JPH09288085A - 酸化物センサ - Google Patents
酸化物センサInfo
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- JPH09288085A JPH09288085A JP9025573A JP2557397A JPH09288085A JP H09288085 A JPH09288085 A JP H09288085A JP 9025573 A JP9025573 A JP 9025573A JP 2557397 A JP2557397 A JP 2557397A JP H09288085 A JPH09288085 A JP H09288085A
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- gas
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- G01—MEASURING; TESTING
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- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4073—Composition or fabrication of the solid electrolyte
- G01N27/4074—Composition or fabrication of the solid electrolyte for detection of gases other than oxygen
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- G01N27/416—Systems
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
- G01N27/419—Measuring voltages or currents with a combination of oxygen pumping cells and oxygen concentration cells
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- Y10T436/17—Nitrogen containing
- Y10T436/177692—Oxides of nitrogen
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Abstract
(57)【要約】
【課題】被測定ガスに含まれる酸化物を極めて高精度に
測定することができ、しかも、小型で安価な酸化物セン
サを提供する。 【解決手段】第１室６０における内側ポンプ電極６４の
下流方向端部（第２の拡散律速部５８側の端部）に対し
て、測定電極７２を−３ｔ≦ｄ≦３ｔとなる距離ｄ
（ｄ：第１室６０から第２室７６に至る正方向に対する
下流方向端部からの測定電極７２の距離、ｔ：第１室６
０の高さ）に配設する。測定電極７２を用いて第１室６
０内の酸素分圧を測定し、その測定値Ｖ１に基づいて主
ポンプセル６８をフィードバック制御することで、第１
室６０内の酸素分圧を制御した後、第２室６２に被測定
ガスを導入し、検出電極８２あるいは触媒により被測定
ガスに含まれる酸化物を分解し、それによって発生する
酸素分圧を測定して酸化物の濃度を求める。
測定することができ、しかも、小型で安価な酸化物セン
サを提供する。 【解決手段】第１室６０における内側ポンプ電極６４の
下流方向端部（第２の拡散律速部５８側の端部）に対し
て、測定電極７２を−３ｔ≦ｄ≦３ｔとなる距離ｄ
（ｄ：第１室６０から第２室７６に至る正方向に対する
下流方向端部からの測定電極７２の距離、ｔ：第１室６
０の高さ）に配設する。測定電極７２を用いて第１室６
０内の酸素分圧を測定し、その測定値Ｖ１に基づいて主
ポンプセル６８をフィードバック制御することで、第１
室６０内の酸素分圧を制御した後、第２室６２に被測定
ガスを導入し、検出電極８２あるいは触媒により被測定
ガスに含まれる酸化物を分解し、それによって発生する
酸素分圧を測定して酸化物の濃度を求める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、車両の排
出ガスや大気中に含まれるＮＯ、ＮＯ2 、ＳＯ2、ＣＯ
2 、Ｈ2 Ｏ等の酸化物を測定する酸化物センサに関し、
好ましくは、ＮＯ、ＮＯ2 を測定する酸化物センサに関
する。
出ガスや大気中に含まれるＮＯ、ＮＯ2 、ＳＯ2、ＣＯ
2 、Ｈ2 Ｏ等の酸化物を測定する酸化物センサに関し、
好ましくは、ＮＯ、ＮＯ2 を測定する酸化物センサに関
する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ガソリン車やディーゼルエンジ
ン車等の車両から排出される排出ガス中には、一酸化窒
素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ2 ）等の窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）や、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（Ｃ
Ｏ2 ）、水（Ｈ2 Ｏ）、炭化水素（ＨＣ）、水素
（Ｈ2 ）、酸素（Ｏ2 ）等が含まれている。この場合、
ＮＯはＮＯｘ全体の約８０％を占め、また、ＮＯとＮＯ
2 とでＮＯｘ全体の約９５％を占めている。
ン車等の車両から排出される排出ガス中には、一酸化窒
素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ2 ）等の窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）や、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（Ｃ
Ｏ2 ）、水（Ｈ2 Ｏ）、炭化水素（ＨＣ）、水素
（Ｈ2 ）、酸素（Ｏ2 ）等が含まれている。この場合、
ＮＯはＮＯｘ全体の約８０％を占め、また、ＮＯとＮＯ
2 とでＮＯｘ全体の約９５％を占めている。
【０００３】このような排出ガス中に含まれるＨＣ、Ｃ
Ｏ、ＮＯｘを浄化する三元触媒は、理論空燃比（Ａ／Ｆ
＝１４．６）近傍で最大の浄化効率を示し、Ａ／Ｆを１
６以上に制御した場合には、ＮＯｘの発生量は減るが、
触媒の浄化効率が低下し、結果的に、ＮＯｘの排出量が
増える傾向がある。
Ｏ、ＮＯｘを浄化する三元触媒は、理論空燃比（Ａ／Ｆ
＝１４．６）近傍で最大の浄化効率を示し、Ａ／Ｆを１
６以上に制御した場合には、ＮＯｘの発生量は減るが、
触媒の浄化効率が低下し、結果的に、ＮＯｘの排出量が
増える傾向がある。
【０００４】ところで、昨今、化石燃料の有効利用、地
球温暖化防止のためのＣＯ2 の排出量の抑制等の市場要
求が増大しており、これに対応するために燃費を向上さ
せる必要性が高まりつつある。このような要求に対し
て、例えば、リーン・バーン・エンジンの研究や、ＮＯ
ｘ浄化触媒の研究等が行われつつあり、その中でもＮＯ
ｘセンサのニーズが高まっている。
球温暖化防止のためのＣＯ2 の排出量の抑制等の市場要
求が増大しており、これに対応するために燃費を向上さ
せる必要性が高まりつつある。このような要求に対し
て、例えば、リーン・バーン・エンジンの研究や、ＮＯ
ｘ浄化触媒の研究等が行われつつあり、その中でもＮＯ
ｘセンサのニーズが高まっている。
【０００５】従来、このようなＮＯｘを検出するものと
して、ＮＯｘ分析計がある。このＮＯｘ分析計は、化学
発光分析法を用いてＮＯｘ固有の特性を測定するもので
あるが、装置自体がきわめて大がかりであり、高価とな
る不都合がある。また、ＮＯｘを検出するための光学系
部品を用いているため、頻繁なメンテナンスが必要であ
る。さらに、このＮＯｘ分析計は、ＮＯｘをサンプリン
グして測定するものであり、検出素子自体を流体内に直
接挿入することができず、従って、自動車の排出ガス等
のように、状況が頻繁に変動する過渡現象の解析には不
向きなものである。
して、ＮＯｘ分析計がある。このＮＯｘ分析計は、化学
発光分析法を用いてＮＯｘ固有の特性を測定するもので
あるが、装置自体がきわめて大がかりであり、高価とな
る不都合がある。また、ＮＯｘを検出するための光学系
部品を用いているため、頻繁なメンテナンスが必要であ
る。さらに、このＮＯｘ分析計は、ＮＯｘをサンプリン
グして測定するものであり、検出素子自体を流体内に直
接挿入することができず、従って、自動車の排出ガス等
のように、状況が頻繁に変動する過渡現象の解析には不
向きなものである。
【０００６】そこで、これらの不具合を解消するものと
して、酸素イオン伝導性固体電解質からなる基体を用い
て排出ガス中の所望のガス成分を測定するようにしたセ
ンサが提案されている。
して、酸素イオン伝導性固体電解質からなる基体を用い
て排出ガス中の所望のガス成分を測定するようにしたセ
ンサが提案されている。
【０００７】図１１は、国際公開ＷＯ９５／３０１４６
号に開示されたガス分析装置の構成を示す。この装置
は、細孔２を介してＮＯを含む被測定ガスが導入される
第１室４と、細孔６を介して前記第１室４から被測定ガ
スが導入される第２室８とを備えている。前記第１室４
および前記第２室８を構成する壁面は、酸素イオンを透
過させることのできるジルコニア（ＺｒＯ2 ）隔壁１０
ａ、１０ｂによって構成されている。第１室４および第
２室８の一方のＺｒＯ2 隔壁１０ａには、それぞれの室
内の酸素分圧を検出するための一対の測定電極１２ａ、
１２ｂ、１４ａ、１４ｂが配設されている。また、他方
のＺｒＯ2 隔壁１０ｂには、各室内のＯ2を室外に汲み
出すためのポンプ電極１６ａ、１６ｂおよび１８ａ、１
８ｂが配設されている。
号に開示されたガス分析装置の構成を示す。この装置
は、細孔２を介してＮＯを含む被測定ガスが導入される
第１室４と、細孔６を介して前記第１室４から被測定ガ
スが導入される第２室８とを備えている。前記第１室４
および前記第２室８を構成する壁面は、酸素イオンを透
過させることのできるジルコニア（ＺｒＯ2 ）隔壁１０
ａ、１０ｂによって構成されている。第１室４および第
２室８の一方のＺｒＯ2 隔壁１０ａには、それぞれの室
内の酸素分圧を検出するための一対の測定電極１２ａ、
１２ｂ、１４ａ、１４ｂが配設されている。また、他方
のＺｒＯ2 隔壁１０ｂには、各室内のＯ2を室外に汲み
出すためのポンプ電極１６ａ、１６ｂおよび１８ａ、１
８ｂが配設されている。
【０００８】このように構成されたガス分析装置では、
細孔２を介して第１室４に導入された被測定ガスに含ま
れる酸素分圧が測定電極１２ａ、１２ｂ間に生じる電位
差として電圧計２０により検出され、前記電位差を所定
の値とすべく、ポンプ電極１６ａ、１６ｂ間に電源２２
により１００〜２００ｍＶの電圧が印加され、これによ
って、第１室４内のＯ2 が当該装置外に汲み出される。
なお、この汲み出された酸素量は、電流計２４によって
測定することができる。
細孔２を介して第１室４に導入された被測定ガスに含ま
れる酸素分圧が測定電極１２ａ、１２ｂ間に生じる電位
差として電圧計２０により検出され、前記電位差を所定
の値とすべく、ポンプ電極１６ａ、１６ｂ間に電源２２
により１００〜２００ｍＶの電圧が印加され、これによ
って、第１室４内のＯ2 が当該装置外に汲み出される。
なお、この汲み出された酸素量は、電流計２４によって
測定することができる。
【０００９】一方、Ｏ2 の殆どが除去された被測定ガス
は、細孔６を介して第２室８に導入される。第２室８で
は、測定電極１４ａ、１４ｂ間に生じる電位差を電圧計
２６で検出することにより、当該室内の酸素分圧が測定
される。また、第２室８に導入された被測定ガス中に含
まれるＮＯは、ポンプ電極１８ａ、１８ｂ間に電源２８
によって印加された電圧により、 ＮＯ→（１／２）Ｎ2 ＋（１／２）Ｏ2 として分解され、そのとき発生するＯ2 が前記ポンプ電
極１８ａ、１８ｂによって室外に汲み出される。そのと
き発生する電流値を電流計３０によって検出することに
より、被測定ガス中に含まれるＮＯの濃度が測定され
る。
は、細孔６を介して第２室８に導入される。第２室８で
は、測定電極１４ａ、１４ｂ間に生じる電位差を電圧計
２６で検出することにより、当該室内の酸素分圧が測定
される。また、第２室８に導入された被測定ガス中に含
まれるＮＯは、ポンプ電極１８ａ、１８ｂ間に電源２８
によって印加された電圧により、 ＮＯ→（１／２）Ｎ2 ＋（１／２）Ｏ2 として分解され、そのとき発生するＯ2 が前記ポンプ電
極１８ａ、１８ｂによって室外に汲み出される。そのと
き発生する電流値を電流計３０によって検出することに
より、被測定ガス中に含まれるＮＯの濃度が測定され
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
に構成されたガス分析装置では、被測定ガス中に含まれ
るＯ2 の濃度が高い場合、そのＯ2 を除去するために、
電圧計２０により検出された電位差に基づきポンプ電極
１６ａ、１６ｂ間に高い電圧が印加されることになり、
これによって第１室４内のＯ2 が必要以上に引かれてし
まう。この結果、第１室４内のＮＯと他のガスとの平衡
状態が崩れ、ＮＯがポンプ電極１６ｂ上で分解されてし
まう事態が生じる。このような事態が生じると、第２室
８に導入された被測定ガスからＮＯの濃度を正確に測定
することができなくなってしまう。なお、Ｏ2 の濃度が
低い場合には、ポンプ電極１６ａ、１６ｂ間の印加電圧
も低いため、ＮＯの分解は起こり難いものと考えられ
る。
に構成されたガス分析装置では、被測定ガス中に含まれ
るＯ2 の濃度が高い場合、そのＯ2 を除去するために、
電圧計２０により検出された電位差に基づきポンプ電極
１６ａ、１６ｂ間に高い電圧が印加されることになり、
これによって第１室４内のＯ2 が必要以上に引かれてし
まう。この結果、第１室４内のＮＯと他のガスとの平衡
状態が崩れ、ＮＯがポンプ電極１６ｂ上で分解されてし
まう事態が生じる。このような事態が生じると、第２室
８に導入された被測定ガスからＮＯの濃度を正確に測定
することができなくなってしまう。なお、Ｏ2 の濃度が
低い場合には、ポンプ電極１６ａ、１６ｂ間の印加電圧
も低いため、ＮＯの分解は起こり難いものと考えられ
る。
【００１１】本発明は、前記の不都合を克服するために
なされたものであって、被測定ガスに含まれる酸化物を
極めて高精度に測定することができ、しかも、小型で安
価な酸化物センサを提供することを目的とする。
なされたものであって、被測定ガスに含まれる酸化物を
極めて高精度に測定することができ、しかも、小型で安
価な酸化物センサを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明に
係る酸化物センサは、外部空間に接する固体電解質と該
固体電解質の内外に形成された内側ポンプ電極及び外側
ポンプ電極とを有し、かつ、前記外部空間から導入され
た被測定ガスに含まれる酸素を、前記電極間に印加され
る制御電圧に基づいてポンピング処理する主ポンプ手段
と、固体電解質と該固体電解質に形成された内側検出電
極と前記固体電解質の前記内側検出電極とは反対側に形
成された外側検出電極とを有し、かつ、前記主ポンプ手
段にてポンピング処理された後の被測定ガスに含まれる
酸素を、前記内側検出電極と前記外側検出電極間に印加
される測定用電圧に基づいてポンピング処理する測定用
ポンプ手段と、前記測定用ポンプ手段によりポンピング
処理される前記酸素の量に応じて生じるポンプ電流を検
出する電流検出手段と、固体電解質と前記主ポンプ手段
における前記内側ポンプ電極と対向するように前記固体
電解質に形成された内側測定電極と前記固体電解質の前
記内側測定電極とは反対側に形成された外側測定電極と
を有し、かつ、前記主ポンプ手段のポンピング処理によ
る酸素分圧と基準酸素分圧との差に応じて生じる酸素濃
淡電池起電力を測定する濃度測定手段と、前記濃度測定
手段にて検出される前記酸素濃淡電池起電力が所定の値
になるように前記制御電圧のレベルを調整する主ポンプ
制御手段とを具備し、前記主ポンプ手段におけるポンピ
ング処理空間の下流方向を正方向とし、該ポンピング処
理空間の高さをｔ、前記主ポンプ手段における前記内側
ポンプ電極の下流側端部と前記濃度測定手段における前
記内側測定電極の中心部との投影距離をｄとしたとき、
−３ｔ≦ｄを満足する位置に前記内側測定電極を配設
し、前記電流検出手段にて検出された前記ポンプ電流に
基づいて前記被測定ガス中の酸化物を測定するように構
成する。
係る酸化物センサは、外部空間に接する固体電解質と該
固体電解質の内外に形成された内側ポンプ電極及び外側
ポンプ電極とを有し、かつ、前記外部空間から導入され
た被測定ガスに含まれる酸素を、前記電極間に印加され
る制御電圧に基づいてポンピング処理する主ポンプ手段
と、固体電解質と該固体電解質に形成された内側検出電
極と前記固体電解質の前記内側検出電極とは反対側に形
成された外側検出電極とを有し、かつ、前記主ポンプ手
段にてポンピング処理された後の被測定ガスに含まれる
酸素を、前記内側検出電極と前記外側検出電極間に印加
される測定用電圧に基づいてポンピング処理する測定用
ポンプ手段と、前記測定用ポンプ手段によりポンピング
処理される前記酸素の量に応じて生じるポンプ電流を検
出する電流検出手段と、固体電解質と前記主ポンプ手段
における前記内側ポンプ電極と対向するように前記固体
電解質に形成された内側測定電極と前記固体電解質の前
記内側測定電極とは反対側に形成された外側測定電極と
を有し、かつ、前記主ポンプ手段のポンピング処理によ
る酸素分圧と基準酸素分圧との差に応じて生じる酸素濃
淡電池起電力を測定する濃度測定手段と、前記濃度測定
手段にて検出される前記酸素濃淡電池起電力が所定の値
になるように前記制御電圧のレベルを調整する主ポンプ
制御手段とを具備し、前記主ポンプ手段におけるポンピ
ング処理空間の下流方向を正方向とし、該ポンピング処
理空間の高さをｔ、前記主ポンプ手段における前記内側
ポンプ電極の下流側端部と前記濃度測定手段における前
記内側測定電極の中心部との投影距離をｄとしたとき、
−３ｔ≦ｄを満足する位置に前記内側測定電極を配設
し、前記電流検出手段にて検出された前記ポンプ電流に
基づいて前記被測定ガス中の酸化物を測定するように構
成する。
【００１３】これにより、まず、外部空間から導入され
た被測定ガスのうち、酸素が主ポンプ手段によってポン
ピング処理され、該酸素は所定濃度に調整される。前記
主ポンプ手段にて酸素の濃度が調整された被測定ガス
は、次の測定用ポンプ手段に導かれる。測定用ポンプ手
段は、内側検出電極と外側検出電極間に印加される測定
用電圧に基づいて、前記被測定ガスのうち、酸素をポン
ピング処理する。前記測定用ポンプ手段によりポンピン
グ処理される酸素の量に応じて該測定用ポンプ手段に生
じるポンプ電流が電流検出手段により検出されること
で、酸素量に応じた酸化物が測定される。
た被測定ガスのうち、酸素が主ポンプ手段によってポン
ピング処理され、該酸素は所定濃度に調整される。前記
主ポンプ手段にて酸素の濃度が調整された被測定ガス
は、次の測定用ポンプ手段に導かれる。測定用ポンプ手
段は、内側検出電極と外側検出電極間に印加される測定
用電圧に基づいて、前記被測定ガスのうち、酸素をポン
ピング処理する。前記測定用ポンプ手段によりポンピン
グ処理される酸素の量に応じて該測定用ポンプ手段に生
じるポンプ電流が電流検出手段により検出されること
で、酸素量に応じた酸化物が測定される。
【００１４】つまり、前記測定用ポンプ手段において、
前記内側検出電極及び外側検出電極間に前記酸化物を分
解するのに十分なポンプ電圧を印加するか、あるいは該
測定用ポンプ手段に前記酸化物を分解する酸化物分解触
媒を配設するようにすれば（請求項２記載の発明）、前
記制御電圧及び／又は前記酸化物分解触媒の作用により
分解された酸化物から生成された酸素がポンピング処理
され、それによって生じるポンプ電流が電流検出手段に
より検出されることで、酸素量に応じた酸化物が測定さ
れる。
前記内側検出電極及び外側検出電極間に前記酸化物を分
解するのに十分なポンプ電圧を印加するか、あるいは該
測定用ポンプ手段に前記酸化物を分解する酸化物分解触
媒を配設するようにすれば（請求項２記載の発明）、前
記制御電圧及び／又は前記酸化物分解触媒の作用により
分解された酸化物から生成された酸素がポンピング処理
され、それによって生じるポンプ電流が電流検出手段に
より検出されることで、酸素量に応じた酸化物が測定さ
れる。
【００１５】このとき、前記濃度測定手段において、前
記主ポンプ手段でのポンピング処理時における前記被測
定ガスに含まれる酸素の量と前記外側測定電極側のガス
に含まれる酸素の量との差に応じた起電力が発生する。
そして、主ポンプ制御手段を通じ、前記起電力に基づい
て、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極と外側ポ
ンプ電極間に印加される制御電圧のレベルが調整され
る。
記主ポンプ手段でのポンピング処理時における前記被測
定ガスに含まれる酸素の量と前記外側測定電極側のガス
に含まれる酸素の量との差に応じた起電力が発生する。
そして、主ポンプ制御手段を通じ、前記起電力に基づい
て、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極と外側ポ
ンプ電極間に印加される制御電圧のレベルが調整され
る。
【００１６】主ポンプ手段は、外部空間から導入された
被測定ガスのうち、酸素を制御電圧のレベルに応じた量
ほどポンピング処理する。前記レベル調整された制御電
圧の主ポンプ手段への供給によって、前記被測定ガスに
おける酸素の濃度は、所定レベルにフィードバック制御
されることとなる。
被測定ガスのうち、酸素を制御電圧のレベルに応じた量
ほどポンピング処理する。前記レベル調整された制御電
圧の主ポンプ手段への供給によって、前記被測定ガスに
おける酸素の濃度は、所定レベルにフィードバック制御
されることとなる。
【００１７】この場合、前記主ポンプ手段におけるポン
ピング処理空間の下流方向を正方向とし、該ポンピング
処理空間の高さをｔ、前記主ポンプ手段における前記内
側ポンプ電極の下流側端部と前記濃度測定手段における
前記内側測定電極の中心部との投影距離をｄとしたと
き、−３ｔ≦ｄ、より好ましくは−３ｔ≦ｄ≦３ｔ（請
求項５記載の発明）を満足する位置に前記内側測定電極
を配設することにより、主ポンプ手段にてポンピング処
理された後の酸素分圧を高精度に測定することができ、
主ポンプ制御手段による主ポンプ手段の制御電圧調整の
精度の向上、信頼性の向上を図ることができる。その結
果、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極上での酸
化物の分解が好適に抑制された状態で、酸素のポンピン
グ処理が行われることになる。
ピング処理空間の下流方向を正方向とし、該ポンピング
処理空間の高さをｔ、前記主ポンプ手段における前記内
側ポンプ電極の下流側端部と前記濃度測定手段における
前記内側測定電極の中心部との投影距離をｄとしたと
き、−３ｔ≦ｄ、より好ましくは−３ｔ≦ｄ≦３ｔ（請
求項５記載の発明）を満足する位置に前記内側測定電極
を配設することにより、主ポンプ手段にてポンピング処
理された後の酸素分圧を高精度に測定することができ、
主ポンプ制御手段による主ポンプ手段の制御電圧調整の
精度の向上、信頼性の向上を図ることができる。その結
果、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極上での酸
化物の分解が好適に抑制された状態で、酸素のポンピン
グ処理が行われることになる。
【００１８】次に、請求項３記載の本発明に係る酸化物
センサは、外部空間に接する固体電解質と該固体電解質
の内外に形成された内側ポンプ電極及び外側ポンプ電極
とを有し、かつ、前記外部空間から導入された被測定ガ
スに含まれる酸素を、前記電極間に印加される制御電圧
に基づいてポンピング処理する主ポンプ手段と、固体電
解質と該固体電解質に形成された内側検出電極と前記固
体電解質の前記内側検出電極とは反対側に形成された外
側検出電極とを有し、かつ、前記主ポンプ手段にてポン
ピング処理された後の被測定ガスに含まれる酸素の量と
前記外側検出電極側のガスに含まれる酸素の量との差に
応じた起電力を発生する濃度検出手段と、前記濃度検出
手段により発生する前記起電力を検出する電圧検出手段
と、固体電解質と前記主ポンプ手段における前記内側ポ
ンプ電極と対向するように前記固体電解質に形成された
内側測定電極と前記固体電解質の前記内側測定電極とは
反対側に形成された外側測定電極とを有し、かつ、前記
主ポンプ手段のポンピング処理による酸素分圧と基準酸
素分圧との差に応じて生じる酸素濃淡電池起電力を測定
する濃度測定手段と、前記濃度測定手段にて検出される
前記酸素濃淡電池起電力が所定の値になるように前記制
御電圧のレベルを調整する主ポンプ制御手段とを具備
し、前記主ポンプ手段におけるポンピング処理空間の下
流方向を正方向とし、該ポンピング処理空間の高さを
ｔ、前記主ポンプ手段における前記内側ポンプ電極の下
流側端部と前記濃度測定手段における前記内側測定電極
の中心部との投影距離をｄとしたとき、−３ｔ≦ｄを満
足する位置に前記内側測定電極を配設し、前記電圧検出
手段にて検出された前記起電力に基づいて被測定ガス中
の酸化物を測定するように構成する。
センサは、外部空間に接する固体電解質と該固体電解質
の内外に形成された内側ポンプ電極及び外側ポンプ電極
とを有し、かつ、前記外部空間から導入された被測定ガ
スに含まれる酸素を、前記電極間に印加される制御電圧
に基づいてポンピング処理する主ポンプ手段と、固体電
解質と該固体電解質に形成された内側検出電極と前記固
体電解質の前記内側検出電極とは反対側に形成された外
側検出電極とを有し、かつ、前記主ポンプ手段にてポン
ピング処理された後の被測定ガスに含まれる酸素の量と
前記外側検出電極側のガスに含まれる酸素の量との差に
応じた起電力を発生する濃度検出手段と、前記濃度検出
手段により発生する前記起電力を検出する電圧検出手段
と、固体電解質と前記主ポンプ手段における前記内側ポ
ンプ電極と対向するように前記固体電解質に形成された
内側測定電極と前記固体電解質の前記内側測定電極とは
反対側に形成された外側測定電極とを有し、かつ、前記
主ポンプ手段のポンピング処理による酸素分圧と基準酸
素分圧との差に応じて生じる酸素濃淡電池起電力を測定
する濃度測定手段と、前記濃度測定手段にて検出される
前記酸素濃淡電池起電力が所定の値になるように前記制
御電圧のレベルを調整する主ポンプ制御手段とを具備
し、前記主ポンプ手段におけるポンピング処理空間の下
流方向を正方向とし、該ポンピング処理空間の高さを
ｔ、前記主ポンプ手段における前記内側ポンプ電極の下
流側端部と前記濃度測定手段における前記内側測定電極
の中心部との投影距離をｄとしたとき、−３ｔ≦ｄを満
足する位置に前記内側測定電極を配設し、前記電圧検出
手段にて検出された前記起電力に基づいて被測定ガス中
の酸化物を測定するように構成する。
【００１９】これにより、外部空間から導入された被測
定ガスのうち、酸素が主ポンプ手段によってポンピング
処理され、該酸素は所定濃度に調整される。前記主ポン
プ手段にて酸素の濃度が調整された被測定ガスは、次の
濃度検出手段に導かれ、該濃度検出手段において、前記
主ポンプ手段にてポンピング処理された後の被測定ガス
に含まれる酸素の量と外側検出電極側のガスに含まれる
酸素の量との差に応じた酸素濃淡電池起電力が発生し、
該起電力が電圧検出手段により検出されることで、酸素
量に応じた酸化物が測定される。
定ガスのうち、酸素が主ポンプ手段によってポンピング
処理され、該酸素は所定濃度に調整される。前記主ポン
プ手段にて酸素の濃度が調整された被測定ガスは、次の
濃度検出手段に導かれ、該濃度検出手段において、前記
主ポンプ手段にてポンピング処理された後の被測定ガス
に含まれる酸素の量と外側検出電極側のガスに含まれる
酸素の量との差に応じた酸素濃淡電池起電力が発生し、
該起電力が電圧検出手段により検出されることで、酸素
量に応じた酸化物が測定される。
【００２０】つまり、前記濃度検出手段において、該濃
度検出手段に前記酸化物を分解する酸化物分解触媒を配
設するようにすれば（請求項４記載の発明）、該酸化物
分解触媒の作用によって分解された酸化物から生成され
た酸素の量と外側検出電極側のガスに含まれる酸素の量
との差に応じた酸素濃淡電池起電力が内側検出電極及び
外側検出電極間に発生し、該起電力が電圧検出手段によ
り検出されることで、酸素量に応じた酸化物が測定され
る。
度検出手段に前記酸化物を分解する酸化物分解触媒を配
設するようにすれば（請求項４記載の発明）、該酸化物
分解触媒の作用によって分解された酸化物から生成され
た酸素の量と外側検出電極側のガスに含まれる酸素の量
との差に応じた酸素濃淡電池起電力が内側検出電極及び
外側検出電極間に発生し、該起電力が電圧検出手段によ
り検出されることで、酸素量に応じた酸化物が測定され
る。
【００２１】このとき、前記濃度測定手段において、前
記主ポンプ手段でのポンピング処理時における前記被測
定ガスに含まれる酸素の量と前記外側測定電極側のガス
に含まれる酸素の量との差に応じた起電力が発生する。
そして、主ポンプ制御手段を通じ、前記起電力に基づい
て、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極と外側ポ
ンプ電極間に印加される制御電圧のレベルが調整され
る。
記主ポンプ手段でのポンピング処理時における前記被測
定ガスに含まれる酸素の量と前記外側測定電極側のガス
に含まれる酸素の量との差に応じた起電力が発生する。
そして、主ポンプ制御手段を通じ、前記起電力に基づい
て、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極と外側ポ
ンプ電極間に印加される制御電圧のレベルが調整され
る。
【００２２】主ポンプ手段は、外部空間から導入された
被測定ガスのうち、酸素を制御電圧のレベルに応じた量
ほどポンピング処理する。前記レベル調整された制御電
圧の主ポンプ手段への供給によって、前記被測定ガスに
おける酸素の濃度は、所定レベルにフィードバック制御
されることとなる。
被測定ガスのうち、酸素を制御電圧のレベルに応じた量
ほどポンピング処理する。前記レベル調整された制御電
圧の主ポンプ手段への供給によって、前記被測定ガスに
おける酸素の濃度は、所定レベルにフィードバック制御
されることとなる。
【００２３】この場合、前記主ポンプ手段におけるポン
ピング処理空間の下流方向を正方向とし、該ポンピング
処理空間の高さをｔ、前記主ポンプ手段における前記内
側ポンプ電極の下流側端部と前記濃度測定手段における
前記内側測定電極の中心部との投影距離をｄとしたと
き、−３ｔ≦ｄ、より好ましくは−３ｔ≦ｄ≦３ｔ（請
求項５記載の発明）を満足する位置に前記内側測定電極
を配設することにより、主ポンプ手段にてポンピング処
理された後の酸素分圧を高精度に測定することができ、
主ポンプ制御手段による主ポンプ手段の制御電圧調整の
精度の向上、信頼性の向上を図ることができる。その結
果、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極上での酸
化物の分解が好適に抑制された状態で、酸素のポンピン
グ処理が行われることになる。
ピング処理空間の下流方向を正方向とし、該ポンピング
処理空間の高さをｔ、前記主ポンプ手段における前記内
側ポンプ電極の下流側端部と前記濃度測定手段における
前記内側測定電極の中心部との投影距離をｄとしたと
き、−３ｔ≦ｄ、より好ましくは−３ｔ≦ｄ≦３ｔ（請
求項５記載の発明）を満足する位置に前記内側測定電極
を配設することにより、主ポンプ手段にてポンピング処
理された後の酸素分圧を高精度に測定することができ、
主ポンプ制御手段による主ポンプ手段の制御電圧調整の
精度の向上、信頼性の向上を図ることができる。その結
果、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極上での酸
化物の分解が好適に抑制された状態で、酸素のポンピン
グ処理が行われることになる。
【００２４】そして、前記構成において、前記濃度測定
手段における前記内側測定電極の前記下流方向に沿った
幅ｗをｗ≦５ｔとすることにより（請求項６記載の発
明）、当該内側測定電極上での酸化物の分解を抑制する
ことができ、好適である。
手段における前記内側測定電極の前記下流方向に沿った
幅ｗをｗ≦５ｔとすることにより（請求項６記載の発
明）、当該内側測定電極上での酸化物の分解を抑制する
ことができ、好適である。
【００２５】また、前記構成において、前記主ポンプ手
段における前記内側ポンプ電極を酸化物に対する触媒活
性の低い不活性材料にて構成することが好ましい（請求
項７記載の発明）。この場合、前記内側ポンプ電極上で
の酸化物の分解作用が一層好適に抑制され、特に、ＮＯ
又はＮＯ2 を含む窒素酸化物を高精度に測定することが
できる（請求項８記載の発明）。
段における前記内側ポンプ電極を酸化物に対する触媒活
性の低い不活性材料にて構成することが好ましい（請求
項７記載の発明）。この場合、前記内側ポンプ電極上で
の酸化物の分解作用が一層好適に抑制され、特に、ＮＯ
又はＮＯ2 を含む窒素酸化物を高精度に測定することが
できる（請求項８記載の発明）。
【００２６】また、前記構成において、前記内側検出電
極の近傍に形成された補助ポンプ電極を有し、かつ、前
記主ポンプ手段にてポンピング処理された後の被測定ガ
スに含まれる酸素を、前記補助ポンプ電極と前記外側検
出電極間に印加される電圧に基づいて前記ポンピング処
理する補助ポンプ手段を設けるようにしてもよい（請求
項９記載の発明）。
極の近傍に形成された補助ポンプ電極を有し、かつ、前
記主ポンプ手段にてポンピング処理された後の被測定ガ
スに含まれる酸素を、前記補助ポンプ電極と前記外側検
出電極間に印加される電圧に基づいて前記ポンピング処
理する補助ポンプ手段を設けるようにしてもよい（請求
項９記載の発明）。
【００２７】これにより、まず、主ポンプ手段にて所定
のガス成分が所定濃度に粗調整された被測定ガスは、更
に補助ポンプ手段によって所定のガス成分の濃度が微調
整される。
のガス成分が所定濃度に粗調整された被測定ガスは、更
に補助ポンプ手段によって所定のガス成分の濃度が微調
整される。
【００２８】一般に、外部空間における被測定ガス中の
所定ガス成分の濃度が大きく（例えば０から２０％）変
化すると、主ポンプ手段に導かれる被測定ガスの所定ガ
ス成分の濃度分布が大きく変化し、測定用ポンプ手段あ
るいは濃度検出手段に導かれる所定ガス成分量も変化す
る。
所定ガス成分の濃度が大きく（例えば０から２０％）変
化すると、主ポンプ手段に導かれる被測定ガスの所定ガ
ス成分の濃度分布が大きく変化し、測定用ポンプ手段あ
るいは濃度検出手段に導かれる所定ガス成分量も変化す
る。
【００２９】このとき、主ポンプ手段にてポンピング処
理された後の被測定ガスにおける酸素濃度は、補助ポン
プ手段でのポンピング処理にて微調整されることになる
が、主ポンプ手段でのポンピング処理によって、前記補
助ポンプ手段に導かれる被測定ガス中の酸素の濃度変化
は、外部空間からの被測定ガス（主ポンプ手段に導かれ
る被測定ガス）における酸素の濃度変化よりも大幅に縮
小されるため、測定用ポンプ手段における内側検出電極
近傍あるいは濃度検出手段における外側検出電極近傍で
の所定ガス成分の濃度を精度よく一定に制御することが
できる。
理された後の被測定ガスにおける酸素濃度は、補助ポン
プ手段でのポンピング処理にて微調整されることになる
が、主ポンプ手段でのポンピング処理によって、前記補
助ポンプ手段に導かれる被測定ガス中の酸素の濃度変化
は、外部空間からの被測定ガス（主ポンプ手段に導かれ
る被測定ガス）における酸素の濃度変化よりも大幅に縮
小されるため、測定用ポンプ手段における内側検出電極
近傍あるいは濃度検出手段における外側検出電極近傍で
の所定ガス成分の濃度を精度よく一定に制御することが
できる。
【００３０】従って、測定用ポンプ手段あるいは濃度検
出手段に導かれる所定ガス成分の濃度は、前記被測定ガ
ス（主ポンプ手段に導かれる被測定ガス）における酸素
の濃度変化の影響を受け難くなり、その結果、電流検出
手段にて検出されるポンプ電流値あるいは電圧検出手段
にて検出される起電力は、前記被測定ガスにおける所定
ガス成分の濃度変化に影響されず、被測定ガス中に存在
する目的成分量に正確に対応した値となる。
出手段に導かれる所定ガス成分の濃度は、前記被測定ガ
ス（主ポンプ手段に導かれる被測定ガス）における酸素
の濃度変化の影響を受け難くなり、その結果、電流検出
手段にて検出されるポンプ電流値あるいは電圧検出手段
にて検出される起電力は、前記被測定ガスにおける所定
ガス成分の濃度変化に影響されず、被測定ガス中に存在
する目的成分量に正確に対応した値となる。
【００３１】そして、請求項１〜９のいずれか１項に記
載の発明において、外側測定電極を基準ガスが導入され
る空間に露呈する位置に配設することで（請求項１０記
載の発明）、被測定ガスに含まれる酸素と基準ガスに含
まれる酸素との比較を行うことができ、より正確な酸化
物の検出を行うことができる。
載の発明において、外側測定電極を基準ガスが導入され
る空間に露呈する位置に配設することで（請求項１０記
載の発明）、被測定ガスに含まれる酸素と基準ガスに含
まれる酸素との比較を行うことができ、より正確な酸化
物の検出を行うことができる。
【００３２】特に、前記外側測定電極を、前記外側検出
電極と共通に構成することが好ましい（請求項１１記載
の発明）。この場合、濃度測定手段における外側測定電
極と測定用ポンプ手段あるいは濃度検出手段における外
側検出電極との共通電極が基準ガスの導入空間に露呈す
ることになり、濃度測定手段、測定用ポンプ手段、濃度
検出手段の各検出処理における基準電極として定義する
ことができ、これに準じて、濃度測定手段における内側
測定電極並びに測定用ポンプ手段及び濃度検出手段にお
ける内側検出電極をそれぞれ測定電極並びに検出電極と
定義することができる。
電極と共通に構成することが好ましい（請求項１１記載
の発明）。この場合、濃度測定手段における外側測定電
極と測定用ポンプ手段あるいは濃度検出手段における外
側検出電極との共通電極が基準ガスの導入空間に露呈す
ることになり、濃度測定手段、測定用ポンプ手段、濃度
検出手段の各検出処理における基準電極として定義する
ことができ、これに準じて、濃度測定手段における内側
測定電極並びに測定用ポンプ手段及び濃度検出手段にお
ける内側検出電極をそれぞれ測定電極並びに検出電極と
定義することができる。
【００３３】なお、前記主ポンプ手段は、固体電解質か
らなる基体にて囲まれ、かつ、前記被測定ガスが導入さ
れる第１室の内外に形成された前記内側ポンプ電極及び
外側ポンプ電極と、これら両電極にて挟まれた前記基体
にて構成することができる（請求項１２記載の発明）。
らなる基体にて囲まれ、かつ、前記被測定ガスが導入さ
れる第１室の内外に形成された前記内側ポンプ電極及び
外側ポンプ電極と、これら両電極にて挟まれた前記基体
にて構成することができる（請求項１２記載の発明）。
【００３４】また、前記測定用ポンプ手段は、固体電解
質からなる基体にて囲まれ、かつ、前記主ポンプ手段に
てポンピング処理された後の被測定ガスが導入される第
２室内に形成された検出電極と、固体電解質からなる基
体にて囲まれ、かつ、基準ガスが導入される基準ガス導
入室に形成された基準電極と、前記検出電極と前記基準
電極にて挟まれた前記基体にて構成することができる
（請求項１３記載の発明）。
質からなる基体にて囲まれ、かつ、前記主ポンプ手段に
てポンピング処理された後の被測定ガスが導入される第
２室内に形成された検出電極と、固体電解質からなる基
体にて囲まれ、かつ、基準ガスが導入される基準ガス導
入室に形成された基準電極と、前記検出電極と前記基準
電極にて挟まれた前記基体にて構成することができる
（請求項１３記載の発明）。
【００３５】また、前記濃度検出手段は、固体電解質か
らなる基体にて囲まれ、かつ、前記主ポンプ手段にてポ
ンピング処理された後の被測定ガスが導入される第２室
内に形成された検出電極と、固体電解質からなる基体に
て囲まれ、かつ、基準ガスが導入される基準ガス導入室
に形成された基準電極と、前記検出電極と前記基準電極
にて挟まれた前記基体にて構成することができる（請求
項１４記載の発明）。
らなる基体にて囲まれ、かつ、前記主ポンプ手段にてポ
ンピング処理された後の被測定ガスが導入される第２室
内に形成された検出電極と、固体電解質からなる基体に
て囲まれ、かつ、基準ガスが導入される基準ガス導入室
に形成された基準電極と、前記検出電極と前記基準電極
にて挟まれた前記基体にて構成することができる（請求
項１４記載の発明）。
【００３６】また、前記濃度測定手段は、固体電解質か
らなる基体にて囲まれ、かつ、前記外部空間からの被測
定ガスが導入される前記第１室内に形成された測定電極
と、固体電解質からなる基体にて囲まれ、かつ、基準ガ
スが導入される基準ガス導入室に形成された前記基準電
極と、前記測定電極と前記基準電極にて挟まれた前記基
体にて構成することができる（請求項１５記載の発
明）。
らなる基体にて囲まれ、かつ、前記外部空間からの被測
定ガスが導入される前記第１室内に形成された測定電極
と、固体電解質からなる基体にて囲まれ、かつ、基準ガ
スが導入される基準ガス導入室に形成された前記基準電
極と、前記測定電極と前記基準電極にて挟まれた前記基
体にて構成することができる（請求項１５記載の発
明）。
【００３７】更に、前記構成において、前記外部空間に
おける前記被測定ガスの前記第１室への導入経路に、前
記被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与する第１の
拡散律速部を設け、前記主ポンプ手段にてポンピング処
理された後の前記被測定ガスの前記第２室への導入経路
に、前記被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与する
第２の拡散律速部を設けるようにしてもよい（請求項１
６記載の発明）。この場合、前記第１拡散律速部又は前
記第２拡散律速部は、被測定ガスに対して所定の拡散抵
抗を付与することのできる通路により構成することがで
きる。
おける前記被測定ガスの前記第１室への導入経路に、前
記被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与する第１の
拡散律速部を設け、前記主ポンプ手段にてポンピング処
理された後の前記被測定ガスの前記第２室への導入経路
に、前記被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与する
第２の拡散律速部を設けるようにしてもよい（請求項１
６記載の発明）。この場合、前記第１拡散律速部又は前
記第２拡散律速部は、被測定ガスに対して所定の拡散抵
抗を付与することのできる通路により構成することがで
きる。
【００３８】また、前記第２室における前記被測定ガス
の前記検出電極への進入経路に、前記被測定ガスに対し
て所定の拡散抵抗を付与する第３の拡散律速部を設ける
ようにしてもよい（請求項２１記載の発明）。
の前記検出電極への進入経路に、前記被測定ガスに対し
て所定の拡散抵抗を付与する第３の拡散律速部を設ける
ようにしてもよい（請求項２１記載の発明）。
【００３９】なお、前記固体電解質としては、ＺｒＯ2
等のセラミックスを用いた酸素イオン伝導性固体電解質
が好適であり、また、第１拡散律速部又は第２拡散律速
部は、第１室及び第２室内の被測定ガスの状態を設定さ
れた所望の状態とすべく、前記被測定ガスに対して所定
の拡散抵抗を付与する多孔質材料を用いると好適であ
る。
等のセラミックスを用いた酸素イオン伝導性固体電解質
が好適であり、また、第１拡散律速部又は第２拡散律速
部は、第１室及び第２室内の被測定ガスの状態を設定さ
れた所望の状態とすべく、前記被測定ガスに対して所定
の拡散抵抗を付与する多孔質材料を用いると好適であ
る。
【００４０】第１室、第２室内に配設される電極あるい
は触媒を構成する酸化物分解触媒は、Ｒｈサーメットを
用いると好適である（請求項２２記載の発明）。
は触媒を構成する酸化物分解触媒は、Ｒｈサーメットを
用いると好適である（請求項２２記載の発明）。
【００４１】なお、前記第１室に配設される内側ポンプ
電極及び前記測定電極は、前記第１室内の対向する基体
上、あるいは、同一の前記基体平面上に配設することが
できる（請求項１７記載の発明）。
電極及び前記測定電極は、前記第１室内の対向する基体
上、あるいは、同一の前記基体平面上に配設することが
できる（請求項１７記載の発明）。
【００４２】また、前記第１室に連設される第２室は、
前記第１室に対して直列又は並列な状態で複数配設する
ことができる（請求項１９又は２０記載の発明）。そし
て、各第２室において、電極間に印加される電圧あるい
は電極間に発生する酸素濃淡電池起電力を測定対象とす
る酸化物に応じて個々に設定することにより、種類の異
なる複数の酸化物の測定を１つのセンサで行うことがで
きる。
前記第１室に対して直列又は並列な状態で複数配設する
ことができる（請求項１９又は２０記載の発明）。そし
て、各第２室において、電極間に印加される電圧あるい
は電極間に発生する酸素濃淡電池起電力を測定対象とす
る酸化物に応じて個々に設定することにより、種類の異
なる複数の酸化物の測定を１つのセンサで行うことがで
きる。
【００４３】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る酸化物センサ
を例えば車両の排気ガスや大気中に含まれるＮＯ、ＮＯ
2 、ＳＯ2 、ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏ等の酸化物を測定する酸化
物センサに適用したいくつかの実施の形態例を図１〜図
１０を参照しながら説明する。
を例えば車両の排気ガスや大気中に含まれるＮＯ、ＮＯ
2 、ＳＯ2 、ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏ等の酸化物を測定する酸化
物センサに適用したいくつかの実施の形態例を図１〜図
１０を参照しながら説明する。
【００４４】まず、第１の実施の形態に係る酸化物セン
サ５０Ａは、図１及び図２に示すように、全体として、
長尺な板状体形状に構成されており、ＺｒＯ2 等の酸素
イオン伝導性固体電解質を用いたセラミックスよりなる
例えば６枚の固体電解質層５２ａ〜５２ｆが積層されて
構成され、下から１層目及び２層目が第１及び第２の基
板層５２ａ及び５２ｂとされ、下から３層目及び５層目
が第１及び第２のスペーサ層５２ｃ及び５２ｅとされ、
下から４層目及び６層目が第１及び第２の固体電解質層
５２ｄ及び５２ｆとされている。
サ５０Ａは、図１及び図２に示すように、全体として、
長尺な板状体形状に構成されており、ＺｒＯ2 等の酸素
イオン伝導性固体電解質を用いたセラミックスよりなる
例えば６枚の固体電解質層５２ａ〜５２ｆが積層されて
構成され、下から１層目及び２層目が第１及び第２の基
板層５２ａ及び５２ｂとされ、下から３層目及び５層目
が第１及び第２のスペーサ層５２ｃ及び５２ｅとされ、
下から４層目及び６層目が第１及び第２の固体電解質層
５２ｄ及び５２ｆとされている。
【００４５】具体的には、第２の基板層５２ｂ上に第１
のスペーサ層５２ｃが積層され、更に、この第１のスペ
ーサ層５２ｃ上に第１の固体電解質層５２ｄ、第２のス
ペーサ層５２ｅ及び第２の固体電解質層５２ｆが順次積
層されている。
のスペーサ層５２ｃが積層され、更に、この第１のスペ
ーサ層５２ｃ上に第１の固体電解質層５２ｄ、第２のス
ペーサ層５２ｅ及び第２の固体電解質層５２ｆが順次積
層されている。
【００４６】第２の基板層５２ｂと第１の固体電解質層
５２ｄとの間には、酸化物測定の基準となる基準ガス、
例えば大気が導入される空間（基準ガス導入空間５４）
が、第１の固体電解質層５２ｄの下面、第２の基板層５
２ｂの上面及び第１のスペーサ層５２ｃの側面によって
区画、形成されている。
５２ｄとの間には、酸化物測定の基準となる基準ガス、
例えば大気が導入される空間（基準ガス導入空間５４）
が、第１の固体電解質層５２ｄの下面、第２の基板層５
２ｂの上面及び第１のスペーサ層５２ｃの側面によって
区画、形成されている。
【００４７】また、第１及び第２の固体電解質層５２ｄ
及び５２ｆ間に第２のスペーサ層５２ｅが挟設されると
共に、第１及び第２の拡散律速部５６及び５８が挟設さ
れている。
及び５２ｆ間に第２のスペーサ層５２ｅが挟設されると
共に、第１及び第２の拡散律速部５６及び５８が挟設さ
れている。
【００４８】そして、第２の固体電解質層５２ｆの下
面、第１及び第２の拡散律速部５６及び５８の側面並び
に第１の固体電解質層５２ｄの上面によって、被測定ガ
ス中の酸素分圧を調整するための第１室６０が区画、形
成され、第２の固体電解質層５２ｆの下面、第２の拡散
律速部５８の側面、第２のスペーサ層５２ｅの側面並び
に第１の固体電解質層５２ｄの上面によって、被測定ガ
ス中の酸素分圧を微調整し、更に被測定ガス中の酸化
物、例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）を測定するための第２
室６２が区画、形成される。
面、第１及び第２の拡散律速部５６及び５８の側面並び
に第１の固体電解質層５２ｄの上面によって、被測定ガ
ス中の酸素分圧を調整するための第１室６０が区画、形
成され、第２の固体電解質層５２ｆの下面、第２の拡散
律速部５８の側面、第２のスペーサ層５２ｅの側面並び
に第１の固体電解質層５２ｄの上面によって、被測定ガ
ス中の酸素分圧を微調整し、更に被測定ガス中の酸化
物、例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）を測定するための第２
室６２が区画、形成される。
【００４９】外部空間と前記第１室６０は、第１の拡散
律速部５６を介して連通され、第１室６０と第２室６２
は、前記第２の拡散律速部５８を介して連通されてい
る。
律速部５６を介して連通され、第１室６０と第２室６２
は、前記第２の拡散律速部５８を介して連通されてい
る。
【００５０】ここで、前記第１及び第２の拡散律速部５
６及び５８は、第１室６０及び第２室６２にそれぞれ導
入される被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与する
ものであり、例えば、被測定ガスを導入することができ
る多孔質材料又は所定の断面積を有した小孔からなる通
路として形成することができる。
６及び５８は、第１室６０及び第２室６２にそれぞれ導
入される被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与する
ものであり、例えば、被測定ガスを導入することができ
る多孔質材料又は所定の断面積を有した小孔からなる通
路として形成することができる。
【００５１】特に、第２の拡散律速部５８内には、Ｚｒ
Ｏ2 等からなる多孔質体が充填、配置されて、前記第２
の拡散律速部５８の拡散抵抗が前記第１の拡散律速部５
６における拡散抵抗よりも大きくされている。
Ｏ2 等からなる多孔質体が充填、配置されて、前記第２
の拡散律速部５８の拡散抵抗が前記第１の拡散律速部５
６における拡散抵抗よりも大きくされている。
【００５２】そして、前記第２の拡散律速部５８を通じ
て、第１室６０内の雰囲気が所定の拡散抵抗の下に第２
室６２内に導入される。従って、この酸化物センサ５０
Ａにおいては、外部空間に存する被測定ガスが酸化物セ
ンサ５０Ａ内に導入される方向が、第１の拡散律速部５
６→第１室６０→第２の拡散律速部５８→第２室６２の
方向であり、この方向は、被測定ガスの下流方向と定義
することができる。
て、第１室６０内の雰囲気が所定の拡散抵抗の下に第２
室６２内に導入される。従って、この酸化物センサ５０
Ａにおいては、外部空間に存する被測定ガスが酸化物セ
ンサ５０Ａ内に導入される方向が、第１の拡散律速部５
６→第１室６０→第２の拡散律速部５８→第２室６２の
方向であり、この方向は、被測定ガスの下流方向と定義
することができる。
【００５３】また、前記第２の固体電解質層５２ｆの下
面のうち、前記第１室６０を形づくる下面全面に、平面
ほぼ矩形状の多孔質サーメット電極からなる内側ポンプ
電極６４が形成され、前記第２の固体電解質層５２ｆの
上面のうち、前記内側ポンプ電極６４に対応する部分
に、外側ポンプ電極６６が形成されており、これら内側
ポンプ電極６４、外側ポンプ電極６４並びにこれら両電
極６４及び６６間に挟まれた第２の固体電解質層５２ｆ
にて電気化学的なポンプセル、即ち、主ポンプセル６８
が構成されている。
面のうち、前記第１室６０を形づくる下面全面に、平面
ほぼ矩形状の多孔質サーメット電極からなる内側ポンプ
電極６４が形成され、前記第２の固体電解質層５２ｆの
上面のうち、前記内側ポンプ電極６４に対応する部分
に、外側ポンプ電極６６が形成されており、これら内側
ポンプ電極６４、外側ポンプ電極６４並びにこれら両電
極６４及び６６間に挟まれた第２の固体電解質層５２ｆ
にて電気化学的なポンプセル、即ち、主ポンプセル６８
が構成されている。
【００５４】そして、前記主ポンプセル６８における内
側ポンプ電極６４と外側ポンプ電極６６間に、外部の可
変電源７０を通じて所望の制御電圧（ポンプ電圧）Ｖｐ
１を印加して、外側ポンプ電極６６と内側ポンプ電極６
４間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ｉｐ１を流す
ことにより、前記第１室６０内における雰囲気中の酸素
を外部空間に汲み出し、あるいは外部空間の酸素を第１
室６０内に汲み入れることができるようになっている。
側ポンプ電極６４と外側ポンプ電極６６間に、外部の可
変電源７０を通じて所望の制御電圧（ポンプ電圧）Ｖｐ
１を印加して、外側ポンプ電極６６と内側ポンプ電極６
４間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ｉｐ１を流す
ことにより、前記第１室６０内における雰囲気中の酸素
を外部空間に汲み出し、あるいは外部空間の酸素を第１
室６０内に汲み入れることができるようになっている。
【００５５】また、前記第１の固体電解質層５２ｄの上
面のうち、前記第１室６０を形づくる上面であって、か
つ第２の拡散律速部６２に近接する部分に、平面ほぼ矩
形状の多孔質サーメット電極からなる測定電極７２が形
成され、前記第１の固体電解質層５２ｄの下面のうち、
基準ガス導入空間５４に露呈する部分に基準電極７４が
形成されており、これら測定電極７２、基準電極７４及
び第１の固体電解質層５２ｄによって、電気化学的なセ
ンサセル、即ち、制御用酸素分圧検出セル７６が構成さ
れている。
面のうち、前記第１室６０を形づくる上面であって、か
つ第２の拡散律速部６２に近接する部分に、平面ほぼ矩
形状の多孔質サーメット電極からなる測定電極７２が形
成され、前記第１の固体電解質層５２ｄの下面のうち、
基準ガス導入空間５４に露呈する部分に基準電極７４が
形成されており、これら測定電極７２、基準電極７４及
び第１の固体電解質層５２ｄによって、電気化学的なセ
ンサセル、即ち、制御用酸素分圧検出セル７６が構成さ
れている。
【００５６】この制御用酸素分圧検出セル７６は、第１
室６０内の雰囲気と基準ガス導入空間５４内の基準ガス
（大気）との間の酸素濃度差に基づいて、測定電極７２
と基準電極７４との間に発生する起電力を電圧計７８に
て測定することにより、前記第１室６０内の雰囲気の酸
素分圧が検出できるようになっている。
室６０内の雰囲気と基準ガス導入空間５４内の基準ガス
（大気）との間の酸素濃度差に基づいて、測定電極７２
と基準電極７４との間に発生する起電力を電圧計７８に
て測定することにより、前記第１室６０内の雰囲気の酸
素分圧が検出できるようになっている。
【００５７】即ち、基準電極７４及び測定電極７２間に
生じる電圧Ｖ１は、基準ガス導入空間５４に導入される
基準ガスの酸素分圧と、第１室６０内の被測定ガスの酸
素分圧との差に基づいて生じる酸素濃淡電池起電力であ
り、ネルンストの式として知られる Ｖ１＝ＲＴ／４Ｆ・ｌｎ（Ｐ１（Ｏ2 ）／Ｐ０
（Ｏ2 ）） Ｒ：気体定数 Ｔ：絶対温度 Ｆ：ファラデー数 Ｐ１（Ｏ2 ）：第１室６０内の酸素分圧 Ｐ０（Ｏ2 ）：基準ガスの酸素分圧 の関係を有している。そこで、前記ネルンストの式に基
づく電圧Ｖ１を電圧計７８によって測定することで、第
１室６０内の酸素分圧を検出することができる。
生じる電圧Ｖ１は、基準ガス導入空間５４に導入される
基準ガスの酸素分圧と、第１室６０内の被測定ガスの酸
素分圧との差に基づいて生じる酸素濃淡電池起電力であ
り、ネルンストの式として知られる Ｖ１＝ＲＴ／４Ｆ・ｌｎ（Ｐ１（Ｏ2 ）／Ｐ０
（Ｏ2 ）） Ｒ：気体定数 Ｔ：絶対温度 Ｆ：ファラデー数 Ｐ１（Ｏ2 ）：第１室６０内の酸素分圧 Ｐ０（Ｏ2 ）：基準ガスの酸素分圧 の関係を有している。そこで、前記ネルンストの式に基
づく電圧Ｖ１を電圧計７８によって測定することで、第
１室６０内の酸素分圧を検出することができる。
【００５８】前記検出された酸素分圧値は可変電源７０
のポンプ電圧をフィードバック制御系８０を通じて制御
するために使用され、具体的には、第１室６０内の雰囲
気の酸素分圧が、次の第２室６２において酸素分圧の制
御を行い得るのに十分な低い所定の値となるように、主
ポンプセル６８のポンプ動作が制御される。特に、この
第１の実施の形態に係る酸化物センサ５０Ａにおいて
は、図３に示すように、前記測定電極７２の下流方向に
沿った幅ｗが所定の長さに規定されている。具体的に
は、前記測定電極７２の幅は、測定対象である酸化物の
第１室６０内での分解を抑制する目的と、スクリーン印
刷技術を用いて当該酸化物センサ５０Ａを作成する場合
の印刷可能サイズを考慮した長さに規定され、図３に示
すように、前記第１室６０の高さをｔとしたとき、ｗ≦
５ｔの範囲に制限されている。
のポンプ電圧をフィードバック制御系８０を通じて制御
するために使用され、具体的には、第１室６０内の雰囲
気の酸素分圧が、次の第２室６２において酸素分圧の制
御を行い得るのに十分な低い所定の値となるように、主
ポンプセル６８のポンプ動作が制御される。特に、この
第１の実施の形態に係る酸化物センサ５０Ａにおいて
は、図３に示すように、前記測定電極７２の下流方向に
沿った幅ｗが所定の長さに規定されている。具体的に
は、前記測定電極７２の幅は、測定対象である酸化物の
第１室６０内での分解を抑制する目的と、スクリーン印
刷技術を用いて当該酸化物センサ５０Ａを作成する場合
の印刷可能サイズを考慮した長さに規定され、図３に示
すように、前記第１室６０の高さをｔとしたとき、ｗ≦
５ｔの範囲に制限されている。
【００５９】更に、この第１の実施の形態に係る酸化物
センサ５０Ａにおいては、当該制御用酸素分圧検出セル
７６にて測定される酸素分圧の精度を確保するため、前
記主ポンプセル６８における内側ポンプ電極６４に対す
る測定電極７２の配置関係を以下のように規定してい
る。
センサ５０Ａにおいては、当該制御用酸素分圧検出セル
７６にて測定される酸素分圧の精度を確保するため、前
記主ポンプセル６８における内側ポンプ電極６４に対す
る測定電極７２の配置関係を以下のように規定してい
る。
【００６０】即ち、前記測定電極７２は、図３に示すよ
うに、前記内側ポンプ電極６４の下流方向端部（第２の
拡散律速部５８側の端部）から当該測定電極７２の中心
までの投影距離ｄが少なくとも−３ｔ≦ｄ（ｔ：第１室
６０の高さ）となる位置に配設され、好適には−３ｔ≦
ｄ≦３ｔとなるように配設される。
うに、前記内側ポンプ電極６４の下流方向端部（第２の
拡散律速部５８側の端部）から当該測定電極７２の中心
までの投影距離ｄが少なくとも−３ｔ≦ｄ（ｔ：第１室
６０の高さ）となる位置に配設され、好適には−３ｔ≦
ｄ≦３ｔとなるように配設される。
【００６１】なお、前記内側ポンプ電極６４及び外側ポ
ンプ電極６６は、第１室６０内に導入された被測定ガス
中のＮＯｘ、例えば、ＮＯ2 に対する触媒活性が低い不
活性材料により構成される。具体的には、前記内側ポン
プ電極６４及び外側ポンプ電極６６は、多孔質サーメッ
ト電極にて構成することができ、この場合、Ｐｔ等の金
属とＺｒＯ2 等のセラミックスとから構成されることに
なるが、特に、被測定ガスに接触する第１室６０内に配
置される内側ポンプ電極６４及び測定電極７２は、測定
ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた、あるい
は還元能力のない材料を用いる必要があり、例えばＬａ
3 ＣｕＯ4 等のペロブスカイト構造を有する化合物、あ
るいはＡｕ等の触媒活性の低い金属とセラミックスのサ
ーメット、あるいはＡｕ等の触媒活性の低い金属とＰｔ
族金属とセラミックスのサーメットで構成されることが
好ましい。更に、電極材料にＡｕとＰｔ族金属の合金を
用いる場合は、Ａｕ添加量を金属成分全体の０．０３〜
３５ｖｏｌ％にすることが好ましい。
ンプ電極６６は、第１室６０内に導入された被測定ガス
中のＮＯｘ、例えば、ＮＯ2 に対する触媒活性が低い不
活性材料により構成される。具体的には、前記内側ポン
プ電極６４及び外側ポンプ電極６６は、多孔質サーメッ
ト電極にて構成することができ、この場合、Ｐｔ等の金
属とＺｒＯ2 等のセラミックスとから構成されることに
なるが、特に、被測定ガスに接触する第１室６０内に配
置される内側ポンプ電極６４及び測定電極７２は、測定
ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた、あるい
は還元能力のない材料を用いる必要があり、例えばＬａ
3 ＣｕＯ4 等のペロブスカイト構造を有する化合物、あ
るいはＡｕ等の触媒活性の低い金属とセラミックスのサ
ーメット、あるいはＡｕ等の触媒活性の低い金属とＰｔ
族金属とセラミックスのサーメットで構成されることが
好ましい。更に、電極材料にＡｕとＰｔ族金属の合金を
用いる場合は、Ａｕ添加量を金属成分全体の０．０３〜
３５ｖｏｌ％にすることが好ましい。
【００６２】また、この第１の実施の形態に係る酸化物
センサ５０Ａにおいては、図２に示すように、前記第１
の固体電解質層５２ｄの上面のうち、前記第２室６２を
形づくる上面であって、かつ第２の拡散律速部５８から
離間した部分に、平面ほぼ矩形状の多孔質サーメット電
極からなる検出電極８２が形成され、該検出電極８２、
前記基準電極７４及び第１の固体電解質層５２ｄによっ
て、電気化学的なポンプセル、即ち、測定用ポンプセル
８４が構成される。
センサ５０Ａにおいては、図２に示すように、前記第１
の固体電解質層５２ｄの上面のうち、前記第２室６２を
形づくる上面であって、かつ第２の拡散律速部５８から
離間した部分に、平面ほぼ矩形状の多孔質サーメット電
極からなる検出電極８２が形成され、該検出電極８２、
前記基準電極７４及び第１の固体電解質層５２ｄによっ
て、電気化学的なポンプセル、即ち、測定用ポンプセル
８４が構成される。
【００６３】前記検出電極８２は、酸化物分解触媒、例
えばＲｈサーメット、あるいは触媒活性の低い材料、あ
るいは触媒活性の低い材料の近傍に酸化物分解触媒を配
置する等の構成を適宜選択できる。この第１の実施の形
態においては、検出電極８２は、被測定ガス成分たるＮ
Ｏｘを還元し得る金属であるＲｈとセラミックスとして
のジルコニアからなる多孔質サーメットにて構成され、
これによって、第２室６２内の雰囲気中に存在するＮＯ
ｘを還元するＮＯｘ還元触媒として機能するほか、前記
基準電極７４との間に、直流電源８６を通じて一定電圧
Ｖｐ２が印加されることによって、第２室６２内の雰囲
気中の酸素を基準ガス導入空間５４に汲み出せるように
なっている。この測定用ポンプセル８４のポンプ動作に
よって流れるポンプ電流Ｉｐ２は、電流計８８によって
検出されるようになっている。
えばＲｈサーメット、あるいは触媒活性の低い材料、あ
るいは触媒活性の低い材料の近傍に酸化物分解触媒を配
置する等の構成を適宜選択できる。この第１の実施の形
態においては、検出電極８２は、被測定ガス成分たるＮ
Ｏｘを還元し得る金属であるＲｈとセラミックスとして
のジルコニアからなる多孔質サーメットにて構成され、
これによって、第２室６２内の雰囲気中に存在するＮＯ
ｘを還元するＮＯｘ還元触媒として機能するほか、前記
基準電極７４との間に、直流電源８６を通じて一定電圧
Ｖｐ２が印加されることによって、第２室６２内の雰囲
気中の酸素を基準ガス導入空間５４に汲み出せるように
なっている。この測定用ポンプセル８４のポンプ動作に
よって流れるポンプ電流Ｉｐ２は、電流計８８によって
検出されるようになっている。
【００６４】この第１の実施の形態に係る酸化物センサ
５０Ａにおいては、第１及び第２の基板層５２ａ及び５
２ｂにて上下から挟まれた形態において、外部からの給
電によって発熱するヒータ９０が埋設されている。この
ヒータ９０は、酸素イオンの伝導性を高めるために設け
られるもので、該ヒータ９０の上下面には、第１及び第
２の基板層５２ａ及び５２ｂとの電気的絶縁を得るため
に、アルミナ等のセラミックス層９２が形成されてい
る。
５０Ａにおいては、第１及び第２の基板層５２ａ及び５
２ｂにて上下から挟まれた形態において、外部からの給
電によって発熱するヒータ９０が埋設されている。この
ヒータ９０は、酸素イオンの伝導性を高めるために設け
られるもので、該ヒータ９０の上下面には、第１及び第
２の基板層５２ａ及び５２ｂとの電気的絶縁を得るため
に、アルミナ等のセラミックス層９２が形成されてい
る。
【００６５】前記ヒータ９０は、図２に示すように、第
１室６０から第２室６２の全体にわたって配設されてお
り、これによって、第１室６０及び第２室６２がそれぞ
れ所定の温度に加熱され、併せて主ポンプセル６８、制
御用酸素分圧検出セル７６及び測定用ポンプセル８４も
所定の温度に加熱、保持されるようになっている。
１室６０から第２室６２の全体にわたって配設されてお
り、これによって、第１室６０及び第２室６２がそれぞ
れ所定の温度に加熱され、併せて主ポンプセル６８、制
御用酸素分圧検出セル７６及び測定用ポンプセル８４も
所定の温度に加熱、保持されるようになっている。
【００６６】第１の実施の形態に係る酸化物センサ５０
Ａは、基本的には以上のように構成されるものであり、
次にその作用効果について説明する。
Ａは、基本的には以上のように構成されるものであり、
次にその作用効果について説明する。
【００６７】酸化物の測定に先立ち、当該第１の実施の
形態に係る酸化物センサ５０Ａを第１室６０内に被測定
ガスが導入できる状態に設定する。次いで、ヒータ９０
に通電し、例えば酸化物センサ５０Ａにおける第１室６
０の第１及び第２の固体電解質層５２ｄ及び５２ｆを４
００℃〜９００℃に加熱すると共に、第２室６２の第１
及び第２の固体電解質層５２ｄ及び５２ｆを７００℃〜
９００℃に加熱する。酸化物センサ５０Ａをこのような
温度状態に加熱することにより、第１及び第２の固体電
解質層５２ｄ及び５２ｆが所望の状態に活性化されるこ
とになる。
形態に係る酸化物センサ５０Ａを第１室６０内に被測定
ガスが導入できる状態に設定する。次いで、ヒータ９０
に通電し、例えば酸化物センサ５０Ａにおける第１室６
０の第１及び第２の固体電解質層５２ｄ及び５２ｆを４
００℃〜９００℃に加熱すると共に、第２室６２の第１
及び第２の固体電解質層５２ｄ及び５２ｆを７００℃〜
９００℃に加熱する。酸化物センサ５０Ａをこのような
温度状態に加熱することにより、第１及び第２の固体電
解質層５２ｄ及び５２ｆが所望の状態に活性化されるこ
とになる。
【００６８】次に、前述のように設定した酸化物センサ
５０Ａに対して被測定ガスを導入することにより、前記
被測定ガス中に含まれるＮＯｘ等の酸化物の測定を開始
する。
５０Ａに対して被測定ガスを導入することにより、前記
被測定ガス中に含まれるＮＯｘ等の酸化物の測定を開始
する。
【００６９】第１の拡散律速部５６を介して所定の拡散
抵抗のもとに第１室６０内に導入された被測定ガスは、
可変電源７０によって外側ポンプ電極８４及び内側ポン
プ電極８６間に印加された所定のポンプ電圧Ｖｐ１によ
って、その中に含まれる酸素分圧が所定値に制御され
る。即ち、第１室６０内の酸素分圧は、電圧計７８によ
って検出される基準電極７４及び測定電極７２間の電圧
Ｖ１に基づいて測定することができる。この電圧Ｖ１
は、前述したネルンストの式で規定される酸素濃淡電池
起電力であり、この電圧Ｖ１が１８０ｍＶ〜３５０ｍＶ
となるようにフィードバック制御系８０を通じて可変電
源７０のポンプ電圧Ｖｐ１を制御することで、第１室６
０内の酸素分圧が所定値に制御される。
抵抗のもとに第１室６０内に導入された被測定ガスは、
可変電源７０によって外側ポンプ電極８４及び内側ポン
プ電極８６間に印加された所定のポンプ電圧Ｖｐ１によ
って、その中に含まれる酸素分圧が所定値に制御され
る。即ち、第１室６０内の酸素分圧は、電圧計７８によ
って検出される基準電極７４及び測定電極７２間の電圧
Ｖ１に基づいて測定することができる。この電圧Ｖ１
は、前述したネルンストの式で規定される酸素濃淡電池
起電力であり、この電圧Ｖ１が１８０ｍＶ〜３５０ｍＶ
となるようにフィードバック制御系８０を通じて可変電
源７０のポンプ電圧Ｖｐ１を制御することで、第１室６
０内の酸素分圧が所定値に制御される。
【００７０】第１室６０において所定の酸素分圧に制御
された被測定ガスは、第１の拡散律速部５６よりも拡散
抵抗が大きく設定された第２の拡散律速部５８を介して
第２室６２に導入される。
された被測定ガスは、第１の拡散律速部５６よりも拡散
抵抗が大きく設定された第２の拡散律速部５８を介して
第２室６２に導入される。
【００７１】第２室６２では、基準電極７４と検出電極
８０との間に当該第２室６２内の酸素を充分に汲み出す
ことのできる所定のポンプ電圧Ｖｐ２が電源８４によっ
て印加されており、このポンプ電圧Ｖｐ２によって、被
測定ガスに含まれるＮＯ、ＮＯ2 等のＮＯｘがＲｈサー
メットからなる酸化物分解触媒としての検出電極８２に
よって分解されるか、あるいは、検出電極８２とは別に
存在する触媒で分解され、それによって発生した酸素が
第１の固体電解質層５２ｄを介して基準ガス導入空間５
４側に汲み出される。このとき、酸素イオンの移動によ
って生じた電流値Ｉｐ２は、電流計８８によって測定さ
れ、この電流値Ｉｐ２から被測定ガス中に含まれる所定
の酸化物、例えば、ＮＯ、ＮＯ2 等のＮＯｘの濃度が測
定されることになる。
８０との間に当該第２室６２内の酸素を充分に汲み出す
ことのできる所定のポンプ電圧Ｖｐ２が電源８４によっ
て印加されており、このポンプ電圧Ｖｐ２によって、被
測定ガスに含まれるＮＯ、ＮＯ2 等のＮＯｘがＲｈサー
メットからなる酸化物分解触媒としての検出電極８２に
よって分解されるか、あるいは、検出電極８２とは別に
存在する触媒で分解され、それによって発生した酸素が
第１の固体電解質層５２ｄを介して基準ガス導入空間５
４側に汲み出される。このとき、酸素イオンの移動によ
って生じた電流値Ｉｐ２は、電流計８８によって測定さ
れ、この電流値Ｉｐ２から被測定ガス中に含まれる所定
の酸化物、例えば、ＮＯ、ＮＯ2 等のＮＯｘの濃度が測
定されることになる。
【００７２】特に、前記第１の実施の形態に係る酸化物
センサ５０Ａにおいては、第１室６０における内側ポン
プ電極６４と測定電極７２との配置関係を図３に示す所
定の範囲（−３ｔ≦ｄ≦３ｔ）に設定するようにしてい
るため、酸素分圧を高精度に制御しながら被測定ガスを
第２室６２に供給することが可能となり、これにより、
測定用ポンプセル８４を通じて酸化物を高精度に測定す
ることができる。
センサ５０Ａにおいては、第１室６０における内側ポン
プ電極６４と測定電極７２との配置関係を図３に示す所
定の範囲（−３ｔ≦ｄ≦３ｔ）に設定するようにしてい
るため、酸素分圧を高精度に制御しながら被測定ガスを
第２室６２に供給することが可能となり、これにより、
測定用ポンプセル８４を通じて酸化物を高精度に測定す
ることができる。
【００７３】図３は、内側ポンプ電極６４に対する測定
電極７２の配置と、第２室６２に導入される被測定ガス
の酸素分圧との関係を模式的に表したものである。
電極７２の配置と、第２室６２に導入される被測定ガス
の酸素分圧との関係を模式的に表したものである。
【００７４】例えば、中央部分が内側ポンプ電極６４の
下流方向端部（第２室６２側の端部）に一致させて配置
される測定電極７２ａ（ｄ＝０）を用いて酸素分圧を測
定し、この酸素分圧に基づいて内側ポンプ電極６４及び
外側ポンプ電極６６間に印加されるポンプ電圧Ｖｐ１を
制御すると、前記第１室６０に導入される被測定ガスの
導入前の酸素分圧が高い場合には、特性ａ１に示すよう
に、内側ポンプ電極６４の働きによって酸素分圧が速や
かに低下した後、所望の目標酸素分圧で第２室６２に供
給される。また、前記と同様の条件（ｄ＝０）で被測定
ガスの導入前の酸素分圧を低くした場合には、特性ａ２
に示すように、内側ポンプ電極６４の働きは弱く、酸素
分圧がゆっくりと低下した後、この場合も所望の目標酸
素分圧で第２室６２に供給される。
下流方向端部（第２室６２側の端部）に一致させて配置
される測定電極７２ａ（ｄ＝０）を用いて酸素分圧を測
定し、この酸素分圧に基づいて内側ポンプ電極６４及び
外側ポンプ電極６６間に印加されるポンプ電圧Ｖｐ１を
制御すると、前記第１室６０に導入される被測定ガスの
導入前の酸素分圧が高い場合には、特性ａ１に示すよう
に、内側ポンプ電極６４の働きによって酸素分圧が速や
かに低下した後、所望の目標酸素分圧で第２室６２に供
給される。また、前記と同様の条件（ｄ＝０）で被測定
ガスの導入前の酸素分圧を低くした場合には、特性ａ２
に示すように、内側ポンプ電極６４の働きは弱く、酸素
分圧がゆっくりと低下した後、この場合も所望の目標酸
素分圧で第２室６２に供給される。
【００７５】次に、中央部分が内側ポンプ電極６４の下
流方向端部から第１の拡散律速部５６側にｄ＝−１．０
ｍｍ（ｔ＝０．２ｍｍ）だけずらせて配置される測定電
極７２ｂを用いて酸素分圧を測定し、この酸素分圧に基
づいて内側ポンプ電極６４及び外側ポンプ電極６６間に
印加されるポンプ電圧Ｖｐ１を制御すると、前記第１室
６０に導入される被測定ガスの導入前の酸素分圧が高い
場合には、特性ａ３に示すように、内側ポンプ電極６４
の働きによって酸素分圧が速やかに低下するが、前記酸
素分圧の測定点が内側ポンプ電極６４の途中の部分にあ
るため、前記測定電極７２ｂが配置された位置での酸素
分圧（点Ａ３の酸素分圧）が目標酸素分圧となるように
制御されることになる。この場合、酸素分圧は、測定電
極７２ｂが配置された部分から下流方向における内側ポ
ンプ電極６４の残余の部分によってさらに低下するた
め、目標酸素分圧よりも低い酸素分圧の状態で第２室６
２に供給されることになる。
流方向端部から第１の拡散律速部５６側にｄ＝−１．０
ｍｍ（ｔ＝０．２ｍｍ）だけずらせて配置される測定電
極７２ｂを用いて酸素分圧を測定し、この酸素分圧に基
づいて内側ポンプ電極６４及び外側ポンプ電極６６間に
印加されるポンプ電圧Ｖｐ１を制御すると、前記第１室
６０に導入される被測定ガスの導入前の酸素分圧が高い
場合には、特性ａ３に示すように、内側ポンプ電極６４
の働きによって酸素分圧が速やかに低下するが、前記酸
素分圧の測定点が内側ポンプ電極６４の途中の部分にあ
るため、前記測定電極７２ｂが配置された位置での酸素
分圧（点Ａ３の酸素分圧）が目標酸素分圧となるように
制御されることになる。この場合、酸素分圧は、測定電
極７２ｂが配置された部分から下流方向における内側ポ
ンプ電極６４の残余の部分によってさらに低下するた
め、目標酸素分圧よりも低い酸素分圧の状態で第２室６
２に供給されることになる。
【００７６】なお、前記と同様の条件（ｄ＝−１．０ｍ
ｍ）で被測定ガスの導入前の酸素分圧を低くした場合に
おいても、酸素分圧が点Ａ３で目標酸素分圧となるよう
に制御されるため、前記特性ａ３ほど酸素分圧が低下し
ないものの、所望の酸素分圧より低い値となって第２室
６２に供給されることになる。
ｍ）で被測定ガスの導入前の酸素分圧を低くした場合に
おいても、酸素分圧が点Ａ３で目標酸素分圧となるよう
に制御されるため、前記特性ａ３ほど酸素分圧が低下し
ないものの、所望の酸素分圧より低い値となって第２室
６２に供給されることになる。
【００７７】一方、中央部分が内側ポンプ電極６４の下
流方向端部から第２の拡散律速部５８側に０．６ｍｍ
（ｔ＝０．２ｍｍ）よりも大きくずらせて配置される測
定電極７２ｃを用いて酸素分圧を測定し、この酸素分圧
に基づいて内側ポンプ電極６４及び外側ポンプ電極６６
間に印加されるポンプ電圧Ｖｐ１を制御すると、内側ポ
ンプ電極６４および測定電極７２ｃを含むフィードバッ
クループにおける応答の遅れにより、発振やゲイン不足
が生じ、第２室６２に供給される酸素分圧が結果的に目
標値からはずれるという現象が生じる。
流方向端部から第２の拡散律速部５８側に０．６ｍｍ
（ｔ＝０．２ｍｍ）よりも大きくずらせて配置される測
定電極７２ｃを用いて酸素分圧を測定し、この酸素分圧
に基づいて内側ポンプ電極６４及び外側ポンプ電極６６
間に印加されるポンプ電圧Ｖｐ１を制御すると、内側ポ
ンプ電極６４および測定電極７２ｃを含むフィードバッ
クループにおける応答の遅れにより、発振やゲイン不足
が生じ、第２室６２に供給される酸素分圧が結果的に目
標値からはずれるという現象が生じる。
【００７８】図４は、第１室６０の測定電極７２におけ
る酸素濃淡電池起電力である電圧Ｖ１を３００ｍＶと
し、被測定ガスに含まれるＯ2 の濃度を変化させた場合
の第２室６２での酸素濃淡電池起電力を、前記測定電極
７２の位置をｄ＝５ｔ〜−５ｔの範囲に設定して測定し
た結果を示す。
る酸素濃淡電池起電力である電圧Ｖ１を３００ｍＶと
し、被測定ガスに含まれるＯ2 の濃度を変化させた場合
の第２室６２での酸素濃淡電池起電力を、前記測定電極
７２の位置をｄ＝５ｔ〜−５ｔの範囲に設定して測定し
た結果を示す。
【００７９】この場合、測定電極７２の配置位置が内側
ポンプ電極６４の下流方向端部よりも第２室６２の方向
に離れるにつれて、被測定ガスのＯ2 の濃度が高い場合
に、第２室６２内の酸素濃度が増加している（第２室６
２の酸素濃淡電池起電力は低下する）。また、測定電極
７２の配置位置が内側ポンプ電極６４の下流方向端部よ
りも第１の拡散律速部５６に向かって内側に入るにつれ
て、被測定ガスのＯ2の濃度が高い場合に、第２室６２
内の酸素濃度が低下している（第２室６２の酸素濃淡電
池起電力は増加する）。従って、測定電極７２が内側ポ
ンプ電極６４の下流方向端部から第１の拡散律速部５６
側に多く変位、例えばｄ＝−３ｔよりも多く変位してい
ると、第１室６０内の酸素分圧が下がり過ぎるため、前
記内側ポンプ電極６４上で測定対象である酸化物の分解
反応が生じてしまうことになる。
ポンプ電極６４の下流方向端部よりも第２室６２の方向
に離れるにつれて、被測定ガスのＯ2 の濃度が高い場合
に、第２室６２内の酸素濃度が増加している（第２室６
２の酸素濃淡電池起電力は低下する）。また、測定電極
７２の配置位置が内側ポンプ電極６４の下流方向端部よ
りも第１の拡散律速部５６に向かって内側に入るにつれ
て、被測定ガスのＯ2の濃度が高い場合に、第２室６２
内の酸素濃度が低下している（第２室６２の酸素濃淡電
池起電力は増加する）。従って、測定電極７２が内側ポ
ンプ電極６４の下流方向端部から第１の拡散律速部５６
側に多く変位、例えばｄ＝−３ｔよりも多く変位してい
ると、第１室６０内の酸素分圧が下がり過ぎるため、前
記内側ポンプ電極６４上で測定対象である酸化物の分解
反応が生じてしまうことになる。
【００８０】図５は、高濃度のＯ2 を含む被測定ガスに
対する第１室６０でのフィードバック制御系８０のゲイ
ンと、低濃度のＯ2 を含む被測定ガスに対する第１室６
０でのフィードバック制御系８０の発振発生ゲインとを
測定した結果を示す。この場合、高濃度のＯ2 を含む被
測定ガスでは、特性ｂ１よりも下の領域でゲイン不足が
生じ、応答の遅れが発生する。また、低濃度のＯ2 を含
む被測定ガスでは、特性ｂ２よりも上の領域で発振が生
じ、安定に酸素分圧を設定することができない。従っ
て、これらのことを考慮すると、図５の斜線で示す範囲
にゲインを設定することにより、被測定ガスの酸素濃度
に依存せず一定のゲインでフィードバック制御を行うこ
とができる。このような制御を可能とする測定電極７２
の位置は、内側ポンプ電極６４の端部に対してｄ≦３ｔ
となる距離であることが導かれる。
対する第１室６０でのフィードバック制御系８０のゲイ
ンと、低濃度のＯ2 を含む被測定ガスに対する第１室６
０でのフィードバック制御系８０の発振発生ゲインとを
測定した結果を示す。この場合、高濃度のＯ2 を含む被
測定ガスでは、特性ｂ１よりも下の領域でゲイン不足が
生じ、応答の遅れが発生する。また、低濃度のＯ2 を含
む被測定ガスでは、特性ｂ２よりも上の領域で発振が生
じ、安定に酸素分圧を設定することができない。従っ
て、これらのことを考慮すると、図５の斜線で示す範囲
にゲインを設定することにより、被測定ガスの酸素濃度
に依存せず一定のゲインでフィードバック制御を行うこ
とができる。このような制御を可能とする測定電極７２
の位置は、内側ポンプ電極６４の端部に対してｄ≦３ｔ
となる距離であることが導かれる。
【００８１】以上の結果から、内側ポンプ電極６４の下
流方向端部（第２の拡散律速部５８側の端部）に対する
測定電極７２の距離ｄを−３ｔ≦ｄ≦３ｔとすることに
より、被測定ガスを最適な酸素分圧として、被測定ガス
中の目的成分を分解することなく第２室６２に供給する
ことができる。
流方向端部（第２の拡散律速部５８側の端部）に対する
測定電極７２の距離ｄを−３ｔ≦ｄ≦３ｔとすることに
より、被測定ガスを最適な酸素分圧として、被測定ガス
中の目的成分を分解することなく第２室６２に供給する
ことができる。
【００８２】次に、図６〜図８を参照しながら第２の実
施の形態に係る酸化物センサ５０Ｂについて説明する。
なお、図２と対応するものについては同符号を付してそ
の重複説明を省略する。
施の形態に係る酸化物センサ５０Ｂについて説明する。
なお、図２と対応するものについては同符号を付してそ
の重複説明を省略する。
【００８３】この第２の実施の形態に係る酸化物センサ
５０Ｂは、図６に示すように、前記第１の実施の形態に
係る酸化物センサ５０Ａ（図２参照）とほぼ同じ構成を
有するが、測定用ポンプセル８４に代えて、測定用酸素
分圧検出セル１００が設けられている点で異なる。
５０Ｂは、図６に示すように、前記第１の実施の形態に
係る酸化物センサ５０Ａ（図２参照）とほぼ同じ構成を
有するが、測定用ポンプセル８４に代えて、測定用酸素
分圧検出セル１００が設けられている点で異なる。
【００８４】この測定用酸素分圧検出セル１００は、第
１の固体電解質層５２ｄの上面のうち、前記第２室６２
を形づくる上面に形成された検出電極１０２と、前記第
１の固体電解質層５２ｄの下面に形成された前記基準電
極７４と、前記第１の固体電解質層５２ｄによって構成
されている。
１の固体電解質層５２ｄの上面のうち、前記第２室６２
を形づくる上面に形成された検出電極１０２と、前記第
１の固体電解質層５２ｄの下面に形成された前記基準電
極７４と、前記第１の固体電解質層５２ｄによって構成
されている。
【００８５】この場合、測定用酸素分圧検出セル１００
における検出電極１０２と基準電極７４との間に、検出
電極１０２の周りの雰囲気と基準電極７４の周りの雰囲
気との間の酸素濃度差に応じた起電力（酸素濃淡電池起
電力）Ｖ２が発生することとなる。
における検出電極１０２と基準電極７４との間に、検出
電極１０２の周りの雰囲気と基準電極７４の周りの雰囲
気との間の酸素濃度差に応じた起電力（酸素濃淡電池起
電力）Ｖ２が発生することとなる。
【００８６】従って、前記検出電極１０２及び基準電極
７４間に発生する起電力（電圧）Ｖ２を電圧計１０４に
て測定することにより、検出電極１０２の周りの雰囲気
の酸素分圧、換言すれば、被測定ガス成分（ＮＯｘ）の
還元又は分解によって発生する酸素によって規定される
酸素分圧が電圧値Ｖ２として検出される。
７４間に発生する起電力（電圧）Ｖ２を電圧計１０４に
て測定することにより、検出電極１０２の周りの雰囲気
の酸素分圧、換言すれば、被測定ガス成分（ＮＯｘ）の
還元又は分解によって発生する酸素によって規定される
酸素分圧が電圧値Ｖ２として検出される。
【００８７】そして、この起電力Ｖ２の変化の度合い
が、ＮＯ濃度を表すことになる。つまり、前記検出電極
１０２と基準電極７４と第１の固体電解質層５２ｄとか
ら構成される測定用酸素分圧検出セル１００から出力さ
れる起電力Ｖ２が、被測定ガス中のＮＯ濃度を表すこと
になる。
が、ＮＯ濃度を表すことになる。つまり、前記検出電極
１０２と基準電極７４と第１の固体電解質層５２ｄとか
ら構成される測定用酸素分圧検出セル１００から出力さ
れる起電力Ｖ２が、被測定ガス中のＮＯ濃度を表すこと
になる。
【００８８】そして、この第２の実施の形態に係る酸化
物センサ５０Ｂにおいても、前記第１の実施の形態に係
る酸化物センサ５０Ａと同様に、制御用酸素分圧検出セ
ル７６における測定電極７２の下流方向に沿った幅ｗ
が、第１室６０の高さをｔとしたとき、ｗ≦５ｔの範囲
に制限され、前記測定電極７２は、前記内側ポンプ電極
６４の下流方向端部（第２の拡散律速部５８側の端部）
から当該測定電極７２の中心までの投影距離ｄが少なく
とも−３ｔ≦ｄとなる位置に配設され、好適には−３ｔ
≦ｄ≦３ｔとなるように配設されている。
物センサ５０Ｂにおいても、前記第１の実施の形態に係
る酸化物センサ５０Ａと同様に、制御用酸素分圧検出セ
ル７６における測定電極７２の下流方向に沿った幅ｗ
が、第１室６０の高さをｔとしたとき、ｗ≦５ｔの範囲
に制限され、前記測定電極７２は、前記内側ポンプ電極
６４の下流方向端部（第２の拡散律速部５８側の端部）
から当該測定電極７２の中心までの投影距離ｄが少なく
とも−３ｔ≦ｄとなる位置に配設され、好適には−３ｔ
≦ｄ≦３ｔとなるように配設されている。
【００８９】そのため、前記第２の実施の形態に係る酸
化物センサ５０Ｂにおいては、被測定ガスを最適な酸素
分圧として、被測定ガス中の目的成分を分解することな
く第２室６２に供給することができ、測定用酸素分圧検
出セル１００を通じて酸化物を高精度に測定することが
できる。
化物センサ５０Ｂにおいては、被測定ガスを最適な酸素
分圧として、被測定ガス中の目的成分を分解することな
く第２室６２に供給することができ、測定用酸素分圧検
出セル１００を通じて酸化物を高精度に測定することが
できる。
【００９０】次に、図７を参照しながら第３の実施の形
態に係る酸化物センサ５０Ｃについて説明する。なお、
図２と対応するものについては同符号を付してその重複
説明を省略する。
態に係る酸化物センサ５０Ｃについて説明する。なお、
図２と対応するものについては同符号を付してその重複
説明を省略する。
【００９１】この第３の実施の形態に係る酸化物センサ
５０Ｃは、図７に示すように、前記第１の実施の形態に
係る酸化物センサ５０Ａとほぼ同様の構成を有するが、
検出電極８２を被覆するように、第３の拡散律速部１１
０を構成する多孔質Ａｌ2 Ｏ 3 層あるいは多孔質ＺｒＯ
3 層が形成されている点と、補助ポンプセル１１２が設
けられている点で異なる。
５０Ｃは、図７に示すように、前記第１の実施の形態に
係る酸化物センサ５０Ａとほぼ同様の構成を有するが、
検出電極８２を被覆するように、第３の拡散律速部１１
０を構成する多孔質Ａｌ2 Ｏ 3 層あるいは多孔質ＺｒＯ
3 層が形成されている点と、補助ポンプセル１１２が設
けられている点で異なる。
【００９２】この補助ポンプセル１１２は、前記第２の
固体電解質層５２ｆの下面のうち、前記第２室６２を形
づくる下面全面に形成された平面ほぼ矩形状の多孔質サ
ーメット電極からなる補助ポンプ電極１１４と、前記基
準電極７４と、第２の固体電解質層５２ｆ、第２のスペ
ーサ層５２ｅ及び第１の固体電解質層５２ｄにて構成さ
れている。
固体電解質層５２ｆの下面のうち、前記第２室６２を形
づくる下面全面に形成された平面ほぼ矩形状の多孔質サ
ーメット電極からなる補助ポンプ電極１１４と、前記基
準電極７４と、第２の固体電解質層５２ｆ、第２のスペ
ーサ層５２ｅ及び第１の固体電解質層５２ｄにて構成さ
れている。
【００９３】前記補助ポンプ電極１１４は、前記主ポン
プセル６８における内側ポンプ電極６４と同様に、被測
定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた、ある
いは還元能力のない材料を用いている。この場合、例え
ばＬａ3 ＣｕＯ4 等のペロブスカイト構造を有する化合
物、あるいはＡｕ等の触媒活性の低い金属とセラミック
スのサーメット、あるいはＡｕ等の触媒活性の低い金属
とＰｔ族金属とセラミックスのサーメットで構成される
ことが好ましい。更に、電極材料にＡｕとＰｔ族金属の
合金を用いる場合は、Ａｕ添加量を金属成分全体の０．
０３〜３５ｖｏｌ％にすることが好ましい。
プセル６８における内側ポンプ電極６４と同様に、被測
定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた、ある
いは還元能力のない材料を用いている。この場合、例え
ばＬａ3 ＣｕＯ4 等のペロブスカイト構造を有する化合
物、あるいはＡｕ等の触媒活性の低い金属とセラミック
スのサーメット、あるいはＡｕ等の触媒活性の低い金属
とＰｔ族金属とセラミックスのサーメットで構成される
ことが好ましい。更に、電極材料にＡｕとＰｔ族金属の
合金を用いる場合は、Ａｕ添加量を金属成分全体の０．
０３〜３５ｖｏｌ％にすることが好ましい。
【００９４】そして、前記補助ポンプセル１１２におけ
る補助ポンプ電極１１４と基準電極７４間に、外部の電
源１１６を通じて所望の一定電圧Ｖｐ３を印加すること
により、第２室６２内の雰囲気中の酸素を基準ガス導入
空間５４に汲み出せるようになっている。
る補助ポンプ電極１１４と基準電極７４間に、外部の電
源１１６を通じて所望の一定電圧Ｖｐ３を印加すること
により、第２室６２内の雰囲気中の酸素を基準ガス導入
空間５４に汲み出せるようになっている。
【００９５】これによって、第２室６２内の雰囲気の酸
素分圧が、実質的に被測定ガス成分（ＮＯｘ）が還元又
は分解され得ない状況下で、かつ目的成分量の測定に実
質的に影響がない低い酸素分圧値とされる。この場合、
第１室６０における主ポンプセル６８の働きにより、こ
の第２室６２内に導入される酸素の量の変化は、被測定
ガスの変化よりも大幅に縮小されるため、第２室６２に
おける酸素分圧は精度良く一定に制御される。
素分圧が、実質的に被測定ガス成分（ＮＯｘ）が還元又
は分解され得ない状況下で、かつ目的成分量の測定に実
質的に影響がない低い酸素分圧値とされる。この場合、
第１室６０における主ポンプセル６８の働きにより、こ
の第２室６２内に導入される酸素の量の変化は、被測定
ガスの変化よりも大幅に縮小されるため、第２室６２に
おける酸素分圧は精度良く一定に制御される。
【００９６】また、この第３の実施の形態に係る酸化物
センサ５０Ｃにおいては、前記定電圧（直流）電源８６
は、第３の拡散律速部１１０により制限されたＮＯｘの
流入下において、測定用ポンプセル８４で分解時に生成
した酸素のポンピングに対して限界電流を与える大きさ
の電圧を印加できるようになっている。
センサ５０Ｃにおいては、前記定電圧（直流）電源８６
は、第３の拡散律速部１１０により制限されたＮＯｘの
流入下において、測定用ポンプセル８４で分解時に生成
した酸素のポンピングに対して限界電流を与える大きさ
の電圧を印加できるようになっている。
【００９７】従って、前記構成を有する第３の実施の形
態に係る酸化物センサ５０Ｃにおいては、前記第２室６
２内において酸素分圧が制御された被測定ガスは、第３
の拡散律速部１１０を通じて所定の拡散抵抗の下に、検
出電極８２に導かれることとなる。
態に係る酸化物センサ５０Ｃにおいては、前記第２室６
２内において酸素分圧が制御された被測定ガスは、第３
の拡散律速部１１０を通じて所定の拡散抵抗の下に、検
出電極８２に導かれることとなる。
【００９８】ところで、前記主ポンプセル６８を動作さ
せて第１室６０内の雰囲気の酸素分圧をＮＯｘ測定に実
質的に影響がない低い酸素分圧値に制御しようとしたと
き、換言すれば、制御用酸素分圧検出セル７６にて検出
される電圧Ｖ１が一定となるように、フィードバック制
御系８０を通じて可変電源７０のポンプ電圧Ｖｐ１を調
整したとき、被測定ガス中の酸素濃度が大きく、例えば
０〜２０％に変化すると、通常、第２室６２内の雰囲気
及び検出電極８２付近の雰囲気の各酸素分圧は、僅かに
変化するようになる。これは、被測定ガス中の酸素濃度
が高くなると、測定電極７２上の第１室６０の幅方向及
び厚み方向に酸素濃度分布が生じ、この酸素濃度分布が
被測定ガス中の酸素濃度により変化するためであると考
えられる。
せて第１室６０内の雰囲気の酸素分圧をＮＯｘ測定に実
質的に影響がない低い酸素分圧値に制御しようとしたと
き、換言すれば、制御用酸素分圧検出セル７６にて検出
される電圧Ｖ１が一定となるように、フィードバック制
御系８０を通じて可変電源７０のポンプ電圧Ｖｐ１を調
整したとき、被測定ガス中の酸素濃度が大きく、例えば
０〜２０％に変化すると、通常、第２室６２内の雰囲気
及び検出電極８２付近の雰囲気の各酸素分圧は、僅かに
変化するようになる。これは、被測定ガス中の酸素濃度
が高くなると、測定電極７２上の第１室６０の幅方向及
び厚み方向に酸素濃度分布が生じ、この酸素濃度分布が
被測定ガス中の酸素濃度により変化するためであると考
えられる。
【００９９】しかし、この第３の実施の形態に係る酸化
物センサ５０Ｃにおいては、第２室６２に対して、その
内部の雰囲気の酸素分圧を常に一定に低い酸素分圧値と
なるように、補助ポンプセル１１２を設けるようにして
いるため、第１室６０から第２室６２に導入される雰囲
気の酸素分圧が被測定ガスの酸素濃度に応じて変化して
も、前記補助ポンプセル１１２のポンプ動作によって、
第２室６２内の雰囲気の酸素分圧を常に一定の低い値と
することができ、その結果、ＮＯｘの測定に実質的に影
響がない低い酸素分圧値に制御することができる。
物センサ５０Ｃにおいては、第２室６２に対して、その
内部の雰囲気の酸素分圧を常に一定に低い酸素分圧値と
なるように、補助ポンプセル１１２を設けるようにして
いるため、第１室６０から第２室６２に導入される雰囲
気の酸素分圧が被測定ガスの酸素濃度に応じて変化して
も、前記補助ポンプセル１１２のポンプ動作によって、
第２室６２内の雰囲気の酸素分圧を常に一定の低い値と
することができ、その結果、ＮＯｘの測定に実質的に影
響がない低い酸素分圧値に制御することができる。
【０１００】そして、検出電極８２に導入された被測定
ガスのＮＯｘは、該検出電極８２の周りにおいて還元又
は分解されて、例えばＮＯ→１／２Ｎ2 ＋１／２Ｏ2 の
反応が引き起こされる。このとき、測定用ポンプセル８
４を構成する検出電極８２と基準電極７４との間には、
酸素が第２室６２から基準ガス導入空間５４側に汲み出
される方向に、所定の電圧Ｖｐ２、例えば４３０ｍＶ
（７００℃）が印加される。
ガスのＮＯｘは、該検出電極８２の周りにおいて還元又
は分解されて、例えばＮＯ→１／２Ｎ2 ＋１／２Ｏ2 の
反応が引き起こされる。このとき、測定用ポンプセル８
４を構成する検出電極８２と基準電極７４との間には、
酸素が第２室６２から基準ガス導入空間５４側に汲み出
される方向に、所定の電圧Ｖｐ２、例えば４３０ｍＶ
（７００℃）が印加される。
【０１０１】従って、測定用ポンプセル８４に流れるポ
ンプ電流Ｉｐ２は、第２室６２に導かれる雰囲気中の酸
素濃度、即ち、第２室６２内の酸素濃度と検出電極８２
にてＮＯｘが還元又は分解されて発生した酸素濃度との
和に比例した値となる。
ンプ電流Ｉｐ２は、第２室６２に導かれる雰囲気中の酸
素濃度、即ち、第２室６２内の酸素濃度と検出電極８２
にてＮＯｘが還元又は分解されて発生した酸素濃度との
和に比例した値となる。
【０１０２】この場合、第２室６２内の雰囲気中の酸素
濃度は、補助ポンプセル１１２にて一定に制御されてい
ることから、前記測定用ポンプセル８４に流れるポンプ
電流Ｉｐ２は、ＮＯｘの濃度に比例することになる。ま
た、このＮＯｘの濃度は、第３の拡散律速部１１０にて
制限されるＮＯｘの拡散量に対応していることから、被
測定ガスの酸素濃度が大きく変化したとしても、測定用
ポンプセル８４から電流計８８を通じて正確にＮＯｘ濃
度を測定することが可能となる。
濃度は、補助ポンプセル１１２にて一定に制御されてい
ることから、前記測定用ポンプセル８４に流れるポンプ
電流Ｉｐ２は、ＮＯｘの濃度に比例することになる。ま
た、このＮＯｘの濃度は、第３の拡散律速部１１０にて
制限されるＮＯｘの拡散量に対応していることから、被
測定ガスの酸素濃度が大きく変化したとしても、測定用
ポンプセル８４から電流計８８を通じて正確にＮＯｘ濃
度を測定することが可能となる。
【０１０３】例えば、補助ポンプセル１１２にて制御さ
れた第２室６２内の雰囲気の酸素分圧が０．０２ｐｐｍ
で、被測定ガス中のＮＯｘ成分たるＮＯ濃度が１００ｐ
ｐｍとすると、ＮＯが還元又は分解されて発生する酸素
濃度５０ｐｐｍと第２室６２内の雰囲気中の酸素濃度
０．０２ｐｐｍとの和（＝５０．０２ｐｐｍ）に相当す
るポンプ電流Ｉｐ２が流れることとなる。従って、測定
用ポンプセル８４におけるポンプ電流値Ｉｐ２は、ＮＯ
がほとんど還元又は分解された量を表し、そのため、被
測定ガス中の酸素濃度に依存するようなこともない。
れた第２室６２内の雰囲気の酸素分圧が０．０２ｐｐｍ
で、被測定ガス中のＮＯｘ成分たるＮＯ濃度が１００ｐ
ｐｍとすると、ＮＯが還元又は分解されて発生する酸素
濃度５０ｐｐｍと第２室６２内の雰囲気中の酸素濃度
０．０２ｐｐｍとの和（＝５０．０２ｐｐｍ）に相当す
るポンプ電流Ｉｐ２が流れることとなる。従って、測定
用ポンプセル８４におけるポンプ電流値Ｉｐ２は、ＮＯ
がほとんど還元又は分解された量を表し、そのため、被
測定ガス中の酸素濃度に依存するようなこともない。
【０１０４】次に、図８を参照しながら第４の実施の形
態に係る酸化物センサ５０Ｄについて説明する。なお、
図６及び図７と対応するものについては同符号を付して
その重複説明を省略する。
態に係る酸化物センサ５０Ｄについて説明する。なお、
図６及び図７と対応するものについては同符号を付して
その重複説明を省略する。
【０１０５】この第４の実施の形態に係る酸化物センサ
５０Ｄは、図８に示すように、前記第２の実施の形態に
係る酸化物センサ５０Ｂ（図６参照）とほぼ同様の構成
を有するが、第３の実施の形態に係る酸化物センサ５０
Ｃ（図７参照）と同じように、測定用酸素分圧検出セル
１００における検出電極１０２を被覆するように、第３
の拡散律速部１１０を構成する多孔質Ａｌ2 Ｏ3 層ある
いは多孔質ＺｒＯ3 層が形成されている点と、補助ポン
プセル１１２が設けられている点で異なる。
５０Ｄは、図８に示すように、前記第２の実施の形態に
係る酸化物センサ５０Ｂ（図６参照）とほぼ同様の構成
を有するが、第３の実施の形態に係る酸化物センサ５０
Ｃ（図７参照）と同じように、測定用酸素分圧検出セル
１００における検出電極１０２を被覆するように、第３
の拡散律速部１１０を構成する多孔質Ａｌ2 Ｏ3 層ある
いは多孔質ＺｒＯ3 層が形成されている点と、補助ポン
プセル１１２が設けられている点で異なる。
【０１０６】この場合、前記第３の実施の形態に係る酸
化物センサ５０Ｃと同様に、第２室６２内の雰囲気の酸
素分圧が、実質的に被測定ガス成分（ＮＯｘ）が還元又
は分解され得ない状況下で、かつ目的成分量の測定に実
質的に影響がない低い酸素分圧値とされ、第１室６０に
おける主ポンプセル６８の働きにより、この第２室６２
内に導入される酸素の量の変化は、被測定ガスの変化よ
りも大幅に縮小されるため、第２室６２における酸素分
圧は精度良く一定に制御される。
化物センサ５０Ｃと同様に、第２室６２内の雰囲気の酸
素分圧が、実質的に被測定ガス成分（ＮＯｘ）が還元又
は分解され得ない状況下で、かつ目的成分量の測定に実
質的に影響がない低い酸素分圧値とされ、第１室６０に
おける主ポンプセル６８の働きにより、この第２室６２
内に導入される酸素の量の変化は、被測定ガスの変化よ
りも大幅に縮小されるため、第２室６２における酸素分
圧は精度良く一定に制御される。
【０１０７】従って、被測定ガスの酸素濃度が大きく変
化したとしても、測定用酸素分圧検出セル１００から電
圧計１０４を通じて正確にＮＯｘ濃度を測定することが
可能となる。
化したとしても、測定用酸素分圧検出セル１００から電
圧計１０４を通じて正確にＮＯｘ濃度を測定することが
可能となる。
【０１０８】ここで、図９の特性図を参照しながら前記
第４の実施の形態に係る酸化物センサ５０Ｄの検出原理
を説明する。
第４の実施の形態に係る酸化物センサ５０Ｄの検出原理
を説明する。
【０１０９】まず、外部空間のＮＯ濃度が０ｐｐｍのと
き、第１室６０内の雰囲気中の酸素分圧が１．３×１０
-7ａｔｍ、即ち、起電力Ｖ１＝約３００ｍＶに保たれる
ように、主ポンプセル６８におけるポンプ電圧Ｖｐ１を
制御する。
き、第１室６０内の雰囲気中の酸素分圧が１．３×１０
-7ａｔｍ、即ち、起電力Ｖ１＝約３００ｍＶに保たれる
ように、主ポンプセル６８におけるポンプ電圧Ｖｐ１を
制御する。
【０１１０】次に、補助ポンプセル１１２に印加される
設定電圧Ｖｐ３を４６０ｍＶに設定する。補助ポンプセ
ル１１２の作用により、第２室６２内の酸素分圧は、
６．１×１０-11 ａｔｍに制御され、その結果、前記測
定用酸素分圧検出セル１００における検出電極１０２と
基準電極７４との間の起電力Ｖ２は約４６０ｍＶとな
る。
設定電圧Ｖｐ３を４６０ｍＶに設定する。補助ポンプセ
ル１１２の作用により、第２室６２内の酸素分圧は、
６．１×１０-11 ａｔｍに制御され、その結果、前記測
定用酸素分圧検出セル１００における検出電極１０２と
基準電極７４との間の起電力Ｖ２は約４６０ｍＶとな
る。
【０１１１】この場合、第２室６２内の酸素分圧が６．
１×１０-11 ａｔｍであっても、第１室６０内の酸素分
圧が１．３×１０-7ａｔｍであるため、可燃ガス成分は
第１室６０内で酸化され、ＮＯｘ感度に影響しない。
１×１０-11 ａｔｍであっても、第１室６０内の酸素分
圧が１．３×１０-7ａｔｍであるため、可燃ガス成分は
第１室６０内で酸化され、ＮＯｘ感度に影響しない。
【０１１２】そして、外部空間のＮＯ濃度が徐々に増加
すると、前記検出電極１０２も上述した測定用ポンプセ
ル８４（図２参照）における検出電極８０と同様に、Ｎ
Ｏｘ還元触媒として機能することから、前記検出電極１
０２では、ＮＯの還元又は分解反応が引き起こされ、該
検出電極１０２の周りの雰囲気中の酸素濃度が上がり、
これによって、検出電極１０２と基準電極７４間に発生
する起電力Ｖ２が徐々に低下することとなる。図９の特
性図では、ＮＯ濃度が例えば３００ｐｐｍ、５００ｐｐ
ｍ、１０００ｐｐｍというように増加するにつれて、電
圧計１０４にて検出される起電力Ｖ２は、３００ｍＶ、
２５０ｍＶ、２２０ｍＶというように徐々に低下してい
る。
すると、前記検出電極１０２も上述した測定用ポンプセ
ル８４（図２参照）における検出電極８０と同様に、Ｎ
Ｏｘ還元触媒として機能することから、前記検出電極１
０２では、ＮＯの還元又は分解反応が引き起こされ、該
検出電極１０２の周りの雰囲気中の酸素濃度が上がり、
これによって、検出電極１０２と基準電極７４間に発生
する起電力Ｖ２が徐々に低下することとなる。図９の特
性図では、ＮＯ濃度が例えば３００ｐｐｍ、５００ｐｐ
ｍ、１０００ｐｐｍというように増加するにつれて、電
圧計１０４にて検出される起電力Ｖ２は、３００ｍＶ、
２５０ｍＶ、２２０ｍＶというように徐々に低下してい
る。
【０１１３】前記起電力Ｖ２の低下の度合いが、ＮＯ濃
度を表すことになる。つまり、前記検出電極１０２と基
準電極７４と第１の固体電解質層５２ｄとから構成され
る測定用酸素分圧検出セル１００から出力される起電力
Ｖ２が、被測定ガス中のＮＯ濃度を表すことになる。
度を表すことになる。つまり、前記検出電極１０２と基
準電極７４と第１の固体電解質層５２ｄとから構成され
る測定用酸素分圧検出セル１００から出力される起電力
Ｖ２が、被測定ガス中のＮＯ濃度を表すことになる。
【０１１４】そして、この第４の実施の形態に係る酸化
物センサ５０Ｄにおいても、前記第１の実施の形態に係
る酸化物センサ５０Ａと同様に、制御用酸素分圧検出セ
ル７６における測定電極７２の下流方向に沿った幅ｗ
が、第１室６０の高さをｔとしたとき、ｗ≦５ｔの範囲
に制限され、前記測定電極７２は、前記内側ポンプ電極
６４の下流方向端部（第２の拡散律速部５８側の端部）
から当該測定電極７２の中心までの投影距離ｄが少なく
とも−３ｔ≦ｄとなる位置に配設され、好適には−３ｔ
≦ｄ≦３ｔとなるように配設されている。
物センサ５０Ｄにおいても、前記第１の実施の形態に係
る酸化物センサ５０Ａと同様に、制御用酸素分圧検出セ
ル７６における測定電極７２の下流方向に沿った幅ｗ
が、第１室６０の高さをｔとしたとき、ｗ≦５ｔの範囲
に制限され、前記測定電極７２は、前記内側ポンプ電極
６４の下流方向端部（第２の拡散律速部５８側の端部）
から当該測定電極７２の中心までの投影距離ｄが少なく
とも−３ｔ≦ｄとなる位置に配設され、好適には−３ｔ
≦ｄ≦３ｔとなるように配設されている。
【０１１５】ここで、一つの実験例を示す。この実験例
は、実施例と比較例を用意し、これら実施例及び比較例
において、第１室６０の測定電極７２における酸素濃淡
電池起電力である電圧Ｖ１を３００ｍＶとし、被測定ガ
ス（ＮＯ濃度＝３００ｐｐｍ）に含まれるＯ2 の濃度を
変化させた場合に、測定用酸素分圧検出セル１００の検
出電極１０２及び基準電極７４間に発生する酸素濃淡電
池起電力Ｖ２の変化をみたものである。実験結果を図１
０に示す。
は、実施例と比較例を用意し、これら実施例及び比較例
において、第１室６０の測定電極７２における酸素濃淡
電池起電力である電圧Ｖ１を３００ｍＶとし、被測定ガ
ス（ＮＯ濃度＝３００ｐｐｍ）に含まれるＯ2 の濃度を
変化させた場合に、測定用酸素分圧検出セル１００の検
出電極１０２及び基準電極７４間に発生する酸素濃淡電
池起電力Ｖ２の変化をみたものである。実験結果を図１
０に示す。
【０１１６】ここで、実施例は、前記第４の実施の形態
に係る酸化物センサ５０Ｄにおいて、測定電極７２の配
置関係をｄ＝ｔとしたものであり、比較例は、前記第４
の実施の形態に係る酸化物センサ５０Ｄにおいて、測定
電極７２の配置関係をｄ＝−８ｔにしたものである。
に係る酸化物センサ５０Ｄにおいて、測定電極７２の配
置関係をｄ＝ｔとしたものであり、比較例は、前記第４
の実施の形態に係る酸化物センサ５０Ｄにおいて、測定
電極７２の配置関係をｄ＝−８ｔにしたものである。
【０１１７】比較例においては、ｄ＝−８ｔであって、
制御用酸素分圧検出セル７６における酸素分圧の測定点
が、内側ポンプ電極６４の途中の部分に位置することに
なるため、被測定ガスに含まれるＯ2 の濃度が増加する
と、前記測定電極７２が配置された位置での酸素分圧が
目標酸素分圧となるように制御されることになる。この
場合、酸素分圧は、測定電極７２が配置された部分から
下流方向における内側ポンプ電極６４の残余の部分によ
ってさらに低下するため、目標酸素分圧よりも低い酸素
分圧の状態で第２室６２に供給されることになる。
制御用酸素分圧検出セル７６における酸素分圧の測定点
が、内側ポンプ電極６４の途中の部分に位置することに
なるため、被測定ガスに含まれるＯ2 の濃度が増加する
と、前記測定電極７２が配置された位置での酸素分圧が
目標酸素分圧となるように制御されることになる。この
場合、酸素分圧は、測定電極７２が配置された部分から
下流方向における内側ポンプ電極６４の残余の部分によ
ってさらに低下するため、目標酸素分圧よりも低い酸素
分圧の状態で第２室６２に供給されることになる。
【０１１８】そのため、比較例においては、図１０の一
点鎖線ｂに示すように、被測定ガスに含まれるＯ2 の濃
度が増加するに従って、制御用酸素分圧検出セル７６の
検出電極１０２及び基準電極７４間の酸素濃淡電池起電
力Ｖ２は指数関数的に増加することとなる。
点鎖線ｂに示すように、被測定ガスに含まれるＯ2 の濃
度が増加するに従って、制御用酸素分圧検出セル７６の
検出電極１０２及び基準電極７４間の酸素濃淡電池起電
力Ｖ２は指数関数的に増加することとなる。
【０１１９】一方、実施例においては、ｄ＝ｔであっ
て、制御用酸素分圧検出セル７６における酸素分圧の測
定点が内側ポンプ電極６４の下流方向端部付近に位置す
ることになるため、第１室６０内の酸素分圧は、内側ポ
ンプ電極６４の下流方向端部付近に対応する位置におい
て目標酸素分圧となるように制御されることになる。こ
の場合、図１０の実線ａに示すように、前記主ポンプセ
ル６８にて目標酸素分圧に調整された被測定ガスは、ほ
ぼ目標酸素分圧を維持した状態で第２室６２に供給され
ることになる。
て、制御用酸素分圧検出セル７６における酸素分圧の測
定点が内側ポンプ電極６４の下流方向端部付近に位置す
ることになるため、第１室６０内の酸素分圧は、内側ポ
ンプ電極６４の下流方向端部付近に対応する位置におい
て目標酸素分圧となるように制御されることになる。こ
の場合、図１０の実線ａに示すように、前記主ポンプセ
ル６８にて目標酸素分圧に調整された被測定ガスは、ほ
ぼ目標酸素分圧を維持した状態で第２室６２に供給され
ることになる。
【０１２０】このように、前記第４の実施の形態に係る
酸化物センサ５０Ｄにおいても、被測定ガスを最適な酸
素分圧として、被測定ガス中の目的成分を分解すること
なく第２室６２に供給することができ、測定用酸素分圧
検出セル１００を通じて酸化物を高精度に測定すること
ができる。
酸化物センサ５０Ｄにおいても、被測定ガスを最適な酸
素分圧として、被測定ガス中の目的成分を分解すること
なく第２室６２に供給することができ、測定用酸素分圧
検出セル１００を通じて酸化物を高精度に測定すること
ができる。
【０１２１】上述した第１〜第４の実施の形態に係る酸
化物センサ５０Ａ〜５０Ｄでは、第１室６０に対して第
２室６２が１つだけ連結された場合について説明した
が、前記第１室６０に対して前記第２室６２を複数連結
し、種類の異なる複数の酸化物を同時に測定するように
構成することもできる。
化物センサ５０Ａ〜５０Ｄでは、第１室６０に対して第
２室６２が１つだけ連結された場合について説明した
が、前記第１室６０に対して前記第２室６２を複数連結
し、種類の異なる複数の酸化物を同時に測定するように
構成することもできる。
【０１２２】例えば、第２室６２に対して、拡散律速部
を介して前記第２室６２と同一構成からなる第３室を直
列に連結して設け、前記第２室６２に例えば測定用ポン
プセルが設けられた場合に、その検出電極８２に印加さ
れるポンプ電圧Ｖｐ２と異なるポンプ電圧を前記第３室
の検出電極に印加することにより、第２室６２とは種類
の異なる酸化物の測定を行うことができる。これは、第
２室６２に前記測定用ポンプセルに代えて測定用酸素分
圧検出セルを設けた場合も同様である。
を介して前記第２室６２と同一構成からなる第３室を直
列に連結して設け、前記第２室６２に例えば測定用ポン
プセルが設けられた場合に、その検出電極８２に印加さ
れるポンプ電圧Ｖｐ２と異なるポンプ電圧を前記第３室
の検出電極に印加することにより、第２室６２とは種類
の異なる酸化物の測定を行うことができる。これは、第
２室６２に前記測定用ポンプセルに代えて測定用酸素分
圧検出セルを設けた場合も同様である。
【０１２３】また、前記第２室６２や第３室にて測定さ
れる酸化物としては、例えば、ＮＯ、ＮＯ2 、ＣＯ2 、
Ｈ2 Ｏ、ＳＯ2 等を掲げることができる。また、前記第
３室は、前記第２室６２に対して並列に連結することも
できる。
れる酸化物としては、例えば、ＮＯ、ＮＯ2 、ＣＯ2 、
Ｈ2 Ｏ、ＳＯ2 等を掲げることができる。また、前記第
３室は、前記第２室６２に対して並列に連結することも
できる。
【０１２４】なお、この発明に係る酸化物センサは、上
述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱するこ
となく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱するこ
となく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【０１２５】
【発明の効果】本発明の酸化物センサによれば、第１室
での被測定ガス中に含まれる酸素分圧を、当該第１室で
測定対象である酸化物を分解させることのない所定の値
に高精度、かつ、安定した状態で制御しながら第２室に
供給することができるため、前記第２室において前記酸
化物を極めて高精度に測定することができる。しかも、
小型、かつ、安価な構成で前記酸化物の測定を行うこと
ができる。
での被測定ガス中に含まれる酸素分圧を、当該第１室で
測定対象である酸化物を分解させることのない所定の値
に高精度、かつ、安定した状態で制御しながら第２室に
供給することができるため、前記第２室において前記酸
化物を極めて高精度に測定することができる。しかも、
小型、かつ、安価な構成で前記酸化物の測定を行うこと
ができる。
【図１】第１の実施の形態に係る酸化物センサを示す平
面図である。
面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線上の断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る酸化物センサにおい
て、内側ポンプ電極に対する測定電極の配置と、第２室
に導入される被測定ガスの酸素分圧との関係を示す説明
図である。
て、内側ポンプ電極に対する測定電極の配置と、第２室
に導入される被測定ガスの酸素分圧との関係を示す説明
図である。
【図４】第１の実施の形態に係る酸化物センサにおい
て、測定電極の配置位置を変位させた場合における第１
室に導入前の酸素濃度と、第２室で測定した酸素濃淡電
池起電力との関係を示す特性図である。
て、測定電極の配置位置を変位させた場合における第１
室に導入前の酸素濃度と、第２室で測定した酸素濃淡電
池起電力との関係を示す特性図である。
【図５】第１の実施の形態に係る酸化物センサにおい
て、測定電極の配置位置を変位させた場合における低酸
素分圧および高酸素分圧でのフィードバックゲインの関
係を示す特性図である。
て、測定電極の配置位置を変位させた場合における低酸
素分圧および高酸素分圧でのフィードバックゲインの関
係を示す特性図である。
【図６】第２の実施の形態に係る酸化物センサを示す断
面図である。
面図である。
【図７】第３の実施の形態に係る酸化物センサを示す断
面図である。
面図である。
【図８】第４の実施の形態に係る酸化物センサを示す断
面図である。
面図である。
【図９】第４の実施の形態に係る酸化物センサにおい
て、ＮＯ濃度の変化に対する測定用酸素分圧検出手段に
て発生する起電力の変化を示す特性図である。
て、ＮＯ濃度の変化に対する測定用酸素分圧検出手段に
て発生する起電力の変化を示す特性図である。
【図１０】第４の実施の形態に係る酸化物センサにおい
て、被測定ガス（ＮＯ濃度＝３００ｐｐｍ）に含まれる
Ｏ2 の濃度を０〜１８％に変化させたときの測定用酸素
分圧検出セルにて発生する起電力の変化を示す特性図で
あり、実線ａは実施例の特性を示し、一点鎖線ｂは比較
例の特性を示す。
て、被測定ガス（ＮＯ濃度＝３００ｐｐｍ）に含まれる
Ｏ2 の濃度を０〜１８％に変化させたときの測定用酸素
分圧検出セルにて発生する起電力の変化を示す特性図で
あり、実線ａは実施例の特性を示し、一点鎖線ｂは比較
例の特性を示す。
【図１１】従来技術に係るガス分析装置の断面構成図で
ある。
ある。
５０Ａ〜５０Ｄ…酸化物センサ ５２ａ…第１の
基板層 ５２ｂ…第２の基板層 ５２ｃ…第１の
スペーサ層 ５２ｄ…第１の固体電解質層 ５２ｅ…第２の
スペーサ層 ５２ｆ…第２の固体電解質層 ５４…基準ガス
導入空間 ５６…第１の拡散律速部 ５８…第２の拡
散律速部 ６０…第１室 ６２…第２室 ６４…内側ポンプ電極 ６６…外側ポン
プ電極 ６８…主ポンプセル ７０…可変電源 ７２…測定電極 ７４…基準電極 ７６…制御用酸素分圧検出セル ８０…検出電極 ８２…測定用ポンプセル ８８…ヒータ １００…測定用酸素分圧検出セル １０２…検出電
極 １１０…第３の拡散律速部 １１２…補助ポ
ンプセル １１４…補助ポンプ電極
基板層 ５２ｂ…第２の基板層 ５２ｃ…第１の
スペーサ層 ５２ｄ…第１の固体電解質層 ５２ｅ…第２の
スペーサ層 ５２ｆ…第２の固体電解質層 ５４…基準ガス
導入空間 ５６…第１の拡散律速部 ５８…第２の拡
散律速部 ６０…第１室 ６２…第２室 ６４…内側ポンプ電極 ６６…外側ポン
プ電極 ６８…主ポンプセル ７０…可変電源 ７２…測定電極 ７４…基準電極 ７６…制御用酸素分圧検出セル ８０…検出電極 ８２…測定用ポンプセル ８８…ヒータ １００…測定用酸素分圧検出セル １０２…検出電
極 １１０…第３の拡散律速部 １１２…補助ポ
ンプセル １１４…補助ポンプ電極
Claims (22)
- 【請求項１】外部空間に接する固体電解質と該固体電解
質の内外に形成された内側ポンプ電極及び外側ポンプ電
極とを有し、かつ、前記外部空間から導入された被測定
ガスに含まれる酸素を、前記電極間に印加される制御電
圧に基づいてポンピング処理する主ポンプ手段と、 固体電解質と該固体電解質に形成された内側検出電極と
前記固体電解質の前記内側検出電極とは反対側に形成さ
れた外側検出電極とを有し、かつ、前記主ポンプ手段に
てポンピング処理された後の被測定ガスに含まれる酸素
を、前記内側検出電極と前記外側検出電極間に印加され
る測定用電圧に基づいてポンピング処理する測定用ポン
プ手段と、 前記測定用ポンプ手段によりポンピング処理される前記
酸素の量に応じて生じるポンプ電流を検出する電流検出
手段と、 固体電解質と前記主ポンプ手段における前記内側ポンプ
電極と対向するように前記固体電解質に形成された内側
測定電極と前記固体電解質の前記内側測定電極とは反対
側に形成された外側測定電極とを有し、かつ、前記主ポ
ンプ手段のポンピング処理による酸素分圧と基準酸素分
圧との差に応じて生じる酸素濃淡電池起電力を測定する
濃度測定手段と、 前記濃度測定手段にて検出される前記酸素濃淡電池起電
力が所定の値になるように前記制御電圧のレベルを調整
する主ポンプ制御手段とを具備し、 前記主ポンプ手段におけるポンピング処理空間の下流方
向を正方向とし、該ポンピング処理空間の高さをｔ、前
記主ポンプ手段における前記内側ポンプ電極の下流側端
部と前記濃度測定手段における前記内側測定電極の中心
部との投影距離をｄとしたとき、−３ｔ≦ｄを満足する
位置に前記内側測定電極が配設され、 前記電流検出手段にて検出された前記ポンプ電流に基づ
いて前記被測定ガス中の酸化物を測定することを特徴と
する酸化物センサ。 - 【請求項２】請求項１記載の酸化物センサにおいて、 前記測定用ポンプ手段は、前記内側検出電極及び外側検
出電極間に酸化物を分解するのに十分な電圧を印加し、
あるいは該測定用ポンプ手段に配設された酸化物分解触
媒のいずれか、あるいは両方の作用によって生成した酸
素を、前記内側検出電極及び外側検出電極間に印加され
る測定用制御電圧に基づいてポンピング処理することを
特徴とする酸化物センサ。 - 【請求項３】外部空間に接する固体電解質と該固体電解
質の内外に形成された内側ポンプ電極及び外側ポンプ電
極とを有し、かつ、前記外部空間から導入された被測定
ガスに含まれる酸素を、前記電極間に印加される制御電
圧に基づいてポンピング処理する主ポンプ手段と、 固体電解質と該固体電解質に形成された内側検出電極と
前記固体電解質の前記内側検出電極とは反対側に形成さ
れた外側検出電極とを有し、かつ、前記主ポンプ手段に
てポンピング処理された後の被測定ガスに含まれる酸素
の量と前記外側検出電極側のガスに含まれる酸素の量と
の差に応じた起電力を発生する濃度検出手段と、 前記濃度検出手段により発生する前記起電力を検出する
電圧検出手段と、 固体電解質と前記主ポンプ手段における前記内側ポンプ
電極と対向するように前記固体電解質に形成された内側
測定電極と前記固体電解質の前記内側測定電極とは反対
側に形成された外側測定電極とを有し、かつ、前記主ポ
ンプ手段のポンピング処理による酸素分圧と基準酸素分
圧との差に応じて生じる酸素濃淡電池起電力を測定する
濃度測定手段と、 前記濃度測定手段にて検出される前記酸素濃淡電池起電
力が所定の値になるように前記制御電圧のレベルを調整
する主ポンプ制御手段とを具備し、 前記主ポンプ手段におけるポンピング処理空間の下流方
向を正方向とし、該ポンピング処理空間の高さをｔ、前
記主ポンプ手段における前記内側ポンプ電極の下流側端
部と前記濃度測定手段における前記内側測定電極の中心
部との投影距離をｄとしたとき、−３ｔ≦ｄを満足する
位置に前記内側測定電極が配設され、 前記電圧検出手段にて検出された前記起電力に基づいて
被測定ガス中の酸化物を測定することを特徴とする酸化
物センサ。 - 【請求項４】請求項３記載の酸化物センサにおいて、 前記濃度検出手段は、該濃度検出手段に配設された酸化
物分解触媒の作用によって生成された酸素と前記外側検
出電極側のガスに含まれる酸素との分圧差に応じた酸素
濃淡電池起電力を発生することを特徴とする酸化物セン
サ。 - 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸化
物センサにおいて、 前記濃度測定手段における前記内側測定電極は、−３ｔ
≦ｄ≦３ｔを満足する位置に配設されていることを特徴
とする酸化物センサ。 - 【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の酸化
物センサにおいて、 前記濃度測定手段における前記内側測定電極は、前記下
流方向に沿った幅ｗがｗ≦５ｔであることを特徴とする
酸化物センサ。 - 【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載の酸化
物センサにおいて、 前記主ポンプ手段における前記内側ポンプ電極は、酸化
物に対する触媒活性の低い不活性材料からなることを特
徴とする酸化物センサ。 - 【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項に記載の酸化
物センサにおいて、 前記酸化物は、窒素酸化物であることを特徴とする酸化
物センサ。 - 【請求項９】請求項１〜８のいずれか１項に記載の酸化
物センサにおいて、 前記内側検出電極の近傍に形成された補助ポンプ電極を
有し、かつ、前記主ポンプ手段にてポンピング処理され
た後の被測定ガスに含まれる酸素を、前記補助ポンプ電
極と前記外側検出電極間に印加される電圧に基づいて前
記ポンピング処理する補助ポンプ手段を有することを特
徴とする酸化物センサ。 - 【請求項１０】請求項１〜９のいずれか１項に記載の酸
化物センサにおいて、 前記外側測定電極は、基準ガスが導入される空間に露呈
する位置に配設されていることを特徴とする酸化物セン
サ。 - 【請求項１１】請求項１〜１０のいずれか１項に記載の
酸化物センサにおいて、 前記外側測定電極は、前記外側検出電極と共通に構成さ
れていることを特徴とする酸化物センサ。 - 【請求項１２】請求項１〜１１のいずれか１項に記載の
酸化物センサにおいて、 前記主ポンプ手段は、固体電解質からなる基体にて囲ま
れ、かつ前記被測定ガスが導入される第１室の内外に形
成された前記内側ポンプ電極及び前記外側ポンプ電極
と、 これら両電極にて挟まれた前記基体を有することを特徴
とする酸化物センサ。 - 【請求項１３】請求項１、２、５〜１２のいずれか１項
に記載の酸化物センサにおいて、 前記測定用ポンプ手段は、固体電解質からなる基体にて
囲まれ、かつ前記主ポンプ手段にてポンピング処理され
た後の被測定ガスが導入される第２室内に形成された検
出電極と、 固体電解質からなる基体にて囲まれ、かつ基準ガスが導
入される基準ガス導入室に形成された基準電極と、 前記検出電極と前記基準電極にて挟まれた前記基体を有
することを特徴とする酸化物センサ。 - 【請求項１４】請求項３〜１２のいずれか１項に記載の
酸化物センサにおいて、 前記濃度検出手段は、固体電解質からなる基体にて囲ま
れ、かつ前記主ポンプ手段にてポンピング処理された後
の被測定ガスが導入される第２室内に形成された検出電
極と、 固体電解質からなる基体にて囲まれ、かつ基準ガスが導
入される基準ガス導入室に形成された前記基準電極と、 前記検出電極と前記基準電極にて挟まれた前記基体を有
することを特徴とする酸化物センサ。 - 【請求項１５】請求項１〜１４のいずれか１項に記載の
酸化物センサにおいて、 前記濃度測定手段は、固体電解質からなる基体にて囲ま
れ、かつ前記外部空間からの被測定ガスが導入される前
記第１室内に形成された測定電極と、 固体電解質からなる基体にて囲まれ、かつ基準ガスが導
入される基準ガス導入室に形成された前記基準電極と、 前記測定電極と前記基準電極にて挟まれた前記基体を有
することを特徴とする酸化物センサ。 - 【請求項１６】請求項１２〜１５のいずれか１項に記載
の酸化物センサにおいて、 前記外部空間における前記被測定ガスの前記第１室への
導入経路に、前記被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を
付与する第１の拡散律速部が設けられ、 前記主ポンプ手段にてポンピング処理された後の前記被
測定ガスの前記第２室への導入経路に、前記被測定ガス
に対して所定の拡散抵抗を付与する第２の拡散律速部が
設けられていることを特徴とする酸化物センサ。 - 【請求項１７】請求項１２〜１６のいずれか１項に記載
の酸化物センサにおいて、 前記内側ポンプ電極及び前記測定電極は、前記第１室内
の同一の前記基体平面上に配設されていることを特徴と
する酸化物センサ。 - 【請求項１８】請求項１２〜１７のいずれか１項に記載
の酸化物センサにおいて、 前記被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する拡散律速部
を有し、 それぞれが異なる種類の酸化物を測定する複数の前記第
２室を備えることを特徴とする酸化物センサ。 - 【請求項１９】請求項１８記載の酸化物センサにおい
て、 前記複数の第２室は、前記第１室に対して直列に配設さ
れることを特徴とする酸化物センサ。 - 【請求項２０】請求項１８記載の酸化物センサにおい
て、 前記複数の第２室は、前記第１室に対して並列に配設さ
れることを特徴とする酸化物センサ。 - 【請求項２１】請求項１２〜２０のいずれか１項に記載
の酸化物センサにおいて、 前記第２室における前記被測定ガスの前記検出電極への
進入経路に、前記被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を
付与する第３の拡散律速部が設けられていることを特徴
とする酸化物センサ。 - 【請求項２２】請求項２又は４記載の酸化物センサにお
いて、 前記酸化物分解触媒はＲｈサーメットであることを特徴
とする酸化物センサ。
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