JPH1123528A - 窒素酸化物濃度の測定方法及び測定装置 - Google Patents
窒素酸化物濃度の測定方法及び測定装置Info
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- JPH1123528A JPH1123528A JP10137724A JP13772498A JPH1123528A JP H1123528 A JPH1123528 A JP H1123528A JP 10137724 A JP10137724 A JP 10137724A JP 13772498 A JP13772498 A JP 13772498A JP H1123528 A JPH1123528 A JP H1123528A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】窒素酸化物濃度を正確に測定する方法及び装置
の提供。 【解決手段】窒素酸化物を分解し解離した酸素が移動す
ることにより酸素ポンプセルに流れる電流に基づいて得
られる窒素酸化物濃度を、被検ガス中の酸素濃度に応じ
て、補正すること、特に酸素濃度に応じて窒素酸化物濃
度のゲインの補正をすること。
の提供。 【解決手段】窒素酸化物を分解し解離した酸素が移動す
ることにより酸素ポンプセルに流れる電流に基づいて得
られる窒素酸化物濃度を、被検ガス中の酸素濃度に応じ
て、補正すること、特に酸素濃度に応じて窒素酸化物濃
度のゲインの補正をすること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】燃焼器や内燃機関の排ガス成
分を検出するためのガス濃度の測定方法及び測定装置、
特に窒素酸化物濃度の測定方法及び測定装置に関する。
分を検出するためのガス濃度の測定方法及び測定装置、
特に窒素酸化物濃度の測定方法及び測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、排ガス規制の強化に伴い、エンジ
ン等の排ガス中のＮＯｘを直接測定し、エンジンの制御
や触媒のコントロールを行う研究が行われている。特
に、ＺｒＯ2等の酸素イオン導電体を用い、第１酸素イ
オンポンプセルでＮＯｘが分解しない程度に酸素を汲み
出し、ＮＯｘを含む残ったガスを第２酸素イオンポンプ
セルでさらに酸素を汲み出すことでＮＯｘを分解し、こ
の分解を電流として検知するＮＯｘガスセンサは、Ｈ
Ｃ、ＣＯ等の妨害ガスの影響を受けずにＮＯｘガス濃度
が測定できることから、近年広く研究が行われている。
このような窒素酸化物センサでは、前記第２酸素イオン
ポンプセルに設けられた一対の電極間に流れる電流に基
づき、窒素酸化物濃度を検出している。
ン等の排ガス中のＮＯｘを直接測定し、エンジンの制御
や触媒のコントロールを行う研究が行われている。特
に、ＺｒＯ2等の酸素イオン導電体を用い、第１酸素イ
オンポンプセルでＮＯｘが分解しない程度に酸素を汲み
出し、ＮＯｘを含む残ったガスを第２酸素イオンポンプ
セルでさらに酸素を汲み出すことでＮＯｘを分解し、こ
の分解を電流として検知するＮＯｘガスセンサは、Ｈ
Ｃ、ＣＯ等の妨害ガスの影響を受けずにＮＯｘガス濃度
が測定できることから、近年広く研究が行われている。
このような窒素酸化物センサでは、前記第２酸素イオン
ポンプセルに設けられた一対の電極間に流れる電流に基
づき、窒素酸化物濃度を検出している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らは、窒素酸化物濃度を測定する際、酸素濃度により
ゲインが変化し、窒素酸化物濃度測定に誤差を生じ、正
確な窒素酸化物濃度検出が困難であることを見出した。
そこで、本発明は、窒素酸化物濃度を正確に測定する方
法及び装置を提供することを課題とする。
者らは、窒素酸化物濃度を測定する際、酸素濃度により
ゲインが変化し、窒素酸化物濃度測定に誤差を生じ、正
確な窒素酸化物濃度検出が困難であることを見出した。
そこで、本発明は、窒素酸化物濃度を正確に測定する方
法及び装置を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記の特徴を
有する窒素酸化物濃度検出器（センサ）を用いて実施さ
れる。すなわち、第１拡散抵抗を介して被検ガスが導入
される第１測定室と、前記第１測定室内における被検ガ
ス中の酸素濃度を測定するための酸素濃度検知電極と、
前記酸素濃度検知電極の電位に基づき、前記第１測定室
外及び／又は内へ酸素を十分に汲み出す及び／又は汲み
込む第１酸素イオンポンプセルと、前記第１測定室から
第２拡散抵抗を介してガスが導入される第２測定室と、
一対の電極を備え、該一対の電極に電圧が印加されて前
記第２測定室中の窒素酸化物を分解し、解離した酸素が
移動することにより窒素酸化物濃度に応じた電流（以下
「第２酸素ポンプ電流」という）が流れる第２酸素イオ
ンポンプセルとを有する窒素酸化物濃度検出器である。
なお、第２測定室に酸素濃度が十分に低下したガスが拡
散すれば、第１測定室において窒素酸化物（特にＮＯ）
が一部分解してもよく、例えば、第１酸素イオンポンプ
セルに流れる電流に基づき分解量を補償することも可能
である。本発明は、第１の視点において、被検ガス中の
酸素濃度に応じて、窒素酸化物を分解し解離した酸素が
移動することにより流れる窒素酸化物濃度に応じた電流
に基づいて得られる窒素酸化物濃度を補正する手段（特
に演算手段を備える）を有する。
有する窒素酸化物濃度検出器（センサ）を用いて実施さ
れる。すなわち、第１拡散抵抗を介して被検ガスが導入
される第１測定室と、前記第１測定室内における被検ガ
ス中の酸素濃度を測定するための酸素濃度検知電極と、
前記酸素濃度検知電極の電位に基づき、前記第１測定室
外及び／又は内へ酸素を十分に汲み出す及び／又は汲み
込む第１酸素イオンポンプセルと、前記第１測定室から
第２拡散抵抗を介してガスが導入される第２測定室と、
一対の電極を備え、該一対の電極に電圧が印加されて前
記第２測定室中の窒素酸化物を分解し、解離した酸素が
移動することにより窒素酸化物濃度に応じた電流（以下
「第２酸素ポンプ電流」という）が流れる第２酸素イオ
ンポンプセルとを有する窒素酸化物濃度検出器である。
なお、第２測定室に酸素濃度が十分に低下したガスが拡
散すれば、第１測定室において窒素酸化物（特にＮＯ）
が一部分解してもよく、例えば、第１酸素イオンポンプ
セルに流れる電流に基づき分解量を補償することも可能
である。本発明は、第１の視点において、被検ガス中の
酸素濃度に応じて、窒素酸化物を分解し解離した酸素が
移動することにより流れる窒素酸化物濃度に応じた電流
に基づいて得られる窒素酸化物濃度を補正する手段（特
に演算手段を備える）を有する。
【０００５】第２の視点において、窒素酸化物濃度の変
化量は前記第２酸素ポンプ電流の変化量の関数であり、
さらに、被検ガス中の酸素濃度に応じて、前記関数にお
ける前記第２酸素ポンプ電流の変化量の係数（以下これ
を「ゲイン」という）を選択するゲイン選択手段を有
し、演算手段は、前記選択されたゲインを用いて窒素酸
化物濃度を求める。
化量は前記第２酸素ポンプ電流の変化量の関数であり、
さらに、被検ガス中の酸素濃度に応じて、前記関数にお
ける前記第２酸素ポンプ電流の変化量の係数（以下これ
を「ゲイン」という）を選択するゲイン選択手段を有
し、演算手段は、前記選択されたゲインを用いて窒素酸
化物濃度を求める。
【０００６】第３の視点において、前記ゲインは被検ガ
ス中の酸素濃度の関数であり、予め、既知の酸素濃度及
び窒素酸化物濃度を有する被検ガスを投入して前記第２
酸素ポンプ電流を測定し、前記窒素酸化物濃度及び前記
第２酸素ポンプ電流の値を用いて、最小二乗法により、
所定の酸素濃度における、窒素酸化物濃度の変化量に対
する前記第２酸素ポンプ電流の変化量（以下これを「所
定酸素濃度におけるゲイン」という）を求め、さらに、
前記所定酸素濃度におけるゲインの値を用いて、例えば
最小二乗法により、前記ゲインと被検ガス中の酸素濃度
の関数における該酸素濃度の係数を定めておく。
ス中の酸素濃度の関数であり、予め、既知の酸素濃度及
び窒素酸化物濃度を有する被検ガスを投入して前記第２
酸素ポンプ電流を測定し、前記窒素酸化物濃度及び前記
第２酸素ポンプ電流の値を用いて、最小二乗法により、
所定の酸素濃度における、窒素酸化物濃度の変化量に対
する前記第２酸素ポンプ電流の変化量（以下これを「所
定酸素濃度におけるゲイン」という）を求め、さらに、
前記所定酸素濃度におけるゲインの値を用いて、例えば
最小二乗法により、前記ゲインと被検ガス中の酸素濃度
の関数における該酸素濃度の係数を定めておく。
【０００７】第４の視点において、前記ゲインは被検ガ
ス中の酸素濃度の関数であり、予め、既知の酸素濃度及
び窒素酸化物濃度を有する被検ガスを前記検出器に投入
して前記第２酸素ポンプ電流を測定し、前記窒素酸化物
濃度及び前記第２酸素ポンプ電流の値を用いて、例えば
最小二乗法により、所定の酸素濃度における、窒素酸化
物濃度の変化量に対する前記第２酸素ポンプ電流の変化
量（以下これを「所定酸素濃度におけるゲイン」とい
う）を求め、さらに、前記所定酸素濃度におけるゲイン
の値を用いて、例えば最小二乗法により、前記ゲインと
被検ガス中の酸素濃度の関数における該酸素濃度の係数
を定めておく。
ス中の酸素濃度の関数であり、予め、既知の酸素濃度及
び窒素酸化物濃度を有する被検ガスを前記検出器に投入
して前記第２酸素ポンプ電流を測定し、前記窒素酸化物
濃度及び前記第２酸素ポンプ電流の値を用いて、例えば
最小二乗法により、所定の酸素濃度における、窒素酸化
物濃度の変化量に対する前記第２酸素ポンプ電流の変化
量（以下これを「所定酸素濃度におけるゲイン」とい
う）を求め、さらに、前記所定酸素濃度におけるゲイン
の値を用いて、例えば最小二乗法により、前記ゲインと
被検ガス中の酸素濃度の関数における該酸素濃度の係数
を定めておく。
【０００８】第５の視点において、前記ゲインは、被検
ガス中の酸素分圧の対数の関係式として表される。
ガス中の酸素分圧の対数の関係式として表される。
【０００９】第６の視点において、予め、被検ガス中の
酸素濃度を変えて、窒素酸化物の濃度を実質的にゼロ及
び所定濃度としたときの前記第２酸素ポンプ電流をそれ
ぞれ測定し、前記所定酸素濃度におけるゲイン、及び所
定酸素濃度において窒素酸化物の濃度を実質的にゼロと
した際の前記第２酸素ポンプ電流（これを「所定酸素濃
度におけるオフセット」という）を測定しておき、被検
ガス中の酸素濃度に対応する前記ゲイン及び前記オフセ
ットと、前記第２酸素ポンプ電流とから、窒素酸化物濃
度を求める。
酸素濃度を変えて、窒素酸化物の濃度を実質的にゼロ及
び所定濃度としたときの前記第２酸素ポンプ電流をそれ
ぞれ測定し、前記所定酸素濃度におけるゲイン、及び所
定酸素濃度において窒素酸化物の濃度を実質的にゼロと
した際の前記第２酸素ポンプ電流（これを「所定酸素濃
度におけるオフセット」という）を測定しておき、被検
ガス中の酸素濃度に対応する前記ゲイン及び前記オフセ
ットと、前記第２酸素ポンプ電流とから、窒素酸化物濃
度を求める。
【００１０】第７の視点において、演算手段は、前記被
検ガス中の酸素濃度に応じて変化する前記酸素濃度検知
電極の出力に基づいて、前記第２酸素ポンプ電流に基づ
いて得られる窒素酸化物濃度を補正する。
検ガス中の酸素濃度に応じて変化する前記酸素濃度検知
電極の出力に基づいて、前記第２酸素ポンプ電流に基づ
いて得られる窒素酸化物濃度を補正する。
【００１１】第８の視点において、第１拡散抵抗を介し
て被検ガスが導入される第１測定室と、前記第１測定室
内における被検ガス中の酸素濃度を測定するための酸素
濃度検知電極と、前記酸素濃度検知電極の電位に基づ
き、前記第１測定室外及び／又は内へ酸素を十分に汲み
出す及び／又は汲み込む第１酸素イオンポンプセルと、
前記第１測定室から第２拡散抵抗を介してガスが導入さ
れる第２測定室と、前記第２測定室の内部と外部に設け
られた一対の電極を備え、該一対の電極に電圧が印加さ
れて該第２測定室中の窒素酸化物を分解し、解離した酸
素が移動することにより窒素酸化物濃度に応じた電流
（以下「第２酸素ポンプ電流」という）が流れる第２酸
素イオンポンプセルと、を備えた窒素酸化物濃度検出器
と、窒素酸化物濃度の変化量は前記第２酸素ポンプ電流
の変化量の関数であり、前記酸素濃度検知電極の出力に
応じて、前記関数における前記第２酸素ポンプ電流の変
化量の係数（以下これを「ゲイン」という）を選択する
ゲイン選択手段と、少なくとも、前記第２酸素ポンプ電
流と前記ゲイン選択手段により選択されたゲインに基づ
いて、窒素酸化物濃度を算出する演算手段と、を有す
る。
て被検ガスが導入される第１測定室と、前記第１測定室
内における被検ガス中の酸素濃度を測定するための酸素
濃度検知電極と、前記酸素濃度検知電極の電位に基づ
き、前記第１測定室外及び／又は内へ酸素を十分に汲み
出す及び／又は汲み込む第１酸素イオンポンプセルと、
前記第１測定室から第２拡散抵抗を介してガスが導入さ
れる第２測定室と、前記第２測定室の内部と外部に設け
られた一対の電極を備え、該一対の電極に電圧が印加さ
れて該第２測定室中の窒素酸化物を分解し、解離した酸
素が移動することにより窒素酸化物濃度に応じた電流
（以下「第２酸素ポンプ電流」という）が流れる第２酸
素イオンポンプセルと、を備えた窒素酸化物濃度検出器
と、窒素酸化物濃度の変化量は前記第２酸素ポンプ電流
の変化量の関数であり、前記酸素濃度検知電極の出力に
応じて、前記関数における前記第２酸素ポンプ電流の変
化量の係数（以下これを「ゲイン」という）を選択する
ゲイン選択手段と、少なくとも、前記第２酸素ポンプ電
流と前記ゲイン選択手段により選択されたゲインに基づ
いて、窒素酸化物濃度を算出する演算手段と、を有す
る。
【００１２】本発明は、第９の視点において、酸素濃度
検知電極の電位に基づき、第１測定室から該測定室外
へ、被検ガス中の酸素を窒素酸化物が分解しない程度に
十分に汲み出す第１酸素イオンポンプセルを有する。第
９の視点に基づく第１０〜１５の視点の内容は前記第２
〜第８の視点と同様である。また、第１６の視点におい
て、窒素酸化物濃度の変化量は前記第２酸素ポンプ電流
の変化量の関数であり、酸素濃度検知電極の出力に応じ
て、前記関数における前記第２酸素ポンプ電流の変化量
の係数（以下これを「ゲイン」という）を選択するゲイ
ン選択手段と、少なくとも、前記第２酸素ポンプ電流と
ゲイン選択手段により選択されたゲインに基づいて、窒
素酸化物濃度を算出する演算手段と、を有する。前記ゲ
イン選択手段は、前記第３の視点に基づき、例えば最小
二乗法によってその係数が定められる前記ゲインと被検
ガス中の酸素濃度の関係式、から求められるゲインを、
酸素濃度検知電極の出力に応じて選択的に用いることが
できる。或いは、前記第４の視点に基づき、予め求めて
おいた所定酸素濃度におけるゲインを酸素濃度検知電極
の出力に応じて選択してもよい。また、好ましくは前記
ゲイン選択手段及び前記演算手段は、窒素酸化物濃度検
出器に接続するマイクロコンピュータ内に構成すること
ができる。
検知電極の電位に基づき、第１測定室から該測定室外
へ、被検ガス中の酸素を窒素酸化物が分解しない程度に
十分に汲み出す第１酸素イオンポンプセルを有する。第
９の視点に基づく第１０〜１５の視点の内容は前記第２
〜第８の視点と同様である。また、第１６の視点におい
て、窒素酸化物濃度の変化量は前記第２酸素ポンプ電流
の変化量の関数であり、酸素濃度検知電極の出力に応じ
て、前記関数における前記第２酸素ポンプ電流の変化量
の係数（以下これを「ゲイン」という）を選択するゲイ
ン選択手段と、少なくとも、前記第２酸素ポンプ電流と
ゲイン選択手段により選択されたゲインに基づいて、窒
素酸化物濃度を算出する演算手段と、を有する。前記ゲ
イン選択手段は、前記第３の視点に基づき、例えば最小
二乗法によってその係数が定められる前記ゲインと被検
ガス中の酸素濃度の関係式、から求められるゲインを、
酸素濃度検知電極の出力に応じて選択的に用いることが
できる。或いは、前記第４の視点に基づき、予め求めて
おいた所定酸素濃度におけるゲインを酸素濃度検知電極
の出力に応じて選択してもよい。また、好ましくは前記
ゲイン選択手段及び前記演算手段は、窒素酸化物濃度検
出器に接続するマイクロコンピュータ内に構成すること
ができる。
【００１３】なお、酸素濃度検知電極の出力に基づき酸
素濃度を検出するとは、直接的ないし間接的に酸素濃度
検知電極の出力に基づいて、酸素濃度ないし酸素濃度を
表す電流、電圧などを検出することを意味する。好まし
くは、酸素濃度検知電極の電位に基づいて酸素濃度を検
出する。或いは、酸素濃度検知電極の出力（電位）に基
づき制御される第１酸素イオンポンプセルへの印加電
圧、第１酸素イオンポンプセルに流れる第１酸素ポンプ
電流に基づき酸素濃度を検出する。従って、好ましくは
例えば、第１酸素イオンポンプセルへの印加電圧、第１
酸素ポンプ電流に基づいて、窒素酸化物濃度のゲインの
補正ができる。
素濃度を検出するとは、直接的ないし間接的に酸素濃度
検知電極の出力に基づいて、酸素濃度ないし酸素濃度を
表す電流、電圧などを検出することを意味する。好まし
くは、酸素濃度検知電極の電位に基づいて酸素濃度を検
出する。或いは、酸素濃度検知電極の出力（電位）に基
づき制御される第１酸素イオンポンプセルへの印加電
圧、第１酸素イオンポンプセルに流れる第１酸素ポンプ
電流に基づき酸素濃度を検出する。従って、好ましくは
例えば、第１酸素イオンポンプセルへの印加電圧、第１
酸素ポンプ電流に基づいて、窒素酸化物濃度のゲインの
補正ができる。
【００１４】以下、図面を参照して本発明の原理を説明
する。本発明者らは、酸素濃度によるゲイン（窒素酸化
物濃度の変化量／第２酸素ポンプ電流の変化量）の変化
を校正し、窒素酸化物濃度を正確に測定する方法を提案
するものである。本発明者らは、先に、ガス濃度、特に
窒素酸化物濃度を検出するためのセンサ及びその方法に
関する提案をした。図１に、本発明の窒素酸化物測定方
法が適用される、上記提案に係る窒素酸化物センサと同
様のセンサの概略構成を示し、図２に、このセンサを用
いた窒素酸化物濃度検出過程を説明するフローチャート
を示す。
する。本発明者らは、酸素濃度によるゲイン（窒素酸化
物濃度の変化量／第２酸素ポンプ電流の変化量）の変化
を校正し、窒素酸化物濃度を正確に測定する方法を提案
するものである。本発明者らは、先に、ガス濃度、特に
窒素酸化物濃度を検出するためのセンサ及びその方法に
関する提案をした。図１に、本発明の窒素酸化物測定方
法が適用される、上記提案に係る窒素酸化物センサと同
様のセンサの概略構成を示し、図２に、このセンサを用
いた窒素酸化物濃度検出過程を説明するフローチャート
を示す。
【００１５】図１のセンサは、それぞれ２組の拡散抵抗
部、酸素イオンポンプセル、及び測定室を有し、第１の
固体電解質層を挟んで設けられた一対の電極を備えた第
１酸素イオンポンプセル６、第２の固体電解質層を挟ん
で設けられた一対の酸素濃度検知電極、酸素濃度基準電
極を備えた酸素濃度測定セル７、第３の固体電解質層を
挟んで設けられた一対の電極を備えた第２酸素イオンポ
ンプセル８の順に積層され、各固体電解質層の層間には
絶縁層がそれぞれ形成されている。そして、第１酸素イ
オンポンプセル６と酸素濃度測定セル７の層間には、絶
縁層及び固体電解質層によって第１測定室２が画成さ
れ、同様に絶縁層及び固体電解質層により第２酸素イオ
ンポンプセル８の上部に第２測定室４が画成されてい
る。さらに、第１測定室２を囲む壁面には拡散抵抗を有
する第１拡散孔１が複数設けられ、第１測定室２の中央
部には第２拡散孔３の開口が第１拡散孔１と離間して設
けられている。第２拡散孔３は、酸素濃度測定セル７及
び固体電解質層を貫通して第１、第２測定室２，４を拡
散抵抗をもって連通する。
部、酸素イオンポンプセル、及び測定室を有し、第１の
固体電解質層を挟んで設けられた一対の電極を備えた第
１酸素イオンポンプセル６、第２の固体電解質層を挟ん
で設けられた一対の酸素濃度検知電極、酸素濃度基準電
極を備えた酸素濃度測定セル７、第３の固体電解質層を
挟んで設けられた一対の電極を備えた第２酸素イオンポ
ンプセル８の順に積層され、各固体電解質層の層間には
絶縁層がそれぞれ形成されている。そして、第１酸素イ
オンポンプセル６と酸素濃度測定セル７の層間には、絶
縁層及び固体電解質層によって第１測定室２が画成さ
れ、同様に絶縁層及び固体電解質層により第２酸素イオ
ンポンプセル８の上部に第２測定室４が画成されてい
る。さらに、第１測定室２を囲む壁面には拡散抵抗を有
する第１拡散孔１が複数設けられ、第１測定室２の中央
部には第２拡散孔３の開口が第１拡散孔１と離間して設
けられている。第２拡散孔３は、酸素濃度測定セル７及
び固体電解質層を貫通して第１、第２測定室２，４を拡
散抵抗をもって連通する。
【００１６】図１に示したようなセンサにおいて、排気
ガス中の窒素酸化物濃度検出過程は、図２（ステップ２
０１〜２０５）に示す通りである。従って、第２酸素イ
オンポンプセルに流れる第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２が窒
素酸化物の分解により生じた酸素量に比例することを利
用して、窒素酸化物濃度を求めることができる。なお、
第１、第２拡散抵抗は、図１においては、第１拡散孔
１、第２拡散孔３が有するガス拡散抵抗にそれぞれ相当
する。
ガス中の窒素酸化物濃度検出過程は、図２（ステップ２
０１〜２０５）に示す通りである。従って、第２酸素イ
オンポンプセルに流れる第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２が窒
素酸化物の分解により生じた酸素量に比例することを利
用して、窒素酸化物濃度を求めることができる。なお、
第１、第２拡散抵抗は、図１においては、第１拡散孔
１、第２拡散孔３が有するガス拡散抵抗にそれぞれ相当
する。
【００１７】ところで、実際には、所定以下の低酸素濃
度雰囲気では、窒素酸化物の分解が起こるなどの制約の
ため、第１測定室において酸素を完全に汲み出すことが
できない。従って、第２酸素イオンポンプセルによって
第２測定室から汲み出される（移動する）酸素は、第２
測定室において窒素酸化物の分解により生じる酸素と、
第１測定室で汲みきれず第２測定室に拡散した酸素の両
方である。すなわち、第２酸素イオンポンプセルに流れ
る電流は、第２測定室の残存酸素濃度と窒素酸化物濃度
の両方に影響されるものとなるから、正確な窒素酸化物
濃度の測定を行うためには、残存酸素の影響を排除する
必要がある。そこで、下記のように、酸素濃度に応じ
て、異なった“オフセット”の値を用いることが考えら
れる。
度雰囲気では、窒素酸化物の分解が起こるなどの制約の
ため、第１測定室において酸素を完全に汲み出すことが
できない。従って、第２酸素イオンポンプセルによって
第２測定室から汲み出される（移動する）酸素は、第２
測定室において窒素酸化物の分解により生じる酸素と、
第１測定室で汲みきれず第２測定室に拡散した酸素の両
方である。すなわち、第２酸素イオンポンプセルに流れ
る電流は、第２測定室の残存酸素濃度と窒素酸化物濃度
の両方に影響されるものとなるから、正確な窒素酸化物
濃度の測定を行うためには、残存酸素の影響を排除する
必要がある。そこで、下記のように、酸素濃度に応じ
て、異なった“オフセット”の値を用いることが考えら
れる。
【００１８】すなわち、予め、 窒素酸化物濃度をゼ
ロとし酸素濃度を変えた種々の被検ガスをセンサにそれ
ぞれ投入して、第２酸素イオンポンプセルに流れる電流
量（この電流量が「オフセット」である）をそれぞれ測
定することにより、酸素濃度に応じて異なる値のオフセ
ット（変数）を設定することができる。窒素酸化物濃度
を求めるためには、下記のように第２酸素ポンプ電流の
変化量の“ゲイン”（定数）を定める。すなわち、
既知の標準窒素酸化物濃度を有する被検ガスをセンサに
投入して、第２酸素イオンポンプセルに流れる電流量を
測定する。これらの測定値より、下式に従い、第２酸素
ポンプ電流の変化量の“ゲイン”（定数）を設定するこ
とができる。
ロとし酸素濃度を変えた種々の被検ガスをセンサにそれ
ぞれ投入して、第２酸素イオンポンプセルに流れる電流
量（この電流量が「オフセット」である）をそれぞれ測
定することにより、酸素濃度に応じて異なる値のオフセ
ット（変数）を設定することができる。窒素酸化物濃度
を求めるためには、下記のように第２酸素ポンプ電流の
変化量の“ゲイン”（定数）を定める。すなわち、
既知の標準窒素酸化物濃度を有する被検ガスをセンサに
投入して、第２酸素イオンポンプセルに流れる電流量を
測定する。これらの測定値より、下式に従い、第２酸素
ポンプ電流の変化量の“ゲイン”（定数）を設定するこ
とができる。
【００１９】“ゲイン”＝（標準窒素酸化物濃度）／
（発生電流量−オフセット）
（発生電流量−オフセット）
【００２０】このように算出された、酸素濃度に応じて
可変するオフセットの値と、常に一定のゲインの値を予
め、メモリ等の記憶手段に記憶しておき、測定時、これ
らオフセット及びゲインと、第２酸素イオンポンプセル
に流れる電流量をマイクロコンピュータなどに入力する
ことにより、窒素酸化物濃度が算出される。なお、オフ
セットは、上述したように、酸素濃度により異なるの
で、酸素濃度に応じた所定の値をマップとして予め記憶
しておき、酸素濃度測定セルの出力などに応じて、この
マップから所定のデータ（オフセット値）を読み出し
て、窒素酸化物濃度の補正、算出を行うことができる。
可変するオフセットの値と、常に一定のゲインの値を予
め、メモリ等の記憶手段に記憶しておき、測定時、これ
らオフセット及びゲインと、第２酸素イオンポンプセル
に流れる電流量をマイクロコンピュータなどに入力する
ことにより、窒素酸化物濃度が算出される。なお、オフ
セットは、上述したように、酸素濃度により異なるの
で、酸素濃度に応じた所定の値をマップとして予め記憶
しておき、酸素濃度測定セルの出力などに応じて、この
マップから所定のデータ（オフセット値）を読み出し
て、窒素酸化物濃度の補正、算出を行うことができる。
【００２１】しかしながら、本発明者らは、鋭意研究を
進めた結果、数ｐｐｍの窒素酸化物濃度測定を正確に行
うためには、ゲインの酸素濃度による補正が必要である
ことを見出した。酸素濃度によりゲインが変化する原因
については、次のように考えられる。図３（Ａ）及び
（Ｂ）は、酸素濃度によりゲインが変化する原因を説明
するための概念図であって、被検ガス中の酸素濃度によ
り、第１測定室と第２測定室でガス濃度割合が変化する
ことを示す図である。図１に示すようなセンサにおいて
は、第１測定室から第２測定室に流入する酸素の濃度が
酸素濃度測定セルで規定する濃度となるように（起電力
一定）、第１酸素イオンポンプセルによって第１測定室
から酸素が汲み出され、第２測定室に流入する酸素濃度
を一定としている。この時、第２測定室に流入するガス
の各々の成分（ＮＯ、ＣＯなど）の濃度割合を考えた場
合、次のようになる。
進めた結果、数ｐｐｍの窒素酸化物濃度測定を正確に行
うためには、ゲインの酸素濃度による補正が必要である
ことを見出した。酸素濃度によりゲインが変化する原因
については、次のように考えられる。図３（Ａ）及び
（Ｂ）は、酸素濃度によりゲインが変化する原因を説明
するための概念図であって、被検ガス中の酸素濃度によ
り、第１測定室と第２測定室でガス濃度割合が変化する
ことを示す図である。図１に示すようなセンサにおいて
は、第１測定室から第２測定室に流入する酸素の濃度が
酸素濃度測定セルで規定する濃度となるように（起電力
一定）、第１酸素イオンポンプセルによって第１測定室
から酸素が汲み出され、第２測定室に流入する酸素濃度
を一定としている。この時、第２測定室に流入するガス
の各々の成分（ＮＯ、ＣＯなど）の濃度割合を考えた場
合、次のようになる。
【００２２】図３（Ａ）を参照して、被検ガスの酸素濃
度がゼロの場合、第１酸素イオンポンプセルによって汲
み出される酸素はないため、第２測定室に流入する各々
の成分のガス濃度割合は変化しない。しかし、図３
（Ｂ）を参照して、被検ガスの酸素濃度が増加するに従
って、第１酸素イオンポンプセルで汲み出される酸素量
が増加し、この結果、第２測定室に流入する各々の成分
のガス濃度割合は、酸素減少分、被検ガスのそれと比較
して増大する。すなわち、被検ガスの酸素濃度が高いほ
ど、第２測定室に占める窒素酸化物濃度が増大し、窒素
酸化物の分解により生じる酸素量に比例する第２酸素イ
オンポンプセルの電流量が増加することとなり、窒素酸
化物濃度に対するセンサの感度は上昇する（ゲインは下
降する）。より正確な窒素酸化物濃度を算出するために
は、このようなセンサの感度上昇により起こるゲインの
下降は無視できず、補正することが必要となる。本発明
者らは、以上の知見に基づき、被検ガス中の酸素濃度に
応じてゲインを補正する手段を提供するものである。
度がゼロの場合、第１酸素イオンポンプセルによって汲
み出される酸素はないため、第２測定室に流入する各々
の成分のガス濃度割合は変化しない。しかし、図３
（Ｂ）を参照して、被検ガスの酸素濃度が増加するに従
って、第１酸素イオンポンプセルで汲み出される酸素量
が増加し、この結果、第２測定室に流入する各々の成分
のガス濃度割合は、酸素減少分、被検ガスのそれと比較
して増大する。すなわち、被検ガスの酸素濃度が高いほ
ど、第２測定室に占める窒素酸化物濃度が増大し、窒素
酸化物の分解により生じる酸素量に比例する第２酸素イ
オンポンプセルの電流量が増加することとなり、窒素酸
化物濃度に対するセンサの感度は上昇する（ゲインは下
降する）。より正確な窒素酸化物濃度を算出するために
は、このようなセンサの感度上昇により起こるゲインの
下降は無視できず、補正することが必要となる。本発明
者らは、以上の知見に基づき、被検ガス中の酸素濃度に
応じてゲインを補正する手段を提供するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の一実施形
態を説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る窒素
酸化物濃度測定方法、並びに酸素濃度及び空燃比測定方
法を説明するためのフローチャートである。まず、濃度
ないし空燃比測定前に、予め、酸素濃度及び窒素酸化物
濃度が既知の被検ガスを用いて、酸素濃度に応じた窒素
酸化物濃度のゲイン、オフセット、及び酸素濃度のゲイ
ン（標準酸素濃度あたりの電流量）、オフセット（酸素
濃度０％のときの第１酸素ポンプ電流）を求めておく。
次に、窒素酸化物濃度などが不明の被検ガスの測定を行
う。図４を参照して、第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１を測定
し（ステップ４０１）、Ｉｐ１に基づいて、酸素濃度を
計算して出力し（ステップ４１１〜４１２）、空燃比を
算出して出力する（ステップ４２１〜４２２）。また、
Ｉｐ１から計算された酸素濃度に応じて、予め算出して
おいた窒素酸化物濃度のオフセット及びゲインを読み出
し、これらと測定した第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２を用い
て、窒素酸化物濃度を計算し、出力する（ステップ４０
２〜４０７）。図４に示した一連の演算を、センサに接
続したマイクロコンピュータなどに行わせることがで
き、或いはセンサに計測器、例えば電流計等を接続し、
表示結果などから計算することもできる。また、所定の
酸素濃度依存性を有する窒素酸化物濃度のゲインの補正
は、第１酸素イオンポンプセルの出力を利用し、アナロ
グ回路上で窒素酸化物濃度出力回路の増幅率を変化させ
ることで行っても良い。
態を説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る窒素
酸化物濃度測定方法、並びに酸素濃度及び空燃比測定方
法を説明するためのフローチャートである。まず、濃度
ないし空燃比測定前に、予め、酸素濃度及び窒素酸化物
濃度が既知の被検ガスを用いて、酸素濃度に応じた窒素
酸化物濃度のゲイン、オフセット、及び酸素濃度のゲイ
ン（標準酸素濃度あたりの電流量）、オフセット（酸素
濃度０％のときの第１酸素ポンプ電流）を求めておく。
次に、窒素酸化物濃度などが不明の被検ガスの測定を行
う。図４を参照して、第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１を測定
し（ステップ４０１）、Ｉｐ１に基づいて、酸素濃度を
計算して出力し（ステップ４１１〜４１２）、空燃比を
算出して出力する（ステップ４２１〜４２２）。また、
Ｉｐ１から計算された酸素濃度に応じて、予め算出して
おいた窒素酸化物濃度のオフセット及びゲインを読み出
し、これらと測定した第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２を用い
て、窒素酸化物濃度を計算し、出力する（ステップ４０
２〜４０７）。図４に示した一連の演算を、センサに接
続したマイクロコンピュータなどに行わせることがで
き、或いはセンサに計測器、例えば電流計等を接続し、
表示結果などから計算することもできる。また、所定の
酸素濃度依存性を有する窒素酸化物濃度のゲインの補正
は、第１酸素イオンポンプセルの出力を利用し、アナロ
グ回路上で窒素酸化物濃度出力回路の増幅率を変化させ
ることで行っても良い。
【００２４】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳
細に説明する。図５は、測定に用いた窒素酸化物センサ
の構造を説明するための、センサを長手方向に切断した
断面を示す斜視図である。図５に示したセンサは、固体
電解質層を挟んで設けられた一対の電極６ａ，６ｂを備
えた第１酸素イオンポンプセル６、固体電解質層を挟ん
で設けられた一対の酸素濃度検知電極、酸素濃度基準電
極７ａ，７ｂを備えた酸素濃度測定セル７、固体電解質
層を挟んで設けられた一対の電極８ａ，８ｂを備えた第
２酸素イオンポンプセル８の順に積層され、各固体電解
質層の層間には絶縁層がそれぞれ形成されている。そし
て、第１酸素イオンポンプセル６と酸素濃度測定セル７
の層間には、絶縁層及び固体電解質層によって第１測定
室２が画成され、同様に絶縁層及び固体電解質層により
第２酸素イオンポンプセル８の上部に第２測定室４が画
成されている。さらに、第１測定室２を囲む壁面には拡
散抵抗を有する第１拡散孔１が複数設けられ、第１測定
室２の中央部には第２拡散孔３の開口が第１拡散孔１と
離間して設けられている。第２拡散孔３は、酸素濃度測
定セル７及び固体電解質層を貫通して第１、第２測定室
２，４を拡散抵抗をもって連通する。
細に説明する。図５は、測定に用いた窒素酸化物センサ
の構造を説明するための、センサを長手方向に切断した
断面を示す斜視図である。図５に示したセンサは、固体
電解質層を挟んで設けられた一対の電極６ａ，６ｂを備
えた第１酸素イオンポンプセル６、固体電解質層を挟ん
で設けられた一対の酸素濃度検知電極、酸素濃度基準電
極７ａ，７ｂを備えた酸素濃度測定セル７、固体電解質
層を挟んで設けられた一対の電極８ａ，８ｂを備えた第
２酸素イオンポンプセル８の順に積層され、各固体電解
質層の層間には絶縁層がそれぞれ形成されている。そし
て、第１酸素イオンポンプセル６と酸素濃度測定セル７
の層間には、絶縁層及び固体電解質層によって第１測定
室２が画成され、同様に絶縁層及び固体電解質層により
第２酸素イオンポンプセル８の上部に第２測定室４が画
成されている。さらに、第１測定室２を囲む壁面には拡
散抵抗を有する第１拡散孔１が複数設けられ、第１測定
室２の中央部には第２拡散孔３の開口が第１拡散孔１と
離間して設けられている。第２拡散孔３は、酸素濃度測
定セル７及び固体電解質層を貫通して第１、第２測定室
２，４を拡散抵抗をもって連通する。
【００２５】このセンサによる測定原理は、実施の形態
の欄で上述した通りであって、第１測定室２に第１拡散
孔１を介して拡散し導入された被測定ガス中の酸素濃度
に応じた起電力が酸素濃度測定セル７の一対の電極７
ａ，７ｂ間に発生し、この起電力による電圧が一定にな
るように、差動増幅器（アンプ）によって第１酸素イオ
ンポンプセル６に印加される電圧が制御される（マイク
ロコンピュータを用いてデジタル制御してもよい）。そ
して、余剰の酸素が汲み出され一定の酸素濃度を有する
被測定ガスが第２拡散孔３を介して第２測定室４に拡散
し、第２酸素イオンポンプセル８の一対の電極８ａ，８
ｂに電圧が印加されて残存する酸素がさらに汲み出され
る（移動する）と共に、この白金合金、ロジウム合金製
の電極の触媒作用により、ＮＯｘがＮ2とＯ2に分解さ
れ、このＯ2がイオンとなって第２酸素イオンポンプセ
ル８の固体電解質層内を移動することにより、第２測定
室４内外に設けられた第２酸素イオンポンプセル８の一
対の電極８ａ，８ｂ間に分解された窒素酸化物（ＮＯｘ
ガス）濃度に応じた第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２が流れ
る。
の欄で上述した通りであって、第１測定室２に第１拡散
孔１を介して拡散し導入された被測定ガス中の酸素濃度
に応じた起電力が酸素濃度測定セル７の一対の電極７
ａ，７ｂ間に発生し、この起電力による電圧が一定にな
るように、差動増幅器（アンプ）によって第１酸素イオ
ンポンプセル６に印加される電圧が制御される（マイク
ロコンピュータを用いてデジタル制御してもよい）。そ
して、余剰の酸素が汲み出され一定の酸素濃度を有する
被測定ガスが第２拡散孔３を介して第２測定室４に拡散
し、第２酸素イオンポンプセル８の一対の電極８ａ，８
ｂに電圧が印加されて残存する酸素がさらに汲み出され
る（移動する）と共に、この白金合金、ロジウム合金製
の電極の触媒作用により、ＮＯｘがＮ2とＯ2に分解さ
れ、このＯ2がイオンとなって第２酸素イオンポンプセ
ル８の固体電解質層内を移動することにより、第２測定
室４内外に設けられた第２酸素イオンポンプセル８の一
対の電極８ａ，８ｂ間に分解された窒素酸化物（ＮＯｘ
ガス）濃度に応じた第２酸素ポンプ電流Ｉｐ２が流れ
る。
【００２６】このような窒素酸化物センサを用いて被検
ガス中の窒素酸化物濃度測定試験を行った。図６は、測
定に使用した窒素酸化物センサの製造例及びレイアウト
を説明するための図である。
ガス中の窒素酸化物濃度測定試験を行った。図６は、測
定に使用した窒素酸化物センサの製造例及びレイアウト
を説明するための図である。
【００２７】［製造例］図６に示すように、図中左上か
ら左下、そして右上から右下の順にＺｒＯ2グリーンシ
ート及び電極用ペーストなどが積層されて、一体の検出
器（センサ）が作製される。絶縁コート、電極などペー
スト材料は、所定のＺｒＯ2グリーンシートにスクリー
ン印刷されることにより、積層形成される。次ぎに、Ｚ
ｒＯ2グリーンシートなど各構成部品の製造例を説明す
る。
ら左下、そして右上から右下の順にＺｒＯ2グリーンシ
ート及び電極用ペーストなどが積層されて、一体の検出
器（センサ）が作製される。絶縁コート、電極などペー
スト材料は、所定のＺｒＯ2グリーンシートにスクリー
ン印刷されることにより、積層形成される。次ぎに、Ｚ
ｒＯ2グリーンシートなど各構成部品の製造例を説明す
る。
【００２８】［ＺｒＯ2グリーンシート成形］ＺｒＯ2粉
末を600℃×２時間、大気炉にて仮焼した。仮焼したＺ
ｒＯ2粉末30kg、分散剤150g、有機溶剤10kgを球石60kg
とともにトロンメルに入れ、約50時間混合し、分散さ
せ、これに有機バインダー４kgを有機溶剤10kgに溶解さ
せたものを添加し、20時間混合して10Pa・s程度の粘度を
有するスラリーを得た。このスラリーからドクターブレ
ード法により、厚さ0.4ｍｍ程度のＺｒＯ2グリーンシー
トを作製し、100℃×１時間乾燥した。
末を600℃×２時間、大気炉にて仮焼した。仮焼したＺ
ｒＯ2粉末30kg、分散剤150g、有機溶剤10kgを球石60kg
とともにトロンメルに入れ、約50時間混合し、分散さ
せ、これに有機バインダー４kgを有機溶剤10kgに溶解さ
せたものを添加し、20時間混合して10Pa・s程度の粘度を
有するスラリーを得た。このスラリーからドクターブレ
ード法により、厚さ0.4ｍｍ程度のＺｒＯ2グリーンシー
トを作製し、100℃×１時間乾燥した。
【００２９】［印刷用ペースト］ (１)第１酸素イオンポンプ電極６ａ、酸素濃度基準電極
７ｂ（酸素基準電極ｂ）、第２酸素イオンポンプ電極８
ａ、８ｂ用： 白金粉末20g、ＺｒＯ2粉末2.8g、適量の
有機溶剤を、らいかい機（或いはポットミル）に入れ、
４時間混合し、分散させ、これに有機バインダー２gを
有機溶剤20gに溶解させたものを添加し、さらに粘度調
整剤５gを添加し、４時間混合して粘度150Pa・s程度のペ
ーストを作製した。
７ｂ（酸素基準電極ｂ）、第２酸素イオンポンプ電極８
ａ、８ｂ用： 白金粉末20g、ＺｒＯ2粉末2.8g、適量の
有機溶剤を、らいかい機（或いはポットミル）に入れ、
４時間混合し、分散させ、これに有機バインダー２gを
有機溶剤20gに溶解させたものを添加し、さらに粘度調
整剤５gを添加し、４時間混合して粘度150Pa・s程度のペ
ーストを作製した。
【００３０】(２)第１酸素イオンポンプ電極６ｂ、酸素
濃度検知電極（酸素基準電極ａ）７ａ用： 白金粉末1
9.8g、ＺｒＯ2粉末2.8g、金粉末0.2粉末、適量の有機溶
剤を、らいかい機（或いはポットミル）に入れ、４時間
混合し、分散させ、これに有機バインダー２gを有機溶
剤20gに溶解させたものを添加し、さらに粘度調整剤５g
を添加し、４時間混合して粘度150Pa・s程度のペースト
を作製した。
濃度検知電極（酸素基準電極ａ）７ａ用： 白金粉末1
9.8g、ＺｒＯ2粉末2.8g、金粉末0.2粉末、適量の有機溶
剤を、らいかい機（或いはポットミル）に入れ、４時間
混合し、分散させ、これに有機バインダー２gを有機溶
剤20gに溶解させたものを添加し、さらに粘度調整剤５g
を添加し、４時間混合して粘度150Pa・s程度のペースト
を作製した。
【００３１】(３)絶縁コート、保護コート用： アルミ
ナ粉末50gと適量の有機溶剤を、らいかい機（或いはポ
ットミル）に入れ、１２時間混合し、溶解させ、さらに
粘度調整剤20ｇを添加し、３時間混合して粘度100Pa・s
程度のペーストを作製した。
ナ粉末50gと適量の有機溶剤を、らいかい機（或いはポ
ットミル）に入れ、１２時間混合し、溶解させ、さらに
粘度調整剤20ｇを添加し、３時間混合して粘度100Pa・s
程度のペーストを作製した。
【００３２】(４)Pt入り多孔質用（リード線用）： ア
ルミナ粉末10g、白金粉末1.5g、有機バインダ2.5g、有
機溶剤20gを、らいかい機（或いはポットミル）に入
れ、４時間混合し、さらに粘度調整剤10gを添加し、４
時間混合して粘度100Pa・s程度のペーストを作製した。
ルミナ粉末10g、白金粉末1.5g、有機バインダ2.5g、有
機溶剤20gを、らいかい機（或いはポットミル）に入
れ、４時間混合し、さらに粘度調整剤10gを添加し、４
時間混合して粘度100Pa・s程度のペーストを作製した。
【００３３】(５)第１拡散孔１用： 平均粒径２μｍ程
度のアルミナ粉末10g、有機バインダ２g、有機溶剤20g
を、らいかい機（或いはポットミル）に入れ、混合し、
分散させ、さらに粘度調整剤10gを添加し、４時間混合
して粘度400Pa・s程度のペーストを作製した。
度のアルミナ粉末10g、有機バインダ２g、有機溶剤20g
を、らいかい機（或いはポットミル）に入れ、混合し、
分散させ、さらに粘度調整剤10gを添加し、４時間混合
して粘度400Pa・s程度のペーストを作製した。
【００３４】(６)カーボンコート用： カーボン粉末４
g、有機バインダ２g、有機溶剤40gを、らいかい機（或
いはポットミル）に入れ、混合し、分散させ、さらに粘
度調整剤５gを添加し、４時間混合してペーストを作製
した。なお、カーボンコートを印刷形成することによ
り、一例を挙げれば、電極間の電気的接触が防止され
る。また、カーボンコートは第１測定室及び第２測定室
を形成するために用いられる。カーボンは焼成途中で焼
失するので、カーボンコート層は焼成体には存在しな
い。
g、有機バインダ２g、有機溶剤40gを、らいかい機（或
いはポットミル）に入れ、混合し、分散させ、さらに粘
度調整剤５gを添加し、４時間混合してペーストを作製
した。なお、カーボンコートを印刷形成することによ
り、一例を挙げれば、電極間の電気的接触が防止され
る。また、カーボンコートは第１測定室及び第２測定室
を形成するために用いられる。カーボンは焼成途中で焼
失するので、カーボンコート層は焼成体には存在しな
い。
【００３５】第２拡散孔３用： 平均粒径２μｍ程度の
アルミナ粉末20g、有機バインダ８g、有機溶剤20gを、
らいかい機（或いはポットミル）に入れ、１時間混合
し、造粒し、金型プレスにて約２t/cm2圧を加え直径
１．３ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの円柱状のプレス成形体
（グリーン状態）を作製した。このグリーン状態のプレ
ス成形体を、２、３層目のＺｒＯ2グリーンシートの所
定箇所に挿入され、圧着して一体化した後、焼成するこ
とにより、ガスセンサ中に第２拡散孔を形成する。
アルミナ粉末20g、有機バインダ８g、有機溶剤20gを、
らいかい機（或いはポットミル）に入れ、１時間混合
し、造粒し、金型プレスにて約２t/cm2圧を加え直径
１．３ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの円柱状のプレス成形体
（グリーン状態）を作製した。このグリーン状態のプレ
ス成形体を、２、３層目のＺｒＯ2グリーンシートの所
定箇所に挿入され、圧着して一体化した後、焼成するこ
とにより、ガスセンサ中に第２拡散孔を形成する。
【００３６】［ＺｒＯ2積層方法］ ２、３層目圧着
後、第２拡散孔が貫通する部分（直径１．３ｍｍ）を打
ち抜く。打ち抜き後、第２拡散孔となるグリーン円柱状
成形体を埋め込み、１〜４層のＺｒＯ2グリーンシート
を加圧力：５kg/cm2、加圧時間：１分で圧着する。
後、第２拡散孔が貫通する部分（直径１．３ｍｍ）を打
ち抜く。打ち抜き後、第２拡散孔となるグリーン円柱状
成形体を埋め込み、１〜４層のＺｒＯ2グリーンシート
を加圧力：５kg/cm2、加圧時間：１分で圧着する。
【００３７】［脱バインダー及び焼成］ 圧着した成形
体を、400℃×２時間脱バインダーし、1500℃×１時間
焼成する。
体を、400℃×２時間脱バインダーし、1500℃×１時間
焼成する。
【００３８】上記製造例に従って下記の寸法の窒素酸化
物（ＮＯｘガス）センサを作成し、ＮＯｘガス濃度測定
試験を行った。測定に使用した窒素酸化物センサは、長
手方向の長さが５０ｍｍ、幅（短手方向）が４ｍｍ、厚
さ（積層方向）が１．３ｍｍである。第１酸素イオンポ
ンプセルの厚さは０．３ｍｍ、電極６ａ，６ｂの長手方
向の長さは７ｍｍ、短手方向の長さは２ｍｍ、第１測定
室の長手方向の長さは７ｍｍ、短手方向の長さは２ｍ
ｍ、高さ５０μｍ、第２測定室の長手方向長さが７ｍ
ｍ、短手方向の長さは２ｍｍ、高さ５０μｍ、第１拡散
孔の長手方向の長さは２ｍｍ、短手方向の長さ１ｍｍ、
厚さ５０μｍ、第２拡散孔の大きさは直径１ｍｍであ
る。
物（ＮＯｘガス）センサを作成し、ＮＯｘガス濃度測定
試験を行った。測定に使用した窒素酸化物センサは、長
手方向の長さが５０ｍｍ、幅（短手方向）が４ｍｍ、厚
さ（積層方向）が１．３ｍｍである。第１酸素イオンポ
ンプセルの厚さは０．３ｍｍ、電極６ａ，６ｂの長手方
向の長さは７ｍｍ、短手方向の長さは２ｍｍ、第１測定
室の長手方向の長さは７ｍｍ、短手方向の長さは２ｍ
ｍ、高さ５０μｍ、第２測定室の長手方向長さが７ｍ
ｍ、短手方向の長さは２ｍｍ、高さ５０μｍ、第１拡散
孔の長手方向の長さは２ｍｍ、短手方向の長さ１ｍｍ、
厚さ５０μｍ、第２拡散孔の大きさは直径１ｍｍであ
る。
【００３９】以上説明したような窒素酸化物センサを用
いて、下記の補正方法により窒素酸化物濃度を求めた。
なお、共通の測定条件は下記の通りである。測定ガス温
度は３００℃、ガス成分はＮＯ（０〜1500ｐｐｍ）、Ｏ
2（０〜16％）、ＣＯ210％、残部Ｎ2とし、ヒータ電力
１８〜２５Ｗ（20Ｗで検出器温度800℃相当）となるよ
うにした。
いて、下記の補正方法により窒素酸化物濃度を求めた。
なお、共通の測定条件は下記の通りである。測定ガス温
度は３００℃、ガス成分はＮＯ（０〜1500ｐｐｍ）、Ｏ
2（０〜16％）、ＣＯ210％、残部Ｎ2とし、ヒータ電力
１８〜２５Ｗ（20Ｗで検出器温度800℃相当）となるよ
うにした。
【００４０】まず、予備的に、種々の酸素濃度におい
て、窒素酸化物濃度を実質的にゼロ、及び所定濃度（15
00ｐｐｍ）としたときの第２酸素ポンプ電流をそれぞれ
測定し、所定酸素濃度（各酸素濃度）におけるゲイン
（＝窒素酸化物濃度の変化量／第２酸素ポンプ電流の変
化量）を最小二乗法によりそれぞれ求めた。表１及び図
７にこれらの結果を示す。図７を参照して、酸素濃度が
増大するほどゲインが下降しており、正確な窒素酸化物
濃度を求めるためには、酸素濃度によるゲインの補正が
必要なことが理解される。以下、表１に示した各酸素濃
度におけるゲインの値を用いて、任意の酸素濃度を代入
することにより適切なゲインが算出される計算式の係数
を求める方法について説明する。
て、窒素酸化物濃度を実質的にゼロ、及び所定濃度（15
00ｐｐｍ）としたときの第２酸素ポンプ電流をそれぞれ
測定し、所定酸素濃度（各酸素濃度）におけるゲイン
（＝窒素酸化物濃度の変化量／第２酸素ポンプ電流の変
化量）を最小二乗法によりそれぞれ求めた。表１及び図
７にこれらの結果を示す。図７を参照して、酸素濃度が
増大するほどゲインが下降しており、正確な窒素酸化物
濃度を求めるためには、酸素濃度によるゲインの補正が
必要なことが理解される。以下、表１に示した各酸素濃
度におけるゲインの値を用いて、任意の酸素濃度を代入
することにより適切なゲインが算出される計算式の係数
を求める方法について説明する。
【００４１】
【表１】
【００４２】次に、本発明の一実施例として、第２酸素
ポンプ電流に基づいて得られる窒素酸化物濃度の補正方
法１〜６（実施例１〜６）を説明する。
ポンプ電流に基づいて得られる窒素酸化物濃度の補正方
法１〜６（実施例１〜６）を説明する。
【００４３】［実施例１：補正方法１］被検ガス中の酸
素濃度を０、１、７、１６％とし、投入ＮＯ濃度を０、
約500、約1000、約1500ｐｐｍとし、これらの条件の組
み合わせについて、第２酸素ポンプ電流をそれぞれ測定
した。さらに、ゲイン（Ｇａｉｎ）と酸素濃度の関係が
下式（１）の通り、最小二乗法の一次式（後述の(４)式
において、ｎ＝１の場合）で表されるとし、
素濃度を０、１、７、１６％とし、投入ＮＯ濃度を０、
約500、約1000、約1500ｐｐｍとし、これらの条件の組
み合わせについて、第２酸素ポンプ電流をそれぞれ測定
した。さらに、ゲイン（Ｇａｉｎ）と酸素濃度の関係が
下式（１）の通り、最小二乗法の一次式（後述の(４)式
において、ｎ＝１の場合）で表されるとし、
【００４４】
【化１】
【００４５】上式（１）に表１に示した所定酸素濃度に
おけるゲインの値を代入し、最小二乗法を用いて、上記
係数（ＧＡＩＮ0、ＧＡＩＮc）を定めた。そして、(１)
式に任意の酸素濃度を代入して求められるＧａｉｎの
値、及び下記の表２に示すΔＩｐ２の値を、それぞれ下
式（２）に代入し、窒素酸化物濃度を求めた。
おけるゲインの値を代入し、最小二乗法を用いて、上記
係数（ＧＡＩＮ0、ＧＡＩＮc）を定めた。そして、(１)
式に任意の酸素濃度を代入して求められるＧａｉｎの
値、及び下記の表２に示すΔＩｐ２の値を、それぞれ下
式（２）に代入し、窒素酸化物濃度を求めた。
【００４６】
【化２】
【００４７】また、比較例として、ゲインを酸素濃度が
０、１、７、１６％のときのゲインを平均して、その平
均値を(2)式のＧａｉｎ（係数）として用い、窒素酸化
物濃度を求めた。表２に、以上の測定値、計算値、及び
窒素酸化物濃度の真値（投入ＮＯ濃度（Ａ））と計算値
（Ｂ）との差、並びに比較例の結果を示す。
０、１、７、１６％のときのゲインを平均して、その平
均値を(2)式のＧａｉｎ（係数）として用い、窒素酸化
物濃度を求めた。表２に、以上の測定値、計算値、及び
窒素酸化物濃度の真値（投入ＮＯ濃度（Ａ））と計算値
（Ｂ）との差、並びに比較例の結果を示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】表２より、本補正方法１の方がより正確に
濃度を測定できることがわかる（特に酸素希薄領域）。
濃度を測定できることがわかる（特に酸素希薄領域）。
【００５０】［実施例２：補正方法２］ゲイン（Ｇａｉ
ｎ）と酸素濃度の関係が下式（４）の最小二乗法の多項
式で表されるとし、
ｎ）と酸素濃度の関係が下式（４）の最小二乗法の多項
式で表されるとし、
【００５１】
【化３】
【００５２】上式（４）においてｉ＝２として、表１に
示した所定酸素濃度におけるゲインの値を代入し、最小
二乗法を用いて、上記係数（ＧＡＩＮｉ：i=0〜2）を定
めた。以下は、補正方法１と同様に窒素酸化物濃度を求
めた。表３に、以上の測定値、計算値、及び窒素酸化物
濃度の真値（投入ＮＯ濃度（Ａ））と計算値（Ｂ）との
差、並びに比較例（表２に示したものと同じ）の結果を
示す。表３より、本補正方法２で窒素酸化物濃度を求め
る方がより正確に濃度を測定できることがわかる。
示した所定酸素濃度におけるゲインの値を代入し、最小
二乗法を用いて、上記係数（ＧＡＩＮｉ：i=0〜2）を定
めた。以下は、補正方法１と同様に窒素酸化物濃度を求
めた。表３に、以上の測定値、計算値、及び窒素酸化物
濃度の真値（投入ＮＯ濃度（Ａ））と計算値（Ｂ）との
差、並びに比較例（表２に示したものと同じ）の結果を
示す。表３より、本補正方法２で窒素酸化物濃度を求め
る方がより正確に濃度を測定できることがわかる。
【００５３】
【表３】
【００５４】［実施例３：補正方法３］酸素分圧を１０
-3、０．０１、０．０７、０．１６とし、投入ＮＯ濃度
を０、約５００、約１０００、約１５００ｐｐｍとし、
これらの条件の組み合わせについて、第２酸素ポンプ電
流をそれぞれ測定した。なお、酸素分圧は前記補正方法
１及び２の濃度表記を分圧表記に代えたものであり、投
入ＮＯ濃度、第２酸素ポンプ電流などの測定値、及び比
較例は前記補正方法１及び２に記載のものと共通であ
る。ゲイン（Ｇａｉｎ）と酸素分圧の対数の関係が下式
（５）の通り、多項式で表される。
-3、０．０１、０．０７、０．１６とし、投入ＮＯ濃度
を０、約５００、約１０００、約１５００ｐｐｍとし、
これらの条件の組み合わせについて、第２酸素ポンプ電
流をそれぞれ測定した。なお、酸素分圧は前記補正方法
１及び２の濃度表記を分圧表記に代えたものであり、投
入ＮＯ濃度、第２酸素ポンプ電流などの測定値、及び比
較例は前記補正方法１及び２に記載のものと共通であ
る。ゲイン（Ｇａｉｎ）と酸素分圧の対数の関係が下式
（５）の通り、多項式で表される。
【００５５】
【化４】
【００５６】以下、百分率表記（％）が分圧表記になっ
た以外は、補正方法１と同様の方法により、窒素酸化物
濃度を式（２）より求めた。表４に、以上の測定値、計
算値、及び窒素酸化物濃度の真値（投入ＮＯ濃度
（Ａ））と計算値（Ｂ）との差、並びに比較例の結果を
示す。表４より、本補正方法３で窒素酸化物濃度を求め
る方がより正確に濃度を測定できることがわかる。
た以外は、補正方法１と同様の方法により、窒素酸化物
濃度を式（２）より求めた。表４に、以上の測定値、計
算値、及び窒素酸化物濃度の真値（投入ＮＯ濃度
（Ａ））と計算値（Ｂ）との差、並びに比較例の結果を
示す。表４より、本補正方法３で窒素酸化物濃度を求め
る方がより正確に濃度を測定できることがわかる。
【００５７】
【表４】
【００５８】［実施例４：補正方法４］次に、表１に示
した各酸素濃度に対するゲインを求める方法と同様の方
法で、多くの酸素濃度において、所定酸素濃度に対応す
るゲインを求めた。表５にこの結果を示す。
した各酸素濃度に対するゲインを求める方法と同様の方
法で、多くの酸素濃度において、所定酸素濃度に対応す
るゲインを求めた。表５にこの結果を示す。
【００５９】
【表５】
【００６０】そして、補正方法１と異なり、表５に示し
た所定酸素濃度（各酸素濃度）におけるゲイン（Ｇａｉ
ｎ）の値を前述の（２）式に直接代入し、窒素酸化物濃
度を求めた。すなわち、任意の酸素濃度に対応するゲイ
ンの値（表５）の値を記憶し、被検ガス中の酸素濃度に
応じてゲインの値を読み出し、読み出されたゲインの値
とΔＩｐ２の値の積より窒素酸化物濃度を算出した。ま
た、比較例は表２に記載したものと同一である。表６
に、以上の測定値、計算値、及び窒素酸化物濃度の真値
（投入ＮＯ濃度（Ａ））と計算値（Ｂ）との差、並びに
比較例の結果を示す。表６より、本補正方法４に従い窒
素酸化物濃度を求める方法がより正確に濃度を測定でき
ることがわかる。
た所定酸素濃度（各酸素濃度）におけるゲイン（Ｇａｉ
ｎ）の値を前述の（２）式に直接代入し、窒素酸化物濃
度を求めた。すなわち、任意の酸素濃度に対応するゲイ
ンの値（表５）の値を記憶し、被検ガス中の酸素濃度に
応じてゲインの値を読み出し、読み出されたゲインの値
とΔＩｐ２の値の積より窒素酸化物濃度を算出した。ま
た、比較例は表２に記載したものと同一である。表６
に、以上の測定値、計算値、及び窒素酸化物濃度の真値
（投入ＮＯ濃度（Ａ））と計算値（Ｂ）との差、並びに
比較例の結果を示す。表６より、本補正方法４に従い窒
素酸化物濃度を求める方法がより正確に濃度を測定でき
ることがわかる。
【００６１】
【表６】
【００６２】［実施例５］被検ガス中の酸素濃度は、第
１酸素イオンポンプセルに流れる電流（第１酸素ポンプ
電流）を測定することにより求めることができる。そこ
で、所定濃度の酸素及びＮＯを投入し、酸素濃度がゼロ
のときに流れる第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１をそれぞれ測
定した。被検ガス中の酸素濃度と第１酸素ポンプ電流に
は次式（６）の比例関係がある。
１酸素イオンポンプセルに流れる電流（第１酸素ポンプ
電流）を測定することにより求めることができる。そこ
で、所定濃度の酸素及びＮＯを投入し、酸素濃度がゼロ
のときに流れる第１酸素ポンプ電流Ｉｐ１をそれぞれ測
定した。被検ガス中の酸素濃度と第１酸素ポンプ電流に
は次式（６）の比例関係がある。
【００６３】
【化５】
【００６４】表７に、上式(６)式を用いて、酸素濃度を
求めた結果を示す。表７より、本方法によって、誤差
０．２％程度に酸素濃度を正確に求めることができる。
すなわち、被検ガス中の酸素濃度が未知であっても、第
１酸素ポンプ電流から酸素濃度が正確に求められ、被検
ガス中の酸素濃度に応じた、窒素酸化物濃度測定のゲイ
ン及びオフセットが正確に定まり、窒素酸化物濃度を正
確に求めることができる。また、このことは、本センサ
が、窒素酸化物濃度と酸素濃度を同時に測定することが
できることも示している。加えて、この測定値を用いて
空燃比も求めることができる。
求めた結果を示す。表７より、本方法によって、誤差
０．２％程度に酸素濃度を正確に求めることができる。
すなわち、被検ガス中の酸素濃度が未知であっても、第
１酸素ポンプ電流から酸素濃度が正確に求められ、被検
ガス中の酸素濃度に応じた、窒素酸化物濃度測定のゲイ
ン及びオフセットが正確に定まり、窒素酸化物濃度を正
確に求めることができる。また、このことは、本センサ
が、窒素酸化物濃度と酸素濃度を同時に測定することが
できることも示している。加えて、この測定値を用いて
空燃比も求めることができる。
【００６５】
【表７】
【００６６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被検ガス中の酸素濃度が変化しても、窒素酸化物濃度を
より正確に、簡便な方法で求めることができる。また、
酸素濃度検知電極の出力は、被検ガス中の酸素濃度と所
定の関係を有するから、一つの窒素酸化物濃度センサに
よって、酸素濃度及び窒素酸化物濃度も測定できること
となり、被検ガス中の酸素濃度に基づく窒素酸化物濃度
の補正を一つの検出器を用いて行うことができる。従っ
て、本発明に係る窒素酸化物濃度測定装置を内燃機関の
排気系に適用し、窒素酸化物濃度と共に空燃比を求める
ことができ、一つの計器で多機能が実現される。また、
窒素酸化物濃度を求めるための、酸素濃度依存性を有す
る第２酸素ポンプ電流の係数は、好ましくは最小二乗法
を用いて容易に算出することができ、予めこの係数と酸
素濃度を関連付けたテーブルを作成しておくことによ
り、リアルタイムで正確な窒素酸化物濃度を得ることが
でき、この方法を内燃機関の窒素酸化物検出システムに
適用すれば、酸素濃度及び窒素酸化物濃度の変化に応じ
た、即応性の高い燃焼制御システムを構築することが可
能とされる。
被検ガス中の酸素濃度が変化しても、窒素酸化物濃度を
より正確に、簡便な方法で求めることができる。また、
酸素濃度検知電極の出力は、被検ガス中の酸素濃度と所
定の関係を有するから、一つの窒素酸化物濃度センサに
よって、酸素濃度及び窒素酸化物濃度も測定できること
となり、被検ガス中の酸素濃度に基づく窒素酸化物濃度
の補正を一つの検出器を用いて行うことができる。従っ
て、本発明に係る窒素酸化物濃度測定装置を内燃機関の
排気系に適用し、窒素酸化物濃度と共に空燃比を求める
ことができ、一つの計器で多機能が実現される。また、
窒素酸化物濃度を求めるための、酸素濃度依存性を有す
る第２酸素ポンプ電流の係数は、好ましくは最小二乗法
を用いて容易に算出することができ、予めこの係数と酸
素濃度を関連付けたテーブルを作成しておくことによ
り、リアルタイムで正確な窒素酸化物濃度を得ることが
でき、この方法を内燃機関の窒素酸化物検出システムに
適用すれば、酸素濃度及び窒素酸化物濃度の変化に応じ
た、即応性の高い燃焼制御システムを構築することが可
能とされる。
【図１】本発明の一実施形態に係る窒素酸化物濃度の補
正方法が適用される窒素酸化物センサの構造の概略を示
す説明図である。
正方法が適用される窒素酸化物センサの構造の概略を示
す説明図である。
【図２】図１に示すようなセンサによる窒素酸化物濃度
検出原理を説明するためのフローチャートである。
検出原理を説明するためのフローチャートである。
【図３】酸素濃度によりゲインが変化する原因を説明す
るための概念図であって、被検ガス中の酸素濃度によ
り、第１測定室と第２測定室でガス濃度割合が変化する
ことを示す図であり、（Ａ）は被検ガス中の酸素濃度が
０％の場合の各室のガス成分比、（Ｂ）は０％以上の場
合の各室のガス成分比を示す。
るための概念図であって、被検ガス中の酸素濃度によ
り、第１測定室と第２測定室でガス濃度割合が変化する
ことを示す図であり、（Ａ）は被検ガス中の酸素濃度が
０％の場合の各室のガス成分比、（Ｂ）は０％以上の場
合の各室のガス成分比を示す。
【図４】本発明の一実施形態に係る窒素酸化物濃度測定
方法、並びに、酸素濃度及び空燃比測定方法を説明する
ためのフローチャートである。
方法、並びに、酸素濃度及び空燃比測定方法を説明する
ためのフローチャートである。
【図５】本発明の一実施例において、窒素酸化物濃度測
定に用いた窒素酸化物センサの構造を説明するための、
センサを長手方向に切断した断面を示す斜視図である。
定に用いた窒素酸化物センサの構造を説明するための、
センサを長手方向に切断した断面を示す斜視図である。
【図６】図５に示したような窒素酸化物濃度センサの製
造方法及びレイアウトを説明するための図である。
造方法及びレイアウトを説明するための図である。
【図７】窒素酸化物濃度のゲインが被検ガス中の酸素濃
度に依存することを説明するための図である。
度に依存することを説明するための図である。
１：第１拡散孔 ２：第１測定室 ３：第２拡散孔 ４：第２測定室 ６：第１酸素イオンポンプセル ６ａ，６ｂ：電極 ７：酸素濃度測定セル ７ａ，７ｂ：酸素濃度検知電極，酸素濃度基準電極 ８：第２酸素イオンポンプセル ８ａ，８ｂ：電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大島 崇文 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 灘浪 紀彦 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内 (72)発明者 大塚 孝喜 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内
Claims (16)
- 【請求項１】第１拡散抵抗を介して被検ガスが導入され
る第１測定室と、 前記第１測定室内における被検ガス中の酸素濃度を測定
するための酸素濃度検知電極と、 前記酸素濃度検知電極の電位に基づき、前記第１測定室
外及び／又は内へ酸素を十分に汲み出す及び／又は汲み
込む第１酸素イオンポンプセルと、 前記第１測定室から第２拡散抵抗を介してガスが導入さ
れる第２測定室と、 一対の電極を備え、該一対の電極に電圧が印加されて前
記第２測定室中の窒素酸化物を分解し、解離した酸素が
移動することにより窒素酸化物濃度に応じた電流（以下
「第２酸素ポンプ電流」という）が流れる第２酸素イオ
ンポンプセルと、 被検ガス中の酸素濃度に応じて、前記第２酸素ポンプ電
流に基づいて得られる窒素酸化物濃度を補正する演算手
段と、 を有することを特徴とする窒素酸化物濃度測定装置。 - 【請求項２】窒素酸化物濃度の変化量は前記第２酸素ポ
ンプ電流の変化量の関数であり、 さらに、被検ガス中の酸素濃度に応じて、前記関数にお
ける前記第２酸素ポンプ電流の変化量の係数（以下これ
を「ゲイン」という）を選択するゲイン選択手段を有
し、 前記演算手段は、前記選択されたゲインを用いて窒素酸
化物濃度を求めることを特徴とする請求項１記載の窒素
酸化物濃度測定装置。 - 【請求項３】前記ゲインは被検ガス中の酸素濃度の関数
であり、予め、既知の酸素濃度及び窒素酸化物濃度を有
する被検ガスを投入して前記第２酸素ポンプ電流を測定
し、前記窒素酸化物濃度及び前記第２酸素ポンプ電流の
値を用いて、所定の酸素濃度における、窒素酸化物濃度
の変化量に対する前記第２酸素ポンプ電流の変化量（以
下これを「所定酸素濃度におけるゲイン」という）を求
め、 さらに、前記所定酸素濃度におけるゲインの値を用い
て、前記ゲインと被検ガス中の酸素濃度の関数における
該酸素濃度の係数を定めておくことを特徴とする請求項
２記載の窒素酸化物濃度測定装置。 - 【請求項４】前記ゲインは被検ガス中の酸素濃度の関数
として表され、予め、既知の酸素濃度及び窒素酸化物濃
度を有する被検ガスを投入して前記第２酸素ポンプ電流
を測定し、前記窒素酸化物濃度及び前記第２酸素ポンプ
電流の値を用いて、所定の酸素濃度における、窒素酸化
物濃度の変化量に対する前記第２酸素ポンプ電流の変化
量（以下これを「所定酸素濃度におけるゲイン」とい
う）を求めておき、 前記ゲイン選択手段は、前記ゲインとして、被検ガス中
の酸素濃度に応じて前記所定酸素濃度におけるゲインを
選択することを特徴とする請求項２記載の窒素酸化物濃
度測定装置。 - 【請求項５】前記ゲインは、被検ガス中の酸素分圧の対
数の関係式として表されることを特徴とする請求項３又
は４記載の窒素酸化物濃度測定装置。 - 【請求項６】予め、被検ガス中の酸素濃度を変えて、窒
素酸化物の濃度を実質的にゼロ及び所定濃度としたとき
の前記第２酸素ポンプ電流をそれぞれ測定し、前記所定
酸素濃度におけるゲイン、及び所定酸素濃度において窒
素酸化物の濃度を実質的にゼロとした際の前記第２酸素
ポンプ電流（これを「所定酸素濃度におけるオフセッ
ト」という）を測定しておき、被検ガス中の酸素濃度に
対応する前記ゲイン及び前記オフセットと、前記第２酸
素ポンプ電流に基づき、窒素酸化物濃度を求めることを
特徴とする請求項２〜５のいずれか一に記載の窒素酸化
物濃度測定装置。 - 【請求項７】前記演算手段は、前記被検ガス中の酸素濃
度に応じて変化する前記酸素濃度検知電極の出力に基づ
いて、前記第２酸素ポンプ電流に基づいて得られる窒素
酸化物濃度を補正することを特徴とする請求項１〜６の
いずれか一に記載の窒素酸化物濃度の測定装置。 - 【請求項８】第１拡散抵抗を介して被検ガスが導入され
る第１測定室と、 前記第１測定室内における被検ガス中の酸素濃度を測定
するための酸素濃度検知電極と、 前記酸素濃度検知電極の電位に基づき、前記第１測定室
外及び／又は内へ酸素を十分に汲み出す及び／又は汲み
込む第１酸素イオンポンプセルと、 前記第１測定室から第２拡散抵抗を介してガスが導入さ
れる第２測定室と、 前記第２測定室の内部と外部に設けられた一対の電極を
備え、該一対の電極に電圧が印加されて該第２測定室中
の窒素酸化物を分解し、解離した酸素が移動することに
より窒素酸化物濃度に応じた電流（以下「第２酸素ポン
プ電流」という）が流れる第２酸素イオンポンプセル
と、を備えた窒素酸化物濃度検出器と、 窒素酸化物濃度の変化量は前記第２酸素ポンプ電流の変
化量の関数であり、前記酸素濃度検知電極の出力に応じ
て、前記関数における前記第２酸素ポンプ電流の変化量
の係数（以下これを「ゲイン」という）を選択するゲイ
ン選択手段と、 少なくとも、前記第２酸素ポンプ電流と前記ゲイン選択
手段により選択されたゲインに基づいて、窒素酸化物濃
度を算出する演算手段と、 を有することを特徴とする窒素酸化物濃度測定装置。 - 【請求項９】第１拡散抵抗を介して被検ガスが導入され
る第１測定室と、 前記第１測定室内における被検ガス中の酸素濃度を測定
するための酸素濃度検知電極と、 前記酸素濃度検知電極の電位に基づき、前記第１測定室
から該測定室外へ、被検ガス中の酸素を窒素酸化物が分
解しない程度に十分に汲み出す第１酸素イオンポンプセ
ルと、 前記第１測定室から第２拡散抵抗を介してガスが導入さ
れる第２測定室と、 一対の電極を備え、該一対の電極に電圧が印加されて前
記第２測定室中の窒素酸化物を分解し、解離した酸素を
汲み出すことにより窒素酸化物濃度に応じた電流（以下
「第２酸素ポンプ電流」という）が流れる第２酸素イオ
ンポンプセルと、を有する窒素酸化物濃度検出器を用い
た窒素酸化物濃度の測定方法において、 被検ガス中の酸素濃度に応じて、前記第２酸素ポンプ電
流に基づいて得られる窒素酸化物濃度を補正することを
特徴とする窒素酸化物濃度の測定方法。 - 【請求項１０】窒素酸化物濃度の変化量は前記第２酸素
ポンプ電流の変化量の関数であり、被検ガス中の酸素濃
度に応じて、前記関数における前記第２酸素ポンプ電流
の変化量の係数（以下これを「ゲイン」という）を可変
して、窒素酸化物濃度を求めることを特徴とする請求項
９記載の窒素酸化物濃度の測定方法。 - 【請求項１１】前記ゲインは被検ガス中の酸素濃度の関
数であり、予め、既知の酸素濃度及び窒素酸化物濃度を
有する被検ガスを前記検出器に投入して前記第２酸素ポ
ンプ電流を測定し、前記窒素酸化物濃度及び前記第２酸
素ポンプ電流の値を用いて、最小二乗法により、所定の
酸素濃度における、窒素酸化物濃度の変化量に対する前
記第２酸素ポンプ電流の変化量（以下これを「所定酸素
濃度におけるゲイン」という）を求め、さらに、前記所
定酸素濃度におけるゲインの値を用いて、前記ゲインと
被検ガス中の酸素濃度の関数における該酸素濃度の係数
を定めておくことを特徴とする請求項１０記載の窒素酸
化物濃度の測定方法。 - 【請求項１２】前記ゲインは被検ガス中の酸素濃度の関
数として表され、予め、既知の酸素濃度及び窒素酸化物
濃度を有する被検ガスを投入して前記第２酸素ポンプ電
流を測定し、前記窒素酸化物濃度及び前記第２酸素ポン
プ電流の値を用いて、所定の酸素濃度における、窒素酸
化物濃度の変化量に対する前記第２酸素ポンプ電流の変
化量（以下これを「所定酸素濃度におけるゲイン」とい
う）を求めておき、前記ゲインとして、被検ガス中の酸
素濃度に応じて前記所定酸素濃度におけるゲインを選択
して用いることを特徴とする請求項１０記載の窒素酸化
物濃度の測定方法。 - 【請求項１３】前記ゲインは、被検ガス中の酸素分圧の
対数の関係式として表されることを特徴とする請求項１
１又は１２記載の窒素酸化物濃度の測定方法。 - 【請求項１４】予め、被検ガス中の酸素濃度を変えて、
窒素酸化物の濃度を実質的にゼロ及び所定濃度としたと
きの前記第２酸素ポンプ電流をそれぞれ測定し、前記所
定酸素濃度におけるゲイン、及び所定酸素濃度において
窒素酸化物の濃度を実質的にゼロとした際の前記第２酸
素ポンプ電流（これを「所定酸素濃度におけるオフセッ
ト」という）を測定しておき、被検ガス中の酸素濃度に
対応する前記ゲイン及び前記オフセットと、前記第２酸
素ポンプ電流とから、窒素酸化物濃度を求めることを特
徴とする請求項１０〜１３のいずれか一に記載の窒素酸
化物濃度の測定方法。 - 【請求項１５】前記被検ガス中の酸素濃度に応じて変化
する前記酸素濃度検知電極の出力に基づいて、前記第２
酸素ポンプ電流に基づいて得られる窒素酸化物濃度を補
正することを特徴とする請求項９〜１４のいずれか一に
記載の窒素酸化物濃度の測定方法。 - 【請求項１６】第１拡散抵抗を介して被検ガスが導入さ
れる第１測定室と、 前記第１測定室内における被検ガス中の酸素濃度を測定
するための酸素濃度検知電極と、 前記酸素濃度検知電極の電位に基づき、前記第１測定室
から該測定室外へ、被検ガス中の酸素を窒素酸化物が分
解しない程度に十分に汲み出す第１酸素イオンポンプセ
ルと、 前記第１測定室から第２拡散抵抗を介してガスが導入さ
れる第２測定室と、 前記第２測定室の内部と外部に設けられた一対の電極を
備え、該一対の電極に電圧が印加されて該第２測定室中
の窒素酸化物を分解し、解離した酸素を汲み出すことに
より窒素酸化物濃度に応じた電流（以下「第２酸素ポン
プ電流」という）が流れる第２酸素イオンポンプセル
と、を備えた窒素酸化物濃度検出器と、 窒素酸化物濃度の変化量は前記第２酸素ポンプ電流の変
化量の関数であり、前記酸素濃度検知電極の出力に応じ
て、前記関数における前記第２酸素ポンプ電流の変化量
の係数（以下これを「ゲイン」という）を選択するゲイ
ン選択手段と、 少なくとも、前記第２酸素ポンプ電流と前記ゲイン選択
手段により選択されたゲインに基づいて、窒素酸化物濃
度を算出する演算手段と、 を有することを特徴とする窒素酸化物濃度測定装置。
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| JP13035497 | 1997-05-02 | ||
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- 1998-05-01 JP JP13772498A patent/JP3621827B2/ja not_active Expired - Fee Related
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