JP2015169454A - Solid electrolytic co sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体電解質型COセンサに関する。 The present invention relates to a solid electrolyte CO sensor.
従来、酸素イオン伝導性固体電解質と、この固体電解質の一面側に設けられCOの酸化に活性な電極と、他面側に設けられCOの酸化に不活性な電極とを備えた固体電解質型COセンサが提案されている。この固体電解質型COセンサによれば、酸素濃度が一定である場合、測定雰囲気のCO濃度に対して出力電流が変化し、CO濃度の検出が可能となる(特許文献1参照)。 Conventionally, a solid electrolyte type CO provided with an oxygen ion conductive solid electrolyte, an electrode provided on one side of the solid electrolyte and active for CO oxidation, and an electrode provided on the other side and inert to CO oxidation Sensors have been proposed. According to this solid electrolyte CO sensor, when the oxygen concentration is constant, the output current changes with respect to the CO concentration in the measurement atmosphere, and the CO concentration can be detected (see Patent Document 1).
特許文献1に記載の固体電解質型COセンサは、COの酸化に活性な電極において酸化を促進させるため、酸素イオンをポンピングすることとしている。この際、両電極間に電流(以下ベース電流という)が供給されている。
In the solid electrolyte CO sensor described in
ここで、特許文献1に記載の固体電解質型COセンサは、上記したように酸素濃度が一定である場合には、測定雰囲気のCO濃度に対して出力電流が変化してCO濃度の検出が可能となる。しかし、特許文献1に記載の固体電解質型COセンサは、酸素濃度が変化する例えば燃焼排ガス中においてベース電流が大きく変化してしまう。しかも、ベース電流の変化量は、CO濃度に対する出力電流の変化量よりも大きいことから、CO濃度を検出できなくなってしまう。
Here, the solid electrolyte CO sensor described in
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、酸素濃度が変化する環境下においても、CO濃度を検出することが可能な固体電解質型COセンサを提供することにある。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and its object is to provide a solid electrolyte CO that can detect the CO concentration even in an environment where the oxygen concentration changes. It is to provide a sensor.
本発明の固体電解質型COセンサは、酸素イオン伝導性固体電解質と、前記酸素イオン伝導性固体電解質に設けられたCOの酸化に活性な第1電極と、前記酸素イオン伝導性固体電解質に設けられたCOの酸化に不活性な第2電極と、からなる検出用電極対と、前記酸素イオン伝導性固体電解質に設けられたCOの酸化に不活性な第3電極と、前記酸素イオン伝導性固体電解質に設けられたCOの酸化に不活性な第4電極と、からなるキャンセル用電極対と、を備えることを特徴とする。 The solid electrolyte type CO sensor of the present invention is provided with an oxygen ion conductive solid electrolyte, a first electrode active in the oxidation of CO provided in the oxygen ion conductive solid electrolyte, and the oxygen ion conductive solid electrolyte. A detection electrode pair comprising a second electrode inert to CO oxidation, a third electrode inert to CO oxidation provided on the oxygen ion conductive solid electrolyte, and the oxygen ion conductive solid And a cancel electrode pair comprising a fourth electrode which is provided on the electrolyte and is inert to CO oxidation.
この固体電解質型COセンサによれば、COの酸化に活性な第1電極とCOの酸化に不活性な第2電極とからなる検出用電極対と、COの酸化に不活性な第3電極とCOの酸化に不活性な第4電極とからなるキャンセル用電極対と、を備えるため、たとえ酸素濃度が変化する環境下においてベース電流が大きく変化してしまったとしても、検出用電極対の電流値からキャンセル用電極対の電流値を差し引くことで、CO濃度に応じた電流値を抽出することができる。従って、酸素濃度が変化する環境下においても、CO濃度を検出することができる。 According to this solid electrolyte CO sensor, a detection electrode pair comprising a first electrode active for CO oxidation and a second electrode inactive for CO oxidation, a third electrode inactive for CO oxidation, A canceling electrode pair comprising a fourth electrode that is inactive to the oxidation of CO. Therefore, even if the base current changes greatly in an environment where the oxygen concentration changes, the current of the detecting electrode pair By subtracting the current value of the cancel electrode pair from the value, a current value corresponding to the CO concentration can be extracted. Therefore, the CO concentration can be detected even in an environment where the oxygen concentration changes.
また、本発明の固体電解質型COセンサは、前記酸素イオン伝導性固体電解質は平面視して略四角形状であり、前記第1電極は、前記酸素イオン伝導性固体電解質の一面において第1の角に設けられ、前記第2電極は、前記酸素イオン伝導性固体電解質の一面において前記第1の角と対角をなす第2の角に設けられ、前記第3電極は、前記酸素イオン伝導性固体電解質の他面において前記第1及び第2の角を除く第3の角に設けられ、前記第4電極は、前記酸素イオン伝導性固体電解質の他面において前記第3の角と対角をなす第4の角に設けられていることが好ましい。 In the solid electrolyte CO sensor of the present invention, the oxygen ion conductive solid electrolyte has a substantially square shape in plan view, and the first electrode has a first corner on one surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte. The second electrode is provided at a second corner that is diagonally opposite to the first corner on one surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte, and the third electrode is the oxygen ion conductive solid. The other surface of the electrolyte is provided at a third corner excluding the first and second corners, and the fourth electrode forms a diagonal with the third corner on the other surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte. It is preferable to be provided at the fourth corner.
この固体電解質型COセンサによれば、第1電極は酸素イオン伝導性固体電解質の一面において第1の角に設けられ、第2電極は一面において第1の角と対角をなす第2の角に設けられ、第3電極は他面において第3の角に設けられ、第4電極は他面において第3の角と対角をなす第4の角に設けられている。このため、同一面に設けられる電極対の電極は、それぞれが対角位置に設けられることとなり、電極間距離を広げることができる。従って、固体電解質型COセンサの容易化を図ることができる。 According to this solid electrolyte type CO sensor, the first electrode is provided at a first corner on one surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte, and the second electrode is a second corner that is diagonally opposite to the first corner on one surface. The third electrode is provided at the third corner on the other surface, and the fourth electrode is provided at the fourth corner that forms a diagonal with the third corner on the other surface. For this reason, the electrodes of the electrode pair provided on the same surface are provided at diagonal positions, and the distance between the electrodes can be increased. Therefore, the solid electrolyte CO sensor can be simplified.
また、本発明の固体電解質型COセンサは、前記酸素イオン伝導性固体電解質は平面視して略四角形状であり、前記第1電極は、前記酸素イオン伝導性固体電解質の一面において第1の角に設けられ、前記第2電極は、前記酸素イオン伝導性固体電解質の他面において前記第1の角と対角をなす第2の角を除く第3の角に設けられ、前記第3電極は、前記酸素イオン伝導性固体電解質の一面において前記第2の角に設けられ、前記第4電極は、前記酸素イオン伝導性固体電解質の他面において前記第1、第2及び第3の角を除く第4の角に設けられていることが好ましい。 In the solid electrolyte CO sensor of the present invention, the oxygen ion conductive solid electrolyte has a substantially square shape in plan view, and the first electrode has a first corner on one surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte. The second electrode is provided at a third corner excluding a second corner that is diagonal to the first corner on the other surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte, and the third electrode is The fourth electrode is provided at the second corner on one surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte, and the fourth electrode excludes the first, second and third corners on the other surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte. It is preferable to be provided at the fourth corner.
この固体電解質型COセンサによれば、第1電極は酸素イオン伝導性固体電解質の一面において第1の角に設けられ、第2電極は他面において第1の角と対角をなす第2の角を除く第3の角に設けられ、第3電極は一面において第2の角に設けられ、第4電極は他面において第1、第2及び第3の角を除く第4の角に設けられている。このため、検出用電極対は、酸素イオン伝導性固体電解質の一側に設けられ、キャンセル用電極対は、酸素イオン伝導性固体電解質の他側に設けられることとなり、第1及び第2電極は一側にて対向配置となり、且つ、第3及び第4電極は他側にて対向配置となる。よって、このような対向関係から、酸素イオンポンピングにおけるイオン伝導を円滑とすることができる。 According to this solid electrolyte type CO sensor, the first electrode is provided at the first corner on one surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte, and the second electrode is the second corner that forms a diagonal with the first corner on the other surface. Provided at the third corner excluding the corner, the third electrode provided at the second corner on one side, and the fourth electrode provided at the fourth corner on the other side excluding the first, second and third corners It has been. Therefore, the detection electrode pair is provided on one side of the oxygen ion conductive solid electrolyte, the cancel electrode pair is provided on the other side of the oxygen ion conductive solid electrolyte, and the first and second electrodes are The first and second electrodes are opposed to each other, and the third and fourth electrodes are opposed to each other. Therefore, ion conduction in oxygen ion pumping can be made smooth from such an opposing relationship.
また、本発明の固体電解質型COセンサは、前記検出用電極対を流れる電流値を検出する第1電流検出手段と、前記キャンセル用電極対を流れる電流値を検出する第2電流検出手段と、前記第1電流検出手段により検出された電流値から前記第2電流検出手段により検出された電流値を差し引いた差分電流値に基づいてCO濃度を検出する濃度検出手段と、を備えることが好ましい。 The solid oxide CO sensor of the present invention includes a first current detection unit that detects a current value flowing through the detection electrode pair, a second current detection unit that detects a current value flowing through the cancellation electrode pair, It is preferable that a concentration detection unit that detects a CO concentration based on a differential current value obtained by subtracting the current value detected by the second current detection unit from the current value detected by the first current detection unit.
この固体電解質型COセンサによれば、検出用電極対を流れる電流値からキャンセル用電極対を流れる電流値を差し引いた差分電流値に基づいてCO濃度を検出するため、酸素濃度が変化する環境下においても、CO濃度を検出することができる。 According to the solid electrolyte CO sensor, the CO concentration is detected based on the difference current value obtained by subtracting the current value flowing through the cancel electrode pair from the current value flowing through the detection electrode pair. In this case, the CO concentration can be detected.
また、本発明の固体電解質型COセンサは、前記検出用電極対に定電圧を印加して酸素イオンを前記第2電極側から前記第1電極側にポンピングする第1ベース電流供給回路と、前記キャンセル用電極対に定電圧を印加して酸素イオンを前記第4電極側から前記第3電極側にポンピングする第2ベース電流供給回路と、を備え、前記第1ベース電流供給回路と前記第2ベース電流供給回路とは、異なるタイミングで定電圧を印加し、前記第1電流検出手段は、前記第1ベース電流供給回路による定電圧の印加中において前記検出用電極対を流れる電流値を検出し、前記第2電流検出手段は、前記第2ベース電流供給回路による定電圧の印加中において前記キャンセル用電極対を流れる電流値を検出することが好ましい。 The solid electrolyte CO sensor of the present invention includes a first base current supply circuit that applies a constant voltage to the detection electrode pair to pump oxygen ions from the second electrode side to the first electrode side, and A second base current supply circuit that applies a constant voltage to the cancel electrode pair to pump oxygen ions from the fourth electrode side to the third electrode side, and the first base current supply circuit and the second base current supply circuit A constant voltage is applied at a different timing from the base current supply circuit, and the first current detection means detects a current value flowing through the detection electrode pair during application of the constant voltage by the first base current supply circuit. Preferably, the second current detection means detects a current value flowing through the cancel electrode pair during application of a constant voltage by the second base current supply circuit.
この固体電解質型COセンサによれば、第1ベース電流供給回路と第2ベース電流供給回路とは、異なるタイミングで定電圧を印加し、第1電流検出手段は、第1ベース電流供給回路による定電圧の印加中において検出用電極対を流れる電流値を検出し、第2電流検出手段は、第2ベース電流供給回路による定電圧の印加中においてキャンセル用電極対を流れる電流値を検出する。このため、第1電流検出手段による電流値の検出中に第2ベース電流供給回路におけるポンピング電流が影響を与えて検出値が不安定となってしまうことを防止すると共に、第2電流検出手段による電流値の検出中に第1ベース電流供給回路におけるポンピング電流が影響を与えて検出値が不安定となってしまうことを防止することができる。従って、CO濃度の検出精度を向上させることができる。 According to this solid oxide CO sensor, the first base current supply circuit and the second base current supply circuit apply a constant voltage at different timings, and the first current detection means is a constant voltage generated by the first base current supply circuit. The current value flowing through the detection electrode pair during voltage application is detected, and the second current detection means detects the current value flowing through the cancellation electrode pair during application of the constant voltage by the second base current supply circuit. For this reason, it is possible to prevent the detected value from becoming unstable due to the pumping current in the second base current supply circuit being influenced during the detection of the current value by the first current detecting means, and to be controlled by the second current detecting means. It is possible to prevent the detected value from becoming unstable due to the influence of the pumping current in the first base current supply circuit during the detection of the current value. Therefore, the CO concentration detection accuracy can be improved.
本発明によれば、寿命を判断することが可能な固体電解質型COセンサ及びその寿命判断方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solid electrolyte type CO sensor which can determine a lifetime, and its lifetime determination method can be provided.
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は該実施形態に限定されるものではない。図1は、本発明の第1実施形態に係る固体電解質型COセンサの構成図であり、図2は、図1に示した固体電解質型COセンサの一部構成を示す平面図である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments. FIG. 1 is a configuration diagram of a solid electrolyte type CO sensor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing a partial configuration of the solid electrolyte type CO sensor shown in FIG.
図1に示すように、固体電解質型COセンサ1は、センサ部10と、電流供給回路(第1ベース電流供給回路、第2ベース電流供給回路)21,22と、電流センサ(第1電流検出手段、第2電流検出手段)31,32と、制御部(濃度検出手段)40と、スイッチ51,52とを有している。
As shown in FIG. 1, the solid
センサ部10は、酸素イオン伝導性固体電解質11(以下固体電解質膜11という)と、検出用電極対12と、キャンセル用電極対13とを備えている。
The
固体電解質膜11は、例えば92%モルのジルコニア(ZrO2)の粉体に対して、8%モルのイットリア(Y2O3)の粉体を混合した所謂イットリア安定化ジルコニアや、ランタンガレート系の複合酸化物等から構成されている。また、この固体電解質膜11は、図2に示すように平面視して略四角形状とされている。
The
検出用電極対12は、第1電極12aと、第2電極12bとを備えている。第1電極12aは、固体電解質膜11に設けられたCOの酸化に活性な電極であり、第2電極12bは、固体電解質膜11に設けられたCOの酸化に不活性な電極である。また、第1電極12aは、図1及び図2に示すように、固体電解質膜11の一面において第1の角11aに設けられており、第2電極12bは、固体電解質膜11の他面において第1の角11aと対角をなす第2の角11bを除く第3の角11cに設けられている。
The
キャンセル用電極対13は、第3電極13aと、第4電極13bとを備えている。第3電極13a及び第4電極13bは、固体電解質膜11に設けられたCOの酸化に不活性な電極である。また、第3電極13aは、図1及び図2に示すように、固体電解質膜11の一面において第2の角11bに設けられており、第4電極13bは、固体電解質膜11の他面において第1、第2及び第3の角11a〜11cを除く第4の角11dに設けられている。
The
なお、上記第1電極12aは、RuO2にPt及び/又はPdを添加した材料で構成されており、好ましくはRuO2にPtを10wt%添加したものにより構成されている。また、上記第2〜第4電極12b,13a,13bは、ITO(Indium Tin Oxide)+Auの混合物からなる材料で構成されており、好ましくはITOにAuを10wt%混合したものにより構成されている。また、各電極12a,12b,13a,13bは図2に示すようにパッド部16が設けられており、これに電流供給回路21,22が接続される。
Note that the
さらに、センサ部10は、上記構成11〜13の一体物が基板14上に設けられており、基板14の一体物の反対面にはヒータパターン15が形成されている。基板14は、例えばアルミナにより構成され、その厚さは例えば0.35mmとなっている。ヒータパターン15は、Ptにより構成されており、制御部40によって通電されてセンサ部10の温度調節を行うものである。
Further, the
なお、図1に示すように、第1及び第3電極12a,13aは一面のみが固体電解質膜11に接しているが、第2電極12bは、全域が固体電解質膜11及び基板14に覆われている。また、第4電極13bについても一側を除いて固体電解質膜11及び基板14に覆われている。しかし、固体電解質膜11は、多孔質であることから、第2電極12b及び第4電極13bは検知対象ガス等に曝されることとなる。
As shown in FIG. 1, only one surface of the first and
第1電流供給回路(第1ベース電流供給回路)21は、検出用電極対12に対して定電圧を印加して酸素イオンを第2電極12b側から第1電極12a側にポンピングするものである。第2電流供給回路(第2ベース電流供給回路)22は、キャンセル用電極対13に対して定電圧を印加して酸素イオンを第4電極13b側から第3電極13a側にポンピングするものである。これら電流供給回路21,22により電極対12,13に供給される電流をベース電流という。また、これら回路21,22の電圧値は同じである。
The first current supply circuit (first base current supply circuit) 21 applies a constant voltage to the
第1電流センサ(第1電流検出手段)31は検出用電極対12を流れる電流の値を検出するものであり、第2電流センサ(第2電流検出手段)32はキャンセル用電極対13を流れる電流の値を検出するものである。
The first current sensor (first current detection means) 31 detects the value of the current flowing through the
制御部40は、第1電流センサ31により検出された電流値から第2電流センサ32により検出された電流値を差し引いた差分電流値に基づいてCO濃度を検出するものである。また、制御部40は、スイッチ51,52をオンオフ制御する機能を有している。
The
次に、第1実施形態に係る固体電解質型COセンサ1の動作を説明する。まず、センサ部10は、燃焼排ガス中などの測定雰囲気に曝される。これにより、検出用電極対12の第1電極12aでは以下の反応が起こる。
CO+O2−→CO2+2e−
Next, the operation of the solid
CO + O 2− → CO 2 + 2e −
また、検出用電極対12の第2電極12bでは以下の反応が起こる。
O2+4e−→2O2−
Further, the following reaction occurs at the
O 2 + 4e − → 2O 2−
よって、検出用電極対12ではCO濃度に応じた起電力が発生し、これに応じた電流値が第1電流センサ31により検出される。
Therefore, an electromotive force corresponding to the CO concentration is generated in the
しかし、第1実施形態に係る固体電解質型COセンサ1は、燃焼排ガス中など酸素濃度が変化する雰囲気に曝される。このため、第1電流供給回路21による供給電流(ベース電流)が大きく変化してしまう。しかも、ベース電流の変化量は、CO濃度に対する出力電流の変化量よりも大きいことから、CO濃度を検出できなくなってしまう。
However, the solid
ところが、第1実施形態に係る固体電解質型COセンサ1はキャンセル用電極対13を備えている。キャンセル用電極対13の電極13a,13bは、共にCOに不活性な電極であることから、酸素濃度に応じてベース電流が変化してしまうものの、CO濃度に対して電流値が変化しないこととなる。
However, the solid
このため、制御部40は、第1電流センサ31により検出された電流値から第2電流センサ32により検出された電流値を差し引く。これにより、制御部40は差分の電流値に基づいてCO濃度を検出することができる。
For this reason, the
図3は、CO濃度に応じた検出用電極対12とキャンセル用電極対13とに流れる電流の値を示すグラフである。なお、図3では検出用電極対12の電流値を実線(及び三角記号)で示し、キャンセル用電極対13の電流値を破線(及びバツ記号)で示す。
FIG. 3 is a graph showing the value of the current flowing through the
図3に示すように、検出用電極対12には、CO濃度が約100ppmにおいて約0.5μAの電流が流れ、約1000ppmで約1.5μAの電流が流れる。そして、検出用電極対12には、CO濃度が3000ppm弱で約2μAの電流が流れる。これに対して、キャンセル用電極対13には、CO濃度が1000ppm以下の領域において0μAを指し示しており、CO濃度が3000ppm弱でも0.5μA未満の電流しか流れない。
As shown in FIG. 3, a current of about 0.5 μA flows through the
図4は、酸素濃度に応じた検出用電極対12とキャンセル用電極対13とにおけるベース電流の変化量を示すグラフである。なお、図4では検出用電極対12の電流値を実線(及び三角記号)で示し、キャンセル用電極対13の電流値を破線(及びバツ記号)で示す。
FIG. 4 is a graph showing the amount of change in the base current in the
図4に示すように、検出用電極対12においてベース電流は、酸素濃度が5%において約−9μAとなり、10%において約−5.5μAとなり、15%において約−4μAとなり、20%において0μAとなる。これに対して、キャンセル用電極対13においてベース電流は、酸素濃度が5%において約−8μAとなり、10%において約−5μAとなり、15%において約−3μAとなり、20%において0μAとなる。
As shown in FIG. 4, in the
以上の図3及び図4に示すように、検出用電極対12にはCO濃度に応じた電流が流れるものの、キャンセル用電極対13にはCO濃度に応じた電流が流れない。また、検出用電極対12及びキャンセル用電極対13においてベース電流は、酸素濃度に応じて同様の変化量を示している。よって、制御部40は、第1電流センサ31により検出された電流値から第2電流センサ32により検出された電流値を差し引くことにより、CO濃度に応じた電流値のみを抽出することができ、CO濃度を検出することができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, a current corresponding to the CO concentration flows through the
さらに、第1実施形態において制御部40は、スイッチ51,52のオンオフタイミングを異ならせる。すなわち、第1電流供給回路21と第2電流供給回路22とは、異なるタイミングで定電圧を印加し、第1電流センサ31は、第1電流供給回路21による定電圧の印加中において検出用電極対12を流れる電流値を検出し、第2電流センサ32は、第2電流供給回路22による定電圧の印加中においてキャンセル用電極対13を流れる電流値を検出する。
Furthermore, in the first embodiment, the
このため、第1電流センサ31による電流値の検出中に第2電流供給回路22におけるポンピング電流(ベース電流)が影響を与えて検出値が不安定となってしまうことを防止すると共に、第2電流センサ32による電流値の検出中に第1電流供給回路21におけるポンピング電流(ベース電流)が影響を与えて検出値が不安定となってしまうことを防止することができる。
For this reason, while the current value is detected by the first
このようにして、第1実施形態に係る固体電解質型COセンサ1によれば、COの酸化に活性な第1電極12aとCOの酸化に不活性な第2電極12bとからなる検出用電極対12と、COの酸化に不活性な第3電極13aとCOの酸化に不活性な第4電極13bとからなるキャンセル用電極対13と、を備えるため、たとえ酸素濃度が変化する環境下においてベース電流が大きく変化してしまったとしても、検出用電極対12の電流値からキャンセル用電極対13の電流値を差し引くことで、CO濃度に応じた電流値を抽出することができる。従って、酸素濃度が変化する環境下においても、CO濃度を検出することができる。
Thus, according to the solid
また、第1電極12aは固体電解質膜11の一面において第1の角11aに設けられ、第2電極12bは他面において第1の角11aと対角をなす第2の角11bを除く第3の角11cに設けられ、第3電極13aは一面において第2の角11bに設けられ、第4電極13bは他面において第1、第2及び第3の角11a〜11cを除く第4の角11dに設けられている。このため、検出用電極対12は、固体電解質膜11の一側に設けられ、キャンセル用電極対13は、固体電解質膜11の他側に設けられることとなり、第1及び第2電極12a,12bは一側にて対向配置となり、且つ、第3及び第4電極13a,13bは他側にて対向配置となる。よって、このような対向関係から、酸素イオンポンピングにおけるイオン伝導を円滑とすることができる。
In addition, the
また、検出用電極対12を流れる電流値からキャンセル用電極対13を流れる電流値を差し引いた差分電流値に基づいてCO濃度を検出するため、酸素濃度が変化する環境下においても、CO濃度を検出することができる。
Further, since the CO concentration is detected based on the difference current value obtained by subtracting the current value flowing through the cancel
また、第1電流供給回路21と第2電流供給回路22とは、異なるタイミングで定電圧を印加し、第1電流センサ31は、第1電流供給回路21による定電圧の印加中において検出用電極対12を流れる電流値を検出し、第2電流センサ32は、第2電流供給回路22による定電圧の印加中においてキャンセル用電極対13を流れる電流値を検出する。このため、第1電流センサ31による電流値の検出中に第2電流供給回路22におけるポンピング電流が影響を与えて検出値が不安定となってしまうことを防止すると共に、第2電流センサ32による電流値の検出中に第1電流供給回路21におけるポンピング電流が影響を与えて検出値が不安定となってしまうことを防止することができる。従って、CO濃度の検出精度を向上させることができる。
The first
次に、本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態に係る固体電解質型COセンサは、第1実施形態のものと同様であるが、構成が一部異なっている。以下、第1実施形態との相違点のみを説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. The solid oxide CO sensor according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, but the configuration is partially different. Only differences from the first embodiment will be described below.
図5は、第2実施形態に係る固体電解質型COセンサの構成図であり、図6は、図5に示した固体電解質型COセンサの一部構成を示す平面図である。図5及び図6に示すように、第2実施形態に係る固定電解質型COセンサ2において第1電極12aは、固体電解質膜11の一面において第1の角11aに設けられ、第2電極12bは、固体電解質膜11の一面において第1の角と対角をなす第2の角11bに設けられている。
FIG. 5 is a configuration diagram of the solid electrolyte type CO sensor according to the second embodiment, and FIG. 6 is a plan view showing a partial configuration of the solid electrolyte type CO sensor shown in FIG. As shown in FIGS. 5 and 6, in the fixed
また、第3電極13aは、固体電解質膜11の他面において第1及び第2の角11a,11bを除く第3の角11cに設けられ、第4電極13bは、固体電解質膜11の他面において第3の角11cと対角をなす第4の角11dに設けられている。
The
このように、第2実施形態では、検出用電極対12を固体電解質膜11の同じ面に形成すると共に、キャンセル用電極対13についても固体電解質膜11の同じ面に形成することとしている。これによっても、第1実施形態と同様の効果が得られるからである。
Thus, in the second embodiment, the
なお、第2実施形態に係る固定電解質型COセンサ2の動作は第1実施形態のものと同様である。
The operation of the fixed electrolyte
図7は、第2実施形態においてCO濃度に応じた検出用電極対12とキャンセル用電極対13とに流れる電流の値を示すグラフである。なお、図7では検出用電極対12の電流値を実線(及び傾いた四角記号)で示し、キャンセル用電極対13の電流値を破線(及び四角記号)で示す。
FIG. 7 is a graph showing values of currents flowing through the
図7に示すように、検出用電極対12には、CO濃度が約300ppmにおいて約0.3μAの電流が流れ、約1000ppmで約1.0μAの電流が流れる。そして、検出用電極対12には、CO濃度が3000ppm弱で約1.5μAの電流が流れる。これに対して、キャンセル用電極対13には、CO濃度が1000ppm以下の領域において0μAを指し示しており、CO濃度が3000ppm弱でも0.5μA未満の電流しか流れない。
As shown in FIG. 7, a current of about 0.3 μA flows through the
図8は、第2実施形態において酸素濃度に応じた検出用電極対12とキャンセル用電極対13とにおけるベース電流の変化量を示すグラフである。なお、図8では検出用電極対12の電流値を実線(及び傾いた四角記号)で示し、キャンセル用電極対13の電流値を破線(及び四角記号)で示す。
FIG. 8 is a graph showing the amount of change in the base current in the
図8に示すように、検出用電極対12においてベース電流は、酸素濃度が5%において約−8μAとなり、10%において約−5.5μAとなり、15%において約−3.5μAとなり、20%において0μAとなる。これに対して、キャンセル用電極対13においてベース電流は、酸素濃度が5%において約−6.5μAとなり、10%において約−4.5μAとなり、15%において約−2.5μAとなり、20%において0μAとなる。
As shown in FIG. 8, in the
以上の図7及び図8に示すように、検出用電極対12にはCO濃度に応じた電流が流れるものの、キャンセル用電極対13にはCO濃度に応じた電流が流れない。また、検出用電極対12及びキャンセル用電極対13においてベース電流は、酸素濃度に応じて同様の変化量を示している。よって、制御部40は、第1電流センサ31により検出された電流値から第2電流センサ32により検出された電流値を差し引くことにより、CO濃度に応じた電流値のみを抽出することができ、CO濃度を検出することができる。
As shown in FIGS. 7 and 8, a current corresponding to the CO concentration flows through the
このようにして、第2実施形態に係る固体電解質型COセンサ2によれば、第1実施形態と同様に、酸素濃度が変化する環境下においても、CO濃度を検出することができると共に、CO濃度の検出精度を向上させることができる。
Thus, according to the solid
さらに、第2実施形態によれば、第1電極12aは固体電解質膜11の一面において第1の角11aに設けられ、第2電極12bは一面において第1の角11aと対角をなす第2の角11bに設けられ、第3電極13aは他面において第3の角11cに設けられ、第4電極13bは他面において第3の角11cと対角をなす第4の角11dに設けられている。このため、同一面に設けられる電極対12,13の電極12a,12b,13a,13bは、それぞれが対角位置に設けられることとなり、電極間距離を広げることができる。従って、固体電解質型COセンサの容易化を図ることができる。
Furthermore, according to the second embodiment, the
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。例えば、本実施形態において固体電解質型COセンサ1の構成を、材料を挙げて説明したが、材料は特に上記記載のものに限られるものではなく、適宜変更可能である。また、その形状についても適宜変更可能である。
As described above, the present invention has been described based on the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment, and may be modified without departing from the gist of the present invention. For example, in the present embodiment, the configuration of the solid
1,2…固体電解質型COセンサ
10…センサ部
11…酸素イオン伝導性固体電解質
11a〜11d…角
12…検出用電極対
13…キャンセル用電極対
12a,12b,13a,13b…電極
14…基板
15…ヒータパターン
16…パッド部
21…第1電流供給回路(第1ベース電流供給回路)
22…第2電流供給回路(第2ベース電流供給回路)
31…第1電流センサ(第1電流検出手段)
32…第2電流センサ(第2電流検出手段)
40…制御部(濃度検出手段)
51,52…スイッチ
DESCRIPTION OF
22 ... Second current supply circuit (second base current supply circuit)
31 ... 1st current sensor (1st current detection means)
32 ... 2nd current sensor (2nd current detection means)
40: Control unit (concentration detection means)
51, 52 ... switch
Claims (5)
前記酸素イオン伝導性固体電解質に設けられたCOの酸化に活性な第1電極と、前記酸素イオン伝導性固体電解質に設けられたCOの酸化に不活性な第2電極と、からなる検出用電極対と、
前記酸素イオン伝導性固体電解質に設けられたCOの酸化に不活性な第3電極と、前記酸素イオン伝導性固体電解質に設けられたCOの酸化に不活性な第4電極と、からなるキャンセル用電極対と、
を備えることを特徴とする固体電解質型COセンサ。 An oxygen ion conductive solid electrolyte;
A detection electrode comprising: a first electrode active in oxidizing CO provided in the oxygen ion conductive solid electrolyte; and a second electrode inactive in oxidizing CO provided in the oxygen ion conductive solid electrolyte. Vs.
A canceling electrode comprising: a third electrode that is inert to CO oxidation provided on the oxygen ion conductive solid electrolyte; and a fourth electrode that is inert to CO oxidation provided on the oxygen ion conductive solid electrolyte. An electrode pair;
A solid electrolyte type CO sensor comprising:
前記第1電極は、前記酸素イオン伝導性固体電解質の一面において第1の角に設けられ、
前記第2電極は、前記酸素イオン伝導性固体電解質の一面において前記第1の角と対角をなす第2の角に設けられ、
前記第3電極は、前記酸素イオン伝導性固体電解質の他面において前記第1及び第2の角を除く第3の角に設けられ、
前記第4電極は、前記酸素イオン伝導性固体電解質の他面において前記第3の角と対角をなす第4の角に設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の固体電解質型COセンサ。 The oxygen ion conductive solid electrolyte has a substantially rectangular shape in plan view,
The first electrode is provided at a first corner on one surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte,
The second electrode is provided at a second corner that is diagonal to the first corner on one surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte,
The third electrode is provided at a third corner excluding the first and second corners on the other surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte,
2. The solid electrolyte type according to claim 1, wherein the fourth electrode is provided at a fourth corner that forms a diagonal with the third corner on the other surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte. 3. CO sensor.
前記第1電極は、前記酸素イオン伝導性固体電解質の一面において第1の角に設けられ、
前記第2電極は、前記酸素イオン伝導性固体電解質の他面において前記第1の角と対角をなす第2の角を除く第3の角に設けられ、
前記第3電極は、前記酸素イオン伝導性固体電解質の一面において前記第2の角に設けられ、
前記第4電極は、前記酸素イオン伝導性固体電解質の他面において前記第1、第2及び第3の角を除く第4の角に設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の固体電解質型COセンサ。 The oxygen ion conductive solid electrolyte has a substantially rectangular shape in plan view,
The first electrode is provided at a first corner on one surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte,
The second electrode is provided at a third corner excluding a second corner that forms a diagonal with the first corner on the other surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte,
The third electrode is provided at the second corner on one surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte,
2. The fourth electrode according to claim 1, wherein the fourth electrode is provided at a fourth corner excluding the first, second, and third corners on the other surface of the oxygen ion conductive solid electrolyte. Solid electrolyte CO sensor.
前記キャンセル用電極対を流れる電流値を検出する第2電流検出手段と、
前記第1電流検出手段により検出された電流値から前記第2電流検出手段により検出された電流値を差し引いた差分電流値に基づいてCO濃度を検出する濃度検出手段と、
を備えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の固体電解質型COセンサ。 First current detection means for detecting a current value flowing through the detection electrode pair;
Second current detection means for detecting a current value flowing through the cancel electrode pair;
Concentration detecting means for detecting a CO concentration based on a differential current value obtained by subtracting the current value detected by the second current detecting means from the current value detected by the first current detecting means;
The solid electrolyte CO sensor according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記キャンセル用電極対に定電圧を印加して酸素イオンを前記第4電極側から前記第3電極側にポンピングする第2ベース電流供給回路と、を備え、
前記第1ベース電流供給回路と前記第2ベース電流供給回路とは、異なるタイミングで定電圧を印加し、
前記第1電流検出手段は、前記第1ベース電流供給回路による定電圧の印加中において前記検出用電極対を流れる電流値を検出し、
前記第2電流検出手段は、前記第2ベース電流供給回路による定電圧の印加中において前記キャンセル用電極対を流れる電流値を検出する
ことを特徴とする請求項4に記載の固体電解質型COセンサ。 A first base current supply circuit that applies a constant voltage to the detection electrode pair to pump oxygen ions from the second electrode side to the first electrode side;
A second base current supply circuit that applies a constant voltage to the cancel electrode pair to pump oxygen ions from the fourth electrode side to the third electrode side,
The first base current supply circuit and the second base current supply circuit apply a constant voltage at different timings,
The first current detection means detects a current value flowing through the detection electrode pair during application of a constant voltage by the first base current supply circuit,
5. The solid oxide CO sensor according to claim 4, wherein the second current detection unit detects a current value flowing through the cancel electrode pair during application of a constant voltage by the second base current supply circuit. .
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