JP6101669B2 - ガスセンサ - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1のガスセンサ素子においては、固体電解質体に一対の電極を設けて、酸素ポンプセル、酸素モニタセル及びセンサセルを形成し、内部空間に導入されたガス中の特定ガス成分の濃度を検出している。また、特許文献1のガスセンサ素子においては、内部空間内の酸素濃度の影響を受けずに特定ガス成分の濃度を検出するために、内部空間にガスを導入するガス導入口から、酸素モニタセルの電極とセンサセルの電極との、ガス流れの上流側端部位置までの距離が同等となるようにしている。
酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、
該固体電解質体の第1主面の側に形成されて上記ガスが導入されるガス室と、
上記固体電解質体の第2主面の側に形成されて基準ガスが導入される基準ガス室と、
上記固体電解質体の上記第1主面に設けられたポンプ電極と、
上記固体電解質体の上記第1主面に設けられ、上記ポンプ電極が設けられた位置よりも上記ガスの流れ方向の下流側に位置するモニタ電極と、
上記固体電解質体の上記第1主面に設けられ、上記モニタ電極が設けられた位置に対して、上記流れ方向に垂直な方向に並ぶセンサ電極と、
上記固体電解質体の上記第2主面に設けられた基準電極と、
上記ガス室又は上記基準ガス室を介して上記固体電解質体に対向して配置され、該固体電解質体を加熱するヒータと、を備え、
上記ポンプ電極と上記基準電極と上記固体電解質体の一部とによって、上記ポンプ電極と上記基準電極との間に電圧が印加されることにより、上記ガス室における上記ガス中の酸素濃度を調整するポンプセルが形成されており、
上記モニタ電極と上記基準電極と上記固体電解質体の一部とによって、上記モニタ電極と上記基準電極との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室における酸素濃度を検出するモニタセルが形成されており、
上記センサ電極と上記基準電極と上記固体電解質体の一部とによって、上記センサ電極と上記基準電極との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室における上記特定ガス成分の濃度を検出するためのセンサセルが形成されており、
該センサセルによって検出される酸素イオン電流から、上記モニタセルによって検出される酸素イオン電流が差し引かれることにより、上記特定ガス成分の濃度が検出されるよう構成されており、
上記ポンプ電極、上記モニタ電極及び上記センサ電極が上記固体電解質体に設けられた位置において、上記流れ方向に直交する幅方向における、上記ガス室の空間幅が一定であり、
上記幅方向において、上記ポンプ電極の中心位置に対する、上記モニタ電極と上記センサ電極との隙間の中心位置のずれ量ΔX1は、上記ポンプ電極の幅をW1としたとき、ΔX1≦1/4W1の関係を有しており、また、上記ポンプ電極の中心位置からの、上記モニタ電極の側面の位置及び上記センサ電極の側面の位置ΔY1は、ΔY1≦1/2W1の関係を有していることを特徴とするガスセンサにある。
酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、
該固体電解質体の第1主面の側に形成されて上記ガスが導入されるガス室と、
上記固体電解質体の第2主面の側に形成されて基準ガスが導入される基準ガス室と、
上記固体電解質体の上記第1主面に設けられたポンプ電極と、
上記固体電解質体の上記第1主面に設けられ、上記ポンプ電極が設けられた位置よりも上記ガスの流れ方向の下流側に位置するモニタ電極と、
上記固体電解質体の上記第1主面に設けられ、上記モニタ電極が設けられた位置に対して、上記流れ方向に垂直な方向に並ぶセンサ電極と、
上記固体電解質体の上記第2主面に設けられた基準電極と、
上記ガス室又は上記基準ガス室を介して上記固体電解質体に対向して配置され、該固体電解質体を加熱するヒータと、を備え、
上記ポンプ電極と上記基準電極と上記固体電解質体の一部とによって、上記ポンプ電極と上記基準電極との間に電圧が印加されることにより、上記ガス室における上記ガス中の酸素濃度を調整するポンプセルが形成されており、
上記モニタ電極と上記基準電極と上記固体電解質体の一部とによって、上記モニタ電極と上記基準電極との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室における酸素濃度を検出するモニタセルが形成されており、
上記センサ電極と上記基準電極と上記固体電解質体の一部とによって、上記センサ電極と上記基準電極との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室における上記特定ガス成分の濃度を検出するためのセンサセルが形成されており、
該センサセルによって検出される酸素イオン電流から、上記モニタセルによって検出される酸素イオン電流が差し引かれることにより、上記特定ガス成分の濃度が検出されるよう構成されており、
上記ポンプ電極、上記モニタ電極及び上記センサ電極が上記固体電解質体に設けられた位置において、上記流れ方向に直交する幅方向における、上記ガス室の空間幅が一定であり、
上記ヒータは、絶縁体と、該絶縁体に埋設されて通電によって発熱する発熱部とを有しており、該発熱部は、上記ポンプ電極、上記モニタ電極及び上記センサ電極が設けられた上記固体電解質体の平面領域の全体の投影位置に対応するように設けられており、
上記幅方向において、上記発熱部の中心位置に対する、上記モニタ電極と上記センサ電極との隙間の中心位置のずれ量ΔX2は、上記発熱部の上記幅方向の全体幅をW2としたとき、ΔX2≦1/4W2の関係を有しており、また、上記発熱部の中心位置からの、上記モニタ電極の側面の位置及び上記センサ電極の側面の位置ΔY2は、ΔY2≦1/2W2の関係を有していることを特徴とするガスセンサにある。
酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、
該固体電解質体の第1主面の側に形成されて上記ガスが導入されるガス室と、
上記固体電解質体の第2主面の側に形成されて基準ガスが導入される基準ガス室と、
上記固体電解質体の上記第1主面に設けられたポンプ電極と、
上記固体電解質体の上記第1主面に設けられ、上記ポンプ電極が設けられた位置よりも上記ガスの流れ方向の下流側に位置するモニタ電極と、
上記固体電解質体の上記第1主面に設けられ、上記モニタ電極が設けられた位置に対して、上記流れ方向に垂直な方向に並ぶセンサ電極と、
上記固体電解質体の上記第2主面に設けられた基準電極と、
上記ガス室又は上記基準ガス室を介して上記固体電解質体に対向して配置され、該固体電解質体を加熱するヒータと、を備え、
上記ポンプ電極と上記基準電極と上記固体電解質体の一部とによって、上記ポンプ電極と上記基準電極との間に電圧が印加されることにより、上記ガス室における上記ガス中の酸素濃度を調整するポンプセルが形成されており、
上記モニタ電極と上記基準電極と上記固体電解質体の一部とによって、上記モニタ電極と上記基準電極との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室における酸素濃度を検出するモニタセルが形成されており、
上記センサ電極と上記基準電極と上記固体電解質体の一部とによって、上記センサ電極と上記基準電極との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室における上記特定ガス成分の濃度を検出するためのセンサセルが形成されており、
該センサセルによって検出される酸素イオン電流から、上記モニタセルによって検出される酸素イオン電流が差し引かれることにより、上記特定ガス成分の濃度が検出されるよう構成されており、
上記ガス室は、上記ポンプ電極が配置された第1ガス室と、上記モニタ電極及び上記センサ電極が配置された第2ガス室と、上記第1ガス室と上記第2ガス室との間に位置する狭小空間とによって形成されており、
上記狭小空間の上記幅方向における空間幅は、上記第1ガス室の上記幅方向における空間幅、及び上記第2ガス室の上記幅方向における空間幅に比べて狭くなっており、
上記幅方向において、上記狭小空間の中心位置に対する、上記モニタ電極と上記センサ電極との隙間の中心位置のずれ量ΔX3は、上記狭小空間の上記幅方向における空間幅をW3としたとき、ΔX3≦1/4W3の関係を有していることを特徴とするガスセンサにある。
それ故、上記一態様のガスセンサによれば、特定ガス成分濃度の検出精度を向上させることができる。
それ故、上記他の態様のガスセンサによっても、特定ガス成分濃度の検出精度を向上させることができる。
なお、上記一態様のガスセンサの構成と上記他の態様のガスセンサの構成とは、同じガスセンサにおいて同時に適用することができる。
それ故、上記さらに他の態様のガスセンサによっても、特定ガス成分濃度の検出精度を向上させることができる。
上記一態様のガスセンサにおけるずれ量ΔX1及び中心位置からの各側面の位置ΔY1、上記他の態様のガスセンサにおけるずれ量ΔX2及び中心位置からの各側面の位置ΔY2、及び上記さらに他の態様のガスセンサにおけるずれ量ΔX3は、0(ゼロ)にすることが理想であるが、ガスセンサの製造上、0にすることは難しい。このことより、ずれ量ΔX1の許容範囲(ΔX1≦1/4W1)、ずれ量ΔX2の許容範囲(ΔX2≦1/4W2)及びずれ量ΔX3の許容範囲(ΔX3≦1/4W3)を規定することに意義がある。
また、上記さらに他の態様のガスセンサにおいては、上記他の態様のガスセンサで示した、ずれ量ΔX2の関係(ΔX2≦1/4W2)及び中心位置からの各側面の位置ΔY2の関係(ΔY2≦1/2W2)を有していることができる。
この場合には、ヒータの発熱部から、ポンプ電極、モニタ電極及びセンサ電極が受ける電子伝導の影響を極力同等にすることができる。そのため、ポンプ電極、モニタ電極及びセンサ電極の温度を、容易に最適な温度に制御することができ、ガスセンサによる特定ガス成分濃度の検出精度を向上させることができる。
なお、平板状のヒータ及び加熱部に対して平板状の固体電解質体を積層することにより、上記各距離を容易に同じにすることができる。
この場合には、ポンプ電極の配置位置を通過した後のガスが、モニタセルの電極とセンサセルの電極とに、極力同等に接触するようにすることができる。
この場合には、ガスセンサの幅方向における温度分布を極力減らし、発熱部による電子伝導がモニタ電極とセンサ電極とに与える影響の差を減らすことができる。
以下に、ガスセンサにかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例のガスセンサ1は、酸素を含むガスGにおける、所定のガス成分の濃度を測定するものである。ガスセンサ1は、図1、図2に示すごとく、固体電解質体2、拡散抵抗体3、ガス室101、基準ガス室102、ポンプセル41、モニタセル42、センサセル43及びヒータ6を備えている。
固体電解質体2は、酸素イオン伝導性を有しており、平板形状に形成されている。拡散抵抗体3は、ガスGの流速を低下させて所定の流量で通過させる多孔質体から形成されている。ガス室101は、固体電解質体2の一方の表面である第1主面201の側に形成されており、拡散抵抗体3を通過するガスGが導入される空間として形成されている。基準ガス室102は、固体電解質体2の他方の表面である第2主面202の側に形成されており、基準ガスAが導入される空間として形成されている。固体電解質体2の第2主面202には、基準ガスAとしての大気に曝される基準電極24が設けられている。
モニタセル42は、固体電解質体2の第1主面201であって、ガスGの流れ方向Fにおけるポンプ電極21の配置位置よりも下流側の位置に、ガスGに曝されるモニタ電極22を有している。モニタセル42は、モニタ電極22と基準電極24との間に流れる酸素イオン電流に基づいて、ガス室101におけるガスG中の酸素濃度を検出するよう構成されている。
ヒータ6は、固体電解質体2を加熱するものであり、基準ガス室102を介して固体電解質体(2)に対向して配置されている。
図2、図3に示すごとく、ガス室101は、固体電解質体2、固体電解質体2に積層された絶縁体51,52及び拡散抵抗体3によって囲まれて形成されている。ポンプ電極21、モニタ電極22及びセンサ電極23が固体電解質体2に設けられた位置において、ガスGの流れ方向Fに直交する幅方向Wにおける、ガス室101の空間幅W0は一定になっている。
本例のガスセンサ1は、カバー内に配置された状態で、自動車の排気管内において使用される。また、ガスGは排気管を通過する排ガスであり、ガスセンサ1は、排ガス中の特定ガス成分としてのNOx(窒素酸化物)の濃度を検出するために用いられる。
固体電解質体2は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアの基板である。ポンプ電極21、モニタ電極22及びセンサ電極23は、固体電解質体2における、ガスGに曝される側の第1主面201に一定の厚みで設けられている。基準電極24は、固体電解質体2における、基準ガスAに曝される側の第2主面202に一定の厚みで設けられている。本例の基準電極24は、固体電解質体2においてポンプ電極21、モニタ電極22及びセンサ電極23が位置する領域の全体の裏側の位置に設けられている。基準電極24は、ポンプ電極21、モニタ電極22及びセンサ電極23の全体に対して1つ設ける以外にも、ポンプ電極21、モニタ電極22及びセンサ電極23のそれぞれの裏側の位置に分散させて、3つ設けることもできる。
また、ヒータ6は、固体電解質体2を加熱するとともに、固体電解質体2に設けられたポンプ電極21、モニタ電極22及びセンサ電極23を加熱する。ヒータ6は、平板状に形成されており、第3の絶縁体53に積層されている。ヒータ6は、第3の絶縁体53の表面に積層された第4の絶縁体61と、第4の絶縁体61に設けられ、通電が行われる通電体62とを有している。第4の絶縁体61は、2枚の絶縁プレート611によって通電体62を挟み込んでいる。
図4に示すごとく、通電体62は、外部の通電手段が接続される一対の電極部621と、該一対の電極部621同士を繋ぎ、一対の電極部621に印加される電圧によって通電されて発熱する発熱部622とを有している。
発熱部622の抵抗値は、通電体62の全体の抵抗値における50%以上の割合を占める。発熱部622は、ポンプ電極21、モニタ電極22及びセンサ電極23が設けられた固体電解質体2の平面領域の全体が、第4の絶縁体61の表面に厚み方向Tに投影された位置に設けられている。
こうして、ヒータ6の発熱部622によって、ポンプ電極21、モニタ電極22及びセンサ電極23の温度を、それぞれ容易に最適な温度に制御することができる。
ポンプ電極21の下流側端面は、幅方向Wに平行になっており、モニタ電極22及びセンサ電極23の上流側端面も、幅方向Wに平行になっている。そして、ガスセンサ1の流れ方向Fにおいて、ポンプ電極21の下流側端面からモニタ電極22の上流側端面までの距離B1と、ポンプ電極21の下流側端面からセンサ電極23の上流側端面までの距離B2とは、ほぼ同等になっている。なお、ポンプ電極21の下流側端面からモニタ電極22の上流側端面までの距離B1と、ポンプ電極21の下流側端面からセンサ電極23の上流側端面までの距離B2とは、若干異なっていてもよく、より具体的には±10%までは異なっていてもよい。
それ故、本例のガスセンサ1によれば、特定ガス成分濃度の検出精度を向上させることができる。
ずれ量ΔX1は、モニタ電極22及びセンサ電極23の幅方向Wの幅が、ポンプ電極21の幅方向Wの幅の1/4未満まで小さくなれば、ΔY1≦1/2W1の関係が満たされる範囲で1/4W1以下まで許容される。このことより、ずれ量ΔX1は、ΔX1≦1/4W1の関係を有していることが好ましく、ΔX1≦1/8W1の関係を有していることがさらに好ましいといえる。
本例のガスセンサ1においては、モニタ電極22とセンサ電極23との隙間Sの中心位置のずれ量ΔX2を、ヒータ6における発熱部622との関係で規定している。
具体的には、図7に示すごとく、ガスセンサ1の幅方向Wにおいて、発熱部622の中心位置O3に対する、モニタ電極22とセンサ電極23との隙間Sの中心位置O4のずれ量ΔX2は、発熱部622の幅方向Wの全体幅をW2としたとき、ΔX2≦1/4W2の関係を有している。
また、ポンプ電極21の幅方向Wの幅W1と発熱部622の幅方向Wの全体幅W2とは、W1≦W2の関係を有している。これにより、ガスセンサ1の幅方向Wにおける温度分布を極力減らし、発熱部622による電子伝導がモニタ電極22とセンサ電極23とに与える影響の差を減らすことができる。
それ故、本例のガスセンサ1によっても、特定ガス成分濃度の検出精度を向上させることができる。
本例のガスセンサ1のその他の構成及び図中の符号は上記実施例1と同様であり、本例のその他の作用効果は、上記実施例1と同様である。
ずれ量ΔX2は、モニタ電極22及びセンサ電極23の幅方向Wの幅が、発熱部622の幅方向Wの幅の1/4未満まで小さくなれば、ΔY2≦1/2W2の関係が満たされる範囲で1/4W2以下まで許容される。このことより、ずれ量ΔX2は、ΔX2≦1/4W2の関係を有していることが好ましく、ΔX2≦1/8W2の関係を有していることがさらに好ましいといえる。
なお、発熱部622は、ガスセンサ1の幅方向Wにおいて略対称に形成されていればよい。発熱部622の中心位置O3は、幅方向Wの対称線に相当する。発熱部622は、例えば、図10に示すようなパターンで形成することができる。この場合においても、作用効果は上記実施例2と同様である。
本例は、図11に示すごとく、ガス室101が、ポンプ電極21が配置された第1ガス室103と、モニタ電極22及びセンサ電極23が配置された第2ガス室104と、第1ガス室103と第2ガス室104との間に位置する狭小空間105とによって形成された場合について示す。
狭小空間105の幅方向Wにおける空間幅W3は、第1ガス室103の幅方向Wにおける空間幅W0’、及び第2ガス室104の幅方向Wにおける空間幅W0’’に比べて狭くなっている。第1ガス室103の空間幅W0’と第2ガス室104の空間幅W0’’とはほぼ同じである。
それ故、本例のガスセンサ1によっても、特定ガス成分濃度の検出精度を向上させることができる。
本例のガスセンサ1のその他の構成及び図中の符号は上記実施例1、2と同様であり、本例のその他の作用効果は、上記実施例1、2と同様である。
このことより、ずれ量ΔX3は、ΔX3≦1/4W3の関係を有していることが好ましく、ΔX3≦1/8W3の関係を有していることがさらに好ましいといえる。
本例は、図13、図14に示すごとく、ガスセンサ1が上記実施例1の構成に加えて、第2ポンプセル45を有している場合について示す。
第2ポンプセル45は、固体電解質体2のガス室101側の第1主面201に、ガスGに曝される第2ポンプ電極25を有している。第2ポンプ電極25は、固体電解質体2の第1主面201において、ポンプ電極21とモニタ電極22及びセンサ電極23との間に配置されている。なお、ポンプセル41におけるポンプ電極21が第1ポンプ電極となる。
本例のガスセンサ1においては、ガス室101におけるガスG中の酸素濃度は、始めにポンプセル41によって調整され、その後、第2ポンプセル45によってさらに精密に調整される。そのため、モニタ電極22及びセンサ電極23に到達するガスG中の酸素濃度を、より精密に制御することができ、ガスセンサ1の検出誤差をより小さくすることができる。
言い換えれば、モニタ電極22の側面221の位置は、第2ポンプ電極25の側面251の位置と同じ又は第2ポンプ電極25の側面251の位置よりも内側に位置しており、センサ電極23の側面231の位置は、第2ポンプ電極25の側面251の位置と同じ又は第2ポンプ電極25の側面251の位置よりも内側に位置している。
本例のガスセンサ1のその他の構成及び図中の符号は上記実施例1、2と同様であり、本例のその他の作用効果は、上記実施例1、2と同様である。
本例は、図15、図16に示すごとく、ガスセンサ1が上記実施例1の構成に加えて、ポンプ制御セル46を有している場合について示す。
ポンプ制御セル46は、固体電解質体2のガス室101側の第1主面201に、ガスGに曝されるポンプ制御電極26を有している。ポンプ制御電極26は、固体電解質体2の第1主面201において、ポンプ電極21とモニタ電極22及びセンサ電極23との間に配置されている。
本例のガスセンサ1のその他の構成及び図中の符号は上記実施例1、2と同様であり、本例のその他の作用効果は、上記実施例1、2と同様である。
101 ガス室
102 基準ガス室
103 第1ガス室
104 第2ガス室
105 狭小空間
2 固体電解質体
21 ポンプ電極
22 モニタ電極
23 センサ電極
24 基準電極
3 拡散抵抗体
41 ポンプセル
42 モニタセル
43 センサセル
6 ヒータ
61 絶縁体
62 通電体
622 発熱部
G ガス
A 基準ガス
S 隙間
Claims (6)
- 酸素を含むガス(G)における、特定ガス成分の濃度を測定するガスセンサ(1)であって、
酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体(2)と、
該固体電解質体(2)の第1主面(201)の側に形成されて上記ガス(G)が導入されるガス室(101)と、
上記固体電解質体(2)の第2主面(202)の側に形成されて基準ガス(A)が導入される基準ガス室(102)と、
上記固体電解質体(2)の上記第1主面(201)に設けられたポンプ電極(21)と、
上記固体電解質体(2)の上記第1主面(201)に設けられ、上記ポンプ電極(21)が設けられた位置よりも上記ガス(G)の流れ方向(F)の下流側に位置するモニタ電極(22)と、
上記固体電解質体(2)の上記第1主面(201)に設けられ、上記モニタ電極(22)が設けられた位置に対して、上記流れ方向(F)に垂直な方向に並ぶセンサ電極(23)と、
上記固体電解質体(2)の上記第2主面(202)に設けられた基準電極(24)と、
上記ガス室(101)又は上記基準ガス室(102)を介して上記固体電解質体(2)に対向して配置され、該固体電解質体(2)を加熱するヒータ(6)と、を備え、
上記ポンプ電極(21)と上記基準電極(24)と上記固体電解質体(2)の一部とによって、上記ポンプ電極(21)と上記基準電極(24)との間に電圧が印加されることにより、上記ガス室(101)における上記ガス(G)中の酸素濃度を調整するポンプセル(41)が形成されており、
上記モニタ電極(22)と上記基準電極(24)と上記固体電解質体(2)の一部とによって、上記モニタ電極(22)と上記基準電極(24)との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室(101)における酸素濃度を検出するモニタセル(42)が形成されており、
上記センサ電極(23)と上記基準電極(24)と上記固体電解質体(2)の一部とによって、上記センサ電極(23)と上記基準電極(24)との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室(101)における上記特定ガス成分の濃度を検出するためのセンサセル(43)が形成されており、
該センサセル(43)によって検出される酸素イオン電流から、上記モニタセル(42)によって検出される酸素イオン電流が差し引かれることにより、上記特定ガス成分の濃度が検出されるよう構成されており、
上記ポンプ電極(21)、上記モニタ電極(22)及び上記センサ電極(23)が上記固体電解質体(2)に設けられた位置において、上記流れ方向(F)に直交する幅方向(W)における、上記ガス室(101)の空間幅(W0)が一定であり、
上記幅方向(W)において、上記ポンプ電極(21)の中心位置(O1)に対する、上記モニタ電極(22)と上記センサ電極(23)との隙間(S)の中心位置(O2)のずれ量ΔX1は、上記ポンプ電極(21)の幅をW1としたとき、ΔX1≦1/4W1の関係を有しており、また、上記ポンプ電極(21)の中心位置(O1)からの、上記モニタ電極(22)の側面(221)の位置及び上記センサ電極(23)の側面(231)の位置ΔY1は、ΔY1≦1/2W1の関係を有していることを特徴とするガスセンサ(1)。 - 酸素を含むガス(G)における、特定ガス成分の濃度を測定するガスセンサ(1)であって、
酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体(2)と、
該固体電解質体(2)の第1主面(201)の側に形成されて上記ガス(G)が導入されるガス室(101)と、
上記固体電解質体(2)の第2主面(202)の側に形成されて基準ガス(A)が導入される基準ガス室(102)と、
上記固体電解質体(2)の上記第1主面(201)に設けられたポンプ電極(21)と、
上記固体電解質体(2)の上記第1主面(201)に設けられ、上記ポンプ電極(21)が設けられた位置よりも上記ガス(G)の流れ方向(F)の下流側に位置するモニタ電極(22)と、
上記固体電解質体(2)の上記第1主面(201)に設けられ、上記モニタ電極(22)が設けられた位置に対して、上記流れ方向(F)に垂直な方向に並ぶセンサ電極(23)と、
上記固体電解質体(2)の上記第2主面(202)に設けられた基準電極(24)と、
上記ガス室(101)又は上記基準ガス室(102)を介して上記固体電解質体(2)に対向して配置され、該固体電解質体(2)を加熱するヒータ(6)と、を備え、
上記ポンプ電極(21)と上記基準電極(24)と上記固体電解質体(2)の一部とによって、上記ポンプ電極(21)と上記基準電極(24)との間に電圧が印加されることにより、上記ガス室(101)における上記ガス(G)中の酸素濃度を調整するポンプセル(41)が形成されており、
上記モニタ電極(22)と上記基準電極(24)と上記固体電解質体(2)の一部とによって、上記モニタ電極(22)と上記基準電極(24)との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室(101)における酸素濃度を検出するモニタセル(42)が形成されており、
上記センサ電極(23)と上記基準電極(24)と上記固体電解質体(2)の一部とによって、上記センサ電極(23)と上記基準電極(24)との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室(101)における上記特定ガス成分の濃度を検出するためのセンサセル(43)が形成されており、
該センサセル(43)によって検出される酸素イオン電流から、上記モニタセル(42)によって検出される酸素イオン電流が差し引かれることにより、上記特定ガス成分の濃度が検出されるよう構成されており、
上記ポンプ電極(21)、上記モニタ電極(22)及び上記センサ電極(23)が上記固体電解質体(2)に設けられた位置において、上記流れ方向(F)に直交する幅方向(W)における、上記ガス室(101)の空間幅(W0)が一定であり、
上記ヒータ(6)は、絶縁体(61)と、該絶縁体(61)に埋設されて通電によって発熱する発熱部(622)とを有しており、該発熱部(622)は、上記ポンプ電極(21)、上記モニタ電極(22)及び上記センサ電極(23)が設けられた上記固体電解質体(2)の平面領域の全体の投影位置に対応するように設けられており、
上記幅方向(W)において、上記発熱部(622)の中心位置(O3)に対する、上記モニタ電極(22)と上記センサ電極(23)との隙間(S)の中心位置(O4)のずれ量ΔX2は、上記発熱部(622)の上記幅方向(W)の全体幅をW2としたとき、ΔX2≦1/4W2の関係を有しており、また、上記発熱部(622)の中心位置(O3)からの、上記モニタ電極(22)の側面(221)の位置及び上記センサ電極(23)の側面(231)の位置ΔY2は、ΔY2≦1/2W2の関係を有していることを特徴とするガスセンサ(1)。 - 上記幅方向(W)に直交する厚み方向(T)において、上記ポンプ電極(21)の表面から上記発熱部(622)の表面までの距離(D1)、上記モニタ電極(22)の表面から上記発熱部(622)の表面までの距離(D2)、及び上記センサ電極(23)の表面から上記発熱部(622)の表面までの距離(D3)は、略同一であることを特徴とする請求項1又は2に記載のガスセンサ(1)。
- 上記幅方向(W)において、上記モニタ電極(22)の幅(A1)と上記センサ電極(23)の幅(A2)とは、略同一であり、
上記流れ方向(F)において、上記ポンプ電極(21)の下流側端面から上記モニタ電極(22)の上流側端面までの距離(B1)と、上記ポンプ電極(21)の下流側端面から上記センサ電極(23)の上流側端面までの距離(B2)とは、略同一であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のガスセンサ(1)。 - 酸素を含むガス(G)における、特定ガス成分の濃度を測定するガスセンサ(1)であって、
酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体(2)と、
該固体電解質体(2)の第1主面(201)の側に形成されて上記ガス(G)が導入されるガス室(101)と、
上記固体電解質体(2)の第2主面(202)の側に形成されて基準ガス(A)が導入される基準ガス室(102)と、
上記固体電解質体(2)の上記第1主面(201)に設けられたポンプ電極(21)と、
上記固体電解質体(2)の上記第1主面(201)に設けられ、上記ポンプ電極(21)が設けられた位置よりも上記ガス(G)の流れ方向(F)の下流側に位置するモニタ電極(22)と、
上記固体電解質体(2)の上記第1主面(201)に設けられ、上記モニタ電極(22)が設けられた位置に対して、上記流れ方向(F)に垂直な方向に並ぶセンサ電極(23)と、
上記固体電解質体(2)の上記第2主面(202)に設けられた基準電極(24)と、
上記ガス室(101)又は上記基準ガス室(102)を介して上記固体電解質体(2)に対向して配置され、該固体電解質体(2)を加熱するヒータ(6)と、を備え、
上記ポンプ電極(21)と上記基準電極(24)と上記固体電解質体(2)の一部とによって、上記ポンプ電極(21)と上記基準電極(24)との間に電圧が印加されることにより、上記ガス室(101)における上記ガス(G)中の酸素濃度を調整するポンプセル(41)が形成されており、
上記モニタ電極(22)と上記基準電極(24)と上記固体電解質体(2)の一部とによって、上記モニタ電極(22)と上記基準電極(24)との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室(101)における酸素濃度を検出するモニタセル(42)が形成されており、
上記センサ電極(23)と上記基準電極(24)と上記固体電解質体(2)の一部とによって、上記センサ電極(23)と上記基準電極(24)との間に流れる酸素イオン電流に基づいて上記ガス室(101)における上記特定ガス成分の濃度を検出するためのセンサセル(43)が形成されており、
該センサセル(43)によって検出される酸素イオン電流から、上記モニタセル(42)によって検出される酸素イオン電流が差し引かれることにより、上記特定ガス成分の濃度が検出されるよう構成されており、
上記ガス室(101)は、上記ポンプ電極(21)が配置された第1ガス室(103)と、上記モニタ電極(22)及び上記センサ電極(23)が配置された第2ガス室(104)と、上記第1ガス室(103)と上記第2ガス室(104)との間に位置する狭小空間(105)とによって形成されており、
上記狭小空間(105)の上記幅方向(W)における空間幅(W3)は、上記第1ガス室(103)の上記幅方向(W)における空間幅(W0’)、及び上記第2ガス室(104)の上記幅方向(W)における空間幅(W0’’)に比べて狭くなっており、
上記幅方向(W)において、上記狭小空間(105)の中心位置(O5)に対する、上記モニタ電極(22)と上記センサ電極(23)との隙間(S)の中心位置(O6)のずれ量ΔX3は、ΔX3≦1/4W3の関係を有していることを特徴とするガスセンサ(1)。 - 上記ポンプ電極(21)の上記幅方向(W)の幅W1と上記発熱部(622)の上記幅方向(W)の全体幅W2とは、W1≦W2の関係を有していることを特徴とする請求項2に記載のガスセンサ(1)。
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