JP7379243B2 - Gas sensor inspection device, gas sensor inspection method, and reference sensor - Google Patents

Gas sensor inspection device, gas sensor inspection method, and reference sensor Download PDF

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本発明は、ガスセンサの検査装置、ガスセンサの検査方法及び基準センサに関する。 The present invention relates to a gas sensor testing device, a gas sensor testing method, and a reference sensor.

特許文献1記載のセンサ素子の検査装置は、検査効率が優れると共に、信頼性の高い検査を行える検査装置を提供することを課題としている。 The sensor element testing device described in Patent Document 1 aims to provide a testing device that has excellent testing efficiency and can perform highly reliable testing.

当該課題を解決するため、特許文献1記載の検査装置及び検査方法は、素子挿脱部と、テーパー部と、ガス導入部とを備えるチャンバを準備する。素子挿脱部は、一方端側が外部に開口した開口部であると共に、他方端側が有底端部である略筒状体であり、開口部から続く略筒状の空間である。テーパー部は、素子挿脱部と連接し、且つ、内部に向かうほど長手方向に垂直な断面が大きい断面視テーパー状の空間である。ガス導入部は、テーパー部から底部まで連続する略筒状の空間である。 In order to solve this problem, the inspection device and inspection method described in Patent Document 1 prepares a chamber including an element insertion/removal section, a tapered section, and a gas introduction section. The element insertion/removal section is a substantially cylindrical body whose one end is an opening opened to the outside and whose other end is a bottomed end, and is a substantially cylindrical space continuing from the opening. The tapered portion is a space that is connected to the element insertion/removal portion, and has a tapered cross-sectional view in which the cross section perpendicular to the longitudinal direction becomes larger toward the inside. The gas introduction section is a substantially cylindrical space that is continuous from the tapered section to the bottom.

そして、センサ素子を、チャンバとの間に隙間を設けつつ先端がテーパー部に達するようにチャンバ内へ挿入した状態で、所定のガス供給手段からガス導入部に設けた供給口を通じてチャンバに対し検査用ガスを供給し、検査用ガスを隙間から流出させつつ、センサ素子の電気的測定を行う。 Then, with the sensor element inserted into the chamber so that the tip reaches the tapered part while leaving a gap between the sensor element and the chamber, the chamber is inspected from a predetermined gas supply means through the supply port provided in the gas introduction section. Electrical measurements of the sensor element are performed while supplying test gas and allowing the test gas to flow out from the gap.

特許文献2記載のガスセンサは、センサ素子における測定電極の感度低下をより抑制することを課題としている。 The gas sensor described in Patent Document 2 aims to further suppress a decrease in sensitivity of a measurement electrode in a sensor element.

当該課題を解決するため、特許文献2記載のガスセンサは、拡散律速部を備え、該拡散律速部が被測定ガス流通部の上下左右の内周面のうち1以上3以下の面である上側の面と隔壁との間に形成されている。測定電極は、第3内部空所の上下左右の内周面のうち拡散律速部が形成された面とは異なる方向の面である下側の面に形成されている。 In order to solve this problem, the gas sensor described in Patent Document 2 is provided with a diffusion-limiting section, and the diffusion-limiting section is located on the upper side, which is one or more and three or less of the upper, lower, left, and right inner circumferential surfaces of the gas distribution section to be measured. It is formed between the surface and the partition wall. The measurement electrode is formed on a lower surface of the upper, lower, left, and right inner circumferential surfaces of the third internal cavity, which is a surface in a different direction from the surface on which the diffusion-limiting portion is formed.

特許第4944972号公報Patent No. 4944972 特開2015-200642号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-200642

ところで、NOセンサ等のガスセンサの特性評価には、モデルガス生成装置が必要である。モデルガス生成装置は複数のガスを、それぞれの配管に繋いだ流量調整器(例えばマスフローコントローラ)のバランスを調整して任意の濃度の混合ガスを作ることができる。混合ガスのガス濃度のばらつきは、流量調整器の精度に依存する。流量調整器は流量を可変するため、制御誤差も乗る。混ぜるガス種が多い場合は、複数の流量調整装置を使うので、より誤差が大きくなり、そのガス濃度精度は原理的に良くならない。 By the way, a model gas generation device is required to evaluate the characteristics of a gas sensor such as a NOx sensor. The model gas generation device can create a mixed gas of any concentration by adjusting the balance of multiple gases with flow rate regulators (for example, mass flow controllers) connected to respective pipes. Variations in the gas concentration of the mixed gas depend on the accuracy of the flow regulator. Since the flow rate regulator varies the flow rate, it also introduces control errors. When there are many types of gases to be mixed, multiple flow rate adjustment devices are used, which increases the error and does not improve the gas concentration accuracy in principle.

また、ガスセンサの製造工程では、製造後にガスセンサの特定ガス濃度の検出の性能を検査する検査工程が行われる。検査工程前の試験用ガス中の特定ガス濃度の測定を行うための測定機として、例えば特許文献1に記載されたガスセンサを用いることが考えられる。しかし、測定精度が低い場合があり、これにより特定ガス濃度が所望の値からずれたスパンガスを用意してしまう場合があった。 Further, in the manufacturing process of the gas sensor, an inspection process is performed after manufacturing to test the performance of the gas sensor in detecting a specific gas concentration. It is conceivable to use, for example, the gas sensor described in Patent Document 1 as a measuring device for measuring the specific gas concentration in the test gas before the inspection process. However, measurement accuracy may be low, and as a result, a span gas whose specific gas concentration deviates from a desired value may be prepared.

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、混合ガスの濃度誤差を低減することができるガスセンサの検査装置、ガスセンサの検査方法及び基準センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such problems, and an object of the present invention is to provide a gas sensor testing device, a gas sensor testing method, and a reference sensor that can reduce the concentration error of mixed gas.

本発明の第1の態様は、少なくとも1つのセンサ素子が装着されるチャンバと、前記チャンバに所定の検査用ガスを供給するガス供給手段と、を有し、前記ガス供給手段は、複数のガス供給源と、各前記ガス供給源に対応して接続された複数の開閉器と、各前記ガス供給源に対応して接続され、それぞれ流量が異なる複数の流量固定ノズルと、複数の前記ガス供給源からの複数種のガスを混合する混合器と、を有する。 A first aspect of the present invention includes a chamber in which at least one sensor element is mounted, and a gas supply means for supplying a predetermined test gas to the chamber, and the gas supply means includes a plurality of gas a supply source, a plurality of switches connected correspondingly to each of the gas supply sources, a plurality of fixed flow rate nozzles each having a different flow rate and connected to each of the gas supply sources, and a plurality of the gas supplies. and a mixer for mixing multiple gases from the source.

本発明の第2の態様は、少なくとも1つのセンサ素子が装着されるチャンバに所定の検査用ガスを供給してガスセンサの検査を実施するガスセンサの検査方法において、複数のガス供給源からそれぞれ出力された複数のガスを、各前記ガス供給源に対応して接続された複数の開閉器に送るステップと、前記複数の開閉器からの複数のガスを、各前記ガス供給源に対応して接続され、それぞれ流量が異なる複数の流量固定ノズルに送るステップと、前記複数の流量固定ノズルからの複数のガスを混合器で混合するステップと、前記混合器からの混合ガスを前記チャンバに供給するステップと、を有する。 A second aspect of the present invention is a gas sensor testing method for testing a gas sensor by supplying a predetermined testing gas to a chamber in which at least one sensor element is installed, in which each gas is output from a plurality of gas supply sources. sending the plurality of gases from the plurality of switches to a plurality of switches connected correspondingly to each of the gas supply sources; , a step of sending the gases to a plurality of fixed flow rate nozzles each having a different flow rate, a step of mixing a plurality of gases from the plurality of fixed flow rate nozzles in a mixer, and a step of supplying the mixed gas from the mixer to the chamber. , has.

本発明の第3の態様は、第1の態様に係るガスセンサの検査装置に使用され、酸素及びNOxのいずれか一方を特定ガスとし、他方を含まず該特定ガスとベースガスとを含む試験用ガスを被測定ガスとして、該被測定ガス中の該特定ガスの濃度である特定ガス濃度を検出する基準センサであって、酸素イオン伝導性の固体電解質からなる構造体を有するセンサ素子と、前記センサ素子へのガスの導入部に拡散を律速させるための拡散律速部と、前記構造体に形成され、被測定ガスが導入されるガス導入口と、前記ガス導入口に連通した主空室と、前記被測定ガスと接触するように前記構造体の外側に配設され、触媒活性を有する貴金属を含む第1外側電極と、前記被測定ガスと接触するように前記構造体の外側に配設され、触媒活性を有する貴金属を含む第2外側電極と、前記主空室の内部に配設され、触媒活性を有する貴金属を含む測定電極と、前記構造体に形成され、基準ガスが導入される基準ガス導入空間と、前記基準ガス導入空間に形成された基準電極と、前記第1外側電極と前記測定電極間への一定電圧の印加によって、前記第1外側電極と前記測定電極間に流れる限界電流に基づいて特定ガスの濃度を検出する第1濃度検出部と、前記第2外側電極と前記基準電極との間の濃度差によるネルンスト起電力に基づいて特定ガスの濃度を検出する第2濃度検出部と、を有する。 A third aspect of the present invention is a test device that is used in the gas sensor inspection device according to the first aspect, in which either oxygen or NOx is used as a specific gas, and the specific gas and base gas are used without the other. A reference sensor for detecting a specific gas concentration, which is the concentration of the specific gas in the gas to be measured, using a gas to be measured, the sensor element having a structure made of an oxygen ion conductive solid electrolyte; a diffusion rate-limiting part for rate-limiting diffusion in the gas introduction part to the sensor element; a gas introduction port formed in the structure and into which the gas to be measured is introduced; and a main cavity communicating with the gas introduction port. , a first outer electrode disposed outside the structure so as to be in contact with the gas to be measured and containing a noble metal having catalytic activity; and a first outer electrode disposed outside the structure so as to be in contact with the gas to be measured. a second outer electrode containing a catalytically active noble metal; a measurement electrode disposed inside the main cavity and containing a catalytically active noble metal; formed on the structure, into which a reference gas is introduced; By applying a constant voltage between the reference gas introduction space, the reference electrode formed in the reference gas introduction space, the first outer electrode, and the measurement electrode, the limit of the flow between the first outer electrode and the measurement electrode is established. a first concentration detection section that detects the concentration of a specific gas based on current; and a second concentration detection section that detects the concentration of the specific gas based on a Nernst electromotive force due to a concentration difference between the second outer electrode and the reference electrode. It has a detection part.

本発明の第1の態様、第2の態様又は第3の態様によれば、混合ガスの濃度誤差を低減することができる。 According to the first aspect, second aspect, or third aspect of the present invention, it is possible to reduce the concentration error of the mixed gas.

本実施形態に係る検査装置及び検査方法に供されるセンサ素子の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a sensor element used in the testing device and testing method according to the present embodiment. 本実施形態に係る検査装置の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an inspection device according to the present embodiment. 比較例に係る検査装置を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an inspection device according to a comparative example. 流量調整器(マスフローコントローラ)の流量による精度の違いを示すグラフである。It is a graph showing the difference in accuracy depending on the flow rate of a flow rate regulator (mass flow controller). 比較例に係る検査装置を使用した場合の設定濃度に対する各ガスの濃度精度誤差、混合ガスの精度誤差を示す表1である。Table 1 shows the concentration accuracy errors of each gas and the accuracy errors of mixed gas with respect to the set concentration when using the inspection device according to the comparative example. 実施例1に係る検査装置を使用した場合の設定濃度に対する各ガスの濃度精度誤差、混合ガスの精度誤差を示す表2である。2 is Table 2 showing concentration accuracy errors of each gas and accuracy errors of mixed gas with respect to set concentrations when the inspection apparatus according to Example 1 is used. 本実施形態に係る検査装置及び検査方法に供される基準センサの一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a reference sensor used in the testing device and testing method according to the present embodiment. 基準センサのヒータ部の電気的な接続関係を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing the electrical connection relationship of the heater section of the reference sensor. 制御装置とセンサ素子との接続関係を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a connection relationship between a control device and a sensor element. 図10Aは第1外側電極と第2外側電極の配置関係の第1例を示す平面図であり、図10Bは第1外側電極と第2外側電極の配置関係の第2例を示す平面図であり、図10Cは第1外側電極と第2外側電極の配置関係の第3例を示す平面図である。FIG. 10A is a plan view showing a first example of the arrangement relationship between the first outer electrode and the second outer electrode, and FIG. 10B is a plan view showing a second example of the arrangement relationship between the first outer electrode and the second outer electrode. 10C is a plan view showing a third example of the arrangement relationship between the first outer electrode and the second outer electrode. 図11Aは被測定ガス流通部の拡散律速部の一例を示す断面図であり、図11Bは拡散律速部の他の例を示す断面図である。FIG. 11A is a cross-sectional view showing an example of the diffusion-limiting section of the gas flow section to be measured, and FIG. 11B is a cross-sectional view showing another example of the diffusion-limiting section. 制御電圧とポンプ電流との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between control voltage and pump current. 試験用ガスの実濃度(NO濃度:500ppm)を、実施例2のガスセンサが検出した測定回数毎のNO濃度と、比較例2のガスセンサが検出した測定回数毎のNO濃度との関係を示すグラフである。Graph showing the relationship between the actual concentration of the test gas (NO concentration: 500 ppm) for each number of measurements detected by the gas sensor of Example 2, and the NO concentration for each number of measurements detected by the gas sensor of Comparative Example 2. It is. 図13の結果に基づく、実施例2の測定ばらつきと、比較例2の測定ばらつきとの関係を示すグラフである。14 is a graph showing the relationship between the measurement variations of Example 2 and the measurement variations of Comparative Example 2, based on the results of FIG. 13.

以下、本発明に係るガスセンサの検査装置、ガスセンサの検査方法及び基準センサの実施の形態例を図1~図14を参照しながら説明する。 Embodiments of a gas sensor testing device, a gas sensor testing method, and a reference sensor according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 14.

先ず、本実施形態に係るガスセンサの検査装置(以下、検査装置10と記す)が適用されるガスセンサ12のセンサ素子14は、図1に示すように、酸素イオン伝導性固体電解質であるジルコニアを主成分とするセラミックスを構造材料として構成されたNOxセンサである。 First, as shown in FIG. 1, the sensor element 14 of the gas sensor 12 to which the gas sensor inspection device (hereinafter referred to as inspection device 10) according to the present embodiment is applied is mainly made of zirconia, which is an oxygen ion conductive solid electrolyte. This is a NOx sensor constructed using ceramics as a structural material.

センサ素子14は、第1内部空室16が第1拡散律速部18、第2拡散律速部20を通じて外部空間に開放されたガス導入口22と連通し、第2内部空室24が第3拡散律速部26を通じて第1内部空室16と連通する構成を備える、いわゆる直列二室構造型のNOxセンサ素子である。このセンサ素子14を用い、以下のようなプロセスが実行されることで、被測定ガス中のNOxガス濃度が算出される。 In the sensor element 14, a first internal cavity 16 communicates with a gas inlet 22 opened to the external space through a first diffusion-limiting part 18 and a second diffusion-limiting part 20, and a second internal cavity 24 communicates with a third diffusion-limiting part 22. This is a so-called serial two-chamber structure type NOx sensor element, which is configured to communicate with the first internal cavity 16 through the rate-limiting section 26 . Using this sensor element 14, the following process is executed to calculate the NOx gas concentration in the gas to be measured.

先ず、第1内部空室16に導入された被測定ガスは、センサ素子14の外面に設けられた外側ポンプ電極30と、第1内部空室16に設けられた内側ポンプ電極32と、これら両電極間のセラミックス層34とによって構成される電気化学的ポンプセルである主ポンプセルのポンピング作用(酸素の汲み入れ、あるいは汲み出し)によって、酸素濃度が略一定に調整された上で、第2内部空室24に導入される。第2内部空室24においては、同じく電気化学的ポンプセルである、外側ポンプ電極30と、第2内部空室24に設けられた補助ポンプ電極36と、両電極の間のセラミックス層38とによって構成される補助ポンプセルのポンピング作用により、被測定ガス中の酸素が汲み出されて、被測定ガスが十分な低酸素分圧状態とされる。 First, the gas to be measured introduced into the first internal cavity 16 passes through the outer pump electrode 30 provided on the outer surface of the sensor element 14 and the inner pump electrode 32 provided in the first internal cavity 16, and both of them. The oxygen concentration is adjusted to a substantially constant level by the pumping action (pumping in or pumping out oxygen) of the main pump cell, which is an electrochemical pump cell constituted by the ceramic layer 34 between the electrodes, and then the second internal cavity is heated. It will be introduced on 24th. In the second internal cavity 24, it is composed of an outer pump electrode 30, which is also an electrochemical pump cell, an auxiliary pump electrode 36 provided in the second internal cavity 24, and a ceramic layer 38 between both electrodes. Due to the pumping action of the auxiliary pump cell, the oxygen in the gas to be measured is pumped out, and the gas to be measured is brought into a sufficiently low oxygen partial pressure state.

低酸素分圧状態の被測定ガス中のNOxは、第2内部空室24に保護層40に被覆される態様にて設けられた測定電極42において還元ないし分解される。そして、この還元ないし分解によって生じた酸素イオンが、測定電極42と、基準ガス導入口44に通じる多孔質アルミナ層46内に設けられた基準電極48と、両者の間のセラミックス層50とによって構成される電気化学的ポンプセルである測定ポンプセルによって汲み出される。そして、その際に生じる電流(NOx電流)の電流値と、NOx濃度との間に線形関係があることに基づいて、被測定ガス中のNOx濃度が求められる。 NOx in the gas to be measured in a low oxygen partial pressure state is reduced or decomposed at the measurement electrode 42 provided in the second internal cavity 24 so as to be covered with the protective layer 40 . Oxygen ions generated by this reduction or decomposition are formed by a measuring electrode 42, a reference electrode 48 provided in a porous alumina layer 46 communicating with a reference gas inlet 44, and a ceramic layer 50 between the two. It is pumped by a measuring pump cell, which is an electrochemical pump cell. Then, based on the fact that there is a linear relationship between the current value of the current (NOx current) generated at that time and the NOx concentration, the NOx concentration in the gas to be measured is determined.

なお、センサ素子14には、図示しないヒータ部が設けられており、上述の動作は、ヒータ部に通電することでセンサ素子14を600℃~800℃程度の温度に加熱しつつ行われる。そのため、検査装置10における検査も、上述した温度までセンサ素子14を加熱した上で行われる。 Note that the sensor element 14 is provided with a heater section (not shown), and the above-described operation is performed while heating the sensor element 14 to a temperature of about 600° C. to 800° C. by supplying electricity to the heater section. Therefore, the inspection in the inspection apparatus 10 is also performed after heating the sensor element 14 to the above-mentioned temperature.

そして、検査装置10は、図2に示すように、少なくとも1つのセンサ素子14が装着されるチャンバ100(取付チャンバともいう。)と、チャンバ100に所定の検査用ガスを供給するガス供給手段102(モデルガス生成装置102ともいう。)と、を有する。 As shown in FIG. 2, the inspection apparatus 10 includes a chamber 100 (also referred to as an attachment chamber) in which at least one sensor element 14 is mounted, and a gas supply means 102 that supplies a predetermined inspection gas to the chamber 100. (also referred to as model gas generation device 102).

ガス供給手段102は、複数のガス供給源、すなわち、NO(1%)の第1ガス供給源104A、O(100%)の第2ガス供給源104B及びN(100%)の第3ガス供給源104Cを有する。ガス供給手段102は、第1ガス供給源104Aに対応して接続された4つの第1開閉器106a~106dと、第2ガス供給源104Bに対応して接続された4つの第2開閉器108a~108dと、第3ガス供給源104Cに対応して接続された4つの第3開閉器110a~110dとを有する。 The gas supply means 102 includes a plurality of gas supply sources, namely a first gas supply source 104A of NO (1%), a second gas supply source 104B of O 2 (100%), and a third gas supply source 104B of N 2 (100%). It has a gas supply source 104C. The gas supply means 102 includes four first switches 106a to 106d connected to the first gas supply source 104A, and four second switches 108a connected to the second gas supply source 104B. 108d, and four third switches 110a to 110d connected correspondingly to the third gas supply source 104C.

また、ガス供給手段102は、4つの第1開閉器106a~106dに対応して接続され、それぞれ流量が異なる第1流量固定ノズル112a~112dと、4つの第2開閉器108b~108dに対応して接続され、それぞれ流量が異なる第2流量固定ノズル114a~114dと、4つの第3開閉器110b~110dに対応して接続され、それぞれ流量が異なる第3流量固定ノズル116a~116dとを有する。 Further, the gas supply means 102 is connected to the four first switches 106a to 106d, and is connected to the first fixed flow rate nozzles 112a to 112d, each having a different flow rate, and to the four second switches 108b to 108d. It has second fixed flow rate nozzles 114a to 114d which are connected to each other and have different flow rates, and third fixed flow rate nozzles 116a to 116d which are connected to four third switches 110b to 110d and have different flow rates, respectively.

第1流量固定ノズル112a~112dは、それぞれ個別の流量(ガス濃度)となるように、管内の絞り部分が加工された臨界ノズルで構成されていることが好ましい。高い流量精度を得ることができる。第2流量固定ノズル114a~114d、第3流量固定ノズル116a~116dについても同様である。 It is preferable that the first fixed flow rate nozzles 112a to 112d are configured as critical nozzles in which a constricted portion in the pipe is machined so that each has an individual flow rate (gas concentration). High flow rate accuracy can be obtained. The same applies to the second fixed flow rate nozzles 114a to 114d and the third fixed flow rate nozzles 116a to 116d.

ガス供給手段102は、4つの第1流量固定ノズル112a~112d、4つの第2流量固定ノズル114a~114d及び4つの第3流量固定ノズル116a~116dからの複数種のガスを混合する1つの混合器120を有する。 The gas supply means 102 is a single mixing device that mixes multiple types of gases from four first fixed flow rate nozzles 112a to 112d, four second fixed flow rate nozzles 114a to 114d, and four third fixed flow rate nozzles 116a to 116d. It has a container 120.

第1開閉器106a~106d、第2開閉器108a~108d及び第3開閉器110a~110dとしては、例えばコック式の開閉バルブ等を使用することができる。 As the first switches 106a to 106d, the second switches 108a to 108d, and the third switches 110a to 110d, for example, cock-type switching valves can be used.

さらに、ガス供給手段102は、混合器120とチャンバ100との間に接続された1つの流量固定ノズル122を有する。この流量固定ノズル122についても臨界ノズルにて構成することが好ましい。 Furthermore, the gas supply means 102 has one fixed flow rate nozzle 122 connected between the mixer 120 and the chamber 100. It is preferable that this fixed flow rate nozzle 122 is also configured as a critical nozzle.

ここで、検査装置10の作用を説明する。先ず、第1ガス供給源104Aから出力されたガスは、第1開閉器106a~106dのうち、閉(ON)とされた開閉器を通じて流量固定ノズルに流通する。図2の例では、第1開閉器106aのみが閉(ON)となっているため、第1ガス供給源104Aから出力されたガスは、第1開閉器106aを通じて、対応する第1流量固定ノズル112aに流通する。第1流量固定ノズル112aで流量(濃度)を調整されたガスは、後段の混合器120に供給される。 Here, the operation of the inspection device 10 will be explained. First, the gas output from the first gas supply source 104A flows to the fixed flow rate nozzle through the closed (ON) switch among the first switches 106a to 106d. In the example of FIG. 2, only the first switch 106a is closed (ON), so the gas output from the first gas supply source 104A is passed through the first switch 106a to the corresponding first flow rate fixed nozzle. 112a. The gas whose flow rate (concentration) has been adjusted by the first fixed flow rate nozzle 112a is supplied to the mixer 120 at the subsequent stage.

第2ガス供給源104Bから出力されたガスは、第2開閉器108a~108dのうち、閉(ON)とされた開閉器を通じて、対応する流量固定ノズルに流通する。図2の例では、第2開閉器108aのみが閉(ON)となっているため、第2ガス供給源104Bから出力されたガスは、第2開閉器108aを通じて、対応する第2流量固定ノズル114aに流通する。第2流量固定ノズル114aで流量(濃度)を調整されたガスは、後段の混合器120に供給される。 The gas output from the second gas supply source 104B flows to the corresponding fixed flow rate nozzle through the closed (ON) switch among the second switches 108a to 108d. In the example of FIG. 2, only the second switch 108a is closed (ON), so the gas output from the second gas supply source 104B is passed through the second switch 108a to the corresponding second fixed flow rate nozzle. 114a. The gas whose flow rate (concentration) has been adjusted by the second fixed flow rate nozzle 114a is supplied to the mixer 120 at the subsequent stage.

同様に、第3ガス供給源104Cから出力されたガスは、第3開閉器110a~110dのうち、閉(ON)とされた開閉器(図2の例では第3開閉器110a)を通じて、対応する流量固定ノズル(図2の例では第3流量固定ノズル116a)に流通する。この場合も、第3流量固定ノズル116aで流量(濃度)を調整されたガスは、後段の混合器120に供給される。 Similarly, the gas output from the third gas supply source 104C is transmitted through the closed (ON) switch (the third switch 110a in the example of FIG. 2) among the third switches 110a to 110d. The flow rate fixed nozzle (in the example of FIG. 2, the third flow rate fixed nozzle 116a) is supplied with the flow rate fixed nozzle. Also in this case, the gas whose flow rate (concentration) has been adjusted by the third fixed flow rate nozzle 116a is supplied to the mixer 120 at the subsequent stage.

すなわち、混合器120において、第1流量固定ノズル112aからのガスと、第2流量固定ノズル114aからのガスと、第3流量固定ノズル116aからのガスとが混合されて、混合ガスとして出力される。 That is, in the mixer 120, the gas from the first fixed flow rate nozzle 112a, the gas from the second fixed flow rate nozzle 114a, and the gas from the third fixed flow rate nozzle 116a are mixed and output as a mixed gas. .

混合器120からの混合ガスは、流量固定ノズル122によって流量が固定された後、後段のチャンバ100に供給され、複数のセンサ素子14の検査用ガスとして供される。 The mixed gas from the mixer 120 has its flow rate fixed by the flow rate fixing nozzle 122, and is then supplied to the downstream chamber 100, where it is used as a test gas for the plurality of sensor elements 14.

上述の例では、3種類のガス供給源を示したが、使用するガスの種類に応じて1つ、2つ、4つあるいは5つ以上のガス供給源を用いてもよい。また、開閉器として、各ガス供給源に対応して、それぞれ4つの開閉器、4つの流量固定ノズルを用いたが、使用する濃度に応じて1つ、2つ、3つあるいは5つ以上の開閉器、流量固定ノズルを用いてもよい。 Although three types of gas supply sources are shown in the above example, one, two, four, or five or more gas supply sources may be used depending on the type of gas used. In addition, four switches and four fixed flow rate nozzles were used for each gas supply source, but depending on the concentration used, one, two, three, or five or more switches were used. A switch or a fixed flow rate nozzle may also be used.

混合器120とチャンバ100との間に流量固定ノズル122を接続した例を示したが、混合器120から一定の流量が出力されるのであれば、必ずしも流量固定ノズル122を接続しなくてもよい。 Although an example is shown in which the fixed flow rate nozzle 122 is connected between the mixer 120 and the chamber 100, the fixed flow rate nozzle 122 does not necessarily need to be connected as long as a constant flow rate is output from the mixer 120. .

[第1実施例]
次に、検査装置10の利点について、比較例に係る検査装置200(以下、比較例200と記す)と比較しながら説明する。
[First example]
Next, the advantages of the inspection device 10 will be described while comparing it with an inspection device 200 according to a comparative example (hereinafter referred to as a comparative example 200).

[比較例200]
先ず、比較例200は、図3に示すように、NO(1%)のガス供給源202Aに第1開閉器204aを介して接続された1つの第1流量調整器206a(High Range)と、NO(3000ppm)のガス供給源202Bに第2開閉器204bを介して接続された1つの第2流量調整器206b(Low Range)と、O(1%)のガス供給源202Cに直接接続された1つの第3流量調整器206cと、N(100%)のガス供給源202Dに直接接続された1つの第4流量調整器206dとを有する。
[Comparative example 200]
First, as shown in FIG. 3, the comparative example 200 includes one first flow regulator 206a (High Range) connected to the NO (1%) gas supply source 202A via the first switch 204a; One second flow regulator 206b (Low Range) is connected to the NO (3000 ppm) gas supply source 202B via the second switch 204b, and the second flow rate regulator 206b (Low Range) is directly connected to the O 2 (1%) gas supply source 202C. one third flow regulator 206c, and one fourth flow regulator 206d directly connected to the N 2 (100%) gas supply source 202D.

さらに、比較例200は、第1流量調整器206a~第4流量調整器206dからの複数種のガスを混合する1つの混合器208を有する。混合器208の後段には、チャンバ100が接続されている。 Further, the comparative example 200 includes one mixer 208 that mixes multiple types of gases from the first flow rate regulator 206a to the fourth flow rate regulator 206d. The chamber 100 is connected to the rear stage of the mixer 208 .

一般に、NOxセンサ等のガスセンサの特性評価には、モデルガス生成装置が必要である。モデルガス生成装置は、複数のガスを、それぞれの配管に繋いだ流量調整器(例えばマスフローコントローラ)のバランスを調整して任意の濃度の混合ガスを作ることができる。ガス濃度のばらつきは、流量調整器の精度に依存する。流量調整器は流量を可変するため、制御誤差が生じる。混ぜるガス種が多い場合は、複数の流量調整装置を使うので、より誤差が大きくなり、そのガス濃度精度は原理的に良くならない。 Generally, a model gas generation device is required to evaluate the characteristics of a gas sensor such as a NOx sensor. The model gas generation device can create a mixed gas of any concentration by adjusting the balance of a flow rate regulator (for example, a mass flow controller) connected to each pipe of a plurality of gases. The variation in gas concentration depends on the accuracy of the flow regulator. Since the flow rate regulator varies the flow rate, a control error occurs. When there are many types of gases to be mixed, multiple flow rate adjustment devices are used, which increases the error and does not improve the gas concentration accuracy in principle.

また、流量調整器としてのマスフローコントローラは、通常、図4に示すように、高流量と低流量で精度が異なるものが多い。フルスケールに対して30%以上の場合は、セットポイントに対して1%の精度誤差を持つが、30%未満の場合はフルスケールの1%の精度誤差である。つまり、流量がフルスケールの30%未満ではセットポイントの1%以上の精度誤差になってしまう。 Furthermore, as shown in FIG. 4, mass flow controllers serving as flow rate regulators often have different accuracy between high flow rate and low flow rate. If it is 30% or more with respect to the full scale, there is an accuracy error of 1% with respect to the set point, but if it is less than 30%, it is an accuracy error of 1% of the full scale. In other words, if the flow rate is less than 30% of the full scale, the accuracy error will be 1% or more of the set point.

上述の事項を確認するため、流量調整器としてのマスフローコントローラを使用した上述の比較例200について、NO:1%、O:20%、N:100%の元ガスを使って、NO濃度が0ppm~3000ppm、O濃度が0~20%の混合ガスを作る場合の最大精度誤差及び二乗平方根を確認し、図5の表1に示した。 In order to confirm the above-mentioned matters, for the above-mentioned comparative example 200 using a mass flow controller as a flow rate regulator, NO concentration was determined using source gases of NO: 1%, O 2 : 20%, and N 2 : 100%. The maximum accuracy error and the root-square were confirmed when creating a mixed gas with O 2 concentration of 0 ppm to 3000 ppm and O 2 concentration of 0 to 20%, and are shown in Table 1 of FIG.

図5の表1からわかるように、設定濃度として、NO濃度が500ppm以上の場合、精度誤差は6.0以下であり、1000ppm以上の場合、3.0以下であった。また、O濃度が1%の場合、精度誤差は6.0、5%の場合、精度誤差は1.2、20%の場合、0.3であった。なお、N濃度はいずれも100%付近であったため、精度誤差は1.0であった。 As can be seen from Table 1 in FIG. 5, when the NO concentration was 500 ppm or more, the accuracy error was 6.0 or less, and when it was 1000 ppm or more, the accuracy error was 3.0 or less. Further, when the O 2 concentration was 1%, the accuracy error was 6.0, when the O 2 concentration was 5%, the accuracy error was 1.2, and when the O 2 concentration was 20%, the accuracy error was 0.3. Note that since the N 2 concentrations were all around 100%, the accuracy error was 1.0.

この結果、混合器208(図3参照)から出力される混合ガスの最大精度誤差は、1桁台のほか、31.0%や13.0%があり、ばらつきがあった。二乗平方根については、設定濃度として、NOが100ppm、O濃度が0%、N濃度が99.99の例が30.0と突出しており、大きくばらつきがあった。 As a result, the maximum accuracy error of the mixed gas output from the mixer 208 (see FIG. 3) varied, not only in the single digit range but also in 31.0% and 13.0%. As for the root-square value, the example in which the set concentrations were 100 ppm for NO, 0% for O 2 concentration, and 99.99 for N 2 concentration stood out at 30.0, and there was a large variation.

[実施例1]
本実施形態に係る検査装置10について、上述した比較例200と同様の条件で、最大精度誤差及び二乗平方根を確認し、図6の表2に示した。
[Example 1]
Regarding the inspection device 10 according to the present embodiment, the maximum accuracy error and the root-square were confirmed under the same conditions as the comparative example 200 described above, and are shown in Table 2 of FIG.

図6の表2からわかるように、比較例200の流量調整器に代えて、臨界ノズルを使用したため、各ガスの濃度精度誤差の欄に示すように、臨界ノズルを通過する際の精度誤差はいずれも0.4であり、精度上のばらつきはなかった。 As can be seen from Table 2 in FIG. 6, since a critical nozzle was used in place of the flow rate regulator of Comparative Example 200, the accuracy error when passing through the critical nozzle is as shown in the column of concentration accuracy error for each gas. Both values were 0.4, and there was no variation in accuracy.

その結果、混合器208から出力される混合ガスの最大精度誤差は、0.4、0.8、1.2であり、また、二乗平方根も0.4、0.6、0.7であり、高い濃度精度であることがわかる。 As a result, the maximum precision errors of the mixed gas output from the mixer 208 are 0.4, 0.8, and 1.2, and the root mean squares are also 0.4, 0.6, and 0.7. , it can be seen that the concentration accuracy is high.

次に、上述したモデルガス生成装置102から出力されるモデルガスの濃度を調整するために使用される基準センサ500について、図7~図11Bも参照しながら説明する。 Next, the reference sensor 500 used to adjust the concentration of the model gas output from the model gas generation device 102 described above will be described with reference to FIGS. 7 to 11B.

先ず、図7に示すように、基準センサ500は、酸素及びNOxのいずれか一方を特定ガスとし、他方を含まず特定ガスとベースガスとを含む試験用ガスを被測定ガスとして、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する。基準センサ500は、図7に示す長尺な直方体形状をしたセンサ素子502と、ポンプ電源504と、ポンプ電流取得部510と、起電力取得部512と、図8に示すヒータ電源514と、ヒータ電流取得部516と、ヒータ電圧取得部518と、図9に示す制御装置520と、表示操作部522と、を有する。 First, as shown in FIG. 7, the reference sensor 500 uses one of oxygen and NOx as a specific gas, and a test gas that does not contain the other but includes the specific gas and a base gas. Detects the concentration of a specific gas inside. The reference sensor 500 includes a long rectangular parallelepiped sensor element 502 shown in FIG. 7, a pump power source 504, a pump current acquisition section 510, an electromotive force acquisition section 512, a heater power source 514 shown in FIG. It includes a current acquisition section 516, a heater voltage acquisition section 518, a control device 520 shown in FIG. 9, and a display operation section 522.

図7に示すように、センサ素子502は、第1基板層530と、第2基板層532と、第3基板層534と、第1固体電解質層536と、スペーサ層538と、第2固体電解質層540との6つの層が下側からこの順に積層された構造体542(素子本体の一例)を有する。この6つの層は、それぞれがジルコニア(ZrO)等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる。また、これら6つの層を形成する固体電解質は緻密で気密な電解質である。 As shown in FIG. 7, the sensor element 502 includes a first substrate layer 530, a second substrate layer 532, a third substrate layer 534, a first solid electrolyte layer 536, a spacer layer 538, and a second solid electrolyte layer. It has a structure 542 (an example of an element body) in which six layers including layer 540 are laminated in this order from the bottom. These six layers each consist of an oxygen ion conductive solid electrolyte layer such as zirconia (ZrO 2 ). Further, the solid electrolyte forming these six layers is a dense and airtight electrolyte.

センサ素子502のうち、前端部側の第2固体電解質層540の下面と第1固体電解質層536の上面との間には、ガス導入口550と、拡散律速部552と、内部空所554(主空室)とがこの順に連通する態様にて隣接形成されている。ガス導入口550から内部空所554に至る部位を被測定ガス流通部とも称する。この被測定ガス流通部において、ガス導入口550は、センサ素子502の前端面で外部空間に対して開口している。ガス導入口550を通じて外部空間からセンサ素子502内に被測定ガスが取り込まれる。拡散律速部552は、ガス導入口550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。拡散律速部552は、上下2本のスリットとして設けられている。各々のスリットの開口の長手方向は、左右方向に沿っている。拡散律速部552を通過した被測定ガスは、内部空所554に流入して測定電極556に到達する。 In the sensor element 502, between the lower surface of the second solid electrolyte layer 540 on the front end side and the upper surface of the first solid electrolyte layer 536, there is a gas inlet 550, a diffusion-limiting section 552, and an internal space 554 ( The main vacancies) are formed adjacent to each other in such a manner that they communicate with each other in this order. The region from the gas inlet 550 to the internal space 554 is also referred to as a gas flow section to be measured. In this measured gas flow section, the gas introduction port 550 opens to the external space at the front end surface of the sensor element 502. A gas to be measured is introduced into the sensor element 502 from the external space through the gas inlet 550 . The diffusion rate controlling section 552 applies a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured taken in from the gas introduction port 550. The diffusion rate controlling section 552 is provided as two slits, upper and lower. The longitudinal direction of the opening of each slit is along the left-right direction. The gas to be measured that has passed through the diffusion control section 552 flows into the internal space 554 and reaches the measurement electrode 556.

センサ素子502は、被測定ガス流通部の反対側(ここでは後端側)に、基準ガス導入空間558が設けられている。基準ガス導入空間558は、第2基板層532の上面と、第1固体電解質層536の下面との間であって、側部を第3基板層534の側面で区画される位置に設けられている。基準ガス導入空間558は、センサ素子502の後端面に開口部が設けられている。基準ガス導入空間558には、特定ガス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。 In the sensor element 502, a reference gas introduction space 558 is provided on the opposite side (here, the rear end side) of the gas flow section to be measured. The reference gas introduction space 558 is provided at a position between the upper surface of the second substrate layer 532 and the lower surface of the first solid electrolyte layer 536, and whose side portions are defined by the side surfaces of the third substrate layer 534. There is. The reference gas introduction space 558 has an opening provided on the rear end surface of the sensor element 502. For example, atmospheric air is introduced into the reference gas introduction space 558 as a reference gas when measuring the specific gas concentration.

また、センサ素子502は、ポンプセル560と、センサセル562と、ヒータ部564と、を備えている。 Further, the sensor element 502 includes a pump cell 560, a sensor cell 562, and a heater section 564.

ポンプセル560は、内部空所554から酸素を汲み出すための電気化学的ポンプセルである。ポンプセル560は、第1外側電極570と、測定電極556と、第1外側電極570及び測定電極556間の酸素イオンの流路となる第2固体電解質層540と、を備えている。第1外側電極570は、被測定ガスと接触するように、センサ素子502の外側に配設されている。より具体的には、第1外側電極570は、第2固体電解質層540の上面の前側に配設されている。 Pump cell 560 is an electrochemical pump cell for pumping oxygen from interior cavity 554. The pump cell 560 includes a first outer electrode 570, a measurement electrode 556, and a second solid electrolyte layer 540 that serves as a flow path for oxygen ions between the first outer electrode 570 and the measurement electrode 556. The first outer electrode 570 is disposed outside the sensor element 502 so as to be in contact with the gas to be measured. More specifically, the first outer electrode 570 is disposed on the front side of the upper surface of the second solid electrolyte layer 540.

一方、測定電極556は、内部空所554のうち第2固体電解質層540の下面に配設されている。但し、測定電極556は、被測定ガス流通部のうち、拡散抵抗が付与された後の被測定ガスが到達する位置に配設されていればよく、例えば第1固体電解質層536の上面に配設されていてもよい。 On the other hand, the measurement electrode 556 is disposed on the lower surface of the second solid electrolyte layer 540 in the internal space 554. However, the measurement electrode 556 only needs to be disposed at a position in the gas to be measured distribution section where the gas to be measured after being provided with diffusion resistance reaches, for example, on the upper surface of the first solid electrolyte layer 536. may be set.

センサセル562は、酸素濃淡電池セルの一例である。センサセル562は、第2外側電極572と、基準電極574と、第2外側電極572及び基準電極574の間に設けられた第1固体電解質層536、スペーサ層538及び第2固体電解質層540と、を備えている。第2外側電極572は、被測定ガスと接触するように、センサ素子502の外側に配設されている。より具体的には、第2外側電極572は、第2固体電解質層540の上面の前側に配設されている。第2外側電極572は、第1外側電極570の後方に配設されている。基準電極574は、基準ガスと接触するように、基準ガス導入空間558内に配設されている。本実施形態では、基準電極574は、第1固体電解質層536の下面に配設されている。このセンサセル562では、第2外側電極572の周囲と基準電極574の周囲との酸素濃度差に応じて、第2外側電極572と基準電極574との間にネルンスト起電力に基づく起電力Veが生じる。この起電力Veによって、第2外側電極572の周囲の酸素濃度(酸素分圧)がわかるようになっている。 The sensor cell 562 is an example of an oxygen concentration battery cell. The sensor cell 562 includes a second outer electrode 572, a reference electrode 574, a first solid electrolyte layer 536, a spacer layer 538, and a second solid electrolyte layer 540 provided between the second outer electrode 572 and the reference electrode 574. It is equipped with The second outer electrode 572 is disposed outside the sensor element 502 so as to be in contact with the gas to be measured. More specifically, the second outer electrode 572 is disposed on the front side of the upper surface of the second solid electrolyte layer 540. The second outer electrode 572 is arranged behind the first outer electrode 570. The reference electrode 574 is disposed within the reference gas introduction space 558 so as to be in contact with the reference gas. In this embodiment, the reference electrode 574 is provided on the lower surface of the first solid electrolyte layer 536. In this sensor cell 562, an electromotive force Ve based on the Nernst electromotive force is generated between the second outer electrode 572 and the reference electrode 574 depending on the oxygen concentration difference between the surroundings of the second outer electrode 572 and the reference electrode 574. . This electromotive force Ve allows the oxygen concentration (oxygen partial pressure) around the second outer electrode 572 to be determined.

第2外側電極572は、第1外側電極570よりも面積が小さいことが好ましい。第2外側電極572は、起電力Veの測定に用いられ、電流はほとんど流れないから、面積を小さくしても貴金属の酸化による触媒活性の変化が生じにくい。しかも、面積を小さくすることで、ヒータ580に加熱された際の第2外側電極572内の温度分布が生じにくい。すなわち、第2外側電極572の内部で温度が均一化しやすい。そのため、第2外側電極572の面積が小さい方が、起電力Veと特定ガス濃度との対応関係が変化しにくい。従って、第2外側電極572の面積が第1外側電極570より小さいことで、特定ガス濃度の検出精度が低下しにくい効果と、検出された特定ガス濃度の異常判定の精度が高まる効果と、の少なくとも一方の効果が得られる。ここで、第1外側電極570及び第2外側電極572の面積は、素子本体(ここでは積層体)のうち第1外側電極570及び第2外側電極572が配設された面(ここではセンサ素子502の上面)に垂直な方向から見たときの面積(ここでは上面視での面積)とする。本実施形態では、図7及び図10Aに示すように、第2外側電極572の方が第1外側電極570よりも前後の長さが短いことにより、第2外側電極572の方が第1外側電極570よりも面積が小さくなっている。もちろん、図10Bに示すように、第1外側電極570と第2外側電極572を左右に並べて配置してもよい。また、図10Cに示すように、第1外側電極570が凹部576を有しており、第2外側電極572が凹部576内に配置されていてもよい。 It is preferable that the second outer electrode 572 has a smaller area than the first outer electrode 570. The second outer electrode 572 is used to measure the electromotive force Ve, and almost no current flows therethrough, so that even if the area is reduced, the catalytic activity is unlikely to change due to oxidation of the noble metal. Furthermore, by reducing the area, temperature distribution within the second outer electrode 572 when heated by the heater 580 is less likely to occur. That is, the temperature inside the second outer electrode 572 tends to be uniform. Therefore, the smaller the area of the second outer electrode 572, the less likely the correspondence relationship between the electromotive force Ve and the specific gas concentration will change. Therefore, since the area of the second outer electrode 572 is smaller than that of the first outer electrode 570, the detection accuracy of the specific gas concentration is less likely to decrease, and the accuracy of abnormality determination of the detected specific gas concentration is increased. At least one effect can be obtained. Here, the area of the first outer electrode 570 and the second outer electrode 572 is the surface of the element main body (here, the laminate) on which the first outer electrode 570 and the second outer electrode 572 are disposed (here, the surface of the sensor element 502 (top surface) when viewed from a direction perpendicular to the top surface of 502 (in this case, the area when viewed from the top). In this embodiment, as shown in FIGS. 7 and 10A, the second outer electrode 572 has a shorter longitudinal length than the first outer electrode 570, so that the second outer electrode 572 is shorter than the first outer electrode. The area is smaller than that of the electrode 570. Of course, as shown in FIG. 10B, the first outer electrode 570 and the second outer electrode 572 may be arranged side by side. Further, as shown in FIG. 10C, the first outer electrode 570 may have a recess 576, and the second outer electrode 572 may be disposed within the recess 576.

また、上述した実施形態では、図7及び図11Aに示すように、センサ素子502の被測定ガス流通部はガス導入口550、拡散律速部552及び内部空所554を備えていたが、これに限られない。被測定ガス流通部は、センサ素子502の素子本体の内部に配設され、被測定ガスを導入して拡散抵抗を付与しつつ測定電極556まで流通させるものであればよい。例えば、図11Bに示すように、被測定ガス流通部は、多孔質体からなる拡散律速部552aを備えていてもよい。この場合、拡散律速部552aの前面がガス導入口550となる。また、拡散律速部552aは、測定電極556を被覆する多孔質体であってもよい。また、被測定ガス流通部が内部空所554を備えず、被測定ガス流通部全体が多孔質体で満たされていてもよい。また、本実施形態では、拡散律速部552及び内部空所554はそれぞれ1つとしたが、被測定ガス流通部は、複数の拡散律速部や複数の内部空所を備えていてもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, as shown in FIGS. 7 and 11A, the measured gas flow section of the sensor element 502 was equipped with the gas inlet 550, the diffusion-limiting section 552, and the internal space 554; Not limited. The gas to be measured flow section may be disposed inside the element body of the sensor element 502, introduce the gas to be measured, and allow it to flow to the measurement electrode 556 while imparting diffusion resistance. For example, as shown in FIG. 11B, the gas flow section to be measured may include a diffusion-limiting section 552a made of a porous material. In this case, the front surface of the diffusion-limiting portion 552a becomes the gas introduction port 550. Further, the diffusion rate controlling portion 552a may be a porous body that covers the measurement electrode 556. Furthermore, the gas to be measured portion may not include the internal space 554, and the entire portion to be measured may be filled with a porous material. Furthermore, in this embodiment, there is one diffusion-limiting section 552 and one internal cavity 554, but the gas distribution section to be measured may include a plurality of diffusion-limiting sections or a plurality of internal cavities.

第1外側電極570、第2外側電極572、基準電極574及び測定電極556は、それぞれ、触媒活性を有する貴金属(例えばPt、Rh、Pd、Ru、及びIrの少なくともいずれか1つ)を含む電極である。第1外側電極570、第2外側電極572、基準電極574(図7参照)及び測定電極556は、それぞれ、貴金属と酸素イオン伝導性を有する酸化物(ここでは、ZrO)とを含むサーメットからなる電極とすることが好ましい。 The first outer electrode 570, the second outer electrode 572, the reference electrode 574, and the measurement electrode 556 are electrodes each containing a noble metal having catalytic activity (for example, at least one of Pt, Rh, Pd, Ru, and Ir). It is. The first outer electrode 570, the second outer electrode 572, the reference electrode 574 (see FIG. 7), and the measurement electrode 556 are each made of a cermet containing a noble metal and an oxide having oxygen ion conductivity (here, ZrO 2 ). It is preferable to use an electrode as follows.

また、第1外側電極570、第2外側電極572、基準電極574及び測定電極556は、それぞれ、多孔質体であることが好ましい。本実施形態では、第1外側電極570、第2外側電極572、基準電極574及び測定電極556は、いずれも、PtとZrOとの多孔質サーメット電極とした。 Further, it is preferable that each of the first outer electrode 570, the second outer electrode 572, the reference electrode 574, and the measurement electrode 556 is a porous body. In this embodiment, the first outer electrode 570, the second outer electrode 572, the reference electrode 574, and the measurement electrode 556 are all porous cermet electrodes made of Pt and ZrO2 .

図7に示すように、ヒータ部564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502を加熱して保温する温度調整の役割を果たす。ヒータ部564は、ヒータ580と、リード部582と、スルーホール584と、ヒータコネクタ電極590と、ヒータ絶縁層592と、を備えている。 As shown in FIG. 7, the heater section 564 plays the role of temperature adjustment to heat and keep the sensor element 502 warm in order to increase the oxygen ion conductivity of the solid electrolyte. The heater section 564 includes a heater 580, a lead section 582, a through hole 584, a heater connector electrode 590, and a heater insulating layer 592.

ヒータ580は、センサ素子502の内部において、第1基板層530及び第2基板層532間に挟まれるように配設されている。ヒータ580は、電気抵抗体であり、外部から給電されることにより発熱する。 The heater 580 is disposed inside the sensor element 502 so as to be sandwiched between the first substrate layer 530 and the second substrate layer 532. The heater 580 is an electric resistor and generates heat when supplied with power from the outside.

ヒータ580は、複数回折り返されるように引き回されており、第1外側電極570、第2外側電極572、基準電極574、測定電極556の下方の全域に亘ってセンサ素子502に埋設されている。ヒータ580は、センサ素子502を、固体電解質が活性化する温度(例えば800~900℃)に調整することが可能となっている。 The heater 580 is routed so as to be turned back a plurality of times, and is embedded in the sensor element 502 over the entire area below the first outer electrode 570, the second outer electrode 572, the reference electrode 574, and the measurement electrode 556. . The heater 580 is capable of adjusting the temperature of the sensor element 502 to a temperature at which the solid electrolyte is activated (for example, 800 to 900° C.).

リード部582は、図8に示すように、ヒータ580の両端に接続された一対の通電用リード582a、582bと、該ヒータ580の両端に通電用リード582a、582bと並列に接続された一対の電圧測定用リード582c、582dと、を備えている。ヒータコネクタ電極590は、第1基板層530(図7参照)の下面の後端部に配設された電極である。 As shown in FIG. 8, the lead portion 582 includes a pair of current-carrying leads 582a, 582b connected to both ends of the heater 580, and a pair of current-carrying leads 582a, 582b connected to both ends of the heater 580 in parallel. Voltage measurement leads 582c and 582d are provided. The heater connector electrode 590 is an electrode disposed at the rear end of the lower surface of the first substrate layer 530 (see FIG. 7).

ヒータコネクタ電極590は、図7では1つのみ図示しているが、図8に示すように、一対の通電用リード582a、582bに電気的に接続された一対のヒータコネクタ電極590a、590bと、一対の電圧測定用リード582c、582dに電気的に接続された一対のヒータコネクタ電極590c、590dとの4個が存在する。 Although only one heater connector electrode 590 is shown in FIG. 7, as shown in FIG. There are four heater connector electrodes, a pair of heater connector electrodes 590c and 590d electrically connected to a pair of voltage measurement leads 582c and 582d.

図8に示すように、通電用リード582a、582bとヒータコネクタ電極590a、590bとは、それぞれスルーホール584(図7では1つのみ図示)を介して接続されている。電圧測定用リード582c、582dとヒータコネクタ電極590c、590dとは、センサ素子502の側面及び下面に配設された図示しないリードを介して接続されている。図7に示すように、ヒータ部564は、ヒータコネクタ電極590を介してセンサ素子502の外部と電気的に接続できるようになっている。 As shown in FIG. 8, the energizing leads 582a, 582b and the heater connector electrodes 590a, 590b are connected through through holes 584 (only one is shown in FIG. 7), respectively. The voltage measurement leads 582c, 582d and the heater connector electrodes 590c, 590d are connected via leads (not shown) disposed on the side and bottom surfaces of the sensor element 502. As shown in FIG. 7, the heater section 564 can be electrically connected to the outside of the sensor element 502 via a heater connector electrode 590.

ヒータ絶縁層592は、ヒータ580及びリード部582の上下面に配設されており、ヒータ580及びリード部582と第1基板層530及び第2基板層532とを絶縁する。ヒータ絶縁層592は、例えば、アルミナ等の絶縁体である。 The heater insulating layer 592 is disposed on the upper and lower surfaces of the heater 580 and the lead portion 582, and insulates the heater 580 and the lead portion 582 from the first substrate layer 530 and the second substrate layer 532. The heater insulating layer 592 is, for example, an insulator such as alumina.

図7及び図9に示すように、ポンプ電源504は、ポンプセル560の第1外側電極570と測定電極556との間に制御電圧Vpを印加する。制御電圧Vpによってポンプセル560にポンプ電流Ipが流れることにより、ポンプセル560は内部空所554内の酸素を第1外側電極570の周囲すなわち外部空間に汲み出す。 As shown in FIGS. 7 and 9, the pump power supply 504 applies a control voltage Vp between the first outer electrode 570 of the pump cell 560 and the measurement electrode 556. When the pump current Ip flows through the pump cell 560 due to the control voltage Vp, the pump cell 560 pumps oxygen in the internal cavity 554 to the surroundings of the first outer electrode 570, that is, to the external space.

ポンプ電流取得部510は、ポンプ電流Ipを取得する電流検出回路として構成されている。ポンプ電流取得部510は、図7に示すように、第1外側電極570とポンプ電源504との間に接続されている。ポンプ電流取得部510は、取得したポンプ電流Ipを制御装置520に出力する。 The pump current acquisition unit 510 is configured as a current detection circuit that acquires the pump current Ip. The pump current acquisition unit 510 is connected between the first outer electrode 570 and the pump power source 504, as shown in FIG. Pump current acquisition section 510 outputs the acquired pump current Ip to control device 520.

起電力取得部512は、起電力Veを取得する電圧検出回路として構成されている。起電力取得部512は、図7に示すように、第2外側電極572と基準電極574との間に接続されている。起電力取得部512は、取得した起電力Veを制御装置520に出力する。 The electromotive force acquisition unit 512 is configured as a voltage detection circuit that acquires the electromotive force Ve. The electromotive force acquisition unit 512 is connected between the second outer electrode 572 and the reference electrode 574, as shown in FIG. The electromotive force acquisition unit 512 outputs the acquired electromotive force Ve to the control device 520.

図8に示すように、ヒータ電源514は、ヒータコネクタ電極590a、590b及び通電用リード582a、582bを介してヒータ580と接続されている。ヒータ電源514はヒータ580に電力を供給してヒータ580を発熱させる。ヒータ電源514により、ヒータ580にはヒータ電流Ihが流れる。 As shown in FIG. 8, the heater power source 514 is connected to the heater 580 via heater connector electrodes 590a, 590b and energizing leads 582a, 582b. The heater power supply 514 supplies power to the heater 580 to cause the heater 580 to generate heat. Heater current Ih flows through heater 580 by heater power supply 514 .

ヒータ電流取得部516は、ヒータ電流Ihを取得する電流検出回路として構成されている。ヒータ電流取得部516は、ヒータコネクタ電極590aとヒータ電源514との間に接続されている。ヒータ電流取得部516は、取得したヒータ電流Ihを制御装置520(図9参照)に出力する。 The heater current acquisition section 516 is configured as a current detection circuit that acquires the heater current Ih. Heater current acquisition section 516 is connected between heater connector electrode 590a and heater power source 514. The heater current acquisition unit 516 outputs the acquired heater current Ih to the control device 520 (see FIG. 9).

図8に示すように、ヒータ電圧取得部518は、ヒータ580の両端の電圧(電位差)であるヒータ電圧Vhを取得する電圧検出回路として構成されている。ヒータ電圧取得部518は、ヒータコネクタ電極590c、590dの間に接続されている。ヒータ電圧取得部518は、取得したヒータ電圧Vhを制御装置520(図9参照)に出力する。 As shown in FIG. 8, the heater voltage acquisition unit 518 is configured as a voltage detection circuit that acquires the heater voltage Vh, which is the voltage (potential difference) across the heater 580. Heater voltage acquisition section 518 is connected between heater connector electrodes 590c and 590d. The heater voltage acquisition unit 518 outputs the acquired heater voltage Vh to the control device 520 (see FIG. 9).

図9の表示操作部522は、例えばタッチパネルやボタン等の操作部と、LEDやディスプレイ等の表示部と、を備えており、作業者からの指示を入力したり作業者に情報を出力したりする。 The display/operation unit 522 in FIG. 9 includes an operation unit such as a touch panel or buttons, and a display unit such as an LED or display, and is used to input instructions from the worker and output information to the worker. do.

図9に示すように、制御装置520は、演算部600、記憶部602及び入出力部604等を有する。演算部600は、CPU等を備えるプロセッサを有し、プロセッサが記憶部602に記憶されるプログラムを実行することにより、各種機能を実現する。 As shown in FIG. 9, the control device 520 includes a calculation section 600, a storage section 602, an input/output section 604, and the like. The calculation unit 600 has a processor including a CPU and the like, and realizes various functions by executing a program stored in the storage unit 602 by the processor.

本実施の形態において、演算部600は、少なくともガスセンサ制御部610と、第1特定濃度検出部612Aと、第2特定濃度検出部612Bと、特定濃度決定部614と、異常判定部616として機能する。記憶部602は、ROMとRAM等の記憶装置を含む。なお、制御装置520からの各種制御信号の出力や外部からの各種信号の入力は入出力部604を通じて行われる。 In this embodiment, the calculation unit 600 functions as at least a gas sensor control unit 610, a first specific concentration detection unit 612A, a second specific concentration detection unit 612B, a specific concentration determination unit 614, and an abnormality determination unit 616. . The storage unit 602 includes storage devices such as ROM and RAM. Note that output of various control signals from the control device 520 and input of various signals from the outside are performed through the input/output unit 604.

記憶部602には、例えば後述する特定ガス濃度の検出を行う際に演算部600にて実行される処理プログラムのほか、第1対応関係620A及び第2対応関係620B等が記憶されている。 The storage unit 602 stores a first correspondence relationship 620A, a second correspondence relationship 620B, and the like, in addition to a processing program executed by the calculation unit 600 when detecting a specific gas concentration, which will be described later, for example.

記憶部602に記憶された第1対応関係620Aは、一定の制御電圧Vp下でのポンプ電流Ipと被測定ガス中の特定ガス濃度との対応関係を表す情報である。第2対応関係620Bは、起電力Ve(EMF)と被測定ガス中の特定ガス濃度との対応関係を表す情報である。第1対応関係620A及び第2対応関係620Bは、それぞれ、例えば関係式(例えば一次関数の式)やマップ等の情報を含んでいる。第1対応関係620A及び第2対応関係620Bは、予め実験やシミュレーション等により求めておくことができる。 The first correspondence 620A stored in the storage unit 602 is information representing the correspondence between the pump current Ip and the specific gas concentration in the gas to be measured under a constant control voltage Vp. The second correspondence relationship 620B is information representing the correspondence relationship between the electromotive force Ve (EMF) and the specific gas concentration in the gas to be measured. The first correspondence relationship 620A and the second correspondence relationship 620B each include information such as a relational expression (for example, a linear function expression) and a map. The first correspondence relationship 620A and the second correspondence relationship 620B can be determined in advance through experiments, simulations, or the like.

ガスセンサ制御部610は、ポンプ電流取得部510からのポンプ電流Ip、起電力取得部512からの起電力Ve、ヒータ電流取得部516からのヒータ電流Ih、ヒータ電圧取得部518からのヒータ電圧Vh及び表示操作部522からの操作信号等を入力する。ガスセンサ制御部610は、ポンプ電源504及びヒータ電源514に制御信号を出力してポンプセル560及びヒータ部564を制御したり、表示操作部522に表示信号を出力する。 The gas sensor control unit 610 receives the pump current Ip from the pump current acquisition unit 510, the electromotive force Ve from the electromotive force acquisition unit 512, the heater current Ih from the heater current acquisition unit 516, the heater voltage Vh from the heater voltage acquisition unit 518, and Operation signals and the like from the display operation section 522 are input. Gas sensor control section 610 outputs control signals to pump power source 504 and heater power source 514 to control pump cell 560 and heater section 564, and outputs a display signal to display operation section 522.

こうして構成された基準センサ500の使用例を以下に説明する。先ず、作業者は、基準センサ500のセンサ素子502を図示しない配管に取り付ける。このとき、作業者は、例えばセンサ素子502を図示しない素子封止体によって封入固定することで、配管内のガスがセンサ素子502の前端側に到達可能であり、且つ、後端側は基準ガス(ここでは大気)に晒された状態にする。また、作業者は、特定ガスとベースガス(例えば窒素)とを所定の割合で混合して、所望の特定ガス濃度になるように試験用ガスを、本実施形態に係るモデルガス生成装置102(図2参照)を使って調製する。 An example of how the reference sensor 500 configured in this manner is used will be described below. First, an operator attaches the sensor element 502 of the reference sensor 500 to a pipe (not shown). At this time, the operator can, for example, seal and fix the sensor element 502 with an element sealing body (not shown) so that the gas in the pipe can reach the front end side of the sensor element 502, and the rear end side is connected to the reference gas. (in this case, the atmosphere). In addition, the operator mixes the specific gas and the base gas (for example, nitrogen) at a predetermined ratio, and mixes the test gas to the model gas generation device 102 according to the present embodiment ( (see Figure 2).

その後、この試験用ガスを被測定ガスとして配管内に流す。これにより、センサ素子502の前端側に被測定ガスが到達して、第1外側電極570及び第2外側電極572が被測定ガスに接触する。また、被測定ガスがガス導入口550から被測定ガス流通部に導入されると、被測定ガスは、第1拡散律速部552を通過して内部空所554に到達する。 Thereafter, this test gas is flowed into the pipe as a gas to be measured. As a result, the gas to be measured reaches the front end side of the sensor element 502, and the first outer electrode 570 and the second outer electrode 572 come into contact with the gas to be measured. Furthermore, when the gas to be measured is introduced into the gas-to-be-measured flow section from the gas introduction port 550, the gas to be measured passes through the first diffusion-limiting section 552 and reaches the internal cavity 554.

この場合、モデルガス生成装置102は、上述したように、流量の違うノズルとその系の開閉とその組み合わせで所望の濃度に調整する。すなわち、調整によって、モデルガスの濃度はステップ的に変化する。そのため、基準センサ500は、モデルガスの濃度調整のために使うだけでなく、自己診断のために使うことができる。すなわち、モデルガス生成装置102の日常点検に使ったり、ガスセンサ12の取付チャンバ100からの外気のリークチェック等に使うことができる。基準センサ500が自己診断機能を備えることで、より確実にガス濃度を担保することができる検査装置を提供することができる。 In this case, the model gas generation device 102 adjusts to the desired concentration by opening and closing the nozzles with different flow rates and their systems, as described above. That is, the concentration of the model gas changes stepwise by adjustment. Therefore, the reference sensor 500 can be used not only for adjusting the concentration of the model gas but also for self-diagnosis. That is, it can be used for daily inspection of the model gas generation device 102, for checking leakage of outside air from the mounting chamber 100 of the gas sensor 12, and the like. By providing the reference sensor 500 with a self-diagnosis function, it is possible to provide an inspection device that can ensure gas concentration more reliably.

以下、基準センサ500が特定ガス濃度を検出する際の動作について説明する。
先ず、ヒータ580の温度は、ヒータ580の抵抗値と比例関係にある。そのため、ガスセンサ制御部610は、ヒータ電流Ihとヒータ電圧Vhとに基づく抵抗値を導出し、導出した抵抗値を温度に換算して、上述したヒータ電源514のフィードバック制御を行う。なお、ガスセンサ制御部610は、抵抗値を温度に換算せず、導出した抵抗値が目標抵抗値になるようにフィードバック制御を行ってもよい。こうしても、実質的にはガスセンサ制御部610は、ヒータ580の温度が目標温度になるようにフィードバック制御を行っていることになる。
The operation of the reference sensor 500 when detecting the specific gas concentration will be described below.
First, the temperature of the heater 580 is proportional to the resistance value of the heater 580. Therefore, gas sensor control unit 610 derives a resistance value based on heater current Ih and heater voltage Vh, converts the derived resistance value into temperature, and performs feedback control of heater power supply 514 described above. Note that the gas sensor control unit 610 may perform feedback control so that the derived resistance value becomes the target resistance value without converting the resistance value into temperature. Even in this case, the gas sensor control unit 610 essentially performs feedback control so that the temperature of the heater 580 reaches the target temperature.

ここで、図8に示すように、リード部582は、通電用リード582a及び582bと、通電用リード582a及び582bに並列に接続された電圧測定用リード582c及び582dと、を備えている。そして、ヒータ電圧取得部518は、この電圧測定用リード582c及び582d間の電圧をヒータ電圧Vhとして測定する。そのため、ガスセンサ制御部610は、いわゆる4端子法によりヒータ580の抵抗値を導出することになる。これは、基準センサ500の特徴の1つであり、温度一定制御を正確に行うために実施される。 Here, as shown in FIG. 8, the lead portion 582 includes energizing leads 582a and 582b, and voltage measuring leads 582c and 582d connected in parallel to the energizing leads 582a and 582b. Then, the heater voltage acquisition unit 518 measures the voltage between the voltage measurement leads 582c and 582d as the heater voltage Vh. Therefore, the gas sensor control unit 610 derives the resistance value of the heater 580 using the so-called four-terminal method. This is one of the features of the reference sensor 500, and is implemented in order to accurately perform constant temperature control.

図9に示すように、ガスセンサ制御部610は、ポンプ電源504が第1外側電極570と測定電極556との間に一定の制御電圧Vpを印加するように、ポンプ電源504に制御信号を出力する。この制御電圧Vpと測定電極556の触媒活性とによって、測定電極556の周囲では酸素イオンが発生し、酸素イオンが電子のキャリアとなって固体電解質層(ここでは第2固体電解質層540)内を通過して第1外側電極570に向かうことで、ポンプ電流Ipが流れる。測定電極556の周囲で発生する酸素イオンは、特定ガスがNOxの場合には、内部空所554まで流通してきた被測定ガス中のNOxが還元されて生じる酸素に由来する酸素イオンである。 As shown in FIG. 9, the gas sensor control unit 610 outputs a control signal to the pump power supply 504 so that the pump power supply 504 applies a constant control voltage Vp between the first outer electrode 570 and the measurement electrode 556. . Due to this control voltage Vp and the catalytic activity of the measurement electrode 556, oxygen ions are generated around the measurement electrode 556, and the oxygen ions become carriers of electrons to move inside the solid electrolyte layer (here, the second solid electrolyte layer 540). A pump current Ip flows by passing through and heading toward the first outer electrode 570. When the specific gas is NOx, the oxygen ions generated around the measurement electrode 556 are oxygen ions derived from oxygen generated by reduction of NOx in the gas to be measured that has flowed to the internal space 554.

このように、制御電圧Vpによってポンプ電流Ipを流すことで、特定ガスに由来する酸素が測定電極556の周囲から第1外側電極570の周囲に汲み出される。従って、このポンプ電流Ipは、被測定ガス中の特定ガス濃度に応じた値となる。 In this way, by flowing the pump current Ip using the control voltage Vp, oxygen derived from the specific gas is pumped from around the measurement electrode 556 to around the first outer electrode 570. Therefore, this pump current Ip has a value that corresponds to the specific gas concentration in the gas to be measured.

また、制御電圧Vpは、測定電極556の周囲の酸素濃度が実質的にゼロとなるように、実験により予め定められている。より具体的には、ポンプ電流Ipが限界電流となるような値として、制御電圧Vpが定められている。ポンプ電流Ipが限界電流となるための制御電圧Vpの値は、外部から測定電極556までの被測定ガス流通部の拡散抵抗(ここでは、主に拡散律速部552の拡散抵抗)と、被測定ガス中の特定ガス濃度とに応じて変化する。そのため、この拡散抵抗と、今回調製したい所望の特定ガス濃度とに応じて、予め適切な制御電圧Vpを定めておくことができる。ポンプ電流Ipが限界電流であることで、ポンプ電流Ipは、被測定ガス中の特定ガス濃度に精度良く対応した値になる。第1特定濃度検出部612Aは、ポンプセル560のポンプ電流Ipに基づいて、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する。 Further, the control voltage Vp is determined in advance through experiments so that the oxygen concentration around the measurement electrode 556 becomes substantially zero. More specifically, the control voltage Vp is determined as a value such that the pump current Ip becomes a limiting current. The value of the control voltage Vp for the pump current Ip to reach the limit current is determined by the diffusion resistance of the gas flow part to be measured from the outside to the measurement electrode 556 (here, mainly the diffusion resistance of the diffusion-limiting part 552), It changes depending on the specific gas concentration in the gas. Therefore, an appropriate control voltage Vp can be determined in advance according to this diffusion resistance and the desired specific gas concentration that is desired to be adjusted this time. Since the pump current Ip is a limiting current, the pump current Ip has a value that accurately corresponds to the specific gas concentration in the gas to be measured. The first specific concentration detection unit 612A detects the specific gas concentration in the gas to be measured based on the pump current Ip of the pump cell 560.

ここで、ポンプ電流Ipは、上述したように被測定ガス中の特定ガス濃度に対応した値になっている。そのため、第1特定濃度検出部612Aは、ポンプ電流取得部510から取得したポンプ電流Ipと、第1対応関係620Aと、に基づいて第1特定ガス濃度を検出することができる。検出した第1特定ガス濃度は、例えば入出力部604を介して記憶部602に記憶される。 Here, the pump current Ip has a value corresponding to the specific gas concentration in the gas to be measured, as described above. Therefore, the first specific concentration detection unit 612A can detect the first specific gas concentration based on the pump current Ip acquired from the pump current acquisition unit 510 and the first correspondence relationship 620A. The detected first specific gas concentration is stored in the storage unit 602 via the input/output unit 604, for example.

一方、上述したように第2外側電極572は触媒活性を有する貴金属を含んでいるため、特定ガスがNOxの場合には、センサセル562には第2外側電極572の周囲の被測定ガス中のNOxが還元されて生じる酸素濃度に基づく起電力Veが生じる。従って、起電力Veも、被測定ガス中の特定ガス濃度に対応した値になる。 On the other hand, as described above, since the second outer electrode 572 contains a noble metal having catalytic activity, when the specific gas is NOx, the sensor cell 562 detects NOx in the gas to be measured around the second outer electrode 572. An electromotive force Ve is generated based on the oxygen concentration generated by the reduction of . Therefore, the electromotive force Ve also has a value corresponding to the specific gas concentration in the gas to be measured.

そのため、第2特定濃度検出部612Bは、起電力取得部512から取得した起電力Veと、第2対応関係620Bと、に基づいて特定ガス濃度を検出する。検出した第2特定ガス濃度は、例えば入出力部604を介して記憶部602に記憶される。 Therefore, the second specific concentration detection unit 612B detects the specific gas concentration based on the electromotive force Ve acquired from the electromotive force acquisition unit 512 and the second correspondence relationship 620B. The detected second specific gas concentration is stored in the storage unit 602 via the input/output unit 604, for example.

特定濃度決定部614は、記憶部602に記憶された第1特定ガス濃度と第2特定ガス濃度とから予め設定されたアルゴリズムに従って、特定ガス濃度を決定する。特定濃度決定部614は、例えば第1特定ガス濃度を特定ガス濃度とする、あるいは第2特定ガス濃度を特定ガス濃度とする。 The specific concentration determination unit 614 determines the specific gas concentration from the first specific gas concentration and the second specific gas concentration stored in the storage unit 602 according to a preset algorithm. The specific concentration determination unit 614 sets the first specific gas concentration to the specific gas concentration, or sets the second specific gas concentration to the specific gas concentration, for example.

異常判定部616は、第1特定濃度検出部612A及び第2特定濃度検出部612Bで検出された第1特定ガス濃度及び第2特定ガス濃度の異常の有無を判定する。異常判定部616は、例えば第1特定濃度検出部612A及び第2特定濃度検出部612Bでの処理を1回実行する毎に、異常判定処理を行う。異常判定部616は、先ず、記憶部602に記憶されたポンプ電流Ipに基づく特定ガス濃度と、起電力Veに基づく特定ガス濃度と、をそれぞれ取得する。 The abnormality determination unit 616 determines whether there is an abnormality in the first specific gas concentration and the second specific gas concentration detected by the first specific concentration detection unit 612A and the second specific concentration detection unit 612B. The abnormality determination unit 616 performs abnormality determination processing, for example, each time the first specific concentration detection unit 612A and the second specific concentration detection unit 612B execute the processing once. The abnormality determination unit 616 first obtains a specific gas concentration based on the pump current Ip and a specific gas concentration based on the electromotive force Ve stored in the storage unit 602, respectively.

異常判定部616は、取得した第1特定ガス濃度と第2特定ガス濃度との相違に基づいて、これらの値の少なくとも一方に異常があるか否かを判定する。異常判定部616は、例えば取得した2つの特定ガス濃度の差又は比が所定の閾値より大きい場合に、異常があると判定する。異常判定部616は、異常があると判定すると、特定ガス濃度の値に異常があることを作業者に報知する。例えば表示操作部522に表示信号を出力して、作業者に異常を報知する。これにより、作業者は、今回検出された試験用ガス中の特定ガス濃度の値が正しくない可能性を知ることができる。その後、作業者は、必要に応じて基準センサ500の特定ガス濃度の検出精度を確認し、また、基準センサ500の校正を行う。制御装置520は、作業者に異常を報知すると、特定ガス濃度検出処理を終了する。 The abnormality determination unit 616 determines whether or not there is an abnormality in at least one of these values, based on the difference between the acquired first specific gas concentration and second specific gas concentration. The abnormality determination unit 616 determines that there is an abnormality, for example, when the difference or ratio between the two acquired specific gas concentrations is greater than a predetermined threshold. When determining that there is an abnormality, the abnormality determination unit 616 notifies the operator that there is an abnormality in the specific gas concentration value. For example, a display signal is output to the display operation unit 522 to notify the operator of the abnormality. This allows the operator to know the possibility that the currently detected specific gas concentration value in the test gas is incorrect. Thereafter, the operator checks the detection accuracy of the specific gas concentration of the reference sensor 500 and calibrates the reference sensor 500 as necessary. When the control device 520 notifies the operator of the abnormality, it ends the specific gas concentration detection process.

制御装置520は、特定ガス濃度を検出すると、検出された特定ガス濃度の値を出力する。例えば、制御装置520は、記憶部602に値を出力して記憶させたり、表示操作部522に値を出力して作業者に値を表示させたりする。制御装置520は、異常がなかった場合に、検出された特定ガス濃度の値を出力し、異常があった場合には、特定ガス濃度の値を出力しないようにしてもよい。制御装置520は、異常がなく、検出された特定ガス濃度の値を出力した場合には、特定ガス濃度検出処理を終了する。 When the control device 520 detects the specific gas concentration, it outputs the value of the detected specific gas concentration. For example, the control device 520 outputs the value to the storage unit 602 for storage, or outputs the value to the display operation unit 522 to display the value to the operator. The control device 520 may output the detected specific gas concentration value when there is no abnormality, and may not output the specific gas concentration value when there is an abnormality. If there is no abnormality and the control device 520 outputs the value of the detected specific gas concentration, the control device 520 ends the specific gas concentration detection process.

ここで、試験用ガスは、例えば内燃機関の排ガスと異なり、特定ガス濃度が安定している。そのため、制御装置520は、特定ガス濃度検出処理を少なくとも1回行えばよい。また、制御装置520は、特定ガス濃度検出処理を所定回数実行する毎又は所定時間経過毎等において、所定の異常判定で行ってもよい。但し、制御装置520は、1回の特定ガス濃度検出処理において、異常判定を少なくとも1回行うことが好ましく、特定ガス濃度検出を行う毎に異常判定を行うことがより好ましい。 Here, unlike, for example, exhaust gas from an internal combustion engine, the test gas has a stable specific gas concentration. Therefore, the control device 520 only needs to perform the specific gas concentration detection process at least once. Further, the control device 520 may perform a predetermined abnormality determination every time the specific gas concentration detection process is executed a predetermined number of times or every time a predetermined time elapses. However, it is preferable that the control device 520 performs abnormality determination at least once in one specific gas concentration detection process, and more preferably performs abnormality determination every time specific gas concentration detection is performed.

基準センサ500は、酸素とNOxとの一方しか含まない試験用ガスを被測定ガスとして想定しているため、酸素とNOxとの分離を行う必要がない。このことを利用して、基準センサ500では、複数のフィードバック制御を行わず、単に一定の制御電圧Vpをポンプセル560に印加してポンプ電流Ipを流すようにしている。そのため、基準センサ500では、フィードバック制御の不安定さに起因する検出精度の低下は生じない。また、基準センサ500では、ポンプ電流Ipが限界電流となるような値として、制御電圧Vpが定められている。 Since the reference sensor 500 assumes that the test gas containing only one of oxygen and NOx is the gas to be measured, there is no need to separate oxygen and NOx. Taking advantage of this fact, the reference sensor 500 does not perform multiple feedback controls and simply applies a constant control voltage Vp to the pump cell 560 to cause the pump current Ip to flow. Therefore, in the reference sensor 500, a decrease in detection accuracy due to instability of feedback control does not occur. Further, in the reference sensor 500, the control voltage Vp is determined as a value such that the pump current Ip becomes a limit current.

ここで、図12は、制御電圧Vpとポンプ電流Ipとの関係を示す説明図である。例えば、ポンプ電流Ipが限界電流(図12の値b)となるように制御電圧Vpの値(図12の値a)を適切に定めておけば、ポンプ電流Ipは被測定ガス流通部が付与する拡散抵抗及び特定ガス濃度に基づく値となる。 Here, FIG. 12 is an explanatory diagram showing the relationship between the control voltage Vp and the pump current Ip. For example, if the value of the control voltage Vp (value a in FIG. 12) is appropriately determined so that the pump current Ip becomes the limit current (value b in FIG. The value is based on the diffusion resistance and specific gas concentration.

また、使用に伴って基準センサ500の第1外側電極570及び測定電極556の貴金属が酸化して触媒活性が変化した場合を考える。この場合、制御電圧Vpとポンプ電流Ipとの関係は、図12の一点鎖線のようにポンプ電流Ipが限界電流になるまでの立ち上がり部分は変化するが、限界電流の値(図12では値b)自体は変化しにくい。 Also, consider a case where the noble metals of the first outer electrode 570 and the measurement electrode 556 of the reference sensor 500 are oxidized and the catalytic activity changes with use. In this case, the relationship between the control voltage Vp and the pump current Ip is such that, as shown by the dashed line in FIG. ) itself is difficult to change.

そのため、このように安定してポンプ電流Ipが限界電流になるような範囲(例えば図12の領域R)内で制御電圧Vpを定めておけば、基準センサ500の使用に伴ってポンプ電流Ipが特定ガス濃度に対応する正しい値からずれにくい。 Therefore, if the control voltage Vp is determined within a range (for example, region R in FIG. 12) in which the pump current Ip stably reaches the limit current, the pump current Ip will increase as the reference sensor 500 is used. Hard to deviate from the correct value corresponding to a specific gas concentration.

以上のように、基準センサ500では、ポンプセル560の制御にフィードバック制御を用いていないこと、及びポンプ電流Ipが限界電流になるように制御電圧Vpを定めていることにより、特定ガス濃度に精度良く対応するポンプ電流Ipを得ることができる。 As described above, in the reference sensor 500, by not using feedback control to control the pump cell 560 and by determining the control voltage Vp so that the pump current Ip becomes the limit current, the reference sensor 500 can accurately control the specific gas concentration. A corresponding pump current Ip can be obtained.

[第2実施例]
以下に、ガスセンサを具体的に作製し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。
[Second example]
An example in which a gas sensor was specifically manufactured will be described below as an example. Note that the present invention is not limited to the following examples.

先ず、モデルガス生成手段として、図2に示すように、本実施形態に係るモデルガス生成装置102を使用した。 First, as shown in FIG. 2, a model gas generation device 102 according to the present embodiment was used as a model gas generation means.

[実施例2]
実施例2として、チャンバ100(図2参照)に1本の基準センサ500を装着した。基準センサ500は、以下のようにして作製した。すなわち、図7~図10A及び図11Aに示したセンサ素子502を作製し、図9に示すようにセンサ素子502及び制御装置520と、ポンプ電源504及びヒータ電源514と、ポンプ電流取得部510、起電力取得部512、ヒータ電流取得部516及びヒータ電圧取得部518と、表示操作部522とを接続して基準センサ500を作製した。
[Example 2]
As Example 2, one reference sensor 500 was installed in the chamber 100 (see FIG. 2). The reference sensor 500 was manufactured as follows. That is, the sensor element 502 shown in FIGS. 7 to 10A and FIG. 11A is manufactured, and as shown in FIG. The reference sensor 500 was manufactured by connecting the electromotive force acquisition section 512, the heater current acquisition section 516, the heater voltage acquisition section 518, and the display operation section 522.

センサ素子502は、以下のように作製した。先ず、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分散剤と可塑剤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孔、内部空所554及び基準ガス導入空間558に対応する孔、スルーホール584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やヒータ部564を形成するための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502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502を得た。第1外側電極570、第2外側電極572、測定電極556及び基準電極574を形成するための導電性ペーストは、Pt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。 The sensor element 502 was manufactured as follows. First, six ceramic green sheets were prepared by tape-molding a mixture of zirconia particles to which 4 mol % of yttria as a stabilizer had been added, an organic binder, a dispersant, a plasticizer, and an organic solvent. A plurality of sheet holes used for positioning during printing and lamination, holes corresponding to the internal space 554 and reference gas introduction space 558, through holes 584, etc. were formed in advance in this green sheet. Furthermore, a paste pattern for forming each electrode and heater section 564 was printed on each green sheet. Then, six green sheets were stacked in a predetermined order and pressed together under predetermined temperature and pressure conditions. An unfired laminate having the size of the sensor element 502 was cut from the crimped body thus obtained. Then, the cut out unfired laminate was fired to obtain a sensor element 502. A conductive paste for forming the first outer electrode 570, the second outer electrode 572, the measurement electrode 556, and the reference electrode 574 was prepared by mixing Pt, zirconia powder, and a binder.

[比較例2]
比較例2として、ガス分析計(株式会社ベスト測器製、Bex-1003NH)を使用した。
[Comparative example 2]
As Comparative Example 2, a gas analyzer (Bex-1003NH, manufactured by Best Sokki Co., Ltd.) was used.

[評価試験]
実施例2及び比較例2の検出精度を比較した。先ず、ベースガスが窒素であり、NO濃度が既知であり、酸素を含まないガスを用意して、試験用ガスとした。この試験用ガスのNO濃度を、実施例2及び比較例2でそれぞれ100回測定した。実施例2のNO濃度は、ポンプ電流Ipに基づく値とした。毎回の測定のタイミングは、比較例2のガス分析計で定められた校正タイミング(4時間毎)の直前とした。すなわち、比較例2では、時間の経過に伴って適切に校正タイミングで校正を行いつつ、校正を行う直前の最も検出精度が低下しやすいタイミングでの特定ガス濃度の測定を、100回行った。1回の測定に要する時間(試験用ガスを流す時間)は実施例2及び比較例2共に約15分である。また、1回目の測定から100回目の測定までの経過時間は、約850時間である。この850時間のうち、実施例2の基準センサ500が駆動し、試験用ガスに晒されていた時間は、約15分×100回=約25時間である。比較例2についても同様である。
[Evaluation test]
The detection accuracy of Example 2 and Comparative Example 2 was compared. First, a gas with a base gas of nitrogen, a known NO concentration, and no oxygen was prepared and used as a test gas. The NO concentration of this test gas was measured 100 times in each of Example 2 and Comparative Example 2. The NO concentration in Example 2 was a value based on the pump current Ip. The timing of each measurement was immediately before the calibration timing (every 4 hours) determined by the gas analyzer of Comparative Example 2. That is, in Comparative Example 2, the specific gas concentration was measured 100 times at the timing when the detection accuracy is most likely to decrease immediately before the calibration, while performing calibration at appropriate calibration timings as time passes. The time required for one measurement (the time for flowing the test gas) is about 15 minutes in both Example 2 and Comparative Example 2. Further, the elapsed time from the first measurement to the 100th measurement was about 850 hours. Of these 850 hours, the time during which the reference sensor 500 of Example 2 was driven and exposed to the test gas was approximately 15 minutes x 100 times = approximately 25 hours. The same applies to Comparative Example 2.

図13は、試験用ガスの実濃度(NO濃度:500ppm)を、実施例2のガスセンサが検出した測定回数毎のNO濃度(「×」参照)と、比較例2のガスセンサが検出した測定回数毎のNO濃度(「---」参照)との関係を示すグラフである。図14は、図13の結果に基づく、実施例2の測定ばらつき(「×」参照)と、比較例2の測定ばらつき(「---」参照)との関係を示すグラフである。 Figure 13 shows the actual concentration of the test gas (NO concentration: 500 ppm), the NO concentration for each number of measurements detected by the gas sensor of Example 2 (see "x"), and the number of measurements detected by the gas sensor of Comparative Example 2. 12 is a graph showing the relationship between NO concentration (see "---") at FIG. 14 is a graph showing the relationship between the measurement variation of Example 2 (see "x") and the measurement variation of Comparative Example 2 (see "---") based on the results of FIG. 13.

図13及び図14に示すように、比較例2は、実施例2と比して、全般的に測定ばらつきが大きく、最大値が506.9、最小値が494.1、二乗平均平方根が約2.32であった。これに対して、実施例2は、全般的に測定ばらつきが小さく、最大値が501.3、最小値が498.7、二乗平均平方根が約0.71であり、全般的に測定ばらつきが小さかった。 As shown in FIGS. 13 and 14, Comparative Example 2 has larger measurement variations overall than Example 2, with a maximum value of 506.9, a minimum value of 494.1, and a root mean square value of approximately It was 2.32. On the other hand, in Example 2, the measurement variation was generally small, with a maximum value of 501.3, a minimum value of 498.7, and a root mean square of approximately 0.71. Ta.

図13及び図14並びに上述した事項から、実施例2は、比較例2と比べて、測定回数1~100回のいずれの測定期間においても、実濃度(500ppm)からのずれ割合が小さかった。すなわち、実施例2は、最大値、最小値、二乗平均平方根のいずれも、比較例2と比べて0%に近かった。実施例2の基準センサ500は、比較例2のガス分析計と比べて常に検出精度が高い傾向にあった。また、比較例2の実濃度からのずれ割合は、上述した通り、定期的な校正を行う場合の校正直前の状態での値であり、定期的な校正を行っていても、この程度の検出精度の低下はあり得ることがわかる。これに対し、実施例2の基準センサ500は、100回の測定期間中には校正を行っていないにも関わらず、比較例2(ガス分析計の校正直前の状態)よりも検出精度が高い傾向にあった。また、実施例2の基準センサ500では、測定回数が増えることによる検出精度の低下はみられず、長期に亘って測定精度が維持されていた。 From FIGS. 13 and 14 and the above-mentioned matters, in Example 2, compared to Comparative Example 2, the deviation ratio from the actual concentration (500 ppm) was smaller in any measurement period from 1 to 100 measurements. That is, in Example 2, the maximum value, minimum value, and root mean square were all close to 0% compared to Comparative Example 2. The reference sensor 500 of Example 2 always tended to have higher detection accuracy than the gas analyzer of Comparative Example 2. In addition, as mentioned above, the deviation ratio from the actual concentration in Comparative Example 2 is the value before calibration when regular calibration is performed, and even if regular calibration is performed, this level of detection It can be seen that a decrease in accuracy is possible. On the other hand, the reference sensor 500 of Example 2 has higher detection accuracy than Comparative Example 2 (state before calibration of the gas analyzer) despite not being calibrated during the 100 measurement period. It was a trend. Further, in the reference sensor 500 of Example 2, no decrease in detection accuracy due to an increase in the number of measurements was observed, and the measurement accuracy was maintained over a long period of time.

[実施の形態から得られる発明]
上記実施の形態から把握しうる発明について、以下に記載する。
[Invention obtained from embodiment]
The invention that can be understood from the above embodiments will be described below.

[1] 本実施形態に係るガスセンサの検査装置10は、少なくとも1つのセンサ素子14が装着されるチャンバ100と、チャンバ100に所定の検査用ガスを供給するガス供給手段102と、を有し、ガス供給手段102は、複数のガス供給源(104A、104B、104C)と、各ガス供給源(104A、104B、104C)に対応して接続された複数の開閉器(第1開閉器106a~106d、第2開閉器108a~108d、第3開閉器110a~110d)と、各ガス供給源(104A、104B、104C)に対応して接続され、それぞれ流量が異なる複数の流量固定ノズル(第1流量固定ノズル112a~112d、第2流量固定ノズル114a~114d、第3流量固定ノズル116a~116d)と、複数の流量固定ノズルからの複数種のガスを混合する混合器120と、を有する。 [1] The gas sensor inspection device 10 according to the present embodiment includes a chamber 100 in which at least one sensor element 14 is mounted, and a gas supply means 102 that supplies a predetermined inspection gas to the chamber 100. The gas supply means 102 includes a plurality of gas supply sources (104A, 104B, 104C) and a plurality of switches (first switches 106a to 106d) connected correspondingly to each gas supply source (104A, 104B, 104C). , second switches 108a to 108d, third switches 110a to 110d) and a plurality of fixed flow rate nozzles (first flow rate fixed nozzles 112a to 112d, second fixed flow rate nozzles 114a to 114d, and third fixed flow rate nozzles 116a to 116d), and a mixer 120 that mixes a plurality of types of gas from the plurality of fixed flow rate nozzles.

従来、モデルガス生成装置は、複数のガスを、それぞれの配管に繋いだ流量調整器(例えばマスフローコントローラ)のバランスを調整して任意の濃度の混合ガスを作るようにしていた。しかし、混合ガスのガス濃度のばらつきは、流量調整器の精度に依存し、流量調整器は流量を可変するため、制御誤差も乗るという問題があった。 Conventionally, a model gas generation device has been designed to create a mixed gas of an arbitrary concentration by adjusting the balance of a flow rate regulator (for example, a mass flow controller) that connects a plurality of gases to respective pipes. However, variations in the gas concentration of the mixed gas depend on the accuracy of the flow rate regulator, and since the flow rate regulator varies the flow rate, there is a problem in that control errors also occur.

これに対して、本実施形態に係る検査装置10は、流量制御の際に誤差が生じる流量調整器に代えて、それぞれ流量が異なる複数の流量固定ノズルを使用し、さらに、複数の流量固定ノズルに対して選択的にガスを供給する開閉器を接続するようにしている。その結果、流量固定ノズルを通過する際の精度誤差は小さく、精度上のばらつきはほとんどない。また、それぞれ流量が異なる複数の流量固定ノズルを使用するため、適宜組み合わせることで、任意のガス濃度に混合することができる。 In contrast, the inspection device 10 according to the present embodiment uses a plurality of fixed flow rate nozzles each having a different flow rate instead of a flow rate regulator that causes an error during flow rate control, and further uses a plurality of fixed flow rate nozzles with different flow rates. A switch is connected to selectively supply gas. As a result, the accuracy error when passing through the fixed flow rate nozzle is small, and there is almost no variation in accuracy. Further, since a plurality of fixed flow rate nozzles each having a different flow rate are used, by appropriately combining them, it is possible to mix the gases to an arbitrary concentration.

[2] 本実施形態において、各ガス供給源(104A、104B、104C)に対応して、複数の開閉器(第1開閉器106a~106d、第2開閉器108a~108d、第3開閉器110a~110d)の後段に複数の流量固定ノズル(第1流量固定ノズル112a~112d、第2流量固定ノズル114a~114d、第3流量固定ノズル116a~116d)が接続されている。 [2] In the present embodiment, a plurality of switches (first switches 106a to 106d, second switches 108a to 108d, and third switch 110a) correspond to each gas supply source (104A, 104B, 104C). - 110d), a plurality of fixed flow rate nozzles (first fixed flow rate nozzles 112a to 112d, second fixed flow rate nozzles 114a to 114d, and third fixed flow rate nozzles 116a to 116d) are connected.

これにより、ガス供給源からのガスを必要な流量固定ノズルのみに供給することができるため、ガス供給の効率化を図ることができる。なお、例えば各流量固定ノズルの後段にそれぞれ開閉弁を設置した場合、すべての流量固定ノズルにガスが供給された後に、閉動作された開閉弁のみを通じて後段に流れるため、ガスを余分に流す必要があり、効率的ではない。 Thereby, the gas from the gas supply source can be supplied only to the necessary fixed flow rate nozzles, so it is possible to improve the efficiency of gas supply. For example, if an on-off valve is installed after each fixed-flow nozzle, after gas has been supplied to all the fixed-flow nozzles, it will flow to the next stage only through the closed on-off valve, so there is no need to flow extra gas. , and it is not efficient.

[3] 本実施形態において、混合器120とチャンバ100との間に接続された流量固定ノズル122を有する。これにより、混合器120から出力されるガスの流量を、一旦、流量固定ノズル122にて固定することができるため、チャンバ100に供給される検査用ガスの濃度安定化を迅速にすることができる。 [3] This embodiment includes a fixed flow rate nozzle 122 connected between the mixer 120 and the chamber 100. As a result, the flow rate of the gas output from the mixer 120 can be temporarily fixed at the flow rate fixing nozzle 122, so that the concentration of the test gas supplied to the chamber 100 can be quickly stabilized. .

[4] 本実施形態において、流量固定ノズルが臨界ノズルである。流量固定ノズルとして、臨界ノズルを使用することで、高い流量精度を得ることができる。 [4] In this embodiment, the fixed flow rate nozzle is a critical nozzle. By using a critical nozzle as a fixed flow rate nozzle, high flow rate accuracy can be obtained.

[5] 本実施形態に係るガスセンサの検査方法は、少なくとも1つのセンサ素子14が装着されるチャンバ100に所定の検査用ガスを供給してガスセンサ12の検査を実施するガスセンサの検査方法において、複数のガス供給源(104A、104B、104C)からそれぞれ出力された複数のガスを、各ガス供給源(104A、104B、104C)に対応して接続された複数の開閉器(第1開閉器106a~106d、第2開閉器108a~108d、第3開閉器110a~110d)に送るステップと、複数の開閉器からの複数のガスを、各ガス供給源(104A、104B、104C)に対応して接続され、それぞれ流量が異なる複数の流量固定ノズル(第1流量固定ノズル112a~112d、第2流量固定ノズル114a~114d、第3流量固定ノズル116a~116d)に送るステップと、複数の流量固定ノズルからの複数のガスを混合器120で混合するステップと、混合器120からの混合ガスをチャンバ100に供給するステップとを有する。 [5] The gas sensor testing method according to the present embodiment is a gas sensor testing method in which the gas sensor 12 is tested by supplying a predetermined testing gas to the chamber 100 in which at least one sensor element 14 is installed. A plurality of gases outputted from the respective gas supply sources (104A, 104B, 104C) are connected to a plurality of switches (first switches 106a to 104C) corresponding to each gas supply source (104A, 104B, 104C). 106d, second switches 108a to 108d, third switches 110a to 110d), and connecting a plurality of gases from the plurality of switches in correspondence to each gas supply source (104A, 104B, 104C). and sending it to a plurality of fixed flow rate nozzles (first fixed flow rate nozzles 112a to 112d, second fixed flow rate nozzles 114a to 114d, and third fixed flow rate nozzles 116a to 116d), each having a different flow rate, and from the plurality of fixed flow rate nozzles. The method includes a step of mixing a plurality of gases in a mixer 120, and a step of supplying the mixed gas from the mixer 120 to the chamber 100.

[6] 本実施形態において、混合器120からの混合ガスを1つの流量固定ノズル122に送るステップと、1つの流量固定ノズル122からの混合ガスをチャンバ100に送るステップとを有する。 [6] This embodiment includes a step of sending the mixed gas from the mixer 120 to one fixed flow rate nozzle 122, and a step of sending the mixed gas from one fixed flow rate nozzle 122 to the chamber 100.

[7] 本実施形態において、上述した流量固定ノズル122がそれぞれ臨界ノズルである。臨界ノズルは、それぞれ個別の流量(ガス濃度)となるように、管内の絞り部分が加工されているため、高い流量精度を得ることができる。 [7] In this embodiment, each of the above-described fixed flow rate nozzles 122 is a critical nozzle. In the critical nozzle, the constricted portion inside the pipe is machined so that each flow rate (gas concentration) is individual, so that high flow rate accuracy can be obtained.

ところで、NOxセンサ、Oセンサの製造工程では製品の感度の性能を検査するための工程があり、検査のためのガス濃度を担保するためには基準が必要である。基準にはガス分析計や標準NOxセンサが使われる。その原理は、赤外線吸収法(NDIR/FTIR)、化学発光法(CLD)を利用した装置がある。 By the way, in the manufacturing process of NOx sensors and O 2 sensors, there is a process for inspecting the sensitivity performance of the products, and standards are required to ensure the gas concentration for inspection. A gas analyzer or standard NOx sensor is used as a reference. As for the principle, there are devices using infrared absorption method (NDIR/FTIR) and chemiluminescence method (CLD).

一般に、測定精度を維持するために、スパンガス(基準ガス)を用いて数時間毎のキャリブレーションをしながら運用する必要がある。また、NOxセンサ、Oセンサを使った計測器を基準とすることもある。これらセンサの電極には白金及び白金に微量な物質を添加した触媒金属が使われる。例えばNOxセンサの場合、触媒電極は触媒反応を使ってOとNに分解し、そのO濃度からNO濃度を測定している。触媒性電極の電極材料として使われているPtやRhがOに曝されると、PtO、PtOやRhOが作られ、それらはPtやRhに比べ低温で蒸発する。また、PtやRhが酸化されると、触媒反応性が悪化し、ガスの分解力が低下し、その結果、センサ感度が低下するため、定期的なキャリブレーションが必要となる。 Generally, in order to maintain measurement accuracy, it is necessary to perform calibration every few hours using a span gas (reference gas). Additionally, measuring instruments using NOx sensors and O 2 sensors may be used as standards. The electrodes of these sensors use platinum or a catalytic metal made by adding a small amount of a substance to platinum. For example, in the case of a NOx sensor, a catalytic electrode decomposes O 2 and N 2 using a catalytic reaction, and the NO concentration is measured from the O 2 concentration. When Pt and Rh, which are used as electrode materials for catalytic electrodes, are exposed to O 2 , PtO, PtO 2 and RhO are produced, which evaporate at lower temperatures than Pt and Rh. Furthermore, when Pt or Rh is oxidized, the catalytic reactivity deteriorates, the gas decomposition power decreases, and as a result, the sensor sensitivity decreases, so periodic calibration is required.

また、センサは、温度コントロールが重要であるが、センサのヒータ部にはヒータ駆動のための2端子か、さらにヒータのリード部の電圧降下をモニタするための1端子を追加した3端子が使われている。しかし、センサ検出部とセンサコントローラ部のコネクタ部の接点抵抗等の影響を受け、温度制御の狂いや、センサ素子の温度が変化し、その結果、センサの出力がばらつくことがある。 Temperature control is important for sensors, and the heater section of the sensor uses either two terminals for driving the heater, or three terminals with an additional terminal for monitoring the voltage drop in the heater lead section. It is being said. However, due to the influence of the contact resistance of the connector section between the sensor detection section and the sensor controller section, temperature control may be disrupted and the temperature of the sensor element may change, resulting in variations in the output of the sensor.

さらに、従来のNOxセンサは数100~約10ppmの濃度測定を実現するためには、3つの空室を持ち、第1の部屋でNOの分離、測定部である第3空室は10e-9以下の低濃度にする必要がある。そのため、第2、第3室の空室濃度相当の電圧V1、V2及び第2室から汲み出す電流Ip1の3つのパラメータを同時に一定制御する必要がある。しかし、その制御がずれると、最終出力である電流Ip2の大きさが変化し、その結果、センサのNO出力がばらつくことがある。 Furthermore, in order to measure the concentration of several hundred to about 10 ppm, the conventional NOx sensor has three empty chambers . It is necessary to keep the concentration as low as below. Therefore, it is necessary to simultaneously and constantly control three parameters: the voltages V1 and V2 corresponding to the vacancy concentration of the second and third chambers, and the current Ip1 pumped from the second chamber. However, if the control is deviated, the magnitude of the current Ip2, which is the final output, changes, and as a result, the NO output of the sensor may vary.

これらの問題を解決するために、下記[8]以降の構成を採用することが好ましい。 In order to solve these problems, it is preferable to adopt the configuration from [8] below.

[8] すなわち、本実施形態において、上述したガスセンサの検査装置10に使用され、酸素及びNOxのいずれか一方を特定ガスとし、他方を含まず該特定ガスとベースガスとを含む試験用ガスを被測定ガスとして、該被測定ガス中の該特定ガスの濃度である特定ガス濃度を検出する基準センサ500であって、酸素イオン伝導性の固体電解質からなる構造体542を有するセンサ素子502と、センサ素子502へのガスの導入部に拡散を律速させるための拡散律速部552と、構造体542に形成され、被測定ガスが導入されるガス導入口550と、ガス導入口550に連通した主空室(内部空所554)と、被測定ガスと接触するように構造体542の外側に配設され、触媒活性を有する貴金属を含む第1外側電極570と、被測定ガスと接触するように構造体542の外側に配設され、触媒活性を有する貴金属を含む第2外側電極572と、主空室554の内部に配設され、触媒活性を有する貴金属を含む測定電極556と、構造体542に形成され、基準ガスが導入される基準ガス導入空間558と、基準ガス導入空間558に形成された基準電極574と、第1外側電極570と測定電極556間への一定電圧Vpの印加によって、第1外側電極570と測定電極556間に流れる限界電流Ipに基づいて特定ガスの濃度を検出する第1特定濃度検出部612Aと、第2外側電極572と基準電極574との間の濃度差によるネルンスト起電力に基づいて特定ガスの濃度を検出する第2特定濃度検出部612Bと、を有する。 [8] That is, in the present embodiment, a test gas that is used in the gas sensor inspection device 10 described above, uses either oxygen or NOx as a specific gas, and contains the specific gas and the base gas without containing the other. A sensor element 502 that is a reference sensor 500 that detects a specific gas concentration, which is the concentration of the specific gas in the measured gas, as a measured gas, and has a structure 542 made of an oxygen ion conductive solid electrolyte; A diffusion rate-limiting part 552 for rate-limiting diffusion at the gas introduction part to the sensor element 502, a gas introduction port 550 formed in the structure 542 and into which the gas to be measured is introduced, and a main gas introduction port 550 communicating with the gas introduction port 550. a cavity (internal cavity 554), a first outer electrode 570 that is disposed on the outside of the structure 542 so as to be in contact with the gas to be measured and includes a noble metal having catalytic activity, and a first outer electrode 570 that is in contact with the gas to be measured. a second outer electrode 572 disposed outside the structure 542 and containing a catalytically active noble metal; a measurement electrode 556 disposed inside the main cavity 554 and containing a catalytically active noble metal; By applying a constant voltage Vp between the reference gas introduction space 558 formed in the reference gas introduction space 558 into which the reference gas is introduced, the reference electrode 574 formed in the reference gas introduction space 558, the first outer electrode 570, and the measurement electrode 556, Based on the concentration difference between the first specific concentration detection section 612A that detects the concentration of the specific gas based on the limiting current Ip flowing between the first outer electrode 570 and the measurement electrode 556, and the second outer electrode 572 and the reference electrode 574. It has a second specific concentration detection section 612B that detects the concentration of the specific gas based on the Nernst electromotive force.

すなわち、以下の(1)~(3)を採用する。
(1)触媒の反応性の変化を受けない測定原理を使う。
(2)ヒータを正確に制御するために、コネクタ等、接触抵抗の影響を受けない接続法を使う。
(3)複雑な制御を使わない。
That is, the following (1) to (3) are adopted.
(1) Use a measurement principle that is not affected by changes in catalyst reactivity.
(2) To accurately control the heater, use a connection method that is not affected by contact resistance, such as a connector.
(3) Avoid using complicated controls.

上記(1)は、センサ素子502のガス導入部に拡散を律速させるための拡散層を設け、限界電流特性を使い、検出部に固定の電圧Vpを印加したときの電流Ipを測定する。その電流Ipは、拡散抵抗とのみ関係があるため、触媒劣化による反応抵抗の影響を受けにくい。 In (1) above, a diffusion layer is provided in the gas introduction part of the sensor element 502 to control the rate of diffusion, and the current Ip is measured using the limiting current characteristic when a fixed voltage Vp is applied to the detection part. Since the current Ip is related only to the diffusion resistance, it is not easily affected by reaction resistance due to catalyst deterioration.

上記(2)は、ヒータを正確に制御するために、電流端子と電圧端子を分けた4端子を使う(図8参照)。電圧端子には電流が流れないため、コネクタ部の接触抵抗の影響を受けずに測定できるため、ヒータ部分の電圧を正確に把握することができる。これにより、正確な温度制御を実施することができる。 In (2) above, in order to accurately control the heater, four terminals with separate current and voltage terminals are used (see FIG. 8). Since no current flows through the voltage terminals, measurements can be made without being affected by the contact resistance of the connector, making it possible to accurately determine the voltage at the heater. This allows accurate temperature control to be performed.

上記(3)は、一定電圧Vpを印加するだけの最小の制御とすることで、制御不安定による出力ばらつきをなくすことができる。 In the case of (3) above, output variations due to unstable control can be eliminated by performing the minimum control of only applying a constant voltage Vp.

[9] 本実施形態において、第1特定濃度検出部612Aの出力と、第2特定濃度検出部612Bの出力をモニタして、異常の有無をモニタする自己診断部(異常判定部616)を有する。例えば第1特定濃度検出部612Aの出力と第2特定濃度検出部612Bの出力との差が、予め設定した正常範囲を超えている場合に、異常が起こったとして知らせることができる。 [9] The present embodiment includes a self-diagnosis unit (abnormality determination unit 616) that monitors the output of the first specific concentration detection unit 612A and the output of the second specific concentration detection unit 612B to monitor the presence or absence of an abnormality. . For example, if the difference between the output of the first specific concentration detection section 612A and the output of the second specific concentration detection section 612B exceeds a preset normal range, it can be reported that an abnormality has occurred.

[10] 本実施形態において、構造体542に形成されたヒータ部564を有し、ヒータ部564は、2つの通電用リード582a、582bと、2つの電圧測定用リード582c、582dとを有する。すなわち、電流端子と電圧端子を分けた4端子を使う。電圧端子には電流が流れないため、コネクタ部の接触抵抗の影響を受けずに測定できるため、ヒータ部分の電圧を正確に把握することができ、正確な温度制御を行うことができる。 [10] In this embodiment, the structure 542 has a heater section 564, and the heater section 564 has two current supply leads 582a and 582b and two voltage measurement leads 582c and 582d. That is, four terminals are used, with the current terminal and voltage terminal separated. Since no current flows through the voltage terminals, measurements can be made without being affected by the contact resistance of the connector, making it possible to accurately determine the voltage at the heater and perform accurate temperature control.

[11] 本実施形態において、第2外側電極572は、第1外側電極570よりも面積が小さい。ここで、第2外側電極572は、起電力Veの測定に用いられ、電流はほとんど流れないため、面積を小さくしても貴金属の酸化や揮発による触媒活性の変化が生じにくい。面積を小さくすることで、第2外側電極572内の温度分布が生じにくい、すなわち、第2外側電極572の内部で温度が均一化しやすいから、起電力Veと特定ガス濃度との対応関係が変化しにくい。従って、特定ガス濃度の検出精度が低下しにくい効果と、検出された特定ガス濃度の異常判定の精度が高まる効果との少なくとも一方の効果を得ることができる。ここで、第1外側電極570の面積は、構造体542のうち第1外側電極570が配設された面に垂直な方向から見たときの面積とする。第2外側電極572の面積は、構造体542のうち第2外側電極572が配設された面に垂直な方向から見たときの面積とする。 [11] In this embodiment, the second outer electrode 572 has a smaller area than the first outer electrode 570. Here, the second outer electrode 572 is used to measure the electromotive force Ve, and since almost no current flows therethrough, even if the area is reduced, changes in catalyst activity due to oxidation or volatilization of the noble metal are unlikely to occur. By reducing the area, temperature distribution within the second outer electrode 572 is less likely to occur, that is, the temperature is more likely to be uniform within the second outer electrode 572, so the correspondence relationship between the electromotive force Ve and the specific gas concentration changes. It's hard to do. Therefore, it is possible to obtain at least one of the following effects: the detection accuracy of the specific gas concentration is less likely to deteriorate, and the accuracy of abnormality determination of the detected specific gas concentration is increased. Here, the area of the first outer electrode 570 is the area of the structure 542 when viewed from a direction perpendicular to the surface on which the first outer electrode 570 is disposed. The area of the second outer electrode 572 is the area of the structure 542 when viewed from a direction perpendicular to the surface on which the second outer electrode 572 is disposed.

[12] 本実施形態において、第1外側電極570と第2外側電極572は、この順番で、構造体542の奥行方向に配列されてもよい。 [12] In this embodiment, the first outer electrode 570 and the second outer electrode 572 may be arranged in this order in the depth direction of the structure 542.

[13] 本実施形態において、第1外側電極570は、第2外側電極572と対向する部分に凹部576を有し、第2外側電極572は、凹部576内に形成されている。第1外側電極570と第2外側電極572とが互いに近い位置に配設されて互いの温度差が生じにくい。従って、検出された特定ガス濃度の異常判定の精度が高まる。 [13] In this embodiment, the first outer electrode 570 has a recess 576 in a portion facing the second outer electrode 572, and the second outer electrode 572 is formed within the recess 576. The first outer electrode 570 and the second outer electrode 572 are disposed close to each other, so that a temperature difference between them is unlikely to occur. Therefore, the accuracy of abnormality determination of the detected specific gas concentration increases.

[14] 本実施形態において、第1外側電極570と第2外側電極572は、構造体542の幅方向に配列されている。この場合も、第1外側電極570と第2外側電極572との間に温度差が生じにくい。従って、検出された特定ガス濃度の異常判定の精度が高まる。 [14] In this embodiment, the first outer electrode 570 and the second outer electrode 572 are arranged in the width direction of the structure 542. Also in this case, a temperature difference is unlikely to occur between the first outer electrode 570 and the second outer electrode 572. Therefore, the accuracy of abnormality determination of the detected specific gas concentration increases.

[15] 本実施形態において、拡散律速部552は、ガス導入口550の上部と対向する部分並びに下部と対向する部分にそれぞれスリットを有する。すなわち、ガス導入口550の上部に形成されたスリットと、ガス導入口550の下部に形成されたスリットにて拡散律速部552を構成することができる。 [15] In the present embodiment, the diffusion rate controlling section 552 has slits in a portion facing the upper portion and a portion facing the lower portion of the gas inlet 550, respectively. That is, the slit formed at the upper part of the gas introduction port 550 and the slit formed at the lower part of the gas introduction port 550 can constitute the diffusion rate controlling part 552.

[16] 本実施形態において、拡散律速部552aは、多孔質層にて構成されている。この場合、拡散律速部552aの前面がガス導入口550を構成する。 [16] In this embodiment, the diffusion-limiting section 552a is formed of a porous layer. In this case, the front surface of the diffusion-limiting portion 552a constitutes the gas inlet 550.

本発明についての好適な実施形態を上述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

なお、本発明の実施に当たっては、本発明の思想を損なわない範囲で自動車用部品としての信頼性向上のための諸手段が付加されてもよい。 In carrying out the present invention, various means for improving reliability as an automobile part may be added to the extent that the idea of the present invention is not impaired.

10…検査装置 12…ガスセンサ
14…センサ素子 100…チャンバ
102…ガス供給手段(モデルガス生成装置)
104A…第1ガス供給源 104B…第2ガス供給源
104C…第3ガス供給源 106a~106d…第1開閉器
108a~108d…第2開閉器 110a~110d…第3開閉器
112a~112d…第1流量固定ノズル
114a~114d…第2流量固定ノズル
116a~116d…第3流量固定ノズル
120…混合器 122…流量固定ノズル
500…基準センサ 502…センサ素子
504…ポンプ電源 510…ポンプ電流取得部
512…起電力取得部 514…ヒータ電源
516…ヒータ電流取得部 518…ヒータ電圧取得部
520…制御装置 522…表示操作部
530…第1基板層 532…第2基板層
534…第3基板層 536…第1固体電解質層
538…スペーサ層 540…第2固体電解質層
542…構造体 550…ガス導入口
552…拡散律速部 552a…拡散律速部
554…内部空所(主空室) 556…測定電極
558…基準ガス導入空間 560…ポンプセル
562…センサセル 564…ヒータ部
570…第1外側電極 572…第2外側電極
574…基準電極 576…凹部
580…ヒータ 582…リード部
582a、582b…通電用リード 582c、582d…電圧測定用リード
584…スルーホール
590、590a~590d…ヒータコネクタ電極
592…ヒータ絶縁層 600…演算部
602…記憶部 604…入出力部
610…ガスセンサ制御部 612A…第1特定濃度検出部
612B…第2特定濃度検出部 614…特定濃度決定部
616…異常判定部 620A…第1対応関係
620B…第2対応関係
Ih…ヒータ電流 Ip…ポンプ電流
Ve…起電力 Vh…ヒータ電圧
Vp…制御電圧
10... Inspection device 12... Gas sensor 14... Sensor element 100... Chamber 102... Gas supply means (model gas generation device)
104A...first gas supply source 104B...second gas supply source 104C...third gas supply source 106a-106d...first switch 108a-108d...second switch 110a-110d...third switch 112a-112d...th 1 Fixed flow rate nozzles 114a to 114d...Second flow rate fixed nozzles 116a to 116d...Third flow rate fixed nozzles 120...Mixer 122...Fixed flow rate nozzles 500...Reference sensor 502...Sensor element 504...Pump power supply 510...Pump current acquisition section 512 ...Electromotive force acquisition section 514...Heater power supply 516...Heater current acquisition section 518...Heater voltage acquisition section 520...Control device 522...Display operation section 530...First substrate layer 532...Second substrate layer 534...Third substrate layer 536... First solid electrolyte layer 538...Spacer layer 540...Second solid electrolyte layer 542...Structure 550...Gas inlet 552...Diffusion controlling part 552a...Diffusion controlling part 554...Internal cavity (main cavity) 556...Measuring electrode 558 ...Reference gas introduction space 560...Pump cell 562...Sensor cell 564...Heater part 570...First outer electrode 572...Second outer electrode 574...Reference electrode 576...Recessed part 580...Heater 582...Lead part 582a, 582b...Electrification lead 582c, 582d...Voltage measurement lead 584...Through hole 590, 590a to 590d...Heater connector electrode 592...Heater insulating layer 600...Calculating section 602...Storage section 604...Input/output section 610...Gas sensor control section 612A...First specific concentration detection section 612B...Second specific concentration detection section 614...Specific concentration determination section 616...Abnormality determination section 620A...First correspondence relationship 620B...Second correspondence relationship Ih...Heater current Ip...Pump current Ve...Electromotive force Vh...Heater voltage Vp...Control Voltage

Claims (16)

少なくとも1つのセンサ素子が装着されるチャンバと、
前記チャンバに所定の検査用ガスを供給するガス供給手段と、を有し、
前記ガス供給手段は、
複数のガス供給源と、
各前記ガス供給源に対応して接続された複数の開閉器と、
各前記ガス供給源に対応して複数の前記開閉器の前段または後段にそれぞれ接続され、それぞれ流量が異なる複数の流量固定ノズルと、
複数の前記流量固定ノズルが互いに並列に接続され、複数の前記流量固定ノズルからの複数種のガスを混合する混合器と、を有する、ガスセンサの検査装置。
a chamber in which at least one sensor element is mounted;
a gas supply means for supplying a predetermined test gas to the chamber;
The gas supply means includes:
multiple gas sources;
a plurality of switches connected correspondingly to each of the gas supply sources;
A plurality of fixed flow rate nozzles each having a different flow rate and each connected to the front stage or the rear stage of the plurality of switches corresponding to each of the gas supply sources;
A gas sensor inspection device comprising: a plurality of the fixed flow rate nozzles connected in parallel to each other and a mixer for mixing a plurality of types of gases from the plurality of the fixed flow rate nozzles.
請求項1記載のガスセンサの検査装置において、
各前記ガス供給源に対応して、前記複数の開閉器の後段に前記複数の流量固定ノズルが接続されている、ガスセンサの検査装置。
The gas sensor inspection device according to claim 1,
A gas sensor inspection device, wherein the plurality of fixed flow rate nozzles are connected to a rear stage of the plurality of switches in correspondence with each of the gas supply sources.
請求項1又は2記載のガスセンサの検査装置において、
前記混合器と前記チャンバとの間に接続された流量固定ノズルを有する、ガスセンサの検査装置。
The gas sensor inspection device according to claim 1 or 2,
A gas sensor inspection device comprising a fixed flow rate nozzle connected between the mixer and the chamber.
請求項1~3のいずれか1項に記載のガスセンサの検査装置において、
前記流量固定ノズルが臨界ノズルである、ガスセンサの検査装置。
In the gas sensor inspection device according to any one of claims 1 to 3,
A gas sensor inspection device, wherein the fixed flow rate nozzle is a critical nozzle.
少なくとも1つのセンサ素子が装着されるチャンバに所定の検査用ガスを供給してガスセンサの検査を実施するガスセンサの検査方法において、
複数のガス供給源からそれぞれ出力された複数のガスを、各前記ガス供給源に対応して接続された複数の開閉器に送るステップと、
前記複数の開閉器からの複数のガスを、各前記ガス供給源に対応して接続され、それぞれ流量が異なる複数の流量固定ノズルに送るステップと、
前記複数の流量固定ノズルからの複数のガスを、複数の前記流量固定ノズルが互いに並列に接続される混合器で混合するステップと、
前記混合器からの混合ガスを前記チャンバに供給するステップと、を有する、ガスセンサの検査方法。
In a gas sensor testing method, the gas sensor is tested by supplying a predetermined testing gas to a chamber in which at least one sensor element is installed,
sending a plurality of gases respectively output from a plurality of gas supply sources to a plurality of switches connected correspondingly to each of the gas supply sources;
Sending a plurality of gases from the plurality of switches to a plurality of fixed flow rate nozzles connected correspondingly to each of the gas supply sources and each having a different flow rate;
mixing the plurality of gases from the plurality of fixed flow rate nozzles in a mixer in which the plurality of fixed flow rate nozzles are connected in parallel to each other;
A method for testing a gas sensor, comprising the step of supplying a mixed gas from the mixer to the chamber.
請求項5記載のガスセンサの検査方法において、
前記混合器からの混合ガスを1つの流量固定ノズルに送るステップと、
前記1つの流量固定ノズルからの混合ガスを前記チャンバに送るステップと、を有する、ガスセンサの検査方法。
The gas sensor testing method according to claim 5,
directing the mixed gas from the mixer to one fixed flow rate nozzle;
A method for testing a gas sensor, comprising the step of sending a mixed gas from the one fixed flow rate nozzle to the chamber.
請求項5又は6記載のガスセンサの検査方法において、
前記流量固定ノズルが臨界ノズルである、ガスセンサの検査方法。
In the gas sensor testing method according to claim 5 or 6,
A method for testing a gas sensor, wherein the fixed flow rate nozzle is a critical nozzle.
ガスセンサの検査装置に使用され、酸素及びNOxのいずれか一方を特定ガスとし、他方を含まず該特定ガスとベースガスとを含む試験用ガスを被測定ガスとして、該被測定ガス中の該特定ガスの濃度である特定ガス濃度を検出する基準センサであって、
前記ガスセンサの検査装置は、
少なくとも1つのセンサ素子が装着されるチャンバと、
前記チャンバに所定の検査用ガスを供給するガス供給手段と、を有し、
前記ガス供給手段は、
複数のガス供給源と、
各前記ガス供給源に対応して接続された複数の開閉器と、
各前記ガス供給源に対応して複数の前記開閉器の前段または後段にそれぞれ接続され、それぞれ流量が異なる複数の流量固定ノズルと、
複数の前記流量固定ノズルからの複数種のガスを混合する混合器と、を有し、
前記基準センサは、
酸素イオン伝導性の固体電解質からなる構造体を有するセンサ素子と、
前記構造体を有する前記センサ素子へのガスの導入部に拡散を律速させるための拡散律速部と、
前記構造体に形成され、被測定ガスが導入されるガス導入口と、
前記ガス導入口に連通した主空室と、
前記被測定ガスと接触するように前記構造体の外側に配設され、触媒活性を有する貴金属を含む第1外側電極と、
前記被測定ガスと接触するように前記構造体の外側に配設され、触媒活性を有する貴金属を含む第2外側電極と、
前記主空室の内部に配設され、触媒活性を有する貴金属を含む測定電極と、
前記構造体に形成され、基準ガスが導入される基準ガス導入空間と、
前記基準ガス導入空間に形成された基準電極と、
前記第1外側電極と前記測定電極間への一定電圧の印加によって、前記第1外側電極と前記測定電極間に流れる限界電流に基づいて特定ガスの濃度を検出する第1濃度検出部と、
前記第2外側電極と前記基準電極との間の濃度差によるネルンスト起電力に基づいて特定ガスの濃度を検出する第2濃度検出部と、を有する、基準センサ。
It is used in a gas sensor inspection device, and uses either oxygen or NOx as a specific gas, and a test gas containing the specific gas and a base gas without the other as the gas to be measured. A reference sensor that detects a specific gas concentration, which is a gas concentration,
The gas sensor inspection device includes:
a chamber in which at least one sensor element is mounted;
a gas supply means for supplying a predetermined test gas to the chamber;
The gas supply means includes:
multiple gas sources;
a plurality of switches connected correspondingly to each of the gas supply sources;
A plurality of fixed flow rate nozzles each having a different flow rate and each connected to the front stage or the rear stage of the plurality of switches corresponding to each of the gas supply sources;
a mixer that mixes a plurality of types of gas from the plurality of fixed flow rate nozzles;
The reference sensor is
a sensor element having a structure made of an oxygen ion conductive solid electrolyte;
a diffusion rate-limiting part for rate-limiting diffusion in a gas introduction part to the sensor element having the structure;
a gas introduction port formed in the structure and into which a gas to be measured is introduced;
a main chamber communicating with the gas inlet;
a first outer electrode disposed outside the structure so as to be in contact with the gas to be measured, and containing a noble metal having catalytic activity;
a second outer electrode disposed outside the structure so as to be in contact with the gas to be measured, and containing a noble metal having catalytic activity;
a measurement electrode disposed inside the main cavity and containing a noble metal having catalytic activity;
a reference gas introduction space formed in the structure and into which a reference gas is introduced;
a reference electrode formed in the reference gas introduction space;
a first concentration detection unit that detects the concentration of a specific gas based on a limiting current flowing between the first outer electrode and the measurement electrode by applying a constant voltage between the first outer electrode and the measurement electrode;
A reference sensor, comprising: a second concentration detection section that detects a concentration of a specific gas based on a Nernst electromotive force due to a concentration difference between the second outer electrode and the reference electrode.
請求項8記載の基準センサにおいて、
前記第1濃度検出部の出力と、前記第2濃度検出部の出力をモニタして、異常の有無をモニタする自己診断部を有する、基準センサ。
The reference sensor according to claim 8,
A reference sensor comprising a self-diagnosis section that monitors the output of the first concentration detection section and the output of the second concentration detection section to determine whether there is an abnormality.
請求項8又は9記載の基準センサにおいて、
前記構造体に形成されたヒータ部を有し、
前記ヒータ部は、2つの通電用リードと、2つの電圧測定用リードとを有する、基準センサ。
The reference sensor according to claim 8 or 9,
a heater portion formed in the structure;
The heater section is a reference sensor having two current supply leads and two voltage measurement leads.
請求項8~10のいずれか1項に記載の基準センサにおいて、
前記第2外側電極は、前記第1外側電極よりも面積が小さい、基準センサ。
The reference sensor according to any one of claims 8 to 10,
A reference sensor, wherein the second outer electrode has a smaller area than the first outer electrode.
請求項8~11のいずれか1項に記載の基準センサにおいて、
前記第1外側電極と前記第2外側電極は、この順番で、前記構造体の奥行方向に配列されている、基準センサ。
The reference sensor according to any one of claims 8 to 11,
In the reference sensor, the first outer electrode and the second outer electrode are arranged in this order in the depth direction of the structure.
請求項12記載の基準センサにおいて、
前記第1外側電極は、前記第2外側電極と対向する部分に凹部を有し、
前記第2外側電極は、前記凹部内に形成されている、基準センサ。
The reference sensor according to claim 12,
The first outer electrode has a recess in a portion facing the second outer electrode,
The reference sensor, wherein the second outer electrode is formed within the recess.
請求項8~11のいずれか1項に記載の基準センサにおいて、
前記第1外側電極と前記第2外側電極は、前記構造体の幅方向に配列されている、基準センサ。
The reference sensor according to any one of claims 8 to 11,
The reference sensor, wherein the first outer electrode and the second outer electrode are arranged in the width direction of the structure.
請求項8~14のいずれか1項に記載の基準センサにおいて、
前記拡散律速部は、前記ガス導入口の上部と対向する部分並びに下部と対向する部分にそれぞれスリットを有する、基準センサ。
The reference sensor according to any one of claims 8 to 14,
The diffusion control section is a reference sensor, and has slits in a portion facing an upper portion and a portion facing a lower portion of the gas inlet.
請求項8~15のいずれか1項に記載の基準センサにおいて、
前記拡散律速部は、多孔質層にて構成されている、基準センサ。
The reference sensor according to any one of claims 8 to 15,
In the reference sensor, the diffusion-limiting section is constituted by a porous layer.
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