JP2013127454A - ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスセンサ100において第1内側ガス孔の1つあたりの開口面積A1と第2内側ガス孔138aの1つあたりの開口面積A2との比A2/A1が0.9以上3.8以下、好ましくは1.5以上1.9以下となるようにしているため、センサ素子110への水の付着を十分抑制できる。また、第1内側ガス孔の総開口面積B1と第2内側ガス孔138aの総開口面積B2との比B2/B1が0.85以上、好ましくは1.5以上となるようにしているため、センサ素子への水の付着を十分抑制する効果がより確実に得られる。
【選択図】図2
Description
センサ素子と、
前記センサ素子の先端を覆うと共に、1以上の第1内側ガス孔及び1以上の第2内側ガス孔が形成された有底筒状の内側保護カバーと、
前記内側保護カバーを覆うと共に、複数の外側ガス孔が形成された有底筒状の外側保護カバーと、
を備え、
前記第1内側ガス孔は、前記第2内側ガス孔よりも前記センサ素子の後端側に位置し、
前記第1内側ガス孔1つあたりの開口面積A1と前記第2内側ガス孔1つあたりの開口面積A2との比A2/A1が0.9以上3.8以下である、
ものである。
図2に示すガスセンサ100を作製した。具体的には、内側保護カバー130として、板厚が0.3mm、軸方向長さが17.7mm、大径部132の軸方向長さが1.8mm、第1胴部134の軸方向長さが5.4mm、第2胴部136の軸方向長さが5.6mm、先端部138の軸方向長さが4.9mm、大径部132の外径が14.1mm、第1胴部134の外径が11.8mm、第2胴部136の外径が8.2mm、先端部138の外径が5.9mm、第1内側ガス孔134aの1つあたりの開口面積A1が0.3053mm2、第1内側ガス孔134aの孔数が6、比R2/R1が値4.35、第1内側ガス孔134aの中心から内側保護カバー130の上端までの距離が3.65mm、第2内側ガス孔138aの内径が1.0mm、第2内側ガス孔138aの孔数が4、距離Lが1.1mmのものを用いた。更に、外側保護カバー140として、板厚が0.4mm、軸方向長さが24.2mm、大径部142の軸方向長さが6.1mm、胴部144の軸方向長さが8.5mm、先端部146の軸方向長さが9.6mm、大径部142の外径が15.2mm、胴部144の外径が14.6mm、先端部146の外径が8.7mm、ガス通過孔144aの内径が1.0mm、ガス通過孔144aの孔数が6、ガス通過孔144aの外部開口面と段差部145の底面とのなす角が45°、外側ガス孔146aの内径が1.2mm、外側ガス孔146aの孔数が6、外側ガス孔146aのなす角θ1が45°のものを用いた。また、配管に取り付けた時に最小値θ3が0°,最小値θ4が30°(図10の状態)となるように内側保護カバー130及び外側保護カバー140をハウジング102に取り付けた。こうして作製したガスセンサ100を実験例1とした。なお、第1内側ガス孔134a,第2内側ガス孔138a,ガス通過孔144a及び外側ガス孔146aは、いずれもそれぞれ等間隔に形成した。また、ここで作製したガスセンサ100のセンサ素子110は、酸素濃度を検出するものとした。
第2内側ガス孔の内径及び孔数,距離L,最小値θ3,最小値θ4を表1の実験例2〜16に示すように種々変更したものを作製した。なお、実験例3,6,7の第2内側ガス孔138a,外側ガス孔146aの位置関係は図13の状態である。実験例4,5の第2内側ガス孔138a,外側ガス孔146aの位置関係をそれぞれ図24,25に示す。実験例2,13,14の第2内側ガス孔138a,外側ガス孔146aの位置関係を図26に示す。実験例2〜15では、複数の第2内側ガス孔138aは等間隔に形成されている。
各ガスセンサ100につき、以下の保護カバー内の水残り量とヒーターパワー制御値とを調べた。その結果を表1及び図27,28に示す。保護カバー内の水残り量とヒーターパワー制御値の試験方法は以下の通り。
実験例1のガスセンサを基準として、内側保護カバーのみを表2に示す回転角度だけ回転させて位相を変更し、最小値θ3を表2に示すように種々変更して実験例17〜20のガスセンサを作製した。なお、実験例17,19の第2内側ガス孔138a,外側ガス孔146aの位置関係は図12の状態である。実験例18の第2内側ガス孔138a,外側ガス孔146aの位置関係を図30に示す。実験例17と実験例19とは実験例1からの回転角度が30°であるか60°であるかが異なるものの、第2内側ガス孔138a,外側ガス孔146aの位置関係は実質的に同じである。同様に、実験例1と実験例20とは実質的に同じである。
実験例3のガスセンサを基準として、内側保護カバーのみを表2に示す回転角度だけ回転させて位相を変更し、最小値θ3を表2に示すように種々変更して実験例21〜26のガスセンサを作製した。実験例22,24の第2内側ガス孔138a,外側ガス孔146aの位置関係は図11の状態である。なお、実験例21,25は実験例4と実質的に同じである。実験例22と実験例24とは実質的に同じである。実験例23は実験例5と実質的に同じである。実験例26は実験例3と実質的に同じである。
また、実験例1,17〜20,3,22〜24,26について、センサ素子の応答時間の測定を行った。その結果を表1及び図32,33に示す。センサ出力の応答性の試験方法は以下の通り。
図34に示すガスセンサ700を複数作製した。ガスセンサ700は、保護カバー720として、内側保護カバー730と外側保護カバー740とを備えている。内側保護カバー730は、先端部738及び第2内側ガス孔738aの形状が先端部138,第2内側ガス孔138aと異なる点,及び段差部137を備えない点以外は図2の内側保護カバー130と同じ構造であるため、先端部738,第2内側ガス孔738a以外の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。先端部738は、先端部138と異なり三角錐台を逆さにした形状をしており、第2胴部136と接続する部分の内径が7.4mm、底面の直径が2.4mmである。また、第2内側ガス孔738aは、先端部738の底面の中心点に位置する円形の孔であり、内径は1mmである。外側保護カバー740は、ガス通過孔744a及び外側ガス孔746a以外は図2の外側保護カバー140と同じ構造であるため、ガス通過孔744a及び外側ガス孔746a以外の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。ガス通過孔744aは、胴部144の側面に位置し、外側ガス孔746aは、先端部146の側面に位置している。なお、ガス通過孔744a及び外側ガス孔746aは、実験例1と同様に等間隔に6箇所開けた。
実験例1及び比較例1のガスセンサについて、被測定ガスの流速とセンサ素子の応答性との関係を調べる流速依存性試験を行った。その結果を図35,36に示す。流速依存性試験の試験方法は以下の通り。
Claims (14)
- センサ素子と、
前記センサ素子の先端を覆うと共に、1以上の第1内側ガス孔及び1以上の第2内側ガス孔が形成された有底筒状の内側保護カバーと、
前記内側保護カバーを覆うと共に、複数の外側ガス孔が形成された有底筒状の外側保護カバーと、
を備え、
前記第1内側ガス孔は、前記第2内側ガス孔よりも前記センサ素子の後端側に位置し、
前記第1内側ガス孔1つあたりの開口面積A1と前記第2内側ガス孔1つあたりの開口面積A2との比A2/A1が0.9以上3.8以下である、
ガスセンサ。 - 前記比A2/A1が1.5以上1.9以下である、
請求項1に記載のガスセンサ。 - 前記第1内側ガス孔の総開口面積B1と前記第2内側ガス孔の総開口面積B2との比B2/B1が0.85以上である、
請求項1又は2に記載のガスセンサ。 - 前記第2内側ガス孔は、該第2内側ガス孔の中心と前記内側保護カバーの底面との距離Lが3mm以下である、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 前記第2内側ガス孔は、該第2内側ガス孔の中心と前記内側保護カバーの底面との距離Lが2.2mm以下である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 前記外側保護カバーは、側面と底面とを有するカバーであり、
前記外側ガス孔は、前記外側保護カバーの側面と底面との境界部分に開けられ、該外側ガス孔の外部開口面と該外側保護カバーの底面とのなす角θ1が10°〜80°である、
請求項1〜5のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 前記内側保護カバーは、前記第1内側ガス孔を経て該内側保護カバー内に流入する被測定ガスの流れを規制するガイド部を有しており、前記内側保護カバーと同心且つ前記センサ素子に接する外接円の半径R1と、該内側保護カバーと同心且つ前記被測定ガスの流れを規制する前記ガイド部の規制面を含む平面に接する内接円の半径R2と、の比R2/R1が1以上2.38以下である、
請求項1〜6のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 前記ガスセンサは、前記内側保護カバーの中心軸が鉛直方向に対して角度θ2(0°<θ2<90°)だけ傾いた状態で配管内に固定されており、
前記第2内側ガス孔は、前記内側保護カバーの中心軸に垂直な平面に該第2内側ガス孔を投影したときに、前記第2内側ガス孔の中心と前記内側保護カバーの中心とを結ぶ線と、該内側保護カバーの中心から鉛直下方向への線を該平面に投影した鉛直線と、のなす角の最小値θ3が0°以上45°未満である、
請求項1〜7のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 前記最小値θ3は、0°以上15°以下である、
請求項8に記載のガスセンサ。 - 請求項8又は9に記載のガスセンサであって、
固定用部材により前記配管内に固定されると共に前記内側保護カバーを固定するハウジング、
を備え、
前記ハウジングは、該ハウジングと前記固定用部材とに形成された一対の位置合わせ部により前記固定用部材に対する固定位置が規定され、
前記内側保護カバーは、該内側保護カバーと前記ハウジングとに形成された一対の位置合わせ部により前記ハウジングに対する固定位置が規定されることで、前記最小値θ3が所定の値になるように前記固定用部材に対する該内側保護カバーの周方向の位相が規定されている、
ガスセンサ。 - 前記ガスセンサは、前記内側保護カバーの中心軸が鉛直方向に対して角度θ2(0°<θ2<90°)だけ傾いた状態で配管内に固定されており、
前記外側ガス孔は、前記外側保護カバーの中心軸に垂直な平面に該外側ガス孔を投影したときに、前記外側ガス孔の中心と前記外側保護カバーの中心とを結ぶ線と、該外側保護カバーの中心から鉛直下方向への線を該平面に投影した鉛直線と、のなす角の最小値θ4が0°以上30°以下である、
請求項1〜10のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 請求項11に記載のガスセンサであって、
固定用部材により前記配管内に固定されると共に前記外側保護カバーを固定するハウジング、
を備え、
前記ハウジングは、該ハウジングと前記固定用部材とに形成された一対の位置合わせ部により前記固定用部材に対する固定位置が規定され、
前記外側保護カバーは、該外側保護カバーと前記ハウジングとに形成された一対の位置合わせ部により前記ハウジングに対する固定位置が規定されることで、前記最小値θ4が所定の値になるように前記固定用部材に対する該外側保護カバーの周方向の位相が規定されている、
ガスセンサ。 - 請求項1〜12のいずれか1項に記載のガスセンサであって、
前記外側保護カバーは、複数のガス通過孔が設けられた円筒状の胴部と、該胴部よりも径の小さい有底筒状の先端部と、該胴部と該先端部とを接続する段差部と、を有しており、
前記外側ガス孔は、前記外側保護カバーの先端部に開けられた孔であり、
前記外側保護カバーの胴部及び段差部と前記内側保護カバーとで囲まれ、前記第1内側ガス孔により前記内側保護カバーの内部と連通する第1ガス室と、
前記外側保護カバーの先端部と前記内側保護カバーとで囲まれ、前記第1ガス室と直接には連通しておらず、前記第2内側ガス孔により前記内側保護カバーの内部と連通する第2ガス室と、
を備えたガスセンサ。 - 前記内側保護カバーは、前記第1内側ガス孔が形成された円筒状の第1胴部と、円筒状の第2胴部と、前記第2内側ガス孔が形成された有底筒状の先端部と、該第1胴部と該第2胴部とを接続する第1段差部と、該第2胴部と該先端部とを接続する第2段差部と、を有しており、
前記センサ素子の先端は、前記第1胴部で囲まれる空間に位置している、
請求項1〜13のいずれか1項に記載のガスセンサ。
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