JP2634460B2 - Oxygen sensor - Google Patents
Oxygen sensorInfo
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- JP2634460B2 JP2634460B2 JP1120765A JP12076589A JP2634460B2 JP 2634460 B2 JP2634460 B2 JP 2634460B2 JP 1120765 A JP1120765 A JP 1120765A JP 12076589 A JP12076589 A JP 12076589A JP 2634460 B2 JP2634460 B2 JP 2634460B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、酸素センサ、特に工業炉、ボイラーや内燃
機関等の、炉内ガスや燃焼機器の燃焼排ガス中の酸素濃
度の測定、または制御の検出部として好適な酸素センサ
に係り、特に先端部に酸素検知部が設けられてなる長方
形状の酸素検知素子を用い、この酸素検知素子を所定の
保護筒体内に収容して、保持せしめると共に、該酸素検
知素子の先端側の酸素検知部が外部の被測定ガスに晒さ
れるようにした構造の酸素センサに関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an oxygen sensor, in particular, a measurement unit for measuring the concentration of oxygen in furnace gas and combustion exhaust gas of combustion equipment, such as an industrial furnace, a boiler, and an internal combustion engine, or a detection unit for control. In particular, a rectangular oxygen sensing element having an oxygen sensing portion provided at the tip is used, and this oxygen sensing element is housed in a predetermined protective cylinder and held, and the oxygen sensor is The present invention relates to an oxygen sensor having a structure in which an oxygen detection section on the tip side of a detection element is exposed to an external gas to be measured.
（背景技術） 従来から、ジルコニア等の、高温において酸素イオン
伝導性のある固体電解質体を用いて、電気化学反応を利
用した酸素濃淡電池の原理により、自動車等の内燃機関
や製鋼における各種の炉、その他の工業炉、ボイラー等
から排出される燃焼排ガス中、或いはそれら炉内の雰囲
気中の酸素濃度（酸素分圧）を検出し、それら内燃機関
の燃焼状態、炉内の操炉状態やボイラーの燃焼状態を制
御する等の操作が行なわれている。(Background Art) Conventionally, various furnaces for internal combustion engines of automobiles and steel making by the principle of an oxygen concentration cell utilizing an electrochemical reaction using a solid electrolyte material such as zirconia which has oxygen ion conductivity at a high temperature. The oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the combustion exhaust gas discharged from other industrial furnaces, boilers, etc., or in the atmosphere in the furnace, and detects the combustion state of the internal combustion engine, the furnace operation state in the furnace, and the boiler An operation such as control of the combustion state is performed.
そして、この種の被測定ガス中の酸素濃度を知るため
の酸素センサ（酸素検知器）において、酸化・還元両領
域の被測定ガスを対象とする酸素検知素子として、被測
定ガスに晒される測定電極と所定の基準ガスに晒される
基準電圧とを有し、酸素濃淡電池の原理に基づいて起電
力を出力する電気化学的酸素センサセルと、該酸素セン
サセルの測定電極の周りの雰囲気を酸素ポンプ作用によ
って制御する電気化学的酸素ポンプセルとを一体的に備
え、かかる酸素センサセルの発生起電力が一定の値とな
るように、該酸素センサセルの測定電極の周りの雰囲気
中の酸素量を前記酸素ポンプセルの酸素ポンプ作動にて
制御せしめて、この酸素ポンプセルの酸素ポンプ作動の
ためのポンプ電流値（限界電流値）により、被測定ガス
の酸化状態・還元状態を評価するようにしたものが明ら
かにされている。In this type of oxygen sensor (oxygen detector) for knowing the oxygen concentration in the gas to be measured, the oxygen sensor is used as an oxygen detection element for the gas to be measured in both the oxidation and reduction regions, and the measurement is performed by exposing the gas to be measured An electrochemical oxygen sensor cell having an electrode and a reference voltage exposed to a predetermined reference gas and outputting an electromotive force based on the principle of an oxygen concentration cell; and an atmosphere around a measurement electrode of the oxygen sensor cell acting as an oxygen pump. And an electrochemical oxygen pump cell controlled by the oxygen pump cell, and the amount of oxygen in the atmosphere around the measurement electrode of the oxygen sensor cell is adjusted so that the generated electromotive force of the oxygen sensor cell becomes a constant value. Controlled by the oxygen pump operation, the oxidation state / reduction state of the gas to be measured is determined by the pump current value (limit current value) for the oxygen pump operation of this oxygen pump cell. It has been shown to those adapted to evaluate.
ところで、このような酸素センサセルと酸素ポンプセ
ルとを有する酸素検知素子にあっては、その製造の容易
性やコンパクト化の容易性等の観点から、従来の有底円
筒形状のものに代わって、かかる検知素子を長手の板状
体と為し、その一方の端部に上記燃焼排ガス等の被測定
ガスに晒される酸素検知部を設けたものが明らかにされ
ている。例えば、特開昭60−108746号公報や特開昭62−
228155号公報に、その一例を見ることが出来る。そし
て、このような長手形状の酸素検知素子は、例えば特開
昭61−97562号公報等に示されるように、所定の金属製
保護筒体内に収容、保持せしめられ、その先端側の部分
が被測定ガス中に配置せしめられることとなるのであ
る。By the way, in the oxygen sensing element having such an oxygen sensor cell and an oxygen pump cell, in place of the conventional bottomed cylindrical shape, such an oxygen sensing element is required from the viewpoints of easiness of manufacture and compactness. It is disclosed that a sensing element is formed as a long plate-like body, and one end thereof is provided with an oxygen sensing unit exposed to a gas to be measured such as the combustion exhaust gas. For example, JP-A-60-108746 and JP-A-62-108746
One example can be seen in JP-A-228155. Such a longitudinal oxygen sensing element is housed and held in a predetermined metal protective cylinder, as shown in, for example, JP-A-61-97562, and the tip end portion is covered. It is to be placed in the measurement gas.
而して、そのような酸素検知素子にあっては、酸素セ
ンサセルの基準電極に基準酸素分圧の基準ガスとしての
ガスを大気から供給すべく、素子基端側に開口する基準
空気通路が、検知素子の長手方向に沿って設けられてお
り、また酸素ポンプセルの酸素ポンプ作用にて酸素セン
サセルの測定電極の周りの雰囲気中に供給される酸素
は、被測定ガス中から、或いは大気中から取り入れられ
るようになっているのである。即ち、酸素ポンプセルの
一つの電極が被測定ガスに接触せしめられることによ
り、かかる被測定ガス中に存在するCO,CO2,H2O等の化合
物酸素を取り込んだり、また酸素ポンプセルの一つの電
極を前記基準空気通路内に露呈せしめて、基準空気中の
酸素を取り込んだり、更には検知素子内に基準空気通路
とは別個に酸素ポンプ用空気通路を設け、れを検知素子
の基端側に開口せしめて、かかる基準空気通路と同様な
経路にて、保護筒体の外部から導かれる大気中に存在す
る酸素を取り込む形態において、酸素ポンプセルによる
酸素ポンプ作用によって、酸素センサセルの測定電極周
りの雰囲気中への酸素の供給が行なわれるようになって
いる。Thus, in such an oxygen sensing element, a reference air passage opening to the element base end side to supply a gas as a reference gas having a reference oxygen partial pressure to the reference electrode of the oxygen sensor cell from the atmosphere, Oxygen supplied to the atmosphere around the measurement electrode of the oxygen sensor cell by the oxygen pump action of the oxygen pump cell is provided from the gas to be measured or from the atmosphere. It is to be done. That is, one electrode of the oxygen pump cell is brought into contact with the gas to be measured, thereby taking in compound oxygen such as CO, CO 2 , and H 2 O present in the gas to be measured, or one electrode of the oxygen pump cell. In the reference air passage to take in oxygen in the reference air, and further provide an oxygen pump air passage separately from the reference air passage in the sensing element, and place this at the base end side of the sensing element. In an embodiment in which oxygen is present in the atmosphere guided from the outside of the protective cylinder through the same path as the reference air passage after being opened, the atmosphere around the measurement electrode of the oxygen sensor cell is generated by the oxygen pumping action of the oxygen pump cell. A supply of oxygen into the interior is provided.
しかしながら、このような酸素センサセルと酸素ポン
プセルを有する酸素検知素子において、酸素ポンプセル
にてポンピングされる酸素を被測定ガスから取り込むよ
うにした場合に、かかる被測定ガス中に化合物酸素が少
なく、ポンピングされるべき酸素量を充分に供給し得な
くなると、酸素ポンプセルは、それを構成する固体電解
質自身を分解して、その酸素をポンピングするようにな
るところら、酸素ポンプセルが黒化現象を惹き起こし、
破損してしまう問題を内在するものであった。However, in such an oxygen sensing element having an oxygen sensor cell and an oxygen pump cell, when oxygen to be pumped by the oxygen pump cell is taken in from the gas to be measured, the compound gas is small in the gas to be measured and the compound gas is pumped. When the amount of oxygen to be supplied cannot be supplied sufficiently, the oxygen pump cell decomposes the solid electrolyte itself and pumps the oxygen, and the oxygen pump cell causes a blackening phenomenon,
There was an inherent problem of being damaged.
また、酸素ポンプセルの一つの電極を基準空気通路内
に露呈せしめて、基準空気中の酸素をポンピングせしめ
たり、酸素検知素子を収容する保護筒体内の共通の大気
連通空間を通じて、空気を基準空気通路及び酸素ポンプ
用空気通路に供給せしめるようにした構成にあっても、
被測定ガスが強い還元性雰囲気である場合においては、
酸素ポンプセルにて多量の酸素がポンピングされること
となるところから、酸素ポンプセルの電極が基準空気通
路内に配置されている場合は勿論、酸素ポンプ用空気通
路が基準空気通路とは別個に設けられている場合にあっ
ても、そのような酸素ポンプ用空気通路内の酸素濃度が
著しく減少し、それによって基準空気通路内の酸素濃度
も干渉を受けて減少し、またそのような酸素の減少が大
気の拡散による供給によっても解消され得ず、そのため
に酸素センサセルの検出値に異常をきたし、また酸素セ
ンサセルにて作動制御される酸素ポンプセルのポンプ作
動を狂わせて、前記と同様な酸素ポンプセルの黒化現
象、更にはその破損を惹起する等の問題を内在してい
る。In addition, one electrode of the oxygen pump cell is exposed in the reference air passage to pump oxygen in the reference air, or air is passed through the common air communication space in the protective cylinder housing the oxygen sensing element. And even if it is configured to be supplied to the oxygen pump air passage,
When the gas to be measured has a strong reducing atmosphere,
Since a large amount of oxygen is to be pumped in the oxygen pump cell, the oxygen pump air passage is provided separately from the reference air passage as well as the case where the electrodes of the oxygen pump cell are arranged in the reference air passage. Even so, the oxygen concentration in such an oxygen pump air passage is significantly reduced, thereby also interfering with the oxygen concentration in the reference air passage, and such oxygen loss is reduced. It cannot be eliminated even by the supply due to the diffusion of the atmosphere, so that the detection value of the oxygen sensor cell becomes abnormal, and the pump operation of the oxygen pump cell controlled by the oxygen sensor cell is disturbed. There are inherent problems such as the formation of a phenomena and further damage.
（解決課題） ここにおいて、本発明に、かかる事情を背景にして為
されたものであって、その解決課題とするところは、酸
素センサセルと酸素ポンプセルとを有する長方形状の酸
素検知素子を、所定の保護筒体内に収容、保持せしめて
なる酸素センサにおいて、測定されるべき被測定ガスが
強い還元性雰囲気であっても、かかる酸素ポンプセルの
黒化現象、ひいては酸素検知素子自体の破損が惹起され
ないようにして、それが長期間安定して使用され得るよ
うにすることにある。(Problem to be Solved) Here, the present invention has been made in view of such circumstances, and a problem to be solved is to provide a rectangular oxygen sensing element having an oxygen sensor cell and an oxygen pump cell by a predetermined method. In the oxygen sensor housed and held in the protective cylinder, even if the gas to be measured is in a strong reducing atmosphere, the blackening phenomenon of the oxygen pump cell and, consequently, the damage of the oxygen sensing element itself are not caused. Thus, it is intended to be able to use it stably for a long time.
（解決手段） そして、本発明は、かかる課題解決のために、長方形
状の酸素検知素子を所定の保護筒体内に収容、保持せし
め、該酸素検知素子の先端側の酸素検知部に対して外部
の被測定ガスを接触せしめるようにした酸素センサにお
いて、該酸素検知素子が、（ａ）酸素イオン伝導性の固
体電解質体とそれに接して設けられた第一及び第二の電
極とを有する電気化学的酸素ポンプセルと、（ｂ）酸素
イオン伝導性の固体電解質体とそれに接して設けられた
第三及び第四の電極とを有する電気化学的酸素センサセ
ルと、（ｃ）それらのセルの間に設けられた空間内に、
前記被測定ガスを所定の拡散抵抗の下に導き入れ、前記
酸素ポンプセルの第二の電極及び前記酸素センサセルの
第三の電極にそれぞれ接触せしめる拡散律速手段と、
（ｄ）該酸素検知素子内に、その長手方向に延び且つ素
子基端側において開口するように形成され、該開口部か
ら基準ガスとしての空気を導いて、前記酸素センサセル
の第四の電極に接触せしめる基準空気通路と、（ｅ）該
基準空気通路とは別個に該酸素検知素子内に形成される
と共に、該基準空気通路とは異なる部位において開口せ
しめられ、そしてその開口部から導かれる空気を酸素ポ
ンプ用とて前記酸素ポンプセルの第一の電極に接触せし
める酸素ポンプ用空気通路とを、含んで一体的に構成さ
れてなり、且つ前記保護筒体が、前記酸素検知素子の酸
素ポンプ用空気通路に連通せしめられる第一の大気連通
部と前記基準空気通路に連通せしめられる第二の大気連
通部とを有していると共に、それら第一及び第二の大気
連通部を仕切る仕切り手段が、前記酸素検知素子を収容
した状態において、該保護筒体内に設けられるようにし
たのである。(Solution) In order to solve the problem, the present invention accommodates and holds a rectangular oxygen sensing element in a predetermined protective cylinder, and externally connects the oxygen sensing element to the oxygen sensing portion on the tip side of the oxygen sensing element. An oxygen sensor, wherein the oxygen sensing element comprises: (a) an oxygen ion conductive solid electrolyte, and first and second electrodes provided in contact with the solid electrolyte. Oxygen pump cell; (b) an electrochemical oxygen sensor cell having an oxygen ion conductive solid electrolyte body and third and fourth electrodes provided in contact therewith; and (c) an electrochemical oxygen sensor cell provided between the cells. In the space
Diffusion controlling means for introducing the gas to be measured under a predetermined diffusion resistance and contacting the second electrode of the oxygen pump cell and the third electrode of the oxygen sensor cell, respectively.
(D) formed in the oxygen sensing element so as to extend in the longitudinal direction and open at the element base end side, and to guide air as a reference gas from the opening to the fourth electrode of the oxygen sensor cell; A reference air passage to be contacted, and (e) air formed separately from the reference air passage in the oxygen sensing element, opened at a different portion from the reference air passage, and guided from the opening. And an oxygen pump air passage for contacting the first electrode of the oxygen pump cell for an oxygen pump, and the protective cylinder is formed integrally with the oxygen sensing element for the oxygen pump. A first air communication portion that communicates with the air passage and a second air communication portion that communicates with the reference air passage, and a partition that separates the first and second air communication portions; Ri means, in a state where the housing the oxygen sensing element is to that as provided in the body the protective tube.
また、かくの如き本発明に伴う酸素センサにあって
は、酸素ポンプ用空気通路及び基準空気通路内にそれぞ
れ第一及び第二のヒータが配設され、それらヒータによ
って、前記酸素ポンプセルの第一，第二の電極配設部位
並びに前記酸素センサセルの第三，第四の電極配設部位
が加熱せしめられるようになっており、これによって、
高温時のヒータからのリーク電流に基づく固体電解質の
破壊やヒータの断線等の問題も有利に回避れ、センサ寿
命をより向上せしめることが可能となったのである。In the oxygen sensor according to the present invention, first and second heaters are provided in the oxygen pump air passage and the reference air passage, respectively. , The second electrode arrangement part and the third and fourth electrode arrangement parts of the oxygen sensor cell are heated.
Problems such as destruction of the solid electrolyte and breakage of the heater based on a leak current from the heater at a high temperature can be advantageously avoided, and the service life of the sensor can be further improved.
（具体的構成・実施例） 以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本
発明の実施例を、図面に基づいて詳細に説明することと
する。(Specific Configuration / Example) Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
先ず、第１図において、10は、安定化ジルコニア等の
酸素イオン伝導性の固体電解質を主体に構成された酸素
検知素子であって、第２図（ａ）〜（ｃ）にその外形形
状が、また第３図及び第４図（ａ）〜（ｃ）にその断面
形状が、示されているように、狭幅な板状の長手形状を
為している。そして、この長手形状の酸素検知素子10の
先端部〔第１図及び第２図（ａ）において左側端部〕
に、電気化学的酸素センサセルと電気化学的酸素ポンプ
セルを設けた酸素検知部12が形成され、この酸素検知部
12において得られる所定の電気信号が酸素検知素子10の
基端部〔第１図及び第２図（ａ）において右側端部〕か
ら取り出され、またそのような基端部から必要な電流が
酸素検知素子10の酸素ポンプセルの電極間に通電せしめ
られ得るようになっている。First, in FIG. 1, reference numeral 10 denotes an oxygen sensing element mainly composed of an oxygen ion-conductive solid electrolyte such as stabilized zirconia, and FIGS. 2 (a) to 2 (c) show the outer shape thereof. 3 and 4 (a) to 4 (c), the cross-sectional shape is a narrow plate-like long shape as shown in FIG. Then, the distal end portion of the oxygen detecting element 10 having a longitudinal shape (the left end portion in FIGS. 1 and 2A).
In addition, an oxygen detection unit 12 provided with an electrochemical oxygen sensor cell and an electrochemical oxygen pump cell is formed.
A predetermined electric signal obtained at 12 is extracted from the proximal end (the right end in FIGS. 1 and 2 (a)) of the oxygen sensing element 10, and the necessary electric current is supplied from such a proximal end to the oxygen sensor. Electricity can be supplied between the electrodes of the oxygen pump cell of the sensing element 10.
すなわち、そのような酸素検知素子10は、第３図及び
第４図の各断面図から明らかなように、積層構造とされ
ており、高温において酸素イオン伝導性を示す安定化ジ
ルコニアからなる板状の固体電解質体14と、その両側の
面に接して設けられた外側及び内側の多孔質なポンプ電
極（第一及び第二の電極）16,18とから構成される電気
化学的セルである酸素ポンプセルと、同様に構成された
固体電解質体20とその両側の面に接して設けられた多孔
質な測定電極（第三の電極）22、基準電極（第四の電
極）24とからなる電気化学的セルである酸素センサセル
とが、それらの間に平坦な拡散室26が形成されるように
積層されて、一体的に構成されている。なお、それらセ
ルの固体電解質体14,20を構成する安定化ジルコニア
は、よく知られているように、酸化ジルコニアに酸化イ
ットリウムや酸化カルシウム等を固溶させることによっ
て得られるものであり、また電極16,18及び22,24は、一
般に、多孔質の白金等から構成されるものであるが、勿
論、他の公知の固体電解質材料や電極材料から構成され
たものであっても、何等差支えないことは、言うまでも
ないところである。That is, as is apparent from the cross-sectional views of FIGS. 3 and 4, such an oxygen sensing element 10 has a laminated structure, and has a plate shape made of stabilized zirconia exhibiting oxygen ion conductivity at high temperatures. Oxygen, which is an electrochemical cell composed of a solid electrolyte body 14 and porous pump electrodes (first and second electrodes) 16 and 18 on the outside and inside provided on both sides of the solid electrolyte body 14 An electrochemical system comprising a pump cell, a similarly configured solid electrolyte body 20, and porous measurement electrodes (third electrodes) 22 and reference electrodes (fourth electrodes) 24 provided in contact with both sides of the solid electrolyte body 20 The oxygen sensor cells, which are target cells, are stacked so as to form a flat diffusion chamber 26 therebetween, and are integrally formed. The stabilized zirconia constituting the solid electrolyte members 14 and 20 of these cells is, as is well known, obtained by dissolving yttrium oxide, calcium oxide, and the like in zirconia, and further comprising an electrode. 16, 18, and 22, 24 are generally made of porous platinum or the like, but of course, even if they are made of other known solid electrolyte materials or electrode materials, there is no problem at all. That goes without saying.
また、外部の被測定ガスを取り入れるために、酸素検
知素子10の先端部において開口する拡散室26は、アルミ
ナやスピネル等からなる電気絶縁層28とそれを取り囲む
ように配置されたジルコニア等からなる枠体状の気密層
30を介して、酸素ポンプセルと酸素センサセルとが積層
せしめられることによって形成されており、その細隙な
平坦空間内に、外部の被測定ガスが所定の拡散抵抗の下
に導き入れられ、その奥部において露呈せしめられてい
る酸素ポンプセルの内側ポンプ電極18や、酸素センサセ
ルの測定電22に接触せしめられるようになっている。な
お、内側ポンプ電極18のリード部及び測定電極22のリー
ド部は、電気絶縁層28内に埋設されて、酸素検知素子10
の基部側に導かれ、公知の如きスルーホール構造にて酸
素ポンプセル側を貫通して外部に取り出されている。Further, in order to take in the external gas to be measured, the diffusion chamber 26 opened at the tip of the oxygen sensing element 10 is made of an electrical insulating layer 28 made of alumina, spinel, or the like, and zirconia or the like arranged to surround it. Frame-shaped airtight layer
An oxygen pump cell and an oxygen sensor cell are formed by laminating them through 30. An external gas to be measured is introduced into the narrow flat space under a predetermined diffusion resistance, and the gas flows in the inner space. The inner pump electrode 18 of the oxygen pump cell which is exposed in the section and the measuring electrode 22 of the oxygen sensor cell are brought into contact with each other. Note that the lead portion of the inner pump electrode 18 and the lead portion of the measurement electrode 22 are embedded in the electrical insulating layer 28, and
And is taken out to the outside through the oxygen pump cell side in a well-known through-hole structure.
そして、かかる酸素センサセルの基準電極24が設けら
れた側には、板状の固体電解質体32,34が更に積層され
て、その内部に、該基準電極24が露呈せしめられる基準
空気通路としての第一の空気通路36が形成されている。
この第一の空気通路36は、酸素検知素子10の基端部にお
いて開口し、大気に連通せしめられるようになってお
り、基準ガスとしての空気が、該空気通路36を通じて導
かれて、基準電極24に接触させられるようになってい
る。また、この第一の空気通路36内に露呈せしめられた
状態において、ヒータエレメント38が固体電解質体34の
内側に配設され、酸素センサセルの基準電極24、測定電
極22配設部位を少なくとも加熱せしめ得るようになって
いる。なお、このヒータエレメント38は、所定の電気絶
縁層40上に設けられており、また、基準電極24のリード
部も、電気絶縁層42上に設けられて、固体電解質体20や
34に対して電気的に絶縁された状態において配され、そ
して第一の空気通路36に沿って酸素検知素子10の基部側
に導かれた後、スルーホール構造を通じて、固体電解質
体34の外側面に取り出されている。また、それら取り出
されたリード部等は、電気絶縁層44によって固体電解質
体34から電気的に絶縁されるようになっている。Then, on the side of the oxygen sensor cell where the reference electrode 24 is provided, plate-shaped solid electrolyte bodies 32 and 34 are further laminated, and inside the second solid electrolyte body 32, as a reference air passage through which the reference electrode 24 is exposed. One air passage 36 is formed.
The first air passage 36 is opened at the base end of the oxygen sensing element 10 and is made to communicate with the atmosphere.Air as a reference gas is guided through the air passage 36, 24 can be contacted. Further, in a state where the heater element 38 is exposed in the first air passage 36, the heater element 38 is disposed inside the solid electrolyte body 34 to heat at least the portion of the oxygen sensor cell where the reference electrode 24 and the measurement electrode 22 are disposed. I am getting it. Note that the heater element 38 is provided on a predetermined electric insulating layer 40, and a lead portion of the reference electrode 24 is also provided on the electric insulating layer 42 so that the solid electrolyte body 20
After being arranged in an electrically insulated state with respect to 34, and guided to the base side of the oxygen sensing element 10 along the first air passage 36, the outer surface of the solid electrolyte body 34 through a through-hole structure Has been taken out. The leads and the like that have been taken out are electrically insulated from the solid electrolyte body 34 by the electric insulating layer 44.
また、酸素ポンプセルの外側のポンプ電極16が設けら
れた側には、固体電解質体46,48が積層されて、前記第
一の空気通路36とは別個に、酸素ポンプ用空気通路とし
ての第二の空気通路50が形成され、この第二の空気通路
50内に外側ポンプ電極16が露呈せしめられている。そし
て、この第二の空気通路50は、酸素検知素子10の長手方
向に沿って基部側に導かれ、固体電解質体46を貫通する
開口部52を通じて、酸素検知素子10の側部に、換言すれ
ば第一の空気通路36とは異なる酸素検知素子部位におい
て外部に開口せしめられ、この開口部52を通じて導き入
れられる大気が外側ポンプ電極16に接触せしめられるよ
うになっている。また、この第二の空気通路50内にも、
ヒータエレメント54が、電気絶縁層56を介して固体電解
質体46の内側に設けられており、このヒータエレメント
54によって、酸素ポンプセルのポンプ電極16,18配設部
位が少なくとも所定の温度に加熱せしめられ得るように
なっている。更に、かかるヒータエレメント54は、第二
の空気通路50の素子基部側部位において、公知のスルー
ホール構造により固体電解質体46の外側面に取り出さ
れ、また電気絶縁層58にて固体電解質体14から電気的に
絶縁される外側ポンプ電極16のリード部も、公知のスル
ーホール構造によって固体電解質体46の外側に取り出さ
れ、そして固体電解質体46に対して絶縁層60によりそれ
ぞれ電気的に絶縁せしめられるようになっている。On the side of the outside of the oxygen pump cell where the pump electrode 16 is provided, solid electrolyte bodies 46 and 48 are laminated, and separately from the first air passage 36, a second electrolyte as an oxygen pump air passage is provided. The second air passage 50 is formed.
The outer pump electrode 16 is exposed inside 50. The second air passage 50 is guided to the base side along the longitudinal direction of the oxygen sensing element 10, and in other words, to the side of the oxygen sensing element 10 through the opening 52 penetrating the solid electrolyte body 46. For example, it is opened to the outside at a portion of the oxygen sensing element different from the first air passage 36, and the air introduced through the opening 52 is brought into contact with the outer pump electrode 16. Also, in the second air passage 50,
A heater element 54 is provided inside the solid electrolyte body 46 via an electric insulating layer 56.
By means of 54, the portion of the oxygen pump cell where the pump electrodes 16, 18 are provided can be heated to at least a predetermined temperature. Further, such a heater element 54 is taken out to the outer surface of the solid electrolyte body 46 by a well-known through-hole structure at the element base side portion of the second air passage 50, and is separated from the solid electrolyte body 14 by an electric insulating layer 58. The leads of the outer pump electrode 16 which are electrically insulated are also taken out of the solid electrolyte body 46 by a known through-hole structure, and are electrically insulated from the solid electrolyte body 46 by the insulating layer 60, respectively. It has become.
なお、かくの如き積層構造の酸素検知素子10は、それ
を構成する各層、即ち固体電解質体・ヒータ層46,54、
固体電解質体48、酸素ポンプセル（14,16,18）、拡散室
26形成層（28,30）、酸素センサセル（20,22,24）、固
体電解質体32、固体電解質体・ヒータ層34,38を順次積
層せしめて一体的な積層構造体と為し、そして、それを
焼成することにより、一体的な構造として形成されるこ
ととなる。また、このような積層方式の他、公知の印刷
方式、各セルを別個に焼成した後、一体化する方式等、
各種の方式が適宜に採用されることとなることは言うま
でもないところである。Incidentally, the oxygen sensing element 10 having such a laminated structure has the constituent layers, that is, the solid electrolyte body and the heater layers 46 and 54,
Solid electrolyte body 48, oxygen pump cell (14, 16, 18), diffusion chamber
26 forming layers (28, 30), oxygen sensor cells (20, 22, 24), solid electrolyte body 32, solid electrolyte body / heater layers 34, 38 are sequentially laminated to form an integrated laminated structure, and By firing it, an integral structure is formed. In addition to such a lamination method, a known printing method, a method in which each cell is separately baked and then integrated, and the like,
It goes without saying that various methods will be appropriately adopted.
そして、このように先端部に酸素検知部12が形成され
た酸素検知素子10は、第１図に示されているように、そ
の長手方向の中間部の４個所において、それぞれ第一絶
縁碍子62、第二絶縁碍子64、第三絶縁碍子66及び第四絶
縁碍子68によって支持された状態で、ステンレス等の金
属材料からなる一体的なパイプ状の保護管体70内に収容
され、且つそれら絶縁碍子間に形成された気密層72,74,
76、更には第四絶縁碍子68の基端部側にワッシャ78を介
して設けられた固着層80によって、中心位置に固定、保
持されている。As shown in FIG. 1, the oxygen sensing element 10 having the oxygen sensing portion 12 formed at the tip thereof has four first insulators 62 at four intermediate portions in the longitudinal direction, as shown in FIG. While being supported by the second insulator 64, the third insulator 66, and the fourth insulator 68, are housed in an integral pipe-shaped protective tube 70 made of a metal material such as stainless steel, and are insulated therefrom. Airtight layers 72, 74, formed between insulators
76, and is fixed and held at the center position by a fixing layer 80 provided on the base end side of the fourth insulator 68 via a washer 78.
また、第三の絶縁碍子66には、その壁部を貫通する側
孔82が設けられており、更にこの側孔82を外部の大気に
連通せしめるための第一の大気連通孔84が、保護管体70
の所定部位に設けられているのである。そして、酸素検
知素子10は、その第二の空気通路50がかかる第三の絶縁
碍子66の側孔82内に位置するように、保護管体70内に配
置されて、固定せしめられるようになっており、これに
より、第一の大気連通孔84及び側孔82を通じて導かれる
大気が、酸素検知素子10の第二の空気通路50内に導き入
れられるようになっているのである。Further, the third insulator 66 is provided with a side hole 82 penetrating the wall thereof, and a first air communication hole 84 for communicating the side hole 82 with the outside air is protected. Tube 70
Is provided at a predetermined site. The oxygen sensing element 10 is arranged and fixed in the protective tube 70 so that the second air passage 50 is located in the side hole 82 of the third insulator 66. As a result, the air guided through the first air communication hole 84 and the side hole 82 is introduced into the second air passage 50 of the oxygen detection element 10.
一方、酸素検知素子10の基端部に開口する第一の空気
通路36には、かかる第一の大気連通孔84とは異なる、保
護管体70部位に設けられた第二の大気連通孔86を通じ
て、大気が酸素検知素子10の基端部の周りの空間内に導
入されることによって、それが導き入れられるようにな
っているのである。On the other hand, the first air passage 36 opening at the base end of the oxygen sensing element 10 is different from the first air communication hole 84, and the second air communication hole 86 provided in the protective tube 70 is provided. The air is introduced into the space around the base end of the oxygen sensing element 10 through the air.
従って、酸素検知素子10は、その先端側の酸素検知部
12とその基部側の酸素ポンプセルのための大気導入部
（52,82,84）とが気密層72,74によって気密に隔てられ
た状態において、保護管体70内に収容、固定せしめられ
ていると共に、第三の絶縁碍子66と第四の絶縁碍子68と
の間に設けられた気密層76によって、保護管体70内は、
酸素検知素子10の基端側に位置する第一の空気通路36に
大気を導くための空間とそれよりも酸素検知素子10の中
央部側に位置する第二の空気通路50に大気を導入するた
めの空間とが気密に隔てられた状態において、仕切られ
ているのである。なお、第一絶縁碍子62、気密層72、第
二絶縁碍子64、気密層74、第三絶縁碍子66、気密層76、
第四絶縁碍子68及びワッシャ78は、第１図から明らかな
ように、保護管体70にかしめ形成された周方向の第一係
止凹所88a及び第二係止凹所88bによって、それぞれ先端
側への移動及び基端側への移動が阻止される構造となっ
ている。Therefore, the oxygen detecting element 10 is provided with an oxygen detecting section
12 and the air introduction section (52, 82, 84) for the oxygen pump cell on the base side thereof are housed and fixed in the protective tube 70 in a state where they are air-tightly separated by the air-tight layers 72, 74. With the airtight layer 76 provided between the third insulator 66 and the fourth insulator 68, the inside of the protective tube 70 is
A space for guiding the atmosphere to the first air passage 36 located on the base end side of the oxygen sensing element 10 and the atmosphere is introduced into the second air passage 50 located on the central side of the oxygen sensing element 10 from the space. Are separated from each other in a state where the space is airtightly separated. In addition, the first insulator 62, the airtight layer 72, the second insulator 64, the airtight layer 74, the third insulator 66, the airtight layer 76,
As is apparent from FIG. 1, the fourth insulator 68 and the washer 78 are respectively formed at the distal ends by a first locking recess 88a and a second locking recess 88b in the circumferential direction formed by caulking the protective tube 70. The movement to the side and the movement to the base end side are prevented.
また、保護管体70内には、酸素検知素子10の基端部を
覆う状態で接続碍子90が挿入されており、該保護管体70
の基端側の開口に嵌め込まれたゴム栓92によって固定さ
れている。そして、この保護管体70の開口部を塞ぐゴム
栓92を貫通して、リード線94a,94b…が、接続碍子90内
において、それぞれコネクタ（接続金具）96を介して酸
素検知素子10の基部外面に取り出された電極のリード部
やヒータエレメントのリード部に接続されるようになっ
ている。つまり、それらリード線94a,94b…によって、
酸素センサセルからの起電力が取り出され、また酸素ポ
ンプセルへのポンプ電流が通電され、更にはヒータエレ
メント38,54への給電によって酸素検知部12が所定の温
度に加熱せしめられるようになっているのである。Further, a connecting insulator 90 is inserted into the protective tube 70 so as to cover the base end of the oxygen sensing element 10.
Is fixed by a rubber stopper 92 fitted in the opening on the base end side of the. .. Penetrate through a rubber plug 92 closing the opening of the protective tube 70, lead wires 94a, 94b,... It is designed to be connected to the lead of the electrode taken out on the outer surface or the lead of the heater element. In other words, by these lead wires 94a, 94b ...
The electromotive force from the oxygen sensor cell is taken out, the pump current is supplied to the oxygen pump cell, and the oxygen detector 12 is heated to a predetermined temperature by supplying power to the heater elements 38 and 54. is there.
そして、このような構造の酸素センサにあっては、第
１図に示されるように、保護管体70の前記気密層74に対
応する外周部に気密リング10を介してハウジング102が
気密に装着され、このハウジング102が、炉壁や自動車
の排気ガス管等の、被測定ガス存在空間を外部（大気）
から区画する隔壁104に取り付けられることによって、
先端側の部位がその被測定ガス存在空間内に挿入された
状態で、保護管体70が隔壁104に気密に固定せしめられ
るのである。なお、保護管体70の先端部は開口部とされ
ており、そのような開口部やその管壁に設けられたガス
導入孔106を通じて被測定ガスが導かれ、そして酸素検
知素子10の先端部の酸素検知部12に設けられた拡散室26
内に、所定の拡散抵抗の下に導き入れられるようになっ
ている。In the oxygen sensor having such a structure, as shown in FIG. 1, the housing 102 is hermetically mounted on the outer peripheral portion of the protective tube 70 corresponding to the hermetic layer 74 via the hermetic ring 10. The housing 102 connects the space to be measured, such as a furnace wall or an exhaust gas pipe of an automobile, to the outside (atmosphere).
By being attached to the partition 104 that partitions from
The protection tube 70 is air-tightly fixed to the partition wall 104 in a state where the distal end portion is inserted into the measured gas existing space. The distal end of the protective tube 70 is an opening, and the gas to be measured is guided through such an opening and the gas introduction hole 106 provided in the tube wall. Diffusion chamber 26 provided in oxygen detector 12
In the inside, it is guided under a predetermined diffusion resistance.
従って、このような構造の酸素センサにあっては、酸
素検知素子10の酸素ポンプセル及び酸素センサセルに対
して、相互に独立した大気連通路を通じて、センサ外の
大気が供給されることとなるのである。即ち、酸素ポン
プセルの一方のポンプ電極16に対しては、保護管体70の
中央部側に設けられた第一の大気連通孔84、第三絶縁碍
子66の側孔82、第二の空気通路50を通じて、大気が導き
入れられて、接触せしめることとなるのであり、一方、
酸素センサセルの基準電極24には、保護管体70の基部側
に設けられた第二の大気連通孔86を通じて導かれた大気
が、酸素検知素子10の基端部に開口する第一の空気通路
36内に導き入れられ、接触せしめることとなるのであ
る。Therefore, in the oxygen sensor having such a structure, the atmosphere outside the sensor is supplied to the oxygen pump cell and the oxygen sensor cell of the oxygen sensing element 10 through the mutually independent atmosphere communication passages. . That is, for one pump electrode 16 of the oxygen pump cell, the first air communication hole 84 provided at the center portion side of the protective tube 70, the side hole 82 of the third insulator 66, the second air passage Through 50, the atmosphere is introduced and brought into contact,
In the reference electrode 24 of the oxygen sensor cell, the air guided through a second air communication hole 86 provided on the base side of the protective tube 70 has a first air passage opening at the base end of the oxygen sensing element 10.
You will be guided into 36 and will make contact.
そして、これら二つの大気連通路は、保護管体70内に
おいて気密層76にて気密に仕切られているところから、
それぞれの電極に供給される大気（空気）は相互に影響
を受けることがなく、それ故被測定ガスが強い還元性雰
囲気（例えば、100％H2や100％CO等）である場合におい
て、酸素ポンプセルにて多量の酸素がポンプ作用にて消
費されても、第一の大気連通孔84、側孔82、第二の空気
通路50を通じて、空気が独立して充分供給され、酸素セ
ンサセルの基準電極24に接する第一の空気通路36内の空
気中の酸素濃度に何等の影響をももたらすものでないた
めに、酸素センサセルの検出値に異常を来すようなこと
がなく、それ故に酸素ポンプセルの黒化現象、更にはそ
のようなセルの破損を惹起して、酸素検知素子10の寿命
を低下する問題を惹起せしめることはないのである。特
に、本実施例の如く、第二の空気通路50の開口部52を可
及的に酸素検知素子10の先端側、換言すれば酸素検知部
12側に位置せしめて、第一の大気連通孔84から大気を導
くようにすれば、第二の空気通路50による空気の拡散経
路を短くすることが出来、酸素ポンプセルの外側ポンプ
電極16への酸素の供給を効果的に行ない得る利点があ
る。Then, these two air communication paths are airtightly partitioned by an airtight layer 76 in the protective tube 70,
The atmosphere (air) supplied to each electrode is not influenced by each other, and therefore, when the gas to be measured is in a strong reducing atmosphere (for example, 100% H 2 or 100% CO, etc.), Even if a large amount of oxygen is consumed by the pumping action in the pump cell, air is sufficiently supplied independently through the first air communication hole 84, the side hole 82, and the second air passage 50, and the reference electrode of the oxygen sensor cell is Since it does not have any effect on the oxygen concentration in the air in the first air passage 36 in contact with the 24, the detected value of the oxygen sensor cell does not become abnormal, and therefore the black color of the oxygen pump cell This does not cause a phenomenon of gasification, and furthermore, such a breakage of the cell to cause a problem of shortening the life of the oxygen sensing element 10. In particular, as in the present embodiment, the opening 52 of the second air passage 50 is made as close as possible to the tip side of the oxygen detecting element 10, in other words, the oxygen detecting section.
If it is positioned on the 12 side and guides the atmosphere from the first atmosphere communication hole 84, the diffusion path of the air by the second air passage 50 can be shortened, and There is an advantage that oxygen can be supplied effectively.
また、本実施例の酸素検知素子10にあっては、酸素検
知部12、より具体的には、酸素センサセルの測定電極2
2、基準電極24配設部位及び酸素ポンプセルのポンプ電
極16,18配設部位を加熱するために、第一及び第二の空
気通路36,50内にそれぞれヒータエレメント38,54が露出
せしめられた状態において設けられているが、このよう
にすることにより、高温時においてヒータエレエントか
らのリーク電流によって酸素ポンプ作用が惹起されて
も、それぞれの空気通路内の空気から酸素が供給される
ことによって、固体電解質体の強度低下が効果的に抑制
され、またヒータエレメントの断線も有利に抑制され得
るのである。これに対して、ヒータエレメントを酸素検
知素子内に気密に埋設すると、それが電気的絶縁層に囲
まれている場合にあっても、高温状態下では、かかる絶
縁層の絶縁低下によってヒータエレメントからリーク電
流が流れ、酸素ポンプ作用が惹起されるのであり、そし
てその際、酸素が充分に供給されないと、固体電解質体
から酸素を取り去ることとなり、それによって、酸素検
知素子を構成する固体電解質体に前記黒化現象と同様な
現象を惹起せしめて、強度を低下させると同時に、ヒー
タ断線を惹起する問題があったのである。Further, in the oxygen sensing element 10 of the present embodiment, the oxygen sensing unit 12, more specifically, the measurement electrode 2 of the oxygen sensor cell
2.The heater elements 38 and 54 were exposed in the first and second air passages 36 and 50, respectively, to heat the reference electrode 24 and the pump electrodes 16 and 18 of the oxygen pump cell. Although provided in a state, even if an oxygen pumping action is caused by a leak current from the heater element at a high temperature, oxygen is supplied from the air in the respective air passages. Thus, a decrease in the strength of the solid electrolyte body can be effectively suppressed, and disconnection of the heater element can be advantageously suppressed. On the other hand, when the heater element is hermetically buried in the oxygen sensing element, even if it is surrounded by the electrical insulation layer, the insulation element is deteriorated under high temperature conditions due to a decrease in insulation of the insulation layer. Leakage current flows, causing an oxygen pumping action. At that time, if oxygen is not supplied sufficiently, oxygen is removed from the solid electrolyte body, and thereby, the solid electrolyte body constituting the oxygen sensing element is removed. There has been a problem that a phenomenon similar to the above-described blackening phenomenon is caused to lower the strength and, at the same time, to cause a heater disconnection.
さらに、酸素検知素子10に対する第一及び第二の空気
通路36,50の形成によって、酸素センサセルの基準電極2
4が基準酸素ガスとしての空気に接触せしめられること
は勿論、酸素ポンプセルの外側ポンプ電極16も空気に接
触せしめられることとなるのであり、また酸素ポンプセ
ルの酸素ポンプ作用にて、拡散室26内の測定電極22や内
側ポンプ電極18の周りの雰囲気も中性雰囲気となるよう
になるところから、それらセルの各電極が中性雰囲気乃
至は酸化雰囲気中で稼動することとなり、以てPb,Zn,A
s,P等の有害物質から保護され、センサ寿命が長くなる
特徴も発揮するのである。Further, by forming the first and second air passages 36 and 50 for the oxygen sensing element 10, the reference electrode 2 of the oxygen sensor cell is formed.
4 is brought into contact with the air as the reference oxygen gas, and the outer pump electrode 16 of the oxygen pump cell is also brought into contact with the air. Since the atmosphere around the measurement electrode 22 and the inner pump electrode 18 also becomes a neutral atmosphere, each electrode of these cells operates in a neutral atmosphere or an oxidizing atmosphere, and thus Pb, Zn, A
It is also protected from harmful substances such as s and P, and has the characteristic of extending the sensor life.
以上、本発明の代表的な具体例について説明してきた
が、本発明は、そのような具体例の他にも、本発明の趣
旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて
種々なる変更、修正、改良等を加えた形態において実施
され得るものである。The representative specific examples of the present invention have been described above. However, the present invention may be modified in various ways based on the knowledge of those skilled in the art in addition to such specific examples without departing from the spirit of the present invention. , Modifications, improvements and the like.
例えば、例示の具体例では、酸素検知素子10を収容、
保持する保護筒体が、一体の保護管体70にて構成されて
いるが、被測定ガス中に位置せしめられる部分と大気中
に位置せしめられる部分とを別部品にて構成した構造で
あっても、何等差支えないのである。For example, in the illustrated example, the oxygen sensing element 10 is housed,
The protective cylinder to be held is constituted by an integral protective tube 70, but has a structure in which a part positioned in the gas to be measured and a part positioned in the atmosphere are formed as separate parts. There is no problem.
また、酸素検知素子10を保護管体70内において気密に
保持する気密層72,74,76は、特にタルクの如き無機質粉
体を用いて構成することが望ましいが、アルミナ等の他
の耐熱性の無機質粉体を用いることも可能であり、そし
てそのような気密層は、酸素検知素子10の長手方向にお
いて、所望の部位に適数個所設けられ得、更に固着層80
にあっても、それがガラスにて構成される場合の他、セ
メント等の他の無機系の固着材を用いて複数個所に形成
することも可能である。In addition, the airtight layers 72, 74, and 76 that hold the oxygen sensing element 10 airtight in the protective tube 70 are preferably formed using an inorganic powder such as talc, but other heat resistant materials such as alumina are preferable. It is also possible to use an inorganic powder of, and such an airtight layer can be provided at an appropriate number of places at a desired position in the longitudinal direction of the oxygen sensing element 10, and furthermore, the fixing layer 80
However, in addition to the case where it is made of glass, it is also possible to form it at a plurality of places using another inorganic fixing material such as cement.
さらに、例示の具体例では、被測定ガスを所定の拡散
抵抗の下に導き入れる酸素検知素子10の拡散律速手段
が、拡散室26の細隙な平坦空間にて構成されているが、
またその他にも、公知の如くピンホール手段や多孔質体
等にて構成し、それらを通じて、外部の被測定ガスを、
所定の拡散抵抗の下に、酸素ポンプセルと酸素センサセ
ルの間に形成されて、内側ポンプ電極18や測定電極22の
露呈される空間内に導いたりすることも可能である。Further, in the illustrated specific example, the diffusion rate controlling means of the oxygen detection element 10 for introducing the gas to be measured under a predetermined diffusion resistance is configured by a narrow flat space of the diffusion chamber 26.
In addition, as well-known, it is configured by a pinhole means, a porous body, and the like, and through them, an external gas to be measured is
It is formed between the oxygen pump cell and the oxygen sensor cell under a predetermined diffusion resistance, and can be led into the space where the inner pump electrode 18 and the measurement electrode 22 are exposed.
（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明に従う酸素セ
ンサは、保護筒体内に収容、保持せしめられる酸素検知
素子の酸素ポンプセル及び酸素センサセルへ大気（酸
素）をそれぞれ供給するために、別個独立した大気連通
路を設けたものであり、これにより、酸素ポンプセル稼
動時における、酸素センサセルの基準ガスとしての空気
中の酸素濃度に対する干渉が回避され得て、かかる基準
ガスの安定が保たれ、また酸素ポンプセルに充分な必要
酸素量が別途に供給されることとなるところから、被測
定ガスが100％H2や100％COの如き強い還元性雰囲気であ
っても、確実に動作し得ると共に、酸素ポンプセルの黒
化を抑制して、長時間安定して使用出来るように為し、
以てその寿命を効果的に高め得たところに、産業上大き
な意義を有するものである。(Effects of the Invention) As is clear from the above description, the oxygen sensor according to the present invention is used for supplying atmospheric air (oxygen) to the oxygen pump cell and the oxygen sensor cell of the oxygen sensing element housed and held in the protective cylinder. In addition, a separate and independent atmosphere communication passage is provided, whereby interference with the oxygen concentration in the air as the reference gas of the oxygen sensor cell during operation of the oxygen pump cell can be avoided, and the stability of the reference gas is maintained. sauce, also from where the it sufficient required amount of oxygen in the oxygen pump cell is supplied separately, even strong reducing atmosphere such as the gas to be measured 100% H 2 and 100% CO, operates reliably To prevent blackening of the oxygen pump cell so that it can be used stably for a long time.
The fact that the service life can be effectively increased has great industrial significance.
第１図は、本発明に係る酸素センサの一実施例を示す縦
断面説明図であり、第２図（ａ），（ｂ）及び（ｃ）
は、それぞれ、そこで用いられる酸素検知素子の平面
図、左側面図及び右側面図である。また、第３図は、そ
のような酸素センサに用いられる酸素検知素子の概要を
示す縦断面説明図であり、第４図（ａ），（ｂ）及び
（ｃ）は、それぞれ、第３図におけるＡ−Ａ断面,B−Ｂ
断面及びＣ−Ｃ断面における断面説明図である。 10:酸素検知素子、12:酸素検知部 14,20,32,34,46,48:固体電解質体 16:外側ポンプ電極、18:内側ポンプ電極 22:測定電極、24:基準電極 26:拡散室 28,40,42,44,56,58,60:電気絶縁層 30:気密層、36:第一の空気通路 38,54:ヒータエレメント 50:第二の空気通路、52:開口部 62:第一絶縁碍子、64:第二絶縁碍子 66:第三絶縁碍子、68:第四絶縁碍子 70:保護管体 72,74,76:気密層 82:側孔、84:第一の大気連通孔 86:第二の大気連通孔 90:接続碍子、92:ゴム栓 96:コネクタ、100:気密リング 102:ハウジング、104:隔壁FIG. 1 is an explanatory longitudinal sectional view showing one embodiment of the oxygen sensor according to the present invention, and FIGS. 2 (a), (b) and (c).
1 is a plan view, a left side view, and a right side view of an oxygen sensing element used therein, respectively. FIG. 3 is an explanatory longitudinal sectional view showing an outline of an oxygen detecting element used in such an oxygen sensor, and FIGS. 4 (a), (b) and (c) are FIGS. AA cross section at, BB
It is sectional explanatory drawing in a cross section and CC cross section. 10: oxygen sensing element, 12: oxygen sensing part 14, 20, 32, 34, 46, 48: solid electrolyte body 16: outer pump electrode, 18: inner pump electrode 22: measuring electrode, 24: reference electrode 26: diffusion chamber 28, 40, 42, 44, 56, 58, 60: electrical insulating layer 30: airtight layer, 36: first air passage 38, 54: heater element 50: second air passage, 52: opening 62: first One insulator, 64: Second insulator 66: Third insulator, 68: Fourth insulator 70: Protection tube 72, 74, 76: Airtight layer 82: Side hole, 84: First atmosphere communication hole 86 : Second air communication hole 90: Connecting insulator, 92: Rubber stopper 96: Connector, 100: Airtight ring 102: Housing, 104: Partition wall
Claims (2)
内に収容、保持せしめ、該酸素検知素子の先端側の酸素
検知部に対して外部の被測定ガスを接触せしめるように
した酸素センサにおいて、 該酸素検知素子が、 酸素イオン伝導性の固体電解質体とそれに接して設けら
れた第一及び第二の電極とを有する電気化学的酸素ポン
プセルと、 酸素イオン伝導性の体電解質体とそれに接して設けられ
た第三及び第四の電極とを有する電気化学的酸素センサ
セルと、 それらのセルの間に設けられた空間内に、前記被測定ガ
スを所定の拡散抵抗の下に導き入れ、前記酸素ポンプセ
ルの第二の電極及び前記酸素センサセルの第三の電極に
それぞれ接触せしめる拡散律速手段と、 該酸素検知素子内に、その長手方向に延び且つ素子基端
側において開口するように形成され、該開口部から基準
ガスとしての空気を導いて、前記酸素センサセルの第四
の電極に接触せしめる基準空気通路と、 該基準空気通路とは別個に該酸素検知素子内に形成され
ると共に、該基準空気通路とは異なる部位において開口
せしめられ、そしてその開口部から導かれる空気を酸素
ポンプ用として前記酸素ポンプセルの第一の電極に接触
せしめる酸素ポンプ用空気通路とを、 含んで一体的に構成されてなり、且つ 前記保護筒体が、前記酸素検知素子の酸素ポンプ用空気
通路に連通せしめられる第一の大気連通部と前記基準空
気通路に連通せしめられる第二の大気連通部とを有して
いると共に、それら第一及び第二の大気連通部を仕切る
仕切り手段が、前記酸素検知素子を収容した状態におい
て、該保護筒体内に設けられていることを特徴とする酸
素センサ。An oxygen sensor in which a rectangular oxygen sensing element is accommodated and held in a predetermined protective cylinder, and an external gas to be measured is brought into contact with an oxygen sensing portion on the tip side of the oxygen sensing element. In the above, the oxygen sensing element may comprise: an electrochemical oxygen pump cell having an oxygen ion conductive solid electrolyte body and first and second electrodes provided in contact with the oxygen electrolyte element; an oxygen ion conductive body electrolyte body; An electrochemical oxygen sensor cell having third and fourth electrodes provided in contact with each other, and introducing the gas to be measured under a predetermined diffusion resistance into a space provided between the cells; Diffusion limiting means for contacting the second electrode of the oxygen pump cell and the third electrode of the oxygen sensor cell, respectively, extending into the oxygen sensing element in the longitudinal direction and opening at the element base end side A reference air passage for guiding air as a reference gas from the opening to contact the fourth electrode of the oxygen sensor cell, and formed in the oxygen sensing element separately from the reference air passage. An oxygen pump air passage which is opened at a portion different from the reference air passage and which makes air guided from the opening contact the first electrode of the oxygen pump cell for an oxygen pump. A first atmospheric communication portion, which is integrally formed, and wherein the protective cylinder is communicated with an oxygen pump air passage of the oxygen detection element, and a second air communication portion, which is communicated with the reference air passage. And a partitioning means for partitioning the first and second atmospheric communication portions is provided in the protective cylinder in a state in which the oxygen sensing element is housed. An oxygen sensor.
気通路内にそれぞれ第一及び第二のヒータが配設され、
それらヒータによって、前記酸素ポンプセルの第一，第
二の電極配設部位並びに前記酸素センサセルの第三，第
四の電極配設部位が加熱せしめられるようになっている
請求項（１）記載の酸素センサ。2. A first heater and a second heater are provided in the oxygen pump air passage and the reference air passage, respectively.
The oxygen according to claim 1, wherein the heater heats the first and second electrode arrangement portions of the oxygen pump cell and the third and fourth electrode arrangement portions of the oxygen sensor cell. Sensor.
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| JP1120765A JP2634460B2 (en) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | Oxygen sensor |
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