JP2008304383A - Gas concentration detector - Google Patents

Gas concentration detector Download PDF

Info

Publication number
JP2008304383A
JP2008304383A JP2007153005A JP2007153005A JP2008304383A JP 2008304383 A JP2008304383 A JP 2008304383A JP 2007153005 A JP2007153005 A JP 2007153005A JP 2007153005 A JP2007153005 A JP 2007153005A JP 2008304383 A JP2008304383 A JP 2008304383A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor
current detection
voltage
operational amplifier
resistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007153005A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeyuki Ohira
茂之 大平
Yasuo Kakuzen
安夫 覚前
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2007153005A priority Critical patent/JP2008304383A/en
Publication of JP2008304383A publication Critical patent/JP2008304383A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas concentration detector improving the detection precision of a sensor current in a monitor cell performing the detection of the sensor current and the measurement of an element impedance so as to change over them, and also improving the concentration detection precision of NOx. <P>SOLUTION: The sensor current flowing through the sensor current detecting resistor Rm provided to a sensor current detection circuit 6, is detected in the monitor cell 2C of the gas concentration detector 1, while a change in the current flowing through the impedance measuring resistor Ri provided to the sensor current detection circuit 6 at the time of sweeping of voltage, is detected by an impedance measuring circuit 7 to measure an element impedance. In the impedance measuring circuit 7, the clamp current to flow through a diode D1 by receiving the effect due to AC noise such as high-frequency noise or the like is prevented from flowing through the sensor current detecting resistor Rm, by an operational amplifier OP7 for a buffer, when the sensor current is detected. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガス濃度検出装置に関し、特に、ポンプセル又はモニタセルのガスセンサ素子の素子インピーダンス（又は素子アドミタンス）を測定するインピーダンス測定回路に関する。   The present invention relates to a gas concentration detection apparatus, and more particularly to an impedance measurement circuit that measures an element impedance (or element admittance) of a gas sensor element of a pump cell or a monitor cell.

例えば、車両の排ガス等の被測定ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）濃度を検出する際には、固体電解質体の両表面にそれぞれ電極を設けてなるガスセンサ素子によって、被測定ガス中の酸素濃度を調整するためのポンプセルと、ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中のＮＯｘ濃度を測定するためのセンサセルと、ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセンサセルとを構成したガス濃度検出装置を用いる。そして、ガス濃度検出装置においては、ポンプセルによって、被測定ガス中の残存酸素濃度を極力少なくし、この酸素濃度調整後の被測定ガスがセンサセル及びモニタセルに供給されたとき、センサセルに流れるセンサ電流とモニタセルに流れるセンサ電流との差分を検出することによって、ＮＯｘ濃度を求めている。   For example, when detecting the concentration of NOx (nitrogen oxide) contained in a gas to be measured such as exhaust gas from a vehicle, the gas sensor element in which electrodes are provided on both surfaces of the solid electrolyte body respectively, A pump cell for adjusting the oxygen concentration, a sensor cell for measuring the NOx concentration in the measured gas after the oxygen concentration is adjusted by the pump cell, and a measured gas after the oxygen concentration is adjusted by the pump cell A gas concentration detection device comprising a monitor sensor cell for monitoring the oxygen concentration therein is used. In the gas concentration detection device, the pump cell reduces the residual oxygen concentration in the gas to be measured as much as possible. When the gas to be measured after the oxygen concentration adjustment is supplied to the sensor cell and the monitor cell, the sensor current flowing in the sensor cell The NOx concentration is obtained by detecting the difference from the sensor current flowing through the monitor cell.

また、ガス濃度検出装置においては、ポンプセル、センサセル及びモニタセルのガスセンサ素子によるセンサ出力を安定させるために、ヒータ素子に通電を行って、当該ガスセンサ素子の温度を所定の温度に保つようにしている。
例えば、特許文献１のガス濃度検出装置においては、被検出ガス中の余剰酸素を排出するポンプセル（第１セル）と、余剰酸素排出後のガス成分から特定成分の濃度に応じた電流を流すセンサセル（第２セル）と、ポンプセル及びセンサセルを加熱するヒータとを備えるガス濃度センサを用い、制御回路によって、センサセルの内部抵抗（素子インピーダンス）を検出し、この検出した内部抵抗に基づいてヒータの通電を制御することが開示されている。また、制御回路は、センサセルの印加電圧を交流的に変化させて、センサセルの素子インピーダンスを検出し、この検出したセンサセルの素子インピーダンスに基づいてヒータの通電を制御している。これによれば、被検出ガスの温度変動や流速の変化があっても、常に所定のガス濃度検出精度を確保することができる。 Further, in the gas concentration detection device, in order to stabilize the sensor output by the gas sensor elements of the pump cell, sensor cell, and monitor cell, the heater element is energized to keep the temperature of the gas sensor element at a predetermined temperature.
For example, in the gas concentration detection device of Patent Document 1, a pump cell (first cell) that discharges excess oxygen in a gas to be detected, and a sensor cell that passes a current according to the concentration of a specific component from the gas component after discharging excess oxygen. (Second cell) and a gas concentration sensor including a heater that heats the pump cell and the sensor cell, the control circuit detects the internal resistance (element impedance) of the sensor cell, and the heater is energized based on the detected internal resistance. Is disclosed. The control circuit detects the element impedance of the sensor cell by changing the applied voltage of the sensor cell in an alternating manner, and controls the energization of the heater based on the detected element impedance of the sensor cell. According to this, it is possible to always ensure a predetermined gas concentration detection accuracy even if there is a temperature variation or a flow velocity change of the gas to be detected.

また、特許文献２のガス濃度検出装置においては、モニタセルに流れる電流を検出していないタイミングを利用して、素子抵抗検出手段によってセンサ電流の検出から素子抵抗の検出に切り替え、モニタセルに対して所定の交流電圧を掃引して、モニタセルの素子抵抗を検出することが開示されている。また、モニタセルには、大小２種類の抵抗を並列接続してなる電流検出抵抗を接続し、センサ電流を検出する際の抵抗値と、素子抵抗を検出する際の抵抗値とを切り替えることが開示されている。
また、特許文献３のガス濃度検出装置においては、計測手段によって、交流変化付与手段によってセンサ素子に印加した交流電圧の変化を計測し、この交流電圧の変化におけるピーク電圧を、ピークホールド回路を介して取得することが開示されている。 Further, in the gas concentration detection device of Patent Document 2, using the timing when the current flowing through the monitor cell is not detected, the element resistance detection means switches from detection of the sensor current to detection of the element resistance, and the monitor cell is predetermined. It is disclosed that the element resistance of the monitor cell is detected by sweeping the AC voltage. Further, it is disclosed that a current detection resistor formed by connecting two types of large and small resistors in parallel is connected to the monitor cell, and a resistance value for detecting the sensor current and a resistance value for detecting the element resistance are switched. Has been.
Moreover, in the gas concentration detection apparatus of patent document 3, the measurement means measures the change in the AC voltage applied to the sensor element by the AC change applying means, and the peak voltage in the change in the AC voltage is passed through the peak hold circuit. Is obtained.

ところで、ＭＯＳ型ＦＥＴ等のスイッチング素子によって、センサ電流の検出と、素子インピーダンスの検出とを切り替える際には、スイッチングによるノイズが発生するおそれがある。そのため、素子インピーダンスの測定回路においては、上記ノイズを吸収するためのダイオードを設けることが考えられる。
しかしながら、センサ電流を検出する際に、素子インピーダンスの測定回路はセンサ電流の検出回路と繋がっており、高周波ノイズ等の交流ノイズがモニタセルの電極等に乗ったときには、素子インピーダンスの測定回路に設けたダイオードに流れるクランプ電流がセンサ電流の検出回路に流れてしまうおそれがある。この場合には、センサ電流の検出精度が悪化してしまうおそれがある。特に、ＮＯｘ濃度を検出するガス濃度検出装置においては、ｐｐｍオーダーのＮＯｘ濃度を検出するために、数十〜数百ｎＡ程度の微小なセンサ電流を検出する必要があり、センサ電流の検出精度の悪化は深刻な問題となる。 By the way, when switching between detection of sensor current and detection of element impedance by a switching element such as a MOS FET, noise due to switching may occur. Therefore, it is conceivable to provide a diode for absorbing the noise in the element impedance measurement circuit.
However, when the sensor current is detected, the element impedance measurement circuit is connected to the sensor current detection circuit. When AC noise such as high-frequency noise rides on the electrodes of the monitor cell, the element impedance measurement circuit is provided. There is a possibility that the clamp current flowing in the diode flows in the sensor current detection circuit. In this case, the detection accuracy of the sensor current may be deteriorated. In particular, in a gas concentration detection device that detects NOx concentration, in order to detect NOx concentration in the order of ppm, it is necessary to detect a minute sensor current of about several tens to several hundreds nA, and the detection accuracy of the sensor current is improved. Deterioration is a serious problem.

特開２０００−１７１４３９号公報JP 2000-171439 A 特開２００２−３７２５１４号公報JP 2002-372514 A 特開２００６−３４３３０６号公報JP 2006-343306 A

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、センサ電流の検出と素子インピーダンスの測定とを切り替えて行うモニタセルにおいて、センサ電流の検出精度を向上させることができ、しいてはＮＯｘ濃度の検出精度を向上させることができるガス濃度検出装置を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a conventional problem, and in a monitor cell that switches between detection of sensor current and measurement of element impedance, the detection accuracy of sensor current can be improved, and in addition, NOx. An object of the present invention is to provide a gas concentration detection device capable of improving the concentration detection accuracy.

本発明は、酸素イオン透過性を有する固体電解質体の両表面にそれぞれ電極を設けてなるガスセンサ素子を有し、
該ガスセンサ素子によって、ＮＯｘ不活性の電極を備え排ガス中の酸素濃度を調整するためのポンプセルと、ＮＯｘ活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の排ガス中のＮＯｘ濃度を測定するためのセンサセルと、ＮＯｘ不活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の排ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセンサセルとを構成してなるガス濃度検出装置において、
上記モニタセルは、その素子インピーダンス（又は素子アドミタンス、以下同様。）の測定を兼用するセルとし、当該モニタセルの一方の電極には、基準電圧源を接続し、当該モニタセルの他方の電極には、センサ電流検出回路を接続してなり、
該センサ電流検出回路は、指令電圧源と、
該指令電圧源による電圧を上記モニタセルの他方の電極に印加するための電流検出用オペアンプと、
該電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの他方の電極との間に設けたセンサ電流検出用抵抗と、
該センサ電流検出用抵抗に流れる電流を検出するためのセンサ電流検出手段と、
上記電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの他方の電極との間において上記センサ電流検出用抵抗と並列に接続したインピーダンス測定用抵抗と、
該インピーダンス測定用抵抗を設けた切替用配線の導通状態と非導通状態とを切り替えるためのスイッチング素子とを有しており、
上記指令電圧源には、上記スイッチング素子によって上記切替用配線を導通させた状態において、上記電流検出用オペアンプに上記素子インピーダンスを測定するための交流電圧を印加する掃引手段が設けてあり、
上記切替用配線には、上記掃引手段による上記交流電圧の印加によって上記インピーダンス測定用抵抗に流れる電流の変化を測定するためのインピーダンス測定回路が接続してあり、
該インピーダンス測定回路を構成するインピーダンス測定用配線には、上記素子インピーダンスの測定に不要なノイズを除去するためのハイパスフィルタと、
上記スイッチング素子のスイッチングを行う際に生ずるノイズを除去するために、上記インピーダンス測定用配線とグラウンド電位との間に、アノード端子をグラウンド電位側にして接続したダイオードと、
上記ハイパスフィルタ及び上記ダイオードの下流側に接続し、上記インピーダンス測定用抵抗に流れる電流の変化により生じた電圧の最大値を保持するためのピークホールド手段とが設けてあり、
上記インピーダンス測定用配線において、上記ハイパスフィルタの上流側には、上記インピーダンス測定用抵抗に流れる電流の変化により生じた電圧を上記ハイパスフィルタへ出力するバッファ用オペアンプが設けてあり、
上記センサ電流検出手段によって上記センサ電流検出用抵抗に流れる電流を検出する際に、上記バッファ用オペアンプにより、交流ノイズによる影響を受けて上記ダイオードに流れるクランプ電流が上記センサ電流検出用抵抗へ流れ込むことを防止したことを特徴とするガス濃度検出装置にある（請求項１）。 The present invention has a gas sensor element in which electrodes are provided on both surfaces of a solid electrolyte body having oxygen ion permeability,
With this gas sensor element, a NOx inactive electrode is provided to adjust the oxygen concentration in the exhaust gas, and an NOx active electrode is provided to measure the NOx concentration in the exhaust gas after the oxygen concentration is adjusted by the pump cell. In a gas concentration detection device comprising a sensor cell for performing an NOx inert electrode and a monitor sensor cell for monitoring the oxygen concentration in the exhaust gas after adjusting the oxygen concentration by the pump cell,
The monitor cell is a cell that is also used for measuring the element impedance (or element admittance, the same applies hereinafter), a reference voltage source is connected to one electrode of the monitor cell, and a sensor is connected to the other electrode of the monitor cell. Connect the current detection circuit,
The sensor current detection circuit includes a command voltage source,
An operational amplifier for current detection for applying a voltage from the command voltage source to the other electrode of the monitor cell;
A sensor current detection resistor provided between the output terminal of the current detection operational amplifier and the other electrode of the monitor cell;
Sensor current detection means for detecting a current flowing through the sensor current detection resistor;
An impedance measurement resistor connected in parallel with the sensor current detection resistor between the output terminal of the current detection operational amplifier and the other electrode of the monitor cell;
A switching element for switching between a conductive state and a non-conductive state of the switching wiring provided with the impedance measuring resistor;
The command voltage source is provided with sweeping means for applying an AC voltage for measuring the element impedance to the current detection operational amplifier in a state where the switching wiring is conducted by the switching element.
The switching wiring is connected to an impedance measuring circuit for measuring a change in the current flowing through the impedance measuring resistor by the application of the alternating voltage by the sweep means,
In the impedance measurement wiring constituting the impedance measurement circuit, a high-pass filter for removing noise unnecessary for the measurement of the element impedance, and
In order to remove noise generated when switching the switching element, a diode connected with the anode terminal on the ground potential side between the impedance measurement wiring and the ground potential;
Peak hold means for holding the maximum value of the voltage generated by the change of the current flowing through the impedance measurement resistor connected to the high pass filter and the downstream side of the diode is provided,
In the impedance measurement wiring, on the upstream side of the high-pass filter, there is provided a buffer operational amplifier that outputs a voltage generated by a change in the current flowing through the impedance measurement resistor to the high-pass filter.
When the current flowing through the sensor current detection resistor is detected by the sensor current detection means, the buffer operational amplifier causes the clamp current flowing through the diode to flow into the sensor current detection resistor due to the influence of AC noise. The gas concentration detection device is characterized in that the above is prevented.

本発明のガス濃度検出装置は、ＮＯｘ（窒素酸化物）濃度を検出するものであると共に、モニタセルにおいて、センサ電流の検出と素子インピーダンス（又は素子アドミタンス、以下同様。）の測定とを切り替えて行うことができるものである。そして、センサ電流の検出を行う際に、インピーダンス測定回路からセンサ電流検出回路に高周波ノイズ等の交流ノイズによるノイズ電流が流れて、センサ電流の検出精度を悪化させることを防止する工夫を行っている。   The gas concentration detection apparatus of the present invention detects NOx (nitrogen oxide) concentration, and in a monitor cell, switches between detection of sensor current and measurement of element impedance (or element admittance, the same applies hereinafter). It is something that can be done. And, when detecting the sensor current, a measure is taken to prevent the noise current caused by AC noise such as high-frequency noise from flowing from the impedance measurement circuit to the sensor current detection circuit and degrading the detection accuracy of the sensor current. .

具体的には、本発明のガス濃度検出装置は、モニタセルにおいて、センサ電流の検出と素子インピーダンスの測定とを行うよう構成してあり、センサ電流の検出を行う際には、センサ電流検出回路におけるスイッチング素子によって、インピーダンス測定用抵抗を設けた切替用配線を非導通状態にしておく。次いで、基準電圧源による電圧と指令電圧源による電圧との差分電圧が、モニタセルに印加されたときには、センサ電流検出回路におけるセンサ電流検出用抵抗には、例えば、数十〜数百ｎＡの微小なセンサ電流が流れる。そして、センサ電流検出手段により、センサ電流検出用抵抗に流れる電流を検出することができる。   Specifically, the gas concentration detection device of the present invention is configured to detect the sensor current and measure the element impedance in the monitor cell, and in the sensor current detection circuit, The switching wiring provided with the impedance measuring resistor is made non-conductive by the switching element. Next, when a differential voltage between the voltage by the reference voltage source and the voltage by the command voltage source is applied to the monitor cell, the sensor current detection resistor in the sensor current detection circuit has a minute resistance of, for example, several tens to several hundreds nA. Sensor current flows. The current flowing through the sensor current detection resistor can be detected by the sensor current detection means.

このとき、センサ電流検出用抵抗を設けた切替用配線には、インピーダンス測定回路が繋がっており、高周波ノイズ等の交流ノイズがモニタセルの他方の電極等に乗り、インピーダンス測定回路におけるダイオードにクランプ電流が流れるときには、このクランプ電流を、インピーダンス測定回路におけるバッファ用オペアンプの出力端子へ吸収させることができる。
これにより、ダイオードに流れるクランプ電流が、センサ電流検出回路におけるセンサ電流検出用抵抗へ流れることを防止することができる。そのため、センサ電流検出手段によるセンサ電流の検出精度を向上させることができ、センサセルに流れるセンサ電流の電流値とモニタセルに流れるセンサ電流の電流値との差分より、ＮＯｘ濃度を求める際には、このＮＯｘ濃度の検出精度を向上させることができる。 At this time, the impedance measurement circuit is connected to the switching wiring provided with the sensor current detection resistor, AC noise such as high frequency noise rides on the other electrode of the monitor cell, and the clamp current is applied to the diode in the impedance measurement circuit. When flowing, the clamp current can be absorbed by the output terminal of the buffer operational amplifier in the impedance measurement circuit.
Thereby, it is possible to prevent the clamp current flowing through the diode from flowing to the sensor current detection resistor in the sensor current detection circuit. Therefore, the detection accuracy of the sensor current by the sensor current detection means can be improved, and when obtaining the NOx concentration from the difference between the current value of the sensor current flowing through the sensor cell and the current value of the sensor current flowing through the monitor cell, The detection accuracy of the NOx concentration can be improved.

また、モニタセルにおいて、素子インピーダンスの測定を行う際には、センサ電流検出回路におけるスイッチング素子によって、インピーダンス測定用抵抗を設けた切替用配線を導通状態にする。
次いで、指令電圧源に設けた掃引手段によって、電流検出用オペアンプに交流電圧を印加する。このとき、基準電圧源による電圧と、掃引手段による交流電圧との差分による電圧がモニタセルに印加され、モニタセル及びインピーダンス測定用抵抗に電流が流れる。そして、インピーダンス測定回路においては、ピークホールド手段によって、インピーダンス測定用抵抗に流れる電流の変化により生じた電圧の最大値を保持する。 Further, in the monitor cell, when the element impedance is measured, the switching wiring provided with the impedance measurement resistor is made conductive by the switching element in the sensor current detection circuit.
Next, an AC voltage is applied to the current detection operational amplifier by the sweep means provided in the command voltage source. At this time, a voltage resulting from the difference between the voltage from the reference voltage source and the AC voltage from the sweep means is applied to the monitor cell, and a current flows through the monitor cell and the impedance measuring resistor. In the impedance measurement circuit, the maximum value of the voltage generated by the change in the current flowing through the impedance measurement resistor is held by the peak hold means.

より具体的には、インピーダンス測定用抵抗に流れる電流による電圧変化は、インピーダンス測定回路を構成するインピーダンス測定用配線において、バッファ用オペアンプを経由し、ハイパスフィルタによって、素子インピーダンスの測定に不要なノイズ（低周波ノイズ）が除去され、ダイオードによって、スイッチング素子のスイッチングを行う際に生ずるノイズが除去された後、ピークホールド手段によって電圧の最大値として保持される。そして、この電圧の最大値を用いて、モニタセルの素子インピーダンスを安定して測定することができる。   More specifically, the voltage change due to the current flowing through the impedance measurement resistor is caused by noise (unnecessary for measuring the element impedance by the high-pass filter via the buffer operational amplifier in the impedance measurement wiring constituting the impedance measurement circuit. Low frequency noise) is removed, and noise generated when the switching element is switched by the diode is removed, and then the maximum voltage value is held by the peak hold means. And the element impedance of a monitor cell can be stably measured using the maximum value of this voltage.

このように、本発明のガス濃度検出装置によれば、センサ電流の検出と素子インピーダンスの測定とを切り替えて行うモニタセルにおいて、センサ電流の検出精度を向上させることができ、しいてはＮＯｘ濃度の検出精度を向上させることができる。   As described above, according to the gas concentration detection device of the present invention, the detection accuracy of the sensor current can be improved in the monitor cell that switches between the detection of the sensor current and the measurement of the element impedance. Detection accuracy can be improved.

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記インピーダンス測定用抵抗は、上記センサ電流検出用抵抗よりも抵抗値が小さいものを用いることが好ましい。特に、センサ電流検出用抵抗に流れるセンサ電流は、数十〜数百ｎＡであるのに対し、インピーダンス測定用抵抗に流れる掃引電流（交流電流）は、数ｍＡ程度であり、インピーダンス測定用抵抗とセンサ電流検出用抵抗とは、センサ電流と掃引電流との差に応じた抵抗値とすることができる。例えば、インピーダンス測定用抵抗の抵抗値は、数百Ωとすることができ、センサ電流検出用抵抗の抵抗値は、数百〜数千ｋΩとすることができる。
また、素子アドミタンス（Ｓ）は、素子インピーダンス（Ω）の逆数であり、上記インピーダンス測定回路においては、いずれを測定することもできる。 A preferred embodiment of the present invention described above will be described.
In the present invention, it is preferable that the impedance measuring resistor has a smaller resistance value than the sensor current detecting resistor. In particular, the sensor current flowing through the sensor current detection resistor is several tens to several hundreds nA, whereas the sweep current (alternating current) flowing through the impedance measurement resistor is about several mA, The sensor current detection resistor can have a resistance value corresponding to the difference between the sensor current and the sweep current. For example, the resistance value of the impedance measurement resistor can be several hundred Ω, and the resistance value of the sensor current detection resistor can be several hundred to several thousand kΩ.
The element admittance (S) is the reciprocal of the element impedance (Ω), and any of them can be measured in the impedance measurement circuit.

また、上記切替用配線には、上記インピーダンス測定用抵抗に流れる電流の変化により生じた電圧を監視するための電圧モニタ用オペアンプが、上記インピーダンス測定回路と並列に接続してあり、上記電圧モニタ用オペアンプは、上記バッファ用オペアンプを兼用することができる（請求項２）。
この場合には、電圧モニタ用オペアンプを流用することにより、バッファ用オペアンプを容易に形成することができる。
なお、バッファ用オペアンプは、電圧モニタ用オペアンプとは別に設けることもできる。 In addition, a voltage monitoring operational amplifier for monitoring a voltage generated by a change in the current flowing through the impedance measuring resistor is connected to the switching wiring in parallel with the impedance measuring circuit. An operational amplifier can also be used as the buffer operational amplifier.
In this case, the buffer operational amplifier can be easily formed by diverting the voltage monitoring operational amplifier.
The buffer operational amplifier may be provided separately from the voltage monitoring operational amplifier.

また、上記ピークホールド手段は、上記ハイパスフィルタ及び上記ダイオードの下流側に接続したボルテージフォロアを構成するピークホールド用オペアンプと、該ピークホールド用オペアンプの出力端子とグラウンド電位との間に接続したピーク電圧検出用コンデンサと、該ピーク電圧検出用コンデンサから上記ピークホールド用オペアンプの出力端子への電流リークを防止するためのダイオードとを有していることが好ましい（請求項３）。
この場合には、ピークホールド手段を容易に形成することができる。 The peak hold means includes a peak hold operational amplifier constituting a voltage follower connected downstream of the high pass filter and the diode, and a peak voltage connected between an output terminal of the peak hold operational amplifier and a ground potential. It is preferable to include a detection capacitor and a diode for preventing current leakage from the peak voltage detection capacitor to the output terminal of the peak hold operational amplifier.
In this case, the peak hold means can be easily formed.

なお、インピーダンス測定用配線において、ピークホールド手段の上流側には、インピーダンス測定回路において素子インピーダンスの測定を行わないときに、インピーダンス測定用配線をグラウンド電位にしておくためのスイッチング素子を設け、ピークホールド手段の下流側には、インピーダンス測定回路において素子インピーダンスの測定が終わったときに、ピークホールド手段によって保持した電圧をリセット（ほぼゼロ）にするためのスイッチング素子を設けることができる。   In the impedance measurement wiring, a switching element is provided on the upstream side of the peak hold means to keep the impedance measurement wiring at the ground potential when the impedance measurement circuit does not measure the element impedance. On the downstream side of the means, a switching element for resetting (substantially zero) the voltage held by the peak hold means when the measurement of the element impedance is finished in the impedance measurement circuit can be provided.

また、上記電流検出用オペアンプは、上記指令電圧源による電圧を上記モニタセルの他方の電極に印加するボルテージフォロアを構成しており、上記センサ電流検出用抵抗は、上記電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの他方の電極との間に接続してあり、上記指令電圧源による電圧は、上記基準電圧源による電圧よりも低く設定してあり、上記センサ電流検出手段は、上記モニタセルの他方の電極から上記センサ電流検出用抵抗を経由して上記電流検出用オペアンプの出力端子へ流れるセンサ電流を、上記センサ電流検出用抵抗の抵抗値と、上記センサ電流検出用抵抗の両端の電圧の差分とに基づいて求めるよう構成することができる（請求項４）。
この場合には、センサ電流検出手段によって、センサ電流検出用抵抗に流れるセンサ電流を安定して求めることができる。 The current detection operational amplifier constitutes a voltage follower that applies a voltage from the command voltage source to the other electrode of the monitor cell, and the sensor current detection resistor is connected to an output terminal of the current detection operational amplifier. The voltage from the command voltage source is set lower than the voltage from the reference voltage source, and the sensor current detecting means is connected to the other electrode of the monitor cell. Sensor current flowing from the sensor current detection resistor to the output terminal of the current detection operational amplifier into a resistance value of the sensor current detection resistor and a voltage difference between both ends of the sensor current detection resistor. It can comprise so that it may obtain | require based on (Claim 4).
In this case, the sensor current flowing through the sensor current detection resistor can be stably obtained by the sensor current detection means.

また、上記ガスセンサ素子には、通電によって発熱するヒータ素子が積層してあり、該ヒータ素子には、制御用マイコンからの指令を受けて当該ヒータ素子へ通電を行い、上記ガスセンサ素子の温度を制御するためのヒータ出力回路が接続してあり、上記制御用マイコンは、上記インピーダンス測定回路における上記ピークホールド手段からの出力電圧を受けて、上記モニタセルにおける素子インピーダンス（又は素子アドミタンス）を求め、該素子インピーダンス（又は素子アドミタンス）の値に基づいて、上記ヒータ出力回路へ出力する信号を変化させるよう構成することが好ましい（請求項５）。
この場合には、制御用マイコンは、素子インピーダンスの値から、センサ素子の温度を求めることができ、ヒータ出力回路及びヒータ素子によって、センサ素子の温度が、限界電流特性を安定して発揮するための所定の目標温度になるよう制御することができる。 The gas sensor element is laminated with a heater element that generates heat when energized. The heater element receives a command from a control microcomputer and energizes the heater element to control the temperature of the gas sensor element. A heater output circuit is connected, and the control microcomputer receives an output voltage from the peak hold means in the impedance measurement circuit, obtains an element impedance (or element admittance) in the monitor cell, and It is preferable that the signal output to the heater output circuit is changed based on the value of impedance (or element admittance).
In this case, the control microcomputer can obtain the temperature of the sensor element from the value of the element impedance, and the temperature of the sensor element exhibits the limit current characteristics stably by the heater output circuit and the heater element. It is possible to control so as to reach a predetermined target temperature.

以下に、本発明の実施例につき、図面と共に説明する。
本例のガス濃度検出装置１は、図１〜図３に示すごとく、酸素イオン透過性を有する固体電解質体の両表面にそれぞれ電極を設けてなるガスセンサ素子２と、通電によって発熱するヒータ素子３とを有している。ガス濃度検出装置１は、ガスセンサ素子２によって、ＮＯｘ不活性の電極２０１、２０２を備え被測定ガスＧ中の酸素濃度を調整するためのポンプセル２Ａと、ＮＯｘ活性の電極２０３及びＮＯｘ不活性の電極２０４を備えポンプセル２Ａによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガスＧ中のＮＯｘ濃度を測定するためのセンサセル２Ｂと、ＮＯｘ不活性の電極２０５、２０６を備えポンプセル２Ａによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガスＧ中の酸素濃度を監視するためのモニタセル２Ｃとを構成している。ポンプセル２Ａ、センサセル２Ｂ、モニタセル２Ｃ及びヒータ素子３は、制御用マイコン８によって入出力の制御が可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 to 3, the gas concentration detection device 1 of this example includes a gas sensor element 2 in which electrodes are provided on both surfaces of a solid electrolyte body having oxygen ion permeability, and a heater element 3 that generates heat when energized. And have. The gas concentration detection apparatus 1 includes a pump cell 2A for adjusting the oxygen concentration in the gas G to be measured, which includes NOx inactive electrodes 201 and 202 by the gas sensor element 2, a NOx active electrode 203, and a NOx inactive electrode. 204, the sensor cell 2B for measuring the NOx concentration in the gas G to be measured after the oxygen concentration is adjusted by the pump cell 2A, and the oxygen concentration is adjusted by the pump cell 2A. A monitor cell 2C for monitoring the oxygen concentration in the gas G to be measured after having been performed is configured. The pump cell 2A, the sensor cell 2B, the monitor cell 2C, and the heater element 3 can be input / output controlled by the control microcomputer 8.

ここで、図１は、ガス濃度検出装置１の全体構成を概略的に示す図で、図２、図３は、ポンプセル２Ａ、センサセル２Ｂ、モニタセル２Ｃ及びヒータ素子３の回路構成を概略的に示す図である。また、図４は、センサ電流検出回路６の詳細を示し、図５は、インピーダンス測定回路７の詳細を示す図である。   Here, FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of the gas concentration detection device 1, and FIGS. 2 and 3 are schematic diagrams showing circuit configurations of the pump cell 2A, the sensor cell 2B, the monitor cell 2C, and the heater element 3. FIG. FIG. 4 shows details of the sensor current detection circuit 6, and FIG. 5 shows details of the impedance measurement circuit 7.

図２、図４に示すごとく、モニタセル２Ｃは、その素子インピーダンス（又は素子アドミタンス、以下同様。）の測定を兼用するセルとする。モニタセル２Ｃの基準ガス側電極（一方の電極）２０６には、基準電圧源５２が接続してあり、モニタセル２Ｃの被測定ガス側電極（他方の電極）２０５には、センサ電流検出回路６が接続してある。
センサ電流検出回路６は、指令電圧源６１と、指令電圧源６１による電圧をモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５に印加するための電流検出用オペアンプＯＰ２と、電流検出用オペアンプＯＰ２の出力端子とモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５との間に設けたセンサ電流検出用抵抗Ｒｍと、センサ電流検出用抵抗Ｒｍに流れる電流を検出するためのセンサ電流検出手段６３と、電流検出用オペアンプＯＰ２の出力端子とモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５との間においてセンサ電流検出用抵抗Ｒｍと並列に接続したインピーダンス測定用抵抗Ｒｉと、インピーダンス測定用抵抗Ｒｉを設けた切替用配線６０１の導通状態と非導通状態とを切り替えるためのスイッチング素子ＴＲ１とを有している。 As shown in FIGS. 2 and 4, the monitor cell 2 </ b> C is a cell that also serves to measure its element impedance (or element admittance, the same applies hereinafter). A reference voltage source 52 is connected to the reference gas side electrode (one electrode) 206 of the monitor cell 2C, and a sensor current detection circuit 6 is connected to the measured gas side electrode (the other electrode) 205 of the monitor cell 2C. It is.
The sensor current detection circuit 6 includes a command voltage source 61, a current detection operational amplifier OP2 for applying a voltage from the command voltage source 61 to the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C, and an output terminal of the current detection operational amplifier OP2. A sensor current detection resistor Rm provided between the monitor cell 2C and the measured gas side electrode 205, a sensor current detection means 63 for detecting a current flowing through the sensor current detection resistor Rm, and a current detection operational amplifier OP2 The impedance measurement resistor Ri connected in parallel with the sensor current detection resistor Rm between the output terminal and the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C, and the conduction state of the switching wiring 601 provided with the impedance measurement resistor Ri A switching element TR1 for switching between the non-conduction states is provided.

図４、図５に示すごとく、指令電圧源６１には、スイッチング素子ＴＲ１によって切替用配線６０１を導通させた状態において、電流検出用オペアンプＯＰ２に素子インピーダンス（又は素子アドミタンス）を測定するための交流電圧を印加する掃引手段６２が設けてある。切替用配線６０１には、掃引手段６２による交流電圧の印加によってインピーダンス測定用抵抗Ｒｉに流れる電流の変化を測定するためのインピーダンス測定回路７が接続してある。ここで、図４における記号Ａは、図５における記号Ａと繋がっていることを示す。   As shown in FIGS. 4 and 5, the command voltage source 61 includes an alternating current for measuring the element impedance (or element admittance) of the current detection operational amplifier OP2 in a state where the switching wiring 601 is conducted by the switching element TR1. A sweeping means 62 for applying a voltage is provided. Connected to the switching wiring 601 is an impedance measuring circuit 7 for measuring a change in the current flowing through the impedance measuring resistor Ri by application of an AC voltage by the sweep means 62. Here, the symbol A in FIG. 4 indicates that it is connected to the symbol A in FIG.

図５に示すごとく、インピーダンス測定回路７を構成するインピーダンス測定用配線７０１には、素子インピーダンス（又は素子アドミタンス）の測定に不要な低周波ノイズを除去するためのハイパスフィルタ７１と、スイッチング素子ＴＲ１のスイッチングを行う際に生ずるノイズを除去するために、インピーダンス測定用配線７０１とグラウンド電位との間に、アノード端子をグラウンド電位側にして接続したダイオードＤ１と、ハイパスフィルタ７１及びダイオードＤ１の下流側に接続し、インピーダンス測定用抵抗Ｒｉに流れる電流の変化により生じた電圧の最大値を保持するためのピークホールド手段７２とが設けてある。   As shown in FIG. 5, the impedance measurement wiring 701 constituting the impedance measurement circuit 7 includes a high-pass filter 71 for removing low-frequency noise unnecessary for measurement of element impedance (or element admittance), and a switching element TR1. In order to eliminate noise generated when switching is performed, the diode D1 is connected between the impedance measurement wiring 701 and the ground potential with the anode terminal on the ground potential side, and on the downstream side of the high-pass filter 71 and the diode D1. A peak hold means 72 is provided for connecting and holding the maximum value of the voltage generated by the change of the current flowing through the impedance measuring resistor Ri.

インピーダンス測定用配線７０１において、ハイパスフィルタ７１の上流側には、インピーダンス測定用抵抗Ｒｉに流れる電流の変化により生じた電圧をハイパスフィルタ７１へ出力するバッファ用オペアンプＯＰ７が設けてある。インピーダンス測定回路７においては、センサ電流検出手段６３によってセンサ電流検出用抵抗Ｒｍに流れる電流を検出する際に、バッファ用オペアンプＯＰ７により、高周波ノイズ等の交流ノイズによる影響を受けてダイオードＤ１に流れるクランプ電流がセンサ電流検出用抵抗Ｒｍへ流れ込むことを防止している。   In the impedance measurement wiring 701, on the upstream side of the high pass filter 71, a buffer operational amplifier OP 7 that outputs a voltage generated by a change in the current flowing through the impedance measurement resistor Ri to the high pass filter 71 is provided. In the impedance measurement circuit 7, when the current flowing through the sensor current detection resistor Rm is detected by the sensor current detection means 63, the buffer operational amplifier OP7 receives the influence of AC noise such as high frequency noise and the clamp flows through the diode D1. The current is prevented from flowing into the sensor current detection resistor Rm.

以下に、本例のガス濃度検出装置１につき、図１〜図９と共に詳説する。
本例のガス濃度検出装置１は、エンジン等の内燃機関の排気管を流れる排ガス（被測定ガス）Ｇ中のＮＯｘ濃度を検出するものである。
ガスセンサ素子２としてのポンプセル２Ａ、センサセル２Ｂ及びモニタセル２Ｃと、ヒータ素子３とを備えたガスセンサ１０は、種々の構成にすることができる。本例においては、図１に示すごとく、ポンプセル２Ａは、第１の固体電解質体２１Ａの一方の表面に被測定ガスＧに曝される被測定ガス側電極２０１を設けると共に、この電極２０１に対向して、第１の固体電解質体２１Ａの他方の表面に基準ガスＦ（大気ガス等）に曝される基準ガス側電極２０２を設けて形成してある。ポンプセル２Ａの一対の電極２０１、２０２は、ＮＯｘ不活性の材料を用いて構成してある。 Hereinafter, the gas concentration detection device 1 of this example will be described in detail with reference to FIGS.
The gas concentration detection apparatus 1 of this example detects the NOx concentration in the exhaust gas (measured gas) G flowing through the exhaust pipe of an internal combustion engine such as an engine.
The gas sensor 10 including the pump cell 2A, the sensor cell 2B and the monitor cell 2C as the gas sensor element 2 and the heater element 3 can be variously configured. In this example, as shown in FIG. 1, the pump cell 2A is provided with a measured gas side electrode 201 exposed to the measured gas G on one surface of the first solid electrolyte body 21A and opposed to the electrode 201. The reference gas side electrode 202 exposed to the reference gas F (atmospheric gas or the like) is provided on the other surface of the first solid electrolyte body 21A. The pair of electrodes 201 and 202 of the pump cell 2A is configured using a NOx inactive material.

センサセル２Ｂは、第１の固体電解質体２１Ａにスペーサ２３を介して積層する第２の固体電解質体２１Ｂの一方の表面に被測定ガスＧに曝される電極２０３を設けると共に、この電極２０３に対向して、第２の固体電解質体２１Ｂの他方の表面に基準ガスＦ（大気ガス等）に曝される電極２０４を設けて形成してある。センサセル２Ｂにおいて、被測定ガスＧに曝される電極２０３は、ＮＯｘ活性の材料を用いて構成してあり、基準ガスＦに曝される電極２０４は、ＮＯｘ不活性の材料を用いて構成してある。   The sensor cell 2B is provided with an electrode 203 exposed to the gas G to be measured on one surface of the second solid electrolyte body 21B laminated on the first solid electrolyte body 21A via the spacer 23, and opposed to the electrode 203. The electrode 204 exposed to the reference gas F (atmospheric gas or the like) is provided on the other surface of the second solid electrolyte body 21B. In the sensor cell 2B, the electrode 203 exposed to the gas G to be measured is configured using a NOx active material, and the electrode 204 exposed to the reference gas F is configured using a NOx inactive material. is there.

モニタセル２Ｃは、第２の固体電解質体２１Ｂの一方の表面に被測定ガスＧに曝される電極２０５を設けると共に、この電極２０５に対向して、第２の固体電解質体２１Ｂの他方の表面に基準ガスＦ（大気ガス等）に曝される電極２０６を設けて形成してある。モニタセル２Ｃの一対の電極２０５、２０６は、ＮＯｘ不活性の材料を用いて構成してある。
また、センサセル２Ｂとモニタセル２Ｃとは、第２の固体電解質体２１Ｂの両表面に隣接して設けてあり、それぞれの基準ガスＦに曝される電極２０４、２０６は、共通化してある。 The monitor cell 2C is provided with an electrode 205 exposed to the gas G to be measured on one surface of the second solid electrolyte body 21B, and on the other surface of the second solid electrolyte body 21B so as to face the electrode 205. An electrode 206 that is exposed to a reference gas F (atmospheric gas or the like) is provided. The pair of electrodes 205 and 206 of the monitor cell 2C is configured using a NOx inactive material.
The sensor cell 2B and the monitor cell 2C are provided adjacent to both surfaces of the second solid electrolyte body 21B, and the electrodes 204 and 206 exposed to the respective reference gases F are shared.

また、図１に示すごとく、ヒータ素子３は、白金等によって形成したヒータ導体３を、絶縁性のセラミックス基板３１同士の間に挟持させて形成してある。ヒータ素子３は、第１の固体電解質体２１Ａに積層して設けてある。
第１の固体電解質体２１Ａと第２の固体電解質体２１Ｂとの間には、被測定ガスＧが供給されるチャンバー２４が形成してあり、このチャンバー２４に、ポンプセル２Ａ、センサセル２Ｂ及びモニタセル２Ｃの被測定ガスＧ側の電極２０１、２０３、２０５が曝されている。また、チャンバー２４内には、第２の固体電解質体２１Ｂに設けた多孔質拡散層２２及びピンホール２１１を経由して、被測定ガスＧが供給されるよう構成されている。 As shown in FIG. 1, the heater element 3 is formed by sandwiching a heater conductor 3 made of platinum or the like between insulating ceramic substrates 31. The heater element 3 is laminated on the first solid electrolyte body 21A.
A chamber 24 to which a gas to be measured G is supplied is formed between the first solid electrolyte body 21A and the second solid electrolyte body 21B, and the pump cell 2A, sensor cell 2B, and monitor cell 2C are formed in the chamber 24. The electrodes 201, 203, and 205 on the measured gas G side are exposed. Further, the gas to be measured G is supplied into the chamber 24 via the porous diffusion layer 22 and the pinhole 211 provided in the second solid electrolyte body 21B.

また、ガス濃度検出装置１においては、センサ駆動回路１００によって、ポンプセル２Ａ、センサセル２Ｂ、モニタセル２Ｃ及びヒータ素子３を駆動するよう構成されている。
センサ駆動回路１００は、ポンプセル２Ａにおいては、一対の電極２０１、２０２に電圧を印加して、被測定ガスＧ中の酸素濃度を、センサセル２Ｂ及びモニタセル２ＣにおけるｐｐｍオーダーのＮＯｘ濃度の検出に影響を及ぼさない所定の目標範囲内の酸素濃度にする。 Further, the gas concentration detection device 1 is configured to drive the pump cell 2A, the sensor cell 2B, the monitor cell 2C, and the heater element 3 by the sensor driving circuit 100.
In the pump cell 2A, the sensor driving circuit 100 applies a voltage to the pair of electrodes 201 and 202 to influence the oxygen concentration in the gas G to be measured on the detection of the NOx concentration in the order of ppm in the sensor cell 2B and the monitor cell 2C. The oxygen concentration is within a predetermined target range that does not reach.

具体的には、図３に示すごとく、ポンプセル２Ａの基準ガス側電極２０２には、制御用マイコン８の出力ポート（ＯＮ／ＯＦＦポート）ＯＵＴ４からのパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を受けて、当該ポンプセル２Ａに限界電流特性を維持するための所定範囲内の電圧を印加するよう構成したポンプセル出力回路４１が接続してある。また、ポンプセル２Ａの被測定ガス側電極２０１には、基準電圧源４３及びポンプセル入力回路４２が接続してある。ポンプセル２Ａには、ポンプセル出力回路４１における出力電圧と、基準電圧源４３による電圧との差分電圧が印加される。
そして、制御用マイコン８は、Ａ／Ｄ変換入力ポートＩＮ４から取り込んだポンプセル入力回路４２のポンプ電流検出用抵抗Ｒｐに流れる電流値に基づいて、ポンプセル２Ａにおける被測定ガスＧ中の酸素濃度を求めて、この酸素濃度を監視するよう構成してある。また、制御用マイコン８は、ポンプセル２Ａにおける酸素濃度が目標範囲内になるよう（電流値が目標範囲内になるよう）、ポンプセル２Ａの限界電流特性を維持する範囲内でパルス幅変調信号のデューティ比を変化させるよう構成してある。 Specifically, as shown in FIG. 3, the reference gas side electrode 202 of the pump cell 2A receives a pulse width modulation signal (PWM signal) from the output port (ON / OFF port) OUT4 of the control microcomputer 8, A pump cell output circuit 41 configured to apply a voltage within a predetermined range for maintaining the limit current characteristic is connected to the pump cell 2A. Further, a reference voltage source 43 and a pump cell input circuit 42 are connected to the measured gas side electrode 201 of the pump cell 2A. A differential voltage between the output voltage of the pump cell output circuit 41 and the voltage of the reference voltage source 43 is applied to the pump cell 2A.
Then, the control microcomputer 8 obtains the oxygen concentration in the measured gas G in the pump cell 2A based on the current value flowing through the pump current detection resistor Rp of the pump cell input circuit 42 taken in from the A / D conversion input port IN4. Thus, the oxygen concentration is monitored. Further, the control microcomputer 8 sets the duty of the pulse width modulation signal within a range in which the limit current characteristic of the pump cell 2A is maintained so that the oxygen concentration in the pump cell 2A is within the target range (the current value is within the target range). The ratio is changed.

また、センサ駆動回路１００は、センサセル２Ｂ及びモニタセル２Ｃに限界電流特性を示す所定の電圧を印加し、センサセル２Ｂ及びモニタセル２Ｃに流れる数十〜数百ｎＡの微小な電流を検出して、これらの電流値の差分を求めることによって、ＮＯｘ濃度を求めるよう構成されている。
具体的には、図２に示すごとく、センサセル２Ｂの基準ガス側電極２０４には、基準電圧源５２が接続してあり、センサセル２Ｂの被測定ガス側電極２０３には、ＮＯｘ電流検出回路５１が接続してある。ＮＯｘ電流検出回路５１は、ボルテージフォロアを構成するセンサ電流検出用オペアンプＯＰ１の出力端子と、センサセル２Ｂの被測定ガス側電極２０３との間に、ＮＯｘ電流検出用抵抗Ｒｓを設けてなる。ＮＯｘ電流検出用抵抗Ｒｓの両端は、差動増幅回路を構成するＮＯｘ用オペアンプＯＰ３の反転入力端子と非反転入力端子とに接続してあり、このＮＯｘ用オペアンプＯＰ３によって、ＮＯｘ電流検出用抵抗Ｒｓに流れる（センサセル２Ｂに流れる）ＮＯｘ電流（被測定ガス側電極２０３に存在するＮＯｘが残存酸素と反応した後に流れる電流）に基づいた電圧出力をするよう構成してある。 Further, the sensor drive circuit 100 applies a predetermined voltage indicating a limit current characteristic to the sensor cell 2B and the monitor cell 2C, detects a minute current of several tens to several hundreds nA flowing through the sensor cell 2B and the monitor cell 2C, and detects these currents. The NOx concentration is obtained by obtaining the difference between the current values.
Specifically, as shown in FIG. 2, a reference voltage source 52 is connected to the reference gas side electrode 204 of the sensor cell 2B, and a NOx current detection circuit 51 is connected to the measured gas side electrode 203 of the sensor cell 2B. Connected. The NOx current detection circuit 51 is provided with a NOx current detection resistor Rs between the output terminal of the sensor current detection operational amplifier OP1 constituting the voltage follower and the measured gas side electrode 203 of the sensor cell 2B. Both ends of the NOx current detecting resistor Rs are connected to the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the NOx operational amplifier OP3 constituting the differential amplifier circuit, and the NOx current detecting resistor Rs is connected by the NOx operational amplifier OP3. The voltage output is based on the NOx current flowing in (flowing in the sensor cell 2B) (current flowing after the NOx present in the measured gas side electrode 203 reacts with the remaining oxygen).

図２に示すごとく、モニタセル２Ｃにおいて、電流検出用オペアンプＯＰ２の出力端子に接続したセンサ電流検出用抵抗Ｒｍの両端は、差動増幅回路を構成する残存酸素用オペアンプＯＰ４の反転入力端子と非反転入力端子とに接続してあり、この残存酸素用オペアンプＯＰ４によって、センサ電流検出用抵抗Ｒｍに流れる（モニタセル２Ｃに流れる）残存酸素電流（被測定ガス側電極２０５に存在する残存酸素によって流れる電流）に基づいた電圧出力をするよう構成してある。残存酸素用オペアンプＯＰ４は、センサ電流検出手段６３を構成する。また、残存酸素用オペアンプＯＰ４の出力端子は、制御用マイコン８のＡ／Ｄ変換入力ポートＩＮ２に接続してあり、制御用マイコン８においては、モニタセル２Ｃにおける残存酸素濃度の検出、監視が可能になっている。   As shown in FIG. 2, in the monitor cell 2C, both ends of the sensor current detection resistor Rm connected to the output terminal of the current detection operational amplifier OP2 are non-inverted with the inverting input terminal of the residual oxygen operational amplifier OP4 constituting the differential amplifier circuit. Residual oxygen current (current flowing due to residual oxygen present in the measured gas side electrode 205) that flows to the sensor current detection resistor Rm (flows to the monitor cell 2C) by this residual oxygen operational amplifier OP4. Is configured to output a voltage based on the above. The residual oxygen operational amplifier OP4 constitutes a sensor current detection means 63. The output terminal of the residual oxygen operational amplifier OP4 is connected to the A / D conversion input port IN2 of the control microcomputer 8, and the control microcomputer 8 can detect and monitor the residual oxygen concentration in the monitor cell 2C. It has become.

また、ＮＯｘ用オペアンプＯＰ３の出力と、残存酸素用オペアンプＯＰ４の出力とは、差動増幅回路を構成する照合用オペアンプＯＰ５の反転入力端子と非反転入力端子とに接続してある。この照合用オペアンプＯＰ５によって、ＮＯｘ電流に基づいた電圧と残存酸素電流に基づいた電圧との差分を演算して、この差分による電圧を出力するよう構成してある。照合用オペアンプＯＰ５の出力端子は、制御用マイコン８のＡ／Ｄ変換入力ポートＩＮ１に接続してあり、制御用マイコン８においては、被測定ガス中のＮＯｘ濃度の検出、監視が可能になっている。   The output of the NOx operational amplifier OP3 and the output of the residual oxygen operational amplifier OP4 are connected to the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the verification operational amplifier OP5 constituting the differential amplifier circuit. By this operational amplifier OP5 for comparison, the difference between the voltage based on the NOx current and the voltage based on the residual oxygen current is calculated, and the voltage based on this difference is output. The output terminal of the verification operational amplifier OP5 is connected to the A / D conversion input port IN1 of the control microcomputer 8. The control microcomputer 8 can detect and monitor the NOx concentration in the gas to be measured. Yes.

図２に示すごとく、モニタセル２Ｃにおいて、インピーダンス測定回路７は、センサ電流の検出から素子インピーダンスの測定に切り替え、センサ電流の検出を行っていない時間帯を利用して、モニタセル２Ｃに所定の交流電圧を印加し、このモニタセル２Ｃに流れる交流電流の変化を検出することによって、素子インピーダンスを求めるよう構成されている。
素子インピーダンスの信号は、Ａ／Ｄ変換入力ポートＩＮ３から制御用マイコン８に取り込まれる。 As shown in FIG. 2, in the monitor cell 2C, the impedance measurement circuit 7 switches from sensor current detection to element impedance measurement, and uses a time zone during which no sensor current is detected to apply a predetermined AC voltage to the monitor cell 2C. Is applied to detect the change in the alternating current flowing through the monitor cell 2C, thereby obtaining the element impedance.
The element impedance signal is taken into the control microcomputer 8 from the A / D conversion input port IN3.

図１に示すごとく、制御用マイコン８においては、ガスセンサ素子２（モニタセル２Ｃ）の温度Ｔ（℃）と、モニタセル２Ｃの素子インピーダンス（又は素子アドミタンス）Ａｄｍ（Ω又はＳ）との関係マップ（グラフ）が形成してある。制御用マイコン８は、インピーダンス測定回路７におけるピークホールド手段７２からの出力電圧を受けて、この出力電圧とインピーダンス測定用抵抗Ｒｉ（本例では５１１Ω）とからモニタセル２Ｃの素子インピーダンス（又は素子アドミタンス）を求め、この素子インピーダンス（又は素子アドミタンス）の値より、この測定時点のガスセンサ素子２の温度を検出するよう構成してある。   As shown in FIG. 1, in the control microcomputer 8, a relationship map (graph) between the temperature T (° C.) of the gas sensor element 2 (monitor cell 2C) and the element impedance (or element admittance) Adm (Ω or S) of the monitor cell 2C. ) Is formed. The control microcomputer 8 receives the output voltage from the peak hold means 72 in the impedance measurement circuit 7, and from this output voltage and the impedance measurement resistor Ri (511Ω in this example), the element impedance (or element admittance) of the monitor cell 2C. And the temperature of the gas sensor element 2 at the time of measurement is detected from the value of the element impedance (or element admittance).

図３に示すごとく、ヒータ素子３の一方の端子３０２には、通電用電圧源ＶＢが接続してあり、ヒータ素子３の他方の端子３０１には、制御用マイコン８の出力ポート（ＯＮ／ＯＦＦポート）ＯＵＴ５からのパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を受けてヒータ素子３への通電を行うようＯＮ／ＯＦＦ動作するヒータ出力回路３２が設けてある。
そして、制御用マイコン８は、素子インピーダンスの値に基づいて、ヒータ出力回路３２へのパルス幅変調信号のデューティ比を変化させ、ガスセンサ素子２の温度を、限界電流特性を安定して発揮するための所定の目標温度に制御するよう構成してある。また、制御用マイコン８は、ＰＩＤ制御等のフィードバック制御を行って、ガスセンサ素子２の温度が目標とする温度になるように、パルス幅変調制御を行う。
なお、制御用マイコン８は、上位のＥＣＵ（電子制御装置）との電気通信を行うよう構成されている。 As shown in FIG. 3, the energizing voltage source VB is connected to one terminal 302 of the heater element 3, and the output port (ON / OFF) of the control microcomputer 8 is connected to the other terminal 301 of the heater element 3. A heater output circuit 32 that performs an ON / OFF operation so as to energize the heater element 3 in response to a pulse width modulation signal (PWM signal) from the port OUT5 is provided.
Then, the control microcomputer 8 changes the duty ratio of the pulse width modulation signal to the heater output circuit 32 based on the value of the element impedance so that the temperature of the gas sensor element 2 can stably exhibit the limit current characteristics. To a predetermined target temperature. The control microcomputer 8 performs feedback control such as PID control and performs pulse width modulation control so that the temperature of the gas sensor element 2 becomes a target temperature.
The control microcomputer 8 is configured to perform electrical communication with a host ECU (electronic control unit).

次に、モニタセル２Ｃに設けたセンサ電流検出回路６につき、図４と共に詳説する。
同図に示すごとく、モニタセル２Ｃにおいて、電流検出用オペアンプＯＰ２は、指令電圧源６１による電圧をモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５に印加するボルテージフォロアを構成している。センサ電流検出用抵抗Ｒｍは、電流検出用オペアンプＯＰ２の出力端子とモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５との間に接続してある。
また、電流検出用オペアンプＯＰ２の反転入力端子とモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５との間には、電流検出用オペアンプＯＰ２の保護用の抵抗Ｒ１が接続してある。切替用配線６０１に設けたスイッチング素子ＴＲ１は、２つのＮチャンネルのＭＯＳ型ＦＥＴのドレイン端子同士を接続して構成したものであり、２つのＭＯＳ型ＦＥＴのゲート端子は、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ３に接続してある。また、センサ電流検出回路６の出力端子とモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５との間には、センサ電流検出用抵抗Ｒｍとインピーダンス測定用抵抗Ｒｉとに並列に、ノイズ吸収用のコンデンサＣ１が設けてある。 Next, the sensor current detection circuit 6 provided in the monitor cell 2C will be described in detail with reference to FIG.
As shown in the figure, in the monitor cell 2C, the operational amplifier OP2 for current detection constitutes a voltage follower that applies the voltage from the command voltage source 61 to the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C. The sensor current detection resistor Rm is connected between the output terminal of the current detection operational amplifier OP2 and the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C.
A protective resistor R1 for the current detection operational amplifier OP2 is connected between the inverting input terminal of the current detection operational amplifier OP2 and the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C. The switching element TR1 provided in the switching wiring 601 is configured by connecting the drain terminals of two N-channel MOS FETs, and the gate terminals of the two MOS FETs are output from the control microcomputer 8. It is connected to port OUT3. Further, between the output terminal of the sensor current detection circuit 6 and the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C, there is a noise absorbing capacitor C1 in parallel with the sensor current detection resistor Rm and the impedance measurement resistor Ri. It is provided.

センサ電流検出回路６における指令電圧源６１は、モニタセル２Ｃにおいてセンサ電流の検出を行う際には、電流検出用オペアンプＯＰ２の非反転入力端子及びモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５に、回路用電源Ｖｃｃによる電圧（本例では５Ｖ）を、抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７及び抵抗Ｒ８との分圧によって定まる電圧（本例では４Ｖ）に変換して印加するよう構成してある。
また、センサ電流検出回路６の非反転入力端子と、抵抗Ｒ６及び抵抗Ｒ７との間の分圧中間点との間には、電流制限用の抵抗Ｒ９が設けてあり、センサ電流検出回路６の非反転入力端子は、ノイズ吸収用のコンデンサＣ２を介してグラウンド電位に接続してある。 When the sensor current is detected in the monitor cell 2C, the command voltage source 61 in the sensor current detection circuit 6 supplies a circuit power source to the non-inverting input terminal of the current detection operational amplifier OP2 and the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C. The voltage Vcc (5 V in this example) is converted into a voltage (4 V in this example) determined by voltage division between the resistors R6, R7, and R8 and applied.
Further, a current limiting resistor R9 is provided between the non-inverting input terminal of the sensor current detection circuit 6 and the voltage dividing intermediate point between the resistors R6 and R7. The non-inverting input terminal is connected to the ground potential via a noise absorbing capacitor C2.

モニタセル２Ｃにおいて、センサ電流の検出を行う際には、モニタセル２Ｃの基準ガス側電極２０６には、基準電圧源５２による電圧（本例では４．４Ｖ）が印加され、モニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５には、指令電圧源６１による電圧（本例では４Ｖ）が印加される。
また、センサ電流検出手段６３は、差動増幅回路を構成する残存酸素用オペアンプＯＰ４によって構成されており、残存酸素用オペアンプＯＰ４の反転入力端子には、センサ電流検出用抵抗Ｒｍの電流の流れの下流側端が接続してあり、残存酸素用オペアンプＯＰ４の非反転入力端子には、ボルテージフォロアを構成するオペアンプＯＰ６を介して、センサ電流検出用抵抗Ｒｍの電流の流れの上流側端が接続してある。残存酸素用オペアンプＯＰ４の出力端子は、制御用マイコン８のＡ／Ｄ変換入力ポートＩＮ２に接続してある。こうして、制御用マイコン８は、モニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５からセンサ電流検出用抵抗Ｒｍを経由して電流検出用オペアンプＯＰ２の出力端子へ流れるセンサ電流ｉ（図４に電流ｉの流れを示す。）を、センサ電流検出用抵抗Ｒｍの抵抗値（本例では１．５ＭΩ）と、センサ電流検出用抵抗Ｒｍの両端の電圧の差分とから求めるよう構成してある。 When the sensor current is detected in the monitor cell 2C, a voltage (4.4 V in this example) from the reference voltage source 52 is applied to the reference gas side electrode 206 of the monitor cell 2C, and the measured gas side of the monitor cell 2C is measured. A voltage (4 V in this example) from the command voltage source 61 is applied to the electrode 205.
The sensor current detecting means 63 is constituted by a residual oxygen operational amplifier OP4 constituting a differential amplifier circuit, and the current flow of the sensor current detection resistor Rm is connected to the inverting input terminal of the residual oxygen operational amplifier OP4. The downstream end is connected, and the non-inverting input terminal of the residual oxygen operational amplifier OP4 is connected to the upstream end of the current flow of the sensor current detection resistor Rm via the operational amplifier OP6 constituting the voltage follower. It is. The output terminal of the residual oxygen operational amplifier OP4 is connected to the A / D conversion input port IN2 of the control microcomputer 8. Thus, the control microcomputer 8 causes the sensor current i flowing from the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C to the output terminal of the current detection operational amplifier OP2 via the sensor current detection resistor Rm (the flow of the current i in FIG. Is obtained from the resistance value of the sensor current detection resistor Rm (1.5 MΩ in this example) and the voltage difference between both ends of the sensor current detection resistor Rm.

図４に示すごとく、指令電圧源６１に構成した掃引手段６２は、抵抗Ｒ６と並列になるよう設けたプラス側スイッチング素子（ＭＯＳ型ＦＥＴ）ＴＲ２及び抵抗Ｒ４と、抵抗Ｒ７及び抵抗Ｒ８と並列になるよう設けたマイナス側スイッチング素子（ＭＯＳ型ＦＥＴ）ＴＲ３及び抵抗Ｒ５とを有している。各スイッチング素子ＴＲ２、ＴＲ３のゲート端子は、それぞれ抵抗Ｒ２、Ｒ３を介して、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ１、ＯＵＴ２に接続してある。   As shown in FIG. 4, the sweep means 62 configured in the command voltage source 61 includes a plus-side switching element (MOS FET) TR2 and a resistor R4 provided in parallel with the resistor R6, and a resistor R7 and a resistor R8. A negative side switching element (MOS type FET) TR3 and a resistor R5 are provided. The gate terminals of the switching elements TR2 and TR3 are connected to the output ports OUT1 and OUT2 of the control microcomputer 8 via resistors R2 and R3, respectively.

そして、モニタセル２Ｃにおいて、素子インピーダンスの測定を行う際には、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ３からの出力信号によって、スイッチング素子ＴＲ１を導通させた後、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ１からの出力信号をＯＮにして、プラス側スイッチング素子ＴＲ２を導通させる。これにより、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ６との並列抵抗と、抵抗Ｒ７及び抵抗Ｒ８の直列抵抗との分圧による電圧（本例では４．２Ｖ）がモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５に印加される。次いで、所定時間経過後、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ１からの出力信号をＯＦＦにすると共に、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ２からの出力信号をＯＮにして、マイナス側スイッチング素子ＴＲ３を導通させる。これにより、抵抗Ｒ６と、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ７及び抵抗Ｒ８との並列抵抗との分圧による電圧（本例では３．８Ｖ）がモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５に印加される。その後、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ２からの出力信号をＯＦＦにする。
こうして、掃引手段６２により、モニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５に、素子インピーダンスを測定するための交流電圧を印加することができる。 When the element impedance is measured in the monitor cell 2C, the switching element TR1 is turned on by the output signal from the output port OUT3 of the control microcomputer 8 and then output from the output port OUT1 of the control microcomputer 8. The signal is turned on to make the plus side switching element TR2 conductive. As a result, a voltage (4.2 V in this example) obtained by dividing the parallel resistance of the resistor R4 and the resistor R6 and the series resistance of the resistor R7 and the resistor R8 is applied to the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C. . Next, after a predetermined time has elapsed, the output signal from the output port OUT1 of the control microcomputer 8 is turned off, and the output signal from the output port OUT2 of the control microcomputer 8 is turned on to make the minus side switching element TR3 conductive. . As a result, a voltage (3.8 V in this example) obtained by dividing the resistance R6 and the parallel resistance of the resistance R5, the resistance R7, and the resistance R8 is applied to the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C. Thereafter, the output signal from the output port OUT2 of the control microcomputer 8 is turned OFF.
Thus, the sweep means 62 can apply an AC voltage for measuring the element impedance to the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C.

次に、モニタセル２Ｃに設けたインピーダンス測定回路７につき、図５と共に詳説する。
同図に示すごとく、本例のインピーダンス測定回路７を構成するインピーダンス測定用配線７０１は、インピーダンス測定用抵抗Ｒｉの電流の流れの下流側端（インピーダンス測定用抵抗Ｒｉとスイッチング素子ＴＲ１との間）に接続してある。なお、図５における記号Ａは、図４における記号Ａと繋がっていることを示す。
インピーダンス測定用配線７０１においては、電流の流れの上流側から順に、バッファ用オペアンプＯＰ７、ハイパスフィルタ７１、ダイオードＤ１、ピークホールド手段７２及び増幅回路を構成する増幅用オペアンプＯＰ９が設けてある。 Next, the impedance measurement circuit 7 provided in the monitor cell 2C will be described in detail with reference to FIG.
As shown in the figure, the impedance measurement wiring 701 constituting the impedance measurement circuit 7 of this example is connected to the downstream end of the current flow of the impedance measurement resistor Ri (between the impedance measurement resistor Ri and the switching element TR1). Is connected to. Note that the symbol A in FIG. 5 is connected to the symbol A in FIG.
In the impedance measurement wiring 701, a buffer operational amplifier OP7, a high-pass filter 71, a diode D1, a peak hold means 72, and an amplification operational amplifier OP9 constituting an amplification circuit are provided in this order from the upstream side of the current flow.

ハイパスフィルタ７１は、いわゆる一次フィルタであり、インピーダンス測定用配線７０１に設けたコンデンサＣ３と、コンデンサＣ３の下流側と、グラウンド電位との間に設けた抵抗Ｒ１０とによって構成してある。インピーダンス測定用配線７０１において、ハイパスフィルタ７１の下流側には、電流制限用の抵抗Ｒ１１が設けてあり、この抵抗Ｒ１１の下流側は、アノード端子をグラウンド電位側にしたダイオードＤ１を介してグラウンド電位に接続してある。   The high-pass filter 71 is a so-called primary filter, and includes a capacitor C3 provided in the impedance measurement wiring 701, and a resistor R10 provided between the downstream side of the capacitor C3 and the ground potential. In the impedance measurement wiring 701, a current limiting resistor R11 is provided on the downstream side of the high-pass filter 71. The downstream side of the resistor R11 is connected to the ground potential via a diode D1 whose anode terminal is on the ground potential side. Is connected to.

図５に示すごとく、インピーダンス測定用配線７０１において、ダイオードＤ１の接続位置の下流側は、電流制限用の抵抗Ｒ１２を介してピークホールド手段７２に接続してある。本例のピークホールド手段７２は、ボルテージフォロアを構成するピークホールド用オペアンプＯＰ８と、ピークホールド用オペアンプＯＰ８の出力端子とグラウンド電位との間に接続したピーク電圧検出用コンデンサＣ４と、ピーク電圧検出用コンデンサＣ４からピークホールド用オペアンプＯＰ８の出力端子への電流リークを防止するためのダイオードＤ２とを有している。また、ダイオードＤ２とピーク電圧検出用コンデンサＣ４との間には、電流制限用の抵抗Ｒ１３が設けてある。   As shown in FIG. 5, in the impedance measurement wiring 701, the downstream side of the connection position of the diode D1 is connected to the peak hold means 72 via the current limiting resistor R12. The peak hold means 72 of this example includes a peak hold operational amplifier OP8 constituting a voltage follower, a peak voltage detection capacitor C4 connected between the output terminal of the peak hold operational amplifier OP8 and the ground potential, and a peak voltage detection. A diode D2 for preventing current leakage from the capacitor C4 to the output terminal of the peak hold operational amplifier OP8. A current limiting resistor R13 is provided between the diode D2 and the peak voltage detecting capacitor C4.

インピーダンス測定用配線７０１において、ピーク電圧検出用コンデンサＣ４の下流側は、非反転増幅回路を構成する増幅用オペアンプＯＰ９の非反転入力端子に接続してある。増幅用オペアンプＯＰ９は、その反転入力端子とグラウンド電位との間に設けた抵抗Ｒ１５と、その反転入力端子と出力端子との間に設けた抵抗Ｒ１６とによって定まる増幅率で、ピーク電圧検出用コンデンサＣ４に保持したピーク電圧を増幅する。増幅用オペアンプＯＰ９の出力端子は、制御用マイコン８のＡ／Ｄ変換入力ポートＩＮ３に接続してある。   In the impedance measurement wiring 701, the downstream side of the peak voltage detecting capacitor C4 is connected to a non-inverting input terminal of an amplifying operational amplifier OP9 constituting a non-inverting amplifying circuit. The amplifying operational amplifier OP9 has an amplification factor determined by a resistor R15 provided between the inverting input terminal and the ground potential and a resistor R16 provided between the inverting input terminal and the output terminal. The peak voltage held at C4 is amplified. The output terminal of the amplification operational amplifier OP9 is connected to the A / D conversion input port IN3 of the control microcomputer 8.

また、図５に示すごとく、インピーダンス測定用配線７０１において、ピークホールド用オペアンプＯＰ８の上流側には、インピーダンス測定回路７において素子インピーダンスの測定を行わないときに、インピーダンス測定用配線７０１をグラウンド電位にしておくための測定停止用スイッチング素子ＴＲ４が設けてあり、ピークホールド用オペアンプＯＰ８の下流側には、インピーダンス測定回路７において素子インピーダンスの測定が終わったときに、ピーク電圧検出用コンデンサＣ４によって保持した電圧をリセット（ほぼゼロ）にするためのリセット用スイッチング素子ＴＲ５が設けてある。
測定停止用スイッチング素子ＴＲ４及びリセット用スイッチング素子ＴＲ５の各ベース端子は、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ６、ＯＵＴ７に接続してある。 Further, as shown in FIG. 5, in the impedance measurement wiring 701, on the upstream side of the peak hold operational amplifier OP8, when the impedance measurement circuit 7 does not measure the element impedance, the impedance measurement wiring 701 is set to the ground potential. A measurement stop switching element TR4 is provided to keep the peak impedance, and is held by the peak voltage detection capacitor C4 on the downstream side of the peak hold operational amplifier OP8 when the impedance measurement circuit 7 finishes measuring the element impedance. A reset switching element TR5 for resetting the voltage (substantially zero) is provided.
The base terminals of the measurement stop switching element TR4 and the reset switching element TR5 are connected to the output ports OUT6 and OUT7 of the control microcomputer 8.

そして、モニタセル２Ｃにおいて素子インピーダンスの検出を行う際には、ピークホールド用オペアンプＯＰ８の非反転入力端子に印加される電圧は、ダイオードＤ２によってピークホールド用オペアンプＯＰ８の出力端子への電流リークを防止した状態で、ピーク電圧検出用コンデンサＣ４に蓄えられる。そして、増幅用オペアンプＯＰ９によって所定の増幅率に増幅した状態で、制御用マイコン８のＡ／Ｄ変換入力ポートＩＮ３に取り込まれる。
また、ピーク電圧検出用コンデンサＣ４に蓄えた電圧をリセットする際には、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ６からの出力信号によって、リセット用スイッチング素子ＴＲ５を導通させることができ、素子インピーダンスの測定を行わないときに、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ７からの出力信号によって、測定停止用スイッチング素子ＴＲ４を導通させておくことができる。 When the element impedance is detected in the monitor cell 2C, the voltage applied to the non-inverting input terminal of the peak hold operational amplifier OP8 prevents current leakage to the output terminal of the peak hold operational amplifier OP8 by the diode D2. In the state, it is stored in the peak voltage detecting capacitor C4. Then, the signal is taken into the A / D conversion input port IN3 of the control microcomputer 8 while being amplified to a predetermined amplification factor by the amplification operational amplifier OP9.
Further, when resetting the voltage stored in the peak voltage detecting capacitor C4, the reset switching element TR5 can be turned on by the output signal from the output port OUT6 of the control microcomputer 8 to measure the element impedance. When not performed, the measurement stop switching element TR4 can be made conductive by an output signal from the output port OUT7 of the control microcomputer 8.

また、センサ電流検出回路６における切替用配線６０１には、インピーダンス測定用抵抗Ｒｉに流れる電流の変化により生じた電圧を監視するための電圧モニタ用オペアンプＯＰ１０が、上記インピーダンス測定回路７と並列に接続してある。電圧モニタ用オペアンプＯＰ１０の出力端子は、制御用マイコン８の入力ポートＩＮ５に接続してある。
なお、図６に示すごとく、バッファ用オペアンプＯＰ７は、電圧モニタ用オペアンプＯＰ１０を流用することにより、容易に形成することができる。すなわち、バッファ用オペアンプＯＰ７の出力端子から、入力ポートＩＮ５へのインピーダンス測定用抵抗Ｒｉに流れる電流の変化により生じた電圧を監視するための信号線を設けることができる。 In addition, a voltage monitoring operational amplifier OP10 for monitoring a voltage generated by a change in the current flowing through the impedance measurement resistor Ri is connected in parallel with the impedance measurement circuit 7 to the switching wiring 601 in the sensor current detection circuit 6. It is. The output terminal of the voltage monitoring operational amplifier OP10 is connected to the input port IN5 of the control microcomputer 8.
As shown in FIG. 6, the buffer operational amplifier OP7 can be easily formed by using the voltage monitoring operational amplifier OP10. That is, it is possible to provide a signal line for monitoring the voltage generated by the change in the current flowing from the output terminal of the buffer operational amplifier OP7 to the impedance measuring resistor Ri to the input port IN5.

図７は、素子インピーダンスの測定を行う際の動作を概略的に示す。
同図における上段は、素子インピーダンスの測定時に、掃引手段６２により発生させる掃引電圧を示し、同図における中段は、インピーダンス測定用抵抗Ｒｉに生じた変化電圧（電圧モニタ用オペアンプＯＰ１０の出力電圧）を示し、同図における下段は、ピークホールド手段７２におけるピーク電圧（ピークホールド用オペアンプＯＰ８の出力電圧）を示す。本例の基準電圧源５２の電圧は、４．４Ｖであり、実際にインピーダンス測定用抵抗Ｒｉに印加される電圧は、０．２Ｖと０．６Ｖとの間で変化する。そして、制御用マイコン８は、ピーク電圧に基づいて、モニタセル２Ｃの素子インピーダンスを求めることができる。 FIG. 7 schematically shows the operation when measuring the element impedance.
The upper part in the figure shows the sweep voltage generated by the sweep means 62 when measuring the element impedance, and the middle part in the figure shows the change voltage (output voltage of the voltage monitor operational amplifier OP10) generated in the impedance measurement resistor Ri. The lower part of the figure shows the peak voltage in the peak hold means 72 (the output voltage of the peak hold operational amplifier OP8). The voltage of the reference voltage source 52 in this example is 4.4V, and the voltage actually applied to the impedance measurement resistor Ri varies between 0.2V and 0.6V. Then, the control microcomputer 8 can obtain the element impedance of the monitor cell 2C based on the peak voltage.

本例のガス濃度検出装置１は、ＮＯｘ（窒素酸化物）濃度を検出するものであると共に、モニタセル２Ｃにおいて、センサ電流の検出と素子インピーダンス（又は素子アドミタンス）の測定とを切り替えて行うことができるものである。そして、センサ電流の検出を行う際に、インピーダンス測定回路７からセンサ電流検出回路６に高周波ノイズ等の交流ノイズによるノイズ電流が流れて、センサ電流の検出精度を悪化させることを防止する工夫を行っている。   The gas concentration detection device 1 of this example detects NOx (nitrogen oxide) concentration, and in the monitor cell 2C, it can switch between detection of sensor current and measurement of element impedance (or element admittance). It can be done. Then, when detecting the sensor current, a measure is taken to prevent noise current caused by AC noise such as high-frequency noise from flowing from the impedance measurement circuit 7 to the sensor current detection circuit 6 and degrading the detection accuracy of the sensor current. ing.

具体的には、本例のモニタセル２Ｃにおいて、センサ電流の検出を行う際には、センサ電流検出回路６におけるスイッチング素子ＴＲ１によって、インピーダンス測定用抵抗Ｒｉを設けた切替用配線６０１を非導通状態にしておく。次いで、基準電圧源５２による電圧（本例では４．４Ｖ）と指令電圧源６１による電圧（本例では４Ｖ）との差分電圧が、モニタセル２Ｃに印加されたときには、センサ電流検出回路６におけるセンサ電流検出用抵抗Ｒｍには、例えば、数十〜数百ｎＡの微小なセンサ電流ｉが流れる。そして、センサ電流検出手段６３（上記残存酸素用オペアンプＯＰ４等）により、センサ電流検出用抵抗Ｒｍに流れる電流を検出することができる。   Specifically, in the monitor cell 2C of this example, when the sensor current is detected, the switching wiring 601 provided with the impedance measurement resistor Ri is made non-conductive by the switching element TR1 in the sensor current detection circuit 6. Keep it. Next, when a differential voltage between the voltage by the reference voltage source 52 (4.4 V in this example) and the voltage by the command voltage source 61 (4 V in this example) is applied to the monitor cell 2C, the sensor in the sensor current detection circuit 6 For example, a small sensor current i of several tens to several hundreds nA flows through the current detection resistor Rm. The current flowing through the sensor current detection resistor Rm can be detected by the sensor current detection means 63 (the residual oxygen operational amplifier OP4 or the like).

このとき、センサ電流検出用抵抗Ｒｍを設けた切替用配線６０１には、インピーダンス測定回路７が繋がっており、高周波ノイズ等の交流ノイズがモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５等に乗り、インピーダンス測定回路７におけるダイオードＤ１にクランプ電流が流れるときには、このクランプ電流を、インピーダンス測定回路７におけるバッファ用オペアンプＯＰ７の出力端子へ吸収させることができる。
これにより、ダイオードＤ１に流れるクランプ電流が、センサ電流検出回路６におけるセンサ電流検出用抵抗Ｒｍへ流れることを防止することができる。そのため、センサ電流検出手段６３によるセンサ電流ｉの検出精度を向上させることができ、センサセル２Ｂに流れるセンサ電流（ＮＯｘ反応後の残存酸素電流）の電流値とモニタセル２Ｃに流れるセンサ電流（残存酸素電流）の電流値との差分より、ＮＯｘ濃度を求める際には、このＮＯｘ濃度の検出精度を向上させることができる。 At this time, the impedance measurement circuit 7 is connected to the switching wiring 601 provided with the sensor current detection resistor Rm, and AC noise such as high-frequency noise rides on the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C and the impedance measurement. When a clamp current flows through the diode D1 in the circuit 7, this clamp current can be absorbed by the output terminal of the buffer operational amplifier OP7 in the impedance measurement circuit 7.
Thereby, it is possible to prevent the clamp current flowing in the diode D1 from flowing to the sensor current detection resistor Rm in the sensor current detection circuit 6. Therefore, the detection accuracy of the sensor current i by the sensor current detection means 63 can be improved, the current value of the sensor current flowing through the sensor cell 2B (residual oxygen current after NOx reaction) and the sensor current flowing through the monitor cell 2C (residual oxygen current) ) To obtain the NOx concentration from the difference from the current value, the detection accuracy of the NOx concentration can be improved.

また、モニタセル２Ｃにおいて、素子インピーダンスの測定を行う際には、センサ電流検出回路６におけるスイッチング素子ＴＲ１によって、インピーダンス測定用抵抗Ｒｉを設けた切替用配線６０１を導通状態にする。
次いで、指令電圧源６１に設けた掃引手段６２によって、電流検出用オペアンプＯＰ２に交流電圧を印加する。このとき、基準電圧源５２による電圧（本例では４．４Ｖ）と、掃引手段６２による交流電圧（本例では４．２Ｖ又は３．８Ｖ）との差分による電圧がモニタセル２Ｃに印加され、モニタセル２Ｃ及びインピーダンス測定用抵抗Ｒｉに電流が流れる。そして、インピーダンス測定回路７においては、ピークホールド手段７２によって、インピーダンス測定用抵抗Ｒｉに流れる電流の変化により生じたピーク電圧（電圧の最大値）を保持する。 Further, when the element impedance is measured in the monitor cell 2C, the switching wiring 601 provided with the impedance measuring resistor Ri is made conductive by the switching element TR1 in the sensor current detection circuit 6.
Next, an AC voltage is applied to the current detection operational amplifier OP <b> 2 by the sweep means 62 provided in the command voltage source 61. At this time, a voltage resulting from the difference between the voltage from the reference voltage source 52 (4.4 V in this example) and the AC voltage from the sweep means 62 (4.2 V or 3.8 V in this example) is applied to the monitor cell 2C. A current flows through 2C and the impedance measurement resistor Ri. In the impedance measurement circuit 7, the peak hold means 72 holds the peak voltage (maximum voltage value) generated by the change in the current flowing through the impedance measurement resistor Ri.

より具体的には、インピーダンス測定用抵抗Ｒｉに流れる電流による電圧変化は、インピーダンス測定回路７を構成するインピーダンス測定用配線７０１において、バッファ用オペアンプＯＰ７を経由し、ハイパスフィルタ７１によって、素子インピーダンスの測定に不要な低周波ノイズが除去され、ダイオードＤ１によって、スイッチング素子ＴＲ１のスイッチングを行う際に生ずるノイズが除去された後、ピークホールド手段７２においてピーク電圧として保持される。そして、この電圧の最大値を増幅して制御用マイコン８に取り込むことにより、制御用マイコン８においては、モニタセル２Ｃの素子インピーダンスを安定して測定することができる。   More specifically, the voltage change due to the current flowing through the impedance measurement resistor Ri is measured by the high-pass filter 71 via the buffer operational amplifier OP7 in the impedance measurement wiring 701 constituting the impedance measurement circuit 7. Then, unnecessary low frequency noise is removed, and noise generated when the switching element TR1 is switched by the diode D1 is removed, and then the peak hold means 72 holds the peak voltage. Then, by amplifying the maximum value of this voltage and taking it into the control microcomputer 8, the control microcomputer 8 can stably measure the element impedance of the monitor cell 2C.

このように、本例のガス濃度検出装置１によれば、センサ電流の検出と素子インピーダンスの測定とを切り替えて行うモニタセル２Ｃにおいて、センサ電流の検出精度を向上させることができ、しいてはＮＯｘ濃度の検出精度を向上させることができる。   As described above, according to the gas concentration detection device 1 of this example, the detection accuracy of the sensor current can be improved in the monitor cell 2C that switches between the detection of the sensor current and the measurement of the element impedance. The density detection accuracy can be improved.

（確認試験）
本確認試験においては、モニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５に高周波ノイズ等の交流ノイズ（正弦波ノイズ）が乗ったときに、上記インピーダンス測定回路７にバッファ用オペアンプＯＰ７がない場合（比較品）と、インピーダンス測定回路７にバッファ用オペアンプＯＰ７を設けた場合（発明品）とについて、インピーダンス測定用抵抗Ｒｉ（及びセンサ電流検出用抵抗Ｒｍ）にノイズ電流が流れるかどうかのシミュレーションを行った。
図８は、比較品についてシミュレーションを行った結果を示し、図９は、発明品についてシミュレーションを行った結果を示す。両図は、上段が、モニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５における電圧波形Ｖ１、中段が、インピーダンス測定用抵抗Ｒｉの下流側端（インピーダンス測定用配線７０１の引出部）の電圧波形Ｖ２、下段が、インピーダンス測定用抵抗Ｒｉへ流れるノイズ電流Ｉの波形をそれぞれ示す。 (Confirmation test)
In this confirmation test, when the impedance measuring circuit 7 does not have the buffer operational amplifier OP7 when the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C is subjected to AC noise (sine wave noise) such as high frequency noise (comparative product). In addition, when the buffer operational amplifier OP7 is provided in the impedance measurement circuit 7 (invention product), a simulation was performed to determine whether noise current flows through the impedance measurement resistor Ri (and the sensor current detection resistor Rm).
FIG. 8 shows the result of simulation for the comparative product, and FIG. 9 shows the result of simulation for the inventive product. In both figures, the upper stage is the voltage waveform V1 at the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C, the middle stage is the voltage waveform V2 at the downstream end of the impedance measurement resistor Ri (the lead portion of the impedance measurement wiring 701), and the lower stage is. The waveforms of the noise current I flowing through the impedance measurement resistor Ri are shown.

図８からわかるように、比較品においては、インピーダンス測定用抵抗Ｒｉの下流側端の電圧波形Ｖ２は、ノイズ吸収用のダイオードＤ１からクランプ電流が流れることにより、電圧のマイナス成分がクランプされていることがわかる。そのため、インピーダンス測定用抵抗Ｒｉの両端には、電圧の不均衡が生じ、インピーダンス測定用抵抗Ｒｉへは、インピーダンス測定回路７からプラス成分のノイズ電流Ｉが流れてしまうことがわかる。そのため、このノイズ電流Ｉが、センサ電流検出用抵抗Ｒｍを用いたセンサ電流の検出に悪影響を与えてしまうことがわかる。   As can be seen from FIG. 8, in the comparative product, the negative voltage component is clamped in the voltage waveform V2 at the downstream end of the impedance measuring resistor Ri due to the clamp current flowing from the noise absorbing diode D1. I understand that. Therefore, it can be seen that voltage imbalance occurs at both ends of the impedance measurement resistor Ri, and a positive component noise current I flows from the impedance measurement circuit 7 to the impedance measurement resistor Ri. Therefore, it can be seen that the noise current I adversely affects the detection of the sensor current using the sensor current detection resistor Rm.

一方、図９からわかるように、発明品においては、ノイズ吸収用のダイオードＤ１の上流側にバッファ用オペアンプＯＰ７が設けてあることにより、インピーダンス測定用抵抗Ｒｉの両端には、いずれも正弦波ノイズが乗ることになり、電圧の不均衡が生じず、インピーダンス測定回路７からインピーダンス測定用抵抗Ｒｉ（及びセンサ電流検出用抵抗Ｒｍ）へ、ダイオードＤ１によるクランプ電流が流れてしまうことを防止することができる。
そのため、インピーダンス測定回路７にバッファ用オペアンプＯＰ７を設けることにより、センサ電流検出用抵抗Ｒｍを用いたセンサ電流の検出精度を向上できることがわかる。 On the other hand, as can be seen from FIG. 9, in the product of the invention, the buffer operational amplifier OP7 is provided upstream of the noise absorbing diode D1, so that both ends of the impedance measuring resistor Ri have sinusoidal noise. Therefore, it is possible to prevent a clamp current from flowing from the impedance measurement circuit 7 to the impedance measurement resistor Ri (and the sensor current detection resistor Rm) from flowing from the impedance measurement circuit 7 to the impedance measurement resistor Ri. it can.
Therefore, it can be seen that providing the buffer operational amplifier OP7 in the impedance measuring circuit 7 can improve the detection accuracy of the sensor current using the sensor current detection resistor Rm.

実施例における、ガス濃度検出装置の全体構成を概略的に示す構成図。The block diagram which shows schematically the whole structure of the gas concentration detection apparatus in an Example. 実施例における、センサセル及びモニタセルに接続した回路構成を概略的に示す説明図。Explanatory drawing which shows schematically the circuit structure connected to the sensor cell and monitor cell in an Example. 実施例における、ポンプセル及びヒータ素子に接続した回路構成を概略的に示す説明図。Explanatory drawing which shows schematically the circuit structure connected to the pump cell and the heater element in an Example. 実施例における、モニタセルにおけるセンサ電流検出回路を示す説明図。Explanatory drawing which shows the sensor current detection circuit in the monitor cell in an Example. 実施例における、モニタセルにおけるインピーダンス測定回路を示す説明図。Explanatory drawing which shows the impedance measurement circuit in the monitor cell in an Example. 実施例における、モニタセルにおける他のインピーダンス測定回路を示す説明図。Explanatory drawing which shows the other impedance measurement circuit in a monitor cell in an Example. 実施例における、素子インピーダンスの測定を行う際の動作を概略的に示す説明図。Explanatory drawing which shows schematically the operation | movement at the time of measuring an element impedance in an Example. 確認試験における比較品について、ノイズ電流のシミュレーションを行った結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having performed the simulation of noise current about the comparative product in a confirmation test. 確認試験における発明品について、ノイズ電流のシミュレーションを行った結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having performed the simulation of noise current about the invention in the confirmation test.

符号の説明Explanation of symbols

１ ガス濃度検出装置
２ ガスセンサ素子
２Ａ ポンプセル
２Ｂ センサセル
２Ｃ モニタセル
２１ 固体電解質体
３ ヒータ素子
４１ ポンプセル出力回路
４２ ポンプセル入力回路
４３ 基準電圧源
５１ ＮＯｘ電流検出回路
５２ 基準電圧源
６ センサ電流検出回路
６０１ 切替用配線
６１ 指令電圧源
６２ 掃引手段
６３ センサ電流検出手段
７ インピーダンス測定回路
７０１ インピーダンス測定用配線
７１ ハイパスフィルタ
７２ ピークホールド手段
８ 制御用マイコン
ＯＰ２ モニタ電流検出用オペアンプ
ＯＰ４ 残存酸素用オペアンプ
ＯＰ７ バッファ用オペアンプ
ＯＰ８ ピークホールド用オペアンプ
Ｒｍ センサ電流検出用抵抗
Ｒｉ インピーダンス測定用抵抗
ＴＲ１ スイッチング素子
Ｄ１ ダイオード
Ｃ４ ピーク電圧検出用コンデンサ
Ｆ 基準ガス
Ｇ 被測定ガス（排ガス） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas concentration detection apparatus 2 Gas sensor element 2A Pump cell 2B Sensor cell 2C Monitor cell 21 Solid electrolyte body 3 Heater element 41 Pump cell output circuit 42 Pump cell input circuit 43 Reference voltage source 51 NOx current detection circuit 52 Reference voltage source 6 Sensor current detection circuit 601 For switching Wiring 61 Command voltage source 62 Sweep means 63 Sensor current detection means 7 Impedance measurement circuit 701 Impedance measurement wiring 71 High-pass filter 72 Peak hold means 8 Control microcomputer OP2 Monitor current detection operational amplifier OP4 Residual oxygen operational amplifier OP7 Buffer operational amplifier OP8 Peak Operational amplifier for holding Rm Resistance for sensor current detection Ri Resistance for impedance measurement TR1 Switching element D1 Diode C4 Condenser for peak voltage detection F Reference gas G Gas to be measured (exhaust gas)

Claims (5)

酸素イオン透過性を有する固体電解質体の両表面にそれぞれ電極を設けてなるガスセンサ素子を有し、
該ガスセンサ素子によって、ＮＯｘ不活性の電極を備え排ガス中の酸素濃度を調整するためのポンプセルと、ＮＯｘ活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の排ガス中のＮＯｘ濃度を測定するためのセンサセルと、ＮＯｘ不活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の排ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセンサセルとを構成してなるガス濃度検出装置において、
上記モニタセルは、その素子インピーダンス（又は素子アドミタンス、以下同様。）の測定を兼用するセルとし、当該モニタセルの一方の電極には、基準電圧源を接続し、当該モニタセルの他方の電極には、センサ電流検出回路を接続してなり、
該センサ電流検出回路は、指令電圧源と、
該指令電圧源による電圧を上記モニタセルの他方の電極に印加するための電流検出用オペアンプと、
該電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの他方の電極との間に設けたセンサ電流検出用抵抗と、
該センサ電流検出用抵抗に流れる電流を検出するためのセンサ電流検出手段と、
上記電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの他方の電極との間において上記センサ電流検出用抵抗と並列に接続したインピーダンス測定用抵抗と、
該インピーダンス測定用抵抗を設けた切替用配線の導通状態と非導通状態とを切り替えるためのスイッチング素子とを有しており、
上記指令電圧源には、上記スイッチング素子によって上記切替用配線を導通させた状態において、上記電流検出用オペアンプに上記素子インピーダンスを測定するための交流電圧を印加する掃引手段が設けてあり、
上記切替用配線には、上記掃引手段による上記交流電圧の印加によって上記インピーダンス測定用抵抗に流れる電流の変化を測定するためのインピーダンス測定回路が接続してあり、
該インピーダンス測定回路を構成するインピーダンス測定用配線には、上記素子インピーダンスの測定に不要なノイズを除去するためのハイパスフィルタと、
上記スイッチング素子のスイッチングを行う際に生ずるノイズを除去するために、上記インピーダンス測定用配線とグラウンド電位との間に、アノード端子をグラウンド電位側にして接続したダイオードと、
上記ハイパスフィルタ及び上記ダイオードの下流側に接続し、上記インピーダンス測定用抵抗に流れる電流の変化により生じた電圧の最大値を保持するためのピークホールド手段とが設けてあり、
上記インピーダンス測定用配線において、上記ハイパスフィルタの上流側には、上記インピーダンス測定用抵抗に流れる電流の変化により生じた電圧を上記ハイパスフィルタへ出力するバッファ用オペアンプが設けてあり、
上記センサ電流検出手段によって上記センサ電流検出用抵抗に流れる電流を検出する際に、上記バッファ用オペアンプにより、交流ノイズによる影響を受けて上記ダイオードに流れるクランプ電流が上記センサ電流検出用抵抗へ流れ込むことを防止したことを特徴とするガス濃度検出装置。 It has a gas sensor element in which electrodes are provided on both surfaces of a solid electrolyte body having oxygen ion permeability,
With this gas sensor element, a NOx inactive electrode is provided to adjust the oxygen concentration in the exhaust gas, and an NOx active electrode is provided to measure the NOx concentration in the exhaust gas after the oxygen concentration is adjusted by the pump cell. In a gas concentration detection device comprising a sensor cell for performing an NOx inert electrode and a monitor sensor cell for monitoring the oxygen concentration in the exhaust gas after adjusting the oxygen concentration by the pump cell,
The monitor cell is a cell that is also used for measuring the element impedance (or element admittance, the same applies hereinafter), a reference voltage source is connected to one electrode of the monitor cell, and a sensor is connected to the other electrode of the monitor cell. Connect the current detection circuit,
The sensor current detection circuit includes a command voltage source,
An operational amplifier for current detection for applying a voltage from the command voltage source to the other electrode of the monitor cell;
A sensor current detection resistor provided between the output terminal of the current detection operational amplifier and the other electrode of the monitor cell;
Sensor current detection means for detecting a current flowing through the sensor current detection resistor;
An impedance measurement resistor connected in parallel with the sensor current detection resistor between the output terminal of the current detection operational amplifier and the other electrode of the monitor cell;
A switching element for switching between a conductive state and a non-conductive state of the switching wiring provided with the impedance measuring resistor;
The command voltage source is provided with sweeping means for applying an AC voltage for measuring the element impedance to the current detection operational amplifier in a state where the switching wiring is conducted by the switching element.
The switching wiring is connected to an impedance measuring circuit for measuring a change in the current flowing through the impedance measuring resistor by the application of the alternating voltage by the sweep means,
In the impedance measurement wiring constituting the impedance measurement circuit, a high-pass filter for removing noise unnecessary for the measurement of the element impedance, and
In order to remove noise generated when switching the switching element, a diode connected with the anode terminal on the ground potential side between the impedance measurement wiring and the ground potential;
Peak hold means for holding the maximum value of the voltage generated by the change of the current flowing through the impedance measurement resistor connected to the high pass filter and the downstream side of the diode is provided,
In the impedance measurement wiring, on the upstream side of the high-pass filter, there is provided a buffer operational amplifier that outputs a voltage generated by a change in the current flowing through the impedance measurement resistor to the high-pass filter.
When the current flowing through the sensor current detection resistor is detected by the sensor current detection means, the buffer operational amplifier causes the clamp current flowing through the diode to flow into the sensor current detection resistor due to the influence of AC noise. A gas concentration detection device characterized in that 請求項１において、上記切替用配線には、上記インピーダンス測定用抵抗に流れる電流の変化により生じた電圧を監視するための電圧モニタ用オペアンプが、上記インピーダンス測定回路と並列に接続してあり、
上記電圧モニタ用オペアンプは、上記バッファ用オペアンプを兼用していることを特徴とするガス濃度検出装置。 In Claim 1, a voltage monitoring operational amplifier for monitoring a voltage generated by a change in the current flowing through the impedance measuring resistor is connected to the switching wiring in parallel with the impedance measuring circuit.
The gas concentration detection apparatus, wherein the voltage monitoring operational amplifier also serves as the buffer operational amplifier. 請求項１又は２において、上記ピークホールド手段は、上記ハイパスフィルタ及び上記ダイオードの下流側に接続したボルテージフォロアを構成するピークホールド用オペアンプと、該ピークホールド用オペアンプの出力端子とグラウンド電位との間に接続したピーク電圧検出用コンデンサと、該ピーク電圧検出用コンデンサから上記ピークホールド用オペアンプの出力端子への電流リークを防止するためのダイオードとを有していることを特徴とするガス濃度検出装置。   3. The peak hold means according to claim 1, wherein the peak hold means includes a peak hold operational amplifier constituting a voltage follower connected to the downstream side of the high pass filter and the diode, and an output terminal of the peak hold operational amplifier and a ground potential. And a diode for preventing current leakage from the peak voltage detection capacitor to the output terminal of the peak hold operational amplifier. . 請求項１〜３のいずれか一項において、上記電流検出用オペアンプは、上記指令電圧源による電圧を上記モニタセルの他方の電極に印加するボルテージフォロアを構成しており、
上記センサ電流検出用抵抗は、上記電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの他方の電極との間に接続してあり、
上記指令電圧源による電圧は、上記基準電圧源による電圧よりも低く設定してあり、
上記センサ電流検出手段は、上記モニタセルの他方の電極から上記センサ電流検出用抵抗を経由して上記電流検出用オペアンプの出力端子へ流れるセンサ電流を、上記センサ電流検出用抵抗の抵抗値と、上記センサ電流検出用抵抗の両端の電圧の差分とに基づいて求めるよう構成してあることを特徴とするガス濃度検出装置。 The current detection operational amplifier according to any one of claims 1 to 3, constituting a voltage follower that applies a voltage from the command voltage source to the other electrode of the monitor cell.
The sensor current detection resistor is connected between the output terminal of the current detection operational amplifier and the other electrode of the monitor cell,
The voltage by the command voltage source is set lower than the voltage by the reference voltage source,
The sensor current detection means includes a sensor current flowing from the other electrode of the monitor cell to the output terminal of the current detection operational amplifier via the sensor current detection resistor, a resistance value of the sensor current detection resistor, A gas concentration detection device configured to be obtained based on a difference between voltages at both ends of a sensor current detection resistor. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記ガスセンサ素子には、通電によって発熱するヒータ素子が積層してあり、
該ヒータ素子には、制御用マイコンからの指令を受けて当該ヒータ素子へ通電を行い、上記ガスセンサ素子の温度を制御するためのヒータ出力回路が接続してあり、
上記制御用マイコンは、上記インピーダンス測定回路における上記ピークホールド手段からの出力電圧を受けて、上記モニタセルにおける素子インピーダンスを求め、該素子インピーダンスの値に基づいて、上記ヒータ出力回路へ出力する信号を変化させるよう構成してあることを特徴とするガス濃度検出装置。 In any one of Claims 1-4, the heater element which generate | occur | produces heat by electricity supply is laminated | stacked on the said gas sensor element,
The heater element receives a command from the control microcomputer, energizes the heater element, and is connected to a heater output circuit for controlling the temperature of the gas sensor element,
The control microcomputer receives an output voltage from the peak hold means in the impedance measurement circuit, obtains an element impedance in the monitor cell, and changes a signal output to the heater output circuit based on the value of the element impedance. A gas concentration detection device characterized by being configured to cause
JP2007153005A 2007-06-08 2007-06-08 Gas concentration detector Pending JP2008304383A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007153005A JP2008304383A (en) 2007-06-08 2007-06-08 Gas concentration detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007153005A JP2008304383A (en) 2007-06-08 2007-06-08 Gas concentration detector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008304383A true JP2008304383A (en) 2008-12-18

Family

ID=40233232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007153005A Pending JP2008304383A (en) 2007-06-08 2007-06-08 Gas concentration detector

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008304383A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011242147A (en) * 2010-05-14 2011-12-01 Denso Corp Element impedance detection device and sensor unit
WO2013121534A1 (en) * 2012-02-15 2013-08-22 トヨタ自動車株式会社 Nox sensor control device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011242147A (en) * 2010-05-14 2011-12-01 Denso Corp Element impedance detection device and sensor unit
US8659305B2 (en) 2010-05-14 2014-02-25 Denso Corporation Detection device for detecting impedance of sensor element in gas sensor and sensor unit equipped with detection device
WO2013121534A1 (en) * 2012-02-15 2013-08-22 トヨタ自動車株式会社 Nox sensor control device
US9568395B2 (en) 2012-02-15 2017-02-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha NOx sensor control device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5215482B2 (en) Sensor control device
JP6362643B2 (en) Air-fuel ratio sensor control device and abnormality detection method
JP2006113081A (en) Heater controller device for gas concentration sensor
US9541523B2 (en) Sensor control apparatus and gas detection system
JP2008304383A (en) Gas concentration detector
JP4508123B2 (en) Element impedance detector
JP2008309641A (en) Gas concentration detector
US10261060B2 (en) Sensor control apparatus and gas detection system
JP6700910B2 (en) Gas sensor controller
CN215895326U (en) Nitrogen oxygen sensor heating device and nitrogen oxygen sensor
JP4045148B2 (en) Simulator for simulating operation of NOx sensor and oxygen sensor
CN214474671U (en) Nitrogen-oxygen sensor heating device and nitrogen-oxygen sensor
JP2012052808A (en) Thermal flow measurement device
JP4746238B2 (en) Drive control circuit and drive control method for gas sensor
JP2008304272A (en) Gas concentration detector
KR101138357B1 (en) NOx gas sensor control unit
JP2008309640A (en) Gas concentration detector
JP2002372514A (en) Gas concentration detection apparatus
JP2003166973A (en) Gas concentration detector for internal combustion engine
JP3736443B2 (en) Gas concentration detection device for internal combustion engine
JP4086108B2 (en) NOx measuring device
JP2003166967A (en) Gas concentration-detecting apparatus of internal engine
US7252748B2 (en) NOx measurement apparatus
JP2008292307A (en) Gas concentration detector
US20070151849A1 (en) Sensor control device