定ガスにおける余剰な酸素濃度の分に相当す
る電流I1として得られる。つまり、この電流I1は、検
出対象ガスを含んだ測定ガスに基づく電流である。
As shown in FIG. 2, this current is obtained as a current I 1 corresponding to the excess oxygen concentration in the lean measurement gas. That is, this current I 1 is a current based on the measurement gas containing the gas to be detected.

【0057】一方、極性切替手段70を図1に示す状態
から切り替え(第1の電極21がマイナス、第2の電極
22がプラスの状態とする)、一対の電極21、22へ
の印加電圧の極性を反転させると(図2中の−Vに相
当)、電流は第2の電極22から第1の電極21へ流れ
る。
On the other hand, the polarity switching means 70 is switched from the state shown in FIG. 1 (the first electrode 21 is in the minus state and the second electrode 22 is in the plus state), and the voltage applied to the pair of electrodes 21, 22 is changed. When the polarity is reversed (corresponding to -V in FIG. 2), the current flows from the second electrode 22 to the first electrode 21.

【0058】この電流は、図2に示すように、大きな分
子径のHCが少ない分だけ余剰となった酸素濃度の分に
プラスしてリーン状態である測定ガスにおける余剰な酸
素濃度の分に相当する電流I’1として得られる。つま
り、この電流I’1は、検出対象ガスが除去された測定
ガスに基づく電流である。
As shown in FIG. 2, this current corresponds to the excess oxygen concentration in the lean measurement gas in addition to the excess oxygen concentration due to the small amount of HC having a large molecular diameter. obtained as a current I '1 to. That is, this current I ′ 1 is a current based on the measurement gas from which the gas to be detected is removed.

【0059】ここで、前者の電流I1が第2の検出信号
となり、後者の電流I’1が第1の検出信号となる。そ
して、これら両検出信号を比較して演算すれば、例え
ば、大きな分子径のHCが少ない分だけ余剰となった酸
素濃度の分に相当する電流、すなわち、比較的分子サイ
ズの大きな検出対象ガスに基づいた検出信号を得ること
ができる。
Here, the former current I 1 becomes the second detection signal, and the latter current I ′ 1 becomes the first detection signal. If these two detection signals are compared and calculated, for example, a current corresponding to the excess oxygen concentration corresponding to a small amount of HC having a large molecular diameter, that is, a detection target gas having a relatively large molecular size is obtained. Based detection signals can be obtained.

【0060】一方、測定ガス(排気ガス)がリッチ状態
である場合、すなわち排気ガス中の酸素以外の他のガス
濃度が酸素濃度よりも濃い場合(HC濃度大の場合)に
ついても、上記リーン状態の場合と同様、一対の電極2
1、22に対する印加電圧の極性の切替(図2中の+
V、−V)を行う。
On the other hand, even when the measurement gas (exhaust gas) is in a rich state, that is, when the concentration of gases other than oxygen in the exhaust gas is higher than the oxygen concentration (when the HC concentration is high), the lean state is obtained. As in the case of, the pair of electrodes 2
Switching the polarity of the applied voltage with respect to 1 and 22 (+ in FIG. 2)
V, -V).

【0061】すると、図2に示す印加電圧が+Vのとき
には、リッチ状態である測定ガスにおける不足した酸素
濃度分に相当する電流I2が、第2の電極22から第1
の電極21へ流れる。
Then, when the applied voltage shown in FIG. 2 is + V, a current I 2 corresponding to the insufficient oxygen concentration in the measurement gas in the rich state is supplied from the second electrode 22 to the first electrode.
To the electrode 21 of the.

【0062】一方、図2に示す印加電圧が−Vのときに
は、大きな分子径のHCが少ない分だけ余剰となった酸
素濃度の分からリッチ状態である測定ガスにおける不足
した酸素濃度の分(マイナスの濃度)を差し引いた酸素
濃度分に相当する電流I’2が、第2の電極22から第
1の電極21へ流れる。
On the other hand, when the applied voltage shown in FIG. 2 is -V, the excess oxygen concentration corresponding to the small amount of HC having a large molecular diameter is the excess oxygen concentration corresponding to the insufficient oxygen concentration in the measurement gas in the rich state (minus minus A current I ′ 2 corresponding to the oxygen concentration minus the concentration) flows from the second electrode 22 to the first electrode 21.

【0063】この場合も、前者の電流I2が第2の検出
信号であり、後者の電流I’2が第1の検出信号であ
り、これら両検出信号を比較して演算すれば、例えば、
大きな分子径のHCが少ない分だけ余剰となった酸素濃
度の分に相当する電流、すなわち、比較的分子サイズの
大きな検出対象ガスに基づいた検出信号を得ることがで
きる。
Also in this case, the former current I 2 is the second detection signal and the latter current I ′ 2 is the first detection signal. If these two detection signals are compared and calculated, for example,
It is possible to obtain a detection signal based on a current corresponding to the excess oxygen concentration corresponding to the small amount of HC having a large molecular diameter, that is, a detection target gas having a relatively large molecular size.

【0064】このような検出動作を行うためのガス検出
装置S1のシステム構成の一例を図3に示す。
FIG. 3 shows an example of the system configuration of the gas detector S1 for performing such a detecting operation.

【0065】図3において、温度制御手段80は、上記
ヒータ40およびこのヒータ40への通電を制御する上
記外部回路に設けられたヒータ制御手段からなる。ま
た、記憶手段90は、電流検出手段50において検出さ
れた各電流値I1、I’1、I2、I’2を記憶するもので
ある。
In FIG. 3, the temperature control means 80 comprises the heater 40 and a heater control means provided in the external circuit for controlling energization of the heater 40. The storage means 90 stores the respective current values I 1 , I ′ 1 , I 2 , and I ′ 2 detected by the current detection means 50.

【0066】また、演算手段100は、記憶手段90の
各電流値に基づいて演算を行い、検出対象ガスに基づい
た検出信号を出力するものである。そして、タイミング
設定手段110は、極性切替手段70、記憶手段90お
よび演算手段100の動作タイミングを制御するもので
ある。
Further, the calculation means 100 calculates based on each current value of the storage means 90 and outputs a detection signal based on the gas to be detected. The timing setting means 110 controls the operation timings of the polarity switching means 70, the storage means 90 and the arithmetic means 100.

【0067】なお、図3におけるシステム構成におい
て、隔壁30で区画形成されたセンサおよびヒータ40
以外の各手段および電源50〜110は、上記外部回路
に設けることができる。そして、このシステム構成に基
づいて、上記した検出動作を行い、検出対象ガスに基づ
いた検出信号を出力することができる。
In the system configuration shown in FIG. 3, the sensor and the heater 40 partitioned by the partition wall 30 are formed.
Each means other than the above and power sources 50 to 110 can be provided in the external circuit. Then, based on this system configuration, the above-described detection operation can be performed and a detection signal based on the gas to be detected can be output.

【0068】本実施形態では、自動車特にストイキ燃焼
を行うガソリン車では未燃ガス中に多くの分岐、環状炭
化水素が含まれることに着目し、それらの分子径が大き
いことを利用して、第1のガス検出手段を構成する第1
の電極21を分子ふるい31でブロックして検出対象ガ
スであるHCの大部分を、当該第1の電極21へ導入さ
せないようにしている。
In the present embodiment, attention is paid to the fact that a large number of branched hydrocarbons and cyclic hydrocarbons are contained in the unburned gas in automobiles, especially in gasoline-powered vehicles that perform stoichiometric combustion. The first constituting the gas detection means of No. 1
The electrode 21 is blocked by the molecular sieve 31 so that most of the HC to be detected is not introduced into the first electrode 21.

【0069】そして、検出対象ガスであるHCは、分子
ふるい31を通して第1の電極21へ導入された排気ガ
スにおける不足分として検出される。その結果、分子サ
イズの小さい還元ガスによる検出信号への影響を排除す
ることができるため、検出対象ガスの濃度をより正確に
検出することができる。
HC, which is the gas to be detected, is detected as a deficiency in the exhaust gas introduced into the first electrode 21 through the molecular sieve 31. As a result, the influence of the reducing gas having a small molecular size on the detection signal can be eliminated, so that the concentration of the detection target gas can be detected more accurately.

【0070】ここで、図4は、本第1実施形態のガス検
出装置S1の変形例を示す概略断面図である。上記図1
に示したガス検出装置S1における隔壁30は必ず必要
なものではなく、図4に示すように、各電極21、22
上に直接分子ふるい膜31および拡散抵抗体膜32を形
成しても良い。
Here, FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the gas detector S1 of the first embodiment. Figure 1 above
The partition wall 30 in the gas detector S1 shown in FIG. 4 is not always necessary, and as shown in FIG.
The molecular sieving film 31 and the diffusion resistor film 32 may be directly formed on the top.

【0071】また、本第1実施形態のガス検出装置S1
において、第2のガス検出手段を構成する拡散抵抗体膜
32は、分子ふるい機能を持たずに検出対象ガスと非検
出対象ガスとが合わさった測定ガスを導入する多孔膜で
あるが、この拡散抵抗体膜32はクヌッセン拡散により
測定ガス(本例では排気ガス)が拡散しうるものが好ま
しい。これは、次のような理由による。
Further, the gas detector S1 of the first embodiment.
In the above, the diffusion resistor film 32 constituting the second gas detecting means is a porous film which does not have a molecular sieving function and introduces a measurement gas in which a detection target gas and a non-detection target gas are combined. The resistor film 32 is preferably one that allows the measurement gas (exhaust gas in this example) to diffuse by Knudsen diffusion. This is for the following reason.

【0072】分子ふるい膜31を通して検出対象ガスが
除去された測定ガスを導入する第1の検出手段の方で
は、測定ガスが通過する分子ふるい膜31の孔径が小さ
いので、測定ガス中の個々の分子同士が衝突せずに自由
に拡散する。
In the first detecting means for introducing the measuring gas from which the gas to be detected is removed through the molecular sieving film 31, the molecular sieving film 31 through which the measuring gas passes has a small pore size, so that the individual measuring gas has a small diameter. Molecules freely diffuse without collision.

【0073】つまり、分子ふるい膜31においてはクヌ
ッセン拡散にて気体分子が拡散するため、測定ガスの気
体分子は、その質量やサイズの違い応じた拡散速度にて
導入される。具体的に、クヌッセン拡散では質量の軽い
分子が拡散速度が速く、質量の重い分子が拡散速度が遅
い。
That is, in the molecular sieving film 31, the gas molecules diffuse by Knudsen diffusion, so the gas molecules of the measurement gas are introduced at a diffusion rate according to the difference in mass and size. Specifically, in Knudsen diffusion, light-mass molecules have a high diffusion rate, and heavy-mass molecules have a low diffusion rate.

【0074】一方、第2の検出手段の方が非クヌッセン
拡散であると、第2の検出手段に導入される気体分子
は、分子同士が互いに衝突しながら拡散していく。その
ため、その拡散速度は分子の質量やサイズに応じたもの
とはならない。
On the other hand, when the second detecting means is non-Knudsen diffusion, the gas molecules introduced into the second detecting means diffuse while the molecules collide with each other. Therefore, its diffusion rate does not depend on the mass or size of the molecule.

【0075】本例では、第2の検出手段における第2の
空間K1に対しては、第1の検出手段における第1の空
間K1へはほとんど導入されない炭素数3以上のHC
も、導入される。このとき、第1の空間K1と第2の空
間K2とでは、第2の空間K2の方が炭素数3以上のH
Cが余分に存在するため、第2の電極22周囲の酸素濃
度が少ない。
In the present example, the second space K1 in the second detecting means has a carbon number of 3 or more which is hardly introduced into the first space K1 in the first detecting means.
Will also be introduced. At this time, in the first space K1 and the second space K2, the second space K2 has a carbon number of 3 or more.
Since C is excessively present, the oxygen concentration around the second electrode 22 is low.

【0076】そして、両空間K1、K2すなわち第1と
第2の検出手段の酸素濃度の差を利用して、検出を行う
のである。しかし、第2の検出手段すなわち拡散抵抗体
膜32における拡散機構が、第1の検出手段とは異なり
非クヌッセン拡散であると、例えば、炭素数の多いすな
わち重いHCが、クヌッセン拡散で予想される拡散速度
よりも速く拡散することになる。
Then, the detection is carried out by utilizing the difference between the oxygen concentrations of the two spaces K1 and K2, that is, the first and second detecting means. However, if the diffusion mechanism in the second detection means, that is, the diffusion resistance film 32 is non-Knudsen diffusion unlike the first detection means, for example, HC with a large number of carbon atoms, that is, heavy HC is expected in Knudsen diffusion. It will diffuse faster than the diffusion rate.

【0077】そのため、第2の検出手段において第1の
検出手段との差となる炭素数3以上のHCの第2の空間
K2への導入量が、見かけ上、過剰となったり過少とな
ったりというようにばらつきやすくなる。
Therefore, the amount of introduction of HC having 3 or more carbon atoms into the second space K2, which is a difference from the first detection means in the second detection means, is apparently excessive or insufficient. It becomes easy to vary.

【0078】言い方を変えれば、分子ふるい膜31によ
り実現される第1の空間K1と第2の空間K2との酸素
濃度の差が、狙いの値からずれてしまいやすくなる。こ
のことは、第1の検出手段と第2の検出手段とで、導入
される分子サイズの違いを利用して検出対象ガス濃度を
検出する場合に検出誤差を生じる要因となる。
In other words, the difference in oxygen concentration between the first space K1 and the second space K2 realized by the molecular sieving film 31 is likely to deviate from the target value. This causes a detection error when the concentration of the gas to be detected is detected by utilizing the difference in the size of the introduced molecules between the first detection means and the second detection means.

【0079】その点、第2のガス検出手段を、クヌッセ
ン拡散により測定ガスが拡散しうるが、分子ふるい機能
を持たない多孔膜としての拡散抵抗体膜32を介して測
定ガスを導入するものにすれば、両検出手段において導
入される測定ガスの拡散機構を同じクヌッセン拡散にそ
ろえることができる。
In that respect, the second gas detecting means is one in which the measuring gas can be diffused by Knudsen diffusion, but the measuring gas is introduced through the diffusion resistor film 32 as a porous film having no molecular sieving function. By doing so, the diffusion mechanism of the measurement gas introduced in both detection means can be aligned with the same Knudsen diffusion.

【0080】多孔膜としての拡散抵抗体膜32の孔径が
大きすぎると当該孔を通過する気体分子同士の衝突が起
こり、小さすぎると分子ふるい機能を有してしまう。こ
のことから、具体的には、当該孔径を10nm〜1μm
程度の範囲の大きさとすることで、拡散抵抗体膜32を
通過する測定ガスの拡散機構をクヌッセン拡散とするこ
とができる。
If the pore diameter of the diffusion resistance film 32 as a porous membrane is too large, gas molecules passing through the pores collide with each other, and if it is too small, it has a molecular sieving function. From this, specifically, the pore diameter is 10 nm to 1 μm.
By setting the size of the range to a degree, the diffusion mechanism of the measurement gas passing through the diffusion resistor film 32 can be Knudsen diffusion.

【0081】それにより、第1および第2の検出手段の
拡散機構をクヌッセン拡散に合わせることができ、第1
の空間K1と第2の空間K2との酸素濃度の差を精度良
く求めることができる。そして、第1の検出信号および
第2の検出信号を精度良く得ることができ、検出感度の
向上に好ましい。
As a result, the diffusion mechanism of the first and second detection means can be adapted to the Knudsen diffusion.
The difference in oxygen concentration between the space K1 and the second space K2 can be accurately obtained. Then, the first detection signal and the second detection signal can be accurately obtained, which is preferable for improving the detection sensitivity.

【0082】ここで、図4は、本第1実施形態のガス検
出装置S1の変形例を示す概略断面図である。上記図1
に示したガス検出装置S1における隔壁30は必ず必要
なものではなく、図4に示すように、各電極21、22
上に直接分子ふるい膜31および拡散抵抗体膜32を形
成しても良い。この場合も、拡散抵抗体膜32はクヌッ
セン拡散を実現するものが好ましい。
Here, FIG. 4 is a schematic sectional view showing a modified example of the gas detection device S1 of the first embodiment. Figure 1 above
The partition wall 30 in the gas detector S1 shown in FIG. 4 is not always necessary, and as shown in FIG.
The molecular sieving film 31 and the diffusion resistor film 32 may be directly formed on the top. Also in this case, it is preferable that the diffusion resistor film 32 realizes Knudsen diffusion.

【0083】(第2実施形態)図5は、本発明の第2実
施形態に係るガス検出装置S2の概略断面構成を示す図
である。上記第1実施形態では、一対のガス検出手段を
単一の電気化学素子で構成していたが、図5に示すよう
に、一対のガス検出手段の各々を一つの電気化学素子で
構成しても良い。
(Second Embodiment) FIG. 5 is a diagram showing a schematic sectional structure of a gas detector S2 according to a second embodiment of the present invention. In the first embodiment described above, the pair of gas detection means is composed of a single electrochemical element, but as shown in FIG. 5, each of the pair of gas detection means is composed of one electrochemical element. Is also good.

【0084】図5に示すように、固体電解質10の一面
に電極21a、他面に電極22aが形成された電気化学
素子としてのセンサAと、固定電解質10の一面に電極
21b、他面に電極22bが形成された電気化学素子と
してのセンサBが形成されている。
As shown in FIG. 5, a sensor A as an electrochemical element having an electrode 21a formed on one surface of the solid electrolyte 10 and an electrode 22a formed on the other surface, and an electrode 21b formed on one surface of the fixed electrolyte 10 and an electrode formed on the other surface. A sensor B is formed as an electrochemical element on which 22b is formed.

【0085】固体電解質10の一面側において、センサ
Aの第1の電極21aは分子ふるい膜31にて覆われて
おり、センサBの第1の電極21bは拡散抵抗体膜32
にて覆われている。
On one side of the solid electrolyte 10, the first electrode 21a of the sensor A is covered with the molecular sieving film 31, and the first electrode 21b of the sensor B is the diffusion resistor film 32.
It is covered by.

【0086】一方、固体電解質10の他面側において、
センサAの第2の電極22aおよびセンサBの第2の電
極22bはともに、酸素を蓄える酸素ストレージ機能を
有するCeO2などからなる多孔質層33にて覆われて
いる。また、この多孔質層33にはヒータ40が設けら
れている。
On the other hand, on the other surface side of the solid electrolyte 10,
Both the second electrode 22a of the sensor A and the second electrode 22b of the sensor B are covered with a porous layer 33 made of CeO 2 or the like having an oxygen storage function of storing oxygen. A heater 40 is provided on the porous layer 33.

【0087】また、図5では図示しないが、各センサ
A、Bには、それぞれ一対の電極21aと22a、21
bと22bに電圧を印加する電源(図6参照)と、一対
の電極間の電流値を検出する電流検出手段(図6参照)
とが設けられている。
Although not shown in FIG. 5, each sensor A, B has a pair of electrodes 21a and 22a, 21a, respectively.
b and a power source for applying a voltage to 22b (see FIG. 6), and a current detection means for detecting a current value between a pair of electrodes (see FIG. 6)
And are provided.

【0088】図6は、図5に示すガス検出装置S2のシ
ステム構成図である。図6において、温度制御手段80
は、ヒータ40を制御してセンサAとセンサBの温度を
制御する。
FIG. 6 is a system configuration diagram of the gas detector S2 shown in FIG. In FIG. 6, temperature control means 80
Controls the heater 40 to control the temperatures of the sensor A and the sensor B.

【0089】センサAにて、上記電源50により一対の
電極21a、22a間に電圧を印加し、一対の電極21
a、22a間の電流値を上記電流検出手段60により検
出する。一方、センサBにて、上記電源50により一対
の電極21b、22b間に電圧を印加し、一対の電極2
1b、22b間の電流値を上記電流検出手段60により
検出する。
In the sensor A, a voltage is applied between the pair of electrodes 21a and 22a by the power source 50, and
The current value between a and 22a is detected by the current detecting means 60. On the other hand, in the sensor B, a voltage is applied between the pair of electrodes 21b and 22b by the power source 50, and the pair of electrodes 2b
The current value between 1b and 22b is detected by the current detecting means 60.

【0090】検出された各電流値は、それぞれ演算手段
100に入力され、演算手段100では、これら両電流
値を比較して演算した結果が出力される。
Each detected current value is input to the arithmetic means 100, and the arithmetic means 100 outputs the result of the arithmetic operation by comparing the two electric current values.

【0091】本第2実施形態の検出動作は次のようであ
る。酸素ストレージ機能を有する多孔質層33において
は、露出部から排気ガス(測定ガス)が出入りするが、
多孔質層33内は酸素が過剰な状態となる。つまり、各
センサA、Bにおける第2の電極22a、22b側は測
定ガスがリーンな状態となっている。
The detection operation of the second embodiment is as follows. In the porous layer 33 having an oxygen storage function, exhaust gas (measurement gas) flows in and out from the exposed portion,
Oxygen is excessive in the porous layer 33. That is, the measurement gas is in a lean state on the side of the second electrodes 22a and 22b in each of the sensors A and B.

【0092】また、センサAにおける第1の電極21a
側は、分子ふるい膜31によって大きな分子径のHC
(検出対象ガス)が入ってこないが、一方、センサBに
おける第1の電極21b側は、拡散抵抗体32を通過し
てほとんど全ての排気ガスが入ってくる。
Also, the first electrode 21a of the sensor A is
On the side, due to the molecular sieving membrane 31, the HC having a large molecular diameter is
(Gas to be detected) does not enter, but on the other hand, almost all exhaust gas enters the first electrode 21b side of the sensor B through the diffusion resistor 32.

【0093】そのため、センサAにおける第1の電極2
1a側は、センサBにおける第1の電極21b側に比べ
て、大きな分子径のHCが少ない分だけ酸素が余剰とな
り、酸素濃度も高い。
Therefore, the first electrode 2 in the sensor A is
Compared to the first electrode 21b side of the sensor B, the 1a side has a surplus of oxygen due to the small amount of HC having a large molecular diameter, and the oxygen concentration is also high.

【0094】ここで、センサAの第1の電極21aおよ
びセンサBの第1の第1の電極21bは、導入された酸
素と測定ガスとを反応させるための触媒電極である。そ
のため、第1の検出信号は、センサA(第1の検出手
段)の触媒電極21aにおける酸素と測定ガスとの反応
に基づく信号であり、第2の検出信号は、センサB(第
2の検出手段)の触媒電極21bにおける酸素と測定ガ
スとの反応に基づく信号である。
Here, the first electrode 21a of the sensor A and the first first electrode 21b of the sensor B are catalytic electrodes for reacting the introduced oxygen with the measurement gas. Therefore, the first detection signal is a signal based on the reaction between oxygen and the measurement gas in the catalyst electrode 21a of the sensor A (first detection means), and the second detection signal is the sensor B (second detection signal). Signal) based on the reaction between oxygen and the measurement gas in the catalyst electrode 21b of (means).

【0095】そして、センサAの一対の電極21a、2
2aに流れる電流値(第1の検出信号)とセンサBの一
対の電極21b、22bに流れる電流値(第2の検出信
号)とが異なることとなり、これら両電流値を比較して
演算すれば、上記第1実施形態と同様、比較的分子サイ
ズの大きな検出対象ガスに基づいた検出信号を得ること
ができる。
Then, the pair of electrodes 21a, 2 of the sensor A,
The current value flowing through 2a (first detection signal) and the current value flowing through the pair of electrodes 21b, 22b of the sensor B (second detection signal) are different, and if these two current values are compared and calculated. Similarly to the first embodiment, it is possible to obtain the detection signal based on the detection target gas having a relatively large molecular size.

【0096】つまり、本第2実施形態によっても上記第
1実施形態と同様に、検出対象ガスの濃度をより正確に
検出することができる。さらに、本第2実施形態では、
2つの電気化学素子(センサ)の電流値を同時に得るこ
とができるので、上記第1実施形態のような極性を切り
替える極性切替手段が不要となる。
That is, according to the second embodiment, as in the first embodiment, the concentration of the gas to be detected can be detected more accurately. Furthermore, in the second embodiment,
Since the current values of the two electrochemical elements (sensors) can be obtained at the same time, there is no need for the polarity switching means for switching the polarities as in the first embodiment.

【0097】そして、本第2実施形態では、センサA
が、分子ふるいを具備し、この分子ふるいによって検出
対象ガスと非検出対象ガスとを分子サイズの違いから分
離し、検出対象ガスが除去された測定ガスに基づく第1
の検出信号を得るための第1のガス検出手段を構成し、
センサBが、検出対象ガスと非検出対象ガスとを合わせ
た測定ガスに基づく第2の検出信号を得るための第2の
ガス検出手段を構成する。
In the second embodiment, the sensor A
However, it is equipped with a molecular sieve, and the detection target gas and the non-detection target gas are separated from the difference in molecular size by the molecular sieve, and the detection gas is removed.
A first gas detecting means for obtaining the detection signal of
The sensor B constitutes a second gas detection means for obtaining a second detection signal based on the measurement gas including the detection target gas and the non-detection target gas.

【0098】ここで、本第2実施形態のような2センサ
構成の場合は、酸素濃度の検出手段は固体電解質型であ
る必要はなく、SnO2やTiO2などの半導体電極を用
いた半導体式センサを用いることができる。本実施形態
において、半導体式センサを用いた変形例を図7に示
す。
Here, in the case of the two-sensor structure as in the second embodiment, the oxygen concentration detecting means does not have to be a solid electrolyte type, but a semiconductor type using a semiconductor electrode such as SnO 2 or TiO 2 is used. A sensor can be used. FIG. 7 shows a modified example using a semiconductor type sensor in the present embodiment.

【0099】図7では、基板11の一面側に、SnO2
やTiO2などからなる半導体電極23、24が形成さ
れている。一方の半導体電極23は、これを覆う分子ふ
るい膜31とともにセンサAすなわち第1のガス検出手
段を構成し、他方の半導体電極24は、これを覆う拡散
抵抗体膜32とともにセンサBすなわち第2のガス検出
手段を構成している。
In FIG. 7, SnO 2 is formed on one surface of the substrate 11.
Semiconductor electrodes 23 and 24 made of TiO 2 or the like are formed. One of the semiconductor electrodes 23 constitutes the sensor A, that is, the first gas detecting means, together with the molecular sieving film 31 that covers the same, and the other semiconductor electrode 24 together with the diffusion resistor film 32 that covers the sensor B, that is, the second gas. It constitutes a gas detecting means.

【0100】この変形例においても、上記図5に示した
ガス検出装置S2と同様の作用効果を得ることができ
る。
Also in this modification, it is possible to obtain the same operational effect as that of the gas detection device S2 shown in FIG.

【0101】また、本第2実施形態においても、上記第
1実施形態と同様、第2のガス検出手段を構成する拡散
抵抗体膜32は、分子ふるい機能を持たずに検出対象ガ
スと非検出対象ガスとが合わさった測定ガスをクヌッセ
ン拡散により導入する多孔膜であることが好ましい。
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the diffusion resistor film 32 constituting the second gas detecting means does not have a molecular sieving function and does not detect gas to be detected. It is preferable that the porous film introduces the measurement gas combined with the target gas by Knudsen diffusion.

【0102】(第3実施形態)図8は本発明の第3実施
形態に係るガス検出装置S3の概略断面構成を示す図で
ある。このガス検出装置S3は上記第2実施形態の図5
に示した装置と基本的な構成は似ている。
(Third Embodiment) FIG. 8 is a diagram showing a schematic sectional structure of a gas detector S3 according to a third embodiment of the present invention. This gas detector S3 is the same as the gas detector S3 shown in FIG.
The basic configuration is similar to the device shown in.

【0103】図8に示すように、このガス検出装置S3
も、固体電解質10の一面に電極21a、他面に電極2
2aが形成された電気化学素子としてのセンサAと、固
定電解質10の一面に電極21b、他面に電極22bが
形成された電気化学素子としてのセンサBが形成されて
いる。
As shown in FIG. 8, this gas detector S3
Also, the electrode 21a on one surface of the solid electrolyte 10 and the electrode 2 on the other surface.
A sensor A as an electrochemical element having 2a formed thereon and a sensor B as an electrochemical element having an electrode 21b formed on one surface of the fixed electrolyte 10 and an electrode 22b formed on the other surface thereof are formed.

【0104】固体電解質10の一面側において、センサ
Aの第1の電極21aは分子ふるい膜31にて覆われて
おり、センサBの第1の電極21bは、緻密焼結体とし
てのアルミナなどからなるセラミック層30aにより区
画された空間部K3に位置している。
On one side of the solid electrolyte 10, the first electrode 21a of the sensor A is covered with the molecular sieving film 31, and the first electrode 21b of the sensor B is made of alumina or the like as a dense sintered body. Is located in the space K3 defined by the ceramic layer 30a.

【0105】この空間部K3を区画するセラミック層3
0aにはピンホール30bが形成されており、セラミッ
ク層30aの外表面にはピンホール30bを覆うように
拡散抵抗体膜32が形成されている。この拡散抵抗体膜
32も分子ふるい機能は持たないが、クヌッセン拡散を
実現するものが好ましい。
Ceramic layer 3 which defines this space K3
0a has a pinhole 30b formed therein, and a diffusion resistor film 32 is formed on the outer surface of the ceramic layer 30a so as to cover the pinhole 30b. This diffusion resistor film 32 also does not have a molecular sieving function, but it is preferable that it realizes Knudsen diffusion.

【0106】なお、分子ふるい膜31とセンサAの第1
の電極21aとの間にも拡散抵抗体32と同様の多孔質
部材からなる多孔質膜31aが介在されている。この多
孔質膜31aは、分子ふるい膜31の機械的強度を確保
したり、分子ふるい膜31の成膜をし易くするという点
から設けられる。
The molecular sieving film 31 and the first sensor A
A porous film 31a made of a porous member similar to the diffusion resistor 32 is also interposed between the electrode 21a and the electrode 21a. This porous film 31a is provided in order to secure the mechanical strength of the molecular sieving film 31 and to facilitate the formation of the molecular sieving film 31.

【0107】具体的には、各電極21a、22a、21
b、22bが形成された固体電解質10に、セラミック
層30aを取り付けるとともに、セラミック層30aお
よび固体電解質10に拡散抵抗体膜32および多孔質膜
31aを積層、焼成し、多孔質膜31aの上に水熱合成
により分子ふるい膜31を形成する。
Specifically, each electrode 21a, 22a, 21
The ceramic layer 30a is attached to the solid electrolyte 10 on which b and 22b are formed, and the diffusion resistor film 32 and the porous film 31a are laminated on the ceramic layer 30a and the solid electrolyte 10 and fired to form a layer on the porous film 31a. The molecular sieving film 31 is formed by hydrothermal synthesis.

【0108】一方、固体電解質10の他面側には、セラ
ミック層30aにて区画され大気と連通する大気導入孔
K4が設けられており、センサAの第2の電極22aお
よびセンサBの第2の電極22bはともに、大気導入孔
K4に面して大気雰囲気にさらされる。また、図8に示
すように、セラミック層30aにはセンサA、Bの温度
を制御するためのヒータ40が設けられている。
On the other hand, on the other surface side of the solid electrolyte 10, an air introduction hole K4 defined by the ceramic layer 30a and communicating with the atmosphere is provided, and the second electrode 22a of the sensor A and the second electrode 22a of the sensor B are provided. Both of the electrodes 22b of the above are exposed to the air atmosphere by facing the air introduction hole K4. Further, as shown in FIG. 8, the ceramic layer 30a is provided with a heater 40 for controlling the temperatures of the sensors A and B.

【0109】本第3実施形態の検出動作は次のようであ
る。大気導入孔K4を介して大気が導入されることによ
り、各センサA、Bにおける第2の電極22a、22b
側は、排気ガス(測定ガス)が出入りする第1の電極2
1a、21b側に比べて酸素が過剰な状態となる。つま
り、上記第2実施形態と同様、各センサA、Bにおける
第2の電極22a、22b側は測定ガスがリーンな状態
となる。
The detection operation of the third embodiment is as follows. By introducing the atmosphere through the atmosphere introducing hole K4, the second electrodes 22a and 22b in the respective sensors A and B are
The side is the first electrode 2 through which exhaust gas (measurement gas) flows in and out.
Oxygen is in an excess state as compared with the 1a and 21b sides. That is, as in the second embodiment, the measurement gas is lean on the second electrodes 22a and 22b side of each of the sensors A and B.

【0110】また、センサAにおける第1の電極21a
側は、分子ふるい膜31によって大きな分子径のHC
(検出対象ガス)が入ってこないが、一方、センサBに
おける第1の電極21b側は、拡散抵抗体32およびピ
ンホール30bを通過してほとんど全ての排気ガスが入
ってくる。
In addition, the first electrode 21a of the sensor A is
On the side, due to the molecular sieving membrane 31, the HC having a large molecular diameter is
(Gas to be detected) does not enter, but on the other hand, on the first electrode 21b side of the sensor B, almost all exhaust gas enters through the diffusion resistor 32 and the pinhole 30b.

【0111】そのため、センサAにおける第1の電極2
1a側は、センサBにおける第1の電極21b側に比べ
て、大きな分子径のHCが少ない分だけ酸素が余剰とな
り、酸素濃度も高い。
Therefore, the first electrode 2 in the sensor A is
Compared to the first electrode 21b side of the sensor B, the 1a side has a surplus of oxygen due to the small amount of HC having a large molecular diameter, and the oxygen concentration is also high.

【0112】ここで、センサAの第1の電極21aおよ
びセンサBの第1の第1の電極21bは、導入された酸
素と測定ガスとを反応させるための触媒電極である。そ
のため、第1の検出信号は、センサA(第1の検出手
段)の触媒電極21aにおける酸素と測定ガスとの反応
に基づく信号であり、第2の検出信号は、センサB(第
2の検出手段)の触媒電極21bにおける酸素と測定ガ
スとの反応に基づく信号である。
Here, the first electrode 21a of the sensor A and the first first electrode 21b of the sensor B are catalyst electrodes for reacting the introduced oxygen with the measurement gas. Therefore, the first detection signal is a signal based on the reaction between oxygen and the measurement gas in the catalyst electrode 21a of the sensor A (first detection means), and the second detection signal is the sensor B (second detection signal). Signal) based on the reaction between oxygen and the measurement gas in the catalyst electrode 21b of (means).

【0113】そして、本実施形態においても、センサA
の一対の電極21a、22aに流れる電流値(第1の検
出信号)とセンサBの一対の電極21b、22bに流れ
る電流値(第2の検出信号)とが異なることとなり、こ
れら両電流値を比較して演算すれば、比較的分子サイズ
の大きな検出対象ガスに基づいた検出信号を得ることが
できる。
Also in this embodiment, the sensor A
The current value (first detection signal) flowing through the pair of electrodes 21a, 22a of the sensor B and the current value (second detection signal) flowing through the pair of electrodes 21b, 22b of the sensor B are different. If the calculation is performed by comparison, a detection signal based on the detection target gas having a relatively large molecular size can be obtained.

【0114】ここで、本実施形態では、調整手段として
の酸素および測定ガスが通過するピンホール30bの孔
面積を調整することにより、第1の検出手段の触媒電極
であるセンサAの第1の電極21aに到達する酸素の量
と、第2の検出手段の触媒電極であるセンサBの第1の
電極21bに到達する酸素の量とを同程度することが好
ましい。
Here, in the present embodiment, the first area of the sensor A, which is the catalyst electrode of the first detecting means, is adjusted by adjusting the hole area of the pinhole 30b through which oxygen and measuring gas as the adjusting means pass. It is preferable to make the amount of oxygen reaching the electrode 21a and the amount of oxygen reaching the first electrode 21b of the sensor B, which is the catalyst electrode of the second detection means, to be approximately the same.

【0115】各センサA、Bにおいては導入された酸素
と測定ガスとが触媒電極21a、21bにて反応し、残
った酸素の濃度に基づく信号が検出信号となる。両セン
サA、Bでは導入される測定ガスの濃度が異なるため、
反応後に残る酸素の濃度も異なり、これにより第1の検
出信号と第2の検出信号との差を生じる。
In each of the sensors A and B, the introduced oxygen and the measuring gas react at the catalyst electrodes 21a and 21b, and the signal based on the concentration of the remaining oxygen becomes the detection signal. Since the concentration of the introduced measurement gas is different between the two sensors A and B,
The concentration of oxygen remaining after the reaction is also different, which causes a difference between the first detection signal and the second detection signal.

【0116】ここにおいて、ピンホール30bの孔面積
を調整することによって、各センサA、Bの触媒電極2
1a、21bにおける酸素と測定ガスとの反応度合を同
程度にすることができる。そのため、第1の検出手段と
第2の検出手段との測定ガス濃度の差に応じて、第1の
検出信号と第2の検出信号との差を精度良く得ることが
できる。
Here, the catalyst electrode 2 of each sensor A, B is adjusted by adjusting the hole area of the pinhole 30b.
The degree of reaction between oxygen and the measurement gas in 1a and 21b can be made approximately the same. Therefore, the difference between the first detection signal and the second detection signal can be accurately obtained according to the difference in the measurement gas concentration between the first detection means and the second detection means.

【0117】具体的には、次のようなことである。上記
ピンホール30bによる調整を行った場合、両センサ
A、Bの第1の電極(触媒電極)21a、21bに対し
て、分子ふるい膜31や拡散抵抗体膜32を通過して互
いに同程度の量の酸素が到達する。
Specifically, it is as follows. When the adjustment using the pinhole 30b is performed, the first electrodes (catalyst electrodes) 21a and 21b of both sensors A and B pass through the molecular sieving film 31 and the diffusion resistance film 32 and have the same degree of mutual. The amount of oxygen reaches.

【0118】一方で、両センサA、Bの第1の電極(触
媒電極)21a、21bに対して到達するHCの量は異
なり、分子ふるい作用が行われるセンサAの方が導入さ
れるHCの量は少ない。触媒電極に到達する酸素量が両
センサA、Bで同じなら、両センサA、B間でこのHC
の量の差に見合った信号(酸素イオン電流)が得られ
る。
On the other hand, the amounts of HC reaching the first electrodes (catalyst electrodes) 21a and 21b of both sensors A and B are different, and the amount of HC to be introduced is higher in the sensor A in which the molecular sieving action is performed. The quantity is small. If the amount of oxygen reaching the catalyst electrode is the same for both sensors A and B, this HC
A signal (oxygen ion current) commensurate with the difference in the amount of is obtained.

【0119】もし、両センサA、Bで触媒電極21a、
21bに到達する酸素量が異なると、両センサA、B間
でHCの量の差に見合った信号(酸素イオン電流)が得
られず、感度誤差となる。図9は、ピンホール30bに
よる調整の効果を具体的に示す図である。
If both sensors A and B have the catalyst electrodes 21a,
If the amount of oxygen reaching 21b is different, a signal (oxygen ion current) corresponding to the difference in amount of HC between the sensors A and B cannot be obtained, resulting in a sensitivity error. FIG. 9 is a diagram specifically showing the effect of adjustment by the pinhole 30b.

【0120】ピンホール30bによる調整は、例えば、
次のように行う。ピンホール30bの孔径を変えていっ
た場合に、酸素と窒素の混合ガス(例えば酸素0.1
%)を両センサA、Bに導入させ、その単位面積あたり
の通過量を求める。各センサA、Bの通過量が同じなら
ば、上記の触媒電極への酸素到達量も同じになる。こう
して、ピンホール30bの大きさを調整する。
Adjustment by the pinhole 30b is performed by, for example,
Do the following: When the diameter of the pinhole 30b is changed, a mixed gas of oxygen and nitrogen (for example, oxygen 0.1
%) Is introduced into both sensors A and B, and the passing amount per unit area is calculated. If the passing amounts of the sensors A and B are the same, the oxygen reaching amount to the catalyst electrode is also the same. In this way, the size of the pinhole 30b is adjusted.

【0121】図9では、測定ガスとして、一酸化炭素、
メタン(C=1)、エタン(C=2)、プロパン(C=
3)、イソブタン(C=4)の5種類を用いた。この5
種類のうち後の2種が検出対象ガスである。また、酸素
濃度0.1%、酸素過剰比λ=1、ガス流量5リットル
/分の条件で計測を行った。
In FIG. 9, carbon monoxide,
Methane (C = 1), ethane (C = 2), propane (C =
5) of 3) and isobutane (C = 4) were used. This 5
The latter two of the types are the detection target gases. The measurement was performed under the conditions of oxygen concentration 0.1%, oxygen excess ratio λ = 1, and gas flow rate 5 liter / min.

【0122】図9中、触媒電極への酸素到達量を両セン
サA、Bで同じにした場合(酸素到達量同じ)を丸プロ
ットで示し、ピンホール30bの径が小さすぎて分子ふ
るい膜31側すなわちセンサA側が多い場合(分子ふる
い膜側の酸素到達量過剰)を三角プロットで示し、ピン
ホール30bの径が大きすぎて拡散抵抗体膜32側すな
わちセンサB側が多い場合(拡散抵抗体膜側の酸素到達
量過剰)を四角プロットで示した。
In FIG. 9, the case where the oxygen arrival amount to the catalyst electrode is the same in both sensors A and B (the same oxygen arrival amount) is shown by a circle plot, and the diameter of the pinhole 30b is too small and the molecular sieving film 31 is shown. Side, that is, the sensor A side is large (oxygen arrival amount excess on the molecular sieving film side) is shown by a triangular plot, and the diameter of the pinhole 30b is too large and the diffusion resistance film 32 side, that is, the sensor B side is large (diffusion resistance film). The excess oxygen reaching amount) is shown by a square plot.

【0123】図9からわかるように、触媒電極への酸素
到達量を両センサA、Bで同じにした場合は、両方のセ
ンサA、Bに同じように導入されるメタン、エタンの感
度は、両センサA、Bの検出信号の比較から、ほぼ0と
なる。しかし、両センサA、Bで触媒電極への酸素到達
量が異なると、両センサA、B間でHCの量の差に見合
った信号が得られず、感度に誤差が生じている。
As can be seen from FIG. 9, when the amounts of oxygen reaching the catalyst electrode are the same in both sensors A and B, the sensitivities of methane and ethane similarly introduced into both sensors A and B are: From the comparison of the detection signals of both sensors A and B, it becomes almost 0. However, if the amount of oxygen reaching the catalyst electrode differs between the two sensors A and B, a signal corresponding to the difference in the amount of HC between the two sensors A and B cannot be obtained, resulting in an error in sensitivity.

【0124】(第4実施形態)図10は本発明の第4実
施形態に係るガス検出装置S4の概略断面構成を示す図
である。このガス検出装置S4は上記第3実施形態にて
図8に示した装置を一部変形したものである。
(Fourth Embodiment) FIG. 10 is a diagram showing a schematic sectional structure of a gas detector S4 according to a fourth embodiment of the present invention. This gas detection device S4 is a partial modification of the device shown in FIG. 8 in the third embodiment.

【0125】上記第3実施形態のガス検出装置と異なる
点は、センサA(第1の検出手段)およびセンサB(第
2の検出手段)の少なくとも一方に、触媒電極21a、
21b以外に酸素と測定ガスとを反応させるための補助
触媒31b、32bを設けたことである。
The difference from the gas detector of the third embodiment is that at least one of the sensor A (first detecting means) and the sensor B (second detecting means) has a catalyst electrode 21a,
In addition to 21b, auxiliary catalysts 31b and 32b for reacting oxygen with the measurement gas are provided.

【0126】本例では、両センサA、Bに補助触媒を設
けている。まず、センサA側において、分子ふるい膜3
1とセンサAの第1の電極21aとの間に介在する補助
触媒としての多孔質膜31bは、上記第3実施形態の多
孔質膜31a(図8参照)に対して白金粒子などの酸素
と測定ガス(排気ガス)とを反応させるための触媒を担
持させたものである。
In this example, both sensors A and B are provided with an auxiliary catalyst. First, on the sensor A side, the molecular sieve film 3
1 and the first electrode 21a of the sensor A, the porous film 31b serving as an auxiliary catalyst is different from the porous film 31a of the third embodiment (see FIG. 8) in oxygen such as platinum particles. It carries a catalyst for reacting with the measurement gas (exhaust gas).

【0127】また、センサB側において、ピンホール3
0bと拡散抵抗体膜32との間に、ピンホール30bを
覆うように補助触媒としての多孔質膜32bが介在され
ている。この多孔質膜32bは、本実施形態におけるセ
ンサA側の触媒を担持した多孔質膜31aと同じものに
できる。
On the sensor B side, the pinhole 3
0b and the diffusion resistor film 32, a porous film 32b as an auxiliary catalyst is interposed so as to cover the pinhole 30b. The porous film 32b can be the same as the porous film 31a supporting the catalyst on the sensor A side in the present embodiment.

【0128】このように、センサAでは、補助触媒とし
ての多孔質膜31bは分子ふるい膜31と第1の電極
(触媒電極)21aとの間に介在しており、センサBで
は、補助触媒としての多孔質膜32bは、測定ガスおよ
び酸素を導入する多孔膜としての拡散抵抗体膜32と第
1の電極(触媒電極)21bとの間に介在している。
As described above, in the sensor A, the porous film 31b as the auxiliary catalyst is interposed between the molecular sieving film 31 and the first electrode (catalyst electrode) 21a, and in the sensor B, the auxiliary catalyst is used. The porous film 32b is interposed between the diffusion resistance film 32 as a porous film for introducing the measurement gas and oxygen and the first electrode (catalyst electrode) 21b.

【0129】それによれば、補助触媒31b、32bを
設けることでセンサA、Bの触媒電極21a、21bに
おける酸素と測定ガス(本例では排気ガス)との反応効
率を高めることができる。そのため、検出感度向上にと
って好ましい。
According to this, by providing the auxiliary catalysts 31b and 32b, the reaction efficiency between oxygen and the measurement gas (exhaust gas in this example) in the catalyst electrodes 21a and 21b of the sensors A and B can be increased. Therefore, it is preferable for improving the detection sensitivity.

【0130】さらに、センサA、Bの一方に触媒電極を
設けても良い。これは、両センサA、Bの触媒電極21
a、21bのうち一方が反応効率が悪く、第1の検出信
号と第2の検出信号との比較において誤差が生じるよう
な場合などに効果的である。その場合には、反応効率の
悪い方に補助触媒を設けて反応効率を高めることで両セ
ンサA、Bの反応効率をそろえることができる。
Further, a catalyst electrode may be provided on one of the sensors A and B. This is the catalyst electrode 21 of both sensors A and B.
One of a and 21b is effective in the case where the reaction efficiency is low and an error occurs in the comparison between the first detection signal and the second detection signal. In that case, the reaction efficiency of both the sensors A and B can be made uniform by providing an auxiliary catalyst on the side with lower reaction efficiency to increase the reaction efficiency.

【0131】図11は、補助触媒の具体的な効果を調べ
た結果を示す図であり、上記図10において各多孔質膜
31b、32bに触媒を担持した場合を「補助触媒あ
り」、担持しなかった場合を「補助触媒なし」とした。
図11でも上記図9と同様、測定ガスとして、一酸化炭
素、メタン、エタン、プロパン、イソブタンの5種類を
用いた。また、計測条件も、上記図9と同様とした。
FIG. 11 is a diagram showing the results of examining the specific effect of the auxiliary catalyst. In FIG. 10, the case in which the catalyst is loaded on each of the porous membranes 31b and 32b is “with auxiliary catalyst” and is loaded. When there was not, it was set as "no auxiliary catalyst."
In FIG. 11, as in the case of FIG. 9 described above, five kinds of measurement gases, carbon monoxide, methane, ethane, propane, and isobutane were used. The measurement conditions were also the same as in FIG.

【0132】図11からわかるように、補助触媒なしの
場合では、本例ではセンサBの反応効率が悪く、両セン
サA、B間でHC(特にメタン)の量の差に見合った信
号が得られず、感度に誤差が生じている。一方、補助触
媒ありの場合では、センサBの反応効率が是正されると
もに両センサA、Bで反応効率が向上するため、両セン
サA、B間でHCの量の差に見合った信号が得られてい
る。
As can be seen from FIG. 11, in the case without the auxiliary catalyst, the reaction efficiency of the sensor B was poor in this example, and a signal corresponding to the difference in the amount of HC (especially methane) between the two sensors A and B was obtained. Error occurs in the sensitivity. On the other hand, in the case of using the auxiliary catalyst, the reaction efficiency of the sensor B is corrected and the reaction efficiency of both the sensors A and B is improved. Therefore, a signal corresponding to the difference in the amount of HC between the two sensors A and B is obtained. Has been.

【0133】以上のように、上記各実施形態によれば、
分子ふるい31を具備するとともに、測定ガスを分子ふ
るいに通すことによって測定ガスにおける検出対象ガス
と非検出対象ガスとを分子サイズの違いから分離し、検
出対象ガスが除去された測定ガスが導入される第1のガ
ス検出手段と、測定ガスが分子ふるいに通さずにそのま
ま導入される第2のガス検出手段とからなる一対のガス
検出手段を備えており、この一対のガス検出手段を用い
て、検出対象ガスが除去された測定ガスに基づく第1の
検出信号と、検出対象ガスと非検出対象ガスとが合わさ
った測定ガスに基づく第2の検出信号とを得て、これら
第1の検出信号および第2の検出信号を比較して演算す
ることにより、検出対象ガスの濃度を検出するようにし
たことを特徴とするガス検出装置が提供される。
As described above, according to the above embodiments,
A molecular sieve 31 is provided, and the gas to be detected is separated from the gas to be detected in the gas to be measured from the difference in molecular size by passing the gas to be measured through the molecular sieve, and the gas to be detected from which the gas to be detected is removed is introduced. A pair of gas detecting means comprising a first gas detecting means and a second gas detecting means into which the measuring gas is introduced as it is without passing through the molecular sieve. The pair of gas detecting means is used. A first detection signal based on the measurement gas from which the detection target gas has been removed, and a second detection signal based on the measurement gas that is a combination of the detection target gas and the non-detection target gas, and these first detection signals are obtained. There is provided a gas detection device characterized in that the concentration of the gas to be detected is detected by comparing and calculating the signal and the second detection signal.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係るガス検出装置の概
略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas detection device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】上記第1実施形態におけるガス検出動作を説明
するための説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a gas detection operation in the first embodiment.

【図3】上記第1実施形態に係るガス検出装置のシステ
ム構成の一例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a system configuration of the gas detection device according to the first embodiment.

【図4】上記第1実施形態の変形例としてのガス検出装
置を示す概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a gas detection device as a modified example of the first embodiment.

【図5】本発明の第2実施形態に係るガス検出装置の概
略断面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a gas detection device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】上記図5に示したガス検出装置のシステム構成
の一例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a system configuration of the gas detection device shown in FIG.

【図7】上記第2実施形態の変形例としてのガス検出装
置を示す概略断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a gas detection device as a modified example of the second embodiment.

【図8】本発明の第3実施形態に係るガス検出装置の概
略断面図である。
FIG. 8 is a schematic sectional view of a gas detection device according to a third embodiment of the present invention.

【図9】調整手段としてのピンホールによって第1の検
出手段の触媒電極に到達する酸素の量と第2の検出手段
の触媒電極に到達する酸素の量とを同程度にした効果を
具体的に示す図である。
FIG. 9 shows a specific effect of making the amount of oxygen reaching the catalyst electrode of the first detecting means and the amount of oxygen reaching the catalyst electrode of the second detecting means to be approximately the same by the pinhole as the adjusting means. FIG.

【図10】本発明の第4実施形態に係るガス検出装置の
概略断面図である。
FIG. 10 is a schematic sectional view of a gas detection device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図11】補助触媒の具体的な効果を調べた結果を示す
図である。
FIG. 11 is a diagram showing a result of examining a specific effect of an auxiliary catalyst.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21、21a、21b…第1の電極、22…第2の電
極、31…分子ふるい膜、31b、32b…補助触媒と
しての多孔質膜、32…多孔膜としての拡散抵抗体膜。
21, 21a, 21b ... First electrode, 22 ... Second electrode, 31 ... Molecular sieving film, 31b, 32b ... Porous film as auxiliary catalyst, 32 ... Diffusion resistor film as porous film.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 測定ガスのうち特定の種類のガスの濃度
を検出するガス検出装置において、 一対のガス検出手段を備えており、 第1のガス検出手段は、分子ふるい(31)を具備する
とともに、前記測定ガスを前記分子ふるいに通すことに
よって前記測定ガスにおける検出対象ガスと非検出対象
ガスとを分子サイズの違いから分離し、前記検出対象ガ
スが除去された前記測定ガスに基づく第1の検出信号を
得るためのものであり、 第2のガス検出手段は、前記測定ガスを前記分子ふるい
に通さずに導入し、前記検出対象ガスと前記非検出対象
ガスとが合わさった前記測定ガスに基づく第2の検出信
号を得るためのものであり、 前記第1の検出信号と前記第2の検出信号とを比較して
演算することにより、前記検出対象ガスの濃度を検出す
るようにしたことを特徴とするガス検出装置。
1. A gas detection device for detecting the concentration of a gas of a specific type among measurement gases, comprising a pair of gas detection means, and the first gas detection means comprises a molecular sieve (31). At the same time, the gas to be detected and the non-gas to be detected in the measurement gas are separated from the difference in molecular size by passing the measurement gas through the molecular sieve, and the first gas based on the measurement gas from which the detection gas has been removed. The second gas detection means introduces the measurement gas without passing through the molecular sieve, and combines the detection target gas and the non-detection target gas with the measurement gas. To obtain a second detection signal based on the above, and to detect the concentration of the gas to be detected by comparing and operating the first detection signal and the second detection signal. Gas detecting apparatus characterized by was Unishi.
【請求項2】 前記第2のガス検出手段は、クヌッセン
拡散により前記測定ガスが拡散しうるが、分子ふるい機
能を持たない多孔膜(32)を介して前記測定ガスを導
入するものであることを特徴とする請求項1に記載のガ
ス検出装置。
2. The second gas detection means introduces the measurement gas through a porous membrane (32) which can diffuse the measurement gas by Knudsen diffusion but does not have a molecular sieving function. The gas detection device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記第1および第2の検出手段は、とも
に、導入された酸素と前記測定ガスとを反応させるため
の触媒電極(21、22、21a、21b)を有するも
のであり、 前記第1の検出信号は、前記第1の検出手段の前記触媒
電極における酸素と前記測定ガスとの反応に基づく信号
であり、 前記第2の検出信号は、前記第2の検出手段の前記触媒
電極における酸素と前記測定ガスとの反応に基づく信号
であり、 前記第1の検出手段の前記触媒電極に到達する酸素の量
と前記第2の検出手段の前記触媒電極に到達する酸素の
量とを同程度にする調整手段(30b)が設けられてい
ることを特徴とする請求項1または2に記載のガス検出
装置。
3. The first and second detecting means both have catalyst electrodes (21, 22, 21a, 21b) for reacting the introduced oxygen with the measurement gas, and The first detection signal is a signal based on a reaction between oxygen and the measurement gas in the catalyst electrode of the first detection means, and the second detection signal is the catalyst electrode of the second detection means. Is a signal based on the reaction between oxygen and the measurement gas in, the amount of oxygen reaching the catalyst electrode of the first detection means and the amount of oxygen reaching the catalyst electrode of the second detection means The gas detection device according to claim 1 or 2, further comprising adjustment means (30b) for making the same degree.
【請求項4】 前記調整手段は、酸素および前記測定ガ
スが通過するピンホール(30b)であることを特徴と
する請求項3に記載のガス検出装置。
4. The gas detection device according to claim 3, wherein the adjusting means is a pinhole (30b) through which oxygen and the measurement gas pass.
【請求項5】 前記第1および第2の検出手段は、とも
に、導入された酸素と前記測定ガスとを反応させるため
の触媒電極(21、22、21a、21b)を有するも
のであり、 前記第1の検出信号は、前記第1の検出手段の前記触媒
電極における酸素と前記測定ガスとの反応に基づく信号
であり、 前記第2の検出信号は、前記第2の検出手段の前記触媒
電極における酸素と前記測定ガスとの反応に基づく信号
であり、 前記第1の検出手段および前記第2の検出手段の少なく
とも一方には、当該検出手段の前記触媒電極以外に酸素
と前記測定ガスとを反応させるための補助触媒(31
b、32b)が設けられていることを特徴とする請求項
1または2に記載のガス検出装置。
5. The first and second detecting means both have a catalyst electrode (21, 22, 21a, 21b) for reacting the introduced oxygen with the measurement gas, The first detection signal is a signal based on a reaction between oxygen and the measurement gas in the catalyst electrode of the first detection means, and the second detection signal is the catalyst electrode of the second detection means. Is a signal based on the reaction between oxygen and the measurement gas, and at least one of the first detection means and the second detection means, oxygen and the measurement gas other than the catalyst electrode of the detection means. Auxiliary catalyst for reaction (31
b, 32b) are provided, The gas detection apparatus of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
【請求項6】 前記補助触媒(31b)は前記第1の検
出手段に設けられるとともに、前記分子ふるい(31)
と前記触媒電極(21a)との間に介在していることを
特徴とする請求項5に記載のガス検出装置。
6. The auxiliary catalyst (31b) is provided in the first detecting means and the molecular sieve (31).
The gas detection device according to claim 5, wherein the gas detection device is interposed between the catalyst electrode and the catalyst electrode (21a).
【請求項7】 前記第2の検出手段は多孔膜(32)を
介して前記測定ガスおよび酸素を導入するものであり、 前記補助触媒(32b)は前記第2の検出手段に設けら
れるとともに、前記多孔膜と前記触媒電極(21b)と
の間に介在していることを特徴とする請求項5に記載の
ガス検出装置。
7. The second detection means is for introducing the measurement gas and oxygen through a porous membrane (32), and the auxiliary catalyst (32b) is provided in the second detection means. The gas detection device according to claim 5, wherein the gas detection device is interposed between the porous film and the catalyst electrode (21b).
【請求項8】 前記一対のガス検出手段は、電気化学式
センサを用いたものであることを特徴とする請求項1な
いし7のいずれか一つに記載のガス検出装置。
8. The gas detection device according to claim 1, wherein the pair of gas detection means uses an electrochemical sensor.
【請求項9】 前記一対のガス検出手段は、単一の電気
化学素子を用いたものであり、 この電気化学素子における一対の電極(21、22)の
うちどちらか一方の電極(21)を覆うように前記分子
ふるい(31)が設けられており、 前記電気化学素子における一対の電極に印加する印加電
圧の極性を切り替えることで前記第1の検出信号と前記
第2の検出信号とを得るようにしたことを特徴とする請
求項8に記載のガス検出装置。
9. The pair of gas detection means uses a single electrochemical element, and one of the pair of electrodes (21, 22) in the electrochemical element is connected to one of the electrodes (21). The molecular sieve (31) is provided so as to cover, and the first detection signal and the second detection signal are obtained by switching the polarity of the applied voltage applied to the pair of electrodes in the electrochemical device. The gas detection device according to claim 8, wherein the gas detection device is configured as described above.
【請求項10】 前記一対のガス検出手段は、半導体式
センサを用いたものであることを特徴とする請求項1な
いし7のいずれか一つに記載のガス検出装置。
10. The gas detection device according to claim 1, wherein the pair of gas detection means use semiconductor type sensors.
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