JP7294178B2 - ガスセンサ素子 - Google Patents
ガスセンサ素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7294178B2 JP7294178B2 JP2020024017A JP2020024017A JP7294178B2 JP 7294178 B2 JP7294178 B2 JP 7294178B2 JP 2020024017 A JP2020024017 A JP 2020024017A JP 2020024017 A JP2020024017 A JP 2020024017A JP 7294178 B2 JP7294178 B2 JP 7294178B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sensor element
- gas
- heater
- gas sensor
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4067—Means for heating or controlling the temperature of the solid electrolyte
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
- G01N27/4072—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure characterized by the diffusion barrier
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/41—Oxygen pumping cells
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Description
すなわち、先端側からチャンバに導入される被測定ガスは、測定電極の先端部付近に、まず到達する。ところが、測定電極の先端部付近における固体電解質体の温度が充分に高くなっていないと、当該部位における酸素イオン伝導度が低くなる場合がある。そうすると、チャンバ内の特定ガス濃度にばらつきが生じ、優れたフラット性を確保することが困難となることが懸念される。フラット性が低いと、印加電圧によって出力電流に差が生じやすくなり、測定誤差が生じやすくなることとなる。
酸素イオン伝導性を有する固体電解質体(2)と、
上記固体電解質体を加熱するヒータ(5)と、
上記固体電解質体に設けられた測定電極(31)及び基準電極(32)と、
上記測定電極に面し被測定ガスが導入されるチャンバ(4)と、
上記ガスセンサ素子の長手方向(Y)において上記チャンバの先端側に設けられたガス導入口(150)と、
上記ガス導入口に設けられた拡散抵抗部(15)と、を有し、
上記ヒータの発熱中心(5C)は、上記長手方向における最も上記拡散抵抗部に近い位置に設けられた上記測定電極の先端(31A)よりも先端側に配置されている、ガスセンサ素子にある。
それゆえ、先端側からチャンバに測定ガスを導入する構成であっても、ガスセンサ素子のフラット性を高くすることができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
ガスセンサ素子に係る実施形態について、図1~図5を参照して説明する。
本形態のガスセンサ素子1は、複数のセラミック層を積層してなる。また、本形態のガスセンサ素子1は、限界電流式のガスセンサ素子である。すなわち、ガスセンサ素子1は、所定の電圧を印加したとき被測定ガス中の特定ガス濃度に依存した限界電流値を出力するよう構成されている。
固体電解質体2は、酸素イオン伝導性を有する。ヒータ5は、固体電解質体2を加熱する。測定電極31及び基準電極32は、固体電解質体2に設けられている。チャンバ4は、測定電極31に面し被測定ガスが導入される空間である。ガス導入口150は、ガスセンサ素子1の長手方向Yにおいてチャンバ4の先端側に設けられている。拡散抵抗部15は、ガス導入口150に設けられている。
ヒータ5の先端5Aは、測定電極31の先端31Aよりも先端側に配置されている。なお、本形態において、ヒータ5の先端5Aは、発熱中心5Cの温度を700℃に維持しているときの温度が600℃以上となる。
すなわち、図4において、曲線M1が、直線T=600と交わる点における距離Y1が、発熱基端部5Bの素子先端からの距離に相当する。
上記ガスセンサ素子1においては、ヒータ5の発熱中心5Cが、測定電極31の電極中心31Cよりも先端側に配置されている。それゆえ、測定電極31の先端部付近における固体電解質体2の温度を充分に高くしやすくなる。つまり、固体電解質体2における、測定電極31の先端部付近の部位を充分に活性化することができる。その結果、先端側のガス導入口150から拡散抵抗部15を介してチャンバ4に導入された被測定ガスを、測定電極31の先端部付近において、充分に処理することができる。つまり、測定電極31の先端部付近に到達した特定ガスの成分を、充分な処理速度にて、酸素イオンとして固体電解質体2を基準電極32側へ伝導させることができる。
それゆえ、先端側からチャンバ4に測定ガスを導入する構成であっても、ガスセンサ素子1のフラット性を高くすることができる。
本形態は、図8、図9に示すごとく、ガス導入口150及び拡散抵抗部15が、チャンバ4に対して幅方向Wの外側に形成されているガスセンサ素子9の形態である。
ガスセンサ素子9においては、チャンバ4の先端側にはガス導入口を設けていない。また、ヒータ5の発熱中心5Cは、長手方向Yにおいて、測定電極31の電極中心31Cと同等の位置に配置されている(図4の曲線M2参照)。
本例においては、図11に示すごとく、ヒータ5の発熱中心5Cの位置と、フラット性との関係につき調べた。
すなわち、発熱中心5Cの位置以外は、実施形態1のガスセンサ素子1と同様の構成の種々のガスセンサ素子を、試料として用意した。
本形態は、図15~図18に示すごとく、ヒータ5の発熱中心5Cを測定電極31の先端31Aよりも先端側に配置した形態である。
図15~図18は、それぞれ、ヒータ5のパターンのバリエーションを、測定電極31との位置関係を示しつつ、表したものである。
図16に示すヒータ5は、発熱基端部5Bが、測定電極31の先端31Aより基端側であって、測定電極31の電極中心31Cより先端側に配置している。
図18に示すヒータ5は、発熱基端部5Bが、測定電極31の基端31Bより基端側に配置している。なお、図18に示すヒータ5は、ヒータ発熱部51の先端部側ほど、ヒータパターンの線幅が狭くなる形状を有する。これにより、ヒータ発熱部51の先端に近い位置において、よりジュール熱が発生しやすくなる。これにより、発熱中心5Cを測定電極31の先端31Aよりも先端側となるようにしている。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
本形態は、図19、図20に示すごとく、ヒータ5の発熱中心5Cを測定電極31の先端31Aと測定電極31の電極中心31Cとの間に配置しつつ、発熱基端部5Bを測定電極31の基端31Bよりも先端側に配置した形態である。
図19、図20は、それぞれ、ヒータ5のパターンのバリエーションを、測定電極31との位置関係を示しつつ、表したものである。
図20に示すヒータ5は、発熱基端部5Bが、測定電極31の電極中心31Cよりも基端側であって、測定電極31の基端31Bよりも先端側に配置されている。
その他は、実施形態1と同様である。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
本形態は、図21~図23に示すごとく、ヒータ5の先端5Aを測定電極31の先端31Aよりも基端側に配置した形態である。
図21~図23は、それぞれ、ヒータ5のパターンのバリエーションを、測定電極31との位置関係を示しつつ、表したものである。
図22に示すヒータ5は、先端5A及び発熱中心5Cが測定電極31の先端31Aと電極中心31Cとの間に配置され、発熱基端部5Bが測定電極31の電極中心31Cと基端31Bとの間に配置されている。
その他は、実施形態1と同様である。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
本形態においては、図24~図28に示すごとく、ヒータ5のヒータ発熱部51におけるパターンのバリエーションを示す。
図24に示すヒータ発熱部51は、実施形態1にて示したヒータ発熱部51(図3参照)に対し、折返し回数を変更した形態である。すなわち、図24のヒータ5は、先端側の折返し回数を3回、基端側の折返し回数を2回としている。この折返し回数を種々変更したものを採用することもできる。
図26に示すヒータ発熱部51は、一部の配線幅を特に小さくしたものである。配線幅を細くした細線部511の先端と基端との間が、発熱中心5Cとなるようにすることができる。
本形態は、図29に示すごとく、電気化学セル(16、16N、16M)を複数備えたガスセンサ素子1の形態である。
本形態において、ガスセンサ素子1の固体電解質体2における、チャンバ4側の面には、複数の電極が形成されている。
すなわち、本形態のガスセンサ素子は、NOx濃度の検出機能とともに、空燃比(すなわちA/F)の検出機能を併せ持つ。
本形態のように、複数の電気化学セルを有するガスセンサ素子1においても、発熱中心5Cの位置を測定電極31の電極中心31Cよりも先端側に配置することで、フラット性に優れたガスセンサ素子を得ることができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
15 拡散抵抗部
150 ガス導入口
2 固体電解質体
31 測定電極
31C 電極中心
32 基準電極
4 チャンバ
5 ヒータ
5C 発熱中心
Claims (4)
- 複数のセラミック層を積層してなると共に、所定の電圧を印加したとき被測定ガス中の特定ガス濃度に依存した限界電流値を出力するよう構成された限界電流式のガスセンサ素子(1)であって、
酸素イオン伝導性を有する固体電解質体(2)と、
上記固体電解質体を加熱するヒータ(5)と、
上記固体電解質体に設けられた測定電極(31)及び基準電極(32)と、
上記測定電極に面し被測定ガスが導入されるチャンバ(4)と、
上記ガスセンサ素子の長手方向(Y)において上記チャンバの先端側に設けられたガス導入口(150)と、
上記ガス導入口に設けられた拡散抵抗部(15)と、を有し、
上記ヒータの発熱中心(5C)は、上記長手方向における最も上記拡散抵抗部に近い位置に設けられた上記測定電極の先端(31A)よりも先端側に配置されている、ガスセンサ素子。 - 上記ヒータの発熱基端部(5B)は、上記測定電極の基端(31B)よりも基端側に配置されており、
上記発熱基端部は、上記ヒータにおける、上記発熱中心の温度を700℃に維持しているときの温度が600℃以上となる部位のうち最も基端側の部位である、請求項1に記載のガスセンサ素子。 - 上記被測定ガスは、空気と燃料との混合気を燃焼させる内燃機関の排ガスであって、上記ガスセンサ素子は、上記限界電流値を基に上記混合気における空気と燃料との混合比を測定することができるよう構成された、A/Fセンサ素子である、請求項1又は2に記載のガスセンサ素子。
- 上記基準電極が面するダクト(6)を有し、上記固体電解質体と上記測定電極と上記基準電極とによって構成されたセンサセル(16)によって、上記チャンバ内の酸素が上記ダクトにポンピングされるよう構成された、請求項1~3のいずれか一項に記載のガスセンサ素子。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020024017A JP7294178B2 (ja) | 2020-02-17 | 2020-02-17 | ガスセンサ素子 |
CN202180014251.3A CN115087863A (zh) | 2020-02-17 | 2021-01-22 | 气体传感器元件 |
DE112021001096.4T DE112021001096T5 (de) | 2020-02-17 | 2021-01-22 | Gassensorelement |
PCT/JP2021/002193 WO2021166549A1 (ja) | 2020-02-17 | 2021-01-22 | ガスセンサ素子 |
US17/888,671 US20220390410A1 (en) | 2020-02-17 | 2022-08-16 | Gas sensor element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020024017A JP7294178B2 (ja) | 2020-02-17 | 2020-02-17 | ガスセンサ素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021128108A JP2021128108A (ja) | 2021-09-02 |
JP7294178B2 true JP7294178B2 (ja) | 2023-06-20 |
Family
ID=77391982
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020024017A Active JP7294178B2 (ja) | 2020-02-17 | 2020-02-17 | ガスセンサ素子 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220390410A1 (ja) |
JP (1) | JP7294178B2 (ja) |
CN (1) | CN115087863A (ja) |
DE (1) | DE112021001096T5 (ja) |
WO (1) | WO2021166549A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024062818A1 (ja) * | 2022-09-22 | 2024-03-28 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサおよびガスセンサによる濃度測定方法 |
WO2024070326A1 (ja) * | 2022-09-29 | 2024-04-04 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサおよびガスセンサによる濃度測定方法 |
WO2024075397A1 (ja) * | 2022-10-06 | 2024-04-11 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサおよびガスセンサによる濃度測定方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010145133A (ja) | 2008-12-16 | 2010-07-01 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
JP2015052587A (ja) | 2013-08-05 | 2015-03-19 | 日本特殊陶業株式会社 | ヒータ、ガスセンサ素子およびガスセンサ |
JP2016020894A (ja) | 2014-06-16 | 2016-02-04 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
JP2019203834A (ja) | 2018-05-25 | 2019-11-28 | 株式会社Soken | ガスセンサ |
JP2020003471A (ja) | 2018-06-26 | 2020-01-09 | 株式会社Soken | ガスセンサ |
JP2020106438A (ja) | 2018-12-28 | 2020-07-09 | 株式会社デンソー | ガスセンサ素子及びガスセンサ |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH065224B2 (ja) * | 1985-01-19 | 1994-01-19 | 日本碍子株式会社 | 空燃比検出素子 |
JP2004151017A (ja) * | 2002-10-31 | 2004-05-27 | Denso Corp | 積層型ガスセンサ素子 |
JP4355306B2 (ja) * | 2005-07-01 | 2009-10-28 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ |
JP5158009B2 (ja) * | 2009-04-30 | 2013-03-06 | 株式会社デンソー | ガスセンサ素子及びその製造方法、並びにガスセンサ |
JP6169763B2 (ja) * | 2013-12-16 | 2017-07-26 | 株式会社Soken | ガスセンサ |
WO2016129661A1 (ja) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
JP6500547B2 (ja) * | 2015-03-25 | 2019-04-17 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
JP6596535B2 (ja) * | 2018-04-06 | 2019-10-23 | 株式会社Soken | ガスセンサ |
JP2020024017A (ja) | 2018-08-08 | 2020-02-13 | Kyb株式会社 | ブレーキ装置及びこれを備える液圧モータ |
-
2020
- 2020-02-17 JP JP2020024017A patent/JP7294178B2/ja active Active
-
2021
- 2021-01-22 DE DE112021001096.4T patent/DE112021001096T5/de active Pending
- 2021-01-22 CN CN202180014251.3A patent/CN115087863A/zh active Pending
- 2021-01-22 WO PCT/JP2021/002193 patent/WO2021166549A1/ja active Application Filing
-
2022
- 2022-08-16 US US17/888,671 patent/US20220390410A1/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010145133A (ja) | 2008-12-16 | 2010-07-01 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
JP2015052587A (ja) | 2013-08-05 | 2015-03-19 | 日本特殊陶業株式会社 | ヒータ、ガスセンサ素子およびガスセンサ |
JP2016020894A (ja) | 2014-06-16 | 2016-02-04 | 株式会社デンソー | ガスセンサ |
JP2019203834A (ja) | 2018-05-25 | 2019-11-28 | 株式会社Soken | ガスセンサ |
JP2020003471A (ja) | 2018-06-26 | 2020-01-09 | 株式会社Soken | ガスセンサ |
JP2020106438A (ja) | 2018-12-28 | 2020-07-09 | 株式会社デンソー | ガスセンサ素子及びガスセンサ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021128108A (ja) | 2021-09-02 |
CN115087863A (zh) | 2022-09-20 |
WO2021166549A1 (ja) | 2021-08-26 |
DE112021001096T5 (de) | 2022-12-15 |
US20220390410A1 (en) | 2022-12-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7294178B2 (ja) | ガスセンサ素子 | |
JP6744231B2 (ja) | 触媒劣化診断方法および触媒劣化診断システム | |
JP6393722B2 (ja) | ガスセンサ | |
EP0167297B1 (en) | Electrochemical element | |
JP3973900B2 (ja) | ガスセンサ素子 | |
JP4999894B2 (ja) | ガスセンサ | |
JP6909706B2 (ja) | ガスセンサ | |
JP7124644B2 (ja) | ガスセンサ素子 | |
US20230083340A1 (en) | Gas sensor and gas sensor operation control method | |
JP2020008558A (ja) | ガスセンサ | |
JP2000146906A (ja) | ガスセンサ素子 | |
JP6734062B2 (ja) | セラミックスヒータ,センサ素子及びガスセンサ | |
JP6542687B2 (ja) | ガスセンサユニット | |
JP2004151018A (ja) | 積層型ガスセンサ素子 | |
JP2016153782A (ja) | ガスセンサ | |
US20190383768A1 (en) | Gas sensor | |
JP2004151017A (ja) | 積層型ガスセンサ素子 | |
US11029277B2 (en) | Gas sensor | |
JP4683862B2 (ja) | 窒素酸化物濃度検出センサ | |
WO2017183491A1 (ja) | ガスセンサ | |
JP3756123B2 (ja) | NOxセンサ並びにNOx濃度の測定方法 | |
US20210302400A1 (en) | Gas sensor and method for controlling operation of gas sensor | |
JP7089949B2 (ja) | ガスセンサ | |
JP2017041431A (ja) | セラミックスヒータ,センサ素子及びガスセンサ | |
JP6511405B2 (ja) | ガスセンサ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220404 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230117 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230221 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230509 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230522 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7294178 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |