JP2023103962A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】被測定ガスにおける特定ガスの濃度が高い環境下での高精度な濃度測定と、濃度が低い環境下での高精度な濃度測定とを両立可能なガスセンサ素子を提供する。【解決手段】本発明の一側面に係るガスセンサは、被測定ガス中の所定のガス成分の濃度が所定の濃度に比べて高いか低いかを判定し、低いと判定すると、高いと判定する場合よりも、ヒータ部によって加熱されることでセンサ素子が至る所定の温度を低く設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスセンサに関する。

従来、自動車の排気ガス等の被測定ガスにおける酸素やＮＯ_xなどの特定ガス濃度を検出するガスセンサについて、センサ素子を構成する酸素イオン伝導性の固体電解質を活性化させるべく、内部にヒータを埋設したセンサ素子を備えるガスセンサが知られている。例えば、下掲の特許文献１には、内部にヒータを埋設し、測定用ポンプセルのインピーダンスが一定になるようにヒータの電力を制御するセンサ素子を備えるガスセンサが開示されている。

特開平１０－３１８９７９号公報

今後、自動車の排気ガス規制の強化等に伴い、ガスセンサには、被測定ガスにおける特定ガスの濃度が高い環境下での高精度な濃度測定だけでなく、特定ガスの濃度が低い環境下においても高精度な濃度測定が求められると予測される。このような観点から検討を進めたところ、本件発明者は、上述のような構造を有する従来のガスセンサには、被測定ガスにおける特定ガスの濃度が高い環境下での高精度な濃度測定と、濃度が低い環境下での高精度な濃度測定とを両立することが困難であるとの問題点を見出した。以下、詳細を説明する。

本件発明者は、先ず、被測定ガスにおける特定ガスの濃度を測定するガスセンサにおいては、一般に、濃度が低い環境下においては、測定精度にオフセット値の変動が大きく影響してしまうとの問題点があることを見出した。すなわち、測定される濃度は、オフセット値の変動によって数ｐｐｍ変化するため、オフセット値の変動が一定であったとしても、被測定ガスにおける特定ガスの濃度が低ければ低いほど、測定精度に対するオフセット値の変動の影響は大きくなる。例えば、被測定ガスにおける特定ガスの濃度が５００ｐｐｍである場合、オフセット値が５ｐｐｍ変動しても、オフセット値の変動による誤差は１％にとどまる。これに対して、被測定ガスにおける特定ガスの濃度が５０ｐｐｍである場合、オフセット値が５ｐｐｍ変動すると、オフセット値の変動による誤差は１０％となり、オフセット値の変動は、測定精度に大きく影響する。

ここで、オフセット値の変動の一因として、ヒータの設定温度、被測定ガスの温度等によるセンサ素子（特に、測定電極などの電極）の温度の変動が考えられる。そこで、本件発明者は、センサ素子の温度を下げることによって、つまり、ヒータの温度を下げることによって、オフセット値の変動を抑えることを検討した。

その結果、本件発明者は、単純にセンサ素子（電極）の温度を下げただけでは、測定精度が低下してしまう恐れがあるとの問題点があることを見出した。すなわち、センサ素子の温度を下げてしまうと、被測定ガス中の特定ガスの分解反応が抑制されることで特定ガスに対する感度が下がってしまう恐れがあり、特に、特定ガスの濃度が高い場合に、測定精度が悪化する恐れがある。

本発明は、一側面では、このような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、被測定ガスにおける特定ガスの濃度が高い環境下での高精度な濃度測定と、濃度が低い環境下での高精度な濃度測定とを両立可能なガスセンサ素子を提供することである。

本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。

第１の観点に係るガスセンサは、酸素イオン伝導性の固体電解質層を複数積層してなるセンサ素子であって、被測定ガスが導入される内部空所と、前記内部空所に設けられてなる測定電極と、前記内部空所と異なる部位に設けられた外側ポンプ電極と、前記測定電極と前記外側ポンプ電極との間に存在する前記固体電解質層と、から構成される電気化学的ポンプセルである測定用ポンプセルと、前記センサ素子の内部に埋設されてなり、前記センサ素子を所定の温度に加熱するヒータ部と、を含むセンサ素子と、前記測定用ポンプセルの出力に基づいて、前記被測定ガス中の所定のガス成分の濃度が、所定の濃度に比べて高いか低いかを判定する判定部と、前記判定部によって前記濃度が低いと判定されると、前記濃度が高いと判定される場合よりも、前記所定の温度を低く設定する温度設定部と、を備えている。

当該構成では、前記ヒータ部によって加熱されることで前記センサ素子が至る「前記所定の温度」は、前記被測定ガス中の所定のガス成分の濃度が低いと判定されると、前記濃度が高いと判定される場合よりも、低く設定される。つまり、前記所定のガス成分の濃度が低い時は「前記所定の温度」は下げられ、前記所定のガス成分の濃度が高い時は「前記所定の温度」は上げられる。

そのため、前記所定のガス成分の濃度が低い時は、前記所定の温度を下げてオフセット値の変動を抑えることができ、また、前記所定のガス成分の濃度が高い時は、前記所定の温度を上げて、被測定ガス中の特定ガスの分解反応が抑制されるのを防ぐことができる。また、前記所定のガス成分の濃度が高い時に前記所定の温度を上げることによって、長期間にわたってガスセンサを使用する場合の出力の変化を抑制することも可能となる。

したがって、上記第１の観点に係るガスセンサは、被測定ガスにおける特定ガスの濃度が高い環境下での高精度な濃度測定と、濃度が低い環境下での高精度な濃度測定とを両立することができる。

第２の観点に係るガスセンサは、上記第１の観点に係るガスセンサにおいて、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きは、２００［ｏｈｍ／Ｗ］以上であってもよい。当該構成では、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きは、２００［ｏｈｍ／Ｗ］以上である。ここで、前記ヒータ部への投入パワーの変化に対して、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の値が大きく変化する場合、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の値の制御に要する前記投入パワー（の変化）を小さくすることができる。つまり、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きを大きくすることで、前記ヒータ部への小さな投入パワー（の変化）によって、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の値を制御することができる。そして、本件発明者は、実験により、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きは、例えば、大気下で２００［ｏｈｍ／Ｗ］以上とすることが望ましいことを確認した。したがって、上記第２の観点に係るガスセンサは、前記投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きを２００［ｏｈｍ／Ｗ］以上とすることで、小さな前記投入パワーによって、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の値を制御することができる。なお、「ヒータ部への投入パワーに対する、セル抵抗の傾き」は、例えば、「大気中での、ヒータ部への投入パワーに対する、セル抵抗の傾き」である。

第３の観点に係るガスセンサは、上記第１または上記第２の観点に係るガスセンサにおいて、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きは、５０００［ｏｈｍ／Ｗ］以下であってもよい。当該構成では、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きは、５０００［ｏｈｍ／Ｗ］以下である。ここで、前述の通り、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きを大きくすることで、前記ヒータ部への小さな投入パワー（の変化）によって、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の値を制御することができる。そして、本件発明者は、実験により、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きは、例えば、大気下で５０００［ｏｈｍ／Ｗ］以下とすることが望ましいことを確認した。したがって、上記第３の観点に係るガスセンサは、前記投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きを５０００［ｏｈｍ／Ｗ］以下とすることで、小さな前記投入パワーによって、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の値を制御することができる。

第４の観点に係るガスセンサは、上記第１から上記第３の何れかの観点に係るガスセンサにおいて、前記センサ素子は、前記内部空所に面して形成された内側ポンプ電極と、前記外側ポンプ電極または前記固体電解質層に接して外部空間に露出する態様にて設けられた第３電極と、前記内側ポンプ電極と前記外側ポンプ電極または前記第３電極との間に存在する前記固体電解質層と、から構成される電気化学的ポンプセルである調整用ポンプセルをさらに１つ以上含み、前記測定用ポンプセルには、前記調整用ポンプセルにおいて前記被測定ガスに含まれる酸素がポンピング処理された後の前記被測定ガスが導入され、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きは、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記調整用ポンプセルのセル抵抗の傾きよりも大きくてもよい。

当該構成では、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きは、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記調整用ポンプセルのセル抵抗の傾きよりも大きい。つまり、この構成において、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記調整用ポンプセルのセル抵抗の傾きに比べて、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きは大きい。また、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きに比べて、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記調整用ポンプセルのセル抵抗の傾きは小さい。

このような構成を採用することにより、上記第４の観点に係るガスセンサは、小さな前記投入パワーによって、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の値を制御できると共に、前記調整用ポンプセルの温度が必要以上に高温になったり低温となったりすることがない。

前述の通り、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きを大きくすることで、前記ヒータ部への小さな投入パワー（の変化）によって、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の値を制御することができる。

また、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記調整用ポンプセルのセル抵抗の傾きを小さくすることで、前記調整用ポンプセルの温度を好適に制御することが容易になり、前記被測定ガス中の所定のガスの分解反応を制御することができる。

すなわち、前記調整用ポンプセルの温度が必要以上に高いと、前記調整用ポンプセルにおいて前記被測定ガス中の所定のガスと前記内側ポンプ電極との反応が増加することで、前記被測定ガス中の所定のガスの分解反応が過剰に促進されてしまう。また、前記調整用ポンプセルの温度が必要以上に低いと、前記調整用ポンプセルのポンプ電圧が増加することで、前記被測定ガス中の所定のガスの分解反応が過剰に促進されてしまう。

これに対して、上記第４の観点に係るガスセンサは、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記調整用ポンプセルのセル抵抗の傾きが小さいため、前記調整用ポンプセルの温度を好適に制御することができる。上記第４の観点に係るガスセンサは、前記調整用ポンプセルの温度を好適に制御するので、前記調整用ポンプセルの温度が必要以上に高温または低温となることがなく、前記被測定ガス中の所定のガスの分解反応が過剰に促進されてしまうのを抑制することができる。

したがって、上記第４の観点に係るガスセンサは、小さな前記投入パワーによって、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の値を制御でき、また、前記調整用ポンプセルの温度を好適に制御して、前記所定のガスの分解反応が過剰に促進されてしまうのを抑制できる。

第５の観点に係るガスセンサは、上記第４の観点に係るガスセンサにおいて、前記判定部によって前記濃度が低いと判定されると、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の値は、所定の第１の値になるよう制御され、前記判定部によって前記濃度が高いと判定されると、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の値は、前記第１の値とは異なる、所定の第２の値になるよう制御されてもよい。当該構成では、前記濃度が低いと判定されると、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の値は、前記第１の値になるよう制御され、また、前記濃度が高いと判定されると、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の値は、前記第２の値になるよう制御される。そのため、上記第５の観点に係るガスセンサは、前記被測定ガス中の所定のガス成分の濃度ではなく、時間の経過（例えば、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の値の変動）によって、測定結果が変動してしまうという事態が発生するのを抑制することができる。

第６の観点に係るガスセンサは、上記第４または上記第５の観点に係るガスセンサにおいて、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きは、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記調整用ポンプセルのセル抵抗の傾きの１０倍から１０００倍であってもよい。当該構成では、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きは、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記調整用ポンプセルのセル抵抗の傾きの１０倍から１０００倍である。前述の通り、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きは、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記調整用ポンプセルのセル抵抗の傾きよりも大きいことが望ましい。そして、本件発明者は、実験により、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きを、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記調整用ポンプセルのセル抵抗の傾きの１０倍から１０００倍とすることが望ましいことを確認した。したがって、上記第６の観点に係るガスセンサは、小さな前記投入パワーによって、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の値を制御でき、また、前記調整用ポンプセルの温度を好適に制御して、前記所定のガスの分解反応が過剰に促進されてしまうのを抑制できる。

なお、上記各観点に係るガスセンサの別の態様として、本発明の一側面は、以上の各構成の全部又はその一部を実現する情報処理方法であってもよいし、プログラムであってもよいし、このようなプログラムを記憶した、コンピュータその他装置、機械等が読み取り可能な記憶媒体であってもよい。ここで、コンピュータ等が読み取り可能な記憶媒体とは、プログラム等の情報を、電気的、磁気的、光学的、機械的、又は、化学的作用によって蓄積する媒体である。以上の各構成の全部又はその一部を実現する情報処理方法は、含む演算内容に応じて、例えば、ガスセンサの制御方法等と称されてよい。同様に、以上の各構成の全部又はその一部を実現するプログラムは、例えば、ガスセンサの制御プログラム等と称されてよい。

例えば、第７の観点に係るガスセンサの制御方法は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を複数積層してなるセンサ素子であって、被測定ガスが導入される内部空所と、前記内部空所に設けられてなる測定電極と、前記内部空所と異なる部位に設けられた外側ポンプ電極と、前記測定電極と前記外側ポンプ電極との間に存在する前記固体電解質層と、から構成される電気化学的ポンプセルである測定用ポンプセルと、前記センサ素子の内部に埋設されてなり、前記センサ素子を所定の温度に加熱するヒータ部と、を含むセンサ素子を備えるガスセンサの制御方法であって、前記測定用ポンプセルの出力に基づいて、前記被測定ガス中の所定のガス成分の濃度が、所定の濃度に比べて高いか低いかを判定する判定ステップと、前記判定ステップにて前記濃度が低いと判定されると、前記濃度が高いと判定される場合よりも、前記所定の温度を下げる温度設定ステップと、を実行する、情報処理方法である。

本発明によれば、被測定ガスにおける特定ガスの濃度が高い環境下での高精度な濃度測定と、濃度が低い環境下での高精度な濃度測定とを両立可能なガスセンサ素子を提供することができる。

図１は、センサ素子の長手方向に沿った垂直断面図を含む、ガスセンサの構成の一例を概略的に示す図である。 図２は、図１のセンサにおけるセンサ素子駆動温度設定処理の概要を示す図である。 図３は、図１のセンサについて、ヒータ部への投入パワーに対する、測定用ポンプセルのセル抵抗の傾き等のイメージについて、一例を示す図である。 図４は、変形例に係るセンサについて、ヒータ部への投入パワーに対する、測定用ポンプセルのセル抵抗の傾き等のイメージについて、一例を示す図である。 図５は、変形例に係るセンサが備えるコントローラの機能的構成の一例を示す図である。

以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。

本実施形態に係るガスセンサは、センサ素子を所定の温度に加熱するヒータ部が内部に埋設されたセンサ素子によってＮＯ_xを検知し、その濃度を測定するセンサである。本実施形態に係るガスセンサは、前記センサ素子の備える電気化学的ポンプセルである測定用ポンプセルの出力に基づいて、ＮＯ_xの濃度が、基準濃度に比べて高いか低いかを判定する。そして、本実施形態に係るガスセンサは、ＮＯ_xの濃度が基準濃度より低いと判定すると、ＮＯ_xの濃度が基準濃度より高いと判定する場合よりも、前記所定の温度を低く設定する。

そのため、本実施形態に係るガスセンサは、ＮＯ_xの濃度が低い時は、前記所定の温度を下げてオフセット値の変動を抑えることができ、また、ＮＯ_xの濃度が高い時は、前記所定の温度を上げて、ＮＯ_xの分解反応が抑制されるのを防ぐことができる。以下、これらの構成を有するガスセンサの一例を説明する。

［構成例］
図１は、本実施形態に係るガスセンサ素子１００の長手方向に沿った垂直断面図を含む、ガスセンサＳの構成の一例を概略的に示す図である。ガスセンサＳは、図１に示すように、ガスセンサ素子１００と、コントローラ１１０とを備える。ガスセンサ素子１００は、例えば、長手方向（軸方向）に沿って延びる細長な長尺の板状体形状を呈し、また、例えば、直方体状に形成される。図１に例示するガスセンサ素子１００は、長手方向それぞれの端部として先端部及び後端部を有しており、以下の説明においては、先端部を図１の左側の端部（つまり、前側の端部）とし、後端部を図１の右側の端部（つまり、後側の端部）とする。しかしながら、ガスセンサ素子１００の形状は、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。なお、以下の説明においては、図１の紙面奥側をガスセンサ素子１００の右側とし、紙面手前側をガスセンサ素子１００の左側とする。また、コントローラ１１０は、機能的構成として、判定部１１１と、温度設定部１１２と、ヒータ制御部１１３とを備える。以下、ガスセンサ素子１００およびコントローラ１１０について、各々の詳細を説明する。

＜ガスセンサ素子＞
図１に例示するように、ガスセンサ素子１００は、第１基板層１、第２基板層２、第３基板層３、第１固体電解質層４、スペーサ層５、及び第２固体電解質層６を下側から順に積層することで構成される積層体を備える。各層１－６は、ジルコニア（ＺｒＯ２）等の酸素イオン伝導性を有する固体電解質層により構成される。各層１－６を形成する固体電解質は、緻密質なものであってよい。緻密質は、気孔率が５％以下であることを指す。

ガスセンサ素子１００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、配線パターンの印刷等の工程を実行した後にそれらを積層し、更に、焼成して一体化させることで製造される。一例として、ガスセンサ素子１００は、複数のセラミックス層の積層体である。本実施形態では、第２固体電解質層６の上面が、ガスセンサ素子１００の上面を構成し、第１基板層１の下面が、ガスセンサ素子１００の下面を構成し、各層１～６の各側面が、ガスセンサ素子１００の各側面を構成する。

本実施形態では、ガスセンサ素子１００の一先端部であって、第２固体電解質層６の下面６２及び第１固体電解質層４の上面の間には、被測定ガスを外部の空間から受け入れるように構成される内部空間が設けられる。本実施形態に係る内部空間は、ガス導入口１０、第１拡散律速部１１、緩衝空間１２、第２拡散律速部１３、第１内部空所１５、第３拡散律速部１６、第２内部空所１７、第４拡散律速部１８、及び第３内部空所１９が、この順に連通する態様にて隣接形成されるように構成される。すなわち、本実施形態に係る内部空間は、３室構造（第１内部空所１５、第２内部空所１７及び第３内部空所１９）を有する。

一例では、この内部空間は、スペーサ層５をくり抜いた態様にて設けられる。内部空間の上部は、第２固体電解質層６の下面６２で区画される。内部空間の下部は、第１固体電解質層４の上面で区画される。内部空間の側部は、スペーサ層５の側面で区画される。

第１拡散律速部１１は、２本の横長の（図面に垂直な方向に開口が長辺方向を有する）スリットとして設けられる。また、第２拡散律速部１３、第３拡散律速部１６、及び第４拡散律速部１８のそれぞれは、図面に垂直な方向に延びる長さが、第１内部空所１５、第２内部空所１７、及び第３内部空所１９のそれぞれよりも短い孔として設けられる。

図１に例示するように、第２拡散律速部１３および第３拡散律速部１６は、いずれも、第１拡散律速部１１と同様に、２本の横長（図面に垂直な方向に開口が長辺方向を有する）のスリットとして設けられてもよい。これに対して、第４拡散律速部１８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てもよい。すなわち、第４拡散律速部１８は、第１固体電解質層４の上面に接していてもよい。第２拡散律速部１３、第３拡散律速部１６、及び第４拡散律速部１８のそれぞれについては、後ほど詳細に説明する。ガス導入口１０から第３内部空所１９に至る部位（内部空間）を被測定ガス流通部７と称する。

被測定ガス流通部７よりも先端側（ガスセンサ素子１００の前側）から遠い位置には、第３基板層３の上面及びスペーサ層５の下面の間であって、第１固体電解質層４の側面で側部を区画される位置に基準ガス導入空間４３が設けられる。基準ガス導入空間４３には、例えば、大気等の基準ガスが導入される。ただし、ガスセンサ素子１００の構成は、このような例に限定されなくてよい。他の一例として、第１固体電解質層４は、ガスセンサ素子１００の後端まで延びるように構成されてよく、基準ガス導入空間４３は省略されてよい。この場合、大気導入層４８が、ガスセンサ素子１００の後端まで延びるように構成されてよい。

基準ガス導入空間４３に隣接する第３基板層３の上面の一部には、大気導入層４８が設けられる。大気導入層４８は、多孔質アルミナから成り、基準ガス導入空間４３を介して基準ガスが導入されるように構成される。加えて、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。

基準電極４２は、第３基板層３の上面及び第１固体電解質層４の間に挟まれるように形成され、その周囲には、上記基準ガス導入空間４３に接続する大気導入層４８が設けられている。基準電極４２は、第１内部空所１５内及び第２内部空所１７内の酸素濃度（酸素分圧）の測定に使用される。詳細は後述する。

ガス導入口１０は、被測定ガス流通部７において、外部空間に対して開口してなる部位である。ガスセンサ素子１００は、当該ガス導入口１０を通じて外部空間から内部に被測定ガスを取り込むように構成される。本実施形態では、図１に例示されるとおり、ガス導入口１０は、ガスセンサ素子１００の先端面（前面）に配置される。つまり、被測定ガス流通部７は、ガスセンサ素子１００の先端面において開口を有するように構成される。ただし、被測定ガス流通部７が、ガスセンサ素子１００の先端面において開口を有するように構成されること、つまり、ガス導入口１０をガスセンサ素子１００の先端面に配置することは、必須ではない。ガスセンサ素子１００は、外部空間から被測定ガス流通部７の内部に被測定ガスを取り込むことができればよく、ガス導入口１０を、例えば、ガスセンサ素子１００の右面に配置したり、左面に配置したりしてもよい。

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１５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。

被測定ガスは、ガスセンサ素子１００の外部空間から第１内部空所１５内まで導入されるにあたり、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からガスセンサ素子１００内部に急激に取り込まれる場合がある。この場合であっても、当該構成では、取り込まれる被測定ガスは、直接第１内部空所１５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濃度変動が打ち消された後、第１内部空所１５へ導入される。これにより、第１内部空所１５へ導入される被測定ガスの濃度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１５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。

主ポンプセル２１は、内側ポンプ電極２２、外側ポンプ電極２３、及びこれらの電極に挟まれた第２固体電解質層６によって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。内側ポンプ電極２２は、第１内部空所１５に隣接する（面する）第２固体電解質層６の下面６２のほぼ全面に設けられる天井電極部２２ａを有する。外側ポンプ電極２３は、第２固体電解質層６の上面６３の天井電極部２２ａに対応する領域に外部空間に隣接する態様にて設けられる。主ポンプセル２１は、「調整用ポンプセル」の一例である。

内側ポンプ電極２２は、第１内部空所１５を区画する上下の固体電解質層（第２固体電解質層６及び第１固体電解質層４）、及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１５の天井面を与える第２固体電解質層６の下面６２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が形成される。そして、それら天井電極部２２ａ及び底部電極部２２ｂに接続するように、側部電極部（図示省略）が、第１内部空所１５の両側壁部を構成するスペーサ層５の側壁面（内面）に形成されている。つまり、内側ポンプ電極２２は、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態の構造で配設されている。内側ポンプ電極２２は、「内部空所（被測定ガス流通部７）に面して形成された内側ポンプ電極」の一例である。

内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３は、多孔質サーメット電極（例えば、Ａｕを１％含むＰｔ及びＺｒＯ₂により構成されるサーメット電極）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は、被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_x）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。

ガスセンサ素子１００は、主ポンプセル２１において、内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３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及び外側ポンプ電極２３の間に正方向又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１５内の酸素を外部空間に汲み出し、又は外部空間の酸素を第１内部空所１５に汲み入れ可能に構成される。

また、第１内部空所１５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、第２固体電解質層６、スペーサ層５、第１固体電解質層４、第３基板層３、及び基準電極４２により、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０（すなわち、電気化学的なセンサセル）が構成されている。

ガスセンサ素子１００は、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１５内の酸素濃度（酸素分圧）を特定可能に構成される。更に、起電力Ｖ０が一定となるように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。これにより、第１内部空所１５内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。

第３拡散律速部１６は、第１内部空所１５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１７に導く部位である。

第２内部空所１７は、第３拡散律速部１６を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を更に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、補助ポンプセル５０が作動することによって調整される。

補助ポンプセル５０は、補助ポンプ電極５１、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、ガスセンサ素子１００の外側の適当な電極であれば足りる）、及び第２固体電解質層６により構成される補助的な電気化学的ポンプセルである。補助ポンプ電極５１は、第２内部空所１７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。補助ポンプセル５０は、「調整用ポンプセル」の一例である。また、上述の「ガスセンサ素子１００の外側の適当な電極」は、「固体電解質層に接して外部空間に露出する態様にて設けられた第３電極」の一例である。

係る補助ポンプ電極５１は、先の第１内部空所１５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の構造で、第２内部空所１７内に配設されている。つまり、第２内部空所１７の天井面を与える第２固体電解質層６の下面６２に対して天井電極部５１ａが形成され、また、第２内部空所１７の底面を与える第１固体電解質層４の上面には、底部電極部５１ｂが形成される。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１７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る。これにより、補助ポンプ電極５１は、トンネル形態の構造を有している。補助ポンプ電極５１は、「内部空所（被測定ガス流通部７）に面して形成された内側ポンプ電極」の一例である。

なお、補助ポンプ電極５１も、内側ポンプ電極２２と同様に、被測定ガス中の窒素酸化物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。

ガスセンサ素子１００は、補助ポンプセル５０において、補助ポンプ電極５１及び外側ポンプ電極２３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１７内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、又は外部空間から第２内部空所１７内に汲み入れ可能に構成される。

また、第２内部空所１７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、基準電極４２、第２固体電解質層６、スペーサ層５、第１固体電解質層４、及び第３基板層３により、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１（すなわち、電気化学的なセンサセル）が構成されている。

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１７内の雰囲気中の酸素分圧は、ＮＯ_x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。

また、これと共に、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１６から第２内部空所１７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。ＮＯ_x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１７内での酸素濃度は約０．００１ｐｐｍ程度の一定の値に保たれる。

第４拡散律速部１８は、第２内部空所１７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１９に導く部位である。

第３内部空所１９は、第４拡散律速部１８を通じて導入された被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_x）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。ＮＯ_x濃度は、測定用ポンプセル４１の動作により測定される。本実施形態では、第１内部空所１５において酸素濃度（酸素分圧）が予め調整された後、第２内部空所１７において、第３拡散律速部１６を通じて導入された被測定ガスに対して、補助ポンプセル５０による酸素分圧の調整が更に行われる。これにより、第２内部空所１７から第３内部空所１９に導入される被測定ガスの酸素濃度を高精度に一定に保つことができる。そのため、本実施形態に係るガスセンサ素子１００は、精度の高いＮＯ_x濃度の測定が可能となる。

測定用ポンプセル４１は、第３内部空所１９内において、被測定ガス中の窒素酸化物濃度の測定を行う。測定用ポンプセル４１は、測定電極４４、外側ポンプ電極２３、第２固体電解質層６、スペーサ層５、及び第１固体電解質層４により構成される電気化学的ポンプセルである。図１の一例では、測定電極４４は、第３内部空所１９に隣接する（面する）第１固体電解質層４の上面に設けられる。

測定電極４４は、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１９内の雰囲気中に存在するＮＯ_xを還元するＮＯ_x還元触媒としても機能する。図１の一例では、測定電極４４は、第３内部空所１９内で露出している。他の一例では、測定電極４４は、拡散律速部により被覆されていてよい。該拡散律速部は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を主成分とする多孔体の膜により構成されてよい。該拡散律速部は、測定電極４４に流入するＮＯ_xの量を制限する役割を担うと共に、測定電極４４の保護膜としても作用する。

ガスセンサ素子１００は、測定用ポンプセル４１において、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として検出可能に構成される。

また、測定電極４４の周囲の酸素分圧を検出するために、第２固体電解質層６、スペーサ層５、第１固体電解質層４、第３基板層３、測定電極４４、及び基準電極４２により、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２（すなわち、電気化学的なセンサセル）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にて検出される電圧（起電力）Ｖ２に基づいて可変電源４６が制御される。

第３内部空所１９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にて検出される制御電圧Ｖ２が一定となるように可変電源の電圧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。

また、測定電極４４、第１固体電解質層４、第３基板層３、及び基準電極４２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ることで、測定電極４４の周りの雰囲気中のＮＯ_x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る。これにより、被測定ガス中の窒素酸化物成分の濃度を求めることも可能である。

また、第２固体電解質層６、スペーサ層５、第１固体電解質層４、第３基板層３、外側ポンプ電極２３、及び基準電極４２から電気化学的なセンサセル８３が構成されている。ガスセンサ素子１００は、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に構成されている。

以上の構成を有するガスセンサ素子１００において、主ポンプセル２１及び補助ポンプセル５０を作動させることにより、酸素分圧が常に一定の低い値（ＮＯ_xの測定に実質的に影響がない値）に保たれた被測定ガスを測定用ポンプセル４１に与えることができる。したがって、ガスセンサ素子１００は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に略比例して、ＮＯ_x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で流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、被測定ガス中の窒素酸化物濃度を特定可能に構成されている。

更に、ガスセンサ素子１００は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、ガスセンサ素子１００を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ７０を備えている。ヒータ７０は、ヒータ電極７１（例えば、不図示の７１ａ、７１ｂ、７１ｃ）と、ヒータエレメント７２と、ヒータリード７２ａ（例えば、不図示の７２ａ１、７２ａ２）と、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４と、図１においては図示を省略するヒータ抵抗検出リード７６（図２）とを、主として備えている。また、図１の一例では、ヒータ７０は、さらに、圧力放散孔７５を備えている。

ヒータ７０は、ヒータ電極７１を除いて、ガスセンサ素子１００の基体部に埋設されてなる。本実施形態では、ヒータ７０は、ガスセンサ素子１００の厚み方向（鉛直方向／積層方向）において、ガスセンサ素子１００の上面よりもガスセンサ素子１００の下面に近い位置に配置されている。ただし、ヒータ７０の配置は、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。

ヒータ電極７１は、第１基板層１の下面（ガスセンサ素子１００の下面）に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータ電極７１を外部電源と接続することにより、外部からヒータ７０へ給電することができるようになっている。

ヒータエレメント７２は、第２基板層２及び第３基板層３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り、つまり、第２基板層２と第３基板層３との間に設けられた抵抗発熱体である。ヒータエレメント７２は、図１においては図示を省略する、ガスセンサ素子１００の外部に備わるヒータ電源７７（図２）から、通電経路であるヒータ電極７１、スルーホール７３、およびヒータリード７２ａを通じて給電されることにより、発熱し、ガスセンサ素子１００を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。ヒータエレメント７２は、Ｐｔにて、あるいはＰｔを主成分として、形成されてなる。ヒータエレメント７２は、ガスセンサ素子１００の被測定ガス流通部７が備わる側の所定範囲に、素子厚み方向において被測定ガス流通部７と対向するように埋設されている。ヒータエレメント７２は、例えば、１０μｍ～２０μｍ程度の厚みを有するように設けられる。

ヒータエレメント７２の両端に接続された１対のヒータリード（例えば、不図示のヒータリード７２ａ１とヒータリード７２ａ２）は、略同一の形状を有するように、つまりは、両者の抵抗値が同じであるように、設けられる。ヒータリード７２ａ１、７２ａ２はそれぞれ、対応するスルーホール７３を介して異なるヒータ電極７１ａ、７１ｂ（不図示）と接続されている。

さらに、ヒータエレメント７２と一方のヒータリード７２ａ２との接続部から引き出される態様にて、ヒータ抵抗検出リード７６が設けられている。なお、ヒータ抵抗検出リード７６の抵抗値は無視できるものとする。ヒータ抵抗検出リード７６は、対応するスルーホール７３を介してヒータ電極７１ｃ（不図示）と接続されている。

また、ヒータエレメント７２は、ガスセンサ素子１００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。すなわち、ガスセンサ素子１００においては、ヒータ電極７１を通じてヒータエレメント７２に電流を流すことにより、ヒータエレメント７２を発熱させることで、ガスセンサ素子１００の各部を所定の温度に加熱、保温することができるようになっている。具体的には、ガスセンサ素子１００は、被測定ガス流通部７付近の固体電解質および電極の温度が、例えば、７００℃～９００℃程度（または、７５０℃～９５０℃）になるように加熱される。係る加熱によって、ガスセンサ素子１００において基体部を構成する固体電解質の酸素イオン伝導性が高められる。なお、ガスセンサＳが使用される際の（ガスセンサ素子１００が駆動される際の）ヒータエレメント７２による加熱温度を、センサ素子駆動温度と称することがある。

ヒータエレメント７２による発熱の程度は、ヒータエレメント７２の抵抗値の大きさ（ヒータ抵抗）によって把握される。ヒータ抵抗検出リード７６は、係るヒータ抵抗の測定のために、設けられてなる。

ヒータ絶縁層７４は、ヒータエレメント７２を覆う態様にて形成されてなる絶縁層であり、例えば、ヒータエレメント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及びヒータエレメント７２の間の電気的絶縁性、並びに第３基板層３及びヒータエレメント７２の間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。ヒータ絶縁層７４は、７０μｍ～１１０μｍ程度の厚みにて、ガスセンサ素子１００の先端面および側面から２００μｍ～７００μｍ程度離隔させた位置に設けられる。ただし、ヒータ絶縁層７４の厚みは一定である必要はなく、ヒータエレメント７２が存在する箇所としない箇所とで異なっていてもよい。

圧力放散孔７５は、第３基板層３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。ただし、圧力放散孔７５を設けることは必須ではなく、圧力放散孔７５を設けなくてもよい。

＜コントローラ＞
次に、コントローラ１１０の機能について詳細に説明する。コントローラ１１０は、ガスセンサＳの各部の動作を制御するとともに、ガスセンサ素子１００を流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいてＮＯ_x濃度を特定し、また、ヒータ７０によってガスセンサ素子１００を「所定の温度（センサ素子駆動温度）」に加熱する。コントローラ１１０は、汎用のあるいは専用のコンピュータによって実現されるものであり、そのＣＰＵ、メモリなどにより実現される機能的構成要素として、図１に例示するように、判定部１１１と、温度設定部１１２と、ヒータ制御部１１３とを備える。なお、ガスセンサＳが自動車のエンジンからの排気に含まれるＮＯ_xを検知および測定の対象とし、ガスセンサ素子１００が排気経路に取り付けられるものである場合、コントローラ１１０の一部あるいは全部の機能が、当該自動車に搭載されてなるＥＣＵ（電子制御装置）により実現されてもよい。

また、図１等では、コントローラ１１０が備える機能ブロックとして、判定部１１１と、温度設定部１１２と、ヒータ制御部１１３とを挙げたが、コントローラ１１０は、これらの機能ブロック以外の機能ブロックを備えていてもよい。コントローラ１１０は、例えば、ＮＯ_xの検知、濃度演算、その他のための機能ブロックを備えていてもよい。具体的には、コントローラ１１０は、各ポンプセルの動作を制御する機能ブロック、ＮＯ_x濃度を演算する機能ブロック、コントローラ１１０の備える各部の動作を統括的に制御する機能ブロック等をさらに備えていてもよい。

判定部１１１は、測定用ポンプセル４１の出力に基づいて、被測定ガス中のＮＯ_xの濃度が、所定の濃度（基準濃度）に比べて高いか低いかを判定する。判定部１１１は、例えば、測定用ポンプセル４１に流れるポンプ電流Ｉｐ２の値を取得し、取得したポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、被測定ガス中のＮＯ_xの濃度が、基準濃度に比べて高いか低いかを判定する。判定部１１１は、ポンプ電流Ｉｐ２から被測定ガス中のＮＯ_xの濃度を特定する従来の方法を利用してＮＯ_xの濃度を特定し、特定したＮＯ_xの濃度と基準濃度とを比較することにより、ＮＯ_xの濃度が基準濃度に比べて高いか低いかを判定してもよい。判定部１１１は、測定用ポンプセル４１に流れるポンプ電流Ｉｐ２の値を取得し、予めガスセンサ素子１００について設定された感度特性を記述してなる感度特性データに基づいて、ＮＯ_x濃度を特定してもよい。係る感度特性は、ガスセンサＳを実使用するに先立ってあらかじめ、ＮＯ_x濃度が既知の複数種類のモデルガスを用いて特定され、そのデータである感度特性データがコントローラ１１０に記憶されていてもよい。

温度設定部１１２は、ヒータ７０によって加熱されることでガスセンサ素子１００が至る「所定の温度（センサ素子駆動温度）」を設定する。特に、温度設定部１１２は、判定部１１１によってＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも低いと判定されると、判定部１１１によってＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも高いと判定される場合よりも、所定の温度を低く設定する。すなわち、判定部１１１によってＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも低いと判定された場合に温度設定部１１２が設定する所定の温度は、判定部１１１によってＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも高いと判定された場合に温度設定部１１２が設定する所定の温度よりも低い。

ヒータ制御部１１３は、ヒータ７０の動作を制御する。具体的には、ヒータ抵抗検出リード７６とヒータリード７２ａとの間の抵抗値として得られるヒータ抵抗（ヒータエレメント７２の抵抗）の値が、温度設定部１１２によって設定された所定の温度に応じた値となるよう、ヒータ電源７７に印加されるヒータ電圧を制御する。これによって、ヒータ制御部１１３は、ヒータ７０への給電を制御し、つまり、ヒータ７０への投入パワーを制御する。ヒータエレメント７２は係る態様にて制御されたヒータ抵抗に応じた発熱量にて発熱する。ヒータ制御部１１３が係るヒータ抵抗の値を「温度設定部１１２によって設定された所定の温度」に応じて制御することにより、ガスセンサ素子１００は、ヒータ７０によって加熱され、「温度設定部１１２によって設定された所定の温度」に至る。ヒータ７０への投入パワーとは、ヒータ７０へ印加する電圧（つまり、ヒータ間へ印加する電圧）と、ヒータ７０に流れる電流（つまり、ヒータ間に流れる電流）との積をいう。

＜センサ素子駆動温度設定処理＞
図２は、ガスセンサＳにおけるセンサ素子駆動温度設定処理の概要を示す図である。図２に例示するように、センサ素子駆動温度設定処理においては、先ず、判定部１１１が、測定用ポンプセル４１から、測定用ポンプセル４１の出力を取得する。例えば、判定部１１１は、測定用ポンプセル４１から、測定用ポンプセル４１に流れるポンプ電流Ｉｐ２の値を取得する。判定部１１１は、取得した測定用ポンプセル４１の出力（例えば、ポンプ電流Ｉｐ２）から、被測定ガス中のＮＯ_xの濃度が、基準濃度に比べて高いか低いかを判定する（判定ステップ）。例えば、判定部１１１は、ポンプ電流Ｉｐ２から被測定ガス中のＮＯ_xの濃度を特定し、特定したＮＯ_xの濃度と基準濃度とを比較することにより、被測定ガス中のＮＯ_xの濃度が、基準濃度に比べて高いか低いかを判定する。判定部１１１は、測定用ポンプセル４１の出力を用いて行った判定の結果（判定結果）を、つまり、被測定ガス中のＮＯ_xの濃度が基準濃度に比べて高いか低いかを、温度設定部１１２に通知する。

判定部１１１が、基準濃度に比べて被測定ガス中のＮＯ_xの濃度が高いか低いかを判定する際に用いる「測定用ポンプセル４１の出力」は、ポンプ電流Ｉｐ２の値に限られるものではない。判定部１１１は、任意の「測定用ポンプセル４１の出力」を用いて、被測定ガス中のＮＯ_xの濃度が、基準濃度に比べて高いか低いかを判定できればよい。

温度設定部１１２は、判定部１１１から通知された判定結果に基づいて、ヒータ７０によって加熱されることでガスセンサ素子１００が至る「所定の温度」を、つまり、センサ素子駆動温度を、設定する。ここで、温度設定部１１２は、判定部１１１によってＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも低いと判定されると、判定部１１１によってＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも高いと判定される場合よりも、センサ素子駆動温度を低く設定する（温度設定ステップ）。

すなわち、温度設定部１１２は、判定部１１１によってＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも低いと判定されると、判定部１１１によってＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも高いと判定された場合に設定するセンサ素子駆動温度よりも低いセンサ素子駆動温度を設定する。また、温度設定部１１２は、判定部１１１によってＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも高いと判定されると、判定部１１１によってＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも低いと判定された場合に設定するセンサ素子駆動温度よりも高いセンサ素子駆動温度を設定する。なお、判定部１１１によってＮＯ_xの濃度が基準濃度に等しいと判定されると、温度設定部１１２は、その時点で設定しているセンサ素子駆動温度と同じ温度のセンサ素子駆動温度を設定してもよい。温度設定部１１２は、設定したセンサ素子駆動温度を、ヒータ制御部１１３に通知する。

ヒータ制御部１１３は、温度設定部１１２から通知されたセンサ素子駆動温度に基づいて、ヒータ７０の動作を制御する。例えば、ヒータ制御部１１３は、ヒータ抵抗（ヒータエレメント７２の抵抗）の値が、温度設定部１１２から通知されたセンサ素子駆動温度に応じた値となるよう、ヒータ電源７７に印加されるヒータ電圧を制御する。ヒータ制御部１１３によって、ヒータ電源７７からヒータ７０への投入パワー（給電）は制御され、ヒータ７０は、ガスセンサ素子１００の温度が温度設定部１１２によって設定されたセンサ素子駆動温度になるよう、ガスセンサ素子１００を加熱する。

当該構成では、ヒータ７０によって加熱されることでガスセンサ素子１００が至るセンサ素子駆動温度は、被測定ガス中のＮＯ_xの濃度が基準濃度より低いと判定されると、ＮＯ_xの濃度が基準濃度より高いと判定される場合よりも、低く設定される。つまり、ＮＯ_xの濃度が基準濃度より低いとセンサ素子駆動温度は下げられ、ＮＯ_xの濃度が基準濃度より高いとセンサ素子駆動温度は上げられる。

そのため、ＮＯ_xの濃度が低い時は、センサ素子駆動温度を下げてオフセット値の変動を抑えることができ、また、ＮＯ_xの濃度が高い時は、センサ素子駆動温度を上げて、被測定ガス中のＮＯ_xの分解反応が抑制されるのを防ぐことができる。また、ＮＯ_xの濃度が高い時にセンサ素子駆動温度を上げることによって、長期間にわたってガスセンサＳを使用する場合の出力の変化を抑制することも可能となる。したがって、ガスセンサＳは、被測定ガスにおけるＮＯ_xの濃度が高い環境下での高精度な濃度測定と、濃度が低い環境下での高精度な濃度測定とを両立することができる。

＜投入パワーに対する、測定用ポンプセルのセル抵抗の傾き＞
図３は、ガスセンサＳについて、ヒータ７０への投入パワー（給電）に対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗等の傾きのイメージについて、一例を示す図である。ガスセンサＳにおいて、ヒータ７０への投入パワー［Ｗ］に対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗（インピーダンス）［ｏｈｍ］の傾きは、ヒータ７０への投入パワーが「１１．５」から「１３．５」までの範囲において、「２６００［ｏｈｍ／Ｗ］」程度である。すなわち、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定電極４４と外側ポンプ電極２３との間のインピーダンスは、投入パワーが「１１．５」から「１３．５」までの範囲において、約「２６００［ｏｈｍ／Ｗ］」であった。なお、セル抵抗は、例えば、大気中にてＩ－Ｖカーブを測定し、０～５０ｍＶの間で、電圧を５ｍＶ／ｓでスイープさせた時の電流値から、傾きを算出して求めることができる。また、「ヒータ７０への投入パワーに対する、セル抵抗の傾き」は、例えば、「大気中での、ヒータ７０への投入パワーに対する、セル抵抗の傾き」である。

ここで、本件発明者は、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、２００［ｏｈｍ／Ｗ］以上、５０００［ｏｈｍ／Ｗ］以下とするのが望ましいことを、実験により確認した。

すなわち、ヒータ７０への投入パワーの変化に対して、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値が大きく変化する場合、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値の制御に要する投入パワー（の変化）を小さくすることができる。つまり、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きを大きくすることで、ヒータ７０への小さな投入パワー（の変化）によって、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を制御することができる。そして、本件発明者は、実験により、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、例えば、大気下で２００［ｏｈｍ／Ｗ］以上とすることが望ましいことを確認した。ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きを２００［ｏｈｍ／Ｗ］以上とすることで、小さな投入パワーによって、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を制御することができる。

また、本件発明者は、実験結果ほか、種々の観点から、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、例えば、大気下で５０００［ｏｈｍ／Ｗ］以下とすることが望ましいことを確認した。ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きを５０００［ｏｈｍ／Ｗ］以下とすることで、小さな投入パワーによって、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を制御することができる。

ここで、前述の通り、ガスセンサＳにおいて、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、ヒータ７０への投入パワーが「１１．５」から「１３．５」までの範囲において、「２６００［ｏｈｍ／Ｗ］」程度である。そのため、ガスセンサＳは、ヒータ７０への投入パワーを抑えつつ、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を制御することができる。

なお、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値は、例えば、以下のインピーダンス検出回路を用いて測定されてもよい。すなわち、測定用ポンプセル４１の測定電極４４と外側ポンプ電極２３との間に挿入接続され、かつ、測定電極４４と外側ポンプ電極２３との間のインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路を用いて、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を測定してもよい。このようなインピーダンス検出回路は、測定電極４４と外側ポンプ電極２３との間に交流を供給する交流発生回路と、両者の間への交流供給によって両者の間に発生するインピーダンスに応じたレベルの電圧信号を検出する信号検出回路とを備えていてもよい。このような信号検出回路は、測定電極４４と外側ポンプ電極２３との間に発生する交流信号を、測定電極４４と外側ポンプ電極２３との間のインピーダンスに応じたレベルの電圧信号に変換するフィルタ回路（例えばローパスフィルタ、バンドパスフィルタなど）にて構成することができる。

＜測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きと調整用ポンプセルのセル抵抗の傾きとの大小＞
ガスセンサＳにおいて、ヒータ７０への投入パワー［Ｗ］に対する主ポンプセル２１のセル抵抗（インピーダンス）［ｏｈｍ］の傾きは、ヒータ７０への投入パワーが「１１．５」から「１３．５」までの範囲において、「１１［ｏｈｍ／Ｗ］」程度である。

前述の通り、ガスセンサＳにおいて、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、ヒータ７０への投入パワーが「１１．５」から「１３．５」までの範囲において、「２６００［ｏｈｍ／Ｗ］」程度である。したがって、ガスセンサＳにおいて、ヒータ７０への投入パワーに対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、ヒータ７０への投入パワーに対する主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きよりも大きい。つまり、ガスセンサＳにおいて、「ヒータ７０への投入パワーに対する、主ポンプセル２１のセル抵抗の傾き」に比べて、「ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾き」は大きい。また、「ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾き」に比べて、「ヒータ７０への投入パワーに対する、主ポンプセル２１のセル抵抗の傾き」は小さい。

このような構成を採用することにより、ガスセンサＳは、小さな投入パワーによって、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を制御できると共に、主ポンプセル２１の温度が必要以上に高温になったり低温となったりすることがない。

前述の通り、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きを大きくすることで、ヒータ７０への小さな投入パワー（の変化）によって、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を制御することができる。

また、ヒータ７０への投入パワーに対する、主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きを小さくすることで、主ポンプセル２１の温度を好適に制御することが容易になり、被測定ガス中のＮＯ_xの分解反応を制御することができる。

すなわち、主ポンプセル２１の温度が必要以上に高いと、主ポンプセル２１において被測定ガス中のＮＯ_xと内側ポンプ電極２２との反応が増加することで、被測定ガス中のＮＯ_xの分解反応が過剰に促進されてしまう。また、主ポンプセル２１の温度が必要以上に低いと、主ポンプセル２１のポンプ電圧Ｖｐ０が増加することで、被測定ガス中のＮＯ_xの分解反応が過剰に促進されてしまう。

これに対して、ガスセンサＳは、ヒータ７０への投入パワーに対する、主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きが小さいため、主ポンプセル２１の温度を好適に制御することができる。ガスセンサＳは、主ポンプセル２１の温度を好適に制御するので、主ポンプセル２１の温度が必要以上に高温または低温となることがなく、被測定ガス中のＮＯ_xの分解反応が過剰に促進されてしまうのを抑制することができる。

したがって、ガスセンサＳは、ヒータ７０への小さな投入パワーによって、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を制御でき、また、主ポンプセル２１の温度を好適に制御して、ＮＯ_xの分解反応が過剰に促進されてしまうのを抑制することができる。

＜測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きと調整用ポンプセルのセル抵抗の傾きとの比率＞
図３に例示するように、ガスセンサＳにおいて、ヒータ７０への投入パワーに対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、約「２６００［ｏｈｍ／Ｗ］」であり、ヒータ７０への投入パワーに対する主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きは、約「１１［ｏｈｍ／Ｗ］」である。したがって、ガスセンサＳにおいて、ヒータ７０への投入パワーに対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、ヒータ７０への投入パワーに対する主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きの約「２３６」倍となっている。

ここで、本件発明者は、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、ヒータ７０への投入パワーに対する、主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きの１０倍から１０００倍とするのが望ましいことを、実験により確認した。

前述の通り、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、ヒータ７０への投入パワーに対する、主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きよりも大きいことが望ましい。そして、本件発明者は、実験により、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きを、ヒータ７０への投入パワーに対する、主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きの１０倍から１０００倍とすることが望ましいことを確認した。したがって、ガスセンサＳは、ヒータ７０への小さな投入パワーによって、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を制御でき、また、主ポンプセル２１の温度を好適に制御して、ＮＯ_xの分解反応が過剰に促進されてしまうのを抑制できる。

なお、主ポンプセル２１のセル抵抗の値は、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値と同様、例えば、主ポンプセル２１の内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に挿入接続され、かつ、両者の間のインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路を用いて測定されてもよい。

これまで、ヒータ７０への投入パワーに対するセル抵抗の傾きが、「ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾き」よりも小さい調整用ポンプセルとして、調整用ポンプセルが主ポンプセル２１である例を説明してきた。しかしながら、ヒータ７０への投入パワーに対するセル抵抗の傾きが、「ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾き」よりも小さい調整用ポンプセルは、補助ポンプセル５０であってもよい。例えば、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きを、ヒータ７０への投入パワーに対する、補助ポンプセル５０のセル抵抗の傾きよりも大きくしてもよい。また、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きを、ヒータ７０への投入パワーに対する、主ポンプセル２１および補助ポンプセル５０の、いずれのセル抵抗の傾きよりも大きくしてもよい。すなわち、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、この投入パワーに対する、主ポンプセル２１および測定用ポンプセル４１の少なくとも一方のセル抵抗の傾きよりも、大きければよい。

同様に、ヒータ７０への投入パワーに対するセル抵抗の傾きが、「ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾き」の１０００分の１から１０分の１である調整用ポンプセルは、補助ポンプセル５０であってもよい。例えば、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きを、ヒータ７０への投入パワーに対する、補助ポンプセル５０のセル抵抗の傾きの１０倍から１０００倍としてもよい。また、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きを、ヒータ７０への投入パワーに対する、主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きの１０倍から１０００倍とし、かつ、補助ポンプセル５０のセル抵抗の傾きの１０倍から１０００倍としてもよい。すなわち、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、この投入パワーに対する、主ポンプセル２１および測定用ポンプセル４１の少なくとも一方のセル抵抗の傾きの、１０倍から１０００倍であればよい。

補助ポンプセル５０のセル抵抗の値は、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値と同様、例えば、補助ポンプセル５０の補助ポンプ電極５１と外側ポンプ電極２３（またはガスセンサ素子１００の外側の適当な電極）との間に挿入接続され、かつ、両者の間のインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路を用いて測定されてもよい。

［特徴］
以上のとおり、本実施形態に係るガスセンサＳは、ガスセンサ素子１００と、判定部１１１と、温度設定部１１２とを備えている。ガスセンサ素子１００は、酸素イオン伝導性の６層の固体電解質層により構成されるセンサ素子である。ガスセンサ素子１００は、被測定ガスが導入される内部空間（すなわち、被測定ガス流通部７）と、測定用ポンプセル４１と、ヒータ７０（ヒータ部）とを含む。測定用ポンプセル４１は、被測定ガス流通部７に設けられてなる測定電極４４と、被測定ガス流通部７と異なる部位に設けられた外側ポンプ電極２３と、測定電極４４と外側ポンプ電極２３との間に存在する固体電解質層（第２固体電解質層６、スペーサ層５、及び第１固体電解質層４）と、から構成される電気化学的ポンプセルである。ヒータ７０は、ガスセンサ素子１００の内部に埋設されてなり、ガスセンサ素子１００を所定の温度（センサ素子駆動温度）に加熱する。判定部１１１は、測定用ポンプセル４１の出力（例えば、測定用ポンプセル４１におけるポンプ電流Ｉｐ２）に基づいて、被測定ガス中のＮＯ_xの濃度が、所定の濃度（基準濃度）に比べて高いか低いかを判定する。温度設定部１１２は、ヒータ７０によって加熱されることでガスセンサ素子１００が至る「所定の温度（センサ素子駆動温度）」を、判定部１１１による判定の結果（判定結果）に基づいて、設定する。具体的には、温度設定部１１２は、判定部１１１によってＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも低いと判定されると、判定部１１１によってＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも高いと判定される場合よりも、所定の温度を低く設定する。

また、本実施形態に係るガスセンサの制御方法は、ガスセンサ素子１００を備えるガスセンサの制御方法であって、判定ステップと温度設定ステップとを実行する情報処理方法である。判定ステップは、測定用ポンプセル４１の出力（例えば、ポンプ電流Ｉｐ２）に基づいて、被測定ガス中のＮＯ_xの濃度が、所定の濃度（基準濃度）に比べて高いか低いかを判定する。温度設定ステップは、前記判定ステップにてＮＯ_xの濃度が（基準濃度に比べて）低いと判定されると、ＮＯ_xの濃度が高いと判定される場合よりも、ヒータ７０によって加熱されることでガスセンサ素子１００が至る「所定の温度（センサ素子駆動温度）」を下げる。

当該構成では、ヒータ７０によって加熱されることでガスセンサ素子１００が至るセンサ素子駆動温度は、被測定ガス中のＮＯ_xの濃度が基準濃度より低いと判定されると、ＮＯ_xの濃度が基準濃度より高いと判定される場合よりも、低く設定される。つまり、ＮＯ_xの濃度が基準濃度より低いとセンサ素子駆動温度は下げられ、ＮＯ_xの濃度が基準濃度より高いとセンサ素子駆動温度は上げられる。

そのため、ガスセンサＳは、ＮＯ_xの濃度が低い時は、センサ素子駆動温度を下げてオフセット値の変動を抑えることができ、また、ＮＯ_xの濃度が高い時は、センサ素子駆動温度を上げて、被測定ガス中のＮＯ_xの分解反応が抑制されるのを防ぐことができる。また、ガスセンサＳは、ＮＯ_xの濃度が高い時にセンサ素子駆動温度を上げることによって、長期間にわたってガスセンサＳを使用する場合の出力の変化を抑制することも可能となる。

したがって、ガスセンサＳは、被測定ガスにおけるＮＯ_xの濃度が高い環境下での高精度な濃度測定と、ＮＯ_xの濃度が低い環境下での高精度な濃度測定とを両立することができる。

本実施形態に係るガスセンサにおいて、ガスセンサ素子１００は、調整用ポンプセルを備え、つまり、主ポンプセル２１および補助ポンプセル５０の少なくとも一方を備えていてもよい。ガスセンサ素子１００の備える調整用ポンプセルは、ガスセンサ素子１００の内部空間（すなわち、被測定ガス流通部７）に面して形成された内側ポンプ電極（内側ポンプ電極２２または補助ポンプ電極５１）と、外側ポンプ電極２３または固体電解質層１－６の少なくとも１つに接して外部空間に露出する態様にて設けられた第３電極と、前記内側ポンプ電極と外側ポンプ電極２３または前記第３電極との間に存在する固体電解質層と、から構成される電気化学的ポンプセルである。

具体的には、主ポンプセル２１は、被測定ガス流通部７に面して形成された内側ポンプ電極２２と、外側ポンプ電極２３と、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３とに挟まれた第２固体電解質層６によって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。補助ポンプセル５０は、補助ポンプ電極５１と、外側ポンプ電極２３（または、固体電解質層１－６の少なくとも１つに接する、ガスセンサ素子１００の外側の適当な電極）と、両者に挟まれた固体電解質層（例えば、第２固体電解質層６）によって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。

測定用ポンプセル４１には、調整用ポンプセル（つまり、主ポンプセル２１および補助ポンプセル５０の少なくとも一方）において被測定ガスに含まれる酸素がポンピング処理された後の被測定ガスが導入される。

ここで、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、ヒータ７０への投入パワーに対する、調整用ポンプセル（つまり、主ポンプセル２１および補助ポンプセル５０の少なくとも一方）のセル抵抗の傾きよりも大きくてもよい。

このような構成を採用することにより、本発明の一側面に係るガスセンサは、ヒータ７０への小さな投入パワーによって、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を制御できる。また、このような構成を採用することにより、本発明の一側面に係るガスセンサは、調整用ポンプセル（つまり、主ポンプセル２１および補助ポンプセル５０の少なくとも一方）の温度が必要以上に高温になったり低温となったりすることがない。

すなわち、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きを大きくすることで、ヒータ７０への小さな投入パワー（の変化）によって、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を制御することができる。

また、ヒータ７０への投入パワーに対する、調整用ポンプセル（つまり、主ポンプセル２１および補助ポンプセル５０の少なくとも一方）のセル抵抗の傾きを小さくすることで、調整用ポンプセルの温度を好適に制御することが容易になり、被測定ガス中のＮＯ_xの分解反応を制御することができる。

すなわち、調整用ポンプセル（つまり、主ポンプセル２１および補助ポンプセル５０の少なくとも一方）の温度が必要以上に高いと、調整用ポンプセルにおいて、被測定ガス中のＮＯ_xと内側ポンプ電極（内側ポンプ電極２２および補助ポンプ電極５１の少なくとも一方）との反応が増加する。そのため、被測定ガス中のＮＯ_xの分解反応が過剰に促進されてしまう。また、調整用ポンプセル（つまり、主ポンプセル２１および補助ポンプセル５０の少なくとも一方）の温度が必要以上に低いと、調整用ポンプセルのポンプ電圧（ポンプ電圧Ｖｐ０および電圧Ｖｐ１の少なくとも一方）が増加することで、被測定ガス中のＮＯ_xの分解反応が過剰に促進されてしまう。

これに対して、本発明の一側面に係るガスセンサは、ヒータ７０への投入パワーに対する、調整用ポンプセル（つまり、主ポンプセル２１および補助ポンプセル５０の少なくとも一方）のセル抵抗の傾きが小さい。そのため、調整用ポンプセルの温度を好適に制御することができる。本発明の一側面に係るガスセンサは、調整用ポンプセル（つまり、主ポンプセル２１および補助ポンプセル５０の少なくとも一方）の温度を好適に制御するので、調整用ポンプセルの温度が必要以上に高温または低温となることがなく、被測定ガス中のＮＯ_xの分解反応が過剰に促進されてしまうのを抑制することができる。

したがって、本発明の一側面に係るガスセンサは、ヒータ７０への小さな投入パワーによって、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を制御でき、また、調整用ポンプセル（つまり、主ポンプセル２１および補助ポンプセル５０の少なくとも一方）の温度を好適に制御して、ＮＯ_xの分解反応が過剰に促進されてしまうのを抑制できる。

上記一側面に係るガスセンサにおいて、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、ヒータ７０への投入パワーに対する、調整用ポンプセル（つまり、主ポンプセル２１および補助ポンプセル５０の少なくとも一方）のセル抵抗の傾きの１０倍から１０００倍であってもよい。

前述の通り、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、ヒータ７０への投入パワーに対する、調整用ポンプセル（つまり、主ポンプセル２１および補助ポンプセル５０の少なくとも一方）のセル抵抗の傾きよりも大きいことが望ましい。そして、本件発明者は、実験により、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きを、ヒータ７０への投入パワーに対する、調整用ポンプセル（つまり、主ポンプセル２１および補助ポンプセル５０の少なくとも一方）のセル抵抗の傾きの１０倍から１０００倍とすることが望ましいことを確認した。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、前述までの実施形態の説明は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。上記実施形態には、種々の改良及び変形が行われてよい。上記実施形態の各構成要素に関して、適宜、構成要素の省略、置換及び追加が行われてもよい。また、上記実施形態の各構成要素の形状及び寸法は、実施の形態に応じて適宜変更されてよい。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。

（Ｉ）測定用ポンプセルのセル抵抗の傾き
これまで、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗（測定電極４４と外側ポンプ電極２３との間のインピーダンス）の傾きが、約「２６００［ｏｈｍ／Ｗ］」であるガスセンサＳについて、説明を行なってきた。しかしながら、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きが、約「２６００［ｏｈｍ／Ｗ］」であることは必須ではない。前述の通り、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、２００［ｏｈｍ／Ｗ］以上、５０００［ｏｈｍ／Ｗ］以下とするのが望ましい。

図４は、変形例に係るガスセンサＳ１について、ヒータ７０への投入パワー（給電）に対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗等の傾きのイメージについて、一例を示す図である。ガスセンサＳ１において、ヒータ７０への投入パワーに対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗（インピーダンス）の傾きは、ヒータ７０への投入パワーが「１１．５」から「１３．５」までの範囲において、「６００［ｏｈｍ／Ｗ］」程度である。すなわち、ガスセンサＳ１において、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定電極４４と外側ポンプ電極２３との間のインピーダンスは、２００［ｏｈｍ／Ｗ］以上、５０００［ｏｈｍ／Ｗ］以下の値であり、具体的には、約「６００［ｏｈｍ／Ｗ］」である。そのため、ガスセンサＳ１は、ヒータ７０への投入パワーを抑えつつ、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を制御することができる。

（ＩＩ）セル抵抗の傾きの大小
これまで、ヒータ７０への投入パワーに対する主ポンプセル２１のセル抵抗（インピーダンス）の傾きが、ヒータ７０への投入パワーが「１１．５」から「１３．５」までの範囲において、約「１１［ｏｈｍ／Ｗ］」であるガスセンサＳについて、説明を行なってきた。しかしながら、ヒータ７０への投入パワーに対する、主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きが、約「１１［ｏｈｍ／Ｗ］」であることは必須ではない。前述の通り、「ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾き」を、「ヒータ７０への投入パワーに対する、主ポンプセル２１のセル抵抗の傾き」よりも大きくするのが望ましい。

図４に例示するように、ガスセンサＳ１において、ヒータ７０への投入パワー［Ｗ］に対する主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きは、ヒータ７０への投入パワーが「１１．５」から「１３．５」までの範囲において、約「１０［ｏｈｍ／Ｗ］」である。そして、ガスセンサＳ１において、ヒータ７０への投入パワーに対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、ヒータ７０への投入パワーが「１１．５」から「１３．５」までの範囲において、約「６００［ｏｈｍ／Ｗ］」である。そのため、ガスセンサＳ１において、ヒータ７０への投入パワーに対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、ヒータ７０への投入パワーに対する主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きよりも大きい。

したがって、ガスセンサＳ１は、ヒータ７０への小さな投入パワーによって、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を制御でき、また、主ポンプセル２１の温度を好適に制御して、ＮＯ_xの分解反応が過剰に促進されてしまうのを抑制することができる。

なお、ガスセンサＳ１において、ヒータ７０への投入パワーに対するセル抵抗の傾きが、「ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾き」よりも小さい調整用ポンプセルは、補助ポンプセル５０であってもよい。つまり、ガスセンサＳ１において、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きを、ヒータ７０への投入パワーに対する、補助ポンプセル５０のセル抵抗の傾きよりも大きくしてもよい。また、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きを、ヒータ７０への投入パワーに対する、主ポンプセル２１および補助ポンプセル５０の、いずれのセル抵抗の傾きよりも大きくしてもよい。ガスセンサＳ１において、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、この投入パワーに対する、主ポンプセル２１および補助ポンプセル５０の少なくとも一方のセル抵抗の傾きよりも、大きければよい。

（ＩＩＩ）セル抵抗の傾きの比率
これまで、ヒータ７０への投入パワーに対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きが、ヒータ７０への投入パワーに対する主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きの約「２３６」倍であるガスセンサＳについて、説明を行なってきた。しかしながら、ヒータ７０への投入パワーに対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きが、ヒータ７０への投入パワーに対する主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きの約「２３６」倍であることは必須ではない。前述の通り、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、ヒータ７０への投入パワーに対する、主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きの１０倍から１０００倍とするのが望ましい。

図４に例示するように、ガスセンサＳ１において、ヒータ７０への投入パワーに対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、約「６００［ｏｈｍ／Ｗ］」であり、ヒータ７０への投入パワーに対する主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きは、約「１０［ｏｈｍ／Ｗ］」である。したがって、ガスセンサＳ１において、ヒータ７０への投入パワーに対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、ヒータ７０への投入パワーに対する主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きの約「６０」倍となっている。つまり、ガスセンサＳ１において、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、ヒータ７０への投入パワーに対する、主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きの１０倍から１０００倍の値となっている。したがって、ガスセンサＳ１は、ヒータ７０への小さな投入パワーによって、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を制御でき、また、主ポンプセル２１の温度を好適に制御して、ＮＯ_xの分解反応が過剰に促進されてしまうのを抑制できる。

なお、ガスセンサＳ１において、ヒータ７０への投入パワーに対するセル抵抗の傾きが、「ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾き」の１０００分の１から１０分の１である調整用ポンプセルは、補助ポンプセル５０であってもよい。例えば、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きを、ヒータ７０への投入パワーに対する、補助ポンプセル５０のセル抵抗の傾きの１０倍から１０００倍としてもよい。また、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きを、ヒータ７０への投入パワーに対する、主ポンプセル２１のセル抵抗の傾きの１０倍から１０００倍とし、かつ、補助ポンプセル５０のセル抵抗の傾きの１０倍から１０００倍としてもよい。ガスセンサＳ１において、ヒータ７０への投入パワーに対する、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きは、この投入パワーに対する、主ポンプセル２１および補助ポンプセル５０の少なくとも一方のセル抵抗の傾きの、１０倍から１０００倍であればよい。

（ＩＶ）測定用ポンプセル４１のセル抵抗に対する制御
これまで、判定部１１１および温度設定部１１２を備えるガスセンサＳについて、言い換えれば、センサ素子駆動温度設定処理を実行するガスセンサＳについて、説明を行なってきた。しかしながら、本実施形態に係るガスセンサは、センサ素子駆動温度設定処理に加えて、インピーダンス一定制御をさらに実行してもよい。

図５は、変形例に係るガスセンサＳ２におけるインピーダンス一定制御の概要を示す図である。図５に例示するように、ガスセンサＳ２は、ガスセンサ素子１００と、コントローラ１１０Ａとを備える。なお、ガスセンサＳ２は、図１等を用いて説明してきたガスセンサＳの構成要素と作用・機能が共通する構成要素を有している。そのような構成要素については、図１等に示された対応する構成要素と同一の符号を付して、必要ある場合を除き、詳細な説明は省略する。

コントローラ１１０Ａは、ガスセンサＳ２の各部の動作を制御するとともに、ガスセンサ素子１００を流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいてＮＯ_x濃度を特定し、また、ヒータ７０によってガスセンサ素子１００を「所定の温度（センサ素子駆動温度）」に加熱する。コントローラ１１０Ａは、汎用のあるいは専用のコンピュータによって実現されるものであり、そのＣＰＵ、メモリなどにより実現される機能的構成要素として、図５に例示するように、判定部１１１と、温度設定部１１２と、ヒータ制御部１１３と、インピーダンス検出部１１４と、差異算出部１１５と、記憶部１１６とを備える。すなわち、コントローラ１１０Ａは、機能的構成として、前述のコントローラ１１０と同様に、判定部１１１と、温度設定部１１２と、ヒータ制御部１１３とを備えている。コントローラ１１０Ａは、機能的構成としてさらに、インピーダンス検出部１１４と、差異算出部１１５と、記憶部１１６とを備えている。なお、ガスセンサＳ２が自動車のエンジンからの排気に含まれるＮＯ_xを検知および測定の対象とし、ガスセンサ素子１００が排気経路に取り付けられるものである場合、コントローラ１１０Ａの一部あるいは全部の機能が、当該自動車に搭載されてなるＥＣＵ（電子制御装置）により実現されてもよい。

また、図５では、コントローラ１１０Ａが備える機能ブロックとして、判定部１１１と、温度設定部１１２と、ヒータ制御部１１３と、インピーダンス検出部１１４と、差異算出部１１５と、記憶部１１６とを挙げた。しかしながら、コントローラ１１０Ａは、これらの機能ブロック以外の機能ブロックを備えていてもよい。コントローラ１１０Ａは、例えば、ＮＯ_xの検知、濃度演算、その他のための機能ブロックを備えていてもよい。具体的には、コントローラ１１０Ａは、各ポンプセルの動作を制御する機能ブロック、ＮＯ_x濃度を演算する機能ブロック、コントローラ１１０Ａの備える各部の動作を統括的に制御する機能ブロック等をさらに備えていてもよい。

コントローラ１１０Ａが備える判定部１１１は、コントローラ１１０が備える判定部１１１と同様に、測定用ポンプセル４１の出力に基づいて、被測定ガス中のＮＯ_xの濃度が、所定の濃度（基準濃度）に比べて高いか低いかを判定する（判定ステップ）。コントローラ１１０Ａが備える判定部１１１は、測定用ポンプセル４１の出力を用いて行った判定の結果（判定結果）を、つまり、被測定ガス中のＮＯ_xの濃度が基準濃度に比べて高いか低いかを、差異算出部１１５に通知する。

インピーダンス検出部１１４は、測定用ポンプセル４１のセル抵抗（インピーダンス）の値を測定（検出）し、測定した測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を差異算出部１１５に通知する。インピーダンス検出部１１４は、例えば、測定用ポンプセル４１の測定電極４４と外側ポンプ電極２３との間に交流を供給し、両者の間に発生する交流信号を、両者の間のインピーダンスに応じたレベルの電圧信号に変換してもよい。

具体的には、インピーダンス検出部１１４は、測定用ポンプセル４１の測定電極４４と外側ポンプ電極２３との間に挿入接続され、かつ、測定電極４４と外側ポンプ電極２３との間のインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路であってもよい。インピーダンス検出部１１４は、測定電極４４と外側ポンプ電極２３との間に交流を供給する交流発生回路と、両者の間への交流供給によって両者の間に発生するインピーダンスに応じたレベルの電圧信号を検出する信号検出回路とを備えていてもよい。インピーダンス検出部１１４の備える信号検出回路は、測定電極４４と外側ポンプ電極２３との間に発生する交流信号を、測定電極４４と外側ポンプ電極２３との間のインピーダンスに応じたレベルの電圧信号に変換するフィルタ回路（例えばローパスフィルタ、バンドパスフィルタなど）にて構成されてもよい。

差異算出部１１５は、判定部１１１から通知される判定結果と、インピーダンス検出部１１４から通知される測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値とを用いて、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値と第１基準値または第２基準値との差を算出する（差異算出ステップ）。差異算出部１１５は、算出した「測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値と、基準値（第１基準値または第２基準値）との差」を、温度設定部１１２に通知する。

具体的には、差異算出部１１５は、判定部１１１から「ＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも低い」との判定結果を通知されると、記憶部１１６の基準インピーダンス１１７を参照して、第１基準値を取得する。そして、差異算出部１１５は、取得した第１基準値と、インピーダンス検出部１１４から通知された測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値との差を算出し、算出した差を温度設定部１１２に通知する。第１基準値は、「ＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも低い」場合に、測定用ポンプセル４１が示すべきセル抵抗の値として、予め設定された値である。

また、差異算出部１１５は、判定部１１１から「ＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも高い」との判定結果を通知されると、記憶部１１６の基準インピーダンス１１７を参照して、第２基準値を取得する。そして、差異算出部１１５は、取得した第２基準値と、インピーダンス検出部１１４から通知された測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値との差を算出し、算出した差を温度設定部１１２に通知する。第２基準値は、「ＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも高い」場合に、測定用ポンプセル４１が示すべきセル抵抗の値として、予め設定された値である。

差異算出部１１５は、判定部１１１から「ＮＯ_xの濃度が基準濃度に等しい」との判定結果を通知されると、温度設定部１１２によってその時点で設定されているセンサ素子駆動温度を維持するようにとの指示を、温度設定部１１２に通知してもよい。

温度設定部１１２は、差異算出部１１５から通知される「測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値と、基準値（第１基準値または第２基準値）との差」に基づいて、センサ素子駆動温度を設定する（温度設定ステップ、インピーダンス一定制御ステップ）。具体的には、温度設定部１１２は、「測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値と、基準値（第１基準値または第２基準値）との差」が小さくなるように、センサ素子駆動温度を設定する。つまり、温度設定部１１２は、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値と基準値（第１基準値または第２基準値）とが等しくなるように、センサ素子駆動温度を設定する。そして、温度設定部１１２は、設定したセンサ素子駆動温度を、ヒータ制御部１１３に通知する。

例えば、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値が基準値（第１基準値または第２基準値）よりも小さいと、温度設定部１１２は、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を大きくして基準値と等しくなるよう、その時点までに設定していたセンサ素子駆動温度を下げる。温度設定部１１２は、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値が基準値と等しくなるように下げた、新たなセンサ素子駆動温度を、ヒータ制御部１１３に通知する。

例えば、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値が基準値（第１基準値または第２基準値）よりも大きいと、温度設定部１１２は、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を小さくして基準値と等しくなるよう、その時点までに設定していたセンサ素子駆動温度を上げる。温度設定部１１２は、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値が基準値と等しくなるように上げた、新たなセンサ素子駆動温度を、ヒータ制御部１１３に通知する。

コントローラ１１０Ａが備えるヒータ制御部１１３は、コントローラ１１０が備えるヒータ制御部１１３と同様に、温度設定部１１２から通知されたセンサ素子駆動温度に基づいて、ヒータ７０の動作を制御する。ヒータ制御部１１３によって、ヒータ電源７７からヒータ７０への投入パワー（給電）は制御され、ヒータ７０は、ガスセンサ素子１００の温度が温度設定部１１２によって設定されたセンサ素子駆動温度になるよう、ガスセンサ素子１００を加熱する。ヒータ制御部１１３は、ヒータ抵抗検出リード７６とヒータリード７２ａとの間の抵抗値として得られるヒータ抵抗（ヒータエレメント７２の抵抗）の値が、温度設定部１１２によって設定された所定の温度に応じた値となるよう、ヒータ電源７７に印加されるヒータ電圧を制御してもよい。

これまで説明してきたように、ガスセンサＳ２において、「ＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも低い」と判定されると、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値は、第１基準値（第１の値）となるように制御される。

例えば、コントローラ１１０Ａは、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値が第１基準値よりも小さいと、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値と第１基準値とが等しくなるよう、センサ素子駆動温度を下げて、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を大きくする。例えば、コントローラ１１０Ａは、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値が第１基準値よりも大きいと、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値と第１基準値とが等しくなるよう、センサ素子駆動温度を上げて、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を小さくする。例えば、コントローラ１１０Ａは、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値と第１基準値とが等しいと、その時点で設定されていたセンサ素子駆動温度を維持して、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値が第１基準値に等しい状態を維持してもよい。

また、ガスセンサＳ２において、「ＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも高い」と判定されると、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値は、第２基準値（第２の値）となるように制御される。

例えば、コントローラ１１０Ａは、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値が第２基準値よりも小さいと、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値と第２基準値とが等しくなるよう、センサ素子駆動温度を下げて、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を大きくする。例えば、コントローラ１１０Ａは、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値が第２基準値よりも大きいと、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値と第２基準値とが等しくなるよう、センサ素子駆動温度を上げて、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値を小さくする。例えば、コントローラ１１０Ａは、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値と第２基準値とが等しいと、その時点で設定されていたセンサ素子駆動温度を維持して、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値が第２基準値に等しい状態を維持してもよい。

これまでに説明してきたように、ガスセンサＳ２（特に、コントローラ１１０Ａ）は、センサ素子駆動温度を設定する温度設定ステップとして、以下のインピーダンス一定制御ステップを実行する。すなわち、コントローラ１１０Ａ（特に、温度設定部１１２）は、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値が基準値（第１基準値または第２基準値）に等しくなるように、センサ素子駆動温度を設定するインピーダンス一定制御ステップを実行する。ここで、基準値として、第１基準値および第２基準値のいずれを採用するかは、被測定ガス中のＮＯ_xの濃度によって決定される。ＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも低いと、基準値として、第１基準値が採用される。ＮＯ_xの濃度が基準濃度よりも高いと、基準値として、第２基準値が採用される。

当該構成では、ＮＯ_x濃度が低いと判定されると、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値は、第１基準値になるよう制御され、また、ＮＯ_x濃度が高いと判定されると、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値は、第２基準値になるよう制御される。そのため、ガスセンサＳ２は、被測定ガス中のＮＯ_xの濃度ではなく、時間の経過（例えば、測定用ポンプセル４１のセル抵抗の値の変動）によって、測定結果が変動してしまうという事態が発生するのを抑制することができる。

（Ｖ）その他
上記実施形態では、ガスセンサ素子１００の積層体は、６層の固体電解質層により構成されている。しかしながら、積層体を構成する固体電解質層の数は、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。

また、上記実施形態では、被測定ガスを導入する内部空間（すなわち、被測定ガス流通部７）は、第１固体電解質層４、スペーサ層５、及び第２固体電解質層６により区画される位置に設けられる。しかしながら、被測定ガス流通部７の配置は、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。第１面、第２面、第１ポンプ電極、第２ポンプ電極、第１リード、及び第２リードの配置は、積層体及び内部空間の構成に応じて適宜選択されてよい。

また、上記実施形態では、被測定ガス流通部７は、３室構造を有するように構成されている。しかしながら、被測定ガス流通部７の構成は、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。他の一例では、第４拡散律速部１８及び第３内部空所１９が省略されてよく、これにより、被測定ガス流通部７は、２室構造を有するように構成されてよい。この場合、測定電極４４は、第２内部空所１７に隣接する第１固体電解質層４の上面における、第３拡散律速部１６から離れた位置に設けられてよい。
すなわち、被測定ガス流通部７は、酸素の汲み出しまたは汲み入れが行なわれる空室を２つ含んでもよいし、１つだけ含んでいてもよい。また、ガスセンサ素子１００にとって、１つ以上の拡散律速部を備えることも必須ではない。

また、図１では、内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３は共に空間に対して露出している。しかしながら、空間に隣接することは、このような形態に限定されなくてよく、被覆等を介して間接的に隣接してもよい。他の一例として、外側ポンプ電極２３は、保護部材等によって被覆されていてよい。

また、上記実施形態では、基準ガス導入空間４３が設けられている。しかしながら、ガスセンサ素子１００の構成は、このような例に限定されなくてよい。他の一例では、第１固体電解質層４は、ガスセンサ素子１００の後端まで延びるように構成されてよく、基準ガス導入空間４３は省略されてよい。この場合、大気導入層４８が、ガスセンサ素子１００の後端まで延びるように構成されてよい。

また、上記実施形態では、ガスセンサ素子１００は、窒素酸化物（ＮＯ_x）の濃度を測定するように構成されている。しかしながら、本発明のガスセンサ素子は、このようなＮＯ_xの濃度を測定するように構成されるガスセンサ素子に限られなくてよい。他の一例では、本発明のガスセンサ素子は、例えば、酸素の濃度を測定するように構成されたガスセンサ素子等の他のガスセンサ素子であってよい。例えば、上記実施形態に係るガスセンサ素子１００について、補助ポンプセル、測定ポンプセルを省略し、基準電極を主ポンプ電極の下に配置することで、酸素濃度を測定するためのガスセンサ素子を構成することができる。この場合、ガスセンサ素子は、主ポンプセルにより酸素を汲み出すことで、被測定ガス中の酸素濃度を測定することができる。

［実施例］
本発明の効果を検証するため、以下の実施例１～４に係るガスセンサを作製した。ただし、本発明は、以下の各実施例に係るガスセンサに限定されるものではない。

実施例１は、図１～図３を用いて説明してきたガスセンサＳである。上述のとおり、ガスセンサＳにおいて、ヒータ７０への投入パワーに対する調整ポンプセル（例えば、主ポンプセル２１）のセル抵抗の傾きＡ［ｏｈｍ／Ｗ］は、約「１１」である。また、実施例１（ガスセンサＳ）において、ヒータ７０への投入パワーに対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きＢ［ｏｈｍ／Ｗ］は、約「２６００」である。したがって、実施例１において、ヒータ７０への投入パワーに対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きＢは、ヒータ７０への投入パワーに対する調整ポンプセルのセル抵抗の傾きＡの約「２３６」倍となっており、つまり、「Ｂ／Ａ」は約「２３６」である。

実施例２は、図４を用いて説明してきたガスセンサＳ１である。上述のとおり、ガスセンサＳ１において、ヒータ７０への投入パワーに対する調整ポンプセル（例えば、主ポンプセル２１）のセル抵抗の傾きＡ［ｏｈｍ／Ｗ］は、約「１０」である。また、実施例２（ガスセンサＳ１）において、ヒータ７０への投入パワーに対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きＢ［ｏｈｍ／Ｗ］は、約「６００」である。したがって、実施例２において、ヒータ７０への投入パワーに対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きＢは、ヒータ７０への投入パワーに対する調整ポンプセルのセル抵抗の傾きＡの約「６０」倍となっており、つまり、「Ｂ／Ａ」は約「６０」である。

実施例３は、実施例１（ガスセンサＳ）および実施例２（ガスセンサＳ１）と同様の構成を備え、かつ、調整ポンプセル（例えば、主ポンプセル２１）および測定用ポンプセル４１がそれぞれ、以下の条件を満たすように構成されたガスセンサである。すなわち、実施例３に係るガスセンサは、ガスセンサ素子１００と、判定部１１１と、温度設定部１１２とを備えている。そして、実施例３において、ヒータ７０への投入パワーに対する調整ポンプセル（例えば、主ポンプセル２１）のセル抵抗の傾きＡ［ｏｈｍ／Ｗ］は、約「２０」である。また、実施例３において、ヒータ７０への投入パワーに対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きＢ［ｏｈｍ／Ｗ］は、約「２００」である。したがって、実施例３において、ヒータ７０への投入パワーに対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きＢは、ヒータ７０への投入パワーに対する調整ポンプセルのセル抵抗の傾きＡの約「１０」倍となっており、つまり、「Ｂ／Ａ」は約「１０」である。

実施例４は、実施例１（ガスセンサＳ）および実施例２（ガスセンサＳ１）と同様の構成を備え、かつ、調整ポンプセル（例えば、主ポンプセル２１）および測定用ポンプセル４１がそれぞれ、以下の条件を満たすように構成されたガスセンサである。すなわち、実施例４に係るガスセンサは、ガスセンサ素子１００と、判定部１１１と、温度設定部１１２とを備えている。そして、実施例４において、ヒータ７０への投入パワーに対する調整ポンプセル（例えば、主ポンプセル２１）のセル抵抗の傾きＡ［ｏｈｍ／Ｗ］は、約「５」である。また、実施例４において、ヒータ７０への投入パワーに対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きＢ［ｏｈｍ／Ｗ］は、約「５０００」である。したがって、実施例４において、ヒータ７０への投入パワーに対する測定用ポンプセル４１のセル抵抗の傾きＢは、ヒータ７０への投入パワーに対する調整ポンプセルのセル抵抗の傾きＡの約「１０００」倍となっており、つまり、「Ｂ／Ａ」は約「１０００」である。

本件発明者らは、実施例１～４のそれぞれに係るガスセンサについて、ディーゼルエンジンを用いた以下の耐久試験を実施し、係る耐久試験の実施の前後において、各ガスセンサのパラメータ（出力値など）がどのように変化するかを確認した。すなわち、本件発明者らは、上述の耐久試験として、各ガスセンサを自動車の排ガス管の配管に取り付け、エンジン回転数１５００～３５００ｒｐｍ、負荷トルク０～３５０Ｎ・ｍの範囲で構成した４０分間の運転パターンを、２０００時間繰り返す試験を行なった。なお、係る耐久試験において、ガス温度は摂氏２００度～摂氏６００度、ＮＯ_x濃度は０～１５００ｐｐｍとした。

そして、上述の耐久試験の実施の前後において、実施例１～４のそれぞれに係るガスセンサについて、「ＮＯ_xの濃度が高い環境下でのＮＯ_x出力」、「Ｏ₂の濃度が高い環境下でのＮＯ_x出力」、および、「オフセット値」がどのように変化しているかを確認した。表１における「評価１」は、実施例１～４のそれぞれについて確認された、上述の耐久試験の実施の前後における、ＮＯ_xの濃度が高い環境下でのＮＯ_x出力の変化率を示している。また、表１における「評価２」は、実施例１～４のそれぞれについて確認された、上述の耐久試験の実施の前後における、Ｏ₂の濃度が高い（つまり、相対的にＮＯ_xの濃度が低い）環境下でのＮＯ_x出力の変化率を示している。さらに、表１における「評価３」は、実施例１～４のそれぞれについて確認された、上述の耐久試験の実施の前後における、ＮＯ_x出力のオフセット変動量（オフセット値の変動量）を示している。

具体的には、本件発明者らは、評価１として、以下のモデルガスＭｇ１を用いて、実施例１～４のそれぞれについて、上述の耐久試験の実施の前後におけるＮＯ_x出力の変化の度合い（変化率）を調査した。すなわち、実施例１～４のそれぞれについて、耐久試験の実施の前と後とのそれぞれで、ＮＯ_x濃度が１５００ｐｐｍ、Ｏ₂濃度が０％であるモデルガスＭｇ１を流した時のＮＯ_x出力を計測し、その変化の度合いを調査した。その結果、表１の「評価１」に示すように、実施例１は「－６％」、実施例２は「－８％」、実施例３は「－１０％」、実施例４は「－５％」であった。

また、本件発明者らは、評価２として、以下のモデルガスＭｇ２を用いて、実施例１～４のそれぞれについて、上述の耐久試験の実施の前後におけるＮＯ_x出力の変化の度合い（変化率）を調査した。すなわち、実施例１～４のそれぞれについて、耐久試験の実施の前と後とのそれぞれで、ＮＯ_x濃度が５００ｐｐｍ、Ｏ₂濃度が１８％であるモデルガスＭｇ２を流した時のＮＯ_x出力を計測し、その変化の度合いを調査した。その結果、表１の「評価２」に示すように、実施例１は「－７％」、実施例２は「－９％」、実施例３は「－１０％」、実施例４は「－５％」であった。

さらに、本件発明者らは、評価３として、以下のモデルガスＭｇ３を用いて、実施例１～４のそれぞれについて、上述の耐久試験の実施の前後におけるオフセット値の変動量を調査した。すなわち、実施例１～４のそれぞれについて、耐久試験の実施の前と後とのそれぞれで、ＮＯ_x濃度が０ｐｐｍ、Ｏ₂濃度が０％、Ｈ₂Ｏ濃度が３％であるモデルガスＭｇ３を流した時のオフセット値を計測し、その変化量を調査した。その結果、表１の「評価３」に示すように、実施例１は「＋４ｐｐｍ」、実施例２は「＋５ｐｐｍ」、実施例３は「＋７ｐｐｍ」、実施例４は「＋３ｐｐｍ」であった。

評価１に示すとおり、実験例１～４に係るガスセンサは、何れも、２０００時間使用した後であっても、ＮＯ_x濃度が１５００ｐｐｍ、Ｏ₂濃度が０％である環境下において、ＮＯ_x出力の変化率を１０％以下に抑えることができている。したがって、本発明に係るガスセンサは、所定時間使用した後であっても、被測定ガス（例、排気ガス）における特定ガス（例、ＮＯ_x）の濃度が高い環境下において、高精度な濃度測定を実現できることが確認された。

評価２に示すとおり、実験例１～４に係るガスセンサは、何れも、２０００時間使用した後であっても、ＮＯ_x濃度が５００ｐｐｍ、Ｏ₂濃度が１８％である環境下において、ＮＯ_x出力の変化率を１０％以下に抑えることができている。したがって、本発明に係るガスセンサは、所定時間使用した後であっても、被測定ガスにおける特定ガスの濃度が低い（Ｏ₂などの、特定ガス以外のガス成分の濃度が高い）環境下において、高精度な濃度測定を実現できることが確認された。

特に、評価１および評価２に示すとおり、実験例１～４に係るガスセンサは、何れも、被測定ガスにおける特定ガスの濃度が高い環境下においても、特定ガスの濃度が低い環境下においても、ＮＯ_x出力の変化率を１０％以下に抑えることができている。したがって、本発明に係るガスセンサは、被測定ガスにおける特定ガスの濃度が高い環境下での高精度な濃度測定と、濃度が低い環境下での高精度な濃度測定とを両立できることが確認された。

評価３に示すとおり、実験例１～４に係るガスセンサは、何れも、２０００時間使用した後であっても、ＮＯ_x濃度が０ｐｐｍ、Ｏ₂濃度が０％、Ｈ₂Ｏ濃度が３％である環境下において、オフセット変動量を＋７ｐｐｍ以下に抑えることができている。したがって、本発明に係るガスセンサは、オフセット値の変動を抑えて、被測定ガスにおける特定ガスの濃度を高精度に測定できることが確認された。なお、評価３は、上述の耐久試験の実施の前後における実施例１～４のそれぞれのオフセット値の変動量を評価するものであるから、「或る時間毎に決まった値を補正する方法」を、つまり、時間補正を、利用することができる。そのため、上述の耐久試験の実施の前後におけるオフセット値の変動量が－１０％～＋１０％の範囲に収まっている場合、上述の時間補正を有効に利用することができ、「オフセット値の変動を抑えることができている」と評価できる。

Ｓ、Ｓ１、Ｓ２…ガスセンサ、１００…ガスセンサ素子（センサ素子）、
１１１…判定部、１１２…温度設定部、１…第１基板層（固体電解質層）、
２…第２基板層（固体電解質層）、３…第３基板層（固体電解質層）、
４…第１固体電解質層（固体電解質層）、５…スペーサ層（固体電解質層）、
６…第２固体電解質層（固体電解質層）、７…被測定ガス流通部（内部空間）、
４４…測定電極、２３…外側ポンプ電極、４１…測定用ポンプセル、
７０…ヒータ（ヒータ部）、２２…内側ポンプ電極、
５１…補助ポンプ電極（内側ポンプ電極）、２１…主ポンプセル（調整用ポンプセル）、
５０…補助ポンプセル（調整用ポンプセル）

Claims (7)

1. 酸素イオン伝導性の固体電解質層を複数積層してなるセンサ素子であって、
   被測定ガスが導入される内部空所と、
   前記内部空所に設けられてなる測定電極と、前記内部空所と異なる部位に設けられた外側ポンプ電極と、前記測定電極と前記外側ポンプ電極との間に存在する前記固体電解質層と、から構成される電気化学的ポンプセルである測定用ポンプセルと、
   前記センサ素子の内部に埋設されてなり、前記センサ素子を所定の温度に加熱するヒータ部と、
   を含むセンサ素子と、
   前記測定用ポンプセルの出力に基づいて、前記被測定ガス中の所定のガス成分の濃度が、所定の濃度に比べて高いか低いかを判定する判定部と、
   前記判定部によって前記濃度が低いと判定されると、前記濃度が高いと判定される場合よりも、前記所定の温度を低く設定する温度設定部と、
   を備える、
   ガスセンサ。
2. 前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きが２００［ｏｈｍ／Ｗ］以上である、
   請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きが５０００［ｏｈｍ／Ｗ］以下である、
   請求項１または２に記載のガスセンサ。
4. 前記センサ素子は、
   前記内部空所に面して形成された内側ポンプ電極と、
   前記外側ポンプ電極または前記固体電解質層に接して外部空間に露出する態様にて設けられた第３電極と、
   前記内側ポンプ電極と前記外側ポンプ電極または前記第３電極との間に存在する前記固体電解質層と、
   から構成される電気化学的ポンプセルである調整用ポンプセルをさらに１つ以上含み、
   前記測定用ポンプセルには、前記調整用ポンプセルにおいて前記被測定ガスに含まれる酸素がポンピング処理された後の前記被測定ガスが導入され、
   前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きは、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記調整用ポンプセルのセル抵抗の傾きよりも大きい、
   請求項１または２に記載のガスセンサ。
5. 前記判定部によって前記濃度が低いと判定されると、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の値は、所定の第１の値になるよう制御され、
   前記判定部によって前記濃度が高いと判定されると、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の値は、前記第１の値とは異なる、所定の第２の値になるよう制御される、
   請求項４に記載のガスセンサ。
6. 前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記測定用ポンプセルのセル抵抗の傾きは、前記ヒータ部への投入パワーに対する、前記調整用ポンプセルのセル抵抗の傾きの１０倍から１０００倍である、
   請求項４に記載のガスセンサ。
7. 酸素イオン伝導性の固体電解質層を複数積層してなるセンサ素子であって、
   被測定ガスが導入される内部空所と、
   前記内部空所に設けられてなる測定電極と、前記内部空所と異なる部位に設けられた外側ポンプ電極と、前記測定電極と前記外側ポンプ電極との間に存在する前記固体電解質層と、から構成される電気化学的ポンプセルである測定用ポンプセルと、
   前記センサ素子の内部に埋設されてなり、前記センサ素子を所定の温度に加熱するヒータ部と、
   を含むセンサ素子を備えるガスセンサの制御方法において、
   前記測定用ポンプセルの出力に基づいて、前記被測定ガス中の所定のガス成分の濃度が、所定の濃度に比べて高いか低いかを判定する判定ステップと、
   前記判定ステップにて前記濃度が低いと判定されると、前記濃度が高いと判定される場合よりも、前記所定の温度を下げる温度設定ステップと、
   を含む、
   ガスセンサの制御方法。