JP2021148612A - Sensor element and gas sensor - Google Patents

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Abstract

To measure correctly, density of a specific oxide gas, regardless of an atmosphere of a gas to be measured.SOLUTION: A sensor element 101 comprises: a main pump cell 21 comprising an external pump electrode 23 including Pt on a part exposed to an exhaust gas of an element body 101a, and adjusting oxygen density of a first internal dead space 20; and a porous protective layer 91 for covering a tip part including a gas introduction hole 10 and the external pump electrode 23 on an external plane of the electrode body 101a. A first gas circulation path is a path reaching the gas introduction hole 10 from a position facing the gas introduction hole 10 on a surface of the porous protective layer 91, at a shortest distance. A second gas circulation path is a path reaching a near side of the gas introduction hole 10 through the external pump electrode 23 from a position facing the external pump electrode 23 out of the surface of the porous protective layer 91 at a shortest distance. A gas circulation inhibition part 92 is provided at a region for blocking the second gas circulation path, and a ratio of the first gas circulation path to a porosity of the gas circulation inhibition part 92 is 1.03 or greater.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、センサ素子及びガスセンサに関する。 The present invention relates to a sensor element and a gas sensor.

従来、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるNOxなどの特定ガスの濃度を検出するセンサ素子を備えたガスセンサが知られている。例えば、特許文献1には、積層体を利用したセンサ素子が開示されている。積層体は、酸素イオン伝導性の複数の固体電解質層を積層したものである。積層体は、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部を内部に備えている。積層体は、被測定ガス側電極と測定電極を備えている。積層体のうち被測定ガス流通部の入口及び被測定ガス側電極を含む先端部は、多孔質保護層で被覆されている。被測定ガス側電極は、積層体のうち被測定ガスに晒される外面に設けられ、被測定ガス流通部から酸素の汲み出しを行うことに用いられる。被測定ガス側電極には、Ptが使われる。測定電極は、被測定ガス流通部のうちの測定室の内周面上に設けられている。被測定ガス中のNOxは、測定電極で還元されて酸素を発生する。ここで、発生する酸素の量は、被測定ガス中のNOx濃度に比例するものであるから、その酸素の量に基づいて被測定ガス中のNOx濃度が算出される。 Conventionally, a gas sensor including a sensor element for detecting the concentration of a specific gas such as NOx in a gas to be measured such as an exhaust gas of an automobile has been known. For example, Patent Document 1 discloses a sensor element using a laminated body. The laminate is a laminate of a plurality of oxygen ion conductive solid electrolyte layers. The laminated body includes an internal measurement gas distribution unit that introduces and distributes the measurement gas. The laminate includes a gas-side electrode to be measured and a measurement electrode. Of the laminate, the inlet of the gas flow section to be measured and the tip including the electrode on the gas side to be measured are covered with a porous protective layer. The electrode to be measured is provided on the outer surface of the laminate exposed to the gas to be measured, and is used to pump oxygen from the gas flow section to be measured. Pt is used for the electrode to be measured on the gas side. The measurement electrode is provided on the inner peripheral surface of the measurement chamber in the gas flow section to be measured. NOx in the gas to be measured is reduced at the measurement electrode to generate oxygen. Here, since the amount of oxygen generated is proportional to the NOx concentration in the gas to be measured, the NOx concentration in the gas to be measured is calculated based on the amount of oxygen.

特開2016−65852号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-65552

しかしながら、例えば被測定ガスがガソリンエンジンの排ガスだった場合には、排ガスがストイキ雰囲気になると、Ptを含む被測定ガス側電極では、三元触媒と同様、NOxが浄化されてしまい、NOx濃度を正確に測定できないことがあった。 However, for example, when the gas to be measured is the exhaust gas of a gasoline engine, when the exhaust gas becomes a stoichiometric atmosphere, NOx is purified at the gas-side electrode to be measured containing Pt as in the case of the three-way catalyst, and the NOx concentration is increased. Sometimes it was not possible to measure accurately.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、被測定ガスの雰囲気にかかわらず特定の酸化物ガス濃度を正確に測定することを主目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to accurately measure a specific oxide gas concentration regardless of the atmosphere of the gas to be measured.

本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The present invention has taken the following measures to achieve the above-mentioned main object.

本発明のセンサ素子は、
被測定ガス中の特定の酸化物ガス濃度を検出するためのセンサ素子であって、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し、前記被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
前記素子本体の外側の前記排ガスに晒される部分にPtを含有する被測定ガス側電極を有し、前記被測定ガス流通部のうちの酸素濃度調整室の酸素濃度を調整するための調整用ポンプセルと、
前記被測定ガス流通部のうちの前記酸素濃度調整室の下流側に設けられた測定室に配設された測定電極と、
前記素子本体の外面のうち、前記被測定ガス流通部の入口及び前記測定ガス側電極を含む先端部を被覆する多孔質保護層と、
を備えたセンサ素子であって
前記多孔質保護層は、
前記多孔質保護層の表面のうち前記入口に対向する位置から前記入口に最短で至る第1ガス流通経路と、
前記多孔質保護層の表面のうち前記被測定ガス側電極に対向する位置から前記被測定ガス側電極を経て前記入口の手前に最短で至る第2ガス流通経路と、
前記第2ガス流通経路を遮断する領域に設けられ、前記第1ガス流通経路に比べて気孔率が小さいガス流通阻害部と、
を備え、
前記ガス流通阻害部の気孔率に対する前記第1ガス流通経路の気孔率の割合は、1.03以上のものである。
The sensor element of the present invention is
A sensor element for detecting a specific oxide gas concentration in the gas to be measured.
An element body having an oxygen ion conductive solid electrolyte layer and having a gas measurement unit for introducing and circulating the gas to be measured inside.
An adjustment pump cell having a gas-measured gas-side electrode containing Pt in a portion exposed to the exhaust gas on the outside of the element body, and adjusting the oxygen concentration in the oxygen concentration adjustment chamber of the gas flow-in portion to be measured. When,
A measuring electrode arranged in a measuring chamber provided on the downstream side of the oxygen concentration adjusting chamber in the gas flow section to be measured, and a measuring electrode.
Of the outer surface of the element body, a porous protective layer that covers the inlet of the gas flow section to be measured and the tip including the electrode on the measurement gas side, and
The porous protective layer is a sensor element provided with the above.
A first gas flow path from a position facing the inlet on the surface of the porous protective layer to the inlet at the shortest distance.
A second gas flow path from a position on the surface of the porous protective layer facing the gas-side electrode to be measured, through the gas-side electrode to be measured, and to the front of the inlet at the shortest distance.
A gas flow obstruction portion provided in a region that blocks the second gas flow path and having a smaller porosity than the first gas flow path.
With
The ratio of the porosity of the first gas flow path to the porosity of the gas flow obstruction portion is 1.03 or more.

このセンサ素子を用いて、例えば以下のように被測定ガスに含まれる特定の酸化物ガス濃度を検出することができる。まず、調整用ポンプセルを動作させて、被測定ガス流通部内に導入された被測定ガスの酸素濃度を調整する。これにより、調整後の被測定ガスが測定室に到達する。そして、特定の酸化物ガスに由来して測定室で発生する酸素(特定の酸化物ガスそのものを測定室で還元したときに発生する酸素)に応じた検出値を取得し、取得した検出値に基づいて被測定ガス中の特定の酸化物ガス濃度を検出する。このセンサ素子の多孔質保護層には、ガス流通阻害部が設けられている。そのため、被測定ガスの雰囲気にかかわらず被測定ガス中の特定の酸化物ガス濃度を正確に測定することができる。この理由は以下のように考えられる。Ptを含む被測定ガス側電極は、被測定ガスの雰囲気がストイキとなった際には、被測定ガスに含まれる特定の酸化物ガスを還元しやすい。その還元によって特定の酸化物ガス濃度が低下した被測定ガスが測定室内に到達すると、特定の酸化物ガスに由来して発生する酸素が減少して、特定の酸化物ガス濃度の測定精度が低下すると考えられる。これに対して、このセンサ素子では、多孔質保護層の表面のうち被測定ガス側電極に対向する位置から被測定ガス側電極を経て入口の手前に最短で至る第2ガス流通経路を遮断する領域に、気孔率が小さいガス流通阻害部を備えており、ガス流通阻害部の気孔率に対する第1ガス流通経路の気孔率の割合は、1.03以上である。例えば、ガス流通阻害部が多孔質保護層の表面のうち被測定ガス側電極に対向する位置から被測定ガス側電極までの間に設けられている場合には、そのガス流通阻害部は被測定ガスが被測定ガス側電極に到達するのを妨げるため、被測定ガス中の特定の酸化物ガスが被測定ガス側電極で還元されるのを抑制する。また、ガス流通阻害部が被測定ガス側電極から最短で入口の手前に至るまでの間に設けられている場合には、そのガス流通阻害部は被測定ガス側電極で還元されて特定の酸化物ガス濃度が低下した被測定ガスが被測定ガス流通部の入口に到達するのを妨げる。したがって、いずれの場合であっても、被測定ガスの雰囲気にかかわらず被測定ガス中の特定の酸化物ガス濃度を正確に測定することができる。 Using this sensor element, for example, the concentration of a specific oxide gas contained in the gas to be measured can be detected as follows. First, the adjusting pump cell is operated to adjust the oxygen concentration of the gas to be measured introduced into the gas distribution section to be measured. As a result, the adjusted gas to be measured reaches the measurement chamber. Then, a detection value corresponding to oxygen generated in the measurement chamber derived from the specific oxide gas (oxygen generated when the specific oxide gas itself is reduced in the measurement chamber) is acquired, and the acquired detection value is used. Based on this, a specific oxide gas concentration in the gas to be measured is detected. The porous protective layer of this sensor element is provided with a gas flow obstructing portion. Therefore, the concentration of a specific oxide gas in the gas to be measured can be accurately measured regardless of the atmosphere of the gas to be measured. The reason for this is considered as follows. The electrode to be measured gas containing Pt tends to reduce a specific oxide gas contained in the gas to be measured when the atmosphere of the gas to be measured becomes stoichiometric. When the gas to be measured, whose specific oxide gas concentration has decreased due to the reduction, reaches the measurement chamber, the oxygen generated from the specific oxide gas decreases, and the measurement accuracy of the specific oxide gas concentration decreases. It is thought that. On the other hand, in this sensor element, the second gas flow path from the position facing the gas side electrode to be measured on the surface of the porous protective layer, passing through the gas side electrode to be measured, and reaching just before the inlet is blocked. A gas flow obstruction portion having a small porosity is provided in the region, and the ratio of the porosity of the first gas flow path to the porosity of the gas flow obstruction portion is 1.03 or more. For example, when the gas flow obstruction portion is provided between the surface of the porous protective layer facing the gas side electrode to be measured and the gas flow obstruction portion to be measured, the gas flow obstruction portion is to be measured. Since it prevents the gas from reaching the electrode to be measured, it suppresses the reduction of a specific oxide gas in the gas to be measured at the electrode to be measured. Further, when the gas flow obstruction part is provided between the electrode to be measured and the shortest distance to the front of the inlet, the gas flow obstruction part is reduced by the electrode to be measured and specific oxidation. It prevents the gas to be measured having a reduced substance gas concentration from reaching the inlet of the gas flow section to be measured. Therefore, in any case, the concentration of a specific oxide gas in the gas to be measured can be accurately measured regardless of the atmosphere of the gas to be measured.

本発明のセンサ素子において、前記第2ガス流通経路を遮断する領域は、少なくとも前記多孔質保護層の表面のうち前記被測定ガス側電極に対向する位置から前記被測定ガス側電極に至るまでの領域としてもよい。 In the sensor element of the present invention, the region that blocks the second gas flow path is at least from the position of the surface of the porous protective layer facing the gas-measured gas-side electrode to the gas-measured gas-side electrode. It may be an area.

本発明のセンサ素子において、前記ガス流通阻害部の気孔率に対する第1ガス流通経路の気孔率の割合は、1.03以上3.09以下であってもよい。こうすれば、被測定ガスの雰囲気にかかわらず特定の酸化物ガス濃度をより正確に測定することができる。この場合、ガス流通阻害部の気孔率は9.8%以上25.4%以下、第1ガス流通経路の気孔率は20.0%以上30.3%以下としてもよい。 In the sensor element of the present invention, the ratio of the porosity of the first gas flow path to the porosity of the gas flow obstruction portion may be 1.03 or more and 3.09 or less. In this way, a specific oxide gas concentration can be measured more accurately regardless of the atmosphere of the gas to be measured. In this case, the porosity of the gas flow blocking portion may be 9.8% or more and 25.4% or less, and the porosity of the first gas flow path may be 20.0% or more and 30.3% or less.

本発明のセンサ素子において、前記ガス流通阻害部の気孔率に対する第1ガス流通経路の気孔率の割合は、1.96以上3.09以下であってもよい。こうすれば、被測定ガスの雰囲気にかかわらず特定の酸化物ガス濃度を十分正確に測定することができる。この場合、ガス流通阻害部の気孔率は9.8%以上15.0%以下、第1ガス流通経路の気孔率は20.0%以上30.3%以下としてもよい。 In the sensor element of the present invention, the ratio of the porosity of the first gas flow path to the porosity of the gas flow obstruction portion may be 1.96 or more and 3.09 or less. In this way, the specific oxide gas concentration can be measured sufficiently accurately regardless of the atmosphere of the gas to be measured. In this case, the porosity of the gas flow blocking portion may be 9.8% or more and 15.0% or less, and the porosity of the first gas flow path may be 20.0% or more and 30.3% or less.

本発明のセンサ素子において、前記被測定ガスは、火花点火内燃機関からの排ガスであってもよい。火花点火内燃機関からの排ガスは、比較的ストイキ雰囲気になりやすいため本発明のセンサ素子を用いる意義が高い。 In the sensor element of the present invention, the gas to be measured may be exhaust gas from a spark-ignition internal combustion engine. Since the exhaust gas from the spark-ignition internal combustion engine tends to have a relatively stoichiometric atmosphere, it is highly significant to use the sensor element of the present invention.

本発明のセンサ素子において、前記酸化物ガス濃度は、NOx濃度であってもよい。Ptを含む被測定ガス側電極は、ストイキ雰囲気でNOxを還元しやすいため、NOx濃度の測定に本発明のセンサ素子を用いる意義が高い。 In the sensor element of the present invention, the oxide gas concentration may be a NOx concentration. Since the electrode to be measured containing Pt easily reduces NOx in a stoichiometric atmosphere, it is highly significant to use the sensor element of the present invention for measuring the NOx concentration.

本発明のガスセンサは、
上述したいずれかの態様の本発明のセンサ素子と、
前記酸素濃度調整室の酸素濃度が目標濃度となるように前記調整用ポンプセルを動作させる調整用ポンプセル制御部と、
前記基準電極と前記測定電極との間の測定用電圧を検出する測定用電圧検出部と、
前記測定用電圧に基づいて、前記酸化物ガスに由来して前記測定室で発生する酸素に応じた検出値を取得し、該検出値に基づいて前記排ガス中の前記酸化物ガス濃度を検出する特定ガス濃度検出部と、
を備えるものである。
The gas sensor of the present invention
With the sensor element of the present invention in any of the above-described embodiments,
An adjustment pump cell control unit that operates the adjustment pump cell so that the oxygen concentration in the oxygen concentration adjustment chamber becomes a target concentration.
A measurement voltage detection unit that detects a measurement voltage between the reference electrode and the measurement electrode,
Based on the measurement voltage, a detection value corresponding to oxygen generated in the measurement chamber derived from the oxide gas is acquired, and the oxide gas concentration in the exhaust gas is detected based on the detection value. Specific gas concentration detector and
Is provided.

このガスセンサは、上述したいずれかのセンサ素子を備えている。そのため、このガスセンサは、上述した本発明のセンサ素子と同様の効果、例えば、特定の酸化物ガス濃度を被測定ガスの雰囲気にかかわらず正確に測定することができる。 This gas sensor includes any of the sensor elements described above. Therefore, this gas sensor can accurately measure the same effect as the sensor element of the present invention described above, for example, a specific oxide gas concentration regardless of the atmosphere of the gas to be measured.

センサ素子101の構成の一例を概略的に示した斜視図。FIG. 5 is a perspective view schematically showing an example of the configuration of the sensor element 101. 図1のA−Aの断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 第1ガス流通経路P1及び第2ガス流通経路P2を概略的に示した断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a first gas flow path P1 and a second gas flow path P2. プラズマガン170を用いたプラズマ溶射の説明図。Explanatory drawing of plasma spraying using a plasma gun 170. 制御装置90の各セルとの電気的な接続関係を示すブロック図。The block diagram which shows the electrical connection relationship with each cell of a control device 90. センサ素子201の構成の一例を概略的に示した斜視図。FIG. 5 is a perspective view schematically showing an example of the configuration of the sensor element 201. センサ素子301の構成の一例を概略的に示した斜視図。The perspective view which showed the example of the structure of the sensor element 301 schematicly. 実験例1,5,19の各々における被測定ガスのA/FとIp2相対感度との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the A / F of the measured gas and the Ip2 relative sensitivity in each of Experimental Examples 1, 5 and 19.

次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態であるセンサ素子101の構成の一例を概略的に示した斜視図である。図2は、図1のA−Aの断面図である。図3は、第1ガス流通経路P1及び第2ガス流通経路P2を概略的に示した断面図である。図4は、プラズマガン170を用いたプラズマ溶射の説明図である。図5は、制御装置90と各セルとの電気的な接続関係を示すブロック図である。なお、本実施形態において、上下方向や前後方向は図1に示す通りであり、図1の紙面に対して奥を左方向、紙面に対して手前を右方向と称するものとする。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the configuration of the sensor element 101 according to the embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the first gas flow path P1 and the second gas flow path P2. FIG. 4 is an explanatory diagram of plasma spraying using the plasma gun 170. FIG. 5 is a block diagram showing an electrical connection relationship between the control device 90 and each cell. In the present embodiment, the vertical direction and the front-back direction are as shown in FIG. 1, and the back side with respect to the paper surface of FIG. 1 is referred to as the left direction, and the front side with respect to the paper surface is referred to as the right direction.

このガスセンサ100は、例えば火花点火内燃機関であるガソリンエンジンの排ガス管などの配管に取り付けられている。ガスセンサ100は、内燃機関の排ガス中の特定の酸化物ガス(ここではNOx)の濃度を検出する。ガスセンサ100は、長尺な直方体形状をしたセンサ素子101と、センサ素子101が備える各セル21,41,50,80〜83と、可変電源24,46,52と、ガスセンサ100全体を制御する制御装置90と、を備えている。 The gas sensor 100 is attached to a pipe such as an exhaust gas pipe of a gasoline engine which is a spark-ignition internal combustion engine, for example. The gas sensor 100 detects the concentration of a specific oxide gas (NOx in this case) in the exhaust gas of the internal combustion engine. The gas sensor 100 controls the sensor element 101 having a long rectangular parallelepiped shape, the cells 21, 41, 50, 80 to 83 included in the sensor element 101, the variable power supplies 24, 46, 52, and the entire gas sensor 100. The device 90 and the like are provided.

センサ素子101は、素子本体101aと、素子本体101aの先端側を被覆する多孔質保護層91と、を備えている。なお、素子本体101aは、センサ素子101のうち多孔質保護層91以外の部分を指す。 The sensor element 101 includes an element body 101a and a porous protective layer 91 that covers the tip end side of the element body 101a. The element body 101a refers to a portion of the sensor element 101 other than the porous protective layer 91.

素子本体101aは、それぞれがジルコニア(ZrO2)等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる第1基板層1と、第2基板層2と、第3基板層3と、第1固体電解質層4と、スペーサ層5と、第2固体電解質層6との6つの層が、図面視で下側からこの順に積層された積層体を有する素子である。また、これら6つの層を形成する固体電解質は緻密な気密のものである。係る素子本体101aは、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工および回路パターンの印刷などを行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。 The element body 101a has a first substrate layer 1, a second substrate layer 2, a third substrate layer 3, and a first solid electrolyte layer 4 , each of which is composed of an oxygen ion conductive solid electrolyte layer such as zirconia (ZrO 2). The element has a laminated body in which six layers, the spacer layer 5 and the second solid electrolyte layer 6, are laminated in this order from the lower side in the drawing. Further, the solid electrolyte forming these six layers is a dense and airtight one. The element main body 101a is manufactured, for example, by performing predetermined processing, printing of a circuit pattern, or the like on a ceramic green sheet corresponding to each layer, laminating them, and further firing and integrating them.

素子本体101aの先端部側(図1の左端部側)であって、第2固体電解質層6の下面と第1固体電解質層4の上面との間には、ガス導入口10と、第1拡散律速部11と、緩衝空間12と、第2拡散律速部13と、第1内部空所20と、第3拡散律速部30と、第2内部空所40と、第4拡散律速部60と、第3内部空所61とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。 A gas introduction port 10 and a first gas inlet 10 are located between the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 and the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 on the tip end side (left end side in FIG. 1) of the element main body 101a. Diffusion rate-determining section 11, buffer space 12, second diffusion rate-determining section 13, first internal space 20, third diffusion rate-determining section 30, second internal space 40, and fourth diffusion rate-determining section 60. , The third internal space 61 is formed adjacent to each other in this order.

ガス導入口10と、緩衝空間12と、第1内部空所20と、第2内部空所40と、第3内部空所61とは、スペーサ層5をくり抜いた態様にて設けられた上部を第2固体電解質層6の下面で、下部を第1固体電解質層4の上面で、側部をスペーサ層5の側面で区画されたセンサ素子101内部の空間である。 The gas introduction port 10, the buffer space 12, the first internal space 20, the second internal space 40, and the third internal space 61 have an upper portion provided in a manner in which the spacer layer 5 is hollowed out. The space inside the sensor element 101 is defined by the lower surface of the second solid electrolyte layer 6, the lower portion is the upper surface of the first solid electrolyte layer 4, and the side portion is partitioned by the side surface of the spacer layer 5.

第1拡散律速部11と、第2拡散律速部13と、第3拡散律速部30とはいずれも、2本の横長の(図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する)スリットとして設けられる。また、第4拡散律速部60は、第2固体電解質層6の下面との隙間として形成された1本の横長の(図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する)スリットとして設けられる。なお、ガス導入口10から第3内部空所61に至る部位を被測定ガス流通部とも称する。 The first diffusion rate-determining section 11, the second diffusion rate-determining section 13, and the third diffusion rate-determining section 30 are all provided as two horizontally long slits (the openings have a longitudinal direction in the direction perpendicular to the drawing). .. Further, the fourth diffusion rate-determining portion 60 is provided as one horizontally long slit (the opening has a longitudinal direction in the direction perpendicular to the drawing) formed as a gap with the lower surface of the second solid electrolyte layer 6. The portion from the gas introduction port 10 to the third internal space 61 is also referred to as a gas distribution section to be measured.

また、被測定ガス流通部よりも先端側から遠い位置には、第3基板層3の上面と、スペーサ層5の下面との間であって、側部を第1固体電解質層4の側面で区画される位置に基準ガス導入空間43が設けられている。基準ガス導入空間43には、NOx濃度の測定を行う際の基準ガスとして、例えば大気が導入される。 Further, at a position far from the tip side of the gas flow portion to be measured, between the upper surface of the third substrate layer 3 and the lower surface of the spacer layer 5, the side portion is on the side surface of the first solid electrolyte layer 4. A reference gas introduction space 43 is provided at a position to be partitioned. For example, the atmosphere is introduced into the reference gas introduction space 43 as a reference gas for measuring the NOx concentration.

大気導入層48は、多孔質セラミックスからなる層であって、大気導入層48には基準ガス導入空間43を通じて基準ガスが導入されるようになっている。また、大気導入層48は、基準電極42を被覆するように形成されている。 The atmosphere introduction layer 48 is a layer made of porous ceramics, and the reference gas is introduced into the atmosphere introduction layer 48 through the reference gas introduction space 43. Further, the atmosphere introduction layer 48 is formed so as to cover the reference electrode 42.

基準電極42は、第3基板層3の上面と第1固体電解質層4とに挟まれる態様にて形成される電極であり、上述のように、その周囲には、基準ガス導入空間43につながる大気導入層48が設けられている。また、後述するように、基準電極42を用いて第1内部空所20内,第2内部空所40内,及び第3内部空所61内の酸素濃度(酸素分圧)を測定することが可能となっている。基準電極42は、多孔質サーメット電極(例えば、PtとZrO2とのサーメット電極)として形成される。 The reference electrode 42 is an electrode formed so as to be sandwiched between the upper surface of the third substrate layer 3 and the first solid electrolyte layer 4, and as described above, the reference electrode 42 is connected to the reference gas introduction space 43 around the reference electrode 42. An air introduction layer 48 is provided. Further, as will be described later, the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first internal space 20, the second internal space 40, and the third internal space 61 can be measured using the reference electrode 42. It is possible. The reference electrode 42 is formed as a porous cermet electrode (for example, a cermet electrode of Pt and ZrO 2 ).

被測定ガス流通部において、ガス導入口10は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口10を通じて外部空間からセンサ素子101内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。第1拡散律速部11は、ガス導入口10から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。緩衝空間12は、第1拡散律速部11より導入された被測定ガスを第2拡散律速部13へと導くために設けられた空間である。第2拡散律速部13は、緩衝空間12から第1内部空所20に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。被測定ガスが、センサ素子101外部から第1内部空所20内まで導入されるにあたって、外部空間における被測定ガスの圧力変動(被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動)によってガス導入口10からセンサ素子101内部に急激に取り込まれた被測定ガスは、直接第1内部空所20へ導入されるのではなく、第1拡散律速部11、緩衝空間12、第2拡散律速部13を通じて被測定ガスの圧力変動が打ち消された後、第1内部空所20へ導入されるようになっている。これによって、第1内部空所20へ導入される被測定ガスの圧力変動はほとんど無視できる程度のものとなる。第1内部空所20は、第2拡散律速部13を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、主ポンプセル21が作動することによって調整される。 In the gas flow section to be measured, the gas introduction port 10 is a portion that is open to the external space, and the gas to be measured is taken into the sensor element 101 from the external space through the gas introduction port 10. There is. The first diffusion rate-determining unit 11 is a portion that imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured taken in from the gas introduction port 10. The buffer space 12 is a space provided for guiding the gas to be measured introduced from the first diffusion rate-determining unit 11 to the second diffusion rate-determining unit 13. The second diffusion rate-determining unit 13 is a portion that imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured introduced from the buffer space 12 into the first internal space 20. When the gas to be measured is introduced from the outside of the sensor element 101 to the inside of the first internal space 20, the pressure fluctuation of the gas to be measured in the external space (if the gas to be measured is the exhaust gas of an automobile, the pulsation of the exhaust pressure). ) Suddenly taken into the inside of the sensor element 101 from the gas introduction port 10), the gas to be measured is not directly introduced into the first internal space 20, but the first diffusion rate-determining unit 11, the buffer space 12, and the second. After the pressure fluctuation of the gas to be measured is canceled through the diffusion rate-determining unit 13, the gas is introduced into the first internal space 20. As a result, the pressure fluctuation of the gas to be measured introduced into the first internal space 20 becomes almost negligible. The first internal space 20 is provided as a space for adjusting the oxygen partial pressure in the gas to be measured introduced through the second diffusion rate-determining unit 13. The oxygen partial pressure is adjusted by operating the main pump cell 21.

主ポンプセル21は、第1内部空所20に面する第2固体電解質層6の下面のほぼ全面に設けられた天井電極部22aを有する内側ポンプ電極22と、第2固体電解質層6の上面の天井電極部22aと対応する領域に外部空間に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極23と、これらの電極に挟まれた第2固体電解質層6とによって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。 The main pump cell 21 has an inner pump electrode 22 having a ceiling electrode portion 22a provided on substantially the entire lower surface of the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 facing the first internal space 20, and an upper surface of the second solid electrolyte layer 6. An electrochemical pump cell composed of an outer pump electrode 23 provided in a region corresponding to the ceiling electrode portion 22a so as to be exposed to an external space, and a second solid electrolyte layer 6 sandwiched between these electrodes. be.

内側ポンプ電極22は、第1内部空所20を区画する上下の固体電解質層(第2固体電解質層6および第1固体電解質層4)、および、側壁を与えるスペーサ層5にまたがって形成されている。具体的には、第1内部空所20の天井面を与える第2固体電解質層6の下面には天井電極部22aが形成され、また、底面を与える第1固体電解質層4の上面には底部電極部22bが形成され、そして、それら天井電極部22aと底部電極部22bとを接続するように、側部電極部(図示省略)が第1内部空所20の両側壁部を構成するスペーサ層5の側壁面(内面)に形成されて、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態とされた構造において配設されている。 The inner pump electrode 22 is formed so as to straddle the upper and lower solid electrolyte layers (second solid electrolyte layer 6 and first solid electrolyte layer 4) that partition the first internal space 20 and the spacer layer 5 that provides the side wall. There is. Specifically, a ceiling electrode portion 22a is formed on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 that provides the ceiling surface of the first internal space 20, and a bottom portion is formed on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 that provides the bottom surface. A spacer layer in which electrode portions 22b are formed, and side electrode portions (not shown) form both side wall portions of the first internal space 20 so as to connect the ceiling electrode portions 22a and the bottom electrode portions 22b. It is formed on the side wall surface (inner surface) of No. 5 and is arranged in a structure in the form of a tunnel at the arrangement portion of the side electrode portion.

内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23は、多孔質サーメット電極(例えば、PtとZrO2とのサーメット電極)として形成される。なお、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23は、被測定ガス中のNOx成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。 The inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23 are formed as a porous cermet electrode (for example, a cermet electrode of Pt and ZrO 2 ). The inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23 that come into contact with the gas to be measured are formed by using a material having a weakened reducing ability for the NOx component in the gas to be measured.

主ポンプセル21においては、内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23との間に所望のポンプ電圧Vp0を印加して、内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ip0を流すことにより、第1内部空所20内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第1内部空所20に汲み入れることが可能となっている。 In the main pump cell 21, a desired pump voltage Vp0 is applied between the inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23, and a pump current is applied in the positive or negative direction between the inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23. By flowing Ip0, the oxygen in the first internal space 20 can be pumped into the external space, or the oxygen in the external space can be pumped into the first internal space 20.

また、第1内部空所20における雰囲気中の酸素濃度(酸素分圧)を検出するために、内側ポンプ電極22と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、基準電極42によって、電気化学的なセンサセル、すなわち、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80が構成されている。 Further, in order to detect the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the atmosphere in the first internal space 20, the inner pump electrode 22, the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, and the first solid electrolyte layer 4 are used. The third substrate layer 3 and the reference electrode 42 constitute an electrochemical sensor cell, that is, an oxygen partial pressure detection sensor cell 80 for controlling a main pump.

主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80における起電力V0を測定することで第1内部空所20内の酸素濃度(酸素分圧)がわかるようになっている。さらに、起電力V0が目標値となるように可変電源24のポンプ電圧Vp0をフィードバック制御することでポンプ電流Ip0が制御されている。これによって、第1内部空所20内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。 By measuring the electromotive force V0 in the oxygen partial pressure detection sensor cell 80 for controlling the main pump, the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first internal space 20 can be known. Further, the pump current Ip0 is controlled by feedback-controlling the pump voltage Vp0 of the variable power supply 24 so that the electromotive force V0 becomes the target value. As a result, the oxygen concentration in the first internal space 20 can be maintained at a predetermined constant value.

第3拡散律速部30は、第1内部空所20で主ポンプセル21の動作により酸素濃度(酸素分圧)が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第2内部空所40に導く部位である。 The third diffusion rate-determining unit 30 imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured whose oxygen concentration (oxygen partial pressure) is controlled by the operation of the main pump cell 21 in the first internal space 20, and applies the gas to be measured. It is a part leading to the second internal space 40.

第2内部空所40は、あらかじめ第1内部空所20において酸素濃度(酸素分圧)が調整された後、第3拡散律速部30を通じて導入された被測定ガスに対して、さらに補助ポンプセル50による酸素分圧の調整を行うための空間として設けられている。これにより、第2内部空所40内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、係るガスセンサ100においては精度の高いNOx濃度測定が可能となる。 In the second internal space 40, after the oxygen concentration (oxygen partial pressure) is adjusted in advance in the first internal space 20, the auxiliary pump cell 50 is further applied to the gas to be measured introduced through the third diffusion rate-determining unit 30. It is provided as a space for adjusting the oxygen partial pressure. As a result, the oxygen concentration in the second internal space 40 can be kept constant with high accuracy, so that the gas sensor 100 can measure the NOx concentration with high accuracy.

補助ポンプセル50は、第2内部空所40に面する第2固体電解質層6の下面の略全体に設けられた天井電極部51aを有する補助ポンプ電極51と、外側ポンプ電極23(外側ポンプ電極23に限られるものではなく、センサ素子101の外側の適当な電極であれば足りる)と、第2固体電解質層6とによって構成される、補助的な電気化学的ポンプセルである。 The auxiliary pump cell 50 includes an auxiliary pump electrode 51 having a ceiling electrode portion 51a provided on substantially the entire lower surface of the second solid electrolyte layer 6 facing the second internal space 40, and an outer pump electrode 23 (outer pump electrode 23). It is an auxiliary electrochemical pump cell composed of a suitable electrode on the outside of the sensor element 101) and a second solid electrolyte layer 6.

係る補助ポンプ電極51は、先の第1内部空所20内に設けられた内側ポンプ電極22と同様なトンネル形態とされた構造において、第2内部空所40内に配設されている。つまり、第2内部空所40の天井面を与える第2固体電解質層6に対して天井電極部51aが形成され、また、第2内部空所40の底面を与える第1固体電解質層4には、底部電極部51bが形成され、そして、それらの天井電極部51aと底部電極部51bとを連結する側部電極部(図示省略)が、第2内部空所40の側壁を与えるスペーサ層5の両壁面にそれぞれ形成されたトンネル形態の構造となっている。なお、補助ポンプ電極51についても、内側ポンプ電極22と同様に、被測定ガス中のNOx成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。 The auxiliary pump electrode 51 is arranged in the second internal space 40 in a structure having a tunnel shape similar to that of the inner pump electrode 22 provided in the first internal space 20. That is, the ceiling electrode portion 51a is formed on the second solid electrolyte layer 6 that provides the ceiling surface of the second internal space 40, and the first solid electrolyte layer 4 that provides the bottom surface of the second internal space 40 is formed. , The bottom electrode portion 51b is formed, and the side electrode portion (not shown) connecting the ceiling electrode portion 51a and the bottom electrode portion 51b provides a side wall of the second internal space 40 of the spacer layer 5. It has a tunnel-like structure formed on both walls. The auxiliary pump electrode 51 is also formed by using a material having a weakened reducing ability for the NOx component in the gas to be measured, similarly to the inner pump electrode 22.

補助ポンプセル50においては、補助ポンプ電極51と外側ポンプ電極23との間に所望の電圧Vp1を印加することにより、第2内部空所40内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第2内部空所40内に汲み入れることが可能となっている。 In the auxiliary pump cell 50, by applying a desired voltage Vp1 between the auxiliary pump electrode 51 and the outer pump electrode 23, oxygen in the atmosphere in the second internal space 40 is pumped out to the external space or outside. It is possible to pump from the space into the second internal space 40.

また、第2内部空所40内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極51と、基準電極42と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル81が構成されている。 Further, in order to control the oxygen partial pressure in the atmosphere in the second internal space 40, the auxiliary pump electrode 51, the reference electrode 42, the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, and the first solid electrolyte are used. The layer 4 and the third substrate layer 3 constitute an electrochemical sensor cell, that is, an oxygen partial pressure detection sensor cell 81 for controlling an auxiliary pump.

なお、この補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル81にて検出される起電力V1に基づいて電圧制御される可変電源52にて、補助ポンプセル50がポンピングを行う。これにより第2内部空所40内の雰囲気中の酸素分圧は、NOxの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。 The auxiliary pump cell 50 pumps with the variable power supply 52 whose voltage is controlled based on the electromotive force V1 detected by the auxiliary pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 81. As a result, the partial pressure of oxygen in the atmosphere in the second internal space 40 is controlled to a low partial pressure that does not substantially affect the measurement of NOx.

また、これとともに、そのポンプ電流Ip1が、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80の起電力の制御に用いられるようになっている。具体的には、ポンプ電流Ip1は、制御信号として主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80に入力され、その起電力V0が制御されることにより、第3拡散律速部30から第2内部空所40内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。NOxセンサとして使用する際は、主ポンプセル21と補助ポンプセル50との働きによって、第2内部空所40内での酸素濃度は約0.001ppm程度の一定の値に保たれる。 At the same time, the pump current Ip1 is used to control the electromotive force of the oxygen partial pressure detection sensor cell 80 for controlling the main pump. Specifically, the pump current Ip1 is input to the oxygen partial pressure detection sensor cell 80 for controlling the main pump as a control signal, and the electromotive force V0 is controlled, so that the third diffusion rate-determining unit 30 to the second internal space are vacant. The gradient of the oxygen partial pressure in the gas to be measured introduced into the 40 is controlled to be always constant. When used as a NOx sensor, the oxygen concentration in the second internal space 40 is maintained at a constant value of about 0.001 ppm by the action of the main pump cell 21 and the auxiliary pump cell 50.

第4拡散律速部60は、第2内部空所40で補助ポンプセル50の動作により酸素濃度(酸素分圧)が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第3内部空所61に導く部位である。第4拡散律速部60は、第3内部空所61に流入するNOxの量を制限する役割を担う。 The fourth diffusion rate-determining unit 60 imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured whose oxygen concentration (oxygen partial pressure) is controlled by the operation of the auxiliary pump cell 50 in the second internal space 40, and transfers the gas to be measured. It is a part leading to the third internal space 61. The fourth diffusion rate-determining unit 60 plays a role of limiting the amount of NOx flowing into the third internal space 61.

第3内部空所61は、あらかじめ第2内部空所40において酸素濃度(酸素分圧)が調整された後、第4拡散律速部60を通じて導入された被測定ガスに対して、被測定ガス中の窒素酸化物(NOx)濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられている。NOx濃度の測定は、主として、第3内部空所61において、測定用ポンプセル41の動作により行われる。 The third internal space 61 is in the gas to be measured with respect to the gas to be measured introduced through the fourth diffusion rate-determining unit 60 after the oxygen concentration (oxygen partial pressure) is adjusted in advance in the second internal space 40. It is provided as a space for performing a process related to the measurement of the nitrogen oxide (NOx) concentration of the above. The measurement of the NOx concentration is mainly performed by the operation of the measurement pump cell 41 in the third internal space 61.

測定用ポンプセル41は、第3内部空所61内において、被測定ガス中のNOx濃度の測定を行う。測定用ポンプセル41は、第3内部空所61に面する第1固体電解質層4の上面に設けられた測定電極44と、外側ポンプ電極23と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4とによって構成された電気化学的ポンプセルである。測定電極44は、被測定ガス中のNOx成分に対する還元能力を、内側ポンプ電極22よりも高めた材料にて構成された多孔質サーメット電極である。測定電極44は、第3内部空所61内の雰囲気中に存在するNOxを還元するNOx還元触媒としても機能する。 The measurement pump cell 41 measures the NOx concentration in the gas to be measured in the third internal space 61. The measurement pump cell 41 includes a measurement electrode 44 provided on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 facing the third internal space 61, an outer pump electrode 23, a second solid electrolyte layer 6, and a spacer layer 5. , An electrochemical pump cell composed of the first solid electrolyte layer 4. The measurement electrode 44 is a porous cermet electrode made of a material having a reduction ability for NOx components in the gas to be measured higher than that of the inner pump electrode 22. The measurement electrode 44 also functions as a NOx reduction catalyst that reduces NOx existing in the atmosphere in the third internal space 61.

測定用ポンプセル41においては、測定電極44の周囲の雰囲気中における窒素酸化物の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量をポンプ電流Ip2として検出することができる。 In the measurement pump cell 41, oxygen generated by the decomposition of nitrogen oxides in the atmosphere around the measurement electrode 44 can be pumped out, and the amount of oxygen generated can be detected as the pump current Ip2.

また、測定電極44の周囲の酸素分圧を検出するために、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、測定電極44と、基準電極42とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82が構成されている。測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82にて検出された起電力V2に基づいて可変電源46が制御される。 Further, in order to detect the oxygen partial pressure around the measurement electrode 44, an electrochemical sensor cell, that is, a reference electrode 42 is used by the first solid electrolyte layer 4, the third substrate layer 3, the measurement electrode 44, and the reference electrode 42. The oxygen partial pressure detection sensor cell 82 for controlling the measurement pump is configured. The variable power supply 46 is controlled based on the electromotive force V2 detected by the oxygen partial pressure detection sensor cell 82 for controlling the measurement pump.

第2内部空所40内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で第4拡散律速部60を通じて第3内部空所61内の測定電極44に到達することとなる。測定電極44の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて(2NO→N2+O2)酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル41によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82にて検出された起電力V2が一定となるように可変電源46の電圧Vp2が制御される。測定電極44の周囲において発生する酸素の量は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に比例するものであるから、測定用ポンプセル41におけるポンプ電流Ip2を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出されることとなる。 The gas to be measured guided into the second internal space 40 reaches the measurement electrode 44 in the third internal space 61 through the fourth diffusion rate-determining unit 60 under the condition that the oxygen partial pressure is controlled. .. Nitrogen oxides in the gas to be measured around the measurement electrode 44 are reduced (2NO → N 2 + O 2 ) to generate oxygen. Then, the generated oxygen is pumped by the measurement pump cell 41, and at that time, a variable power source is used so that the electromotive force V2 detected by the measurement pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 82 becomes constant. The voltage Vp2 of 46 is controlled. Since the amount of oxygen generated around the measurement electrode 44 is proportional to the concentration of nitrogen oxides in the gas to be measured, the nitrogen oxides in the gas to be measured are used by using the pump current Ip2 in the measurement pump cell 41. The concentration will be calculated.

また、測定電極44と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、基準電極42とを組み合わせて、電気化学的センサセルとして酸素分圧検出手段を構成するようにすれば、測定電極44の周りの雰囲気中のNOx成分の還元によって発生した酸素の量と基準大気に含まれる酸素の量との差に応じた起電力を検出することができ、これによって被測定ガス中のNOx成分の濃度を求めることも可能である。 Further, if the measurement electrode 44, the first solid electrolyte layer 4, the third substrate layer 3, and the reference electrode 42 are combined to form an oxygen partial pressure detecting means as an electrochemical sensor cell, the measurement electrode It is possible to detect the electromotive force according to the difference between the amount of oxygen generated by the reduction of the NOx component in the atmosphere around 44 and the amount of oxygen contained in the reference atmosphere, thereby detecting the NOx component in the gas to be measured. It is also possible to determine the concentration of.

また、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、外側ポンプ電極23と、基準電極42とから電気化学的なセンサセル83が構成されており、このセンサセル83によって得られる起電力Vrefによりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。 Further, the electrochemical sensor cell 83 is composed of the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, the first solid electrolyte layer 4, the third substrate layer 3, the outer pump electrode 23, and the reference electrode 42. The electromotive force Vref obtained by the sensor cell 83 makes it possible to detect the partial pressure of oxygen in the gas to be measured outside the sensor.

このような構成を有するガスセンサ100においては、主ポンプセル21と補助ポンプセル50とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値(NOxの測定に実質的に影響がない値)に保たれた被測定ガスが測定用ポンプセル41に与えられる。したがって、被測定ガス中のNOxの濃度に略比例して、NOxの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル41より汲み出されることによって流れるポンプ電流Ip2に基づいて、被測定ガス中のNOx濃度を知ることができるようになっている。 In the gas sensor 100 having such a configuration, the oxygen partial pressure is always kept at a constant low value (a value that does not substantially affect the measurement of NOx) by operating the main pump cell 21 and the auxiliary pump cell 50. The gas to be measured is supplied to the measurement pump cell 41. Therefore, the NOx concentration in the gas to be measured is determined based on the pump current Ip2 that flows when oxygen generated by the reduction of NOx is pumped out from the measurement pump cell 41 in substantially proportional to the concentration of NOx in the gas to be measured. You can know it.

さらに、センサ素子101は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子101を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部70を備えている。ヒータ部70は、ヒータコネクタ電極71と、ヒータ72と、スルーホール73と、ヒータ絶縁層74と、圧力放散孔75とを備えている。 Further, the sensor element 101 includes a heater unit 70 that plays a role of temperature adjustment for heating and keeping the sensor element 101 warm in order to increase the oxygen ion conductivity of the solid electrolyte. The heater unit 70 includes a heater connector electrode 71, a heater 72, a through hole 73, a heater insulating layer 74, and a pressure dissipation hole 75.

ヒータコネクタ電極71は、第1基板層1の下面に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータコネクタ電極71を外部電源と接続することによって、外部からヒータ部70へ給電することができるようになっている。 The heater connector electrode 71 is an electrode formed so as to be in contact with the lower surface of the first substrate layer 1. By connecting the heater connector electrode 71 to an external power source, power can be supplied to the heater unit 70 from the outside.

ヒータ72は、第2基板層2と第3基板層3とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。ヒータ72は、スルーホール73を介してヒータコネクタ電極71と接続されており、該ヒータコネクタ電極71を通して外部より給電されることにより発熱し、センサ素子101を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。 The heater 72 is an electric resistor formed in a manner of being sandwiched between the second substrate layer 2 and the third substrate layer 3 from above and below. The heater 72 is connected to the heater connector electrode 71 via a through hole 73, and generates heat when power is supplied from the outside through the heater connector electrode 71 to heat and retain heat of the solid electrolyte forming the sensor element 101. ..

また、ヒータ72は、第1内部空所20から第3内部空所61の全域に渡って埋設されており、センサ素子101全体を上記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。 Further, the heater 72 is embedded in the entire area from the first internal space 20 to the third internal space 61, and the entire sensor element 101 can be adjusted to a temperature at which the solid electrolyte is activated. ing.

ヒータ絶縁層74は、ヒータ72の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層74は、第2基板層2とヒータ72との間の電気的絶縁性、および、第3基板層3とヒータ72との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。 The heater insulating layer 74 is an insulating layer formed on the upper and lower surfaces of the heater 72 by an insulator such as alumina. The heater insulating layer 74 is formed for the purpose of obtaining electrical insulation between the second substrate layer 2 and the heater 72 and electrical insulation between the third substrate layer 3 and the heater 72.

圧力放散孔75は、第3基板層3及び大気導入層48を貫通し、基準ガス導入空間43に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層74内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。 The pressure dissipation hole 75 is a portion provided so as to penetrate the third substrate layer 3 and the atmosphere introduction layer 48 and communicate with the reference gas introduction space 43, and the internal pressure rises with the temperature rise in the heater insulating layer 74. It is formed for the purpose of alleviating.

また、素子本体101aは、図1、2に示すように、一部が多孔質保護層91により被覆されている。多孔質保護層91は、素子本体101aの6個の表面のうち5面にそれぞれ形成された多孔質保護層91a〜91eを備えている。多孔質保護層91aは、素子本体101aの上面の一部を被覆している。多孔質保護層91bは、素子本体101aの下面の一部を被覆している。多孔質保護層91cは、素子本体101aの左面の一部を被覆している。多孔質保護層91dは、素子本体101aの右面の一部を被覆している。多孔質保護層91eは、素子本体101aの前端面の全面を被覆している。多孔質保護層91a〜91eは、隣接する層同士が互いに接続されている。そのため、多孔質保護層91(多孔質保護層91a〜91e)は、素子本体101aの表面のうち、素子本体101aの前端面から後方に向かって距離L(図2参照)までの領域(前端面を含む)を覆っている。多孔質保護層91は、例えば被測定ガス中の水分等が付着して素子本体101aにクラックが生じるのを抑制する役割を果たす。なお、距離Lは、素子本体101aの前端面から外側ポンプ電極23の後端部を超える長さに設定されている。また、以下では、多孔質保護層91a〜91eを特に区別しない場合には多孔質保護層91と表記する場合がある。 Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the element main body 101a is partially covered with the porous protective layer 91. The porous protective layer 91 includes porous protective layers 91a to 91e formed on five of the six surfaces of the element body 101a, respectively. The porous protective layer 91a covers a part of the upper surface of the element body 101a. The porous protective layer 91b covers a part of the lower surface of the element body 101a. The porous protective layer 91c covers a part of the left surface of the device body 101a. The porous protective layer 91d covers a part of the right surface of the device body 101a. The porous protective layer 91e covers the entire front end surface of the device body 101a. In the porous protective layers 91a to 91e, adjacent layers are connected to each other. Therefore, the porous protective layer 91 (porous protective layers 91a to 91e) is a region (front end surface) of the surface of the element body 101a from the front end surface of the element body 101a to a distance L (see FIG. 2) from the front end surface to the rear. Includes). The porous protective layer 91 plays a role of suppressing, for example, moisture in the gas to be measured from adhering to the element body 101a to cause cracks. The distance L is set to a length that exceeds the rear end portion of the outer pump electrode 23 from the front end surface of the element main body 101a. Further, in the following, when the porous protective layers 91a to 91e are not particularly distinguished, they may be referred to as the porous protective layer 91.

多孔質保護層91は、例えばアルミナ多孔質体、ジルコニア多孔質体、スピネル多孔質体、コージェライト多孔質体,チタニア多孔質体、マグネシア多孔質体などの多孔質体からなるものである。本実施形態では、多孔質保護層91はアルミナ多孔質体からなるものとした。また、特に限定するものではないが、多孔質保護層91の膜厚は例えば100〜700μmである。 The porous protective layer 91 is made of, for example, an alumina porous body, a zirconia porous body, a spinel porous body, a cordierite porous body, a titania porous body, a magnesia porous body, or the like. In the present embodiment, the porous protective layer 91 is made of an alumina porous body. Further, although not particularly limited, the film thickness of the porous protective layer 91 is, for example, 100 to 700 μm.

多孔質保護層91eは、ガス導入口10を被覆している。しかし、多孔質保護層91eは多孔質体であり、被測定ガスは基本的には多孔質保護層91eの内部を流通可能である。そのため、被測定ガスは多孔質保護層91eの表面からガス導入口10に到達可能である。本実施形態では、図3に示すように、多孔質保護層91eの表面のうちガス導入口10に対向する位置から、多孔質保護層91eの内部を流通してガス導入口10に最短で至る被測定ガスの流通経路を第1ガス流通経路P1とする。 The porous protective layer 91e covers the gas introduction port 10. However, the porous protective layer 91e is a porous body, and the gas to be measured can basically flow inside the porous protective layer 91e. Therefore, the gas to be measured can reach the gas introduction port 10 from the surface of the porous protective layer 91e. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, from the position of the surface of the porous protective layer 91e facing the gas introduction port 10, it flows through the inside of the porous protective layer 91e and reaches the gas introduction port 10 in the shortest time. The distribution route of the gas to be measured is defined as the first gas distribution route P1.

多孔質保護層91aは、外側ポンプ電極23が形成された部分を被覆している。しかし、多孔質保護層91aは多孔質体であり、被測定ガスは、基本的には多孔質保護層91aの内部を流通可能である。そのため、後述するガス流通阻害部92が形成されていなければ、被測定ガスは多孔質保護層91aの表面から外側ポンプ電極23まで到達可能である。さらに、多孔質保護層91aは多孔質保護層91eと接続されており、多孔質保護層91eも多孔質体であるため、ガス流通阻害部92が形成されていなければ、多孔質保護層91aの表面から外側ポンプ電極23まで到達した被測定ガスは、ガス導入口10まで到達可能である。本実施形態では、図3に示すように、多孔質保護層91aの表面のうち外側ポンプ電極23に対向する位置から多孔質保護層91aの内部を流通して、外側ポンプ電極23を経てガス導入口10の手前に最短で至る被測定ガスの流通経路を第2ガス流通経路P2とする。センサ素子101には、第2ガス流通経路P2を遮断する領域に、第1ガス流通経路P1に比べて気孔率が小さく、被測定ガスが流通しにくいガス流通阻害部92が形成されている。ガス流通阻害部92は、第2ガス流通経路P2を遮断する領域であれば、いずれの領域に形成されていてもよいが、本実施形態では、図2に示すように、多孔質保護層91aの表面のうち外側ポンプ電極23に対向する位置から、外側ポンプ電極23に至るまでの領域に形成されている。また、ガス流通阻害部92の気孔率に対する第1ガス流通経路P1の気孔率の割合は、1.03以上となるようにガス流通阻害部92が形成されることが好ましく、1.03以上3.09以下となるようにガス流通阻害部92が形成されることがより好ましく、1.96以上3.09以下となるようにガス流通阻害部92が形成されることが更に好ましい。この場合、ガス流通阻害部92の気孔率は25.4%以下であることが好ましく、9.8%以上25.4%以下であることがより好ましく、9.8%以上15.0%以下であることが更に好ましく、多孔質保護層91のうちガス流通阻害部92を除く領域(第1ガス流通経路P1を含む)の気孔率は20.0%以上30.3%以下であることが好ましい。ガス流通阻害部92は、被測定ガスが外側ポンプ電極23に到達するのを妨げる役割を果たす。 The porous protective layer 91a covers the portion where the outer pump electrode 23 is formed. However, the porous protective layer 91a is a porous body, and the gas to be measured can basically flow inside the porous protective layer 91a. Therefore, if the gas flow obstructing portion 92 described later is not formed, the gas to be measured can reach from the surface of the porous protective layer 91a to the outer pump electrode 23. Further, since the porous protective layer 91a is connected to the porous protective layer 91e and the porous protective layer 91e is also a porous body, if the gas flow obstructing portion 92 is not formed, the porous protective layer 91a The gas to be measured that has reached the outer pump electrode 23 from the surface can reach the gas introduction port 10. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the gas is introduced from the surface of the porous protective layer 91a from a position facing the outer pump electrode 23 through the inside of the porous protective layer 91a and passed through the outer pump electrode 23. The second gas flow path P2 is the flow path of the gas to be measured that reaches the front of the mouth 10 in the shortest time. The sensor element 101 is formed with a gas flow obstruction portion 92 in a region that blocks the second gas flow path P2, which has a smaller porosity than the first gas flow path P1 and makes it difficult for the gas to be measured to flow. The gas flow blocking portion 92 may be formed in any region as long as it is a region that blocks the second gas flow path P2, but in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the porous protective layer 91a It is formed in the region from the position facing the outer pump electrode 23 to the outer pump electrode 23 on the surface of the above. Further, the ratio of the porosity of the first gas flow path P1 to the porosity of the gas flow obstruction section 92 is preferably 1.03 or more, and the gas flow obstruction section 92 is preferably formed so as to be 1.03 or more. It is more preferable that the gas flow obstruction portion 92 is formed so as to be .09 or less, and it is further preferable that the gas flow obstruction portion 92 is formed so as to be 1.96 or more and 3.09 or less. In this case, the porosity of the gas flow obstructing portion 92 is preferably 25.4% or less, more preferably 9.8% or more and 25.4% or less, and 9.8% or more and 15.0% or less. The porosity of the region (including the first gas flow path P1) of the porous protective layer 91 excluding the gas flow obstruction portion 92 is 20.0% or more and 30.3% or less. preferable. The gas flow obstruction unit 92 plays a role of preventing the measured gas from reaching the outer pump electrode 23.

次に、こうしたセンサ素子101の製造方法について説明する。センサ素子101の製造方法では、まず素子本体101aを製造し、次に素子本体101aに多孔質保護層91を形成してセンサ素子101を製造する。 Next, a method of manufacturing such a sensor element 101 will be described. In the method for manufacturing the sensor element 101, the element main body 101a is first manufactured, and then the porous protective layer 91 is formed on the element main body 101a to manufacture the sensor element 101.

素子本体101aを製造する方法について説明する。まず、6枚の未焼成のセラミックスグリーンシートを用意する。そして、第1基板層1と、第2基板層2と、第3基板層3と、第1固体電解質層4と、スペーサ層5と、第2固体電解質層6のそれぞれに対応して、各セラミックスグリーンシートに電極や絶縁層、ヒータ等のパターンを印刷する。次に、このように各種のパターンを形成した6枚のセラミックスグリーンシートを積層して積層体とする。その積層体を切断して素子本体101aの大きさに切り分け、所定の焼成温度で焼成して、素子本体101aを得る。 A method of manufacturing the element body 101a will be described. First, six unfired ceramic green sheets are prepared. Then, corresponding to each of the first substrate layer 1, the second substrate layer 2, the third substrate layer 3, the first solid electrolyte layer 4, the spacer layer 5, and the second solid electrolyte layer 6, respectively. Print patterns such as electrodes, insulating layers, and heaters on the ceramic green sheet. Next, six ceramic green sheets having various patterns formed in this way are laminated to form a laminated body. The laminate is cut into pieces of the size of the element body 101a and fired at a predetermined firing temperature to obtain the device body 101a.

次に、素子本体101aに多孔質保護層91を形成する方法について説明する。本実施形態では、プラズマ溶射により多孔質保護層91a〜91eを1層ずつ形成していくものとした。図4は、プラズマガン170を用いたプラズマ溶射の説明図である。なお、図4では、例として多孔質保護層91aを形成する様子を示しており、プラズマガン170を断面で示している。プラズマガン170は、プラズマを発生させる電極となるアノード176及びカソード178と、それらを覆う略円筒状の外周部172と、を備えている。外周部172は、アノード176と絶縁するための絶縁部(インシュレータ)173を備えている。外周部172の下端には、多孔質保護層91の形成材料である粉末溶射材料184を供給するための粉末供給部182が形成されている。外周部172とアノード176との間には水冷ジャケット174が設けられており、これによりアノード176を冷却可能となっている。アノード176は筒状に形成されており、下方に向けて開口したノズル176aを有している。アノード176とカソード178との間には、上方からプラズマ発生用ガス180が供給される。 Next, a method of forming the porous protective layer 91 on the element body 101a will be described. In the present embodiment, the porous protective layers 91a to 91e are formed one by one by plasma spraying. FIG. 4 is an explanatory diagram of plasma spraying using the plasma gun 170. Note that FIG. 4 shows the formation of the porous protective layer 91a as an example, and the plasma gun 170 is shown in cross section. The plasma gun 170 includes an anode 176 and a cathode 178 that serve as electrodes for generating plasma, and a substantially cylindrical outer peripheral portion 172 that covers them. The outer peripheral portion 172 includes an insulating portion (insulator) 173 for insulating the anode 176. At the lower end of the outer peripheral portion 172, a powder supply portion 182 for supplying the powder sprayed material 184, which is a material for forming the porous protective layer 91, is formed. A water-cooled jacket 174 is provided between the outer peripheral portion 172 and the anode 176, whereby the anode 176 can be cooled. The anode 176 is formed in a cylindrical shape and has a nozzle 176a that opens downward. A plasma generating gas 180 is supplied from above between the anode 176 and the cathode 178.

多孔質保護層91aを形成する際には、プラズマガン170のアノード176とカソード178との間に電圧を印加し、供給されたプラズマ発生用ガス180の存在下でアーク放電を行って、プラズマ発生用ガス180を高温のプラズマ状態にする。プラズマ状態となったガスは、高温且つ高速のプラズマジェットとしてノズル176aから噴出する。一方、粉末供給部182からは、キャリアガスと共に粉末溶射材料184を供給する。これにより、粉末溶射材料184はプラズマにより加熱溶融及び加速されて素子本体101aの表面(上面)に衝突し、急速固化することで、多孔質保護層91aが形成される。 When forming the porous protective layer 91a, a voltage is applied between the anode 176 and the cathode 178 of the plasma gun 170, and arc discharge is performed in the presence of the supplied plasma generation gas 180 to generate plasma. The gas 180 is brought into a high temperature plasma state. The gas in the plasma state is ejected from the nozzle 176a as a high-temperature and high-speed plasma jet. On the other hand, the powder spraying material 184 is supplied together with the carrier gas from the powder supply unit 182. As a result, the powder sprayed material 184 is heated, melted and accelerated by plasma, collides with the surface (upper surface) of the device body 101a, and rapidly solidifies, thereby forming the porous protective layer 91a.

プラズマ発生用ガス180としては、例えばアルゴンガスなどの不活性ガスを用いることができる。アルゴンガスの流量は例えば40〜50L/min,供給圧力は例えば0.5〜0.6MPaである。アノード176とカソード178との間に印加する電圧は、例えば80〜90Vの直流電圧であり、電流は例えば300〜400Aである。 As the plasma generating gas 180, an inert gas such as argon gas can be used. The flow rate of argon gas is, for example, 40 to 50 L / min, and the supply pressure is, for example, 0.5 to 0.6 MPa. The voltage applied between the anode 176 and the cathode 178 is, for example, a DC voltage of 80 to 90 V, and the current is, for example, 300 to 400 A.

粉末溶射材料184は、上述した多孔質保護層91の材料となる粉末であり、本実施形態ではアルミナ粉末である。粉末溶射材料184の粒径は例えば1μm〜50μmであり、20μm〜30μmがより好ましい。粉末溶射材料184の供給に用いるキャリアガスとしては、例えばプラズマ発生用ガス180と同じアルゴンガスを用いることができる。キャリアガスの流量は例えば3〜5L/minであり、供給圧力は例えば0.5〜0.6MPaである。 The powder sprayed material 184 is a powder that is a material for the porous protective layer 91 described above, and is an alumina powder in the present embodiment. The particle size of the powder sprayed material 184 is, for example, 1 μm to 50 μm, more preferably 20 μm to 30 μm. As the carrier gas used for supplying the powder spraying material 184, for example, the same argon gas as the plasma generating gas 180 can be used. The flow rate of the carrier gas is, for example, 3 to 5 L / min, and the supply pressure is, for example, 0.5 to 0.6 MPa.

プラズマ溶射を行う際は、プラズマガン170におけるプラズマガスの出口であるノズル176aと素子本体101aにおける多孔質保護層91を形成する面(図5では素子本体101aの上面)との距離Wを、150mm〜200mmとすることが好ましい。本実施形態では、距離Wは180mmとした。多孔質保護層91を形成する面積に応じて、適宜プラズマガン170を移動(図5では左右方向に移動)させながらプラズマ溶射を行ってもよいが、その場合も距離Wは上述した範囲に保つことが好ましい。プラズマ溶射を行う時間は、形成する多孔質保護層91の膜厚や面積に応じて、適宜定めればよい。多孔質保護層91a〜多孔質保護層91dのように、素子本体101aの表面の一部(前端から後方に向かって距離Lまでの領域)に多孔質保護層91を形成する場合には、多孔質保護層91を形成しない領域をマスクで覆っておいてもよい。 When performing plasma spraying, the distance W between the nozzle 176a, which is the outlet of the plasma gas in the plasma gun 170, and the surface of the element body 101a, which forms the porous protective layer 91 (the upper surface of the element body 101a in FIG. 5), is 150 mm. It is preferably about 200 mm. In this embodiment, the distance W is 180 mm. Plasma spraying may be performed while appropriately moving the plasma gun 170 (moving in the left-right direction in FIG. 5) according to the area forming the porous protective layer 91, but even in that case, the distance W is kept within the above range. Is preferable. The time for plasma spraying may be appropriately determined according to the film thickness and area of the porous protective layer 91 to be formed. When the porous protective layer 91 is formed on a part of the surface of the element body 101a (the region from the front end to the rear to the distance L) as in the porous protective layer 91a to the porous protective layer 91d, the porous protective layer 91 is porous. The region that does not form the quality protection layer 91 may be covered with a mask.

多孔質保護層91b〜91eについても、素子本体101aに形成する面が異なる点以外は同様にして1層ずつ形成する。プラズマ溶射は、例えば大気及び常温の雰囲気にて行う。多孔質保護層91a〜91eのうち2以上を同時に形成してもよい。以上により、素子本体101aの上下左右の面及び前端面には多孔質保護層91a〜91eがそれぞれ形成されて多孔質保護層91となる。 The porous protective layers 91b to 91e are also formed one by one in the same manner except that the surfaces formed on the element main body 101a are different. Plasma spraying is performed, for example, in an atmosphere or an atmosphere at room temperature. Two or more of the porous protective layers 91a to 91e may be formed at the same time. As described above, the porous protective layers 91a to 91e are formed on the upper, lower, left and right surfaces and the front end surface of the element main body 101a, respectively, to form the porous protective layer 91.

続いて、多孔質保護層91aの表面のうち外側ポンプ電極23に対向する位置から、外側ポンプ電極23に至るまでの領域の気孔率を調整し、ガス流通阻害部92を形成し、センサ素子101を得る。多孔質保護層91aにガス流通阻害部92を形成するにあたり、本実施形態では、流動性の高いアルミナペーストを多孔質保護層91aに含浸させたあと熱処理することにより、気孔率を調整することで、ガス流通阻害部92を形成する。 Subsequently, the porosity of the region of the surface of the porous protective layer 91a facing the outer pump electrode 23 to the outer pump electrode 23 is adjusted to form the gas flow obstruction portion 92, and the sensor element 101 is formed. To get. In forming the gas flow blocking portion 92 on the porous protective layer 91a, in the present embodiment, the porosity is adjusted by impregnating the porous protective layer 91a with highly fluid alumina paste and then heat-treating it. , The gas flow obstruction section 92 is formed.

なお、第1ガス流通経路P1及びガス流通阻害部92の気孔率は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察して得られた画像(SEM画像)を用いて以下のように導出した値とする。まず、測定対象(例えば第1ガス流通阻害部)の断面を観察面とするように測定対象の厚さ方向に沿って多孔質保護層91eを切断し、切断面の樹脂埋め及び研磨を行って観察用試料とする。続いて、SEM写真(2次電子像、加速電圧5kV、倍率7500倍)にて観察用試料の観察面を撮影することで測定対象のSEM画像を得る。次に、得た画像を画像解析することにより、画像中の画素の輝度データの輝度分布から判別分析法(大津の2値化)で閾値を決定する。その後、決定した閾値に基づいて画像中の各画素を物体部分と気孔部分とに2値化して、物体部分の面積と気孔部分の面積とを算出する。そして、全面積(物体部分と気孔部分の合計面積)に対する気孔部分の面積の割合を、気孔率(単位:%)として導出する。 The pore ratios of the first gas flow path P1 and the gas flow obstruction section 92 are values derived as follows using an image (SEM image) obtained by observing with a scanning electron microscope (SEM). And. First, the porous protective layer 91e is cut along the thickness direction of the measurement target so that the cross section of the measurement target (for example, the first gas flow obstruction portion) is the observation surface, and the cut surface is filled with resin and polished. Use as an observation sample. Subsequently, an SEM image to be measured is obtained by photographing the observation surface of the observation sample with an SEM photograph (secondary electron image, acceleration voltage 5 kV, magnification 7500 times). Next, by performing image analysis on the obtained image, a threshold value is determined by a discriminant analysis method (binarization of Otsu) from the luminance distribution of the luminance data of the pixels in the image. Then, based on the determined threshold value, each pixel in the image is binarized into an object portion and a pore portion, and the area of the object portion and the area of the pore portion are calculated. Then, the ratio of the area of the pore portion to the total area (total area of the object portion and the pore portion) is derived as the porosity (unit:%).

制御装置90は、CPU93及びメモリ94などを備えたマイクロプロセッサである。制御装置90は、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80にて検出される起電力V0、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル81にて検出される起電力V1、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82にて検出される起電力V2、センサセル83にて検出される起電力Vref、主ポンプセル21にて検出されるポンプ電流Ip0、補助ポンプセル50にて検出されるポンプ電流Ip1及び測定用ポンプセル41にて検出されるポンプ電流Ip2を入力する。また、制御装置90は、可変電源24,46,52へ制御信号を出力して、主ポンプセル21,測定用ポンプセル41及び補助ポンプセル50を制御する。 The control device 90 is a microprocessor including a CPU 93, a memory 94, and the like. The control device 90 includes an electromotive force V0 detected by the main pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 80, an electromotive force V1 detected by the auxiliary pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 81, and a measurement pump control oxygen content. Electromotive force V2 detected by the pressure detection sensor cell 82, electromotive force Vref detected by the sensor cell 83, pump current Ip0 detected by the main pump cell 21, pump current Ip1 detected by the auxiliary pump cell 50, and for measurement. The pump current Ip2 detected in the pump cell 41 is input. Further, the control device 90 outputs a control signal to the variable power supplies 24, 46, 52 to control the main pump cell 21, the measurement pump cell 41, and the auxiliary pump cell 50.

制御装置90は、起電力V0が目標値(目標値V0*と称する)となるように(つまり第1内部空所20の酸素濃度が目標濃度となるように)可変電源24のポンプ電圧Vp0をフィードバック制御する。そのため、ポンプ電流Ip0は被測定ガスの酸素濃度ひいては被測定ガスの空燃比(A/F)及び空気過剰率λ(=内燃機関に供給される空気の量/理論上必要な最少空気量)に応じて変化する。 The control device 90 sets the pump voltage Vp0 of the variable power supply 24 so that the electromotive force V0 becomes the target value (referred to as the target value V0 *) (that is, the oxygen concentration in the first internal space 20 becomes the target concentration). Feedback control. Therefore, the pump current Ip0 is the oxygen concentration of the gas to be measured, and thus the air-fuel ratio (A / F) of the gas to be measured and the excess air ratio λ (= the amount of air supplied to the internal combustion engine / the theoretically minimum amount of air). It changes accordingly.

また、制御装置90は、起電力V1が一定値(目標値V1*と称する)となるように(つまり第2内部空所40の酸素濃度がNOxの測定に実質的に影響がない所定の低酸素濃度となるように)可変電源52の電圧Vp1をフィードバック制御する。これとともに、制御装置90は、電圧Vp1によって流れるポンプ電流Ip1が一定値(目標値Ip1*と称する)となるように、ポンプ電流Ip1に基づいて起電力V0の目標値V0*を設定(フィードバック制御)する。これにより、第3拡散律速部30から第2内部空所40内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となる。また、第2内部空所40内の雰囲気中の酸素分圧が、NOxの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御される。目標値V0*は、第1内部空所20の酸素濃度が0%よりは高く且つ低酸素濃度となるような値に設定される。 Further, the control device 90 has a predetermined low so that the electromotive force V1 becomes a constant value (referred to as a target value V1 *) (that is, the oxygen concentration in the second internal space 40 does not substantially affect the measurement of NOx). The voltage Vp1 of the variable power supply 52 is feedback-controlled (so that the oxygen concentration becomes). At the same time, the control device 90 sets the target value V0 * of the electromotive force V0 based on the pump current Ip1 so that the pump current Ip1 flowing by the voltage Vp1 becomes a constant value (referred to as the target value Ip1 *) (feedback control). )do. As a result, the gradient of the oxygen partial pressure in the gas to be measured introduced from the third diffusion rate-determining unit 30 into the second internal space 40 is always constant. Further, the partial pressure of oxygen in the atmosphere in the second internal space 40 is controlled to a low partial pressure that does not substantially affect the measurement of NOx. The target value V0 * is set to a value such that the oxygen concentration of the first internal space 20 is higher than 0% and the oxygen concentration is low.

さらに、制御装置90は、起電力V2が一定値(目標値V2*と称する)となるように(つまり第3内部空所61内の酸素濃度が所定の低濃度になるように)可変電源46の電圧Vp2をフィードバック制御する。これにより、被測定ガス中のNOxが第3内部空所61で還元されることにより発生した酸素が実質的にゼロとなるように、第3内部空所61内から酸素が汲み出される。そして、制御装置90は、特定の酸化物ガス(ここではNOx)に由来して第3内部空所61で発生する酸素に応じた検出値としてポンプ電流Ip2を取得し、このポンプ電流Ip2に基づいて被測定ガス中のNOx濃度を算出する。このように、センサ素子101内に導入された被測定ガス中の特定ガスに由来する酸素の汲み出しを行い、汲み出す酸素量に基づいて(本実施形態ではポンプ電流Ip2に基づいて)特定ガス濃度を検出する方式を、限界電流方式と称する。 Further, the control device 90 uses the variable power supply 46 so that the electromotive force V2 becomes a constant value (referred to as a target value V2 *) (that is, the oxygen concentration in the third internal space 61 becomes a predetermined low concentration). The voltage Vp2 of the above is feedback-controlled. As a result, oxygen is pumped out from the third internal space 61 so that the oxygen generated by the reduction of NOx in the gas to be measured in the third internal space 61 becomes substantially zero. Then, the control device 90 acquires the pump current Ip2 as a detected value according to the oxygen generated in the third internal space 61 derived from the specific oxide gas (NOx in this case), and is based on this pump current Ip2. The NOx concentration in the gas to be measured is calculated. In this way, oxygen derived from the specific gas in the gas to be measured introduced into the sensor element 101 is pumped out, and the specific gas concentration is based on the amount of oxygen pumped out (based on the pump current Ip2 in this embodiment). The method of detecting the above is called the limit current method.

メモリ94には、ポンプ電流Ip2とNOx濃度との対応関係として、関係式(例えば一次関数の式)やマップなどが記憶されている。このような関係式又はマップは、予め実験により求めておくことができる。 In the memory 94, a relational expression (for example, an expression of a linear function), a map, or the like is stored as a correspondence relationship between the pump current Ip2 and the NOx concentration. Such a relational expression or map can be obtained experimentally in advance.

こうして構成されたガスセンサ100の使用例を以下に説明する。制御装置90のCPU93は、上述した各ポンプセル21,41,50の制御や、上述した各センサセル80〜83からの各電圧V0,V1,V2,Vrefの取得を行っている状態とする。この状態で、被測定ガスがガス導入口10から導入されると、被測定ガスは、第1拡散律速部11,緩衝空間12及び第2拡散律速部13を通過し、第1内部空所20に到達する。次に、第1内部空所20及び第2内部空所40において被測定ガスの酸素濃度が主ポンプセル21及び補助ポンプセル50によって調整され、調整後の被測定ガスが第3内部空所61に到達する。そして、CPU93は、取得したポンプ電流Ip2とメモリ94に記憶された対応関係とに基づいて、被測定ガス中のNOx濃度を検出する。 An example of using the gas sensor 100 configured in this way will be described below. The CPU 93 of the control device 90 is in a state of controlling the pump cells 21, 41, 50 described above and acquiring the voltages V0, V1, V2, Vref from the sensor cells 80 to 83 described above. In this state, when the gas to be measured is introduced from the gas introduction port 10, the gas to be measured passes through the first diffusion rate-determining section 11, the buffer space 12, and the second diffusion rate-determining section 13, and the first internal space 20 To reach. Next, the oxygen concentration of the gas to be measured in the first internal space 20 and the second internal space 40 is adjusted by the main pump cell 21 and the auxiliary pump cell 50, and the adjusted gas to be measured reaches the third internal space 61. do. Then, the CPU 93 detects the NOx concentration in the gas to be measured based on the acquired pump current Ip2 and the correspondence stored in the memory 94.

このようにCPU93がセンサ素子101を用いてNOx濃度を検出するにあたり、本実施形態では、多孔質保護層91aにガス流通阻害部92が設けられている。そのため、被測定ガスの雰囲気にかかわらず被測定ガス中のNOx濃度を正確に測定することができる。この理由は以下のように考えられる。Ptを含む外側ポンプ電極23は、被測定ガスの雰囲気がストイキとなった際には、被測定ガスに含まれるNOxを還元しやすい。その還元によってNOx濃度が低下した被測定ガスが第3内部空所61に到達すると、NOxに由来して発生する酸素が減少して、NOx濃度の測定精度が低下すると考えられる。ガス流通阻害部92が多孔質保護層91aの表面のうち外側ポンプ電極23に対向する位置から被測定ガス側電極までの間に形成されている。ガス流通阻害部92は被測定ガスが外側ポンプ電極23に到達するのを妨げるため、被測定ガス中のNOxが外側ポンプ電極23で還元されるのを抑制する。したがって、被測定ガスの雰囲気にかかわらずNOx濃度を正確に測定することができる。 In this way, when the CPU 93 detects the NOx concentration using the sensor element 101, in the present embodiment, the porous protective layer 91a is provided with the gas flow blocking portion 92. Therefore, the NOx concentration in the gas to be measured can be accurately measured regardless of the atmosphere of the gas to be measured. The reason for this is considered as follows. The outer pump electrode 23 containing Pt tends to reduce NOx contained in the gas to be measured when the atmosphere of the gas to be measured becomes stoichiometric. When the gas to be measured whose NOx concentration has decreased due to the reduction reaches the third internal space 61, it is considered that the oxygen generated from NOx decreases and the measurement accuracy of the NOx concentration decreases. The gas flow obstruction portion 92 is formed on the surface of the porous protective layer 91a from a position facing the outer pump electrode 23 to the electrode to be measured gas. Since the gas flow obstruction unit 92 prevents the gas to be measured from reaching the outer pump electrode 23, NOx in the gas to be measured is suppressed from being reduced by the outer pump electrode 23. Therefore, the NOx concentration can be accurately measured regardless of the atmosphere of the gas to be measured.

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の第1基板層1と第2基板層2と第3基板層3と第1固体電解質層4とスペーサ層5と第2固体電解質層6との6つの層がこの順に積層された積層体が本発明の素子本体に相当し、第2固体電解質層6が固体電解質層に相当し、第1内部空所20が酸素濃度調整室に相当し、外側ポンプ電極23が被測定ガス側電極に相当し、主ポンプセル21が調整用ポンプセルに相当し、第3内部空所61が測定室に相当し、測定電極44が測定電極に相当し、基準電極42が基準電極に相当し、多孔質保護層91が多孔質保護層に相当し、ガス流通阻害部92がガス流通阻害部に相当する。また、CPU93及び可変電源24が調整用ポンプセル制御部に相当し、CPU93が酸化物ガス濃度検出部に相当し、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82が測定用電圧検出部に相当し、ポンプ電流Ip2が検出値に相当する。第1ガス流通経路P1が第1ガス流通経路に相当し、第2ガス流通経路P2が第2ガス流通経路に相当する。 Here, the correspondence between the constituent elements of the present embodiment and the constituent elements of the present invention will be clarified. Six layers of the first substrate layer 1, the second substrate layer 2, the third substrate layer 3, the first solid electrolyte layer 4, the spacer layer 5, and the second solid electrolyte layer 6 of the present embodiment are laminated in this order. The laminate corresponds to the element body of the present invention, the second solid electrolyte layer 6 corresponds to the solid electrolyte layer, the first internal space 20 corresponds to the oxygen concentration adjusting chamber, and the outer pump electrode 23 corresponds to the gas to be measured. Corresponds to the electrode, the main pump cell 21 corresponds to the adjustment pump cell, the third internal space 61 corresponds to the measurement chamber, the measurement electrode 44 corresponds to the measurement electrode, the reference electrode 42 corresponds to the reference electrode, and is porous. The quality protection layer 91 corresponds to the porous protection layer, and the gas flow obstruction section 92 corresponds to the gas flow obstruction section. Further, the CPU 93 and the variable power supply 24 correspond to the adjustment pump cell control unit, the CPU 93 corresponds to the oxide gas concentration detection unit, and the measurement pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 82 corresponds to the measurement voltage detection unit. The pump current Ip2 corresponds to the detected value. The first gas distribution route P1 corresponds to the first gas distribution route, and the second gas distribution route P2 corresponds to the second gas distribution route.

以上説明した本実施形態のセンサ素子101によれば、ガス流通阻害部92が多孔質保護層91aの表面のうち外側ポンプ電極23に対向する位置から被測定ガス側電極までの間に設けられているため、ガス流通阻害部92は被測定ガスが外側ポンプ電極23に到達するのを妨げるため、被測定ガス中のNOxが外側ポンプ電極23で還元されるのを抑制する。したがって、被測定ガスの雰囲気にかかわらずNOx濃度を正確に測定することができる。 According to the sensor element 101 of the present embodiment described above, the gas flow obstructing portion 92 is provided between the surface of the porous protective layer 91a and the position facing the outer pump electrode 23 and the electrode to be measured. Therefore, the gas flow obstructing unit 92 prevents the gas to be measured from reaching the outer pump electrode 23, and thus suppresses the reduction of NOx in the gas to be measured by the outer pump electrode 23. Therefore, the NOx concentration can be accurately measured regardless of the atmosphere of the gas to be measured.

また、ガス流通阻害部92の気孔率に対する第1ガス流通経路P1の気孔率の割合は、1.03以上3.09以下であってもよい。こうすれば、被測定ガスの雰囲気にかかわらずNOx濃度をより正確に測定することができる。この場合、ガス流通阻害部92の気孔率は9.8%以上25.4%以下、第1ガス流通経路P1の気孔率は20.0%以上30.3%以下としてもよい。 Further, the ratio of the porosity of the first gas flow path P1 to the porosity of the gas flow obstruction unit 92 may be 1.03 or more and 3.09 or less. In this way, the NOx concentration can be measured more accurately regardless of the atmosphere of the gas to be measured. In this case, the porosity of the gas flow blocking portion 92 may be 9.8% or more and 25.4% or less, and the porosity of the first gas flow path P1 may be 20.0% or more and 30.3% or less.

更に、ガス流通阻害部92の気孔率に対する第1ガス流通経路P1の気孔率の割合は、1.96以上3.09以下であってもよい。こうすれば、被測定ガスの雰囲気にかかわらずNOx濃度を十分正確に測定することができる。この場合、ガス流通阻害部92の気孔率は9.8%以上15.0%以下、第1ガス流通経路P1の気孔率は20.0%以上30.3%以下としてもよい。 Further, the ratio of the porosity of the first gas flow path P1 to the porosity of the gas flow obstruction unit 92 may be 1.96 or more and 3.09 or less. In this way, the NOx concentration can be measured sufficiently accurately regardless of the atmosphere of the gas to be measured. In this case, the porosity of the gas flow blocking portion 92 may be 9.8% or more and 15.0% or less, and the porosity of the first gas flow path P1 may be 20.0% or more and 30.3% or less.

更にまた、火花点火内燃機関からの排ガスは、比較的ストイキ雰囲気になりやすいためセンサ素子101を用いる意義が高い。 Furthermore, since the exhaust gas from the spark-ignition internal combustion engine tends to have a relatively stoichiometric atmosphere, it is highly significant to use the sensor element 101.

そして、Ptを含む外側ポンプ電極23は、ストイキ雰囲気でNOxを還元しやすいため、NOx濃度の測定にセンサ素子101を用いる意義が高い。 Since the outer pump electrode 23 containing Pt easily reduces NOx in a stoichiometric atmosphere, it is highly significant to use the sensor element 101 for measuring the NOx concentration.

そしてまた、ガスセンサ100は、センサ素子101を備えている。そのため、このガスセンサ100は、センサ素子101と同様の効果、例えば、NOx濃度を被測定ガスの雰囲気にかかわらず正確に測定することができる。 Further, the gas sensor 100 includes a sensor element 101. Therefore, the gas sensor 100 can accurately measure the same effect as the sensor element 101, for example, the NOx concentration regardless of the atmosphere of the gas to be measured.

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various aspects as long as it belongs to the technical scope of the present invention.

例えば、上述した実施形態では、ガスセンサ100は特定の酸化物ガス濃度としてNOx濃度を検出したが、これに限らず他の酸化物濃度を特定の酸化物ガス濃度としてもよい。特定の酸化物ガス濃度を測定する場合には、上述した実施形態と同様に特定の酸化物ガスそのものを第3内部空所61で還元したときに酸素が発生するから、CPU93はこの酸素に応じた検出値を取得して特定の酸化物ガス濃度を検出できる。 For example, in the above-described embodiment, the gas sensor 100 detects the NOx concentration as a specific oxide gas concentration, but the present invention is not limited to this, and other oxide concentrations may be used as the specific oxide gas concentration. When measuring a specific oxide gas concentration, oxygen is generated when the specific oxide gas itself is reduced in the third internal space 61 as in the above-described embodiment, so that the CPU 93 responds to this oxygen. It is possible to detect a specific oxide gas concentration by acquiring the detected value.

上述した実施形態では、火花点火内燃機関として、ガソリンを燃料とする内燃機関に本発明を適用した場合を例示したが、天然ガスを燃料とする内燃機関やエタノールを添加したガソリンを燃料とする内燃機関に本発明を適用してもよい。 In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a gasoline-fueled internal combustion engine as a spark-ignition internal combustion engine is illustrated, but a natural gas-fueled internal combustion engine or an ethanol-added gasoline-fueled internal combustion engine is illustrated. The present invention may be applied to an engine.

上述した実施形態では、センサ素子101の素子本体は複数の固体電解質層(層1〜6)を有する積層体としたが、これに限られない。センサ素子101の素子本体は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を少なくとも1つ含み、且つ被測定ガス流通部が内部に設けられていればよい。例えば、図1において第2固体電解質層6以外の層1〜5は固体電解質層以外の材質からなる構造層(例えばアルミナからなる層)としてもよい。この場合、センサ素子101が有する各電極は第2固体電解質層6に配設されるようにすればよい。例えば、図1の測定電極44は第2固体電解質層6の下面に配設すればよい。また、基準ガス導入空間43を第1固体電解質層4の代わりにスペーサ層5に設け、大気導入層48を第1固体電解質層4と第3基板層3との間に設ける代わりに第2固体電解質層6とスペーサ層5との間に設け、基準電極42を第3内部空所61よりも後方且つ第2固体電解質層6の下面に設ければよい。 In the above-described embodiment, the element body of the sensor element 101 is a laminate having a plurality of solid electrolyte layers (layers 1 to 6), but the present invention is not limited to this. The element main body of the sensor element 101 may include at least one oxygen ion conductive solid electrolyte layer, and may be provided with a gas flow section to be measured inside. For example, in FIG. 1, the layers 1 to 5 other than the second solid electrolyte layer 6 may be a structural layer made of a material other than the solid electrolyte layer (for example, a layer made of alumina). In this case, each electrode of the sensor element 101 may be arranged on the second solid electrolyte layer 6. For example, the measurement electrode 44 of FIG. 1 may be arranged on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6. Further, the reference gas introduction space 43 is provided in the spacer layer 5 instead of the first solid electrolyte layer 4, and the atmosphere introduction layer 48 is provided between the first solid electrolyte layer 4 and the third substrate layer 3 instead of being provided in the second solid. It may be provided between the electrolyte layer 6 and the spacer layer 5, and the reference electrode 42 may be provided behind the third internal space 61 and on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6.

上述した実施形態では、制御装置90は、ポンプ電流Ip1が目標値Ip1*となるように、ポンプ電流Ip1に基づいて起電力V0の目標値V0*を設定(フィードバック制御)し、起電力V0が目標値V0*となるようにポンプ電圧Vp0をフィードバック制御したが、他の制御を行ってもよい。例えば、制御装置90は、ポンプ電流Ip1が目標値Ip1*となるように、ポンプ電流Ip1に基づいてポンプ電圧Vp0をフィードバック制御してもよい。すなわち、制御装置90は、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80からの起電力V0の取得や目標値V0*の設定を省略して、ポンプ電流Ip1に基づいて直接的にポンプ電圧Vp0を制御(ひいてはポンプ電流Ip0を制御)してもよい。 In the above-described embodiment, the control device 90 sets (feedback control) the target value V0 * of the electromotive force V0 based on the pump current Ip1 so that the pump current Ip1 becomes the target value Ip1 *, and the electromotive force V0 is set. Although the pump voltage Vp0 is feedback-controlled so as to reach the target value V0 *, other control may be performed. For example, the control device 90 may feedback control the pump voltage Vp0 based on the pump current Ip1 so that the pump current Ip1 becomes the target value Ip1 *. That is, the control device 90 directly controls the pump voltage Vp0 based on the pump current Ip1 without acquiring the electromotive force V0 from the main pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 80 and setting the target value V0 *. (By extension, the pump current Ip0 may be controlled).

上述した実施形態では、多孔質保護層91aにアルミナペーストを含浸させ、熱処理することで、気孔率を調整し、ガス流通阻害部92を形成したが、これに限られない。例えば、プラズマ溶射の条件を変更し、多孔質保護層91eと多孔質保護層91aの気孔率を調整することで、多孔質保護層91aにガス流通阻害部92を形成してもよい。 In the above-described embodiment, the porous protective layer 91a is impregnated with the alumina paste and heat-treated to adjust the porosity and form the gas flow blocking portion 92, but the present invention is not limited to this. For example, the gas flow obstructing portion 92 may be formed in the porous protective layer 91a by changing the conditions of plasma spraying and adjusting the porosity of the porous protective layer 91e and the porous protective layer 91a.

上述した実施形態では、ガスセンサ100のセンサ素子101は、多孔質保護層91の表面のうち外側ポンプ電極23に対向する位置から、外側ポンプ電極に至るまでの領域にガス流通阻害部92を形成したが、これに限られない。例えば、図6のセンサ素子201のように、多孔質保護層91eの表面のうちガス導入口10に対向する位置から外側ポンプ電極23に至る領域にガス流通阻害部92を形成してもよい。こうすれば、ガス流通阻害部92は外側ポンプ電極23で還元されてNOx濃度が低下した被測定ガスがガス導入口10に到達するのを妨げる。したがって、被測定ガスの雰囲気にかかわらず被測定ガス中の特定の酸化物ガス濃度を正確に測定することができる。 In the above-described embodiment, the sensor element 101 of the gas sensor 100 forms the gas flow obstruction portion 92 in the region of the surface of the porous protective layer 91 from the position facing the outer pump electrode 23 to the outer pump electrode. However, it is not limited to this. For example, as in the sensor element 201 of FIG. 6, the gas flow obstructing portion 92 may be formed in a region of the surface of the porous protective layer 91e from a position facing the gas introduction port 10 to the outer pump electrode 23. In this way, the gas flow obstructing unit 92 prevents the gas to be measured, which has been reduced by the outer pump electrode 23 and whose NOx concentration has decreased, from reaching the gas introduction port 10. Therefore, the concentration of a specific oxide gas in the gas to be measured can be accurately measured regardless of the atmosphere of the gas to be measured.

上述した実施形態では、ガスセンサ100のセンサ素子101は第1内部空所20,第2内部空所40,第3内部空所61を備えるものとしたが、これに限られない。例えば、図7のセンサ素子301のように、第3内部空所61を備えないものとしてもよい。図7に示した変形例のセンサ素子301では、第2固体電解質層6の下面と第1固体電解質層4の上面との間には、ガス導入口10と、第1拡散律速部11と、緩衝空間12と、第2拡散律速部13と、第1内部空所20と、第3拡散律速部30と、第2内部空所40とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。また、測定電極44は、第2内部空所40内の第1固体電解質層4の上面に配設されている。測定電極44は、第4拡散律速部45によって被覆されてなる。第4拡散律速部45は、アルミナ(Al23)などのセラミックス多孔体にて構成される膜である。第4拡散律速部45は、上述した実施形態の第4拡散律速部60と同様に、測定電極44に流入するNOxの量を制限する役割を担う。また、第4拡散律速部45は、測定電極44の保護膜としても機能する。補助ポンプ電極51の天井電極部51aは、測定電極44の直上まで形成されている。このような構成のセンサ素子301であっても、上述した実施形態と同様に例えばポンプ電流Ip2に基づいてNOx濃度を検出できる。この場合、測定電極44の周囲が測定室として機能することになる。 In the above-described embodiment, the sensor element 101 of the gas sensor 100 includes a first internal space 20, a second internal space 40, and a third internal space 61, but is not limited thereto. For example, as in the sensor element 301 of FIG. 7, the third internal space 61 may not be provided. In the modified example sensor element 301 shown in FIG. 7, a gas introduction port 10 and a first diffusion rate-determining portion 11 are provided between the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 and the upper surface of the first solid electrolyte layer 4. The buffer space 12, the second diffusion rate-determining section 13, the first internal space 20, the third diffusion rate-determining section 30, and the second internal space 40 are formed adjacent to each other in this order. .. Further, the measurement electrode 44 is arranged on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 in the second internal space 40. The measurement electrode 44 is covered with a fourth diffusion rate-determining portion 45. The fourth diffusion rate-determining unit 45 is a film made of a ceramic porous body such as alumina (Al 2 O 3). The fourth diffusion rate-determining unit 45 plays a role of limiting the amount of NOx flowing into the measurement electrode 44, similarly to the fourth diffusion rate-determining unit 60 of the above-described embodiment. The fourth diffusion rate-determining unit 45 also functions as a protective film for the measurement electrode 44. The ceiling electrode portion 51a of the auxiliary pump electrode 51 is formed up to directly above the measurement electrode 44. Even with the sensor element 301 having such a configuration, the NOx concentration can be detected based on, for example, the pump current Ip2, as in the above-described embodiment. In this case, the periphery of the measurement electrode 44 functions as a measurement chamber.

以下には、センサ素子を具体的に作製した例を実施例として説明する。実験例1〜4,6〜8,11,12が本発明の実施例に相当し、実験例5,9,10,13〜19が比較例に相当する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, an example in which the sensor element is specifically manufactured will be described as an example. Experimental Examples 1 to 4, 6 to 8, 11 and 12 correspond to Examples of the present invention, and Experimental Examples 5, 9, 10 and 13 to 19 correspond to Comparative Examples. The present invention is not limited to the following examples.

[実験例1]
・センサ素子の作製
実験例1として、上述した実施形態のセンサ素子101の製造方法に従って、センサ素子101を複数製造した。まず、安定化剤のイットリアを4mol%添加したジルコニア粒子と有機バインダーと有機溶剤とを混合してテープ成形により成形したセラミックスグリーンシートを6枚用意した。このグリーンシートには印刷時や積層時の位置決めに用いるシート穴や必要なスルーホール等を予め複数形成しておいた。また、各々のグリーンシートには各電極を形成するための導電性ペーストのパターンを印刷した。そして、6枚のグリーンシートを所定の順序に積層して、所定の温度・圧力条件を加えることで圧着させた。こうして得られた圧着体から素子本体101aの大きさの未焼成積層体を切り出した。そして、切り出した未焼成積層体を、焼成して、素子本体101aを得た。続いて、素子本体101aの表面に、多孔質保護層91a,91b,91c,91d,91eをこの順で形成した。多孔質保護層91を形成するプラズマ溶射の条件は、以下のようにした。プラズマ発生用ガス180として、アルゴンガス(流量50L/min,供給圧力0.5MPa)と水素(流量10L/min,供給圧力0.5MPa)とを混合したものを用いた。アノード176とカソード178との間に印加する電圧は、70Vの直流電圧とした。電流は500Aであった。粉末溶射材料184としては、平均粒径が30μmであるアルミナ粉末を用いた。粉末溶射材料184の供給に用いるキャリアガスは、アルゴンガス(流量4L/min,供給圧力0.5MPa)とした。距離Wは、150mmとした。距離Lは、10mmとした。また、プラズマ溶射は、大気及び常温の雰囲気にて行った。プラズマガン170の溶射の向き(ノズル176aの向き)は、センサ素子101における多孔質保護層91の形成面に対して垂直とした。形成された多孔質保護層91a〜91eの厚さをマイクロメータにより測定したところ、いずれも100μmであった。形成された多孔質保護層91a〜91eの気孔率は、30.3%であった。続いて、ガス流通阻害部92の形成を行い、センサ素子101を得た。実験例1のセンサ素子101では、ガス流通阻害部92の気孔率が9.8%となるように、多孔質保護層91a全体にアルミナペーストを含浸させたあと、200℃で30分熱処理することにより気孔率を調整し、ガス流通阻害部92を形成した。
[Experimental Example 1]
-Manufacture of sensor element As Experimental Example 1, a plurality of sensor elements 101 were manufactured according to the method for manufacturing the sensor element 101 of the above-described embodiment. First, six ceramic green sheets were prepared by mixing zirconia particles to which 4 mol% of the stabilizer yttria was added, an organic binder, and an organic solvent and molding them by tape molding. A plurality of sheet holes and necessary through holes used for positioning during printing and laminating are formed in advance on this green sheet. In addition, each green sheet was printed with a pattern of conductive paste for forming each electrode. Then, six green sheets were laminated in a predetermined order and crimped by applying predetermined temperature and pressure conditions. An unfired laminate having the size of the element body 101a was cut out from the pressure-bonded body thus obtained. Then, the cut out unfired laminate was fired to obtain an element body 101a. Subsequently, the porous protective layers 91a, 91b, 91c, 91d, 91e were formed on the surface of the element body 101a in this order. The conditions for plasma spraying to form the porous protective layer 91 were as follows. As the plasma generating gas 180, a mixture of argon gas (flow rate 50 L / min, supply pressure 0.5 MPa) and hydrogen (flow rate 10 L / min, supply pressure 0.5 MPa) was used. The voltage applied between the anode 176 and the cathode 178 was a DC voltage of 70 V. The current was 500A. As the powder spraying material 184, alumina powder having an average particle size of 30 μm was used. The carrier gas used for supplying the powder sprayed material 184 was argon gas (flow rate 4 L / min, supply pressure 0.5 MPa). The distance W was set to 150 mm. The distance L was set to 10 mm. Moreover, plasma spraying was carried out in the atmosphere and the atmosphere at room temperature. The direction of thermal spraying of the plasma gun 170 (direction of the nozzle 176a) was perpendicular to the formation surface of the porous protective layer 91 in the sensor element 101. When the thicknesses of the formed porous protective layers 91a to 91e were measured with a micrometer, they were all 100 μm. The porosity of the formed porous protective layers 91a to 91e was 30.3%. Subsequently, the gas flow obstructing portion 92 was formed to obtain the sensor element 101. In the sensor element 101 of Experimental Example 1, the entire porous protective layer 91a is impregnated with alumina paste so that the porosity of the gas flow blocking portion 92 is 9.8%, and then heat treatment is performed at 200 ° C. for 30 minutes. The porosity was adjusted to form the gas flow obstruction portion 92.

・気孔率の測定
実験例1のセンサ素子101を作製し、センサ素子101の多孔質保護層91a,91eの最表面と断面を機械研磨したサンプルを作製し、SEM観察を実施し、気孔率を測定した。気孔率の測定には、倍率1万倍の画像を利用した。その結果を表1に示す。なお、第1ガス流通経路P1の気孔率を「気孔率1」、多孔質保護層91aのうち外側ポンプ電極23の上側の領域の気孔率を「気孔率2」と称することとする。
-Measurement of Porosity The sensor element 101 of Experimental Example 1 was prepared, samples were prepared by mechanically polishing the outermost surfaces and cross sections of the porous protective layers 91a and 91e of the sensor element 101, and SEM observation was performed to determine the porosity. It was measured. An image with a magnification of 10,000 times was used for measuring the porosity. The results are shown in Table 1. The porosity of the first gas flow path P1 is referred to as "porosity 1", and the porosity of the region above the outer pump electrode 23 of the porous protective layer 91a is referred to as "porosity 2."

[実験例2〜19]
実験例2〜19は、いずれも、気孔率1、気孔率2及び気孔率1/気孔率2を表1に示すように種々変更した点以外は、実験例1と同様にしてセンサ素子101を作成した。実験例2〜19のセンサ素子101のいずれにおいても、多孔質保護層91a〜91eの厚さはいずれも100μmであった。なお、気孔率1=気孔率2の実験例については、気孔率1となるようにプラズマ溶射条件を設定して多孔質保護層91a〜91eを形成した。実験例1〜4,6〜8,11,12については、まず気孔率1となるようにプラズマ溶射条件を設定して多孔質保護層91a〜91eを形成し、その後、多孔質保護層91aにアルミナペーストを含浸させて、熱処理することで、多孔質保護層91aのうち外側ポンプ電極23の上側の領域を気孔率2になるようにした。なお、このときの気孔率2はガス流通阻害部92の気孔率に相当する。気孔率1<気孔率2の実験例については、まず、気孔率2となるようにプラズマ溶射条件を設定して、多孔質保護層91a〜91eを形成し、その後、多孔質保護層91eにアルミナペーストを含浸させて、熱処理を行い第1ガス流通経路P1を気孔率1となるようにした。
[Experimental Examples 2 to 19]
In Experimental Examples 2 to 19, the sensor element 101 was used in the same manner as in Experimental Example 1 except that the porosity 1, the porosity 2, and the porosity 1 / porosity 2 were variously changed as shown in Table 1. Created. In all of the sensor elements 101 of Experimental Examples 2 to 19, the thickness of the porous protective layers 91a to 91e was 100 μm. In the experimental example in which the porosity was 1 = the porosity was 2, the porous protective layers 91a to 91e were formed by setting the plasma spraying conditions so that the porosity was 1. For Experimental Examples 1 to 4, 6 to 8, 11 and 12, plasma spraying conditions were first set so that the porosity was 1, and the porous protective layers 91a to 91e were formed, and then the porous protective layer 91a was formed. By impregnating with alumina paste and heat-treating, the upper region of the outer pump electrode 23 in the porous protective layer 91a was made to have a porosity of 2. The porosity 2 at this time corresponds to the porosity of the gas flow blocking unit 92. In the experimental example of porosity 1 <porosity 2, the plasma spraying conditions were first set so that the porosity was 2, and the porous protective layers 91a to 91e were formed, and then alumina was formed on the porous protective layer 91e. The paste was impregnated and heat-treated so that the first gas flow path P1 had a porosity of 1.

[測定精度の評価]
実験例1のセンサ素子101を、上述した制御装置90,可変電源24,46,52に接続して、上述した実施形態と同様に制御装置90によりセンサ素子101を駆動させた。そして、センサ素子101のガス導入口10に導入される前の被測定ガスのA/Fを種々変化させたときの、ポンプ電流Ip2を測定した。被測定ガスには、モデルガスを用いた。モデルガスは、ベースガスとして窒素、特定の酸化物ガス成分として500ppmのNOを用い、水分濃度は3体積%とした。そして、燃料ガスとしてエチレンガス(C24)を用いて、モデルガス中のエチレンガス濃度と酸素濃度とを種々変更することで、モデルガスのA/Fを種々変更した。モデルガスの温度は250℃とし、直径20mmの配管内を流量200L/minで流通させた。ポンプ電流Ip2の測定は、モデルガスの流通を開始してからポンプ電流Ip2が十分安定した後に行った。また、被測定ガスとしてA/Fの異なる11種類のモデルガスを用いて、各々のA/Fに対応するポンプ電流Ip2を測定した。A/Fは、HORIBA社製のMEXA−730λを用いて測定した。そして、被測定ガスのA/Fが15.435(λが1.05)であった場合のポンプ電流Ip2を値100として、測定したポンプ電流Ip2を相対化した値(Ip2相対感度と称する)を導出した。実験例2〜19についても、同様の方法でIp2相対感度を導出した。実験例1〜19の各々について、Ip2相対感度が最も低下した場合(A/F=14.553,λ=0.99)のIp2相対感度を、表1に示す。また、図5は、実験例1,実験例5,実験例19について、A/FとIp2相対感度との関係を示すグラフである。図8では、A/Fから換算した空気過剰率λ(=(A/F)/14.7)を括弧内に併記した。Ip2相対感度が100から変化するほど、NOx濃度の測定精度が低下していることを意味する。
[Evaluation of measurement accuracy]
The sensor element 101 of Experimental Example 1 was connected to the above-mentioned control device 90 and variable power supplies 24, 46, 52, and the sensor element 101 was driven by the control device 90 in the same manner as in the above-described embodiment. Then, the pump current Ip2 was measured when the A / F of the gas to be measured before being introduced into the gas introduction port 10 of the sensor element 101 was variously changed. A model gas was used as the gas to be measured. As the model gas, nitrogen was used as the base gas, and 500 ppm of NO was used as the specific oxide gas component, and the water concentration was set to 3% by volume. Then, by using ethylene gas (C 2 H 4 ) as the fuel gas and changing the ethylene gas concentration and the oxygen concentration in the model gas in various ways, the A / F of the model gas was changed in various ways. The temperature of the model gas was 250 ° C., and the gas was circulated in a pipe having a diameter of 20 mm at a flow rate of 200 L / min. The pump current Ip2 was measured after the pump current Ip2 became sufficiently stable after the model gas flow was started. In addition, 11 types of model gases having different A / Fs were used as the gas to be measured, and the pump current Ip2 corresponding to each A / F was measured. A / F was measured using MEXA-730λ manufactured by HORIBA. Then, the pump current Ip2 when the A / F of the gas to be measured is 15.435 (λ is 1.05) is set to a value of 100, and the measured pump current Ip2 is relativized (referred to as Ip2 relative sensitivity). Was derived. For Experimental Examples 2 to 19, the Ip2 relative sensitivity was derived in the same manner. Table 1 shows the Ip2 relative sensitivities when the Ip2 relative sensitivities were the lowest (A / F = 14.553, λ = 0.99) for each of Experimental Examples 1 to 19. Further, FIG. 5 is a graph showing the relationship between A / F and Ip2 relative sensitivity for Experimental Example 1, Experimental Example 5, and Experimental Example 19. In FIG. 8, the excess air ratio λ (= (A / F) /14.7) converted from A / F is also shown in parentheses. As the Ip2 relative sensitivity changes from 100, it means that the measurement accuracy of the NOx concentration decreases.

Figure 2021148612
Figure 2021148612

実験例5のセンサ素子101は、気孔率1,2がそれぞれ29.6%,30.3%で気孔率1/気孔率2が0.98のセンサ素子である。表1、図8からわかるように、実験例5は、被測定ガスの雰囲気がストイキ近傍である場合に、Ip2相対感度が2.0%低下し、NOx濃度の測定精度が低下していた。実験例19のセンサ素子101は、気孔率1,2がそれぞれ14.9%,29.8%で気孔率1/気孔率2が0.50のセンサ素子である。表1、図8からわかるように、実験例19は、被測定ガスの雰囲気がストイキ近傍である場合に、Ip2相対感度が15.0%低下し、NOx濃度の測定精度が実験例5よりも低下していた。実験例1のセンサ素子101は、気孔率1,2がそれぞれ30.3%,9.8%で気孔率1/気孔率2が3.09のセンサ素子である。表1、図8からわかるように、実験例1は、被測定ガスの雰囲気がストイキ近傍である場合であってもIp2相対感度が1.0%しか低下せず、NOx濃度の測定精度の低下を抑制できた。また、表1からわかるように、気孔率1/気孔率2が1.01以下である実験例5,9,10,13〜19のセンサ素子101は、被測定ガスの雰囲気がストイキ近傍の際にIp2相対感度が2.0%〜15.0%低下しており、実験例5と同程度か実験例5以上にIp2相対感度が低下し、NOx濃度の測定精度が低下していた。また、表1からわかるように、気孔率1/気孔率2が1.03以上3.09以下の実験例1〜4,6〜8,11,12は、被測定ガスの雰囲気がストイキ近傍である場合であっても、Ip2相対感度の低下が1.0%〜1.9%であり、実験例5と比べるとNOx濃度の測定精度の低下を抑制できた。このうち、気孔率1/気孔率2が1.96以上3.09以下の実験例1,2,6,11は、被測定ガスの雰囲気がストイキ近傍である場合であっても、Ip2相対感度の低下が1.0%〜1.5%であり、NOx濃度の測定精度の低下をさらに抑制できた。 The sensor element 101 of Experimental Example 5 is a sensor element having a porosity of 1 and 2 of 29.6% and 30.3%, respectively, and a porosity of 1 / a porosity of 2 of 0.98. As can be seen from Tables 1 and 8, in Experimental Example 5, when the atmosphere of the gas to be measured was in the vicinity of stoichiometric, the Ip2 relative sensitivity decreased by 2.0%, and the measurement accuracy of the NOx concentration decreased. The sensor element 101 of Experimental Example 19 is a sensor element having a porosity of 1 and 2 of 14.9% and 29.8%, respectively, and a porosity of 1 / a porosity of 2 of 0.50. As can be seen from Table 1 and FIG. 8, in Experimental Example 19, when the atmosphere of the gas to be measured is in the vicinity of stoichiometric, the Ip2 relative sensitivity is reduced by 15.0%, and the measurement accuracy of NOx concentration is higher than that in Experimental Example 5. It was declining. The sensor element 101 of Experimental Example 1 is a sensor element having a porosity of 1 and 2 of 30.3% and 9.8%, respectively, and a porosity of 1 / a porosity of 2 of 3.09. As can be seen from Table 1 and FIG. 8, in Experimental Example 1, even when the atmosphere of the gas to be measured is in the vicinity of stoichiometric, the Ip2 relative sensitivity is reduced by only 1.0%, and the measurement accuracy of NOx concentration is reduced. Was able to be suppressed. Further, as can be seen from Table 1, the sensor element 101 of Experimental Examples 5, 9, 10, 13 to 19 in which the porosity 1 / porosity 2 is 1.01 or less is used when the atmosphere of the gas to be measured is in the vicinity of stoichiometric. The relative sensitivity of Ip2 was lowered by 2.0% to 15.0%, and the relative sensitivity of Ip2 was lowered to the same level as that of Experimental Example 5 or higher than that of Experimental Example 5, and the measurement accuracy of NOx concentration was lowered. Further, as can be seen from Table 1, in Experimental Examples 1 to 4, 6 to 8, 11 and 12 in which the porosity 1 / porosity 2 is 1.03 or more and 3.09 or less, the atmosphere of the gas to be measured is in the vicinity of stoichiometric. Even in a certain case, the decrease in the relative sensitivity of Ip2 was 1.0% to 1.9%, and the decrease in the measurement accuracy of the NOx concentration could be suppressed as compared with Experimental Example 5. Of these, Experimental Examples 1, 2, 6 and 11 having a porosity 1 / porosity 2 of 1.96 or more and 3.09 or less have Ip2 relative sensitivities even when the atmosphere of the gas to be measured is near stoichiometricity. The decrease in NOx concentration was 1.0% to 1.5%, and the decrease in measurement accuracy of NOx concentration could be further suppressed.

1 第1基板層、2 第2基板層、3 第3基板層、4 第1固体電解質層、5 スペーサ層、6 第2固体電解質層、10 ガス導入口、11 第1拡散律速部、12 緩衝空間、13 第2拡散律速部、20 第1内部空所、21 主ポンプセル、22 内側ポンプ電極、22a 天井電極部、22b 底部電極部、23 外側ポンプ電極、24 可変電源、30 第3拡散律速部、40 第2内部空所、41 測定用ポンプセル、42 基準電極、43 基準ガス導入空間、44 測定電極、45 第4拡散律速部、46 可変電源、48 大気導入層、50 補助ポンプセル、51 補助ポンプ電極、51a 天井電極部、51b 底部電極部、52 可変電源、60 第4拡散律速部、70 ヒータ部、71 ヒータコネクタ電極、72 ヒータ、73 スルーホール、74 ヒータ絶縁層、75 圧力放散孔、80 主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、81 補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、82 測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、83センサセル、90 制御装置、91,91a〜91e 多孔質保護層、92 ガス流通阻害部、93 CPU、94 メモリ、100,200,300 ガスセンサ、101,201,301 センサ素子、101a,201a,301a 素子本体、170 プラズマガン、172 外周部、173 絶縁部、174 水冷ジャケット、176 アノード、176a ノズル、178 カソード、180 プラズマ発生用ガス、182 粉末供給部、184 粉末溶射材料、P1 第1ガス流通経路、P2 第2ガス流通経路。 1 1st substrate layer, 2 2nd substrate layer, 3 3rd substrate layer, 4 1st solid electrolyte layer, 5 spacer layer, 6 2nd solid electrolyte layer, 10 gas inlet, 11 1st diffusion rate controlling part, 12 buffer Space, 13 2nd diffusion rate control section, 20 1st internal space, 21 main pump cell, 22 inner pump electrode, 22a ceiling electrode section, 22b bottom electrode section, 23 outer pump electrode, 24 variable power supply, 30 3rd diffusion rate control section , 40 2nd internal space, 41 measurement pump cell, 42 reference electrode, 43 reference gas introduction space, 44 measurement electrode, 45 4th diffusion rate control part, 46 variable power supply, 48 atmosphere introduction layer, 50 auxiliary pump cell, 51 auxiliary pump Electrode, 51a Ceiling electrode part, 51b Bottom electrode part, 52 Variable power supply, 60 4th diffusion rate control part, 70 Heater part, 71 Heater connector electrode, 72 Heater, 73 Through hole, 74 Heater insulation layer, 75 Pressure dissipation hole, 80 Oxygen partial pressure detection sensor cell for main pump control, 81 Oxygen partial pressure detection sensor cell for auxiliary pump control, 82 Oxygen partial pressure detection sensor cell for measurement pump control, 83 sensor cell, 90 control device, 91, 91a to 91e Porous protective layer, 92 Gas flow obstruction part, 93 CPU, 94 memory, 100, 200, 300 gas sensor, 101, 201, 301 sensor element, 101a, 201a, 301a element body, 170 plasma gun, 172 outer periphery, 173 insulation part, 174 water-cooled jacket 176 anode, 176a nozzle, 178 cathode, 180 plasma generating gas, 182 powder supply section, 184 powder spray material, P1 first gas flow path, P2 second gas flow path.

Claims (7)

被測定ガス中の特定の酸化物ガス濃度を検出するためのセンサ素子であって、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し、前記被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
前記素子本体の外側の前記排ガスに晒される部分にPtを含有する被測定ガス側電極を有し、前記被測定ガス流通部のうちの酸素濃度調整室の酸素濃度を調整するための調整用ポンプセルと、
前記被測定ガス流通部のうちの前記酸素濃度調整室の下流側に設けられた測定室に配設された測定電極と、
前記素子本体の外面のうち、前記被測定ガス流通部の入口及び前記測定ガス側電極を含む先端部を被覆する多孔質保護層と、
を備えたセンサ素子であって
前記多孔質保護層は、
前記多孔質保護層の表面のうち前記入口に対向する位置から前記入口に最短で至る第1ガス流通経路と、
前記多孔質保護層の表面のうち前記被測定ガス側電極に対向する位置から前記被測定ガス側電極を経て前記入口の手前に最短で至る第2ガス流通経路と、
前記第2ガス流通経路を遮断する領域に設けられ、前記第1ガス流通経路に比べて気孔率が小さいガス流通阻害部と、
を備え、
前記ガス流通阻害部の気孔率に対する前記第1ガス流通経路の気孔率の割合は、1.03以上であるセンサ素子。
A sensor element for detecting a specific oxide gas concentration in the gas to be measured.
An element body having an oxygen ion conductive solid electrolyte layer and having a gas measurement unit for introducing and circulating the gas to be measured inside.
An adjustment pump cell having a gas-measured gas-side electrode containing Pt in a portion exposed to the exhaust gas on the outside of the element body, and adjusting the oxygen concentration in the oxygen concentration adjustment chamber in the gas flow-in part to be measured. When,
A measuring electrode arranged in a measuring chamber provided on the downstream side of the oxygen concentration adjusting chamber in the gas flow section to be measured, and a measuring electrode.
Of the outer surface of the element body, a porous protective layer that covers the inlet of the gas flow section to be measured and the tip including the electrode on the measurement gas side, and
The porous protective layer is a sensor element provided with the above.
A first gas flow path from a position facing the inlet on the surface of the porous protective layer to the inlet at the shortest distance.
A second gas flow path from a position on the surface of the porous protective layer facing the gas-side electrode to be measured, through the gas-side electrode to be measured, and to the front of the inlet at the shortest distance.
A gas flow obstruction portion provided in a region that blocks the second gas flow path and having a smaller porosity than the first gas flow path.
With
The sensor element in which the ratio of the porosity of the first gas flow path to the porosity of the gas flow obstruction portion is 1.03 or more.
前記第2ガス流通経路を遮断する領域は、少なくとも前記多孔質保護層の表面のうち前記被測定ガス側電極に対向する位置から前記被測定ガス側電極に至るまでの領域である、
請求項1に記載のセンサ素子。
The region that blocks the second gas flow path is at least a region on the surface of the porous protective layer from a position facing the gas-side electrode to be measured to the gas-side electrode to be measured.
The sensor element according to claim 1.
前記ガス流通阻害部の気孔率に対する前記第1ガス流通経路の気孔率の割合は、1.03以上3.09以下である、
請求項1又は2に記載のセンサ素子。
The ratio of the porosity of the first gas flow path to the porosity of the gas flow obstruction portion is 1.03 or more and 3.09 or less.
The sensor element according to claim 1 or 2.
前記ガス流通阻害部の気孔率に対する前記第1ガス流通経路の気孔率の割合は、1.96以上3.09以下である、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のセンサ素子。
The ratio of the porosity of the first gas flow path to the porosity of the gas flow obstruction portion is 1.96 or more and 3.09 or less.
The sensor element according to any one of claims 1 to 3.
前記被測定ガスは、火花点火内燃機関からの排ガスである、
請求項1〜4のいずれか1項に記載のセンサ素子。
The gas to be measured is an exhaust gas from a spark-ignition internal combustion engine.
The sensor element according to any one of claims 1 to 4.
前記酸化物濃度はNOx濃度である、
請求項1〜5のいずれか1項に記載のセンサ素子。
The oxide concentration is the NOx concentration.
The sensor element according to any one of claims 1 to 5.
請求項1〜6のいずれか1項に記載のセンサ素子と、
前記酸素濃度調整室の酸素濃度が目標濃度となるように前記調整用ポンプセルを動作させる調整用ポンプセル制御部と、
前記基準電極と前記測定電極との間の測定用電圧を検出する測定用電圧検出部と、
前記測定用電圧に基づいて、前記酸化物ガスに由来して前記測定室で発生する酸素に応じた検出値を取得し、該検出値に基づいて前記排ガス中の前記酸化物ガス濃度を検出する特定ガス濃度検出部と、
を備えるガスセンサ。
The sensor element according to any one of claims 1 to 6, and the sensor element.
An adjustment pump cell control unit that operates the adjustment pump cell so that the oxygen concentration in the oxygen concentration adjustment chamber becomes a target concentration.
A measurement voltage detection unit that detects a measurement voltage between the reference electrode and the measurement electrode,
Based on the measurement voltage, a detection value corresponding to oxygen generated in the measurement chamber derived from the oxide gas is acquired, and the oxide gas concentration in the exhaust gas is detected based on the detection value. Specific gas concentration detector and
Gas sensor equipped with.
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