JP3836227B2 - ガス検出方法およびガス検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被測定ガス中の特定の成分ガスを検出するガス検出方法およびガス検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両等の内燃機関では、排気エミッションを改善するため、例えば混合気の空気燃料比が理論空気燃料比になるように燃料の噴射量等をフィードバック制御した後、内燃機関から排出される排気ガス中の排気エミッションを三元触媒コンバータにより除去するようにした排気エミッション制御技術が採用されている。近年、排気エミッションの規制が強化され、米国では既に自己診断規制（略称ＯＢＤ−ＩＩ）が開始し、三元触媒コンバータ等の排気エミッション抑制関連部品の故障を検知してドライバーに認識させることが義務付けられ、ドライバーも故障した排気エミッション抑制関連部品の修理が義務付けられるようになった。
【０００３】
三元触媒コンバータの劣化診断技術としては、排気管の三元触媒コンバータの上流および下流にそれぞれ酸素濃度センサを設けたいわゆる２Ｏ₂ センサシステムが知られている。しかしながら排気ガス規制の強化が上記ＯＢＤ−ＩＩのＬＥＶ（Ｌow Ｅmission Ｖehcle ）からＵＬＥＶ（Ｕltra Ｌow Ｅmission Ｖehcle ）へと進むと、２つの酸素濃度センサの信号差から間接的に浄化率を検知する２Ｏ₂ センサシステムでは検出精度が不十分である。そこで窒素酸化物（ＮＯ_x ）等の排気エミッションを直接検出するガス検出技術の必要性が高まっている。
【０００４】
上記排気エミッション等、検出対象である成分ガスを直接検出するガス検出技術としては、特表平７−５０１１４５号公報に記載のガス混合物中の少量のＮＯ_x を測定する方法がある。この方法では、被測定ガスがＮＯ_x を含む場合と含まない場合とで電気抵抗が異なる半導体センサを使用し電気抵抗の差に基づいてＮＯ_x の濃度を測定するようにしている。しかし十分検出感度の高い半導体センサを調製するのは容易ではなく実用的ではない。
【０００５】
実用的なガス検出技術としては、酸素イオン導電性の固体電解質材の両面に被測定ガスに曝露する電極と基準の酸素濃度の基準ガスに曝露する電極とよりなる一対の電極を形成し電極間に発生する起電力等の変化を利用する固体電解質式ガス検出技術が種々、提案され、広く実用化されている。特開平８−２７１４７６号公報には、図１７に示すＮＯ_x 検出原理が開示されている。ＮＯ_x センサＳは、被測定ガスが第１拡散律速通路Ｓ１を通り第１内部空所Ｓ２に導入される。第１内部空所Ｓ２を、被測定ガスのＮＯ_x 濃度に影響を与えず、かつＮＯ_x 濃度が変化しない酸素濃度に第１ポンプセルＳ３で調整する。さらに調整された第１内部空所Ｓ２内の雰囲気を第２拡散律速通路Ｓ４を通して第２内部空所Ｓ５に導き、第２ポンプセルＳ６でＮＯ_x を分解し、第２ポンプセルＳ６の電流値からＮＯ_x 濃度を得ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記特開平８−２７１４７６号公報記載の技術は、第１拡散律速通路Ｓ１から導入された被測定ガスはその流通が制限される第２拡散律速通路Ｓ４を通って第１内部空所Ｓ２から第２内部空所Ｓ５へと流入しなければならないから、検出感度が小さく、検出応答性も十分ではない。単純に第２律速通路Ｓ４を取り除けば、酸素を排出する２つのポンプセルＳ３とＳ６とが干渉し、検出誤差が大きくなってしまうという問題がある。
【０００７】
そこで本発明は、高い検出感度と、高い応答性とが得られる実用的なガス検出方法およびガス検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、特定ガスとしてのＮＯ x と反応する一定量の可燃性ガスが存在する室に、未知量のＮＯ x が含まれる被測定ガスを所定の拡散抵抗の下に導入し、室内から酸素を汲みだす。室において上記可燃性ガスを、ＮＯ x と反応せしめるとともに、供給した酸素により燃焼せしめる。酸素の消費量に基づいて燃焼した可燃性ガスの量が知られる。上記一定量から燃焼した可燃性ガスの量を減じＮＯ x の成分量を求める。
【０００９】
かかる方法によれば室において一方では酸素が汲みだされ、他方では酸素が供給され、供給された酸素は可燃性ガスにより消費されるので、単一の室であっても両作用が干渉し合うことが防止される。しかして高い検出感度や検出応答性が得られる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、上記被測定ガス中の水を電気分解して可燃性ガスである水素を発生せしめるとともにその発生量を制御して可燃性ガスの量を一定量に保つ。
【００１１】
かかる方法によれば被測定ガス中の可燃性ガスの量が大きく変動しても室内の可燃性ガスの量は一定量に保たれ、高い検出精度を得ることができる。
【００１２】
請求項３記載の発明では、水を含む被測定ガスが拡散抵抗を有する被測定ガス導入路を介して導入される室と、基準の酸素濃度の基準ガスが導入されるダクトと、室内の可燃性ガスの量を調整する水素発生部と、室内に面した電極表面をいわゆるストイキ状態に維持するＮＯ x 検知セルとを備えている。水素発生部は、室壁の一部を構成する部分安定化ジルコニアを基材とする固体電解質材シートの両面に一対の電極を形成した電気化学セルでなり、電極間に電源から所定の電圧を印加して室内の酸素を室外へ移動せしめる分解セルを有する。分解セルの室内に面した電極は、測定しようとするＮＯ x に対して不活性に調製する。分解セルの印加電圧を、室内に面した電極の表面において被測定ガス中の水を電気分解して水素を発生可能な電圧に設定し、発生する水素により室内の可燃性ガスの量を調整する。ＮＯ x 検知セルは、室壁の一部を構成する部分安定化ジルコニアを基材とする固体電解質材シートの両面に、一対の電極を一方の電極が室内に面し他方の電極が上記ダクト内に面して形成した電気化学セルでなり、電極間に通電して室外から室内へ可燃性ガス量に応じた酸素を供給し室内に面した電極表面をいわゆるストイキ状態に維持し、電極間に供給酸素量に応じた電流を流す。ＮＯ x 検知セルの室内に面した電極は、ＮＯ x および可燃性ガスに対して活性に調製し、上記電極表面において上記水素を含む可燃性ガスを、ＮＯ x と反応せしめＮＯ x の量だけ可燃性ガスの量を減らし、残りの可燃性ガスを上記供給された酸素と燃焼せしめる。酸素の供給量に応じて流れるＮＯ x 検知セルの電流を電流検出手段が検出する。
【００１３】
上記構成において、ＮＯ x 検知セルは室内へストイキすなわち理論空気燃料比となる酸素を供給するから、酸素の供給量は、可燃性ガスを減らすＮＯ x の量に応じて変化する。酸素の供給量は電流検出手段により検出される電流から求められ、ＮＯ x の量が検出できる。
【００１４】
かかる構成では水素発生部の分解セルが室内の酸素を汲みだす一方、ＮＯ x 検知セルが、室内に存在する可燃性ガスの量だけ酸素を室内に供給する。供給された酸素は可燃性ガスにより過不足なく消費される。しかして水素発生部の酸素汲みだし作用と、ＮＯ x 検知セルの酸素供給作用が干渉しない。室は一つであるから良好な検出感度や検出応答性が得られる。
【００１５】
請求項４記載の発明では、上記水素発生部は、上記室とは別に設けられ、被測定ガスが拡散抵抗を有する被測定ガス導入路を介して導入される副室と、酸素を室内から室外へ移動せしめる酸素ポンプセルとを具備する構成とする。酸素ポンプセルは、副室壁の一部を構成する部分安定化ジルコニアを基材とする固体電解質材シートの両面に一対の電極を形成し、電極間に所定の電圧を印加して酸素を室内から室外へ移動せしめる電気化学セルでなり、印加電圧を、電極間に上記被測定ガス導入路の拡散抵抗で律速される限界電流が流れる電圧に設定する。上記分解セルの印加電圧は、分解セルの電極間に酸素ポンプセルの電極間を流れる限界電流に対応した分解セルの限界電流よりも予め設定した所定値大きい電流が流れるように調整可能とする。
【００１６】
分解セルは、水の電気分解が生じている状態では室側の被測定ガス導入路より流入する酸素と等量の酸素と電気分解により生じた酸素とを室外へ汲みだしている。被測定ガス導入路より流入する酸素と等量の酸素は酸素ポンプセルの限界電流より知られる。しかして被測定ガスの酸素濃度が変動し被測定ガス導入路より流入する酸素の量が変化しても水の電気分解により発生する水素の量が影響を受けない。
【００１７】
請求項５記載の発明では、上記水素発生部は、上記室と上記被測定ガス導入路間に形成され、これらと連通する前室と、前室内から室外へ移動せしめる酸素ポンプセルとを具備する構成とする。酸素ポンプセルは、前室壁の一部を構成する部分安定化ジルコニアを基材とする固体電解質材シートの両面に一対の電極を形成し、電極間に電圧を印加して酸素を前室内から室外へ移動せしめる電気化学セルでなり、印加電圧を、電極間に上記被測定ガス導入路の拡散抵抗で律速される限界電流が流れる電圧に設定する。上記酸素ポンプセルの印加電圧は、分解セルの電極間に流れる電流が一定となるように調整可能とする。
【００１８】
かかる構成では被測定ガス導入路から流入する酸素と等量の酸素は酸素ポンプセルにより汲みだされている。したがって分解セルの電極間に流れる電流を一定にすることで、被測定ガスの酸素濃度が変動しても水の電気分解により発生する水素の量が影響を受けない。
【００１９】
請求項６記載の発明では、上記水素発生部は、上記室とは別に設けられ被測定ガスが拡散抵抗を有する被測定ガス導入路を介して導入される副室と、副室の酸素濃度を検知する酸素検知セルと、副室の外と内とで酸素を移動せしめる酸素ポンプセルとを有する構成とする。酸素検知セルは、副室壁の一部を構成する部分安定化ジルコニアを基材とする固体電解質材シートの両面に、一対の電極を一方の電極が室内に面し他方の電極が上記ダクト内に面して形成した電気化学セルでなり、副室の酸素濃度を電極間に発生する起電力から検出する。酸素ポンプセルは、副室壁の一部を構成する部分安定化ジルコニアを基材とする固体電解質材シートの両面に一対の電極を形成し、電極間に電圧を印加して副室の外と内とで酸素を移動せしめる電気化学セルでなり、印加電圧は、酸素検知セルにより検出される起電力が一定となるように調整可能とする。上記分解セルの印加電圧は、酸素ポンプセルの電極間を流れる限界電流に対応した分解セルの限界電流よりも予め設定した所定値大きい電流が流れるように調整可能とする。
【００２０】
酸素検知セルの検出信号により酸素ポンプセルの印加電圧が調整され、副室内の酸素濃度を一定に保つから、被測定ガスがリッチ状態でも酸素ポンプセルの限界電流が知られる。しかして請求項４記載の発明のごとく被測定ガスの空気燃料比によらず被測定ガスの酸素濃度が変動しても水の電気分解により発生する水素の量が影響を受けない。
【００２１】
請求項７記載の発明では、上記酸素ポンプセルの室内に面した電極を被測定ガスに含まれる可燃性ガスに対して活性に調製することで、被測定ガスに含まれる可燃性ガスの量に応じて限界電流が小さくなるから、被測定ガスに元々含まれていた可燃性ガスと水の電気分解により発生した可燃性ガス（水素）との総量が、被測定ガスに含まれる可燃性ガスの量が変動しても一定量となり、ＮＯ x の検出精度が向上する。
【００２２】
請求項８記載の発明では、上記水素発生部は室内の可燃性ガスの量を検出する可燃性ガス検知セルを有する構成とする。可燃性ガス検知セルは、上記室壁の一部を構成する部分安定化ジルコニアを基材とする固体電解質材シートの両面に、一対の電極を一方の電極が室内に面し他方の電極が上記ダクト内に面して形成した電気化学セルでなり上記室に面した電極を可燃性ガスに活性な電極で構成する。上記分解セルの印加電圧は、可燃性ガス検知セルにより検出された起電力が予め設定した所定値となるように調整可能とする。
【００２３】
上記室に面した可燃性ガスに活性な電極では可燃性ガスが酸素を消費して室内の可燃性ガスの量に応じて酸素濃度が減少し、可燃性ガス検知セルの電極間に発生する起電力が低下する。しかして可燃性ガス検知セルの起電力を一定に保つように分解セルの印加電圧を調整し水素の発生量を制御することで、室内の可燃性ガスの量が一定量に保たれる。
【００２４】
請求項９記載の発明では、上記水素発生部は、分解セルの分極を検出する分極検出セルを有する構成とする。分極検出セルは、上記分解セルを構成する固体電解質材シートの一面に形成され基準酸素濃度の基準ガスが曝露する基準の電極と上記室内に面した電極と上記分解セルの固体電解質材シートとで構成し、基準電極と分解セルの室内に面した電極間の電圧から上記電極の分極を検出する構成とする。上記分解セルの印加電圧は、分極検出セルにより検出された上記電圧が予め設定した所定値となるように調整可能とする。
【００２５】
上記分解セルの電極にはオーム損による電圧降下が生じる。このため室内の酸素が汲みだされた後も、水の電気分解の量に応じた電流増加で分極検出セルにより検出される電圧が増加し、これより水素の発生量を制御することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に本発明のガス検出装置を示す。ガスセンサ１は筒状ハウジングＨ内に絶縁材に外周を保持せしめて収容されている。ガスセンサ１は細長い平板状で、その先端部（図の下端部）は、ハウジングＨより突出して図の下方に延び、ハウジングＨの下端に固定される容器状の排気カバーＨ１内に収容されている。排気カバーＨ１は、ステンレススティール製の内部カバーＨ１１と外部カバーＨ１２の二重構造となっており、これらカバーＨ１１，Ｈ１２の側壁には、被測定ガスである排気ガスを排気カバーＨ１内に取り込むための排気口Ｈ１３，Ｈ１４がそれぞれ形成してある。
【００２７】
ハウジングＨの上端には、筒状のメインカバーＨ２１とその後端部を被うサブカバーＨ２２とからなる大気カバーＨ２が固定されている。これらメインカバーＨ２１およびサブカバーＨ２２は、その側壁の対向位置の大気口Ｈ２３，Ｈ２４をそれぞれ有して、これら大気口Ｈ２３，Ｈ２４より基準ガスである大気を大気カバーＨ２内に取り込むようになしてある。また、メインカバーＨ２１とサブカバーＨ２２の間には、大気口Ｈ２３，Ｈ２４の形成位置に防水のために撥水性のフィルタＨ２５が設置してある。
【００２８】
大気カバーＨ２は上端が開口しており、ガスセンサ１の後端部に接続するリード線Ｈ３がこの上端開口より外部に延びている。
【００２９】
図２にガスセンサ１の断面を示し、図３にガスセンサ１を分解したものを示す。
【００３０】
ガスセンサ１は、排気カバーＨ１（図１）内に流入した排気ガスが導入される室１０２、副室１０４、大気口Ｈ２３，Ｈ２４から取り入れられた大気が流入するダクト１０５、分解セルたるＨ₂ Ｏ分解セル２、ＮＯx 検知セル３、酸素ポンプセル４、これらを加熱するヒータ５を有し、これらの構成要素が積層構造を有している。この積層構造は、部分安定化ジルコニアを基材とする固体電解質材シート（以下、固体電解質材と略称する）１１，１３，１８、アルミナ等製のスペーサ１２，１４，１７、ヒータ絶縁シート１５、ヒータシート１６等のシート状の部材からなる。
【００３１】
固体電解質材１１と固体電解質材１３とではさまれたスペーサ１２には長方形の抜き穴１２１が形成してあり、室１０２がスペーサ１２、固体電解質材１１，１３を室壁として形成される。固体電解質材１１および後述する電極２１，２２には、これらを貫通して室のほぼ中央位置に所定の径の被測定ガス導入路たるピンホール１０１が形成してあり、排気ガスが室１０２に導入されるようになっている。ピンホール１０１におけるガスの流通はその拡散抵抗により制限される。
【００３２】
固体電解質材１３とヒータ絶縁シート１５を隔てるスペーサ１４には抜き穴１４１が形成してある。抜き穴１４１は、四角形の抜き穴１４１ａとこれよりセンサ１長手方向に基端まで延びるスリット状の抜き穴１４１ｂとからなる。抜き穴１４１ａはスペーサ１２の抜き穴１２１と同じ形状で、かつ同位置に形成される。ダクト１０５が抜き穴１４１により固体電解質材１３、ヒータ絶縁シート１５等をダクト壁として形成され、ダクト１０５は、これに大気口Ｈ２３，Ｈ２４（図１）より取り入れられた大気が流入することにより常時、基準酸素濃度の雰囲気となっている。
【００３３】
またこれらシート部材の、ヒータ５の下部に設けられるスペーサ１７、固体電解質材１８は、上記スペーサ１２、固体電解質材１１と同じもので、固体電解質材１８とヒータシート１６を隔てるスペーサ１７には、スペーサ１２の抜き穴１２１と同じ形状で、かつ同位置に抜き穴１７１が形成してある。抜き穴１７１により副室１０４がスペーサ１７、固体電解質材１８、ヒータシート１６を室壁として形成される。固体電解質材１８および後述する電極４１，４２には、これらを貫通して室１０４のほぼ中央位置に所定の径の被測定ガス導入路たる第２のピンホール１０３が形成してあり、排気ガスが室１０４に導入されるようになっている。第２のピンホール１０３は径が第１のピンホール１０１と同じもので、拡散抵抗が第１のピンホール１０１と同じである。
【００３４】
固体電解質材１１の両面には室１０２位置に一対の上記電極２１，２２が形成してある。Ｈ₂ Ｏ分解セル２は固体電解質材１１と、電極２１，２２とで、ガスセンサ１外部と室１０２内間で酸素を移動せしめる電気化学セルを構成する。電極２１，２２はスペーサ１２の抜き穴１２１のほぼ同じ大きさの平板である。室１０２内に面した電極２２は、白金（Ｐt ）に金（Ａu ）を１〜５％添加した多孔質電極が好適に用いられ、ＮＯx に対しては不活性で、Ｏ₂ には活性としてある。添加の方法としては、Ｐt 粉とＡu 粉とを混合したり、Ｐt とＡu とを合金化するといった手法が用いられ得る。またＰt の粒径を大きくして表面積を下げた電極を用いることもできる。室１０２外に面した電極２１は通常のＰt 多孔質電極が用いられる。
【００３５】
Ｈ₂ Ｏ分解セル２の電極２１，２２には電源９１が接続され、電極２１，２２間に、外部側の電極２１が正となるように電圧が印加されるようになっている。電源９１は電圧可変で、印加電圧はＨ₂ Ｏ分解セル２とともに水素発生部１ａを構成する、後述する酸素ポンプセル４の電流を検出する電流センサ９５からの電流信号に基づいて調整される。
【００３６】
固体電解質材１３の両面には室１０２位置に一対の電極３１，３２が形成してある。ＮＯx 検知セル３は固体電解質材１３と、電極３１，３２とで基準酸素濃度ガス雰囲気となっているダクト１０５と室１０２間で酸素を移動せしめる電気化学セルを構成する。電極３１，３２はスペーサ１２，１４の抜き穴１２１，１４１とほぼ同じ大きさの平板である。室１０２内に面した電極３１には通常のＰt 多孔質電極が用いられ、ＮＯ_x に対して活性としてある。ダクト１０５に面した電極３２は例えば電極３１と同じＰt 多孔質電極が用いられる。
【００３７】
ＮＯx 検知セル３の電極３１，３２には電源９２が接続され、電極３１，３２間に、ダクト１０５側の電極３２が正となるように一定の電圧が印加されるようになっている。またＮＯx 検知セル３と電源９２間の通電線の途中には電流センサ９３が設けられて電極３１，３２間に流れる電流を検出するようになっている。
【００３８】
固体電解質材１８の両面には第２の室１０４位置に一対の電極４１，４２が形成してあり、Ｈ₂ Ｏ分解セル２と実質的に同じ構成の電気化学セルである酸素ポンプセル４が構成される。室１０４内に面した電極４２は、Ｈ₂ Ｏ分解セル２の電極２２と同じもので、ＮＯx に対しては不活性で、Ｏ₂ 、可燃性ガス（Ｈ₂ 、ＨＣ、ＣＯ等）には活性としてある。
【００３９】
酸素ポンプセル４の電極４１，４２には電源９４が接続され、電極４１，４２間に、外部側の電極４１が正となるように一定の電圧が印加されるようになっており、いわゆる限界電流式の酸素濃度センサとして働く。また酸素ポンプセル４と電源９４間を結ぶ通電線の途中には電流センサ９５が設けてあり、電極４１，４２間を流れる電流を検出するようになっている。
【００４０】
ヒータ５は、ヒータシート１６の上面にヒータ線５１が形成されたものである。ヒータ線５１には通常のＰt ヒータ線が用いられる。
【００４１】
電極２１，２２，３１，３２よりリード２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａがガスセンサ１基部に向けて延び、ガスセンサ１の上面すなわち固体電解質材１１の上面に形成した端子部１Ａの各端子と直接またはスルーホール１１２，１２２，１３２を介して接続されている。電極４１，４２、ヒータ線５１よりリード４１ａ，４２ａ，５１ａがガスセンサ１基部に向けて延び、ガスセンサ１の下面すなわち固体電解質材１８の下面に形成した端子部１Ｂの各端子と直接またはスルーホール１６２，１７２，１８２を介して接続されている。上記リード２１ａ，２２ａ等には、これらと固体電解質材１１等とで形成される寄生セルが形成されないように固体電解質材１１等と上記リード２１ａ，２２ａ等の間にアルミナ等の絶縁層を形成しておくのがよい。
【００４２】
またＨ₂ Ｏ分解セル２、酸素ポンプセル４の外部側の電極２１，４１を被覆するアルミナ等からなる多孔質保護層１９１，１９２が形成してあり、電極２１，４１の被毒やピンホール１０１，１０３が排気ガスに含まれるスス等で目詰まりすることを防止している。
【００４３】
なおアルミナ製のスペーサ１２，１４，１７、ヒータ絶縁シート１５、ヒータシート１６は、固体電解質材シートとともにドクターブレード法等で作られる。勿論製法はこれに限定されるものではなく押し出し成型法、射出成型法等が用いられ得る。またスペーサ１２，１４，１７、ヒータ絶縁シート１５はスクリーン印刷で形成してもよい。固体電解質材１１，１３，１８の厚さは、５０〜３００μｍの範囲とするのがよい。ただし電気抵抗とシート強度との兼ね合いを考慮すると、１００〜３００μｍ の範囲とするのが望ましい。固体電解質材１１，１３，１８には、固体電解質材式のガスセンサにおいて広く用いられるＹ₂ Ｏ₃ −Ｚr Ｏ₂ 系の部分安定化ジルコニアが好適である。また電極２１，２２等、ヒータ線５１はスクリーン印刷により形成される。
【００４４】
なお排気ガスを両室１０２，１０４へピンホール１０１，１０３により導入するのではなく、多孔質体により導入してもよい。あるいはスペーサ１２，１７に、室１０２、室１０４を形成する抜き穴１２１，１７１から先端にかけてスリット状の細い切り欠き部を形成しこれにより導入してもよい。
【００４５】
上記ガス検出装置の作動を説明する。排気ガスが排気カバーＨ１内に流入しガスセンサ１のピンホール１０１，１０３を通って両室１０２，１０４に導入される。
【００４６】
Ｈ₂ Ｏ分解セル２および酸素ポンプセル４には各電源９１，９４から外部側の電極２１，４１を正として電圧が印加され、電極２１，２２および４１，４２間に酸素イオンをキャリアとする電流が流れ、室１０２、室１０４内の酸素が汲みだされる。図４はＨ₂ Ｏ分解セル２および酸素ポンプセル４における、印加電圧と電流の特性を示している。両セル２，４は、ピンホール１０１，１０３の拡散抵抗が同じである等、同一の構成を有するので実質的に同一の特性を示す。
【００４７】
図４において、印加電圧がある程度上昇すると室１０２、室１０４内への酸素の流入がピンホール１０１，１０３の拡散抵抗で律速され、電流値が電圧値に殆ど依存せず平坦になる限界電流となる（酸素限界電流域）。
【００４８】
酸素ポンプセル４の電源９４は印加電圧が酸素限界電流域となるように設定し、酸素ポンプセル４をいわゆる限界電流式の酸素センサとして作動せしめる。しかして酸素ポンプセル４の電流Ｉ₁ は排気ガス中の酸素濃度に依存した値となるが、室１０４内に面した電極４２表面において、排気ガスに含まれる可燃性ガス（Ｈ₂ 、ＨＣ、ＣＯ等）が燃焼することで酸素が消費され、電流Ｉ₁ は、室１０４内に導入される排気ガスに含まれる可燃性ガスが燃焼した後に残った酸素量に応じた値となる。
【００４９】
なお酸素ポンプセル４の印加電圧は排気ガスの最大酸素濃度において限界電流が観察し得る電圧に設定するが、排気ガスの酸素濃度の変動幅が大きいときには、電源９４は、排気ガスの酸素濃度に応じて、すなわち電流センサ９５の検出電流に応じて印加電圧が可変な構成とすることもできる。
【００５０】
図４において、さらに印加電圧を上げると排気ガス中の水（Ｈ₂ Ｏ）が電極上で電気分解して可燃性ガスである水素（Ｈ₂ ）と、酸素（Ｏ₂ ）とを発生する。この電気分解に係るＯ₂ は固体電解質材１１を通って室１０２外へ汲みだされ、印加電圧に応じて電流が増加する（水分解域）。
【００５１】
Ｈ₂ Ｏ分解セル２の電源９１の印加電圧Ｖ₂ はＨ₂ Ｏ分解セル２を水分解域で作動せしめる電圧で、Ｈ₂ Ｏ分解セル２の電極２１，２２間に酸素ポンプセル４の電流Ｉ₁ よりも所定電流Ｉ₂ 大きい電流（Ｉ₁ ＋Ｉ₂ ）が流れるように調整する。すなわちピンホール１０１から導入される排気ガスの酸素濃度や可燃性ガス濃度が大きく変動しても、Ｈ₂ Ｏ分解セル２には常に酸素ポンプセル４よりも所定電流Ｉ₂ 大きい電流が流れる。
【００５２】
さてＨ₂ Ｏ分解セル２は、電気分解に係るＯ₂ の他に、ピンホール１０３から室１０４に流入するＯ₂ と等量のＯ₂ を汲みだしている。一方、酸素ポンプセル４の電流Ｉ₁ は、上記のごとく室１０４内に導入される酸素から排気ガスに含まれる可燃性ガスの燃焼に供された酸素量を減じた値をとるから、結局、室１０２内に発生または残存する可燃性ガスの量は、Ｈ₂ Ｏ分解セル２と酸素ポンプセル４の電流差であるＩ₂ に比例し、ピンホール１０１から導入される排気ガスに含まれる可燃性ガスの量に依存せず一定量となる。
【００５３】
なお所定電流Ｉ₂ は測定しようとするＮＯ_X 測定範囲にもよるが、ＮＯ_X 測定範囲を大きくとるには固体電解質材１１を還元しない範囲で大きな値に設定するのが望ましい。
【００５４】
一方、ＮＯ_X 検知セル３の室１０２内側の電極３１表面では、これがＮＯ_X に対して活性に調製してあるから、室１０２内に流入する排気ガスに含まれるＮＯ_X が電気分解により発生したＨ₂ と次式（１）のように反応し安定な窒素（Ｎ₂ ）とＨ₂ Ｏになる。
２ｘＨ₂ ＋２ＮＯ_x →Ｎ₂ ＋２ｘＨ₂ Ｏ……（１）
【００５５】
この結果、電極３１表面においてＨ₂ はＮＯ_x 成分量に応じた分、減少する。ＮＯ_x と反応しなかった残りのＨ₂ は、電流センサ９３により検出されるＮＯ_x 検知セル３の電流から求める。以下にこのＮＯ_x 検知セル３の作動について説明する。
【００５６】
電源９２からは、ＮＯ_x 検知セル３の電極３１，３２間にダクト１０５に面した電極３２側が正となるように電圧を印加する。図５はＮＯ_x 検知セル３の印加電圧と電極３１，３２間に流れる電流の特性を示すもので、実線が排気ガスがＮＯ_x を含まない場合で、破線が排気ガスがＮＯ_x を含む場合である。
【００５７】
ＮＯ_x 検知セル３の電極３１，３２間には、室１０２内とダクト１０５間の酸度濃度差により、ダクト１０５に面した電極３２側が正となるように５００〜９５０ｍＶの起電力が発生する。電源９２の印加電圧と酸度濃度差による起電力とが釣り合うところでは電流値は０であり、この近傍の電圧値では電極３１表面は酸素が少なくリッチ状態である。酸素がダクト１０５側より室１０２内へ汲み入れられて電流は印加電圧に対して逆方向に流れる負の電流となる。印加電圧がさらに低く例えば４００〜５００ｍＶになると負の電流が増大し、電極３１表面はストイキ状態となり、電流は印加電圧に対して平坦になる（水素限界電流域）。さらに低い印加電圧では、ダクト１０５側より室１０２内へと移動する酸素の量がさらに増加し電極３１表面がリーン状態になって再び負の電流値が増大する。
【００５８】
電源９２の印加電圧は、水素限界電流域となる電圧Ｖ₃ とする。しかしてＮＯx がない場合には、室１０２内に満たされる可燃性ガスとダクト１０５側より室１０２へと移動する酸素の量とが釣り合い、可燃性ガスと酸素とが電極３１表面において過不足なく反応し、このときの電流Ｉ₃ は、室１０２内に存在する一定量の可燃性ガスに比例したものとなる。そして排気ガスがＮＯx を含み可燃性ガスがＮＯx との上記反応により減少すると、減少したＨ₂ の量だけＮＯx 検知セル３においてダクト１０５側から室１０２内へ汲み入れられる酸素の量が減少し電流はＩ₃ ＋Ｉ_N となる（破線）。このＩ_N がＮＯx 成分量の検出出力となる。
【００５９】
このように本発明のガス検出装置では排気ガス中のＮＯ_x 成分量を検出することができる。しかも室１０２内はＨ₂ Ｏ分解セル２によりＯ₂ が汲みだされ、室１０２内にＮＯ_x 検知セル３により供給されるＯ₂ は、室１０２内に存在する可燃性ガスの量に相当する量だけであり、可燃性ガスと過不足なく反応して消失するから、室１０２内をＨ₂ Ｏ分解セル２側とＮＯ_x 検知セル３側とに分離しなくともＨ₂ Ｏ分解セル２の作動とＮＯ_x 検知セル３の作動とが干渉しない。しかして精度よく排気ガス中のＮＯ_x の成分量を検出することができ、しかも室１０２内を分離しないから検出感度や検出応答性が高いものとなる。
【００６０】
図６にガス検出装置の検出出力の一例を示す。実線が本発明のもので、破線が図１７のタイプの従来のガス検出装置のものである（従来例）。本発明では室内をＨ₂ Ｏ分解セル側とＮＯ_x 検知セル側とに分離する必要がないので、従来例に比して１０倍近い検出感度が得られた。
【００６１】
なおＮＯ_x 検知セル３に流れる電流の大きさの最大は｜Ｉ₃ ｜であるから、ＮＯ_x 検知セル３の、ダクト１０５の拡散抵抗で律速される限界電流が｜Ｉ₃ ｜以上となるようにダクト１０５は、拡散抵抗を十分大きなものとするのが望ましい。
【００６２】
またピンホール１０１，１０３の径等を同じにすることで、Ｈ₂ Ｏ分解セル２と酸素ポンプセル４とは電圧−電流特性を同じにしているが、両セル２，４を異なる特性にした場合には電流センサ９５による検出電流を換算して電流Ｉ1 を得る必要がある。
【００６３】
（第２実施形態）
図７、図８に第２の実施形態を示す。水素発生部１ａを図２、図３のものに代えて別の構成としたものである。図中、図２、図３と同一番号を付したものは実質的に同じ作動をするので第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６４】
本実施形態の構成はシート状部材が、第１実施形態の、ヒータシート１６より下側部分のない積層数の少ない構成である。
【００６５】
第１のスペーサ１２には、２つの同一形状の四角形の抜き穴１２３，１２４が形成してあり、抜き穴１２３，１２４を隔てる肉部には、両抜き穴１２３，１２４をつなぐ切り欠き１２５が形成されている。抜き穴１２３，１２４によりスペーサ１２、固体電解質材１１、１３を室壁として、２つの互いに連通する前室１０６、室１０７が形成される。酸素ポンプセル４は電極４２が前室１０６に面して形成され、Ｈ₂ Ｏ分解セル２は電極２２が室１０７に面して形成してある。
【００６６】
ピンホール１０１から導入された排気ガスは前室１０６を通って室１０７に流入するようになっている。
【００６７】
第２のスペーサ１４の四角形の抜き穴１４１ａはＨ₂ Ｏ分解セル２の室１０７位置に形成され、ＮＯ_x 検知セル３の電極３１，３２が固体電解質材１３の両面に形成される。
【００６８】
Ｈ₂ Ｏ分解セル２の電源９１Ａは、電極２１，２２間に、外部側の電極２１が正となるように予め設定した一定の電圧が印加されるようになっている。印加電圧はＨ₂ Ｏ分解セル２を水分解域で作動せしめる電圧で５００〜９５０ｍＶが望ましい。Ｈ₂ Ｏ分解セル２と電源９１Ａとを接続する通電線の途中には電流センサ９６が設けてあり、Ｈ₂ Ｏ分解セル２の電流を検出するようになっている。
【００６９】
酸素ポンプセル４の電源９４Ａは、電極４１，４２間に、外部側の電極４１が正となるように電圧が印加されるようになっている。電源９４Ａは電圧可変で、印加電圧はＨ₂ Ｏ分解セル２の電流を検出する電流センサ９６からフィードバックされる電流信号に基づいて調整され、Ｈ₂ Ｏ分解セル２に予め設定した所定の電流が流れるようになっている。ここで所定電流は酸素ポンプセル４の電極４１，４２間に流れる電流がピンホール１０１で拡散律速された限界電流となるように設定する。
【００７０】
しかしてＨ₂ Ｏ分解セル２が、水分解域において電流が一定に制御されているから、室１０７に第１実施形態のごとく一定量の可燃性ガスを発生または残存せしめることができ、ＮＯ_x 検知セル３は第１実施形態と同様の作動をし、ＮＯ_x 成分量を測定することができる。またシート部材の積層数を減らすことで製造工程を簡略化できる。
【００７１】
（第３実施形態）
図９、図１０に第３の実施形態を示す。第１、第２実施形態は排気ガスがリーン側での使用を前提としたものであるが、本実施形態は、図２、図３の第１実施形態の構成をベースにリッチ側での使用も可能な構成としたもので、水素発生部１ａは、Ｈ₂ Ｏ分解セル２、酸素ポンプセル４、酸素検知セル６を備えている。図中、図２、図３と同一番号を付したものは実質的に同じ作動をするので第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００７２】
本実施形態の構成では、スペーサ１２には、室１０２を形成するための抜き穴１２１に加えてこれに並んで別の抜き穴１２６が形成してあり、抜き穴１２６によりスペーサ１２、固体電解質材１１，１３を室壁として副室１０４が形成され、固体電解質材１１の両面には室１０４位置に酸素ポンプセル４の電極４１，４２が形成される。このように酸素ポンプセル４をＨ₂ Ｏ分解セル２と同じ固体電解質材１１により構成することで、シート部材の積層数を減らすことができる。
【００７３】
またダクト１０５を形成する第２のスペーサ１４の抜き穴１４１は、四角形部分１４１ａが第１のスペーサ１２の２つの抜き穴１２１，１２６を連結したのと略同じ形状で、同位置に形成してあり、ＮＯ_x 検知セル３の電極３２がダクト１０５に面して形成される。
【００７４】
固体電解質材１３の両面には、室１０４位置にＮＯ_x 検知セル３の電極３１，３２に加えて電極６１，６２が形成してあり、酸素検知セル６が形成される。電極６１，６２は、酸素ポンプセル４の電極４１，４２とほぼ同じ大きさの平板で、室１０４に面した電極６１は、ＮＯx に対しては不活性で、Ｏ₂ には活性としてある。またダクト１０５に面した電極６２は、通常のＰt 電極が用いられる。
【００７５】
酸素検知セル６は室１０４側とダクト１０５側の酸素濃度差に応じて起電力を発生する酸素濃淡電池を構成し、起電力を電圧センサ９７が検出するようになっている。一方、酸素ポンプセル４の電源９４Ｂは、印加電圧が酸素検知セル６の起電力出力に応じて調整され、起電力出力が所定の設定値（例えばストイキ状態を示す４５０ｍＶ）となるように、すなわち室１０４内の酸素濃度が所定値となるように酸素ポンプセル４の印加電圧がフィードバック制御される。
【００７６】
酸素検知セル６と酸素ポンプセル４とは、いわゆる２セルＡ／Ｆセンサを構成し、排気ガスがリッチ状態でも酸素ポンプセル４に、ピンホール１０３に律速された限界電流Ｉ₁ が流れるようになっている。
【００７７】
しかして排気ガスがリッチ状態であってもＨ₂ Ｏ分解セル２のＨ₂ 発生量が調整され室１０２内に一定量の可燃性ガスを発生または残存せしめることができる。
【００７８】
（第４実施形態）
排気ガス中の酸素濃度の変動が小さい場合には、第１実施形態の図２、図３の構成において、ヒータシートよりも下側の部分を省略し水素発生部１ａを酸素ポンプセル４のない構成とすることができ、これを図１１、図１２に示す。Ｈ₂ Ｏ分解セル２の電源９１Ｂは、印加電圧を一定としてＨ₂ Ｏ分解セル２を水分解域で作動せしめ、一定量の可燃性ガスを室１０２内に発生または残存せしめることができる。
【００７９】
なおＨ₂ Ｏ分解セル２の電流を検出する電流センサを設け、電源９１Ｂが上記電流センサからフィードバックされる電流信号に基づいて印加電圧を調整する構成でもよい。例えばＨ₂ Ｏ分解セル２の電流に応じて電圧が直線的に単調変化するように制御することで、排気ガス中の酸素濃度の変動による測定誤差を良好に解消することができる。
【００８０】
（第５実施形態）
図１３、図１４に第５の実施形態を示す。水素発生部１ａを別の構成としたもので、水素発生部１ａは、Ｈ₂ Ｏ分解セル２、Ｈ₂ 検知セル７を備えている。図中、上記各図と同じ番号を付した部分は実質的に同じ作動をするので第１〜第４実施形態との相違点を中心に説明する。
【００８１】
本実施形態は、第４実施形態の図１１、図１２に示した構成をベースにしたもので、固体電解質材１３の両面には、室１０２位置にＮＯ_x 検知セル３の電極３１，３２とは別の電極７１，７２が形成してある。電極７１，７２は、室１０２に面した電極７１がＨ₂ Ｏ分解セル２の室１０２に面した電極４１と同じくＮＯ_x に対しては不活性で、Ｏ₂ には活性としてある。またダクト１０５側の電極７２には、通常のＰt 電極が用いられる。固体電解質材１３と両電極７１，７２とでＨ₂ 検知セル７が構成される。
【００８２】
Ｈ₂ 検知セル７の電極７１，７２には電圧センサ９８が設けてあり、電極７１，７２間に発生する起電力を検出するようになっている。
【００８３】
Ｈ₂ Ｏ分解セル２の電源９１Ｃは、電圧センサ９８により検出されるＨ₂ 検知セル７の起電力に応じて印加電圧を調整する。すなわちＨ₂ 検知セル７の電極７１，７２間に発生する起電力が予め設定した所定値になるようにＨ₂ Ｏ分解セルの印加電圧をフィードバック制御する。
【００８４】
室１０２内の可燃性ガスが多いとＨ₂ 検知セル７の室１０２に面した電極７１表面にてＯ₂ を消費し、酸素濃度が低下する。この結果、Ｈ₂ 検知セル７の起電力が増加し、室１０２内の可燃性ガスとＯ₂ の比に応じて５００〜９５０ｍＶを出力する。しかして起電力から室内の可燃性ガスの量が知られる。
【００８５】
そして印加電圧のフィードバック制御によりＨ₂ Ｏ分解セル２の、Ｈ₂ 発生量が調整され、室１０２内の可燃性ガスの量を一定にすることができる。
【００８６】
（第６実施形態）
図１５、図１６に第６の実施形態を示す。第５実施形態のＨ₂ 検知セル７に代えて、別の手段で室１０２内の可燃性ガス量を検出する構成としたものである。図中、上記各図と同じ番号を付した部分については実質的に同じ作動をするので上記各実施形態との相違点を中心に説明する。
【００８７】
スペーサ１２には、室１０２を形成する抜き穴１２１とは別にこれに並んでもう１つの抜き穴１２７が形成してある。抜き穴１２７によりスペーサ１２、固体電解質材１１，１３を壁として中空部１０８が形成してある。また固体電解質材１３には、スペーサ１２の抜き穴１２７形成位置に円形の抜き穴１３３が形成してあり、中空部１０８とダクト１０５とを連通しダクト１０５から大気が導入されるようになっている。固体電解質材１１には中空部１０８位置にこれと略同じ大きさの基準電極８１が形成してあり、基準酸素濃度の大気が曝露するようになっている。基準電極８１には通常のＰt 電極が用いられる。固体電解質材１１と、電極２２，８１とで分極検出セル８が構成され、電圧センサ９９が電極２２，８１間の電圧から基準電極８１を基準電位として電極２２の分極を検出するようになっている。
【００８８】
分極は室１０２内の酸素濃度が減少するに応じて大きくなる。室１０２内のＯ₂ が汲みだされた後、水分解域においては、電極２２を流れる電流のオーム損によりさらに大きな分極が生じる。この分極の変化に基づいて室１０２内の可燃性ガスの量を検出することができる。
【００８９】
Ｈ₂ Ｏ分解セル２の電源９１ＤはＨ₂ Ｏ分解セル２を水分解域で作動せしめる。電源９１Ｄは電圧可変で、分極検出セル８により検出される分極が予め設定した所定値となるように印加電圧をフィードバック制御し、一定量のＨ₂ を発生せしめる。
【００９０】
分極を検出することで、Ｈ₂ の発生量が直接に知られるので排気ガスがリッチ状態でも使用でき、広い空燃比での測定が可能となる。
【００９１】
なお上記各実施形態では、内燃機関から排出される排気ガスの測定に適用した例を示したが、排気ガスについてだけではなく他のガスについても適用可能である。また上記各実施形態は、ＮＯ_x を測定する構成としているが、ＳＯ_x 等の測定にも適用できる。
【００９２】
また酸素導電性の固体電解質材を用いた電気化学セルを用いているが、他の実施態様も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス検出方法を実施する本発明の第１のガス検出装置の全体縦断面図である。
【図２】本発明の第１のガス検出装置の要部であるガスセンサの全体縦断面図である。
【図３】本発明の第１のガス検出装置の要部であるガスセンサの分解図である。
【図４】上記ガスセンサの作動を説明する第１のグラフである。
【図５】上記ガスセンサの作動を説明する第２のグラフである。
【図６】上記ガスセンサの作動を説明する第３のグラフである。
【図７】本発明の第２のガス検出装置の要部であるガスセンサの全体縦断面図である。
【図８】本発明の第２のガス検出装置の要部であるガスセンサの分解図である。
【図９】本発明の第３のガス検出装置の要部であるガスセンサの全体縦断面図である。
【図１０】本発明の第３のガス検出装置の要部であるガスセンサの分解図である。
【図１１】本発明の第４のガス検出装置の要部であるガスセンサの全体縦断面図である。
【図１２】本発明の第４のガス検出装置の要部であるガスセンサの分解図である。
【図１３】本発明の第５のガス検出装置の要部であるガスセンサの全体縦断面図である。
【図１４】本発明の第５のガス検出装置の要部であるガスセンサの分解図である。
【図１５】本発明の第６のガス検出装置の要部であるガスセンサの全体縦断面図である。
【図１６】本発明の第６のガス検出装置の要部であるガスセンサの分解図である。
【図１７】従来の一のガス検出技術の検出原理を説明する模式図である。
【符号の説明】
１ ガスセンサ
１ａ 水素発生部
１１，１３，１８ 固体電解質材
１０１，１０３ ピンホール（被測定ガス導入路）
１０２，１０７ 室
１０４ 室
１０５ ダクト
１０６ 前室
２ Ｈ₂ Ｏ分解セル（分解セル）
２１，２２ 電極
３ ＮＯ_x 検知セル（特定ガス検知セル）
３１，３２ 電極
４ 酸素ポンプセル
４１，４２ 電極
６ 酸素検知セル
６１，６２ 電極
７ Ｈ₂ 検知セル（水素検知セル）
７１，７２ 電極
８ 分極検出セル
８１ 基準電極
９１，９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ，９１Ｄ，９２，９４，９４Ａ，９４Ｂ 電源
９３ 電流センサ（電流検出手段）

Claims (9)

1. 被測定ガスに含まれるＮＯ x の成分量を検出するガス検出方法であって、上記ＮＯ x と反応する一定量の可燃性ガスが存在する室に、被測定ガスを所定の拡散抵抗の下に導入し、導入量に応じて被測定ガス中の酸素を室外へ汲みだし、室において上記可燃性ガスを上記ＮＯ x と反応せしめるとともに、酸素を供給して燃焼せしめ、酸素の供給量に基づいてＮＯ x の成分量を検出することを特徴とするガス検出方法。
2. 請求項１記載のガス検出方法において、上記被測定ガス中の水を電気分解して可燃性ガスである水素を発生せしめるとともにその発生量を制御して可燃性ガスの量を一定量に保つガス検出方法。
3. 水を含む被測定ガスが拡散抵抗を有する被測定ガス導入路を介して導入される室と、基準の酸素濃度の基準ガスが導入されるダクトと、室壁の一部を構成する部分安定化ジルコニアを基材とする固体電解質材シートの両面に一対の電極を形成し、電極間に所定の電圧を印加して室内の酸素を室外へ移動せしめる電気化学セルであって、印加電圧を、室内に面した電極の表面において被測定ガス中の水を電気分解して水素を発生可能な電圧に設定した分解セルを有し、発生する水素により室内の可燃性ガスの量を調整する水素発生部と、室壁の一部を構成する部分安定化ジルコニアを基材とする固体電解質材シートの両面に、一対の電極を一方の電極が室内に面し他方の電極が上記ダクト内に面して形成した電気化学セルであって、電極間に通電して室外から室内へ可燃性ガス量に応じた酸素を供給し室内に面した電極表面をいわゆるストイキ状態に維持するＮＯ x 検知セルとを備え、分解セルの室内に面した電極を測定しようとするＮＯ x に対して不活性に調製し、ＮＯ x 検知セルの室内に面した電極をＮＯ x および可燃性ガスに対して活性に調製し、上記電極表面において上記水素を含む可燃性ガスを、ＮＯ x と反応せしめるとともに上記供給された酸素と燃焼せしめ、かつＮＯ x 検知セルの電極間に流れる電流を検出する電流検出手段を具備し、電流検出手段により検出された電流に基づいてＮＯ x の成分量を検出するガス検出装置。
4. 請求項３記載のガス検出装置において、上記水素発生部は、上記室とは別に設けられ、被測定ガスが拡散抵抗を有する被測定ガス導入路を介して導入される副室と、副室壁の一部を構成する部分安定化ジルコニアを基材とする固体電解質材シートの両面に一対の電極を形成し、電極間に所定の電圧を印加して酸素を室内から室外へ移動せしめる電気化学セルであって、印加電圧を、電極間に上記被測定ガス導入路の拡散抵抗で律速される限界電流が流れる電圧に設定した酸素ポンプセルとを有し、上記分解セルの印加電圧は、分解セルの電極間に、酸素ポンプセルの電極間を流れる限界電流に対応した分解セルの限界電流よりも予め設定した所定値大きい電流が流れるように調整可能としたガス検出装置。
5. 請求項３記載のガス検出装置において、上記水素発生部は、上記室と上記被測定ガス導入路間に形成され、これらと連通する前室と、前室壁の一部を構成する部分安定化ジルコニアを基材とする固体電解質材シートの両面に一対の電極を形成し、電極間に電圧を印加して酸素を室内から室外へ移動せしめる電気化学セルであって、印加電圧を、電極間に上記被測定ガス導入路の拡散抵抗で律速される限界電流が流れる電圧に設定した酸素ポンプセルとを有し、上記分解セルの印加電圧は、分解セルの電極間に流れる電流が一定となるように調整可能としたガス検出装置。
6. 請求項３記載のガス検出装置において、上記水素発生部は、上記室とは別に設けられ被測定ガスが拡散抵抗を有する被測定ガス導入路を介して導入される副室と、副室壁の一部を構成する部分安定化ジルコニアを基材とする固体電解質材シートの両面に一対の電極を一方の電極が室内に面し他方の電極が上記ダクト内に面して形成した電気化学セルであって、電極間に発生する起電力を検出する酸素検知セルと、副室壁の一部を構成する部分安定化ジルコニアを基材とする固体電解質材シートの両面に一対の電極を形成し、電極間に電圧を印加して副室の外と内とで酸素を移動せしめる電気化学セルであって、印加電圧を、酸素検知セルにより検出される起電力が一定となるように調整可能とした酸素ポンプセルとを有し、上記分解セルの印加電圧は、分解セルの電極間に、酸素ポンプセルの電極間を流れる限界電流に対応した分解セルの限界電流よりも予め設定した所定値大きい電流が流れるように調整可能としたガス検出装置。
7. 請求項４ないし６いずれか記載のガス検出装置において、上記酸素ポンプセルの室内に面した電極を被測定ガスに含まれる可燃性ガスに対して活性で、かつＮＯ x に対して不活性に調製したガス検出装置。
8. 請求項３記載のガス検出装置において、上記水素発生部は、上記室壁の一部を構成する部分安定化ジルコニアを基材とする固体電解質材シートの両面に一対の電極を一方の電極が室内に面し他方の電極が上記ダクト内に面して形成した電気化学セルであって、上記室に面した電極を可燃性ガスに活性な電極で構成した可燃性ガス検知セルを有し、上記分解セルの印加電圧は、可燃性ガス検知セルにより検出された起電力が予め設定した所定値となるように調整可能としたガス検出装置。
9. 請求項３記載のガス検出装置において、上記水素発生部は、上記分解セルを構成する固体電解質材シートの一面に形成され基準酸素濃度の基準ガスが曝露する基準の電極と上記室内に面した電極と上記分解セルの固体電解質材シートとで構成した分極検出セルを有し、上記分解セルの印加電圧は、分極検出セルにより検出された起電力が予め設定した所定値となるように調整可能としたガス検出装置。

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