JP4504380B2 - 混合気体の圧力の測定のための装置 - Google Patents
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Description
J≒D・P(GK)=D・x(GK)・P
が当てはまり、拡散律速層の前でモル分率x(GK)を確実に100%に維持してあり、適切な拡散律速層の拡散係数Dは混合気体全体の圧力Pに依存せず、圧力は質量流、ひいては電流測定式のセンサーの測定値に比例している。圧力測定に用いられるガス成分は、有利には混合気体に含まれる1つのガス成分であり、或いは、例えば濃厚な排気ガスに含まれる水分から酸素イオンの分離に基づきセンサー内で形成されるガス成分若しくは酸素であってよい。
図1は、連続的な測定用のガス圧力測定装置の実施例の横断面図であり、
図2は、連続的な測定用のガス圧力測定装置の別の実施例の横断面図であり、
図3は、連続的な測定用のガス圧力測定装置のさらに別の実施例の横断面図であり、
図4は、連続的な測定用のガス圧力測定装置のさらに別の実施例の横断面図であり、
図5は、不連続的な測定用のガス圧力測定装置の実施例の横断面図であり、
図6は、連続的な圧力測定用のガス圧力測定装置の組み込まれた広帯域ラムダセンサーの縦断面図であり、
図7は、不連続的な測定用のガス圧力測定装置の組み込まれた広帯域ラムダセンサーの縦断面図であり、
図8は、不連続的な測定用の別の実施例のガス圧力測定装置の組み込まれた広帯域ラムダセンサーの縦断面図である。
J≒D・P(O2)=D・x(O2)・P
によって算出可能であり、この場合に、Dは拡散律速層14の拡散係数であり、P(O2)は酸素粒子圧力であり、Pは排ガスの圧力であり、x(O2)は酸素のモル分率である。拡散律速層14内では選ばれた孔大きさに基づき吹き出し拡散を生ぜしめるので、拡散係数Dは圧力Pに依存せず、測定信号は酸素粒子圧力P(O2)に比例している。図示のセンサーにおいては、酸素のモル分率x(O2)は拡散律速層14の前で100%に固定され、その結果、拡散律速層14の前では純粋な酸素が生じている。これにより、質量流Jは排ガスの圧力Pに正確に比例しており、測定抵抗器17を流れる限界電流は排ガスの圧力Pの尺度である。酸素のモル分率x(O2)を100%に固定することは、固体電解質11内で拡散律速層14と直接に隣接する酸素用の貯蔵容積18を設けることによって達成され、貯蔵容積は拡散区分19を介して排ガスに接続されており、さらに固体電解質11を通して貯蔵容積18内へ酸素を供給する付加的な手段が施されており、これによって貯蔵容積18内では酸素のモル分率x(O2)は少なくとも圧力測定中に100%に保たれ、即ち貯蔵容積18は混じりけのない純粋な酸素で満たされている。拡散区域19は小さい圧力勾配を有するように形成されており、これによって貯蔵容積18と排ガスとの間の圧力補償が可能であり、拡散区域が貯蔵部18内への排ガスの拡散若しくは侵入を阻止している。
Claims (16)
- 混合気体の圧力の測定のための装置であって、限界電流原理に基づき作動する電流測定式のセンサー(10)を備えており、該センサーは固体電解質(11)上に取り付けられて直流電圧で印加される第1の2つの電極(12,13)を有しており、該電極のうちの1つの電極(13)は前記固体電解質(11)と拡散律速層(14)とによって遮蔽された中間室(15)に面しており、前記第1の電極(12,13)に流れてガス圧力の尺度となる限界電流の測定のための測定エレメント(17)を備えている形式のものにおいて、少なくとも測定時に圧力測定のために用いるガス成分のモル分率を100%に規定する手段を設けてあり、該手段は、ガス成分用の貯蔵容積(18)、該貯蔵容積(18)を混合気体に対して閉鎖する拡散区域(19)、及び第2の2つの電極を備え、前記貯蔵容積(18)は、前記固体電解質(11)、前記拡散律速層(14)及び前記拡散区域(19)から画成されており、前記第2の2つの電極は前記固体電解質(11)を通してガス成分を前記貯蔵容積(18)内へ汲み入れることを特徴とする、混合気体の圧力の測定のための装置。
- 拡散区域(19)は、圧力勾配を有するように構成されている請求項1に記載の装置。
- 貯蔵容積(18)は、拡散律速層(14)に隣接する室(40)によって形成されており、拡散区域(19)は、セラミック材料から成っていて前記室(40)を閉鎖する第2の拡散律速層(41)によって形成されている請求項1又は2に記載の装置。
- 貯蔵容積(18)は、拡散律速層(14)に隣接する室(40)によって形成されており、拡散区域(19)は、酸化アルミニウム(Al2O3)から成っていて前記室(40)を閉鎖する第2の拡散律速層(41)によって形成されている請求項1又は2に記載の装置。
- 貯蔵容積(18)は、拡散律速層(14)に隣接する室(40)によって形成されており、拡散区域(19)は、長く延びる少なくとも1つの通路(43)によって形成されている請求項1又は2に記載の装置。
- 貯蔵容積(18)及び拡散区域(19)は、セラミック材料から成る多孔質の装填片(44)によって形成されており、該装填片は拡散律速層(14)に隣接している請求項1又は2に記載の装置。
- 貯蔵容積(18)及び拡散区域(19)は、酸化アルミニウム(Al 2 O 3 )から成る多孔質の装填片(44)によって形成されており、該装填片は拡散律速層(14)に隣接している請求項1又は2に記載の装置。
- 拡散律速層(14)は、クヌーセン拡散に必要な多孔質特性を有している請求項1から7のいずれか1項に記載の装置。
- ガス成分の汲み入れのための第2の電極は、付加電極(20,21)であり、該電極のうちの陽極として作動する付加電極(21)は、貯蔵容積(18)内に配置されており、陰極として作動する付加電極(20)は、混合気体にさらされるようになっており、かつ付加電極(20,21)に直流電圧を印加するようになっている請求項1から8のいずれか1項に記載の装置。
- ガス成分の汲み入れのための第2の電極は、センサー(10)の電極(12,13)によって形成してあり、該電極の電圧極性は圧力測定の前に所定の時間にわたって反転させられるようになっており、その結果、拡散律速層(14)によって遮蔽された電極(13)は陽極として作動させられるようになっている請求項1から8のいずれか1項に記載の装置。
- 混合気体は内燃機関の排ガスであり、圧力測定のために用いるガス成分は酸素である請求項1から10のいずれか1項に記載の装置。
- 混合気体の圧力の測定のための装置を内燃機関の排ガス中の酸素濃度の決定のための測定センサーに用いてあり、測定センサーの電極は、電流測定式のセンサー(10)の電極としてガス成分の汲み入れのために用いられるようになっている請求項11に記載の装置。
- 前記電流測定式のセンサーは、1つの固体電解質(11)及び該固体電解質に取り付けられた2つの電極(34,33)から成るネルンストセル(25)を含んでおり、該電極のうちの1つのネルンスト電極若しくは測定電極(34)は、固体電解質(11)に設けられた測定室(26)内に配置されており、別の基準電極(33)は、固体電解質(11)に設けられた基準ガス通路(32)内で汲み入れられた基準酸素にさらされるようになっており、さらに、1つの固体電解質(11)及び該固体電解質に取り付けられた2つの電極(30,31)から成るポンピングセル(24)を含んでおり、該電極のうちの1つの外側のポンピング電極(30)は排ガスにさらされるようになっており、別の内側のポンピング電極(31)は測定室(26)内に配置されており、排ガスから測定室(26)へ通じる接続通路(39)内に、拡散区域(19)と該拡散区域よりも測定室(26)の側に位置する貯蔵容積(18)とを設けてあり、かつ測定室(26)と貯蔵容積(18)との間に拡散律速層(14)を配置してあり、ポンピングセルの電極(30,31)は所定の時間間隔で酸素の汲み入れ及びガス圧力の測定のために用いられるようになっている請求項10に記載の装置。
- 前記内燃機関の排ガス中の酸素濃度の決定のための測定センサーは、1つの固体電解質(11)及び該固体電解質に取り付けられた2つの電極(34,33)から成るネルンストセル(25)を含んでおり、前記電極(34,33)の電圧極性は圧力測定の前に所定の時間にわたって反転させられるようになっており、その結果、拡散律速層(14)によって遮蔽された電極(34)は陽極として作動させられるようになっており、前記電極のうちの1つのネルンスト電極若しくは測定電極(34)は、固体電解質(11)に設けられた測定室(26)内に配置されており、別の基準電極(33)は、固体電解質(11)に設けられた基準ガス通路(32)内で汲み入れられた基準酸素にさらされるようになっており、さらに、1つの固体電解質(11)及び該固体電解質に取り付けられた2つの電極(30,31)から成るポンピングセル(24)を含んでおり、該電極のうちの1つの外側のポンピング電極(30)は排ガスにさらされるようになっており、別の内側のポンピング電極(31)は測定室(26)内に配置されており、基準ガス通路(32)は、排ガスと接する開口部(37)を備えており、基準ガス通路(32)内で基準電極(33)と開口部(37)との間に、拡散区域(19)と該拡散区域よりも基準電極の側に位置する貯蔵容積(18)とを設けてあり、かつ貯蔵容積(18)と基準電極(33)との間に拡散律速層(14)を配置してあり、外側のポンピング電極(30)と基準電極(33)とは、これらの電極に与えられる電圧電位を所定の時間間隔で切り換えられることによって酸素の汲み入れ及びガス圧力の測定のために用いられるようになっている請求項12に記載の装置。
- 前記内燃機関の排ガス中の酸素濃度の決定のための測定センサーは、1つの固体電解質(11)及び該固体電解質に取り付けられた2つの電極(34,33)から成るネルンストセル(25)、並びに付加電極(30)を含んでおり、該陰極として作動する付加電極は、混合気体にさらされるようになっており、かつ付加電極に直流電圧を印加するようになっており、前記電極のうちの1つのネルンスト電極若しくは測定電極(34)は、固体電解質(11)に設けられた測定室(26)内に配置されており、別の基準電極(33)は、固体電解質(11)に設けられた基準ガス通路(32)内で汲み入れられた基準酸素にさらされるようになっており、さらに、1つの固体電解質(11)及び該固体電解質に取り付けられた2つの電極(30,31)から成るポンピングセル(24)を含んでおり、該電極のうちの1つの外側のポンピング電極(30)は排ガスにさらされるようになっており、別の内側のポンピング電極(31)は測定室(26)内に配置されており、基準ガス通路(32)は、排ガスと接する開口部(37)を備えており、基準ガス通路(32)内で基準電極(33)と開口部(37)との間に、拡散区域(19)と該拡散区域の、前記開口部とは反対の側に位置する貯蔵容積(18)とを設けてあり、基準ガス通路(32)内で基準電極(33)の、前記拡散区域(19)とは反対の側に拡散律速層(14)を配置してあり、かつ該拡散律速層(14)の、前記基準電極(33)とは反対の側に電流測定式のセンサー(10)の陽極として作動する第2の電極(13)を配置してあり、外側のポンピング電極(30)及び基準電極(33)はガス成分の汲み入れのために用いられるようになっており、かつ電流測定式のセンサー(10)の第2の電極(13)及び外側のポンピング電極(30)はガス圧力の測定のために用いられるようになっている請求項12に記載の装置。
- 混合気体の圧力の測定のための装置であって、限界電流原理に基づき作動する電流測定式のセンサー(10)を備えており、該センサーは固体電解質(11)上に取り付けられて直流電圧で印加される第1の2つの電極(12,13)を有しており、該電極のうちの1つの電極(13)は前記固体電解質(11)と拡散律速層(14)とによって遮蔽された中間室(15)に面しており、前記第1の電極(12,13)に流れてガス圧力の尺度となる限界電流の測定のための測定エレメント(17)を備えている形式のものにおいて、少なくとも測定時に圧力測定のために用いるガス成分のモル分率を100%に規定する手段を設けてあり、該手段は、ガス成分の汲み入れのための電極として、電流測定式のセンサーの電極を用いるようになっていて、該電極の電圧極性を本来の圧力測定の前に切り換えて、拡散律速層に面している電極を陽極として作動させるようになっていることを特徴とする、混合気体の圧力の測定のための装置。
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