JPH07253411A - 一酸化炭素センサ及び一酸化炭素濃度の検出方法 - Google Patents

一酸化炭素センサ及び一酸化炭素濃度の検出方法

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JPH07253411A
JPH07253411A JP6042704A JP4270494A JPH07253411A JP H07253411 A JPH07253411 A JP H07253411A JP 6042704 A JP6042704 A JP 6042704A JP 4270494 A JP4270494 A JP 4270494A JP H07253411 A JPH07253411 A JP H07253411A
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JP
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carbon monoxide
gas
oxygen
measured
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Nobuhide Kato
伸秀 加藤
Yasuhiko Hamada
安彦 濱田
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NGK Insulators Ltd
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    • G01N27/419—Measuring voltages or currents with a combination of oxygen pumping cells and oxygen concentration cells

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】 被測定ガスに連通する第一空間４３ａと第一
空間に連通する第二空間４３ｂとが内部に形成されてな
る基体４１と、第二空間内にある一酸化炭素吸着体６１
と、一酸化炭素吸着体内部の酸素分圧を検出する電極５
６とを有する。セル部と、これを挟む一対の電極５１、
５２とはポンプセルを形成し、第一空間４３ａの酸素分
圧を制御できる。一酸化炭素吸着体６１に被測定ガスの
一酸化炭素を吸着させる。次いで、ポンプセルにより、
第一空間４３ａに酸素ガスを導入し、酸素ガスが第一空
間から第一検出電極５６に到達するまでの時間を測定
し、一酸化炭素濃度を測定する。 【効果】 測定ガス中の酸素濃度に影響されないので、
また、時間を測定するので、一酸化炭素センサの正確さ
が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】 本発明は、一酸化炭素を検出す
る一酸化炭素センサに関し、詳しくは、被測定ガスに含
有する酸素に起因する測定誤差を低減した一酸化炭素セ
ンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】 自動車エンジン等の内燃機関の排気ガ
スに含有する一酸化炭素濃度を検出することは、内燃機
関の空燃比を制御したり、走行性を制御したりすること
に重要である。また、一酸化炭素は、無色、無臭であっ
て、毒性が高いので、一酸化炭素を検出するための一酸
化炭素センサは、産業用、民生用に広く応用できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】 従来より、ジルコニ
ア磁気表面に一対の白金電極と、一対の金電極を付与
し、この白金電極の電位と、この金電極の電位との差か
ら一酸化炭素濃度を測定する一酸化炭素センサが知られ
ている（特開平２−９１４４３号公報）。しかし、この
センサは、被測定ガス中の酸素濃度が変化すると電位差
が大きく変化するため、一酸化炭素濃度を正確に測定す
ることが困難な場合があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】 そこで、本発明は、ポ
ンプセルにより被測定ガス中の酸素濃度を制御すること
で、一酸化炭素センサの正確さを向上することを目的と
する。即ち、本発明によれば、被測定ガスと連通する空
間と、該空間の酸素分圧を制御する制御手段と、該空間
内にあって、一酸化炭素を吸着する一酸化炭素吸着体
と、該空間内の酸素分圧を検出する第一検出手段とを有
することを特徴とする一酸化炭素センサが提供される。
また、本発明によれば、被測定ガスと連通する第一空間
と、該第一空間の酸素分圧を制御する制御手段と、該第
一空間と連通する第二空間と、該第二空間内にあって、
一酸化炭素を吸着する一酸化炭素吸着体と、該一酸化炭
素吸着体内部の酸素分圧を検出する第一検出手段とを有
することを特徴とする一酸化炭素センサが提供される。
【０００５】 また、本発明において、該第一空間内
に、該第一空間の酸素分圧を検出する手段を有すること
が好ましい。更に、該第一空間と連通する第三空間と、
該第三空間の酸素分圧を検出する第二検出手段とを有す
ることが好ましい。更にまた、該第一空間及び該第二空
間が、基体の内部に形成されていて、該制御手段が、該
基体の少なくとも一部を構成する酸素イオン導電性の固
体電解質と、該固体電解質を挟む一対の電極から成るこ
とが好ましい。更に、該基体が大気に連通する凹部を有
し、基準電極が該凹部に設けられ、該基準電極に対する
該第一検出手段、あるいは／及び該第二検出手段の電圧
をモニターする手段を有することが好ましい。
【０００６】 また、本発明によれば、第一空間の酸素
分圧を制御する制御手段により、被測定ガスと連通する
該第一空間から、酸素ガスを実質的に除去し、該第一空
間と連通する該第二空間にある一酸化炭素吸着体に一酸
化炭素を吸着させた後、次いで、該制御手段により、該
第一空間の酸素分圧を増加させ、酸素ガスが、該第一空
間から該一酸化炭素吸着体内の酸素分圧を検出する第一
検出手段にまで到達する時間より、被測定ガス中の一酸
化炭素濃度を検出することを特徴とする一酸化炭素濃度
の検出方法が好ましい。更に本発明によれば、第一空間
の酸素分圧を制御する制御手段により、被測定ガスと連
通する該第一空間から、酸素ガスを実質的に除去し、該
第一空間と連通する該第二空間にある一酸化炭素吸着体
に一酸化炭素を吸着させた後、次いで、該制御手段によ
り、該第一空間の酸素分圧を増加させ、酸素ガスが、該
第一空間から該一酸化炭素吸着体内の酸素分圧を検出す
る第一検出手段にまで到達する時間と、酸素ガスが、該
第一空間から該第一空間と連通する第三空間の酸素分圧
を検出する第二検出手段にまで到達する時間と、の差か
ら、被測定ガス中の一酸化炭素濃度を検出することを特
徴とする一酸化炭素濃度の検出方法が提供される。
【０００７】
【実施例】 以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。ただし、本発明は下記実施例により制限されるもの
ではない。図５は、本発明の一酸化炭素センサ４０の分
解斜視図である。図６は、図５のＣ−Ｃ’の断面図であ
る。一酸化炭素センサ４０は、中空部４３が形成された
基体４１と、電極５１、５２と、第一検出電極５６と、
基準電極５８とを有する。
【０００８】 基体４１は、例えば、ドクターブレード
法により３つのシート４１ａ、４１ｂ、４１ｃを形成
し、これらのシートから一体構造となるようにする。例
えば、これらのシートを積層圧着して、次いで、焼成し
てもよい。また、これらのシートを、ガラス接合で一体
化してもよい。
【０００９】 基体４１では、その内部に中空部４３が
形成されている。中空部４３は、第一空間４３ａと、第
二空間４３ｂとを有する。第一空間４３ａは、基体４１
の外部空間と細孔４５により連通し、被測定ガスを中空
部４３の第一空間４３ａに導入する。細孔４５は、被測
定ガスが中空部４３に拡散する速度を律速する。第二空
間４３ｂは、第一空間４３ａと連通する。一酸化炭素吸
着体６１が第二空間４３ｂ内の少なくとも一部に充填す
るので、一酸化炭素吸着体６１を通過した被測定ガスの
酸素分圧を第一検出電極５６で検出できる。好ましく
は、一酸化炭素吸着体６１が第二空間４３ｂ内を充填す
る。
【００１０】 基体４１の部分であるセル部４２は、一
対の電極５１、５２とともにポンプセルを形成し、この
ポンプセルにより、第一空間４３ａの酸素濃度を制御で
きる。セル部４２は、一対の電極５１、５２に挟まれ、
酸素イオンがセル部４２を透過することができる。セル
部４２は、酸素イオンを導電する固体電解質から構成さ
れる。このような固体電解質として、例えば、酸化ジル
コニウムに一定量の酸化カルシウム、酸化マグネシウ
ム、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化イッテ
ルビウム、酸化セリウム等の安定化剤を含有させた部分
安定化ジルコニア又は安定化ジルコニアを用いることが
できる。また、シート４１ａが固体電解質から構成され
ていてもよい。
【００１１】 電極５１は、被測定ガス雰囲気に晒され
るように、基体４１の外表面４１ｓに被覆する。一方、
電極５２は、第一空間４３ａに晒されるように、基体４
１の内表面４３ｓを被覆する。電極５１、５２は、セル
部４２を介して、互いに対応する形状であることが好ま
しい。電極５１、５２は、例えば、白金等を含有する金
属薄膜又は金属厚膜である。また、電極として、白金等
の導電性金属とジルコニア等のセラミックとの混合ペー
ストを印刷付与してもよい。第一空間４３ａが被測定ガ
スと連通するために、シート４１ｂの端部に細孔４５が
形成されている。
【００１２】 ポンプセルでは、電源５３より電極５
１、５２に直流電流を印加することにより、中空部４３
に含有する酸素ガスを、第一空間４３ａに晒される内表
面４３ｓから酸素イオンとしてセル部４２を透過させ、
基体４１の外表面４１ｓから外部空間へ放出することが
できる。また、印加電圧の方向を逆にすることにより、
酸素ガスが透過する方向を逆にすることもできる。即
ち、基体４１の外表面４１ｓから外部空間に含有する酸
素ガスを、酸素イオンとしてセル部４２を透過させ、内
表面４３ｓから中空部４３に放出することができる。
【００１３】 第二空間４３ｂの酸素分圧を検出するた
めの第一検出手段として、第一検出電極５６が、第二空
間４３ｂを形成する固体電解質の内表面に設けられ、こ
れにより、第一検出電極５６が、一酸化炭素吸着体６１
内部の酸素分圧を検出する。検出電極に、例えば、白金
を含有する材料を用いることは好ましい。また、金を含
有する材料を用いてもよい。
【００１４】 一酸化炭素吸着体６１として、多孔質で
ある物質が好適に用いられる。一酸化炭素吸着体を構成
する物質は、一酸化炭素を吸着できる限り、特に制限は
ない。一酸化炭素吸着体には、例えば、多孔質であるＺ
ｎＯ、ＳｎＯ2、Ａｌ2Ｏ3を用いることができる。ま
た、多孔質のＣｕＯとＺｎＯの混合体も用いることがで
きる。
【００１５】 基体４１には、その内部に向かって凸で
ある凹部４７が設けられ、該凹部４７は、被測定ガスと
異なるガス、例えば、大気に連通するものである。従っ
て、凹部４７は、細孔４５より離れた部位に設けられる
ことが好ましい。基準電極５８が、凹部４７の内側表面
に設けられ、基準電極５８と、第一検出電極５６との電
位差を測定するための電圧計５９が設けられる。また、
セル部４２及び第一検出電極５６の温度を制御するため
のヒーターが、基体４１の内部に埋設されていることが
好ましい。なお、電極５１、５２、第一検出電極５６、
及び基準電極５８の各々から、リードが延びていて、図
示していない端子パッド等に接続できる。
【００１６】 本発明の一酸化炭素センサ４０の使用方
法を、概説する。ポンプセルにより、第一空間４３ａか
ら酸素ガスを実質的に除去し、また、一酸化炭素吸着体
６１に被測定ガスの一酸化炭素を吸着させる。次いで、
ポンプセルにより、第一空間４３ａに酸素ガスを導入
し、酸素ガスが第一空間４３ａから第一検出電極５６に
到達するまでの時間を測定し、この到達時間より、一酸
化炭素濃度を測定する。酸素ガスが、一酸化炭素吸着体
６１に吸着していた一酸化炭素と反応するので、この反
応により酸素ガスが消費される。従って、この到達時間
は一酸化炭素濃度と相関があるので、到達時間の測定が
一酸化炭素濃度の測定となるものである。
【００１７】 以下、本発明の一酸化炭素センサ４０の
使用方法を、図３を参照して、説明する。まず、被測定
ガスは、細孔４５を通り中空部４３に導入される。時間
ｔ0で、電源５３から直流電流を電極５１、５２に印加
して、中空部４３の第一空間４３ａ中の被測定ガスか
ら、酸素ガスの除去を開始する。第一空間から酸素ガス
を実質的に除去し、一酸化炭素吸着体６１の表面で一酸
化炭素が酸素と実質的に反応しなようにする。中空部４
３の第一空間４３ａの酸素分圧を、第一空間４３ａの全
圧力に対して、例えば、１０-10以下とし、好ましく
は、１０- 20以下とする。この酸素分圧が１０-30程度と
なる場合もある。酸素ガスは、一酸化炭素吸着体６１に
吸着する一酸化炭素と反応して二酸化炭素に変換するも
のであるが、酸素ガスの濃度が低下するため、図３
（ｂ）に示すように、一酸化炭素吸着体に吸着する一酸
化炭素量が増加する。この増加量は、被測定ガスに含有
する一酸化炭素濃度と相関関係がある。
【００１８】 酸素ガスが実質的に除去された被測定ガ
スの一部は、第一空間４３ａから、一酸化炭素吸着体６
１を拡散し、第一検出電極５６に到達する。第一検出電
極５６には、基準電極５８における酸素分圧と検出電極
５６における酸素分圧の差に基づいて、ネルンストの式
で表現される起電力が発生する。被測定ガスが第二空間
４３ｂを十分に拡散して平衡に達すると、一酸化炭素吸
着体６１は、一酸化炭素を吸着している。
【００１９】 この平衡状態にある時間ｔ1で、ポンプ
セルを稼働させ、酸素ガスを導入し、第一空間１３ａを
所定のリーン雰囲気とする。例えば、図３（ａ）では、
第一空間１３ａの酸素ガス濃度を時間ｔ1で０％から１
％に変化させている。第一空間４３ａの酸素ガスの一部
は、一酸化炭素吸着体６１を拡散して、第一検出電極５
６に到達する。この拡散工程において、酸素ガスは、一
酸化炭素吸着体６１に吸着していた一酸化炭素と反応し
て二酸化炭素が生成する。従って、酸素ガスがこの反応
で消費されるので、一酸化炭素が吸着していると、酸素
ガスが第一検出電極５６に到達する時間が遅れる。この
時間の遅れは、一酸化炭素吸着体６１に吸着していた一
酸化炭素量に依存し、この一酸化炭素吸着量は、被測定
ガスの一酸化炭素濃度に依存する。
【００２０】 例えば、図３（ｃ）では、時間ｔ3で、
第一検出電極５６の起電力が４００ｍＶにまで低下す
る。そこで、時間ｔ3と時間ｔ1との差ｔcを求めると、
この時間差ｔcと、被測定ガスの一酸化炭素濃度とで
は、図７に示すような相関関係がある。そこで、この相
関関係を作成しておくと、この相関関係が検量線となっ
て、時間差ｔcを測定することで、一酸化炭素濃度を測
定できる。なお、図３（ｂ）では、時間ｔ1で一酸化炭
素吸着体６１に吸着する一酸化炭素の量の減少が開始し
ているが、これは理想的な一酸化炭素センサでのことで
あり、現実の一酸化炭素センサでは、酸素濃度を増加さ
せた時ｔ1から、一酸化炭素吸着量の減少が開始する時
までは、酸素ガスが第一空間１３ａから一酸化炭素吸着
体６１まで拡散する時間の遅れがある。
【００２１】 以下、本発明の他の実施態様を示す。図
１は、本発明の一酸化炭素センサ１０の分解斜視図であ
る。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ’の断面図であり、図
２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’の断面図である。一酸化炭
素センサ１０は、中空部１３が形成された基体１１と、
電極２１、２２と、第一検出電極２６及び第二検出電極
２７と、基準電極２８とを有する。以下、一酸化炭素セ
ンサ１０について、一酸化炭素センサ４０と異なる事項
を中心に説明し、同じ事項については適宜、省略する。
【００２２】 基体１１は、基体４１と同様に、一体構
造をしている。基体１１は、その内部に中空部１３が形
成されている。中空部１３は、第一空間１３ａと、第二
空間１３ｂと、第三空間１３ｃとを有する。第一空間１
３ａは、基体１１の外部空間と細孔１５により連通し、
被測定ガスを中空部１３の第一空間１３ａに導入でき
る。細孔１５は、被測定ガスが中空部１３に拡散する速
度を律速する。
【００２３】 第二空間１３ｂ及び第三空間１３ｃは、
互いに区画されていて、第一空間１３ａと連通する。一
酸化炭素吸着体３１が第二空間１３ｂ内の少なくとも一
部に充填するので、一酸化炭素吸着体３１を通過した被
測定ガスの酸素分圧を第一検出電極２６で検出できる。
好ましくは、一酸化炭素吸着体３１が第二空間１３ｂ内
を充填する。同様に、ガス平衡体３２が第三空間１３ｃ
内の少なくとも一部を充填し、ガス平衡体３２を通過し
た被測定ガスの酸素分圧を第二検出電極２７で検出でき
る。好ましくは、ガス平衡体３２が第三空間１３ｃ内を
充填する。本発明の一酸化炭素センサ１０は、一酸化炭
素吸着体３１に吸着する一酸化炭素量が、被測定ガスの
一酸化炭素濃度に依存する特性を利用する。
【００２４】 一酸化炭素センサ４０のポンプセルと同
様に、基体１１の部分であるセル部１２は、一対の電極
２１、２２とともにポンプセルを形成し、このポンプセ
ルにより、第一空間１３ａの酸素濃度を制御できる。セ
ル部１２は、一対の電極２１、２２に挟まれ、酸素イオ
ンがセル部１２を透過することができる。図１では、セ
ル部１２が、細孔１５の周囲に設けられている。電極２
１、電極２２及び電源２３は、電極５１、電極５２及び
電源５３と同様である。
【００２５】 第二空間１３ｂの酸素分圧を検出するた
めの第一検出電極２６が、第二空間１３ｂを形成する固
体電解質の内表面に設けられ、これにより、第一検出電
極２６が、一酸化炭素吸着体３１を通過した被測定ガス
の酸素分圧を検出する。同様に、第三空間１３ｃの酸素
分圧を検出するための第二検出電極２７が、第三空間１
３ｃを形成する固体電解質の内表面に設けられ、これに
より、第二検出電極２７が、ガス平衡体３２を通過した
被測定ガスの酸素分圧を検出する。また、第一検出電極
２６と第二検出電極２７との電位差を測定するための電
圧計２５を設けることが好ましい。
【００２６】 本発明の一酸化炭素センサ１０では、被
測定ガスが、一酸化炭素吸着体３１を通過して第一検出
電極２６に到達する時間と、ガス平衡体３２を通過して
第二検出電極２７に到達する時間との差が、重要であ
る。従って、第二空間１３ｂの形状は、第三空間１３ｃ
の形状と同一であることが好ましく、また、第二空間１
３ｂと第三空間１３ｃは、第一空間１３ａから実質的に
対称であることが好ましい。更に、第一検出電極２６の
位置が、第二検出電極２７の位置と実質的に対称である
ことが好ましく、更にまた、一酸化炭素吸着体３１の酸
素に対する拡散抵抗とガス平衡体３２の酸素に対する拡
散抵抗がほぼ等しいことが好ましい。検出電極に酸化触
媒となる金属、例えば、白金を含有する材料を用いるこ
とは好ましい。また、金を含有する材料であってもよ
い。一酸化炭素吸着体３１は、一酸化炭素吸着体６１と
同じものである。
【００２７】 ガス平衡体３２には、一酸化炭素を吸着
し難く、かつ、多孔質であるセラミックスが好適に用い
られる。セラミックスの表面には、一般的に、一酸化炭
素が多かれ少なかれ吸着するものであるので、ガス平衡
体に用いられるセラミックスは、一酸化炭素吸着体に用
いられない程度に一酸化炭素が吸着しなければよい。ガ
ス平衡体として、例えば、多孔質のＺｒＯ2を用いるこ
とができる。ガス平衡体３２の酸素に対する拡散抵抗
が、一酸化炭素吸着体の酸素に対する拡散抵抗とほぼ等
しいことが好ましい。これにより、一酸化炭素を含有し
ていない被測定ガスを第一空間１３ａに導入したとき、
この被測定ガスが第一検出電極２６に到達する時間と、
第二検出電極２７に到達する時間との差が小さくなるか
らである。
【００２８】 凹部１７及び基準電極２８は、凹部４７
及び基準電極５８と同じものである。基準電極２８と、
第一検出電極２６との電位差を測定するための電圧計２
９が設けられ、また、基準電極２８と、第二検出電極２
７との電位差を測定するための電圧計３０が設けられ
る。セル部１２、第一検出電極２６、及び第二検出電極
２７の温度を制御するためのヒーターが、基体１１の内
部に埋設されていることが好ましい。
【００２９】 以下、本発明の一酸化炭素センサ１０の
使用方法を説明する。一酸化炭素濃度を測定するには、
まず、中空部１３の酸素濃度が少ないリッチ雰囲気のと
きに、第一検出電極２６と第二検出電極２７との電位差
をモニターし、次いで、中空部１３の酸素濃度が大きい
リーン雰囲気に切り替えて、酸素ガスが第一検出電極２
６に到達する時間と、酸素ガスが第二検出電極２７に到
達する時間との差を検出する。この時間差を検出する手
段は二つあり、一つの手段は、第一検出電極２６と第二
検出電極２７との電位差をモニターすることである。も
う一つの手段は、基準電極２８に対する第一検出電極２
６の起電力及び基準電極２８に対する第二検出電極２７
の起電力をモニターすることである。
【００３０】 以下、図３を参照しながら、一酸化炭素
センサ１０の使用方法をより詳しく説明する。被測定ガ
スは、細孔１５を通り中空部１３に導入される。平衡状
態に達した後は、理想的には、第一検出電極２６の酸素
分圧と、第二検出電極２７の酸素分圧は実質的に等しく
なるので、両電極の起電力は実質的に等しく、両電極の
電位差は非常に小さな値となる。
【００３１】 時間ｔ0で、電源２３から直流電流を電
極２１、２２に印加して、中空部１３の第一空間１３ａ
中の被測定ガスから、酸素ガスの除去を開始する。酸素
ガスは、一酸化炭素吸着体３１の表面で一酸化炭素が酸
素と反応することがない程度に除去する。中空部１３の
第一空間１３ａの酸素分圧を、第一空間１３ａの全圧力
に対して、例えば、１０-15以下とし、好ましくは、１
０-20以下とする。この酸素分圧が１０-30程度となる場
合もある。酸素ガスは、一酸化炭素吸着体３１に吸着す
る一酸化炭素と反応して二酸化炭素に変換するものであ
るが、酸素ガスの濃度が低下するため、図３（ｂ）に示
すように、一酸化炭素吸着体に吸着する一酸化炭素量が
増加する。この増加量は、被測定ガスに含有する一酸化
炭素濃度と相関関係がある。
【００３２】 酸素ガスが実質的に除去された被測定ガ
スの一部は、第一空間１３ａから、一酸化炭素吸着体３
１を拡散し、第一検出電極２６に到達する。一方、この
被測定ガスの一部は、ガス平衡体３２を拡散し、第二検
出電極２７に到達する。このとき、第一検出電極２６に
は、基準電極２８における酸素分圧と第一検出電極にお
ける酸素分圧の差に基づいて、ネルンストの式で表現さ
れる起電力が発生する。同様に、第二検出電極２７に
は、基準電極２８に対して、起電力が発生する。被測定
ガスが第二空間１３ｂ及び第三空間１３ｃを十分に拡散
して平衡に達すると、第一検出電極２６における酸素分
圧及び検出電力２７における酸素分圧は、互いに実質的
に等しく、従って、第一検出電極２６の起電力及び検出
電力２７の起電力は、互いに実質的に等しくなる。この
平衡状態では、一酸化炭素吸着体３１は、一酸化炭素を
吸着しているが、ガス平衡体３２は、一酸化炭素を殆ど
吸着していない。
【００３３】 この平衡状態にある時間ｔ1で、ポンプ
セルを稼働させ、酸素ガスを導入し、第一空間１３ａを
所定のリーン雰囲気とする。例えば、図３（ａ）では、
第一空間１３ａの酸素ガス濃度を時間ｔ1で０％から１
％に変化させている。第一空間１３ａの酸素ガスの一部
は、一酸化炭素吸着体３１を拡散して、第一検出電極２
６に到達する。この過程において、酸素ガスは、一酸化
炭素吸着体３１に吸着していた一酸化炭素と反応して二
酸化炭素が生成する。従って、酸素ガスがこの反応で消
費されるので、酸素ガスが消費されないときと比較し
て、酸素ガスが第一検出電極２６に到達する時間が遅れ
る。
【００３４】 一方、第一空間１３ａの酸素ガスの一部
は、ガス平衡体３２を拡散して、第二検出電極２７に到
達する。ガス平衡体３２は、一酸化炭素を殆ど吸着して
いないので、酸素ガスは、反応により消費されることな
く、第二検出電極２７に到達する。従って、第一検出電
極２６に酸素ガスが到達する時間と、第二検出電極２７
に酸素ガスが到達する時間の差は、一酸化炭素吸着体が
吸着していた一酸化炭素量に依存し、この一酸化炭素吸
着量は、被測定ガスの一酸化炭素濃度に依存する。
【００３５】 酸素ガスが二つの第一検出電極２６及び
第二検出電極２７に到達する時間差は、第一検出電極２
６の起電力及び第二検出電極２７の起電力をモニターす
ることで、求めることができる。例えば、図３（ｃ）及
び図３（ｄ）に示すように、第二検出電極２７の起電力
が４００ｍＶにまで低下する時間ｔ2と、第一検出電極
２６の起電力が４００ｍＶにまで低下する時間ｔ3とか
ら、時間差ｔaを求めることができる。また、酸素ガス
が二つの第一検出電極２６及び第二検出電極２７に到達
する時間差は、第一検出電極２６と第二検出電極２７と
の電位差をモニターすることで求めてもよい。例えば、
図３（ｅ）に示すように、二つの第一検出電極２６及び
第二検出電極２７の電位差が５０ｍＶにまで上昇した時
の時間ｔ4と、この電位差が５０ｍＶにまで低下した時
の時間ｔ5とから、時間差ｔbを求めることができる。
【００３６】 図４は、被測定ガスの一酸化炭素濃度と
一酸化炭素吸着体に吸着する一酸化炭素量との関係を示
す。一酸化炭素吸着体の温度が高いと、一酸化炭素の吸
着量は限られているが、一酸化炭素が高濃度のときま
で、吸着量と濃度との比例関係が成立する。一方、一酸
化炭素吸着体の温度が低いと、吸着量が飽和し易いの
で、一酸化炭素が低濃度のときのみ、一酸化炭素の吸着
量を測定できる。しかし、このような低濃度領域では、
吸着量が多いため、感度が高くなる。従って、測定する
一酸化炭素濃度に応じて、吸着体の温度設定を切り替え
ることにより、測定レンジを切り替えることができる。
また、測定レンジの設定は一酸化炭素吸着体の量、種類
を適宜選択することによってもできる。
【００３７】 第一空間１３ａの表面に新たな第三検出
電極を設けて、基準電極２８に対するこの検出電極の起
電力を一定に保つように、ポンプセルの電流又は電圧を
制御するフィードバック回路を用いることは好ましい。
これにより、この第３の検出電極の起電力を一定に保つ
ことで、第一空間１３ａの酸素濃度を一定値に設定でき
るからである。第三空間を利用することなく一酸化炭素
濃度を測定する方法であっても、第二空間及び第三空間
を利用して一酸化炭素濃度を測定する方法であっても、
図３（ａ）に示すように、一回の測定では、酸素ガスが
実質的に除去されたリッチ雰囲気である期間と、酸素ガ
スを含有するリーン雰囲気である期間とがある。そこ
で、時間を測定する精度を向上するために、リッチ雰囲
気とリーン雰囲気とを交互に繰り返し、その時間の平均
を求めることが好ましい。
【００３８】 図８は、本発明の更に別の実施態様であ
る一酸化炭素センサ７０の分解斜視図である。図９は、
図８のＤ−Ｄ’の断面図である。一酸化炭素センサ７０
は、中空部７３が形成された基体７１と、電極８１、８
２と、第一検出電極８６と、基準電極８８とを有する。
【００３９】 基体７１は、基体４１と同様に、３つの
シート７１ａ、７１ｂ、７１ｃからなる一体構造をして
いる。基体７１は、その内部に中空部７３が形成されて
いる。中空部７３の一部には、一酸化炭素吸着体９１が
充填されている。一酸化炭素吸着体９１は、一酸化炭素
センサ４０と異なり、中空部７３の細孔７５側に配置
し、中空部７３内の他の空間部８７に第一検出電極８６
が配設されている。一酸化炭素吸着体９１は基体７１の
外部空間と細孔７５により連通し、被測定ガスを中空部
７３に導入できる。細孔７５は、被測定ガスが中空部７
３に拡散する速度を律速する。
【００４０】 被測定ガスは細孔７５を通り、一酸化炭
素吸着体９１を通過して中空部７３内の他の空間部８７
に配設された第一検出電極８６に到達し、第一検出電極
８６は被測定ガスの酸素分圧を検出する。
【００４１】 一酸化炭素センサ４０のポンプセルと同
様に、基体７１の部分であるセル部７２は、一対の電極
８１、８２とともにポンプセルを形成し、このポンプセ
ルにより、中空部７３内の他の空間部８７の酸素濃度を
制御できる。セル部７２は、一対の電極８１、８２に挟
まれ、酸素イオンがセル部７２を透過することができ
る。電極８１、電極８２及び電源８３は、電極５１、電
極５２及び電源５３と同様である。
【００４２】 空間部８７の酸素分圧を検出するための
第一検出電極８６が、空間部８７を形成する固体電解質
の内表面に設けられ、これにより、第一検出電極８６
が、一酸化炭素吸着体９１を通過した被測定ガスの酸素
分圧を検出する。なお、その他の基本構成は一酸化炭素
センサ４０と同様であり、８９は基準電極８８と第一検
出電極８６との電位差を測定するための電圧計で、９０
は基体７１に設けられた凹部であり、被測定ガスと異な
る、例えば大気と連通するものである。
【００４３】 本実施態様の一酸化炭素センサ７０の使
用方法を、概説する。ポンプセルにより、空間部８７か
ら酸素ガスを実質的に除去し、また、一酸化炭素吸着体
９１に被測定ガスの一酸化炭素を吸着させる。次いで、
ポンプセルにより、空間部８７に酸素ガスを導入する
と、酸素ガスは一酸化炭素吸着体９１に吸着された一酸
化炭素と反応して消費され、空間部８７の酸素ガス濃度
はある一定値を示し、第一検出電極８６はその酸素分圧
を検出する。次に、一酸化炭素吸着体９１に吸着された
一酸化炭素のすべてが導入される酸素ガスと反応する
と、空間部８７の酸素分圧は急激に上昇するので、第一
検出電極８６はその変化を検出することができ、この変
化に至るまでの時間を測定することにより、被測定ガス
の一酸化炭素濃度を測定することができる。なお、本実
施態様の一酸化炭素センサ７０においては、中空部７３
の細孔７５側に一酸化炭素吸着体９１を配置したので、
外乱防止のため、細孔７５の径はできるだけ絞ることが
好ましい。
【００４４】
【発明の効果】 本発明の一酸化炭素センサでは、被測
定ガス中の酸素濃度に影響されないので、また、時間を
測定するので、電気的ノイズの影響を受け難く、一酸化
炭素センサの正確さが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一酸化炭素センサの一実施例の分解
斜視図である。
【図２】 図１の一酸化炭素センサの断面説明図であ
る。図２（ａ）は、Ａ−Ａ’断面である。図２（ｂ）
は、Ｂ−Ｂ’断面である。
【図３】 本発明の一酸化炭素センサの動作説明図であ
る。図３（ａ）は、第一空間の酸素濃度（％）を示し、
図３（ｂ）は、一酸化炭素吸着体に吸着する一酸化炭素
量を示し、図３（ｃ）は、第一検出電極の起電力を示
し、図３（ｄ）は、第二検出電極２７の起電力を示し、
図３（ｅ）は、第一検出電極２６と第二検出電極２７と
の電位差を示す。
【図４】 被測定ガスの一酸化炭素濃度と、一酸化炭素
吸着体に吸着する一酸化炭素量との関係を示す図であ
る。
【図５】 本発明の一酸化炭素センサの一実施例の分解
斜視図である。
【図６】 図５の一酸化炭素センサのＣ−Ｃ’断面の説
明図である。
【図７】 図５の一酸化炭素センサにおいて、一酸化炭
素濃度と時間差ｔcとの関係を示す図である。
【図８】 本発明の更に別の実施態様である一酸化炭素
センサ７０の分解斜視図である。
【図９】 図８のＤ−Ｄ’の断面図である。
【符号の説明】
１０・・・一酸化炭素センサ、１１・・・基体、１１ａ・・・シ
ート、１１ｂ・・・シート、１１ｃ・・・シート、１１ｓ・・・
外表面、１２・・・セル部、１３・・・中空部、１３ａ・・・第
一空間、１３ｂ・・・第二空間、１３ｃ・・・第三空間、１３
ｓ・・・表面、１５・・・細孔、１７・・・凹部、２１・・・電極、
２２・・・電極、２３・・・電源、２５・・・電圧計、２６・・・第
一検出電極、２７・・・第二検出電極、２８・・・基準電極、
２９・・・電圧計、３０・・・電圧計、３１・・・一酸化炭素吸
着体、３２・・・ガス平衡体、４０・・・一酸化炭素センサ、
４１・・・基体、４１ａ・・・シート、４１ｂ・・・シート、４
１ｃ・・・シート、４１ｓ・・・外表面、４２・・・セル部、４
３・・・中空部、４３ａ・・・第一空間、４３ｂ・・・第二空
間、４３ｓ・・・表面、４５・・・細孔、４７・・・凹部、５１・
・・電極、５２・・・電極、５３・・・電源、５６・・・第一検出
電極、５８・・・基準電極、５９・・・電圧計、６１・・・一酸
化炭素吸着体、７０・・・一酸化炭素センサ、７１・・・基
体、７２・・・セル部、７３・・・中空部、７５・・・細孔、８
１・・・電極、８２・・・電極、８３・・・電源、８６・・・第一検
出電極、８７・・・空間部、８８・・・基準電極、８９・・・電
圧計、９０・・・凹部、９１・・・一酸化炭素吸着体。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被測定ガスと連通する空間と、該空間の
    酸素分圧を制御する制御手段と、該空間内にあって、一
    酸化炭素を吸着する一酸化炭素吸着体と、該空間内の酸
    素分圧を検出する第一検出手段とを有することを特徴と
    する一酸化炭素センサ。
  2. 【請求項２】 被測定ガスと連通する第一空間と、該第
    一空間の酸素分圧を制御する制御手段と、該第一空間と
    連通する第二空間と、該第二空間内にあって、一酸化炭
    素を吸着する一酸化炭素吸着体と、該一酸化炭素吸着体
    内部の酸素分圧を検出する第一検出手段とを有すること
    を特徴とする一酸化炭素センサ。
  3. 【請求項３】 該第一空間内に、該第一空間の酸素分圧
    を検出する手段を有することを特徴とする請求項２に記
    載の一酸化炭素センサ。
  4. 【請求項４】 該第一空間と連通する第三空間と、該第
    三空間の酸素分圧を検出する第二検出手段とを有するこ
    とを特徴とする請求項２又は３の一酸化炭素センサ。
  5. 【請求項５】 該第一空間及び該第二空間が、基体の内
    部に形成されていて、該制御手段が、該基体の少なくと
    も一部を構成する酸素イオン導電性の固体電解質と、該
    固体電解質を挟む一対の電極から成ることを特徴とする
    請求項２、３又は４に記載の一酸化炭素センサ。
  6. 【請求項６】 該基体が大気に連通する凹部を有し、基
    準電極が該凹部に設けられ、該基準電極に対する該第一
    検出手段、あるいは／及び該第二検出手段の電圧をモニ
    ターする手段を有することを特徴とする請求項５に記載
    の一酸化炭素センサ。
  7. 【請求項７】 第一空間の酸素分圧を制御する制御手段
    により、被測定ガスと連通する該第一空間から、酸素ガ
    スを実質的に除去し、該第一空間と連通する該第二空間
    にある一酸化炭素吸着体に一酸化炭素を吸着させた後、
    次いで、 該制御手段により、該第一空間の酸素分圧を増加させ、 酸素ガスが、該第一空間から該一酸化炭素吸着体内の酸
    素分圧を検出する第一検出手段にまで到達する時間よ
    り、被測定ガス中の一酸化炭素濃度を検出することを特
    徴とする一酸化炭素濃度の検出方法。
  8. 【請求項８】 第一空間の酸素分圧を制御する制御手段
    により、被測定ガスと連通する該第一空間から、酸素ガ
    スを実質的に除去し、該第一空間と連通する該第二空間
    にある一酸化炭素吸着体に一酸化炭素を吸着させた後、
    次いで、 該制御手段により、該第一空間の酸素分圧を増加させ、 酸素ガスが、該第一空間から該一酸化炭素吸着体内の酸
    素分圧を検出する第一検出手段にまで到達する時間と、 酸素ガスが、該第一空間から該第一空間と連通する第三
    空間の酸素分圧を検出する第二検出手段にまで到達する
    時間と、の差から、被測定ガス中の一酸化炭素濃度を検
    出することを特徴とする一酸化炭素濃度の検出方法。
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