JP4045148B2 - ＮＯｘセンサ及び酸素センサの動作を模擬するシミュレータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサのシミュレータに関し、特に、酸素センサ、中でも、全領域空燃比センサ（ＵＥＧＯ）、或いはＮＯｘセンサの動作を模擬することができるセンサのシミュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、センサの制御回路を検査する場合、実際のセンサ素子を用いて、制御回路の検査を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、センサの制御回路の検査において、実際のセンサ素子を用いた場合、使用によるセンサ素子の変化により、複数の制御回路の検査に亘って、均一な条件で検査を行うことが困難であるという問題がある。また、目標通りにセンサ素子の状態を維持することが困難であるという問題点がある。
【０００４】
本発明の目的は、センサの動作を簡単に模擬することができるセンサのシミュレータ、特に、酸素センサ、中でも、全領域空燃比センサ、或いはＮＯｘセンサの動作を模擬することができるセンサのシミュレータを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は第１の視点において、第１拡散抵抗を介して被検ガスが導入される第１測定室と、前記第１測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、該一対の電極間の電位差に基づいて前記第１測定室内における被検ガス中の酸素分圧を検出する酸素分圧検知セルと、前記第１測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、前記第１測定室の内側から外側へ又は外側から内側へ該一対の電極を介して酸素を汲み出すことにより、被検ガス中の酸素分圧に応じた電流（以下「第１酸素ポンプ電流」という）が流れる第１酸素ポンプセルと、前記第１測定室から第２拡散抵抗を介してガスが導入される第２測定室と、前記第２測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、前記第２測定室内の窒素酸化物を分解し、解離した酸素が移動することによりＮＯｘ濃度に応じた電流（以下「第２酸素ポンプ電流」という）が該一対の電極間に流れる第２酸素ポンプセルと、を備えるＮＯｘセンサの動作をシミュレートする装置であって、前記第１酸素ポンプ電流の制御目標を示す制御信号を出力する変更手段と、酸素分圧を示す信号に基づいて、前記第１酸素ポンプ電流を模擬した信号を出力する第１酸素ポンプ電流生成手段と、前記変更手段が出力する前記制御信号と前記第１酸素ポンプ電流生成手段が出力する前記第１酸素ポンプ電流を模擬した信号とを比較して比較結果を示す信号を出力する比較手段と、前記比較手段の出力信号の周波数特性を設定する周波数特性設定手段と、前記周波数特性設定手段によって周波数特性が設定された信号に基づいて、前記酸素分圧を示す信号を出力する酸素分圧信号生成手段とを有するＮＯｘセンサのシミュレータを提供する。
【０００６】
本発明は第２の視点において、拡散抵抗を通じて測定室に導入されるガスの酸素分圧を検出する酸素濃淡電池セルと、前記酸素濃淡電池セルにより検出される酸素分圧に応じて、前記酸素濃淡電池セルの酸素濃淡起電力が一定となるよう前記測定室内から外へ或いは該測定室外から内へ酸素を汲み出す酸素ポンピングセルと、を有し、前記酸素ポンピングセルに流れる酸素ポンピング電流に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサの動作をシミュレートする装置であって、前記酸素ポンピング電流の制御目標を示す制御信号を出力する変更手段と、酸素分圧を示す信号に基づいて、前記酸素ポンピング電流を模擬した信号を出力する酸素ポンピング電流生成手段と、前記変更手段が出力する前記制御信号と前記酸素ポンピング電流生成手段が出力する前記酸素ポンピング電流を模擬した信号とを比較して比較結果を示す信号を出力する比較手段と、前記比較手段の出力信号の周波数特性を設定する周波数特性設定手段と、前記周波数特性設定手段によって周波数特性が設定された信号に基づいて、前記酸素分圧を示す信号を出力する酸素分圧信号生成手段とを有する酸素センサのシミュレータを提供する。
【０００７】
本発明は第３の視点において、酸素分圧を検出する酸素濃淡電池セルと、前記酸素濃淡電池セルにより検出される酸素分圧に応じて酸素を汲み出す酸素ポンピングセルと、を有し、前記酸素ポンピングセルに流れる酸素ポンピング電流に基づいて被測定ガス中の所定ガス濃度を測定するセンサの動作をシミュレートする装置であって、前記酸素ポンピング電流の制御目標を示す制御信号を出力する変更手段と、酸素分圧を示す信号に基づいて、前記酸素ポンピング電流を模擬した信号を出力する酸素ポンピング電流生成手段と、前記変更手段が出力する前記制御信号と前記酸素ポンピング電流生成手段が出力する前記酸素ポンピング電流を模擬した信号とを比較して比較結果を示す信号を出力する比較手段と、前記比較手段の出力信号の周波数特性を設定する周波数特性設定手段と、前記周波数特性設定手段によって周波数特性が設定された信号に基づいて、前記酸素分圧を示す信号を出力する酸素分圧信号生成手段と、を有するセンサのシミュレータを提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態に係るセンサのシミュレータは、酸素ポンピングセルと酸素濃淡電池セルの組合せからなるセンサ、特に、酸素センサ、中でも、全領域空燃比センサ（ＵＥＧＯ）又はＮＯｘセンサの動作を模擬するために用いられる。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態に係るＮＯｘセンサのシミュレータは、図２を参照して、第１酸素ポンプ電流の制御目標を示す制御信号を出力する変更手段３０と、酸素分圧を示す信号に基づいて、前記第１酸素ポンプ電流を模擬した信号を出力する第１酸素ポンプ電流生成手段３７と、変更手段３０が出力する前記制御信号と第１酸素ポンプ電流生成手段３７が出力する前記第１酸素ポンプ電流を模擬した信号とを比較して比較結果を示す信号を出力する比較手段３１と、比較手段３１の出力信号の周波数特性を設定する周波数特性設定手段３２と、周波数特性設定手段３２によって周波数特性が設定された信号に基づいて、酸素分圧を示す信号を出力する酸素分圧信号生成手段３４とを有するＮＯｘセンサのシミュレータを提供する。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態に係る酸素センサのシミュレータは、図２を参照して、拡散抵抗を通じて測定室に導入されるガスの酸素分圧を検出する酸素濃淡電池セル（図１の３）と、前記酸素濃淡電池セルにより検出される酸素分圧に応じて、前記酸素濃淡電池セルの酸素濃淡起電力が一定となるよう前記測定室内から外へ或いは該測定室外から内へ酸素を汲み出す酸素ポンピングセル（図１の１）と、を有し、前記酸素ポンピングセルに流れる酸素ポンピング電流に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサの動作をシミュレートする装置であって、前記酸素ポンピング電流の制御目標を示す制御信号を出力する変更手段３０と、酸素分圧を示す信号に基づいて、前記酸素ポンピング電流を模擬した信号を出力する酸素ポンピング電流生成手段３７と、変更手段３０が出力する前記制御信号と酸素ポンピング電流生成手段３７が出力する前記酸素ポンピング電流を模擬した信号とを比較して比較結果を示す信号を出力する比較手段３１と、比較手段３１の出力信号の周波数特性を設定する周波数特性設定手段３２と、周波数特性設定手段３２によって周波数特性が設定された信号に基づいて、前記酸素分圧を示す信号を出力する酸素分圧信号生成手段３４とを有する酸素センサのシミュレータを提供する。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態に係るセンサのシミュレータは、図１を参照して、酸素分圧を検出する酸素濃淡電池セル３と、酸素濃淡電池セル３により検出される酸素分圧に応じて酸素を汲み出す酸素ポンピングセル１と、を有し、酸素ポンピングセル１に流れる酸素ポンピング電流に基づいて被測定ガス中の所定ガス濃度を測定するセンサの動作をシミュレートする装置であって、図２を参照して、前記酸素ポンピング電流の制御目標を示す制御信号を出力する変更手段３０と、酸素分圧を示す信号に基づいて、前記酸素ポンピング電流を模擬した信号を出力する酸素ポンピング電流生成手段３７と、変更手段３０が出力する前記制御信号と酸素ポンピング電流生成手段３７が出力する前記酸素ポンピング電流を模擬した信号とを比較して比較結果を示す信号を出力する比較手段３１と、比較手段３１の出力信号の周波数特性を設定する周波数特性設定手段３２と、周波数特性設定手段３２によって周波数特性が設定された信号に基づいて、前記酸素分圧を示す信号を出力する酸素分圧信号生成手段３４とを有する。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態に係るセンサのシミュレータは、、酸素分圧信号生成手段（図２の３４）に接続され、酸素分圧検知セル（図１の３）の内部抵抗に対応する抵抗値を設定する酸素分圧検知セルの素子抵抗設定手段を有する。
【００１３】
【実施例】
以上説明した本発明の好ましい実施の形態をさらに明確化するために、以下図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。
【００１４】
図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は、本発明の一実施例に係る検査装置によって検査されるＮＯｘセンサの構成要素であるＮＯｘセンサ素子の構成及び測定原理を説明するための図である。
【００１５】
図１（Ａ）を参照すると、ＮＯｘセンサ素子は、主として、第１酸素ポンプセル１、第２酸素ポンプセル２及び酸素分圧検知セル３、さらにＮＯｘセンサ素子を所定の作動温度に加熱するヒータ４から構成されている。第１酸素ポンプセル１と酸素分圧検知セル３の間には、第１測定室５が形成されている。第１測定室５には、第１拡散孔７を介して、被検ガスが導入される。第１測定室５は、第２拡散孔８を通じて、第２測定室６と連通している。
【００１６】
第１酸素イオンポンプセル１は、ジルコニアのような酸素イオン伝導性を有する固体電解質と、固体電解質上に形成された一対の電極９，１０から構成されている。電極１０は第１測定室５に面して配置され、電極９は外部に面して配置されている。電極１０上で第１測定室５内の酸素等が解離され生成された酸素イオンが固体電解質を通って電極９上から外部へ導出され、このとき該固体電解質を通じて流れる電流が第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１である。
【００１７】
第２酸素イオンポンプセル２は、ジルコニアのような酸素イオン伝導性を有する固体電解質と、固体電解質上に形成された一対の電極１３，１４から構成されている。電極１３は第２測定室６に面して配置され、電極１４は第２測定室６外に配置されると共に酸素濃度が安定した雰囲気に晒されている。電極１３上で第２測定室６内のＮＯｘ等が解離され生成された酸素イオンが固体電解質を通って電極１４上から外部へ導出され、このとき固体電解質を通じて流れる電流が第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２である。通常の測定モードにおいて、電極１３と電極１４間には一定の電圧が印加される。
【００１８】
酸素分圧検知セル（酸素濃淡電池セル）３は、ジルコニアのような酸素イオン伝導性を有する固体電解質と、固体電解質上に形成された一対の電極１１，１２から構成されている。電極１１は第１測定室５に面して配置され、電極１２は酸素濃度が安定した雰囲気に晒されている。したがって、電極１１と電極１２の間に発生する電位差に基づいて、第１測定室５内の酸素濃度、結局、被検ガス中の酸素濃度を検出することができる。
【００１９】
図１（Ａ）を参照すると、センサ制御手段３０（図２参照）は、酸素分圧検知セルに現れる第１測定室５内の酸素濃度を検出すると共に、第１測定室５外に設けられた電極１２上の酸素濃度を制御する酸素分圧セル制御手段２１と、酸素分圧検知セル３の検出出力に基づいて第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１を制御することにより、第１測定室５内の酸素濃度を可及的に一定に制御する第１酸素ポンプセル制御手段２０と、第２酸素ポンプセル２に可及的に一定な所定の電圧を印加することにより、ＮＯｘ濃度に応じた第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２が流れるように第２酸素ポンプセル２を制御する第２酸素ポンプセル制御手段２２と、を含んで構成される。
【００２０】
以上説明したＮＯｘセンサ素子及びその制御手段を用いたＮＯｘ測定原理については、図１（Ｂ）〜図１（Ｄ）に示すとおりであるから、これらを参照することとする。
【００２１】
また、酸素センサ、中でも、全領域空燃比センサ（ＵＥＧＯ）は、、図１（Ａ）〜図１（Ｄ）に示したＮＯｘセンサから、第２酸素ポンプセル２を除いて構成することができる。
【００２２】
次に、以上説明したＮＯｘセンサ及び全領域空燃比センサ（ＵＥＧＯ）の動作を選択的にシミュレートすることができる本発明の一実施例に係るセンサのシミュレータについて説明する。
【００２３】
図２は、本発明の一実施例に係る、ＵＥＧＯ又はＮＯｘセンサのシミュレータを説明するための図である。
【００２４】
図２を参照すると、本発明の一実施例に係るシミュレータは、第１酸素ポンプ電流の制御目標を示す制御信号、例えば、第１酸素ポンプセル１（図１参照）のような酸素ポンピングセルに印加される電圧Ｖ１を変更させるためのＩｐ制御信号を主力するＶ１変更手段３０と、酸素分圧を示す信号に基づいて第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１を模擬した信号を出力する第１酸素ポンプ電流生成手段３７と、Ｖ１変更手段３０が出力する前記制御信号と第１酸素ポンプ電流生成手段３７が出力する第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１を模擬した信号とを比較して比較結果を示す信号を出力する比較手段３１と、比較手段３１の出力信号の周波数特性を設定する周波数特性設定手段３２と、周波数特性設定手段３２によって周波数特性が設定された信号に基づいて、酸素分圧を示す信号を出力する酸素分圧信号生成手段３４と、酸素分圧検知セル３（図１参照）のような酸素濃淡電池セルの素子抵抗（特に、高周波インピーダンス）を模擬する信号を出力するＲｐｖｓ変更手段３５とを有している。
【００２５】
Ｖ１変更手段３０の出力信号は、比較手段３１の反転入力端子に入力される。比較手段３１の非反転入力端子には、生成された検出電圧Ｖｓ、すなわち、酸素分圧に追随して変動制御される第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１を模擬した信号が入力される。
【００２６】
比較手段３１は、目標値を示すＩｐ制御信号と、生成された検出電圧信号とに基づいて、第１酸素ポンプセル（酸素ポンピング）のドライブする信号を出力する。
【００２７】
周波数特性設定手段３２には、比較手段３１の出力信号が入力され、例えば、ＣＲ回路の時定数を変更することにより、第１酸素ポンプセル１の周波数特性を模擬した信号を出力する。
【００２８】
酸素分圧信号生成手段３４は、周波数特性設定手段３２によって周波数特性が設定された信号に基づいて、Ｖｓリミッタ３３によってレベルが制限された、酸素分圧を示す信号を出力する。
【００２９】
Ｒｐｖｓ変更手段３５は、酸素分圧信号生成手段３４の出力端子に接続される。Ｒｐｖｓ変更手段３５によって酸素分圧検知セル（酸素濃淡電池セル）３の素子抵抗の変動が模擬されることにより、第１酸素ポンプセル（酸素ポンピングセル）に流れる第１酸素ポンプ電流（酸素ポンピング電流）Ｉｐ１の特性等が変動し、また、酸素分圧検知セル３の素子抵抗に基づいて、センサを所定の作動温度に加温するためにセンサに付設されるヒータ４（図１参照）に供給される電力の制御が変更される。
【００３０】
酸素分圧信号生成手段３４の参照電圧端子ＲＥＦには、オペアンプ３６の出力端子が接続され、オペアンプ３６の非反転入力端子には抵抗３９が接続され、抵抗３９の両端には第１酸素ポンプ電流生成手段３７の反転入力端子と非反転入力端子がそれぞれ接続され、第１酸素ポンプ電流生成手段３７の出力端子は比較手段３１の非反転入力端子に接続されている。オペアンプ３６の非反転入力端子と、抵抗３９の第１酸素ポンプ電流生成手段３７の非反転入力端子側との間の節点には、抵抗３８が接続されている。抵抗３９に流れる電流から、例えば、スイッチ４７の両端に電流計（抵抗）を挿入することにより、酸素ポンピング電流Ｉｐ１を検出することができる。酸素分圧検知セル３のマイナス側（コモン側）電位Ｖｓ−は、抵抗３８に流れる電流から、例えば、スイッチ４５の両端に電流計（抵抗）を挿入することにより、測定することができる。
【００３１】
オペアンプ３４の参照電圧端子ＲＥＦとオペアンプ３６の出力端子との間の節点に接続されるスイッチ４３の両端に挿入される抵抗から、ＮＯｘ測定時、第２酸素ポンプセル２（図１参照）に流れる第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２を検出することができる。なお、スイッチ４３の両端に挿入される抵抗の値を変えることにより第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２を可変に設定することができる。
【００３２】
酸素濃淡電池セルのプラス側電位Ｖｓ＋は、Ｒｐｖｓ変更手段３５に接続されスイッチ４１に並行に挿入される抵抗を用いて測定することができる。
【００３３】
なお、スイッチ４０、４２、４４、４６は、シミュレート対象であるＮＯｘセンサ、ＵＥＧＯセンサを選択するためのスイッチである。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、センサの動作を簡単に模擬することができるセンサのシミュレータ、特に、酸素センサ、中でも、全領域空燃比センサ、或いはＮＯｘセンサの動作を模擬することができるセンサのシミュレータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の一実施例に係るセンサのシミュレータが模擬可能なＮＯｘセンサを説明するための図である。
【図２】本発明の一実施例に係るセンサのシミュレータを説明するための図である。
【符号の説明】
１ 第１酸素ポンプセル
２ 第２酸素ポンプセル
３ 酸素分圧検知セル
４ ヒータ
５ 第１測定室
６ 第２測定室
７ 第１拡散孔
８ 第２拡散孔
９ 電極
１０ 電極
１１ 電極
１２ 電極
１３ 電極
１４ 電極
２０ 第１酸素ポンプセル制御手段（Ｉｐ１ドライブ）
２０ａ 検出抵抗
２１ 酸素分圧検知セル制御手段（Ｖｓドライブ）
２２ 第２酸素ポンプセル制御手段（Ｉｐ２ドライブ）
２２ａ 検出抵抗
３０ Ｖ１変更手段（変更手段）
３１ 比較手段（酸素ポンピングセル駆動手段）
３２ 周波数特性設定手段
３３ Ｖｓリミッタ
３４ 酸素分圧信号生成手段（オペアンプ）
３５ Ｒｐｖｓ変更手段（酸素分圧検知セルの素子抵抗設定手段）
３６ オペアンプ
３７ 第１酸素ポンプ電流生成手段（オペアンプ）
３８ 抵抗
３９ 抵抗
４０ スイッチ
４１ スイッチ
４２ スイッチ
４３ スイッチ
４４ スイッチ
４５ スイッチ
４６ スイッチ
４７ スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサのシミュレータに関し、特に、酸素センサ、中でも、全領域空燃比センサ（ＵＥＧＯ）、或いはＮＯｘセンサの動作を模擬することができるセンサのシミュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、センサの制御回路を検査する場合、実際のセンサ素子を用いて、制御回路の検査を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、センサの制御回路の検査において、実際のセンサ素子を用いた場合、使用によるセンサ素子の変化により、複数の制御回路の検査に亘って、均一な条件で検査を行うことが困難であるという問題がある。また、目標通りにセンサ素子の状態を維持することが困難であるという問題点がある。
【０００４】
本発明の目的は、センサの動作を簡単に模擬することができるセンサのシミュレータ、特に、酸素センサ、中でも、全領域空燃比センサ、或いはＮＯｘセンサの動作を模擬することができるセンサのシミュレータを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は第１の視点において、第１拡散抵抗を介して被検ガスが導入される第１測定室と、前記第１測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、該一対の電極間の電位差に基づいて前記第１測定室内における被検ガス中の酸素分圧を検出する酸素分圧検知セルと、前記第１測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、前記第１測定室の内側から外側へ又は外側から内側へ該一対の電極を介して酸素を汲み出すことにより、被検ガス中の酸素分圧に応じた電流（以下「第１酸素ポンプ電流」という）が流れる第１酸素ポンプセルと、前記第１測定室から第２拡散抵抗を介してガスが導入される第２測定室と、前記第２測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、前記第２測定室内の窒素酸化物を分解し、解離した酸素が移動することによりＮＯｘ濃度に応じた電流（以下「第２酸素ポンプ電流」という）が該一対の電極間に流れる第２酸素ポンプセルと、を備えるＮＯｘセンサの動作をシミュレートする装置であって、前記第１酸素ポンプ電流の制御目標を示す制御信号を出力する変更手段と、酸素分圧を示す信号に基づいて、前記第１酸素ポンプ電流を模擬した信号を出力する第１酸素ポンプ電流生成手段と、前記変更手段が出力する前記制御信号と前記第１酸素ポンプ電流生成手段が出力する前記第１酸素ポンプ電流を模擬した信号とを比較して比較結果を示す信号を出力する比較手段と、前記比較手段の出力信号の周波数特性を設定する周波数特性設定手段と、前記周波数特性設定手段によって周波数特性が設定された信号に基づいて、前記酸素分圧を示す信号を出力する酸素分圧信号生成手段とを有するＮＯｘセンサのシミュレータを提供する。
【０００６】
本発明は第２の視点において、拡散抵抗を通じて測定室に導入されるガスの酸素分圧を検出する酸素濃淡電池セルと、前記酸素濃淡電池セルにより検出される酸素分圧に応じて、前記酸素濃淡電池セルの酸素濃淡起電力が一定となるよう前記測定室内から外へ或いは該測定室外から内へ酸素を汲み出す酸素ポンピングセルと、を有し、前記酸素ポンピングセルに流れる酸素ポンピング電流に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサの動作をシミュレートする装置であって、前記酸素ポンピング電流の制御目標を示す制御信号を出力する変更手段と、酸素分圧を示す信号に基づいて、前記酸素ポンピング電流を模擬した信号を出力する酸素ポンピング電流生成手段と、前記変更手段が出力する前記制御信号と前記酸素ポンピング電流生成手段が出力する前記酸素ポンピング電流を模擬した信号とを比較して比較結果を示す信号を出力する比較手段と、前記比較手段の出力信号の周波数特性を設定する周波数特性設定手段と、前記周波数特性設定手段によって周波数特性が設定された信号に基づいて、前記酸素分圧を示す信号を出力する酸素分圧信号生成手段とを有する酸素センサのシミュレータを提供する。
【０００７】
本発明は第３の視点において、酸素分圧を検出する酸素濃淡電池セルと、前記酸素濃淡電池セルにより検出される酸素分圧に応じて酸素を汲み出す酸素ポンピングセルと、を有し、前記酸素ポンピングセルに流れる酸素ポンピング電流に基づいて被測定ガス中の所定ガス濃度を測定するセンサの動作をシミュレートする装置であって、前記酸素ポンピング電流の制御目標を示す制御信号を出力する変更手段と、酸素分圧を示す信号に基づいて、前記酸素ポンピング電流を模擬した信号を出力する酸素ポンピング電流生成手段と、前記変更手段が出力する前記制御信号と前記酸素ポンピング電流生成手段が出力する前記酸素ポンピング電流を模擬した信号とを比較して比較結果を示す信号を出力する比較手段と、前記比較手段の出力信号の周波数特性を設定する周波数特性設定手段と、前記周波数特性設定手段によって周波数特性が設定された信号に基づいて、前記酸素分圧を示す信号を出力する酸素分圧信号生成手段と、を有するセンサのシミュレータを提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態に係るセンサのシミュレータは、酸素ポンピングセルと酸素濃淡電池セルの組合せからなるセンサ、特に、酸素センサ、中でも、全領域空燃比センサ（ＵＥＧＯ）又はＮＯｘセンサの動作を模擬するために用いられる。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態に係るＮＯｘセンサのシミュレータは、図２を参照して、第１酸素ポンプ電流の制御目標を示す制御信号を出力する変更手段３０と、酸素分圧を示す信号に基づいて、前記第１酸素ポンプ電流を模擬した信号を出力する第１酸素ポンプ電流生成手段３７と、変更手段３０が出力する前記制御信号と第１酸素ポンプ電流生成手段３７が出力する前記第１酸素ポンプ電流を模擬した信号とを比較して比較結果を示す信号を出力する比較手段３１と、比較手段３１の出力信号の周波数特性を設定する周波数特性設定手段３２と、周波数特性設定手段３２によって周波数特性が設定された信号に基づいて、酸素分圧を示す信号を出力する酸素分圧信号生成手段３４とを有するＮＯｘセンサのシミュレータを提供する。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態に係る酸素センサのシミュレータは、図２を参照して、拡散抵抗を通じて測定室に導入されるガスの酸素分圧を検出する酸素濃淡電池セル（図１の３）と、前記酸素濃淡電池セルにより検出される酸素分圧に応じて、前記酸素濃淡電池セルの酸素濃淡起電力が一定となるよう前記測定室内から外へ或いは該測定室外から内へ酸素を汲み出す酸素ポンピングセル（図１の１）と、を有し、前記酸素ポンピングセルに流れる酸素ポンピング電流に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサの動作をシミュレートする装置であって、前記酸素ポンピング電流の制御目標を示す制御信号を出力する変更手段３０と、酸素分圧を示す信号に基づいて、前記酸素ポンピング電流を模擬した信号を出力する酸素ポンピング電流生成手段３７と、変更手段３０が出力する前記制御信号と酸素ポンピング電流生成手段３７が出力する前記酸素ポンピング電流を模擬した信号とを比較して比較結果を示す信号を出力する比較手段３１と、比較手段３１の出力信号の周波数特性を設定する周波数特性設定手段３２と、周波数特性設定手段３２によって周波数特性が設定された信号に基づいて、前記酸素分圧を示す信号を出力する酸素分圧信号生成手段３４とを有する酸素センサのシミュレータを提供する。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態に係るセンサのシミュレータは、図１を参照して、酸素分圧を検出する酸素濃淡電池セル３と、酸素濃淡電池セル３により検出される酸素分圧に応じて酸素を汲み出す酸素ポンピングセル１と、を有し、酸素ポンピングセル１に流れる酸素ポンピング電流に基づいて被測定ガス中の所定ガス濃度を測定するセンサの動作をシミュレートする装置であって、図２を参照して、前記酸素ポンピング電流の制御目標を示す制御信号を出力する変更手段３０と、酸素分圧を示す信号に基づいて、前記酸素ポンピング電流を模擬した信号を出力する酸素ポンピング電流生成手段３７と、変更手段３０が出力する前記制御信号と酸素ポンピング電流生成手段３７が出力する前記酸素ポンピング電流を模擬した信号とを比較して比較結果を示す信号を出力する比較手段３１と、比較手段３１の出力信号の周波数特性を設定する周波数特性設定手段３２と、周波数特性設定手段３２によって周波数特性が設定された信号に基づいて、前記酸素分圧を示す信号を出力する酸素分圧信号生成手段３４とを有する。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態に係るセンサのシミュレータは、、酸素分圧信号生成手段（図２の３４）に接続され、酸素分圧検知セル（図１の３）の内部抵抗に対応する抵抗値を設定する酸素分圧検知セルの素子抵抗設定手段を有する。
【００１３】
【実施例】
以上説明した本発明の好ましい実施の形態をさらに明確化するために、以下図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。
【００１４】
図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は、本発明の一実施例に係る検査装置によって検査されるＮＯｘセンサの構成要素であるＮＯｘセンサ素子の構成及び測定原理を説明するための図である。
【００１５】
図１（Ａ）を参照すると、ＮＯｘセンサ素子は、主として、第１酸素ポンプセル１、第２酸素ポンプセル２及び酸素分圧検知セル３、さらにＮＯｘセンサ素子を所定の作動温度に加熱するヒータ４から構成されている。第１酸素ポンプセル１と酸素分圧検知セル３の間には、第１測定室５が形成されている。第１測定室５には、第１拡散孔７を介して、被検ガスが導入される。第１測定室５は、第２拡散孔８を通じて、第２測定室６と連通している。
【００１６】
第１酸素イオンポンプセル１は、ジルコニアのような酸素イオン伝導性を有する固体電解質と、固体電解質上に形成された一対の電極９，１０から構成されている。電極１０は第１測定室５に面して配置され、電極９は外部に面して配置されている。電極１０上で第１測定室５内の酸素等が解離され生成された酸素イオンが固体電解質を通って電極９上から外部へ導出され、このとき該固体電解質を通じて流れる電流が第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１である。
【００１７】
第２酸素イオンポンプセル２は、ジルコニアのような酸素イオン伝導性を有する固体電解質と、固体電解質上に形成された一対の電極１３，１４から構成されている。電極１３は第２測定室６に面して配置され、電極１４は第２測定室６外に配置されると共に酸素濃度が安定した雰囲気に晒されている。電極１３上で第２測定室６内のＮＯｘ等が解離され生成された酸素イオンが固体電解質を通って電極１４上から外部へ導出され、このとき固体電解質を通じて流れる電流が第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２である。通常の測定モードにおいて、電極１３と電極１４間には一定の電圧が印加される。
【００１８】
酸素分圧検知セル（酸素濃淡電池セル）３は、ジルコニアのような酸素イオン伝導性を有する固体電解質と、固体電解質上に形成された一対の電極１１，１２から構成されている。電極１１は第１測定室５に面して配置され、電極１２は酸素濃度が安定した雰囲気に晒されている。したがって、電極１１と電極１２の間に発生する電位差に基づいて、第１測定室５内の酸素濃度、結局、被検ガス中の酸素濃度を検出することができる。
【００１９】
図１（Ａ）を参照すると、センサ制御手段３０（図２参照）は、酸素分圧検知セルに現れる第１測定室５内の酸素濃度を検出すると共に、第１測定室５外に設けられた電極１２上の酸素濃度を制御する酸素分圧セル制御手段２１と、酸素分圧検知セル３の検出出力に基づいて第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１を制御することにより、第１測定室５内の酸素濃度を可及的に一定に制御する第１酸素ポンプセル制御手段２０と、第２酸素ポンプセル２に可及的に一定な所定の電圧を印加することにより、ＮＯｘ濃度に応じた第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２が流れるように第２酸素ポンプセル２を制御する第２酸素ポンプセル制御手段２２と、を含んで構成される。
【００２０】
以上説明したＮＯｘセンサ素子及びその制御手段を用いたＮＯｘ測定原理については、図１（Ｂ）〜図１（Ｄ）に示すとおりであるから、これらを参照することとする。
【００２１】
また、酸素センサ、中でも、全領域空燃比センサ（ＵＥＧＯ）は、、図１（Ａ）〜図１（Ｄ）に示したＮＯｘセンサから、第２酸素ポンプセル２を除いて構成することができる。
【００２２】
次に、以上説明したＮＯｘセンサ及び全領域空燃比センサ（ＵＥＧＯ）の動作を選択的にシミュレートすることができる本発明の一実施例に係るセンサのシミュレータについて説明する。
【００２３】
図２は、本発明の一実施例に係る、ＵＥＧＯ又はＮＯｘセンサのシミュレータを説明するための図である。
【００２４】
図２を参照すると、本発明の一実施例に係るシミュレータは、第１酸素ポンプ電流の制御目標を示す制御信号、例えば、第１酸素ポンプセル１（図１参照）のような酸素ポンピングセルに印加される電圧Ｖ１を変更させるためのＩｐ制御信号を主力するＶ１変更手段３０と、酸素分圧を示す信号に基づいて第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１を模擬した信号を出力する第１酸素ポンプ電流生成手段３７と、Ｖ１変更手段３０が出力する前記制御信号と第１酸素ポンプ電流生成手段３７が出力する第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１を模擬した信号とを比較して比較結果を示す信号を出力する比較手段３１と、比較手段３１の出力信号の周波数特性を設定する周波数特性設定手段３２と、周波数特性設定手段３２によって周波数特性が設定された信号に基づいて、酸素分圧を示す信号を出力する酸素分圧信号生成手段３４と、酸素分圧検知セル３（図１参照）のような酸素濃淡電池セルの素子抵抗（特に、高周波インピーダンス）を模擬する信号を出力するＲｐｖｓ変更手段３５とを有している。
【００２５】
Ｖ１変更手段３０の出力信号は、比較手段３１の反転入力端子に入力される。比較手段３１の非反転入力端子には、生成された検出電圧Ｖｓ、すなわち、酸素分圧に追随して変動制御される第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１を模擬した信号が入力される。
【００２６】
比較手段３１は、目標値を示すＩｐ制御信号と、生成された検出電圧信号とに基づいて、第１酸素ポンプセル（酸素ポンピング）のドライブする信号を出力する。
【００２７】
周波数特性設定手段３２には、比較手段３１の出力信号が入力され、例えば、ＣＲ回路の時定数を変更することにより、第１酸素ポンプセル１の周波数特性を模擬した信号を出力する。
【００２８】
酸素分圧信号生成手段３４は、周波数特性設定手段３２によって周波数特性が設定された信号に基づいて、Ｖｓリミッタ３３によってレベルが制限された、酸素分圧を示す信号を出力する。
【００２９】
Ｒｐｖｓ変更手段３５は、酸素分圧信号生成手段３４の出力端子に接続される。Ｒｐｖｓ変更手段３５によって酸素分圧検知セル（酸素濃淡電池セル）３の素子抵抗の変動が模擬されることにより、第１酸素ポンプセル（酸素ポンピングセル）に流れる第１酸素ポンプ電流（酸素ポンピング電流）Ｉｐ１の特性等が変動し、また、酸素分圧検知セル３の素子抵抗に基づいて、センサを所定の作動温度に加温するためにセンサに付設されるヒータ４（図１参照）に供給される電力の制御が変更される。
【００３０】
酸素分圧信号生成手段３４の参照電圧端子ＲＥＦには、オペアンプ３６の出力端子が接続され、オペアンプ３６の非反転入力端子には抵抗３９が接続され、抵抗３９の両端には第１酸素ポンプ電流生成手段３７の反転入力端子と非反転入力端子がそれぞれ接続され、第１酸素ポンプ電流生成手段３７の出力端子は比較手段３１の非反転入力端子に接続されている。オペアンプ３６の非反転入力端子と、抵抗３９の第１酸素ポンプ電流生成手段３７の非反転入力端子側との間の節点には、抵抗３８が接続されている。抵抗３９に流れる電流から、例えば、スイッチ４７の両端に電流計（抵抗）を挿入することにより、酸素ポンピング電流Ｉｐ１を検出することができる。酸素分圧検知セル３のマイナス側（コモン側）電位Ｖｓ−は、抵抗３８に流れる電流から、例えば、スイッチ４５の両端に電流計（抵抗）を挿入することにより、測定することができる。
【００３１】
オペアンプ３４の参照電圧端子ＲＥＦとオペアンプ３６の出力端子との間の節点に接続されるスイッチ４３の両端に挿入される抵抗から、ＮＯｘ測定時、第２酸素ポンプセル２（図１参照）に流れる第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２を検出することができる。なお、スイッチ４３の両端に挿入される抵抗の値を変えることにより第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２を可変に設定することができる。
【００３２】
酸素濃淡電池セルのプラス側電位Ｖｓ＋は、Ｒｐｖｓ変更手段３５に接続されスイッチ４１に並行に挿入される抵抗を用いて測定することができる。
【００３３】
なお、スイッチ４０、４２、４４、４６は、シミュレート対象であるＮＯｘセンサ、ＵＥＧＯセンサを選択するためのスイッチである。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、センサの動作を簡単に模擬することができるセンサのシミュレータ、特に、酸素センサ、中でも、全領域空燃比センサ、或いはＮＯｘセンサの動作を模擬することができるセンサのシミュレータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の一実施例に係るセンサのシミュレータが模擬可能なＮＯｘセンサを説明するための図である。
【図２】本発明の一実施例に係るセンサのシミュレータを説明するための図である。
【符号の説明】
１ 第１酸素ポンプセル
２ 第２酸素ポンプセル
３ 酸素分圧検知セル
４ ヒータ
５ 第１測定室
６ 第２測定室
７ 第１拡散孔
８ 第２拡散孔
９ 電極
１０ 電極
１１ 電極
１２ 電極
１３ 電極
１４ 電極
２０ 第１酸素ポンプセル制御手段（Ｉｐ１ドライブ）
２０ａ 検出抵抗
２１ 酸素分圧検知セル制御手段（Ｖｓドライブ）
２２ 第２酸素ポンプセル制御手段（Ｉｐ２ドライブ）
２２ａ 検出抵抗
３０ Ｖ１変更手段（変更手段）
３１ 比較手段（酸素ポンピングセル駆動手段）
３２ 周波数特性設定手段
３３ Ｖｓリミッタ
３４ 酸素分圧信号生成手段（オペアンプ）
３５ Ｒｐｖｓ変更手段（酸素分圧検知セルの素子抵抗設定手段）
３６ オペアンプ
３７ 第１酸素ポンプ電流生成手段（オペアンプ）
３８ 抵抗
３９ 抵抗
４０ スイッチ
４１ スイッチ
４２ スイッチ
４３ スイッチ
４４ スイッチ
４５ スイッチ
４６ スイッチ
４７ スイッチ
Claims (5)
- 第１拡散抵抗を介して被検ガスが導入される第１測定室と、前記第１測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、該一対の電極間の電位差に基づいて前記第１測定室内における被検ガス中の酸素分圧を検出する酸素分圧検知セルと、前記第１測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、前記第１測定室の内側から外側へ又は外側から内側へ該一対の電極を介して酸素を汲み出すことにより、被検ガス中の酸素分圧に応じた電流（以下「第１酸素ポンプ電流」という）が流れる第１酸素ポンプセルと、前記第１測定室から第２拡散抵抗を介してガスが導入される第２測定室と、前記第２測定室の内側と外側に設けられた一対の電極を備え、前記第２測定室内の窒素酸化物を分解し、解離した酸素が移動することによりＮＯｘ濃度に応じた電流（以下「第２酸素ポンプ電流」という）が該一対の電極間に流れる第２酸素ポンプセルと、を備えるＮＯｘセンサの動作をシミュレートする装置であって、
前記第１酸素ポンプ電流の制御目標を示す制御信号を出力する変更手段と、
酸素分圧を示す信号に基づいて、前記第１酸素ポンプ電流を模擬した信号を出力する第１酸素ポンプ電流生成手段と、
前記変更手段が出力する前記制御信号と前記第１酸素ポンプ電流生成手段が出力する前記第１酸素ポンプ電流を模擬した信号とを比較して比較結果を示す信号を出力する比較手段と、
前記比較手段の出力信号の周波数特性を設定する周波数特性設定手段と、
前記周波数特性設定手段によって周波数特性が設定された信号に基づいて、前記酸素分圧を示す信号を出力する酸素分圧信号生成手段と、
を有することを特徴とするＮＯｘセンサのシミュレータ。 - 前記酸素分圧信号生成手段に接続され、前記酸素分圧検知セルの内部抵抗に対応する抵抗値を設定する酸素分圧検知セルの素子抵抗設定手段を有することを特徴とする請求項１記載のシミュレータ。
- 拡散抵抗を通じて測定室に導入されるガスの酸素分圧を検出する酸素濃淡電池セルと、前記酸素濃淡電池セルにより検出される酸素分圧に応じて、前記酸素濃淡電池セルの酸素濃淡起電力が一定となるよう前記測定室内から外へ或いは該測定室外から内へ酸素を汲み出す酸素ポンピングセルと、を有し、前記酸素ポンピングセルに流れる酸素ポンピング電流に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサの動作をシミュレートする装置であって、
前記酸素ポンピング電流の制御目標を示す制御信号を出力する変更手段と、
酸素分圧を示す信号に基づいて、前記酸素ポンピング電流を模擬した信号を出力する酸素ポンピング電流生成手段と、
前記変更手段が出力する前記制御信号と前記酸素ポンピング電流生成手段が出力する前記酸素ポンピング電流を模擬した信号とを比較して比較結果を示す信号を出力する比較手段と、
前記比較手段の出力信号の周波数特性を設定する周波数特性設定手段と、
前記周波数特性設定手段によって周波数特性が設定された信号に基づいて、前記酸素分圧を示す信号を出力する酸素分圧信号生成手段と、
を有することを特徴とする酸素センサのシミュレータ。 - 前記酸素分圧信号生成手段に接続され、前記酸素分圧検知セルの内部抵抗に対応する抵抗値を設定する酸素分圧検知セルの素子抵抗設定手段を有することを特徴とする請求項３記載のシミュレータ。
- 酸素分圧を検出する酸素濃淡電池セルと、前記酸素濃淡電池セルにより検出される酸素分圧に応じて酸素を汲み出す酸素ポンピングセルと、を有し、前記酸素ポンピングセルに流れる酸素ポンピング電流に基づいて被測定ガス中の所定ガス濃度を測定するセンサの動作をシミュレートする装置であって、
前記酸素ポンピング電流の制御目標を示す制御信号を出力する変更手段と、
酸素分圧を示す信号に基づいて、前記酸素ポンピング電流を模擬した信号を出力する酸素ポンピング電流生成手段と、
前記変更手段が出力する前記制御信号と前記酸素ポンピング電流生成手段が出力する前記酸素ポンピング電流を模擬した信号とを比較して比較結果を示す信号を出力する比較手段と、
前記比較手段の出力信号の周波数特性を設定する周波数特性設定手段と、
前記周波数特性設定手段によって周波数特性が設定された信号に基づいて、前記酸素分圧を示す信号を出力する酸素分圧信号生成手段と、
を有することを特徴とするセンサのシミュレータ。
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