JP2008309641A - Gas concentration detector - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas concentration detector which enhances the detection precision of the current flowing to a gas sensor element. <P>SOLUTION: The gas concentration detector 1 has a pump cell, a sensor cell 2B and a monitor cell. Constant-current means E1-E3 for allowing a current of a predetermined value to flow to ground potential are respectively provided to the output terminal of a sensor cell differential amplifying operational amplifier OP3 for detecting the potential difference between both terminals of the sensor current detecting resistor Rs provided to the measuring target gas side electrode 203 of the sensor cell 2B, the output terminal of a monitor cell differential amplifying operational amplifier OP4 for detecting the potential difference between both terminals of a monitor current detecting resistor Rm provided to the measuring target 205 of the monitor cell and the output terminal of an NOx concentration detecting operational amplifier OP5 for outputting a voltage based on the NOx concentration performing the differential amplification of the output voltage of the monitor cell differential amplifying operational amplifier OP4 and the output voltage of the sensor cell differential amplifying operational amplifier OP3. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、NOx濃度の検出を行うガス濃度検出装置に関し、特に、センサセル又はモニタセルに流れる電流を検出する回路に関する。   The present invention relates to a gas concentration detection device that detects a NOx concentration, and more particularly to a circuit that detects a current flowing in a sensor 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.

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)に流れる電流を検出するために、差動増幅回路を構成するオペアンプを用いて、ポンプセルに接続した抵抗の両端の電位差を検出している。また、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)に流れる電流を検出するためにも、差動増幅回路を構成するオペアンプを用いて、センサセルに接続した抵抗の両端の電位差を検出している。   For example, in the gas concentration detection device of Patent Document 1, in order to detect a current flowing through a pump cell (first cell) that discharges excess oxygen in a gas to be detected, an operational amplifier constituting a differential amplifier circuit is used. The potential difference between both ends of the resistor connected to the pump cell is detected. In addition, in order to detect a current flowing in a sensor cell (second cell) that flows a current corresponding to the concentration of a specific component from a gas component after excess oxygen is discharged, an operational amplifier that constitutes a differential amplifier circuit is used for the sensor cell. The potential difference between both ends of the connected resistor is detected.

ところで、一般的なオペアンプの出力端子は、オペアンプの内部回路において、NPN型の出力段トランジスタのエミッタ端子に設けた抵抗と、PNP型の出力段トランジスタのコレクタ端子に設けた抵抗との間から取り出している。そのため、例えば、センサセル、モニタセル等に流れる電流を検出する際に、オペアンプの出力電圧を0Vにすることは難しく、出力段トランジスタのコレクタ−エミッタ間の電圧Vceが出力電圧に残る。
そして、オペアンプの出力電圧が、電圧Vceの下限値を超えるときには、上記電流を検出する際の誤差はほとんど生じない一方、オペアンプの出力電圧が、電圧Vceの下限値以下であるときには、この電圧Vceが上記電流を検出する際の誤差となり、電流の検出精度を悪化させてしまう要因になる。
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、センサセル、モニタセル等に流れる電流として、数nA〜数百nA程度の微小な電流を検出する必要があり、電流の検出精度の悪化は深刻な問題となる。
By the way, the output terminal of a general operational amplifier is taken out between the resistance provided at the emitter terminal of the NPN output stage transistor and the resistance provided at the collector terminal of the PNP output stage transistor in the internal circuit of the operational amplifier. ing. Therefore, for example, when detecting the current flowing in the sensor cell, the monitor cell, etc., it is difficult to set the output voltage of the operational amplifier to 0 V, and the voltage Vce between the collector and the emitter of the output stage transistor remains in the output voltage.
When the output voltage of the operational amplifier exceeds the lower limit value of the voltage Vce, an error in detecting the current hardly occurs. On the other hand, when the output voltage of the operational amplifier is equal to or lower than the lower limit value of the voltage Vce, the voltage Vce. Becomes an error in detecting the current, which causes a deterioration in current detection accuracy.
In particular, in a gas concentration detection device that detects NOx concentration, in order to detect NOx concentration on the order of ppm, it is necessary to detect a minute current of about several nA to several hundred nA as a current flowing in a sensor cell, a monitor cell, or the like. In addition, deterioration of current detection accuracy becomes a serious problem.

特開2000−171439号公報JP 2000-171439 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、ガスセンサ素子に流れる電流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 conventional problems, and an object of the present invention is to provide a gas concentration detection device capable of improving the detection accuracy of a current flowing in a gas sensor element.

第1の発明は、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、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被測定ガス中の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被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセルとを構成してなるガス濃度検出装置において、
上記センサセルは、その基準ガス側電極に基準電圧源を接続してなると共に、その被測定ガス側電極に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センサセルの被測定ガス側電極に印加するためのセンサ電流検出用オペアンプと、
該センサ電流検出用オペアンプの出力端子と上記センサセルの被測定ガス側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の両端における電圧の差動増幅を行って、該センサ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出するためのセンサセル差動増幅用オペアンプとを有しており、
該センサセル差動増幅用オペアンプの出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段が設けてあることを特徴とするガス濃度検出装置にある(請求項1)。
The first invention has a gas sensor element in which electrodes are provided on both surfaces of a solid electrolyte body having oxygen ion permeability,
A pump cell for adjusting the oxygen concentration in the gas to be measured provided with an NOx inactive electrode by the gas sensor element, and a gas in the gas to be measured after adjusting the oxygen concentration by the pump cell provided with the NOx active electrode. Gas concentration comprising a sensor cell for measuring the NOx concentration and a monitor cell for monitoring the oxygen concentration in the gas to be measured after the NOx inert electrode is provided and the oxygen concentration is adjusted by the pump cell. In the detection device,
The sensor cell has a reference voltage source connected to the reference gas side electrode, and a sensor current detection circuit connected to the measured gas side electrode.
The sensor current detection circuit includes a command voltage source,
An operational amplifier for detecting a sensor current for applying a voltage from the command voltage source to the measured gas side electrode of the sensor cell;
A sensor current detection resistor provided between an output terminal of the sensor current detection operational amplifier and a measured gas side electrode of the sensor cell;
A differential amplification of the voltage at both ends of the sensor current detection resistor, and a sensor cell differential amplification operational amplifier for detecting a potential difference at both ends of the sensor current detection resistor;
In the gas concentration detection apparatus, constant current means for flowing a predetermined value of current to the ground potential is provided at the output terminal of the operational amplifier for differential amplification of the sensor cell.

本発明のガス濃度検出装置は、被測定ガス中のNOx(窒素酸化物)濃度を検出するものであり、センサセルに流れる電流(以下、センサ電流という。)の検出精度を向上させる工夫を行っている。
具体的には、本発明のガス濃度検出装置は、センサセルにおいて、基準電圧源による電圧とセンサ電流検出用オペアンプの出力電圧(指令電圧源による電圧)との差分電圧が、センサ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nA〜数百nAの微小なセンサ電流が流れる。そして、センサセル差動増幅用オペアンプにより、センサ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、このセンサ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出する。
The gas concentration detection device of the present invention detects the NOx (nitrogen oxide) concentration in the gas to be measured, and devise to improve the detection accuracy of the current flowing through the sensor cell (hereinafter referred to as sensor current). Yes.
Specifically, in the gas concentration detection device of the present invention, in the sensor cell, when a differential voltage between the voltage by the reference voltage source and the output voltage of the sensor current detection operational amplifier (voltage by the command voltage source) is applied to the sensor cell. For example, a minute sensor current of several nA to several hundred nA flows through the sensor current detection resistor in the sensor current detection circuit. Then, a differential amplification of the voltage at both ends of the sensor current detection resistor is performed by the sensor cell differential amplification operational amplifier, and a potential difference at both ends of the sensor current detection resistor is detected.

このとき、本発明のセンサセル差動増幅用オペアンプの出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段が設けてある。この定電流手段によって、センサセル差動増幅用オペアンプの内部回路における出力段トランジスタから、所定値の電流をグラウンドへ流すことができる。これにより、出力段トランジスタのコレクタ−エミッタ間の電圧Vceの下限値を引き下げることができ、センサセル差動増幅用オペアンプによって出力可能な電圧の下限値を引き下げることができる。
そして、ガス濃度検出装置を制御する制御用マイコン等においては、センサ電流検出用抵抗の両端における電位差と、センサ電流検出用抵抗の抵抗値とに基づいて、センサセルに流れるセンサ電流を精度よく求めることができる。
At this time, the output terminal of the operational amplifier for differential amplification of the sensor cell of the present invention is provided with a constant current means for flowing a predetermined current to the ground potential. By this constant current means, a predetermined value of current can be passed from the output stage transistor in the internal circuit of the sensor cell differential amplification operational amplifier to the ground. Thereby, the lower limit value of the collector-emitter voltage Vce of the output stage transistor can be lowered, and the lower limit value of the voltage that can be output by the sensor cell differential amplification operational amplifier can be lowered.
In a control microcomputer or the like that controls the gas concentration detection device, the sensor current flowing through the sensor cell is accurately obtained based on the potential difference between both ends of the sensor current detection resistor and the resistance value of the sensor current detection resistor. Can do.

それ故、本発明のガス濃度検出装置によれば、ガスセンサ素子(センサセル)に流れる電流(センサ電流)の検出精度を向上させることができる。   Therefore, according to the gas concentration detection apparatus of the present invention, it is possible to improve the detection accuracy of the current (sensor current) flowing through the gas sensor element (sensor cell).

第2の発明は、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、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被測定ガス中の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被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタ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、その基準ガス側電極に基準電圧源を接続してなると共に、その被測定ガス側電極にモニタ電流検出回路を接続してなり、
該モニタ電流検出回路は、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被測定ガス側電極に印加するためのモニタ電流検出用オペアンプと、
該モニタ電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの被測定ガス側電極との間に設けたモニタ電流検出用抵抗と、
該モニタ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、該モニタ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出するためのモニタセル差動増幅用オペアンプとを有しており、
該モニタセル差動増幅用オペアンプの出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段が設けてあることを特徴とするガス濃度検出装置にある(請求項2)。
The second invention has a gas sensor element in which electrodes are provided on both surfaces of a solid electrolyte body having oxygen ion permeability,
A pump cell for adjusting the oxygen concentration in the gas to be measured provided with an NOx inactive electrode by the gas sensor element, and a gas in the gas to be measured after adjusting the oxygen concentration by the pump cell provided with the NOx active electrode. Gas concentration comprising a sensor cell for measuring the NOx concentration and a monitor cell for monitoring the oxygen concentration in the gas to be measured after the NOx inert electrode is provided and the oxygen concentration is adjusted by the pump cell. In the detection device,
The monitor cell has a reference voltage source connected to the reference gas side electrode and a monitor current detection circuit connected to the measured gas side electrode.
The monitor current detection circuit includes a command voltage source,
A monitor current detection operational amplifier for applying a voltage from the command voltage source to the measured gas side electrode of the monitor cell;
A monitor current detection resistor provided between the output terminal of the monitor current detection operational amplifier and the measured gas side electrode of the monitor cell;
A monitor cell differential amplification operational amplifier for performing differential amplification of the voltage at both ends of the monitor current detection resistor and detecting a potential difference at both ends of the monitor current detection resistor;
The output terminal of the operational amplifier for differential amplification of the monitor cell is provided with a constant current means for allowing a predetermined current to flow to the ground potential (Claim 2).

本発明のガス濃度検出装置は、被測定ガス中のNOx(窒素酸化物)濃度を検出するものであり、モニタセルに流れるモニタ電流(以下、モニタセルに流れる電流は、センサセルに流れる電流と区別するためにモニタ電流という。)の検出精度を向上させる工夫を行っている。
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、基準電圧源による電圧とモニタ電流検出用オペアンプの出力電圧(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、モニタ電流検出回路におけるモニタ電流検出用抵抗には、例えば、数nA〜数百nAの微小なモニタ電流が流れる。そして、モニタセル差動増幅用オペアンプにより、モニタ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、このモニタ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出する。
The gas concentration detection device of the present invention detects the NOx (nitrogen oxide) concentration in the gas to be measured, and the monitor current flowing through the monitor cell (hereinafter, the current flowing through the monitor cell is distinguished from the current flowing through the sensor cell). Is called monitor current).
Specifically, in the gas concentration detection device of the present invention, in the monitor cell, when a differential voltage between the voltage from the reference voltage source and the output voltage of the monitor current detection operational amplifier (voltage from the command voltage source) is applied to the monitor cell. For example, a small monitor current of several nA to several hundreds of nA flows through the monitor current detection resistor in the monitor current detection circuit. Then, the monitor cell differential amplification operational amplifier performs differential amplification of the voltage at both ends of the monitor current detection resistor, and detects a potential difference at both ends of the monitor current detection resistor.

このとき、本発明のモニタセル差動増幅用オペアンプの出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段が設けてある。この定電流手段によって、モニタセル差動増幅用オペアンプの内部回路における出力段トランジスタから、所定値の電流をグラウンドへ流すことができる。これにより、出力段トランジスタのコレクタ−エミッタ間の電圧Vceの下限値を引き下げることができ、モニタセル差動増幅用オペアンプによって出力可能な電圧の下限値を引き下げることができる。
そして、ガス濃度検出装置を制御する制御用マイコン等においては、モニタ電流検出用抵抗の両端における電位差と、モニタ電流検出用抵抗の抵抗値とに基づいて、モニタセルに流れるモニタ電流を精度よく求めることができる。
At this time, the output terminal of the operational amplifier for differential amplification of the monitor cell of the present invention is provided with a constant current means for flowing a predetermined value of current to the ground potential. By this constant current means, a predetermined value of current can be passed from the output stage transistor in the internal circuit of the monitor cell differential amplification operational amplifier to the ground. Thereby, the lower limit value of the collector-emitter voltage Vce of the output stage transistor can be lowered, and the lower limit value of the voltage that can be output by the monitor cell differential amplification operational amplifier can be lowered.
In a control microcomputer or the like that controls the gas concentration detection device, the monitor current flowing through the monitor cell must be accurately obtained based on the potential difference between both ends of the monitor current detection resistor and the resistance value of the monitor current detection resistor. Can do.

それ故、本発明のガス濃度検出装置によれば、ガスセンサ素子(モニタセル)に流れる電流(モニタ電流)の検出精度を向上させることができる。   Therefore, according to the gas concentration detection apparatus of the present invention, it is possible to improve the detection accuracy of the current (monitor current) flowing through the gas sensor element (monitor cell).

第3の発明は、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、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被測定ガス中の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被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセルとを構成してなるガス濃度検出装置において、
上記センサセルは、その基準ガス側電極に基準電圧源を接続してなると共に、その被測定ガス側電極に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センサセルの被測定ガス側電極に印加するためのセンサ電流検出用オペアンプと、
該センサ電流検出用オペアンプの出力端子と上記センサセルの被測定ガス側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の両端における電圧の差動増幅を行って、該センサ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出するためのセンサセル差動増幅用オペアンプとを有しており、
上記モニタセルは、その基準ガス側電極に基準電圧源を接続してなると共に、その被測定ガス側電極にモニタ電流検出回路を接続してなり、
該モニタ電流検出回路は、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被測定ガス側電極に印加するためのモニタ電流検出用オペアンプと、
該モニタ電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの被測定ガス側電極との間に設けたモニタ電流検出用抵抗と、
該モニタ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、該モニタ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出するためのモニタセル差動増幅用オペアンプとを有しており、
上記センサ電流検出回路は、上記モニタセル差動増幅用オペアンプの出力電圧と、上記センサセル差動増幅用オペアンプの出力電圧との差動増幅を行って、NOx濃度に基づく電圧を出力するNOx濃度検出用オペアンプを有しており、
該NOx濃度検出用オペアンプの出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段が設けてあることを特徴とするガス濃度検出装置にある(請求項3)。
The third invention has a gas sensor element comprising electrodes on both surfaces of a solid electrolyte body having oxygen ion permeability,
A pump cell for adjusting the oxygen concentration in the gas to be measured provided with an NOx inactive electrode by the gas sensor element, and a gas in the gas to be measured after adjusting the oxygen concentration by the pump cell provided with the NOx active electrode. Gas concentration comprising a sensor cell for measuring the NOx concentration and a monitor cell for monitoring the oxygen concentration in the gas to be measured after the NOx inert electrode is provided and the oxygen concentration is adjusted by the pump cell. In the detection device,
The sensor cell has a reference voltage source connected to the reference gas side electrode, and a sensor current detection circuit connected to the measured gas side electrode.
The sensor current detection circuit includes a command voltage source,
An operational amplifier for detecting a sensor current for applying a voltage from the command voltage source to the measured gas side electrode of the sensor cell;
A sensor current detection resistor provided between an output terminal of the sensor current detection operational amplifier and a measured gas side electrode of the sensor cell;
A differential amplification of the voltage at both ends of the sensor current detection resistor, and a sensor cell differential amplification operational amplifier for detecting a potential difference at both ends of the sensor current detection resistor;
The monitor cell has a reference voltage source connected to the reference gas side electrode and a monitor current detection circuit connected to the measured gas side electrode.
The monitor current detection circuit includes a command voltage source,
A monitor current detection operational amplifier for applying a voltage from the command voltage source to the measured gas side electrode of the monitor cell;
A monitor current detection resistor provided between the output terminal of the monitor current detection operational amplifier and the measured gas side electrode of the monitor cell;
A monitor cell differential amplification operational amplifier for performing differential amplification of the voltage at both ends of the monitor current detection resistor and detecting a potential difference at both ends of the monitor current detection resistor;
The sensor current detection circuit performs differential amplification between the output voltage of the monitor cell differential amplification operational amplifier and the output voltage of the sensor cell differential amplification operational amplifier, and outputs a voltage based on the NOx concentration. Has an operational amplifier,
The output terminal of the operational amplifier for NOx concentration detection is provided with a constant current means for flowing a current of a predetermined value to the ground potential (Claim 3).

本発明のガス濃度検出装置は、被測定ガス中のNOx(窒素酸化物)濃度を検出するものであり、モニタセルに流れる電流(モニタ電流)と、センサセルに流れる電流(センサ電流)との差分より求めるNOx濃度の検出精度を向上させる工夫を行っている。
具体的には、本発明のガス濃度検出装置は、センサセルにおいて、基準電圧源による電圧とセンサ電流検出用オペアンプの出力電圧(指令電圧源による電圧)との差分電圧が、センサ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nA〜数百nAの微小なセンサ電流が流れる。そして、センサセル差動増幅用オペアンプにより、センサ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、このセンサ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出する。
The gas concentration detection device of the present invention detects NOx (nitrogen oxide) concentration in the gas to be measured, and is based on the difference between the current flowing through the monitor cell (monitor current) and the current flowing through the sensor cell (sensor current). The device is designed to improve the detection accuracy of the required NOx concentration.
Specifically, in the gas concentration detection device of the present invention, in the sensor cell, when a differential voltage between the voltage by the reference voltage source and the output voltage of the sensor current detection operational amplifier (voltage by the command voltage source) is applied to the sensor cell. For example, a minute sensor current of several nA to several hundred nA flows through the sensor current detection resistor in the sensor current detection circuit. Then, a differential amplification of the voltage at both ends of the sensor current detection resistor is performed by the sensor cell differential amplification operational amplifier, and a potential difference at both ends of the sensor current detection resistor is detected.

また、本発明のガス濃度検出装置は、モニタセルにおいて、基準電圧源による電圧とモニタ電流検出用オペアンプの出力電圧(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、モニタ電流検出回路におけるモニタ電流検出用抵抗には、例えば、数nA〜数百nAの微小なモニタ電流が流れる。そして、モニタセル差動増幅用オペアンプにより、モニタ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、このモニタ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出する。   In the gas concentration detection device of the present invention, when a voltage difference between the voltage from the reference voltage source and the output voltage of the monitor current detection operational amplifier (voltage from the command voltage source) is applied to the monitor cell, A small monitor current of, for example, several nA to several hundreds of nA flows through the monitor current detection resistor in the detection circuit. Then, the monitor cell differential amplification operational amplifier performs differential amplification of the voltage at both ends of the monitor current detection resistor, and detects a potential difference at both ends of the monitor current detection resistor.

そして、NOx濃度検出用オペアンプは、モニタセル差動増幅用オペアンプの出力電圧と、センサセル差動増幅用オペアンプの出力電圧との差動増幅を行って、NOx濃度に基づく電圧を出力する。
このとき、本発明のNOx濃度検出用オペアンプの出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段が設けてある。この定電流手段によって、NOx濃度検出用オペアンプの内部回路における出力段トランジスタから、所定値の電流をグラウンドへ流すことができる。これにより、出力段トランジスタのコレクタ−エミッタ間の電圧Vceの下限値を引き下げることができ、モニタセル差動増幅用オペアンプによって出力可能な電圧の下限値を引き下げることができる。
そして、ガス濃度検出装置を制御する制御用マイコン等においては、NOx濃度検出用オペアンプの出力電圧に基づいて、被測定ガス中のNOx濃度を精度よく求めることができる。
The NOx concentration detection operational amplifier performs differential amplification between the output voltage of the monitor cell differential amplification operational amplifier and the output voltage of the sensor cell differential amplification operational amplifier, and outputs a voltage based on the NOx concentration.
At this time, the output terminal of the operational amplifier for NOx concentration detection of the present invention is provided with a constant current means for flowing a predetermined current to the ground potential. By this constant current means, a predetermined value of current can be passed from the output stage transistor in the internal circuit of the NOx concentration detection operational amplifier to the ground. Thereby, the lower limit value of the collector-emitter voltage Vce of the output stage transistor can be lowered, and the lower limit value of the voltage that can be output by the monitor cell differential amplification operational amplifier can be lowered.
In a control microcomputer or the like that controls the gas concentration detection device, the NOx concentration in the gas to be measured can be accurately obtained based on the output voltage of the NOx concentration detection operational amplifier.

それ故、本発明のガス濃度検出装置によれば、ガスセンサ素子に流れる電流の差分(モニタセルとセンサセルとに流れる電流の差分)より求めるNOx濃度の検出精度を向上させることができる。   Therefore, according to the gas concentration detection apparatus of the present invention, it is possible to improve the detection accuracy of the NOx concentration obtained from the difference between the currents flowing through the gas sensor elements (the difference between the currents flowing between the monitor cell and the sensor cell).

上述した第1〜第3の発明における好ましい実施の形態につき説明する。
第1〜第3の発明において、上記センサ電流検出用抵抗の抵抗値及び上記モニタ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、第1〜第3の発明のうちの2つ以上の発明は、同じガス濃度検出装置に組み合わせて採用することができる。
A preferred embodiment of the first to third inventions described above will be described.
In the first to third inventions, the resistance value of the sensor current detection resistor and the resistance value of the monitor current detection resistor can be several hundred to several thousand kΩ.
Further, two or more of the first to third inventions can be employed in combination with the same gas concentration detection device.

また、上記定電流手段は、定電流回路又は抵抗を用いて構成することができる(請求項4)。この場合には、定電流手段を容易に形成することができる。
なお、定電流回路としては、例えば、NPN型のトランジスタを2個用いたカレントミラー回路、FET(電界効果トランジスタ)等による定電流ダイオードを備えた定電流回路等を用いることができる。また、抵抗としては、温度特性に優れた種々の抵抗器を用いることができる。
また、定電流手段として定電流回路を用いる場合には、オペアンプによる出力可能な範囲のばらつきを小さくすることができる。一方、定電流手段として抵抗を用いる場合には、安価であると共に定電流手段が占有する面積を小さくすることができ、オペアンプによる出力可能な範囲をより0Vに近づけることができる。
The constant current means can be configured using a constant current circuit or a resistor. In this case, the constant current means can be easily formed.
As the constant current circuit, for example, a current mirror circuit using two NPN transistors, a constant current circuit including a constant current diode such as an FET (field effect transistor), or the like can be used. In addition, various resistors having excellent temperature characteristics can be used as the resistor.
Further, when a constant current circuit is used as the constant current means, it is possible to reduce the variation in the range that can be output by the operational amplifier. On the other hand, when a resistor is used as the constant current means, it is inexpensive and the area occupied by the constant current means can be reduced, and the output range by the operational amplifier can be made closer to 0V.

以下に、本発明のガス濃度検出装置1にかかる実施例につき、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。
Hereinafter, embodiments of the gas concentration detection apparatus 1 according to the present invention will be described 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.

図3に示すごとく、本例のセンサセル2Bは、その基準ガス側電極204に基準電圧源51を接続してなると共に、その被測定ガス側電極203にセンサ電流検出回路5を接続してなる。センサ電流検出回路5は、指令電圧源52と、指令電圧源52による電圧をセンサセル2Bの被測定ガス側電極203に印加するためのセンサ電流検出用オペアンプOP1と、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との間に設けたセンサ電流検出用抵抗Rsと、センサ電流検出用抵抗Rsの両端における電圧の差動増幅を行って、センサ電流検出用抵抗Rsの両端における電位差を検出するためのセンサセル差動増幅用オペアンプOP3とを有している。
センサセル差動増幅用オペアンプOP3の出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段E1が設けてある。
As shown in FIG. 3, the sensor cell 2 </ b> B of this example has a reference voltage source 51 connected to the reference gas side electrode 204 and a sensor current detection circuit 5 connected to the measured gas side electrode 203. The sensor current detection circuit 5 includes a command voltage source 52, a sensor current detection operational amplifier OP1 for applying a voltage from the command voltage source 52 to the measured gas side electrode 203 of the sensor cell 2B, and an output of the sensor current detection operational amplifier OP1. The sensor current detection resistor Rs provided between the terminal and the measured gas side electrode 203 of the sensor cell 2B and the voltage at both ends of the sensor current detection resistor Rs are differentially amplified, and the sensor current detection resistor Rs It has a sensor cell differential amplification operational amplifier OP3 for detecting a potential difference at both ends.
The output terminal of the operational amplifier OP3 for differential amplification of the sensor cell is provided with a constant current means E1 for allowing a predetermined current to flow to the ground potential.

同図に示すごとく、本例のモニタセル2Cは、その基準ガス側電極206に基準電圧源51(センサセル2Bの基準電圧源51と共通化している。)を接続してなると共に、その被測定ガス側電極205にモニタ電流検出回路6を接続してなる。モニタ電流検出回路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に印加するためのモニタ電流検出用オペアンプOP2と、モニタ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との間に設けたモニタ電流検出用抵抗Rmと、モニタ電流検出用抵抗Rmの両端における電圧の差動増幅を行って、モニタ電流検出用抵抗Rmの両端における電位差を検出するためのモニタセル差動増幅用オペアンプOP4とを有している。
モニタセル差動増幅用オペアンプOP4の出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段E2が設けてある。
As shown in the figure, the monitor cell 2C of this example has a reference voltage source 51 (shared with the reference voltage source 51 of the sensor cell 2B) connected to the reference gas side electrode 206, and the gas to be measured. The monitor current detection circuit 6 is connected to the side electrode 205. The monitor current detection circuit 6 includes a command voltage source 61, a monitor 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 of the monitor current detection operational amplifier OP2. The monitor current detection resistor Rm provided between the terminal and the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C and the voltage at both ends of the monitor current detection resistor Rm are differentially amplified, and the monitor current detection resistor Rm And a monitor cell differential amplification operational amplifier OP4 for detecting a potential difference between both ends.
The output terminal of the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4 is provided with a constant current means E2 for flowing a predetermined current to the ground potential.

図3に示すごとく、センサ電流検出回路5は、モニタセル差動増幅用オペアンプOP4の出力電圧と、センサセル差動増幅用オペアンプOP3の出力電圧との差動増幅を行って、NOx濃度に基づく電圧を出力するNOx濃度検出用オペアンプOP5を有している。NOx濃度検出用オペアンプOP5の出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段E3が設けてある。
また、図6に示すごとく、本例の定電流手段E1〜E3は、定電流回路としてのカレントミラー回路である。
As shown in FIG. 3, the sensor current detection circuit 5 performs differential amplification of the output voltage of the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4 and the output voltage of the sensor cell differential amplification operational amplifier OP3 to obtain a voltage based on the NOx concentration. It has an operational amplifier OP5 for detecting NOx concentration. The output terminal of the NOx concentration detecting operational amplifier OP5 is provided with a constant current means E3 for flowing a predetermined current to the ground potential.
As shown in FIG. 6, the constant current means E1 to E3 of this example are current mirror circuits as constant current circuits.

なお、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ある。図2は、モニタセル2C、モニタ電流検出回路6、後述するスイッチング回路65の周辺の回路構成を示し、図3は、センサセル2B、センサ電流検出回路5、モニタセル2C、モニタ電流検出回路6の周辺の回路構成を示し、図4は、アドミタンス測定回路7の周辺の回路構成を示す図である。図5は、ポンプセル2A、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6は、定電流手段E1〜E3の詳細を示す図である。   FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of the gas concentration detection apparatus 1. FIG. 2 shows a circuit configuration around the monitor cell 2C, the monitor current detection circuit 6, and a switching circuit 65 described later. FIG. 3 shows the periphery of the sensor cell 2B, the sensor current detection circuit 5, the monitor cell 2C, and the monitor current detection circuit 6. FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration around the admittance measurement circuit 7. FIG. 5 is a diagram schematically showing the circuit configuration of the pump cell 2 </ b> A and the heater element 3. FIG. 6 is a diagram showing details of the constant current means E1 to E3.

以下に、本例のガス濃度検出装置1につき、図1〜図10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.

(ポンプセル2Aの回路構成)
具体的には、図5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。
(Circuit configuration of pump cell 2A)
Specifically, as shown in FIG. 5, 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.

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。   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nA〜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。   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 nA to several hundred 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.

(モニタセル2Cの回路構成)
図2、図3に示すごとく、本例のモニタセル2Cは、その素子アドミタンス(又は素子インピーダンス、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206には、基準電圧源51が接続してあり、モニタセル2Cの被測定ガス側電極205には、モニタ電流検出回路6が接続してある。
本例のモニタ電流検出回路6は、モニタ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との間においてモニタ電流検出用抵抗Rmと並列に接続したアドミタンス測定用抵抗Raと、アドミタンス測定用抵抗Ra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。
(Circuit configuration of monitor cell 2C)
As shown in FIGS. 2 and 3, the monitor cell 2 </ b> C of this example is a cell that also serves to measure its element admittance (or element impedance, the same applies hereinafter). The reference voltage source 51 is connected to the reference gas side electrode 206 of the monitor cell 2C, and the monitor current detection circuit 6 is connected to the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C.
The monitor current detection circuit 6 of this example includes an admittance measurement resistor Ra connected in parallel with the monitor current detection resistor Rm between the output terminal of the monitor current detection operational amplifier OP2 and the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C. The switching wiring 601 provided with the admittance measurement resistor Ra has a switching element TR1 for switching between a conductive state and a non-conductive state.

図2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、上記素子アドミタンスを測定するための交流電圧をモニタ電流検出用オペアンプOP2に印加する掃引手段62が設けてある。図4に示すごとく、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アドミタンス測定用抵抗Raに流れる電流の変化を測定するためのアドミタンス測定回路7が接続してある。ここで、図2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。   As shown in FIG. 2, the command voltage source 61 includes a sweeping means for applying an AC voltage for measuring the element admittance to the monitor current detecting operational amplifier OP2 in a state where the switching wiring 601 is conducted by the switching element TR1. 62 is provided. As shown in FIG. 4, an admittance measurement circuit 7 is connected to the switching wiring 601 for measuring a change in the current flowing through the admittance measurement resistor Ra by application of an AC voltage by the sweep means 62. Here, the symbol A in FIG. 2 indicates that it is connected to the symbol A in FIG.

基準電圧源51は、ボルテージフォロアを構成するバッファ用オペアンプOP11を用いて構成してある。すなわち、回路用電源Vccの電圧(本例では5V)を抵抗R20〜R22に対する抵抗R21、R22の値によって定まる電圧(本例では4.4V)を、バッファ用オペアンプOP11の非反転入力端子に入力し、バッファ用オペアンプOP11の出力端子から電流制限用の抵抗R23を介して、センサセル2Bの基準ガス側電極204に電圧(本例では4.4V)を印加する。なお、バッファ用オペアンプOP11の反転入力端子と出力端子との間には、特性改善用のコンデンサC5が接続してあり、バッファ用オペアンプOP11の反転入力端子は、保護用の抵抗R24を介して基準ガス側電極204に接続してある。   The reference voltage source 51 is configured using a buffer operational amplifier OP11 that constitutes a voltage follower. That is, the voltage (4.4 V in this example) determined by the values of the resistors R21 and R22 with respect to the resistors R20 to R22 (4.4 V in this example) is input to the non-inverting input terminal of the buffer operational amplifier OP11. Then, a voltage (4.4 V in this example) is applied from the output terminal of the buffer operational amplifier OP11 to the reference gas side electrode 204 of the sensor cell 2B through the current limiting resistor R23. Note that a capacitor C5 for improving characteristics is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the buffer operational amplifier OP11, and the inverting input terminal of the buffer operational amplifier OP11 is a reference through a protective resistor R24. It is connected to the gas side electrode 204.

図2に示すごとく、モニタセル2Cにおいて、モニタ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。モニタ電流検出用抵抗Rmは、モニタ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、モニタ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、モニタ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。
As shown in FIG. 2, in the monitor cell 2C, the monitor current detection operational amplifier OP2 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 monitor current detection resistor Rm is connected between the output terminal of the monitor current detection operational amplifier OP2 and the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C.
A protective resistor R1 for the monitor current detection operational amplifier OP2 is connected between the inverting input terminal of the monitor current detection operational amplifier OP2 and the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C.

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(MOS型の電界効果トランジスタ)(TR1A、B)を各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、後述するスイッチング回路65を介して、制御用マイコン8の出力ポートOUT3に接続してある。
この2つのMOS型FET(TR1A、B)は、モニタ電流検出用抵抗Rmにおける電流の流れの下流側であって、電流検出用オペアンプOP2の出力端子に接続される下流側MOS型FET(TR1B)と、モニタ電流検出用抵抗Rmにおける電流の流れの上流側であって、モニタセル2Cの被測定ガス側電極205に接続される上流側MOS型FET(TR1A)とからなる。そして、2つのMOS型FET(TR1A、B)は、上流側MOS型FET(TR1A)のソース端子Sを、ドレイン端子とし、下流側MOS型FET(TR1B)のソース端子Sを、ソース端子として動作する。
また、モニタ電流検出回路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、モニタ電流検出用抵抗Rmとアドミタンス測定用抵抗Raとに並列に、ノイズ吸収用のコンデンサC1が設けてある。
The switching element TR1 provided in the switching wiring 601 is configured by connecting two N-channel MOS type FETs (MOS type field effect transistors) (TR1A, B) with their drain terminals connected to each other. The gate terminal of the MOS FET is connected to the output port OUT3 of the control microcomputer 8 via a switching circuit 65 described later.
The two MOS FETs (TR1A, B) are downstream of the current flow in the monitor current detection resistor Rm, and are connected to the output terminal of the current detection operational amplifier OP2. And an upstream MOS type FET (TR1A) connected to the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C on the upstream side of the current flow in the monitor current detection resistor Rm. The two MOS FETs (TR1A, B) operate using the source terminal S of the upstream MOS type FET (TR1A) as the drain terminal and the source terminal S of the downstream side MOS FET (TR1B) as the source terminal. To do.
Further, between the output terminal of the monitor 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 monitor current detection resistor Rm and the admittance measurement resistor Ra. It is provided.

図2に示すごとく、モニタ電流検出回路6における指令電圧源61は、モニタセル2Cにおいてモニタ電流の検出を行う際には、モニタ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〜R8に対する抵抗R7及び抵抗R8の値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、モニタ電流検出回路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、モニタ電流検出回路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。
As shown in FIG. 2, the command voltage source 61 in the monitor current detection circuit 6 detects the monitor current in the monitor cell 2C, and the non-inverting input terminal of the monitor current detection operational amplifier OP2 and the measured gas side of the monitor cell 2C. A voltage (5 V in this example) from the circuit power supply Vcc is converted to a voltage (4 V in this example) determined by the values of the resistors R7 and R8 for the resistors R6 to R8 and applied to the electrode 205. .
A current limiting resistor R9 is provided between the non-inverting input terminal of the monitor 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.

図3に示すごとく、モニタセル2Cにおいて、モニタ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51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、モニタセル差動増幅用オペアンプOP4の反転入力端子には、モニタ電流検出用抵抗Rmの電流の流れの下流側端が接続してあり、モニタセル差動増幅用オペアンプ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バッファ用オペアンプOP6を介して、モニタ電流検出用抵抗Rmの電流の流れの上流側端が接続してある。
As shown in FIG. 3, when the monitor current is detected in the monitor cell 2C, the voltage (4.4 V in this example) from the reference voltage source 51 is applied to the reference gas side electrode 206 of the monitor cell 2C. A voltage (4 V in this example) from the command voltage source 61 is applied to the 2C measured gas side electrode 205.
The downstream end of the current flow of the monitor current detection resistor Rm is connected to the inverting input terminal of the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4, and the non-inverting input terminal of the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4 is connected to the inverting input terminal of the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4. The upstream end of the current flow of the monitor current detection resistor Rm is connected via the buffer operational amplifier OP6 constituting the voltage follower.

モニタセル差動増幅用オペアンプOP4によって、モニタ電流検出用抵抗Rmに流れる(モニタセル2Cに流れる)モニタ電流(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。モニタセル差動増幅用オペアンプ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。   Voltage output based on monitor current (residual oxygen current, current flowing due to residual oxygen present in measured gas side electrode 205) flowing to monitor current detection resistor Rm (flowing to monitor cell 2C) by monitor cell differential amplification operational amplifier OP4 It is configured to The output terminal of the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4 is connected to the A / D conversion input port IN2 of the control microcomputer 8. The control microcomputer 8 can detect and monitor the residual oxygen concentration in the monitor cell 2C. It has become.

より具体的には、図3に示すごとく、モニタ電流検出用抵抗Rmの上流側端は、抵抗R35を介してバッファ用オペアンプOP6の非反転入力端子に接続してあり、バッファ用オペアンプOP6の出力端子は、抵抗R37を介してモニタセル差動増幅用オペアンプOP4の非反転入力端子に接続してある。一方、モニタ電流検出用抵抗Rmの下流側端は、抵抗R36を介してモニタセル差動増幅用オペアンプOP4の反転入力端子に接続してある。
また、モニタセル差動増幅用オペアンプOP4の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗R38及び特性改善用のコンデンサC9が並列に接続してあり、モニタセル差動増幅用オペアンプOP4の非反転入力端子は、所定のオフセット電圧Vd(本例では0.2V)に接続してある。そして、抵抗R36と抵抗R37との抵抗値、及び抵抗R38と抵抗R39との抵抗値は同じであり、モニタセル差動増幅用オペアンプOP4は、抵抗R36(R37)に対する抵抗R38(R39)の大きさによって定まる増幅率で、モニタ電流検出用抵抗Rmの両端の電位差を出力するよう構成してある。
More specifically, as shown in FIG. 3, the upstream end of the monitor current detection resistor Rm is connected to the non-inverting input terminal of the buffer operational amplifier OP6 via the resistor R35, and the output of the buffer operational amplifier OP6. The terminal is connected to the non-inverting input terminal of the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4 via the resistor R37. On the other hand, the downstream end of the monitor current detection resistor Rm is connected to the inverting input terminal of the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4 via the resistor R36.
A resistor R38 and a capacitor C9 for improving characteristics are connected in parallel between the inverting input terminal and the output terminal of the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4, and the non-inverting input of the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4. The terminal is connected to a predetermined offset voltage Vd (in this example, 0.2 V). The resistance values of the resistor R36 and the resistor R37 and the resistance values of the resistor R38 and the resistor R39 are the same, and the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4 has a size of the resistor R38 (R39) with respect to the resistor R36 (R37). The potential difference between both ends of the monitor current detection resistor Rm is output at an amplification factor determined by

また、モニタセル差動増幅用オペアンプ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からモニタ電流検出用抵抗Rmを経由してモニタ電流検出用オペアンプOP2の出力端子へ流れるモニタ電流i(図2に電流iの流れを示す。)を、モニタ電流検出用抵抗Rmの抵抗値(本例では1.5MΩ)と、モニタ電流検出用抵抗Rm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。
また、モニタ電流検出用抵抗Rmの上流側の電圧(バッファ用オペアンプOP6の出力電圧)は、制御用マイコン8のA/D変換入力ポートIN6に接続してある。制御用マイコン8は、モニタ電流検出用抵抗Rmの上流側の電圧を監視するよう構成してある。
The output terminal of the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4 is connected to the A / D conversion input port IN2 of the control microcomputer 8. In this way, the control microcomputer 8 causes the monitor current i flowing from the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C to the output terminal of the monitor current detection operational amplifier OP2 via the monitor current detection resistor Rm (the flow of the current i in FIG. 2). Is determined based on the resistance value (1.5 MΩ in this example) of the monitor current detection resistor Rm and the difference between the voltages at both ends of the monitor current detection resistor Rm.
The upstream voltage of the monitor current detection resistor Rm (the output voltage of the buffer operational amplifier OP6) is connected to the A / D conversion input port IN6 of the control microcomputer 8. The control microcomputer 8 is configured to monitor the voltage on the upstream side of the monitor current detection resistor Rm.

(センサセル2Bの回路構成)
図3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51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、センサ電流検出回路5が接続してある。センサセル2Bの基準ガス側電極204は、モニタセル2Cの基準ガス側電極206と共用化されており、基準電圧源51は、上記モニタセル2Cに用いるものを共用している。
センサ電流検出回路5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を用いて構成してある。すなわち、回路用電源Vccの電圧(本例では5V)を抵抗R20〜R22に対する抵抗R22の値によって定まる電圧(本例では4V)を、センサ電流検出用オペアンプOP1の非反転入力端子に入力し、センサ電流検出用オペアンプOP1の出力端子からセンサ電流検出用抵抗Rsを介して、センサセル2Bの被測定ガス側電極203に電圧(本例では4V)を印加する。なお、センサ電流検出用抵抗Rsの両端には、ノイズ吸収用のコンデンサC6が並列に接続してあり、センサ電流検出用オペアンプOP1の反転入力端子は、センサ電流検出用オペアンプOP1の保護用の抵抗R25を介して被測定ガス側電極203に接続してある。
(Circuit configuration of sensor cell 2B)
As shown in FIG. 3, the reference voltage source 51 is connected to the reference gas side electrode 204 of the sensor cell 2B, and the sensor current detection circuit 5 is connected to the measured gas side electrode 203 of the sensor cell 2B. The reference gas side electrode 204 of the sensor cell 2B is shared with the reference gas side electrode 206 of the monitor cell 2C, and the reference voltage source 51 shares what is used for the monitor cell 2C.
The sensor current detection circuit 5 is configured using a sensor current detection operational amplifier OP1 that constitutes a voltage follower. That is, a voltage (4 V in this example) determined by the value of the resistor R22 with respect to the resistors R20 to R22 (4 V in this example) is input to the non-inverting input terminal of the sensor current detection operational amplifier OP1. A voltage (4 V in this example) is applied to the measured gas side electrode 203 of the sensor cell 2B from the output terminal of the sensor current detection operational amplifier OP1 via the sensor current detection resistor Rs. Note that a noise absorbing capacitor C6 is connected in parallel to both ends of the sensor current detecting resistor Rs, and the inverting input terminal of the sensor current detecting operational amplifier OP1 is a protective resistor for the sensor current detecting operational amplifier OP1. It is connected to the measured gas side electrode 203 via R25.

また、センサ電流検出用抵抗Rsの両端は、差動増幅回路を構成するセンサセル差動増幅用オペアンプOP3の反転入力端子と非反転入力端子とに接続してあり、このセンサセル差動増幅用オペアンプOP3によって、センサ電流検出用抵抗Rsに流れる(センサセル2Bに流れる)センサ電流(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。
センサ電流検出用抵抗Rsの上流側端は、抵抗R26を介してボルテージフォロアを構成するバッファ用オペアンプOP12の非反転入力端子に接続してあり、バッファ用オペアンプOP12の出力端子は、抵抗R28を介してセンサセル差動増幅用オペアンプOP3の非反転入力端子に接続してある。一方、センサ電流検出用抵抗Rsの下流側端は、抵抗R27を介してセンサセル差動増幅用オペアンプOP3の反転入力端子に接続してある。
Further, both ends of the sensor current detection resistor Rs are connected to the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the sensor cell differential amplification operational amplifier OP3 constituting the differential amplifier circuit, and this sensor cell differential amplification operational amplifier OP3. To output a voltage based on a sensor current (NOx current, current that flows after NOx present in the measured gas side electrode 203 reacts with residual oxygen) flowing in the sensor current detection resistor Rs (flowing in the sensor cell 2B). It is configured.
The upstream end of the sensor current detection resistor Rs is connected to the non-inverting input terminal of the buffer operational amplifier OP12 constituting the voltage follower via the resistor R26, and the output terminal of the buffer operational amplifier OP12 is connected to the resistor R28. The sensor cell differential amplification operational amplifier OP3 is connected to the non-inverting input terminal. On the other hand, the downstream end of the sensor current detection resistor Rs is connected to the inverting input terminal of the sensor cell differential amplification operational amplifier OP3 via the resistor R27.

また、図3に示すごとく、センサセル差動増幅用オペアンプOP3の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗R29及び特性改善用のコンデンサC7が並列に接続してあり、センサセル差動増幅用オペアンプOP3の非反転入力端子は、所定のオフセット電圧Vd(本例では0.2V)に接続してある。そして、抵抗R27と抵抗R28との抵抗値、及び抵抗R29と抵抗R30との抵抗値は同じであり、センサセル差動増幅用オペアンプOP3は、抵抗R27(R28)に対する抵抗R29(R30)の大きさによって定まる増幅率で、センサ電流検出用抵抗Rsの両端の電位差を出力するよう構成してある。
また、センサセル差動増幅用オペアンプOP3の出力端子は、制御用マイコン8のA/D変換入力ポートIN7に接続してあり、制御用マイコン8においては、センサセル2Bにおけるセンサ電流の検出、監視が可能になっている。
Further, as shown in FIG. 3, a resistor R29 and a capacitor C7 for improving characteristics are connected in parallel between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP3 for differential amplification of the sensor cell. The non-inverting input terminal of the operational amplifier OP3 is connected to a predetermined offset voltage Vd (0.2 V in this example). The resistance values of the resistor R27 and the resistor R28 and the resistance values of the resistor R29 and the resistor R30 are the same, and the operational amplifier OP3 for sensor cell differential amplification has a size of the resistor R29 (R30) with respect to the resistor R27 (R28). The potential difference between both ends of the sensor current detection resistor Rs is output at an amplification factor determined by
The output terminal of the operational amplifier OP3 for differential amplification of the sensor cell is connected to the A / D conversion input port IN7 of the control microcomputer 8. The control microcomputer 8 can detect and monitor the sensor current in the sensor cell 2B. It has become.

(NOx濃度の検出)
また、同図に示すごとく、センサセル差動増幅用オペアンプOP3の出力と、モニタセル差動増幅用オペアンプOP4の出力とは、差動増幅回路を構成するNOx濃度検出用オペアンプOP5の非反転入力端子と反転入力端子とに接続してある。このNOx濃度検出用オペアンプOP5によって、モニタ電流(残存酸素電流)に基づいた電圧とセンサ電流(NOx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。NOx濃度検出用オペアンプ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G中のNOx濃度の検出、監視が可能になっている。
(Detection of NOx concentration)
As shown in the figure, the output of the operational amplifier OP3 for differential amplification of the sensor cell and the output of the operational amplifier OP4 for differential amplification of the monitor cell are connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP5 for detecting NOx concentration constituting the differential amplification circuit. It is connected to the inverting input terminal. The NOx concentration detection operational amplifier OP5 calculates a difference between a voltage based on the monitor current (residual oxygen current) and a voltage based on the sensor current (NOx current), and outputs a voltage based on the difference. is there. The output terminal of the NOx concentration detection operational amplifier OP5 is connected to the A / D conversion input port IN1 of the control microcomputer 8, and the control microcomputer 8 can detect and monitor the NOx concentration in the gas G to be measured. It has become.

より具体的には、図3に示すごとく、センサセル差動増幅用オペアンプOP3の出力端子は、抵抗R32を介して、NOx濃度検出用オペアンプOP5の非反転入力端子に接続してあり、モニタセル差動増幅用オペアンプOP4の出力端子は、抵抗R31を介して、NOx濃度検出用オペアンプOP5の反転入力端子に接続してある。
また、NOx濃度検出用オペアンプOP5の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗R33及び特性改善用のコンデンサC8が並列に接続してあり、NOx濃度検出用オペアンプOP5の非反転入力端子は、所定のオフセット電圧Vd(本例では0.2V)に接続してある。そして、抵抗R31と抵抗R32との抵抗値、及び抵抗R33と抵抗R34との抵抗値は同じであり、NOx濃度検出用オペアンプOP5は、抵抗R31(R32)に対する抵抗R33(R34)の大きさによって定まる増幅率で、NOx濃度に応じた電圧を出力するよう構成してある。
More specifically, as shown in FIG. 3, the output terminal of the operational amplifier OP3 for sensor cell differential amplification is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP5 for NOx concentration detection via a resistor R32. The output terminal of the amplification operational amplifier OP4 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP5 for detecting NOx concentration via a resistor R31.
Further, a resistor R33 and a capacitor C8 for improving characteristics are connected in parallel between the inverting input terminal and the output terminal of the NOx concentration detecting operational amplifier OP5. The non-inverting input terminal of the NOx concentration detecting operational amplifier OP5 is Are connected to a predetermined offset voltage Vd (in this example, 0.2 V). The resistance values of the resistor R31 and the resistor R32 and the resistance values of the resistor R33 and the resistor R34 are the same, and the operational amplifier OP5 for detecting NOx concentration depends on the size of the resistor R33 (R34) relative to the resistor R31 (R32). A voltage corresponding to the NOx concentration is output at a fixed amplification factor.

(定電流手段E1〜E3)
図6に示すごとく、本例の定電流手段E1〜E3は、NPN型のバイポーラトランジスタTR10、11を一対に用いて構成したカレントミラー回路である。本例のカレントミラー回路においては、一方のトランジスタTR10のコレクタ端子を、電流制限用の抵抗R50を介して回路用電源Vccに接続し、他方のトランジスタTR11のコレクタ端子を、センサセル差動増幅用オペアンプOP3の出力端子に接続してある。また、一方のトランジスタTR10のベース端子と他方のトランジスタTR11のベース端子とを接続し、一方のトランジスタTR10のコレクタ端子とベース端子とが接続してある。また、一方のトランジスタTR10のエミッタ端子と他方のトランジスタTR11のエミッタ端子とはグラウンド電位に接続してある。
(Constant current means E1-E3)
As shown in FIG. 6, the constant current means E1 to E3 in this example are current mirror circuits configured by using a pair of NPN bipolar transistors TR10 and TR11. In the current mirror circuit of this example, the collector terminal of one transistor TR10 is connected to a circuit power supply Vcc via a current limiting resistor R50, and the collector terminal of the other transistor TR11 is connected to a sensor cell differential amplification operational amplifier. It is connected to the output terminal of OP3. Further, the base terminal of one transistor TR10 is connected to the base terminal of the other transistor TR11, and the collector terminal and base terminal of one transistor TR10 are connected. The emitter terminal of one transistor TR10 and the emitter terminal of the other transistor TR11 are connected to the ground potential.

そして、抵抗R50によって制限され、一方のトランジスタTR10のコレクタ−エミッタ間を流れる電流と、他方のトランジスタTR11のコレクタ−エミッタ間を流れる電流とが同じになり、センサセル差動増幅用オペアンプOP3の出力端子から、回路用電源Vccの電圧及び抵抗R50の値によって定まる所定量の電流を引き出すことができる。
なお、図6においては、センサセル差動増幅用オペアンプOP3の出力端子に接続した定電流手段E1の構成について説明したが、モニタセル差動増幅用オペアンプOP4に接続した定電流手段E2の構成、及びNOx濃度検出用オペアンプOP5に接続した定電流手段E3の構成についても同様である。
Then, the current flowing between the collector and the emitter of one transistor TR10 and the current flowing between the collector and the emitter of the other transistor TR11 are limited by the resistor R50, and the output terminal of the operational amplifier OP3 for sensor cell differential amplification Thus, a predetermined amount of current determined by the voltage of the circuit power supply Vcc and the value of the resistor R50 can be extracted.
In FIG. 6, the configuration of the constant current means E1 connected to the output terminal of the sensor cell differential amplification operational amplifier OP3 has been described. However, the configuration of the constant current means E2 connected to the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4, and NOx The same applies to the configuration of the constant current means E3 connected to the concentration detection operational amplifier OP5.

また、カレントミラー回路は、例えば、ダイオードとトランジスタを用いたもの、MOS型FET(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)を用いたもの等、種々の構成にすることができる。また、定電流回路は、種々のFET(電界効果トランジスタ)、抵抗、ダイオード等を用いて構成することもでき、所定量の電流を流すことができる種々の回路とすることができる。
また、定電流手段E1〜E3は、FETによる定電流ダイオード等を用いた定電流回路として構成することもできる。
また、定電流手段E1〜E3は、図7に示すごとく、センサセル差動増幅用オペアンプOP3(モニタセル差動増幅用オペアンプOP4、NOx濃度検出用オペアンプOP5)の出力端子をグラウンド電位に接続する抵抗器R51等とすることもできる。
In addition, the current mirror circuit can have various configurations such as one using a diode and a transistor and one using a MOS FET (insulated gate field effect transistor). In addition, the constant current circuit can be configured using various FETs (field effect transistors), resistors, diodes, and the like, and can be various circuits capable of flowing a predetermined amount of current.
The constant current means E1 to E3 can also be configured as a constant current circuit using a constant current diode or the like using an FET.
Further, as shown in FIG. 7, the constant current means E1 to E3 are resistors that connect the output terminals of the sensor cell differential amplification operational amplifier OP3 (monitor cell differential amplification operational amplifier OP4, NOx concentration detection operational amplifier OP5) to the ground potential. R51 etc. can also be used.

また、図示は省略するが、NOx濃度検出用オペアンプOP5の出力端子にのみ定電流手段E3を設け、センサセル差動増幅用オペアンプOP3の出力端子及びモニタセル差動増幅用オペアンプOP4の出力端子には、定電流手段E1、E2を設けないこともできる。
また、NOx濃度検出用オペアンプOP5を設ける代わりに、モニタセル差動増幅用オペアンプOP4からの出力電圧と、センサセル差動増幅用オペアンプOP3からの出力電圧との差分は、制御用マイコン8内のプログラムによって演算することもできる。この場合には、センサセル差動増幅用オペアンプOP3の出力端子に定電流手段E1を設け、モニタセル差動増幅用オペアンプOP4の出力端子に定電流手段E2を設けることができる。
Although not shown, the constant current means E3 is provided only at the output terminal of the NOx concentration detection operational amplifier OP5, and the output terminal of the sensor cell differential amplification operational amplifier OP3 and the output terminal of the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4 include The constant current means E1 and E2 can be omitted.
Further, instead of providing the operational amplifier OP5 for detecting NOx concentration, the difference between the output voltage from the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4 and the output voltage from the sensor cell differential amplification operational amplifier OP3 is determined by a program in the control microcomputer 8. It can also be calculated. In this case, the constant current means E1 can be provided at the output terminal of the sensor cell differential amplification operational amplifier OP3, and the constant current means E2 can be provided at the output terminal of the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4.

(掃引手段62)
図2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。
(Sweep means 62)
As shown in FIG. 2, 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、素子アドミタ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、素子アドミタ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 admittance 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 element admittance to the measured gas side electrode 205 of the monitor cell 2C.

(スイッチング回路65)
図2に示すごとく、本例のスイッチング素子TR1を構成する2つのNチャンネルのMOS型FET(TR1A、B)は、各ゲート端子に接続したスイッチング回路65によって、導通状態と非導通状態とに切替が可能である。
スイッチング回路65は、制御用マイコン8からの出力信号を受けて、導通状態と非導通状態とに切り替わる1段目トランジスタTR6と、1段目トランジスタTR6の出力状態を受けて、導通状態と非導通状態とに切り替わる2段目トランジスタTR7とを用いて構成してある。本例の1段目トランジスタTR6及び2段目トランジスタTR7は、NPN型のバイポーラトランジスタであり、2段目トランジスタTR7のゲート端子は、1段目トランジスタTR6のコレクタ端子に接続してある。
(Switching circuit 65)
As shown in FIG. 2, the two N-channel MOS type FETs (TR1A, B) constituting the switching element TR1 of this example are switched between a conductive state and a non-conductive state by a switching circuit 65 connected to each gate terminal. Is possible.
The switching circuit 65 receives the output signal from the control microcomputer 8 and receives the output state of the first-stage transistor TR6 that switches between the conduction state and the non-conduction state, and the output state of the first-stage transistor TR6, and turns on and off. The second stage transistor TR7 that switches to the state is used. The first-stage transistor TR6 and the second-stage transistor TR7 in this example are NPN-type bipolar transistors, and the gate terminal of the second-stage transistor TR7 is connected to the collector terminal of the first-stage transistor TR6.

より具体的には、スイッチング回路65において、制御用マイコン8の出力ポートOUT3は、電流制限用の抵抗R40を介して1段目トランジスタTR6のベース端子に接続してあり、1段目トランジスタTR6のベース端子とエミッタ端子との間には、電流フィードバック用の抵抗R41が接続してある。回路用電源Veと1段目トランジスタTR6のコレクタ端子との間には、電流制限用の抵抗R42が設けてあり、1段目トランジスタTR6のエミッタ端子はグラウンド電位に接続してある。抵抗R42と1段目トランジスタTR6のコレクタ端子との間は、電流制限用の抵抗R43を介して2段目トランジスタTR7のベース端子に接続してある。   More specifically, in the switching circuit 65, the output port OUT3 of the control microcomputer 8 is connected to the base terminal of the first-stage transistor TR6 via the current-limiting resistor R40. A resistor R41 for current feedback is connected between the base terminal and the emitter terminal. A current limiting resistor R42 is provided between the circuit power source Ve and the collector terminal of the first-stage transistor TR6, and the emitter terminal of the first-stage transistor TR6 is connected to the ground potential. The resistor R42 and the collector terminal of the first stage transistor TR6 are connected to the base terminal of the second stage transistor TR7 via a current limiting resistor R43.

2段目トランジスタTR7のベース端子とエミッタ端子との間には、電流フィードバック用の抵抗R45が接続してある。バッテリ電源VBと2段目トランジスタTR7のコレクタ端子との間には、電流制限用の抵抗R44が設けてあり、2段目トランジスタTR7のエミッタ端子は、グラウンド電位に接続してある。また、抵抗R44と2段目トランジスタTR7のコレクタ端子との間は、電流制限用の抵抗R46を介して下流側MOS型FET(TR1B)のゲート端子に接続してある。
また、抵抗R46と、2段目トランジスタTR7のコレクタ端子との間は、アノード端子をグラウンド電位側にしたツェナダイオードD3によってグラウンド電位に接続してある。ツェナダイオードD3により、2つのMOS型FET(TR1A、B)を逆起電力から保護している。
A resistor R45 for current feedback is connected between the base terminal and the emitter terminal of the second stage transistor TR7. A current limiting resistor R44 is provided between the battery power supply VB and the collector terminal of the second-stage transistor TR7, and the emitter terminal of the second-stage transistor TR7 is connected to the ground potential. The resistor R44 and the collector terminal of the second-stage transistor TR7 are connected to the gate terminal of the downstream MOS FET (TR1B) via a current limiting resistor R46.
The resistor R46 and the collector terminal of the second-stage transistor TR7 are connected to the ground potential by a Zener diode D3 whose anode terminal is on the ground potential side. The zener diode D3 protects the two MOS FETs (TR1A, B) from the back electromotive force.

図2に示すごとく、モニタ電流検出回路6によってモニタセル2Cに流れるモニタ電流の検出を行う際には、制御用マイコン8の出力ポートはOFF(Low)状態になっており、スイッチング回路65の1段目トランジスタTR6のコレクタ−エミッタ間が非導通状態になっている。また、回路用電源Veによる電圧(本例では8.4V)が、2段目トランジスタTR7のベース端子に印加され、2段目トランジスタTR7のコレクタ−エミッタ間が導通状態になっている。
そして、スイッチング回路65から2つのMOS型FET(TR1A、B)のゲート端子には、ほぼ0Vの電圧が印加されており(2つのMOS型FET(TR1A、B)のゲート端子はLow状態になっており)、2つのMOS型FET(TR1A、B)は、非導通状態になっている。
As shown in FIG. 2, when the monitor current flowing through the monitor cell 2C is detected by the monitor current detection circuit 6, the output port of the control microcomputer 8 is in the OFF (Low) state, and one stage of the switching circuit 65 The collector-emitter of the eye transistor TR6 is nonconductive. Further, a voltage (8.4 V in this example) from the circuit power source Ve is applied to the base terminal of the second-stage transistor TR7, and the collector-emitter of the second-stage transistor TR7 is in a conductive state.
A voltage of almost 0 V is applied from the switching circuit 65 to the gate terminals of the two MOS FETs (TR1A, B) (the gate terminals of the two MOS FETs (TR1A, B) are in the low state). The two MOS FETs (TR1A, B) are in a non-conductive state.

一方、同図に示すごとく、アドミタンス測定回路7によってアドミタンス測定用抵抗Raに流れる電流変化の測定を行う際には、制御用マイコン8の出力ポートがON(High)状態になり、スイッチング回路65の1段目トランジスタTR6のコレクタ−エミッタ間が導通状態になる。このとき、2段目トランジスタTR7のベース端子に印加される電圧がほぼ0Vになり、2段目トランジスタTR7のコレクタ−エミッタ間が非導通状態になる。そして、2段目トランジスタTR7のコレクタ端子から、バッテリ電源VBによる電圧(本例では12V)が、2つのMOS型FET(TR1A、B)のベース端子に印加される。   On the other hand, as shown in the figure, when the admittance measurement circuit 7 measures a change in the current flowing through the admittance measurement resistor Ra, the output port of the control microcomputer 8 is turned on (High), and the switching circuit 65 The collector-emitter of the first stage transistor TR6 becomes conductive. At this time, the voltage applied to the base terminal of the second-stage transistor TR7 becomes approximately 0V, and the collector-emitter of the second-stage transistor TR7 becomes non-conductive. A voltage (12 V in this example) from the battery power supply VB is applied from the collector terminal of the second-stage transistor TR7 to the base terminals of the two MOS FETs (TR1A, B).

これにより、2つのMOS型FET(TR1A、B)のドレイン−ソース間が導通状態になり、アドミタンス測定用抵抗Raを設けた切替用配線601が導通状態になる。
こうして、アドミタンス測定回路7によってアドミタンス測定用抵抗Raに流れる電流を検出する際には、指令電圧源61の電圧よりも高い電圧であるバッテリ電源VBによる電圧VBを、2つのMOS型FET(TR1A、B)のゲート端子に印加して、当該2つのMOS型FET(TR1A、B)を導通させることができる。
As a result, the drain-source between the two MOS FETs (TR1A, B) becomes conductive, and the switching wiring 601 provided with the admittance measurement resistor Ra becomes conductive.
Thus, when the admittance measurement circuit 7 detects the current flowing through the admittance measurement resistor Ra, the voltage VB generated by the battery power supply VB, which is higher than the voltage of the command voltage source 61, is converted into two MOS FETs (TR1A, The two MOS FETs (TR1A, B) can be made conductive by applying to the gate terminal of B).

(アドミタンス測定回路7)
図2、図4に示すごとく、モニタセル2Cにおいて、アドミタンス測定回路7は、モニタ電流の検出から素子アドミタンスの測定に切り替え、モニタ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、素子アドミタンスを求めるよう構成されている。
素子アドミタンスの信号は、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。
(Admittance measurement circuit 7)
As shown in FIGS. 2 and 4, in the monitor cell 2C, the admittance measurement circuit 7 switches from detection of the monitor current to measurement of the element admittance, and uses the time zone during which the monitor current is not detected, to the monitor cell 2C. The element admittance is obtained by detecting a change in the alternating current flowing through the monitor cell 2C.
The element admittance signal is taken into the control microcomputer 8 from the A / D conversion input port IN3.

図4に示すごとく、本例のアドミタンス測定回路7を構成するアドミタンス測定用配線701は、アドミタンス測定用抵抗Raの電流の流れの下流側端(アドミタンス測定用抵抗Raとスイッチング素子TR1との間)に接続してある。なお、図4における記号Aは、図2、図3における記号Aと繋がっていることを示す。
アドミタンス測定用配線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。
As shown in FIG. 4, the admittance measurement wiring 701 constituting the admittance measurement circuit 7 of the present example has a downstream end (between the admittance measurement resistance Ra and the switching element TR1) of the current flow of the admittance measurement resistance Ra. Is connected to. Note that the symbol A in FIG. 4 is connected to the symbol A in FIGS.
In the admittance 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、アドミタンス測定用配線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。アドミタンス測定用配線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 admittance measurement wiring 701, and a resistor R10 provided between the downstream side of the capacitor C3 and the ground potential. In the admittance 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4に示すごとく、アドミタンス測定用配線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. 4, in the admittance measurement wiring 701, the downstream side of the connection position of the diode D1 is connected to the peak hold means 72 via a 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.

アドミタンス測定用配線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。
こうして、制御用マイコン8は、電圧の掃引時に、モニタセル2Cの素子アドミタンスを、アドミタンス測定回路7のピークホールド手段によって保持したピーク電圧と、アドミタンス測定用抵抗Raの抵抗値(本例では511Ω)とに基づいて求めるよう構成してある。
In the admittance 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.
In this way, the control microcomputer 8 has the peak voltage held by the peak hold means of the admittance measurement circuit 7 and the resistance value (511Ω in this example) of the admittance measurement circuit 7 during the voltage sweep. It is comprised so that it may obtain | require based on.

また、図2に示すごとく、上流側MOS型FET(TR1A)のソース端子Sとアドミタンス測定用抵抗Raとの間には、ボルテージフォロアを構成する電圧監視用オペアンプOP10が分岐して接続してある。この電圧監視用オペアンプOP10の出力端子は、制御用マイコン8の入力ポートIN5に接続してあり、制御用マイコン8は、アドミタンス測定用抵抗Raの下流側端の電圧を監視するよう構成してある。   Further, as shown in FIG. 2, a voltage monitoring operational amplifier OP10 constituting a voltage follower is branched and connected between the source terminal S of the upstream side MOS FET (TR1A) and the admittance measurement resistor Ra. . The output terminal of the voltage monitoring operational amplifier OP10 is connected to the input port IN5 of the control microcomputer 8, and the control microcomputer 8 is configured to monitor the voltage at the downstream end of the admittance measurement resistor Ra. .

また、図4に示すごとく、アドミタンス測定用配線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、アドミタンス測定回路7において素子アドミタンスの測定を行わないときに、アドミタンス測定用配線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、アドミタンス測定回路7において素子アドミタ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。
As shown in FIG. 4, in the admittance measurement wiring 701, the admittance measurement wiring 701 is set to the ground potential when the element admittance measurement is not performed in the admittance measurement circuit 7 on the upstream side of the peak hold operational amplifier OP8. A measurement stop switching element TR4 is provided to keep the peak voltage detection capacitor C4 downstream of the peak hold operational amplifier OP8 when the element admittance measurement is completed in the admittance measurement circuit 7. 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において素子アドミタ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、素子アドミタ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 element admittance 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 admittance. 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.

図8は、素子アドミタ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、素子アドミタンスの測定時に、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、アドミタンス測定用抵抗Raに生じた変化電圧(電圧監視用オペアンプ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51の電圧は、4.4Vであり、実際にアドミタンス測定用抵抗Ra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、ピーク電圧と、アドミタンス測定用抵抗Raの抵抗値とに基づいて、モニタセル2Cの素子アドミタンスを求めることができる。
FIG. 8 schematically shows an operation when measuring element admittance.
The upper part of the figure shows the sweep voltage generated by the sweep means 62 when measuring the element admittance, and the middle part of the figure shows the change voltage (output voltage of the voltage monitoring operational amplifier OP10) generated in the admittance measurement resistor Ra. 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 51 of this example is 4.4V, and the voltage actually applied to the admittance measurement resistor Ra varies between 0.2V and 0.6V. The control microcomputer 8 can determine the element admittance of the monitor cell 2C based on the peak voltage and the resistance value of the admittance measurement resistor Ra.

(ガスセンサ素子2の温度制御)
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の素子アドミタンス(又は素子インピーダンス)Adm(S又はΩ)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、アドミタンス測定回路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、この出力電圧とアドミタンス測定用抵抗Ra(本例では511Ω)とからモニタセル2Cの素子アドミタンス(又は素子インピーダンス)を求め、この素子アドミタンス(又は素子インピーダンス)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。
(Temperature control of gas sensor element 2)
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 admittance (or element impedance) Adm (S or Ω) of the monitor cell 2C. ) Is formed. The control microcomputer 8 receives the output voltage from the peak hold means 72 in the admittance measurement circuit 7, and the element admittance (or element impedance) of the monitor cell 2C from this output voltage and the admittance measurement resistor Ra (511Ω in this example). The temperature of the gas sensor element 2 at the time of measurement is detected from the value of the element admittance (or element impedance).

図5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、素子アドミタ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. 5, the energization 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.
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 admittance, 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).

本例のガス濃度検出装置1は、被測定ガスG中のNOx(窒素酸化物)濃度を検出するものであり、モニタセル2Cに流れるモニタ電流、センサセル2Bに流れるセンサ電流、及びモニタ電流とセンサ電流との差分より求めるNOx濃度の各検出精度を向上させる工夫を行っている。
具体的には、本例のガス濃度検出装置1は、センサセル2Bにおいて、基準電圧源51による電圧とセンサ電流検出用オペアンプOP1の出力電圧(指令電圧源52による電圧)との差分電圧が、センサセル2Bに印加されたときには、センサ電流検出回路5におけるセンサ電流検出用抵抗Rsには、例えば、数nA〜数百nAの微小なセンサ電流が流れる。そして、センサセル差動増幅用オペアンプOP3により、センサ電流検出用抵抗Rsの両端における電圧の差動増幅を行って、このセンサ電流検出用抵抗Rsの両端における電位差を検出する。
The gas concentration detection device 1 of this example detects the NOx (nitrogen oxide) concentration in the gas G to be measured, and includes a monitor current flowing through the monitor cell 2C, a sensor current flowing through the sensor cell 2B, and a monitor current and a sensor current. The device is designed to improve the detection accuracy of the NOx concentration obtained from the difference between.
Specifically, in the gas concentration detection device 1 of this example, in the sensor cell 2B, the difference voltage between the voltage from the reference voltage source 51 and the output voltage of the sensor current detection operational amplifier OP1 (voltage from the command voltage source 52) is the sensor cell. When applied to 2B, a small sensor current of several nA to several hundred nA flows through the sensor current detection resistor Rs in the sensor current detection circuit 5, for example. Then, the differential amplification of the voltage at both ends of the sensor current detection resistor Rs is performed by the sensor cell differential amplification operational amplifier OP3, and the potential difference at both ends of the sensor current detection resistor Rs is detected.

このとき、本例のセンサセル差動増幅用オペアンプOP3の出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段E1が設けてある。この定電流手段E1によって、センサセル差動増幅用オペアンプOP3の内部回路における出力段トランジスタTR63、64から、所定値の電流をグラウンドへ流すことができる。これにより、出力段トランジスタTR63、64のコレクタ−エミッタ間の電圧Vceを引き下げることができ、センサセル差動増幅用オペアンプOP3によって出力可能な電圧の下限値を引き下げることができる(図9参照)。
そして、制御用マイコン8においては、A/D変換入力ポートIN7から取り込んだセンサセル差動増幅用オペアンプOP3の出力電圧と、センサ電流検出用抵抗Rsの抵抗値とに基づいて、センサセル2Bに流れるセンサ電流を精度よく求めることができる。
At this time, constant current means E1 is provided at the output terminal of the operational amplifier OP3 for differential amplification of the sensor cell of the present example to flow a predetermined current to the ground potential. This constant current means E1 allows a current of a predetermined value to flow from the output stage transistors TR63 and 64 in the internal circuit of the sensor cell differential amplification operational amplifier OP3 to the ground. Thus, the collector-emitter voltage Vce of the output stage transistors TR63 and TR64 can be lowered, and the lower limit value of the voltage that can be output by the sensor cell differential amplification operational amplifier OP3 can be lowered (see FIG. 9).
In the control microcomputer 8, the sensor flowing in the sensor cell 2 B based on the output voltage of the sensor cell differential amplification operational amplifier OP 3 taken in from the A / D conversion input port IN 7 and the resistance value of the sensor current detection resistor Rs. The current can be obtained with high accuracy.

また、本例のガス濃度検出装置1は、モニタセル2Cにおいて、基準電圧源51による電圧とモニタ電流検出用オペアンプOP2の出力電圧(指令電圧源61による電圧)との差分電圧が、モニタセル2Cに印加されたときには、モニタ電流検出回路6におけるモニタ電流検出用抵抗Rmには、例えば、数nA〜数百nAの微小なモニタ電流が流れる。そして、モニタセル差動増幅用オペアンプOP4により、モニタ電流検出用抵抗Rmの両端における電圧の差動増幅を行って、このモニタ電流検出用抵抗Rmの両端における電位差を検出する。   Further, in the gas concentration detection device 1 of this example, in the monitor cell 2C, the differential voltage between the voltage from the reference voltage source 51 and the output voltage of the monitor current detection operational amplifier OP2 (voltage from the command voltage source 61) is applied to the monitor cell 2C. When this is done, a small monitor current of, for example, several nA to several hundreds of nA flows through the monitor current detection resistor Rm in the monitor current detection circuit 6. Then, the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4 performs differential amplification of the voltage at both ends of the monitor current detection resistor Rm to detect a potential difference at both ends of the monitor current detection resistor Rm.

このとき、本例のモニタセル差動増幅用オペアンプOP4の出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段E2が設けてある。この定電流手段E2によって、モニタセル差動増幅用オペアンプOP4の内部回路における出力段トランジスタTR63、64から、所定値の電流をグラウンドへ流すことができる。これにより、出力段トランジスタTR63、64のコレクタ−エミッタ間の電圧Vceを引き下げることができ、モニタセル差動増幅用オペアンプOP4によって出力可能な電圧の下限値を引き下げることができる(図9参照)。
そして、制御用マイコン8においては、A/D変換入力ポートIN2から取り込んだモニタセル差動増幅用オペアンプOP4の出力電圧と、モニタ電流検出用抵抗Rmの抵抗値とに基づいて、モニタセル2Cに流れるモニタ電流を精度よく求めることができる。
At this time, a constant current means E2 for supplying a predetermined value of current to the ground potential is provided at the output terminal of the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4 of this example. This constant current means E2 allows a current of a predetermined value to flow from the output stage transistors TR63 and 64 in the internal circuit of the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4 to the ground. As a result, the collector-emitter voltage Vce of the output stage transistors TR63 and TR64 can be lowered, and the lower limit value of the voltage that can be output by the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4 can be lowered (see FIG. 9).
In the control microcomputer 8, the monitor flowing through the monitor cell 2 C based on the output voltage of the monitor cell differential amplification operational amplifier OP 4 taken in from the A / D conversion input port IN 2 and the resistance value of the monitor current detection resistor Rm. The current can be obtained with high accuracy.

また、NOx濃度検出用オペアンプOP5は、モニタセル差動増幅用オペアンプOP4の出力電圧と、センサセル差動増幅用オペアンプOP3の出力電圧との差動増幅を行って、NOx濃度に基づく電圧を出力する。
このとき、本例のNOx濃度検出用オペアンプOP5の出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段E3が設けてある。この定電流手段E3によって、NOx濃度検出用オペアンプOP5の内部回路における出力段トランジスタTR63、64から、所定値の電流をグラウンドへ流すことができる。これにより、出力段トランジスタTR63、64のコレクタ−エミッタ間の電圧Vceを引き下げることができ、NOx濃度検出用オペアンプOP5によって出力可能な電圧の下限値を引き下げることができる(図9参照)。
そして、制御用マイコン8においては、A/D変換入力ポートIN1から取り込んだNOx濃度検出用オペアンプOP5の出力電圧に基づいて、被測定ガスG中のNOx濃度を精度よく求めることができる。
The NOx concentration detection operational amplifier OP5 performs differential amplification of the output voltage of the monitor cell differential amplification operational amplifier OP4 and the output voltage of the sensor cell differential amplification operational amplifier OP3, and outputs a voltage based on the NOx concentration.
At this time, a constant current means E3 is provided at the output terminal of the NOx concentration detection operational amplifier OP5 of this example to flow a predetermined current to the ground potential. By this constant current means E3, a predetermined value of current can be supplied from the output stage transistors TR63 and 64 in the internal circuit of the NOx concentration detecting operational amplifier OP5 to the ground. Thus, the collector-emitter voltage Vce of the output stage transistors TR63 and TR64 can be lowered, and the lower limit value of the voltage that can be output by the NOx concentration detection operational amplifier OP5 can be lowered (see FIG. 9).
The control microcomputer 8 can accurately determine the NOx concentration in the measurement gas G based on the output voltage of the NOx concentration detection operational amplifier OP5 taken in from the A / D conversion input port IN1.

それ故、本例のガス濃度検出装置1によれば、センサセル2Bに流れるセンサ電流の検出精度、モニタセル2Cに流れるモニタ電流の検出精度、及びモニタセル2Cとセンサセル2Bとに流れる電流の差分より求めるNOx濃度の検出精度を向上させることができる。   Therefore, according to the gas concentration detection apparatus 1 of this example, the NOx obtained from the detection accuracy of the sensor current flowing through the sensor cell 2B, the detection accuracy of the monitor current flowing through the monitor cell 2C, and the difference between the currents flowing through the monitor cell 2C and the sensor cell 2B. The density detection accuracy can be improved.

図9には、一般的なオペアンプの内部回路を、簡略的に示す。同図において、オペアンプの内部回路においては、差動増幅を行う一対の入力段トランジスタTR61の各ベース端子によって、反転入力端子Vin−と非反転入力端子Vin+とが形成してあり、増幅用のトランジスタTR62によって増幅を行い、出力段のNPN型トランジスタTR63のエミッタ端子に設けた抵抗R61と、出力段のPNP型トランジスタTR64のコレクタ端子に設けた抵抗R62との間から出力端子Voutが形成されている。また、オペアンプの電源をV+、V−で示す。   FIG. 9 simply shows an internal circuit of a general operational amplifier. In the figure, in the internal circuit of the operational amplifier, an inverting input terminal Vin− and a non-inverting input terminal Vin + are formed by the base terminals of a pair of input stage transistors TR61 that perform differential amplification. Amplifying by TR62, an output terminal Vout is formed between a resistor R61 provided at the emitter terminal of the output stage NPN transistor TR63 and a resistor R62 provided at the collector terminal of the output stage PNP transistor TR64. . The power supply of the operational amplifier is indicated by V + and V−.

図10は、横軸に入力電圧(V)、縦軸に出力電圧(V)をとって、両者の関係を示すグラフである。同図に示すごとく、定電流手段E1〜E3を用いていない場合には、出力段トランジスタTR63、64には、コレクタ−エミッタ間の電圧Vceが残存しており、出力電圧が、電圧Vceの下限値以下になったときには、この電圧Vceが出力電圧の誤差となってしまう。そのため、反転入力端子Vin−と非反転入力端子Vin+とに印加させる入力電圧に応じて、0V付近の電圧を精度よく出力することは困難である。   FIG. 10 is a graph showing the relationship between the input voltage (V) on the horizontal axis and the output voltage (V) on the vertical axis. As shown in the figure, when the constant current means E1 to E3 are not used, the collector-emitter voltage Vce remains in the output stage transistors TR63 and 64, and the output voltage is the lower limit of the voltage Vce. When the voltage becomes lower than the value, the voltage Vce becomes an error of the output voltage. Therefore, it is difficult to accurately output a voltage in the vicinity of 0 V according to the input voltage applied to the inverting input terminal Vin− and the non-inverting input terminal Vin +.

これに対し、本例の定電流手段E1〜E3を用いた場合には、オペアンプの出力端子Voutから所定量の電流を引き出しておくことにより、コレクタ−エミッタ間の電圧Vceの下限値を引き下げることができる。これにより、オペアンプによって出力可能な電圧の下限値を引き下げることができる。
そのため、反転入力端子Vin−と非反転入力端子Vin+とに印加させる入力電圧に応じて、より0Vに近い電圧を精度よく出力することが可能になる。
On the other hand, when the constant current means E1 to E3 of this example are used, the lower limit of the collector-emitter voltage Vce is lowered by drawing a predetermined amount of current from the output terminal Vout of the operational amplifier. Can do. Thereby, the lower limit value of the voltage that can be output by the operational amplifier can be lowered.
Therefore, it is possible to output a voltage closer to 0 V with high accuracy according to the input voltage applied to the inverting input terminal Vin− and the non-inverting input terminal Vin +.

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、モニタセル、センサ電流検出回路、スイッチング回路の周辺の回路構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the circuit structure of the periphery of a monitor cell, a sensor current detection circuit, and a switching circuit in an Example. 実施例における、センサセル、センサ電流検出回路、モニタセル、モニタ電流検出回路の周辺の回路構成の周辺の回路構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the circuit structure of the periphery of the circuit structure of the periphery of a sensor cell, a sensor current detection circuit, a monitor cell, and a monitor current detection circuit in an Example. 実施例における、アドミタンス測定回路の回路構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the circuit structure of the admittance measurement circuit in an Example. 実施例における、ポンプセル、ヒータ素子の回路構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the circuit structure of a pump cell and a heater element in an Example. 実施例における、定電流手段の詳細を示す説明図。Explanatory drawing which shows the detail of a constant current means in an Example. 実施例における、他の定電流手段の詳細を示す説明図。Explanatory drawing which shows the detail of the other constant current means in an Example. 実施例における、素子アドミタ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 admittance in an Example. 実施例における、一般的なオペアンプの内部回路を概略的に示す説明図。Explanatory drawing which shows schematically the internal circuit of the general operational amplifier in an Example. 実施例における、横軸に入力電圧、縦軸に出力電圧をとって、両者の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between both taking an input voltage on a horizontal axis and taking an output voltage on a vertical axis | shaft in an Example.

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
5 センサ電流検出回路
51 基準電圧源
52 指令電圧源
6 モニタ電流検出回路
61 指令電圧源
62 掃引手段
7 アドミタンス測定回路
8 制御用マイコン
OP1 センサ電流検出用オペアンプ
OP2 モニタ電流検出用オペアンプ
OP3 センサセル差動増幅用オペアンプ
OP4 モニタセル差動増幅用オペアンプ
OP5 NOx濃度検出用オペアンプ
Rs センサ電流検出用抵抗
Rm モニタ電流検出用抵抗
Ra アドミタンス測定用抵抗
E1〜E3 定電流手段
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 5 Sensor current detection circuit 51 Reference voltage source 52 Command voltage source 6 Monitor current detection Circuit 61 Command voltage source 62 Sweep means 7 Admittance measurement circuit 8 Control microcomputer OP1 Sensor current detection operational amplifier OP2 Monitor current detection operational amplifier OP3 Sensor cell differential amplification operational amplifier OP4 Monitor cell differential amplification operational amplifier OP5 NOx concentration detection operational amplifier Rs sensor Current detection resistance Rm Monitor current detection resistance Ra Admittance measurement resistance E1-E3 Constant current means

Claims (4)

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、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被測定ガス中の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被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセルとを構成してなるガス濃度検出装置において、
上記センサセルは、その基準ガス側電極に基準電圧源を接続してなると共に、その被測定ガス側電極に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センサセルの被測定ガス側電極に印加するためのセンサ電流検出用オペアンプと、
該センサ電流検出用オペアンプの出力端子と上記センサセルの被測定ガス側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の両端における電圧の差動増幅を行って、該センサ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出するためのセンサセル差動増幅用オペアンプとを有しており、
該センサセル差動増幅用オペアンプの出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段が設けてある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,
A pump cell for adjusting the oxygen concentration in the gas to be measured provided with an NOx inactive electrode by the gas sensor element, and a gas in the gas to be measured after adjusting the oxygen concentration by the pump cell provided with the NOx active electrode. Gas concentration comprising a sensor cell for measuring the NOx concentration and a monitor cell for monitoring the oxygen concentration in the gas to be measured after the NOx inert electrode is provided and the oxygen concentration is adjusted by the pump cell. In the detection device,
The sensor cell has a reference voltage source connected to the reference gas side electrode, and a sensor current detection circuit connected to the measured gas side electrode.
The sensor current detection circuit includes a command voltage source,
An operational amplifier for detecting a sensor current for applying a voltage from the command voltage source to the measured gas side electrode of the sensor cell;
A sensor current detection resistor provided between an output terminal of the sensor current detection operational amplifier and a measured gas side electrode of the sensor cell;
A differential amplification of the voltage at both ends of the sensor current detection resistor, and a sensor cell differential amplification operational amplifier for detecting a potential difference at both ends of the sensor current detection resistor;
A gas concentration detecting device, wherein a constant current means for flowing a current of a predetermined value to a ground potential is provided at an output terminal of the operational amplifier for differential amplification of the sensor cell.
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、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被測定ガス中の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被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタ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、その基準ガス側電極に基準電圧源を接続してなると共に、その被測定ガス側電極にモニタ電流検出回路を接続してなり、
該モニタ電流検出回路は、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被測定ガス側電極に印加するためのモニタ電流検出用オペアンプと、
該モニタ電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの被測定ガス側電極との間に設けたモニタ電流検出用抵抗と、
該モニタ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、該モニタ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出するためのモニタセル差動増幅用オペアンプとを有しており、
該モニタセル差動増幅用オペアンプの出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段が設けてある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,
A pump cell for adjusting the oxygen concentration in the gas to be measured provided with an NOx inactive electrode by the gas sensor element, and a gas in the gas to be measured after adjusting the oxygen concentration by the pump cell provided with the NOx active electrode. Gas concentration comprising a sensor cell for measuring the NOx concentration and a monitor cell for monitoring the oxygen concentration in the gas to be measured after the NOx inert electrode is provided and the oxygen concentration is adjusted by the pump cell. In the detection device,
The monitor cell has a reference voltage source connected to the reference gas side electrode and a monitor current detection circuit connected to the measured gas side electrode.
The monitor current detection circuit includes a command voltage source,
A monitor current detection operational amplifier for applying a voltage from the command voltage source to the measured gas side electrode of the monitor cell;
A monitor current detection resistor provided between the output terminal of the monitor current detection operational amplifier and the measured gas side electrode of the monitor cell;
A monitor cell differential amplification operational amplifier for performing differential amplification of the voltage at both ends of the monitor current detection resistor and detecting a potential difference at both ends of the monitor current detection resistor;
A gas concentration detecting device, wherein a constant current means for supplying a current of a predetermined value to a ground potential is provided at an output terminal of the operational amplifier for differential amplification of the monitor cell.
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、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被測定ガス中の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被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセルとを構成してなるガス濃度検出装置において、
上記センサセルは、その基準ガス側電極に基準電圧源を接続してなると共に、その被測定ガス側電極に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センサセルの被測定ガス側電極に印加するためのセンサ電流検出用オペアンプと、
該センサ電流検出用オペアンプの出力端子と上記センサセルの被測定ガス側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の両端における電圧の差動増幅を行って、該センサ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出するためのセンサセル差動増幅用オペアンプとを有しており、
上記モニタセルは、その基準ガス側電極に基準電圧源を接続してなると共に、その被測定ガス側電極にモニタ電流検出回路を接続してなり、
該モニタ電流検出回路は、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被測定ガス側電極に印加するためのモニタ電流検出用オペアンプと、
該モニタ電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの被測定ガス側電極との間に設けたモニタ電流検出用抵抗と、
該モニタ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、該モニタ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出するためのモニタセル差動増幅用オペアンプとを有しており、
上記センサ電流検出回路は、上記モニタセル差動増幅用オペアンプの出力電圧と、上記センサセル差動増幅用オペアンプの出力電圧との差動増幅を行って、NOx濃度に基づく電圧を出力するNOx濃度検出用オペアンプを有しており、
該NOx濃度検出用オペアンプの出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段が設けてある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,
A pump cell for adjusting the oxygen concentration in the gas to be measured provided with an NOx inactive electrode by the gas sensor element, and a gas in the gas to be measured after adjusting the oxygen concentration by the pump cell provided with the NOx active electrode. Gas concentration comprising a sensor cell for measuring the NOx concentration and a monitor cell for monitoring the oxygen concentration in the gas to be measured after the NOx inert electrode is provided and the oxygen concentration is adjusted by the pump cell. In the detection device,
The sensor cell has a reference voltage source connected to the reference gas side electrode, and a sensor current detection circuit connected to the measured gas side electrode.
The sensor current detection circuit includes a command voltage source,
An operational amplifier for detecting a sensor current for applying a voltage from the command voltage source to the measured gas side electrode of the sensor cell;
A sensor current detection resistor provided between an output terminal of the sensor current detection operational amplifier and a measured gas side electrode of the sensor cell;
A differential amplification of the voltage at both ends of the sensor current detection resistor, and a sensor cell differential amplification operational amplifier for detecting a potential difference at both ends of the sensor current detection resistor;
The monitor cell has a reference voltage source connected to the reference gas side electrode and a monitor current detection circuit connected to the measured gas side electrode.
The monitor current detection circuit includes a command voltage source,
A monitor current detection operational amplifier for applying a voltage from the command voltage source to the measured gas side electrode of the monitor cell;
A monitor current detection resistor provided between the output terminal of the monitor current detection operational amplifier and the measured gas side electrode of the monitor cell;
A monitor cell differential amplification operational amplifier for performing differential amplification of the voltage at both ends of the monitor current detection resistor and detecting a potential difference at both ends of the monitor current detection resistor;
The sensor current detection circuit performs differential amplification between the output voltage of the monitor cell differential amplification operational amplifier and the output voltage of the sensor cell differential amplification operational amplifier, and outputs a voltage based on the NOx concentration. Has an operational amplifier,
A gas concentration detecting device, characterized in that a constant current means for supplying a current of a predetermined value to a ground potential is provided at an output terminal of the operational amplifier for NOx concentration detection.
請求項1〜3のいずれか一項において、上記定電流手段は、定電流回路又は抵抗を用いて構成してあることを特徴とするガス濃度検出装置。   4. The gas concentration detection device according to claim 1, wherein the constant current means is configured using a constant current circuit or a resistor.
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