JP3054997B2 - Limit current type oxygen sensor device - Google Patents

Limit current type oxygen sensor device

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JP3054997B2
JP3054997B2 JP6105832A JP10583294A JP3054997B2 JP 3054997 B2 JP3054997 B2 JP 3054997B2 JP 6105832 A JP6105832 A JP 6105832A JP 10583294 A JP10583294 A JP 10583294A JP 3054997 B2 JP3054997 B2 JP 3054997B2
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electrode
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邦弘 鶴田
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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、雰囲気中の酸素濃度を
測定する装置に係わり、酸素センサ使用時の劣化の有無
を自己診断し、劣化した場合には警報を発して誤使用を
防止できるようにした限界電流式酸素センサ装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring an oxygen concentration in an atmosphere, and performs self-diagnosis of the presence or absence of deterioration when using an oxygen sensor. The present invention relates to a limiting current type oxygen sensor device configured as described above.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、環境問題、とくに大気の汚染は妥
協を許さぬ問題であり、大気中の酸素濃度を測定する酸
素センサ装置における酸素センサの劣化は重要課題の一
つである。
2. Description of the Related Art In recent years, environmental problems, particularly air pollution, are uncompromising problems. Deterioration of an oxygen sensor in an oxygen sensor device for measuring oxygen concentration in the atmosphere is one of the important issues.

【0003】以下、従来の限界電流式酸素センサ装置に
ついて図面を参照しながら説明する。図12は従来の限
界電流式酸素センサ装置の構成を示すブロック図であ
り、酸素センサは断面で示している。図において、1は
酸素イオン伝導性を備えた固体電解質板であり、その一
方の面にカソード電極膜2a、他方の面にはアノード電
極膜2bが形成されている。また、カソード電極膜2a
を囲み、始端と終端が互いに間隔を有する螺旋型スペー
サ4が配置され、シール板5がその上部に配置されてい
る。なお、螺旋型スペーサ4とシール板5とで拡散律速
体が構成されている。酸素拡散通路6は、螺旋型スペー
サ4の相対向する隔壁と固体電解質板1とシール板5と
で囲まれる螺旋型の空間で形成され、酸素はこの酸素拡
散通路6を経由してカソード電極膜2aへ拡散する。ま
た、シール板5の外面には加熱部7が設けられ、電源1
5により固体電解質板1を加熱し、酸素イオンの伝導を
よくしている。また、カソード電極膜2aとアノード電
極膜2bには抵抗10を介して電源8により電圧が与え
られる。
Hereinafter, a conventional limiting current type oxygen sensor device will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of a conventional limiting current type oxygen sensor device, in which the oxygen sensor is shown in cross section. In the figure, reference numeral 1 denotes a solid electrolyte plate having oxygen ion conductivity, on one surface of which a cathode electrode film 2a is formed and on the other surface, an anode electrode film 2b. Also, the cathode electrode film 2a
, A spiral spacer 4 having a start end and an end spaced from each other is disposed, and a seal plate 5 is disposed thereon. The spiral spacer 4 and the seal plate 5 constitute a diffusion-controlling body. The oxygen diffusion passage 6 is formed by a spiral space surrounded by opposing partition walls of the spiral spacer 4, the solid electrolyte plate 1, and the seal plate 5, and oxygen is passed through the oxygen diffusion passage 6 through the cathode electrode film. Diffuses to 2a. A heating unit 7 is provided on the outer surface of the sealing plate 5, and a power supply 1 is provided.
5, the solid electrolyte plate 1 is heated to improve oxygen ion conduction. A voltage is applied to the cathode electrode film 2a and the anode electrode film 2b by a power supply 8 via a resistor 10.

【0004】上記構成においてその動作を説明する。図
12において、加熱部7に電源15により所定の電圧を
印加し、固体電解質板1を所定温度に加熱する。一方、
固体電解質板1の両面に形成した電極膜2a、2bにも
電源8により所定の電圧を印加する。この状態におい
て、空気中の酸素は、酸素拡散通路6を経由して流入
し、固体電解質板1内をカソード電極膜2aからアノー
ド電極膜2bに向かって酸素イオンが流れる。この酸素
ポンプ作用によって固体電解質板1内を酸素が移動する
が、酸素拡散通路6によって酸素分子の流入が制限され
るため、酸素濃度に対応した飽和電流(以下、限界電流
と称す)が生じる。この限界電流値を測定することによ
り酸素濃度が判明する。また、この限界電流値はカソー
ド電極膜2aとアノード電極膜2bとの間に印加する電
圧値にかかわらず一定であるので、電圧値を変化させて
も一定の電流値が得られるときは、限界電流が得られて
いると判断できる。
The operation of the above configuration will be described. In FIG. 12, a predetermined voltage is applied to a heating unit 7 by a power supply 15 to heat the solid electrolyte plate 1 to a predetermined temperature. on the other hand,
The power supply 8 also applies a predetermined voltage to the electrode films 2a and 2b formed on both surfaces of the solid electrolyte plate 1. In this state, oxygen in the air flows in through the oxygen diffusion passage 6, and oxygen ions flow in the solid electrolyte plate 1 from the cathode electrode film 2a toward the anode electrode film 2b. Oxygen moves in the solid electrolyte plate 1 by this oxygen pumping action, but the inflow of oxygen molecules is restricted by the oxygen diffusion passage 6, so that a saturation current (hereinafter referred to as a limiting current) corresponding to the oxygen concentration is generated. The oxygen concentration is determined by measuring the limit current value. Also, since this limit current value is constant irrespective of the voltage value applied between the cathode electrode film 2a and the anode electrode film 2b, if a constant current value is obtained even when the voltage value is changed, It can be determined that a current has been obtained.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の限界
電流式酸素センサ装置では、電圧値を変化させても一定
の電流値が得られることで限界電流が得られていると判
断しているため、限界電流が得られない劣化品を識別す
るには、最低でも2点の測定電圧値を必要とし、少なく
とも印加電圧値が異なる2種類の直流電源を必要とする
いう問題があった。
In such a conventional limiting current type oxygen sensor device, it is determined that the limiting current is obtained by obtaining a constant current value even when the voltage value is changed. Therefore, there is a problem that at least two measured voltage values are required to identify a deteriorated product for which a limit current cannot be obtained, and at least two types of DC power supplies having different applied voltage values are required.

【0006】本発明は前記の課題を解決するもので、1
種類の電圧値の直流電源により使用中の劣化の有無を簡
単に自己診断でき、劣化が発生した場合には警報を発し
て誤測定を防止できる限界電流式酸素センサ装置を提供
することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems, and
It is an object of the present invention to provide a limiting current type oxygen sensor device that can easily perform self-diagnosis of deterioration during use by using a DC power supply of various voltage values, and issue an alarm when deterioration occurs to prevent erroneous measurement. I do.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は前記の目的を達
成するために、請求項1に係わる本発明は、酸素イオン
伝導性の板状の固体電解質体と、前記固体電解質体を挟
んで対向するように形成したカソード電極膜とアノード
電極とからなる2組の電極対のそれぞれのカソード電極
膜を1個の酸素拡散通路からの連通空間内に配置した構
成の酸素センサを備え、所定の直流電源電圧を印加して
前記2組の電極対を同時に駆動したときの電流値と前記
1組の電極対のみを駆動したときの電流値との比較値
が、あらかじめ記憶させた設定値領域内にあるか否かに
より前記酸素センサの劣化を自己診断し、前記電流比較
値が前記設定値領域外となる場合に前記酸素センサが劣
化していると判断して警報を発するようにした限界電流
式酸素センサ装置であり、また、請求項2に係わる本発
明は、酸素イオン伝導性の板状の固体電解質体と、前記
固体電解質体を挟んで対向するように形成したカソード
電極膜とアノード電極とからなる2組の電極対のそれぞ
れのカソード電極膜を1個の酸素拡散通路からの連通空
間内に配置した構成の酸素センサを備え、所定の直流電
源電圧を印加して前記2組の電極対を同時に駆動したと
きの電流値が、あらかじめ記憶させた初期値領域内にあ
るか否か、および前記2組の電極対を同時に駆動したと
きの電流値と前記1組の電極対のみを駆動したときの電
流値との比較値が、あらかじめ記憶させた設定値領域内
にあるか否かにより前記酸素センサの劣化を自己診断
し、前記2組の電極対を同時に駆動したときの電流値が
前記初期値領域外となるとき、および前記電流比較値が
前記設定値領域外となる場合に前記酸素センサが劣化し
ていると判断して警報を発するようにした限界電流式酸
素センサ装置であり、また、請求項6に係わる本発明
は、2組の電極対において、一方の電極対におけるカソ
ード電極膜の面積が他方の電極対のカソード電極膜の面
積より最大でも7倍以内において大きく、1組の電極対
を駆動するときには面積の大きい方の電極対を使用する
ようにした限界電流式酸素センサ装置である。
In order to achieve the above object, the present invention according to claim 1 is directed to an oxygen ion conductive plate-shaped solid electrolyte and a solid electrolyte sandwiched therebetween. An oxygen sensor having a configuration in which each cathode electrode film of two pairs of electrodes formed of a cathode electrode film and an anode electrode formed so as to face each other is disposed in a communication space from one oxygen diffusion passage; The comparison value between the current value when the two sets of electrode pairs are driven simultaneously by applying the DC power supply voltage and the current value when only the one set of electrode pairs are driven is within a set value area stored in advance. A self-diagnosis of the deterioration of the oxygen sensor depending on whether the current limit value is out of the set value range, and determines that the oxygen sensor is deteriorated and issues an alarm. Type oxygen sensor device According to a second aspect of the present invention, there are provided two sets of a plate-shaped solid electrolyte body having oxygen ion conductivity, and a cathode electrode film and an anode electrode formed so as to face each other with the solid electrolyte body interposed therebetween. An oxygen sensor having a configuration in which the respective cathode electrode films of the electrode pairs are arranged in a communication space from one oxygen diffusion passage, and a predetermined DC power supply voltage was applied to drive the two electrode pairs simultaneously. Whether the current value is within the initial value area stored in advance, and the current value when the two electrode pairs are driven simultaneously and the current value when only the one electrode pair is driven The self-diagnosis of the deterioration of the oxygen sensor is performed based on whether or not the comparison value is within the set value area stored in advance, and the current value when the two electrode pairs are simultaneously driven is out of the initial value area. When and before A limiting current type oxygen sensor device configured to determine that the oxygen sensor has deteriorated and to issue an alarm when the current comparison value is out of the set value region, and the present invention according to claim 6 In two electrode pairs, the area of the cathode electrode film in one electrode pair is larger than the area of the cathode electrode film in the other electrode pair at most within 7 times, and the area is larger when driving one electrode pair. This is a limiting current type oxygen sensor device using one of the electrode pairs.

【0008】[0008]

【作用】請求項1に係わる本発明において、1個の酸素
拡散孔からの連通空間内に2個のカソード電極膜が配置
され、酸素拡散孔により酸素の流量が規制された酸素セ
ンサの構成により、酸素センサが正常な状態において
は、いずれの組の電極対の電流値も所定の直流電源電圧
以下の印加電圧から飽和電流値、すなわち限界電流値を
示すように作成される。したがって、所定の直流電源電
圧では2組の電極対を同時駆動したときの電流値も1組
の電極対のみを駆動したときの電流値もほぼ同じ限界電
流値を示す。しかし、劣化した状態では酸素イオン電流
が減少し、2組の電極対を同時に駆動したときの電流値
は電極面積が大きいことに助けられて限界電流値を示す
が、1組の電極対のみ駆動した場合は限界電流値には達
しない。したがって、2組の電極対を同時駆動したとき
の電流値と1組の電極対のみ駆動したときの電流値との
電流比較値は正常状態時の値とは異なる。したがって、
この電流比較値をあらかじめ正常状態時に対応して設定
した値と比較することにより劣化を自己診断して判断す
る。この自己診断動作は単一の直流電源電圧で可能であ
る。
According to the first aspect of the present invention, there is provided an oxygen sensor in which two cathode electrode films are arranged in a communication space from one oxygen diffusion hole, and a flow rate of oxygen is regulated by the oxygen diffusion hole. When the oxygen sensor is in a normal state, the current values of any pair of electrode pairs are created so as to indicate a saturation current value, that is, a limit current value from an applied voltage equal to or lower than a predetermined DC power supply voltage. Therefore, at a predetermined DC power supply voltage, the current value when two electrode pairs are driven simultaneously and the current value when only one electrode pair is driven show almost the same limit current value. However, in the deteriorated state, the oxygen ion current decreases, and the current value when the two pairs of electrodes are driven at the same time shows a limit current value due to the large electrode area, but only one pair of the electrodes is driven. In this case, the limit current value is not reached. Therefore, the current comparison value between the current value when two electrode pairs are driven simultaneously and the current value when only one electrode pair is driven is different from the value in the normal state. Therefore,
By comparing the current comparison value with a value set in advance corresponding to a normal state, deterioration is self-diagnosed and determined. This self-diagnosis operation is possible with a single DC power supply voltage.

【0009】また、請求項2に係わる本発明において、
請求項1に係わる自己診断の動作とともに、2組の電極
対を同時駆動したときの電流値の変化は、酸素センサに
おける酸素流通通路の形状変化または酸素濃度の異常の
いずれかに対応するので、あらかじめ記憶した初期値と
比べることにより、酸素センサの劣化の自己診断動作と
酸素濃度の異常検出とを行うことができる。この動作も
単一の直流電源電圧で可能である。
Further, in the present invention according to claim 2,
Along with the self-diagnosis operation according to claim 1, a change in the current value when the two electrode pairs are simultaneously driven corresponds to either a change in the shape of the oxygen flow passage in the oxygen sensor or an abnormality in the oxygen concentration. By comparing with the initial value stored in advance, the self-diagnosis operation of the deterioration of the oxygen sensor and the abnormality detection of the oxygen concentration can be performed. This operation is also possible with a single DC power supply voltage.

【0010】また、請求項6に係わる本発明は、2組の
電極対のカソード電極膜の面積の互いの比率が7倍以内
になるように設定することにより、電流比較値の変化が
酸素センサの劣化を充分に反映して判断を的確なものと
する。
According to a sixth aspect of the present invention, the ratio of the areas of the cathode electrode films of the two electrode pairs is set to be within 7 times each other, so that the change in the current comparison value can be reduced. And make accurate judgments by sufficiently reflecting the deterioration of

【0011】なお、本発明の限界電流式酸素センサ装置
は、固体電解質と螺旋型スペーサの相対向する隔壁とシ
ール体とで囲まれる螺旋型空間に酸素拡散通路を形成し
たセンサ構成が、厚膜印刷を用いた酸素拡散通路の形
成、2組の電極膜の簡単な形成を可能とする。
In the limiting current type oxygen sensor device of the present invention, the sensor configuration in which an oxygen diffusion path is formed in a spiral space surrounded by a solid electrolyte and a partition wall of a spiral spacer and a sealing body opposed to each other is a thick film. It is possible to form an oxygen diffusion path using printing and to easily form two sets of electrode films.

【0012】[0012]

【実施例】【Example】

(実施例1)以下、本発明の限界電流式酸素センサ装置
の第1の実施例について図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1) Hereinafter, a first embodiment of a limiting current type oxygen sensor device of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0013】図1は本実施例の構成を示すブロック図で
あり、酸素センサは断面を示している。図において、1
は板状の酸素イオン伝導性を備えた固体電解質体であ
り、2個のカソード電極膜2aとアノード電極膜2bと
よりなる電極対2a−2bと、カソード電極膜3aとア
ノード電極膜3bとよりなる電極対3a−3bとが、そ
れぞれ固体電解質体1の両面に対向して形成されてい
る。また、固体電解質板1の片側上部に、カソード電極
膜2aとカソード電極膜3aとを囲み、始端と終端が互
いに間隔を有するように配置された1個の螺旋型スペー
サ4が配置され、螺旋型スペーサ4の上部にシール板5
を配置して螺旋型スペーサ4とシール板5とで拡散律速
体を構成し、酸素拡散通路6が螺旋型スペーサ4の相対
向する隔壁と固体電解質体1とシール板5とで囲まれる
螺旋型の空間で形成される。したがって、カソード電極
膜2aとカソード電極膜3aとが酸素拡散通路6に連通
した1つの空間内に配置されている構成になっており、
酸素は酸素拡散通路6を経由してカソード側電極膜2a
および3aに拡散する。なお、シール板5の上部には加
熱部7が配置され、電源15により加熱される。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the present embodiment, and the oxygen sensor shows a cross section. In the figure, 1
Is a plate-shaped solid electrolyte member having oxygen ion conductivity, and is composed of an electrode pair 2a-2b including two cathode electrode films 2a and an anode electrode film 2b, and a cathode electrode film 3a and an anode electrode film 3b. The electrode pairs 3a-3b are formed so as to face both surfaces of the solid electrolyte body 1, respectively. A single spiral spacer 4 surrounding the cathode electrode film 2a and the cathode electrode film 3a and having a start end and an end spaced from each other is disposed on the upper side of one side of the solid electrolyte plate 1. Seal plate 5 above spacer 4
Are arranged to form a diffusion-controlling body with the spiral spacer 4 and the seal plate 5, and the oxygen diffusion passage 6 is surrounded by the partition wall, the solid electrolyte body 1, and the seal plate 5 of the spiral spacer 4 opposed to each other. Is formed in the space. Therefore, the cathode electrode film 2a and the cathode electrode film 3a are arranged in one space communicating with the oxygen diffusion passage 6, and
Oxygen is passed through the oxygen diffusion passage 6 to the cathode-side electrode film 2a.
And 3a. Note that a heating unit 7 is disposed above the seal plate 5 and is heated by the power supply 15.

【0014】カソード電極膜2aとアノード電極膜2b
による電極対2a−2bと、カソード電極対3aとアノ
ード電極膜3bによる電極対3a−3bとに直流電圧を
印加するための1個の直流電源8を備え、直流電源8と
スイッチ手段9と電極膜2aと固体電解質体1と電極膜
2bを経由して閉回路が構成されるとともに、直流電源
8と電極膜3aと固体電解質体1と電極膜3bとを経由
して閉回路が構成される。なお、スイッチ手段9は電極
対3a−3bのみに直流電圧を印加するためのスイッチ
である。また、前記閉回路内には、電流値を検出するた
めの電流検出手段10が設けられ、電流検出手段10に
は電流記憶手段11が接続され、電極対2a−2bと電
極対3a−3bとが同時に駆動されるときの電流値と、
電極対3a−3bのみが駆動されるときの電流値とを読
み取って記憶する。電流検出手段10と電流記憶手段1
1には、電流比較値算出手段12が接続され、この電流
比較値算出手段12は、電極対2a−2bと電極対3a
−3bの同時駆動時の電流値と、電極対2a−2bのみ
駆動時の電流値の比較値を算出する。また、電流比較値
算出手段12には判断手段13が接続され、前記算出電
流比較値があらかじめ記憶させた設定値領域内または領
域外を判断する。判断手段13には警報発生手段14が
接続され、前記算出電流比較値が設定値領域外の場合に
は警報を発する。
A cathode electrode film 2a and an anode electrode film 2b
A DC power supply 8 for applying a DC voltage to the electrode pair 2a-2b, and the electrode pair 3a-3b formed by the cathode electrode pair 3a and the anode electrode film 3b. A closed circuit is formed through the membrane 2a, the solid electrolyte member 1, and the electrode film 2b, and a closed circuit is formed through the DC power supply 8, the electrode film 3a, the solid electrolyte member 1, and the electrode film 3b. . The switch means 9 is a switch for applying a DC voltage only to the electrode pairs 3a-3b. Further, in the closed circuit, a current detecting means 10 for detecting a current value is provided, and a current storing means 11 is connected to the current detecting means 10, and an electrode pair 2a-2b and an electrode pair 3a-3b are provided. Are driven simultaneously, and
The current value when only the electrode pairs 3a-3b are driven is read and stored. Current detection means 10 and current storage means 1
1 is connected to a current comparison value calculation means 12, and the current comparison value calculation means 12 includes an electrode pair 2a-2b and an electrode pair 3a.
-3b and a comparison value between the current value during simultaneous driving and the current value during driving only the electrode pairs 2a-2b. The current comparison value calculation means 12 is connected to a judgment means 13 for judging whether the calculated current comparison value is inside or outside a set value area stored in advance. An alarm generating means 14 is connected to the judging means 13 and issues an alarm when the calculated current comparison value is out of the set value range.

【0015】前記構成において、酸素センサの自己診断
の動作の概要について説明する。電極対2a−2bと、
電極対3a−3bとを同時に駆動させた場合の電流値
と、電極対3a−3bのみ駆動させた場合の電流値とを
比較して比較値を算出し、この比較値を、あらかじめ記
憶させた設定値と比較して両者が異なる場合は警報を発
する。なお、電流値の比較は前述の方法以外に、電極対
2a−2bと電極対3a−3bとを同時に駆動させた場
合の電流値と、電極対2a−2bのみ駆動させた場合の
電流値とを比較してもよい。また、比較に用いた電流値
は、常用動作電圧で所定時間経過した後の電流値であ
る。
The outline of the self-diagnosis operation of the oxygen sensor in the above configuration will be described. Electrode pairs 2a-2b;
A current value obtained when the electrode pairs 3a-3b were driven simultaneously and a current value obtained when only the electrode pairs 3a-3b were driven were compared to calculate a comparison value, and this comparison value was stored in advance. If both are different from the set value, an alarm is issued. The current values are compared with the current values obtained when the electrode pairs 2a-2b and 3a-3b are simultaneously driven and the current values obtained when only the electrode pairs 2a-2b are driven. May be compared. Further, the current value used for comparison is a current value after a lapse of a predetermined time at a normal operating voltage.

【0016】図2は本実施例の自己診断動作を示すフロ
ーチャートである。スタートボタンが押されると、ステ
ップ1においてコンピュータのRAMがクリアされて新
しいデータの入力が可能になる。つぎに、ステップ2に
移行して、スイッチ手段9がONとされて電極対2a−
2bと電極対3a−3bの2組の電極対が同時に駆動
し、電流I2が流れる。この2組電極膜同時駆動時の電
流I2の値が電流検出手段10で検出および読み込ま
れ、ステップ3で電流記憶手段11に一旦記憶される。
つぎに、ステップ4でスイッチ手段9が作動して電極対
2a−2bの回路が開回路となり、1組の電極対3a−
3bのみが駆動されて、そのときの電流I1 が電流検出
手段10で検出および読み込まれる。つぎにステップ5
において前記記憶した電流I2の値が記憶手段11から
呼び出され、ステップ6に移行して、電極対2a−2b
と電極対3a−3bの同時駆動時の電流I2と電極対3
a−3bのみ駆動時の電流I1との電流比較値Cが電流
比較値算出手段12により算出される。つぎにステップ
7において、あらかじめ設定した設定値Eを呼び出し、
ステップ8に移行して判断手段13は判定電流比較値C
を前記設定値Eと比較し、ステップ9において領域内に
あるか否かを判断し、領域内であれば正常としてステッ
プ10に移行し、領域外ならセンサが劣化していると判
断してステップ11に移行して警報発生手段14により
警報を発生させる。
FIG. 2 is a flowchart showing the self-diagnosis operation of this embodiment. When the start button is pressed, the RAM of the computer is cleared in step 1 so that new data can be input. Next, the process proceeds to step 2, in which the switch means 9 is turned on and the electrode pair 2a-
The two electrode pairs 2b and 3a-3b are simultaneously driven, and a current I2 flows. The value of the current I2 at the time of simultaneous driving of the two sets of electrode films is detected and read by the current detection means 10, and is temporarily stored in the current storage means 11 in step 3.
Next, in step 4, the switch means 9 is operated, and the circuit of the electrode pair 2a-2b is opened, so that one electrode pair 3a-
Only 3b is driven, and the current I1 at that time is detected and read by the current detecting means 10. Then step 5
In step (2), the stored value of the current I2 is called from the storage means 11, and the process proceeds to step 6, where the electrode pair 2a-2b
I2 and electrode pair 3 during simultaneous driving of electrode pair 3a-3b
The current comparison value C is calculated by the current comparison value calculation means 12 with the current I1 when only a-3b is driven. Next, in step 7, a preset set value E is called,
The process proceeds to step 8, and the judging means 13 sets the judgment current comparison value C
Is compared with the set value E, and it is determined in step 9 whether or not the area is within the area. If the area is within the area, it is determined that the sensor is normal. Then, the flow goes to 11 to cause the alarm generation means 14 to generate an alarm.

【0017】図3は本実施例の限界電流式酸素センサの
詳細な構成を示す一部切欠斜視図である。図において、
1は板状の酸素イオン伝導性の固体電解質板であり、2
aと3aはそれぞれカソード電極膜がである。カソード
カソード電極膜2aとカソード電極膜3aを囲み、始端
と終端が互いに間隔を有するように配置された1個の螺
旋型スペーサ4が配置され、螺旋型スペーサ4の上部に
シール板5を配置して螺旋型スペーサ4とシール板5と
で拡散律速体を構成し、酸素拡散通路6が螺旋型の空間
で形成される。酸素は酸素拡散通路6を経由してカソー
ド電極膜2aおよびカソード電極膜3aに拡散する。な
お、シール板5の上部には加熱部7が設けられている。
FIG. 3 is a partially cutaway perspective view showing the detailed configuration of the limiting current type oxygen sensor of this embodiment. In the figure,
Reference numeral 1 denotes a plate-shaped oxygen ion conductive solid electrolyte plate,
Reference numerals a and 3a denote cathode electrode films, respectively. One spiral spacer 4 surrounding the cathode-cathode electrode film 2a and the cathode electrode film 3a and having a start end and an end spaced from each other is arranged, and a seal plate 5 is arranged above the spiral spacer 4. The spiral spacer 4 and the seal plate 5 constitute a diffusion-controlling body, and the oxygen diffusion passage 6 is formed in a spiral space. Oxygen diffuses into the cathode electrode film 2a and the cathode electrode film 3a via the oxygen diffusion passage 6. Note that a heating unit 7 is provided above the seal plate 5.

【0018】なお、アノード電極膜2bとアノード電極
膜3b(いずれも図示せず)は一体に構成してもよい。
また、2個のアノード電極膜の合計面積は、2個のカソ
ード電極膜の合計面積より少なくともほぼ同等以上の面
積としている。またカソード電極膜2aと3aのいずれ
かが他よりも大きい面積を備えた構成とし、面積の小さ
い方を電極膜2aとし、面積の大きい方を電極膜3aと
している。また、2個のカソード電極膜の位置を、酸素
拡散通路6に対して前流または後流とする位置関係はと
くに考慮する必要はない。
The anode electrode film 2b and the anode electrode film 3b (both not shown) may be integrally formed.
The total area of the two anode electrode films is at least substantially equal to or greater than the total area of the two cathode electrode films. Further, one of the cathode electrode films 2a and 3a has a larger area than the other, and the smaller one is the electrode film 2a, and the larger one is the electrode film 3a. Further, there is no particular need to consider the positional relationship between the positions of the two cathode electrode films as being upstream or downstream of the oxygen diffusion passage 6.

【0019】以上のように、本実施例の限界電流式酸素
センサ装置によれば、酸素拡散通路で流量が制限された
連通空間内にある2組の電極対の2つのカソード電極膜
を備えた構成の酸素センサの、2組の電極対を同時に駆
動したときの電流値と1組の電極対のみ駆動したときの
電流値の比較値が、あらかじめ記憶した設定値領域内に
あるか否かにより判断することにより、所定の直流電源
圧による動作において酸素センサの劣化を自己診断で
き、また、劣化していると判断した場合に警報を発する
ことでユーザは劣化を容易に知ることができる。
As described above, according to the limiting current type oxygen sensor device of this embodiment, two cathode electrode films of two pairs of electrodes are provided in the communication space where the flow rate is restricted by the oxygen diffusion passage. In the oxygen sensor having the above configuration, the comparison between the current value obtained when the two electrode pairs are driven simultaneously and the current value obtained when only one electrode pair is driven is within the previously stored set value area. By making the judgment, the deterioration of the oxygen sensor can be self-diagnosed in the operation at the predetermined DC power supply pressure, and when it is judged that the oxygen sensor has been deteriorated, the alarm can be issued so that the user can easily know the deterioration.

【0020】(実施例2)図4は本発明の限界電流式酸
素センサ装置の第2の実施例を示すブロック図である。
なお、実施例1と同じ構成要素には同一番号を付与して
詳細な説明を省略する。本実施例が実施例1と異なる点
は、2組の電極対の同時駆動時の電流値があらかじめ記
憶させた初期値と異なる場合に警報を発するために、初
期電流判断手段16と初期電流警報手段17とを設けた
ことにある。図において、初期電流判断手段16が電流
検出手段10に接続され、2組の電極対同時駆動時の電
流値が、あらかじめ記憶させた酸素濃度20%に対応す
る初期値の領域内または領域外のいずれであるかを判断
する。また、初期電流判断手段16には初期電流警報手
段17が接続され、2組の電極対同時駆動時の電流値が
あらかじめ記憶させた初期値の領域外の場合は警報を発
生する。
(Embodiment 2) FIG. 4 is a block diagram showing a limiting current type oxygen sensor device according to a second embodiment of the present invention.
The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. This embodiment is different from the first embodiment in that an initial current judging means 16 and an initial current alarm are provided in order to issue an alarm when the current value during simultaneous driving of the two electrode pairs is different from the initial value stored in advance. Means 17 are provided. In the figure, an initial current judging means 16 is connected to a current detecting means 10 and a current value at the time of simultaneous driving of two pairs of electrodes is within or outside an area of an initial value corresponding to a previously stored oxygen concentration of 20%. Determine which one. Further, the initial current judging means 16 is connected to the initial current alarm means 17, and generates an alarm when the current value at the time of simultaneous driving of two pairs of electrodes is outside the previously stored initial value area.

【0021】図5は、本実施例の限界電流式酸素センサ
装置の自己診断動作を示すフローチャートである。基本
的には実施例1の動作と同じであるが、2組の電極対同
時駆動時の電流があらかじめ記憶させた初期値と異なる
場合には警報を発する動作が異なる。
FIG. 5 is a flowchart showing the self-diagnosis operation of the limiting current type oxygen sensor device of the present embodiment. The operation is basically the same as that of the first embodiment, but the operation of issuing an alarm is different when the current during simultaneous driving of two pairs of electrodes is different from the initial value stored in advance.

【0022】まず、スタートボタンが押されると、ステ
ップ1においてコンピュータのRAMがクリアされ、新
しいデータの入力が可能となる。つぎに、ステップ2に
おいて2組の電極対が同時に駆動され、その電流I2の
電流値が読み込まれる。つぎにステップ3において、あ
らかじめ記憶させた初期電流値Aが呼び出され、ステッ
プ4に移行して初期電流判断手段16が、電流値I2を
初期電流値Aと比較し、ステップ5において電流値I2
が初期電流値Aの領域内か否かを判断する。領域外であ
る場合はステップ16に移行して初期電流警報手段17
により警報を発生する。電流I2が初期電流値Aの領域
内である場合はステップ6に移行して正常と判定し、ス
テップ7に移行してその電流値I2を電流記憶手段11
に一旦記憶される。以降の動作は実施例と同じであり、
説明を省略する。
First, when the start button is pressed, the RAM of the computer is cleared in step 1 so that new data can be input. Next, in step 2, the two electrode pairs are simultaneously driven, and the current value of the current I2 is read. Next, in step 3, the previously stored initial current value A is called, and the process proceeds to step 4 where the initial current determining means 16 compares the current value I2 with the initial current value A.
Is within the region of the initial current value A. If it is out of the range, the process proceeds to step 16 and the initial current alarm means 17
Generates an alarm. If the current I2 is within the range of the initial current value A, the process proceeds to step 6 to determine that the current is normal, and proceeds to step 7 to store the current value I2 in the current storage unit 11.
Is stored once. Subsequent operations are the same as in the embodiment,
Description is omitted.

【0023】以上のように、本実施例の限界電流式酸素
センサ装置によれば、実施例1の場合と同様に酸素セン
サの劣化を自己診断できるとともに、2組の電極対を同
時駆動したときの電流値をあらかじめ記憶した初期値領
域内にあるか否かの判断により、拡散通路の変化による
酸素センサの劣化を自己診断でき、さらに酸素濃度の異
常も併せて検出できる。
As described above, according to the limiting current type oxygen sensor device of the present embodiment, the deterioration of the oxygen sensor can be self-diagnosed as in the case of the first embodiment, and when the two electrode pairs are simultaneously driven. By judging whether or not the current value is within the initial value area stored in advance, the deterioration of the oxygen sensor due to the change of the diffusion passage can be self-diagnosed, and the abnormality of the oxygen concentration can be detected together.

【0024】(実施例3)以下、本発明の限界電流式酸
素センサ装置の第3の実施例について、具体的実験例に
基づいて説明する。図3に示した限界電流式酸素センサ
装置において、固体電解質板1としてZrO2・Y23
(Y23 の8moll%添加品)、電極膜2a、2bおよ
び3a、3bとして白金、螺旋型スペーサ4としてガラ
ス(熱膨張係数はZrO2・Y23 と概略同一であり、
所定粒径の耐熱性粒子を微量含有)、シール板5として
フォルステライト、加熱部7として白金ヒータを用い
た。
(Embodiment 3) Hereinafter, a third embodiment of the limiting current type oxygen sensor device of the present invention will be described based on specific experimental examples. In the limiting current type oxygen sensor device shown in FIG. 3, ZrO 2 .Y 2 O 3 is used as the solid electrolyte plate 1.
(8 mol% addition of Y 2 O 3 ), platinum as the electrode films 2 a, 2 b and 3 a, 3 b, glass as the helical spacer 4 (coefficient of thermal expansion is substantially the same as that of ZrO 2 .Y 2 O 3 ,
Forsterite was used as the seal plate 5 and a platinum heater was used as the heating unit 7.

【0025】まず、上記酸素センサの製法について説明
する。まず、電極膜2a、2bおよび3a、3bを固体
電解質板1の面上に、さらに螺旋型スペーサ4を固体電
解質板1の面上に厚膜印刷技術と焼成技術とを用いて形
成した。また、シール板5の上面に加熱部7を厚膜印刷
技術と焼成技術とを用いて形成した。つぎに、螺旋型ス
ペーサ4とシール板5とを積層し、加熱溶融して酸素拡
散通路6を形成した。つぎに各電極膜にリード線(図示
せず)を取り付けた。なお、この酸素センサを耐熱材で
外包し、さらにその断熱材をステンレス製金網で外包し
て実装体とした。
First, a method for manufacturing the oxygen sensor will be described. First, the electrode films 2a, 2b and 3a, 3b were formed on the surface of the solid electrolyte plate 1, and the helical spacers 4 were formed on the surface of the solid electrolyte plate 1 using a thick film printing technique and a firing technique. Further, the heating unit 7 was formed on the upper surface of the seal plate 5 by using a thick film printing technique and a baking technique. Next, the helical spacer 4 and the seal plate 5 were laminated and melted by heating to form an oxygen diffusion passage 6. Next, a lead wire (not shown) was attached to each electrode film. The oxygen sensor was wrapped with a heat-resistant material, and the heat insulating material was wrapped with a stainless steel mesh to form a package.

【0026】以下、この実装体のセンサ特性と効果につ
いて検定した結果について説明する。酸素センサで発生
する電流として、所定の動作電圧における所定時間経過
後の電流(約5分後の安定電流)を用いた。
Hereinafter, the results of testing the sensor characteristics and effects of the mounted body will be described. As a current generated by the oxygen sensor, a current after a lapse of a predetermined time at a predetermined operating voltage (a stable current after about 5 minutes) was used.

【0027】(実験1−1)10×10×0.9mmの寸
法のセンサを試作した。カソード電極膜2aの面積は8
mm2 であり、カソード電極膜3aの面積は27mm2 であ
る。また、アノード電極膜2bの面積は10mm2 であ
り、アノード電極膜3bの面積は30mm2である。これ
ら2個のアノード電極膜の総面積40mm2は2個のカソ
ード電極膜の合計面積35mm2より幾分大きい構成であ
る。
(Experiment 1-1) A sensor having a size of 10 × 10 × 0.9 mm was experimentally manufactured. The area of the cathode electrode film 2a is 8
mm 2 , and the area of the cathode electrode film 3a is 27 mm 2 . The area of the anode electrode film 2b is 10 mm 2 , and the area of the anode electrode film 3b is 30 mm 2 . These two total area 40 mm 2 of the anode electrode film is somewhat larger configuration than the total area 35 mm 2 of the two cathode films.

【0028】使用初期の酸素センサの大気中(酸素20
%)における電圧電流特性を図6に示す。この場合、電
極膜2aと2bとによる電極対2a−2bのみを駆動さ
せた場合と、電極膜3aと3bとによる電極対3a−3
bのみを駆動させた場合と、電極対2a−2bと電極対
3a−3bとを2組同時に駆動させた場合の3通りにつ
いて、各々の電圧電流特性をそれぞれ測定した。なお、
センサ動作温度は500℃である。
In the atmosphere of the oxygen sensor (oxygen 20
%) Is shown in FIG. In this case, only the electrode pair 2a-2b by the electrode films 2a and 2b is driven, and the electrode pair 3a-3 by the electrode films 3a and 3b.
The voltage-current characteristics were measured for three cases, ie, when only b was driven, and when two pairs of electrode pairs 2a-2b and 3a-3b were simultaneously driven. In addition,
The sensor operating temperature is 500 ° C.

【0029】電極対3a−3bのみを駆動させた場合
は、印加電圧0.8Vから限界電流特性が得られた。一
方、電極対2a−2bと電極対3a−3bとを同時に駆
動させた場合は、印加電圧0.5Vから限界電流特性が
得られた。また、電極対2a−2bのみ駆動させた場合
は、電極面積が小さいので限界電流が得られていない。
When only the electrode pairs 3a-3b were driven, the limiting current characteristics were obtained from the applied voltage of 0.8V. On the other hand, when the electrode pairs 2a-2b and the electrode pairs 3a-3b were simultaneously driven, a limiting current characteristic was obtained from an applied voltage of 0.5V. Further, when only the electrode pairs 2a-2b are driven, no limit current is obtained because the electrode area is small.

【0030】各々の駆動時における電流比較値を算出し
た結果を図7に示す。この電流比較値は図6で得られた
電流値において、電極対3a−3bのみを駆動させた場
合の電流値を、電極対2a−2bと電極対3a−3bと
を同時に駆動させた場合の電流値で除した値である。図
に示したように、電流比較値は印加電圧ごとに異なる
が、印加電圧0.8V以上においては一定の値0.95
を示した。したがって、動作電圧を0.8Vとすると使
用初期の酸素センサの電流比較値は0.95Vである。
なお、電流比較値は各々の電流の差を算出する方法でも
よい。また、限界電流特性が得られる場合には電極対2
a−2bのみを駆動させた場合の電流値を用いてもよ
い。
FIG. 7 shows the result of calculating the current comparison value during each drive. This current comparison value is the current value obtained when only the electrode pair 3a-3b is driven in the current value obtained in FIG. 6, and the current value obtained when the electrode pair 2a-2b and the electrode pair 3a-3b are simultaneously driven. It is the value divided by the current value. As shown in the figure, the current comparison value differs for each applied voltage, but a constant value of 0.95 or more is applied when the applied voltage is 0.8 V or more.
showed that. Therefore, assuming that the operating voltage is 0.8 V, the current comparison value of the oxygen sensor in the initial stage of use is 0.95 V.
The current comparison value may be a method of calculating the difference between the currents. When the limiting current characteristic can be obtained, the electrode pair 2
The current value when only a-2b is driven may be used.

【0031】(実験1−2)前記試作の酸素センサにお
いて、動作温度を450℃に低下させた場合の大気中に
おける電圧電流特性を図8に示す。これは、加熱部の温
度が低下した劣化品の特性に相当する。図におけるセン
サの動作方法は、(実験1−1)と同じであり、電極対
2a−2bのみを駆動させた場合と、電極対3a−3b
のみを駆動させた場合と、電極対2a−2bと電極対3
a−3bとを2組同時に駆動させた場合の3通りであ
る。
(Experiment 1-2) FIG. 8 shows the voltage-current characteristics in the atmosphere when the operating temperature was lowered to 450 ° C. in the prototype oxygen sensor. This corresponds to the characteristics of a deteriorated product in which the temperature of the heating unit has decreased. The operation method of the sensor in the figure is the same as that in (Experiment 1-1), in which only the electrode pair 2a-2b is driven and the electrode pair 3a-3b
Only the electrode pair 2a-2b and the electrode pair 3
a-3b are simultaneously driven in two cases.

【0032】電極対3a−3bのみを駆動させた場合
は、印加電圧1.0Vから限界電流特性が得られ、ま
た、電極対2a−2bと電極対3a−3bとを同時に駆
動させた場合は、印加電圧0.8Vから限界電流特性が
得られた。しかし、電極対2a−2bのみを駆動させた
場合は、図6に示したと同様に限界電流特性が得られて
いない。この原因は電極面積が小さい上に、動作温度が
低下したために、さらに電流値が低下したためである。
When only the electrode pairs 3a-3b are driven, a limit current characteristic is obtained from the applied voltage of 1.0 V. When the electrode pairs 2a-2b and the electrode pairs 3a-3b are driven simultaneously, And a limiting current characteristic was obtained from an applied voltage of 0.8 V. However, when only the electrode pairs 2a-2b are driven, the limiting current characteristic is not obtained as shown in FIG. This is because the electrode area is small and the operating temperature is lowered, so that the current value is further lowered.

【0033】この状態における電流比較値を図9に示
す。電流比較値は印加電圧ごとに異なるが、印加1.0
V以上において一定の値0.95を示した。したがっ
て、動作電圧を0.8Vとすると電流比較値は0.80
である。この動作温度が低下した酸素センサの電流比較
値0.80は、使用初期の正常なセンサの電流比較値
0.95よりも低下していることがわかる。
FIG. 9 shows the current comparison value in this state. The current comparison value differs for each applied voltage.
Above V, a constant value of 0.95 was shown. Therefore, if the operating voltage is 0.8 V, the current comparison value is 0.80
It is. It can be seen that the current comparison value 0.80 of the oxygen sensor whose operating temperature has decreased is lower than the current comparison value 0.95 of the normal sensor in the initial stage of use.

【0034】(実験1−3)前記試作の酸素センサにお
いて、長期間使用により電極が劣化した場合の大気中に
おける電圧電流特性を図10に示す。なお、酸素センサ
の動作方法は(実験1−1)と同じである。また、動作
温度は所定の500℃である。
(Experiment 1-3) FIG. 10 shows the voltage-current characteristics in the atmosphere when the electrodes of the prototype oxygen sensor deteriorated due to long-term use. The operation method of the oxygen sensor is the same as in (Experiment 1-1). The operating temperature is a predetermined 500 ° C.

【0035】電極対3a−3bのみを駆動させた場合は
印加電圧1.2Vから限界電流特性が得られ、電極対2
a−2bと電極対3a−3bとを同時に駆動させた場合
は印加0.8Vから限界電流特性が得られた。また、電
極対2a−2bのみを駆動させた場合は、限界電流が得
られていない。この原因は電極面積が小さい上に、長期
間使用により電極が劣化して電流がさらに低下したから
である。
When only the electrode pairs 3a and 3b are driven, the limiting current characteristic is obtained from the applied voltage of 1.2 V.
When a-2b and the electrode pairs 3a-3b were simultaneously driven, a limiting current characteristic was obtained from an applied voltage of 0.8V. When only the electrode pairs 2a-2b are driven, no limit current is obtained. This is because the electrode area is small, and the electrode deteriorates due to long-term use, and the current further decreases.

【0036】各々の駆動時における電流比較値を図11
に示す。電流比較値は印加電圧ごとに異なるが、印加電
圧1.2V以上において一定の値0.95が得られてい
る。したがって、動作電圧を0.8Vとすると電圧比較
値は0.80である。この電極が劣化した酸素センサの
電流比較値0.80は、使用初期の酸素センサの電流比
較値0.95より低下していることがわかる。
FIG. 11 shows the current comparison value at each drive.
Shown in Although the current comparison value differs for each applied voltage, a constant value of 0.95 is obtained at an applied voltage of 1.2 V or more. Therefore, when the operating voltage is 0.8 V, the voltage comparison value is 0.80. It can be seen that the current comparison value 0.80 of the oxygen sensor whose electrode has deteriorated is lower than the current comparison value 0.95 of the oxygen sensor in the initial stage of use.

【0037】(実験2)酸素センサを新たに試作し。カ
ソード電極膜2aの面積は27mm2であり、カソード電
極膜3aの面積は8mm2である。また、アノード電極膜
2bを共通に1個とし、その面積を40mm2とした。こ
の酸素センサの大気中における電流値を表1の実験2の
欄に示す。なお、1組駆動時の電流は、面積の大なる電
極対2a−2bを使用している。
(Experiment 2) A new oxygen sensor was experimentally manufactured. The area of the cathode electrode film 2a is 27 mm 2 , and the area of the cathode electrode film 3a is 8 mm 2 . In addition, one anode electrode film 2b was commonly used, and its area was 40 mm 2 . The current value of this oxygen sensor in the atmosphere is shown in the column of Experiment 2 in Table 1. In addition, the current at the time of driving one set uses the electrode pairs 2a-2b having a large area.

【0038】前記試作品の使用初期品は、印加電圧0.
8Vにおける2組の電極対同時駆動時の電流値I2は1
35μAであり、印加電圧0.5V以上において限界電
流が出る電圧電流特性が得られることを確認しており、
動作電圧0.8Vにおいては充分な限界電流が得られて
いる。あらかじめ記憶させた初期電流Aを、精度を考慮
して131〜139μAとすると、2組の電極対同時駆
動時の電流値I2の135μAは初期電流値Aの領域内
にあり、正常と判断される。一方、印加電圧0.8Vに
おける1組の電極対駆動時の電流I1は130μAであ
り、印加電圧0.6V以上において限界電流が得られる
ことを確認している。2組の電極対同時駆動時の電流I
2と1組の電極対駆動時の電流I1の電流比較値Cを算出
すると、0.83となる。あらかじめ記憶させた設定値
Eが0.90〜1.05であるため、電流比較値Cは設
定値Eの領域外にあり、警報が発せられる。この警報で
センサが劣化していると判断できる。
The initial product of the prototype is used at an applied voltage of 0.
At the time of simultaneous driving of two pairs of electrodes at 8V, the current value I2 is 1
It is 35 μA, and it has been confirmed that a voltage-current characteristic in which a limit current is obtained at an applied voltage of 0.5 V or more is obtained.
At an operating voltage of 0.8 V, a sufficient limit current is obtained. When the initial current A stored in advance is set to 131 to 139 μA in consideration of accuracy, 135 μA of the current value I 2 at the time of simultaneous driving of two pairs of electrodes is in the area of the initial current value A, and is determined to be normal. . On the other hand, the current I1 at the time of driving one set of electrode pairs at an applied voltage of 0.8 V is 130 μA, and it has been confirmed that a limiting current can be obtained at an applied voltage of 0.6 V or more. Current I when two pairs of electrodes are driven simultaneously
When the current comparison value C of the current I1 at the time of driving the two pairs of electrodes is calculated, it is 0.83. Since the set value E stored in advance is 0.90 to 1.05, the current comparison value C is out of the range of the set value E, and an alarm is issued. From this alarm, it can be determined that the sensor has deteriorated.

【0039】また、劣化品は、電極が劣化したため、2
組の電極対同時駆動時の電流値I2が138μAであ
り、動作電圧0.8Vにおいてようやく限界電流が得ら
れる電圧電流特性となる。あらかじめ記憶させた初期電
流値Aが131〜139μAであるから、2組の電極対
同時駆動時の電流値138μAは初期電流値Aの領域内
にあり、正常と判断される。しかし、1組の電極対駆動
時の電流値I1は115μAであって、限界電流が得ら
れなかった。つぎに、2組の電極対同時駆動時の電流I
2と1組の電極対駆動時の電流値I1による電流比較値C
は0.83となり、あらかじめ記憶した設定値Eが0.
90〜1.05であるので、設定値Eの領域外にあり、
劣化により異常と判断されて警報が発生される。この警
報により劣化していることが知ることができる。
In the deteriorated product, since the electrode was deteriorated, 2
The current value I2 at the time of simultaneous driving of the pair of electrodes is 138 μA, and the voltage-current characteristics are such that a limiting current can be obtained only at an operating voltage of 0.8 V. Since the initial current value A stored in advance is 131 to 139 μA, the current value 138 μA when two sets of electrodes are simultaneously driven is within the area of the initial current value A, and is determined to be normal. However, the current value I1 at the time of driving one set of electrodes was 115 μA, and no limit current was obtained. Next, the current I at the time of simultaneous driving of two electrode pairs
Current comparison value C based on current value I1 at the time of driving two and one set of electrode pairs
Is 0.83, and the preset value E stored in advance is 0.
90 to 1.05, it is outside the range of the set value E,
It is determined that there is an abnormality due to the deterioration and an alarm is issued. It is possible to know that the battery has deteriorated by this alarm.

【0040】(実験3)別の酸素センサを新たに試作し
た。カソード電極膜2aの面積は20mm2 であり、カソ
ード電極膜3aの面積は15mm2 である。また、アノー
ド電極膜2bの面積は20mm2 であり、アノード電極膜
3bの面積は20mm2である。この酸素センサの大気中
における電流特性を表1の実験3の欄に示す。1組の電
極対駆動時には面積の大なる電極対2a−2bを使用し
ている。
(Experiment 3) Another oxygen sensor was newly manufactured. The area of the cathode electrode film 2a is 20 mm 2 , and the area of the cathode electrode film 3a is 15 mm 2 . The area of the anode electrode film 2b is 20 mm 2 , and the area of the anode electrode film 3b is 20 mm 2 . The current characteristics of this oxygen sensor in the atmosphere are shown in Table 3 in Experiment 3. At the time of driving one set of electrode pairs, electrode pairs 2a-2b having a large area are used.

【0041】この酸素センサの使用初期品は、印加電圧
0.8Vにおける2組の電極対同時駆動時の電流値I2
が186μAであり、動作電圧0.5V以上において限
界電流が得られることを確認している。あらかじめ記憶
させた初期電流値Aを精度を考慮して181〜191μ
Aとすると、2組の電極対同時駆動時の電流I2の18
5μAは初期電流値Aの領域内にあり、初期電流につい
て正常と判断される。一方、印加電圧0.8Vにおける
1組の電極対駆動時の電流I1は180μAであり、動
作電圧0.8Vから限界電流が得られる電圧電流特性を
確認している。2組の電極対同時駆動時の電流I2と1
組の電極対駆動時の電流I1により電流比較値Cを算出
するとは0.97となる。そこで、あらかじめ記憶させ
た設定値Eを精度を考慮して0.90〜1.05とする
と、電流比較値Cは設定値Eの領域内にあり正常と判断
される。
An initial product of this oxygen sensor has a current value I2 when two pairs of electrodes are simultaneously driven at an applied voltage of 0.8V.
Is 186 μA, and it has been confirmed that a limiting current can be obtained at an operating voltage of 0.5 V or more. In consideration of accuracy, the initial current value A stored in advance is set to 181 to 191 μm.
Assuming that A is 18 of the current I2 at the time of simultaneous driving of two pairs of electrodes.
5 μA is in the area of the initial current value A, and it is determined that the initial current is normal. On the other hand, the current I1 at the time of driving one set of electrode pairs at an applied voltage of 0.8 V is 180 μA, and a voltage-current characteristic in which a limit current can be obtained from an operating voltage of 0.8 V has been confirmed. Current I2 and 1 when two sets of electrode pairs are driven simultaneously
When the current comparison value C is calculated based on the current I1 at the time of driving the pair of electrodes, the value is 0.97. Therefore, if the set value E stored in advance is set to 0.90 to 1.05 in consideration of accuracy, the current comparison value C is within the range of the set value E and is determined to be normal.

【0042】劣化品は、電極が劣化したため2組の電極
対同時駆動時の電流I2が185μAであり、動作電圧
0.8Vにおいてようやく限界電流が得られる電圧電流
特性を確認している。あらかじめ記憶させた初期電流値
Aが181〜191μAであるため、2組の電極対同時
駆動時の電流I2の182μAは初期電流値Aの領域内
にあり、初期電流については正常と判断される。一方、
1組の電極対駆動時の電流I1は130μAであり、動
作電圧0.8Vにおいては限界電流が得られなかった。
また、2組の電極対同時駆動時の電流I2と1組の電極
対駆動時の電流I1により電流比較値Cを算出すると
0.71となり、あらかじめ記憶させた設定値Eが0.
75〜0.85であるため、電流比較値Cは設定値Eの
領域外にあり、警報が発せられる。この警報によりセン
サが劣化していることを知ることができる。
In the deteriorated product, the current I2 at the time of simultaneous driving of two pairs of electrodes was 185 μA because the electrodes were deteriorated, and the voltage-current characteristics at which the limiting current was finally obtained at an operating voltage of 0.8 V were confirmed. Since the initial current value A stored in advance is 181 to 191 μA, 182 μA of the current I 2 at the time of simultaneous driving of two pairs of electrodes is within the area of the initial current value A, and the initial current is determined to be normal. on the other hand,
The current I1 at the time of driving one set of electrode pairs was 130 μA, and no limiting current was obtained at an operating voltage of 0.8 V.
When the current comparison value C is calculated from the current I2 when the two pairs of electrodes are simultaneously driven and the current I1 when the single pair of electrodes are driven, the current comparison value C is 0.71, and the preset value E stored in advance is.
Since it is 75 to 0.85, the current comparison value C is out of the range of the set value E, and an alarm is issued. This alarm allows the user to know that the sensor has deteriorated.

【0043】(実験4)別のセンサを新たに試作した。
カソード電極膜2aの面積は5mm2 であり、カソード電
極膜3aの面積は31mm2 である。また、アノード電極
膜2bの面積は6mm2 であり、アノード電極膜3bの面
積は34mm2 である。この酸素センサの大気中における
電流特性を表1の実験4の欄に示す。1組の電極駆動時
は、面積の大なる電極対2a−2bを使用している。
(Experiment 4) Another sensor was newly manufactured.
The area of the cathode electrode film 2a is 5 mm 2 , and the area of the cathode electrode film 3a is 31 mm 2 . The area of the anode electrode film 2b is 6 mm 2 , and the area of the anode electrode film 3b is 34 mm 2 . The current characteristics of this oxygen sensor in the atmosphere are shown in the column of Experiment 4 in Table 1. At the time of driving one set of electrodes, an electrode pair 2a-2b having a large area is used.

【0044】この酸素センサの使用初期品は、印加電圧
0.8Vにおける2組の電極対同時駆動時の電流I2が
120μAであり、印加電圧0.4V以上において限界
電流が得られる電圧電流特性を確認している。あらかじ
め記憶させた初期電流値Aを精度を考慮して116〜1
24μAとすると、2組の電極対同時駆動時の電流I2
の120μAは初期電流値Aの領域内にあり、初期電流
について正常と判断される。一方、印加電圧0.8にお
ける1組の電極対駆動時の電流I1は180μAであ
り、動作電圧0.5Vから限界電流が得られることを確
認している。2組の電極対同時駆動時の電流値I2と1
組の電極対駆動時の電流値I1により電流比較値Cを算
出すると1.00となり、あらかじめ記憶させた設定値
Eを精度を考慮して0.90〜1.05とすると、電流
比較値Cは設定値Eの領域内にあって正常と判断され
る。
An initial product of this oxygen sensor has a voltage-current characteristic in which a current I2 at the time of simultaneous driving of two pairs of electrodes at an applied voltage of 0.8 V is 120 μA and a limiting current is obtained at an applied voltage of 0.4 V or more. I have confirmed. The initial current value A stored in advance is set to 116 to 1 in consideration of accuracy.
Assuming 24 μA, the current I2 at the time of simultaneous driving of two electrode pairs
120 μA is in the region of the initial current value A, and it is determined that the initial current is normal. On the other hand, the current I1 at the time of driving one set of electrode pairs at an applied voltage of 0.8 was 180 μA, and it was confirmed that a limit current was obtained from an operating voltage of 0.5V. Current values I2 and 1 when two sets of electrode pairs are driven simultaneously
When the current comparison value C is calculated from the current value I1 at the time of driving the set of electrode pairs, the current comparison value C is 1.00. If the previously stored set value E is 0.90 to 1.05 in consideration of the accuracy, the current comparison value C Is within the range of the set value E and is determined to be normal.

【0045】劣化品は、電極が劣化したため2組の電極
対同時駆動時の電流I2が140μAであり、使用初期
値120μAより大きい値を示す。これらの電流値をそ
のまま解釈すると酸素濃度が23%となり、測定した大
気中酸素濃度20%と矛盾する。この原因は、この劣化
品において酸素拡散通路が使用初期値より大きくなるた
めに酸素拡散抵抗が減少し、電流値が大きくなったため
である。ここで、あらかじめ記憶させた初期電流値Aが
116〜124μAであるため、2組の電極対同時駆動
時の電流I2の140μAは初期電流値Aの領域外にあ
り、初期電流警報が発生される。この警報によりセンサ
が劣化していると判断できる。なお、参考のため、2組
の電極対同時駆動時の電流値I2と1組の電極対駆動時
の電流I1による電流比較値Cを算出すると0.99と
なる。あらかじめ記憶させた設定値Eが0.90〜1.
05であるため、電流比較値Cは設定値の領域内にあ
る。この状態は、この劣化品が動作電圧0.8Vにおい
ては両作動方法とも充分に限界電流が得られているため
である。
The deteriorated product has a current I 2 of 140 μA when two pairs of electrodes are simultaneously driven due to deterioration of the electrodes, and shows a value larger than the initial use value of 120 μA. If these current values are interpreted as they are, the oxygen concentration is 23%, which is inconsistent with the measured atmospheric oxygen concentration of 20%. The reason for this is that in this deteriorated product, the oxygen diffusion resistance is reduced because the oxygen diffusion path is larger than the initial use value, and the current value is increased. Here, since the initial current value A stored in advance is 116 to 124 μA, 140 μA of the current I 2 at the time of simultaneous driving of two pairs of electrodes is outside the range of the initial current value A, and an initial current alarm is generated. . From this alarm, it can be determined that the sensor has deteriorated. For reference, a current comparison value C obtained by calculating the current value I2 when two pairs of electrodes are driven simultaneously and the current I1 when driving one pair of electrodes is 0.99. The set value E stored in advance is 0.90-1.
Since it is 05, the current comparison value C is within the range of the set value. This state is because when the deteriorated product has an operating voltage of 0.8 V, a sufficient limit current is obtained in both operating methods.

【0046】[0046]

【表1】 [Table 1]

【0047】(実験5)別の酸素センサを新たに試作
し、カソード電極膜2aとカソード電極膜3aの面積に
ついて検討した。その結果、片方のカソード電極膜の面
積が他方のカソード電極膜の面積より最大でも7倍以内
において大きいと、劣化が判定し易いことが判明した。
(Experiment 5) Another trial oxygen sensor was newly manufactured, and the areas of the cathode electrode film 2a and the cathode electrode film 3a were examined. As a result, it was found that when the area of one cathode electrode film was larger than the area of the other cathode electrode film at most within 7 times, deterioration was easily determined.

【0048】その理由を考察するに、片方のカソード電
極膜の面積が他方より8倍以上大きいと、他方のカソー
ド電極膜の面積があまりにも小さいため、2組の電極対
同時駆動時の電圧電流特性と1組の電極対駆動時の電圧
電流特性がほとんど同じ特性となり、精度を考慮した領
域では劣化の識別ができないためである。すなわち、酸
素センサの劣化が発生しても、電流比較値Cは設定値E
の領域内にあると判断される場合が時折あり、誤判断を
生じる。その点、比較的に面積の大なるカソード電極膜
を使用した場合には、限界電流が実際の動作電圧より低
い印加電圧側から得られるので、精度を考慮しても劣化
の識別が充分にできる。このことは、片方のカソード電
極膜の面積が他方のカソード電極膜の面積より最大でも
7倍以内において大きいこととも相関がある。
Considering the reason, if the area of one of the cathode electrode films is eight times or more larger than the other, the area of the other cathode electrode film is too small, so that the voltage and the current when the two pairs of electrodes are simultaneously driven are used. This is because the characteristics and the voltage-current characteristics at the time of driving one set of electrodes are almost the same, and the deterioration cannot be identified in a region where accuracy is considered. That is, even if the oxygen sensor is deteriorated, the current comparison value C is equal to the set value E.
Is sometimes determined to be within the region of the above, and an erroneous determination occurs. On the other hand, when a cathode electrode film having a relatively large area is used, the limit current can be obtained from the applied voltage side lower than the actual operating voltage. . This is also correlated with the fact that the area of one cathode electrode film is larger than the area of the other cathode electrode film by at most seven times.

【0049】一方、アノード電極膜を1個として共通の
電極膜とする構成にしても、高い精度で2組の電極対同
時駆動時の電流I2と1組の電極対駆動時の電流I1が得
られた。その理由は、各々の駆動時における電流がカソ
ード電極膜側で支配されているためである。
On the other hand, even with a configuration in which one anode electrode film is used as a common electrode film, a current I2 when two pairs of electrodes are driven simultaneously and a current I1 when one pair of electrodes are driven are obtained with high accuracy. Was done. The reason for this is that the current during each drive is dominated by the cathode electrode film side.

【0050】以上の実験結果に基づいて、限界電流式酸
素センサの劣化について整理する。限界電流式酸素セン
サの劣化現象は大きく2種類に大別できる。1つは、酸
素拡散通路の劣化であり、限界電流が得られているにも
かかわらず、その電流値が増減する症状である。他の劣
化は、電極劣化や動作温度低下であり、大幅な劣化が発
生すると限界電流が得られないため、その電流値が減少
する症状である。
Based on the above experimental results, deterioration of the limiting current type oxygen sensor will be summarized. The deterioration phenomena of the limiting current type oxygen sensor can be roughly classified into two types. One is deterioration of the oxygen diffusion passage, which is a symptom in which the current value increases / decreases even though the limit current is obtained. Other deteriorations are deterioration of the electrodes and lowering of the operating temperature. When a significant deterioration occurs, a limit current cannot be obtained, and this is a symptom that the current value decreases.

【0051】酸素拡散通路の劣化に起因する電流値の増
減は、真の酸素濃度とは異なる濃度を酸素センサが表示
する。いま、電流値があらかじめ記憶させた初期値(通
常の大気中における20%に対応した電流)と異なる値
を示すとき、酸素センサの劣化または酸素濃度の異常の
いずれかである。この両方の発生は異常状態であるた
め、警報を発することで安全が一層高まる。本発明で
は、2組の電極対同時駆動時の電流を用いて、この判断
が最初にされ、酸素センサの大幅な劣化または酸素濃度
の異常が判断できる。しかし、この判断では、センサが
正常しかも酸素濃度も正常と判断されたとしても、酸素
センサの僅かな電極劣化や動作温度低下の発生、その進
行がどの程度起こりつつあるかが判断できない。
When the current value increases or decreases due to the deterioration of the oxygen diffusion passage, the oxygen sensor displays a concentration different from the true oxygen concentration. When the current value shows a value different from the initial value (current corresponding to 20% in the normal atmosphere) stored in advance, it means that the oxygen sensor is deteriorated or the oxygen concentration is abnormal. Since both of these occurrences are abnormal conditions, issuing an alarm further enhances safety. In the present invention, this determination is made first by using the current at the time of simultaneous driving of two pairs of electrodes, and it is possible to determine whether the oxygen sensor has significantly deteriorated or the oxygen concentration is abnormal. However, in this determination, even if the sensor is determined to be normal and the oxygen concentration is also determined to be normal, it is not possible to determine the slight electrode deterioration of the oxygen sensor, the decrease in operating temperature, and the extent to which the progress is occurring.

【0052】本発明では、2組の電極対同時駆動時の電
流値と1組の電極対駆動時の電流値の比較値を用いて、
センサの僅かな電極劣化や動作温度低下が起こったか否
かが判断している。また、この判断で電極劣化および動
作温度低下がどの程度起こりつつあるかも識別でき、前
述の判断との併用ですべての劣化の識別ができる利点が
ある。なお、2組の電極対同時駆動時の電流値と1組の
電極対駆動時の電流の比較値を用いた判断を最初にして
もよい。この場合でも、酸素センサの僅かな電極劣化や
動作温度低下が起こっているか否か、また、どの程度起
こりつつあるか、さらに大幅な劣化発生が判断できる。
In the present invention, by using a comparison value between the current value at the time of driving two pairs of electrodes simultaneously and the current value at the time of driving one pair of electrodes,
It is determined whether or not the electrode of the sensor has slightly deteriorated or the operating temperature has decreased. In addition, it is possible to identify how much electrode deterioration and operating temperature decrease are occurring by this determination, and there is an advantage that all the deterioration can be identified by using this determination in combination. The determination using the comparison value of the current value during the simultaneous driving of two pairs of electrodes and the current value during the driving of one pair of electrodes may be performed first. Even in this case, it is possible to determine whether or not the electrode of the oxygen sensor is slightly deteriorated or the operating temperature is lowered, and to what extent the deterioration is occurring, and whether the deterioration is more significant.

【0053】なお、参考であるが、従来の2組の電極対
同時駆動時の電流のみ用いた判断では、酸素拡散通路の
劣化と大幅な電極劣化のみが判断できるが、本発明のよ
うに動作温度低下、僅かな電極劣化の判断や、さらにど
の程度起こりつつあるかの判断ができない。
As a reference, it is possible to judge only the deterioration of the oxygen diffusion passage and the significant electrode deterioration by the conventional judgment using only the current when the two pairs of electrodes are simultaneously driven. It is not possible to judge the temperature drop, slight electrode deterioration, or the extent to which it is occurring.

【0054】また、本発明において、2組の電極対同時
駆動時の電流値と1組電極対駆動時の電流の比較値を用
いた判断は、センサ製造過程におけるセンサ特性検査の
簡素化にも利用できる。センサ特性の検査には、電圧値
を変化させても一定の電流値が得られることで限界電流
が得られていると判断しているため、限界電流が得られ
る良品を識別するには、最低でも2点の測定電圧値を必
要としていた。その点、本発明は、2組の電極対同時駆
動時の電流値と1組の電極対駆動時の電流値を得た動作
電圧値が、両方とも限界電流領域にあるなら、その比較
値(たとえば、電流値を互いで除した値)は1.0近辺
(実験では精度を考慮して0.90〜1.05)にあ
る。逆に、2組の電極対同時駆動時の電流値と1組の電
極対駆動時の電流値を得た動作電圧値が両方とも限界電
流領域にないなら1.0近辺以外の値(実験ではたとえ
ば0.8以下)となる。このことから、たとえば、良品
である場合には電流比較値を0.90〜1.05、不良
品の場合には電流比較値を0.8以下とすることで、1
種類の測定電圧値で良品、不良品を識別できる。
Further, in the present invention, the judgment using the comparison value between the current value at the time of simultaneous driving of two pairs of electrodes and the current value at the time of driving one pair of electrodes can also simplify the sensor characteristic inspection in the sensor manufacturing process. Available. In the inspection of sensor characteristics, it is determined that the limit current is obtained by obtaining a constant current value even if the voltage value is changed. However, two measured voltage values were required. In this regard, the present invention provides a comparison value (when both the current value obtained when the two pairs of electrodes are driven simultaneously and the operating voltage obtained when the current value obtained when the one pair of electrodes are driven are within the limit current region, For example, a value obtained by dividing current values by each other is around 1.0 (0.90 to 1.05 in an experiment in consideration of accuracy). Conversely, if the current value obtained when the two pairs of electrodes are driven simultaneously and the operating voltage obtained when the current value obtained when driving one pair of electrodes are not in the limit current region, values other than around 1.0 (in the experiment, For example, 0.8 or less). From this, for example, by setting the current comparison value to 0.90 to 1.05 for a non-defective product and 0.8 or less for a defective product, 1
Non-defective products and defective products can be identified by the types of measured voltage values.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、酸素イオン伝導性の板状の固体電解質体と、前記固
体電解質体を挟んで対向するように形成したカソード電
極膜とアノード電極とからなる2組の電極対のそれぞれ
のカソード電極膜を1個の酸素拡散通路からの連通空間
内に配置した構成の酸素センサを備え、所定の直流電源
電圧を印加して前記2組の電極対を同時に駆動したとき
の電流値と前記1組の電極対のみを駆動したときの電流
値との比較値が、あらかじめ記憶させた設定値領域内に
あるか否かにより前記酸素センサの劣化を自己診断し、
前記電流比較値が前記設定値領域外となる場合に前記酸
素センサが劣化していると判断して警報を発するように
したことにより、酸素センサの劣化を直流電源電圧によ
る駆動で自己診断して、劣化している場合には警報を発
して知らせることができ、また本発明は、酸素イオン伝
導性の板状の固体電解質体と、前記固体電解質体を挟ん
で対向するように形成したカソード電極膜とアノード電
極とからなる2組の電極対のそれぞれのカソード電極膜
を1個の酸素拡散通路からの連通空間内に配置した構成
の酸素センサを備え、所定の直流電源電圧を印加して前
記2組の電極対を同時に駆動したときの電流値が、あら
かじめ記憶させた初期値領域内にあるか否か、および前
記2組の電極対を同時に駆動したときの電流値と前記1
組の電極対のみを駆動したときの電流値との比較値が、
あらかじめ記憶させた設定値領域内にあるか否かにより
前記酸素センサの劣化を自己診断し、前記2組の電極対
を同時に駆動したときの電流値が前記初期値領域外とな
るとき、および前記電流比較値が前記設定値領域外とな
る場合に前記酸素センサが劣化していると判断して警報
を発するようにしたことにより、酸素センサの劣化を直
流電源電圧による駆動で自己診断できるとともに、酸素
濃度の異常をも検出して安全性を高めることができる。
自己診断の結果は、センサの僅かな電極劣化や動作温度
低下の発生や、どの程度起こりつつあるかを反映したも
のである。しかも、センサは1種類の直流電源を用い
て、センサ使用中の劣化有無を簡単に自己診断できる。
As is apparent from the above description, the present invention provides a plate-like solid electrolyte body having oxygen ion conductivity, a cathode electrode film and an anode electrode formed so as to face each other with the solid electrolyte body interposed therebetween. An oxygen sensor having a configuration in which respective cathode electrode films of two sets of electrode pairs are arranged in a communication space from one oxygen diffusion passage, and applying a predetermined DC power supply voltage to the two sets of electrodes. The deterioration of the oxygen sensor is determined by whether or not the comparison value between the current value when the pair is driven simultaneously and the current value when only the one electrode pair is driven is within the set value region stored in advance. Self-diagnosis,
When the current comparison value is out of the set value range, the oxygen sensor is determined to be degraded and a warning is issued, so that the oxygen sensor is self-diagnosed for deterioration by driving with a DC power supply voltage. If the battery is deteriorated, an alarm can be issued to notify the user. Also, the present invention provides a plate-shaped solid electrolyte body having oxygen ion conductivity and a cathode electrode formed so as to face the solid electrolyte body. An oxygen sensor having a configuration in which each cathode electrode film of two pairs of electrodes consisting of a membrane and an anode electrode is disposed in a communication space from one oxygen diffusion passage, and applying a predetermined DC power supply voltage to Whether the current value when the two electrode pairs are simultaneously driven is within the initial value area stored in advance, and whether the current value when the two electrode pairs are simultaneously driven and the 1
The comparison value with the current value when driving only one set of electrode pairs is
Self-diagnosis of the deterioration of the oxygen sensor depending on whether it is within a set value area stored in advance, and when the current value when the two electrode pairs are driven simultaneously is outside the initial value area, and When the current comparison value is out of the set value range, the oxygen sensor is determined to be degraded and an alarm is issued, so that the oxygen sensor can be self-diagnosed for deterioration by driving with a DC power supply voltage, Safety can be improved by detecting an abnormal oxygen concentration.
The result of the self-diagnosis reflects the slight deterioration of the electrodes of the sensor, the decrease in the operating temperature, and the extent to which it is occurring. In addition, the sensor can easily self-diagnose whether or not the sensor has deteriorated while using the sensor by using one type of DC power supply.

【0056】また、本発明は、2組の電極対において、
一方の電極対におけるカソード電極膜の面積が他方の電
極対のカソード電極膜の面積より最大でも7倍以内にお
いて大きく、1組の電極対を駆動するときには面積の大
きい方の電極対を使用するようにしたことにより劣化検
出の信頼性を高めることができる。
Further, the present invention provides two electrode pairs,
The area of the cathode electrode film in one electrode pair is larger than the area of the cathode electrode film in the other electrode pair at most within 7 times, and when driving one set of electrode pairs, the electrode pair having the larger area is used. By doing so, the reliability of deterioration detection can be improved.

【0057】さらに、本発明の限界電流式酸素センサ
は、酸素拡散通路を固体電解質体と螺旋型スペーサの相
対向する隔壁とシール体とで囲まれる螺旋型空間に形成
したセンサ構成であるため、厚膜印刷を用いて酸素拡散
通路が形成でき、しかも電極膜も同じく厚膜印刷を用い
て形成できる。そのため、2組の電極膜が簡単に形成で
き、量産性に優れ、低コストでセンサが製造できる。
Further, the limiting current type oxygen sensor of the present invention has a sensor configuration in which the oxygen diffusion path is formed in a helical space surrounded by the solid electrolyte, the opposing partition walls of the helical spacer, and the seal. The oxygen diffusion path can be formed using thick film printing, and the electrode film can also be formed using thick film printing. Therefore, two sets of electrode films can be easily formed, the mass productivity is excellent, and the sensor can be manufactured at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の限界電流式酸素センサ装置の第1の実
施例の構成を示すブロック図
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of a limiting current type oxygen sensor device of the present invention.

【図2】同装置の動作を示すフローチャートFIG. 2 is a flowchart showing the operation of the apparatus.

【図3】本発明の限界電流式酸素センサ装置における酸
素センサの構成を示す一部切欠斜視図
FIG. 3 is a partially cutaway perspective view showing a configuration of an oxygen sensor in the limiting current type oxygen sensor device of the present invention.

【図4】本発明の限界電流式酸素センサ装置の第2の実
施例の構成を示すブロック図
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of the limiting current type oxygen sensor device of the present invention.

【図5】同装置の動作を示すフローチャートFIG. 5 is a flowchart showing the operation of the apparatus.

【図6】本発明の限界電流式酸素センサ装置における酸
素センサの特性を示す電圧電流特性図
FIG. 6 is a voltage-current characteristic diagram showing characteristics of an oxygen sensor in the limiting current type oxygen sensor device of the present invention.

【図7】本発明の限界電流式酸素センサ装置における酸
素センサの使用初期品における電流比較値を示す特性図
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a current comparison value in an initial use product of the oxygen sensor in the limiting current type oxygen sensor device of the present invention.

【図8】本発明の限界電流式酸素センサ装置における酸
素センサの動作温度低下の劣化品における特性を示す電
圧電流特性図
FIG. 8 is a voltage-current characteristic diagram showing characteristics of a deteriorated product of a decrease in operating temperature of the oxygen sensor in the limiting current type oxygen sensor device of the present invention.

【図9】本発明の限界電流式酸素センサ装置における酸
素センサの動作温度低下の劣化品における電流比較値を
示す特性図
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a current comparison value of a deteriorated product having a lowered operating temperature of the oxygen sensor in the limiting current type oxygen sensor device of the present invention.

【図10】本発明の限界電流式酸素センサ装置における
酸素センサの電極劣化品の特性を示す電圧電流特性図
FIG. 10 is a voltage-current characteristic diagram showing characteristics of an electrode-deteriorated product of the oxygen sensor in the limiting current type oxygen sensor device of the present invention.

【図11】本発明の限界電流式酸素センサ装置における
酸素センサの電極劣化品における電流比較値を示す特性
FIG. 11 is a characteristic diagram showing a current comparison value of a deteriorated electrode of the oxygen sensor in the limiting current type oxygen sensor device of the present invention.

【図12】従来の限界電流式酸素センサ装置の構成を示
す説明図
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional limiting current type oxygen sensor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 酸素イオン伝導性の板状の固体電解質体 2a カソード電極膜 2b アノード電極膜 3a カソード電極膜 3b アノード電極膜 4 螺旋型スペーサ 5 シール板 6 酸素拡散通路 8 直流電源 9 スイッチ手段 10 電流検出手段 11 電流記憶手段 12 電流比較値算出手段 13 判断手段 14 警報発生手段 15 加熱部用の電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oxygen ion conductive plate-shaped solid electrolyte body 2a Cathode electrode film 2b Anode electrode film 3a Cathode electrode film 3b Anode electrode film 4 Spiral spacer 5 Seal plate 6 Oxygen diffusion passage 8 DC power supply 9 Switch means 10 Current detection means 11 Current storage means 12 Current comparison value calculation means 13 Judgment means 14 Alarm generation means 15 Power supply for heating unit

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 酸素イオン伝導性の板状の固体電解質体
と、前記固体電解質体を挟んで対向するように形成した
カソード電極膜とアノード電極とからなる2組の電極対
のそれぞれのカソード電極膜を1個の酸素拡散通路から
の連通空間内に配置した構成の酸素センサを備え、所定
の直流電源電圧を印加して前記2組の電極対を同時に駆
動したときの電流値と前記1組の電極対のみを駆動した
ときの電流値との比較値が、あらかじめ記憶させた設定
値領域内にあるか否かにより前記酸素センサの劣化を自
己診断し、前記電流比較値が前記設定値領域外となる場
合に前記酸素センサが劣化していると判断して警報を発
するようにした限界電流式酸素センサ装置。
1. A cathode electrode of each of two pairs of electrodes comprising an oxygen ion conductive plate-shaped solid electrolyte body, and a cathode electrode film and an anode electrode formed to face each other with the solid electrolyte body interposed therebetween. An oxygen sensor having a configuration in which a membrane is disposed in a communication space from one oxygen diffusion passage, and a current value obtained when a predetermined DC power supply voltage is applied to simultaneously drive the two electrode pairs and the one set The self-diagnosis of the deterioration of the oxygen sensor is performed based on whether or not the comparison value with the current value when only the electrode pair is driven is within the set value area stored in advance. A limiting current type oxygen sensor device which determines that the oxygen sensor has deteriorated and issues an alarm when it goes outside.
【請求項2】 酸素イオン伝導性の板状の固体電解質体
と、前記固体電解質体を挟んで対向するように形成した
カソード電極膜とアノード電極とからなる2組の電極対
のそれぞれのカソード電極膜を1個の酸素拡散通路から
の連通空間内に配置した構成の酸素センサを備え、所定
の直流電源電圧を印加して前記2組の電極対を同時に駆
動したときの電流値が、あらかじめ記憶させた初期値領
域内にあるか否か、および前記2組の電極対を同時に駆
動したときの電流値と前記1組の電極対のみを駆動した
ときの電流値との比較値が、あらかじめ記憶させた設定
値領域内にあるか否かにより前記酸素センサの劣化を自
己診断し、前記2組の電極対を同時に駆動したときの電
流値が前記初期値領域外となるとき、および前記電流比
較値が前記設定値領域外となる場合に前記酸素センサが
劣化していると判断して警報を発するようにした限界電
流式酸素センサ装置。
2. The cathode electrode of each of two pairs of electrodes comprising an oxygen ion conductive plate-shaped solid electrolyte body, and a cathode electrode film and an anode electrode formed to face each other with the solid electrolyte body interposed therebetween. An oxygen sensor having a configuration in which a membrane is disposed in a communication space from one oxygen diffusion passage is provided, and a current value when a predetermined DC power supply voltage is applied to simultaneously drive the two electrode pairs is stored in advance. Whether or not the current value is within the initial value region, and a comparison value between a current value when the two electrode pairs are driven simultaneously and a current value when only the one electrode pair is driven are stored in advance. Self-diagnosis of the deterioration of the oxygen sensor depending on whether it is within the set value range, and when the current value when the two pairs of electrodes are driven simultaneously is outside the initial value range, and when the current comparison is performed. Value is the set value A limiting current type oxygen sensor device which determines that the oxygen sensor has deteriorated when it is out of the range and issues an alarm.
【請求項3】 酸素イオン伝導性の板状の固体電解質体
と、前記固体電解質体を挟んで対向するように形成した
カソード電極膜とアノード電極膜とからなる2組の電極
対と、前記固体電解質体の片側面上に、前記2組の電極
対の2個のカソード電極膜を囲んで始端と終端とが互い
に間隔を有するように設けた螺旋型スペーサと、前記螺
旋型スペーサの上部に配置して設けたシール体と、前記
固体電解質体と前記螺旋型スペーサの相対向する隔壁と
前記シール体とで囲まれる螺旋型空間により1個の酸素
拡散通路を形成した構成の酸素センサを備えた請求項1
ないし請求項2のいずれかに記載の限界電流式酸素セン
サ装置。
3. A two-electrode pair comprising an oxygen ion conductive plate-shaped solid electrolyte body, a cathode electrode film and an anode electrode film formed so as to face each other with the solid electrolyte body interposed therebetween, and A helical spacer provided on one side surface of the electrolyte body so as to surround the two cathode electrode films of the two pairs of electrodes so that a start end and an end are spaced from each other; and disposed on the helical spacer. And an oxygen sensor having a configuration in which one oxygen diffusion passage is formed by a spiral space surrounded by the partition wall of the solid electrolyte member and the spiral spacer opposed to each other and the seal member. Claim 1
3. A limiting current type oxygen sensor device according to claim 2.
【請求項4】 2組の電極対を駆動するための1個の直
流電源と、前記2組の電極対と前記直流電源との閉回路
内に配置され、前記2組の電極対を同時駆動または前記
1組の電極対のみ駆動のいずれかに切り替えるためのス
イッチ手段と、前記閉回路内に配置され、所定の直流電
源電圧を印加して前記2組の電極対を同時に駆動したと
きの電流値および前記1組の電極対のみを駆動したとき
の電流値を検出する電流検出手段と、前記2組の電極対
の同時駆動時の電流値または前記1組の電極対のみ駆動
時の電流値の少なくともいずれかを読み取って記憶する
電流記憶手段と、前記2組の電極対を同時に駆動したと
きの電流値と前記1組の電極対を駆動したときの電流値
との比較値を算出する電流比較値算出手段と、前記電流
比較値が、あらかじめ記憶させた設定値領域内にあるか
否かを判断する判断手段と、前記電流比較値が前記設定
値領域外となる場合は警報を発する警報手段とを備えた
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の限界電流式
酸素センサ装置。
4. A single DC power supply for driving two pairs of electrodes, and a DC power supply is disposed in a closed circuit between the two pairs of electrodes and the DC power supply, and simultaneously drives the two pairs of electrodes. Or a switch means for switching to driving only one of the pair of electrodes, and a current when the two pairs of electrodes are simultaneously driven by applying a predetermined DC power supply voltage and arranged in the closed circuit. Current detecting means for detecting a value and a current value when only one electrode pair is driven; a current value when simultaneously driving the two electrode pairs or a current value when only one electrode pair is driven Current storage means for reading and storing at least any one of the following: a current for calculating a comparison value between a current value obtained when the two electrode pairs are simultaneously driven and a current value obtained when the one electrode pair is driven. The comparison value calculation means, and the current comparison value is 4. A system according to claim 1, further comprising: a determination unit configured to determine whether the current comparison value is within the stored set value region, and an alarm unit configured to generate an alarm when the current comparison value is out of the set value region. The limiting current type oxygen sensor device according to any one of the above.
【請求項5】 2組の電極対を同時に駆動したときの電
流値が、あらかじめ記憶させた酸素濃度20%に対応す
る初期値領域内にあるか否かを判断する初期電流判断手
段と、前記電流値が前記初期値領域外となる場合に警報
を発する初期電流警報手段とを備えた請求項2ないし請
求項4のいずれかに記載の限界電流式酸素センサ装置。
5. An initial current judging means for judging whether or not a current value when simultaneously driving two electrode pairs is within an initial value region corresponding to a previously stored oxygen concentration of 20%, The limiting current type oxygen sensor device according to any one of claims 2 to 4, further comprising an initial current alarm unit that issues an alarm when a current value is out of the initial value range.
【請求項6】 2組の電極対において、一方の電極対に
おけるカソード電極膜の面積が他方の電極対のカソード
電極膜の面積より最大でも7倍以内において大きく、1
組の電極対を駆動するときには面積の大きい方の電極対
を使用するようにした請求項1ないし請求項4のいずれ
かに記載の限界電流式酸素センサ装置。
6. In two electrode pairs, the area of the cathode electrode film in one electrode pair is larger than the area of the cathode electrode film in the other electrode pair by at most 7 times or less.
5. The limiting current type oxygen sensor device according to claim 1, wherein when driving a pair of electrode pairs, an electrode pair having a larger area is used.
【請求項7】 2組の電極対のアノード電極膜を1体に
構成して共通な1個のアノード電極膜として構成した請
求項1ないし請求項5のいずれかに記載の限界電流式酸
素センサ装置。
7. The limiting current type oxygen sensor according to claim 1, wherein the anode electrode films of the two electrode pairs are formed as a single body and configured as one common anode electrode film. apparatus.
【請求項8】 常用動作電圧値における所定時間経過後
の電流値を用いて判断するようにした請求項1ないし請
求項8のいずれかに記載の限界電流式酸素センサ装置。
8. The limiting current type oxygen sensor device according to claim 1, wherein the determination is made using a current value after a lapse of a predetermined time in a normal operating voltage value.
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