JP2010091526A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定対象ガス中の特定ガス濃度に応じた濃度信号を出力するガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor that outputs a concentration signal corresponding to a specific gas concentration in a measurement target gas.
従来、測定対象ガス中の特定ガス濃度(例えば内燃機関の排気ガス中のNOx濃度)に応じた濃度信号を出力するガスセンサの一つとして、固体電解質体上に一対の電極が形成された第1酸素イオンポンプセル、第2酸素イオンポンプセル、及び酸素分圧検知セルを備えたガスセンサが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as one of gas sensors that output a concentration signal corresponding to a specific gas concentration in a measurement target gas (for example, NOx concentration in exhaust gas of an internal combustion engine), a first electrode having a pair of electrodes formed on a solid electrolyte body A gas sensor including an oxygen ion pump cell, a second oxygen ion pump cell, and an oxygen partial pressure detection cell is known (see, for example, Patent Document 1).
すなわち、このガスセンサは、第1拡散抵抗部を介して測定対象ガスが導入される第1測定室を有し、第1酸素イオンポンプセルにより、第1測定室の内部に存在する酸素のポンピング(汲み出しまたは汲み入れ)をそれぞれ可能とするように構成されている。 That is, this gas sensor has a first measurement chamber into which a measurement target gas is introduced via the first diffusion resistance unit, and pumps oxygen (in the first measurement chamber) by the first oxygen ion pump cell ( Pumping out or pumping in).
さらに、このガスセンサは、酸素分圧検知セルにより、酸素濃度を一定に制御された基準酸素室と第1測定室との酸素濃度差、つまり第1測定室内の酸素濃度の検出を可能とするように構成されている。 Further, the gas sensor can detect the oxygen concentration difference between the reference oxygen chamber and the first measurement chamber whose oxygen concentration is controlled to be constant, that is, the oxygen concentration in the first measurement chamber, by the oxygen partial pressure detection cell. It is configured.
そして、このガスセンサを駆動する駆動回路は、酸素分圧検知セルの両端電圧が予め設定された一定電圧(例えば425mV)となるように、第1酸素イオンポンプセルに流れる第1ポンプ電流を制御するとともに、第1測定室に連通する第2測定室から酸素を汲み出す方向に一定の第2ポンプ電圧(例えば450mV)を第2酸素イオンポンプセルに印加し、この時、第2酸素イオンポンプセルに流れる第2ポンプ電流の検出を行う。これにより、第2ポンプ電流の大きさに基づいて、特定ガス濃度を検出することができる。
上記特許文献1のガスセンサは、酸素分圧検知セルに形成された一対の電極のうち第1測定室に配置された電極(以下、検知用電極という)の第1測定室側の面上を通過する測定対象ガスのうち、検知用電極に接触した測定対象ガスにより、第1測定室内の酸素濃度を検出する。
The gas sensor disclosed in
しかし、上記特許文献1のガスセンサは、酸素分圧検知セルに形成された一対の電極のうち第1測定室に配置された電極(以下、検知用電極という)が、酸素分圧検知セルを構成する固体電解質体上に薄く(例えば、第1測定室の高さに対して4分の1程度の高さ)形成されている。
However, in the gas sensor disclosed in
このため、第1測定室内に導入された測定対象ガスの拡散が不十分で、検知用電極の第1測定室側の面の上方において、検知用電極から近い領域と、検知用電極から離れた領域とで、測定対象ガス中の酸素濃度に差があると、検知用電極から離れた領域における測定対象ガス中の酸素濃度が、酸素分圧検知セルによる検出結果に反映されにくくなる。これにより、上記特許文献1のガスセンサにおいて、測定対象ガス中の酸素濃度の検出精度が低下するという問題があった。
For this reason, the diffusion of the measurement target gas introduced into the first measurement chamber is insufficient, and the region near the detection electrode is separated from the detection electrode above the surface on the first measurement chamber side of the detection electrode. If there is a difference in the oxygen concentration in the measurement target gas from the region, the oxygen concentration in the measurement target gas in the region away from the detection electrode is less likely to be reflected in the detection result by the oxygen partial pressure detection cell. Thereby, in the gas sensor of the said
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、測定対象ガス中の酸素濃度の検出精度を向上させる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a technique for improving the detection accuracy of the oxygen concentration in the measurement target gas.
上記目的を達成するためになされた請求項1に記載の発明は、第1拡散抵抗部を介して測定対象ガスが導入される第1測定室と、固体電解質体および固体電解質体上に形成された一対の第1電極を有し、一対の第1電極のうち一方の第1電極が第1測定室に配置されて、第1測定室に導入された測定対象ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う第1酸素イオンポンプセルと、第1測定室において酸素の汲み出しまたは汲み入れが行われた測定対象ガスが第2拡散抵抗部を介して導入される第2測定室と、固体電解質体および固体電解質体上に形成された一対の第2電極を有し、一対の第2電極のうち一方の第2電極が第2測定室に配置されて、第2測定室に導入された測定対象ガス中の特定ガス成分を検出する第2酸素イオンポンプセルと、固体電解質体および固体電解質体上に形成された一対の第3電極を有し、一対の第3電極のうち一方の第3電極が、第1測定室内又は/及び第2測定室内であり、且つ測定対象ガスが流れるガス通過経路における一方の第1電極と一方の第2電極との間に配置された酸素分圧検知セルとを備えるガスセンサであって、一方の第3電極は、多孔質電極であり、一方の第3電極が配置されているガス通過経路の電極配置断面を見たときに、電極配置断面の総面積に対する一方の第3電極が占める割合が半分以上である箇所を有することを特徴とするガスセンサである。
The invention according to
このように構成されたガスセンサでは、第1測定室に導入された測定対象ガスは、第2測定室内に配置された一方の第2電極(第2酸素イオンポンプセル)に至るまでに電極配置断面を通過する。このとき、電極配置断面の総面積に対する一方の第3電極(以下、検知電極ともいう)が占める割合が半分以上である箇所を有している。すなわち、測定対象ガスのうち半分以上が、多孔質電極である検知電極の内部を通過する。このため、電極配置断面におけるより広い範囲に亘って、測定対象ガス中の酸素を検知することができる。 In the gas sensor configured as described above, the measurement target gas introduced into the first measurement chamber has an electrode arrangement cross section before reaching one second electrode (second oxygen ion pump cell) arranged in the second measurement chamber. Pass through. At this time, there is a portion where the ratio of one third electrode (hereinafter also referred to as a detection electrode) to the total area of the electrode arrangement cross section is half or more. That is, more than half of the measurement target gas passes through the inside of the detection electrode, which is a porous electrode. For this reason, oxygen in the measurement target gas can be detected over a wider range in the electrode arrangement cross section.
従って、請求項1に記載のガスセンサによれば、検知電極から近い領域と、検知電極から離れた領域とで、測定対象ガス中の酸素濃度に差がある場合であっても、測定対象ガス中の酸素濃度の検出精度を向上させることができる。
Therefore, according to the gas sensor of
なお、一方の第3電極は第1測定室内に配置されていてもよいし、第2測定室内に配置されていてもよい。さらには、第1測定室および第2測定室の両方に配置されていてもよい。つまり、この一方の第3電極は、ガス通過経路を見たときに、第1酸素イオンポンプセルの第1測定室内に配置された一方の第1電極と、第2酸素イオンポンプセルの第2測定室内に配置された一方の第2電極とにより挟まれて配置されていればよい。さらに、電極配置断面は、ガス通過経路のうち、一方の第3電極が配置されている部位の任意の断面のことを指す。 One third electrode may be arranged in the first measurement chamber or in the second measurement chamber. Furthermore, it may be arranged in both the first measurement chamber and the second measurement chamber. That is, the one third electrode, when viewing the gas passage, is one of the first electrode arranged in the first measurement chamber of the first oxygen ion pump cell and the second of the second oxygen ion pump cell. What is necessary is just to be arrange | positioned by one 2nd electrode arrange | positioned in a measurement chamber. Furthermore, an electrode arrangement cross section refers to an arbitrary cross section of a portion where one third electrode is arranged in the gas passage path.
また、請求項1に記載のガスセンサにおいては、請求項2に記載のように、一方の第3電極は、電極配置断面の周縁のうち、酸素分圧検知セルの固体電解質体を全て覆うようにするとよい。
In the gas sensor according to
このように、検知電極が、電極配置断面の周縁のうち、酸素分圧検知セルの固体電解質体を全て覆うことで、電極配置断面におけるより広い範囲に亘って、測定対象ガス中の酸素を検知することができる。 In this manner, the detection electrode covers all the solid electrolyte body of the oxygen partial pressure detection cell in the periphery of the electrode arrangement cross section, thereby detecting oxygen in the measurement target gas over a wider range in the electrode arrangement cross section. can do.
また、請求項1に記載のガスセンサにおいては、請求項3に記載のように、一方の第3電極は、電極配置断面の周縁の全てを覆うようにするとよい。
このように、検知電極が、電極配置断面の周縁の全てを覆うことで、酸素分圧検知セルの固体電解質体から近い領域と離れた領域とで、測定対象ガス中の酸素濃度に差がある場合であっても、近い領域での測定対象ガス及び離れた領域での測定対象ガスの両者が検知電極の内部を通過することとなり、酸素分圧検知セルによる検出結果が両者の酸素濃度を反映させることができる。よって、測定対象ガスの酸素濃度の検出精度をより向上させることができる。
In the gas sensor according to
As described above, the detection electrode covers the entire periphery of the electrode arrangement cross section, so that there is a difference in the oxygen concentration in the measurement target gas between the region close to and away from the solid electrolyte body of the oxygen partial pressure detection cell. Even in this case, both the measurement target gas in the close region and the measurement target gas in the distant region pass through the inside of the detection electrode, and the detection result by the oxygen partial pressure detection cell reflects both oxygen concentrations. Can be made. Therefore, the detection accuracy of the oxygen concentration of the measurement target gas can be further improved.
また、請求項1に記載のガスセンサにおいては、請求項4に記載のように、一方の第3電極は、電極配置断面の全体に設けられているようにするとよい。
このように、検知電極が、電極配置断面の全体に設けられることで、電極配置断面を通過する測定対象ガスの全ての酸素濃度を反映させることができる。よって、測定対象ガスの酸素濃度の検出精度をさらに向上させることができる。
In the gas sensor according to
In this way, by providing the detection electrode over the entire electrode arrangement section, it is possible to reflect all the oxygen concentrations of the measurement target gas that passes through the electrode arrangement section. Therefore, the detection accuracy of the oxygen concentration of the measurement target gas can be further improved.
また、請求項1〜請求項4の何れかに記載のガスセンサにおいては、請求項5に記載のように、一方の第3電極と第2拡散抵抗部が一体形成されているようにするとよい。
このように構成されたガスセンサによれば、第2拡散抵抗部を別途形成することが不要となり、ガスセンサの構成を簡略化することができる。
Further, in the gas sensor according to any one of
According to the gas sensor configured as described above, it is not necessary to separately form the second diffusion resistance portion, and the configuration of the gas sensor can be simplified.
また、請求項1〜請求項5の何れかに記載のガスセンサにおいては、請求項6に記載のように、一方の第3電極の気孔率は、第2拡散抵抗部の気孔率以上であることが好ましい。これにより、第2酸素イオンポンプセルにて精度よく検出することができる。なお、第2拡散抵抗部の気孔率は「50%未満」が好ましく、一方の第3電極の気孔率は、それ以上であればよい。また、一方の第3電極の導通を確保するためには、「気孔率が80%以下」であることが好ましい。
Moreover, in the gas sensor according to any one of
(第1実施形態)
以下に本発明の第1実施形態を図面とともに説明する。
なお、本実施形態では、ガスセンサの一種であるNOxセンサ1について説明する。NOxセンサ1は、測定対象となる排ガス中の特定ガスを検出する検出素子(ガスセンサ素子)が組み付けられるとともに、内燃機関の排気管などに装着されるものである。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the present embodiment, a
図1はNOxセンサ1の全体構成を示す断面図である。
NOxセンサ1は、図1に示すように、軸線方向(図中上下方向)に延びる板状形状をなす検出素子2と、NOxセンサ1の内部構造物を収容するとともにNOxセンサ1を排気管等の取付部に固定するケーシング4等から構成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the
As shown in FIG. 1, the
これらのうちケーシング4は、検出素子2を保持するとともにその検出部25を排気管等の内部に突出させる主体金具5と、主体金具5の上部に延設された外筒6とから構成されている。
Among these, the casing 4 includes a
また主体金具5は、円筒状の本体を有し、検出素子2を下方から支持する支持部材51、支持部材51の上部に充填される滑石粉末からなる充填部材52,53、充填部材52,53を上方から押圧するスリーブ54等を内部に収容する。
The
すなわち、主体金具5の下端側の内周には、内向き突出した段部55が設けられており、この段部55に金属カップ56を介して支持部材51が係止されることにより、検出素子2が下方から支持されている。そして、支持部材51の上側における主体金具5の内周面と検出素子2の外周面との間に充填部材52,53が配設され、さらにこの充填部材52,53の上側に筒状のスリーブ54及び加締リング57が順次同軸状に内挿された状態で主体金具5の上端部が内方(下方)に加締められることで、充填部材52,53が加圧充填され、それにより、検出素子2が主体金具5に対してしっかりと固定されている。また、主体金具5の下端側外周には、検出素子2の突出部分を覆うとともに、複数の孔部を有する金属製の二重のプロテクタ58,59が溶接によって取り付けられている。
In other words, an inwardly protruding
そして、主体金具5の上部開口部を覆うように外筒6の下端開口端部が当該主体金具5に外挿された後、この下端開口端部に外方から溶接が施され、外筒6が主体金具5に装着されている。
And after the lower end opening end part of the outer cylinder 6 is extrapolated to the said
また、外筒6の上端開口部61近傍には、セラミックで筒状に形成された絶縁性のセパレータ7が内挿されている。
セパレータ7は、その外周面に外側に突出したフランジ部71を有し、フランジ部71の下端面が、外筒6の内周面に接して配置された内部支持部材62により係止される態様で外筒6内に保持されている。
Further, in the vicinity of the upper end opening 61 of the outer cylinder 6, an insulating
The
セパレータ7は、後端面72から先端面73に向けて貫通する挿通孔74を備えている。 そしてセパレータ7は、検出素子2の外周面に配置された外側電極(不図示)からリード線9の先端に延びる複数の端子金具8を挿通孔74内に収容して、端子金具8と外筒6との絶縁性を保持している。
The
さらに、外筒6の上端開口部61には、検出素子2の外側電極に夫々接続されるリード線9を夫々外部に引き出すとともに、NOxセンサ1内部への水分や油分の侵入を防止するシールユニット10が設けられている。
Further, the
次に、検出素子2について説明する。図2は検出素子2の概略構成を示す断面図、図3は図2のA−A断面部を示す図である。
検出素子2は、図2に示すように、第1ポンプセル111、酸素分圧検知セル112、及び第2ポンプセル113を、アルミナを主体とする絶縁層114,115を介して積層した構造を有する。また、検出素子2においては、第2ポンプセル113側に、ヒータ部180が積層されている。
Next, the detection element 2 will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the detection element 2, and FIG.
As shown in FIG. 2, the detection element 2 has a structure in which a
このうち第1ポンプセル111は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアからなる第1固体電解質層131と、第1固体電解質層131を挟み込むように配置された内側第1ポンプ電極135及び外側第1ポンプ電極137からなる第1電極121とを備えて形成されている。なお、内側第1ポンプ電極135及び外側第1ポンプ電極137は、白金、白金合金、白金とセラミックス(例えば、固体電解質体)を含むサーメットなどで形成されており、それぞれの表面には、多孔質体からなる保護層122が形成されている。
The
また酸素分圧検知セル112は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアからなる検知用固体電解質層151と、検知用固体電解質層151を挟み込むように配置された検知電極155及び基準電極157からなる第3電極123とを備えて形成されている。なお、検知電極155及び基準電極157は、白金、白金合金、白金とセラミックス(例えば、固体電解質体)を含むサーメットなどで形成されている。
The oxygen partial
さらに検知電極155は、図3に示すように、測定対象ガスが導入される第1測定室159(後述)の断面SC1において、検知電極155が形成されている領域SC2の面積が、断面SC1に対して60%を占めるように形成されている。
Further, as shown in FIG. 3, the
また検知電極155は、測定対象ガスの通過を確保するとともに、電極の導通を確保するために、その気孔率が60%となるように形成されている。
そして検知電極155は、断面SC1において、検知用固体電解質層151を全て覆うように設けられている。
Further, the
The
また第2ポンプセル113は、図2に示すように、酸素イオン伝導性を有するジルコニアからなる第2固体電解質層141と、第2固体電解質層141の表面のうち絶縁層115に面する表面に配置された内側第2ポンプ電極145及び外側第2ポンプ電極147からなる第2電極125とを備えて形成されている。なお、内側第2ポンプ電極145及び外側第2ポンプ電極147は、白金、白金合金、白金とセラミックス(例えば、固体電解質体)を含むサーメットなどで形成されている。
Further, as shown in FIG. 2, the
そして検出素子2の内部には、測定対象ガスが導入される第1測定室159が形成されている。第1測定室159には、第1ポンプセル111と酸素分圧検知セル112との間に配置された第1拡散抵抗体116を介して、外部から測定対象ガスが導入される。
A
第1拡散抵抗体116は、多孔質体で構成されており、第1測定室159への単位時間あたりの測定対象ガスの導入量(通過量)を制限している。
また、第1測定室159の後端側(図における右側)には、多孔質体からなる第2拡散抵抗体117が備えられており、内側第2ポンプ電極145と第2拡散抵抗体117との間には、第2測定室161が形成されている。なお第2測定室161は、酸素分圧検知セル112を積層方向に貫通する状態で形成される。また本実施形態では、第2拡散抵抗体117の気孔率は35%である。
The
A
さらに、検出素子2の内部のうち、酸素分圧検知セル112の検知用固体電解質層151と第2ポンプセル113の第2固体電解質層141との間には、第2測定室161の他に多孔質体にて構成された基準酸素室118が形成されている。なお、第2測定室161、基準酸素室118は、この順に後端側から先端側にかけて第2ポンプセル113に沿って形成されている。また、酸素分圧検知セル112に対してガスセンサ制御装置(不図示)から微小電流が供給されることで、酸素が第1測定室159から検知用固体電解質層151を介して基準酸素室118に送り込まれるため、この基準酸素室118は、所定の酸素分圧雰囲気(濃度検知の基準となる酸素分圧雰囲気)に設定される。
Further, in addition to the
そして、酸素分圧検知セル112の基準電極157と、第2ポンプセル113の外側第2ポンプ電極147とが、基準酸素室118に対面するように配置されている。
ヒータ部180は、例えばアルミナ等の絶縁性セラミックスからなるシート状の絶縁層171,173を積層することにより構成されている。そして、このヒータ部180は、各絶縁層171,173の間に、Ptを主体とするヒータ175を備えている。
The
The heater unit 180 is configured by laminating sheet-like insulating
このように構成された検出素子2は、第1ポンプセル111により第1測定室159の内部に存在する酸素のポンピング(汲み出し、汲み入れ)が可能であり、酸素分圧検知セル112により、酸素濃度(酸素分圧)を一定に制御された基準酸素室118と第1測定室159との酸素濃度差(酸素分圧差)、つまり第1測定室159の内部の酸素濃度(酸素分圧)を測定可能である。
The detection element 2 configured as described above can pump (pump out or pump in) oxygen existing in the
なお、この検出素子2は、図1に示していないガスセンサ制御装置により駆動されるものであり、ガスセンサ制御装置がヒータ175を駆動することにより、各セル(第1ポンプセル111、第2ポンプセル113、酸素分圧検知セル112の)を活性化温度まで加熱する。
The detection element 2 is driven by a gas sensor control device (not shown in FIG. 1), and the gas sensor control device drives the
そしてガスセンサ制御装置は、ヒータ175を駆動制御して検出素子2を活性化温度(例えば750℃)まで加熱し、この状態で、酸素分圧検知セル112の両端電圧Vsが予め設定された一定電圧(例えば425mV)となるように、第1ポンプセル111に印加する第1ポンプ電圧Vp1を制御する。
The gas sensor control device drives and controls the
またガスセンサ制御装置は、第1ポンプ電流Ip1を制御するとともに、第2ポンプセル113に対して、予め定められた制御電圧値V0(例えば450mV)の第2ポンプ電圧Vp2を印加する。これにより、第2測定室161では、第2ポンプセル113を構成する第2電極125の触媒作用によって、NOxが解離(還元)され、その解離により得られた酸素イオンが内側第2ポンプ電極145と外側第2ポンプ電極147との間の第2固体電解質層141を移動することにより第2ポンプ電流Ip2が流れる。つまり、第2ポンプセル113は、第2測定室161に存在する検出すべき特定ガス成分(NOx(窒素酸化物))を解離させて、第2測定室161から基準酸素室118に酸素を汲み出す。
The gas sensor control device controls the first pump current Ip1 and applies a second pump voltage Vp2 having a predetermined control voltage value V0 (for example, 450 mV) to the
なお、第2測定室161の内側第2ポンプ電極145で解離された酸素イオン(O2-)は、第2固体電解質層141を介して外側第2ポンプ電極147に移動し、外側第2ポンプ電極147において酸素(O2 )として基準酸素室118に放出される。
The oxygen ions (O 2− ) dissociated at the inner
つまりガスセンサ制御装置は、検出素子2に接続された状態で、第1ポンプセル111のポンピング動作により第1測定室159の酸素濃度(酸素分圧)を調整し、第2測定室161の酸素濃度(酸素分圧)をNOx検知が可能なNOx検知用濃度に設定して、第2ポンプ電流Ip2の大きさや積分値などに基づいてNOx濃度を検出する処理を行う。そして、ガスセンサ制御装置にて検出されたNOx濃度情報は、図1に示していない外部装置(例えば、エンジンECU)に送出される。
That is, the gas sensor control device adjusts the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the
次に、検知電極155の製造方法について説明する。図4は、検知電極155の製造方法を説明するための図2のA−A断面部を示す図である。
まず図4の第1工程で示すように、焼成されると検知用固体電解質層151になる固体電解質シート251上に、絶縁層114になる絶縁ペースト214を、第1測定室159となる領域以外に配置されるように印刷する。
Next, a method for manufacturing the
First, as shown in the first step of FIG. 4, the insulating
さらに図4の第2工程で示すように、固体電解質シート251上において、検知電極155を形成する領域に、焼成されると検知電極155になる電極ペースト255を印刷する。その後、電極ペースト255上にカーボンペースト281を印刷する。
Further, as shown in the second step of FIG. 4, on the
この電極ペースト255は、Pt属粉末(例えば、Pt,Pd,Rh,Ru,Ir,Re)/固体電解質セラミックス(例えば、イットリア安定化または部分安定化ZrO2,スカンジア安定化または部分安定化ZrO2,サマリアまたはガドリア添加CeO2,LaGaO3 等 )=60vol%/40vol%に、さらにAu粉末=1vol%、昇華材(例えば、カーボン、テオブロミン等)=100vol%に、有機バインダー、溶剤、及び可塑剤を適宜に添加して調整したものである。
This
その後、図4の第3工程で示すように、カーボンペースト281上および絶縁ペースト214上に、焼成されると第1固体電解質層131になる固体電解質シート231を圧着する(図4の矢印Y1,Y2は、圧着することを示す)。これにより、図4の第4工程で示すように、カーボンペースト281上および絶縁ペースト214上に、固体電解質シート231が積層される。
After that, as shown in the third step of FIG. 4, the
そして、検出素子2を構成する全ての部材が積層された後に焼成が行われると、図4の第5工程で示すように、電極ペースト255内の昇華材が昇華することで多孔質体の検知電極155が形成される。また、焼成によりカーボンペースト281が昇華し、検知電極155上に空隙GPが形成される。
Then, when firing is performed after all the members constituting the detection element 2 are stacked, the sublimation material in the
このように構成されたNOxセンサ1では、第1測定室159に導入された測定対象ガスは、第2測定室161内に配置された内側第2ポンプ電極145に至るまでのガス通過経路における検知電極155が配置されている位置での断面SC1を通過する。このとき、断面SC1の総面積に対する検知電極155が占める割合が半分以上である箇所を有している。すなわち、測定対象ガスのうち半分以上が、多孔質電極である検知電極155の内部を通過する。このため、断面SC1におけるより広い範囲に亘って、測定対象ガス中の酸素を検知することができる。
In the
従って、NOxセンサ1によれば、検知電極155から近い領域と、検知電極155から離れた領域とで、測定対象ガス中の酸素濃度に差がある場合であっても、測定対象ガス中の酸素濃度の検出精度を向上させることができる。
Therefore, according to the
さらに、検知電極155が、断面SC1のうち、酸素分圧検知セル112の検知用固体電解質層151を全て覆うことで、断面SC1における広い範囲に亘って、測定対象ガス中の酸素を検知することができる。
Further, the
さらに、検知電極155の気孔率は、第2拡散抵抗体117の気孔率以上である。これにより、第2ポンプセル113にて精度よく検出することができる。
以上説明した実施形態において、NOxセンサ1は本発明におけるガスセンサ、第1拡散抵抗体116は本発明における第1拡散抵抗部、第1ポンプセル111は本発明における第1酸素イオンポンプセル、内側第1ポンプ電極135は本発明における一方の第1電極、第2拡散抵抗体117は本発明における第2拡散抵抗部、第2ポンプセル113は本発明における第2酸素イオンポンプセル、内側第2ポンプ電極145は本発明における一方の第2電極、検知電極155は本発明における一方の第3電極、断面SC1は本発明における電極配置断面である。
Furthermore, the porosity of the
In the embodiment described above, the
(第2実施形態)
以下に本発明の第2実施形態を図面とともに説明する。尚、第2実施形態では、第1実施形態と異なる部分のみを説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the second embodiment, only parts different from the first embodiment will be described.
図5は第2実施形態の検出素子2の概略構成を示す断面図、図6は図5のA−A断面部を示す図である。
第2実施形態の検出素子2は、図5に示すように、第2拡散抵抗体117が省略された点が第1実施形態と異なる。すなわち、第2実施形態の検知電極155と第2拡散抵抗体117とが一体形成されている。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the detection element 2 of the second embodiment, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
As shown in FIG. 5, the detection element 2 of the second embodiment is different from the first embodiment in that the
また図6に示すように、第2実施形態の検知電極155は、第1測定室159の断面SC1において、検知電極155が形成されている領域SC2の面積が、断面SC1の全体を占めるように形成されている。
Further, as shown in FIG. 6, the
次に、第2実施形態の検知電極155の製造方法について説明する。図7は、第2実施形態の検知電極155の製造方法を説明するための図5のA−A断面部を示す図である。
まず図7の第1工程で示すように、焼成されると検知用固体電解質層151になる固体電解質シート251上に、絶縁層114になる絶縁ペースト214を、第1測定室159となる領域以外に配置されるように印刷する。
Next, the manufacturing method of the
First, as shown in the first step of FIG. 7, the insulating
さらに図7の第2工程で示すように、固体電解質シート251上において、検知電極155を形成する領域に、焼成されると検知電極155になる電極ペースト255を印刷する。
Further, as shown in the second step of FIG. 7, on the
その後、図7の第3工程で示すように、電極ペースト255及び絶縁ペースト214上に、焼成されると第1固体電解質層131になる固体電解質シート231を圧着する(図7の矢印Y1,Y2は、圧着することを示す)。これにより図7の第4工程で示すように、固体電解質シート231上および絶縁ペースト214上に、固体電解質シート231が積層される。
After that, as shown in the third step of FIG. 7, the
そして、検出素子2を構成する全ての部材が積層された後に焼成が行われると、図7の第5工程で示すように、電極ペースト255内の昇華材が昇華することで多孔質体の検知電極155が形成される。
Then, when firing is performed after all the members constituting the detection element 2 are laminated, the sublimation material in the
このように構成されたNOxセンサ1では、検知電極155が、断面SC1の全体に設けられる。これにより、断面SC1を通過する測定対象ガスの全ての酸素濃度を反映させることができる。よって、測定対象ガスの酸素濃度の検出精度をさらに向上させることができる。
In the
また、検知電極155は第2拡散抵抗体117として機能し、第2拡散抵抗体117が省略されている。このため、NOxセンサ1の構成を簡略化することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
The
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, As long as it belongs to the technical scope of this invention, a various form can be taken.
例えば第1実施形態では、断面SC1において検知用固体電解質層151の全体を覆うように検知電極155が形成されているものを示したが、図8に示すように、断面SC1の周縁領域の全てを覆うように検知電極155が形成されているようにしてもよい。
For example, in the first embodiment, the
これにより、酸素分圧検知セル112の検知用固体電解質層151から近い領域と離れた領域とで、測定対象ガス中の酸素濃度に差がある場合であっても、近い領域での測定対象ガス及び離れた領域での測定対象ガスの両者が検知電極155の内部を通過することとなり、酸素分圧検知セル112による検出結果が両者の酸素濃度を反映させることができる。よって、測定対象ガスの酸素濃度の検出精度をより向上させることができる。
Thereby, even if there is a difference in the oxygen concentration in the measurement target gas between the region close to and away from the detection
1…NOxセンサ、2…検出素子、111…第1ポンプセル、112…酸素分圧検知セル、113…第2ポンプセル、114,115…絶縁層、116…第1拡散抵抗体、117…第2拡散抵抗体、118…基準酸素室、119…導入経路、121…第1電極、123…第3電極、125…第2電極、131…第1固体電解質層、135…内側第1ポンプ電極、137…外側第1ポンプ電極、141…第2固体電解質層、145…内側第2ポンプ電極、147…外側第2ポンプ電極、151…検知用固体電解質層、155…検知電極、157…基準電極、159…第1測定室、161…第2測定室
DESCRIPTION OF
Claims (6)
固体電解質体および該固体電解質体上に形成された一対の第1電極を有し、前記一対の第1電極のうち一方の第1電極が前記第1測定室に配置されて、前記第1測定室に導入された前記測定対象ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う第1酸素イオンポンプセルと、
前記第1測定室において酸素の汲み出しまたは汲み入れが行われた前記測定対象ガスが第2拡散抵抗部を介して導入される第2測定室と、
固体電解質体および該固体電解質体上に形成された一対の第2電極を有し、前記一対の第2電極のうち一方の第2電極が前記第2測定室に配置されて、前記第2測定室に導入された前記測定対象ガス中の特定ガス成分を検出する第2酸素イオンポンプセルと、
固体電解質体および該固体電解質体上に形成された一対の第3電極を有し、前記一対の第3電極のうち一方の第3電極が、前記第1測定室内又は/及び前記第2測定室内であり、且つ前記測定対象ガスが流れるガス通過経路における前記一方の第1電極と前記一方の第2電極との間に配置された酸素分圧検知セルと
を備えるガスセンサであって、
前記一方の第3電極は、多孔質電極であり、
前記一方の第3電極が配置されている前記ガス通過経路の電極配置断面を見たときに、該電極配置断面の総面積に対する前記一方の第3電極が占める割合が半分以上である箇所を有する
ことを特徴とするガスセンサ。 A first measurement chamber into which a gas to be measured is introduced via the first diffusion resistance unit;
A solid electrolyte body and a pair of first electrodes formed on the solid electrolyte body, wherein one first electrode of the pair of first electrodes is disposed in the first measurement chamber, and the first measurement is performed. A first oxygen ion pump cell for pumping or pumping oxygen to the measurement target gas introduced into the chamber;
A second measurement chamber into which the measurement target gas into which oxygen has been pumped or pumped in the first measurement chamber is introduced via a second diffusion resistance unit;
A solid electrolyte body and a pair of second electrodes formed on the solid electrolyte body, wherein one second electrode of the pair of second electrodes is disposed in the second measurement chamber, and the second measurement is performed. A second oxygen ion pump cell for detecting a specific gas component in the measurement target gas introduced into the chamber;
A solid electrolyte body and a pair of third electrodes formed on the solid electrolyte body, wherein one third electrode of the pair of third electrodes is in the first measurement chamber or / and the second measurement chamber And a gas sensor comprising: an oxygen partial pressure detection cell disposed between the one first electrode and the one second electrode in a gas passage path through which the measurement target gas flows,
The one third electrode is a porous electrode,
When the electrode arrangement cross section of the gas passing path where the one third electrode is arranged is seen, the ratio of the one third electrode to the total area of the electrode arrangement cross section is more than half. A gas sensor characterized by that.
前記電極配置断面の周縁のうち、前記酸素分圧検知セルの前記固体電解質体を全て覆う
ことを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。 The one third electrode is
2. The gas sensor according to claim 1, wherein all of the solid electrolyte body of the oxygen partial pressure detection cell is covered in a peripheral edge of the electrode arrangement cross section.
ことを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。 The gas sensor according to claim 1, wherein the one third electrode covers the entire periphery of the electrode arrangement cross section.
ことを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。 2. The gas sensor according to claim 1, wherein the one third electrode is provided over the entire electrode arrangement cross section.
ことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れかに記載のガスセンサ。 The gas sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the one third electrode and the second diffusion resistance portion are integrally formed.
ことを特徴とする請求項1〜請求項5の何れかに記載のガスセンサ。 The gas sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the porosity of the one third electrode is equal to or higher than the porosity of the second diffusion resistance portion.
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