JPH0444950B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0444950B2 JPH0444950B2 JP58240635A JP24063583A JPH0444950B2 JP H0444950 B2 JPH0444950 B2 JP H0444950B2 JP 58240635 A JP58240635 A JP 58240635A JP 24063583 A JP24063583 A JP 24063583A JP H0444950 B2 JPH0444950 B2 JP H0444950B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current
- electrodes
- gas
- fuel ratio
- oxygen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 61
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 48
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 48
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 34
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims description 18
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 11
- -1 oxygen ion Chemical class 0.000 description 7
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 231100000989 no adverse effect Toxicity 0.000 description 1
- 229910002077 partially stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は酸素イオン伝導性固体電解質を利用し
たガス中の酸素または可燃性ガク成分濃度を電気
的に測定する空燃比センサに関する。
たガス中の酸素または可燃性ガク成分濃度を電気
的に測定する空燃比センサに関する。
［従来技術］
従来ガスの酸素または可焼性ガス成分濃度の電
気測定にはジルコニア党の酸素イオン伝導性固体
溶解質を用いた装置が知られている。このような
固体電解質を用いた酸素等のガス成分濃度測定装
置の公知技術として固体電解質の一方の電極画を
含んで密閉状の空間を形成する室を備え、その室
の壁に微小な拡散孔を設け、これにより被測定ガ
ス中のガス成分を上記室内に拡散導入するように
電極両面間に電圧を印加することにより流れる電
流を測定して被測定ガス中のガス成分濃度を測定
する方法（特開昭52−72286号、特開昭53−66292
号）がある。
気測定にはジルコニア党の酸素イオン伝導性固体
溶解質を用いた装置が知られている。このような
固体電解質を用いた酸素等のガス成分濃度測定装
置の公知技術として固体電解質の一方の電極画を
含んで密閉状の空間を形成する室を備え、その室
の壁に微小な拡散孔を設け、これにより被測定ガ
ス中のガス成分を上記室内に拡散導入するように
電極両面間に電圧を印加することにより流れる電
流を測定して被測定ガス中のガス成分濃度を測定
する方法（特開昭52−72286号、特開昭53−66292
号）がある。
ところが、これらの装置の構成は両電極の内、
一方の電極雰囲気は拡散制限用の小さい孔によつ
てのみ被測定ガス雰囲気と連通する密閉状空間雰
囲気であるので、被測定ガス成分の濃度が急変し
た場合、この拡散部分からの拡散ガスが密閉室内
全域におよんで平衝状態に達するまで時間がかか
り、そのため応答性が低くなるという欠点があつ
た。一方、ガス成分の拡散制限作用の電極に密接
して設けた多孔質部材の連通気孔によつて行なわ
せるものも提案されているが、多孔質材の気孔率
の制御が容易ではなく、また使用中、目詰りによ
る拡散抵抗の変化を起しやすく、安定制に欠ける
という問題があつた。
一方の電極雰囲気は拡散制限用の小さい孔によつ
てのみ被測定ガス雰囲気と連通する密閉状空間雰
囲気であるので、被測定ガス成分の濃度が急変し
た場合、この拡散部分からの拡散ガスが密閉室内
全域におよんで平衝状態に達するまで時間がかか
り、そのため応答性が低くなるという欠点があつ
た。一方、ガス成分の拡散制限作用の電極に密接
して設けた多孔質部材の連通気孔によつて行なわ
せるものも提案されているが、多孔質材の気孔率
の制御が容易ではなく、また使用中、目詰りによ
る拡散抵抗の変化を起しやすく、安定制に欠ける
という問題があつた。
［発明の目的］
本発明は上記欠点が解決した被測定ガス中の酸
素等のガス成分濃度が変化してもそれに対する応
答性が速くかつ個々の特性が安定しやすくて製造
が容易であり、かつ使用中も安定した性能が得ら
れる新規なセンサを提供することにある。
素等のガス成分濃度が変化してもそれに対する応
答性が速くかつ個々の特性が安定しやすくて製造
が容易であり、かつ使用中も安定した性能が得ら
れる新規なセンサを提供することにある。
［発明の構成］
即ち、第１の発明の要旨とするところは、
酸素イオン伝導性の固体電解質からなる壁部を
有し、被測定気体に対して密閉状であり、かつ、
外気側に開放口を有する中空体と、 上記壁部の内外面に付設された二対の酸素ガス
透過性電極と、 上記外面側の電極に面して間隙部を設けて配設
されたガス遮蔽体と、 前記電極の内、一方の一対の電極に接続されて
所定量の酸素を間隙部へ流入させるように所定量
の電流を流すための通電手段と、 他方の一対の電極に接続されて間隙部から酸素
を汲み出すように電流を流すための電力源との備
え、上記他方の一対の電極間の電流を一定とする
定電流設定手段と、 該定電流設定手段によつて電流が一定にされた
場合に、上記他方の一対の電極間の電圧を測定す
る電圧測手段と、 上記電圧測定手段によつて測定された電圧に基
づき、上記被測定気体の空燃比との上記他方の一
対の電極間の電圧との相関関係を参照して、上記
被測定気体の空燃比を検出する空燃比検出手段
と、 を備えたことを特徴とする空燃比センサにある。
有し、被測定気体に対して密閉状であり、かつ、
外気側に開放口を有する中空体と、 上記壁部の内外面に付設された二対の酸素ガス
透過性電極と、 上記外面側の電極に面して間隙部を設けて配設
されたガス遮蔽体と、 前記電極の内、一方の一対の電極に接続されて
所定量の酸素を間隙部へ流入させるように所定量
の電流を流すための通電手段と、 他方の一対の電極に接続されて間隙部から酸素
を汲み出すように電流を流すための電力源との備
え、上記他方の一対の電極間の電流を一定とする
定電流設定手段と、 該定電流設定手段によつて電流が一定にされた
場合に、上記他方の一対の電極間の電圧を測定す
る電圧測手段と、 上記電圧測定手段によつて測定された電圧に基
づき、上記被測定気体の空燃比との上記他方の一
対の電極間の電圧との相関関係を参照して、上記
被測定気体の空燃比を検出する空燃比検出手段
と、 を備えたことを特徴とする空燃比センサにある。
また、第２の発明の要旨とするところは、
酸素イオン伝導性の固体電解質からなる壁部を
有し、被測定気体に対して密閉状であり、かつ、
外気側に開放口を有する中空体と、 上記壁部の内外面に付設された二対の酸素ガス
透過性電極と、 上記外面側の電極に面して間隙部を設けて配設
されたガス遮蔽体と、 前記電極の内、一方の一対の電極に接続されて
所定量の酸素を間隙部へ流入させるように所定量
の電流を流すための通電手段と、 他方の一対の電極に接続されて間隙部から酸素
を汲み出すように電流を流すための電力源とを備
え、 上記他方の一対の電極間の電圧を一定とする定
電圧設定手段と、 該定電圧設定手段によつて電圧が一定にされた
場合に、上記他方の一対の電極間の電流を測定す
る電流測定手段と、 上記電流測定手段によつて測定された電流に基
づき、上記被測定気体の空燃比と上記他方の一対
の電極間の電流との相関関係を参照して、上記被
測定気体の空燃測比を検出する空燃比検出手段
と、 を備えたことを特徴とする空燃比センサにある。
有し、被測定気体に対して密閉状であり、かつ、
外気側に開放口を有する中空体と、 上記壁部の内外面に付設された二対の酸素ガス
透過性電極と、 上記外面側の電極に面して間隙部を設けて配設
されたガス遮蔽体と、 前記電極の内、一方の一対の電極に接続されて
所定量の酸素を間隙部へ流入させるように所定量
の電流を流すための通電手段と、 他方の一対の電極に接続されて間隙部から酸素
を汲み出すように電流を流すための電力源とを備
え、 上記他方の一対の電極間の電圧を一定とする定
電圧設定手段と、 該定電圧設定手段によつて電圧が一定にされた
場合に、上記他方の一対の電極間の電流を測定す
る電流測定手段と、 上記電流測定手段によつて測定された電流に基
づき、上記被測定気体の空燃比と上記他方の一対
の電極間の電流との相関関係を参照して、上記被
測定気体の空燃測比を検出する空燃比検出手段
と、 を備えたことを特徴とする空燃比センサにある。
上記酸素イオン伝導性固体電解質とは安定化ま
たは部分安定化ジルコニア等の酸素イオン伝導性
セラミツク質焼結体が用いられる。
たは部分安定化ジルコニア等の酸素イオン伝導性
セラミツク質焼結体が用いられる。
上記酸素ガス透過性の電極は白金、金等のセラ
ミツク粉末とのペーストを固体電解質上に印刷後
焼き付ける方法あるいはスパツタリングや蒸着に
より固体電解質上に設ける方法等の一般的な方法
により形成される。後者と薄膜技術を用いて電極
を形成したときは更にその上に厚膜技術によりセ
ラミツク質の多孔質層を被着させることが望まし
い。
ミツク粉末とのペーストを固体電解質上に印刷後
焼き付ける方法あるいはスパツタリングや蒸着に
より固体電解質上に設ける方法等の一般的な方法
により形成される。後者と薄膜技術を用いて電極
を形成したときは更にその上に厚膜技術によりセ
ラミツク質の多孔質層を被着させることが望まし
い。
次に本発明を実施例とともに説明してゆく。
本発明の第１実施例のセンサ１を第１図ないし
第３図に示す。第１図は酸素センサの正面縦断面
図、第２図は第１図のＸ−Ｘ横断面図、第３図は
壁部の正面図を示す。ここにおいて２はジルコニ
アを主成分とする酸素イオン伝導性固体電解質に
より形成されている壁部２ａとセラミツクからな
る箱部２ｂとを有する直方体状の中空体であり、
外気側にのみ開口部２ｃを有している。また間隙
部３を介して壁部２ａと平行にガス遮蔽体４が配
設されている。上記中空体２には壁部２ａの内外
面にそれぞれ酸素ガス透過性の電極５，６，７，
８が形成されている。このように配置された中空
体２及び遮蔽体４はその台部９により相対的位置
を固定され、更に本センサ１が適応されるべき測
定部分の固定部１０、例えば内燃期間の排気管に
台部９の鍔部９ａにより固定されている。また第
３図は壁部２ａの正面図を表す。コ字形と電極５
が壁部２ａの外側に設けられ、内側に長方形の電
極７が設けられている。そして裏面には電極５と
同形の電極６と、電極７と同形の電極８とがそれ
ぞれ設けられている。つまり電極５，６で一対、
電極７，８で一対合計二対の電極が設けられてい
る。
第３図に示す。第１図は酸素センサの正面縦断面
図、第２図は第１図のＸ−Ｘ横断面図、第３図は
壁部の正面図を示す。ここにおいて２はジルコニ
アを主成分とする酸素イオン伝導性固体電解質に
より形成されている壁部２ａとセラミツクからな
る箱部２ｂとを有する直方体状の中空体であり、
外気側にのみ開口部２ｃを有している。また間隙
部３を介して壁部２ａと平行にガス遮蔽体４が配
設されている。上記中空体２には壁部２ａの内外
面にそれぞれ酸素ガス透過性の電極５，６，７，
８が形成されている。このように配置された中空
体２及び遮蔽体４はその台部９により相対的位置
を固定され、更に本センサ１が適応されるべき測
定部分の固定部１０、例えば内燃期間の排気管に
台部９の鍔部９ａにより固定されている。また第
３図は壁部２ａの正面図を表す。コ字形と電極５
が壁部２ａの外側に設けられ、内側に長方形の電
極７が設けられている。そして裏面には電極５と
同形の電極６と、電極７と同形の電極８とがそれ
ぞれ設けられている。つまり電極５，６で一対、
電極７，８で一対合計二対の電極が設けられてい
る。
上述の如き構成において、中空体２の電極５，
６間に電極５から電極６へ向つて一定電流IP0が
流れるように通電手段１１、例えば定電流源が接
続され、また他方電極８から電極７へ向つて任意
の電流量を流すことができる電力源１２が接続さ
れ、それにより電圧を印加し、電極７，８間の電
圧及び電流を測定すると、第４図に示す如くの測
定結果が得られる。
６間に電極５から電極６へ向つて一定電流IP0が
流れるように通電手段１１、例えば定電流源が接
続され、また他方電極８から電極７へ向つて任意
の電流量を流すことができる電力源１２が接続さ
れ、それにより電圧を印加し、電極７，８間の電
圧及び電流を測定すると、第４図に示す如くの測
定結果が得られる。
この場合本センサ１を内燃期機関の排ガス中の
酸素または可燃性ガス成分の濃度の測定に適用し
たものとする。ここで横軸λは空燃比であり、縦
軸は測定された電極７，８間の電圧Ｖであり、又
図中のグラフは電流をIp1＜Ip2＜Ip3＜Ip4の関係
にある各値Ip1，Ip2，Ip3，Ip4に一定に保持した
場合に得られる電圧の急変を示す。ただし、電極
５，６間には予め一定の電流IP0がバイアス電流
として流されている。また固体電解質の壁部２ａ
および被測定ガスの温度は充分に一定に保持され
ているとする。第４図から判る通り、例えば電極
７，８間の電流量を一定にしたときの電圧変化を
検出すれば空燃比λ＞１では排ガス中の酸素の濃
度を検知することができ、λ＜１では可燃性ガス
成分の濃度を検知することができる。また、電圧
を一定にしておき電流を変化させることによつて
も同様の検出をすることが可能である。つまり空
燃比センサとして使用できるのである。
酸素または可燃性ガス成分の濃度の測定に適用し
たものとする。ここで横軸λは空燃比であり、縦
軸は測定された電極７，８間の電圧Ｖであり、又
図中のグラフは電流をIp1＜Ip2＜Ip3＜Ip4の関係
にある各値Ip1，Ip2，Ip3，Ip4に一定に保持した
場合に得られる電圧の急変を示す。ただし、電極
５，６間には予め一定の電流IP0がバイアス電流
として流されている。また固体電解質の壁部２ａ
および被測定ガスの温度は充分に一定に保持され
ているとする。第４図から判る通り、例えば電極
７，８間の電流量を一定にしたときの電圧変化を
検出すれば空燃比λ＞１では排ガス中の酸素の濃
度を検知することができ、λ＜１では可燃性ガス
成分の濃度を検知することができる。また、電圧
を一定にしておき電流を変化させることによつて
も同様の検出をすることが可能である。つまり空
燃比センサとして使用できるのである。
上記したような電圧及び電流の特性が得られる
理由を説明すると、まず中空体２の電極５，６間
に一定電流量のバイアス電流IP0を流すことによ
り、その電流量と比例した量の酸素イオンが固体
電解質中を電極６から電極５へ移動し、中空部２
ｄに存在する酸素が常に一定時間に一定量間隙部
３へ流出することになる。間隙部３に流入した酸
素ガスは、間隙部３の三方向が開放端３ａとして
被測定ガス側に開放されていることにより間隙部
３から被測定ガス中へ拡散していくとともに被測
定ガス中の可燃性ガス成分が逆に開放端３ａから
拡散流入し電極面で酸素と燃焼反応して消費され
ることになる。この間隙部３へ流入される酸素の
減少スピードは被測定ガスの可燃性ガス成分の濃
度が最大のとき最大となるが、その様な状況下で
も燃焼により消費される酸素量より充分多い酸素
が流されるようにバイアス電流量が決められてい
る。従つて被測定ガス中の可燃性ガス成分濃度が
小さい程また酸素濃度が大きい程間隙部３内の酸
素濃度は大となり、そのため中空体２の中空部２
ｄにおける酸素濃度と間隙部３との濃度比が関係
付けされ、従つて電源１２によつて生じる電圧の
急変を生じる電流量が濃度に応じて決定されてく
る。従つて電流量と電圧急変時の空燃比とが対応
することになる。つまり被測定ガスの濃度が電極
７，８間の電圧、電流量の関係から求まることに
なる。
理由を説明すると、まず中空体２の電極５，６間
に一定電流量のバイアス電流IP0を流すことによ
り、その電流量と比例した量の酸素イオンが固体
電解質中を電極６から電極５へ移動し、中空部２
ｄに存在する酸素が常に一定時間に一定量間隙部
３へ流出することになる。間隙部３に流入した酸
素ガスは、間隙部３の三方向が開放端３ａとして
被測定ガス側に開放されていることにより間隙部
３から被測定ガス中へ拡散していくとともに被測
定ガス中の可燃性ガス成分が逆に開放端３ａから
拡散流入し電極面で酸素と燃焼反応して消費され
ることになる。この間隙部３へ流入される酸素の
減少スピードは被測定ガスの可燃性ガス成分の濃
度が最大のとき最大となるが、その様な状況下で
も燃焼により消費される酸素量より充分多い酸素
が流されるようにバイアス電流量が決められてい
る。従つて被測定ガス中の可燃性ガス成分濃度が
小さい程また酸素濃度が大きい程間隙部３内の酸
素濃度は大となり、そのため中空体２の中空部２
ｄにおける酸素濃度と間隙部３との濃度比が関係
付けされ、従つて電源１２によつて生じる電圧の
急変を生じる電流量が濃度に応じて決定されてく
る。従つて電流量と電圧急変時の空燃比とが対応
することになる。つまり被測定ガスの濃度が電極
７，８間の電圧、電流量の関係から求まることに
なる。
本実施例は上述の如く構成されていることによ
り、中空体２は一方向が開口した直方体を形成し
ているのみで、その製造は容易であり、かつ中空
体２から間隙部３へ供給される酸素ガスは開口部
２ｃより流入する単なる外気であり酸素濃度が高
いので電源１１はほとんど電力を要せずに酸素を
間隙部３へ流入させることができる。
り、中空体２は一方向が開口した直方体を形成し
ているのみで、その製造は容易であり、かつ中空
体２から間隙部３へ供給される酸素ガスは開口部
２ｃより流入する単なる外気であり酸素濃度が高
いので電源１１はほとんど電力を要せずに酸素を
間隙部３へ流入させることができる。
次に第５図ないし第８図に本発明の第２実施例
を示す。第５図は第２実施例のセンサ２１を内燃
機関の排ガス測定に適用した状態を示す部分断面
図、第６図はそのＹ−Ｙ間の横断面図、第７図は
そのＺ−Ｚ間の縦断面図である。本実施例のセン
サ２１の構成はまず、固体電解質により形成され
ている壁部２２ａの箱部２２ｂとを有する直方体
状であり、外気側にのみ開口部２２ｃを有する中
空体２２に間隙部２３を介して壁部２２ａと平行
にガス遮蔽体２４が配設され、さらに前記壁部２
２ａ表裏両面に各々電極２５，２６，２７，２８
を設けるよう構成されている。更に、濃度測定側
である固体電解質の中空体２２の、壁部２２ａの
延長部分にヒーター３１が備えられていることで
ある。このヒーター３１は絶縁性のコの字型に形
成された角柱状のセラミツクからなり、その中心
部に通電発熱性の導電部３１ａが設けられてい
る。そして、前記電極２５，２６はバイアス電流
源３２と接続され、電極２５から電極２６へ電流
が流れる。また、電極２７，２８は電圧計３３、
電流源３４，３５，３６，３７，保護回路３８と
並列接続され、各端子の負端子側は接地されてい
る。電流源は切換スイツチ３９により電流源３
４，３５，３６，３７のうちいずれか１ケが選択
される。保護回路３８は複数個のツエナーダイオ
ードから構成されている。さらに遮蔽体２４の導
電部２４ａ及びヒーター３１ａの導電部３１は可
変抵抗３９を介して電池４０と接続されている。
を示す。第５図は第２実施例のセンサ２１を内燃
機関の排ガス測定に適用した状態を示す部分断面
図、第６図はそのＹ−Ｙ間の横断面図、第７図は
そのＺ−Ｚ間の縦断面図である。本実施例のセン
サ２１の構成はまず、固体電解質により形成され
ている壁部２２ａの箱部２２ｂとを有する直方体
状であり、外気側にのみ開口部２２ｃを有する中
空体２２に間隙部２３を介して壁部２２ａと平行
にガス遮蔽体２４が配設され、さらに前記壁部２
２ａ表裏両面に各々電極２５，２６，２７，２８
を設けるよう構成されている。更に、濃度測定側
である固体電解質の中空体２２の、壁部２２ａの
延長部分にヒーター３１が備えられていることで
ある。このヒーター３１は絶縁性のコの字型に形
成された角柱状のセラミツクからなり、その中心
部に通電発熱性の導電部３１ａが設けられてい
る。そして、前記電極２５，２６はバイアス電流
源３２と接続され、電極２５から電極２６へ電流
が流れる。また、電極２７，２８は電圧計３３、
電流源３４，３５，３６，３７，保護回路３８と
並列接続され、各端子の負端子側は接地されてい
る。電流源は切換スイツチ３９により電流源３
４，３５，３６，３７のうちいずれか１ケが選択
される。保護回路３８は複数個のツエナーダイオ
ードから構成されている。さらに遮蔽体２４の導
電部２４ａ及びヒーター３１ａの導電部３１は可
変抵抗３９を介して電池４０と接続されている。
第７図に第５図のＺ−Ｚ断面図を示す。壁部２
２の外側つまりガス遮蔽体側にはコ字状の電極２
５と、長方形の電極２７が設けられ、電極２５の
裏側に電極２６が、同様に電極２７の裏側に電極
２８が設けられている。
２の外側つまりガス遮蔽体側にはコ字状の電極２
５と、長方形の電極２７が設けられ、電極２５の
裏側に電極２６が、同様に電極２７の裏側に電極
２８が設けられている。
上述した中空体２２の分解図及び斜視図を第８
図イ，ロに示す。図において中空体２２は表裏両
面に酸素ガス透過性の電極２５，２６，２７，２
８（電極２５，２７は見えず）が形成された酸素
イオン伝導性固体電解質の壁部２２ａと、その内
部に発熱体３１ａが埋設されているヒーター３１
と、短冊状のセラミツク板２２ｅ，２２ｆ，２２
ｇ，２２ｈからなる箱部２２ｂとから構成されて
いる。上記の構成部分の組立てはまずセラミツク
ペーストにて壁部２２ａの三方の縁にコの字状ヒ
ーター３１を接着させ更にコの字状ヒーター３１
に囲まれた壁部２２ａの面に、セラミツク板２２
ｅ，２２ｆ，２２ｇをヒーター３１にそわせてコ
の字状に接着し、更にそのセラミツク板２２ｅ，
２２ｆ，２２ｇのコの字状の縁に対しセラミツク
板２２ｈを接着させることによりなされる。な
お、この中空体２２が酸素供給源としての役割を
果すためには壁部２２ａのみが酸素イオン伝導性
の固体電解質であれば良く、２２ｅ、２２ｆ，２
２ｇ，２２ｈについては通常の絶縁性のセラミツ
ク板、例えばスピネル等で充分である。
図イ，ロに示す。図において中空体２２は表裏両
面に酸素ガス透過性の電極２５，２６，２７，２
８（電極２５，２７は見えず）が形成された酸素
イオン伝導性固体電解質の壁部２２ａと、その内
部に発熱体３１ａが埋設されているヒーター３１
と、短冊状のセラミツク板２２ｅ，２２ｆ，２２
ｇ，２２ｈからなる箱部２２ｂとから構成されて
いる。上記の構成部分の組立てはまずセラミツク
ペーストにて壁部２２ａの三方の縁にコの字状ヒ
ーター３１を接着させ更にコの字状ヒーター３１
に囲まれた壁部２２ａの面に、セラミツク板２２
ｅ，２２ｆ，２２ｇをヒーター３１にそわせてコ
の字状に接着し、更にそのセラミツク板２２ｅ，
２２ｆ，２２ｇのコの字状の縁に対しセラミツク
板２２ｈを接着させることによりなされる。な
お、この中空体２２が酸素供給源としての役割を
果すためには壁部２２ａのみが酸素イオン伝導性
の固体電解質であれば良く、２２ｅ、２２ｆ，２
２ｇ，２２ｈについては通常の絶縁性のセラミツ
ク板、例えばスピネル等で充分である。
第５図に戻り、本実施例のセンサ２１を用いた
濃度測定方法を説明すると、前記第一の実施例と
同様であるが、まず酸素供給源測である固体電解
質の中空体２２の電極２５，２６間に電極２５か
ら２６へ向けて一定電流の電流をバイヤス電流と
して流す。このようにして外気から開口部２２ｃ
を通じて流入した酸素を電極５，６と電極５，６
間の壁部２２ａを介して間隙部２３へ常に単位時
間当り一定量の酸素を供給する。次に中空体２２
と測定用電極２７，２８に電極２８側から２７側
に向けて一定電流を流す。この電流は切換スイツ
チ３９により定電流電源３４，３５，３６，３７
を適宜切換えて、その各電流量Ip1，Ip2，Ip3，
Ip4の時の電圧を電圧計３３にて測定する。ただ
し電極２７及び２８に狭まれた壁部２２ｋの固体
電解質を高電圧から保護するためシエナーダイオ
ードにより構成されている保護回路３８が電極２
７，２８と並列ち設けらている。このことにより
第８図に示す如く壁部２２ａにかかる電圧V1を
上限としてそれ以上の電圧がかかることはない。
濃度測定方法を説明すると、前記第一の実施例と
同様であるが、まず酸素供給源測である固体電解
質の中空体２２の電極２５，２６間に電極２５か
ら２６へ向けて一定電流の電流をバイヤス電流と
して流す。このようにして外気から開口部２２ｃ
を通じて流入した酸素を電極５，６と電極５，６
間の壁部２２ａを介して間隙部２３へ常に単位時
間当り一定量の酸素を供給する。次に中空体２２
と測定用電極２７，２８に電極２８側から２７側
に向けて一定電流を流す。この電流は切換スイツ
チ３９により定電流電源３４，３５，３６，３７
を適宜切換えて、その各電流量Ip1，Ip2，Ip3，
Ip4の時の電圧を電圧計３３にて測定する。ただ
し電極２７及び２８に狭まれた壁部２２ｋの固体
電解質を高電圧から保護するためシエナーダイオ
ードにより構成されている保護回路３８が電極２
７，２８と並列ち設けらている。このことにより
第８図に示す如く壁部２２ａにかかる電圧V1を
上限としてそれ以上の電圧がかかることはない。
このような方法にて測定すると各電流量Ip1，
Ip2，Ip3，Ip4と、その電流量における電圧の測定
値の関係は第１実施例と同じく内燃機関の排ガス
中の酸素または可燃性ガス成分の濃度従つて空燃
比を決定することになる。つまり燃焼前の混合気
の空燃比と電圧または電流とが相関関係としてと
らえられる。このようにして電圧Ｖまたは電流Ｉ
を測定すれば被測定ガス中の酸素等の濃度を測定
することができる。
Ip2，Ip3，Ip4と、その電流量における電圧の測定
値の関係は第１実施例と同じく内燃機関の排ガス
中の酸素または可燃性ガス成分の濃度従つて空燃
比を決定することになる。つまり燃焼前の混合気
の空燃比と電圧または電流とが相関関係としてと
らえられる。このようにして電圧Ｖまたは電流Ｉ
を測定すれば被測定ガス中の酸素等の濃度を測定
することができる。
被測定ガスが例えば750℃以上である場合のよ
うに充分にセンサ２１を活性化する温度内で充分
安定していれば良いが、常温の被測定ガスを測定
するような場合や温度調節を要するときは可変抵
抗３９を介して電源４０を、ヒーター３１中の発
熱線３１ａの両端に接続することにより発熱線３
１ａを発熱させ、伝導熱により中空体２２の壁部
２２ａを加熱し温度制御することができ正確な測
定値を得ることが可能となる。
うに充分にセンサ２１を活性化する温度内で充分
安定していれば良いが、常温の被測定ガスを測定
するような場合や温度調節を要するときは可変抵
抗３９を介して電源４０を、ヒーター３１中の発
熱線３１ａの両端に接続することにより発熱線３
１ａを発熱させ、伝導熱により中空体２２の壁部
２２ａを加熱し温度制御することができ正確な測
定値を得ることが可能となる。
本実施例によれば、第１実施例の効果に加え
て、ヒーター３１を設けたことにより、より正確
な測定値を得ることができる。
て、ヒーター３１を設けたことにより、より正確
な測定値を得ることができる。
第１の発明では、上述した中空体と、酸素ガス
透過制の電極と、ガス遮蔽体と、通電手段と、電
力源とを備え、定電流設定手段によつて電流が一
定にされた場合に、電圧測定手段によつて、他方
の一対の電極間の電圧を測定し、この電圧側測定
手段によつて測定された電圧に基づき、空燃比検
出手段によつて、被測定気体の空燃比と他方の一
対の電極間の電圧との相関関係を参照して、被測
定気体の空燃比を検出することができる。
透過制の電極と、ガス遮蔽体と、通電手段と、電
力源とを備え、定電流設定手段によつて電流が一
定にされた場合に、電圧測定手段によつて、他方
の一対の電極間の電圧を測定し、この電圧側測定
手段によつて測定された電圧に基づき、空燃比検
出手段によつて、被測定気体の空燃比と他方の一
対の電極間の電圧との相関関係を参照して、被測
定気体の空燃比を検出することができる。
よつて、比較的簡単な構造で、しかもその中空
体内部は平衝に達する時間が極く短いので、応答
性に悪影響を生じす、被測定ガス中の酸素濃度が
変化しても、迅速に濃度に応じた精度の高い酸素
濃度検出値を得ることができる。
体内部は平衝に達する時間が極く短いので、応答
性に悪影響を生じす、被測定ガス中の酸素濃度が
変化しても、迅速に濃度に応じた精度の高い酸素
濃度検出値を得ることができる。
また、第２の発明では、上述した中空体と、酸
素ガス透過性の電極と、ガス遮蔽体と、通電手段
と、電力源とを備え、定電圧設定手段によつて電
圧が一定された場合に、電流測定手段によつて、
他方の一対の電極間の電流を測定し、この電流測
定手段によつて測定された電流に基づき、空燃比
検出手段によつて、被測定気体の空燃比と他方の
一対の電極間の電流との相関関係を参照して、被
測定気体の空燃比を検出することができる。
素ガス透過性の電極と、ガス遮蔽体と、通電手段
と、電力源とを備え、定電圧設定手段によつて電
圧が一定された場合に、電流測定手段によつて、
他方の一対の電極間の電流を測定し、この電流測
定手段によつて測定された電流に基づき、空燃比
検出手段によつて、被測定気体の空燃比と他方の
一対の電極間の電流との相関関係を参照して、被
測定気体の空燃比を検出することができる。
よつて、上記第１の発明と同様に、比較的簡単
な構造で、しかまその中空体内部は平衡に達する
時間が極く短いので、応答性に悪影響を生じず、
被測定ガス中の酸素濃度が変化しても、迅速に濃
度に応じた精度の高い酸素濃度検出値を得ること
ができる。
な構造で、しかまその中空体内部は平衡に達する
時間が極く短いので、応答性に悪影響を生じず、
被測定ガス中の酸素濃度が変化しても、迅速に濃
度に応じた精度の高い酸素濃度検出値を得ること
ができる。
第１図は本発明第１実施例の正面縦断面図、第
２図はそのＸ−Ｘ横断面図、第３図は壁部の正面
図、第４図は第１実施例において測定された空燃
比λ、電圧Ｖ及び電流量Ip1〜Ip4の関係を示すグ
ラフ、第５図は第２実施例の部分縦断面図、第６
図はそのＹ−Ｙ横断面図、第７図はそのＺ−Ｚは
縦断面図、第８図イは一方の中空体の分解斜視
図、第８図ロはその組立て後の斜視図、第９図は
第２実施例により測定した場合の空燃比λ、電圧
Ｖ及び電流量Ip1〜Ip4との関係を示すグラフであ
る。 １，２１……酸素センサ、２，２２……中空体
（酸素ポンプ側）、３，２３……間隙部、４，２４
……酸素ガス遮蔽体、５，６，７，８，２５，２
６，２７，２８……酸素ガス透過性電極。
２図はそのＸ−Ｘ横断面図、第３図は壁部の正面
図、第４図は第１実施例において測定された空燃
比λ、電圧Ｖ及び電流量Ip1〜Ip4の関係を示すグ
ラフ、第５図は第２実施例の部分縦断面図、第６
図はそのＹ−Ｙ横断面図、第７図はそのＺ−Ｚは
縦断面図、第８図イは一方の中空体の分解斜視
図、第８図ロはその組立て後の斜視図、第９図は
第２実施例により測定した場合の空燃比λ、電圧
Ｖ及び電流量Ip1〜Ip4との関係を示すグラフであ
る。 １，２１……酸素センサ、２，２２……中空体
（酸素ポンプ側）、３，２３……間隙部、４，２４
……酸素ガス遮蔽体、５，６，７，８，２５，２
６，２７，２８……酸素ガス透過性電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 酸素イオン伝導性の固体電解質からなる壁部
を有し、被測定気体に対して密閉状であり、か
つ、外気側に開放口を有する中空体と、 上記壁部の内外面に付設された二対の酸素ガス
透過性電極と、 上記外面側の電極に面して間隙部を設けて配設
されたガス遮蔽体と、 前記電極の内、一方の一対の電極に接続されて
所定量の酸素を間隙部へ流入させるように所定量
の電流を流すための通電手段と、 他方の一対の電極に接続されて間隙部から酸素
を汲み出すように電流を流すための電力源とを備
え、 上記他方の一対の電極間の電流を一定とする定
電流設定手段と、 該定電流設定手段によつて電流が一定にされた
場合に、上記他方の一対の電極間の電圧を測定す
る電圧測定手段と、 上記電圧測定手段によつて測定された電圧に基
づき、上記被測定気体の空燃比と上記他方の一対
の電極間の電圧との相関関係を参照して、上記被
測定気体の空燃比を検出する空燃比検出手段と、 を備えたことを特徴とする空燃比センサ。 ２ 酸素イオン伝導性の固体電解質からなる壁部
を有し、被測定気体に対して密閉状であり、か
つ、外気側に開放口を有する中空体と、 上記壁部の内外体に付設された二対の酸素ガス
透過性電極と、 上記外面側の電極に面して間隙部を設けて配設
されたガス遮蔽体と、 前記電極の内、一方の一対の電極に接続されて
所定量の酸素を間隙部へ流入させるように所定量
の電流を流すための通電手段と、 他方の一対の電極に接続されて間隙部から酸素
を汲み出すように電流を流すための電力源とを備
え、 上記他方の一対の電極間の電圧を一定とする定
電圧設定手段と、 該定電圧設定手段によつて電圧が一定にされた
場合に、上記他方の一対の電極間の電流を測定す
る電流測定手段と、 上記電流測定手段によつて測定された電流とに
基づき、上記被測定気体の空燃比と上記他方の一
対の電極間の電流との相関関係を参照して、上記
被測定気体の空燃比を検出する空燃比検出手段
と、 を備えたことを特徴とする空燃比センサ。 ３ 前記中空体がヒーターを有する特許請求の範
囲第１項又は第２項記載の空燃比センサ。 ４ 前記ガス遮蔽体がヒーターを有する特許請求
の範囲第１項、第２項又は第３項記載の空燃比セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58240635A JPS60131452A (ja) | 1983-12-20 | 1983-12-20 | 空燃比センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58240635A JPS60131452A (ja) | 1983-12-20 | 1983-12-20 | 空燃比センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60131452A JPS60131452A (ja) | 1985-07-13 |
| JPH0444950B2 true JPH0444950B2 (ja) | 1992-07-23 |
Family
ID=17062426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58240635A Granted JPS60131452A (ja) | 1983-12-20 | 1983-12-20 | 空燃比センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60131452A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6188138A (ja) * | 1985-09-21 | 1986-05-06 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学的装置 |
| JPS63101861U (ja) * | 1986-12-22 | 1988-07-02 | ||
| JPH0635954B2 (ja) * | 1987-05-12 | 1994-05-11 | 日本特殊陶業株式会社 | 空燃比検出装置 |
-
1983
- 1983-12-20 JP JP58240635A patent/JPS60131452A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60131452A (ja) | 1985-07-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4824549A (en) | Exhaust gas sensor for determining A/F ratio | |
| US4498968A (en) | Oxygen sensor | |
| US4464244A (en) | Oxygen sensing device having solid electrolyte cell and means for supplying controlled current thereto | |
| JP2669699B2 (ja) | 空燃比センサ | |
| EP0172746B1 (en) | Electrochemical device | |
| US4391691A (en) | Temperature compensated polarographic oxygen gas sensor and sensing system, particularly for automotive application | |
| JPS6138414B2 (ja) | ||
| JPS62276453A (ja) | 空燃比センサ | |
| JPS6310781B2 (ja) | ||
| US4578171A (en) | Air/fuel ratio detector | |
| US4629549A (en) | Oxygen sensor | |
| JPH0414305B2 (ja) | ||
| JPH0260142B2 (ja) | ||
| JPH0444950B2 (ja) | ||
| JPH0697222B2 (ja) | ガスセンサ | |
| JPH0444949B2 (ja) | ||
| JPS62148849A (ja) | 空燃比センサ− | |
| JPH0668482B2 (ja) | 空燃比センサ− | |
| JPS60129655A (ja) | 酸素センサ | |
| JPH0612528Y2 (ja) | 電気化学的装置 | |
| JPH032848Y2 (ja) | ||
| JPH02147853A (ja) | 気体濃度検出用センサ | |
| JPH046460A (ja) | 酸素濃度センサ | |
| JPH0234605Y2 (ja) | ||
| JPH0414307B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |