JP4527580B2 - Gas sensor evaluation method and gas sensor evaluation apparatus - Google Patents

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本発明は、ガスセンサの評価方法及び評価装置に関するものである。   The present invention relates to a gas sensor evaluation method and an evaluation apparatus.

一般に、内燃機関の燃焼制御のために、排気ガス中の酸素濃度を検出するガスセンサが用いられている。このガスセンサは、酸素イオン伝導性を有するジルコニア等のセラミックよりなる固体電解質体と、その固体電解質体の一方の表面に設けられ、被測定ガスに曝される白金等からなる測定電極と、固体電解質体の他方の表面に設けられ、基準ガスに接する白金等からなる基準電極とから構成されている。さらに、ガスセンサがより早い段階から動作して排気ガス中の酸素濃度をできるだけ早くフィードバックできるように、ガスセンサを低温においても安定して動作させるべく、測定電極に鉛や亜鉛等の卑金属を含有させているものもある。   In general, a gas sensor that detects an oxygen concentration in exhaust gas is used for combustion control of an internal combustion engine. This gas sensor includes a solid electrolyte body made of a ceramic such as zirconia having oxygen ion conductivity, a measurement electrode made of platinum or the like provided on one surface of the solid electrolyte body and exposed to a gas to be measured, and a solid electrolyte. The reference electrode is provided on the other surface of the body and is made of platinum or the like in contact with the reference gas. Furthermore, in order for the gas sensor to operate from an earlier stage and feed back the oxygen concentration in the exhaust gas as soon as possible, the measurement electrode contains a base metal such as lead or zinc in order to operate stably even at low temperatures. Some are.

そして、このガスセンサは、被測定ガス中の酸素濃度に応じて固体電解質体に発生する起電力を、基準電極と測定電極とから取り出し、この起電力の値(以下、「出力値」とも言う。)を用いて酸素濃度を検出するものである。   The gas sensor extracts an electromotive force generated in the solid electrolyte body in accordance with the oxygen concentration in the gas to be measured from the reference electrode and the measurement electrode, and also refers to the value of the electromotive force (hereinafter referred to as “output value”). ) Is used to detect the oxygen concentration.

ところで、近年の排気ガス規制の強化に対応するため、より精密な内燃機関の燃焼制御が要求されている。このため、上記ガスセンサにもより高度な測定精度が求められている。そして、ガスセンサがいかに精度よくその出力を行ないうるかを評価するための評価装置も要望されることとなる。このようなガスセンサの評価装置としては、例えば、特許文献1に記載のように、流量の等しい還元性ガスと酸化性ガスを交互に切替えたガスを被測定ガスとみなしてガスセンサに供給し、これに対するガスセンサの出力によりガスセンサの応答性を評価するものがある。
特開2003−185621号公報
By the way, in order to respond to the recent tightening of exhaust gas regulations, more precise combustion control of an internal combustion engine is required. For this reason, higher measurement accuracy is also required for the gas sensor. There is also a demand for an evaluation apparatus for evaluating how accurately the gas sensor can output the gas sensor. As an evaluation apparatus for such a gas sensor, for example, as described in Patent Document 1, a gas obtained by alternately switching a reducing gas and an oxidizing gas having the same flow rate is regarded as a gas to be measured and supplied to the gas sensor. There are some which evaluate the responsiveness of the gas sensor by the output of the gas sensor.
JP 2003-185621 A

しかしながら、上記のガスセンサの評価装置は、ガスセンサの出力自体である応答性を評価するものであり、ガスセンサの良否を判断できるものの、応答性が悪かった場合にガスセンサのどの部分に不具合があるのかを特定することができなかった。特に、ガスセンサ素子の測定電極に鉛や亜鉛等の卑金属が塗布されている場合、その量や酸化度合い等の状態はガスセンサの応答性を変化させる一つの要因となるが、ガスセンサの応答性から卑金属の状態を直接評価することは困難であった。   However, the above gas sensor evaluation apparatus evaluates the responsiveness, which is the output of the gas sensor itself, and can determine whether the gas sensor is good or bad, but if the responsiveness is poor, it indicates which part of the gas sensor is defective. Could not be identified. In particular, when a base metal such as lead or zinc is applied to the measurement electrode of the gas sensor element, the amount or degree of oxidation is one factor that changes the responsiveness of the gas sensor. It was difficult to directly evaluate the condition.

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、ガスセンサ素子の測定電極に塗布された卑金属の状態を評価するガスセンサの評価方法及び評価装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a gas sensor evaluation method and an evaluation apparatus for evaluating the state of a base metal applied to a measurement electrode of a gas sensor element.

上記目的を達成するために、本発明の請求項1に記載のガスセンサの評価方法は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体に、被測定ガスに曝される測定電極と該測定電極に対向する基準電極とを配設したガスセンサ素子の特性を評価するガスセンサの評価方法であって、少なくともプロパンガス及び酸化性ガスを用い、これらのいずれか一方の流量を固定し、他方を変化させて作成する雰囲気に前記ガスセンサ素子を曝したとき、前記ガスセンサが出力する出力値により前記測定電極に塗布されている卑金属の塗布量、または該卑金属の酸化の度合いを評価することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a gas sensor evaluation method according to claim 1 of the present invention is directed to a solid electrolyte body having oxygen ion conductivity, and a measurement electrode exposed to a gas to be measured and the measurement electrode. A gas sensor evaluation method for evaluating the characteristics of a gas sensor element provided with a reference electrode, using at least propane gas and oxidizing gas, fixing one of these flow rates and changing the other. When the gas sensor element is exposed to an atmosphere, the amount of base metal applied to the measurement electrode or the degree of oxidation of the base metal is evaluated based on the output value output from the gas sensor.

また、本発明の請求項に記載のガスセンサの評価方法は、請求項1に記載の発明の構成に加え、前記卑金属が、鉛又は亜鉛の少なくとも一方を含むことを特徴とする。 The gas sensor evaluation method according to claim 2 of the present invention is characterized in that, in addition to the configuration of the invention according to claim 1, the base metal contains at least one of lead or zinc.

さらに、本発明の請求項に記載のガスセンサの評価装置は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体に、被測定ガスに曝される測定電極と該測定電極に対向する基準電極とを配設したガスセンサ素子に、少なくともプロパンガス及び酸化性ガスから構成される雰囲気を供給するガス供給手段と、当該ガス供給手段により供給される前記プロパンガス又は前記酸化性ガスのいずれか一方の流量を固定し、他方を変化させる流量調整手段と、当該流量調整手段により調整された前記雰囲気にガスセンサ素子を曝すことで該ガスセンサ素子を備えるガスセンサが出力する出力値を測定する出力測定手段と、当該出力測定手段により測定された出力値に基づき前記測定電極に塗布されている卑金属の塗布量、または該卑金属の酸化の度合いを評価する評価手段とを備えたことを特徴とする。 Furthermore, in the gas sensor evaluation apparatus according to claim 3 of the present invention, the measurement electrode exposed to the gas to be measured and the reference electrode facing the measurement electrode are disposed on the solid electrolyte body having oxygen ion conductivity. A gas supply means for supplying an atmosphere composed of at least propane gas and an oxidizing gas to the gas sensor element, and a flow rate of either the propane gas or the oxidizing gas supplied by the gas supply means is fixed. A flow rate adjusting means for changing the other, an output measuring means for measuring an output value output from a gas sensor provided with the gas sensor element by exposing the gas sensor element to the atmosphere adjusted by the flow rate adjusting means, and the output measuring means to evaluate the degree of oxidation of the coating amount, or該卑metal base metal that is applied to the measuring electrode based on the measured output value by Characterized by comprising an evaluation unit.

また、本発明の請求項に記載のガスセンサの評価装置は、請求項に記載の発明の構成に加え、前記卑金属が鉛又は亜鉛の少なくとも一方を含むことを特徴とする。 The gas sensor evaluation apparatus according to claim 4 of the present invention is characterized in that, in addition to the configuration of the invention according to claim 3 , the base metal contains at least one of lead or zinc.

本発明の請求項1に記載のガスセンサの評価方法は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体に、被測定ガスに曝される測定電極と該測定電極に対向する基準電極とを配設したガスセンサ素子を、少なくともプロパンガス及び酸化性ガスを用い、これらのいずれか一方の流量を固定し、他方を変化させて作成する雰囲気に曝すため、この雰囲気に対してガスセンサが出力する出力値により、測定電極に塗布されている卑金属の塗布量、または該卑金属の酸化の度合いを評価することができる。従って、ガスセンサの静特性からの評価のみで、他の要因に左右されずに測定電極に塗布されている卑金属の塗布量、または該卑金属の酸化の度合いを直接評価できる。また、ガスセンサを破壊検査しなくても、測定電極に塗布されている卑金属の塗布量、または該卑金属の酸化の度合いを評価できるので、評価対象のガスセンサを再使用したい場合にも有効である。 The gas sensor evaluation method according to claim 1 of the present invention is a gas sensor in which a measurement electrode exposed to a gas to be measured and a reference electrode facing the measurement electrode are provided on a solid electrolyte body having oxygen ion conductivity. Since the element is exposed to an atmosphere created by using at least propane gas and oxidizing gas, with the flow rate of one of these being fixed and changing the other , measurement is performed based on the output value output from the gas sensor to this atmosphere. The amount of base metal applied to the constant electrode or the degree of oxidation of the base metal can be evaluated. Therefore, the amount of base metal applied to the measurement electrode or the degree of oxidation of the base metal can be directly evaluated without being influenced by other factors, only by evaluation from the static characteristics of the gas sensor. Further, the amount of base metal applied to the measurement electrode or the degree of oxidation of the base metal can be evaluated without destructive inspection of the gas sensor, which is also effective when the gas sensor to be evaluated is to be reused.

金属の塗布量を評価する場合は以下の通りである。具体的には、プロパンガスは、測定電極を形成する白金等の触媒の働きにより酸化性ガス中の酸素と反応する。その結果、ガスセンサは還元雰囲気での起電力の出力値と、酸化雰囲気での起電力の出力値との差が大きく異なる。ここで、測定電極に卑金属が塗布されていると、測定電極の触媒活性がより低下するため、プロパンガスと酸素との反応が進まず、還元雰囲気(リッチ)であってもガスセンサから起電力の出力値が低く抑えられる。よって、卑金属の塗布量が多くなるほど、測定電極の触媒活性が低下し、反応する酸素の量が少なくなるため、還元雰囲気における起電力の出力値が低くなり、酸化雰囲気における起電力の出力値との差が小さくなる。このように、測定電極への卑金属の塗布量の変化に応じて起電力の値が変化することから、ガスセンサのリッチ側での応答性が悪い場合に、塗布されている卑金属に原因があるかどうかを特定することができる。さらに、卑金属の塗布量までを評価することができる。 When evaluating the application amount of the noble metal is as follows. Specifically, propane gas reacts with oxygen in the oxidizing gas by the action of a catalyst such as platinum that forms the measurement electrode. As a result, in the gas sensor, the difference between the output value of the electromotive force in the reducing atmosphere and the output value of the electromotive force in the oxidizing atmosphere is greatly different. Here, when the base electrode is applied to the measurement electrode, the catalytic activity of the measurement electrode is further reduced, so the reaction between propane gas and oxygen does not proceed, and the electromotive force from the gas sensor is reduced even in a reducing atmosphere (rich). The output value is kept low. Therefore, as the amount of base metal applied increases, the catalytic activity of the measurement electrode decreases and the amount of reacting oxygen decreases, so the output value of the electromotive force in the reducing atmosphere decreases, and the output value of the electromotive force in the oxidizing atmosphere The difference of becomes smaller. In this way, since the value of the electromotive force changes according to the change in the amount of base metal applied to the measurement electrode, if the response on the rich side of the gas sensor is poor, is there a cause in the base metal applied? You can specify whether. Furthermore, it is possible to evaluate up to the amount of base metal applied.

金属の酸化の度合いを評価する場合は以下の通りである。測定電極に卑金属が塗布されていても、その卑金属が既に酸化してしまっている場合、触媒活性を低下させることがないので、卑金属が塗布されていない測定電極の場合と同様の出力となる。このようなガスセンサ素子を、還元雰囲気に曝した後に、再度本発明のガスセンサの評価方法を実施すれば、卑金属が塗布されている場合には酸化されていた卑金属が元に戻るため、正常に機能する結果、測定電極の触媒活性が低下し、反応する酸素の量が少なくなるため、還元雰囲気における起電力の値が低くなる。このように、還元雰囲気に曝すことと組み合わせることで、卑金属の酸化度合いも評価することができる。 When evaluating the degree of oxidation of the noble metal is as follows. Even if the base metal is applied to the measurement electrode, if the base metal has already been oxidized, the catalytic activity is not reduced, and therefore the output is the same as that of the measurement electrode not applied with the base metal. If such a gas sensor element is exposed to a reducing atmosphere and then the gas sensor evaluation method of the present invention is performed again, the base metal that has been oxidized returns to its original state when the base metal is applied. As a result, the catalytic activity of the measurement electrode is reduced, and the amount of reacting oxygen is reduced, so that the value of the electromotive force in the reducing atmosphere is lowered. Thus, the oxidation degree of a base metal can also be evaluated by combining with exposure to a reducing atmosphere.

また、本発明の請求項に記載のガスセンサの評価方法は、請求項1に記載の発明の効果に加え、卑金属が、鉛又は亜鉛の少なくとも一方を含んでいる。鉛又は亜鉛がガスセンサの測定電極に含有される卑金属として使用されることが多く、効果的に本発明の評価方法で塗布量や酸化度合い等の測定電極に塗布されている卑金属の状態を評価できる。 Further, in the gas sensor evaluation method according to claim 2 of the present invention, in addition to the effects of the invention according to claim 1, the base metal contains at least one of lead or zinc. Lead or zinc is often used as a base metal contained in the measurement electrode of the gas sensor, and the evaluation method of the present invention can effectively evaluate the state of the base metal applied to the measurement electrode such as the coating amount and the degree of oxidation. .

さらに、本発明の請求項に記載のガスセンサの評価装置は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体に、被測定ガスに曝される測定電極と該測定電極に対向する基準電極とを配設したガスセンサ素子を、少なくともプロパンガス及び酸化性ガスを用い、これらのいずれか一方の流量を固定し、他方を変化させて作成する雰囲気に曝すため、この雰囲気に対してガスセンサが出力する出力値により、測定電極に塗布されている卑金属の塗布量、または該卑金属の酸化の度合いを評価することができる。従って、ガスセンサの静特性からの評価のみで、他の要因に左右されずに測定電極に塗布されている卑金属の塗布量、または該卑金属の酸化の度合いを直接評価できる。また、ガスセンサを破壊検査しなくても、測定電極に塗布されている卑金属の塗布量、または該卑金属の酸化の度合いを評価できるので、評価対象のガスセンサを再使用したい場合にも有効である。 Furthermore, in the gas sensor evaluation apparatus according to claim 3 of the present invention, the measurement electrode exposed to the gas to be measured and the reference electrode facing the measurement electrode are disposed on the solid electrolyte body having oxygen ion conductivity. Since the gas sensor element is exposed to an atmosphere created by using at least propane gas and oxidizing gas and fixing one of these flow rates and changing the other, depending on the output value output by the gas sensor to this atmosphere , it is possible to evaluate the degree of oxidation of the coating amount or該卑metal, base metal, which is applied to the measurement electrodes. Therefore, the amount of base metal applied to the measurement electrode or the degree of oxidation of the base metal can be directly evaluated without being influenced by other factors, only by evaluation from the static characteristics of the gas sensor. Further, the amount of base metal applied to the measurement electrode or the degree of oxidation of the base metal can be evaluated without destructive inspection of the gas sensor, which is also effective when the gas sensor to be evaluated is to be reused.

金属の塗布量を評価する場合は以下の通りである。具体的には、プロパンガスは、測定電極を形成する白金等の触媒の働きにより酸化性ガス中の酸素と反応する。その結果、還元雰囲気での起電力の出力値と、酸化雰囲気での起電力の出力値との差が大きく異なる。ここで、測定電極に卑金属が塗布されていると、測定電極の触媒活性がより低下するため、プロパンガスと酸素との反応が進まず、還元雰囲気(リッチ)であってもガスセンサから起電力の出力値が低く抑えられる。よって、卑金属の塗布量が多くなるほど、測定電極の触媒活性が低下し、反応する酸素の量が少なくなるため、還元雰囲気における起電力の出力値が低くなり、酸化雰囲気における起電力の出力値との差が小さくなる。このように、測定電極への卑金属の塗布量の変化に応じて起電力の値が変化することから、ガスセンサのリッチ側での応答性が悪い場合に、塗布されている卑金属に原因があるかどうかを特定することができる。さらに、卑金属の塗布量までを評価することができる。 When evaluating the application amount of the noble metal is as follows. Specifically, propane gas reacts with oxygen in the oxidizing gas by the action of a catalyst such as platinum that forms the measurement electrode. As a result, the difference between the output value of the electromotive force in the reducing atmosphere and the output value of the electromotive force in the oxidizing atmosphere is greatly different. Here, when the base electrode is applied to the measurement electrode, the catalytic activity of the measurement electrode is further reduced, so the reaction between propane gas and oxygen does not proceed, and the electromotive force from the gas sensor is reduced even in a reducing atmosphere (rich). The output value is kept low. Therefore, as the amount of base metal applied increases, the catalytic activity of the measurement electrode decreases and the amount of reacting oxygen decreases, so the output value of the electromotive force in the reducing atmosphere decreases, and the output value of the electromotive force in the oxidizing atmosphere The difference of becomes smaller. In this way, since the value of the electromotive force changes according to the change in the amount of base metal applied to the measurement electrode, if the response on the rich side of the gas sensor is poor, is there a cause in the base metal applied? You can specify whether. Furthermore, it is possible to evaluate up to the amount of base metal applied.

金属の酸化の度合いを評価する場合は以下の通りである。測定電極に卑金属が塗布されていても、その卑金属が既に酸化してしまっている場合、触媒活性を低下させることがないので、卑金属が塗布されていない測定電極の場合と同様の出力となる。このようなガスセンサ素子を、還元雰囲気に曝した後に、再度本発明のガスセンサの評価方法を実施すれば、卑金属が塗布されている場合には酸化されていた卑金属が元に戻るため、正常に機能する結果、測定電極の触媒活性が低下し、反応する酸素の量が少なくなるため、還元雰囲気における起電力の値が低くなる。このように、還元雰囲気に曝すことと組み合わせることで、卑金属の酸化度合いも評価することができる。 When evaluating the degree of oxidation of the noble metal is as follows. Even if the base metal is applied to the measurement electrode, if the base metal has already been oxidized, the catalytic activity is not reduced, and therefore the output is the same as that of the measurement electrode not applied with the base metal. If such a gas sensor element is exposed to a reducing atmosphere and then the gas sensor evaluation method of the present invention is performed again, the base metal that has been oxidized returns to its original state when the base metal is applied. As a result, the catalytic activity of the measurement electrode is reduced, and the amount of reacting oxygen is reduced, so that the value of the electromotive force in the reducing atmosphere is lowered. Thus, the oxidation degree of a base metal can also be evaluated by combining with exposure to a reducing atmosphere.

また、本発明の請求項に記載のガスセンサの評価装置は、請求項に記載の発明の効果に加え、卑金属が、鉛又は亜鉛の少なくとも一方を含んでいる。鉛又は亜鉛がガスセンサの測定電極に含有される卑金属として使用されることが多く、効果的に本発明の評価方法で塗布量や酸化度合い等の測定電極に塗布されている卑金属の状態を評価できる。 Further, in the gas sensor evaluation apparatus according to claim 4 of the present invention, in addition to the effects of the invention according to claim 3 , the base metal contains at least one of lead or zinc. Lead or zinc is often used as a base metal contained in the measurement electrode of the gas sensor, and the evaluation method of the present invention can effectively evaluate the state of the base metal applied to the measurement electrode such as the coating amount and the degree of oxidation. .

次に本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。図1は、ガスセンサの評価装置100全体のシステム構成を概略的に示すブロック図である。図2は、ガスセンサ1の全体構成を示す断面図である。図1に示すように、評価装置100は、ガスを供給するガス供給部110と、評価対象となるガスセンサ1を設置する反応炉部120とから構成されている。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram schematically showing the overall system configuration of the gas sensor evaluation apparatus 100. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the gas sensor 1. As shown in FIG. 1, the evaluation apparatus 100 includes a gas supply unit 110 that supplies gas and a reaction furnace unit 120 in which the gas sensor 1 to be evaluated is installed.

ガス供給部110には、プロパンガスが充填されたプロパンガスボンベ102、酸素ガスが充填された酸素ガスボンベ103、及び窒素ガスが充填された窒素ガスボンベ104の3つのガスボンベが設けられている。プロパンガスボンベ102には、ここから供給されるプロパンガスの流量を調整するためのマスフロー・コントローラ(MFC)112が接続されている。また、酸素ガスボンベ103には、ここから供給される酸素ガスの流量を調整するためのマスフロー・コントローラ113が接続されている。さらに、窒素ガスボンベ104には、ここから供給される窒素ガスの流量を調整するためのマスフロー・コントローラ114が接続されている。なお、酸素ガスボンベ103から供給される酸素ガスが本発明の酸化性ガスであるが、酸素ガスの他、NOガスやNO2ガスも酸化性ガスとして用いることができる。   The gas supply unit 110 includes three gas cylinders: a propane gas cylinder 102 filled with propane gas, an oxygen gas cylinder 103 filled with oxygen gas, and a nitrogen gas cylinder 104 filled with nitrogen gas. Connected to the propane gas cylinder 102 is a mass flow controller (MFC) 112 for adjusting the flow rate of the propane gas supplied therefrom. The oxygen gas cylinder 103 is connected to a mass flow controller 113 for adjusting the flow rate of oxygen gas supplied therefrom. Further, a mass flow controller 114 for adjusting the flow rate of nitrogen gas supplied from the nitrogen gas cylinder 104 is connected to the nitrogen gas cylinder 104. Note that the oxygen gas supplied from the oxygen gas cylinder 103 is the oxidizing gas of the present invention, but in addition to the oxygen gas, NO gas or NO 2 gas can also be used as the oxidizing gas.

ガス供給部110は、配管115に接続されており、各マスフロー・コントローラ112,113,114により流量を調整されたプロパンガス、酸素ガス、窒素ガスからなる混合ガスが被測定ガスとして配管115に供給される。本実施形態では、プロパンガスボンベ102から供給されるプロパンガスの流量を一定とし、酸素ガスボンベ103から供給される酸素ガスの流量を増減させ、窒素ガスボンベ104から供給される窒素ガスの量を酸素ガスの量に応じて増減するようにマスフロー・コントローラ114により調整し、ガス供給部110から配管115に供給される混合ガスの全体の流量を一定としている。なお、流量を一定にするガスを酸素ガスとし、プロパンガスの流量を増減させ、その流量に応じて窒素ガスの流量を調整するようにしてもよい。   The gas supply unit 110 is connected to a pipe 115, and a mixed gas composed of propane gas, oxygen gas, and nitrogen gas whose flow rate is adjusted by each mass flow controller 112, 113, 114 is supplied to the pipe 115 as a gas to be measured. Is done. In the present embodiment, the flow rate of the propane gas supplied from the propane gas cylinder 102 is made constant, the flow rate of the oxygen gas supplied from the oxygen gas cylinder 103 is increased and decreased, and the amount of nitrogen gas supplied from the nitrogen gas cylinder 104 is changed to the oxygen gas flow rate. The flow rate is adjusted by the mass flow controller 114 so as to increase or decrease according to the amount, and the entire flow rate of the mixed gas supplied from the gas supply unit 110 to the pipe 115 is made constant. The gas whose flow rate is constant may be oxygen gas, the flow rate of propane gas may be increased or decreased, and the flow rate of nitrogen gas may be adjusted according to the flow rate.

反応炉部120は、ガス供給部110から各ガスが供給される配管115に接続された配管121内に、ガスセンサ1、空燃比センサ125、ヒータ124を設けている。ガスセンサ1からの出力は、反応炉部120の外に設けられたコンピュータからなる計測部123により測定される。電気式のヒータ124は、配管115に供給される混合ガスを加熱するためのものであり、ヒータ124の通電を制御することにより、ガスセンサ1に供給されるガスの温度がほぼ一定に保たれるようになっている。また、配管121には、モニタ用の空燃比センサ125が設けられ、この空燃比センサ125の出力は空燃比(A/F)計126に測定され、計測部123に入力される。なお、配管121に供給される混合ガスの割合は、ガスアナライザ127により分析され、適正割合が担保されるようになっている。   The reaction furnace unit 120 includes a gas sensor 1, an air-fuel ratio sensor 125, and a heater 124 in a pipe 121 connected to a pipe 115 to which each gas is supplied from the gas supply unit 110. The output from the gas sensor 1 is measured by a measuring unit 123 that is a computer provided outside the reaction furnace unit 120. The electric heater 124 is for heating the mixed gas supplied to the pipe 115, and the temperature of the gas supplied to the gas sensor 1 is kept substantially constant by controlling the energization of the heater 124. It is like that. The pipe 121 is provided with a monitoring air-fuel ratio sensor 125, and the output of the air-fuel ratio sensor 125 is measured by an air-fuel ratio (A / F) meter 126 and input to the measuring unit 123. In addition, the ratio of the mixed gas supplied to the piping 121 is analyzed by the gas analyzer 127, and an appropriate ratio is ensured.

ここで、評価装置100において評価される対象となるガスセンサ1について図2を参照して説明する。図2に示すように、ガスセンサ1は、先端部が閉じた有底筒状をなすセンサ素子2、センサ素子2の有底孔25に挿入されるセラミックヒータ3と、センサ素子2を自身の内側にて保持する主体金具5を備える。なお、本実施形態において、図2に示すセンサ素子2の軸に沿う方向のうち、測定対象ガス(排気ガス)に曝される先端部に向かう側(閉じている側、図中の下側)を「先端側」とし、これと反対方向(図中上側)に向かう側を「後端側」として説明する。   Here, the gas sensor 1 to be evaluated in the evaluation apparatus 100 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the gas sensor 1 includes a sensor element 2 having a bottomed cylindrical shape with a closed end, a ceramic heater 3 inserted into the bottomed hole 25 of the sensor element 2, and the sensor element 2 on its inner side. The metal shell 5 is held. In the present embodiment, of the directions along the axis of the sensor element 2 shown in FIG. 2, the side facing the tip exposed to the measurement target gas (exhaust gas) (the closed side, the lower side in the figure). Will be described as “front end side”, and the side in the opposite direction (upper side in the drawing) as “rear end side”.

このセンサ素子2は、イットリアを安定化剤として固溶させた部分安定化ジルコニアを主成分とする酸素イオン伝導性を有する固体電解質体28と、その固体電解質体28の有底孔25の内面に、そのほぼ全面を覆うようにPtまたはPt合金により多孔質状に形成された内部電極層27(本発明の基準電極に相当する)と、固体電解質体28の外面に、内部電極層27と同様に多孔質状に形成された外部電極層26(本発明の測定電極に相当する)を有している。そして外部電極層26には、卑金属である鉛が塗布されている。なお、本実施形態では、卑金属として鉛を塗布したが、その他の卑金属として、亜鉛、スズ等が挙げられる。   The sensor element 2 includes a solid electrolyte body 28 having oxygen ion conductivity mainly composed of partially stabilized zirconia in which yttria is dissolved as a stabilizer, and an inner surface of a bottomed hole 25 of the solid electrolyte body 28. The internal electrode layer 27 (corresponding to the reference electrode of the present invention) formed to be porous with Pt or a Pt alloy so as to cover almost the entire surface, and the internal electrode layer 27 on the outer surface of the solid electrolyte body 28 Has an external electrode layer 26 (corresponding to the measurement electrode of the present invention) formed in a porous shape. The external electrode layer 26 is coated with lead, which is a base metal. In the present embodiment, lead is applied as a base metal, but zinc, tin, and the like can be given as other base metals.

また、センサ素子2には、外部電極層26を被覆する多孔質状の電極保護層99がさらに設けられている。この保護層は、アルミナマグネシアスピネル等の耐熱性セラミックよりなり、触媒金属粒子を担持している。また、このセンサ素子2の軸線方向の略中間位置には、径方向外側に向かって突出する係合フランジ部92が設けられている。また、セラミックヒータ3は、棒状に形成されると共に、内部に発熱抵抗体を有する発熱部42を備えている。このセラミックヒータ3は、後述するヒータ用リード線19,22を介して通電されることにより発熱部42が発熱することになり、センサ素子2を活性化させるべく当該センサ素子2を加熱する機能を果たす。   The sensor element 2 is further provided with a porous electrode protection layer 99 that covers the external electrode layer 26. This protective layer is made of a heat-resistant ceramic such as alumina magnesia spinel and carries catalytic metal particles. Further, an engagement flange portion 92 that protrudes radially outward is provided at a substantially intermediate position in the axial direction of the sensor element 2. The ceramic heater 3 is formed in a rod shape and includes a heat generating portion 42 having a heat generating resistor therein. When the ceramic heater 3 is energized through heater lead wires 19 and 22, which will be described later, the heat generating portion 42 generates heat, and has a function of heating the sensor element 2 to activate the sensor element 2. Fulfill.

主体金具5は、ガスセンサ1を排気管の取り付け部に取り付けるためのネジ部66と、排気管の取付部への取り付け時に取付工具をあてがう六角部93を有している。また、主体金具5は、センサ素子2を先端側から支持するアルミナ製の支持部材51と、支持部材51の後端側に充填される滑石粉末からなる充填部材52と、充填部材52を後端側から先端側に向けて押圧するアルミナ製のスリーブ53とを内部に収納可能に構成されている。   The metal shell 5 has a screw part 66 for attaching the gas sensor 1 to the attachment part of the exhaust pipe, and a hexagonal part 93 to which an attachment tool is applied when the gas sensor 1 is attached to the attachment part of the exhaust pipe. The metal shell 5 includes an alumina support member 51 that supports the sensor element 2 from the front end side, a filling member 52 made of talc powder that fills the rear end side of the support member 51, and the filling member 52 at the rear end. An alumina sleeve 53 that presses from the side toward the tip side is configured to be housed inside.

主体金具5には、先端側内周に径方向内側に向かって突出した金具側段部54が設けられており、この金具側段部54にパッキン55を介して支持部材51を係止させている。なお、センサ素子2は、係合フランジ部92が支持部材51上に支持されることにより、主体金具5に支持される。支持部材51の後端側における主体金具5の内面とセンサ素子2の外面との間には、充填部材52が配設され、さらにこの充填部材52の後端側にスリーブ53及び環状リング15が順次同軸状に内挿された状態で配置される。   The metal shell 5 is provided with a metal-side stepped portion 54 projecting radially inward on the inner periphery of the front end side, and the support member 51 is locked to the metal-side stepped portion 54 via a packing 55. Yes. The sensor element 2 is supported by the metal shell 5 when the engagement flange portion 92 is supported on the support member 51. A filling member 52 is disposed between the inner surface of the metal shell 5 on the rear end side of the support member 51 and the outer surface of the sensor element 2, and a sleeve 53 and an annular ring 15 are provided on the rear end side of the filling member 52. It arrange | positions in the state inserted sequentially coaxially.

また、主体金具5の後端側内側にはSUS304Lからなる内筒部材14の先端側が挿入されている。この内筒部材14は、先端側の拡径した開口端部(先端開口端部59)を環状リング15に当接させた状態で、主体金具5の金具側後端部60を内側先端方向に加締めることで、主体金具5に固定されている。なお、ガスセンサ1においては、主体金具5の金具側後端部60を加締めることを通じて、充填部材52がスリーブ53を介して圧縮充填される構造になっており、これによりセンサ素子2が筒状の主体金具5の内側に気密状に保持されている。   A front end side of the inner cylinder member 14 made of SUS304L is inserted inside the rear end side of the metal shell 5. The inner cylinder member 14 has the metal-side rear end 60 of the metal shell 5 in the direction of the inner tip, with the opening end (tip opening end 59) having an enlarged diameter on the tip side in contact with the annular ring 15. The metal shell 5 is fixed by caulking. The gas sensor 1 has a structure in which the filling member 52 is compressed and filled through the sleeve 53 by crimping the metal-side rear end portion 60 of the metal shell 5, whereby the sensor element 2 has a cylindrical shape. The metallic shell 5 is held in an airtight manner.

内筒部材14は、軸線方向における略中間位置に内筒段付き部83が形成されており、内筒段付き部83よりも先端側が内筒先端側胴部61として形成され、内筒段付き部83よりも後端側が内筒後端側胴部62として形成される。内筒後端側胴部62は、内筒先端側胴部61よりも内径、外径がともに小さく形成され、その内径は後述するセパレータ7のセパレータ本体部85の外径よりも若干大きく形成されている。また、内筒後端側胴部62には、周方向に沿って所定の間隔で複数の大気導入孔67が形成されている。   The inner cylinder member 14 is formed with an inner cylinder stepped portion 83 at a substantially intermediate position in the axial direction, the tip side of the inner cylinder stepped portion 83 is formed as an inner cylinder tip side body portion 61, and the inner cylinder stepped portion is formed. The rear end side of the portion 83 is formed as the inner cylinder rear end side body portion 62. The inner cylinder rear end side body part 62 is formed to have both an inner diameter and an outer diameter smaller than the inner cylinder front end side body part 61, and the inner diameter is slightly larger than the outer diameter of a separator body 85 of the separator 7 described later. ing. In addition, a plurality of air introduction holes 67 are formed in the inner cylinder rear end side body portion 62 at predetermined intervals along the circumferential direction.

外筒部材16は、SUS304Lの板材を深絞り加工することにより筒状に成型されており、後端側に外部から内部に通じる開口を含む外筒後端側部63、先端側に内筒部材14に対して後端側から同軸状に連結される外筒先端側部64、外筒後端側部63と外筒先端側部64とを繋ぐ外筒段部35が形成される。なお、外筒後端側部63には、弾性シール部材11を気密状に固定するための加締め部88が形成されている。   The outer cylinder member 16 is formed into a cylindrical shape by deep drawing a plate material of SUS304L, and includes an outer cylinder rear end side portion 63 including an opening communicating from the outside to the rear end side, and an inner cylinder member on the front end side. 14, an outer cylinder front end side portion 64 that is coaxially connected from the rear end side, and an outer cylinder step portion 35 that connects the outer cylinder rear end side portion 63 and the outer cylinder front end side portion 64 are formed. The outer cylinder rear end side portion 63 is formed with a caulking portion 88 for fixing the elastic seal member 11 in an airtight manner.

また、主体金具5の先端側外周には、センサ素子2の主体金具5の先端から突出する先端部を覆うとともに、複数のガス取入れ孔を有する金属製の二重のプロテクタ81,82が溶接によって取り付けられている。   Further, a metal double protector 81, 82 having a plurality of gas intake holes is welded to the outer periphery of the front end of the main metal shell 5 so as to cover the front end portion protruding from the front end of the main metal shell 5 of the sensor element 2. It is attached.

さらに、内筒部材14の内筒後端側胴部62の外側には、大気導入孔67から水が侵入するのを防止するための筒状のフィルタ68が配置されている。なお、フィルタ68は、例えばポリテトラフルオロエチレンの多孔質繊維構造体(商品名:ゴアテックス(ジャパンゴアテックス(株))のように、水を主体とする液体の透過は阻止する一方、空気などの気体の透過は許容する撥水性フィルタとして構成される。   Further, a cylindrical filter 68 for preventing water from entering through the air introduction hole 67 is disposed outside the inner cylinder rear end side body portion 62 of the inner cylinder member 14. The filter 68 is, for example, a porous fiber structure of polytetrafluoroethylene (trade name: Gore-Tex (Japan Gore-Tex Co., Ltd.), while preventing the permeation of liquid mainly composed of water, etc. This is configured as a water repellent filter that allows permeation of gas.

外筒部材16の外筒先端側部64は、フィルタ68が配置された内筒部材14(詳細には内筒後端側胴部62)を外側から覆う形状に形成されており、外筒先端側部64のうち、フィルタ68に対応する位置には周方向に沿って所定の間隔で複数の大気導入孔84が形成されている。   The outer cylinder front end side portion 64 of the outer cylinder member 16 is formed in a shape that covers the inner cylinder member 14 (specifically, the inner cylinder rear end side body portion 62) where the filter 68 is disposed from the outside, and the outer cylinder front end portion. A plurality of air introduction holes 84 are formed at predetermined intervals along the circumferential direction at positions corresponding to the filter 68 in the side portion 64.

なお、外筒部材16と内筒部材14とは、外筒部材16の外筒先端側部64のうちで大気導入孔84よりも後端側の少なくとも一部を、フィルタ68を介して径方向内側に加締めることで形成した第1加締め部56と、大気導入孔84よりも先端側の少なくとも一部を、同じくフィルタ68を介して径方向内側に加締めることで形成した第2加締め部57とによって固定されている。このとき、フィルタ68は、外筒部材16と内筒部材14との間で気密状に保持されることになる。また、外筒部材16の外筒先端側部64は内筒先端側胴部61に対し外側から重なりを生じるように配置されており、その重なり部の少なくとも一部が周方向の内側に向けて加締められることで、連結加締め部75が形成されている。   The outer cylinder member 16 and the inner cylinder member 14 are configured such that at least a part of the outer cylinder front end side portion 64 of the outer cylinder member 16 on the rear end side of the atmosphere introduction hole 84 is radially passed through the filter 68. First caulking portion 56 formed by caulking inward, and second caulking formed by caulking at least a part on the tip side from air introduction hole 84 inward in the radial direction, also through filter 68 It is fixed by the part 57. At this time, the filter 68 is held in an airtight manner between the outer cylinder member 16 and the inner cylinder member 14. Moreover, the outer cylinder front end side portion 64 of the outer cylinder member 16 is disposed so as to overlap from the outer side with respect to the inner cylinder front end side body portion 61, and at least a part of the overlapping portion faces the inner side in the circumferential direction. The connection crimping part 75 is formed by crimping.

これにより、基準ガスとしての大気は、大気導入孔84,フィルタ68および大気導入孔67、内筒部材14の内部に導入され、センサ素子2の有底孔25に導入される。一方、水滴はフィルタ68を通過することができないため、内筒部材14の内側への侵入が阻止される。   Thereby, the atmosphere as the reference gas is introduced into the atmosphere introduction hole 84, the filter 68, the atmosphere introduction hole 67, and the inner cylinder member 14, and is introduced into the bottomed hole 25 of the sensor element 2. On the other hand, since water droplets cannot pass through the filter 68, entry into the inner cylinder member 14 is prevented.

外筒部材16の後端内側(外筒後端側部63)に配置される弾性シール部材11は、センサ素子2に電気的に接続される2本の素子用リード線20、21と、セラミックヒータ3に電気的に接続される2本のヒータ用リード線19、22とを挿通するための4つのリード線挿通孔17が、先端側から後端側にかけて貫通するように形成されている。   The elastic seal member 11 disposed inside the rear end of the outer cylinder member 16 (outer cylinder rear end side portion 63) includes two element lead wires 20 and 21 electrically connected to the sensor element 2, and ceramic. Four lead wire insertion holes 17 for inserting two heater lead wires 19 and 22 electrically connected to the heater 3 are formed so as to penetrate from the front end side to the rear end side.

また、内筒部材14の内筒後端側胴部62に自身の先端側が挿入配置されるセパレータ7は、素子用リード線20、21と、ヒータ用リード線19,22とを挿通するためのセパレータリード線挿通孔71が先端側から後端側にかけて貫通するように形成されている。また、セパレータ7には、先端面に開口する有底状の保持孔95が軸線方向に形成されている。この保持孔95内には、セラミックヒータ3の後端部が挿入され、セラミックヒータ3の後端面が保持孔95の底面に当接することでセパレータ7に対するセラミックヒータ3の軸線方向の位置決めがなされる。   In addition, the separator 7 in which the front end side of the inner cylinder member 14 is inserted and arranged in the inner cylinder rear end side body portion 62 is for inserting the element lead wires 20 and 21 and the heater lead wires 19 and 22. The separator lead wire insertion hole 71 is formed so as to penetrate from the front end side to the rear end side. Further, the separator 7 is formed with a bottomed holding hole 95 opened in the front end surface in the axial direction. The rear end portion of the ceramic heater 3 is inserted into the holding hole 95, and the ceramic heater 3 is positioned in the axial direction with respect to the separator 7 by abutting the rear end surface of the ceramic heater 3 against the bottom surface of the holding hole 95. .

このセパレータ7は、内筒部材14の後端内側に挿入されるセパレータ本体部85を有するとともに、セパレータ本体部85の後端部から周方向外側に延設されたセパレータフランジ部86を有している。つまり、セパレータ7は、セパレータ本体部85が内筒部材14に挿入されるとともに、セパレータフランジ部86が内筒部材14の後端面にフッ素ゴムからなる環状シール部材40を介して支持される状態で、外筒部材16の内側に配置される。   The separator 7 includes a separator main body 85 that is inserted inside the rear end of the inner cylinder member 14, and a separator flange 86 that extends from the rear end of the separator main body 85 to the outer side in the circumferential direction. Yes. That is, in the separator 7, the separator body 85 is inserted into the inner cylinder member 14, and the separator flange 86 is supported on the rear end surface of the inner cylinder member 14 via the annular seal member 40 made of fluoro rubber. The inner cylinder member 16 is disposed inside.

また、素子用リード線20、21及びヒータ用リード線19、22は、セパレータ7のセパレータリード線挿通孔71、弾性シール部材11のリード線挿通孔17を通じて、内筒部材14及び外筒部材16の内部から外部に向かって引き出されている。なお、これら4本のリード線19、20、21、22は外部において、図示しないコネクタに接続される。そして、このコネクタを介してECU等の外部機器と各リード線19、20、21、22とは電気信号の入出力が行なわれることになる。   The element lead wires 20 and 21 and the heater lead wires 19 and 22 are passed through the separator lead wire insertion hole 71 of the separator 7 and the lead wire insertion hole 17 of the elastic seal member 11, and the inner cylinder member 14 and the outer cylinder member 16. It is drawn from the inside to the outside. These four lead wires 19, 20, 21, and 22 are externally connected to a connector (not shown). The external signals such as the ECU and the lead wires 19, 20, 21, and 22 are input / output via the connector.

また、各リード線19、20、21、22は、詳細は図示しないが、導線を樹脂からなる絶縁皮膜にて被覆した構造を有しており、導線の後端側がコネクタに設けられるコネクタ端子に接続される。そして、素子用リード線20の導線の先端側は、センサ素子2の外面に対して外嵌される端子金具43の後端部と加締められ、素子用リード線21の導線の先端側は、センサ素子2の内面に対して圧入される端子金具44の後端部と加締められる。これにより、素子用リード線20は、センサ素子2の外部電極層26と電気的に接続され、素子用リード線21は、内部電極層27と電気的に接続される。他方、ヒータ用リード線19、22の導線の先端部は、セラミックヒータ3の発熱抵抗体と接合された一対のヒータ用端子金具と各々接続される。   Further, although not shown in detail, each lead wire 19, 20, 21, 22 has a structure in which the conducting wire is covered with an insulating film made of resin, and the rear end side of the conducting wire is a connector terminal provided in the connector. Connected. And the front end side of the conducting wire of the element lead wire 20 is crimped with the rear end portion of the terminal fitting 43 fitted on the outer surface of the sensor element 2, and the leading end side of the conducting wire of the element lead wire 21 is It is crimped to the rear end portion of the terminal fitting 44 that is press-fitted into the inner surface of the sensor element 2. Thereby, the element lead wire 20 is electrically connected to the external electrode layer 26 of the sensor element 2, and the element lead wire 21 is electrically connected to the internal electrode layer 27. On the other hand, the leading ends of the lead wires 19 and 22 for the heater are respectively connected to a pair of heater terminal fittings joined to the heating resistor of the ceramic heater 3.

そして、セパレータ7の後端側には、耐熱性に優れるフッ素ゴム等からなる弾性シール部材11が、外筒部材16を加締め、加締め部88を形成することにより、外筒部材16に固定されている。この弾性シール部材11は、本体部31、本体部31の先端側の側周面から径方向外側に向けて延びるシール部材鍔部32を有している。そして、この本体部31を軸線方向に貫くように4つのリード線挿通孔17が形成されている。   An elastic seal member 11 made of fluorine rubber or the like having excellent heat resistance is fixed to the outer cylinder member 16 at the rear end side of the separator 7 by caulking the outer cylinder member 16 and forming a caulking portion 88. Has been. The elastic seal member 11 includes a main body 31 and a seal member collar 32 extending from the side peripheral surface on the distal end side of the main body 31 toward the radially outer side. Then, four lead wire insertion holes 17 are formed so as to penetrate the main body portion 31 in the axial direction.

次に、評価装置100により、センサ素子2の外部電極層26に塗布されている卑金属の状態を評価する方法について以下の実施例により説明する。   Next, a method for evaluating the state of the base metal applied to the external electrode layer 26 of the sensor element 2 by the evaluation apparatus 100 will be described with reference to the following examples.

[実施例]
ガスセンサ1について、卑金属として鉛をセンサ素子2の外部電極層26に塗布した量の異なる3種類を用意して、ガスセンサ1の出力値を測定した。鉛の塗布量は、0μ/cm,3μ/cm,及び50μ/cmとした。また、センサ素子2の温度は600℃に調整した。なお、センサ素子2の温度としては、280℃〜900℃の間に調整することが好ましい。さらに、ガス供給部110から供給される被測定ガスの全体流量は毎分40L、被測定ガスの温度は450度に設定した。被測定ガスのうち、プロパンガスボンベ102から供給されるプロパンガスの濃度を1000ppmで固定し、酸素ガスボンベ103から供給される酸素ガスの流量を少量から多量に変化させ、残量を窒素ガスボンベ104から供給される窒素ガスにて調整して全体流量が常に一定になるようにした。なお、本実施例では、プロパンガスの濃度を1000ppmに固定したが、1000ppm以下の濃度でも十分に測定することができる。以上の条件で、ガスセンサ1が発生する起電力を測定した。その測定結果を図3に示す。図3は、鉛の塗布量とガスセンサの出力値の関係を示すグラフである。
[Example]
For the gas sensor 1, three types of different amounts in which lead was applied as the base metal to the external electrode layer 26 of the sensor element 2 were prepared, and the output value of the gas sensor 1 was measured. The amount of lead applied was 0 μg / cm 2 , 3 μg / cm 2 , and 50 μg / cm 2 . The temperature of the sensor element 2 was adjusted to 600 ° C. The temperature of the sensor element 2 is preferably adjusted between 280 ° C. and 900 ° C. Furthermore, the entire flow rate of the gas to be measured supplied from the gas supply unit 110 was set to 40 L / min, and the temperature of the gas to be measured was set to 450 degrees. Among the measured gases, the concentration of the propane gas supplied from the propane gas cylinder 102 is fixed at 1000 ppm, the flow rate of the oxygen gas supplied from the oxygen gas cylinder 103 is changed from a small amount to a large amount, and the remaining amount is supplied from the nitrogen gas cylinder 104. The total flow rate was always kept constant by adjusting the nitrogen gas. In this embodiment, the concentration of propane gas is fixed at 1000 ppm. However, even a concentration of 1000 ppm or less can be measured sufficiently. Under the above conditions, the electromotive force generated by the gas sensor 1 was measured. The measurement results are shown in FIG. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the amount of lead applied and the output value of the gas sensor.

図3に示すように、鉛の塗布量が0μ/cmのガスセンサ1では、リッチ側では起電力が800mV前後の出力があり、リーン側では100mV前後の出力値になっている。これに対し、鉛の塗布量が3μ/cmのガスセンサ1では、リッチ雰囲気下での起電力が約600mVからリーン側での出力値である100mV前後までなだらかに出力値が低下していく。さらに、鉛の塗布量が50μ/cmのガスセンサ1では、リッチ→リーンに雰囲気が変化してもほぼ100mV前後の一定の出力値となっている。このように、鉛の塗布量が増加するに従って、リッチ雰囲気での起電力の出力値が低下し、リーン雰囲気での起電力の出力値との差が小さくなる。従って、本実施形態の評価装置100を用いて、プロパンガス濃度を固定し、酸素ガス濃度を変化させる被測定ガスにガスセンサ1のセンサ素子2を曝し、ガスセンサ1の出力値を測定することにより、ガスセンサ1のセンサ素子2の外部電極層26に塗布されている卑金属(鉛)の量を評価することができる。 As shown in FIG. 3, in the gas sensor 1 having a lead application amount of 0 μg / cm 2 , the electromotive force is about 800 mV on the rich side, and the output value is about 100 mV on the lean side. On the other hand, in the gas sensor 1 having a lead application amount of 3 μg / cm 2 , the output value gradually decreases from about 600 mV in the rich atmosphere to about 100 mV, which is the output value on the lean side. . Further, in the gas sensor 1 having a lead coating amount of 50 μg / cm 2 , even if the atmosphere changes from rich to lean, a constant output value of about 100 mV is obtained. Thus, as the amount of lead applied increases, the output value of the electromotive force in the rich atmosphere decreases, and the difference from the output value of the electromotive force in the lean atmosphere decreases. Therefore, by using the evaluation apparatus 100 of the present embodiment, the propane gas concentration is fixed, the sensor element 2 of the gas sensor 1 is exposed to the gas to be measured that changes the oxygen gas concentration, and the output value of the gas sensor 1 is measured. The amount of base metal (lead) applied to the external electrode layer 26 of the sensor element 2 of the gas sensor 1 can be evaluated.

以上説明したように、本実施形態の評価装置100によれば、測定電極に塗布された卑金属の量のようなガスセンサ1の測定電極に塗布された卑金属の状態を直接評価することができる。破壊検査をする必要がなく、他の要因による評価結果への影響がないため、効果的に測定電極に塗布された卑金属の状態のみを評価できる。   As described above, according to the evaluation apparatus 100 of the present embodiment, the state of the base metal applied to the measurement electrode of the gas sensor 1 such as the amount of the base metal applied to the measurement electrode can be directly evaluated. Since it is not necessary to perform a destructive inspection and there is no influence on the evaluation result due to other factors, it is possible to effectively evaluate only the state of the base metal applied to the measurement electrode.

ガスセンサの評価装置100全体のシステム構成を概略的に示すブロック図である。1 is a block diagram schematically showing a system configuration of an entire gas sensor evaluation apparatus 100. FIG. ガスセンサ1の全体構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an overall configuration of a gas sensor 1. FIG. 鉛の塗布量とガスセンサの出力値の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the application quantity of lead, and the output value of a gas sensor.

1 ガスセンサ
2 センサ素子
26 外部電極層
27 内部電極層
28 固体電解質体
100 評価装置
102 プロパンガスボンベ
103 酸素ガスボンベ
104 窒素ガスボンベ
110 ガス供給部
112 マスフロー・コントローラ
113 マスフロー・コントローラ
114 マスフロー・コントローラ
123 計測部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas sensor 2 Sensor element 26 External electrode layer 27 Internal electrode layer 28 Solid electrolyte body 100 Evaluation apparatus 102 Propane gas cylinder 103 Oxygen gas cylinder 104 Nitrogen gas cylinder 110 Gas supply part 112 Mass flow controller 113 Mass flow controller 114 Mass flow controller 123 Measurement part

Claims (4)

酸素イオン伝導性を有する固体電解質体に、被測定ガスに曝される測定電極と該測定電極に対向する基準電極とを配設したガスセンサ素子の特性を評価するガスセンサの評価方法であって、
少なくともプロパンガス及び酸化性ガスを用い、これらのいずれか一方の流量を固定し、他方を変化させて作成する雰囲気に前記ガスセンサ素子を曝したとき、前記ガスセンサが出力する出力値により前記測定電極に塗布されている卑金属の塗布量、または該卑金属の酸化の度合いを評価することを特徴とするガスセンサの評価方法。
A gas sensor evaluation method for evaluating the characteristics of a gas sensor element in which a measurement electrode exposed to a gas to be measured and a reference electrode facing the measurement electrode are disposed on a solid electrolyte body having oxygen ion conductivity,
When the gas sensor element is exposed to an atmosphere created by using at least propane gas and oxidizing gas, fixing the flow rate of one of these and changing the other, the output value output from the gas sensor is applied to the measurement electrode. An evaluation method for a gas sensor, characterized by evaluating the amount of base metal applied or the degree of oxidation of the base metal .
前記卑金属は、鉛又は亜鉛の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1に記載のガスセンサの評価方法。   The said base metal contains at least one of lead or zinc, The evaluation method of the gas sensor of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 酸素イオン伝導性を有する固体電解質体に、被測定ガスに曝される測定電極と該測定電極に対向する基準電極とを配設したガスセンサ素子に、少なくともプロパンガス及び酸化性ガスから構成される雰囲気を供給するガス供給手段と、
当該ガス供給手段により供給される前記プロパンガス又は前記酸化性ガスのいずれか一方の流量を固定し、他方を変化させる流量調整手段と、
当該流量調整手段により調整された前記雰囲気にガスセンサ素子を曝すことで該ガスセンサ素子を備えるガスセンサが出力する出力値を測定する出力測定手段と、
当該出力測定手段により測定された出力値に基づき前記測定電極に塗布されている卑金属の塗布量、または該卑金属の酸化の度合いを評価する評価手段とを備えたことを特徴とするガスセンサの評価装置。
An atmosphere composed of at least propane gas and an oxidizing gas in a gas sensor element in which a measurement electrode exposed to a gas to be measured and a reference electrode facing the measurement electrode are disposed on a solid electrolyte body having oxygen ion conductivity Gas supply means for supplying
A flow rate adjusting means for fixing the flow rate of either the propane gas or the oxidizing gas supplied by the gas supply means and changing the other;
Output measuring means for measuring an output value output from a gas sensor including the gas sensor element by exposing the gas sensor element to the atmosphere adjusted by the flow rate adjusting means;
An evaluation device for a gas sensor, comprising: an evaluation unit that evaluates a coating amount of a base metal applied to the measurement electrode or a degree of oxidation of the base metal based on an output value measured by the output measurement unit .
前記卑金属は、鉛又は亜鉛の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項に記載のガスセンサの評価装置。 The said base metal contains at least one of lead or zinc, The evaluation apparatus of the gas sensor of Claim 3 characterized by the above-mentioned.
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JPH021534A (en) * 1988-03-29 1990-01-05 Ngk Insulators Ltd Inspection of porous protective layer of oxygen sensor
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH021534A (en) * 1988-03-29 1990-01-05 Ngk Insulators Ltd Inspection of porous protective layer of oxygen sensor
JPH09236575A (en) * 1995-12-28 1997-09-09 Ngk Spark Plug Co Ltd Air fuel ratio detecting element and its manufacturing method, and stabilizing method for it
JP2003185621A (en) * 2001-12-14 2003-07-03 Nippon Soken Inc Apparatus and method for evaluating characteristics of gas sensor

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