JPS58162856A - 酸素濃度検出方法 - Google Patents

酸素濃度検出方法

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JPS58162856A
JPS58162856A JP57045902A JP4590282A JPS58162856A JP S58162856 A JPS58162856 A JP S58162856A JP 57045902 A JP57045902 A JP 57045902A JP 4590282 A JP4590282 A JP 4590282A JP S58162856 A JPS58162856 A JP S58162856A
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current
applied voltage
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桜井 茂徳
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加茂 尚
Shiro Kimura
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
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    • G01N27/4065Circuit arrangements specially adapted therefor

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、被測定ガス中の酸素濃度を精度良く検出する
方法に関するものである。
従来より、被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度
検出器として、限界電流ms素七ンサが知られている。
この限界電流型酸素センサは、酸素イオン透過性固体電
解質で素子本体を形成し、この素子本体の両面に極板を
設け、一方の極板(陰極)を他方の極板(陽極)より厚
くなるように多孔性セラ叱ツク層で被覆した素子を有す
るものである。
上記構成の酸素センサを、その素子部が被測定ガスに接
するように所定位蓋に取付け、素子の両極板に電圧を印
加すると、被測定ガス中の酸素濃度に応じて、素子に限
界電流が流れるので、素子の出力電流を測定す4ことに
より、被測定ガス中の酸素濃度を検出することができる
従来から行なわれている酸素濃度検出方法を第1WJを
用いてさらに詳しく説明する。
第1図は酸素センサにおける印加電圧と出力電流の関係
を示すグラフで、図中1は、被測定ガス中の酸素濃度1
%、2は酸素濃度5襲、5は酸素濃度10襲のときのそ
れぞれの電圧−電流特性曲線を示す。
前記構成の限界電流型酸素センサの両極板に電圧を印加
すると、被測定ガス中の酸素が陰極でイオン化され、こ
の酸素イオンが陽極へ向かって透過する。センナ印加電
圧を上げるとこれに比例して出力電流が増加する(図中
、1!。
2a、3aはそれぞれ各酸素濃度における特性曲線の第
1の立上り部分を示す)。印加電圧がある一定値以上に
なると、素子の陰極は多孔性セラミックで被覆されてい
るため酸素イオン透過蓋が制限されて、印加電圧を増加
しても出力電流がほぼ一定となる、いわゆる限界電流を
発生する(図中、1b、2b、5bはそれぞれ各酸素濃
度における藉性曲線のフラット部を示す)。
この限界電流値は各酸素濃度に比例して興なり、また限
界電流値を発生する印加電圧の範囲も各酸素濃度により
異なる。印加電圧を所定範囲よりさらに増加すると、印
加電圧の増加に伴なって出力電流が増加しはじめ、特性
曲線1,2.3は第2の立上り部1c、2c、3Cを示
す。このような特性曲線を有する限界電流型酸素センサ
に、ある一定電圧(図中、垂直直@Bで示す)を印加す
ると、各酸素濃度の特性曲線1,2.3  と垂[1i
[!iBとの交点における電流値が素子から出力される
。出力された電流値を各酸素濃度ごとに読み取り、出力
電流と酸素濃度との関係を求め、これに基づいて被測定
ガス中の酸素濃度を検出していた。ところが、この従来
方法では、素子に印加する電圧を一定値にしたので、酸
素濃度に対応する正確な限界電流値を出力することがで
きない場合がある。
例えば、印加電圧を垂直直線Bで示すように一定値x1
に設定すると、特性−@2.3の場合には、印加電圧x
1が前記各特性曲線のフラット部2b、5b′tt形成
する電圧の所定範囲内であるため、各酸素濃度における
正確な限界電流値Y* e 7mを出力することができ
る。しかし、特性曲線1 (酸素濃度1%)の場合には
、垂直直線Bは特性−111のフラット部1bではなく
第2の立上り部1Cと交差するため、酸素濃度1%のと
きのセンサ出力電流値74’は、限界電流値y。
より高くなる。
印加電圧を第1図の垂直直線Bのようにしたときのセン
サ出力電流とこれに対応する酸素濃度との関係を第2W
J中一点鎖l1lIB′で示す。センサ電流はこのB′
を用いて酸素濃度に変換されるが、この出力電流−酸素
濃度変換線B′の酸素低濃度領域での直線性が損なわれ
ていることがわかる。また、酸素濃度10%以上の高濃
度領域では、第1図に図示していないが、特性曲線のフ
ラット部かさらに図中右側上方へずれるため、印加電圧
x1で出力される電流値が限界電流値より低くなり、高
濃度領域における出力電流−酸素濃度10襲B′の直線
性が損なわれる。このように、印加電圧を一定にすると
、酸素濃度に対応する限界電流値を出力することのでき
る酸素濃度範囲が限定され、被測定ガス中の際素濃度が
広(範囲にわたって変動する場合に、これを正確に検出
することができない。
また、各酸素センサ素子の特性ばらつきにより特性曲線
のフラット部を形成する電圧の所定範囲が興なることが
あり、印加電圧を一定にすると、このようなばらつきに
十分対処することができないという問題もある。
本発明は、上述の印加電圧を一定にした酸素濃度検出方
法の有する欠点を解消するためのもので、印加電圧を変
動させることにより素子出力電流−酸素濃度変換線の直
線性を確保し、正確な酸素濃度を広い範囲にわたって検
出することのできる方法を提供するものである。
すなわち、本発明の酸素濃度検出方法は、第1図のグラ
フに示すような各酸素濃度における電圧−電流特性を有
する限界電流型酸素センサを用い、 前記各酸素濃度におけるセンサ素子部印加電圧が第1図
に示す特性曲線の7ラツト部を形成する所定範囲となる
ような、印加電圧と出力電流を変数とする傾斜直線を求
め、さらにこの傾斜直線と前記特性曲線とから出力電流
−酸素濃度変換直線を求めておき、 最初に、センサ素子部に所定電圧を印加して、該印加電
圧におけるセンサ素子部出力電流を測定し、褥られた出
力電流から前記傾斜直線を用いて前記印加電圧を補正し
、補正後の電圧を前記センサ素子部に印加し、該補正印
加電圧におけるセンサ素子部出力電流を測定し、該出力
電流値を前記変換直線を用いて酸素濃度に変換すること
からなる。
本発明における電圧−電流傾斜直線と出力電流−酸素濃
度変換直線について、次に説明する。
第1図中、Aは印加電圧Xと出力電流Yを変数とする傾
斜直線で、−次間数Y=mX−)n(式中、m)0.n
(Oのそれぞれ定数を表わす)で表わされる。この−次
間数は、印加電圧Xが、各酸素濃度における電圧−電流
特性曲線の7ラツト部1 b、 2b、 3btt形成
する電圧幅の範囲内とな2・ように決定される。また、
前記式中のmは、酸素センサ素子の電気抵抗等により適
宜設定することができるが、各特性−111,2,3の
立上り部1 a、 21.3aの傾斜度と1司−とする
のが好ましい。mを立上り部の傾斜度と同一にすると、
各特性曲線のフラット部が酸素濃度にしたがって徐々に
ずれても、傾斜直IIAがこのずれに対応して伸びるの
で、広い酸素濃度範囲にわたって印加電圧Xを所定範囲
内に保つことができる。
前記−次間数Y=mX十りで表わされる傾斜直線ムは、
あらかじめコントローラ(図示せず)内のメモリにイン
プットされ、必要に応じて使用される。
特性−ii1.2.5と傾斜直線人とにより、出力電流
−酸素濃度変換、il A’を求める。特性曲線1、2
.5と傾斜直線人との交点における出力電流値7t t
 h t Ym とこれに対応する酸素濃度X1゜s@
、zゎとをそれぞれ縦軸(出力電流)及び横軸(123
1111度)にプロットすることにより、前記変換直線
A′が求められる。この変換直線にの出力電流値Xは全
て限界電流値であるので、変換直線には酸素濃度の低い
側から高い側の広範囲にわたって直線性が確保される。
前記出力電流−酸素濃度変換直線には、あらかじめコン
トローラ(図示せず)内メモリにインプットされ、必要
に応じて使用される。
本発明方法は、前記各特性曲線1.2.5及び傾斜直線
人ならびに変換直# A/を用いて行なわれる。以下本
発明について、自動車排ガス中の酸素一度検出方法を例
に挙げて説明する。
限界電流型酸素センサを内燃機関の排気管に、センサ素
子部が排ガスと接触するようにして取付ける。このセン
サ素子部に所定電圧x1を印加する。この所定電圧x1
は、素子に通常印加される電圧toV近辺に設定される
。排ガス中の酸素濃度が1%(特性曲線1)のときには
、素子は電流yi′  を出力する。この出力電流値y
、′の信号を傾斜直線人がインプ7)されているメモリ
に伝達し、傾斜直@人における電流値Yx’に対応する
印加電圧xtを求める。素子に印加する電圧を前記Xl
からちへ補正する。補正印加電圧X!を素子に印加する
。このとき素子から出力される電流値y、に基づいて、
第2図に示す変換直線A′から、排ガス中の酸素濃度(
zl)を検出する。ここまでを測定の1サイクルとし、
これを毎秒10サイクル〜a1サイクル行ない、排ガス
中の酸素濃度を連続的に検出する。
また、排ガス中の酸素濃度が10%の場合には電圧x1
を印加すると電流y、が出力される。傾斜直!I人にお
ける電流y、の印加電圧はxlであるので、このときは
印加電圧を補正することなく、変換底!II A/から
酸素濃度2.。を検出する。
最初に素子に印加する電圧は特に限定されず、通常使用
される値、例えばα7〜ioVの範囲から適宜選択され
る。また、素子へ補正電圧を印加する場合には、通常行
なわれている例えばマイクロコンビニー夕、D/Aコン
バータ、出力増幅器等の構成からなる回路により行なう
ことが可能である。
上述したように、本発明方法によれば、素子印加電圧を
常に酸素濃度に対応した限界電流を出力することのでき
る電圧に制御することができるので、センサ素子部から
の出力電流に基づいて正確な酸素濃度を検出することか
できる。
また、前記電圧−電流傾斜直線は、素子の限界電流特性
にばらつきがある場合でもデータ解析によりこのばらつ
きに対処できるように設定することができるので、前記
傾斜直線に対応する出力!流−酸素濃度変換線の直線性
を確保することができる。
本発明方法は、前述の自動車排ガス中の酸素濃度を検出
するだけでなく、ポイッ、炉等の固定燃焼設備における
排ガス中の酸素濃度検出にも十分適用可能である。
【図面の簡単な説明】 第1図は限界電流1[酸素センサにおける電圧−電流特
性曲線及び電圧−電流傾斜直線を示すグラフ、 第2図は酸素濃度と素子出力電流との関係を示すグラフ
である。 図中、 1、2.5・・・各酸素濃度における電圧−電流特性曲
線、A・・・電圧−電流傾斜直線、A′・・・出力電流
−酸素濃度変換、@轍

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被測定ガスに接触するセンサ素子部に電圧を印加
    して被測定ガス中の酸素濃度に対応する電流を出力する
    ものであって、該センサ素子部印加電圧とセンサ素子部
    出力電流との関係を表わす電圧−電流特性曲線が、前記
    印加電圧が所定範囲以下のときは印加電圧の増加にとも
    なって出力電流が増加する第1の立上り部と、前記印加
    電圧が前記所定範囲にあっては印加電圧が増加しても出
    力電流がほぼ一定となる限界電流値を示すフラット部と
    、前記印加電圧が前記所定範囲以上のときは印加電圧の
    増加にともなって出力電流が増加する第2の立上り部と
    からなり、前記特性曲線の前記フラット部を形成する所
    定範囲の印加電圧値と限界電流値が被測定ガス中の各酸
    素濃度に対応してそれぞれ員なる限界電流m膳素七ンサ
    を用い、 前記各酸素濃度におけるセンサ素子部印加電圧が前記所
    定範囲となるような、印加電圧と出力電流を変数とする
    傾斜直線を求め、前記特性曲線と前記傾斜直線とから出
    力電流−酸素濃度変換直線を求め、 最初にセンサ素子部に所定電圧を印加して該印加電圧に
    おけるセンサ素子部出力電流を測定し、得られた前記出
    力電流から前記傾斜直線を用いて前記印加′電圧を補正
    し、補正後の電圧を前記センサ素子部に印加し、該補正
    印加電圧におけるセンサ素子部出力電流を測定し、該出
    力電流値から前記出力電流−酸素濃度変換直線を用いて
    l!素濃度を求めることからなる被測定ガス中の酸素濃
    度検出方法。
JP57045902A 1982-03-23 1982-03-23 酸素濃度検出方法 Granted JPS58162856A (ja)

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JP57045902A JPS58162856A (ja) 1982-03-23 1982-03-23 酸素濃度検出方法
US06/477,845 US4553424A (en) 1982-03-23 1983-03-22 Method for detecting an oxygen concentration and a method for controlling an air-to-fuel ratio based on the detected oxygen concentration
DE19833310336 DE3310336A1 (de) 1982-03-23 1983-03-22 Verfahren zum messen einer sauerstoffkonzentration und verfahren zum regeln eines luft/brennstoff-verhaeltnisses aufgrund der gemessenen sauerstoffkonzentration

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JPS58162856A true JPS58162856A (ja) 1983-09-27
JPH0332744B2 JPH0332744B2 (ja) 1991-05-14

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61237047A (ja) * 1985-04-15 1986-10-22 Sanyo Electric Co Ltd 酸素濃度検出装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61237047A (ja) * 1985-04-15 1986-10-22 Sanyo Electric Co Ltd 酸素濃度検出装置

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JPH0332744B2 (ja) 1991-05-14

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