JP2012052901A - ガスセンサ及びその校正方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスセンサの校正を低コストで容易に精度良く行うことができるガスセンサ及びその校正方法を提供すること。
【解決手段】被測定ガス室２と拡散抵抗部３とポンプセル４とセンサセル５とを備えたガスセンサ１の校正方法は、所定濃度の酸素ガスに対するポンプ電流値Ｉｐと、所定濃度の特定成分ガスに対するセンサ電流値Ｉｓとの相関関係を求める相関関係作成工程と、基準ガスセンサの基準ポンプ電流値Ｉｐ0及び基準センサ電流値Ｉｓ0を測定する基準電流値測定工程と、校正ガスセンサのポンプ電流値Ｉｐnを測定するポンプ電流値測定工程と、ポンプ電流値Ｉｐnから上記相関関係を利用して校正ガスセンサのセンサ電流値Ｉｓnを推定するセンサ電流値推定工程と、センサ電流値Ｉｓnと基準センサ電流値Ｉｓ0とを比較し、校正ガスセンサのセンサ出力特性が基準ガスセンサのセンサ出力特性と同等となるように補正するセンサ出力特性補正工程とを行う。
【選択図】図１
【解決手段】被測定ガス室２と拡散抵抗部３とポンプセル４とセンサセル５とを備えたガスセンサ１の校正方法は、所定濃度の酸素ガスに対するポンプ電流値Ｉｐと、所定濃度の特定成分ガスに対するセンサ電流値Ｉｓとの相関関係を求める相関関係作成工程と、基準ガスセンサの基準ポンプ電流値Ｉｐ0及び基準センサ電流値Ｉｓ0を測定する基準電流値測定工程と、校正ガスセンサのポンプ電流値Ｉｐnを測定するポンプ電流値測定工程と、ポンプ電流値Ｉｐnから上記相関関係を利用して校正ガスセンサのセンサ電流値Ｉｓnを推定するセンサ電流値推定工程と、センサ電流値Ｉｓnと基準センサ電流値Ｉｓ0とを比較し、校正ガスセンサのセンサ出力特性が基準ガスセンサのセンサ出力特性と同等となるように補正するセンサ出力特性補正工程とを行う。
【選択図】図１
Description
本発明は、自動車用内燃機関の排気系等に使用され、被測定ガス中の特定成分濃度を検出するガスセンサ及びその校正方法に関する。
自動車用内燃機関等から排出される排ガスを原因とする大気汚染は、現代社会に深刻な問題を引き起こしており、排ガス中の公害物質に対する浄化基準法規が年々厳しくなっている。例えば、排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）の濃度を検出し、その検出結果をエンジン燃焼制御モニタ、触媒モニタ等にフィードバックすれば、より効率良く排ガス浄化を行うことができると考えられる。このような背景から、排ガス中のＮＯｘ濃度を精度良く検出可能なガスセンサが求められている。
このようなガスセンサとしては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。上記ガスセンサは、第１拡散抵抗の下に被測定ガスが導入される第１内部空間と、酸素イオン伝導性のポンプ用固体電解質体とポンプ用固体電解質体に配設された一対のポンプ用電極とを有すると共に第１内部空間内の酸素濃度を調整するポンプセルと、第２拡散抵抗の下に第１内部空間内の雰囲気が導入される第２内部空間と、酸素イオン伝導性のセンサ用固体電解質体とセンサ用固体電解質体に配設された一対のセンサ用電極とを有すると共に被測定ガス中の特定成分濃度を検出するセンサセルとを備えている。
上記ガスセンサは、被測定ガス（排ガス）を第１内部空間に導入し、ポンプセルの一対のポンプ電極間に所定の電圧を印加することにより、第１内部空間における酸素の出し入れを行い、第１内部空間の酸素濃度を低濃度に制御する。そして、センサセルの一対のセンサ電極間に所定の電圧を印加することにより、センサセルのセンサ用固体電解質体を移動する酸素イオンの量、すなわち一対のセンサ電極間に流れる電流の大きさ（センサ電流値）を測定する。このセンサ電流値の変化が特定成分である特定成分（ＮＯｘ）濃度に対応する。これにより、被測定ガス（排ガス）中の酸素濃度の増減にかかわらず、正確に特定成分（ＮＯｘ）濃度を測定することができる。
しかしながら、上記特許文献１のガスセンサでは、寸法公差等により、第１拡散抵抗、第１内部空間、第２拡散抵抗、第２内部空間等の形状を全く同一にすることは困難であることから、ＮＯｘ濃度に対するセンサ電流値（ＮＯｘ濃度依存性）にばらつきが生じる。そのため、排ガス中のＮＯｘ濃度を高精度に検出するには、センサ個体ごとに、所定濃度のＮＯｘガスに対するセンサ電流値を測定し、この値に基づいてガスセンサを校正する必要があった。また、その校正の際には、有毒かつ高価なＮＯｘガスを使用するため、高コストの要因となっていた。
そこで、特許文献２には、ガスセンサを校正するための校正用ガスとして酸素ガスを使用するガスセンサの校正方法が開示されている。このガスセンサの校正方法は、予め所定濃度の酸素ガスに対するセンサ電流値と所定濃度のＮＯｘガスに対するセンサ電流値との相関関係を求めておく。そして、所定濃度の酸素ガスを校正用ガスとして使用し、そのセンサ電流値から上記相関関係を利用して所定濃度のＮＯｘガスに対するセンサ電流値を推定し、この値に基づいてガスセンサを校正する。これにより、有毒かつ高価なＮＯｘガスを使用せずにガスセンサを校正することができる。
しかしながら、上記特許文献２のガスセンサでは、校正用ガスとして酸素ガスを使用しているが、安価で取扱いが容易な大気等の酸素ガスを使用することは困難である。すなわち、通常、排ガス中のＮＯｘ濃度を検出する場合、検出対象濃度はｐｐｍオーダーであり、その際センサセルのセンサ電流値はμＡオーダーの微小な値である。そのため、上記相関関係を求める場合、ＮＯｘガスに対するセンサ電流値は、検出対象濃度のｐｐｍオーダーのＮＯｘガスを用いて測定し、そのセンサ電流値はμＡオーダーの値となる。
一方、酸素ガスに対するセンサ電流値について、安価で取扱いが容易な酸素濃度約２０％の酸素ガスである大気等を用いて測定すると、そのセンサ電流値はｍＡオーダーの値となる。つまり、ＮＯｘガスに対するセンサ電流値と酸素ガスに対するセンサ電流値との電流値のオーダーが大きく異なる。そのため、両者の相関関係を精度良く求めることが困難となる。
したがって、酸素ガスに対するセンサ電流値とＮＯｘガスに対するセンサ電流値との相関関係を精度良く求めるためには、酸素ガスに対するセンサ電流値についても、ＮＯｘガスに対するセンサ電流値と同様に、μＡオーダーの微小な電流値となるようにしなければならず、そのためには低濃度に調整した酸素ガスを準備する必要があり、大幅なコスト低減は困難であった。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、ガスセンサの校正を低コストで容易に精度良く行うことができるガスセンサの校正方法及びその方法を用いるのに適したガスセンサを提供しようとするものである。
第１の発明は、被測定ガスが導入される被測定ガス室と、該被測定ガス室に所定の拡散抵抗の下に上記被測定ガスを導入するための拡散抵抗部と、酸素イオン伝導性のポンプ用固体電解質体と該ポンプ用固体電解質体における上記被測定ガス室側の面及びその反対側の面にそれぞれ配設された一対のポンプ用電極とを有すると共に上記被測定ガス室内の酸素濃度を調整するポンプセルと、酸素イオン伝導性のセンサ用固体電解質体と該センサ用固体電解質体における上記被測定ガス室側の面及びその反対側の面にそれぞれ配設された一対のセンサ用電極とを有すると共に上記被測定ガス室に導入された被測定ガス中の特定成分濃度を検出するセンサセルとを備えたガスセンサの校正方法であって、
作製した複数の上記ガスセンサのうち、一部の該ガスセンサについて、所定濃度の酸素ガスに対して上記ポンプセルの上記一対のポンプ用電極間に流れるポンプ電流値Ｉｐと、所定濃度の特定成分ガスに対して上記センサセルの上記一対のセンサ用電極間に流れるセンサ電流値Ｉｓとを測定し、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとの相関関係を求める相関関係作成工程と、
上記複数のガスセンサの基準となる基準ガスセンサについての上記ポンプ電流値Ｉｐ及び上記センサ電流値Ｉｓである基準ポンプ電流値Ｉｐ0及び基準センサ電流値Ｉｓ0を上記相関関係を満たすように設定する基準電流値設定工程と、
上記所定濃度の酸素ガスである校正用ガスを用いて、上記複数のガスセンサのうち校正対象となる校正ガスセンサについての上記ポンプ電流値Ｉｐであるポンプ電流値Ｉｐnを測定するポンプ電流値測定工程と、
上記ポンプ電流値Ｉｐnから、上記相関関係を利用することにより、上記校正ガスセンサについての上記センサ電流値Ｉｓであるセンサ電流値Ｉｓnを推定するセンサ電流値推定工程と、
上記センサ電流値Ｉｓnと上記基準センサ電流値Ｉｓ0とを比較し、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性が上記基準ガスセンサのセンサ出力特性と同等となるように、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を補正するセンサ出力特性補正工程とを行うことを特徴とするガスセンサの校正方法にある（請求項１）。
作製した複数の上記ガスセンサのうち、一部の該ガスセンサについて、所定濃度の酸素ガスに対して上記ポンプセルの上記一対のポンプ用電極間に流れるポンプ電流値Ｉｐと、所定濃度の特定成分ガスに対して上記センサセルの上記一対のセンサ用電極間に流れるセンサ電流値Ｉｓとを測定し、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとの相関関係を求める相関関係作成工程と、
上記複数のガスセンサの基準となる基準ガスセンサについての上記ポンプ電流値Ｉｐ及び上記センサ電流値Ｉｓである基準ポンプ電流値Ｉｐ0及び基準センサ電流値Ｉｓ0を上記相関関係を満たすように設定する基準電流値設定工程と、
上記所定濃度の酸素ガスである校正用ガスを用いて、上記複数のガスセンサのうち校正対象となる校正ガスセンサについての上記ポンプ電流値Ｉｐであるポンプ電流値Ｉｐnを測定するポンプ電流値測定工程と、
上記ポンプ電流値Ｉｐnから、上記相関関係を利用することにより、上記校正ガスセンサについての上記センサ電流値Ｉｓであるセンサ電流値Ｉｓnを推定するセンサ電流値推定工程と、
上記センサ電流値Ｉｓnと上記基準センサ電流値Ｉｓ0とを比較し、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性が上記基準ガスセンサのセンサ出力特性と同等となるように、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を補正するセンサ出力特性補正工程とを行うことを特徴とするガスセンサの校正方法にある（請求項１）。
第２の発明は、被測定ガスが導入される被測定ガス室と、該被測定ガス室に所定の拡散抵抗の下に上記被測定ガスを導入するための拡散抵抗部と、酸素イオン伝導性のポンプ用固体電解質体と該ポンプ用固体電解質体における上記被測定ガス室側の面及びその反対側の面にそれぞれ配設された一対のポンプ用電極とを有すると共に上記被測定ガス室内の酸素濃度を調整するポンプセルと、酸素イオン伝導性のセンサ用固体電解質体と該センサ用固体電解質体における上記被測定ガス室側の面及びその反対側の面にそれぞれ配設された一対のセンサ用電極とを有すると共に上記被測定ガス室に導入された被測定ガス中の特定成分濃度を検出するセンサセルとを備えたガスセンサであって、
所定濃度の酸素ガスに対して上記ポンプセルの上記一対のポンプ用電極間に流れるポンプ電流値Ｉｐと、所定濃度の特定成分ガスに対して上記センサセルの上記一対のセンサ用電極間に流れるセンサ電流値Ｉｓとが、いずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるよう構成されていることを特徴とするガスセンサにある（請求項９）。
所定濃度の酸素ガスに対して上記ポンプセルの上記一対のポンプ用電極間に流れるポンプ電流値Ｉｐと、所定濃度の特定成分ガスに対して上記センサセルの上記一対のセンサ用電極間に流れるセンサ電流値Ｉｓとが、いずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるよう構成されていることを特徴とするガスセンサにある（請求項９）。
第１の発明のガスセンサの校正方法は、上記相関関係作成工程と上記基準電流値測定工程と上記ポンプ電流値測定工程と上記センサ電流値推定工程と上記センサ出力特性補正工程とを行う。そして、これらの工程を行うことにより、上記ガスセンサの校正を低コストで容易に精度良く行うことができる。
すなわち、本発明は、上記拡散抵抗部の拡散抵抗の下に上記被測定ガスが導入される上記被測定ガス室に対して上記ポンプセル及び上記センサセルが配設されている構成において、所定濃度の酸素ガスに対する上記ポンプセルの上記ポンプ電流値Ｉｐと所定濃度の特定成分ガスに対する上記センサセルの上記センサ電流値Ｉｓとの間に相関関係があることを見出したことに大きな特徴がある。
また、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとは、それぞれ上記ポンプセルと上記センサセルとで別々に測定していることから、それぞれの測定対象である酸素ガスと特定成分ガスとの濃度が大きく異なる場合であっても、具体的には上記ポンプ用固体電解質体及び上記センサ用固体電解質体を移動する酸素イオンの量や電流値のオーダーが大きく異なる場合であっても、上記相関関係を精度良く求めることができる。
そのため、上記相関関係作成工程において、上記センサ電流値Ｉｓは、検出対象となる所定濃度の特定成分ガス、例えば特定成分がＮＯｘ等であれば濃度がｐｐｍオーダーの特定成分ガスを用いてμＡオーダーの上記センサ電流値Ｉｓを測定し、上記ポンプ電流値Ｉｐは、所定濃度の酸素ガスとして安価であり、酸素濃度の調整を必要としない取扱いが容易な大気等を用いてｍＡオーダーの上記ポンプ電流値Ｉｐを測定することができる。そして、このような場合であっても、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとの相関関係を精度良く求めることができる。
これにより、上記ポンプ電流値測定工程では、上記校正用ガスとして安価で取扱いが容易な大気等を用いて、上記校正ガスセンサの上記ポンプ電流値Ｉｐnを測定することができる。そして、その後の工程において、上記ポンプ電流値Ｉｐnから上記相関関係を利用することにより、上記校正ガスセンサの上記センサ電流値Ｉｓnを推定し、さらに該センサ電流値Ｉｓnと上記基準ガスセンサの上記基準センサ電流値Ｉｓ0とを比較することにより、上記校正ガスセンサと上記基準ガスセンサとのセンサ出力特性が同等となるように、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を補正することができる。
よって、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとの相関関係を利用することにより、上記校正用ガスとして安価で取扱いが容易な大気等を用いることができ、上記ガスセンサの校正を低コストで容易に行うことができる。また、上記相関関係を精度良く求めることができるため、上記ガスセンサのセンサ出力特性の校正を精度良く行うことができる。
第２の発明のガスセンサは、所定濃度の酸素ガスに対する上記ポンプセルの上記ポンプ電流値Ｉｐと、所定濃度の特定成分ガスに対する上記センサセルの上記センサ電流値Ｉｓとが、いずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるよう構成されている。そのため、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとの相関関係をより一層高めることができ、その相関関係を精度良く求めることができる。これにより、上記ガスセンサは、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとの相関関係を利用してセンサ出力特性の校正を行う上記第１の発明のガスセンサの校正方法を用いるのに適したものとなる。
このように、本発明によれば、ガスセンサの校正を低コストで容易に精度良く行うことができるガスセンサの校正方法及びその方法を用いるのに適したガスセンサを提供することができる。
上記第１及び第２の発明において、上記ガスセンサは、例えば、車両用の内燃機関等の排気系に設置する三元触媒の劣化検知等に利用され、排ガス中におけるＮＯｘ（窒素酸化物）等の大気汚染物質濃度を検出するＮＯｘセンサ等に用いられる。
上記第１の発明において、上記基準電流値設定工程では、上記複数のガスセンサのうち、上記相関関係を満たすような上記ポンプ電流値Ｉｐ及び上記センサ電流値Ｉｓを示すガスセンサを選定して上記基準ガスセンサとしてもよいし、上記相関関係を満たすような上記ポンプ電流値Ｉｐ及び上記センサ電流値Ｉｓを示す仮想のガスセンサを設定し、これを上記基準ガスセンサとしてもよい。
また、上記ガスセンサは、上記センサ電流値Ｉｓを所定の増幅率で電圧変換して出力するよう構成されており、上記センサ出力特性補正工程では、上記校正ガスセンサの上記増幅率を調整することにより、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を補正することができる（請求項２）。
この場合には、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を上記基準ガスセンサのセンサ出力特性と同等となるように補正することが容易となる。
この場合には、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を上記基準ガスセンサのセンサ出力特性と同等となるように補正することが容易となる。
また、上記センサ出力特性補正工程では、上記拡散抵抗部の拡散抵抗を変化させ、上記校正ガスセンサの上記センサ電流値Ｉｓを調整することにより、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を補正することができる（請求項３）。
この場合には、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を上記基準ガスセンサのセンサ出力特性と同等となるように補正することが容易となる。
この場合には、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を上記基準ガスセンサのセンサ出力特性と同等となるように補正することが容易となる。
また、上記ポンプ電流値測定工程では、上記校正用ガスとして大気を用いることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記校正用ガスとして、安価であり、酸素濃度の調整を必要としない取扱いが容易な大気を用いることにより、上記ガスセンサの校正を低コストで容易に行うことができる。
この場合には、上記校正用ガスとして、安価であり、酸素濃度の調整を必要としない取扱いが容易な大気を用いることにより、上記ガスセンサの校正を低コストで容易に行うことができる。
また、上記特定成分は、窒素酸化物であることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記被測定ガスとなる排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を検出するＮＯｘセンサの校正を低コストで容易に精度良く行うことができる。
この場合には、上記被測定ガスとなる排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を検出するＮＯｘセンサの校正を低コストで容易に精度良く行うことができる。
また、上記ガスセンサにおける上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとは、いずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとの相関関係をより一層精度良く求めることができる。
この場合には、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとの相関関係をより一層精度良く求めることができる。
また、上記被測定ガス室の高さは、０．１ｍｍ以上であることが好ましい（請求項７）。
この場合には、上記被測定ガス室における拡散抵抗を上記拡散抵抗部の拡散抵抗に比べて十分に小さくすることができる。これにより、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとがいずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるようにすることができ、両者の相関関係をより一層精度良く求めることができる。
この場合には、上記被測定ガス室における拡散抵抗を上記拡散抵抗部の拡散抵抗に比べて十分に小さくすることができる。これにより、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとがいずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるようにすることができ、両者の相関関係をより一層精度良く求めることができる。
一方、上記被測定ガス室の高さが０．１ｍｍ未満の場合には、上記被測定ガス室における拡散抵抗を上記拡散抵抗部の拡散抵抗に比べて十分に小さくすることが困難となるおそれがある。そのため、上記被測定ガス室の拡散抵抗の影響を受け、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとの相関関係を精度良く求めることができないおそれがある。
また、上記被測定ガス室に面する上記ポンプセルの一方の上記ポンプ用電極は、上記被測定ガス室に面する上記センサセルの一方の上記センサ用電極よりも上記拡散抵抗部に近い位置に配設され、かつ、両者は、上記被測定ガス室において対向しない位置に配設されていることが好ましい（請求項８）。
この場合には、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとがいずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるようにすることができ、両者の相関関係をより一層精度良く求めることができる。
この場合には、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとがいずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるようにすることができ、両者の相関関係をより一層精度良く求めることができる。
上記第２の発明において、上記被測定ガス室の高さは、０．１ｍｍ以上であることが好ましい（請求項１０）。
この場合には、上記被測定ガス室における拡散抵抗を上記拡散抵抗部の拡散抵抗に比べて十分に小さくすることができる。これにより、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとがいずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるようにすることができる。
この場合には、上記被測定ガス室における拡散抵抗を上記拡散抵抗部の拡散抵抗に比べて十分に小さくすることができる。これにより、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとがいずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるようにすることができる。
一方、上記被測定ガス室の高さが０．１ｍｍ未満の場合には、上記被測定ガス室における拡散抵抗を上記拡散抵抗部の拡散抵抗に比べて十分に小さくすることが困難となるおそれがある。そのため、上記被測定ガス室の拡散抵抗の影響を受け、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとがいずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるようにすることができないおそれがある。
また、上記被測定ガス室に面する上記ポンプセルの一方の上記ポンプ用電極は、上記被測定ガス室に面する上記センサセルの一方の上記センサ用電極よりも上記拡散抵抗部に近い位置に配設され、かつ、両者は、上記被測定ガス室において対向しない位置に配設されていることが好ましい（請求項１１）。
この場合には、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとがいずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるようにすることができる。
この場合には、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとがいずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるようにすることができる。
（実施例１）
本発明の実施例にかかるガスセンサ及びその校正方法について、図を用いて説明する。
本例のガスセンサ１は、図１に示すごとく、自動車エンジンの排気系に設置され、被測定ガスである排ガス中の特定成分であるＮＯｘ（窒素酸化物）の濃度を検出するＮＯｘセンサに用いられるものである。
ガスセンサ１は、被測定ガスが導入される被測定ガス室２と、被測定ガス室２に所定の拡散抵抗の下に被測定ガスを導入するための拡散抵抗部３と、被測定ガス室２内の酸素濃度を調整するポンプセル４と、被測定ガス室２に導入された被測定ガス中の特定成分（ＮＯｘ）濃度を検出するセンサセル５とを備えている。
本発明の実施例にかかるガスセンサ及びその校正方法について、図を用いて説明する。
本例のガスセンサ１は、図１に示すごとく、自動車エンジンの排気系に設置され、被測定ガスである排ガス中の特定成分であるＮＯｘ（窒素酸化物）の濃度を検出するＮＯｘセンサに用いられるものである。
ガスセンサ１は、被測定ガスが導入される被測定ガス室２と、被測定ガス室２に所定の拡散抵抗の下に被測定ガスを導入するための拡散抵抗部３と、被測定ガス室２内の酸素濃度を調整するポンプセル４と、被測定ガス室２に導入された被測定ガス中の特定成分（ＮＯｘ）濃度を検出するセンサセル５とを備えている。
同図に示すごとく、ポンプセル４は、酸素イオン伝導性のポンプ用固体電解質体４１と、ポンプ用固体電解質体４１における被測定ガス室２側の面及びその反対側の面にそれぞれ配設された一対のポンプ用電極４２１、４２２とを有する。
センサセル５は、酸素イオン伝導性のセンサ用固体電解質体５１と、センサ用固体電解質体５１における被測定ガス室２側の面及びその反対側の面にそれぞれ配設された一対のセンサ用電極５２１、５２２とを有する。センサ用固体電解質体５１は、被測定ガス室２を介してポンプセル４のポンプ用固体電解質体４１に対向配置されている。
センサセル５は、酸素イオン伝導性のセンサ用固体電解質体５１と、センサ用固体電解質体５１における被測定ガス室２側の面及びその反対側の面にそれぞれ配設された一対のセンサ用電極５２１、５２２とを有する。センサ用固体電解質体５１は、被測定ガス室２を介してポンプセル４のポンプ用固体電解質体４１に対向配置されている。
ポンプセル４において、ポンプ用固体電解質体４１は、ジルコニア、セリア等の酸素イオン伝導性を有する電解質からなる。
また、被測定ガス室２に面する一方のポンプ用電極４２１には、被測定ガス中のＮＯｘの分解を抑制するために、ＮＯｘの分解活性の低い電極が用いられる。具体的には、Ｐｔ−Ａｕ（白金−金）合金を含有する多孔質サーメット電極が用いられる。金属成分中のＡｕの含有量は、０．５〜５重量％程度であることが好ましい。また、他方のポンプ用電極４２２には、Ｐｔを含有する多孔質サーメット電極が用いられる。
また、被測定ガス室２に面する一方のポンプ用電極４２１には、被測定ガス中のＮＯｘの分解を抑制するために、ＮＯｘの分解活性の低い電極が用いられる。具体的には、Ｐｔ−Ａｕ（白金−金）合金を含有する多孔質サーメット電極が用いられる。金属成分中のＡｕの含有量は、０．５〜５重量％程度であることが好ましい。また、他方のポンプ用電極４２２には、Ｐｔを含有する多孔質サーメット電極が用いられる。
センサセル５において、センサ用固体電解質体５１は、ジルコニア、セリア等の酸素イオン伝導性を有する電解質からなる。
また、被測定ガス室２に面する一方のセンサ用電極５２１には、被測定ガス中のＮＯｘを分解するために、ＮＯｘの分解活性の高い電極が用いられる。具体的には、Ｐｔ−Ｒｈ（白金−ロジウム）合金を含有する多孔質サーメット電極が用いられる。金属成分中のＲｈの含有量は、１０〜５０重量％程度であることが好ましい。また、他方のセンサ用電極５２２には、Ｐｔを含有する多孔質サーメット電極が用いられる。
また、被測定ガス室２に面する一方のセンサ用電極５２１には、被測定ガス中のＮＯｘを分解するために、ＮＯｘの分解活性の高い電極が用いられる。具体的には、Ｐｔ−Ｒｈ（白金−ロジウム）合金を含有する多孔質サーメット電極が用いられる。金属成分中のＲｈの含有量は、１０〜５０重量％程度であることが好ましい。また、他方のセンサ用電極５２２には、Ｐｔを含有する多孔質サーメット電極が用いられる。
同図に示すごとく、被測定ガス室２は、ポンプ用固体電解質体４１とセンサ用固体電解質体５１との間に形成されている。すなわち、ポンプ用固体電解質体４１とセンサ用固体電解質体５１との間には、開口部を設けたスペーサ層１２１を介在させており、このスペーサ層１２１の開口部において、ポンプ用固体電解質体４１とセンサ用固体電解質体５１との間に被測定ガス室２が形成されている。スペーサ層１２１は、アルミナからなる。
同図に示すごとく、拡散抵抗部３は、被測定ガス室２の先端側（図１の左側）におけるスペーサ層１２１の一部に配設されている。拡散抵抗部３は、多孔質のアルミナからなり、ガスセンサ１の先端部において、被測定ガス室２とガスセンサ１の外部とを連通させている。拡散抵抗部３の形状、気孔率、気孔径等は、これを通過して被測定ガス室２に導入される被測定ガスの拡散速度が所定の速度となるように、適宜設計される。
同図に示すごとく、被測定ガス室２において、ポンプセル４の一方のポンプ用電極４２１は、センサセル５の一方のセンサ用電極５２１よりも拡散抵抗部３に近い位置に配設されている。また、ポンプ用電極４２１とセンサ用電極５２１とは、被測定ガス室２において対向しない位置に配設されている。
また、被測定ガス室２において、ポンプセル４とセンサセル５との間は、空間によって連通されている。また、被測定ガス室２の高さは、０．１ｍｍ以上である。
また、被測定ガス室２において、ポンプセル４とセンサセル５との間は、空間によって連通されている。また、被測定ガス室２の高さは、０．１ｍｍ以上である。
そして、本例のガスセンサ１は、所定濃度の酸素ガスを被測定ガス室２に導入した際にポンプセル４の一対のポンプ用電極４２１、４２２間に流れるポンプ電流値と、所定濃度の特定成分（ＮＯｘ）ガスを被測定ガス室２に導入した際にセンサセル５の一対のセンサ用電極５２１、５２２間に流れるセンサ電流値とが、いずれも拡散抵抗部３の拡散抵抗によって決定されるよう構成されている。
すなわち、ポンプセル４とセンサセル５との間の拡散抵抗が拡散抵抗部３の拡散抵抗に比べて十分に小さく、無視できる状態となっている。
すなわち、ポンプセル４とセンサセル５との間の拡散抵抗が拡散抵抗部３の拡散抵抗に比べて十分に小さく、無視できる状態となっている。
同図に示すごとく、ポンプ用固体電解質体４１における被測定ガス室２とは反対側の面には、大気を導入するための第１基準ガス室１１１が形成されている。第１基準ガス室１１１は、ポンプ用固体電解質体４１と後述するヒータ基板１３１との間にスペーサ層１２４を介在させることにより形成されている。また、ポンプセル４の他方のポンプ用電極４２２は、第１基準ガス室１１１に面するように配設されている。
また、ポンプ用固体電解質体４１には、スペーサ層１２４を介してセラミックヒータ１３が積層されている。セラミックヒータ１３は、アルミナからなる一対のヒータ基板１３１の間に、通電によって発熱する発熱部１３２とその発熱部１３２に通電するためのリード部１３３とを設けることによって構成されている。スペーサ層１２４は、アルミナからなる。また、発熱部１３２は、白金又は白金合金からなる。
同図に示すごとく、センサ用固体電解質体５１における被測定ガス室２とは反対側の面には、大気を導入するための第２基準ガス室１１２が形成されている。第２基準ガス室１１２は、センサ用固体電解質５１とカバー層１２３との間にスペーサ層１２２を介在させることにより形成されている。また、センサセル５の他方のセンサ用電極５２２は、第２基準ガス室１１２に面するように配設されている。スペーサ層１２２、カバー層１２３は、アルミナからなる。
図２に示すごとく、ポンプセル４において、一方のポンプ用電極４２１は、導電性のリード部４３１を介し、ポンプ用固体電解質体４１、スペーサ層１２４、一対のヒータ基板１３１に形成されたスルーホール４４１を通じて、端子部４５１に電気的に接続されている。また、他方のポンプ用電極４２２は、導電性のリード部４３２を介し、スペーサ層１２４、一対のヒータ基板１３１に形成されたスルーホール４４２を通じて、端子部４５２に電気的に接続されている。
また、図１に示すごとく、一対のポンプ用電極４２１、４２２は、電源４６１、電流計４６２を備えたポンプ回路４６に接続されている。
また、図１に示すごとく、一対のポンプ用電極４２１、４２２は、電源４６１、電流計４６２を備えたポンプ回路４６に接続されている。
図２に示すごとく、センサセル５において、一方のセンサ用電極５２１は、導電性のリード部５３１を介し、センサ用固体電解質体５１、スペーサ層１２２、１２３に形成されたスルーホール５４１を通じて、端子部５５１に電気的に接続されている。また、他方のセンサ用電極５２２は、導電性のリード部５３２を介し、スペーサ層１２２、１２３に形成されたスルーホール５４２を通じて、端子部５５２に電気的に接続されている。
また、図１に示すごとく、一対のセンサ用電極５２１、５２２は、電源５６１、電流計５６２を備えたセンサ回路５６に接続されている。
また、図１に示すごとく、一対のセンサ用電極５２１、５２２は、電源５６１、電流計５６２を備えたセンサ回路５６に接続されている。
図２に示すごとく、ヒータ基板１３において、発熱部１３２は、導電性の一対のリード部１３３を介し、ヒータ基板１３１に形成された一対のスルーホール１３４を通じて、端子部１３５に電気的に接続されている。
上記構成のガスセンサの動作原理について説明する。
まず、被測定ガスは、拡散抵抗部３を通過して被測定ガス室２に導入される。導入される被測定ガスの量は、拡散抵抗部３の拡散抵抗により決定される。
まず、被測定ガスは、拡散抵抗部３を通過して被測定ガス室２に導入される。導入される被測定ガスの量は、拡散抵抗部３の拡散抵抗により決定される。
次いで、ポンプセル４の一対のポンプ用電極４２１、４２２に対して、他方のポンプ用電極４２２が＋極となるように電圧を印加すると、一方のポンプ用電極４２１上で被測定ガス中の酸素が還元されて酸素イオンとなり、ポンピング作用により他方のポンプ用電極４２２側に排出される。逆に、一方のポンプ用電極４２１が＋極となるように電圧を印加すると、他方のポンプ用電極４２２上で酸素が還元されて酸素イオンとなり、ポンピング作用により一方のポンプ用電極４２１側に排出される。
このように、ポンプセル４の一対のポンプ用電極４２１、４２２間に電圧を印加することにより、被測定ガス室２における酸素の出し入れを行い、被測定ガス室２の酸素濃度を所定の低濃度に調整する。ここで、被測定ガス室２における酸素濃度は、後述するセンサセル５が出力するセンサ出力値の変動を抑制するため、０％に調整して保持することが好ましい。
次いで、センサセル５の一対のセンサ用電極５２１、５２２に、他方のセンサ用電極５２２が＋極となるように電圧を印加する。ここで、一方のセンサ用電極５２１は、ＮＯｘの分解活性の高いＰｔ−Ｒｈ合金を含有する多孔質サーメット電極であるため、一方のセンサ用電極５２１上で被測定ガス中の酸素やＮＯｘが還元されて酸素イオンとなり、ポンピング作用により他方のセンサ用電極５２２側に排出される。
このように、センサセル５の一対のセンサ用電極５２１、５２２間に電圧を印加することにより、被測定ガス中のＮＯｘ濃度に応じて一対のセンサ用電極５２１、５２２間に流れるセンサ電流値が変化する。そして、このセンサ電流値を所定の増幅率で電圧変換し、センサ出力値として出力することにより、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。
次に、本例のガスセンサ１の校正方法について説明する。
本例のガスセンサ１の校正方法は、図３〜図５に示すごとく、相関関係作成工程、基準電流値測定工程、ポンプ電流値測定工程、センサ電流値推定工程及びセンサ出力特性補正工程を行う。
本例のガスセンサ１の校正方法は、図３〜図５に示すごとく、相関関係作成工程、基準電流値測定工程、ポンプ電流値測定工程、センサ電流値推定工程及びセンサ出力特性補正工程を行う。
相関関係作成工程では、作製した複数のガスセンサ１のうち、一部のガスセンサ１について、所定濃度の酸素ガスに対してポンプセル４の一対のポンプ用電極４２１、４２２間に流れるポンプ電流値Ｉｐと、所定濃度の特定成分（ＮＯｘ）ガスに対してセンサセル５の一対のセンサ用電極５２１、５２２間に流れるセンサ電流値Ｉｓとを測定し、ポンプ電流値Ｉｐとセンサ電流値Ｉｓとの相関関係を求める。
基準電流値設定工程では、複数のガスセンサ１の基準となる基準ガスセンサ１ａについてのポンプ電流値Ｉｐ及びセンサ電流値Ｉｓである基準ポンプ電流値Ｉｐ0及び基準センサ電流値Ｉｓ0を上記相関関係を満たすように設定する。
ポンプ電流値測定工程では、上記所定濃度の酸素ガスである校正用ガスを用いて、複数のガスセンサ１のうち校正対象となる校正ガスセンサ１ｂ、１ｃについてのポンプ電流値Ｉｐであるポンプ電流値Ｉｐnを測定する。
ポンプ電流値測定工程では、上記所定濃度の酸素ガスである校正用ガスを用いて、複数のガスセンサ１のうち校正対象となる校正ガスセンサ１ｂ、１ｃについてのポンプ電流値Ｉｐであるポンプ電流値Ｉｐnを測定する。
センサ電流値測定工程では、ポンプ電流値Ｉｐnから、上記相関関係を利用することにより、校正ガスセンサ１ｂ、１ｃについてのセンサ電流値Ｉｓであるセンサ電流値Ｉｓnを推定する。
センサ出力特性補正工程では、センサ電流値Ｉｓnと基準センサ電流値Ｉｓ0とを比較し、校正ガスセンサ１ｂ、１ｃのセンサ出力特性が基準ガスセンサ１ａのセンサ出力特性と同等となるように、校正ガスセンサ１のセンサ出力特性を補正する。
以下、これを詳説する。
センサ出力特性補正工程では、センサ電流値Ｉｓnと基準センサ電流値Ｉｓ0とを比較し、校正ガスセンサ１ｂ、１ｃのセンサ出力特性が基準ガスセンサ１ａのセンサ出力特性と同等となるように、校正ガスセンサ１のセンサ出力特性を補正する。
以下、これを詳説する。
まず、上記構成のガスセンサ１を複数作製した。そして、作製した複数のガスセンサ１のうち、８つのガスセンサ１について、被測定ガス室２に酸素濃度２０％の酸素ガス（以下、２０％Ｏ2ガス（大気）という）を導入した際のポンプセル４のポンプ電流値Ｉｐと、被測定ガス室２にＮＯ濃度１００ｐｐｍのＮＯガス（以下、１００ｐｐｍＮＯガスという）を導入した際のセンサセル５のセンサ電流値Ｉｓとを測定し、図３にプロットした。
同図から、ポンプ電流値Ｉｐとセンサ電流値Ｉｓとの間には一定の比例関係があり、相関関係が存在することがわかる（図３のグラフＳ）。
同図から、ポンプ電流値Ｉｐとセンサ電流値Ｉｓとの間には一定の比例関係があり、相関関係が存在することがわかる（図３のグラフＳ）。
次いで、複数のガスセンサ１の基準となる仮想の基準ガスセンサ１ａを予め設定し、その基準ガスセンサ１ａのポンプ電流値Ｉｐ及びセンサ電流値Ｉｓである基準ポンプ電流値Ｉｐ0及び基準センサ電流値Ｉｓ0を上記相関関係（図４の実線Ｓ）を満たすように設定した。本例では、図４に示すごとく、基準ガスセンサ１ａの基準ポンプ電流値Ｉｐ0を１ｍＡ、基準センサ電流値Ｉｓ0を０．２５μＡに設定した（図４の破線ａ）。
さらに、本例の基準ガスセンサ１ａは、０．２５μＡのセンサ電流値Ｉｓを所定の増幅率で電圧変換して１Ｖのセンサ出力値として出力するよう設定した。したがって、基準ガスセンサ１ａにおけるＮＯ濃度に対するセンサ出力値（センサ出力特性）は、図５の実線Ａのようになる。
次いで、校正対象となる２つの校正ガスセンサ１ｂ、１ｃについて校正を行った。
まず、校正ガスセンサ１ｂについて、校正用ガスを被測定ガス室２に導入した際のポンプセル４のポンプ電流値Ｉｐnを測定した。本例では、校正用ガスとして２０％Ｏ2ガス（大気）を使用した。また、図４に示すごとく、ポンプ電流値Ｉｐnは１．６ｍＡであった（図４の破線ｂ）。
まず、校正ガスセンサ１ｂについて、校正用ガスを被測定ガス室２に導入した際のポンプセル４のポンプ電流値Ｉｐnを測定した。本例では、校正用ガスとして２０％Ｏ2ガス（大気）を使用した。また、図４に示すごとく、ポンプ電流値Ｉｐnは１．６ｍＡであった（図４の破線ｂ）。
次いで、校正ガスセンサ１ｂのポンプ電流値Ｉｐnから、予め求めた上記相関関係（図４の実線Ｓ）を利用することにより、校正ガスセンサ１ｂのセンサ電流値Ｉｓnを推定した。本例では、図４に示すごとく、校正ガスセンサ１ｂのポンプ電流値Ｉｐnが１．６ｍＡであることから、センサ電流値Ｉｓnを０．４μＡと推定した（図４の破線ｂ）。
このセンサ電流値Ｉｓnから、校正ガスセンサ１ｂを基準センサ１ａと同じ増幅率で電圧変換してセンサ出力値を出力すると、ＮＯ濃度に対するセンサ出力値（センサ出力特性）は、図５の破線Ｂのようになる。
このセンサ電流値Ｉｓnから、校正ガスセンサ１ｂを基準センサ１ａと同じ増幅率で電圧変換してセンサ出力値を出力すると、ＮＯ濃度に対するセンサ出力値（センサ出力特性）は、図５の破線Ｂのようになる。
次いで、校正ガスセンサ１ｂのセンサ電流値Ｉｓnと基準ガスセンサ１ａの基準センサ電流値Ｉｓ0とを比較したところ、基準センサ電流値Ｉｓ0は、センサ電流値Ｉｓnの０．６２５倍であることがわかった。これに基づいて、校正ガスセンサ１ｂの電圧変換時の増幅率を基準センサ１ａの０．６２５倍に設定した。これにより、校正ガスセンサ１ｂのセンサ出力特性が補正され、基準ガスセンサ１ａのセンサ出力特性に揃えることができた（図５の破線Ｂ→実線Ａ）。
一方、校正ガスセンサ１ｃについても、校正用ガスを被測定ガス室２に導入した際のポンプセル４のポンプ電流値Ｉｐnを測定した。本例では、図４に示すごとく、ポンプ電流値Ｉｐnは０．８ｍＡであった（図４の破線ｃ）。
次いで、校正ガスセンサ１ｂのポンプ電流値Ｉｐnから、予め求めたポンプ電流値Ｉｐとセンサ電流値Ｉｓとの相関関係（図４の実線Ｓ）を利用することにより、校正ガスセンサ１ｂのセンサ電流値Ｉｓnを推定した。本例では、図４に示すごとく、校正ガスセンサ１ｂのポンプ電流値Ｉｐnが０．８ｍＡであることから、センサ電流値Ｉｓnを０．２μＡと推定した（図４の破線ｃ）。
このセンサ電流値Ｉｓnから、校正ガスセンサ１ｃを基準センサ１ａと同じ増幅率で電圧変換してセンサ出力値を出力すると、ＮＯ濃度に対するセンサ出力値（センサ出力特性）は、図５の破線Ｃのようになる。
このセンサ電流値Ｉｓnから、校正ガスセンサ１ｃを基準センサ１ａと同じ増幅率で電圧変換してセンサ出力値を出力すると、ＮＯ濃度に対するセンサ出力値（センサ出力特性）は、図５の破線Ｃのようになる。
次いで、校正ガスセンサ１ｃのセンサ電流値Ｉｓnと基準ガスセンサ１ａの基準センサ電流値Ｉｓ0とを比較したところ、基準センサ電流値Ｉｓ0は、センサ電流値Ｉｓnの１．２５倍であることがわかった。これに基づいて、校正ガスセンサ１ｂの電圧変換時の増幅率を基準センサ１ａの１．２５倍に設定した。これにより、校正ガスセンサ１ｃのセンサ出力特性が補正され、基準ガスセンサ１ａのセンサ出力特性に揃えることができた（図５の破線Ｃ→実線Ａ）。
次に、本例のガスセンサの校正方法における作用効果について説明する。
本例のガスセンサの校正方法は、上記相関関係作成工程と上記基準電流値測定工程と上記ポンプ電流値測定工程と上記センサ電流値推定工程と上記センサ出力特性補正工程とを行う。そして、これらの工程を行うことにより、ガスセンサ１の校正を低コストで容易に精度良く行うことができる。
本例のガスセンサの校正方法は、上記相関関係作成工程と上記基準電流値測定工程と上記ポンプ電流値測定工程と上記センサ電流値推定工程と上記センサ出力特性補正工程とを行う。そして、これらの工程を行うことにより、ガスセンサ１の校正を低コストで容易に精度良く行うことができる。
すなわち、本例のガスセンサの校正方法は、拡散抵抗部３の拡散抵抗の下に被測定ガスが導入される被測定ガス室２に対してポンプセル４及びセンサセル５が配設されている構成において、所定濃度の酸素ガスに対するポンプセル４のポンプ電流値Ｉｐと所定濃度の特定成分（ＮＯｘ）ガスに対するセンサセル５のセンサ電流値Ｉｓとの間に相関関係があることを見出したことに大きな特徴がある。
また、ポンプ電流値Ｉｐとセンサ電流値Ｉｓとは、それぞれポンプセル４とセンサセル５とで別々に測定していることから、それぞれの測定対象である酸素ガスと特定成分ガスとの濃度が大きく異なる場合であっても、具体的にはポンプ用固体電解質体４１及びセンサ用固体電解質体５１を移動する酸素イオンの量や電流値のオーダーが大きく異なる場合であっても、上記相関関係を精度良く求めることができる。
そのため、相関関係作成工程において、センサ電流値Ｉｓは、検出対象となる所定濃度の特定成分ガス、例えば本例のように特定成分がＮＯｘであれば濃度がｐｐｍオーダーのＮＯガスを用いてμＡオーダーのセンサ電流値Ｉｓを測定し、ポンプ電流値Ｉｐは、所定濃度の酸素ガスとして安価であり、酸素濃度の調整を必要としない取扱いが容易な大気を用いてｍＡオーダーのポンプ電流値Ｉｐを測定することができる。そして、このような場合であっても、ポンプ電流値Ｉｐとセンサ電流値Ｉｓとの相関関係を精度良く求めることができる。
これにより、ポンプ電流値測定工程では、校正用ガスとして安価で取扱いが容易な大気を用いて、校正ガスセンサ１ｂ、１ｃのポンプ電流値Ｉｐnを測定することができる。そして、その後の工程において、ポンプ電流値Ｉｐnから上記相関関係を利用することにより、校正ガスセンサ１ｂ、１ｃのセンサ電流値Ｉｓnを推定し、さらにセンサ電流値Ｉｓnと基準ガスセンサ１ａの基準センサ電流値Ｉｓ0とを比較することにより、校正ガスセンサ１ｂ、１ｃと基準ガスセンサ１ａとのセンサ出力特性が同等となるように、校正ガスセンサ１ｂ、１ｃのセンサ出力特性を補正することができる。
以上により、ポンプ電流値Ｉｐとセンサ電流値Ｉｓとの相関関係を利用することにより、校正用ガスとして安価で取扱いが容易な大気を用いることができ、ガスセンサ１の校正を低コストで容易に行うことができる。また、上記相関関係を精度良く求めることができるため、ガスセンサ１のセンサ出力特性の校正を精度良く行うことができる。
また、ガスセンサ１は、センサ電流値Ｉｓを所定の増幅率で電圧変換して出力するよう構成されており、センサ出力特性補正工程では、校正ガスセンサ１ｂ、１ｃの増幅率を調整することにより、校正ガスセンサ１ｂ、１ｃのセンサ出力特性を補正する。そのため、校正ガスセンサ１ｂ、１ｃのセンサ出力特性を基準ガスセンサ１ａのセンサ出力特性と同等となるように補正することが容易となる。
また、ポンプ電流値測定工程では、校正用ガスとして大気を用いる。校正用ガスとして、安価であり、酸素濃度の調整を必要としない取扱いが容易な大気を用いることにより、ガスセンサ１の校正を低コストで容易に行うことができる。
また、ガスセンサ１は、所定濃度の酸素ガスに対するポンプセル４のポンプ電流値Ｉｐと、所定濃度の特定成分（ＮＯｘ）ガスに対するセンサセル５のセンサ電流値Ｉｓとが、いずれも拡散抵抗部３の拡散抵抗によって決定されるよう構成されている。そのため、ポンプ電流値Ｉｐとセンサ電流値Ｉｓとの相関関係をより一層高めることができ、その相関関係を精度良く求めることができる。
また、被測定ガス室２の高さは、０．１ｍｍ以上である。そのため、被測定ガス室２における拡散抵抗を拡散抵抗部３の拡散抵抗に比べて十分に小さくすることができる。これにより、ポンプ電流値Ｉｐとセンサ電流値Ｉｓとがいずれも拡散抵抗部３の拡散抵抗によって決定されるようにすることができ、両者の相関関係をより一層精度良く求めることができる。
また、被測定ガス室２に面するポンプセル４の一方のポンプ用電極４２１は、被測定ガス室２に面するセンサセル５の一方のセンサ用電極５２１よりも拡散抵抗部３に近い位置に配設され、かつ、両者は、被測定ガス室２において対向しない位置に配設されている。そのため、ポンプ電流値Ｉｐとセンサ電流値Ｉｓとがいずれも拡散抵抗部３の拡散抵抗によって決定されるようにすることができ、両者の相関関係をより一層精度良く求めることができる。
このように、本例によれば、ガスセンサ１の校正を低コストで容易に精度良く行うことができるガスセンサの校正方法及びその方法を用いるのに適したガスセンサ１を提供することができる。
（実施例２）
本例は、ガスセンサの校正方法の別例を示したものである。
本例では、実施例１と同様に、相関関係作成工程、基準電流値測定工程を行い、その後、校正対象となる２つの校正ガスセンサ１ｂ、１ｃについて校正を行った。なお、ガスセンサ１の構成は、実施例１と同様である（図１、図２参照）。
以下、ポンプ電流値測定工程、センサ電流値推定工程及びセンサ出力特性補正工程について説明する。
本例は、ガスセンサの校正方法の別例を示したものである。
本例では、実施例１と同様に、相関関係作成工程、基準電流値測定工程を行い、その後、校正対象となる２つの校正ガスセンサ１ｂ、１ｃについて校正を行った。なお、ガスセンサ１の構成は、実施例１と同様である（図１、図２参照）。
以下、ポンプ電流値測定工程、センサ電流値推定工程及びセンサ出力特性補正工程について説明する。
まず、校正ガスセンサ１ｂについて、校正用ガスを被測定ガス室２に導入した際のポンプセル４のポンプ電流値Ｉｐnを測定した。本例では、図６に示すごとく、ポンプ電流値Ｉｐnは１．６ｍＡであった（図６の破線ｂ）。
次いで、校正ガスセンサ１ｂのポンプ電流値Ｉｐnから、予め求めたポンプ電流値Ｉｐとセンサ電流値Ｉｓとの相関関係（図６の実線Ｓ）を利用することにより、校正ガスセンサ１ｂのセンサ電流値Ｉｓnを推定した。本例では、図６に示すごとく、校正ガスセンサ１ｂのポンプ電流値Ｉｐnが１．６ｍＡであることから、センサ電流値Ｉｓnを０．４μＡと推定した（図６の破線ｂ）。
次いで、校正ガスセンサ１ｂのセンサ電流値Ｉｓnと基準ガスセンサ１ａの基準センサ電流値Ｉｓ0とを比較したところ、基準センサ電流値Ｉｓ0は、センサ電流値Ｉｓnの０．６２５倍であることがわかった。これに基づいて、図７に示すごとく、拡散抵抗部３の外側に、さらに拡散抵抗となる多孔質体３１を配設した。これにより、図６に示すごとく、校正ガスセンサ１ｂのポンプセル電流値Ｉｐを基準ガスセンサ１ａの基準ポンプ電流値Ｉｐ0である１ｍＡに調整した（図６の破線ｂ→破線ａ）。
その結果、図６に示すごとく、校正ガスセンサ１ｂのセンサ電流値Ｉｓは０．２５μＡとなり、図５を参照のごとく、校正ガスセンサ１ｂのセンサ出力特性を基準ガスセンサ１ａのセンサ出力特性に揃えることができた（図５の実線Ａ）。
一方、校正ガスセンサ１ｃについても、校正用ガスを被測定ガス室２に導入した際のポンプセル４のポンプ電流値Ｉｐnを測定した。本例では、図６に示すごとく、ポンプ電流値Ｉｐnは０．８ｍＡであった（図６の破線ｃ）。
次いで、校正ガスセンサ１ｂのポンプ電流値Ｉｐnから、予め求めたポンプ電流値Ｉｐとセンサ電流値Ｉｓとの相関関係（図６の実線Ｓ）を利用することにより、校正ガスセンサ１ｂのセンサ電流値Ｉｓnを推定した。本例では、図６に示すごとく、校正ガスセンサ１ｂのポンプ電流値Ｉｐnが０．８ｍＡであることから、センサ電流値Ｉｓnを０．２μＡと推定した（図６の破線ｃ）。
次いで、校正ガスセンサ１ｃのセンサ電流値Ｉｓnと基準ガスセンサ１ａの基準センサ電流値Ｉｓ0とを比較したところ、基準センサ電流値Ｉｓ0は、センサ電流値Ｉｓnの１．２５倍であることがわかった。これに基づいて、図１を参照のごとく、ガスセンサ１の先端部（図１の左側）を切削し、拡散抵抗部３における被測定ガスを連通させる方向の長さを短くした。これにより、図６に示すごとく、校正ガスセンサ１ｃのポンプセル電流値Ｉｐを基準ガスセンサ１ａの基準ポンプ電流値Ｉｐ0である１ｍＡに調整した（図６の破線ｃ→破線ａ）。
その結果、図６に示すごとく、校正ガスセンサ１ｃのセンサ電流値Ｉｓは０．２５μＡとなり、図５を参照のごとく、校正ガスセンサ１ｂのセンサ出力特性を基準ガスセンサ１ａのセンサ出力特性に揃えることができた（図５の実線Ａ）。
次に、本例のガスセンサの校正方法における作用効果について説明する。
本例の場合、センサ出力特性補正工程では、拡散抵抗部３の拡散抵抗を変化させ、校正ガスセンサ１ｂ、１ｃのセンサ電流値Ｉｓを調整することにより、校正ガスセンサ１ｂ、１ｃのセンサ出力特性を補正する。そのため、校正ガスセンサ１ｂ、１ｃのセンサ出力特性を基準ガスセンサ１ａのセンサ出力特性と同等となるように補正することが容易となる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
本例の場合、センサ出力特性補正工程では、拡散抵抗部３の拡散抵抗を変化させ、校正ガスセンサ１ｂ、１ｃのセンサ電流値Ｉｓを調整することにより、校正ガスセンサ１ｂ、１ｃのセンサ出力特性を補正する。そのため、校正ガスセンサ１ｂ、１ｃのセンサ出力特性を基準ガスセンサ１ａのセンサ出力特性と同等となるように補正することが容易となる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
（実施例３）
本例は、図８に示すごとく、被測定ガス室２の高さがセンサセル５のセンサ電流値Ｉｓに与える影響を調べたものである。
本例では、まず、被測定ガス室２の高さが異なる複数のガスセンサ１を準備した。なお、ガスセンサ１の構成は、実施例１と同様である（図１、図２参照）。また、被測定ガス室２の幅は３．０ｍｍ、長さは８．０ｍｍである。
本例は、図８に示すごとく、被測定ガス室２の高さがセンサセル５のセンサ電流値Ｉｓに与える影響を調べたものである。
本例では、まず、被測定ガス室２の高さが異なる複数のガスセンサ１を準備した。なお、ガスセンサ１の構成は、実施例１と同様である（図１、図２参照）。また、被測定ガス室２の幅は３．０ｍｍ、長さは８．０ｍｍである。
次いで、各ガスセンサ１について、被測定ガス室２に１００ｐｐｍＮＯガスを導入した際のセンサセル５のセンサ電流値Ｉｓを測定した。なお、拡散抵抗部３は、被測定ガス室２に２０％Ｏ2ガスを導入したときのポンプセル４のポンプ電流値Ｉｐが１ｍＡとなるように設定してある。
この測定結果を図８に示す。
この測定結果を図８に示す。
図８は、被測定ガス室の高さ（ｍｍ）とセンサ電流値Ｉｓ（μＡ）との関係を示したものである。
同図から、被測定ガス室２の高さが低くなると、センサセル５のセンサ電流値Ｉｓが小さくなることがわかる。これは、被測定ガス室２の高さが低くなると、被測定ガス室２における拡散抵抗が大きくなるからである。つまり、センサ電流値Ｉｓが拡散抵抗部３の拡散抵抗だけでなく、被測定ガス室２における拡散抵抗にも影響を受けるからである。
同図から、被測定ガス室２の高さが低くなると、センサセル５のセンサ電流値Ｉｓが小さくなることがわかる。これは、被測定ガス室２の高さが低くなると、被測定ガス室２における拡散抵抗が大きくなるからである。つまり、センサ電流値Ｉｓが拡散抵抗部３の拡散抵抗だけでなく、被測定ガス室２における拡散抵抗にも影響を受けるからである。
一方、被測定ガス室２の高さが高くなると、センサセル５のセンサ電流値Ｉｓがほぼ一定となることがわかる。本例では、被測定ガス室２の高さを０．１ｍｍ以上とすることにより、センサセル５のセンサ電流値Ｉｓがほぼ一定となる。これは、被測定ガス室２の高さが高くなると、被測定ガス室２における拡散抵抗が十分に小さくなるからである。つまり、センサ電流値Ｉｓが被測定ガス室２における拡散抵抗の影響を受けることなく、拡散抵抗部３の拡散抵抗によって決定されるからである。
以上の結果から、被測定ガス室２の高さを０．１ｍｍ以上とすることにより、被測定ガス室２における拡散抵抗を拡散抵抗部３の拡散抵抗に比べて十分に小さくすることができる。そして、ポンプ電流値Ｉｐとセンサ電流値Ｉｓとがいずれも拡散抵抗部３の拡散抵抗によって決定されるようにすることができ、両者の相関関係をより一層精度良く求めることができる。
１ ガスセンサ
２ 被測定ガス室
３ 拡散抵抗部
４ ポンプセル
５ センサセル
２ 被測定ガス室
３ 拡散抵抗部
４ ポンプセル
５ センサセル
Claims (11)
- 被測定ガスが導入される被測定ガス室と、該被測定ガス室に所定の拡散抵抗の下に上記被測定ガスを導入するための拡散抵抗部と、酸素イオン伝導性のポンプ用固体電解質体と該ポンプ用固体電解質体における上記被測定ガス室側の面及びその反対側の面にそれぞれ配設された一対のポンプ用電極とを有すると共に上記被測定ガス室内の酸素濃度を調整するポンプセルと、酸素イオン伝導性のセンサ用固体電解質体と該センサ用固体電解質体における上記被測定ガス室側の面及びその反対側の面にそれぞれ配設された一対のセンサ用電極とを有すると共に上記被測定ガス室に導入された被測定ガス中の特定成分濃度を検出するセンサセルとを備えたガスセンサの校正方法であって、
作製した複数の上記ガスセンサのうち、一部の該ガスセンサについて、所定濃度の酸素ガスに対して上記ポンプセルの上記一対のポンプ用電極間に流れるポンプ電流値Ｉｐと、所定濃度の特定成分ガスに対して上記センサセルの上記一対のセンサ用電極間に流れるセンサ電流値Ｉｓとを測定し、上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとの相関関係を求める相関関係作成工程と、
上記複数のガスセンサの基準となる基準ガスセンサについての上記ポンプ電流値Ｉｐ及び上記センサ電流値Ｉｓである基準ポンプ電流値Ｉｐ0及び基準センサ電流値Ｉｓ0を上記相関関係を満たすように設定する基準電流値設定工程と、
上記所定濃度の酸素ガスである校正用ガスを用いて、上記複数のガスセンサのうち校正対象となる校正ガスセンサについての上記ポンプ電流値Ｉｐであるポンプ電流値Ｉｐnを測定するポンプ電流値測定工程と、
上記ポンプ電流値Ｉｐnから、上記相関関係を利用することにより、上記校正ガスセンサについての上記センサ電流値Ｉｓであるセンサ電流値Ｉｓnを推定するセンサ電流値推定工程と、
上記センサ電流値Ｉｓnと上記基準センサ電流値Ｉｓ0とを比較し、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性が上記基準ガスセンサのセンサ出力特性と同等となるように、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を補正するセンサ出力特性補正工程とを行うことを特徴とするガスセンサの校正方法。 - 請求項１に記載のガスセンサの校正方法において、上記ガスセンサは、上記センサ電流値Ｉｓを所定の増幅率で電圧変換して出力するよう構成されており、上記センサ出力特性補正工程では、上記校正ガスセンサの上記増幅率を調整することにより、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を補正することを特徴とするガスセンサの校正方法。
- 請求項１に記載のガスセンサの校正方法において、上記センサ出力特性補正工程では、上記拡散抵抗部の拡散抵抗を変化させ、上記校正ガスセンサの上記センサ電流値Ｉｓnを調整することにより、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を補正することを特徴とするガスセンサの校正方法。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスセンサの校正方法において、上記ポンプ電流値測定工程では、上記校正用ガスとして大気を用いることを特徴とするガスセンサの校正方法。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスセンサの校正方法において、上記特定成分は、窒素酸化物であることを特徴とするガスセンサの校正方法。
- 請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスセンサの校正方法において、上記ガスセンサにおける上記ポンプ電流値Ｉｐと上記センサ電流値Ｉｓとは、いずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されることを特徴とするガスセンサの校正方法。
- 請求項６に記載のガスセンサの校正方法において、上記被測定ガス室の高さは、０．１ｍｍ以上であることを特徴とするガスセンサの校正方法。
- 請求項６又は７に記載のガスセンサにおいて、上記被測定ガス室に面する上記ポンプセルの一方の上記ポンプ用電極は、上記被測定ガス室に面する上記センサセルの一方の上記センサ用電極よりも上記拡散抵抗部に近い位置に配設され、かつ、両者は、上記被測定ガス室において対向しない位置に配設されていることを特徴とするガスセンサの校正方法。
- 被測定ガスが導入される被測定ガス室と、該被測定ガス室に所定の拡散抵抗の下に上記被測定ガスを導入するための拡散抵抗部と、酸素イオン伝導性のポンプ用固体電解質体と該ポンプ用固体電解質体における上記被測定ガス室側の面及びその反対側の面にそれぞれ配設された一対のポンプ用電極とを有すると共に上記被測定ガス室内の酸素濃度を調整するポンプセルと、酸素イオン伝導性のセンサ用固体電解質体と該センサ用固体電解質体における上記被測定ガス室側の面及びその反対側の面にそれぞれ配設された一対のセンサ用電極とを有すると共に上記被測定ガス室に導入された被測定ガス中の特定成分濃度を検出するセンサセルとを備えたガスセンサであって、
所定濃度の酸素ガスに対して上記ポンプセルの上記一対のポンプ用電極間に流れるポンプ電流値Ｉｐと、所定濃度の特定成分ガスに対して上記センサセルの上記一対のセンサ用電極間に流れるセンサ電流値Ｉｓとが、いずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるよう構成されていることを特徴とするガスセンサ。 - 請求項９に記載のガスセンサにおいて、上記被測定ガス室の高さは、０．１ｍｍ以上であることを特徴とするガスセンサ。
- 請求項９又は１０に記載のガスセンサにおいて、上記被測定ガス室に面する上記ポンプセルの一方の上記ポンプ用電極は、上記被測定ガス室に面する上記センサセルの一方の上記センサ用電極よりも上記拡散抵抗部に近い位置に配設され、かつ、両者は、上記被測定ガス室において対向しない位置に配設されていることを特徴とするガスセンサ。
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