JPH10185866A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被測定ガス中における酸素濃度をポンピング動
作によって一定に制御するフィードバック制御系での制
御動作が、ヒータリーク電流やヒータリード線の長さ並
びにヒータ電流（ヒータ出力）によって影響を受けない
ようにする。 【解決手段】外部空間に接する固体電解質層５０ｆと固
体電解質層５０ｆの内外に形成された内側ポンプ電極６
２及び外側ポンプ電極６４とを有し、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６２
及び６４間に印加される制御電圧Ｖｐ０に基づいてポン
ピング処理する主ポンプセル６６と、内側ポンプ電極６
２と基準ガス導入空間５２に設置された基準電極７０と
の間の電圧Ｖ０が所定レベルとなるように、制御電圧Ｖ
ｐ０を調整するフィードバック制御系７４と、少なくと
も主ポンプセル６６を所定の温度に加熱するヒータ９４
とを具備し、外側ポンプ電極６４とヒータ９４の負側リ
ード線とを接続して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、車両の排
気ガスや大気中に含まれるＮＯ，ＮＯ₂ ，ＳＯ₂、ＣＯ
₂ 、Ｈ₂ Ｏ等の酸化物や、ＣＯ，ＣｎＨｍ等の可燃ガス
を測定するガスセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、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気ガス中には、一酸化窒素
（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ₂ ）等の窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）や、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂ ）、
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ＮＯ₂ とでＮＯｘ全
体の約９５％を占めている。

【０００３】このような排気ガス中に含まれる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。

【０００４】ところで、最近では、化石燃料の有効利
用、地球温暖化防止のために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、
ＮＯｘ浄化触媒の研究等が行われており、その中でもＮ
Ｏｘセンサのニーズが高まっている。

【０００５】従来、このようなＮＯｘを検出する装置と
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、装置自体が極めて大がかりであり、高価である
という不都合がある。

【０００６】また、ＮＯｘを検出するために光学系部品
を用いているため、煩雑なメンテナンスが必要である。
更に、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、自動車の排気ガスのように、状況が
頻繁に変動する過渡現象の分析には不向きである。

【０００７】そこで、これらの不都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
て排気ガス中の所望のガス成分を測定するようにしたガ
スセンサが提案されている。

【０００８】その提案例に係るガスセンサとしては、図
７に示すような全領域酸素センサがある。また、結合酸
素をもつガス（例えばＮＯｘ）を測定するにあたり、ガ
ス中の酸素濃度を酸素ポンプにより一定の低いレベルに
下げた後、次いで酸素濃度を更に低下させ、ＮＯｘを分
解し、分解時に発生した酸素を酸素ポンプで測定するこ
とにより、ＮＯｘを測定するガスセンサも知られてい
る。

【０００９】例えば図７のガスセンサについて説明する
と、該ガスセンサは、外部空間の被測定ガスが導入され
る内部空所２と、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４）と、
内部空所２内の酸素分圧を一定に保つための酸素ポンプ
６を有して構成されている。

【００１０】前記酸素ポンプ６は、内部空所２側に設け
られた内側ポンプ電極８と、外部空間側に設けられた外
側ポンプ電極１０と、これら両電極８及び１０間に存在
する酸素イオン伝導性の固体電解質層１２にて構成され
ている。基準ガス導入空間４には基準電極１４が設けら
れている。

【００１１】そして、このガスセンサは、前記内側ポン
プ電極８と基準電極１４間に発生した起電圧（検出電圧
Ｖ０）を一定に保つように、酸素ポンプ６に印加する制
御電圧Ｖｐ０をフィードバック制御するようにしてい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、自動車のよ
うに排気ガスの温度が大きく変化する場合にあっては、
ガスセンサにヒータ１６が設けられ、該ヒータ１６に供
給する電力を制御する機構が具備されるようになってい
る。

【００１３】そして、従来では、図７に示すように、酸
素ポンプ６に対する前記フィードバック制御系１８の発
振防止のために、酸素ポンプ６の内側ポンプ電極８とヒ
ータ１６の負側リード線（ＧＮＤ）とを短絡接続するよ
うにしている（例えば特開平３−１６７４６７号公報、
特開昭６１ー２４３５５号公報参照）。

【００１４】しかしながら、このような配線を行った場
合、ヒータ１６のリード線からのリーク電流（ヒータリ
ーク電流）によって、内側ポンプ電極８からヒータ１６
側に酸素の移動が起こる。

【００１５】即ち、従来のガスセンサにおいては、内部
空所２の酸素濃度が前記ヒータリーク電流によって影響
を受け、酸素ポンプ６による内部空所２の酸素濃度の制
御が正確に行えなくなるというおそれがある。

【００１６】また、ヒータ１６に流れる電流が大きい
と、ヒータ１６のリード線の抵抗による起電力が無視で
きなくなる。例えば、３ｍの長さを有するリード線の抵
抗値が０．１Ωであるとすると、リード線に１Ａのヒー
タ電流を流した場合、リード線にリード線抵抗値×ヒー
タ電流＝１００ｍＶの起電力（電圧）が発生することに
なる。

【００１７】従って、前記フィードバック制御系１８に
おいて、検出電圧Ｖ０に前記起電力が重畳されてしま
い、酸素ポンプ６に印加すべき制御電圧Ｖｐ０を精度よ
く制御できないという問題が生じる。

【００１８】このように、従来のガスセンサにおいて
は、酸素ポンプ６におけるフィードバック制御系１８に
おいて、検出電圧Ｖ０がリード線の長さやヒータ電流
（ヒータ出力）によって影響を受けることになるため、
内部空所２の酸素濃度を正確に制御できなくなるおそれ
がある。

【００１９】本発明はこのような課題を考慮してなされ
たものであり、被測定ガス中における所定ガス成分の濃
度をポンピング動作によって一定に制御するフィードバ
ック制御系において、該フィードバック制御系での制御
動作が、ヒータリーク電流やヒータリード線の長さ並び
にヒータ電流（ヒータ出力）によって影響を受けること
がなく、前記所定ガス成分の濃度を正確に制御すること
ができるガスセンサを提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明に
係るガスセンサは、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、前記外部空間から導入された被測定
ガスに含まれる所定のガス成分を、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、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極と基準
ガス導入部分に設置された基準電極との間の電圧が所定
レベルとなるように、前記制御電圧を調整するフィード
バック制御系と、少なくとも前記主ポンプ手段を所定の
温度に加熱するヒータとを具備し、前記主ポンプ手段に
おける外側ポンプ電極と前記ヒータの接地側リードとを
接続して構成する。

【００２１】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、所定のガス成分が主ポンプ手段に
よってポンピング処理され、このとき、フィードバック
制御系による制御電圧に対する調整によって、前記所定
のガス成分は所定濃度に調整される。具体的には、フィ
ードバック制御系において、前記主ポンプ手段の内側ポ
ンプ電極と基準ガス導入部分に設置された基準電極との
間の電圧が所定レベルとなるように、前記制御電圧が調
整されることにより、前記所定ガス成分の濃度が前記所
定レベルに応じた濃度に調整される。

【００２２】また、主ポンプ手段による前記所定のガス
成分のポンピング量が変化して、被測定ガス中の前記所
定のガス成分の濃度が変化すると、主ポンプ手段におけ
る内側電極と基準電極間の両端電圧が時間遅れなく変化
するため、前記フィードバック制御に発振現象は生じな
くなる。

【００２３】前記ポンピング動作は、ヒータによって、
前記主ポンプ手段が所定の温度に加熱されて行われるこ
とから、被測定ガスに含まれる所定ガス成分の濃度調整
は高精度に行われる。

【００２４】特に、本発明に係るガスセンサにおいて
は、主ポンプ手段における外側ポンプ電極がヒータの接
地側リードに接続されていることから、内側ポンプ電極
からヒータ側への酸素の移動は行われない。

【００２５】また、本発明においては、内側ポンプ電極
と基準電極間の電圧は、主ポンプ手段でのポンピング処
理時における所定ガス成分の濃度に応じた電圧、即ち、
検出電圧であり、しかも、内側ポンプ電極はヒータリー
ドと接続されていないため、前記検出電圧にリード線の
抵抗とヒータ電流に伴う起電力（電圧）が重畳されると
いう現象は発生しない。

【００２６】このように、本発明に係るガスセンサにお
いては、被測定ガス中における所定ガス成分の濃度をポ
ンピング動作によって一定に制御するフィードバック制
御系において、該フィードバック制御系での制御動作
が、ヒータリーク電流やヒータリード線の長さ並びにヒ
ータ電流（ヒータ出力）によって影響を受けることがな
く、前記所定ガス成分の濃度を正確に制御することがで
きる。

【００２７】そして、前記構成において、固体電解質と
該固体電解質に形成された検出電極を有し、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
れる所定のガス成分を、前記検出電極と前記基準電極間
に印加される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
処理される前記所定のガス成分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を設けるようにしてもよ
い（請求項２記載の発明）。

【００２８】これにより、前記主ポンプ手段にて所定の
ガス成分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、検出電極
と基準電極間に印加される電圧に基づいて、前記被測定
ガスのうち、所定のガス成分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前記所
定のガス成分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て検出される。この検出値
に基づいて被測定ガス中の特定成分量が求められること
となる。

【００２９】また、前記構成において、固体電解質と該
固体電解質に形成された検出電極を有し、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
る前記所定のガス成分の量と前記基準電極側の基準ガス
における前記所定のガス成分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を設けるよう
にしてもよい（請求項３記載の発明）。

【００３０】これにより、前記主ポンプ手段にて所定の
ガス成分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
れる前記所定のガス成分の量と基準電極側の基準ガスに
おける所定のガス成分の量との差に応じた起電力が発生
する。

【００３１】この起電力は後段の電圧検出手段を通じて
検出され、この検出値に基づいて被測定ガス中の特定成
分量が求められることとなる。

【００３２】また、この構成において、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
れる前記所定のガス成分の濃度が一定濃度となるように
調整する補助フィードバック制御系を設けるようにして
もよい（請求項４記載の発明）。このフィードバック制
御系は、例えば前記検出電極の近傍に形成された補助ポ
ンプ電極と前記基準電極間の電圧が所定レベルとなるよ
うに調整するように構成することで達成される（請求項
５記載の発明）。

【００３３】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。前記動作が行われている間に、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。

【００３４】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所定ガス成分の濃度は、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所定ガス成分の
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）における所定ガス成分の濃度変
化よりも大幅に縮小されるため、測定用ポンプ手段にお
ける検出電極近傍あるいは濃度検出手段における検出電
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。

【００３５】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）における所定
ガス成分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。

【００３６】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６記載の発明）。

【００３７】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
室内に形成された前記検出電極と、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にて構成することができ
る（請求項７記載の発明）。

【００３８】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
に形成された前記検出電極と、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にて構成することができる
（請求項８記載の発明）。

【００３９】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９
記載の発明）。

【００４０】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１０記載の発明）。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスセンサを
例えば車両の排気ガスや大気中に含まれるＮＯ，Ｎ
Ｏ₂ ，ＳＯ₂ 、ＣＯ₂ 、Ｈ₂ Ｏ等の酸化物や、ＣＯ，Ｃ
ｎＨｍ等の可燃ガスを測定するガスセンサに適用したい
くつかの実施の形態例を図１〜図６を参照しながら説明
する。

【００４２】まず、第１の実施の形態に係るガスセンサ
は、図１に示すように、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からなる例えば６枚の
固体電解質層５０ａ〜５０ｆ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５０ａ及
び５０ｂ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５０ｃ及び５０ｅ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５０ｄ及び５
０ｆとされている。

【００４３】具体的には、第２の基板層５０ｂ上に第１
のスペーサ層５０ｃが積層され、更に、この第１のスペ
ーサ層５０ｃ上に第１の固体電解質層５０ｄ、第２のス
ペーサ層５０ｅ及び第２の固体電解質層５０ｆが順次積
層されている。

【００４４】第２の基板層５０ｂと第１の固体電解質層
５０ｄ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５２）
が、第１の固体電解質層５０ｄの下面、第２の基板層５
０ｂの上面及び第１のスペーサ層５０ｃの側面によって
区画、形成されている。

【００４５】また、第１及び第２の固体電解質層５０ｄ
及び５０ｆ間に第２のスペーサ層５０ｅが挟設されると
共に、第１及び第２の拡散律速部５４及び５６が挟設さ
れている。

【００４６】そして、第２の固体電解質層５０ｆの下
面、第１及び第２の拡散律速部５４及び５６の側面並び
に第１の固体電解質層５０ｄ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５８が区画、形
成され、第２の固体電解質層５０ｆの下面、第２の拡散
律速部５６の側面、第２のスペーサ層５０ｅの側面並び
に第１の固体電解質層５０ｄ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６０が区画、形成される。

【００４７】外部空間と前記第１室５８は、第１の拡散
律速部５４を介して連通され、第１室５８と第２室６０
は、前記第２の拡散律速部５６を介して連通されてい
る。

【００４８】ここで、前記第１及び第２の拡散律速部５
４及び５６は、第１室５８及び第２室６０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。

【００４９】特に、第２の拡散律速部５６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５６の拡散抵抗が前記第１の拡散律速部５
４における拡散抵抗よりも大きくされている方が好まし
いが、小さくても問題はない。

【００５０】そして、前記第２の拡散律速部５６を通じ
て、第１室５８内の雰囲気が所定の拡散抵抗の下に第２
室６０内に導入される。

【００５１】また、前記第２の固体電解質層５０ｆの下
面のうち、前記第１室５８を形づくる下面全面に、平面
ほぼ矩形形状の多孔質サーメット電極からなる内側ポン
プ電極６２が形成され、前記第２の固体電解質層５０ｆ
の上面のうち、前記内側ポンプ電極６２に対応する部分
に、外側ポンプ電極６４が形成されており、これら内側
ポンプ電極６２、外側ポンプ電極６４並びにこれら両電
極６２及び６４間に挟まれた第２の固体電解質層５０ｆ
にて電気化学的なポンプセル、即ち、主ポンプセル６６
が構成されている。

【００５２】そして、前記主ポンプセル６６における内
側ポンプ電極６２と外側ポンプ電極６４間に、外部の可
変電源６８を通じて所望の制御電圧（ポンプ電圧）Ｖｐ
０を印加して、外側ポンプ電極６４と内側ポンプ電極６
２間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ｉｐ０を流す
ことにより、前記第１室５８内における雰囲気中の酸素
を外部の外部空間に汲み出し、あるいは外部空間の酸素
を第１室５８内に汲み入れることができるようになって
いる。

【００５３】また、前記第１の固体電解質層５０ｄの下
面のうち、基準ガス導入空間５２に露呈する部分に基準
電極７０が形成されており、前記内側ポンプ電極６２及
び基準電極７０並びに第２の固体電解質層５０ｆ、第２
のスペーサ層５０ｅ及び第１の固体電解質層５０ｄによ
って、電気化学的なセンサセル、即ち、酸素分圧検出セ
ル７２が構成されている。

【００５４】この酸素分圧検出セル７２は、第１室５８
内の雰囲気と基準ガス導入空間５２内の基準ガス（大
気）との間の酸素濃度差に基づいて、内側ポンプ電極６
２と基準電極７０との間に発生する起電力を通じて、前
記第１室５８内の雰囲気の酸素分圧が検出できるように
なっている。

【００５５】検出された酸素分圧値は可変電源６８をフ
ィードバック制御するために使用され、具体的には、第
１室５８内の雰囲気の酸素分圧が、次の第２室６０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、主ポンプ用のフィードバック制御系７４
を通じて主ポンプセル６６のポンプ動作が制御される。

【００５６】このフィードバック制御系７４は、内側ポ
ンプ電極６２の電位と基準電極７０の電位の差（検出電
圧Ｖ０）が、所定の電圧レベルとなるように、外側ポン
プ電極６４と内側ポンプ電極６２間の電圧Ｖｐ０をフィ
ードバック制御する回路構成を有する。この場合、内側
ポンプ電極６２は信号上の接地（大地接地ＧＮＤとは異
なる）とされる。なお、前記信号上の接地電位は、例え
ばＤＣ−ＤＣコンバータにて生成される。

【００５７】従って、主ポンプセル６６は、第１室５８
に導入された被測定ガスのうち、酸素を前記ポンプ電圧
Ｖｐ０のレベルに応じた量ほど汲み出す、あるいは汲み
入れる。そして、前記一連の動作が繰り返されることに
よって、第１室５８における酸素濃度は、所定レベルに
フィードバック制御されることになる。

【００５８】なお、前記内側ポンプ電極６２及び外側ポ
ンプ電極６４を構成する多孔質サーメット電極は、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、被測定ガスに接触する第１室５８内に配
置される内側ポンプ電極６２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、Ａ
ｕ添加量を金属成分全体の０．０３〜３５ｖｏｌ％にす
ることが好ましい。

【００５９】一方、前記第２の固体電解質層５０ｆの下
面のうち、前記第２室６０を形づくる下面全面には、平
面ほぼ矩形形状の多孔質サーメット電極からなる補助ポ
ンプ電極７６が形成されており、前記主ポンプセル６６
における外側ポンプ電極６４及び前記補助ポンプ電極７
６並びに第２の固体電解質層５０ｆにて補助的な電気化
学的ポンプセル、即ち、補助ポンプセル７８が構成され
ている。

【００６０】そして、前記補助ポンプセル７８における
外側ポンプ電極６４と補助ポンプ電極７６間に、外部の
補助可変電源８０を通じて所望の補助制御電圧Ｖｐ１を
印加することにより、第２室６０内の雰囲気中の酸素を
外部空間に汲み出す、あるいは外部空間の酸素を第２室
６０内に汲み入れるようになっている。

【００６１】また、前記補助ポンプ電極７６及び基準電
極７０並びに第２の固体電解質層５０ｆ、第２のスペー
サ層５０ｅ及び第１の固体電解質層５０ｄによって、電
気化学的なセンサセル、即ち、補助酸素分圧検出セル８
２が構成され、この補助酸素分圧検出セル８２は、第２
室６０内の雰囲気と基準ガス導入空間５２内の基準ガス
（大気）との間の酸素濃度差に基づいて補助ポンプ電極
７６と基準電極７０との間に発生する起電力を通じて、
前記第２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。

【００６２】検出された酸素分圧値は補助可変電源８０
をフィードバック制御するために使用され、具体的に
は、第２室６０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
素分圧値となるように補助フィードバック制御系８４を
通じて補助ポンプセル７８のポンプ動作が制御される。

【００６３】この補助フィードバック制御系８４は、補
助ポンプ電極７６の電位と基準電極７０の電位の差（補
助検出電圧）Ｖ１が、所定の電圧レベルとなるように、
外側ポンプ電極６４と補助ポンプ電極７６間の電圧（補
助制御電圧）Ｖｐ１をフィードバック制御する回路構成
を有する。

【００６４】従って、補助ポンプセル７８は、第２室６
０に導入された被測定ガスのうち、酸素を前記補助制御
電圧Ｖｐ１のレベルに応じた量ほど汲み出す、あるいは
汲み入れる。そして、前記一連の動作が繰り返されるこ
とによって、第２室６０における酸素濃度は、所定レベ
ルにフィードバック制御されることになる。

【００６５】この場合、前記第１室５８における主ポン
プセル６６の働きにより、この第２室６０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６０における酸素分圧は精度良く
一定に制御される。

【００６６】この第１の実施の形態に係るガスセンサに
おいては、前記第１の固体電解質層５０ｄの上面のう
ち、前記第２室６０を形づくる上面であって、かつ第２
の拡散律速部５６から離間した部分に、平面ほぼ矩形形
状の多孔質サーメット電極からなる検出電極８６が形成
され、この検出電極８６を被覆するように、第３の拡散
律速部８８を構成するアルミナ膜が形成されている。そ
して、該検出電極８６、前記基準電極７０及び第１の固
体電解質層５０ｄ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９０が構成される。

【００６７】前記検出電極８６は、被測定ガス成分たる
ＮＯｘ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６０内の雰囲気中に存在する
ＮＯｘ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７０との間に、直流電源９２を通じて一定
電圧Ｖｐ３が印加されることによって、第２室６０内の
雰囲気中の酸素を基準ガス導入空間５２に汲み出せるよ
うになっている。この測定用ポンプセル９０のポンプ動
作によって流れるポンプ電流Ｉｐ２は、電流計によって
検出されるようになっている。

【００６８】前記定電圧（直流）電源９２は、第３の拡
散律速部８８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９０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。

【００６９】更に、この第１の実施の形態に係るガスセ
ンサにおいては、第１及び第２の基板層５０ａ及び５０
ｂ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９４が埋設されている。このヒ
ータ９４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９４の上下面には、基板層５０ａ
及び５０ｂ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９６が形成されている。

【００７０】前記ヒータ９４は、図示するように、第１
室５８から第２室６０の全体にわたって配設され、更に
ヒータ９４に接続されたヒータ出力コントローラ９８に
よる制御によって、第１室５８及び第２室６０がそれぞ
れ所定の温度に加熱され、併せて主ポンプセル６６、酸
素分圧検出セル７２、補助ポンプセル７８及び測定用ポ
ンプセル９０も所定の温度に加熱、保持されるようにな
っている。この場合、ヒータ９４の正側リード線はヒー
タ出力コントローラ９８を通じてヒータ電源１００に接
続され、ヒータ９４の負側リード線は大地接地ＧＮＤと
されている。

【００７１】そして、この第１の実施の形態に係るガス
センサにおいては、前記主ポンプセル６６における外側
ポンプ電極６４がヒータ９４の正側リード線に接続され
て構成される。

【００７２】次に、この第１の実施の形態に係るガスセ
ンサの動作について説明する。まず、ガスセンサの先端
部側が外部空間に配置され、これによって、被測定ガス
は、第１の拡散律速部５４を通じて所定の拡散抵抗の下
に、第１室５８に導入される。この第１室５８に導入さ
れた被測定ガスは、主ポンプセル６６を構成する外側ポ
ンプ電極６４及び内側ポンプ電極６２間に所定のポンプ
電圧Ｖｐ０が印加されることによって引き起こされる酸
素のポンピング作用を受け、その酸素分圧が所定の値、
例えば１０^-7ａｔｍとなるように制御される。この制御
は、フィードバック制御系７４を通じて行われる。

【００７３】なお、第１の拡散律速部５４は、主ポンプ
セル６６にポンプ電圧Ｖｐ０を印加した際に、被測定ガ
ス中の酸素が測定空間（第１室５８）に拡散流入する量
を絞り込んで、主ポンプセル６６に流れる電流を抑制す
る働きをしている。

【００７４】また、第１室５８内においては、外部の被
測定ガスによる加熱、更にはヒータ９４による加熱環境
下においても、内側ポンプ電極６２にて雰囲気中のＮＯ
ｘが還元されない酸素分圧下の状態、例えばＮＯ→１／
２Ｎ₂ ＋１／２Ｏ₂ の反応が起こらない酸素分圧下の状
況が形成されている。これは、第１室５８内において、
被測定ガス（雰囲気）中のＮＯｘが還元されると、後段
の第２室６０内でのＮＯｘの正確な測定ができなくなる
からであり、この意味において、第１室５８内におい
て、ＮＯｘの還元に関与する成分（ここでは、内側ポン
プ電極６２の金属成分）にてＮＯｘが還元され得ない状
況を形成する必要がある。具体的には、前述したよう
に、内側ポンプ電極６２にＮＯｘ還元性の低い材料、例
えばＡｕとＰｔの合金を用いることで達成される。

【００７５】そして、前記第１室５８内のガスは、第２
の拡散律速部５６を通じて所定の拡散抵抗の下に、第２
室６０に導入される。この第２室６０に導入されたガス
は、補助ポンプセル７８を構成する外側ポンプ電極６４
及び補助ポンプ電極７６間に補助制御電圧Ｖｐ１が印加
されることによって引き起こされる酸素のポンピング作
用を受け、その酸素分圧が一定の低い酸素分圧値となる
ように微調整される。

【００７６】前記第２の拡散律速部５６は、前記第１の
拡散律速部５４と同様に、補助ポンプセル７８に制御電
圧Ｖｐ１を印加した際に、被測定ガス中の酸素が測定空
間（第２室６０）に拡散流入する量を絞り込んで、補助
ポンプセル７８に流れるポンプ電流Ｉｐ１を抑制する働
きをしている。

【００７７】また、第２室６０内においても、第１室５
８内と同様に、外部の被測定ガスによる加熱やヒータ９
４による加熱環境下において、補助ポンプ電極７６によ
って、雰囲気中のＮＯｘが還元されない酸素分圧下の状
態が形成されている。このため、前記補助ポンプ電極７
６においても、内側ポンプ電極６２と同様に、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Ｌａ₃ Ｃ
ｕＯ₄ 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０．０３〜３５
ｖｏｌ％にすることが好ましい。

【００７８】そして、上述のようにして第２室６０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８８を通じて所定の拡散抵抗の下に、検出電極８
６に導かれることとなる。

【００７９】ところで、前記主ポンプセル６６を動作さ
せて第１室５８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、酸素分圧検出セル７２にて検出される
電圧Ｖ０が一定となるように、フィードバック制御系７
４を通じて可変電源６８のポンプ電圧Ｖｐ０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０〜２
０％に変化すると、通常、第２室６０内の雰囲気及び検
出電極８６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、第１室５８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。

【００８０】しかし、この第１の実施の形態に係るガス
センサにおいては、第２室６０に対して、その内部の雰
囲気の酸素分圧を常に一定の低い酸素分圧値となるよう
に、補助ポンプセル７８を設けるようにしているため、
第１室５８から第２室６０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７８のポンプ動作によって、第２室６０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。

【００８１】そして、検出電極８６に導入された被測定
ガスのＮＯｘは、該検出電極８６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９
０を構成する検出電極８６と基準電極７０との間には、
酸素が第２室６０から基準ガス導入空間５２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。

【００８２】従って、測定用ポンプセル９０に流れるポ
ンプ電流Ｉｐ２は、第２室６０に導かれる雰囲気中の酸
素濃度、即ち、第２室６０内の酸素濃度と検出電極８６
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。

【００８３】この場合、第２室６０内の雰囲気中の酸素
濃度は、補助ポンプセル７８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９０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８８に制限
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９０から電流計を通じて正確にＮＯｘ濃度を測定
することが可能となる。

【００８４】例えば、補助ポンプセル７８にて制御され
た第２室６０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６０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９０におけるポンプ電流値は、ほとんどが
ＮＯが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。

【００８５】ここで、３つの実験例を示す。これらの実
験例は、前記第１の実施の形態に係るガスセンサと同じ
構成を有する実施例と、前記第１の実施の形態に係るガ
スセンサにおいて内側ポンプ電極６２をヒータ９４の負
側リード線に接続した構成を有する比較例を用意して行
った。

【００８６】第１の実験例は、前記実施例と比較例にお
いて、ヒータ９４からのリーク電流が主ポンプセル６６
に流れるポンプ電流Ｉｐ０にどのような影響を与えるか
をみたものである。なお、この第１の実験例は外部空間
の酸素濃度を５％にして行った。

【００８７】この第１の実験例の実験結果を図２に示
す。この図２に示す特性図は、横軸にヒータ出力（度合
い表示）をとり、縦軸にポンプ電流Ｉｐ０の偏差分ΔＩ
ｐ０（μＡ）をとって、実施例と比較例の出力をプロッ
トしたものである。この図２において、▲が実施例の実
験結果を示し、●が比較例の実験結果を示す。

【００８８】この実験結果から、比較例においては、ヒ
ータ出力＝７．６を基準にしたとき、ヒータ出力＝８．
４での偏差は５μＡ程度であるが、ヒータ出力＝９．３
及び１０．３での偏差はそれぞれ３５μＡ及び１０５μ
Ａとなって、ヒータ出力が大きくなるにつれて偏差分は
指数関数的に大きくなる。この結果から、比較例におい
ては、ヒータ９４のリーク電流によるポンプ電流Ｉｐ０
への影響が非常に大きいことがわかる。

【００８９】一方、実施例においては、ヒータ出力＝
７．６〜１０．３にわたって偏差分ΔＩｐ０は−５μＡ
（一定）を維持しており、ヒータ９４のリーク電流によ
るポンプ電流Ｉｐ０への影響はほとんどないことがわか
る。

【００９０】次に、第２の実験例は、前記第１の実験例
と同様に、前記実施例と比較例において、ヒータ９４か
らのリーク電流が主ポンプセル６６に流れるポンプ電流
Ｉｐ０にどのような影響を与えるかをみたものである。
なお、この第２の実験例では外部空間の酸素濃度を一定
（大気中）にして行った。

【００９１】この第２の実験例の実験結果を図３に示
す。この図３に示す特性図は、横軸に検出電圧Ｖ０をと
り、縦軸にポンプ電流Ｉｐ０をとって、実施例と比較例
の出力特性をプロットしたものである。この図３におい
て、▲が実施例の出力特性を示し、●が比較例の出力特
性を示す。

【００９２】この実験結果から、比較例においては、検
出電圧Ｖ０が０ｍＶのとき、即ち、第１室５８内の酸素
濃度と基準ガス導入空間５２内の酸素濃度がほぼ同じで
あるときでも、ポンプ電流Ｉｐ０が流れており、ヒータ
９４のリーク電流がポンプ電流Ｉｐ０に影響を与えてい
ることがわかる。

【００９３】一方、実施例においては、検出電圧Ｖ０が
０ｍＶのとき、ポンプ電流Ｉｐ０も０ｍＡであり、ヒー
タ９４のリーク電流がポンプ電流Ｉｐ０に影響を与えて
いないことがわかる。

【００９４】次に、第３の実験例は、前記実施例と比較
例において、リード線長（リード線抵抗）による検出電
圧Ｖ０への影響をみたものである。

【００９５】この第３の実験例の実験結果を図４に示
す。この図４に示す特性図は、横軸にリード線長（ｍ）
をとり、縦軸に検出電圧Ｖ０（ｍＶ）をとって、実施例
と比較例の出力をプロットしたものである。この図４に
おいて、▲が実施例の出力特性を示し、●が比較例の出
力特性を示す。また、この第３の実験例では、検出電圧
Ｖ０と比較するための参照電源の負側端子を大地接地Ｇ
ＮＤとしている。

【００９６】この実験結果から、比較例においては、リ
ード線長が長くなるにつれて検出電圧Ｖ０が小さくなっ
ており、ヒータ９４のリード線長による検出電圧Ｖ０へ
の影響が非常に大きいことがわかる。

【００９７】この理由は、前記比較例においては、基準
電極７０と大地接地ＧＮＤ間に、基準電極７０と内側ポ
ンプ電極６２間に発生する検出電圧Ｖ０と負側リード線
に発生する起電力（電圧）の合計電圧が現れることにな
るため、フィードバック制御系７４において前記参照電
源の電圧（参照電圧）と比較される電圧は、前記検出電
圧Ｖ０ではなく、前記合計電圧となるからである。

【００９８】従って、リード線長が長くなると負側リー
ド線に発生する起電力（電圧）も高くなり、それに伴っ
て、前記検出電圧Ｖ０は、前記フィードバック制御系７
４によって、前記参照電圧に前記起電力を差し引いた電
圧となるように制御されてしまうことになる。

【００９９】一方、実施例においては、図４の実験結果
からもわかるように、リード線長の長さに拘わりなく、
検出電圧Ｖ０は一定とされており、ヒータ９４のリード
線長による検出電圧Ｖ０への影響はほとんどない。

【０１００】このように、第１の実施の形態に係るガス
センサにおいては、主ポンプセル６６の外側ポンプ電極
６４がヒータ９４の負側リード線に接続されていること
から、内側ポンプ電極６２からヒータ９４側への酸素の
移動は行われない。

【０１０１】また、前記第１の実施の形態においては、
内側ポンプ電極６２と基準電極７０間の電圧Ｖ０は、主
ポンプセル６６でのポンピング処理時における酸素濃度
に応じた電圧、即ち、検出電圧Ｖ０であり、しかも、内
側ポンプ電極６２はヒータ９４のリード線と接続されて
いないため、前記検出電圧Ｖ０にリード線の抵抗Ｒとヒ
ータ電流に伴う起電力（電圧）が重畳されるという現象
は発生しない。

【０１０２】従って、第１の実施の形態に係るガスセン
サにおいては、被測定ガス中における酸素の濃度をポン
ピング動作によって一定に制御するフィードバック制御
系７４において、該フィードバック制御系７４での制御
動作が、ヒータのリーク電流やリード線の長さ並びにヒ
ータ電流（ヒータ出力）によって影響を受けることがな
く、酸素濃度を正確に制御することができる。

【０１０３】次に、第２の実施の形態に係るガスセンサ
について図５を参照しながら説明する。なお、図１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。

【０１０４】この第２の実施の形態に係るガスセンサ
は、前記第１の実施の形態に係るガスセンサとほぼ同じ
構成を有するが、図５に示すように、測定用ポンプセル
９０に代えて、酸素分圧検出セル１０２が設けられてい
る点で異なる。

【０１０５】この酸素分圧検出セル１０２は、第１の固
体電解質層５０ｄの上面のうち、前記第２室６０を形づ
くる上面に形成された検出電極１０４と、前記第１の固
体電解質層５０ｄの下面に形成された前記基準電極７０
と、これら両電極１０４及び７０間に挟まれた第１の固
体電解質層５０ｄによって構成されている。

【０１０６】この場合、前記酸素分圧検出セル１０２に
おける検出電極１０４と基準電極７０との間に、検出電
極１０４の周りの雰囲気と基準電極７０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。

【０１０７】従って、前記検出電極１０４及び基準電極
７０間に発生する起電力（電圧）Ｖ２を電圧計にて測定
することにより、検出電極１０４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
圧が電圧値として検出される。

【０１０８】ここで、図６の特性図を参照しながら前記
第２の実施の形態に係るガスセンサ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、フィードバック制御系７４を通じて第１室５８内の
雰囲気中の酸素濃度を主ポンプセル６６におけるポンプ
電圧Ｖｐ１が３００ｍＶに相当する値（１０^-7ａｔｍ）
に制御すると、第２室６０内の雰囲気中の酸素濃度も１
０^-7ａｔｍとなり、前記第２室６０用の酸素分圧検出セ
ル１０２における検出電極１０４と基準電極７０の間に
発生する起電力（電圧）Ｖ２は約４６０ｍＶとなる。

【０１１０】外部空間のＮＯ濃度が徐々に増加すると、
前記検出電極１０４も上述した測定用ポンプセル９０
（図１参照）における検出電極８６と同様に、ＮＯｘ還
元触媒として機能することから、前記検出電極１０４で
は、ＮＯの還元又は分解反応が引き起こされ、検出電極
１０４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１０４と基準電極７０間に発生する起電
力（電圧）Ｖ２が徐々に低下することとなる。図６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
圧計にて検出される起電力（電圧）Ｖ２は、３００ｍ
Ｖ、２５０ｍＶ、２２０ｍＶというように徐々に低下し
ている。

【０１１１】そして、この起電力（電圧）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１０４と基準電極７０と第１の固体電解質層５０
ｄとから構成される第２室６０用の酸素分圧検出セル１
０２から出力される起電力（電圧）Ｖ２が、被測定ガス
中のＮＯ濃度を表すことになる。

【０１１２】この第２の実施の形態に係るガスセンサに
おいても、前記第１の実施の形態に係るガスセンサと同
様に、被測定ガス中における酸素濃度をポンピング動作
によって一定に制御するフィードバック制御系７４にお
いて、該フィードバック制御系７４での制御動作が、ヒ
ータリーク電流やヒータリード線の長さ並びにヒータ電
流（ヒータ出力）によって影響を受けることがなく、前
記酸素濃度を正確に制御することができる。

【０１１３】上述した第１及び第２の実施の形態に係る
ガスセンサにおいては、被測定ガス成分としてＮＯｘが
対象とされているが、被測定ガス中に存在する酸素の影
響を受けるＮＯｘ以外の結合酸素含有ガス成分、例えば
Ｈ₂ ＯやＣＯ₂ 等の測定にも有効に適用することができ
る。

【０１１４】なお、この発明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。

【０１１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るガス
センサによれば、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、前記外部空間から導入された被測定ガ
スに含まれる所定のガス成分を、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、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極と基準ガ
ス導入部分に設置された基準電極との間の電圧が所定レ
ベルとなるように、前記制御電圧を調整するフィードバ
ック制御系と、少なくとも前記主ポンプ手段を所定の温
度に加熱するヒータとを具備し、前記主ポンプ手段にお
ける外側ポンプ電極と前記ヒータの接地側リードとを接
続するようにしている。

【０１１６】このため、被測定ガス中における所定ガス
成分の濃度をポンピング動作によって一定に制御するフ
ィードバック制御系において、該フィードバック制御系
での制御動作が、ヒータリーク電流やヒータリード線の
長さ並びにヒータ電流（ヒータ出力）によって影響を受
けることがなく、前記所定ガス成分の濃度を正確に制御
することができるという効果が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係るガスセンサを示す構成
図である。

【図２】ヒータリーク電流のポンプ電流への影響をみた
第１の実験例において、実施例と比較例におけるポンプ
電流偏差分のヒータ出力依存性を示す特性図である。

【図３】ヒータリーク電流のポンプ電流への影響をみた
第２の実験例において、実施例と比較例におけるポンプ
電流の検出電圧依存性を示す特性図である。

【図４】リード線長（リード線抵抗）による検出電圧へ
の影響をみた第３の実験例において、実施例と比較例に
おける検出電圧のリード線長（リード線抵抗）依存性を
示す特性図である。

【図５】第２の実施の形態に係るガスセンサを示す構成
図である。

【図６】第２の実施の形態に係るガスセンサの出力特性
を示す特性図である。

【図７】従来例に係るガスセンサを示す構成図である。

【符号の説明】

５２…基準ガス導入空間 ５８…第１室 ６０…第２室 ６２…内側ポンプ電
極 ６４…外側ポンプ電極 ６６…主ポンプセル ６８…可変電源 ７０…基準電極 ７２…酸素分圧検出セル ７４…フィードバッ
ク制御系 ７６…補助ポンプ電極 ７８…補助ポンプセ
ル ８２…補助酸素分圧検出セル ８４…補助フィード
バック制御系 ８６…検出電極 ９０…測定用ポンプ
セル ９４…ヒータ １０２…酸素分圧検
出セル １０４…検出電極

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【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、前記外部空間から導入された被測定ガスに
   含まれる所定のガス成分を、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、 前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極と基準ガス導
   入部分に設置された基準電極との間の電圧が所定レベル
   となるように、前記制御電圧を調整するフィードバック
   制御系と、 少なくとも前記主ポンプ手段を所定の温度に加熱するヒ
   ータとを具備し、 前記主ポンプ手段における外側ポンプ電極と前記ヒータ
   の接地側リードとが接続されていることを特徴とするガ
   スセンサ。
2. 【請求項２】請求項１記載のガスセンサにおいて、 固体電解質と、該固体電解質に形成された検出電極を有
   し、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所定のガス成分を、前記検出電極と
   前記基準電極間に印加される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
   所定のガス成分の量に応じて生じるポンプ電流を検出す
   る電流検出手段を有することを特徴とするガスセンサ。
3. 【請求項３】請求項１記載のガスセンサにおいて、 固体電解質と、該固体電解質に形成された検出電極を有
   し、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前記所定のガス成分の量と前記基準
   電極側の基準ガスにおける前記所定のガス成分の量との
   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
   電圧検出手段を有することを特徴とするガスセンサ。
4. 【請求項４】請求項1 〜３のいずれか１項に記載のガス
   センサにおいて、 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前記所定のガス成分の濃度が一定濃
   度となるように調整する補助フィードバック制御系を有
   することを特徴とするガスセンサ。
5. 【請求項５】請求項４記載のガスセンサにおいて、 前記補助フィードバック制御系は、前記検出電極の近傍
   に形成された補助ポンプ電極と前記基準電極間の電圧が
   所定レベルとなるように調整することを特徴とするガス
   センサ。
6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス
   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
   とするガスセンサ。
7. 【請求項７】請求項２、４〜６のいずれか１項に記載の
   ガスセンサにおいて、 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室内に形成された前
   記検出電極と、 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ガスセンサ。
8. 【請求項８】請求項３〜６のいずれか１項に記載のガス
   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室内に形成された前記検
   出電極と、 固体電解質からなる基体にて囲まれ、かつ前記基準ガス
   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ガスセンサ。
9. 【請求項９】請求項６〜８のいずれか１項に記載のガス
   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ガスセンサ。
10. 【請求項１０】請求項９記載のガスセンサにおいて、 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
    とするガスセンサ。