JP7349917B2 - センサ素子及びガスセンサ - Google Patents
センサ素子及びガスセンサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP7349917B2 JP7349917B2 JP2020007270A JP2020007270A JP7349917B2 JP 7349917 B2 JP7349917 B2 JP 7349917B2 JP 2020007270 A JP2020007270 A JP 2020007270A JP 2020007270 A JP2020007270 A JP 2020007270A JP 7349917 B2 JP7349917 B2 JP 7349917B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- electrode
- concentration
- measured
- sensor element
- 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
- G01N27/407—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
- G01N27/403—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
- G01N27/4075—Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts
-
- 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
-
- 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
- G01N27/4075—Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts
- G01N27/4076—Reference electrodes or reference mixtures
-
- 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
- G01N27/409—Oxygen concentration cells
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
被測定ガスとしての火花点火内燃機関の排ガスに含まれる特定の酸化物ガス濃度を検出するために用いられるセンサ素子であって、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し、前記排ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
前記素子本体の外側の前記排ガスに晒される部分に配設された被測定ガス側電極を有し、前記被測定ガス流通部のうちの酸素濃度調整室の酸素濃度を調整するための調整用ポンプセルと、
前記被測定ガス流通部のうちの前記酸素濃度調整室の下流側に設けられた測定室に配設された測定電極と、
前記素子本体の内部に配設され、前記排ガス中の前記酸化物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電極と、
を備え、
前記被測定ガス側電極は、PtとAuを含んでおり、X線光電子分光法(XPS)を用いて測定されたAu/(Pt+Au)比(=Auが露出している部分の面積/Au及びPtが露出している部分の面積)が、0.2以上0.7以下である、
ものである。
上述したいずれかの態様の本発明のセンサ素子と、
前記酸素濃度調整室の酸素濃度が目標濃度となるように前記調整用ポンプセルを動作させる調整用ポンプセル制御部と、
前記基準電極と前記測定電極との間の測定用電圧を検出する測定用電圧検出部と、
前記測定用電圧に基づいて、前記酸化物ガスに由来して前記測定室で発生する酸素に応じた検出値を取得し、該検出値に基づいて前記排ガス中の前記酸化物ガス濃度を検出する特定ガス濃度検出部と、
を備えるものである。
図1に示したセンサ素子101を作製して実験例1~5とした。実験例1~5は、いずれも、外側ポンプ電極23のAu/(Pt+Au)比の値を異ならせた点以外は、同様に作製した。まず、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てテープ成形により成形したセラミックスグリーンシートを6枚用意した。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いた。また、各々のグリーンシートには各電極を形成するための導電性ペーストのパターンを印刷した。そして、6枚のグリーンシートを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た。こうして得られた圧着体からセンサ素子101の大きさの未焼成積層体を切り出した。そして、切り出した未焼成積層体を、焼成して、センサ素子101を得た。外側ポンプ電極23用の導電性ペーストは、Ptの粉末にAuをコーティングしたコーティング粉末と、ジルコニア粉末と、バインダーとを混合することによって作製した。コーティング粉末中のPtとAuとの重量割合を適宜変更することで、実験例1~5間で外側ポンプ電極23のAu/(Pt+Au)比を異ならせた。
実験例1のセンサ素子101を複数作製し、そのうちの一部(3個)の外側ポンプ電極23の上面のAu/(Pt+Au)比をX線光電子分光法(XPS)により測定した。Au/(Pt+Au)比は、AuとPtとについての検出ピークのピーク強度から相対感度係数法を用いて算出した。相対感度係数としては、原子相対感度係数(ARSF)を用いた。測定した3個の外側ポンプ電極23のAu/(Pt+Au)比の平均値を、実験例1の外側ポンプ電極23のAu/(Pt+Au)比とした。実験例2~5についても同様にAu/(Pt+Au)比を測定した。Au/(Pt+Au)比の測定条件は以下の通りである。
X線源: 単色化Al(1486.6eV);
検出領域:100μmφ;
検出深さ:約4~5nm
分光器:静電半球型エネルギーアナライザー
取り出し角:45°
X線と分光器との角度:90°
検出スペクトル(検出ピーク):Au4f、Pt4f
実験例1のセンサ素子101を、上述した制御装置90,可変電源24,46,52に接続して、上述した実施形態と同様に制御装置90によりセンサ素子101を駆動させた。そして、センサ素子101のガス導入口10に導入される前の被測定ガスのA/Fを種
々変化させたときの、ポンプ電流Ip2を測定した。被測定ガスには、モデルガスを用いた。モデルガスは、ベースガスとして窒素、特定の酸化物ガス成分として500ppmのNOを用い、水分濃度は3体積%とした。そして、燃料ガスとしてエチレンガス(C2H4)を用いて、モデルガス中のエチレンガス濃度と酸素濃度とを種々変更することで、モデルガスのA/Fを種々変更した。モデルガスの温度は250℃とし、直径20mmの配管内を流量200L/minで流通させた。ポンプ電流Ip2の測定は、モデルガスの流通を開始してからポンプ電流Ip2が十分安定した後に行った。また、被測定ガスとしてA/Fの異なる11種類のモデルガスを用いて、各々のA/Fに対応するポンプ電流Ip2を測定した。A/Fは、HORIBA社製のMEXA-760λを用いて測定した。そして、被測定ガスのA/Fが15.27であった場合のポンプ電流Ip2を値100として、測定したポンプ電流Ip2を相対化した値(Ip2相対感度と称する)を導出した。実験例2~5についても、同様の方法でIp2相対感度を導出した。実験例1~5の各々について、外側ポンプ電極23の上面のAu/(Pt+Au)比と、被測定ガスのA/Fに対応するIp2相対感度とを、表1に示す。また、図5は、実験例1~5の各々における被測定ガスのA/FとIp2相対感度との関係を示すグラフである。Ip2相対感度が100から変化するほど、NOx濃度の測定精度が低下していることを意味する。表1では、A/Fから換算した空気過剰率λ(=(A/F)/14.7)も併記した。図5でも、A/Fが14.7に対応する空気過剰率λを括弧内に併記した。
基準電極、43 基準ガス導入空間、44 測定電極、45 第4拡散律速部、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、90 制御装置、91 多孔質保護層、92 CPU、94 メモリ、100 ガスセンサ、101,201,301 センサ素子、301a 素子本体。
Claims (7)
- 火花点火内燃機関が理論空燃比近傍である0.98≦λ≦1.02で燃料を燃焼したときの排ガスである被測定ガスに含まれる特定の酸化物ガス濃度を検出するために用いられるセンサ素子であって、
被測定ガスとしての火花点火内燃機関の排ガスに含まれる特定の酸化物ガス濃度を検出するために用いられるセンサ素子であって、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し、前記排ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
前記素子本体の外側の前記排ガスに晒される部分に配設された被測定ガス側電極を有し、前記被測定ガス流通部のうちの酸素濃度調整室の酸素濃度を調整するための調整用ポンプセルと、
前記被測定ガス流通部のうちの前記酸素濃度調整室の下流側に設けられた測定室に配設された測定電極と、
前記素子本体の内部に配設され、前記排ガス中の前記酸化物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電極と、
を備え、
前記被測定ガス側電極は、PtとAuを含んでおり、X線光電子分光法(XPS)を用いて測定されたAu/(Pt+Au)比(=Auが露出している部分の面積/Au及びPtが露出している部分の面積)が、0.2以上0.7以下である、
センサ素子。 - 前記Au/(Pt+Au)比の下限値が0.35である
請求項1に記載のセンサ素子。 - 前記Au/(Pt+Au)比の上限値が0.5である
請求項1又は2に記載のセンサ素子。 - 前記Au/(Pt+Au)比が0.35以上0.5以下である
請求項1~3のいずれか1項に記載のセンサ素子。 - 前記火花点火内燃機関はガソリンエンジン又は天然ガスエンジンである
請求項1~4のいずれか1項に記載のセンサ素子。 - 前記特定の酸化物ガス濃度はNOx濃度である
請求項1~5のいずれか1項に記載のセンサ素子。 - 請求項1~6のいずれか1項に記載のセンサ素子と、
前記酸素濃度調整室の酸素濃度が目標濃度となるように前記調整用ポンプセルを動作させる調整用ポンプセル制御部と、
前記基準電極と前記測定電極との間の測定用電圧を検出する測定用電圧検出部と、
前記測定用電圧に基づいて、前記酸化物ガスに由来して前記測定室で発生する酸素に応じた検出値を取得し、該検出値に基づいて前記排ガス中の前記酸化物ガス濃度を検出する特定ガス濃度検出部と、
を備えるガスセンサ。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020007270A JP7349917B2 (ja) | 2020-01-21 | 2020-01-21 | センサ素子及びガスセンサ |
DE102020007949.0A DE102020007949A1 (de) | 2020-01-21 | 2020-12-29 | Sensorelement und gassensor |
CN202011596645.8A CN113219035A (zh) | 2020-01-21 | 2020-12-29 | 传感器元件及气体传感器 |
US17/137,459 US20210223202A1 (en) | 2020-01-21 | 2020-12-30 | Sensor element and gas sensor |
US18/153,009 US20230168222A1 (en) | 2020-01-21 | 2023-01-11 | Sensor element and gas sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020007270A JP7349917B2 (ja) | 2020-01-21 | 2020-01-21 | センサ素子及びガスセンサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021113770A JP2021113770A (ja) | 2021-08-05 |
JP7349917B2 true JP7349917B2 (ja) | 2023-09-25 |
Family
ID=76650575
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020007270A Active JP7349917B2 (ja) | 2020-01-21 | 2020-01-21 | センサ素子及びガスセンサ |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US20210223202A1 (ja) |
JP (1) | JP7349917B2 (ja) |
CN (1) | CN113219035A (ja) |
DE (1) | DE102020007949A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2024141833A (ja) | 2023-03-29 | 2024-10-10 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサの動作方法および濃度測定装置 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050016841A1 (en) | 2003-07-21 | 2005-01-27 | Fenglian Chang | Methods of treating electrodes and gas sensors comprising the electrodes |
JP2018040746A (ja) | 2016-09-09 | 2018-03-15 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ |
JP2018054545A (ja) | 2016-09-30 | 2018-04-05 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ、触媒診断システム、および、触媒診断方法 |
JP2018063145A (ja) | 2016-10-12 | 2018-04-19 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020108870A1 (en) * | 2000-12-12 | 2002-08-15 | Thoreson Thomas R. | Nitrogen oxide sensor and method for detecting nitrogen oxides |
JP5367044B2 (ja) * | 2011-10-13 | 2013-12-11 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | ガスセンサ素子および内燃機関用ガスセンサ |
JP5937995B2 (ja) | 2013-03-28 | 2016-06-22 | 日本碍子株式会社 | ポンプセルの内部電極の製法 |
JP6761774B2 (ja) * | 2017-03-30 | 2020-09-30 | 日本碍子株式会社 | センサ素子及びガスセンサ |
JP6966364B2 (ja) * | 2018-03-16 | 2021-11-17 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ |
DE102019004236A1 (de) * | 2018-07-02 | 2020-01-02 | Ngk Insulators, Ltd. | Gassensor und Sensorelement |
JP7261053B2 (ja) * | 2018-07-02 | 2023-04-19 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ及びセンサ素子 |
JP7231344B2 (ja) | 2018-07-10 | 2023-03-01 | 株式会社ダイセル | セラミド産生促進剤 |
-
2020
- 2020-01-21 JP JP2020007270A patent/JP7349917B2/ja active Active
- 2020-12-29 DE DE102020007949.0A patent/DE102020007949A1/de active Pending
- 2020-12-29 CN CN202011596645.8A patent/CN113219035A/zh active Pending
- 2020-12-30 US US17/137,459 patent/US20210223202A1/en not_active Abandoned
-
2023
- 2023-01-11 US US18/153,009 patent/US20230168222A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050016841A1 (en) | 2003-07-21 | 2005-01-27 | Fenglian Chang | Methods of treating electrodes and gas sensors comprising the electrodes |
JP2018040746A (ja) | 2016-09-09 | 2018-03-15 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ |
JP2018054545A (ja) | 2016-09-30 | 2018-04-05 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ、触媒診断システム、および、触媒診断方法 |
JP2018063145A (ja) | 2016-10-12 | 2018-04-19 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021113770A (ja) | 2021-08-05 |
DE102020007949A1 (de) | 2021-07-22 |
US20210223202A1 (en) | 2021-07-22 |
US20230168222A1 (en) | 2023-06-01 |
CN113219035A (zh) | 2021-08-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10551341B2 (en) | Gas sensor | |
US10663424B2 (en) | Sensor element and gas sensor | |
US7947159B2 (en) | NOx-decomposing electrode and method for producing NOx sensor | |
JP7122958B2 (ja) | センサ素子及びガスセンサ | |
JP2018040746A (ja) | ガスセンサ | |
CN110672698B (zh) | 气体传感器及传感器元件 | |
JP2010122187A (ja) | 窒素酸化物濃度検出装置、及びガスセンサ素子の製造方法 | |
JP7046733B2 (ja) | ガスセンサ | |
US20220113280A1 (en) | Gas sensor | |
JP7311992B2 (ja) | ガスセンサ及びセンサ素子 | |
US20230168222A1 (en) | Sensor element and gas sensor | |
JP2020165815A (ja) | センサ素子の制御用の目標値の決定方法,センサ素子の製造方法,及びガスセンサの製造方法 | |
JP7339896B2 (ja) | ガスセンサ | |
JP7349944B2 (ja) | センサ素子及びガスセンサ | |
US11536687B2 (en) | Sensor element and gas sensor | |
US11525802B2 (en) | Gas sensor and sensor element | |
WO2024116510A1 (ja) | ガスセンサ,センサ素子の制御用の調整用電圧目標値の決定方法,センサ素子の製造方法,及びガスセンサの製造方法 | |
WO2024157772A1 (ja) | センサ素子及びガスセンサ | |
WO2024150775A1 (ja) | センサ素子、ガスセンサ、センサ素子の評価方法、プログラム | |
US20240230582A9 (en) | Gas sensor | |
JP2022153758A (ja) | センサ素子及びガスセンサ | |
JP2024092097A (ja) | センサ素子及びガスセンサ | |
JP2022153760A (ja) | センサ素子及びガスセンサ | |
JP2024061252A (ja) | ガスセンサ | |
JP2001013105A (ja) | 空燃比センサ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221018 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230531 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230613 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230712 |
|
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: 20230822 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230912 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7349917 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |