JP2968805B2 - ガス混合物中含酸素ガスの相対量の測定方法及び測定デバイス - Google Patents
ガス混合物中含酸素ガスの相対量の測定方法及び測定デバイスInfo
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- JP2968805B2 JP2968805B2 JP1230557A JP23055789A JP2968805B2 JP 2968805 B2 JP2968805 B2 JP 2968805B2 JP 1230557 A JP1230557 A JP 1230557A JP 23055789 A JP23055789 A JP 23055789A JP 2968805 B2 JP2968805 B2 JP 2968805B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、混合ガス中の含酸素ガス（oxygen contain
ing gas,酸素含有化合物ガス）（以下「被測定ガス（測
定ガス）」という）の相対量（relative amount,相対的
量，相対値）を測定するためのデバイス及び方法（例え
ば、空気中の水蒸気量を測定するための湿度センサ）に
関し、前記混合ガスは、少なくとも一種の他の含酸素ガ
スを含有する。
ing gas,酸素含有化合物ガス）（以下「被測定ガス（測
定ガス）」という）の相対量（relative amount,相対的
量，相対値）を測定するためのデバイス及び方法（例え
ば、空気中の水蒸気量を測定するための湿度センサ）に
関し、前記混合ガスは、少なくとも一種の他の含酸素ガ
スを含有する。
湿度センサは、種々の用途において非常に有用であ
る。例えば、湿度センサは、コンピュータ室、商業的な
航空機及び自動車の中の環境制御のために使用されてき
た。湿度センサは、自動車系及び航空機系において、気
化制御のためにも有用である。湿度感応性デバイスは典
型的には、複数の対向電極が絶縁性基板上に形成され、
しかも湿度感応性フィルムが前記絶縁性基板の表面上で
あって且つ少なくとも前記対向電極の間に形成されるよ
うに構成されている。湿度感応性フイルムとは、予め定
められた湿度−抵抗値特性を示す物質から成つている。
従つて、湿度感応性フイルムが本来有する抵抗値特性は
外気の湿度の関数となつて変化するもので、その結果と
して、湿度状況を湿度感応性デバイスの抵抗値に置き換
えて測定することが可能である。湿度感応性フイルムの
例としては、セルローズのような有機物質および酸化ア
ルミニウムのような金属酸化物が挙げられる。この型の
デバイスの例としては、米国特許第4,288,775号、第4,4
56,902号、及び第4,497,701号に開示されているもので
ある。しかし、遺憾ながら従来の湿度センサは、次の理
由の一つ以上により、自動車用として望ましい物ではな
い。理由：信頼性が低いこと、耐久性の欠如、複雑さ、
及び高コスト。
る。例えば、湿度センサは、コンピュータ室、商業的な
航空機及び自動車の中の環境制御のために使用されてき
た。湿度センサは、自動車系及び航空機系において、気
化制御のためにも有用である。湿度感応性デバイスは典
型的には、複数の対向電極が絶縁性基板上に形成され、
しかも湿度感応性フィルムが前記絶縁性基板の表面上で
あって且つ少なくとも前記対向電極の間に形成されるよ
うに構成されている。湿度感応性フイルムとは、予め定
められた湿度−抵抗値特性を示す物質から成つている。
従つて、湿度感応性フイルムが本来有する抵抗値特性は
外気の湿度の関数となつて変化するもので、その結果と
して、湿度状況を湿度感応性デバイスの抵抗値に置き換
えて測定することが可能である。湿度感応性フイルムの
例としては、セルローズのような有機物質および酸化ア
ルミニウムのような金属酸化物が挙げられる。この型の
デバイスの例としては、米国特許第4,288,775号、第4,4
56,902号、及び第4,497,701号に開示されているもので
ある。しかし、遺憾ながら従来の湿度センサは、次の理
由の一つ以上により、自動車用として望ましい物ではな
い。理由：信頼性が低いこと、耐久性の欠如、複雑さ、
及び高コスト。
この20年、O2ポンピング性ZrO2セルに基づく幾つかの
異なる型のセンサが開発されてきた。かかる酸素ポンピ
ング性は、酸素イオン伝導性電解質（例えば、ジルコニ
ア）を電流が通過すれば、酸素がその電解質の一方側か
ら他方側へ移動させられる（ポンピングされる）という
事実に基づいている。その酸素は、電解質において解離
する、酸素ガス、又は酸素含有化合物ガス（例えば、H2
O）から生じ得る。かかるセンサは、センサの信号出力
が移動させられる酸素の分圧に直線的に比例するという
共通特性を有する。例えば、1986年米国化学会刊行の化
学センサの基礎と応用に所載のロゴセテス（E.M.Logoth
etis）及びヘトリツク（R.E.Hetrik）による論文「電気
化学的酸素ポンプによる高温酸素センサ」において考察
されているように、この種のセンサは、セル一個型とセ
ル二個型とがある。
異なる型のセンサが開発されてきた。かかる酸素ポンピ
ング性は、酸素イオン伝導性電解質（例えば、ジルコニ
ア）を電流が通過すれば、酸素がその電解質の一方側か
ら他方側へ移動させられる（ポンピングされる）という
事実に基づいている。その酸素は、電解質において解離
する、酸素ガス、又は酸素含有化合物ガス（例えば、H2
O）から生じ得る。かかるセンサは、センサの信号出力
が移動させられる酸素の分圧に直線的に比例するという
共通特性を有する。例えば、1986年米国化学会刊行の化
学センサの基礎と応用に所載のロゴセテス（E.M.Logoth
etis）及びヘトリツク（R.E.Hetrik）による論文「電気
化学的酸素ポンプによる高温酸素センサ」において考察
されているように、この種のセンサは、セル一個型とセ
ル二個型とがある。
セル一個型のセンサにおいては、酸素ポンプ用とセン
サ用の両方の目的に同じZrO2セルが用いられる。セル二
個型センサでは、酸素ポンプ用とセンサ用の目的にそれ
ぞれ異なつた専用のZrO2セルが用いられる。ワン（Wan
g）の米国特許第4,547,281号は、酸素の容量濃度を検出
することができるセル一個型センサに関する。酸素の容
量濃度を検出することができるセル二個型センサは、例
えば、ヘトリツク及びヘトリツク等の米国特許第4,272,
329号、第4,272,330号、及び第4,272,331号、ヤマダら
の米国特許第4,498,968号、ニシザワらの米国特許第4,6
45,572号、及びロゴセテス等の米国特許第4,487,680号
に開示されている。上記ヘトリツク、ヘトリツク等及び
ロゴセテス等の特許は、本発明との共通な特許権者のも
のである。通常、かかる二つのセルデバイスでは、一つ
のセルは複数のセルの間に形成されたキャビティからO2
のある量（変数）をポンピングするのに使用され、第二
のセル（センサセル）は、キャビティ内部の減少したO2
分圧を測定するのに使用される。ロゴセテス等の米国特
許に記載してあるところによれば、このデバイスの構造
は、キヤビテイを無くするように改変されたものであ
り、通常４個の電極の代わりに、３個の電極を用いるだ
けでよいが、上記の米国特許第4,272,329号、第4,272,3
30号、及び第4,272,331号のデバイスと同様に機能す
る。
サ用の両方の目的に同じZrO2セルが用いられる。セル二
個型センサでは、酸素ポンプ用とセンサ用の目的にそれ
ぞれ異なつた専用のZrO2セルが用いられる。ワン（Wan
g）の米国特許第4,547,281号は、酸素の容量濃度を検出
することができるセル一個型センサに関する。酸素の容
量濃度を検出することができるセル二個型センサは、例
えば、ヘトリツク及びヘトリツク等の米国特許第4,272,
329号、第4,272,330号、及び第4,272,331号、ヤマダら
の米国特許第4,498,968号、ニシザワらの米国特許第4,6
45,572号、及びロゴセテス等の米国特許第4,487,680号
に開示されている。上記ヘトリツク、ヘトリツク等及び
ロゴセテス等の特許は、本発明との共通な特許権者のも
のである。通常、かかる二つのセルデバイスでは、一つ
のセルは複数のセルの間に形成されたキャビティからO2
のある量（変数）をポンピングするのに使用され、第二
のセル（センサセル）は、キャビティ内部の減少したO2
分圧を測定するのに使用される。ロゴセテス等の米国特
許に記載してあるところによれば、このデバイスの構造
は、キヤビテイを無くするように改変されたものであ
り、通常４個の電極の代わりに、３個の電極を用いるだ
けでよいが、上記の米国特許第4,272,329号、第4,272,3
30号、及び第4,272,331号のデバイスと同様に機能す
る。
酸素ポンプ作用に基づく酸素センサは、H2Oのような
他の含酸素ガスから成る混合物中のO2の量を測定するの
に用いることが可能である。何故ならば、他の含酸素ガ
ス（H2O）を解離するに必要な電圧より低い電圧で酸素
がポンピングによって排除される（is pumped out）か
らである。しかしながら、このデバイスによつては、O2
/H2Oガス混合物の中のH2Oの百分率を測定することは、
他の含酸素ガスの濃度が既知、又はその濃度が一定にな
つている場合を除いては、不可能になつている。このよ
うな従来技術のデバイスは、O2の量が変化するならば、
O2/H2Oガス混合物の中のH2Oの濃度を測定するには使用
され得ないのであるが、その理由は、H2Oを解離するに
十分な電圧をポンプ セルに掛けると、O2分子が干渉す
るからである。つまり、O2分子は、H2Oを解離するに必
要な電圧より低い電圧でポンピングによって排出される
からである。この場合に測定され得る濃度は、O2とH2O
とを合わせた濃度となる。同様に、CO2/H2Oガス混合物
が可変的量である場合、従来技術のデバイスを用いて
も、H2O濃度を測定することはできない。なぜなら、H2O
を解離するに十分な電圧をポンプ セルに掛けると、CO
2分子が同様に解離されるからである。従つて、この場
合に測定され得る濃度も、CO2とH2Oとを合わせた濃度と
なる。
他の含酸素ガスから成る混合物中のO2の量を測定するの
に用いることが可能である。何故ならば、他の含酸素ガ
ス（H2O）を解離するに必要な電圧より低い電圧で酸素
がポンピングによって排除される（is pumped out）か
らである。しかしながら、このデバイスによつては、O2
/H2Oガス混合物の中のH2Oの百分率を測定することは、
他の含酸素ガスの濃度が既知、又はその濃度が一定にな
つている場合を除いては、不可能になつている。このよ
うな従来技術のデバイスは、O2の量が変化するならば、
O2/H2Oガス混合物の中のH2Oの濃度を測定するには使用
され得ないのであるが、その理由は、H2Oを解離するに
十分な電圧をポンプ セルに掛けると、O2分子が干渉す
るからである。つまり、O2分子は、H2Oを解離するに必
要な電圧より低い電圧でポンピングによって排出される
からである。この場合に測定され得る濃度は、O2とH2O
とを合わせた濃度となる。同様に、CO2/H2Oガス混合物
が可変的量である場合、従来技術のデバイスを用いて
も、H2O濃度を測定することはできない。なぜなら、H2O
を解離するに十分な電圧をポンプ セルに掛けると、CO
2分子が同様に解離されるからである。従つて、この場
合に測定され得る濃度も、CO2とH2Oとを合わせた濃度と
なる。
例えば、O2、CO2、H2O及びN2のような成分の量が変化
するガス混合物中の一つの含酸素ガス（例えば、CO2又
はH2O）の相対量を測定することが可能なデバイスが存
在すれば、誠に好ましいものであろう。更に、このデバ
イスが良好な信頼性を有し、自動車用、つまり、高温環
境下において使用して耐久性があり、複雑なものでな
く、コストが妥当であるならば、一層好ましいものであ
ろう。本発明は、「干渉」する働きがある含酸素ガス混
合物の中の含酸素ガスの相対的量を測定する方法及びデ
バイスを記述するもので、これらの方法及びデバイス
は、従来技術の欠陥を克服するもので、自動車の湿度セ
ンサに使用するのに誠に好適である。
するガス混合物中の一つの含酸素ガス（例えば、CO2又
はH2O）の相対量を測定することが可能なデバイスが存
在すれば、誠に好ましいものであろう。更に、このデバ
イスが良好な信頼性を有し、自動車用、つまり、高温環
境下において使用して耐久性があり、複雑なものでな
く、コストが妥当であるならば、一層好ましいものであ
ろう。本発明は、「干渉」する働きがある含酸素ガス混
合物の中の含酸素ガスの相対的量を測定する方法及びデ
バイスを記述するもので、これらの方法及びデバイス
は、従来技術の欠陥を克服するもので、自動車の湿度セ
ンサに使用するのに誠に好適である。
本発明のデバイスの実施態様は、二個の電気化学的固
体酸素ポンプ セルから成り、その間に小空間を有する
セル二個型デバイスに類似のもので、あるいは上記に記
載のロゴセテスらの特許の構造にも類似である。しか
し、本発明のデバイスは、上記の二個型セルのように酸
素ポンプ用にセル一個、酸素センサ用に二個目のセルを
使用するものではない。むしろ、本特許明細書にクレー
ムする方法は、二個のセル共に酸素ポンプ用として使用
する。
体酸素ポンプ セルから成り、その間に小空間を有する
セル二個型デバイスに類似のもので、あるいは上記に記
載のロゴセテスらの特許の構造にも類似である。しか
し、本発明のデバイスは、上記の二個型セルのように酸
素ポンプ用にセル一個、酸素センサ用に二個目のセルを
使用するものではない。むしろ、本特許明細書にクレー
ムする方法は、二個のセル共に酸素ポンプ用として使用
する。
本発明と同じ出願人が、1987年５月29日出願のロゴセ
テスらの「排出ガス再循環用センサ及びその方法」なる
名称の米国特許出願第55,821号には、内燃機関の吸気と
排出ガスとを合わせた混合物（これは、「外部雰囲気」
との名が与えられている）中の排出ガス再循環（EGR）
の相対的量を測定する方法が開示されている。この発明
は、セルを二個ともにO2ポンプセルとして使用するデバ
イスに関する。このデバイスの実施態様の一つにおいて
は、二つのポンプセルによつて形成された小空間が構成
され、この空間は絞りを介して外部雰囲気と連通するよ
うな構造となつている。第一のポンプセルには、第一外
部回路手段が取り付けられていて、第一セルに一定電圧
を掛けて、この空間から全ての酸素分子をポンピングに
よって排出するようにしている。第二のポンプセルに
は、第二外部回路手段が取り付けられていて、第二ポン
プセルに一定電圧を掛けて、この空間中の全てのCO2及
びH2O分子を解離するようにしている。第二ポンプセル
にはまた、第三外部回路手段が取り付けられていて、第
二ポンプセルを流れる電流を測定するようになつてい
る。第二ポンプセルを流れる電流は、解離された（CO2
＋H2O）の量に直接的に関連しているので、この電流
は、外部雰囲気のCO2プラスH2Oの相対的量に比例してい
る。化学量論的空一燃比に制御されたエンジンに対して
は、外部雰囲気中の（CO2＋H2O）の相対的量は、EGRの
量に相関させることが可能である。従つて、本発明のデ
バイスによつて外部雰囲気中の（CO2＋H2O）の相対的量
を知ることによつてEGRを測定することが可能となる。
テスらの「排出ガス再循環用センサ及びその方法」なる
名称の米国特許出願第55,821号には、内燃機関の吸気と
排出ガスとを合わせた混合物（これは、「外部雰囲気」
との名が与えられている）中の排出ガス再循環（EGR）
の相対的量を測定する方法が開示されている。この発明
は、セルを二個ともにO2ポンプセルとして使用するデバ
イスに関する。このデバイスの実施態様の一つにおいて
は、二つのポンプセルによつて形成された小空間が構成
され、この空間は絞りを介して外部雰囲気と連通するよ
うな構造となつている。第一のポンプセルには、第一外
部回路手段が取り付けられていて、第一セルに一定電圧
を掛けて、この空間から全ての酸素分子をポンピングに
よって排出するようにしている。第二のポンプセルに
は、第二外部回路手段が取り付けられていて、第二ポン
プセルに一定電圧を掛けて、この空間中の全てのCO2及
びH2O分子を解離するようにしている。第二ポンプセル
にはまた、第三外部回路手段が取り付けられていて、第
二ポンプセルを流れる電流を測定するようになつてい
る。第二ポンプセルを流れる電流は、解離された（CO2
＋H2O）の量に直接的に関連しているので、この電流
は、外部雰囲気のCO2プラスH2Oの相対的量に比例してい
る。化学量論的空一燃比に制御されたエンジンに対して
は、外部雰囲気中の（CO2＋H2O）の相対的量は、EGRの
量に相関させることが可能である。従つて、本発明のデ
バイスによつて外部雰囲気中の（CO2＋H2O）の相対的量
を知ることによつてEGRを測定することが可能となる。
本明細書に開示のデバイスは、上記の米国特許出願第
55,821号に記載のものと類似の構造構成および回路を有
している。しかしながら、この用途には、本発明では可
能なただ一つの含酸素ガス、例えば、CO2だけ又はH2Oだ
けの相対的量を測定する方法やデバイスは開示されてい
ない。
55,821号に記載のものと類似の構造構成および回路を有
している。しかしながら、この用途には、本発明では可
能なただ一つの含酸素ガス、例えば、CO2だけ又はH2Oだ
けの相対的量を測定する方法やデバイスは開示されてい
ない。
上記のように、米国特許出願第55,821号に記載のデバ
イスは、更に酸素を含有するガス混合物中の二つの含酸
素ガス、特に、CO2＋H2Oとを合わせたものの相対的量を
測定するものである。これは、本発明によつても可能で
ある。しかしながら、本発明の実施態様においては、ガ
ス混合物中に色々な量にてガスがそれぞれ存在していて
も、ガス混合物中の含酸素ガスを単独に測定することが
可能であるので有利である。つまり、本発明によれば、
上記の米国特許出願第55,821号に記載の発明と同様に、
O2、CO2、及びH2Oガス混合物中の、例えば、（CO2＋H
2O）の相対的量が、測定可能であるが、更にガス混合物
中の各成分が色々な量で含まれていても、O2/CO2/H2Oガ
ス混合物中の例えば、CO2の相対的量およびH2Oの相対的
量も個別的に測定することが可能なので有利である。
イスは、更に酸素を含有するガス混合物中の二つの含酸
素ガス、特に、CO2＋H2Oとを合わせたものの相対的量を
測定するものである。これは、本発明によつても可能で
ある。しかしながら、本発明の実施態様においては、ガ
ス混合物中に色々な量にてガスがそれぞれ存在していて
も、ガス混合物中の含酸素ガスを単独に測定することが
可能であるので有利である。つまり、本発明によれば、
上記の米国特許出願第55,821号に記載の発明と同様に、
O2、CO2、及びH2Oガス混合物中の、例えば、（CO2＋H
2O）の相対的量が、測定可能であるが、更にガス混合物
中の各成分が色々な量で含まれていても、O2/CO2/H2Oガ
ス混合物中の例えば、CO2の相対的量およびH2Oの相対的
量も個別的に測定することが可能なので有利である。
なお、参考文献として、本発明に関連する主題を開示
している1987年５月29日出願のロゴセテスらの「排出ガ
ス再循環用センサ及びその方法」なる名称の米国特許出
願第55,821号を本明細書に引用するものとする。
している1987年５月29日出願のロゴセテスらの「排出ガ
ス再循環用センサ及びその方法」なる名称の米国特許出
願第55,821号を本明細書に引用するものとする。
先ず、本発明を要約する。
本発明は、被測定ガス（measurement gas,測定ガス）
の相対的量を測定するための電気化学的酸素ポンプ デ
バイスに関する。該測定ガスとは、ガス混合物中の少な
くとも一つの含酸素ガスから本質的に成るもので、該ガ
ス混合物は更に少なくとももう一つの第二含酸素ガスを
含み、この第二含酸素ガスは、デバイスの中から外へポ
ンピングによって排出され得るか、測定ガスを解離し得
る電圧より低い電圧で解離されるものである。この電気
化学的デバイスは、相対する第一電極対（first pair o
f opposed electrodes,第一対向電極対）を有する第一
電気化学的固体酸素ポンプセル及び相対する第二電極対
（second pair of opposed eleotrodes,第二対向電極
対）を有する第二電気化学的酸素ポンプセルから構成さ
れる。第一と第二のポンプセルの間には支持構造体があ
つて、二つのセルとこの構造体とによつて局限された空
間が形成されている。このデバイスには、空間容積と外
部のガス混合物とを繋ぐ少なくとも一個の開口（apertu
re,絞り部，絞り孔，開孔部）がある。更に、このデバ
６イスは、第一ポンプセルに第一電圧を掛けるために第
一ポンプセルに取り付けられた第一外部電気回路手段か
ら成るが、この第一電圧は、制限容積空間（restricted
volume,局限空間）内の相対する第一電極対の第一ポン
プセル電極を負にバイアスさせて、（ｉ）局限空間内の
実質的に全ての第二含酸素ガス分子を局限空間からポン
ピングによって排出させるか、あるいは第一ポンプセル
を流れる電流によつて十分に解離させるが、一方（ii）
測定ガスは解離させないように掛けるものとする。ま
た、このデバイスは、第二ポンプセルに第二電圧を掛け
るために第二ポンプセルに取り付けられた第二外部電気
回路手段から成るが、この第二電圧は、空間内の相対す
る第二電極対の第二ポンプセル電極を負にバイアスさせ
て、第二ポンプセルを流れる電流によつて局限空間内の
実質的に全ての測定ガスのみを十分に解離させるように
掛けるものとする。更に、このデバイスは、第二ポンプ
セルに取り付けられた第三外部電気回路手段から成る
が、これは、第二ポンプセルを流れる電流を測定するた
めで、第二ポンプセル電流は、ガス混合物中の測定ガス
の相対値に比例している。
の相対的量を測定するための電気化学的酸素ポンプ デ
バイスに関する。該測定ガスとは、ガス混合物中の少な
くとも一つの含酸素ガスから本質的に成るもので、該ガ
ス混合物は更に少なくとももう一つの第二含酸素ガスを
含み、この第二含酸素ガスは、デバイスの中から外へポ
ンピングによって排出され得るか、測定ガスを解離し得
る電圧より低い電圧で解離されるものである。この電気
化学的デバイスは、相対する第一電極対（first pair o
f opposed electrodes,第一対向電極対）を有する第一
電気化学的固体酸素ポンプセル及び相対する第二電極対
（second pair of opposed eleotrodes,第二対向電極
対）を有する第二電気化学的酸素ポンプセルから構成さ
れる。第一と第二のポンプセルの間には支持構造体があ
つて、二つのセルとこの構造体とによつて局限された空
間が形成されている。このデバイスには、空間容積と外
部のガス混合物とを繋ぐ少なくとも一個の開口（apertu
re,絞り部，絞り孔，開孔部）がある。更に、このデバ
６イスは、第一ポンプセルに第一電圧を掛けるために第
一ポンプセルに取り付けられた第一外部電気回路手段か
ら成るが、この第一電圧は、制限容積空間（restricted
volume,局限空間）内の相対する第一電極対の第一ポン
プセル電極を負にバイアスさせて、（ｉ）局限空間内の
実質的に全ての第二含酸素ガス分子を局限空間からポン
ピングによって排出させるか、あるいは第一ポンプセル
を流れる電流によつて十分に解離させるが、一方（ii）
測定ガスは解離させないように掛けるものとする。ま
た、このデバイスは、第二ポンプセルに第二電圧を掛け
るために第二ポンプセルに取り付けられた第二外部電気
回路手段から成るが、この第二電圧は、空間内の相対す
る第二電極対の第二ポンプセル電極を負にバイアスさせ
て、第二ポンプセルを流れる電流によつて局限空間内の
実質的に全ての測定ガスのみを十分に解離させるように
掛けるものとする。更に、このデバイスは、第二ポンプ
セルに取り付けられた第三外部電気回路手段から成る
が、これは、第二ポンプセルを流れる電流を測定するた
めで、第二ポンプセル電流は、ガス混合物中の測定ガス
の相対値に比例している。
従つて本発明は、少なくとももう一つの他の含酸素ガ
スを含有するガス混合物中の含酸素ガスを測定すること
が可能である。また本発明は、少なくとももう一つの他
の含酸素ガスを含有するガス混合物中の二つ又はそれ以
上の含酸素ガスの全相対値を測定することも可能であ
る。本明細書においては、「被測定ガス（measurement
gas,測定ガス）なる語は、相対値が測定されつつある一
つ又はそれ以上の含酸素ガスを称するのに使用される。
スを含有するガス混合物中の含酸素ガスを測定すること
が可能である。また本発明は、少なくとももう一つの他
の含酸素ガスを含有するガス混合物中の二つ又はそれ以
上の含酸素ガスの全相対値を測定することも可能であ
る。本明細書においては、「被測定ガス（measurement
gas,測定ガス）なる語は、相対値が測定されつつある一
つ又はそれ以上の含酸素ガスを称するのに使用される。
本発明の別の実施態様の一つによれば、ガス混合物中
の測定ガスの相対値を測定するために上記の電気化学的
酸素ポンプデバイスを用いる方法が本明細書に開示され
る。このガス混合物とは、既に上に記載したものであ
る。本方法は、ガス混合物と電気化学的デバイスの局限
空間との間に通路を設けること、及び第一ポンプセルに
第一電圧を掛け、局限空間内の相対する第一電極対の第
一ポンプセル電極を負にバイアスさせて、（ｉ）局限空
間内の実質的に全ての第二含酸素ガス分子を局限空間か
らポンピングによって排出させるか、あるいは第一ポン
プセルを流れる電流によつて十分に解離させるが、一方
（ii）測定ガスは解離させないようにすることから成
る。この方法は、更に第二ポンプセルに第二電圧を掛
け、局限空間内の相対する第二電極対の第二ポンプセル
電極を負にバイアスさせて、第二ポンプセルを流れる電
流によつて局限空間内の実質的に全ての被測定ガスのみ
を十分に解離させることを含む。即ち、第二電圧は、被
測定ガスを解離するには十分に高いが、解離するために
は一層高い電圧を必要とする含酸素ガスを解離し得る電
圧よりも低い。この方法は、また第二ポンプセルを流れ
る電流を測定することから成る。第二ポンプセル電流
は、ガス混合物中の測定ガスの相対値に比例している。
の測定ガスの相対値を測定するために上記の電気化学的
酸素ポンプデバイスを用いる方法が本明細書に開示され
る。このガス混合物とは、既に上に記載したものであ
る。本方法は、ガス混合物と電気化学的デバイスの局限
空間との間に通路を設けること、及び第一ポンプセルに
第一電圧を掛け、局限空間内の相対する第一電極対の第
一ポンプセル電極を負にバイアスさせて、（ｉ）局限空
間内の実質的に全ての第二含酸素ガス分子を局限空間か
らポンピングによって排出させるか、あるいは第一ポン
プセルを流れる電流によつて十分に解離させるが、一方
（ii）測定ガスは解離させないようにすることから成
る。この方法は、更に第二ポンプセルに第二電圧を掛
け、局限空間内の相対する第二電極対の第二ポンプセル
電極を負にバイアスさせて、第二ポンプセルを流れる電
流によつて局限空間内の実質的に全ての被測定ガスのみ
を十分に解離させることを含む。即ち、第二電圧は、被
測定ガスを解離するには十分に高いが、解離するために
は一層高い電圧を必要とする含酸素ガスを解離し得る電
圧よりも低い。この方法は、また第二ポンプセルを流れ
る電流を測定することから成る。第二ポンプセル電流
は、ガス混合物中の測定ガスの相対値に比例している。
別の態様における本発明は、測定ガスの相対的量を測
定するための電気化学的酸素ポンプデバイスに関する。
該測定ガスとは、ガス混合物中の少なくとも一つの含酸
素ガスから本質的に成るもので、該ガス混合物は更に少
なくとももう一つの第二含酸素ガスから成り、この第二
含酸素ガスはデバイスの中から外へポンピングによって
排出され得るか、あるいは測定ガスを解離し得る電圧よ
り低い電圧で解離されるものである。この電気化学的デ
バイスは、小板の両面に一対の多孔質電極を有する比較
的厚い小板を含む一般に平板状の第一電気化学酸素ポン
プセル、第一ポンプセルの電極の一つに沈着された第一
多孔質層、第一多孔質層の上に次々と沈着させた第一多
孔質電極、第二多孔質層と第二多孔質電極を含む一般に
平板状の第二電気化学酸素ポンプセル、第二ポンプセル
に第一電圧を掛けるために第二ポンプセルに取り付けら
れた第二セル外部電気回路手段において、第二電極を正
にバイアスさせて、（ｉ）第一多孔質層内の実質的に全
ての第二含酸素ガス分子を排出させるか、あるいは第二
ポンプセルを流れる電流によつて十分に解離させるが、
一方（ii）測定ガスは解離させないように該第一電圧
を、掛ける第二セル外部電気回路手段、第一ポンプセル
に第二電圧を掛けるために第一ポンプセルに取り付けら
れた第一外部電気回路手段において、第一ポンプセルの
露出した電極を正にバイアスさせて、第一多孔質層内の
実質的に全ての測定ガスのみを十分に解離させるように
該第二電圧を掛ける第一外部電気回路手段、及び第一ポ
ンプセルを流れる電流を測定するために該第一ポンプセ
ルに取り付けられた第三外部電気回路手段において、該
第一ポンプセル電流が、該ガス混合物中の該測定ガスの
相対値に比例している第三外部電気回路手段から成る。
このデバイスは、本明細書においては、「平板状電気化
学的デバイス」と称することができる。
定するための電気化学的酸素ポンプデバイスに関する。
該測定ガスとは、ガス混合物中の少なくとも一つの含酸
素ガスから本質的に成るもので、該ガス混合物は更に少
なくとももう一つの第二含酸素ガスから成り、この第二
含酸素ガスはデバイスの中から外へポンピングによって
排出され得るか、あるいは測定ガスを解離し得る電圧よ
り低い電圧で解離されるものである。この電気化学的デ
バイスは、小板の両面に一対の多孔質電極を有する比較
的厚い小板を含む一般に平板状の第一電気化学酸素ポン
プセル、第一ポンプセルの電極の一つに沈着された第一
多孔質層、第一多孔質層の上に次々と沈着させた第一多
孔質電極、第二多孔質層と第二多孔質電極を含む一般に
平板状の第二電気化学酸素ポンプセル、第二ポンプセル
に第一電圧を掛けるために第二ポンプセルに取り付けら
れた第二セル外部電気回路手段において、第二電極を正
にバイアスさせて、（ｉ）第一多孔質層内の実質的に全
ての第二含酸素ガス分子を排出させるか、あるいは第二
ポンプセルを流れる電流によつて十分に解離させるが、
一方（ii）測定ガスは解離させないように該第一電圧
を、掛ける第二セル外部電気回路手段、第一ポンプセル
に第二電圧を掛けるために第一ポンプセルに取り付けら
れた第一外部電気回路手段において、第一ポンプセルの
露出した電極を正にバイアスさせて、第一多孔質層内の
実質的に全ての測定ガスのみを十分に解離させるように
該第二電圧を掛ける第一外部電気回路手段、及び第一ポ
ンプセルを流れる電流を測定するために該第一ポンプセ
ルに取り付けられた第三外部電気回路手段において、該
第一ポンプセル電流が、該ガス混合物中の該測定ガスの
相対値に比例している第三外部電気回路手段から成る。
このデバイスは、本明細書においては、「平板状電気化
学的デバイス」と称することができる。
本発明の更に別の実施態様の一つによれば、本発明
は、ガス混合物中の測定ガスの相対値を測定するために
上記の電気化学的酸素ポンプデバイスを用いる方法に関
する。このガス混合物とは、既に上に記載したものであ
る。本方法は、ガス混合物と平板状電気化学的デバイス
の第一多孔質層との間に通路を設けること、及び第二酸
素ポンプセルに第一電圧を掛け、第二電極を正にバイア
スさせて、（ｉ）第一多孔質層内の実質的に全ての第二
含酸素ガス分子をポンピングによって排出させるが、一
方（ii）測定ガスは解離させないようにすること、第一
酸素ポンプセルに第二電圧を掛け、第一ポンプセルの露
出電極を正にバイアスさせて、第一多孔質層内の実質的
に全ての測定ガスのみを十分に解離させること、及び第
一ポンプセルを流れる電流を測定することから成る。第
一ポンプセル電流は、ガス混合物中の測定ガスの相対値
に比例している。
は、ガス混合物中の測定ガスの相対値を測定するために
上記の電気化学的酸素ポンプデバイスを用いる方法に関
する。このガス混合物とは、既に上に記載したものであ
る。本方法は、ガス混合物と平板状電気化学的デバイス
の第一多孔質層との間に通路を設けること、及び第二酸
素ポンプセルに第一電圧を掛け、第二電極を正にバイア
スさせて、（ｉ）第一多孔質層内の実質的に全ての第二
含酸素ガス分子をポンピングによって排出させるが、一
方（ii）測定ガスは解離させないようにすること、第一
酸素ポンプセルに第二電圧を掛け、第一ポンプセルの露
出電極を正にバイアスさせて、第一多孔質層内の実質的
に全ての測定ガスのみを十分に解離させること、及び第
一ポンプセルを流れる電流を測定することから成る。第
一ポンプセル電流は、ガス混合物中の測定ガスの相対値
に比例している。
本発明の実施態様の一つに従つて、本デバイス（上記
に開示のどの実施態様でもよい）は、少なくとも水及び
他の含酸素ガスを含有しているガス混合物に対する湿度
センサとして用いることができる。湿度センサとして用
いるとき、本発明のデバイスおよび方法によつて、ガス
混合物、例えば、空気中における水蒸気の相対的量（絶
対湿度）が決定される。相対湿度は、温度を計るサ−ミ
スタも用いて測定することができる。本発明の他の実施
態様に従えば、内燃機関の排気／吸気混合物中のH2Oガ
スの相対的量を測定することができ、混合ガス中のEGR
の物差しとして用いることができる。つまり、本発明の
デバイスは、EGRセンサとしても機能することが可能で
ある。空気中の湿度に対する補正は、本発明のデバイス
をゼロEGRに対するH2Oを測定するに用いること、つまり
本発明のデバイスを吸気の湿度センサとして用いること
によつて行うことが可能である。本発明の更に他の実施
態様も、以下の詳細な開示内容を参照すれば可能となる
のは明白であると思われる。
に開示のどの実施態様でもよい）は、少なくとも水及び
他の含酸素ガスを含有しているガス混合物に対する湿度
センサとして用いることができる。湿度センサとして用
いるとき、本発明のデバイスおよび方法によつて、ガス
混合物、例えば、空気中における水蒸気の相対的量（絶
対湿度）が決定される。相対湿度は、温度を計るサ−ミ
スタも用いて測定することができる。本発明の他の実施
態様に従えば、内燃機関の排気／吸気混合物中のH2Oガ
スの相対的量を測定することができ、混合ガス中のEGR
の物差しとして用いることができる。つまり、本発明の
デバイスは、EGRセンサとしても機能することが可能で
ある。空気中の湿度に対する補正は、本発明のデバイス
をゼロEGRに対するH2Oを測定するに用いること、つまり
本発明のデバイスを吸気の湿度センサとして用いること
によつて行うことが可能である。本発明の更に他の実施
態様も、以下の詳細な開示内容を参照すれば可能となる
のは明白であると思われる。
本発明の方法及びデバイスは、連続方式（つまり、ガ
ス混合物中の個々のガス又は幾つかのガスを組み合わせ
たものを連続的にモニターすること）でも間欠方式（サ
ンプリングを行うような）でも使用することができる。
即ち、第一及び第二ポンプセル間の各々適当な電圧の値
をば、所望の長時間の間局限空間内の測定ガスの相対的
値、例えば、自動車の全走行期間中の空気の湿度を測定
するために維持することが可能である。一方において
は、測定ガスの相対的量の測定は、必ずしも連続的に行
う必要はないこともある。例えば、空気の湿度の測定
は、周期的に行えばことが足りる。空気中のCO2の濃度
を測定すると同時に同じ空気のサンプルの湿度をも測定
することが所望の場合には、第一及び第二ポンプセルの
間に掛ける電圧を交互に変えることによつて行うのであ
る。即ち、先ず空気サンプル中のCO2測定を可能とする
組合せ（これについては更に詳細に後述する）とし、次
には空気中の湿度（H2O）測定を可能とする組合せ（こ
れについても更に詳細に後述する）の電圧の掛け方にす
るのである。何れの場合でも、第二ポンプセル間の電流
の測定は、電極に電気がかかつている間に行われるが、
このことは本発明の開示内容を参照すれば当業者には明
白なことである。
ス混合物中の個々のガス又は幾つかのガスを組み合わせ
たものを連続的にモニターすること）でも間欠方式（サ
ンプリングを行うような）でも使用することができる。
即ち、第一及び第二ポンプセル間の各々適当な電圧の値
をば、所望の長時間の間局限空間内の測定ガスの相対的
値、例えば、自動車の全走行期間中の空気の湿度を測定
するために維持することが可能である。一方において
は、測定ガスの相対的量の測定は、必ずしも連続的に行
う必要はないこともある。例えば、空気の湿度の測定
は、周期的に行えばことが足りる。空気中のCO2の濃度
を測定すると同時に同じ空気のサンプルの湿度をも測定
することが所望の場合には、第一及び第二ポンプセルの
間に掛ける電圧を交互に変えることによつて行うのであ
る。即ち、先ず空気サンプル中のCO2測定を可能とする
組合せ（これについては更に詳細に後述する）とし、次
には空気中の湿度（H2O）測定を可能とする組合せ（こ
れについても更に詳細に後述する）の電圧の掛け方にす
るのである。何れの場合でも、第二ポンプセル間の電流
の測定は、電極に電気がかかつている間に行われるが、
このことは本発明の開示内容を参照すれば当業者には明
白なことである。
本発明のデバイスは、例えば、湿度センサとして用い
るときには、従来技術の湿度センサに較べて優れた点を
提供するという特性がある。例えば、本発明のデバイス
では、安定な作動状況が得られるが、それは、本発明の
デバイスの構成部品が、例えばAl2O3のような老化特
性、つまり容量や抵抗が時間とともに変化するという老
化特性を示さないからである。
るときには、従来技術の湿度センサに較べて優れた点を
提供するという特性がある。例えば、本発明のデバイス
では、安定な作動状況が得られるが、それは、本発明の
デバイスの構成部品が、例えばAl2O3のような老化特
性、つまり容量や抵抗が時間とともに変化するという老
化特性を示さないからである。
更に詳細に本発明を説明する。
本発明は、ガス混合物中の、少なくとも１種の含酸素
ガスから本質的に成る被測定ガスの相対量を測定するた
めの電気化学的酸素ポンピングデバイス（装置）及び方
法に関する。このガス混合物は少なくとも第二含酸素ガ
スを更に含む。この第二含酸素ガスは、被測定ガスを解
離することのできる電圧よりも低い電圧で解離するか、
又は前記酸素ポンピングデバイスの中から外へポンピン
グによって排出することができる。本発明のデバイスの
態様の一つは、第１図に示される。このデバイス20は、
支持構造体で繋がれた二個の電気化学的セル21及び31を
有し、制限容積空間（restricted volume,空間）40がこ
れらに囲まれて定義される。空間40は、少なくとも一つ
の開口（aperture,絞り，絞り部，開孔部）41を通じて
ガス混合物（例えば、O2、H2、及びH2O）に連通してい
る。これら二個のセルの各々は、ZrO2のような酸素イオ
ン伝導性固体電解質から成る小板22,32及びこれら小板
の両面に張りつけられた電極23,24,33,34から構成され
る。これらの電極は、酸素センサの分野において確立し
た方法に従い白金又は他の好適な材料から作られる。電
気化学的セル21及び31は、適当な電圧が各セルに掛けら
れたとき、電流I1及びI2が流れて酸素ポンプとして働
く。ヒーター29をセンサ20の近傍において、センサ20の
働きに好適な少なくとも約500℃の高温にすると有利で
ある。
ガスから本質的に成る被測定ガスの相対量を測定するた
めの電気化学的酸素ポンピングデバイス（装置）及び方
法に関する。このガス混合物は少なくとも第二含酸素ガ
スを更に含む。この第二含酸素ガスは、被測定ガスを解
離することのできる電圧よりも低い電圧で解離するか、
又は前記酸素ポンピングデバイスの中から外へポンピン
グによって排出することができる。本発明のデバイスの
態様の一つは、第１図に示される。このデバイス20は、
支持構造体で繋がれた二個の電気化学的セル21及び31を
有し、制限容積空間（restricted volume,空間）40がこ
れらに囲まれて定義される。空間40は、少なくとも一つ
の開口（aperture,絞り，絞り部，開孔部）41を通じて
ガス混合物（例えば、O2、H2、及びH2O）に連通してい
る。これら二個のセルの各々は、ZrO2のような酸素イオ
ン伝導性固体電解質から成る小板22,32及びこれら小板
の両面に張りつけられた電極23,24,33,34から構成され
る。これらの電極は、酸素センサの分野において確立し
た方法に従い白金又は他の好適な材料から作られる。電
気化学的セル21及び31は、適当な電圧が各セルに掛けら
れたとき、電流I1及びI2が流れて酸素ポンプとして働
く。ヒーター29をセンサ20の近傍において、センサ20の
働きに好適な少なくとも約500℃の高温にすると有利で
ある。
デバイス20の作動をより完全に理解するために、第4A
図の一個型ZrO2デバイス60を先ず考えてみよう。このデ
バイスは、内燃機関の吸気／排気混合物中の酸素（酸
素）ガス百分率を検出するのに使われる、当技術に周知
のものである。この従来技術の形式のデバイスの作動
は、酸素ポンプの原理に基づく。これは、ZrO2小板から
作られた一個型ZrO2セル61、二枚の白金電極63及び64を
有し、空間65が定義される構造になつている。空間65
は、O2を含む混合ガス、例えば、内燃機関の吸気／排気
混合物と絞り66を介して連通している。電極63が負にな
るように電圧がセル61に掛けられると、電極63から電極
64への酸素イオンの移動の結果として、電流I3がZrO2材
の中を流れる。
図の一個型ZrO2デバイス60を先ず考えてみよう。このデ
バイスは、内燃機関の吸気／排気混合物中の酸素（酸
素）ガス百分率を検出するのに使われる、当技術に周知
のものである。この従来技術の形式のデバイスの作動
は、酸素ポンプの原理に基づく。これは、ZrO2小板から
作られた一個型ZrO2セル61、二枚の白金電極63及び64を
有し、空間65が定義される構造になつている。空間65
は、O2を含む混合ガス、例えば、内燃機関の吸気／排気
混合物と絞り66を介して連通している。電極63が負にな
るように電圧がセル61に掛けられると、電極63から電極
64への酸素イオンの移動の結果として、電流I3がZrO2材
の中を流れる。
電極63に生じた酸素イオンがZrO2小板を通つて電極64
に流れるにつれて、ガス相からのO2分子が益々解離し電
極63の電子と反応し酸素イオン（Ｏ＝）を生成する。こ
の電気化学反応により、酸素イオンが、電極63では欠乏
する（電極64へ流れてしまう）につれて、益々多くの酸
素イオンが小空間65の酸素分子から生成する。逆の電気
化学反応によつて、電極64の酸素イオンは酸素分子とし
て周囲のガス中に放出される。電流がセルを流れると最
終的に、制限容積空間65からポンピングによってO2を外
へ排出する結果となる。容積空間65内のO2濃度は低いの
で、ガス混合物（例えば、吸気／排気混合物）から空間
65へ絞り66へ通つてO2の拡散流（diffusional flux）が
存在することになる。定常状態においては、容積空間65
へのO2の拡散流は、ポンプ電流によつて空間65から外へ
ポンピングによって排出されるO2流に等しい、 O2/N2混合物において、従来技術デバイス60の電流−
電圧（Ｉ−Ｖ）特性は、第4B図に示される。電圧が低い
ときは、酸素が空間65からポンピングによって排出され
るにつれて電流は電圧とともに上昇する。電圧が高い場
合は、ポンプ電流は飽和する。これは、空間65内の酸素
が全て電流によつて排出された状態に対応する。飽和電
流ISは外部のガスのO2百分率に比例する。第4C図は、CO
2及びN2混合物におけるセンサ60のＩ−Ｖ特性を示す。
酸素が存在しないために、ポンプ電流は電圧が低いとき
はゼロである。約0.7ボルトの閾値より上では、ポンプ
電流は、CO2の電気的解離のために電圧とともに増加す
る。電圧が更に高くなると、飽和電流が再び現れるが、
これは、空間65内のCO2が全て解離したことに対応す
る。この時の飽和電流は、ガス中のCO2の相対的量に比
例する。同様なＩ−Ｖ特性は、H2Oの解離に対する閾値
が幾分高い（約1.1ボルト）ことを除いて、H2O/N2混合
物についても得られる。明白なことであるが、例えば、
O2、H2O、及びCO2のような含酸素ガスの、他の不活性ガ
ス（つまり、酸素以外を含有するガス）、例えば、N2を
更に含むガス混合物中の全濃度を測定するのに、第4A図
の従来技術デバイスが使用できる。これは、十分な高さ
の電圧を掛けて、含酸素ガスを全部完全に解離させるこ
とによつて行うことができる。第4D図は、O2、H2O、C
O2、及びN2ガス混合物における、特に一定の濃度のO2濃
度（２％）といろいろな濃度のCO2濃度とを含有する混
合物に対する従来技術デバイス60のＩ−Ｖ特性を示す。
電圧が低いところ（Ｖ＜１ボルト）に見られる飽和電流
は、内部空間65からのO2の完全排除に相当するものであ
り、電圧がより高いところ（Ｖ＞1.1ボルト）で得られ
る飽和電流は、混合ガス中のO2プラスCO2の濃度に比例
する。第５図は、空気中に存在するような一定のO2濃度
（20％）といろいろな量のH2O濃度から成るガス混合物
における従来技術デバイス60のＩ−Ｖ特性を示す。飽和
電流ISは、混合ガス中のO2プラスH2Oの濃度に比例す
る。しかし、O2の濃度は一定に保たれているので、ガス
混合物中のH2Oの相対量は、第５図に示されるように、
飽和電流の値によつて決めることができる。飽和電流の
変化は、H2Oの濃度変化によるからである。87年版変換
器（Transducers'87）の701〜704頁の「限界電流型酸素
センサの湿度検出特性」にトシオ ウスイ及びヨウイチ
クルミヤは、第4A図に示されている従来技術デバイス
60に類似の一個セルZrO2型酸素センサを開示している。
この引用文献には、O2、N2及びO2、及びH2Oのガス混合
物に対するＩ−Ｖ特性が示されている。
に流れるにつれて、ガス相からのO2分子が益々解離し電
極63の電子と反応し酸素イオン（Ｏ＝）を生成する。こ
の電気化学反応により、酸素イオンが、電極63では欠乏
する（電極64へ流れてしまう）につれて、益々多くの酸
素イオンが小空間65の酸素分子から生成する。逆の電気
化学反応によつて、電極64の酸素イオンは酸素分子とし
て周囲のガス中に放出される。電流がセルを流れると最
終的に、制限容積空間65からポンピングによってO2を外
へ排出する結果となる。容積空間65内のO2濃度は低いの
で、ガス混合物（例えば、吸気／排気混合物）から空間
65へ絞り66へ通つてO2の拡散流（diffusional flux）が
存在することになる。定常状態においては、容積空間65
へのO2の拡散流は、ポンプ電流によつて空間65から外へ
ポンピングによって排出されるO2流に等しい、 O2/N2混合物において、従来技術デバイス60の電流−
電圧（Ｉ−Ｖ）特性は、第4B図に示される。電圧が低い
ときは、酸素が空間65からポンピングによって排出され
るにつれて電流は電圧とともに上昇する。電圧が高い場
合は、ポンプ電流は飽和する。これは、空間65内の酸素
が全て電流によつて排出された状態に対応する。飽和電
流ISは外部のガスのO2百分率に比例する。第4C図は、CO
2及びN2混合物におけるセンサ60のＩ−Ｖ特性を示す。
酸素が存在しないために、ポンプ電流は電圧が低いとき
はゼロである。約0.7ボルトの閾値より上では、ポンプ
電流は、CO2の電気的解離のために電圧とともに増加す
る。電圧が更に高くなると、飽和電流が再び現れるが、
これは、空間65内のCO2が全て解離したことに対応す
る。この時の飽和電流は、ガス中のCO2の相対的量に比
例する。同様なＩ−Ｖ特性は、H2Oの解離に対する閾値
が幾分高い（約1.1ボルト）ことを除いて、H2O/N2混合
物についても得られる。明白なことであるが、例えば、
O2、H2O、及びCO2のような含酸素ガスの、他の不活性ガ
ス（つまり、酸素以外を含有するガス）、例えば、N2を
更に含むガス混合物中の全濃度を測定するのに、第4A図
の従来技術デバイスが使用できる。これは、十分な高さ
の電圧を掛けて、含酸素ガスを全部完全に解離させるこ
とによつて行うことができる。第4D図は、O2、H2O、C
O2、及びN2ガス混合物における、特に一定の濃度のO2濃
度（２％）といろいろな濃度のCO2濃度とを含有する混
合物に対する従来技術デバイス60のＩ−Ｖ特性を示す。
電圧が低いところ（Ｖ＜１ボルト）に見られる飽和電流
は、内部空間65からのO2の完全排除に相当するものであ
り、電圧がより高いところ（Ｖ＞1.1ボルト）で得られ
る飽和電流は、混合ガス中のO2プラスCO2の濃度に比例
する。第５図は、空気中に存在するような一定のO2濃度
（20％）といろいろな量のH2O濃度から成るガス混合物
における従来技術デバイス60のＩ−Ｖ特性を示す。飽和
電流ISは、混合ガス中のO2プラスH2Oの濃度に比例す
る。しかし、O2の濃度は一定に保たれているので、ガス
混合物中のH2Oの相対量は、第５図に示されるように、
飽和電流の値によつて決めることができる。飽和電流の
変化は、H2Oの濃度変化によるからである。87年版変換
器（Transducers'87）の701〜704頁の「限界電流型酸素
センサの湿度検出特性」にトシオ ウスイ及びヨウイチ
クルミヤは、第4A図に示されている従来技術デバイス
60に類似の一個セルZrO2型酸素センサを開示している。
この引用文献には、O2、N2及びO2、及びH2Oのガス混合
物に対するＩ−Ｖ特性が示されている。
しかし、第4A図のデバイス60は、少なくとも他の含酸
素ガス、例えば、O2を含むガス混合物中の含酸素ガス、
例えば、H2Oの相対的量を測定するのに使用することは
不可能である。ガス混合物中のO2の量が色々に変化する
からである。このような場合、飽和電流は、O2＋H2Oの
全濃度に比例してしまうのである。従つて、両方の濃度
が変化する場合には、従来技術デバイスを用いては、飽
和電流のどれだけの比率が各ガスにそれぞれ起因するの
かを決定することは、不可能になる。
素ガス、例えば、O2を含むガス混合物中の含酸素ガス、
例えば、H2Oの相対的量を測定するのに使用することは
不可能である。ガス混合物中のO2の量が色々に変化する
からである。このような場合、飽和電流は、O2＋H2Oの
全濃度に比例してしまうのである。従つて、両方の濃度
が変化する場合には、従来技術デバイスを用いては、飽
和電流のどれだけの比率が各ガスにそれぞれ起因するの
かを決定することは、不可能になる。
しかし、第１図のデバイス、つまり本発明の態様の一
つを用いると、少なくとも他の含酸素ガス、例えば、O2
を含むガス混合物中のガス（例えば、H2O）の相対量を
測定することが可能である。実質的にO2、H2Oから成る
ガス混合物に対しては、0.8ボルト未満の、有利には0.2
〜0.8ボルトの範囲の一定電圧をセル21に掛けると、電
極24は負になつて空間40からO2を全部ポンピングによっ
て排出する。約1.0ボルトより高く、有利には1.2〜2.0
ボルトの範囲の第二一定電圧をセル31に掛けると、電極
33は負になつて空間40内のH2Oを全て解離する。セル31
を流れる電流I2は、ガス混合物中のH2O濃度に比例す
る。ガス混合物が、O2、CO2、およびH2Oから成つてお
り、今度もH2O濃度を測定することが所望ならば、0.7ボ
ルトを超え約1.0ボルト未満の一定電圧（つまり、O2を
全部ポンピングによって排出させ、CO2を全て解離する
がH2Oは解離させないようにするに必要な電圧）をセル2
1に掛け、電極24を負電極となるようにする。約1.0ボル
トより高く、有利には1.3〜2.0ボルトの範囲の第二一定
電圧をセル31に掛けると、電極33は負になつて空間40内
のH2Oを全て解離する。セル31を流れる電流I2は、ガス
混合物中のH2O濃度に比例する。
つを用いると、少なくとも他の含酸素ガス、例えば、O2
を含むガス混合物中のガス（例えば、H2O）の相対量を
測定することが可能である。実質的にO2、H2Oから成る
ガス混合物に対しては、0.8ボルト未満の、有利には0.2
〜0.8ボルトの範囲の一定電圧をセル21に掛けると、電
極24は負になつて空間40からO2を全部ポンピングによっ
て排出する。約1.0ボルトより高く、有利には1.2〜2.0
ボルトの範囲の第二一定電圧をセル31に掛けると、電極
33は負になつて空間40内のH2Oを全て解離する。セル31
を流れる電流I2は、ガス混合物中のH2O濃度に比例す
る。ガス混合物が、O2、CO2、およびH2Oから成つてお
り、今度もH2O濃度を測定することが所望ならば、0.7ボ
ルトを超え約1.0ボルト未満の一定電圧（つまり、O2を
全部ポンピングによって排出させ、CO2を全て解離する
がH2Oは解離させないようにするに必要な電圧）をセル2
1に掛け、電極24を負電極となるようにする。約1.0ボル
トより高く、有利には1.3〜2.0ボルトの範囲の第二一定
電圧をセル31に掛けると、電極33は負になつて空間40内
のH2Oを全て解離する。セル31を流れる電流I2は、ガス
混合物中のH2O濃度に比例する。
上記のように、該ガス混合物は、少なくとも二種の含
酸素ガスから成る。これらの含酸素ガスは、酸素（O2）
と、NO2、CO2、H2O、SO2、CO等の酸素含有化合物ガスと
から本質的に成る群から選択可能である。本発明に用い
ることができるガス混合物の例としては、O2及びH2O;H2
及びH2O;H2O及びCO2;O2、H2O、CO2、N2及びCO;O2、CO2
及びH2O;O2、N2及びH2O;O2、N2及びH2O;O2、N2及びCO2;
O2及びCO2;空気等である。本発明のデバイスに用いるこ
とが可能な更に他のガス混合物は、本明細書を参照すれ
ば、当技術に熟達した者には明白なことと思われる。
酸素ガスから成る。これらの含酸素ガスは、酸素（O2）
と、NO2、CO2、H2O、SO2、CO等の酸素含有化合物ガスと
から本質的に成る群から選択可能である。本発明に用い
ることができるガス混合物の例としては、O2及びH2O;H2
及びH2O;H2O及びCO2;O2、H2O、CO2、N2及びCO;O2、CO2
及びH2O;O2、N2及びH2O;O2、N2及びH2O;O2、N2及びCO2;
O2及びCO2;空気等である。本発明のデバイスに用いるこ
とが可能な更に他のガス混合物は、本明細書を参照すれ
ば、当技術に熟達した者には明白なことと思われる。
本発明に使用のガス混合物が、少なくとも一種の他の
含酸素ガスに加えて、H2Oから成るガス混合物から選択
される場合、本発明のデバイスは湿度センサとして機能
し得る。つまり、本デバイスはガス混合物の中の水蒸気
（H2O）の相対的量を測定するのに使用することができ
るのである。本発明のデバイスを実際に使うにあたつ
て、あらゆる被測定ガス（例えば、H2O）を解離するの
に必要な電圧より低い電圧でデバイスからポンピングに
よって排出され、又は解離され得る含酸素ガスは、第一
ポンプセルによつてポンピングによって排出され、又は
解離され得る。従つて、前の段落で開示された最初の６
種のガス混合物において、湿度を測定するためにデバイ
スを用いるならば、次のガス、即ち、O2;O2;CO2;CO及び
CO2;O2及びCO2;並びにO2が第一ポンプセル21からそれぞ
れポンピングによって排出され、又は解離される。本発
明に従えば、測定ガスは第二セルで解離されるので、こ
れらの混合物においては、第二ポンプセル31に掛けられ
る電圧は十分高くして、H2O分子の全部を実質的に解離
するようにする必要がある。上記に記載したように、本
発明のデバイスによつて測定される空気の湿度（H2O含
有量）は絶対湿度である。相対湿度を測定するには、更
にサ−ミスタを用いて温度を計ることによつて可能とな
る。
含酸素ガスに加えて、H2Oから成るガス混合物から選択
される場合、本発明のデバイスは湿度センサとして機能
し得る。つまり、本デバイスはガス混合物の中の水蒸気
（H2O）の相対的量を測定するのに使用することができ
るのである。本発明のデバイスを実際に使うにあたつ
て、あらゆる被測定ガス（例えば、H2O）を解離するの
に必要な電圧より低い電圧でデバイスからポンピングに
よって排出され、又は解離され得る含酸素ガスは、第一
ポンプセルによつてポンピングによって排出され、又は
解離され得る。従つて、前の段落で開示された最初の６
種のガス混合物において、湿度を測定するためにデバイ
スを用いるならば、次のガス、即ち、O2;O2;CO2;CO及び
CO2;O2及びCO2;並びにO2が第一ポンプセル21からそれぞ
れポンピングによって排出され、又は解離される。本発
明に従えば、測定ガスは第二セルで解離されるので、こ
れらの混合物においては、第二ポンプセル31に掛けられ
る電圧は十分高くして、H2O分子の全部を実質的に解離
するようにする必要がある。上記に記載したように、本
発明のデバイスによつて測定される空気の湿度（H2O含
有量）は絶対湿度である。相対湿度を測定するには、更
にサ−ミスタを用いて温度を計ることによつて可能とな
る。
例えば、O2、CO2、及びH2Oガス混合物中のCO2を測定
することを所望するならば、O2をポンピングによって排
出するに十分な電圧を第一ポンプセル21に掛け、そして
CO2を解離するのに十分な電圧（しかしH2Oを解離する電
圧より低い）を第二ポンプセル31に掛ける必要がある。
本発明のデバイスは、制御された環境の中に例えば所望
のCO2相対的量を維持するのに使用することができる。
このガス混合物中のCO2＋H2Oの量を測定することを所望
するならば、O2を全てポンピングによって排出するに十
分な電圧を第一ポンプセル21に掛け、そしてCO2及びH2O
を共に解離するに十分な、より高い電圧を第二ポンプセ
ル31に掛ける必要がある。この実施態様は、上記に詳述
したロゴセテイスらの米国特許出願第055,821号に記載
の主題である。
することを所望するならば、O2をポンピングによって排
出するに十分な電圧を第一ポンプセル21に掛け、そして
CO2を解離するのに十分な電圧（しかしH2Oを解離する電
圧より低い）を第二ポンプセル31に掛ける必要がある。
本発明のデバイスは、制御された環境の中に例えば所望
のCO2相対的量を維持するのに使用することができる。
このガス混合物中のCO2＋H2Oの量を測定することを所望
するならば、O2を全てポンピングによって排出するに十
分な電圧を第一ポンプセル21に掛け、そしてCO2及びH2O
を共に解離するに十分な、より高い電圧を第二ポンプセ
ル31に掛ける必要がある。この実施態様は、上記に詳述
したロゴセテイスらの米国特許出願第055,821号に記載
の主題である。
上記に開示のように、本発明デバイスは、ガス混合物
の中の測定ガスの相対的量を測定することができる。本
発明の方法によつて濃度が測定される測定ガスとして
は、第二含酸素ガスが第一ポンプセル21においてポンピ
ングによって排出又は解離され得る電圧より高い電圧で
第二ポンプセル31において排除又は解離され得るガス混
合物から選択される一種又はそれ以上の種類のガスであ
る。ポンプセル21にて排除され、又は解離され得る第二
含酸素ガスも一種又はそれ以上の種類のガスである。た
だ一種のみの第二含酸素ガスがポンプセル21で除去され
る場合で、このガスの濃度を、例えばO2、CO2、及びH2O
ガス混合物中のO2濃度を更に測定するのが所望ならば、
現在利用可能の酸素センサを用いることで足りる。本発
明の別の実施態様を用いる別法としては、上記の使用法
に加えてセル21を流れるポンプ電流I1もセル21に繋がれ
た適当な回路で測定することを付加する方法もあり得
る。この場合、I1はO2濃度に比例する。本発明の更に別
の実施態様によれば、第一ポンプセル21に電圧、Ｖ＝０
を掛け、次いでO2をポンピングによって排出するに十分
な高い電圧であるが、他の含酸素ガス（CO2、H2O）を解
離する電圧よりは低い電圧を第二ポンプセル31に掛ける
ことによつて、セル21で除去されたガスの濃度を測定す
るのに本発明のセンサを使用することが可能である。セ
ル31に発生する電流は、O2濃度に比例する。実際、本発
明のデバイスを上記の第二の方法で使用するということ
は、一時的にセル一個型酸素センサにして使うというこ
とである。
の中の測定ガスの相対的量を測定することができる。本
発明の方法によつて濃度が測定される測定ガスとして
は、第二含酸素ガスが第一ポンプセル21においてポンピ
ングによって排出又は解離され得る電圧より高い電圧で
第二ポンプセル31において排除又は解離され得るガス混
合物から選択される一種又はそれ以上の種類のガスであ
る。ポンプセル21にて排除され、又は解離され得る第二
含酸素ガスも一種又はそれ以上の種類のガスである。た
だ一種のみの第二含酸素ガスがポンプセル21で除去され
る場合で、このガスの濃度を、例えばO2、CO2、及びH2O
ガス混合物中のO2濃度を更に測定するのが所望ならば、
現在利用可能の酸素センサを用いることで足りる。本発
明の別の実施態様を用いる別法としては、上記の使用法
に加えてセル21を流れるポンプ電流I1もセル21に繋がれ
た適当な回路で測定することを付加する方法もあり得
る。この場合、I1はO2濃度に比例する。本発明の更に別
の実施態様によれば、第一ポンプセル21に電圧、Ｖ＝０
を掛け、次いでO2をポンピングによって排出するに十分
な高い電圧であるが、他の含酸素ガス（CO2、H2O）を解
離する電圧よりは低い電圧を第二ポンプセル31に掛ける
ことによつて、セル21で除去されたガスの濃度を測定す
るのに本発明のセンサを使用することが可能である。セ
ル31に発生する電流は、O2濃度に比例する。実際、本発
明のデバイスを上記の第二の方法で使用するということ
は、一時的にセル一個型酸素センサにして使うというこ
とである。
同様に、CO2、H2Oガス混合物においては、本発明に従
えば、CO2が第一ポンプセルで解離され、H2Oは第二ポン
プセルにて解離されると同時にその濃度が測定される。
更にCO2の濃度を測定することが所望の場合は、上記の
ように既知の酸素センサが使用できる。本発明の別の実
施態様による別法によれば、本発明のセンサは、セル21
を流れるポンプ電流I1も測定するという方法を追加して
用いることもできる。この場合、I1はCO2濃度に比例す
る。本発明の更に別の実施態様によれば、第一ポンプセ
ル21に電圧、Ｖ＝０を掛け、次いでCO2をポンプ的に排
出するに十分な高い電圧であるが、H2Oを解離する電圧
よりは低い電圧を第二ポンプセル31に掛けることによつ
て、セル21で除去されたCO2ガスの濃度を測定するのに
本発明のセンサを使用することが可能である。この段落
の議論も、ポンプセル21で除去されたガスの濃度を測定
する前の段落の議論もデバイス20に関するものである
が、この技法は、本発明の平板状テバイスにも同様に適
用できるということは、本発明の開示内容を参照すれ
ば、当業者にとつては明らかであろう。
えば、CO2が第一ポンプセルで解離され、H2Oは第二ポン
プセルにて解離されると同時にその濃度が測定される。
更にCO2の濃度を測定することが所望の場合は、上記の
ように既知の酸素センサが使用できる。本発明の別の実
施態様による別法によれば、本発明のセンサは、セル21
を流れるポンプ電流I1も測定するという方法を追加して
用いることもできる。この場合、I1はCO2濃度に比例す
る。本発明の更に別の実施態様によれば、第一ポンプセ
ル21に電圧、Ｖ＝０を掛け、次いでCO2をポンプ的に排
出するに十分な高い電圧であるが、H2Oを解離する電圧
よりは低い電圧を第二ポンプセル31に掛けることによつ
て、セル21で除去されたCO2ガスの濃度を測定するのに
本発明のセンサを使用することが可能である。この段落
の議論も、ポンプセル21で除去されたガスの濃度を測定
する前の段落の議論もデバイス20に関するものである
が、この技法は、本発明の平板状テバイスにも同様に適
用できるということは、本発明の開示内容を参照すれ
ば、当業者にとつては明らかであろう。
O2、CO2及びH2Oガス混合物が内燃機関の排気／吸気混
合物である場合、本発明は排気／吸気混合物中のH2Oの
相対的量に基づいてEGRを測定するのに使用することが
できる。化学量論的の空気／燃料比に制御されているエ
ンジンに対しては、技術に周知のように排気中のH2Oの
相対的量は、空気の湿度が一定ならば、一定である。例
えば、水素／炭素比が約2.3である燃料（化学量論的のA
/F値は、14.7である）に対しては、A/F＝14.7における
排気中のH2Oの相対的量は、約13容量％である。第２図
は、排気と吸気とを合わせた混合物中のH2Oの相対的量
をEGRの相対的量の関数として示すものである。第３図
は、センサ20の出力（セル31のポンピング電流（pumpin
g current,ポンプ電流）をEGRの関数として示す。空気
中の湿度の影響は、温度70゜Fのにおいて湿度100％及び
０％に対する点を点轍することによつて示される。排気
と吸気とを合わせた混合物中のH2Oの相対的量は、非常
に湿度に依存することは明らかである。空気中に通常存
在している湿度の影響は、EGRゼロでH2Oを測定すること
（EGRバルブを完全に閉じて）によつて、即ち、空気中
の水の上記の相対的量を測定するために本発明のデバイ
スを用いることによつて排除することができる。別法と
しては、周囲の水蒸気について補正し、従つて排気／吸
気混合物の中のH2Oの相対的量に基づいてEGRを正確に測
定するために、この形式の（別個の）デバイスを用いて
空気中の水蒸気の相対的量を測定することができる。
合物である場合、本発明は排気／吸気混合物中のH2Oの
相対的量に基づいてEGRを測定するのに使用することが
できる。化学量論的の空気／燃料比に制御されているエ
ンジンに対しては、技術に周知のように排気中のH2Oの
相対的量は、空気の湿度が一定ならば、一定である。例
えば、水素／炭素比が約2.3である燃料（化学量論的のA
/F値は、14.7である）に対しては、A/F＝14.7における
排気中のH2Oの相対的量は、約13容量％である。第２図
は、排気と吸気とを合わせた混合物中のH2Oの相対的量
をEGRの相対的量の関数として示すものである。第３図
は、センサ20の出力（セル31のポンピング電流（pumpin
g current,ポンプ電流）をEGRの関数として示す。空気
中の湿度の影響は、温度70゜Fのにおいて湿度100％及び
０％に対する点を点轍することによつて示される。排気
と吸気とを合わせた混合物中のH2Oの相対的量は、非常
に湿度に依存することは明らかである。空気中に通常存
在している湿度の影響は、EGRゼロでH2Oを測定すること
（EGRバルブを完全に閉じて）によつて、即ち、空気中
の水の上記の相対的量を測定するために本発明のデバイ
スを用いることによつて排除することができる。別法と
しては、周囲の水蒸気について補正し、従つて排気／吸
気混合物の中のH2Oの相対的量に基づいてEGRを正確に測
定するために、この形式の（別個の）デバイスを用いて
空気中の水蒸気の相対的量を測定することができる。
上記に開示のように、本発明によつて、ガス混合物の
中の測定ガスの相対的量を測定することができる。該測
定ガスとは、ガス混合物中の少なくとも一つの含酸素ガ
スから本質的に成るもので、該ガス混合物とは更に少な
くとももう一つの第二含酸素ガスから成り、この第二含
酸素ガスはデバイスの中から外へポンピングによって排
出され得るか、あるいは測定ガスを解離し得る電圧より
低い電圧で解離され得る。従つて、O2、Ａ、Ｂ、及びＣ
（Ａ、Ｂ及びＣは含酸素ガスである）を含有するガス混
合物において、もしＡ、Ｂ及びＣを解離できる電圧より
低い電圧でO2をポンピングによって排出することができ
れば、ガス混合物中のＡ、Ｂ及びＣのそれぞれの相対的
量を個別的に測定することができる。更に、上記に開示
したように、本発明は、少なくとも第二の（即ち、一個
追加の）含酸素ガスを含有するガス混合物中の二つ以上
の含酸素化合物（これも「被測定ガス（測定ガス）」と
称する）の相対的全量を測定することができる。説明上
の便宜から、Ａガスは1.3ボルト以上で解離し、Ｂガス
は1.9ボルト以上で解離し、そしてＣガスは2.3ボルト以
上で解離するものと仮定する。本発明の実施態様の一つ
によれば、ＡガスとＢガスとを合わせた全濃度を測定す
るためには、約0.8ボルトの電圧がセル21に掛けられ
（電極24が負となる）空間40から全てのO2をポンピング
によって排出し、約2.2ボルトの電圧がセル31に掛けら
れ（電極33が負となる）空間40中のＡ及びＢガス（Ｃガ
スは含まない）を全て解離するようにする。セル31の飽
和電流は、混合ガス中のＡプラスＢの濃度に比例するこ
とになる。この場合、O2は第二含酸素ガスと考えられ、
ＡプラスＢガスは測定ガスと考えられる。同様に、Ａ＋
Ｂ＋Ｃガスの全濃度は、セル21に約0.8ボルトの電圧、
セル31に、例えば、2.6ボルトの電圧を掛けることによ
つて測定される筈である。ガス混合物中のＢ＋Ｃガスの
全相対的量を測定するためには、セル21に1.3〜1.8ボル
トの範囲の電圧を掛けてO2を追い出し、空間40中のＡガ
ス分子を全て解離し、セル31に、例えば、2.6ボルトの
電圧を掛けて、空間40中のＢ及びＣガス分子を全て解離
する。セル31の飽和電流は、混合ガス中のＢプラスＣの
濃度に比例することになる。この後者の場合、Ｂプラス
Ｃガスは測定ガスと考えられ、O2プラスＡは第二含酸素
ガスと考えられる。ガス混合物中の各含酸素ガスが解離
する電圧は、本明細書を参照すれば当業者には明白なよ
うにいろいろな電圧を走査することによつて得ることが
できる。測定ガスを個別的にせよ、全体としてにせよ本
発明を用いて効果的に測定するには、二つのセルに掛け
られる電圧の差次第のところがある。差が極めて小さな
時には、ガスの測定の精度は小さい。つまり、この場合
は、各電極間でガスを分離するのがより困難になる。本
発明の効果的使用に対して影響を与える他の要因として
は、電極材料の種類（高速電極プロセス）、電極の物性
（微細構造）、及びデバイスの幾何学的構造などが挙げ
られる。ガス混合物中の、例えば、ＢプラスＣガスの相
対的量の測定のために本明細書に記載の技法は、本明細
書を参照すれば当業者には明白なように、本明細書に開
示の平板状デバイスにも同様に適用可能である。
中の測定ガスの相対的量を測定することができる。該測
定ガスとは、ガス混合物中の少なくとも一つの含酸素ガ
スから本質的に成るもので、該ガス混合物とは更に少な
くとももう一つの第二含酸素ガスから成り、この第二含
酸素ガスはデバイスの中から外へポンピングによって排
出され得るか、あるいは測定ガスを解離し得る電圧より
低い電圧で解離され得る。従つて、O2、Ａ、Ｂ、及びＣ
（Ａ、Ｂ及びＣは含酸素ガスである）を含有するガス混
合物において、もしＡ、Ｂ及びＣを解離できる電圧より
低い電圧でO2をポンピングによって排出することができ
れば、ガス混合物中のＡ、Ｂ及びＣのそれぞれの相対的
量を個別的に測定することができる。更に、上記に開示
したように、本発明は、少なくとも第二の（即ち、一個
追加の）含酸素ガスを含有するガス混合物中の二つ以上
の含酸素化合物（これも「被測定ガス（測定ガス）」と
称する）の相対的全量を測定することができる。説明上
の便宜から、Ａガスは1.3ボルト以上で解離し、Ｂガス
は1.9ボルト以上で解離し、そしてＣガスは2.3ボルト以
上で解離するものと仮定する。本発明の実施態様の一つ
によれば、ＡガスとＢガスとを合わせた全濃度を測定す
るためには、約0.8ボルトの電圧がセル21に掛けられ
（電極24が負となる）空間40から全てのO2をポンピング
によって排出し、約2.2ボルトの電圧がセル31に掛けら
れ（電極33が負となる）空間40中のＡ及びＢガス（Ｃガ
スは含まない）を全て解離するようにする。セル31の飽
和電流は、混合ガス中のＡプラスＢの濃度に比例するこ
とになる。この場合、O2は第二含酸素ガスと考えられ、
ＡプラスＢガスは測定ガスと考えられる。同様に、Ａ＋
Ｂ＋Ｃガスの全濃度は、セル21に約0.8ボルトの電圧、
セル31に、例えば、2.6ボルトの電圧を掛けることによ
つて測定される筈である。ガス混合物中のＢ＋Ｃガスの
全相対的量を測定するためには、セル21に1.3〜1.8ボル
トの範囲の電圧を掛けてO2を追い出し、空間40中のＡガ
ス分子を全て解離し、セル31に、例えば、2.6ボルトの
電圧を掛けて、空間40中のＢ及びＣガス分子を全て解離
する。セル31の飽和電流は、混合ガス中のＢプラスＣの
濃度に比例することになる。この後者の場合、Ｂプラス
Ｃガスは測定ガスと考えられ、O2プラスＡは第二含酸素
ガスと考えられる。ガス混合物中の各含酸素ガスが解離
する電圧は、本明細書を参照すれば当業者には明白なよ
うにいろいろな電圧を走査することによつて得ることが
できる。測定ガスを個別的にせよ、全体としてにせよ本
発明を用いて効果的に測定するには、二つのセルに掛け
られる電圧の差次第のところがある。差が極めて小さな
時には、ガスの測定の精度は小さい。つまり、この場合
は、各電極間でガスを分離するのがより困難になる。本
発明の効果的使用に対して影響を与える他の要因として
は、電極材料の種類（高速電極プロセス）、電極の物性
（微細構造）、及びデバイスの幾何学的構造などが挙げ
られる。ガス混合物中の、例えば、ＢプラスＣガスの相
対的量の測定のために本明細書に記載の技法は、本明細
書を参照すれば当業者には明白なように、本明細書に開
示の平板状デバイスにも同様に適用可能である。
本発明の方法及びデバイス（平板状デバイス及び方法
に関して本明細書に開示の諸態様を含む）は、連続方式
（つまり、ガス混合物中の個々のガス又は幾つかのガス
を組み合わせたものを連続的にモニターすること）でも
間欠方式（サンプリングを行ううような）でも使用する
ことができる。即ち、第一及び第二ポンプセル間の各々
適当な電圧の値をば、所望の長時間の間局限空間内の測
定ガスの相対的値、例えば、自動車の全走行期間中の空
気の湿度を測定するために維持することが可能である。
一方においては、測定ガスの相対的量の測定は、必ずし
も連続的に行う必要はないこともある。例えば、空気の
湿度の測定は、周期的（間欠的）に行えばことが足り
る。ガス混合物中の二種以上のガスの個々の濃度を測定
せんとする場合には、例えば、空気中のCO2の濃度を測
定すると同時に同じ空気のサンプルの湿度をも測定する
ことが所望の場合には、第一及び第二ポンプセルの間に
掛ける電圧を交互に変えることによつて行うのである。
即ち、先ず空気サンプル中のCO2測定を可能とする組合
わせ（これについては既に前述した）とし、次には空気
中の湿度（H2O）測定を可能とする組合わせ（これにつ
いても既に前述した）の電圧の掛け方にするのである。
同様に、本発明においては、含酸素ガス一種の濃度は勿
論のこと、ガス混合物中の二種以上の含酸素ガスの全体
の濃度を測定できる。ガス混合物中の含酸素ガスの相対
的量を測定するために本発明を適用する方法が、極めて
多く存在することは、本明細書を参照すれば当業者には
明白であると考えられる。
に関して本明細書に開示の諸態様を含む）は、連続方式
（つまり、ガス混合物中の個々のガス又は幾つかのガス
を組み合わせたものを連続的にモニターすること）でも
間欠方式（サンプリングを行ううような）でも使用する
ことができる。即ち、第一及び第二ポンプセル間の各々
適当な電圧の値をば、所望の長時間の間局限空間内の測
定ガスの相対的値、例えば、自動車の全走行期間中の空
気の湿度を測定するために維持することが可能である。
一方においては、測定ガスの相対的量の測定は、必ずし
も連続的に行う必要はないこともある。例えば、空気の
湿度の測定は、周期的（間欠的）に行えばことが足り
る。ガス混合物中の二種以上のガスの個々の濃度を測定
せんとする場合には、例えば、空気中のCO2の濃度を測
定すると同時に同じ空気のサンプルの湿度をも測定する
ことが所望の場合には、第一及び第二ポンプセルの間に
掛ける電圧を交互に変えることによつて行うのである。
即ち、先ず空気サンプル中のCO2測定を可能とする組合
わせ（これについては既に前述した）とし、次には空気
中の湿度（H2O）測定を可能とする組合わせ（これにつ
いても既に前述した）の電圧の掛け方にするのである。
同様に、本発明においては、含酸素ガス一種の濃度は勿
論のこと、ガス混合物中の二種以上の含酸素ガスの全体
の濃度を測定できる。ガス混合物中の含酸素ガスの相対
的量を測定するために本発明を適用する方法が、極めて
多く存在することは、本明細書を参照すれば当業者には
明白であると考えられる。
第１図のデバイスは、セル21が、絞り41を通過して空
間40の中に入る酸素をすべてポンピングによって排出す
ることが可能で、測定ガスのみがセル31に達することが
できるという前提に立って作動するものである（開口
（aperture,絞り）41は、電極24に極めて接近している
が、電極33からは離れているので）。第１図のデバイス
の構造ではこの前提が成り立たない場合には、第７図に
示されるようなデバイス50の構造にその構造を改変する
ことによつて、所望の条件を達成することが可能であ
る。この構造においては、セル31の内側の電極の上部に
多孔質層38を堆積（deposited,沈着）させるものであ
る。この多孔質層は、ZrO2又は不活性物質（例えば、ス
ピネル又は酸化アルミニウム）からできているもので、
O2拡散の障壁として機能し、O2の全てがセル21によつて
ポンピングによって排出されるようにする。
間40の中に入る酸素をすべてポンピングによって排出す
ることが可能で、測定ガスのみがセル31に達することが
できるという前提に立って作動するものである（開口
（aperture,絞り）41は、電極24に極めて接近している
が、電極33からは離れているので）。第１図のデバイス
の構造ではこの前提が成り立たない場合には、第７図に
示されるようなデバイス50の構造にその構造を改変する
ことによつて、所望の条件を達成することが可能であ
る。この構造においては、セル31の内側の電極の上部に
多孔質層38を堆積（deposited,沈着）させるものであ
る。この多孔質層は、ZrO2又は不活性物質（例えば、ス
ピネル又は酸化アルミニウム）からできているもので、
O2拡散の障壁として機能し、O2の全てがセル21によつて
ポンピングによって排出されるようにする。
その他幾つかのデバイス構成が可能である。本発明の
他の実施態様によれば、二個のポンプセルの間に酸素拡
散の障壁を置くことによつて、二個のセルをハツキリと
引き離すようにしたものがある。例えば、第７図のデバ
イスの多孔質層を、第8A図のデバイス50Aに示されるよ
うに絞り43を有する「壁」42で置き換えることができ
る。第8B図のデバイス50Bに示すのは、別の型の構成で
ある。デバイス50Bは、O2を排出したり、測定ガス以外
の含酸素ガスを解離するのにポンプセルを、測定ガスを
測定するのに（ヘトリツク等の米国特許第4,272,329号
に記載のセンサ構造に類似の）ポンプセル／センサセル
構造70を用いるものである。
他の実施態様によれば、二個のポンプセルの間に酸素拡
散の障壁を置くことによつて、二個のセルをハツキリと
引き離すようにしたものがある。例えば、第７図のデバ
イスの多孔質層を、第8A図のデバイス50Aに示されるよ
うに絞り43を有する「壁」42で置き換えることができ
る。第8B図のデバイス50Bに示すのは、別の型の構成で
ある。デバイス50Bは、O2を排出したり、測定ガス以外
の含酸素ガスを解離するのにポンプセルを、測定ガスを
測定するのに（ヘトリツク等の米国特許第4,272,329号
に記載のセンサ構造に類似の）ポンプセル／センサセル
構造70を用いるものである。
上記のように、測定ガスの相対的量を測定するための
電気化学的デバイスは、平板的構造にて製造することも
可能である。第９図に示すのは、本発明によるデバイス
80で平板的構造の態様の一つである。先ず厚みのある小
板82とから始まつて、この小板82の両側に多孔質電極83
と84とを沈着させ、第一酸素ポンプセル81を形成する。
小板82は、ZrO2のような酸素イオン伝導性固体電解質か
ら作られる。電極は、酸素センサの領域で十分に確立し
た方法に従つて白金又は他の好適な材料から作られる。
次に、電極83の上部にZrO2又は不活性物質、例えば、ス
ピネル又は酸化アルミニウムでできた第一多孔質層89を
沈着させ、O2分子拡散の障壁を形成する。更に、第一多
孔質層89の上に第一多孔質電極85を沈着させ、その後Zr
O2のような酸素イオン伝導性電解質から作られた別の多
孔質層86をくつつける。最後に、第二多孔質層86の上部
に第二多孔質電極87を沈着させる。多孔質層86と電極85
及び87とは、第二ポンプセル88を形成する。ガス混合物
は、第一多孔質層89と連通するが、それは、例えば、多
孔質層89へのガス混合物の側面からの拡散によるもので
ある。この側面は、露出しているか或いは多孔質電極材
料で覆われているので、ここを通つてガス混合物が第一
多孔質層89へ拡散することができる。ガス混合物は、第
二多孔質層86へのガス混合物の拡散、更に第一多孔質電
極85を通るガス混合物の第一多孔質層89への拡散によつ
ても、第一多孔質層89と連通することができる。
電気化学的デバイスは、平板的構造にて製造することも
可能である。第９図に示すのは、本発明によるデバイス
80で平板的構造の態様の一つである。先ず厚みのある小
板82とから始まつて、この小板82の両側に多孔質電極83
と84とを沈着させ、第一酸素ポンプセル81を形成する。
小板82は、ZrO2のような酸素イオン伝導性固体電解質か
ら作られる。電極は、酸素センサの領域で十分に確立し
た方法に従つて白金又は他の好適な材料から作られる。
次に、電極83の上部にZrO2又は不活性物質、例えば、ス
ピネル又は酸化アルミニウムでできた第一多孔質層89を
沈着させ、O2分子拡散の障壁を形成する。更に、第一多
孔質層89の上に第一多孔質電極85を沈着させ、その後Zr
O2のような酸素イオン伝導性電解質から作られた別の多
孔質層86をくつつける。最後に、第二多孔質層86の上部
に第二多孔質電極87を沈着させる。多孔質層86と電極85
及び87とは、第二ポンプセル88を形成する。ガス混合物
は、第一多孔質層89と連通するが、それは、例えば、多
孔質層89へのガス混合物の側面からの拡散によるもので
ある。この側面は、露出しているか或いは多孔質電極材
料で覆われているので、ここを通つてガス混合物が第一
多孔質層89へ拡散することができる。ガス混合物は、第
二多孔質層86へのガス混合物の拡散、更に第一多孔質電
極85を通るガス混合物の第一多孔質層89への拡散によつ
ても、第一多孔質層89と連通することができる。
第二ポンプセル88に適当な電圧を掛け、第二電極87を
正にバイアスし、測定ガスを解離する電圧より低い電圧
でポンピングによって排出、解離され得る含酸素ガスを
ポンピングによって排出、又は解離する。この電圧は、
上記構造の多孔質部分における測定ガスを解離し得る電
圧より低いものである。第一ポンプセル81へは、多孔質
層89内の測定ガスの全てのみを完全に解離するのに適当
な電圧が掛けられる。ポンプセル81の飽和電流は、ガス
混合物内の測定ガスの相対的量に比例する。
正にバイアスし、測定ガスを解離する電圧より低い電圧
でポンピングによって排出、解離され得る含酸素ガスを
ポンピングによって排出、又は解離する。この電圧は、
上記構造の多孔質部分における測定ガスを解離し得る電
圧より低いものである。第一ポンプセル81へは、多孔質
層89内の測定ガスの全てのみを完全に解離するのに適当
な電圧が掛けられる。ポンプセル81の飽和電流は、ガス
混合物内の測定ガスの相対的量に比例する。
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１）ガス混合物中の、少なくとも１種の含酸素ガスか
ら本質的に成る被測定ガスの相対量を測定するための電
気化学的酸素ポンピングデバイスであって、前記ガス混
合物は少なくとも第二含酸素ガスを更に含み、第二含酸
素ガスは、前記被測定ガスを解離することのできる電圧
よりも低い電圧で解離されるか又は前記酸素ポンピング
デバイスの中から外へポンピングによって排出され得
る、電気化学的酸素ポンピングデバイスにおいて、 第一対向電極対を有する第一固体電気化学的酸素ポン
プセル； 第二対向電極対を有する第二固体電気化学的酸素ポン
プセル； 第一及び第二の固体酸素ポンプセルへ連結されて、そ
れらと共に制限容積空間を形成する支持構造体； 前記制限容積空間と前記ガス混合物との間を連絡させ
る少なくとも一つの開口； 第一固体酸素ポンプセルへ連結された第一外部電気回
路手段であって、第一固体酸素ポンプセルを横切って第
一電圧が印加されて前記制限容積空間の内側の第一対向
電極対の第一ポンプセル電極は負にバイアスされ、
（ｉ）第一固体酸素ポンプセルを通って流れる電流によ
って、前記制限容積空間内の第二酸素含有ガスの分子の
実質的に全てが、十分に解離され又は前記制限容積空間
から外へポンピングによって十分に排出され、且つ（i
i）前記被測定ガスは解離されないようにするための第
一外部電気回路手段； 第二固体酸素ポンプセルへ連結された第二外部電気回
路手段であって、第二固体酸素ポンプセルを横切って第
二電圧が印加されて前記制限容積空間内の第二対向電極
対の第二ポンプセル電極は負にバイアスされ、前記制限
容積空間内の実質的に全ての前記被測定ガスのみが、第
二固体酸素ポンプセルを通って流れる電流によって十分
に解離されるための第二外部電気回路手段；並びに 第一固体酸素ポンプセルへ連結されて、第二固体酸素
ポンプセルを通って流れる電流を測定するための第三外
部電気回路手段であって、第二ポンプセル電流は前記ガ
ス混合物中の前記被測定ガスの相対量に比例している第
三外部電気回路手段 を有する、上記デバイス。
ら本質的に成る被測定ガスの相対量を測定するための電
気化学的酸素ポンピングデバイスであって、前記ガス混
合物は少なくとも第二含酸素ガスを更に含み、第二含酸
素ガスは、前記被測定ガスを解離することのできる電圧
よりも低い電圧で解離されるか又は前記酸素ポンピング
デバイスの中から外へポンピングによって排出され得
る、電気化学的酸素ポンピングデバイスにおいて、 第一対向電極対を有する第一固体電気化学的酸素ポン
プセル； 第二対向電極対を有する第二固体電気化学的酸素ポン
プセル； 第一及び第二の固体酸素ポンプセルへ連結されて、そ
れらと共に制限容積空間を形成する支持構造体； 前記制限容積空間と前記ガス混合物との間を連絡させ
る少なくとも一つの開口； 第一固体酸素ポンプセルへ連結された第一外部電気回
路手段であって、第一固体酸素ポンプセルを横切って第
一電圧が印加されて前記制限容積空間の内側の第一対向
電極対の第一ポンプセル電極は負にバイアスされ、
（ｉ）第一固体酸素ポンプセルを通って流れる電流によ
って、前記制限容積空間内の第二酸素含有ガスの分子の
実質的に全てが、十分に解離され又は前記制限容積空間
から外へポンピングによって十分に排出され、且つ（i
i）前記被測定ガスは解離されないようにするための第
一外部電気回路手段； 第二固体酸素ポンプセルへ連結された第二外部電気回
路手段であって、第二固体酸素ポンプセルを横切って第
二電圧が印加されて前記制限容積空間内の第二対向電極
対の第二ポンプセル電極は負にバイアスされ、前記制限
容積空間内の実質的に全ての前記被測定ガスのみが、第
二固体酸素ポンプセルを通って流れる電流によって十分
に解離されるための第二外部電気回路手段；並びに 第一固体酸素ポンプセルへ連結されて、第二固体酸素
ポンプセルを通って流れる電流を測定するための第三外
部電気回路手段であって、第二ポンプセル電流は前記ガ
ス混合物中の前記被測定ガスの相対量に比例している第
三外部電気回路手段 を有する、上記デバイス。
（２）第一及び第二の外部電気回路手段が、（ｉ）連続
モード及び（ii）間欠モードから独立的に選択されるモ
ードで、それぞれ第一及び第二の電圧を印加するのに適
合している、第１項に記載のデバイス。
モード及び（ii）間欠モードから独立的に選択されるモ
ードで、それぞれ第一及び第二の電圧を印加するのに適
合している、第１項に記載のデバイス。
（３）第三外部電気回路手段が、（ｉ）連続モード及び
（ii）間欠モードから独立的に選択されるモードで、電
流を測定するのに適合している、第２項に記載のデバイ
ス。
（ii）間欠モードから独立的に選択されるモードで、電
流を測定するのに適合している、第２項に記載のデバイ
ス。
（４）デバイスの温度を少なくとも約500℃以上に維持
するためのヒーターを更に有する、第１項に記載のデバ
イス。
するためのヒーターを更に有する、第１項に記載のデバ
イス。
（５）ガス混合物は空気であり、被測定ガスはH2Oであ
り、第一外部電気回路手段は、約0.2〜1.0ボルトの範囲
の、第一ポンプセルを横切って第一電圧を印加するのに
適合している、第１項に記載のデバイス。
り、第一外部電気回路手段は、約0.2〜1.0ボルトの範囲
の、第一ポンプセルを横切って第一電圧を印加するのに
適合している、第１項に記載のデバイス。
（６）第二外部電気回路手段は、約1.3〜2.0ボルトの範
囲の、第二ポンプセルを横切って第二電圧を印加するの
に適合している、第５項に記載のデバイス。
囲の、第二ポンプセルを横切って第二電圧を印加するの
に適合している、第５項に記載のデバイス。
（７）制限容積空間内に配置されている第二ポンプセル
電極の上部に堆積された多孔質層を更に有する、第１項
に記載のデバイス。
電極の上部に堆積された多孔質層を更に有する、第１項
に記載のデバイス。
（８）制限容積空間を二つの室に分割する、該制限容積
空間内の壁であって、前記二つの室は前記壁中の開口を
通って相互に通じている、上記壁を更に有する、第１項
に記載のデバイス。
空間内の壁であって、前記二つの室は前記壁中の開口を
通って相互に通じている、上記壁を更に有する、第１項
に記載のデバイス。
（９）ガス混合物中の、少なくとも１種の含酸素ガスか
ら本質的に成る被測定ガスの相対量を測定するための電
気化学的酸素ポンピングデバイスであって、前記ガス混
合物は少なくとも第二含酸素ガスを更に含み、第二含酸
素ガスは、前記被測定ガスを解離することのできる電圧
よりも低い電圧で解離されるか又は前記酸素ポンピング
デバイスの中から外へポンピングによって排出され得
る、電気化学的酸素ポンピングデバイスにおいて、 比較的高い密度の小板と、該小板の一定間隔を置いた
二つの側面の各々の上に多孔質電極対の一つとを含む、
概ね平板状の第一電気化学的酸素ポンプセル； 第一酸素ポンプセルの一つの電極の上に堆積した第一
多孔質層； 第一多孔質層の上に連続的に堆積された第一多孔質電
極、第二多孔質層及び第二多孔質電極を含む概ね平板状
の第二酸素ポンプセル； 第二固体酸素ポンプセルへ連結された第二セル外部電
気回路手段であって、第二固体酸素ポンプセルを横切っ
て第一電圧が印加されて第二多孔質電極は正にバイアス
され、（ｉ）第一固体酸素ポンプセルを通って流れる電
流によって、第一多孔質層内の実質的に全ての第二含酸
素ガスの分子が、十分に解離されるか又はポンピングに
よって十分に排出され、且つ（ii）前記被測定ガスは解
離されないようにするための第二セル外部電気回路手
段； 第一固体酸素ポンプセルへ連結された第一セル外部電
気回路手段であって、第一固体酸素ポンプセルを横切っ
て第二電圧が印加されて第一固体酸素ポンプセルの露出
した電極は正にバイアスされて、第一多孔質層内の実質
的に全ての前記被測定ガス分子のみが十分に解離される
ようにするための第一セル外部電気回路手段；並びに 第一固体酸素ポンプセルへ連結され、該第一固体酸素
ポンプセルを通って流れる電流を測定するための第三外
部電気回路手段であって、前記電流は前記ガス混合物中
の前記被測定ガスの相対量に比例している第三外部電気
回路手段 を有する、上記デバイス。
ら本質的に成る被測定ガスの相対量を測定するための電
気化学的酸素ポンピングデバイスであって、前記ガス混
合物は少なくとも第二含酸素ガスを更に含み、第二含酸
素ガスは、前記被測定ガスを解離することのできる電圧
よりも低い電圧で解離されるか又は前記酸素ポンピング
デバイスの中から外へポンピングによって排出され得
る、電気化学的酸素ポンピングデバイスにおいて、 比較的高い密度の小板と、該小板の一定間隔を置いた
二つの側面の各々の上に多孔質電極対の一つとを含む、
概ね平板状の第一電気化学的酸素ポンプセル； 第一酸素ポンプセルの一つの電極の上に堆積した第一
多孔質層； 第一多孔質層の上に連続的に堆積された第一多孔質電
極、第二多孔質層及び第二多孔質電極を含む概ね平板状
の第二酸素ポンプセル； 第二固体酸素ポンプセルへ連結された第二セル外部電
気回路手段であって、第二固体酸素ポンプセルを横切っ
て第一電圧が印加されて第二多孔質電極は正にバイアス
され、（ｉ）第一固体酸素ポンプセルを通って流れる電
流によって、第一多孔質層内の実質的に全ての第二含酸
素ガスの分子が、十分に解離されるか又はポンピングに
よって十分に排出され、且つ（ii）前記被測定ガスは解
離されないようにするための第二セル外部電気回路手
段； 第一固体酸素ポンプセルへ連結された第一セル外部電
気回路手段であって、第一固体酸素ポンプセルを横切っ
て第二電圧が印加されて第一固体酸素ポンプセルの露出
した電極は正にバイアスされて、第一多孔質層内の実質
的に全ての前記被測定ガス分子のみが十分に解離される
ようにするための第一セル外部電気回路手段；並びに 第一固体酸素ポンプセルへ連結され、該第一固体酸素
ポンプセルを通って流れる電流を測定するための第三外
部電気回路手段であって、前記電流は前記ガス混合物中
の前記被測定ガスの相対量に比例している第三外部電気
回路手段 を有する、上記デバイス。
（10）第一及び第二の外部電気回路手段が、（ｉ）連続
モード及び（ii）間欠モードから独立的に選択されるモ
ードで、それぞれ第一及び第二の電圧を印加するのに適
合している、第９項に記載のデバイス。
モード及び（ii）間欠モードから独立的に選択されるモ
ードで、それぞれ第一及び第二の電圧を印加するのに適
合している、第９項に記載のデバイス。
（11）第三外部電気回路手段が、（ｉ）連続モード及び
（ii）間欠モードから独立的に選択されるモードで、電
流を測定するのに適合している、第10項に記載のデバイ
ス。
（ii）間欠モードから独立的に選択されるモードで、電
流を測定するのに適合している、第10項に記載のデバイ
ス。
（12）デバイスの温度を少なくとも約500℃以上に維持
するためのヒーターを更に有する、第11項に記載のデバ
イス。
するためのヒーターを更に有する、第11項に記載のデバ
イス。
（13）ガス混合物は空気であり、被測定ガスはH2Oであ
り、第一ポンプセルを横切って印加される外部電圧は約
0.2〜1.0ボルトの範囲にある、第９項に記載のデバイ
ス。
り、第一ポンプセルを横切って印加される外部電圧は約
0.2〜1.0ボルトの範囲にある、第９項に記載のデバイ
ス。
（14）第二ポンプセルを横切って印加される外部電圧は
約1.3〜2.0ボルトの範囲にある、第13項に記載のデバイ
ス。
約1.3〜2.0ボルトの範囲にある、第13項に記載のデバイ
ス。
（15）ガス混合物中の、少なくとも１種の含酸素ガスか
ら本質的に成る被測定ガスの相対量を測定するための電
気化学的酸素ポンピングデバイスを使用する方法であっ
て、前記ガス混合物は少なくとも第二含酸素ガスを更に
含み、第二含酸素ガスは、前記被測定ガスを解離するこ
とのできる電圧より低い電圧で解離されるか又は前記酸
素ポンピングデバイスの中から外へポンピングによって
排出され得る、電気化学的酸素ポンピングデバイスの使
用方法において、 （ａ）前記ガス混合物と電気化学的デバイスの制限容
積空間との間に連絡を与える段階であって、該電気化学
的デバイスは 第一対向電極対を有する第一固体電気化学的酸素ポン
プセル、 第二対向電極対を有する第二固体電気化学的酸素ポン
プセル、 第一及び第二の固体酸素ポンプセルへ連結されて、そ
れらの共に制限容積空間を形成する支持構造体、並びに 前記制限容積空間と前記ガス混合物との間を連絡させ
る少なくとも一つの開口 を備えた、上記段階； （ｂ）第一固体酸素ポンプセルを横切って第一電圧を
印加して前記制限容積空間内の第一対向電極対の第一ポ
ンプセル電極を負にバイアスし、（ｉ）第一固体酸素ポ
ンプセルを通って流れる電流によって十分に解離し又は
前記制限容積空間内の実質的に全ての第二含酸素ガスの
分子を前記制限容積空間の中から外へポンピングによっ
て十分に排除し、且つ（ii）前記被測定ガスは解離しな
いようにする段階； （ｃ）第二固体酸素ポンプセルを横切って第二電圧を
印加して、前記制限容積空間内の第二対向電極対の第二
ポンプセル電極を負にバイアスし、前記制限容積空間内
の実質的に全ての前記被測定ガスのみを、第二固体酸素
ポンプセルを通って流れる電流によって十分に解離する
段階；並びに （ｄ）第二固体酸素ポンプセルを通って流れる電流を
測定する段階であって、第二ポンプセル電流は前記ガス
混合物中の前記被測定ガスの相対量に比例している上記
段階 を含む、上記使用方法。
ら本質的に成る被測定ガスの相対量を測定するための電
気化学的酸素ポンピングデバイスを使用する方法であっ
て、前記ガス混合物は少なくとも第二含酸素ガスを更に
含み、第二含酸素ガスは、前記被測定ガスを解離するこ
とのできる電圧より低い電圧で解離されるか又は前記酸
素ポンピングデバイスの中から外へポンピングによって
排出され得る、電気化学的酸素ポンピングデバイスの使
用方法において、 （ａ）前記ガス混合物と電気化学的デバイスの制限容
積空間との間に連絡を与える段階であって、該電気化学
的デバイスは 第一対向電極対を有する第一固体電気化学的酸素ポン
プセル、 第二対向電極対を有する第二固体電気化学的酸素ポン
プセル、 第一及び第二の固体酸素ポンプセルへ連結されて、そ
れらの共に制限容積空間を形成する支持構造体、並びに 前記制限容積空間と前記ガス混合物との間を連絡させ
る少なくとも一つの開口 を備えた、上記段階； （ｂ）第一固体酸素ポンプセルを横切って第一電圧を
印加して前記制限容積空間内の第一対向電極対の第一ポ
ンプセル電極を負にバイアスし、（ｉ）第一固体酸素ポ
ンプセルを通って流れる電流によって十分に解離し又は
前記制限容積空間内の実質的に全ての第二含酸素ガスの
分子を前記制限容積空間の中から外へポンピングによっ
て十分に排除し、且つ（ii）前記被測定ガスは解離しな
いようにする段階； （ｃ）第二固体酸素ポンプセルを横切って第二電圧を
印加して、前記制限容積空間内の第二対向電極対の第二
ポンプセル電極を負にバイアスし、前記制限容積空間内
の実質的に全ての前記被測定ガスのみを、第二固体酸素
ポンプセルを通って流れる電流によって十分に解離する
段階；並びに （ｄ）第二固体酸素ポンプセルを通って流れる電流を
測定する段階であって、第二ポンプセル電流は前記ガス
混合物中の前記被測定ガスの相対量に比例している上記
段階 を含む、上記使用方法。
（16）第一及び第二の外部電圧は、（ｉ）連続モード及
び（ii）間欠モードから独立的に選択されるモードで印
加する、第15項に記載の方法。
び（ii）間欠モードから独立的に選択されるモードで印
加する、第15項に記載の方法。
（17）電流は、（ｉ）連続モード及び（ii）間欠モード
から独立的に選択されるモードで測定する、第16項に記
載の方法。
から独立的に選択されるモードで測定する、第16項に記
載の方法。
（18）制限容積空間内の第二ポンプセルの電極は、多孔
質層によって該制限容積空間から分離し、第二ポンプセ
ルから該制限容積空間への流通は前記多孔質層を通して
行う、第15項に記載の方法。
質層によって該制限容積空間から分離し、第二ポンプセ
ルから該制限容積空間への流通は前記多孔質層を通して
行う、第15項に記載の方法。
（19）制限容積空間を二つの室に分割し、該二つの室は
前記制限容積空間内の壁中の開口を通して相互に通じさ
せ、該壁の対向する両側の上の二つの電気化学的ポンプ
セルの間の連絡を制御する、第15項に記載の方法。
前記制限容積空間内の壁中の開口を通して相互に通じさ
せ、該壁の対向する両側の上の二つの電気化学的ポンプ
セルの間の連絡を制御する、第15項に記載の方法。
（20）ガス混合物中の、少なくとも１種の含酸素ガスか
ら本質的に成る被測定ガスの相対量を測定するための電
気化学的酸素ポンピングデバイスを使用する方法であっ
て、前記ガス混合物は少なくとも第二含酸素ガスを更に
含み、第二含酸素ガスは、前記被測定ガスを解離するこ
とのできる電圧よりも低い電圧で解離するか又は前記酸
素ポンピングデバイスの中から外へポンピングによって
排出し得る、電気化学的酸素ポンピングデバイスの使用
方法において、 （ａ）前記ガス混合物と電気化学的デバイスの第一多
孔質層との間を連絡させる段階であって、該電気化学的
デバイスは、 比較的高い密度の小板と、該小板の一定間隔を置いた
二つの側面の各々の上に多孔質電極対の一つとを含む、
概ね平板状の第一電気化学的酸素ポンプセル、及び 第一酸素ポンプセルの一つの電極の上に堆積した第一
多孔質層、 第一多孔質層の上に連続的に堆積した第一多孔質電
極、第二多孔質層及び第二多孔質電極を含む概ね平板状
の第二電気化学的酸素ポンプセル を備えた、上記段階； （ｂ）第二固体酸素ポンプセルを横切って第一電圧を
印加して第二多孔質電極を正にバイアスし、（ｉ）第二
固体酸素ポンプセルを通って流れる電流によって、第一
多孔質電極の内側の実質的に全ての第二含酸素ガスの分
子を十分に解離するか又はポンピングによって十分に排
出し、且つ（ii）前記測定ガスを解離しないようにする
段階； （ｃ）第一固体酸素ポンプセルを横切って第二電圧を
印加して、第一固体酸素ポンプセルの露出した電極を正
にバイアスし、第一多孔質層内の実質的に全ての前記被
測定ガス分子のみを十分に解離する段階；並びに （ｄ）第一固体酸素ポンプセルを通って流れる電流を
測定する段階であって、前記電流は前記ガス混合物中の
前記被測定ガスの相対量に比例している上記段階 を含む、上記使用方法。
ら本質的に成る被測定ガスの相対量を測定するための電
気化学的酸素ポンピングデバイスを使用する方法であっ
て、前記ガス混合物は少なくとも第二含酸素ガスを更に
含み、第二含酸素ガスは、前記被測定ガスを解離するこ
とのできる電圧よりも低い電圧で解離するか又は前記酸
素ポンピングデバイスの中から外へポンピングによって
排出し得る、電気化学的酸素ポンピングデバイスの使用
方法において、 （ａ）前記ガス混合物と電気化学的デバイスの第一多
孔質層との間を連絡させる段階であって、該電気化学的
デバイスは、 比較的高い密度の小板と、該小板の一定間隔を置いた
二つの側面の各々の上に多孔質電極対の一つとを含む、
概ね平板状の第一電気化学的酸素ポンプセル、及び 第一酸素ポンプセルの一つの電極の上に堆積した第一
多孔質層、 第一多孔質層の上に連続的に堆積した第一多孔質電
極、第二多孔質層及び第二多孔質電極を含む概ね平板状
の第二電気化学的酸素ポンプセル を備えた、上記段階； （ｂ）第二固体酸素ポンプセルを横切って第一電圧を
印加して第二多孔質電極を正にバイアスし、（ｉ）第二
固体酸素ポンプセルを通って流れる電流によって、第一
多孔質電極の内側の実質的に全ての第二含酸素ガスの分
子を十分に解離するか又はポンピングによって十分に排
出し、且つ（ii）前記測定ガスを解離しないようにする
段階； （ｃ）第一固体酸素ポンプセルを横切って第二電圧を
印加して、第一固体酸素ポンプセルの露出した電極を正
にバイアスし、第一多孔質層内の実質的に全ての前記被
測定ガス分子のみを十分に解離する段階；並びに （ｄ）第一固体酸素ポンプセルを通って流れる電流を
測定する段階であって、前記電流は前記ガス混合物中の
前記被測定ガスの相対量に比例している上記段階 を含む、上記使用方法。
（21）第一及び第二の外部電圧は、（ｉ）連続モード及
び（ii）間欠モードから独立的に選択されるモードで印
加する、第20項に記載の方法。
び（ii）間欠モードから独立的に選択されるモードで印
加する、第20項に記載の方法。
（22）電流は、（ｉ）連続モード及び（ii）間欠モード
から独立的に選択されるモードで測定する、第21項に記
載の方法。
から独立的に選択されるモードで測定する、第21項に記
載の方法。
本発明に関して、多くの改変や変形が当業者には想到
し得るのは当然であろう。例えば、二セル型酸素ポンプ
デバイスという特定の構造をば、本明細書に開示したも
のと異ならせることが可能である。これらを含めて、技
術を進歩させた本発明によつて基本的には教示された他
の全ての変形は、本発明の特許請求の範囲にあるものと
考えるのが至当である。
し得るのは当然であろう。例えば、二セル型酸素ポンプ
デバイスという特定の構造をば、本明細書に開示したも
のと異ならせることが可能である。これらを含めて、技
術を進歩させた本発明によつて基本的には教示された他
の全ての変形は、本発明の特許請求の範囲にあるものと
考えるのが至当である。
第１図は、本発明の実施態様の一つによる、ガス混合物
中の測定ガスの相対的量を測定するための電気化学的デ
バイスの概略図である。 第２図は、吸気と排気とを合わせた混合物中のH2Oの相
対的量をばEGRの相対的量に関係付けるグラフである。 第３図は、第１図に示される本発明の態様である測定ガ
スセンサの出力をば、EGRの関数として示すグラフであ
る。 第4A図は、従来技術によるセル一個型酸素ポンプデバイ
スの概略図である。 第4B図は、O2/N2ガス混合物における第4A図の酸素ポン
プデバイスのポンプ電流とポンプ電圧との間の関係を示
すグラフである。 第4C図は、CO2/N2ガス混合物における第4A図の酸素ポン
プデバイスのポンプ電流とポンプ電圧との間の関係を示
すグラフである。 第4D図は、O2/CO2/N2ガス混合物における第4A図の酸素
ポンプデバイスのポンプ電流とポンプ電圧との間の関係
を示すグラフである。 第５図は、O2/H2Oガス混合物における第4A図の従来技術
の酸素ポンプデバイスのポンプ電流とポンプ電圧との間
の関係を示すグラフである。 第６図は、O2/H2Oガス混合物における第１図の本発明の
酸素ポンプデバイスのポンプ電流とポンプ電圧との間の
関係を示すグラフである。 第７図は、本発明の第二の実施態様による、ガス混合物
中の測定ガスの相対的量を測定するための電気化学的デ
バイスの概略図である。 第8A図及び第8B図は、本発明の他の実施態様による、ガ
ス混合物中の測定ガスの相対的量を測定するための電気
化学的デバイスの概略図である。 第９図は、本発明の別の実施態様による、ガス混合物中
の測定ガスの相対的量を測定するための、平板状構造を
有する電気化学的デバイスの概略図である。 20……センサ（デバイス）、 21……電気化学的セル（第一ポンプセル）、 22……酸素イオン伝導性固体電解質（小板）、 23,24……電極、 29……ヒーター、 31……電気化学的セル（第二ポンプセル）、 32……酸素イオン伝導性固体電解質（小板）、 33,34……電極、 38……多孔質セル、 40……制限容積空間（小空間、局限空間、容積空間）、 41……開口（絞り部、絞り孔、開口部）、 42……壁、 50……デバイス、 60……セル一個型ZrO2デバイス、 61……一個型酸素ポンプセル（一個型ZrO2セル）、 63,64……白金電極、 65……制限容積空間（小空間、局限空間、容積空間）、 66……開口（絞り部、絞り孔、開口部）、 70……セル構造、 80……平板状デバイス、 81……第一ポンプセル、 82……ZrO2板（小板）、 83,84……電極、 85……電極（第一多孔質電極）、 86……多孔質ZrO2（第二多孔質層）、 87……第二電極、 88……第二ポンプセル、 89……多孔質ZrO2（第一多孔質層）。
中の測定ガスの相対的量を測定するための電気化学的デ
バイスの概略図である。 第２図は、吸気と排気とを合わせた混合物中のH2Oの相
対的量をばEGRの相対的量に関係付けるグラフである。 第３図は、第１図に示される本発明の態様である測定ガ
スセンサの出力をば、EGRの関数として示すグラフであ
る。 第4A図は、従来技術によるセル一個型酸素ポンプデバイ
スの概略図である。 第4B図は、O2/N2ガス混合物における第4A図の酸素ポン
プデバイスのポンプ電流とポンプ電圧との間の関係を示
すグラフである。 第4C図は、CO2/N2ガス混合物における第4A図の酸素ポン
プデバイスのポンプ電流とポンプ電圧との間の関係を示
すグラフである。 第4D図は、O2/CO2/N2ガス混合物における第4A図の酸素
ポンプデバイスのポンプ電流とポンプ電圧との間の関係
を示すグラフである。 第５図は、O2/H2Oガス混合物における第4A図の従来技術
の酸素ポンプデバイスのポンプ電流とポンプ電圧との間
の関係を示すグラフである。 第６図は、O2/H2Oガス混合物における第１図の本発明の
酸素ポンプデバイスのポンプ電流とポンプ電圧との間の
関係を示すグラフである。 第７図は、本発明の第二の実施態様による、ガス混合物
中の測定ガスの相対的量を測定するための電気化学的デ
バイスの概略図である。 第8A図及び第8B図は、本発明の他の実施態様による、ガ
ス混合物中の測定ガスの相対的量を測定するための電気
化学的デバイスの概略図である。 第９図は、本発明の別の実施態様による、ガス混合物中
の測定ガスの相対的量を測定するための、平板状構造を
有する電気化学的デバイスの概略図である。 20……センサ（デバイス）、 21……電気化学的セル（第一ポンプセル）、 22……酸素イオン伝導性固体電解質（小板）、 23,24……電極、 29……ヒーター、 31……電気化学的セル（第二ポンプセル）、 32……酸素イオン伝導性固体電解質（小板）、 33,34……電極、 38……多孔質セル、 40……制限容積空間（小空間、局限空間、容積空間）、 41……開口（絞り部、絞り孔、開口部）、 42……壁、 50……デバイス、 60……セル一個型ZrO2デバイス、 61……一個型酸素ポンプセル（一個型ZrO2セル）、 63,64……白金電極、 65……制限容積空間（小空間、局限空間、容積空間）、 66……開口（絞り部、絞り孔、開口部）、 70……セル構造、 80……平板状デバイス、 81……第一ポンプセル、 82……ZrO2板（小板）、 83,84……電極、 85……電極（第一多孔質電極）、 86……多孔質ZrO2（第二多孔質層）、 87……第二電極、 88……第二ポンプセル、 89……多孔質ZrO2（第一多孔質層）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−62262（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−192250（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−24445（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 27/409 G01N 27/419
Claims (22)
- 【請求項１】少なくとも１種の含酸素ガスから本質的に
成る、ガス混合物中の被測定ガスの相対量を直接測定す
るための電気化学的酸素ポンピングデバイスであって、
前記ガス混合物は少なくとも第二含酸素ガスを更に含
み、第二酸素含有ガスは、前記被測定ガスを解離するこ
とのできる電圧よりも低い電圧で解離されるか又は前記
酸素ポンピングデバイスの中から外へポンピングによっ
て排出され得る、電気化学的酸素ポンピングデバイスに
おいて、 第一対向電極対を有する第一固体電気化学的酸素ポンプ
セル； 第二対向電極対を有する第二固体電気化学的酸素ポンプ
セル； 第一及び第二の固体酸素ポンプセルへ連結されて、それ
らと共に制限容積空間を形成する支持構造体； 前記制限容積空間と前記ガス混合物との間に連絡を与え
る少なくとも一つの開口であって、第一固体電気化学的
酸素ポンプセルに接近し、第二固体電気化学的酸素ポン
プセルから離れている前記開口； 第一固体酸素ポンプセルへ連結された第一外部電気回路
手段であって、第一固体酸素ポンプセルを横切って第一
電圧が印加されて前記制限容積空間内の第一対向電極対
の第一ポンプセル電極は負にバイアスされ、（ｉ）第一
固体酸素ポンプセルを通って流れる電流によって、前記
制限容積空間内の第二酸素含有ガスの分子の実質的に全
てが、十分に解離され又は前記制限容積空間から外へポ
ンピングによって十分に排出され、且つ（ii）前記被測
定ガスは解離されないようにするための第一外部電気回
路手段； 第二固体酸素ポンプセルへ連結された第二外部電気回路
手段であって、第二固体酸素ポンプセルを横切って第二
電圧が印加されて前記制限容積空間内の第二対向電極対
の第二ポンプセル電極は負にバイアスされ、、前記制限
容積空間内の実質的に全ての前記被測定ガスのみが、第
二固体酸素ポンプセルを通って流れる電流によって十分
に解離されるための第二外部電気回路手段；並びに 第二固体酸素ポンプセルへ連結されて、第二固体酸素ポ
ンプセルを通って流れる電流を測定するための第三外部
電気回路手段であって、第二固体酸素ポンプセルを通っ
て流れる電流は前記ガス混合物中の前記被測定ガスの相
対量に比例している第三外部電気回路手段 を有する、上記デバイスであって、 第一固体酸素ポンプセルを通って流れる第一外部電気回
路手段からの電流によって、前記制限容積空間内の第二
酸素含有ガスの分子の実質的に全てが、十分に解離され
又は前記制限容積空間から外へポンピングによって十分
に排出され、且つ前記被測定ガスは解離されず、しか
も、前記制限容積空間内の実質的に全ての前記被測定ガ
スのみが、第二固体酸素ポンプセルを通って流れる第二
外部電気回路手段からの電流によって十分に解離される
ように；前記開口が第一固体電気化学的酸素ポンプセル
に十分接近し、且つ第二固体電気化学的酸素ポンプセル
から十分離れている、上記デバイス。 - 【請求項２】第一及び第二の外部電気回路手段が、
（ｉ）連続モード及び（ii）間欠モードから独立的に選
択されるモードで、それぞれ第一及び第二の電圧を印加
するのに適合している、請求項１記載のデバイス。 - 【請求項３】第三外部電気回路手段が、（ｉ）連続モー
ド及び（ii）間欠モードから独立的に選択されるモード
で、電流を測定するのに適合している、請求項２記載の
デバイス。 - 【請求項４】デバイスの温度を少なくとも約500℃以上
に維持するためのヒーターを更に有する、請求項１記載
のデバイス。 - 【請求項５】ガス混合物は空気であり、被測定ガスはH2
Oであり、第一外部電気回路手段は、約0.2〜1.0ボルト
の範囲の、第一ポンプセルを横切って第一電圧を印加す
るのに適合している、請求項１記載のデバイス。 - 【請求項６】第二外部電気回路手段は、約1.3〜2.0ボル
トの範囲の、第二ポンプセルを横切って第二電圧を印加
するのに適合している、請求項５記載のデバイス。 - 【請求項７】制限容積空間内に配置されている第二ポン
プセル電極の上部に堆積された多孔質層を更に有する、
請求項１記載のデバイス。 - 【請求項８】制限容積空間を二つの室に分割する、該制
限容積空間内の壁であって、前記二つの室は前記壁中の
開口を通って相互に通じている、上記壁を更に有する、
請求項１記載のデバイス。 - 【請求項９】少なくとも１種の含酸素ガスから本質的に
成る、ガス混合物中の被測定ガスの相対量を直接測定す
るための電気化学的酸素ポンピングデバイスであって、
前記ガス混合物は少なくとも第二含酸素ガスを更に含
み、第二含酸素ガスは、前記被測定ガスを解離すること
のできる電圧よりも低い電圧で解離されるか又は前記酸
素ポンピングデバイスの中から外へポンピングによって
排出され得る、電気化学的酸素ポンピングデバイスにお
いて、 比較的高い密度の小板と、該小板の一定間隔を置いた二
つの側面の各々の上に多孔質電極対の一つとを含む、概
ね平板状の第一電気化学的酸素ポンプセル； 第一酸素ポンプセルの一つの電極の上に堆積した第一多
孔質層； 第一多孔質層の上に連続的に堆積された第一多孔質電
極、第二多孔質層及び第二多孔質電極を含む概ね平板状
の第二酸素ポンプセル； 第二固体酸素ポンプセルへ連結された第二セル外部電気
回路手段であって、第二固体酸素ポンプセルを横切って
第一電圧が印加されて第二多孔質電極は正にバイアスさ
れ、（ｉ）第二固体酸素ポンプセルを通って流れる電流
によって、第一多孔質電極の内側の実質的に全ての第二
含酸素ガスの分子が、十分に解離されるか又はポンピン
グによって十分に排出され、且つ（ii）前記被測定ガス
は解離されないようにするための第二セル外部電気回路
手段； 第一固体酸素ポンプセルへ連結された第一セル外部電気
回路手段であって、第一固体酸素ポンプセルを横切って
第二電圧が印加されて第一固体酸素ポンプセルの露出し
た電極は正にバイアスされて、第一多孔質層内の実質的
に全ての前記被測定ガス分子のみが十分に解離されるよ
うにするための第一セル外部電気回路手段；並びに 第一固体酸素ポンプセルへ連結され、第一固体酸素ポン
プセルを通って流れる電流を測定するための第三外部電
気回路手段であって、前記電流は前記ガス混合物中の前
記被測定ガスの相対量に比例している第三外部電気回路
手段 を有する、上記デバイス。 - 【請求項１０】第一及び第二の外部電気回路手段が、
（ｉ）連続モード及び（ii）間欠モードから独立的に選
択されるモードで、それぞれ第一及び第二の電圧を印加
するのに適合している、請求項９記載のデバイス。 - 【請求項１１】第三外部電気回路手段が、（ｉ）連続モ
ード及び（ii）間欠モードから独立的に選択されるモー
ドで、電流を測定するのに適合している、請求項10記載
のデバイス。 - 【請求項１２】デバイスの温度を少なくとも約500℃以
上に維持するためのヒーターを更に有する、請求項11記
載のデバイス。 - 【請求項１３】ガス混合物は空気であり、被測定ガスは
H2Oであり、第一ポンプセルを横切って印加される外部
電圧は約0.2〜1.0ボルトの範囲にある、請求項９記載の
デバイス。 - 【請求項１４】第二ポンプセルを横切って印加される外
部電圧は約1.3〜2.0ボルトの範囲にある、請求項13記載
のデバイス。 - 【請求項１５】少なくとも１種の含酸素ガスから本質的
に成る、ガス混合物中の被測定ガスの相対量を直接測定
するための電気化学的酸素ポンピングデバイスを使用す
る方法であって、前記ガス混合物は少なくとも第二含酸
素ガスを更に含み、第二含酸素ガスは、前記被測定ガス
を解離することのできる電圧より低い電圧で解離される
か又は前記酸素ポンピングデバイスの中から外へポンピ
ングによって排出され得る、電気化学的酸素ポンピング
デバイスの使用方法において、 （ａ）前記ガス混合物と電気化学的デバイスの制限容積
空間との間に連絡を与える段階であって、該電気化学的
デバイスは 第一向電極対を有する第一固体電気化学的酸素ポンプセ
ル、 第二向電極対を有する第二固体電気化学的酸素ポンプセ
ル、 第一及び第二の固体酸素ポンプセルへ連結されて、それ
らと共に制限容積空間を形成する支持構造体、並びに 前記制限容積空間と前記ガス混合物との間に連絡を与え
る少なくとも一つの開口であって、第一固体電気化学的
酸素ポンプセルに接近し、第二固体電気化学的酸素ポン
プセルから離れている前記開口 を備えている、上記段階； （ｂ）第一固体酸素ポンプセルを横切って第一電圧を印
加して前記制限容積空間内の第一向電極対の第一ポンプ
セル電極を負にバイアスし、（ｉ）第一固体酸素ポンプ
セルを通って流れる電流によって十分に解離し又は前記
制限容積空間内の実質的に全ての第二含酸素ガスの分子
を前記制限容積空間の中から外へポンピングによって十
分に排除し、且つ（ii）前記被測定ガスは解離しないよ
うにする段階； （ｃ）第二固体酸素ポンプセルを横切って第二電圧を印
加して、前記制限容積空間内の第二対向電極対の第二ポ
ンプセル電極を負にバイアスし、前記制限容積空間内の
実質的に全ての前記被測定ガスのみを、第二固体酸素ポ
ンプセルを通って流れる電流によって十分に解離する段
階；並びに （ｄ）第二固体酸素ポンプセルを通って流れる電流を測
定する段階であって、第二固体酸素ポンプセルを通って
流れる電流は前記ガス混合物中の前記被測定ガスの相対
量に比例している段階 を含む、上記使用方法。 - 【請求項１６】第一及び第二の外部電圧は、（ｉ）連続
モード及び（ii）間欠モードから独立的に選択されるモ
ードで印加する、請求項15記載の方法。 - 【請求項１７】電流は、（ｉ）連続モード及び（ii）間
欠モードから独立的に選択されるモードで測定する、請
求項16記載の方法。 - 【請求項１８】制限容積空間内の第二ポンプセルの電極
は、多孔質層によって該制限容積空間から分離し、該第
二ポンプセルから該制限容積空間への流通は前記多孔質
層を通して行う、請求項15記載の方法。 - 【請求項１９】制限容積空間を二つの室に分割し、該二
つの室は前記制限容積空間内の壁中の開口を通して相互
に通じさせ、該壁の対向する両側の上の二つの電気化学
的ポンプセルの間の連絡を制御する、請求項15記載の方
法。 - 【請求項２０】少なくとも１種の含酸素ガスから本質的
に成る、ガス混合物中の被測定ガスの相対量を直接測定
するための電気化学的酸素ポンピングデバイスを使用す
る方法であって、前記ガス混合物は少なくとも第二含酸
素ガスを更に含み、第二含酸素ガスは、前記被測定ガス
を解離することのできる電圧よりも低い電圧で解離する
か又は前記酸素ポンピングデバイスの中から外へポンピ
ングによって排出し得る、電気化学的酸素ポンピングデ
バイスの使用方法において、 （ａ）前記ガス混合物と電気化学的デバイスの第一多孔
質層との間に連絡を与える段階であって、該電気化学的
デバイスは、 比較的高い密度の小板と、該小板の一定間隔を置いた二
つの側面の各々の上に多孔質電極対の一つとを含む、概
ね平板状の第一電気化学的酸素ポンプセル、 第一酸素ポンプセルの一つの電極の上に堆積した第一多
孔質層、並びに 第一多孔質層の上に連続的に堆積した第一多孔質電極、
第二多孔質層及び第二多孔質電極を含む概ね平板状の第
二電気化学的酸素ポンプセルを備えている、上記段階； （ｂ）第二固体酸素ポンプセルを横切って第一電圧を印
加して第二多孔質電極を正にバイアスし、（ｉ）第二固
体酸素ポンプセルを通って流れる電流によって、第一多
孔質電極の内側の実質的に全ての第二含酸素ガスの分子
を十分に解離するか又はポンピングによって十分に排出
し、且つ（ii）前記測定ガスを解離しないようにする段
階； （ｃ）第一固体酸素ポンプセルを横切って第二電圧を印
加して、第一固体酸素ポンプセルの露出した電極を正に
バイアスし、第一多孔質層内の実質的に全ての前記被測
定ガス分子のみを十分に解離する段階；並びに （ｄ）第一固体酸素ポンプセルを通って流れる電流を測
定する段階であって、前記電流は前記ガス混合物中の前
記被測定ガスの相対量に比例している段階を含む、上記
使用方法。 - 【請求項２１】第一及び第二の外部電圧は、（ｉ）連続
モード及び（ii）間欠モードから独立的に選択されるモ
ードで印加する、請求項20記載の方法。 - 【請求項２２】電流は、（ｉ）連続モード及び（ii）間
欠モードから独立的に選択されるモードで測定する、請
求項21記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US25162288A | 1988-09-30 | 1988-09-30 | |
| US251622 | 1988-09-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02122255A JPH02122255A (ja) | 1990-05-09 |
| JP2968805B2 true JP2968805B2 (ja) | 1999-11-02 |
Family
ID=22952742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1230557A Expired - Lifetime JP2968805B2 (ja) | 1988-09-30 | 1989-09-07 | ガス混合物中含酸素ガスの相対量の測定方法及び測定デバイス |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0361692B1 (ja) |
| JP (1) | JP2968805B2 (ja) |
| CA (1) | CA1321618C (ja) |
| DE (1) | DE68919970T2 (ja) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3942664A1 (de) * | 1989-12-22 | 1991-06-27 | Ultrakust Electronic Gmbh | Sensoranordnung |
| US5281313A (en) * | 1993-03-18 | 1994-01-25 | Ford Motor Company | Selective combustible sensor and method |
| EP0712492B1 (en) * | 1993-07-14 | 1998-10-28 | LION LABORATORIES plc | Fuel cells |
| DE4341278B4 (de) * | 1993-12-03 | 2004-05-06 | Robert Bosch Gmbh | Grenzstromsensor zur Bestimmung des Lambdawertes in Gasgemischen |
| JP3563399B2 (ja) * | 1996-05-30 | 2004-09-08 | 日本碍子株式会社 | ガス分析計 |
| EP0845670B1 (en) | 1996-12-02 | 2000-09-06 | Ngk Spark Plug Co., Ltd | Method and apparatus for measuring NOx gas concentration |
| US6695964B1 (en) | 1996-12-02 | 2004-02-24 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method and apparatus for measuring NOx gas concentration |
| US6228252B1 (en) | 1997-02-13 | 2001-05-08 | Ngk Spark Plug Co. Ltd. | Apparatus for detecting concentration of nitrogen oxide |
| EP1074833A1 (en) | 1997-03-21 | 2001-02-07 | Ngk Spark Plug Co., Ltd | Method and apparatus for measuring NOx gas concentration |
| US6344134B1 (en) | 1998-01-16 | 2002-02-05 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method for measuring NOx concentration and NOx concentration sensor |
| BRPI0900835A2 (pt) * | 2009-02-17 | 2010-11-09 | Promax Produtos Maximos S A | composição de fluido lubrificante ecológico, biodegradável e anticongelante para sistemas hidráulicos |
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| JP6421771B2 (ja) * | 2016-02-29 | 2018-11-14 | トヨタ自動車株式会社 | 硫黄酸化物検出装置 |
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Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4272329A (en) * | 1980-03-03 | 1981-06-09 | Ford Motor Company | Steady state mode oxygen sensor and method |
| JPS59178354A (ja) * | 1983-03-29 | 1984-10-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素センサ |
| US4487680A (en) * | 1983-04-18 | 1984-12-11 | Ford Motor Company | Planar ZrO2 oxygen pumping sensor |
| WO1985000659A1 (en) * | 1983-07-18 | 1985-02-14 | Ford Motor Company | Measuring an extended range of air fuel ratio |
| JPS6024445A (ja) * | 1983-07-20 | 1985-02-07 | Toyota Motor Corp | 空燃比検出器 |
| JPS60192250A (ja) * | 1984-03-13 | 1985-09-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素センサ |
| US4658790A (en) * | 1984-05-01 | 1987-04-21 | Nissan Motor Co., Ltd. | Air/fuel ratio detecting device and control system using same |
| US4645572A (en) * | 1985-02-23 | 1987-02-24 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of determining concentration of a component in gases and electrochemical device suitable for practicing the method |
| US4769124A (en) * | 1985-08-10 | 1988-09-06 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Oxygen concentration detection device having a pair of oxygen pump units with a simplified construction |
| JPS6262262U (ja) * | 1985-10-05 | 1987-04-17 | ||
| DE3742014A1 (de) * | 1987-12-11 | 1989-06-22 | Hartmann & Braun Ag | Verfahren zur gleichzeitigen bestimmung des gehaltes an oxidierbaren gasbestandteilen und des gehaltes an sauerstoff in gasen mit einem festelektrolyt-sensor |
-
1989
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