JP6573567B2 - Method for determining light-off abnormality of sensor element and method for manufacturing gas sensor - Google Patents

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Description

本発明は、センサ素子のライトオフ異常判定方法及びガスセンサの製造方法に関する。   The present invention relates to a light-off abnormality determination method for a sensor element and a method for manufacturing a gas sensor.

従来、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるNOxなどの特定ガス濃度を検出するセンサ素子を備えたガスセンサが知られている。例えば、特許文献1には、酸素イオン伝導性の固体電解質層を積層した積層体と、積層体の上面に配置された外側ポンプ電極と、積層体の内部に配置された測定電極と、積層体の内部に配置されたヒータと、を備えたセンサ素子が記載されている。このセンサ素子では、測定電極周辺に被測定ガスを導入し、被測定ガス中の酸素を汲み出す際に外側ポンプ電極と測定電極との間に流れる電流に基づいて、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する。ヒータは、センサ素子を固体電解質層が活性化する温度まで加熱して保温する。   Conventionally, a gas sensor including a sensor element that detects a specific gas concentration such as NOx in a gas to be measured such as an exhaust gas of an automobile is known. For example, Patent Document 1 discloses a laminate in which oxygen ion conductive solid electrolyte layers are laminated, an outer pump electrode arranged on the upper surface of the laminate, a measurement electrode arranged in the laminate, and a laminate. The sensor element provided with the heater arrange | positioned inside is described. In this sensor element, a specific gas in the measurement gas is introduced based on the current flowing between the outer pump electrode and the measurement electrode when the measurement gas is introduced around the measurement electrode and oxygen in the measurement gas is pumped out. Detect concentration. The heater heats the sensor element to a temperature at which the solid electrolyte layer is activated and keeps the temperature.

また、こうしたセンサ素子は、ヒータに通電を開始してから特定ガス濃度を正しく検出可能になるまでに時間を要し、この時間はライトオフ時間と呼ばれている。ライトオフ時間は、ヒータが固体電解質を活性化するまでに要する時間や、使用前から測定電極周辺に存在している酸素(特定ガスに由来しない酸素)を測定精度に影響しない程度まで汲み出すのに要する時間などに基づく時間である。   Further, such a sensor element takes time from when the heater is energized until the specific gas concentration can be correctly detected, and this time is called a light-off time. The light-off time is the time it takes for the heater to activate the solid electrolyte and the oxygen existing around the measurement electrode before use (oxygen not derived from a specific gas) is pumped out to the extent that it does not affect the measurement accuracy. It is a time based on the time required for.

ライトオフ時間は、例えば特許文献2に記載の方法で測定することが知られている。図5は、従来のライトオフ時間の測定方法の説明図である。具体的には、まず、センサ素子を備えたガスセンサを所定の雰囲気中に設置し、ヒータに通電する。また、測定電極周辺の酸素を汲み出す際のポンプ電流の時間変化を測定する。そして、ヒータ通電開始から30分(1800秒)後のポンプ電流の値を飽和値Isとみなし、ポンプ電流がIs±10ppmの値となるときの時間tLをライトオフ時間とする。   It is known that the light-off time is measured by the method described in Patent Document 2, for example. FIG. 5 is an explanatory diagram of a conventional method for measuring the light-off time. Specifically, first, a gas sensor having a sensor element is installed in a predetermined atmosphere, and the heater is energized. In addition, the time change of the pump current when pumping out oxygen around the measurement electrode is measured. Then, the value of the pump current 30 minutes (1800 seconds) after the start of heater energization is regarded as the saturation value Is, and the time tL when the pump current becomes a value of Is ± 10 ppm is set as the light-off time.

特開2015−200643号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2015-200633 特開2009−300428号公報(図3)JP 2009-300428 A (FIG. 3)

ところで、例えば製造されたセンサ素子の検査として、ライトオフ時間を測定して異常の有無を判定する場合がある。この場合、従来は、上記のようにポンプ電流が飽和したとみなせる値に基づいてライトオフ時間を導出し、導出されたライトオフ時間が所定の閾値を超えている場合に異常と判定していた。しかし、上記の飽和値Isを得るために30分を要するなど、ライトオフ時間の異常判定に時間がかかるという問題があった。   By the way, for example, as an inspection of the manufactured sensor element, there is a case where the presence or absence of abnormality is determined by measuring the light-off time. In this case, conventionally, the light-off time is derived based on the value that the pump current can be regarded as saturated as described above, and it is determined that there is an abnormality when the derived light-off time exceeds a predetermined threshold value. . However, there is a problem that it takes time to determine abnormality of the light-off time, for example, it takes 30 minutes to obtain the saturation value Is.

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、センサ素子のライトオフ時間の異常を短時間で判定可能にすることを主目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and a main object thereof is to make it possible to determine an abnormality in the light-off time of a sensor element in a short time.

本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。   The present invention employs the following means in order to achieve the main object described above.

本発明のセンサ素子のライトオフ異常判定方法は、
酸素イオン伝導性の固体電解質からなり、被測定ガスを導入するガス流通部が内部に設けられた基体と、
前記ガス流通部に面して配設された第1測定電極と、
前記ガス流通部以外に配設された第2測定電極と、
前記基体を加熱するヒータと、
を備えたセンサ素子のライトオフ時間の異常を判定するライトオフ異常判定方法であって、
(a)前記センサ素子を酸素存在雰囲気に晒した状態とし、前記ヒータに通電し、前記第1,第2測定電極間に電圧を印加して該第1測定電極の周囲の酸素を汲み出させる制御を開始し、前記ヒータの昇温完了時刻と前記制御を開始した制御開始時刻とのうち遅い方を基準時刻として、該基準時刻からの経過時間が0秒超過65秒以下の所定の測定時刻における、前記電圧に基づいて前記第1,第2測定電極間に流れるポンプ電流に基づく測定値、又は前記第1測定電極の電位に基づく測定値を得るステップと、
(b)前記ステップ(a)で得た測定値と所定の閾値とに基づいてセンサ素子のライトオフ時間の異常を判定するステップと、
を含むものである。
The sensor element light off abnormality determination method of the present invention,
A substrate comprising an oxygen ion conductive solid electrolyte and having a gas flow part for introducing a gas to be measured provided therein;
A first measuring electrode disposed facing the gas flow part;
A second measurement electrode disposed outside the gas circulation part;
A heater for heating the substrate;
A light-off abnormality determination method for determining an abnormality in a light-off time of a sensor element comprising:
(A) The sensor element is exposed to an oxygen-existing atmosphere, the heater is energized, and a voltage is applied between the first and second measurement electrodes to pump out oxygen around the first measurement electrode. Control is started, and a predetermined measurement time in which the elapsed time from the reference time exceeds 0 second and is 65 seconds or less with the later one of the heating start time of the heater and the control start time at which the control is started as the reference time Obtaining a measurement value based on a pump current flowing between the first and second measurement electrodes based on the voltage, or a measurement value based on the potential of the first measurement electrode;
(B) determining an abnormality in the light-off time of the sensor element based on the measured value obtained in step (a) and a predetermined threshold;
Is included.

このライトオフ異常判定方法では、ヒータの昇温完了時刻と制御開始時刻とのうち遅い方を基準時刻として、基準時刻からの経過時間が0秒超過65秒以下の所定の測定時刻におけるポンプ電流又は第1測定電極の電位に基づく測定値を得る。正常なセンサ素子では、基準時刻から時間が経過するにつれて第1測定電極の周囲の酸素は汲み出されていくから、基準時刻から時間が経過するほどポンプ電流又は第1測定電極の電位は変化していく。しかし、ライトオフ時間に異常(長期化)があるセンサ素子では、第1測定電極の周囲の酸素濃度の低下速度が遅いため、基準時刻以降のポンプ電流又は第1測定電極の電位の変化の傾きが緩やかになる。そのため、ライトオフ時間に異常があるセンサ素子は、正常なセンサ素子と比べて、測定時刻におけるポンプ電流又は第1測定電極の電位の値が異なる傾向にある。したがって、ポンプ電流又は第1測定電極の電位に基づく測定値はライトオフ時間の異常の有無と相関があるから、この測定値と閾値とに基づいて、ライトオフ時間の異常を判定することができる。そして、本発明のライトオフ異常判定方法では、基準時刻からの経過時間が0秒超過65秒以下の測定時刻で測定値を得ればよく、従来のライトオフ時間の測定のようにポンプ電流が低下して十分安定するのを待つ(例えば30分など)必要がない。したがって、ライトオフ時間の異常を短時間で判定できる。なお、測定時刻を基準時刻より後(経過時間が0秒超過)とすることで、ポンプセルが活性化し且つ酸素を汲み出させる制御を行っている状態の適切な測定値を取得できる。また、第1測定電極の周囲の酸素濃度が低下して十分安定すると、ライトオフ時間の異常の有無による測定値の差が少なくなり異常判定の精度が低下する場合があるが、測定時刻を基準時刻からの経過時間が65秒以下とすることで、精度良く異常を判定できる。   In this light-off abnormality determination method, the pump current at a predetermined measurement time at which the elapsed time from the reference time exceeds 0 second and is 65 seconds or less with the later of the heater temperature rise completion time and the control start time as the reference time or A measurement value based on the potential of the first measurement electrode is obtained. In a normal sensor element, oxygen around the first measurement electrode is pumped out as time elapses from the reference time. Therefore, the pump current or the potential of the first measurement electrode changes as time elapses from the reference time. To go. However, in the sensor element having an abnormality (prolongation) in the light-off time, the rate of decrease in the oxygen concentration around the first measurement electrode is slow, so that the slope of the change in the pump current or the potential of the first measurement electrode after the reference time Becomes moderate. Therefore, a sensor element having an abnormality in the light-off time tends to have a different pump current value or potential value of the first measurement electrode at the measurement time as compared with a normal sensor element. Therefore, since the measured value based on the pump current or the potential of the first measurement electrode has a correlation with the presence or absence of the abnormality in the light-off time, the abnormality in the light-off time can be determined based on this measured value and the threshold value. . In the light-off abnormality determination method of the present invention, it is only necessary to obtain a measurement value at a measurement time where the elapsed time from the reference time is greater than 0 seconds and less than 65 seconds, and the pump current is measured as in the conventional light-off time measurement. There is no need to wait for it to drop and stabilize sufficiently (eg 30 minutes). Therefore, an abnormality in the light-off time can be determined in a short time. By setting the measurement time to be later than the reference time (elapsed time exceeds 0 second), it is possible to obtain an appropriate measurement value in a state where the pump cell is activated and oxygen is pumped out. In addition, if the oxygen concentration around the first measurement electrode is lowered and sufficiently stabilized, the difference in measured values due to the presence or absence of abnormality in the light-off time may be reduced and the accuracy of abnormality determination may be reduced. By setting the elapsed time from the time to 65 seconds or less, it is possible to accurately determine an abnormality.

本発明のライトオフ異常判定方法において、前記昇温完了時刻は、前記第1測定電極と、前記第2測定電極と、前記第1,第2測定電極の間の固体電解質層とを備えたポンプセルが活性化した時刻としてもよい。また、前記昇温完了時刻は、前記ヒータへの通電開始から所定時間が経過した時刻と、前記ヒータの抵抗値が所定値に到達してから所定の待ち時間が経過した時刻と、の少なくとも一方としてもよい。また、前記ステップ(a)は、前記センサ素子に制御回路を接続した状態で行うものとしてもよい。この場合において、前記制御回路は、前記ヒータの昇温が完了したか否かを判定する昇温完了判定手段を備えており、前記昇温完了時刻は、該昇温完了判定手段が前記ヒータの昇温が完了したと判定した時刻としてもよい。また、前記昇温完了判定手段は、前記ヒータへの通電開始から所定時間が経過したときに前記ヒータの昇温が完了したと判定するか、前記ヒータの抵抗値が所定値に到達してから所定の待ち時間が経過したときに前記ヒータの昇温が完了したと判定するか、のいずれかを行う手段であってもよい。   In the light-off abnormality determination method of the present invention, the temperature rise completion time is a pump cell including the first measurement electrode, the second measurement electrode, and a solid electrolyte layer between the first and second measurement electrodes. It may be the time when is activated. The temperature rise completion time is at least one of a time when a predetermined time has elapsed from the start of energization of the heater and a time when a predetermined waiting time has elapsed after the resistance value of the heater has reached a predetermined value. It is good. The step (a) may be performed in a state where a control circuit is connected to the sensor element. In this case, the control circuit includes a temperature increase completion determination unit that determines whether or not the temperature increase of the heater has been completed. It may be the time when it is determined that the temperature increase has been completed. Further, the temperature increase completion determination means determines that the temperature increase of the heater has been completed when a predetermined time has elapsed from the start of energization of the heater, or after the resistance value of the heater has reached a predetermined value. It may be a means for determining whether the heating of the heater is completed when a predetermined waiting time has elapsed.

本発明のライトオフ異常判定方法において、前記制御開始時刻は、前記昇温完了時刻以降の時刻としてもよい。この場合は、制御開始時刻が基準時刻となる。   In the light-off abnormality determination method of the present invention, the control start time may be a time after the temperature increase completion time. In this case, the control start time becomes the reference time.

本発明のライトオフ異常判定方法において、前記第2測定電極は、前記基体の外側に配設された外側電極としてもよい。また、本発明のライトオフ異常判定方法において、前記基体は、前記ガス流通部と連通せず前記被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスが導入される基準ガス空間が内部に設けられており、前記第2測定電極は、前記基準ガス空間に面して配設された基準電極としてもよい。   In the light-off abnormality determination method of the present invention, the second measurement electrode may be an outer electrode disposed outside the substrate. Further, in the light-off abnormality determination method of the present invention, the base has an internal reference gas space into which a reference gas serving as a reference for detecting a specific gas concentration in the gas to be measured is not communicated with the gas circulation part. The second measurement electrode may be a reference electrode disposed facing the reference gas space.

本発明のライトオフ異常判定方法において、前記ステップ(a)では、前記測定時刻を、前記基準時刻からの経過時間が5秒以上のタイミングとしてもよい。経過時間が5秒以上では、ライトオフ時間の異常の有無による測定時刻での測定値の差がより大きくなるから、ライトオフ時間の異常をより精度良く判定できる。   In the light-off abnormality determination method of the present invention, in the step (a), the measurement time may be a timing at which an elapsed time from the reference time is 5 seconds or more. When the elapsed time is 5 seconds or more, the difference in the measured value at the measurement time due to the presence or absence of abnormality in the light-off time becomes larger, so that abnormality in the light-off time can be determined with higher accuracy.

本発明のライトオフ異常判定方法において、前記ステップ(a)では、前記測定時刻を、前記基準時刻からの経過時間が35秒以下のタイミングとしてもよい。経過時間が35秒以下では、変化して安定する前のポンプ電流又は第1測定電極の電位に基づく測定値をより確実に得ることができるため、ライトオフ時間の異常をより精度良く判定できる。   In the light-off abnormality determination method of the present invention, in the step (a), the measurement time may be a timing at which the elapsed time from the reference time is 35 seconds or less. When the elapsed time is 35 seconds or less, the measured value based on the pump current before changing and stabilizing or the potential of the first measurement electrode can be obtained more reliably, and therefore the abnormality in the light-off time can be determined with higher accuracy.

本発明のライトオフ異常判定方法において、前記酸素存在雰囲気は、大気雰囲気としてもよい。こうすれば、より容易に測定値を取得できる。   In the light-off abnormality determination method of the present invention, the oxygen presence atmosphere may be an air atmosphere. In this way, the measured value can be acquired more easily.

本発明のライトオフ異常判定方法において、前記ステップ(a)を、ガスセンサとして組み立てられていない状態のセンサ素子に対して行ってもよい。こうすれば、例えばガスセンサの組み立て作業を行う前に異常を判定できるため、異常と判定された場合に組み立て作業が無駄になったり、ガスセンサ全体を廃棄する必要が生じたりすることを低減できる。   In the light-off abnormality determination method of the present invention, the step (a) may be performed on a sensor element that is not assembled as a gas sensor. In this way, for example, an abnormality can be determined before the gas sensor assembly operation is performed, so that it is possible to reduce the case where the assembly operation is wasted or the entire gas sensor needs to be discarded when the abnormality is determined.

本発明のガスセンサの製造方法は、
上述したいずれかの態様のセンサ素子のライトオフ異常判定方法を行って前記センサ素子のライトオフ時間の異常を判定する判定工程と、
前記判定工程で異常と判定されなかったセンサ素子を用いてガスセンサを製造する製造工程と、
を含むものである。
The manufacturing method of the gas sensor of the present invention includes:
A determination step of determining an abnormality in the light-off time of the sensor element by performing the light-off abnormality determination method of the sensor element of any one of the aspects described above,
A manufacturing process for manufacturing a gas sensor using a sensor element that has not been determined to be abnormal in the determination process;
Is included.

このガスセンサの製造方法では、上述した本発明のセンサ素子のライトオフ異常判定方法を行って異常と判定されなかったセンサ素子を用いてガスセンサを製造するため、ガスセンサの歩留まりが向上する。また、従来のライトオフ時間の測定はガスセンサの組み立て後に行われていたため、測定されたライトオフ時間が異常の場合には組み立て作業が無駄になったりガスセンサ全体を廃棄する必要が生じたりする場合があるが、そのようなことを低減できる。   In this gas sensor manufacturing method, since the gas sensor is manufactured using the sensor element that is not determined to be abnormal by performing the above-described sensor element light-off abnormality determination method of the present invention, the yield of the gas sensor is improved. In addition, since the conventional measurement of the light-off time is performed after the gas sensor is assembled, if the measured light-off time is abnormal, the assembly work may be wasted or the entire gas sensor may need to be discarded. Although there is such a thing, it can be reduced.

ガスセンサ100の構成の一例を概略的に示した断面模式図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the gas sensor 100. センサ素子101のライトオフ時間の異常判定の説明図。Explanatory drawing of abnormality determination of the light-off time of the sensor element 101. FIG. 変形例のガスセンサ100の構成の一例を概略的に示した断面模式図。The cross-sectional schematic diagram which showed schematically an example of the structure of the gas sensor 100 of a modification. 測定時刻Tmと複数のセンサ素子101の測定値Aの分布との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between measurement time Tm and distribution of the measured value A of the some sensor element 101. FIG. 従来のライトオフ時間の測定方法の説明図。Explanatory drawing of the measuring method of the conventional light-off time.

次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。まず、本実施形態のライトオフ異常判定方法を行う対象となるセンサ素子及びこれを備えたガスセンサについて説明する。図1は、センサ素子101を備えたガスセンサ100の構成の一例を概略的に示した断面模式図である。なお、センサ素子101は長尺な直方体形状をしており、このセンサ素子101の長手方向(図1の左右方向)を前後方向とし、センサ素子101の厚み方向(図1の上下方向)を上下方向とする。また、センサ素子101の幅方向(前後方向及び上下方向に垂直な方向)を左右方向とする。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a sensor element to be subjected to the light-off abnormality determination method of the present embodiment and a gas sensor equipped with the sensor element will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically illustrating an example of a configuration of a gas sensor 100 including a sensor element 101. The sensor element 101 has a long rectangular parallelepiped shape. The longitudinal direction (the left-right direction in FIG. 1) of the sensor element 101 is the front-rear direction, and the thickness direction of the sensor element 101 (up-down direction in FIG. 1) is the up-down direction. The direction. The width direction of sensor element 101 (the direction perpendicular to the front-rear direction and the up-down direction) is the left-right direction.

センサ素子101は、それぞれがジルコニア(ZrO2)等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる第1基板層1と、第2基板層2と、第3基板層3と、第1固体電解質層4と、スペーサ層5と、第2固体電解質層6との6つの層が、図面視で下側からこの順に積層された構造を有する素子である。また、これら6つの層を形成する固体電解質は緻密な気密のものである。係るセンサ素子101は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工および回路パターンの印刷などを行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。 The sensor element 101 includes a first substrate layer 1, a second substrate layer 2, a third substrate layer 3, and a first solid electrolyte layer 4 each made of an oxygen ion conductive solid electrolyte layer such as zirconia (ZrO 2 ). The spacer layer 5 and the second solid electrolyte layer 6 are elements having a structure in which the layers are laminated in this order from the bottom in the drawing. The solid electrolyte forming these six layers is dense and airtight. The sensor element 101 is manufactured, for example, by performing predetermined processing and circuit pattern printing on a ceramic green sheet corresponding to each layer, stacking them, and firing and integrating them.

センサ素子101の一先端部であって、第2固体電解質層6の下面と第1固体電解質層4の上面との間には、ガス導入口10と、第1拡散律速部11と、緩衝空間12と、第2拡散律速部13と、第1内部空所20と、第3拡散律速部30と、第2内部空所40と、第4拡散律速部60と、第3内部空所61とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。   One end of the sensor element 101, and between the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 and the upper surface of the first solid electrolyte layer 4, is a gas inlet 10, a first diffusion rate limiting unit 11, and a buffer space. 12, the second diffusion rate limiting unit 13, the first internal space 20, the third diffusion rate limiting unit 30, the second internal space 40, the fourth diffusion rate limiting unit 60, and the third internal space 61. Are formed adjacent to each other in this order.

ガス導入口10と、緩衝空間12と、第1内部空所20と、第2内部空所40と、第3内部空所61とは、スペーサ層5をくり抜いた態様にて設けられた上部を第2固体電解質層6の下面で、下部を第1固体電解質層4の上面で、側部をスペーサ層5の側面で区画されたセンサ素子101内部の空間である。   The gas introduction port 10, the buffer space 12, the first internal space 20, the second internal space 40, and the third internal space 61 are provided with upper portions provided in a manner in which the spacer layer 5 is hollowed out. A space inside the sensor element 101 is defined by the lower surface of the second solid electrolyte layer 6, the lower portion being the upper surface of the first solid electrolyte layer 4, and the side portions being the side surfaces of the spacer layer 5.

第1拡散律速部11と、第2拡散律速部13と、第3拡散律速部30とはいずれも、2本の横長の(図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する)スリットとして設けられる。また、第4拡散律速部60は、第2固体電解質層6の下面との隙間として形成された1本の横長の(図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する)スリットとして設けられる。なお、ガス導入口10から第3内部空所61に至る部位をガス流通部とも称する。   Each of the first diffusion rate controlling unit 11, the second diffusion rate controlling unit 13, and the third diffusion rate controlling unit 30 is provided as two horizontally long slits (the opening has a longitudinal direction in a direction perpendicular to the drawing). . The fourth diffusion rate controlling part 60 is provided as one horizontally long slit (the opening has a longitudinal direction in a direction perpendicular to the drawing) formed as a gap with the lower surface of the second solid electrolyte layer 6. In addition, the site | part from the gas inlet 10 to the 3rd internal space 61 is also called a gas distribution part.

また、ガス流通部よりも先端側から遠い位置には、第3基板層3の上面と、スペーサ層5の下面との間であって、側部を第1固体電解質層4の側面で区画される位置に基準ガス導入空間43が設けられている。基準ガス導入空間43には、NOx濃度の測定を行う際の基準ガスとして、例えば大気が導入される。   Further, at a position farther from the front end side than the gas circulation part, the side part is partitioned by the side surface of the first solid electrolyte layer 4 between the upper surface of the third substrate layer 3 and the lower surface of the spacer layer 5. The reference gas introduction space 43 is provided at the position. For example, the atmosphere is introduced into the reference gas introduction space 43 as a reference gas when measuring the NOx concentration.

大気導入層48は、多孔質セラミックスからなる層であって、大気導入層48には基準ガス導入空間43を通じて基準ガスが導入されるようになっている。また、大気導入層48は、基準電極42を被覆するように形成されている。   The air introduction layer 48 is a layer made of porous ceramics, and a reference gas is introduced into the air introduction layer 48 through the reference gas introduction space 43. The air introduction layer 48 is formed so as to cover the reference electrode 42.

基準電極42は、第3基板層3の上面と第1固体電解質層4とに挟まれる態様にて形成される電極であり、上述のように、その周囲には、基準ガス導入空間43につながる大気導入層48が設けられている。また、後述するように、基準電極42を用いて第1内部空所20内,第2内部空所40内,及び第3内部空所61内の酸素濃度(酸素分圧)を測定することが可能となっている。   The reference electrode 42 is an electrode formed in such a manner that it is sandwiched between the upper surface of the third substrate layer 3 and the first solid electrolyte layer 4. As described above, the reference electrode 42 leads to the reference gas introduction space 43. An air introduction layer 48 is provided. As will be described later, the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first internal space 20, the second internal space 40, and the third internal space 61 can be measured using the reference electrode 42. It is possible.

ガス流通部において、ガス導入口10は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口10を通じて外部空間からセンサ素子101内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。第1拡散律速部11は、ガス導入口10から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。緩衝空間12は、第1拡散律速部11より導入された被測定ガスを第2拡散律速部13へと導くために設けられた空間である。第2拡散律速部13は、緩衝空間12から第1内部空所20に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。被測定ガスが、センサ素子101外部から第1内部空所20内まで導入されるにあたって、外部空間における被測定ガスの圧力変動(被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動)によってガス導入口10からセンサ素子101内部に急激に取り込まれた被測定ガスは、直接第1内部空所20へ導入されるのではなく、第1拡散律速部11、緩衝空間12、第2拡散律速部13を通じて被測定ガスの濃度変動が打ち消された後、第1内部空所20へ導入されるようになっている。これによって、第1内部空所20へ導入される被測定ガスの濃度変動はほとんど無視できる程度のものとなる。第1内部空所20は、第2拡散律速部13を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、主ポンプセル21が作動することによって調整される。   In the gas circulation part, the gas inlet 10 is a part opened to the external space, and the gas to be measured is taken into the sensor element 101 from the external space through the gas inlet 10. The first diffusion control unit 11 is a part that provides a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured taken from the gas inlet 10. The buffer space 12 is a space provided to guide the gas to be measured introduced from the first diffusion rate controlling unit 11 to the second diffusion rate controlling unit 13. The second diffusion rate limiting unit 13 is a part that imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured introduced from the buffer space 12 into the first internal space 20. When the gas to be measured is introduced from the outside of the sensor element 101 to the inside of the first internal space 20, the pressure fluctuation of the gas to be measured in the external space (exhaust pressure pulsation if the gas to be measured is an automobile exhaust gas) ), The gas to be measured that is suddenly taken into the sensor element 101 from the gas inlet 10 is not directly introduced into the first internal space 20, but the first diffusion control unit 11, the buffer space 12, the second After the concentration variation of the gas to be measured is canceled through the diffusion control unit 13, the gas is introduced into the first internal space 20. As a result, the concentration fluctuation of the gas to be measured introduced into the first internal space 20 becomes almost negligible. The first internal space 20 is provided as a space for adjusting the partial pressure of oxygen in the gas to be measured introduced through the second diffusion rate limiting unit 13. The oxygen partial pressure is adjusted by the operation of the main pump cell 21.

主ポンプセル21は、第1内部空所20に面する第2固体電解質層6の下面のほぼ全面に設けられた天井電極部22aを有する内側ポンプ電極22と、第2固体電解質層6の上面の天井電極部22aと対応する領域に外部空間に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極23と、これらの電極に挟まれた第2固体電解質層6とによって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。   The main pump cell 21 includes an inner pump electrode 22 having a ceiling electrode portion 22a provided on substantially the entire lower surface of the second solid electrolyte layer 6 facing the first internal space 20, and an upper surface of the second solid electrolyte layer 6. An electrochemical pump cell comprising an outer pump electrode 23 provided in a manner exposed to the external space in a region corresponding to the ceiling electrode portion 22a, and a second solid electrolyte layer 6 sandwiched between these electrodes. is there.

内側ポンプ電極22は、第1内部空所20を区画する上下の固体電解質層(第2固体電解質層6および第1固体電解質層4)、および、側壁を与えるスペーサ層5にまたがって形成されている。具体的には、第1内部空所20の天井面を与える第2固体電解質層6の下面には天井電極部22aが形成され、また、底面を与える第1固体電解質層4の上面には底部電極部22bが形成され、そして、それら天井電極部22aと底部電極部22bとを接続するように、側部電極部(図示省略)が第1内部空所20の両側壁部を構成するスペーサ層5の側壁面(内面)に形成されて、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態とされた構造において配設されている。   The inner pump electrode 22 is formed across the upper and lower solid electrolyte layers (the second solid electrolyte layer 6 and the first solid electrolyte layer 4) that define the first inner space 20, and the spacer layer 5 that provides side walls. Yes. Specifically, a ceiling electrode portion 22a is formed on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 that provides the ceiling surface of the first internal space 20, and a bottom portion is formed on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 that provides the bottom surface. Spacer layers in which the electrode portions 22b are formed and the side electrode portions (not shown) constitute both side walls of the first internal space 20 so as to connect the ceiling electrode portions 22a and the bottom electrode portions 22b. 5 is formed on the side wall surface (inner surface), and is disposed in a tunnel-shaped structure at the portion where the side electrode portion is disposed.

内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23とは、多孔質サーメット電極(例えば、Auを1%含むPtとZrO2とのサーメット電極)として形成される。なお、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極22は、被測定ガス中のNOx成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。 The inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23 are formed as a porous cermet electrode (for example, a cermet electrode of Pt and ZrO 2 containing 1% of Au). The inner pump electrode 22 in contact with the gas to be measured is formed using a material that has a reduced reduction ability for the NOx component in the gas to be measured.

主ポンプセル21においては、内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23との間に所望のポンプ電圧Vp0を印加して、内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ip0を流すことにより、第1内部空所20内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第1内部空所20に汲み入れることが可能となっている。   In the main pump cell 21, a desired pump voltage Vp 0 is applied between the inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23, and the pump current is positive or negative between the inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23. By flowing Ip0, oxygen in the first internal space 20 can be pumped into the external space, or oxygen in the external space can be pumped into the first internal space 20.

また、第1内部空所20における雰囲気中の酸素濃度(酸素分圧)を検出するために、内側ポンプ電極22と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、基準電極42によって、電気化学的なセンサセル、すなわち、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80が構成されている。   Further, in order to detect the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the atmosphere in the first internal space 20, the inner pump electrode 22, the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, and the first solid electrolyte layer 4. The third substrate layer 3 and the reference electrode 42 constitute an electrochemical sensor cell, that is, a main pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 80.

主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80における起電力V0を測定することで第1内部空所20内の酸素濃度(酸素分圧)がわかるようになっている。さらに、起電力V0が所定の目標値V0*になるように(近付くように)可変電源24のポンプ電圧Vp0をフィードバック制御することでポンプ電流Ip0が制御されている。これによって、第1内部空所内20内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。   By measuring the electromotive force V0 in the main pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 80, the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first internal space 20 can be known. Further, the pump current Ip0 is controlled by feedback control of the pump voltage Vp0 of the variable power source 24 so that the electromotive force V0 becomes a predetermined target value V0 *. Thereby, the oxygen concentration in the first internal space 20 can be kept at a predetermined constant value.

第3拡散律速部30は、第1内部空所20で主ポンプセル21の動作により酸素濃度(酸素分圧)が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第2内部空所40に導く部位である。   The third diffusion control unit 30 provides a predetermined diffusion resistance to the gas under measurement whose oxygen concentration (oxygen partial pressure) is controlled by the operation of the main pump cell 21 in the first internal space 20, and the gas under measurement is supplied to the gas under measurement. This is the part that leads to the second internal space 40.

第2内部空所40は、あらかじめ第1内部空所20において酸素濃度(酸素分圧)が調整された後、第3拡散律速部30を通じて導入された被測定ガスに対して、さらに補助ポンプセル50による酸素分圧の調整を行うための空間として設けられている。これにより、第2内部空所40内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、係るガスセンサ100においては精度の高いNOx濃度測定が可能となる。   In the second internal space 40, after the oxygen concentration (oxygen partial pressure) is adjusted in the first internal space 20 in advance, the auxiliary pump cell 50 is further supplied to the gas to be measured introduced through the third diffusion rate limiting unit 30. It is provided as a space for adjusting the oxygen partial pressure. Thereby, since the oxygen concentration in the second internal space 40 can be kept constant with high accuracy, the gas sensor 100 can measure the NOx concentration with high accuracy.

補助ポンプセル50は、第2内部空所40に面する第2固体電解質層6の下面の略全体に設けられた天井電極部51aを有する補助ポンプ電極51と、外側ポンプ電極23(外側ポンプ電極23に限られるものではなく、センサ素子101の外側の適当な電極であれば足りる)と、第2固体電解質層6とによって構成される、補助的な電気化学的ポンプセルである。   The auxiliary pump cell 50 includes an auxiliary pump electrode 51 having a ceiling electrode portion 51a provided on substantially the entire lower surface of the second solid electrolyte layer 6 facing the second internal space 40, and an outer pump electrode 23 (outer pump electrode 23). The auxiliary electrochemical pump cell is configured by the second solid electrolyte layer 6 and a suitable electrode outside the sensor element 101 is sufficient.

係る補助ポンプ電極51は、先の第1内部空所20内に設けられた内側ポンプ電極22と同様なトンネル形態とされた構造において、第2内部空所40内に配設されている。つまり、第2内部空所40の天井面を与える第2固体電解質層6に対して天井電極部51aが形成され、また、第2内部空所40の底面を与える第1固体電解質層4には、底部電極部51bが形成され、そして、それらの天井電極部51aと底部電極部51bとを連結する側部電極部(図示省略)が、第2内部空所40の側壁を与えるスペーサ層5の両壁面にそれぞれ形成されたトンネル形態の構造となっている。なお、補助ポンプ電極51についても、内側ポンプ電極22と同様に、被測定ガス中のNOx成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。   The auxiliary pump electrode 51 is disposed in the second internal space 40 in the same tunnel configuration as the inner pump electrode 22 provided in the first internal space 20. That is, the ceiling electrode portion 51 a is formed on the second solid electrolyte layer 6 that provides the ceiling surface of the second internal space 40, and the first solid electrolyte layer 4 that provides the bottom surface of the second internal space 40 is formed on the first solid electrolyte layer 4. The bottom electrode part 51b is formed, and the side electrode part (not shown) connecting the ceiling electrode part 51a and the bottom electrode part 51b is provided on the spacer layer 5 that provides the side wall of the second internal space 40. It has a tunnel-type structure formed on both wall surfaces. Note that the auxiliary pump electrode 51 is also formed using a material having a reduced reducing ability with respect to the NOx component in the gas to be measured, like the inner pump electrode 22.

補助ポンプセル50においては、補助ポンプ電極51と外側ポンプ電極23との間に所望の電圧Vp1を印加することにより、第2内部空所40内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第2内部空所40内に汲み入れることが可能となっている。   In the auxiliary pump cell 50, by applying a desired voltage Vp1 between the auxiliary pump electrode 51 and the outer pump electrode 23, oxygen in the atmosphere in the second internal space 40 is pumped to the external space, or It is possible to pump into the second internal space 40 from the space.

また、第2内部空所40内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極51と、基準電極42と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル81が構成されている。   Further, in order to control the oxygen partial pressure in the atmosphere in the second internal space 40, the auxiliary pump electrode 51, the reference electrode 42, the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, and the first solid electrolyte. The layer 4 and the third substrate layer 3 constitute an electrochemical sensor cell, that is, an auxiliary pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 81.

なお、この補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル81にて検出される起電力V1に基づいて電圧制御される可変電源52にて、補助ポンプセル50がポンピングを行う。具体的には、起電力V1が所定の目標値V1*になるように(近付くように)可変電源52のポンプ電圧Vp1をフィードバック制御することで、補助ポンプセル50のポンプ電流Ip1が制御されている。これにより第2内部空所40内の雰囲気中の酸素分圧は、NOxの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。   The auxiliary pump cell 50 performs pumping by the variable power source 52 that is voltage-controlled based on the electromotive force V1 detected by the auxiliary pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 81. Specifically, the pump current Ip1 of the auxiliary pump cell 50 is controlled by feedback controlling the pump voltage Vp1 of the variable power source 52 so that the electromotive force V1 becomes a predetermined target value V1 * (approaching). . Thereby, the oxygen partial pressure in the atmosphere in the second internal space 40 is controlled to a low partial pressure that does not substantially affect the measurement of NOx.

また、これとともに、そのポンプ電流Ip1が、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80の起電力の制御に用いられるようになっている。具体的には、ポンプ電流Ip1は、制御信号として主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80に入力され、その起電力V0が制御される。より具体的には、ポンプ電流Ip1の値に基づいて、上述した電圧Vp0をフィードバック制御する際の起電力V0の目標値V0*が決定される。これにより、第3拡散律速部30から第2内部空所40内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。NOxセンサとして使用する際は、主ポンプセル21と補助ポンプセル50との働きによって、第2内部空所40内での酸素濃度は約0.001ppm程度の一定の値に保たれる。   At the same time, the pump current Ip1 is used to control the electromotive force of the oxygen partial pressure detection sensor cell 80 for main pump control. Specifically, the pump current Ip1 is input to the main pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 80 as a control signal, and the electromotive force V0 is controlled. More specifically, based on the value of the pump current Ip1, the target value V0 * of the electromotive force V0 when the above-described voltage Vp0 is feedback controlled is determined. As a result, the gradient of the oxygen partial pressure in the gas to be measured introduced from the third diffusion control unit 30 into the second internal space 40 is controlled to be always constant. When used as a NOx sensor, the oxygen concentration in the second internal space 40 is maintained at a constant value of about 0.001 ppm by the action of the main pump cell 21 and the auxiliary pump cell 50.

第4拡散律速部60は、第2内部空所40で補助ポンプセル50の動作により酸素濃度(酸素分圧)が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第3内部空所61に導く部位である。第4拡散律速部60は、第3内部空所61に流入するNOxの量を制限する役割を担う。   The fourth diffusion control unit 60 gives a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured whose oxygen concentration (oxygen partial pressure) is controlled by the operation of the auxiliary pump cell 50 in the second internal space 40, and causes the gas to be measured to flow. This is the part that leads to the third internal space 61. The fourth diffusion control unit 60 plays a role of limiting the amount of NOx flowing into the third internal space 61.

第3内部空所61は、あらかじめ第2内部空所40において酸素濃度(酸素分圧)が調整された後、第4拡散律速部60を通じて導入された被測定ガスに対して、被測定ガス中の窒素酸化物(NOx)濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられている。NOx濃度の測定は、主として、第3内部空所61において、測定用ポンプセル41の動作により行われる。   The third internal space 61 is in the gas to be measured with respect to the gas to be measured introduced through the fourth diffusion rate limiting unit 60 after the oxygen concentration (oxygen partial pressure) has been adjusted in the second internal space 40 in advance. It is provided as a space for performing processing related to the measurement of the nitrogen oxide (NOx) concentration. The NOx concentration is measured mainly by the operation of the measurement pump cell 41 in the third internal space 61.

測定用ポンプセル41は、第3内部空所61内において、被測定ガス中のNOx濃度の測定を行う。測定用ポンプセル41は、第3内部空所61に面する第1固体電解質層4の上面に設けられた測定電極44と、外側ポンプ電極23と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4とによって構成された電気化学的ポンプセルである。測定電極44は、多孔質サーメット電極である。測定電極44は、第3内部空所61内の雰囲気中に存在するNOxを還元するNOx還元触媒としても機能する。   The measurement pump cell 41 measures the NOx concentration in the gas to be measured in the third internal space 61. The measurement pump cell 41 includes a measurement electrode 44 provided on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 facing the third internal space 61, the outer pump electrode 23, the second solid electrolyte layer 6, and the spacer layer 5. An electrochemical pump cell constituted by the first solid electrolyte layer 4. The measurement electrode 44 is a porous cermet electrode. The measurement electrode 44 also functions as a NOx reduction catalyst that reduces NOx present in the atmosphere in the third internal space 61.

測定用ポンプセル41においては、測定電極44の周囲の雰囲気中における窒素酸化物の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量をポンプ電流Ip2として検出することができる。   In the measurement pump cell 41, oxygen generated by the decomposition of nitrogen oxides in the atmosphere around the measurement electrode 44 can be pumped out, and the generated amount can be detected as the pump current Ip2.

また、測定電極44の周囲の酸素分圧を検出するために、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、測定電極44と、基準電極42とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82が構成されている。測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82にて検出された起電力V2に基づいて可変電源46が制御される。   In order to detect the oxygen partial pressure around the measurement electrode 44, an electrochemical sensor cell, that is, a first solid electrolyte layer 4, a third substrate layer 3, a measurement electrode 44, and a reference electrode 42, that is, A measurement pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 82 is configured. The variable power supply 46 is controlled on the basis of the electromotive force V2 detected by the measurement pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 82.

第2内部空所40内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で第4拡散律速部60を通じて第3内部空所61内の測定電極44に到達することとなる。測定電極44の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて(2NO→N2+O2)酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル41によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82にて検出された起電力V2が所定の目標値V2*になるように(近付くように)可変電源46の電圧Vp2がフィードバック制御される。測定電極44の周囲において発生する酸素の量は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に比例するものであるから、測定用ポンプセル41におけるポンプ電流Ip2を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出されることとなる。 The gas to be measured introduced into the second internal space 40 reaches the measurement electrode 44 in the third internal space 61 through the fourth diffusion rate-determining unit 60 under the condition where the oxygen partial pressure is controlled. . Nitrogen oxide in the gas to be measured around the measurement electrode 44 is reduced (2NO → N 2 + O 2 ) to generate oxygen. The generated oxygen is pumped by the measurement pump cell 41. At this time, the electromotive force V2 detected by the measurement pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 82 becomes a predetermined target value V2 *. Thus, the voltage Vp2 of the variable power supply 46 is feedback-controlled. Since the amount of oxygen generated around the measurement electrode 44 is proportional to the concentration of nitrogen oxide in the gas to be measured, the nitrogen oxide in the gas to be measured using the pump current Ip2 in the measurement pump cell 41. The concentration will be calculated.

また、測定電極44と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、基準電極42とを組み合わせて、電気化学的センサセルとして酸素分圧検出手段を構成するようにすれば、測定電極44の周りの雰囲気中のNOx成分の還元によって発生した酸素の量と基準大気に含まれる酸素の量との差に応じた起電力を検出することができ、これによって被測定ガス中のNOx成分の濃度を求めることも可能である。   If the measurement electrode 44, the first solid electrolyte layer 4, the third substrate layer 3, and the reference electrode 42 are combined to form an oxygen partial pressure detecting means as an electrochemical sensor cell, the measurement electrode The electromotive force according to the difference between the amount of oxygen generated by the reduction of the NOx component in the atmosphere around 44 and the amount of oxygen contained in the reference atmosphere can be detected, whereby the NOx component in the gas to be measured It is also possible to determine the concentration of.

また、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、外側ポンプ電極23と、基準電極42とから電気化学的なセンサセル83が構成されており、このセンサセル83によって得られる起電力Vrefによりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。   The second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, the first solid electrolyte layer 4, the third substrate layer 3, the outer pump electrode 23, and the reference electrode 42 constitute an electrochemical sensor cell 83. The oxygen partial pressure in the gas to be measured outside the sensor can be detected by the electromotive force Vref obtained by the sensor cell 83.

このような構成を有するガスセンサ100においては、主ポンプセル21と補助ポンプセル50とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値(NOxの測定に実質的に影響がない値)に保たれた被測定ガスが測定用ポンプセル41に与えられる。したがって、被測定ガス中のNOxの濃度に略比例して、NOxの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル41より汲み出されることによって流れるポンプ電流Ip2に基づいて、被測定ガス中のNOx濃度を知ることができるようになっている。   In the gas sensor 100 having such a configuration, by operating the main pump cell 21 and the auxiliary pump cell 50, the oxygen partial pressure is always kept at a constant low value (a value that does not substantially affect the measurement of NOx). A gas to be measured is supplied to the measurement pump cell 41. Therefore, the NOx concentration in the measurement gas is determined based on the pump current Ip2 that flows when oxygen generated by the reduction of NOx is pumped out of the measurement pump cell 41 in proportion to the NOx concentration in the measurement gas. You can know.

さらに、センサ素子101は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子101を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部70を備えている。ヒータ部70は、ヒータコネクタ電極71と、ヒータ72と、スルーホール73と、ヒータ絶縁層74と、圧力放散孔75とを備えている。   Furthermore, the sensor element 101 includes a heater unit 70 that plays a role of temperature adjustment for heating and maintaining the sensor element 101 in order to increase the oxygen ion conductivity of the solid electrolyte. The heater unit 70 includes a heater connector electrode 71, a heater 72, a through hole 73, a heater insulating layer 74, and a pressure dissipation hole 75.

ヒータコネクタ電極71は、第1基板層1の下面に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータコネクタ電極71を外部電源と接続することによって、外部からヒータ部70へ給電することができるようになっている。   The heater connector electrode 71 is an electrode formed so as to be in contact with the lower surface of the first substrate layer 1. By connecting the heater connector electrode 71 to an external power source, power can be supplied to the heater unit 70 from the outside.

ヒータ72は、第2基板層2と第3基板層3とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。ヒータ72は、スルーホール73を介してヒータコネクタ電極71と接続されており、該ヒータコネクタ電極71を通して外部より給電されることにより発熱し、センサ素子101を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。   The heater 72 is an electric resistor formed in a form sandwiched between the second substrate layer 2 and the third substrate layer 3 from above and below. The heater 72 is connected to the heater connector electrode 71 through the through-hole 73, and generates heat when power is supplied from the outside through the heater connector electrode 71, thereby heating and keeping the solid electrolyte forming the sensor element 101. .

また、ヒータ72は、第1内部空所20から第3内部空所61の全域に渡って埋設されており、センサ素子101全体を上記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。   The heater 72 is embedded over the entire area from the first internal space 20 to the third internal space 61, and the entire sensor element 101 can be adjusted to a temperature at which the solid electrolyte is activated. ing.

ヒータ絶縁層74は、ヒータ72の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層74は、第2基板層2とヒータ72との間の電気的絶縁性、および、第3基板層3とヒータ72との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。   The heater insulating layer 74 is an insulating layer formed on the upper and lower surfaces of the heater 72 by an insulator such as alumina. The heater insulating layer 74 is formed for the purpose of obtaining electrical insulation between the second substrate layer 2 and the heater 72 and electrical insulation between the third substrate layer 3 and the heater 72.

圧力放散孔75は、第3基板層3を貫通し、基準ガス導入空間43に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層74内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。   The pressure dissipating hole 75 is a portion that is provided so as to penetrate the third substrate layer 3 and communicate with the reference gas introduction space 43, and is for the purpose of alleviating the increase in internal pressure accompanying the temperature increase in the heater insulating layer 74. Formed.

なお、センサ素子101には、各電極に接続された図示しないリード線と、センサ素子101の後端の上面及び下面に位置する図示しないコネクタ電極とが配設されている。これらのリード線及びコネクタ電極を介して、外部からセンサ素子101の各電極(内側ポンプ電極22,外側ポンプ電極23,基準電極42,測定電極44,補助ポンプ電極51)に電圧又は電流を印加したり各電極の電圧や電流を測定したりすることができるようになっている。上述した可変電源24,可変電源46,可変電源52による電圧の印加や、ポンプ電流Ip1,Ip2,起電力V0,V1,V2,Vrefの検出なども、実際はこれらのリード線やコネクタ電極を介して行われる。   The sensor element 101 is provided with lead wires (not shown) connected to the respective electrodes and connector electrodes (not shown) located on the upper and lower surfaces of the rear end of the sensor element 101. A voltage or a current is applied to each electrode (the inner pump electrode 22, the outer pump electrode 23, the reference electrode 42, the measurement electrode 44, and the auxiliary pump electrode 51) of the sensor element 101 from outside through these lead wires and connector electrodes. The voltage and current of each electrode can be measured. The application of voltage by the above-described variable power supply 24, variable power supply 46, variable power supply 52, and detection of pump currents Ip1, Ip2, electromotive forces V0, V1, V2, Vref, etc. are actually performed through these lead wires and connector electrodes. Done.

また、図示は省略するが、ガスセンサ100は、センサ素子101の前端側を保護する保護カバーと、センサ素子101の後端側に取り付けられてコネクタ電極と導通するコネクタと、センサ素子の後端側及びコネクタを覆う外筒と、センサ素子101を封入固定してセンサ素子101の先端側の空間(保護カバー内)と後端側の空間(外筒内)とを分離する素子封止体と、コネクタに接続されて外筒から外部に引き出されるリード線と、を備えている。なお、このようなガスセンサ100全体の構造は公知であり、例えば上述した特許文献1に記載されている。   Although not shown, the gas sensor 100 includes a protective cover that protects the front end side of the sensor element 101, a connector that is attached to the rear end side of the sensor element 101 and is electrically connected to the connector electrode, and a rear end side of the sensor element. And an outer cylinder that covers the connector, an element sealing body that encloses and fixes the sensor element 101 and separates the space on the front end side (in the protective cover) and the space on the rear end side (in the outer cylinder). And a lead wire connected to the connector and drawn out from the outer cylinder. In addition, the structure of such a gas sensor 100 whole is well-known, For example, it describes in the patent document 1 mentioned above.

次に、こうして構成されたガスセンサ100のセンサ素子101に対して行う、本実施形態のライトオフ異常判定方法について説明する。図2は、センサ素子101のライトオフ時間の異常判定の説明図である。   Next, the light-off abnormality determination method of the present embodiment that is performed on the sensor element 101 of the gas sensor 100 configured as described above will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram of the abnormality determination of the light-off time of the sensor element 101.

本実施形態のライトオフ異常判定方法は、
(a)センサ素子101を酸素存在雰囲気に晒した状態とし、ヒータ72に通電し、外側ポンプ電極23と測定電極44との間に電圧Vp2を印加して測定電極44の周囲の酸素を汲み出させる制御を開始し、ヒータ72の昇温完了時刻T1と制御を開始した制御開始時刻T2とのうち遅い方を基準時刻Trefとして、基準時刻Trefからの経過時間が0秒超過65秒以下の所定の測定時刻Tmにおける、電圧Vp2に基づいて外側ポンプ電極23と測定電極44との間に流れるポンプ電流Ip2に基づく測定値Aを得るステップと、
(b)ステップ(a)で得た測定値Aと所定の閾値Arefとに基づいてセンサ素子101のライトオフ時間の異常を判定するステップと、
を含む。
The light-off abnormality determination method of this embodiment is
(A) The sensor element 101 is exposed to an oxygen-existing atmosphere, the heater 72 is energized, and the voltage Vp2 is applied between the outer pump electrode 23 and the measurement electrode 44 to pump out oxygen around the measurement electrode 44. The later of the temperature rise completion time T1 of the heater 72 and the control start time T2 at which the control is started is defined as a reference time Tref, and a predetermined time with an elapsed time from the reference time Tref exceeding 0 seconds and 65 seconds or less Obtaining a measurement value A based on the pump current Ip2 flowing between the outer pump electrode 23 and the measurement electrode 44 based on the voltage Vp2 at the measurement time Tm of
(B) determining an abnormality in the light-off time of the sensor element 101 based on the measured value A obtained in step (a) and the predetermined threshold value Aref;
including.

本実施形態では、ガスセンサ100として組み立てられていない状態のセンサ素子101、例えばセンサ素子101単体に対して、ライトオフ異常判定方法を行うものとした。まず、ステップ(a)の前の準備として、センサ素子101の各電極(内側ポンプ電極22,外側ポンプ電極23,基準電極42,測定電極44,補助ポンプ電極51)及びヒータ72に印加する電圧又は電流を制御したり各電極の電圧や電流を測定したりすることができるように、所定の制御回路を接続する。本実施形態では、ガスセンサ100として使用する場合と同様に、図1に示したような制御回路を接続するものとした。より具体的には、可変電源24,46,52と、ポンプ電流Ip1,Ip2,起電力V0,V1,V2,Vrefの検出器と、上述した各フィードバック制御やヒータ72の制御を行う制御部と、を備えた制御回路を接続するものとした。なお、センサ素子101と制御回路との接続は、上述したセンサ素子101のコネクタ電極を介して行う。また、ガスセンサ100の一部として用いられるコネクタやリード線を用いて、コネクタ電極と制御回路とを接続してもよい。   In the present embodiment, the light-off abnormality determination method is performed on the sensor element 101 that is not assembled as the gas sensor 100, for example, the sensor element 101 alone. First, as preparation before step (a), the voltage applied to each electrode (inner pump electrode 22, outer pump electrode 23, reference electrode 42, measurement electrode 44, auxiliary pump electrode 51) and heater 72 of sensor element 101 or A predetermined control circuit is connected so that the current can be controlled and the voltage and current of each electrode can be measured. In the present embodiment, the control circuit as shown in FIG. 1 is connected as in the case of using as the gas sensor 100. More specifically, the variable power sources 24, 46, 52, the detectors for the pump currents Ip 1, Ip 2, the electromotive forces V 0, V 1, V 2, Vref, and the control unit that controls the feedback control and the heater 72 described above. A control circuit provided with the above is connected. The sensor element 101 and the control circuit are connected via the connector electrode of the sensor element 101 described above. Further, the connector electrode and the control circuit may be connected using a connector or a lead wire used as a part of the gas sensor 100.

次に、上述したステップ(a)を行う。まず、センサ素子101を酸素存在雰囲気に晒した状態とする。ここで、酸素存在雰囲気とは、例えばO2,CO,CO2,NOx,H2Oなど、化学式表記で酸素(O)を含む分子が存在する雰囲気である。本実施形態では、酸素雰囲気は大気雰囲気とした。なお、本実施形態では常温(例えば20℃)及び常圧の大気雰囲気とした。次に、制御回路からヒータ72に通電する処理と、制御回路によるセンサ素子101の制御を開始する処理とを行う。本実施形態では、ヒータ72への通電は、通電開始からヒータ72が各ポンプセル21,41,50及び各センサセル80〜83を活性化させるための所定の目標温度(例えば800℃)に到達する時間が85秒となるように予め定められた昇温パターンに従って行うものとした。すなわち、ヒータ72への通電開始から85秒経過した時刻が昇温完了時刻となるように、ヒータ72への通電を行うものとした。また、センサ素子101の制御を開始する処理は、外側ポンプ電極23と測定電極44との間に電圧Vp2を印加して測定電極44の周囲の酸素を汲み出させる制御を少なくとも含むものとした。本実施形態では、上述した各フィードバック制御を行って、ガスセンサ100として使用する場合と同様の制御を開始するものとした。 Next, step (a) described above is performed. First, the sensor element 101 is exposed to an oxygen-existing atmosphere. Here, the oxygen-existing atmosphere is an atmosphere in which molecules containing oxygen (O) in a chemical formula are present, such as O 2 , CO, CO 2 , NOx, and H 2 O. In this embodiment, the oxygen atmosphere is an air atmosphere. In the present embodiment, an atmospheric atmosphere at normal temperature (for example, 20 ° C.) and normal pressure is used. Next, a process of energizing the heater 72 from the control circuit and a process of starting control of the sensor element 101 by the control circuit are performed. In the present embodiment, energization of the heater 72 is the time for the heater 72 to reach a predetermined target temperature (for example, 800 ° C.) for activating the pump cells 21, 41, 50 and the sensor cells 80 to 83 from the start of energization. Was performed in accordance with a temperature rising pattern determined in advance so as to be 85 seconds. That is, the heater 72 is energized such that the time when 85 seconds have elapsed from the start of energization of the heater 72 is the temperature increase completion time. In addition, the process for starting the control of the sensor element 101 includes at least control for applying the voltage Vp <b> 2 between the outer pump electrode 23 and the measurement electrode 44 to pump out oxygen around the measurement electrode 44. In this embodiment, each feedback control mentioned above is performed, and the same control as the case where it uses as the gas sensor 100 shall be started.

図2では、ヒータ72に通電を開始する時刻Tを0秒として示し、ヒータ72に通電してから85秒経過した時刻Tを昇温完了時刻T1として示し、センサ素子101の制御を開始した時刻Tを制御開始時刻T2として示した。図2に示すように、本実施形態では、制御開始時刻T2は昇温完了時刻T1と同じとした。ただし、これに限らず制御開始時刻T2は昇温完了時刻T1の前であってもよいし、後であってもよい。また、ヒータ72の通電前からセンサ素子101の制御を開始してもよい。また、センサ素子101を酸素存在雰囲気に晒すタイミングは、ヒータ72の通電開始のタイミングと前後してもよいが、少なくとも制御開始時刻T2において測定電極44の周囲まで酸素存在雰囲気が到達するようなタイミングとすることが好ましい。また、制御回路の接続など上述した準備作業の時からセンサ素子101を酸素存在雰囲気に晒した状態としておいてもよい。   In FIG. 2, the time T at which the heater 72 is energized is indicated as 0 seconds, the time T after 85 seconds from when the heater 72 is energized is indicated as the temperature rise completion time T1, and the time when the control of the sensor element 101 is started. T is shown as the control start time T2. As shown in FIG. 2, in this embodiment, the control start time T2 is the same as the temperature rise completion time T1. However, the present invention is not limited to this, and the control start time T2 may be before or after the temperature increase completion time T1. Further, the control of the sensor element 101 may be started before the heater 72 is energized. The timing at which the sensor element 101 is exposed to the oxygen-existing atmosphere may be before or after the start of energization of the heater 72, but at least the timing at which the oxygen-existing atmosphere reaches around the measurement electrode 44 at the control start time T2. It is preferable that Alternatively, the sensor element 101 may be exposed to an oxygen-existing atmosphere from the above-described preparatory work such as connection of a control circuit.

次に、昇温完了時刻T1と制御開始時刻T2とのうち遅い方を基準時刻Trefとして、基準時刻Trefからの経過時間が0秒超過65秒以下の所定の測定時刻Tmにおける、電圧Vp2に基づいて外側ポンプ電極23と測定電極44との間に流れるポンプ電流Ip2に基づく測定値Aを得る。なお、本実施形態では、昇温完了時刻T1と制御開始時刻T2とは同じ時刻としているため、T1=T2=Trefとなる。また、基準時刻Trefからの経過時間が0秒超過65秒以下の範囲は、ヒータ72に通電を開始した時刻を基準として時刻Tが85秒超過150秒以下の範囲となる。測定時刻Tmは、基準時刻Trefからの経過時間が5秒以上(本実施形態では時刻Tが90秒以上)のタイミングとすることが好ましい。また、測定時刻Tmは、基準時刻Trefからの経過時間が35秒以下(本実施形態では時刻Tが120秒以下)のタイミングとすることが好ましい。本実施形態では、測定時刻Tmは基準時刻Trefからの経過時間が15秒(時刻Tが100秒)のタイミングとした。また、本実施形態では、ポンプ電流Ip2の値を測定値Aとしてそのまま得るものとした。なお、図2に示すように、基準時刻Trefから時間が経過するにつれて測定電極44の周囲の酸素は汲み出されていくから、基準時刻Trefから時間が経過するほどポンプ電流Ip2は低下していく。測定時刻Tmにおける測定値Aは、この低下していくポンプ電流Ip2に基づく値である。   Next, based on the voltage Vp2 at a predetermined measurement time Tm in which the elapsed time from the reference time Tref is 0 second and 65 seconds or less with the later of the temperature increase completion time T1 and the control start time T2 as the reference time Tref. Then, a measurement value A based on the pump current Ip2 flowing between the outer pump electrode 23 and the measurement electrode 44 is obtained. In this embodiment, since the temperature rise completion time T1 and the control start time T2 are the same time, T1 = T2 = Tref. Further, the range in which the elapsed time from the reference time Tref exceeds 0 second and 65 seconds or less is a range in which the time T exceeds 85 seconds and 150 seconds or less with reference to the time when the heater 72 is energized. The measurement time Tm is preferably set to a timing at which the elapsed time from the reference time Tref is 5 seconds or more (in this embodiment, the time T is 90 seconds or more). The measurement time Tm is preferably set to a timing at which the elapsed time from the reference time Tref is 35 seconds or less (in this embodiment, the time T is 120 seconds or less). In the present embodiment, the measurement time Tm is set to a timing at which the elapsed time from the reference time Tref is 15 seconds (time T is 100 seconds). In this embodiment, the value of the pump current Ip2 is obtained as it is as the measured value A. As shown in FIG. 2, since the oxygen around the measurement electrode 44 is pumped out as time elapses from the reference time Tref, the pump current Ip2 decreases as time elapses from the reference time Tref. . The measured value A at the measurement time Tm is a value based on the decreasing pump current Ip2.

以上のようにステップ(a)を行うと、ステップ(b)では、得られた測定値Aと所定の閾値Arefとに基づいてセンサ素子101のライトオフ時間の異常を判定する。本実施形態では、測定値Aが閾値Aref以下であればライトオフ時間が正常と判定し、閾値Arefを超えていればライトオフ時間が異常と判定する。   When step (a) is performed as described above, in step (b), an abnormality in the light-off time of the sensor element 101 is determined based on the obtained measurement value A and the predetermined threshold value Aref. In the present embodiment, if the measured value A is equal to or less than the threshold value Aref, it is determined that the light-off time is normal, and if it exceeds the threshold value Aref, it is determined that the light-off time is abnormal.

以上の方法でライトオフ時間の異常を判定できる理由について説明する。正常なセンサ素子(正常品)では、図2に示すように、基準時刻Trefから時間が経過するにつれて測定電極44の周囲の酸素は汲み出されていくから、基準時刻Trefから時間が経過するほどポンプ電流Ip2は変化(低下)していく。しかし、ライトオフ時間に異常(長期化)があるセンサ素子101(異常品)では、測定電極44の周囲の酸素濃度の低下速度が遅いため、図2に示すように、基準時刻Tref以降のポンプ電流Ip2の変化(低下)の傾きが正常品と比較して緩やかになる。これは、以下のような理由による。まず、ライトオフ時間の異常の原因としては、センサ素子101中の不要な空間(酸素だまり)など酸素の供給源の存在や、外側ポンプ電極23と測定電極44とその間の固体電解質(第1固体電解質層4,スペーサ層5及び第2固体電解質層6)とで構成される測定用ポンプセル41の酸素の汲み出し能力の異常(汲み出し能力が低い)が挙げられる。汲み出し能力の異常が生じるより具体的な理由としては、ヒータ72で昇温してもなお測定用ポンプセル41の活性が低い場合や、外側ポンプ電極23と測定電極44との少なくとも一方に付着物がある場合などが挙げられる。そして、例えば酸素の供給源が存在する場合には、測定用ポンプセル41が酸素を汲み出しても測定電極44周辺に酸素が供給されるため、基準時刻Tref以降のポンプ電流Ip2の変化(低下)の傾きが緩やかになる。また、測定用ポンプセル41の汲み出し能力が低い場合には、測定電極44周辺の酸素の単位時間あたりの汲み出し量が少なくなることで、基準時刻Tref以降のポンプ電流Ip2の変化(低下)の傾きが緩やかになる。以上のことから、ライトオフ時間に異常があるセンサ素子101は、正常なセンサ素子101と比べてポンプ電流Ip2の変化(低下)の傾きが緩やかになり、結果として測定時刻Tmにおけるポンプ電流Ip2の値が異なる(大きい)傾向にある。このように、ポンプ電流Ip2に基づく測定値Aはライトオフ時間の異常の有無と相関があるから、この測定値Aと閾値Arefとに基づいて、ライトオフ時間の異常を判定することができる。本実施形態では、図2に示すように、正常品の測定値A1と異常品の測定値A2とを判別できる閾値Arefを予め実験により定めておくことで、測定値Aがこの閾値Arefを超えているか否かによって、ライトオフ時間の異常を判定することができる。   The reason why the light-off time abnormality can be determined by the above method will be described. In a normal sensor element (normal product), as shown in FIG. 2, oxygen around the measurement electrode 44 is pumped out as time elapses from the reference time Tref, so that the time elapses from the reference time Tref. The pump current Ip2 changes (decreases). However, in the sensor element 101 (abnormal product) having an abnormality (prolongation) in the light-off time, the rate of decrease in the oxygen concentration around the measurement electrode 44 is slow, so that the pump after the reference time Tref as shown in FIG. The slope of the change (decrease) in the current Ip2 becomes gentle compared to the normal product. This is due to the following reasons. First, the cause of the abnormality in the light-off time is the presence of an oxygen supply source such as an unnecessary space (oxygen pool) in the sensor element 101, or the solid electrolyte (first solid) between the outer pump electrode 23 and the measurement electrode 44. There is an abnormality in the pumping capacity of oxygen of the measuring pump cell 41 composed of the electrolyte layer 4, the spacer layer 5 and the second solid electrolyte layer 6) (the pumping capacity is low). More specific reasons for the pumping capacity abnormality include the case where the activity of the measurement pump cell 41 is still low even when the temperature is raised by the heater 72, or the adhering matter is at least one of the outer pump electrode 23 and the measurement electrode 44. There are some cases. For example, when there is a supply source of oxygen, even if the measurement pump cell 41 pumps out oxygen, oxygen is supplied to the periphery of the measurement electrode 44. Therefore, the change (decrease) in the pump current Ip2 after the reference time Tref The inclination becomes gentle. Further, when the pumping capacity of the measurement pump cell 41 is low, the amount of oxygen pumped around the measurement electrode 44 per unit time is reduced, so that the slope of the change (decrease) in the pump current Ip2 after the reference time Tref is reduced. Be gentle. From the above, the sensor element 101 having an abnormality in the light-off time has a gentler slope of the change (decrease) in the pump current Ip2 than the normal sensor element 101, and as a result, the pump current Ip2 at the measurement time Tm. The values tend to be different (large). Thus, since the measured value A based on the pump current Ip2 has a correlation with the presence or absence of abnormality in the light-off time, the abnormality in the light-off time can be determined based on the measured value A and the threshold value Aref. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the measurement value A exceeds the threshold value Aref by preliminarily determining a threshold value Aref that can discriminate between the measurement value A1 of the normal product and the measurement value A2 of the abnormal product. Whether or not the light is off can be determined depending on whether or not the light is off.

そして、本実施形態のライトオフ異常判定方法では、基準時刻Trefからの経過時間が0秒超過65秒以下の測定時刻Tmでポンプ電流に基づく測定値Aを得ている。そのため、図5で説明した従来のライトオフ時間の測定のようにポンプ電流Ip2が低下して十分安定するのを待つ(例えば30分など)必要がない。したがって、ライトオフ時間の異常を短時間で判定できる。なお、測定時刻Tmを基準時刻Trefより後(経過時間が0秒超過)とすることで、測定用ポンプセル41が活性化し且つ酸素を汲み出させる制御を行っている状態の適切な測定値Aを取得できる。また、測定電極44の周囲の酸素濃度が低下して十分安定すると、すなわちポンプ電流Ip2が低下して十分安定すると、ライトオフ時間の異常の有無によるポンプ電流Ip2の差が少なくなり異常判定の精度が低下する場合があるが、測定時刻Tmを基準時刻Trefからの経過時間が65秒以下とすることで、精度良く異常を判定できる。   In the light-off abnormality determination method according to the present embodiment, the measurement value A based on the pump current is obtained at the measurement time Tm where the elapsed time from the reference time Tref is greater than 0 seconds and less than 65 seconds. Therefore, unlike the conventional measurement of the light-off time described with reference to FIG. 5, there is no need to wait for the pump current Ip2 to decrease and stabilize sufficiently (for example, 30 minutes). Therefore, an abnormality in the light-off time can be determined in a short time. By setting the measurement time Tm to be after the reference time Tref (elapsed time exceeds 0 second), an appropriate measurement value A in a state where the pump cell 41 for measurement is activated and oxygen is pumped out is obtained. You can get it. Further, when the oxygen concentration around the measurement electrode 44 is lowered and sufficiently stabilized, that is, when the pump current Ip2 is lowered and sufficiently stabilized, the difference in the pump current Ip2 due to the presence or absence of abnormality in the light-off time is reduced, and the abnormality determination accuracy is reduced. However, if the elapsed time from the reference time Tref is 65 seconds or less, the abnormality can be accurately determined.

次に、ガスセンサ100の製造方法を以下に説明する。本実施形態のガスセンサ100の製造方法は、
上述したセンサ素子のライトオフ異常判定方法を行ってセンサ素子101のライトオフ時間の異常を判定する判定工程と、
判定工程で異常と判定されなかったセンサ素子101を用いてガスセンサ100を製造する製造工程と、
を含む。
Next, a method for manufacturing the gas sensor 100 will be described below. The manufacturing method of the gas sensor 100 of this embodiment is as follows.
A determination step of determining a light-off time abnormality of the sensor element 101 by performing the light-off abnormality determination method of the sensor element described above;
A manufacturing process for manufacturing the gas sensor 100 using the sensor element 101 that is not determined to be abnormal in the determination process;
including.

まず、判定工程前に、センサ素子101を用意する準備工程を行う。準備工程では、既に製造されたセンサ素子101を用意してもよいし、センサ素子101を製造することで用意してもよい。センサ素子101を製造する場合は例えば以下のように行う。   First, a preparation process for preparing the sensor element 101 is performed before the determination process. In the preparation step, the already manufactured sensor element 101 may be prepared, or may be prepared by manufacturing the sensor element 101. For example, the sensor element 101 is manufactured as follows.

まず、ジルコニアなどの酸素イオン伝導性固体電解質をセラミックス成分として含む6枚の未焼成のセラミックスグリーンシートを用意する。このグリーンシートには、印刷時や積層時の位置決めに用いるシート穴や必要なスルーホール等を予め複数形成しておく。また、スペーサ層5となるグリーンシートや第1固体電解質層4となるグリーンシートには、それぞれガス流通部となる空間や基準ガス導入空間43となる空間を予め打ち抜き処理などによって設けておく。そして、第1基板層1と、第2基板層2と、第3基板層3と、第1固体電解質層4と、スペーサ層5と、第2固体電解質層6のそれぞれに対応して、各セラミックスグリーンシートに種々のパターンを形成するパターン印刷処理・乾燥処理を行う。形成するパターンは、具体的には、例えば上述した各電極や各電極に接続されるリード線,コネクタ電極,大気導入層48,及びヒータ部70などのパターンである。パターン印刷は、それぞれの形成対象に要求される特性に応じて用意したパターン形成用ペーストを、公知のスクリーン印刷技術を利用してグリーンシート上に塗布することにより行う。乾燥処理についても、公知の乾燥手段を用いて行う。パターン印刷・乾燥が終わると、各層に対応するグリーンシート同士を積層・接着するための接着用ペーストの印刷・乾燥処理を行う。そして、接着用ペーストを形成したグリーンシートをシート穴により位置決めしつつ所定の順序に積層して、所定の温度・圧力条件を加えることで圧着させ、一つの積層体とする圧着処理を行う。こうして得られた積層体は、複数個のセンサ素子101を包含したものである。その積層体を切断してセンサ素子101の大きさに切り分ける。そして、切り分けた積層体を所定の焼成温度で焼成し、センサ素子101を得る。   First, six green ceramic green sheets containing an oxygen ion conductive solid electrolyte such as zirconia as a ceramic component are prepared. In this green sheet, a plurality of sheet holes and necessary through holes used for positioning during printing and lamination are formed in advance. In addition, the green sheet to be the spacer layer 5 and the green sheet to be the first solid electrolyte layer 4 are respectively provided with a space serving as a gas circulation part and a space serving as the reference gas introduction space 43 by a punching process or the like in advance. And each corresponding to each of the 1st substrate layer 1, the 2nd substrate layer 2, the 3rd substrate layer 3, the 1st solid electrolyte layer 4, the spacer layer 5, and the 2nd solid electrolyte layer 6, A pattern printing process and a drying process for forming various patterns on the ceramic green sheet are performed. Specifically, the pattern to be formed is, for example, the above-described electrodes, lead wires connected to the respective electrodes, connector electrodes, the air introduction layer 48, the heater unit 70, and the like. Pattern printing is performed by applying a pattern forming paste prepared according to the characteristics required for each object to be formed on a green sheet using a known screen printing technique. The drying process is also performed using a known drying means. When pattern printing / drying is completed, printing / drying processing of an adhesive paste for laminating / bonding the green sheets corresponding to each layer is performed. Then, the green sheets on which the adhesive paste is formed are stacked in a predetermined order while being positioned by the sheet holes, and are pressed by applying predetermined temperature and pressure conditions, thereby performing a pressing process to form a single laminate. The laminated body thus obtained includes a plurality of sensor elements 101. The laminated body is cut and cut into the size of the sensor element 101. Then, the cut laminate is fired at a predetermined firing temperature to obtain the sensor element 101.

準備工程でセンサ素子101を用意すると、判定工程を行う。判定工程では、上述したライトオフ異常判定方法を行って測定値Aと閾値Arefとに基づいてセンサ素子101の異常の有無を判定する。そして、製造工程では、判定工程で異常と判定されなかったセンサ素子101を用いて、センサ素子101を組み込んだガスセンサ100を組み立てる。具体的には、センサ素子101に素子封止体を取り付けて封止固定し、コネクタ及びリード線を取り付ける。また、素子封止体のうちセンサ素子101の先端側に保護カバーを取り付ける。また。素子封止体のうちセンサ素子101の後端側に外筒を取り付けると共に、外筒からリード線を外部に引き出す。なお、このようなセンサ素子101を組み込んでガスセンサ100を組み立てる工程は公知であり、例えば特開2015−178988号公報に記載されている。   When the sensor element 101 is prepared in the preparation process, a determination process is performed. In the determination step, the light-off abnormality determination method described above is performed to determine whether the sensor element 101 is abnormal based on the measured value A and the threshold value Aref. In the manufacturing process, the gas sensor 100 incorporating the sensor element 101 is assembled using the sensor element 101 that is not determined to be abnormal in the determination process. Specifically, an element sealing body is attached and sealed to the sensor element 101, and a connector and lead wires are attached. In addition, a protective cover is attached to the tip side of the sensor element 101 in the element sealing body. Also. An outer cylinder is attached to the rear end side of the sensor element 101 in the element sealing body, and a lead wire is pulled out from the outer cylinder. In addition, the process of assembling such a sensor element 101 and assembling the gas sensor 100 is publicly known, and is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-178988.

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の各層1〜6が本発明の基体に相当し、測定電極44が第1測定電極に相当し、外側ポンプ電極23が第2測定電極及び外側電極に相当し、ヒータ72がヒータに相当する。   Here, the correspondence between the components of the present embodiment and the components of the present invention will be clarified. Each layer 1-6 of this embodiment is equivalent to the base | substrate of this invention, the measurement electrode 44 is equivalent to a 1st measurement electrode, the outer side pump electrode 23 is equivalent to a 2nd measurement electrode and an outer side electrode, and the heater 72 is a heater. Equivalent to.

以上詳述した本実施形態のセンサ素子101のライトオフ異常判定方法では、酸素イオン伝導性の固体電解質からなり、被測定ガスを導入するガス流通部が内部に設けられた基体(各層1〜6)と、ガス流通部に面して配設された測定電極44と、ガス流通部以外(基体の外側)に配設された外側ポンプ電極23と、基体を加熱するヒータ72と、を備えたセンサ素子101のライトオフ時間の異常を判定する。具体的には、センサ素子101を酸素存在雰囲気に晒した状態とし、基準時刻Trefからの経過時間が0秒超過65秒以下の測定時刻Tmにおけるポンプ電流Ip2に基づく測定値Aを取得し、測定値Aと閾値Arefとに基づいてセンサ素子101のライトオフ時間の異常を判定する。これにより、センサ素子101のライトオフ時間の異常を短時間で判定できる。   In the light-off abnormality determination method for the sensor element 101 according to the present embodiment described in detail above, a substrate (each layer 1 to 6) made of an oxygen ion conductive solid electrolyte and provided with a gas flow part for introducing a gas to be measured therein. ), A measurement electrode 44 disposed facing the gas circulation part, an outer pump electrode 23 disposed outside the gas circulation part (outside the base), and a heater 72 for heating the base. An abnormality in the light-off time of the sensor element 101 is determined. Specifically, the sensor element 101 is exposed to an oxygen-existing atmosphere, and the measurement value A based on the pump current Ip2 at the measurement time Tm at which the elapsed time from the reference time Tref exceeds 0 seconds and is 65 seconds or less is acquired and measured. An abnormality in the light-off time of the sensor element 101 is determined based on the value A and the threshold value Aref. Thereby, abnormality of the light-off time of the sensor element 101 can be determined in a short time.

また、測定時刻Tmを、基準時刻Trefからの経過時間が5秒以上のタイミングとしている。経過時間が5秒以上では、ライトオフ時間の異常の有無による測定時刻Tmでの測定値A(ポンプ電流Ip2)の差がより大きくなるから、ライトオフ時間の異常をより精度良く判定できる。また、測定時刻Tmを、基準時刻Trefからの経過時間が35秒以下のタイミングとしている。経過時間が35秒以下では、変化(低下)して安定する前のポンプ電流Ip2に基づく測定値Aをより確実に得ることができるため、ライトオフ時間の異常をより精度良く判定できる。さらに、酸素存在雰囲気を大気雰囲気とすることで、より容易に測定値Aを取得できる。さらにまた、ステップ(a)を、ガスセンサ100として組み立てられていない状態のセンサ素子101に対して行っている。これにより、例えばガスセンサの組み立て作業(上述した製造工程など)を行う前に異常を判定できるため、異常と判定された場合に組み立て作業が無駄になったり、ガスセンサ100全体を廃棄する必要が生じたりすることを低減できる。   In addition, the measurement time Tm is a timing at which the elapsed time from the reference time Tref is 5 seconds or more. When the elapsed time is 5 seconds or more, the difference in the measured value A (pump current Ip2) at the measurement time Tm due to the presence / absence of an abnormality in the light-off time becomes larger. The measurement time Tm is set to a timing at which the elapsed time from the reference time Tref is 35 seconds or less. If the elapsed time is 35 seconds or less, the measured value A based on the pump current Ip2 before being changed (decreased) and stabilized can be obtained more reliably, so that the abnormality in the light-off time can be determined with higher accuracy. Furthermore, the measurement value A can be acquired more easily by making the oxygen presence atmosphere an air atmosphere. Furthermore, step (a) is performed on the sensor element 101 that is not assembled as the gas sensor 100. As a result, for example, an abnormality can be determined before the gas sensor assembly operation (such as the above-described manufacturing process) is performed. Therefore, when it is determined that there is an abnormality, the assembly operation is wasted or the entire gas sensor 100 needs to be discarded. Can be reduced.

また、本実施形態のガスセンサ100の製造方法によれば、本実施形態のセンサ素子101のライトオフ異常判定方法を行って異常と判定されなかったセンサ素子101を用いてガスセンサ100を製造するため、ガスセンサ100の歩留まりが向上する。また、従来のライトオフ時間の測定はガスセンサ100の組み立て後に行われていたため、測定されたライトオフ時間が異常の場合には組み立て作業が無駄になったりガスセンサ100全体を廃棄する必要が生じたりする場合があるが、そのようなことを低減できる。   In addition, according to the method for manufacturing the gas sensor 100 of the present embodiment, the gas sensor 100 is manufactured using the sensor element 101 that is not determined to be abnormal by performing the light-off abnormality determination method for the sensor element 101 of the present embodiment. The yield of the gas sensor 100 is improved. In addition, since the conventional measurement of the light-off time is performed after the gas sensor 100 is assembled, if the measured light-off time is abnormal, the assembly work becomes useless or the entire gas sensor 100 needs to be discarded. In some cases, this can be reduced.

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.

例えば、上述した実施形態では、ガスセンサ100として組み立てられていない状態のセンサ素子101に対してステップ(a)の測定値Aの取得を行うものとしたが、特にこれに限られない。ガスセンサ100として組み立てた後に測定値Aを取得してもよい。なお、「ガスセンサ100として組み立てられていない状態」とは、ガスセンサ100としての組み立てが完了する前の状態を意味し、例えば保護カバー,コネクタ,素子封止体,リード線,及び外筒のうち一部をセンサ素子101に取り付けた状態など組み立て中の状態を含む。また、「ガスセンサ100として組み立てられていない状態」は、ガスセンサ100の組み立て前の状態と、組み立て後にガスセンサ100を分解した状態とを含む。   For example, in the above-described embodiment, the measurement value A in step (a) is obtained for the sensor element 101 that is not assembled as the gas sensor 100. However, the present invention is not limited to this. The measurement value A may be acquired after the gas sensor 100 is assembled. In addition, the “state not assembled as the gas sensor 100” means a state before the assembly as the gas sensor 100 is completed, for example, one of a protective cover, a connector, an element sealing body, a lead wire, and an outer cylinder. This includes a state during assembly such as a state in which the part is attached to the sensor element 101. The “state not assembled as the gas sensor 100” includes a state before the gas sensor 100 is assembled and a state where the gas sensor 100 is disassembled after the assembly.

上述した実施形態では、昇温完了時刻T1は、ヒータ72への通電開始から85秒が経過した時刻としたが、これに限られない。昇温完了時刻T1は、ヒータ72への通電開始から所定時間が経過した時刻としてもよい。この所定時間は、85秒以下の所定の時間としてもよいし、40〜85秒の範囲で定められた時間としてもよいし、85秒を超える所定の時間としてもよい。ヒータ72への通電開始から所定時間が経過した時刻にヒータ72が所定の目標温度に到達するように予め定められた昇温パターンを用いる場合、この所定時間が経過した時刻が昇温完了時刻T1となる。また、昇温完了時刻T1は、ヒータ72への通電開始から所定時間が経過した時刻に限られない。昇温完了時刻T1は、第1測定電極(上述した実施形態では測定電極44)と、第2測定電極(上述した実施形態では外側ポンプ電極23)と、第1,第2測定電極の間の固体電解質層(上述した実施形態では層4〜6)とを備えたポンプセル(上述した実施形態では測定用ポンプセル41)が活性化した時刻(活性化したとみなせる時刻を含む)であればよい。すなわち、昇温完了時刻T1は、第1,第2測定電極間に電圧を印加して第1測定電極の周囲の酸素を汲み出すことが可能になった時刻(可能になったとみなせる時刻を含む)であればよい。例えば、ヒータ72の抵抗値が所定値に到達してから所定の待ち時間が経過した時刻を昇温完了時刻T1としてもよい。なお、この所定値は、ヒータ72の温度がポンプセルを活性化させるための所定の目標温度(例えば800℃)まで到達した時の抵抗値として予め定めておくことができる。また、この所定値は、抵抗値の値そのものとして表されてもよいし、所定温度(例えば25℃)におけるヒータ72の抵抗値との比(倍数)で表されてもよい。所定の待ち時間は、0秒としてもよいし、0秒より大きい所定の値としてもよい。また、センサ素子101に制御回路を接続してステップ(a)を行う場合、この制御回路は、ヒータ72の昇温が完了したか否かを判定(昇温の完了を検出)する昇温完了判定手段を備えていてもよい。この場合、昇温完了判定手段がヒータ72の昇温が完了したと判定した時刻を昇温完了時刻T1としてもよい。昇温完了判定手段は、ヒータ72への通電開始から所定時間が経過したときに昇温が完了したと判定する手段であってもよい。また、昇温完了判定手段は、ヒータ72の抵抗値が所定値に到達してから所定の待ち時間が経過したときに昇温が完了したと判定する手段であってもよい。この場合、昇温完了判定手段は、ヒータ72に印加する電圧とヒータ72を流れる電流とを取得し、取得した値に基づいてヒータ72の抵抗値を導出して前記判定を行ってもよい。また、制御回路は、昇温完了判定手段が昇温が完了したと判定した場合に第1測定電極の周囲の酸素を汲み出させる制御を開始する測定電極制御手段、を備えていてもよい。この場合は、制御開始時刻T2は昇温完了時刻T1以降の時刻となるため、常に制御開始時刻T2が基準時刻Trefとなる。   In the embodiment described above, the temperature increase completion time T1 is the time when 85 seconds have elapsed from the start of energization of the heater 72, but is not limited thereto. The temperature increase completion time T1 may be a time when a predetermined time has elapsed since the start of energization of the heater 72. The predetermined time may be a predetermined time of 85 seconds or less, may be a time determined in the range of 40 to 85 seconds, or may be a predetermined time exceeding 85 seconds. When a predetermined temperature increase pattern is used so that the heater 72 reaches a predetermined target temperature when a predetermined time has elapsed from the start of energization of the heater 72, the time when the predetermined time has elapsed is the temperature increase completion time T1. It becomes. Further, the temperature increase completion time T1 is not limited to the time at which a predetermined time has elapsed from the start of energization of the heater 72. The temperature rise completion time T1 is between the first measurement electrode (measurement electrode 44 in the embodiment described above), the second measurement electrode (outer pump electrode 23 in the embodiment described above), and the first and second measurement electrodes. What is necessary is just the time (including the time which can be considered to be activated) when the pump cell (the measurement pump cell 41 in the above-described embodiment) provided with the solid electrolyte layer (the layers 4 to 6 in the above-described embodiment) is activated. That is, the temperature rise completion time T1 includes a time at which a voltage can be applied between the first and second measurement electrodes and oxygen around the first measurement electrode can be pumped out (a time that can be regarded as possible). ). For example, a time at which a predetermined waiting time has elapsed after the resistance value of the heater 72 reaches a predetermined value may be set as the temperature increase completion time T1. This predetermined value can be determined in advance as a resistance value when the temperature of the heater 72 reaches a predetermined target temperature (for example, 800 ° C.) for activating the pump cell. The predetermined value may be expressed as a resistance value itself, or may be expressed as a ratio (a multiple) of the resistance value of the heater 72 at a predetermined temperature (for example, 25 ° C.). The predetermined waiting time may be 0 seconds, or may be a predetermined value greater than 0 seconds. When the control circuit is connected to the sensor element 101 and step (a) is performed, the control circuit determines whether or not the heating of the heater 72 has been completed (detects completion of the heating). You may provide the determination means. In this case, the time when the temperature increase completion determination unit determines that the temperature increase of the heater 72 has been completed may be set as the temperature increase completion time T1. The temperature increase completion determination unit may be a unit that determines that the temperature increase is completed when a predetermined time has elapsed from the start of energization of the heater 72. The temperature increase completion determination unit may be a unit that determines that the temperature increase is completed when a predetermined waiting time elapses after the resistance value of the heater 72 reaches a predetermined value. In this case, the temperature increase completion determination unit may acquire the voltage applied to the heater 72 and the current flowing through the heater 72, and derive the resistance value of the heater 72 based on the acquired value to perform the determination. In addition, the control circuit may include measurement electrode control means for starting control for pumping out oxygen around the first measurement electrode when the temperature increase completion determination means determines that the temperature increase is completed. In this case, since the control start time T2 is a time after the temperature rise completion time T1, the control start time T2 is always the reference time Tref.

上述した実施形態では、ステップ(a)で行う制御は、ガスセンサ100として使用する場合と同様の制御としたが、これに限られない。ステップ(a)でのセンサ素子101の制御は、外側ポンプ電極23と測定電極44との間に電圧Vp2を印加して測定電極44の周囲の酸素を汲み出させる制御を少なくとも含んでいればよく、例えば上述した各フィードバック制御の少なくとも1部を行わないものとしてもよい。例えば、起電力V2が所定の目標値V2*になるように可変電源46の電圧Vp2をフィードバック制御する処理を少なくとも行い、それ以外の上述したフィードバック制御については行わないものとしてもよい。また、可変電源46の電圧Vp2をフィードバック制御せずに電圧Vp2を一定とする制御を行って、測定時刻Tmにおけるポンプ電流Ip2に基づく測定値Aを取得してもよい。   In the above-described embodiment, the control performed in step (a) is the same control as that used in the gas sensor 100, but is not limited thereto. The control of the sensor element 101 in step (a) only needs to include at least control for pumping out oxygen around the measurement electrode 44 by applying the voltage Vp2 between the outer pump electrode 23 and the measurement electrode 44. For example, at least a part of each feedback control described above may not be performed. For example, at least the process of performing feedback control of the voltage Vp2 of the variable power supply 46 so that the electromotive force V2 becomes a predetermined target value V2 * may be performed, and the other feedback control described above may not be performed. Alternatively, the voltage Vp2 of the variable power supply 46 may be controlled to be constant without performing feedback control, and the measurement value A based on the pump current Ip2 at the measurement time Tm may be acquired.

上述した実施形態では、ステップ(a)で測定電極44と外側ポンプ電極23との間に流れるポンプ電流Ip2に基づく測定値Aを得たが、これに限られない。測定値Aは、測定電極44の周辺の酸素濃度に基づく値であればよい。例えば、測定電極44の電位に基づく値を測定値Aとして得てもよい。測定電極44の電位を測定する場合、測定電極44とガス流通部以外に配設された電極との間の電圧を測定してもよい。例えば、測定電極44と基準電極42との間の電圧(起電力V2)に基づく値を測定値Aとして得てもよい。この場合、例えば、制御開始時刻T2においてポンプ電流Ip2が所定の目標値Ip2*になるように電圧Vp2のフィードバック制御を開始するか、又は電圧Vp2を一定とする制御を開始して、測定電極44周辺の酸素を汲み出し、測定時刻Tmにおける起電力V2に基づく測定値A(例えば起電力V2の値そのもの)を得てもよい。この場合も、基準時刻Trefから時間の経過と共に起電力V2が変化していき、この変化の傾きはセンサ素子101のライトオフ時間の異常の有無によって異なる傾向にある。そのため、起電力V2に基づく測定値Aを得ても、上述した実施形態と同様に測定値Aと所定の閾値とに基づいてライトオフ時間の異常を判定できる。   In the embodiment described above, the measurement value A based on the pump current Ip2 flowing between the measurement electrode 44 and the outer pump electrode 23 is obtained in the step (a), but the present invention is not limited to this. The measurement value A may be a value based on the oxygen concentration around the measurement electrode 44. For example, a value based on the potential of the measurement electrode 44 may be obtained as the measurement value A. When measuring the electric potential of the measurement electrode 44, you may measure the voltage between the measurement electrode 44 and the electrode arrange | positioned other than a gas distribution | circulation part. For example, a value based on the voltage (electromotive force V2) between the measurement electrode 44 and the reference electrode 42 may be obtained as the measurement value A. In this case, for example, at the control start time T2, the feedback control of the voltage Vp2 is started so that the pump current Ip2 becomes the predetermined target value Ip2 *, or the control to make the voltage Vp2 constant is started, and the measurement electrode 44 Peripheral oxygen is pumped out, and a measured value A (for example, the value of the electromotive force V2 itself) based on the electromotive force V2 at the measurement time Tm may be obtained. Also in this case, the electromotive force V2 changes with the passage of time from the reference time Tref, and the slope of this change tends to vary depending on whether the light-off time of the sensor element 101 is abnormal. Therefore, even when the measurement value A based on the electromotive force V2 is obtained, the abnormality in the light-off time can be determined based on the measurement value A and the predetermined threshold as in the above-described embodiment.

上述した実施形態では、制御開始時刻T2において測定電極44と外側ポンプ電極23との間に電圧Vp2を印加する制御を開始した。すなわち、第1測定電極を測定電極44とし、第2測定電極を外側ポンプ電極23として、これらの間に電圧を印加する制御を行った。しかし、これに限らず、第1,第2測定電極間に電圧を印加して第1測定電極(測定電極44)の周辺から酸素を汲み出させる制御を行えばよい。そのため、第2測定電極は、ガス流通部以外に配設された電極であれば外側ポンプ電極23に限られない。例えば、第2測定電極は、ガス流通部と連通せず基準ガス(例えば大気や、所定の分圧の酸素を含む雰囲気など)が導入される基準ガス空間に面して配設された基準電極であってもよい。例えば、第2測定電極は、上述した実施形態における大気導入層48に面して配設された基準電極42であってもよい。この場合、制御開始時刻T2において測定電極44と基準電極42との間に電圧Vを印加する制御を開始して、測定電極44周辺の酸素を大気導入層48内に汲み出し、測定時刻Tmにおける測定電極44と基準電極42との間のポンプ電流Iに基づく測定値A(例えばポンプ電流Iの値そのもの)を得てもよい。なお、この場合の測定電極44と基準電極42との間に電圧Vを印加する制御は、例えば、測定電極44と外側ポンプ電極23との間の電圧V3が所定の目標値V3*になるように可変電源により電圧Vをフィードバック制御する処理としてもよいし、電圧Vを一定とする制御としてもよい。この場合も、基準時刻Trefから時間の経過と共にポンプ電流Iが変化していき、この変化の傾きはセンサ素子101のライトオフ時間の異常の有無によって異なる傾向にある。そのため、ポンプ電流Iに基づく測定値Aを得ても、上述した実施形態と同様に測定値Aと所定の閾値とに基づいてライトオフ時間の異常を判定できる。また、制御開始時刻T2において測定電極44と基準電極42との間に電圧Vを印加する制御を開始して、測定電極44周辺の酸素を大気導入層48内に汲み出し、測定時刻Tmにおける測定電極44の電位に基づく測定値Aを得てもよい。具体的には、例えば、測定電極44と外側ポンプ電極23との間の電圧V3に基づく値(例えば電圧V3の値そのもの)を測定値Aとして得てもよい。なお、この場合の測定電極44と基準電極42との間に電圧Vを印加する制御は、例えば、測定電極44と基準電極42との間のポンプ電流Iが所定の目標値I*になるように可変電源により電圧Vをフィードバック制御する処理としてもよいし、電圧Vを一定とする制御としてもよい。この場合も、基準時刻Trefから時間の経過と共に電圧V3が変化していき、この変化の傾きはセンサ素子101のライトオフ時間の異常の有無によって異なる傾向にある。そのため、電圧V3に基づく測定値Aを得ても、上述した実施形態と同様に測定値Aと所定の閾値とに基づいてライトオフ時間の異常を判定できる。   In the above-described embodiment, the control for applying the voltage Vp2 between the measurement electrode 44 and the outer pump electrode 23 is started at the control start time T2. That is, the first measurement electrode was used as the measurement electrode 44 and the second measurement electrode was used as the outer pump electrode 23, and control was performed to apply a voltage therebetween. However, the present invention is not limited to this, and it is only necessary to control the pumping of oxygen from the periphery of the first measurement electrode (measurement electrode 44) by applying a voltage between the first and second measurement electrodes. Therefore, the second measurement electrode is not limited to the outer pump electrode 23 as long as the second measurement electrode is an electrode disposed other than the gas flow part. For example, the second measurement electrode does not communicate with the gas flow part, and is arranged facing the reference gas space into which a reference gas (for example, the atmosphere or an atmosphere containing oxygen having a predetermined partial pressure) is introduced. It may be. For example, the second measurement electrode may be the reference electrode 42 disposed facing the atmosphere introduction layer 48 in the above-described embodiment. In this case, the control to apply the voltage V between the measurement electrode 44 and the reference electrode 42 is started at the control start time T2, the oxygen around the measurement electrode 44 is pumped into the atmosphere introduction layer 48, and the measurement at the measurement time Tm is performed. A measured value A based on the pump current I between the electrode 44 and the reference electrode 42 (for example, the value of the pump current I itself) may be obtained. In this case, the control for applying the voltage V between the measurement electrode 44 and the reference electrode 42 is performed, for example, so that the voltage V3 between the measurement electrode 44 and the outer pump electrode 23 becomes a predetermined target value V3 *. Alternatively, the voltage V may be feedback controlled by a variable power supply, or the voltage V may be controlled to be constant. Also in this case, the pump current I changes with the passage of time from the reference time Tref, and the slope of this change tends to differ depending on whether the light-off time of the sensor element 101 is abnormal. Therefore, even if the measurement value A based on the pump current I is obtained, the abnormality of the light-off time can be determined based on the measurement value A and the predetermined threshold value as in the above-described embodiment. Further, the control for applying the voltage V between the measurement electrode 44 and the reference electrode 42 is started at the control start time T2, the oxygen around the measurement electrode 44 is pumped into the atmosphere introduction layer 48, and the measurement electrode at the measurement time Tm is measured. A measured value A based on 44 potentials may be obtained. Specifically, for example, a value based on the voltage V3 between the measurement electrode 44 and the outer pump electrode 23 (for example, the value of the voltage V3 itself) may be obtained as the measurement value A. In this case, for example, the control for applying the voltage V between the measurement electrode 44 and the reference electrode 42 is such that the pump current I between the measurement electrode 44 and the reference electrode 42 becomes a predetermined target value I *. Alternatively, the voltage V may be feedback controlled by a variable power supply, or the voltage V may be controlled to be constant. Also in this case, the voltage V3 changes with the passage of time from the reference time Tref, and the slope of this change tends to vary depending on whether the light-off time of the sensor element 101 is abnormal. Therefore, even when the measurement value A based on the voltage V3 is obtained, the abnormality in the light-off time can be determined based on the measurement value A and the predetermined threshold value as in the above-described embodiment.

上述した実施形態では、酸素存在雰囲気は大気雰囲気としたが、特にこれに限らず、上述したように化学式表記で酸素(O)を含む分子が存在する雰囲気であればよい。例えば、酸素存在雰囲気は、排ガスを模擬した雰囲気(例えば少なくともNOxを含む雰囲気)としてもよい。なお、例えば排ガスを模擬した雰囲気と比較すると、大気雰囲気の方が酸素濃度が高いため、図2に示した基準時刻Trefからのポンプ電流Ip2の低下の傾きが正常品及び異常品のいずれについても緩やかになる傾向にある。そのため、大気雰囲気では正常品と異常品とで測定時刻Tmでのポンプ電流Ip2の差が大きくなりやすく、閾値Arefを用いた異常の判定がしやすくなる傾向にある。ポンプ電流Ip2以外の他の値(例えば上述した起電力V2,電流I,電圧V3)に基づく測定値Aを得る場合についても同様である。   In the embodiment described above, the oxygen-existing atmosphere is an air atmosphere. However, the present invention is not limited to this, and any atmosphere including molecules containing oxygen (O) in the chemical formula notation may be used as described above. For example, the oxygen presence atmosphere may be an atmosphere that simulates exhaust gas (for example, an atmosphere containing at least NOx). Note that, for example, compared with an atmosphere simulating exhaust gas, since the oxygen concentration is higher in the air atmosphere, the slope of the decrease in the pump current Ip2 from the reference time Tref shown in FIG. 2 is normal and abnormal. It tends to be moderate. Therefore, in the air atmosphere, the difference between the pump current Ip2 at the measurement time Tm between the normal product and the abnormal product tends to be large, and it is easy to determine the abnormality using the threshold value Aref. The same applies to the case where the measurement value A based on other values (for example, the above-described electromotive force V2, current I, voltage V3) other than the pump current Ip2 is obtained.

上述した実施形態では、ポンプ電流Ip2の値を測定値Aとしてそのまま得るものとしたが、測定値Aはポンプ電流Ip2に基づく値であればよい。例えば、ポンプ電流Ip2に基づいて導出されるNOx濃度[ppm]に相当する値を測定値Aとしてもよい。また、ポンプ電流Ip2に所定の係数を乗じた値、ポンプ電流Ip2を所定の式に代入して得られる値、ポンプ電流Ip2と測定値Aとの対応関係を表す所定のマップやテーブルに基づいて導出される値、又はポンプ電流Ip2の逆数に基づいて導出される値、などを測定値Aとしてもよい。ポンプ電流Ip2以外の他の値(例えば上述した起電力V2,電流I,電圧V3)に基づく測定値Aを得る場合についても同様である。   In the embodiment described above, the value of the pump current Ip2 is obtained as it is as the measured value A, but the measured value A may be a value based on the pump current Ip2. For example, the measured value A may be a value corresponding to the NOx concentration [ppm] derived based on the pump current Ip2. Further, based on a value obtained by multiplying the pump current Ip2 by a predetermined coefficient, a value obtained by substituting the pump current Ip2 into a predetermined formula, and a predetermined map or table representing the correspondence relationship between the pump current Ip2 and the measured value A. The derived value or the value derived based on the reciprocal of the pump current Ip2 may be used as the measured value A. The same applies to the case where the measurement value A based on other values (for example, the above-described electromotive force V2, current I, voltage V3) other than the pump current Ip2 is obtained.

上述した実施形態において、ガスセンサ100の製造工程後に、例えば図5に示したような従来のライトオフ時間の測定を行ってもよいし、行わなくてもよい。なお、従来のライトオフ時間の測定を行わないようにすることで、その分の時間を短縮できる。また、複数のガスセンサ100を製造する場合に、一部のガスセンサ100についてライトオフ時間の測定を省略してもよい。   In the above-described embodiment, after the manufacturing process of the gas sensor 100, for example, the conventional light-off time measurement as shown in FIG. 5 may or may not be performed. In addition, the time can be shortened by not performing the measurement of the conventional light-off time. Further, when a plurality of gas sensors 100 are manufactured, the measurement of the light-off time may be omitted for some gas sensors 100.

上述した実施形態では、ガスセンサ100のセンサ素子101は第1内部空所20,第2内部空所40,第3内部空所61を備えるものとしたが、これに限られない。例えば、第3内部空所61を備えないものとしてもよい。図3は、この場合の変形例のガスセンサ100のセンサ素子101の構成の一例を概略的に示した模式断面図である。図示するように、この変形例のガスセンサ100では、第2固体電解質層6の下面と第1固体電解質層4の上面との間には、ガス導入口10と、第1拡散律速部11と、緩衝空間12と、第2拡散律速部13と、第1内部空所20と、第3拡散律速部30と、第2内部空所40とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。測定電極44は、第2内部空所40内の第1固体電解質層4の上面に配設されている。測定電極44は、第4拡散律速部45によって被覆されてなる。第4拡散律速部45は、アルミナ(Al23)などのセラミックス多孔体にて構成される膜である。第4拡散律速部45は、上述した実施形態の第4拡散律速部60と同様に、測定電極44に流入するNOxの量を制限する役割を担う。また、第4拡散律速部45は、測定電極44の保護膜としても機能する。補助ポンプ電極51の天井電極部51aは、測定電極44の直上まで形成されている。このような構成のガスセンサ100であっても、上述した実施形態のライトオフ時間異常判定方法を用いて短時間で異常を判定できる。 In the embodiment described above, the sensor element 101 of the gas sensor 100 includes the first internal space 20, the second internal space 40, and the third internal space 61, but is not limited thereto. For example, the third internal space 61 may not be provided. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the sensor element 101 of the gas sensor 100 according to the modification in this case. As shown in the figure, in the gas sensor 100 of this modified example, between the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 and the upper surface of the first solid electrolyte layer 4, a gas inlet 10, a first diffusion rate controlling part 11, The buffer space 12, the second diffusion rate limiting unit 13, the first internal space 20, the third diffusion rate limiting unit 30, and the second internal space 40 are formed adjacent to each other in this order. . The measurement electrode 44 is disposed on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 in the second internal space 40. The measurement electrode 44 is covered with a fourth diffusion rate controlling part 45. The fourth diffusion control part 45 is a film made of a ceramic porous body such as alumina (Al 2 O 3 ). The fourth diffusion rate limiting unit 45 plays a role of limiting the amount of NOx flowing into the measurement electrode 44, similarly to the fourth diffusion rate limiting unit 60 of the embodiment described above. The fourth diffusion rate controlling part 45 also functions as a protective film for the measurement electrode 44. The ceiling electrode portion 51 a of the auxiliary pump electrode 51 is formed up to just above the measurement electrode 44. Even with the gas sensor 100 having such a configuration, an abnormality can be determined in a short time using the light-off time abnormality determination method of the above-described embodiment.

上述した実施形態において、センサ素子101は、基体の少なくとも一部(例えば先端側)を被覆する多孔質保護層を備えていてもよい。多孔質保護層は、例えば構成粒子として、アルミナ,ジルコニア,スピネル,コージェライト,チタニア,及びマグネシアの少なくともいずれかのセラミックス粒子を含んでいてもよい。多孔質保護層は、外側ポンプ電極23も被覆していてもよい。   In the embodiment described above, the sensor element 101 may include a porous protective layer that covers at least a part of the base (for example, the tip side). The porous protective layer may include, for example, ceramic particles of at least one of alumina, zirconia, spinel, cordierite, titania, and magnesia as constituent particles. The porous protective layer may also cover the outer pump electrode 23.

上述した実施形態では、センサ素子101は被測定ガス中のNOx濃度を検出するものとしたが、被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するものであれば、これに限られない。例えば、被測定ガス中の酸素濃度を検出するものとしてもよい。   In the embodiment described above, the sensor element 101 detects the NOx concentration in the gas to be measured. However, the sensor element 101 is not limited to this as long as it detects the concentration of the specific gas in the gas to be measured. For example, the oxygen concentration in the gas to be measured may be detected.

以下には、本発明のセンサ素子のライトオフ異常判定方法を行った例を実施例として説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, an example in which the light-off abnormality determination method for the sensor element of the present invention is performed will be described as an example. In addition, this invention is not limited to a following example.

[センサ素子の作製]
上述した実施形態のガスセンサ100の製造方法の準備工程に従って、図1に示したセンサ素子101を複数作製した。センサ素子101の大きさは、前後方向の長さが67.5mm、左右方向の幅が4.25mm、上下方向の厚さが1.45mmとした。センサ素子101を作製するにあたり、セラミックスグリーンシートは、安定化剤のイットリアを4mol%添加したジルコニア粒子と有機バインダーと有機溶剤とを混合し、テープ成形により成形した。
[Production of sensor element]
A plurality of sensor elements 101 shown in FIG. 1 were produced according to the preparation steps of the method for manufacturing the gas sensor 100 of the above-described embodiment. The sensor element 101 has a length in the front-rear direction of 67.5 mm, a width in the left-right direction of 4.25 mm, and a thickness in the vertical direction of 1.45 mm. In producing the sensor element 101, the ceramic green sheet was formed by mixing zirconia particles to which 4 mol% of a stabilizer yttria was added, an organic binder, and an organic solvent, and then forming a tape.

[測定値Aの取得]
上記で作製した複数のセンサ素子101の各々について、上述したセンサ素子101のライトオフ異常判定方法を行って、測定値Aを取得した。測定値Aはポンプ電流Ip2の値そのままとした。また、昇温完了時刻T1,制御開始時刻T2,基準時刻Trefは図2と同じ時刻T=85秒とし、測定時刻Tmを90秒〜160秒(基準時刻Trefからの経過時間が5秒〜75秒)まで10秒単位で変化させて、1つのセンサ素子101においてそれぞれ10回ずつ測定値Aを取得した(1つのセンサ素子101について80回測定)。
[Acquisition of measured value A]
About each of the some sensor element 101 produced above, the light-off abnormality determination method of the sensor element 101 mentioned above was performed, and the measured value A was acquired. The measured value A was the same as the pump current Ip2. Further, the temperature rise completion time T1, the control start time T2, and the reference time Tref are the same time T = 85 seconds as in FIG. 2, and the measurement time Tm is 90 seconds to 160 seconds (the elapsed time from the reference time Tref is 5 seconds to 75 seconds). The measured value A was acquired 10 times for each sensor element 101 (measured 80 times for each sensor element 101).

[ライトオフ時間の測定]
測定値Aを取得した後の複数のセンサ素子101の各々を用いてガスセンサ100を組み立て、組み立て後の複数のガスセンサ100の各々について図5で説明した従来のライトオフ時間の測定を行った。なお、測定時の雰囲気は排ガスを模擬した雰囲気とした。酸素過剰で燃焼した排気ガスを模擬するために、具体的には、酸素濃度10%、NOx濃度100ppm、水分量9%、ガス温度125℃に調整した雰囲気とした。また、図5とは異なりヒータ通電開始から15分(900秒)後のポンプ電流Ip2の値を飽和値Isとみなし、ポンプ電流がIs±30ppmの値となるときの時間をライトオフ時間として導出した。導出されたライトオフ時間が100秒以下のセンサ素子101を正常と判定し、100秒超過のセンサ素子101を異常と判定した。
[Measurement of light-off time]
The gas sensor 100 was assembled using each of the plurality of sensor elements 101 after obtaining the measurement value A, and the conventional light-off time described with reference to FIG. 5 was measured for each of the plurality of gas sensors 100 after assembly. The atmosphere at the time of measurement was an atmosphere simulating exhaust gas. In order to simulate the exhaust gas burned with excess oxygen, specifically, the atmosphere was adjusted to an oxygen concentration of 10%, a NOx concentration of 100 ppm, a moisture content of 9%, and a gas temperature of 125 ° C. Also, unlike FIG. 5, the value of the pump current Ip2 15 minutes (900 seconds) after the start of heater energization is regarded as the saturation value Is, and the time when the pump current becomes Is ± 30 ppm is derived as the light-off time. did. The derived sensor element 101 having a light-off time of 100 seconds or less was determined to be normal, and the sensor element 101 exceeding 100 seconds was determined to be abnormal.

[ライトオフ時間の異常の有無と測定値Aとの関係の評価]
上記でライトオフ時間を測定した複数のガスセンサ100から、ライトオフ時間が正常(100秒以下)であった4本のガスセンサ100を抽出し、そのガスセンサ100のセンサ素子101をセンサ素子No.1〜No.4とした。そして、これらの4本のセンサ素子101のサンプルについて、上記のようにガスセンサ100の組み立て前に測定しておいた測定値Aの値を集計して、測定値Aの最大値,平均値,最小値を導出した。なお、測定時刻Tmを90秒〜160秒まで10秒単位で変化させた場合のそれぞれの結果を分けて集計し、測定時刻Tmの値毎に測定値Aの最大値,平均値,最小値を導出した。例えば、測定時間Tmが90秒の場合の最大値,平均値,最小値は、4本のセンサ素子101の各10回ずつの測定データ(計40個の測定値Aのデータ)を集計して導出した。同様に、ライトオフ時間が異常(100秒超過)であった8本のガスセンサ100を抽出し、そのガスセンサ100のセンサ素子101をセンサ素子No.5〜No.12とした。そして、これらの8本のセンサ素子101のサンプルについても、測定時刻Tmを90秒〜160秒まで10秒単位で変化させた場合のそれぞれの結果を分けて集計し、測定時刻Tmの値毎に測定値Aの最大値,平均値,最小値を導出した。
[Evaluation of relationship between presence / absence of light-off time and measured value A]
Four gas sensors 100 with normal light-off times (100 seconds or less) are extracted from the plurality of gas sensors 100 whose light-off times have been measured as described above. 1-No. It was set to 4. And about the sample of these four sensor elements 101, the value of the measured value A measured before the assembly of the gas sensor 100 as mentioned above is totaled, and the maximum value of the measured value A, an average value, minimum The value was derived. In addition, each result when the measurement time Tm is changed in units of 10 seconds from 90 seconds to 160 seconds is aggregated separately, and the maximum value, the average value, and the minimum value of the measurement value A are calculated for each value of the measurement time Tm. Derived. For example, when the measurement time Tm is 90 seconds, the maximum value, the average value, and the minimum value are obtained by totaling 10 times each of the four sensor elements 101 (data of 40 measurement values A in total). Derived. Similarly, eight gas sensors 100 having an abnormal light-off time (exceeding 100 seconds) are extracted, and the sensor element 101 of the gas sensor 100 is referred to as sensor element No. 5-No. It was set to 12. For these eight sensor element 101 samples, the results when the measurement time Tm is changed in units of 10 seconds from 90 seconds to 160 seconds are divided and summed up for each value of the measurement time Tm. The maximum value, average value, and minimum value of the measured value A were derived.

センサ素子No.1〜No.12について組み立て後に測定したライトオフ時間と、正常及び異常の判定結果を表1に示す。ライトオフ時間が正常であったセンサ素子No.1〜No.4の測定時刻Tmの値と測定値Aの最大値,平均値,最小値との関係を表2に示す。ライトオフ時間が異常であったセンサ素子No.5〜No.12の測定時刻Tmの値と測定値Aの最大値,平均値,最小値との関係を表3に示す。なお、表2,3では、基準時刻Tref(=85秒)からの経過時間も測定時刻Tmに併せて示した。また、図4は、測定時刻Tmと複数のセンサ素子101の測定値Aの分布との関係を示すグラフである。図4は、表2に示した正常品の測定値Aの最大値,平均値,最小値との関係を示すグラフを実線で示し、表3に示した異常品の測定値Aの最大値,平均値,最小値との関係を示すグラフを破線で示した。   Sensor element No. 1-No. Table 1 shows the light-off time measured after assembling 12 and the determination results of normality and abnormality. Sensor element No. with normal light-off time 1-No. Table 2 shows the relationship between the measurement time Tm 4 and the maximum, average, and minimum values of the measurement value A. Sensor element No. with abnormal light-off time 5-No. Table 3 shows the relationship between the twelve measurement times Tm and the maximum, average, and minimum values of the measurement value A. In Tables 2 and 3, the elapsed time from the reference time Tref (= 85 seconds) is also shown together with the measurement time Tm. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the measurement time Tm and the distribution of the measurement values A of the plurality of sensor elements 101. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the maximum value, the average value, and the minimum value of the measured value A of the normal product shown in Table 2 with a solid line, and the maximum value of the measured value A of the abnormal product shown in Table 3. A graph showing the relationship between the average value and the minimum value is shown by a broken line.

表2,3及び図4からわかるように、異常品は正常品と比べて測定値A(ポンプ電流Ip2)の値が大きい傾向にあることが確認できた。また、測定時刻Tmが160秒(基準時刻Trefからの経過時間が75秒)の場合には正常品の測定値Aの最大値が異常品の測定値Aの最小値を上回っており、正常品の測定値Aの範囲と異常品の測定値Aの範囲とが一部重複していたが、測定時刻Tmが90秒以上150秒以下(基準時刻Trefからの経過時間が5秒以上65秒以下)では、両者の範囲が重複していなかった。そのため、測定時刻Tmが150秒以下(基準時刻Trefからの経過時間が65秒以下)では、正常品の測定値Aと異常品の測定値Aとを判別する閾値Arefを両者の範囲の間に設定して、測定値Aと閾値Arefとに基づいて異常の有無を判定できることが確認できた。また、測定時刻Tmが小さいほど(基準時刻Trefからの経過時間が小さいほど)、正常品の測定値Aの最大値と異常品の測定値Aの最小値との差が大きくなる傾向が見られた。測定時刻Tmが120秒以下(基準時刻Trefからの経過時間が35秒以下)ではこの差が特に大きくなっており、測定時刻Tmを基準時刻Trefからの経過時間が35秒以下とすることで、ライトオフ時間の異常をより精度よく判定できると考えられる。   As can be seen from Tables 2 and 3 and FIG. 4, it was confirmed that the abnormal product tended to have a larger measured value A (pump current Ip2) than the normal product. Further, when the measurement time Tm is 160 seconds (the elapsed time from the reference time Tref is 75 seconds), the maximum value of the measurement value A of the normal product exceeds the minimum value of the measurement value A of the abnormal product. The range of measured value A and the range of measured value A of the abnormal product partially overlapped, but the measurement time Tm was 90 seconds to 150 seconds (the elapsed time from the reference time Tref was 5 seconds to 65 seconds) ), The range of both did not overlap. Therefore, when the measurement time Tm is 150 seconds or less (the elapsed time from the reference time Tref is 65 seconds or less), the threshold value Aref for discriminating between the measurement value A of the normal product and the measurement value A of the abnormal product is between the ranges. It was confirmed that the presence or absence of abnormality can be determined based on the measured value A and the threshold value Aref. In addition, the smaller the measurement time Tm (the smaller the elapsed time from the reference time Tref), the larger the difference between the maximum value of the normal product measurement value A and the minimum value of the abnormal product measurement value A tends to increase. It was. This difference is particularly large when the measurement time Tm is 120 seconds or less (the elapsed time from the reference time Tref is 35 seconds or less). By setting the measurement time Tm to 35 seconds or less from the reference time Tref, It is considered that an abnormality in the light-off time can be determined with higher accuracy.

1 第1基板層、2 第2基板層、3 第3基板層、4 第1固体電解質層、5 スペーサ層、6 第2固体電解質層、10 ガス導入口、11 第1拡散律速部、12 緩衝空間、13 第2拡散律速部、20 第1内部空所、21 主ポンプセル、22 内側ポンプ電極、22a 天井電極部、22b 底部電極部、23 外側ポンプ電極、24 可変電源、30 第3拡散律速部、40 第2内部空所、41 測定用ポンプセル、42 基準電極、43 基準ガス導入空間、44 測定電極、46 可変電源、48 大気導入層、50 補助ポンプセル、51 補助ポンプ電極、51a 天井電極部、51b 底部電極部、52 可変電源、60 第4拡散律速部、61 第3内部空所、70 ヒータ部、71 ヒータコネクタ電極、72 ヒータ、73 スルーホール、74 ヒータ絶縁層、75 圧力放散孔、80 主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、81 補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、82 測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、83 センサセル、100 ガスセンサ、101 センサ素子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st board | substrate layer, 2nd board | substrate layer, 3rd board | substrate layer, 4th 1st solid electrolyte layer, 5 spacer layer, 6 2nd solid electrolyte layer, 10 gas inlet, 11 1st diffusion control part, 12 buffer Space, 13 Second diffusion limiting part, 20 First internal space, 21 Main pump cell, 22 Inner pump electrode, 22a Ceiling electrode part, 22b Bottom electrode part, 23 Outer pump electrode, 24 Variable power supply, 30 Third diffusion limiting part , 40 Second internal space, 41 Measurement pump cell, 42 Reference electrode, 43 Reference gas introduction space, 44 Measurement electrode, 46 Variable power source, 48 Air introduction layer, 50 Auxiliary pump cell, 51 Auxiliary pump electrode, 51a Ceiling electrode part, 51b Bottom electrode portion, 52 Variable power source, 60 Fourth diffusion rate limiting portion, 61 Third internal space, 70 Heater portion, 71 Heater connector electrode, 72 Heater, 73 Through Hall, 74 Heater insulation layer, 75 Pressure diffusion hole, 80 Oxygen partial pressure detection sensor cell for main pump control, 81 Oxygen partial pressure detection sensor cell for auxiliary pump control, 82 Oxygen partial pressure detection sensor cell for measurement pump control, 83 Sensor cell, 100 Gas sensor, 101 sensor element.

Claims (6)

酸素イオン伝導性の固体電解質からなり、被測定ガスを導入するガス流通部が内部に設けられた基体と、
前記ガス流通部に面して配設された第1測定電極と、
前記ガス流通部以外に配設された第2測定電極と、
前記基体を加熱するヒータと、
を備えたセンサ素子のライトオフ時間の異常を判定するライトオフ異常判定方法であって、
(a)前記センサ素子を酸素存在雰囲気に晒した状態とし、前記ヒータに通電し、前記第1,第2測定電極間に電圧を印加して該第1測定電極の周囲の酸素を汲み出させる制御を開始し、前記ヒータの昇温完了時刻と前記制御を開始した制御開始時刻とのうち遅い方を基準時刻として、該基準時刻からの経過時間が0秒超過65秒以下の所定の測定時刻における、前記電圧に基づいて前記第1,第2測定電極間に流れるポンプ電流に基づく測定値、又は前記第1測定電極の電位に基づく測定値を得るステップと、
(b)前記ステップ(a)で得た測定値と所定の閾値とに基づいてセンサ素子のライトオフ時間の異常を判定するステップと、
を含むセンサ素子のライトオフ異常判定方法。
A substrate comprising an oxygen ion conductive solid electrolyte and having a gas flow part for introducing a gas to be measured provided therein;
A first measuring electrode disposed facing the gas flow part;
A second measurement electrode disposed outside the gas circulation part;
A heater for heating the substrate;
A light-off abnormality determination method for determining an abnormality in a light-off time of a sensor element comprising:
(A) The sensor element is exposed to an oxygen-existing atmosphere, the heater is energized, and a voltage is applied between the first and second measurement electrodes to pump out oxygen around the first measurement electrode. Control is started, and a predetermined measurement time in which the elapsed time from the reference time exceeds 0 second and is 65 seconds or less with the later one of the heating start time of the heater and the control start time at which the control is started as the reference time Obtaining a measurement value based on a pump current flowing between the first and second measurement electrodes based on the voltage, or a measurement value based on the potential of the first measurement electrode;
(B) determining an abnormality in the light-off time of the sensor element based on the measured value obtained in step (a) and a predetermined threshold;
A sensor element light-off abnormality determination method including:
前記ステップ(a)では、前記測定時刻を、前記基準時刻からの経過時間が5秒以上のタイミングとする、
請求項1に記載のセンサ素子のライトオフ異常判定方法。
In the step (a), the measurement time is set to a timing at which an elapsed time from the reference time is 5 seconds or more.
The sensor element light-off abnormality determination method according to claim 1.
前記ステップ(a)では、前記測定時刻を、前記基準時刻からの経過時間が35秒以下のタイミングとする、
請求項1又は2に記載のセンサ素子のライトオフ異常判定方法。
In the step (a), the measurement time is set to a timing at which the elapsed time from the reference time is 35 seconds or less.
The sensor element light-off abnormality determination method according to claim 1 or 2.
前記酸素存在雰囲気は、大気雰囲気である、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のセンサ素子のライトオフ異常判定方法。
The oxygen presence atmosphere is an air atmosphere.
The light-off abnormality determination method for the sensor element according to claim 1.
前記ステップ(a)を、ガスセンサとして組み立てられていない状態のセンサ素子に対して行う、
請求項1〜4のいずれか1項に記載のセンサ素子のライトオフ異常判定方法。
The step (a) is performed on a sensor element that is not assembled as a gas sensor.
The light-off abnormality determination method of the sensor element of any one of Claims 1-4.
請求項1〜5のいずれか1項に記載のセンサ素子のライトオフ異常判定方法を行って前記センサ素子のライトオフ時間の異常を判定する判定工程と、
前記判定工程で異常と判定されなかったセンサ素子を用いてガスセンサを製造する製造工程と、
を含むガスセンサの製造方法。
A determination step of determining an abnormality in the light-off time of the sensor element by performing the light-off abnormality determination method of the sensor element according to any one of claims 1 to 5.
A manufacturing process for manufacturing a gas sensor using a sensor element that has not been determined to be abnormal in the determination process;
The manufacturing method of the gas sensor containing this.
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CN114624306B (en) * 2020-12-09 2024-03-29 日本碍子株式会社 Gas sensor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4786837B2 (en) * 2001-09-18 2011-10-05 日本特殊陶業株式会社 NOx gas sensor
JP4603471B2 (en) * 2005-11-25 2010-12-22 日本特殊陶業株式会社 Sensor element deterioration determination device and sensor element deterioration determination method
JP4658864B2 (en) * 2006-06-06 2011-03-23 日本特殊陶業株式会社 Oxygen sensor activation time measurement method
JP4578556B2 (en) * 2008-05-12 2010-11-10 日本特殊陶業株式会社 Gas sensor and manufacturing method thereof
JP5322965B2 (en) * 2010-02-02 2013-10-23 日本碍子株式会社 Gas sensor and manufacturing method thereof
JP5809179B2 (en) * 2013-02-27 2015-11-10 日本特殊陶業株式会社 Gas sensor control device and gas sensor system
JP6324760B2 (en) * 2014-03-05 2018-05-16 日本碍子株式会社 Gas sensor

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