JPH08201337A

JPH08201337A - 限界電流式ガスセンサ

Info

Publication number: JPH08201337A
Application number: JP7012106A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Yagi; 秀明八木; Katsuhiko Horii; 克彦堀井; Takashi Usami; 貴司宇佐見
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1995-01-27
Publication date: 1996-08-09
Anticipated expiration: 2018-07-28
Also published as: JP3432026B2

Abstract

(57)【要約】【目的】センサ素子を含むセンサ本体３０が、結露水
の影響によって、割れ等の破損を招かない限界電流式ガ
スセンサ１０の提供。【構成】限界電流式ガスセンサ１０は、プローブ２０
の端にセンサ素子とヒータ素子を接合したセンサ本体３
０を固定し、その周囲をプロテクタ４０と多孔質の収容
フィルタ５０で覆って設けられる。プロテクタ４０は、
プローブ２０側の周囲にガスを内部に導く通気孔４１ａ
を備える筒体４１と、先端に固着された多孔質の端部フ
ィルタ４２とからなる。プローブ２０に対してセンサ本
体３０が水平方向、あるいは上側に配置される場合は、
プロテクタ４０内の結露水は通気孔４１ａから外部へ排
出される。また、センサ本体３０が下側に配置される場
合は、結露水は多孔質の端部フィルタ４２から外部へ排
出される。このため、水没状態からヒータ素子が作動し
てセンサ本体３０が破損することがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸素濃度や湿度等のガ
ス濃度を検出するヒータ付きの限界電流式ガスセンサに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来技術として、特開平５−９
３７０６号公報に開示された技術が知られている。この
技術には、プローブの先端にヒータ付きのセンサ素子を
取り付け、その周囲をステンレス製プロテクタで覆うと
ともに、さらにその周囲を多孔質性フィルタで覆う限界
電流式ガスセンサが開示されている。なお、プロテクタ
には、周囲にガスの流入、流出を行う通気孔を備え、フ
ィルタ内に流入したガスがプロテクタ内に導入されるよ
うに設けられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる限界電流式ガス
センサの作動中、ヒータの働き等で、センサ素子などプ
ロテクタ内が高温状態となる。そして、限界電流式ガス
センサの作動が停止され、ヒータがOFF されると、プロ
テクタ内の温度が徐々に下がり、測定雰囲気ガス温度が
露点温度より下がると、ガス中の水蒸気がプロテクタ内
に異常に結露する場合がある。

【０００４】プロテクタは、通気孔を備えるが、ガスの
流速が測定結果に影響を与えないように、通気孔は通
常、センサ素子の検出部より離れた位置に設けられる。
このため、プロテクタ内に生じた結露は、限界電流式ガ
スセンサの設置方向によっては、プロテクタ内から流出
せずに、プロテクタ内に溜まってしまい、センサ素子が
結露水に水没する場合がある。具体的には、上述の公報
に開示された技術では、通気孔がプローブ側に４つ設け
られた単純構造であるため、プローブに対してセンサ素
子が下向きに設置されると、プロテクタ内で発生した結
露水はプロテクタ内から流出せずに、プロテクタ内に溜
まって、センサ素子が結露水に水没する。

【０００５】限界電流式ガスセンサを作動させると、ヒ
ータの働きで、センサ素子が短時間で高温（５００〜６
００℃）に昇温する。そして、センサ素子が結露水に水
没した状態で、限界電流式ガスセンサを作動させると、
センサ素子に付着した水により、熱衝撃がセンサ素子に
加わり、センサ素子が割れるなど、破損する事故が発生
する可能性がある。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、センサ素子が結露水の影響によっ
て破損することのない限界電流式ガスセンサの提供にあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の限界電流式ガス
センサは、次の技術的手段を採用した。〔請求項１の手段〕限界電流式ガスセンサは、ガス濃度
を検出するセンサ素子と、通電を受けて発熱し、前記セ
ンサ素子をセンサ使用温度に加熱するヒータ素子と、前
記センサ素子および前記ヒータ素子を被測定ガス中に設
置するためのプローブベースと、前記センサ素子および
前記ヒータ素子を覆った状態で前記ベースに取り付けら
れるとともに、前記ベース側で且つ周囲に通気孔を備え
た有底容器状のプロテクタとを備える。そして、前記プ
ロテクタは、前記プローブベースの近傍側に前記通気孔
を備え、前記センサ素子および前記ヒータ素子を覆う筒
状で気密性の材料で形成された筒体と、この筒体の端部
に取り付けられ、前記筒体内の水が透過可能な多孔質の
端部フィルタとからなる。

【０００８】〔請求項２の手段〕限界電流式ガスセンサ
は、ガス濃度を検出するセンサ素子と、通電を受けて発
熱し、前記センサ素子をセンサ使用温度に加熱するヒー
タ素子と、前記センサ素子および前記ヒータ素子を被測
定ガス中に設置するためのプローブベースと、前記セン
サ素子および前記ヒータ素子を覆った状態で前記ベース
に取り付けられるとともに、周囲に通気孔を備えた有底
容器状のプロテクタとを備える。そして、前記ヒータ素
子は、このヒータ素子に電圧を印加するヒータ通電回路
を備え、このヒータ通電回路は、通電開始時に、前記セ
ンサ使用温度よりも低い温度で所定時間発熱するよう、
前記ヒータ素子に所定時間、低電圧を印加し、その後、
前記ヒータ素子が前記センサ使用温度で発熱するよう、
前記ヒータ素子に高電圧を印加する。

【０００９】

【発明の作用および効果】

〔請求項１の作用および効果〕限界電流式ガスセンサ
は、ベースに対してセンサ素子が上側に設置された場
合、プロテクタ内で結露した結露水は、下側に位置する
通気孔からプロテクタの外部へ流出する。また、ベース
に対してセンサ素子が水平方向に設置された場合、プロ
テクタ内で結露した結露水は、プロテクタの周囲に設け
られた通気孔からプロテクタの外部へ流出する。さら
に、ベースに対してセンサ素子が下側に設置された場
合、プロテクタ内で結露した結露水は、下側に位置する
多孔質の端部フィルタからプロテクタの外部へ流出す
る。

【００１０】このように、プロテクタ内で発生した結露
水は、限界電流式ガスセンサの設置方向にかかわらず、
プロテクタの外部へ流出するため、センサ素子は従来の
ように結露水によって水没する不具合が防がれる。この
ため、限界電流式ガスセンサを作動させた際、ヒータの
働きで、センサ素子が高温（センサ使用温度）に昇温し
ても、熱衝撃によってセンサ素子が破損する不具合を防
ぐことができる。

【００１１】〔請求項２の作用および効果〕限界電流式
ガスセンサを作動させた際、ヒータ通電回路によって、
ヒータ素子は所定時間低電圧が印加され、低い温度で所
定時間発熱する。このように、所定時間、低い温度で加
熱されることにより、ヒータ素子に付着していた水が蒸
発する。なお、ヒータ素子に水が付着した状態で通電が
開始されるが、低い温度での加熱であるため、センサ素
子に与えられる熱衝撃は小さく、センサ素子が破損する
不具合は発生しない。そして、所定時間経過後に、ヒー
タ通電回路によってヒータ素子に高電圧を印加し、ヒー
タ素子の温度をセンサ使用温度に昇温させる。

【００１２】このように、限界電流式ガスセンサの作動
時に、センサ素子に付着した水を蒸発させてから、セン
サ素子の温度が高温（センサ使用温度）に昇温されるた
め、熱衝撃によってセンサ素子が破損する不具合を防ぐ
ことができる。勿論、請求項１の発明と合わせて用いれ
ば、水蒸気の結露によってもたらされる種々の不具合
は、より完全に一掃できる。

【００１３】

【実施例】次に、請求項１および請求項２を採用した限
界電流式ガスセンサの実施例を、図１ないし図８を用い
て説明する。〔実施例の構成〕限界電流式ガスセンサ１０は、図１お
よび図２に示すように、丸棒状のプローブ２０（プロー
ブベースの一例）と、このプローブ２０の先端面に突出
した状態で固定されるセンサ本体３０と、このセンサ本
体３０を収容するプロテクタ４０と、このプロテクタ４
０を収容する多孔質の収容フィルタ５０とから構成され
る。

【００１４】（プローブ２０の説明）プローブ２０は、
センサ本体３０を測定雰囲気中に配置するための手段
で、ステンレスなど、耐熱性金属よりなる中空の丸棒体
を呈する。このプローブ２０の先端には、センサ本体３
０を固定する穴（図示しない）を備え、その周囲にプロ
テクタ４０および収容フィルタ５０を嵌め合わせるため
の嵌合部２１、２２が形成されている。

【００１５】（センサ本体３０の説明）センサ本体３０
は、図３に示すように、板状のセンサ素子６０と、板状
のヒータ素子７０とを、ガラスによって接合したもので
ある。

【００１６】（センサ素子６０の説明）センサ素子６０
は、ガス濃度（酸素濃度や湿度等）を検出するためのも
ので、安定化ジルコニア板６１内に、陽電極６２と陰電
極６３とを埋設して設けられている。このジルコニア板
６１は、酸化ジルコニウムに安定化剤として酸化イット
リウムを添加したものを焼成して設けられた酸素イオン
良導電性の固体電解質である。本実施例におけるジルコ
ニア板６１は、外形寸法が例えば縦２３ｍｍ、幅５ｍ
ｍ、厚み０．３ｍｍのセラミック板で、内部に矩形の開
口部６４が形成されている。

【００１７】また、ジルコニア板６１には、陽電極６２
から取り出されるガスを、ジルコニア板６１の外部へ放
出させるためのガス出口穴６５が形成されている。この
ガス出口穴６５は、陽電極６２の検出電極を外部に露出
する穴で、本実施例では丸穴を示すが、陽電極６２の検
出電極を外部に露出する穴であればどのような形状や大
きさであっても良い。

【００１８】陽電極６２および陰電極６３は、ともに厚
みが数十μｍ（例えば２０μｍ）の多孔質性白金電極
で、ジルコニア板６１内で対向した状態で設けられてい
る。具体的には、プローブ２０に固着される側とは異な
った側（図３の上側）より、幅２ｍｍの検出電極６２
ａ、６３ａと、幅の狭い延長電極６２ｂ、６３ｂと、白
金線６６、６７が接合されるセンサ接続電極６２ｃ、６
３ｃとからなる。

【００１９】また、陰電極６３は、陰電極６３の延長電
極６３ｂから枝分かれして、ジルコニア板６１の側面か
ら外部に露出するガス導入部６３ｄを備える。このガス
導入部６３ｄは、他の陰電極６３と同様、多孔質性白金
電極で、陰電極６３の延長電極６３ｂとともに、導入さ
れたガスの拡散を制限するガス拡散制限手段６３ｅとし
て作用する。

【００２０】（ヒータ素子７０の説明）ヒータ素子７０
は、センサ素子６０の検出部Ａ（検出電極６２ａ、６３
ａ側）をセンサ使用温度（例えば５００〜６００℃）に
局部加熱するためのもので、図４に示すように、アルミ
ナ板７１内に、ヒータ電極７２を埋設して設けられてい
る。このアルミナ板７１は、センサ素子６０のジルコニ
ア板６１と同様、外形寸法が縦２３ｍｍ、幅５ｍｍ、厚
み０．３ｍｍに設けられ、内部に矩形の開口部７３が形
成されている。

【００２１】ヒータ電極７２は、白金によって形成され
た電極で、センサ素子６０の検出部Ａを局部加熱するた
めに、線幅が狭く略Ｍ字形に設けられた発熱部７２ａ
と、この発熱部７２ａを通電するため線幅がやや広めに
設けられたリード電極７２ｂと、白金線７４、７５が接
合されるヒータ接続電極７２ｃ、７２ｄとからなる。

【００２２】（センサ本体３０の製造方法）ここで、セ
ンサ本体３０の製造方法を説明する。先ず、センサ素子
６０の製造方法を説明する。酸化イットリウムが添加さ
れた酸化ジルコニウムを主成分とした材料によって、焼
成後に開口部６４となる穴、およびガス出口穴６５とな
る穴を開けた板状の固体電解質グリーンシートを形成す
る（第１工程）。次に、形成されたグリーンシートの表
面に、焼成後に陽電極６２と陰電極６３となる白金ペー
ストを印刷する（第２工程）。次に、グリーンシートの
端部に白金線６６、６７を乗せ、焼成後にセンサ接続電
極６２ｃ、６３ｃとなる白金ペーストと、白金線６６、
６７とを接触させる（第３工程）。

【００２３】次に、白金ペーストが印刷されたグリーン
シートの表面に、第１工程と同様に形成された固体電解
質のグリーンシートを積層する（第４工程）。なお、こ
の第４工程で使用されるグリーンシートがヒータ素子７
０と接合される側である場合は、陽電極６２と陰電極６
３を密封でき、焼成できるものであれば他の材料を用い
て形成しても良い。また、第４工程で使用されるグリー
ンシートがヒータ素子７０と接合される側である場合
は、ガス出口穴６５となる穴を設けなくとも良い。そし
て、積層されたグリーンシートを約１５００℃で一体焼
成する（第５工程）。以上の工程によって、センサ素子
６０が完成する。

【００２４】次に、ヒータ素子７０の製造方法を説明す
る。アルミナ粉末を主成分とする材料によって、焼成後
に開口部７３となる穴を開けた板状のグリーンシートを
形成する（第６工程）。次に、形成されたグリーンシー
トの表面に、焼成後にヒータ電極７２となる白金ペース
トを印刷する（第７工程）。次に、グリーンシートの端
部に白金線７４、７５を乗せ、焼成後にヒータ接続電極
７２ｃ、７２ｄとなる白金ペーストと、白金線７４、７
５とを接触させる（第８工程）。次に、白金ペーストが
印刷されたグリーンシートの表面に、第６工程と同様に
形成されたグリーンシートを積層する（第９工程）。そ
して、積層されたグリーンシートを約１５００℃で一体
焼成する（第１０工程）。以上の工程によって、ヒータ
素子７０が完成する。

【００２５】そして、上記によって製造されたセンサ素
子６０とヒータ素子７０の間に封止ガラス等を付与し、
約８００℃に加熱する（第１１工程）。この第１１工程
によって、センサ素子６０とヒータ素子７０とが接合さ
れ、センサ本体３０が完成する。

【００２６】（プロテクタ４０の説明）プロテクタ４０
は、請求項１を採用するもので、図１および図２に示す
ように、筒体４１と、その先端に固着された端部フィル
タ４２とから構成された有底筒状容器で、一端がプロー
ブ２０に設けられた嵌合部２１に嵌め合わされ、無機質
径接着剤によってプローブ２０に固着される。

【００２７】筒体４１は、ステンレスなど、耐熱性で気
密性に優れた金属よりなり、センサ本体３０の周囲を覆
う筒状のもので、プローブ２０の嵌合部２１に嵌め合わ
される側の周囲に、通気孔４１ａを備える。この通気孔
４１ａは、収容フィルタ５０内のガスをプロテクタ４０
内に導くとともに、プロテクタ４０内のガスを外部に排
出するためのもので、本実施例ではプローブ２０のベー
ス端面近傍の周囲に直径約１ｍｍの穴が９０°間隔に４
つ形成されている。

【００２８】端部フィルタ４２は、筒体４１内の水が透
過可能な濡れ性に優れた多孔質部材（ポアー径約７０μ
ｍ）で、ステンレスなど、耐熱性に優れた金属焼結体を
使用するのが望ましい。この端部フィルタ４２は、円盤
状を呈し、筒体４１の先端内に装着された後、カシメに
よって筒体４１の先端に固着される。

【００２９】（収容フィルタ５０の説明）収容フィルタ
５０は、内部に進入するガスの流速を大幅に低減させ、
ゴミ等を除いて周囲のガスを収容フィルタ５０内に導く
とともに、収容フィルタ５０内のガスを外部に排出する
ことのできる多孔質部材（ポアー径約７０μｍ）で、上
述の端部フィルターと同質のステンレスなど、耐熱性に
優れた金属焼結体よりなる。この収容フィルタ５０は、
有底円筒状を呈し、開口端がプローブ２０に設けられた
嵌合部２２に嵌め合わされ、無機質径接着剤によってプ
ローブ２０に固着される。

【００３０】（電気回路８０の説明）上記のように設け
られた限界電流式ガスセンサ１０には、図５に示すよう
に、電気回路８０が接続される。この電気回路８０は、
ヒータ素子７０を通電してヒータ素子７０を発熱させる
ためのヒータ通電回路８１と、ガス濃度（酸素濃度や湿
度等）を測定するための測定回路８２とを備える。

【００３１】（ヒータ通電回路８１の説明）ヒータ通電
回路８１は、上述のようにヒータ素子７０を通電する回
路で、定常作動時にヒータ素子７０に高電圧（後述する
低電圧より高い電圧を示す）を印加してヒータ素子７０
の発熱部７２ａを発熱させ、センサ素子６０の検出部Ａ
をセンサ使用温度（５００〜６００℃）に加熱させる回
路である。

【００３２】このヒータ通電回路８１は、請求項２を採
用するもので、ヒータ素子７０の通電を開始する際、図
６に示すように、低電圧を所定時間（例えば約６０秒）
印加し、センサ本体３０を低温（例えば約８０〜２５０
℃）で所定時間加熱することによって、センサ本体３０
に付着した水（結露水）を蒸発させる低電圧印加手段８
１ａが設けられている。そして、ヒータ通電回路８１
は、通電開始後の所定時間が経過すると、ヒータ素子７
０に所定の高電圧を印加し、センサ素子６０の検出部Ａ
をセンサ使用温度（５００〜６００℃）に保つ。

【００３３】（測定回路８２の説明）測定回路８２は、
センサ素子６０に所定電圧を印加する定電圧回路８２ａ
と、センサ素子６０を流れる電流値を測定する電流計８
２ｂとを備えるもので、電流計８２ｂで測定される電流
値からガス濃度（酸素濃度や湿度等）を検出するもので
ある。なお、定電圧回路８２ａは印加電圧を、後述する
Ｖ1 〜Ｖ2 と、Ｖ3 〜Ｖ4 とで切替可能に設けても良
い。

【００３４】（作動原理の説明）ここで、限界電流式ガ
スセンサ１０の作動原理を図７を用いて説明する。セン
サ素子６０を一定のガス雰囲気中に配置し、センサ素子
６０の検出部Ａをセンサ使用温度に加熱した状態で、セ
ンサ素子６０に電圧を印加すると、陽電極６２と陰電極
６３の検出電極６２ａ、６３ａ付近の酸素がイオン化さ
れ、陰電極６３の検出電極６３ａから陽電極６２の検出
電極６２ａへ酸素のポンピングが行われ、結果的にセン
サ素子６０に電流が流れる。

【００３５】センサ素子６０に印加する電圧を０〜Ｖ1
に増加させると、陰電極６３の検出電極６３ａから陽電
極６２の検出電極６２ａへの酸素のポンピング量が増大
する。すると、酸素イオン導電性を示すほど充分に加熱
されていないガス導入部６３ｄから測定雰囲気中の酸素
が陰電極６３内に拡散導入される。この時、導入される
酸素量は比較的少ないため、印加電圧の増加に伴い、導
入される酸素量が増え、センサ素子６０に流れる電流値
が増加する。

【００３６】センサ素子６０に印加する電圧をＶ1 〜Ｖ
2 に増加させた場合では、ガス導入部６３ｄから陰電極
６３内に拡散導入される酸素量はガス拡散制限手段６３
ｅによって導入量が制限される。このため、ガス導入部
６３ｄから導入される酸素量が一定となり、センサ素子
６０に流れる電流値も一定電流値Ｉ1 となる。つまり、
センサ素子６０に印加する電圧をＶ1 〜Ｖ2 に増加させ
た場合では、酸素の導入量が制限されて一定電流値Ｉ1
のフラットＦ1 となる。

【００３７】センサ素子６０に印加する電圧をＶ2 （Ｖ
2 ＝１．２Ｖ）以上に増加すると、導入されたガス中の
水蒸気が電気分解され、その電気分解で生じた酸素イオ
ンが陽電極６２にポンピングされる。このため、印加電
圧をＶ2 〜Ｖ3 に増加させると、導入されたガス中の水
蒸気の電気分解量が増え、陰電極６３の検出電極６３ａ
から陽電極６２の検出電極６２ａへの酸素のポンピング
量が増大し、センサ素子６０に流れる電流値が再び増加
する。

【００３８】センサ素子６０に印加する電圧をＶ3 〜Ｖ
4 に増加させた場合では、ガス導入部６３ｄから陰電極
６３内に拡散導入される水蒸気量はガス拡散制限手段６
３ｅによって導入量が制限される。このため、ガス導入
部６３ｄから拡散導入される水蒸気量が一定となり、セ
ンサ素子６０に流れる電流値も一定電流値Ｉ2 となる。
つまり、センサ素子６０に印加する電圧をＶ3 〜Ｖ4 に
増加させた場合では、水蒸気の導入量が制限されて一定
電流値Ｉ2 のフラットＦ2 となる。

【００３９】〔実施例の作動〕次に、限界電流式ガスセ
ンサ１０を大気中において湿度検出に用いた場合の作動
を説明する。なお、この作動説明では、プローブ２０に
対してセンサ本体３０を下向きの状態で設置した限界電
流式ガスセンサ１０を例を示す。

【００４０】（作動開始）限界電流式ガスセンサ１０を
作動させると、まずヒータ通電回路８１の低電圧印加手
段８１ａが作動し、図６に示すように、ヒータ素子７０
に所定の低電圧を所定時間（例えば約６０秒）印加す
る。すると、センサ本体３０が所定時間、低温（例えば
約８０〜２５０℃）で加熱され、センサ本体３０に付着
していた水が蒸発する。そして、所定時間（例えば約６
０秒）が経過すると、ヒータ通電回路８１は、図６に示
すように、ヒータ素子７０に所定の高電圧（上述の低電
圧より高い電圧）を印加し、センサ素子６０の検出部Ａ
をセンサ使用温度（５００〜６００℃）に加熱する。

【００４１】一方、測定回路８２は、定電圧回路８２ａ
によって、センサ素子６０に所定電圧（例えばＶ3 〜Ｖ
4 の間の電圧）を印加する。すると、作動原理でも説明
したように、印加電圧がＶ3 〜Ｖ4 では、ガス導入部６
３ｄから陰電極６３内に拡散導入される酸素量、および
ガス導入部６３ｄから陰電極６３内に拡散導入される水
蒸気量が、ガス拡散制限手段６３ｅによって制限される
ため、測定雰囲気の湿度に応じて、図８の実線に示すよ
うに、センサ素子６０を流れる電流値が変化する。そし
て、この電流値は測定回路８２の電流計８２ｂによって
読み取られる。つまり、電流計８２ｂの数値から測定雰
囲気の湿度を読み取ることができる。

【００４２】なお、定電圧回路８２ａによって、センサ
素子６０にＶ1 〜Ｖ2 の間の所定電圧を印加する場合で
は、測定雰囲気の湿度に応じて、図８の破線に示すよう
に、センサ素子６０を流れる電流値が変化するため、こ
の電流計８２ｂの数値から測定雰囲気の湿度を読み取っ
ても良い。

【００４３】（作動停止）限界電流式ガスセンサ１０の
作動を停止すると、プロテクタ４０内の温度が徐々に下
がり、測定雰囲気ガスの温度が露点温度より下がると、
プロテクタ４０内に進入した測定雰囲気中の水蒸気が、
プロテクタ４０内に結露する場合がある。

【００４４】結露が発生した場合、プロテクタ４０の筒
体４１の内面で結露した水は、下側に位置する多孔質の
端部フィルタ４２の上面に導かれた後、端部フィルタ４
２を通過して下方に排出される。そして、端部フィルタ
４２から排出された水は、収容フィルタ５０内に落下し
た後、収容フィルタ５０を通過して下方に排出される。
つまり、プロテクタ４０の筒体４１の内面で結露した水
は、端部フィルタ４２と収容フィルタ５０とを通過し
て、限界電流式ガスセンサ１０の外部に排出される。

【００４５】なお、この作動説明では、プローブ２０に
対してセンサ本体３０を下向きの状態で設置した例を示
したが、ベースに対してセンサ素子６０を上側に設置し
た場合では、プロテクタ４０内で結露した結露水は、下
側に位置する通気孔４１ａかプロテクタ４０の外部へ排
出された後、収容フィルタ５０を通過して限界電流式ガ
スセンサ１０の外部に排出される。また、ベースに対し
てセンサ素子６０が水平方向に設置された場合では、プ
ロテクタ４０内で結露した結露水は、プロテクタ４０の
周囲に９０°間隔に４つ設けられた通気孔４１ａの何れ
かからプロテクタ４０の外部へ排出された後、収容フィ
ルタ５０を通過して限界電流式ガスセンサ１０の外部に
排出される。つまり、限界電流式ガスセンサ１０がどの
方向に設置されても、プロテクタ４０内で結露した結露
水は、限界電流式ガスセンサ１０の外部に排出される。

【００４６】〔実施例の効果〕本実施例の限界電流式ガ
スセンサ１０は、上記の作用で示したように、プロテク
タ４０内で発生した結露水は、限界電流式ガスセンサ１
０の設置方向にかかわらず、限界電流式ガスセンサ１０
の外部へ流出されるため、センサ本体３０は従来のよう
に結露水によって水没しない。また、限界電流式ガスセ
ンサ１０を作動させる際、センサ本体３０を低い温度で
所定の短い時間加熱しても、センサ本体３０に付着して
いた少量の水は確実に蒸発する。

【００４７】このように、本実施例では、センサ本体３
０の水没を防ぎ、且つセンサ本体３０に付着していた水
を確実に短時間で蒸発させた後に、センサ素子６０をセ
ンサ使用温度（高温）に加熱することができるので、セ
ンサ素子６０を含むセンサ本体３０に与えられる熱衝撃
が小さく抑えられ、センサ本体３０が割れる等の破損す
る不具合を無くすことができる。

【００４８】〔変形例〕上記の実施例では、陽電極６２
と陰電極６３を、ジルコニア板６１の同一面に設けたセ
ンサ素子６０を示したが、図９および図１０に示すよう
に、ジルコニア板６１の両面に陽電極６２と陰電極６３
を設けたセンサ素子６０を用いても良い。なお、図９の
センサ素子６０は、陰電極６３の周囲を箱体９１で覆っ
て空隙９２を設け、箱体９１に設けた微小孔９１ａによ
って、測定雰囲気と空隙９２とを連通した構造のもので
ある。また、図１０のセンサ素子６０は、図９の箱体９
２を多孔質部材で形成し、微小孔９１ａを無くしたもの
である。

【００４９】上記の実施例では、ヒータ素子７０をセン
サ素子６０とほぼ同形に設けて、センサ素子６０に接合
した例を示したが、センサ素子６０の一部にヒータ素子
７０を接合したり、逆にヒータ素子７０の一部にセンサ
素子６０を接合しても良い。上記の実施例では、端部フ
ィルタ４２として、ステンレスなど耐熱性に優れ、且つ
濡れ性に優れた多孔質の金属焼結体を用いた例を示した
が、ガスの流速を抑え、耐熱性に優れ、さらに水が透過
可能な濡れ性に優れるものとしてセラミックが挙げられ
る。上記の実施例では、限界電流式ガスセンサ１０によ
って、測定雰囲気中の湿度を検出する例を示したが、セ
ンサ素子６０に与えられる電圧をＶ1 〜Ｖ2 の所定電圧
として、電流値の変化から酸度濃度を検出する場合にも
適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】限界電流式ガスセンサの分解斜視図である（実
施例）。

【図２】限界電流式ガスセンサの断面図である（実施
例）。

【図３】センサ素子の構造を示すセンサ本体の斜視図で
ある（実施例）。

【図４】ヒータ素子の構造を示す斜視図である（実施
例）。

【図５】限界電流式ガスセンサの電気回路図である（実
施例）。

【図６】ヒータ通電回路における低電圧印加手段の作動
を説明するための時間と温度との関係を示すグラフであ
る（実施例）。

【図７】限界電流式ガスセンサの作動原理を示す印加電
圧値と検出電流値との関係を示すグラフである（実施
例）。

【図８】湿度と検出電流値との関係を示すグラフである
（実施例）。

【図９】センサ素子の断面図である（変形例）。

【図１０】センサ素子の断面図である（変形例）。

【符号の説明】

１０限界電流式ガスセンサ２０プローブ（プローブベース）３０センサ本体４０プロテクタ４１筒体４１ａ通気孔４２端部フィルタ５０収容フィルタ６０センサ素子７０ヒータ素子８１ヒータ通電回路８１ａ低電圧印加手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス濃度を検出するセンサ素子と、通電を受けて発熱し、前記センサ素子をセンサ使用温度
に加熱するヒータ素子と、前記センサ素子および前記ヒータ素子を被測定ガス中に
設置するためのプローブベースと、前記センサ素子および前記ヒータ素子を覆った状態で前
記ベースに取り付けられるとともに、前記ベース側で且
つ周囲に通気孔を備えた有底容器状のプロテクタとを備
える限界電流式ガスセンサにおいて、前記プロテクタは、前記プローブベースの近傍側に前記通気孔を備え、前記
センサ素子および前記ヒータ素子を覆う筒状で気密性の
材料で形成された筒体と、この筒体の端部に取り付けられ、前記筒体内の水が透過
可能な多孔質の端部フィルタとからなることを特徴とす
る限界電流式ガスセンサ。
【請求項２】ガス濃度を検出するセンサ素子と、通電を受けて発熱し、前記センサ素子をセンサ使用温度
に加熱するヒータ素子と、前記センサ素子および前記ヒータ素子を被測定ガス中に
設置するためのプローブベースと、前記センサ素子および前記ヒータ素子を覆った状態で前
記ベースに取り付けられるとともに、周囲に通気孔を備
えた有底容器状のプロテクタとを備える限界電流式ガス
センサにおいて、前記ヒータ素子は、このヒータ素子に電圧を印加するヒ
ータ通電回路を備え、このヒータ通電回路は、通電開始時に、前記センサ使用
温度よりも低い温度で所定時間発熱するよう、前記ヒー
タ素子に所定時間、低電圧を印加し、その後、前記ヒータ素子が前記センサ使用温度で発熱す
るよう、前記ヒータ素子に高電圧を印加することを特徴
とする限界電流式ガスセンサ。