JP2015135320A5 - - Google Patents

Description

本発明の一態様は、酸素を含むガスにおける、特定ガス成分の濃度を測定するガスセンサであって、
酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、
該固体電解質体の第１主面の側に形成されて上記ガスが導入されるガス室と、
上記固体電解質体の第２主面の側に形成されて基準ガスが導入される基準ガス室と、
上記固体電解質体の上記第１主面に設けられたポンプ電極と、
上記固体電解質体の上記第１主面に設けられ、上記ポンプ電極が設けられた位置よりも上記ガスの流れ方向の下流側に位置するモニタ電極と、
上記固体電解質体の上記第１主面に設けられ、上記モニタ電極が設けられた位置に対して、上記流れ方向に垂直な方向に並ぶセンサ電極と、
上記固体電解質体の上記第２主面に設けられた基準電極と、
上記ガス室又は上記基準ガス室を介して上記固体電解質体に対向して配置され、該固体電解質体を加熱するヒータと、を備え、
上記ポンプ電極と上記基準電極と上記固体電解質体の一部とによって、上記ポンプ電極と上記基準電極との間に電圧が印加されることにより、上記ガス室における上記ガス中の酸素濃度を調整するポンプセルが形成されており、
上記モニタ電極と上記基準電極と上記固体電解質体の一部とによって、上記モニタ電極と上記基準電極との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室における酸素濃度を検出するモニタセルが形成されており、
上記センサ電極と上記基準電極と上記固体電解質体の一部とによって、上記センサ電極と上記基準電極との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室における酸素濃度及び上記特定ガス成分の濃度を検出するためのセンサセルが形成されており、
該センサセルによって検出される酸素イオン電流から、上記モニタセルによって検出される酸素イオン電流が差し引かれることにより、上記特定ガス成分の濃度が検出されるよう構成されており、
上記ポンプ電極、上記モニタ電極及び上記センサ電極が上記固体電解質体に設けられた位置において、上記流れ方向に直交する幅方向における、上記ガス室の空間幅が一定であり、
上記幅方向において、上記ポンプ電極の中心位置に対する、上記モニタ電極と上記センサ電極との隙間の中心位置のずれ量ΔＸ１は、上記ポンプ電極の幅をＷ１としたとき、ΔＸ１≦１／４Ｗ１の関係を有しており、また、上記ポンプ電極の中心位置からの、上記モニタ電極の側面の位置及び上記センサ電極の側面の位置ΔＹ１は、ΔＹ１≦１／２Ｗ１の関係を有していることを特徴とするガスセンサにある。

本発明の他の態様は、酸素を含むガスにおける、特定ガス成分の濃度を測定するガスセンサであって、
酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、
該固体電解質体の第１主面の側に形成されて上記ガスが導入されるガス室と、
上記固体電解質体の第２主面の側に形成されて基準ガスが導入される基準ガス室と、
上記固体電解質体の上記第１主面に設けられたポンプ電極と、
上記固体電解質体の上記第１主面に設けられ、上記ポンプ電極が設けられた位置よりも上記ガスの流れ方向の下流側に位置するモニタ電極と、
上記固体電解質体の上記第１主面に設けられ、上記モニタ電極が設けられた位置に対して、上記流れ方向に垂直な方向に並ぶセンサ電極と、
上記固体電解質体の上記第２主面に設けられた基準電極と、
上記ガス室又は上記基準ガス室を介して上記固体電解質体に対向して配置され、該固体電解質体を加熱するヒータと、を備え、
上記ポンプ電極と上記基準電極と上記固体電解質体の一部とによって、上記ポンプ電極と上記基準電極との間に電圧が印加されることにより、上記ガス室における上記ガス中の酸素濃度を調整するポンプセルが形成されており、
上記モニタ電極と上記基準電極と上記固体電解質体の一部とによって、上記モニタ電極と上記基準電極との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室における酸素濃度を検出するモニタセルが形成されており、
上記センサ電極と上記基準電極と上記固体電解質体の一部とによって、上記センサ電極と上記基準電極との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室における酸素濃度及び上記特定ガス成分の濃度を検出するためのセンサセルが形成されており、
該センサセルによって検出される酸素イオン電流から、上記モニタセルによって検出される酸素イオン電流が差し引かれることにより、上記特定ガス成分の濃度が検出されるよう構成されており、
上記ポンプ電極、上記モニタ電極及び上記センサ電極が上記固体電解質体に設けられた位置において、上記流れ方向に直交する幅方向における、上記ガス室の空間幅が一定であり、
上記ヒータは、絶縁体と、該絶縁体に埋設されて通電によって発熱する発熱部とを有しており、該発熱部は、上記ポンプ電極、上記モニタ電極及び上記センサ電極が設けられた上記固体電解質体の平面領域の全体の投影位置に対応するように設けられており、
上記幅方向において、上記発熱部の中心位置に対する、上記モニタ電極と上記センサ電極との隙間の中心位置のずれ量ΔＸ２は、上記発熱部の上記幅方向の全体幅をＷ２としたとき、ΔＸ２≦１／４Ｗ２の関係を有しており、また、上記発熱部の中心位置からの、上記モニタ電極の側面の位置及び上記センサ電極の側面の位置ΔＹ２は、ΔＹ２≦１／２Ｗ２の関係を有していることを特徴とするガスセンサにある。

本発明のさらに他の様態は、酸素を含むガスにおける、特定ガス成分の濃度を測定するガスセンサであって、
酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、
該固体電解質体の第１主面の側に形成されて上記ガスが導入されるガス室と、
上記固体電解質体の第２主面の側に形成されて基準ガスが導入される基準ガス室と、
上記固体電解質体の上記第１主面に設けられたポンプ電極と、
上記固体電解質体の上記第１主面に設けられ、上記ポンプ電極が設けられた位置よりも上記ガスの流れ方向の下流側に位置するモニタ電極と、
上記固体電解質体の上記第１主面に設けられ、上記モニタ電極が設けられた位置に対して、上記流れ方向に垂直な方向に並ぶセンサ電極と、
上記固体電解質体の上記第２主面に設けられた基準電極と、
上記ガス室又は上記基準ガス室を介して上記固体電解質体に対向して配置され、該固体電解質体を加熱するヒータと、を備え、
上記ポンプ電極と上記基準電極と上記固体電解質体の一部とによって、上記ポンプ電極と上記基準電極との間に電圧が印加されることにより、上記ガス室における上記ガス中の酸素濃度を調整するポンプセルが形成されており、
上記モニタ電極と上記基準電極と上記固体電解質体の一部とによって、上記モニタ電極と上記基準電極との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室における酸素濃度を検出するモニタセルが形成されており、
上記センサ電極と上記基準電極と上記固体電解質体の一部とによって、上記センサ電極と上記基準電極との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室における酸素濃度及び上記特定ガス成分の濃度を検出するためのセンサセルが形成されており、
該センサセルによって検出される酸素イオン電流から、上記モニタセルによって検出される酸素イオン電流が差し引かれることにより、上記特定ガス成分の濃度が検出されるよう構成されており、
上記ガス室は、上記ポンプ電極が配置された第１ガス室と、上記モニタ電極及び上記センサ電極が配置された第２ガス室と、上記第１ガス室と上記第２ガス室との間に位置する狭小空間とによって形成されており、
上記狭小空間の上記幅方向における空間幅は、上記第１ガス室の上記幅方向における空間幅、及び上記第２ガス室の上記幅方向における空間幅に比べて狭くなっており、
上記幅方向において、上記狭小空間の中心位置に対する、上記モニタ電極と上記センサ電極との隙間の中心位置のずれ量ΔＸ３は、上記狭小空間の上記幅方向における空間幅をＷ３としたとき、ΔＸ３≦１／４Ｗ３の関係を有していることを特徴とするガスセンサにある。

Claims (6)

1. 酸素を含むガス（Ｇ）における、特定ガス成分の濃度を測定するガスセンサ（１）であって、
   酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体（２）と、
   該固体電解質体（２）の第１主面（２０１）の側に形成されて上記ガス（Ｇ）が導入されるガス室（１０１）と、
   上記固体電解質体（２）の第２主面（２０２）の側に形成されて基準ガス（Ａ）が導入される基準ガス室（１０２）と、
   上記固体電解質体（２）の上記第１主面（２０１）に設けられたポンプ電極（２１）と、
   上記固体電解質体（２）の上記第１主面（２０１）に設けられ、上記ポンプ電極（２１）が設けられた位置よりも上記ガス（Ｇ）の流れ方向（Ｆ）の下流側に位置するモニタ電極（２２）と、
   上記固体電解質体（２）の上記第１主面（２０１）に設けられ、上記モニタ電極（２２）が設けられた位置に対して、上記流れ方向（Ｆ）に垂直な方向に並ぶセンサ電極（２３）と、
   上記固体電解質体（２）の上記第２主面（２０２）に設けられた基準電極（２４）と、
   上記ガス室（１０１）又は上記基準ガス室（１０２）を介して上記固体電解質体（２）に対向して配置され、該固体電解質体（２）を加熱するヒータ（６）と、を備え、
   上記ポンプ電極（２１）と上記基準電極（２４）と上記固体電解質体（２）の一部とによって、上記ポンプ電極（２１）と上記基準電極（２４）との間に電圧が印加されることにより、上記ガス室（１０１）における上記ガス（Ｇ）中の酸素濃度を調整するポンプセル（４１）が形成されており、
   上記モニタ電極（２２）と上記基準電極（２４）と上記固体電解質体（２）の一部とによって、上記モニタ電極（２２）と上記基準電極（２４）との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室（１０１）における酸素濃度を検出するモニタセル（４２）が形成されており、
   上記センサ電極（２３）と上記基準電極（２４）と上記固体電解質体（２）の一部とによって、上記センサ電極（２３）と上記基準電極（２４）との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室（１０１）における酸素濃度及び上記特定ガス成分の濃度を検出するセンサセル（４３）が形成されており、
   該センサセル（４３）によって検出される酸素イオン電流から、上記モニタセル（４２）によって検出される酸素イオン電流が差し引かれることにより、上記特定ガス成分の濃度が検出されるよう構成されており、
   上記ポンプ電極（２１）、上記モニタ電極（２２）及び上記センサ電極（２３）が上記固体電解質体（２）に設けられた位置において、上記流れ方向（Ｆ）に直交する幅方向（Ｗ）における、上記ガス室（１０１）の空間幅（Ｗ０）が一定であり、
   上記幅方向（Ｗ）において、上記ポンプ電極（２１）の中心位置（Ｏ１）に対する、上記モニタ電極（２２）と上記センサ電極（２３）との隙間（Ｓ）の中心位置（Ｏ２）のずれ量ΔＸ１は、上記ポンプ電極（２１）の幅をＷ１としたとき、ΔＸ１≦１／４Ｗ１の関係を有しており、また、上記ポンプ電極（２１）の中心位置（Ｏ１）からの、上記モニタ電極（２２）の側面（２２１）の位置及び上記センサ電極（２３）の側面（２３１）の位置ΔＹ１は、ΔＹ１≦１／２Ｗ１の関係を有していることを特徴とするガスセンサ（１）。
2. 酸素を含むガス（Ｇ）における、特定ガス成分の濃度を測定するガスセンサ（１）であって、
   酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体（２）と、
   該固体電解質体（２）の第１主面（２０１）の側に形成されて上記ガス（Ｇ）が導入されるガス室（１０１）と、
   上記固体電解質体（２）の第２主面（２０２）の側に形成されて基準ガス（Ａ）が導入される基準ガス室（１０２）と、
   上記固体電解質体（２）の上記第１主面（２０１）に設けられたポンプ電極（２１）と、
   上記固体電解質体（２）の上記第１主面（２０１）に設けられ、上記ポンプ電極（２１）が設けられた位置よりも上記ガス（Ｇ）の流れ方向（Ｆ）の下流側に位置するモニタ電極（２２）と、
   上記固体電解質体（２）の上記第１主面（２０１）に設けられ、上記モニタ電極（２２）が設けられた位置に対して、上記流れ方向（Ｆ）に垂直な方向に並ぶセンサ電極（２３）と、
   上記固体電解質体（２）の上記第２主面（２０２）に設けられた基準電極（２４）と、
   上記ガス室（１０１）又は上記基準ガス室（１０２）を介して上記固体電解質体（２）に対向して配置され、該固体電解質体（２）を加熱するヒータ（６）と、を備え、
   上記ポンプ電極（２１）と上記基準電極（２４）と上記固体電解質体（２）の一部とによって、上記ポンプ電極（２１）と上記基準電極（２４）との間に電圧が印加されることにより、上記ガス室（１０１）における上記ガス（Ｇ）中の酸素濃度を調整するポンプセル（４１）が形成されており、
   上記モニタ電極（２２）と上記基準電極（２４）と上記固体電解質体（２）の一部とによって、上記モニタ電極（２２）と上記基準電極（２４）との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室（１０１）における酸素濃度を検出するモニタセル（４２）が形成されており、
   上記センサ電極（２３）と上記基準電極（２４）と上記固体電解質体（２）の一部とによって、上記センサ電極（２３）と上記基準電極（２４）との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室（１０１）における酸素濃度及び上記特定ガス成分の濃度を検出するセンサセル（４３）が形成されており、
   該センサセル（４３）によって検出される酸素イオン電流から、上記モニタセル（４２）によって検出される酸素イオン電流が差し引かれることにより、上記特定ガス成分の濃度が検出されるよう構成されており、
   上記ポンプ電極（２１）、上記モニタ電極（２２）及び上記センサ電極（２３）が上記固体電解質体（２）に設けられた位置において、上記流れ方向（Ｆ）に直交する幅方向（Ｗ）における、上記ガス室（１０１）の空間幅（Ｗ０）が一定であり、
   上記ヒータ（６）は、絶縁体（６１）と、該絶縁体（６１）に埋設されて通電によって発熱する発熱部（６２２）とを有しており、該発熱部（６２２）は、上記ポンプ電極（２１）、上記モニタ電極（２２）及び上記センサ電極（２３）が設けられた上記固体電解質体（２）の平面領域の全体の投影位置に対応するように設けられており、
   上記幅方向（Ｗ）において、上記発熱部（６２２）の中心位置（Ｏ３）に対する、上記モニタ電極（２２）と上記センサ電極（２３）との隙間（Ｓ）の中心位置（Ｏ４）のずれ量ΔＸ２は、上記発熱部（６２２）の上記幅方向（Ｗ）の全体幅をＷ２としたとき、ΔＸ２≦１／４Ｗ２の関係を有しており、また、上記発熱部（６２２）の中心位置（Ｏ３）からの、上記モニタ電極（２２）の側面（２２１）の位置及び上記センサ電極（２３）の側面（２３１）の位置ΔＹ２は、ΔＹ２≦１／２Ｗ２の関係を有していることを特徴とするガスセンサ（１）。
3. 上記幅方向（Ｗ）に直交する厚み方向（Ｔ）において、上記ポンプ電極（２１）の表面から上記発熱部（６２２）の表面までの距離（Ｄ１）、上記モニタ電極（２２）の表面から上記発熱部（６２２）の表面までの距離（Ｄ２）、及び上記センサ電極（２３）の表面から上記発熱部（６２２）の表面までの距離（Ｄ３）は、略同一であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサ（１）。
4. 上記幅方向（Ｗ）において、上記モニタ電極（２２）の幅（Ａ１）と上記センサ電極（２３）の幅（Ａ２）とは、略同一であり、
   上記流れ方向（Ｆ）において、上記ポンプ電極（２１）の下流側端面から上記モニタ電極（２２）の上流側端面までの距離（Ｂ１）と、上記ポンプ電極（２１）の下流側端面から上記センサ電極（２３）の上流側端面までの距離（Ｂ２）とは、略同一であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスセンサ（１）。
5. 酸素を含むガス（Ｇ）における、特定ガス成分の濃度を測定するガスセンサ（１）であって、
   酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体（２）と、
   該固体電解質体（２）の第１主面（２０１）の側に形成されて上記ガス（Ｇ）が導入されるガス室（１０１）と、
   上記固体電解質体（２）の第２主面（２０２）の側に形成されて基準ガス（Ａ）が導入される基準ガス室（１０２）と、
   上記固体電解質体（２）の上記第１主面（２０１）に設けられたポンプ電極（２１）と、
   上記固体電解質体（２）の上記第１主面（２０１）に設けられ、上記ポンプ電極（２１）が設けられた位置よりも上記ガス（Ｇ）の流れ方向（Ｆ）の下流側に位置するモニタ電極（２２）と、
   上記固体電解質体（２）の上記第１主面（２０１）に設けられ、上記モニタ電極（２２）が設けられた位置に対して、上記流れ方向（Ｆ）に垂直な方向に並ぶセンサ電極（２３）と、
   上記固体電解質体（２）の上記第２主面（２０２）に設けられた基準電極（２４）と、
   上記ガス室（１０１）又は上記基準ガス室（１０２）を介して上記固体電解質体（２）に対向して配置され、該固体電解質体（２）を加熱するヒータ（６）と、を備え、
   上記ポンプ電極（２１）と上記基準電極（２４）と上記固体電解質体（２）の一部とによって、上記ポンプ電極（２１）と上記基準電極（２４）との間に電圧が印加されることにより、上記ガス室（１０１）における上記ガス（Ｇ）中の酸素濃度を調整するポンプセル（４１）が形成されており、
   上記モニタ電極（２２）と上記基準電極（２４）と上記固体電解質体（２）の一部とによって、上記モニタ電極（２２）と上記基準電極（２４）との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室（１０１）における酸素濃度を検出するモニタセル（４２）が形成されており、
   上記センサ電極（２３）と上記基準電極（２４）と上記固体電解質体（２）の一部とによって、上記センサ電極（２３）と上記基準電極（２４）との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室（１０１）における酸素濃度及び上記特定ガス成分の濃度を検出するセンサセル（４３）が形成されており、
   該センサセル（４３）によって検出される酸素イオン電流から、上記モニタセル（４２）によって検出される酸素イオン電流が差し引かれることにより、上記特定ガス成分の濃度が検出されるよう構成されており、
   上記ガス室（１０１）は、上記ポンプ電極（２１）が配置された第１ガス室（１０３）と、上記モニタ電極（２２）及び上記センサ電極（２３）が配置された第２ガス室（１０４）と、上記第１ガス室（１０３）と上記第２ガス室（１０４）との間に位置する狭小空間（１０５）とによって形成されており、
   上記狭小空間（１０５）の上記幅方向（Ｗ）における空間幅（Ｗ３）は、上記第１ガス室（１０３）の上記幅方向（Ｗ）における空間幅（Ｗ０’）、及び上記第２ガス室（１０４）の上記幅方向（Ｗ）における空間幅（Ｗ０’’）に比べて狭くなっており、
   上記幅方向（Ｗ）において、上記狭小空間（１０５）の中心位置（Ｏ５）に対する、上記モニタ電極（２２）と上記センサ電極（２３）との隙間（Ｓ）の中心位置（Ｏ６）のずれ量ΔＸ３は、ΔＸ３≦１／４Ｗ３の関係を有していることを特徴とするガスセンサ（１）。
6. 上記ポンプ電極（２１）の上記幅方向（Ｗ）の幅Ｗ１と上記発熱部（６２２）の上記幅方向（Ｗ）の全体幅Ｗ２とは、Ｗ１≦Ｗ２の関係を有していることを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ（１）。