JP6923345B2 - センサ装置およびセンサユニット - Google Patents

Description

本開示は、センサ素子とヒータとを備えるガスセンサを用いて特定ガスの濃度を算出するセンサ装置およびセンサユニットに関する。

特許文献１のように、ガス濃度を検出するセンサ素子と、ガス濃度を検出することが可能な状態となる活性化温度までセンサ素子を加熱するヒータとを備えて被測定ガスに含まれる特定ガスの濃度を検出するガスセンサのポンプ電流を、標準温度特性に基づいて補正するセンサ装置が知られている。この標準温度特性は、センサ素子の内部抵抗値から算出される素子温度と、ポンプ電流の補正量との関係を１次式で表している。

特開平１１−３０４７５８号公報

しかし、素子温度と補正量とを１対１で対応させた関係式を用いた補正では、ガスセンサによるガス濃度検出精度が低下してしまうことがあった。
本開示は、ガスセンサによるガス濃度検出精度を向上させることを目的とする。

本開示の一態様は、固体電解質体と固体電解質体上に配置された一対の電極とを有するセルを少なくとも１つ以上有するセンサ素子と、センサ素子を加熱するヒータとを備えるガスセンサを用いて、被測定ガスに含まれる特定ガスの濃度を算出するセンサ装置である。

そして、本開示のセンサ装置は、取得部と、補正部とを備える。
取得部は、固体電解質体の内部抵抗の値を示す抵抗情報と、一対の電極間で流れて特定ガスの濃度に応じて値が変動する濃度検出電流の値を示す電流情報とを繰り返し取得するように構成される。

補正部は、取得部により取得された抵抗情報が示す内部抵抗の値と、目標内部抵抗値と、取得部により繰り返し取得された複数の抵抗情報が示す複数の内部抵抗の値に基づいて算出される抵抗変化速度とに基づいて、取得部により取得された電流情報が示す濃度検出電流の値を補正するように構成される。なお、センサ素子が特定ガスの濃度を検出するためにヒータによる加熱で維持される固体電解質体の温度を目標温度とし、目標温度に対応する内部抵抗の値を目標内部抵抗値とし、内部抵抗における単位時間当たりの変化量を抵抗変化速度とする。

このように構成された本開示のセンサ装置は、センサ素子の固体電解質体の内部抵抗の値と目標内部抵抗値との相違だけではなく、内部抵抗における単位時間当たりの変化量をも用いて、特定ガスの濃度に応じて値が変動する濃度検出電流の値を補正する。すなわち、本開示のセンサ装置は、内部抵抗の値が目標内部抵抗値との間で一定の差を維持している静的な状態である場合に濃度検出電流に対して及ぼす影響だけではなく、内部抵抗が変化している最中である過渡的な状態である場合に濃度検出電流に対して及ぼす影響をも考慮して、濃度検出電流の値を補正する。このため、本開示のセンサ装置は、ガスセンサによるガス濃度検出精度を向上させることができる。

本開示の一態様では、具体的には、補正部は、電流情報が示す濃度検出電流の値をＩｐ、抵抗情報が示す内部抵抗の値をＲｐｖｓ、目標内部抵抗値をＲｐｖｓ＿ｔ、抵抗変化速度をｄＲｐｖｓ／ｄｔ、補正部により補正された濃度検出電流の値をＩｐｏとし、係数ａ、係数ｂおよび係数βを予め設定された定数として、下式（１）により、濃度検出電流の値を補正するようにしてもよい。

また、本開示の一態様では、具体的には、補正部は、電流情報が示す濃度検出電流の値をＩｐ、抵抗情報が示す内部抵抗の値と目標内部抵抗値との差をΔＲｐｖｓ、抵抗変化速度をｄＲｐｖｓ／ｄｔ、補正部により補正された濃度検出電流の値をＩｐｏとし、係数αおよび係数βを予め設定された定数として、下式（２）により、濃度検出電流の値を補正するようにしてもよい。

本開示の別の態様は、固体電解質体と固体電解質体上に配置された一対の電極とを有するセルを少なくとも１つ以上有するセンサ素子と、センサ素子を加熱するヒータとを備えるガスセンサと、本開示の一態様のセンサ装置とを備えるセンサユニットである。

このように構成された本開示のセンサユニットは、本開示の一態様のセンサ装置を備えているため、本開示のセンサ装置と同様の効果を得ることができる。

センサ制御装置１を構成要素とするシステムの概略構成を示す図である。 センサ制御装置１とガスセンサ３の概略構成を示す図である。 電流補正処理を示すフローチャートである。 ｌｎ（Ｉｐ）と１/ｌｎ（Ｒｐｖｓ）との関係を示すグラフである。 ΔＲｐｖｓとΔＩｐの時間変化を示すグラフである。 ｄＲｐｖｓ／ｄｔとΔＩｐとの関係を示すグラフである。 ＩｐｍとＲｐｖｓ＿ｍとＩｐｏの時間変化を示すグラフである。 ΔＲｐｖｓとΔＩｐとの関係を示すグラフである。

以下に本開示の実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態のセンサ制御装置１は、車両に搭載され、図１に示すように、ガスセンサ３を制御する。

センサ制御装置１は、エンジン５を制御する電子制御装置９との間で通信線８を介して、データを送受信することが可能に構成されている。以下、電子制御装置９をエンジンＥＣＵ９という。ＥＣＵは、Electronic Control Unitの略である。

ガスセンサ３は、エンジン５の排気管７に取り付けられ、排気ガス中の酸素濃度を広域にわたって検出するものであり、リニアラムダセンサとも呼ばれる。
ガスセンサ３は、図２に示すように、センサ素子１１と、ヒータ１２とを備える。

センサ素子１１は、ポンプセル１３を備える。ポンプセル１３は、部分安定化ジルコニアにより板状に形成された酸素イオン伝導性固体電解質体１４と、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成されたポンプ電極１５，１６とを備える。

なお、センサ素子１１は、図２では模式的に示しているが、センサ素子１１の内部に、図示しない測定室と、図示しない基準酸素室とを備える。ポンプ電極１５は測定室に対して露出し、ポンプ電極１６は基準酸素室に対して露出している。測定室には、センサ素子１１の外部から、図示しない多孔質拡散層を介して被測定ガスが導入される。基準酸素室には、センサ素子１１の外部から、基準ガスとしての大気が導入される。

センサ素子１１は、いわゆる限界電流方式によって酸素濃度を検出する酸素センサ素子である。一対のポンプ電極１５，１６間に印加される電圧（以下、センサ素子電圧Ｖｐ）と、一対のポンプ電極１５，１６間に流れる電流（以下、ポンプ電流Ｉｐ）との関係を示す出力特性は、比例領域と、平坦領域とを有している。比例領域では、センサ素子電圧Ｖｐの増加に比例してポンプ電流Ｉｐが変化する。平坦領域では、センサ素子電圧Ｖｐが変化してもポンプ電流Ｉｐが実質的に変化せず一定の値を保つ。

この平坦領域は、上記出力特性の電圧軸に対して平行で平坦な領域、すなわちポンプ電流Ｉｐが一定となる限界電流の領域（以下、限界電流域）である。
この限界電流域におけるポンプ電流Ｉｐは、酸素濃度に対応した値となり、酸素濃度が高くなるほど大きくなることが知られている。つまり、排気ガス中の酸素濃度が高くなるほど（すなわち、空燃比がリーン側になるほど）、ポンプ電流Ｉｐの限界電流は増加し、排気ガス中の酸素濃度が低くなるほど（すなわち、空燃比がリッチ側になるほど）、限界電流は減少する。このため、センサ素子１１のポンプセル１３に対して、限界電流域に応じたセンサ素子電圧Ｖｐを印加し、それによって得られるポンプ電流Ｉｐを測定することで、排気ガス中の酸素濃度を広域にわたって検出することができる。

ヒータ１２は、アルミナを主体とする材料にて形成され、その内部には、白金を主体とする材料にて形成された発熱抵抗体を備えている。ヒータ１２は、センサ制御装置１から供給される電力により、センサ素子１１の温度が活性化温度となるように制御される。また、発熱抵抗体の両端は、センサ制御装置１に電気的に接続されている。なお、ガスセンサ３は、ヒータ１２による加熱によりセンサ素子１１が活性化することで、ガス検出が可能な状態となる。

センサ制御装置１は、ＣＡＮインターフェース回路２１（以下、ＣＡＮＩ／Ｆ回路２１）と、制御回路２２と、マイクロコンピュータ２３（以下、マイコン２３）と、接続端子２４，２５，２６，２７とを備える。ＣＡＮは、Controller Area Networkの略である。また、ＣＡＮは登録商標である。

ＣＡＮＩ／Ｆ回路２１は、ＣＡＮ通信プロトコルに従って、通信線８を介してエンジンＥＣＵ９との間でデータの送受信を行う。
制御回路２２は、特定用途向集積回路（すなわち、ＡＳＩＣ）で実現されている。ＡＳＩＣは、Application Specific ICの略である。

制御回路２２は、基準電圧生成部３１、電流供給部３２、アナログデジタル変換部３３（以下、ＡＤ変換部３３）、ＰＩＤ演算部３４、電流デジタルアナログ変換部３５（以下、電流ＤＡ変換部３５）、Ｒｐｖｓ演算部３６、デューティ演算部３７およびヒータ駆動部３８を備える。また制御回路２２は、ポンプ電流端子４１（以下、Ｉｐ＋端子４１）、検出電圧端子４２（以下、Ｖｓ＋端子４２）、共通端子４３（以下、ＣＯＭ端子４３）およびヒータ端子４４（以下、ＨＴＲ＋端子４４）を備える。

Ｉｐ＋端子４１およびＶｓ＋端子４２は、センサ制御装置１の接続端子２５に接続されている。ＣＯＭ端子４３は、センサ制御装置１の接続端子２４に接続されている。そして、センサ素子１１のポンプ電極１５，１６はそれぞれ、センサ制御装置１の接続端子２４，２５に接続されている。またＨＴＲ＋端子４４は、センサ制御装置１の接続端子２６に接続されている。そして、ヒータ１２の両端はそれぞれ、センサ制御装置１の接続端子２６，２７に接続されている。なお、接続端子２７は接地されている。

基準電圧生成部３１は、ＣＯＭ端子４３に印加される基準電圧を発生させる。本実施形態では、基準電圧は２．７Ｖである。
電流供給部３２は、ポンプセル１３の内部抵抗値を検出するためのパルス電流Ｉｒｐｖｓを、Ｖｓ＋端子４２を介してセンサ素子１１へ供給する。なお、電流供給部３２は、パルス電流Ｉｒｐｖｓを常時供給するのではなく、マイコン２３からの指令に基づいて、パルス電流Ｉｒｐｖｓを定期的に所定期間にわたって供給する。

ＡＤ変換部３３は、Ｖｓ＋端子４２から入力されるアナログ信号の電圧値をデジタルデータへ変換し、ＰＩＤ演算部３４とＲｐｖｓ演算部３６へ出力する。
ＰＩＤ演算部３４は、ＡＤ変換部３３から入力されるデジタルデータに基づいて、Ｖｓ＋端子４２における電圧と、ＣＯＭ端子４３における電圧との電圧差が、予め設定された制御基準電圧となるように、ポンプ電流ＩｐをＰＩＤ制御するためのＰＩＤ演算を行う。本実施形態では、制御基準電圧は４００ｍＶである。ＰＩＤ演算部３４は、ＰＩＤ演算によりポンプ電流Ｉｐの値を算出し、この電流値を示すデジタルデータを電流ＤＡ変換部３５へ出力する。

電流ＤＡ変換部３５は、ＰＩＤ演算部３４から入力されるデジタルデータが示す電流値を有する電流を、Ｉｐ＋端子４１を介してセンサ素子１１へ供給する。
Ｒｐｖｓ演算部３６は、電流供給部３２がパルス電流Ｉｒｐｖｓを供給しているときにＡＤ変換部３３から入力されるデジタルデータに基づいて、ポンプセル１３の内部抵抗値Ｒｐｖｓを算出するための演算を実行し、この内部抵抗値Ｒｐｖｓを示すデジタルデータをデューティ演算部３７へ出力する。

デューティ演算部３７は、Ｒｐｖｓ演算部３６から入力されるデジタルデータに基づいて、センサ素子１１の温度を予め設定されたセンサ目標温度に維持するために必要なヒータ発熱量を算出する。そしてデューティ演算部３７は、算出したヒータ発熱量に基づいて、ヒータ１２に供給する電力のデューティ比を算出する。さらにデューティ演算部３７は、算出したデューティ比に応じたＰＷＭ制御信号を生成し、このＰＷＭ制御信号をヒータ駆動部３８へ出力する。ＰＷＭは、Pulse Width Modulationの略である。

ヒータ駆動部３８は、デューティ演算部３７から入力されるＰＷＭ制御信号に基づいて、ヒータ１２の両端に供給される電圧ＶｈをＰＷＭ制御してヒータ１２を発熱させる。
マイコン２３は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３を備える。マイクロコンピュータの各種機能は、ＣＰＵ５１が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、ＲＯＭ５２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、センサ制御装置１を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。また、マイコン２３が実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。

ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に記憶されたプログラムに基づいて、ポンプ電流Ｉｐを補正する電流補正処理を実行する。
次に、マイコン２３のＣＰＵ５１が実行する電流補正処理の手順を説明する。電流補正処理は、マイコン２３の動作中において繰り返し実行される処理である。

電流補正処理が実行されると、ＣＰＵ５１は、図３に示すように、まずＳ１０にて、ＲＡＭ５３に設けられている判定タイマＴｊを起動する。判定タイマＴｊは、例えば１０ｍｓ毎にインクリメントするタイマであり、起動されると、その値が０からインクリメント（すなわち、１加算）する。

そしてＳ２０にて、判定タイマＴｊの値が予め設定された測定判定値Ｘ１より大きいか否かを判断する。本実施形態では、測定判定値Ｘ１は、例えば１００ｍｓに相当する値である。ここで、判定タイマＴｊの値が測定判定値Ｘ１以下である場合には、Ｓ２０の処理を繰り返すことで、判定タイマＴｊの値が測定判定値Ｘ１より大きくなるまで待機する。

一方、判定タイマＴｊの値が測定判定値Ｘ１より大きい場合には、Ｓ３０にて、電流供給部３２に対してパルス電流Ｉｒｐｖｓの供給を指示する供給指令を制御回路２２へ出力する。これにより、制御回路２２の電流供給部３２は、パルス電流Ｉｒｐｖｓを１回だけセンサ素子１１へ供給する。

そしてＳ４０にて、Ｒｐｖｓ演算部３６が算出した最新の内部抵抗値Ｒｐｖｓを示すデータ（以下、内部抵抗値データ）と、ＰＩＤ演算部３４が算出した最新のポンプ電流Ｉｐを示すデータ（以下、ポンプ電流データ）とを制御回路２２から取得し、ＲＡＭ５３に記憶する。

さらにＳ５０にて、内部抵抗時間微分値ｄＲｐｖｓ／ｄｔ（以下、微分値ｄＲｐｖｓ／ｄｔ）を算出する。具体的には、ＲＡＭ５３に記憶されている複数の内部抵抗値Ｒｐｖｓのうち、Ｓ４０で取得したタイミングが最も遅い（すなわち、１番目に遅い）ものを内部抵抗値Ｒｐｖｓ（１）とし、Ｓ４０で取得したタイミングがｎ番目に遅いものを内部抵抗値Ｒｐｖｓ（ｎ）とする。なお、ｎは２以上の整数である。そして、内部抵抗値Ｒｐｖｓ（１）を取得したタイミングと、内部抵抗値Ｒｐｖｓ（ｎ）を取得したタイミングとの時間間隔をΔＴｄとする。そしてＳ５０では、下式（３）により、微分値ｄＲｐｖｓ／ｄｔを算出する。

ｄＲｐｖｓ／ｄｔ＝｛Ｒｐｖｓ（１）−Ｒｐｖｓ（ｎ）｝／ΔＴｄ ・・・（３）
次にＳ６０にて、下式（１）により、ポンプ電流Ｉｐを補正した補正ポンプ電流Ｉｐｏを算出し、電流補正処理を一旦終了する。なお、式（１）の係数ａ、係数ｂおよび係数βは、予め設定された定数である。係数ａ、係数ｂおよび係数βの設定方法については後述する。また、式（１）の目標内部抵抗値Ｒｐｖｓ＿ｔは、上記のセンサ目標温度に対応する内部抵抗値Ｒｐｖｓである。

次に、係数ａと係数ｂの設定方法について説明する。

図４に示すように、ポンプ電流Ｉｐの対数（以下、ｌｎ（Ｉｐ））と、内部抵抗値Ｒｐｖｓの対数の逆数（以下、１/ｌｎ（Ｒｐｖｓ））との関係は、直線Ｌ１で示すように１次式で表すことができる。すなわち、ｌｎ（Ｉｐ）と１/ｌｎ（Ｒｐｖｓ）との関係は、下式（４）で表される。なお、下式（４）の係数Ａおよび係数Ｂはそれぞれ、直線Ｌ１を表す１次式の傾き及び切片である。そして、図４の直線Ｌ１では、傾きを示す係数Ａの値は約２５．１であり、切片を示す係数Ｂは約７．０である。

ｌｎ（Ｉｐ） ＝ Ａ×｛１/ｌｎ（Ｒｐｖｓ）｝＋Ｂ ・・・（４）
そして、式（４）より、ポンプ電流Ｉｐは、下式（５）で表される。
Ｉｐ ＝ ｅｘｐ［Ａ×｛１/ｌｎ（Ｒｐｖｓ）｝＋Ｂ］ ・・・（５）
そして、式（１）の右辺における角括弧内の関数と式（５）の右辺とを比較することにより、式（１）の係数ａは式（５）の係数Ａに相当し、式（１）の係数ｂは式（５）の係数Ｂに相当することが理解できる。

従って、ガスセンサ３においてポンプ電流Ｉｐと内部抵抗値Ｒｐｖｓとを測定し、図４に示すようにｌｎ（Ｉｐ）と１/ｌｎ（Ｒｐｖｓ）との関係を１次式で表すことにより、式（１）の係数ａと係数ｂを設定することができる。

次に、係数βの設定方法について説明する。
図５は、目標内部抵抗値Ｒｐｖｓ＿ｔを基準として内部抵抗値Ｒｐｖｓを周期的に増減させた場合において、内部抵抗差ΔＲｐｖｓとポンプ電流差ΔＩｐの時間変化を示すグラフである。内部抵抗差ΔＲｐｖｓは、内部抵抗値Ｒｐｖｓから目標内部抵抗値Ｒｐｖｓ＿ｔを減算した値である。ポンプ電流差ΔＩｐは、内部抵抗値Ｒｐｖｓにおけるポンプ電流Ｉｐから、目標内部抵抗値Ｒｐｖｓ＿ｔにおけるポンプ電流Ｉｐを減算した値である。

図５に示すように、内部抵抗差ΔＲｐｖｓの周期的な増減に応じて、ポンプ電流差ΔＩｐも周期的に増減している。
図６は、内部抵抗値Ｒｐｖｓの単位時間当りの変化量を示す上記の微分値ｄＲｐｖｓ／ｄｔと、ポンプ電流差ΔＩｐとの関係を示すグラフである。

図６に示すように、微分値ｄＲｐｖｓ／ｄｔと、ポンプ電流差ΔＩｐとの関係は、直線Ｌ２で示すように１次式で表すことができる。すなわち、微分値ｄＲｐｖｓ／ｄｔとポンプ電流差ΔＩｐとの関係は、下式（６）で表される。なお、下式（６）の係数Ｃおよび係数Ｄはそれぞれ、直線Ｌ２を表す１次式の傾き及び切片である。そして、図６の直線Ｌ２では、傾きを示す係数Ｃの値は約−０．１５であり、切片を示す係数Ｄは０（約０）である。

ΔＩｐ ＝ Ｃ×ｄＲｐｖｓ／ｄｔ ＋Ｄ ・・・（６）
そして、式（１）の右辺における最も右側の関数（すなわち、β×ｄＲｐｖｓ／ｄｔ）と式（６）の右辺とを比較することにより、式（１）の係数βは式（６）の係数Ｃに相当することが理解できる。

従って、ガスセンサ３において内部抵抗値Ｒｐｖｓを周期的に増減させたときのポンプ電流Ｉｐと内部抵抗値Ｒｐｖｓとを測定し、図６に示すように、微分値ｄＲｐｖｓ／ｄｔとポンプ電流差ΔＩｐとの関係を１次式で表すことにより、式（１）の係数βを設定することができる。

図７は、ポンプ電流Ｉｐの実測値Ｉｐｍ（以下、電流実測値Ｉｐｍ）と、内部抵抗値Ｒｐｖｓの実測値Ｒｐｖｓ＿ｍ（以下、抵抗実測値Ｒｐｖｓ＿ｍ）と、式（２）により算出された補正ポンプ電流Ｉｐｏとの時間変化を示すグラフである。

図７に示すように、内部抵抗値Ｒｐｖｓの変動に伴う電流実測値Ｉｐｍの変動と比較して、内部抵抗値Ｐｐｖｓの変動に伴う補正ポンプ電流Ｉｐｏの変動が小さく抑制されており、酸素濃度の検出精度が向上していることが分かる。

このように構成されたセンサ制御装置１は、センサ素子１１と、センサ素子１１を加熱するヒータ１２とを備えるガスセンサ３を用いて、排気ガスに含まれる酸素の濃度を算出する。センサ素子１１は、酸素イオン伝導性固体電解質体１４と酸素イオン伝導性固体電解質体１４上に配置された一対のポンプ電極１５，１６とを有するポンプセル１３を有する。

センサ制御装置１は、酸素イオン伝導性固体電解質体１４の内部抵抗値Ｒｐｖｓを示す内部抵抗値データと、一対のポンプ電極１５，１６間で流れて酸素の濃度に応じて値が変動するポンプ電流Ｉｐの値を示すポンプ電流データとを繰り返し取得する。

センサ制御装置１は、取得された内部抵抗値データが示す内部抵抗値Ｒｐｖｓの値と、目標内部抵抗値Ｒｐｖｓ＿ｔと、繰り返し取得された複数の内部抵抗値データが示す複数の内部抵抗値Ｒｐｖｓに基づいて算出される微分値ｄＲｐｖｓ／ｄｔとに基づいて、取得されたポンプ電流データが示すポンプ電流Ｉｐの値を補正する。

このようにセンサ制御装置１は、センサ素子１１の酸素イオン伝導性固体電解質体１４の内部抵抗値Ｒｐｖｓと目標内部抵抗値Ｒｐｖｓ＿ｔとの相違だけではなく、内部抵抗における単位時間当たりの変化量をも用いて、ポンプ電流Ｉｐの値を補正する。すなわち、センサ制御装置１は、内部抵抗値Ｒｐｖｓが目標内部抵抗値Ｒｐｖｓ＿ｔとの間で一定の差を維持している静的な状態である場合にポンプ電流Ｉｐに対して及ぼす影響だけではなく、内部抵抗が変化している最中である過渡的な状態（動的な状態）である場合にポンプ電流Ｉｐに対して及ぼす影響をも考慮して、ポンプ電流Ｉｐの値を補正する。このため、センサ制御装置１は、ガスセンサ３によるガス濃度検出精度を向上させることができる。

以上説明した実施形態において、センサ制御装置１はセンサ装置に相当し、酸素イオン伝導性固体電解質体１４は固体電解質体に相当し、ポンプ電極１５，１６は一対の電極に相当し、ポンプセル１３はセルに相当する。

また、排気ガスは被測定ガスに相当し、酸素は特定ガスに相当し、ポンプ電流Ｉｐは濃度検出電流に相当し、内部抵抗値データは抵抗情報に相当し、ポンプ電流データは電流情報に相当する。

また、Ｓ１０〜Ｓ４０は取得部としての処理に相当し、Ｓ５０〜Ｓ６０は補正部としての処理に相当する。
また、センサ目標温度は目標温度に相当し、微分値ｄＲｐｖｓ／ｄｔは抵抗変化速度に相当し、センサ制御装置１およびガスセンサ３はセンサユニットに相当する。

以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
例えば上記実施形態では、式（１）によりポンプ電流Ｉｐを補正する形態を示したが、下式（２）によりポンプ電流Ｉｐを補正するようにしてもよい。なお、式（２）の係数αは、予め設定された定数である。

次に、係数αの設定方法について説明する。

図８は、内部抵抗差ΔＲｐｖｓとポンプ電流差ΔＩｐとの関係を示すグラフである。
図８の直線Ｌ３で示すように、内部抵抗差ΔＲｐｖｓとポンプ電流差ΔＩｐとの関係を１次式で近似することができる内部抵抗差ΔＲｐｖｓの範囲（以下、近似可能範囲）が存在する。図８では、内部抵抗差ΔＲｐｖｓが−１０Ωから＋５Ωまでの範囲が近似可能範囲である。そして、直線Ｌ３を表す１次式の傾きが係数αに相当する。

従って、ガスセンサ３において内部抵抗差ΔＲｐｖｓとポンプ電流差ΔＩｐとを測定し、図８に示すように、近似可能範囲において内部抵抗差ΔＲｐｖｓとポンプ電流差ΔＩｐとの関係を１次式で表すことにより、式（２）の係数αを設定することができる。

これにより、センサ制御装置１は、内部抵抗差ΔＲｐｖｓに係数αを乗じるという簡便な演算により、上記の静的な状態である場合にポンプ電流Ｉｐに対して及ぼす影響を考慮した補正を行うことができ、センサ制御装置１の処理負荷を低減することができる。

また上記実施形態では、センサとして酸素センサを用いるものを説明したが、酸素以外のガス（例えば、ＮＯｘなど）を検出するガスセンサであってもよい。また、センサとして酸素センサを用いる場合であっても、上記実施形態のように１つのセルを用いつつ限界電流方式によって酸素濃度を検出するセンサ素子に限定されない、例えば、一対の電極を有する酸素ポンプセルと、一対の電極を有する酸素濃度検出セルとの２つのセルとの間に測定室を介在させたセンサ素子に対して、本発明を適用してもよい。この２つのセルを有するセンサ素子は、酸素濃度検出セルの電極間に発生する起電力が目標値となるように酸素ポンプセルの通電状態を制御して測定室に向けて酸素を汲み入れたり、測定室から酸素を汲み出したりするように駆動することで、酸素ポンプセルに流れるポンプ電流に基づいて酸素濃度を広域にわたって検出することができる。

上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

上述したセンサ制御装置１の他、当該センサ制御装置１を構成要素とするシステム、当該センサ制御装置１としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、濃度算出方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…センサ制御装置、３…ガスセンサ、１１…センサ素子、１２…ヒータ、１３…ポンプセル、１４…酸素イオン伝導性固体電解質体、１５，１６…ポンプ電極

Claims (5)

1. 固体電解質体と前記固体電解質体上に配置された一対の電極とを有するセルを少なくとも１つ以上有するセンサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータとを備えるガスセンサを用いて、被測定ガスに含まれる特定ガスの濃度を算出するセンサ装置であって、
   前記固体電解質体の内部抵抗の値を示す抵抗情報と、前記一対の電極間で流れて前記特定ガスの濃度に応じて値が変動する濃度検出電流の値を示す電流情報とを繰り返し取得するように構成された取得部と、
   前記センサ素子が前記特定ガスの濃度を検出するために前記ヒータによる加熱で維持される前記固体電解質体の温度を目標温度とし、前記目標温度に対応する前記内部抵抗の値を目標内部抵抗値とし、前記内部抵抗における単位時間当たりの変化量を抵抗変化速度として、前記取得部により取得された前記抵抗情報が示す前記内部抵抗の値と、前記目標内部抵抗値と、前記取得部により繰り返し取得された複数の前記抵抗情報が示す複数の前記内部抵抗の値に基づいて算出される前記抵抗変化速度とに基づいて、前記取得部により取得された前記電流情報が示す前記濃度検出電流の値を補正するように構成された補正部と
   を備え、
   前記補正部は、前記電流情報が示す前記濃度検出電流の値をＩｐ、前記抵抗情報が示す前記内部抵抗の値をＲｐｖｓ、前記目標内部抵抗値をＲｐｖｓ＿ｔ、前記抵抗変化速度をｄＲｐｖｓ／ｄｔ、前記補正部により補正された前記濃度検出電流の値をＩｐｏとし、係数ａ、係数ｂおよび係数βを予め設定された定数として、下式（１）により、前記濃度検出電流の値を補正するセンサ装置。
   

   
2. 固体電解質体と前記固体電解質体上に配置された一対の電極とを有するセルを少なくとも１つ以上有するセンサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータとを備えるガスセンサを用いて、被測定ガスに含まれる特定ガスの濃度を算出するセンサ装置であって、
   前記固体電解質体の内部抵抗の値を示す抵抗情報と、前記一対の電極間で流れて前記特定ガスの濃度に応じて値が変動する濃度検出電流の値を示す電流情報とを繰り返し取得するように構成された取得部と、
   前記センサ素子が前記特定ガスの濃度を検出するために前記ヒータによる加熱で維持される前記固体電解質体の温度を目標温度とし、前記目標温度に対応する前記内部抵抗の値を目標内部抵抗値とし、前記内部抵抗における単位時間当たりの変化量を抵抗変化速度として、前記取得部により取得された前記抵抗情報が示す前記内部抵抗の値と、前記目標内部抵抗値と、前記取得部により繰り返し取得された複数の前記抵抗情報が示す複数の前記内部抵抗の値に基づいて算出される前記抵抗変化速度とに基づいて、前記取得部により取得された前記電流情報が示す前記濃度検出電流の値を補正するように構成された補正部と
   を備え、
   前記補正部は、前記電流情報が示す前記濃度検出電流の値をＩｐ、前記抵抗情報が示す前記内部抵抗の値と前記目標内部抵抗値との差をΔＲｐｖｓ、前記抵抗変化速度をｄＲｐｖｓ／ｄｔ、前記補正部により補正された前記濃度検出電流の値をＩｐｏとし、係数αおよび係数βを予め設定された定数として、下式（２）により、前記濃度検出電流の値を補正するセンサ装置。
   

   
3. 固体電解質体と前記固体電解質体上に配置された一対の電極とを有するセルを少なくとも１つ以上有するセンサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータとを備えるガスセンサを用いて、被測定ガスに含まれる特定ガスの濃度を算出するセンサ装置であって、
   前記固体電解質体の内部抵抗の値を示す抵抗情報と、前記一対の電極間で流れて前記特定ガスの濃度に応じて値が変動する濃度検出電流の値を示す電流情報とを繰り返し、かつ、同タイミングで取得するように構成された取得部と、
   前記センサ素子が前記特定ガスの濃度を検出するために前記ヒータによる加熱で維持される前記固体電解質体の温度を目標温度とし、前記目標温度に対応する前記内部抵抗の値を目標内部抵抗値とし、前記内部抵抗における単位時間当たりの変化量を抵抗変化速度として、前記取得部により取得された前記抵抗情報が示す前記内部抵抗の値と、前記目標内部抵抗値と、前記取得部により繰り返し取得された複数の前記抵抗情報が示す複数の前記内部抵抗の値に基づいて算出される前記抵抗変化速度とに基づいて、前記取得部により取得された前記電流情報が示す前記濃度検出電流の値を補正するように構成された補正部と
   を備え、
   前記補正部は、前記電流情報が示す前記濃度検出電流の値をＩｐ、前記抵抗情報が示す前記内部抵抗の値をＲｐｖｓ、前記目標内部抵抗値をＲｐｖｓ＿ｔ、前記抵抗変化速度をｄＲｐｖｓ／ｄｔ、前記補正部により補正された前記濃度検出電流の値をＩｐｏとし、係数ａ、係数ｂおよび係数βを予め設定された定数として、下式（１）により、前記濃度検出電流の値を補正するセンサ装置。
   

   
4. 固体電解質体と前記固体電解質体上に配置された一対の電極とを有するセルを少なくとも１つ以上有するセンサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータとを備えるガスセンサを用いて、被測定ガスに含まれる特定ガスの濃度を算出するセンサ装置であって、
   前記固体電解質体の内部抵抗の値を示す抵抗情報と、前記一対の電極間で流れて前記特定ガスの濃度に応じて値が変動する濃度検出電流の値を示す電流情報とを繰り返し、かつ、同タイミングで取得するように構成された取得部と、
   前記センサ素子が前記特定ガスの濃度を検出するために前記ヒータによる加熱で維持される前記固体電解質体の温度を目標温度とし、前記目標温度に対応する前記内部抵抗の値を目標内部抵抗値とし、前記内部抵抗における単位時間当たりの変化量を抵抗変化速度として、前記取得部により取得された前記抵抗情報が示す前記内部抵抗の値と、前記目標内部抵抗値と、前記取得部により繰り返し取得された複数の前記抵抗情報が示す複数の前記内部抵抗の値に基づいて算出される前記抵抗変化速度とに基づいて、前記取得部により取得された前記電流情報が示す前記濃度検出電流の値を補正するように構成された補正部と
   を備え、
   前記補正部は、前記電流情報が示す前記濃度検出電流の値をＩｐ、前記抵抗情報が示す前記内部抵抗の値と前記目標内部抵抗値との差をΔＲｐｖｓ、前記抵抗変化速度をｄＲｐｖｓ／ｄｔ、前記補正部により補正された前記濃度検出電流の値をＩｐｏとし、係数αおよび係数βを予め設定された定数として、下式（２）により、前記濃度検出電流の値を補正するセンサ装置。
   

   
5. 固体電解質体と前記固体電解質体上に配置された一対の電極とを有するセルを少なくとも１つ以上有するセンサ素子と、前記センサ素子を加熱するヒータとを備えるガスセンサと、
   請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のセンサ装置と
   を備えるセンサユニット。

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