JPS5861460A - 加熱部を内蔵した限界電流式酸素センサ - Google Patents

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、加熱部を内蔵した限界電流式酸素センサとそ
れを用いた限界電流式酸素濃度検出装置に関し、その目
的は加熱部を有するにもかかわらず極めて小形で簡単な
構成でアシ、加熱電力損失が少ない限界電流式酸素セン
サを提供し、また、その限界電流式酸素センサを適切に
用いるための加熱電力および限界電流測定用電圧を供給
する手段を備えた限界電流式酸素濃度検出装置を提供す
るこ七にある。

今日の社会において火力発電所、自動車用内燃機関等の
多くの燃焼装置が実用され、休々な形で我々の生活に貢
献していることはいう１でもない。

これ等の装置は運転条件が適切でないと多量の有害ガス
を発生する恐れがある。又、低燃費化の要請も強い。

排気の清浄化と低燃費化を図る方法として燃料希薄（リ
ーンと略す）領域での燃焼が有望である。

例えばディーゼル機関等は本来り一ン領域で運転される
のが常であるが、ガソリン機関においてもリーン領域で
の運転が有望である。

これ等のり一ン領域で運転する機関においても空燃比の
調節が不適切なる時には煤の発生による排気汚染、失火
による未燃燃料排出や出力像下等々の不都合な問題が生
じ、リーン領域での運転の目的にそぐわないばかシか返
って逆効果となるような恐れすらある。それ故、望燃比
の調節は極めて重要事項である。ところで、あらゆる制
御の常として制御対象（ここではり−ン領域の空燃比）
を精密かつ高速に検出できねばならない。

従来この分野では必ずしも適切なセンサが存在しなかっ
た。例えば磁気式酸素濃度検出器は応答が遅く車載に不
適切であり、！ｖ度式あるいは熱伝導度式センサは微量
の水素（Ｈ２）混入によシ測定精度に大きな影響を受け
る等の問題があって内燃機関の燃焼制御には適さなかっ
た。

これに対し、この分野に適するものとして原理的構成の
限界電流式酸素センサ（特開昭５２−７２２８６号公報
）が開発され、また、陰極を多孔質層で被覆した酸素濃
度センサ（特開昭５５−１２３６７７号）が提案されて
いる。これらのセンサは従来センサの持つ種々の困難を
解決するものであった。この方式は非常に有効なもので
はあるが尚、若干の問題点があることは否めない。すな
わち、自動車用機関等の燃焼装置では運転状態によって
排気の温度が変動するのが常である。それ故、排気セン
サである限界電流値から酸素濃度を検出するセンサ（以
下、限界電流式酸素センサと略称する）も低温から高温
迄の広い温度領域での作動を要求されている。ところで
、限界電流式酸素センサは低温度になると内部抵抗が増
大して酸素濃度測定範囲の制約を受け、また内部抵抗が
問題とならない高温においても酸素濃度と限界電流との
対応関係が若干変わるという問題を有する。この問題は
酸素センサを十分動作する一定の温度に加熱すれば避け
られる。

第１図（、）には従来の限界電流式酸素センサの構造の
一例を示す。１ａは酸素イオン伝導体から成る板あるい
は円筒である。その材質としてはノルコニアにＹ２Ｏ３
、Ｇｂ２０３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｍｇｏ、　Ｃａｂ、　５Ｃ
２０３等を安定剤として固溶させたもの、あるいはＢｉ
２Ｏ３にＹ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、ＷＯ３等を安定剤とし
て固溶させたもの又はＨ′ｆＯ２、ＴｈＯ２等にＣａＯ
ｌＭｇＯ，、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３等を安定剤として固
溶させた緻密な焼結体である。ｉｂは陽極であシ、イオ
ン伝導体の一面に設け、それと対向する他の面に陰極１
ｄを設ける。陰陽両極はＰｔ、　Ａｇ、　Ｒｈ、　Ｉｒ
１Ｐｄ等もしくはこれ等の混合材からなる耐熱性の電子
伝導体から成シ、これ等の素材を用いれば敗素イオン伝
導体と電極の界面抵抗を実用上は小さくすることが可能
である。陰極１ｄは有孔函体で被覆されている。

第１図（、）にはその一実施態様として多孔質層１ｆで
被覆する構造例を示した。これは陰極１ｄへ流入する酸
素流量を制限する機能を有する。また陽極１ｂが付着物
等によって劣化するのを防止する目的で多孔質の保護層
１ｅで陽極を被覆した・多孔質層１ｆおよび１ｅはアル
ミナ、マグネシャ、ケイ石質、スピネル、ムライト等の
耐熱性無機物質から成る。多孔質層１ｅは多孔質層Ｉｆ
と比較してガス透過性を同等かもしくは大きくすること
が望ましい。その理由は動作時において多孔質層１ｆで
は外界から陰極１ｄを経由して酸素イオン伝導体１ａへ
吸い込む酸素透過量を律速する働きをさせるのに対し、
多孔質層１ｅは酸素イオン伝導体１ａから陽極１ｂを経
由して外界へ酸素を抵抗なく排出するためである。陰陽
両極からはそれぞれリード線１１を出す。リード線の材
質としては電極と同様にＰｔ　、Ａｇ　、Ｒｈ　、　Ｉ
ｒ　、　Ｐｄ等もしくはそれ等の混合材料から成る耐熱
性の電子伝導体である。

上記構成の限界電流式酵素センサの陰極に壇の、陽極に
正の電圧を印加するとともに該素子全体を被測定ガスに
接触せしめると、被測定ガス中の酸素ガスは陰極によっ
て還元せられて酸素イオンとなシ、該酸素イオンは酸素
イオン伝導体中を移動して陽極に達し、陽極によって酸
化されて再び酸素ガスになって素子の外へ排出される。

伺等かの手法によ多陰極と酸素イオン伝導体の界面へ到
達する酸素ガス量を制限したとすると、陰極での還元に
よって生成する酸素イオン量が制限を受け、酸素イオン
によって迎ばれる電荷量（電流）が制限を受けるため、
電圧にかかわらず一定の電流しか流れられなくなシ、第
１図（ｂ）に示したような限界電流特性を生ずるように
なる。このため酸素センサの限界電流特性においては、
陰陽両電極に印加する電圧を零から徐々に増加していく
と第１図（ｂ）に示すように電圧が低い間は陰陽両電極
間に流れる電流は電圧に略々比例的に増加する（この電
圧領域を抵抗支配領域と称する）が、ある電圧範囲では
電流は電圧によらず略々一定となる（この電圧領域を過
電圧支配領域と称する）。過電圧支配領域での電流を限
界電流と称するが、限界電流値は被測定ガス中の酸素濃
度と略々比例関係にあるから、限界電流値を求めれば被
測定ガス中の酸素濃度を検出できる。又、限界電流が酸
素濃度に略比例する理由は有孔函体等のガス流制限体内
を拡散によって移動できる歌素量が該制限体の内外の酸
素濃度差に比例することと、過電圧支配領域においては
該制限体の内側の酸素が陰極を経由して酸素イオン伝導
体へ吸い込まれるため酸素濃度が零に近くなっておシ、
該制限体の内外の酸素濃度差が、該制限体の外側の酸素
濃度とほとんど等しくなることによる。

前述の如く、本例は該制限体として多孔質層を用いる方
式について説明したものであるが、陰極自体を１制限体
として利用した酸素センサについても以下に述べる本発
明は適用できる。抵抗支配領域では電解質（酸素イオン
伝導体）の内部抵抗や電解質と電極界面の抵抗の和によ
シミ圧／電流比がほぼ決められている。過電圧支配領域
よシミ圧電流の筒い領域では少しの電圧上昇に対して急
に電流の増加する部分がある。これは■界電流式酸素セ
ンサ印加°屯圧がある限界値を超えると排気中に多量に
含まれている二酸化炭素（ＣＯ２）や水蒸気（Ｈ２Ｏ−
）の一部が分解されて、みかけのば累濃度が増加したよ
うに見えるためである。この領域を過剰電流領域という
ことにする。上記の如く、印加電圧が低いと抵抗支配領
域になり、逆に印加電圧が高いと過剰電流領域になるの
で限界電流の検出は内領域にはさまれた部分で行なわね
ばならない。この範囲はガスの組成や電極の組成によっ
て異なる。窒素、アルゴン等の不活性ガス中に一部識素
を含むガス中においては１．３〜１．６［１：Ｖ）程度
であるが、燃焼排気のような二酸化炭素や水蒸気を多量
に含むガス中に一部酸素を含むガス中では０．６〜０．
８　［Ｖ］程度である。一般に内部抵抗による電圧降下
の最大値を０．５　（：Ｖ）程度に限定して、印加電圧
としては０．６〜０．７５　［Ｖ］に設定して用いると
内部抵抗および過剰電流の影響を受けにくく好都合な場
合が多い。

第２図は従来技術による限界電流の測定回路を示すもの
で、限界電流式酸素センサ１に定電圧印加部２から定電
圧を印加したときの電流を電流検出部３によって検出す
る構成となっている。第３図はその従来技術による酸素
濃度と限界電流の関係を示すものである。図から明らか
なようにセンサの温度によって酸素濃度と限界電流の対
応関係が変わるので温度の変動する雰囲気で使用すると
精度が悪化し問題である。

第４図は任意の酸素濃度における限界電流の温度依存性
を示すものである。この温度依存性は主に気体の拡散係
数の温度依存性の影響によるものでおる。

有孔函体の一実施態様としての多孔質層を酸素ガス流の
律速に用いる方式の限界電流式酸素センサの特性は次式
のように表わすことができる。

但し、Ｘｌ：限界電流 Ｆ：ファラデ一定数 Ｓ：ｖ素流律速部の面積 Ｄｏ２ｅｆｆ　：有効拡散係数 Ｐｏ２：酸素分圧 Ｐ：全圧 Ｒ：ガス定数 Ｔ二絶対温度 ｉ！＝多孔質層厚さ ｌｎ＝自然対数 酸系分圧比Ｐ。２／Ｐ＜＜１ならば近似的にとなる。こ
こでり。２ｅｆｆは経験的にＤｏ２ｅｆｆｌｔｌ　＝　
Ｄｏ２ｅｆｆ（ｔｇ）　（ｙ、）””　　　　　　（３
）式但し、Ｔｏ：基準の温度 Ｄｏ２ｅｆｆ（ｒ）　：　Ｔにおける有効拡散係数Ｄ０
２ｅｆｆ（Ｔｏ）二Ｔｏにおける有効拡散係数で表わさ
れ、この式における指数ｍ＋１はほぼ１．７５であるこ
とが知られている。

したがって、同一酸素分圧における温度Ｔｏのときの出
力電流ｌ１（ｒｏ）に対する温［Ｔのときの出力電流ｌ
１（ｒ）の比、すなわち出方電流の温度依存性となる。

（４）式、あるいは第３図、第４図から明らかなように
、測定温度Ｔが変動すれば、限界電流Ｉｌ（りが変動し
、誤差要因となる。それ故、一定の温度で測定できれば
この誤差の問題は当然解決することができる０ 前述のように、内燃機関の排気温度は変動するのが常で
あるから、一定の温度で使用するためには温度検出と温
度制御が必要になる。

温度検出は、限界電流式Ｖ累センサの近傍に熱電対や感
温抵抗体等の感温体を設けて行なうのが一般的であるが
、この一般的な温度検出方法では、感温部まで含めた限
界電流式酸素センサ全体の構成が複雑化、大型化し、高
コストになるという実用上の問題−が生ずる。また感温
体と限界電流検出用センサ素子の温度が必ずしも同一で
ないという問題も生ずる。

我々は、このような問題を解決するために、限界電流式
酸素センサの内部抵抗が温度によって変化する（第５図
参照）ことを利用して温度を検出し、その検出に応じて
限界電流検出用センサ温度を一定に制御する技術につい
ても考案し、既に出願中である。（特願昭５６−７８０
３１号）第（６）図〜第（８）図にはその構成を示す。

この発明は非常に有効なものではあるが尚、若干の問題
点があることは否めない。すなわち、車載用としては加
熱電力が数〔Ｗ〕以下であることを安求されているが、
従来技術によるものは数１０　（Ｗ）もの電力を消費す
るという難点があった。又、スイッチ投入後の作動筒で
の時間も長かった。

その理由は下記の如くである。

ｌ）車載センサは前述の如く連応性１＝求されるので、
センサ周囲の流速（またはガス交換割シ合い）が速い。

２）従来センサではセンサの周辺にヒータを置く、いわ
ゆる傍熱型であったたち、熱伝達の効率が悪い。

３）従来技術において傍熱型にしていた理由は、限界電
流式酸素センサ全体に導電性があることと、直熱型にし
てヒータ電圧（電流）が流れると測定回路に非常に大き
な妨害が起るという困難な問題があったためである。

本発明は、これらの従来技術の問題点を解決す・るため
になされたもので、限界電流式酸素センサの電極自体を
ヒータとしても用いるよう構成し、電極自体にヒータ電
力を供給することによる限界′電流測定回路への悪影響
を除去するよう工夫を行なったものである。

即ち、電極自体を加熱手段として用いる場合、加熱用の
印加電圧が限界電流検出用の電圧に干渉をして測定が不
可能となるので、本発明によるものは陰極側加熱用印加
電圧と陽極側加熱用印加電圧の値を等しくシ、シかも電
解質の表裏で対向させて、前記影響を者しく軽減するよ
うにしたものである。

前述の如く、限界電流の検出は抵抗支配領域と過剰電流
領域にはさまれた狭い電圧範囲ｆ］０．５［Ｖ〕で行な
わねばならない。それ故、電極内にそれ以上の電位分布
があると正しく動作させることができない。ヒータ用の
印加電圧が０．１　（：Ｖ）程度以下であるならば問題
なく動作させ得る。しかしながら、例え数ＣＷ）のヒー
タ電力としても、印加電圧が０．１　（Ｖ）であれば数
１０〔Ａ〕もの大電流が必要である。そうなるとリード
線もかなシ太いものが必要になり、又、電圧降下部（又
は変換部）での電力損失が著しく犬さくなυ車載センサ
としては適さないことになる。

又、電極とヒータを分離すればヒータは尚電圧、小電流
でもよいが、萬温において伝熱性良く結合し、電気的に
高絶縁性にすることが従来技術ではできなかった。しか
し、我々はこの技術についても開発し、別途出願してい
る。

本発明では陰陽両極に数〔Ｖ〕８．０．１　［Ａ］程度
の車載用としても好適な電流を流しつつ、その数〔■の
印加電圧の影響が陰陽両極で丁度相殺して悪影響を及ぼ
さ力くする新方式の解決法について提案するものである
。

第９図は本発明になる限界電流式酸素センサの構造およ
び電圧印加および限界電流測定回路の一例を示す。図中
、１０１ａは従来と同様の固体電解質、１０１ｂは陰極
、１０１ｄは陽極、であ広従来技術のそれと対応してい
る。なお、酸素量の制限体および保護層が設けられるが
、図には省略しである。そして陰陽両極からは夫々２本
づつのリート線１０１　ｉと１０１　ｊ　、１０１ｇと
ｌ　Ｏｌｈが出しである０そして、各電極のリード線間
に電流を流すことによシ加熱する。このとき、前述の如
く、電極面内に数〔ｖ〕〜１０数〔Ｖ〕程度の電位勾配
がつくけれども、電極１０２と１０３の電圧と方向を揃
えておくことによシ相殺できて、電解質の任意地点にお
け−る陰陽両電極間の電位差は電源２の電圧と等しくな
って正しく限界電流の測定を行なうことができる。

第１０図は第９図に示す限界電流式ば索センサの一部を
変更した他の実施例を示すもので、矩形のヒータ面内の
電流密度を一様にするため、ヒータの端部に厚さの厚い
部分１０１ｄｅ、１０１ｂｅを設けた構造のものである
。

第１１図は更に他の実施例を示すもので、第１０図のも
のと同様の目的でヒータ材よシ抵抗率の低い部材１０１
ｋをヒータの端部に設けた構造のものである。

又、陰陽両極の形状としては第９図に示すように矩形状
であっても良いが第１２図るるいは第１３図に示すよう
に帯状であっても良い。その場合には酸素イオン伝導体
の表面に設ける電極兼ヒータと裏面に設けるｉ憾兼ヒー
タとは、同一形状、同一寸法、同一位置になるようにす
る。

加熱用の゛直源１０２と１０３は第９図に示すように直
流でも良いが第１４図に示すように交流とすることもで
きる。

限界亀流式酵素セ／すの温度を一定温度に制御するため
には温度検出を行なう必要があるが、その温度検出には
第１５図に示すようにヒータとして用いている白金電極
の抵抗を用しる方法や、電解質の内部抵抗を用いる方法
（特願昭５６−７８０３１号）や、他の感温素子を用い
る方法等が適用できる。

第１５図は、定温制御回路を備えた限界電流式酸素検出
回路を示すものである。

この回路の目的は風速等の放熱条件が変化した場合にも
センサの温度を一定に保ちつつ、精密に限界電流（すな
わち酸素濃度）を測定することと電源を１ケで簡易に構
成することである。

図中、１０１は限界電流式酸素センサであり、前述ノ実
施例ノセ７　’ｒ　１０１　Ｘ　、　１０１　Ｙ　、　
１０１　Ｖ　。

１０１Ｗ等も同様に適用できる。そして陰極１０１ｂを
１辺とし、１１０〜１１２の抵抗を他の３辺としてホイ
ートストンブリッジを構成する。そのブリッジ回路の出
力電圧は抵抗１１３と１１５による分圧、１１４と１１
６による分圧をして演算増幅器１２０へ供給する。本回
路で唯一の直流電源１３２の出力電圧は抵抗１３３と１
３４により分圧しておく。そして抵抗１１５と１１６の
一端を抵抗１３３と１３４の中点又は演算増幅器１３５
の出力へ接続しておく。尚、演算増幅器の許容入力電圧
範囲が広いものの場合には抵抗１１３と１１５および抵
抗１１４と１１６による分圧器を用いるのを省いて、プ
リツノの出力を直結することもできる。

そして、演算増幅器１２０の出力は・ぐワートランクス
タ１２９のベースへ接続する。ｉＥクワ−ランジスタ１
２９のコレクタには電源１３２の正極が接続しである。

トランジスタ１２９のエミッタは電流計１３１の正極へ
接続する。トランジスタ１２９のコレクタとエミッタの
間は抵抗】１９を接続しておく。電流計１３１の負極は
抵抗１１０と１１１の接続点へ接続しておく。陰極１０
１ｂと抵抗１１２の接続点は電源１３２の負極へ接続し
ておく。尚、抵抗１１０と陰憾１０１ｂの徽絖点は抵抗
１１４へ接続する。抵抗１１４と１１６の接続点は演算
増幅器１２０の負入力へ接続する。

抵抗１１１と１１２の接続点は抵抗１１３へ接続する。

抵抗１１３と１１５の接続点は演算増幅器１２０の正入
力へ接続する。ポテンショメータ１３０の入力端子には
電源１３２の正極を接続する。ポテンショメータ１３０
の出力は加算器ｊ２１および１２２の一１倍入力端へ接
続する。又、抵抗１１０と陰極１０１ｂの接続°点を反
転型加算器１２１の他の一１倍入力端へ接続する。反転
型加算器１２１の出力は反転器１２４の一１倍入カへ接
続する。反転器１２４の出力は抵抗１１７を経て陽極１
０１ｄへ接続する。陽極１０１ｄの他の端子は反転器１
２５の出力から抵抗１１８を経て接続しである。反転型
加算器１２２の他の入力端子には陰極１０１ｂと抵抗１
１２の接続点から接続してあシ、反転型加算器１２２の
出力は反転器１２５の一１倍人カへ接続しである。反転
器１２４と抵抗１１７の接続点は差動増幅器１２７の正
入力端子へ接続し、抵抗１１７と陽極１０１ｄの接続点
は着動増幅器１２７の負入力へ接続する。差動増幅器１
２７の出力は反転器１２６の一１倍入力端子へ接続する
。反転器１２６の出力は加算器１２３の一１倍入力端子
へ接続する。陽極１０１ｄと抵抗１１８の接続点は１２
８の正入力へ接続する。反転器１２５と抵抗１１８の接
続点は差動増幅器１２８の負入力へ接続する。差動増幅
器１２８の出力は反転型加算器１２３の一１倍入カへ接
続する。すると演算増幅器１３５の出力電圧を基準にし
た反転型加算器１２３の出力電圧が限界電流（ば素濃度
）に比例した値になる。尚、反転型加算器１２１〜１２
３および反転器１２４〜１２６の基準側入力電圧は演算
増幅器１３５の出力電圧を接続しておく。（図示略） 本回路の働きを以下に述べる。本回路ではａ点の電位と
ｂ点の電位の差に若干の（０，８〜０５程度）係数を分
圧器で乗する。そして、非常に高倍率（１０，０００〜
１００，０００倍）の演算増幅器１２０で電圧増幅する
。その出力が大電流を採れるものの場合は直接Ｃ点へ接
続しても良いのであるが、本例では演算増幅器１２０の
出力電流が小さいものの場合なのでｉｅワードラン肉１
夕１２９をエミッタフォロワに接続して電流増幅を行っ
ている。

そして電流計１３１でプリツノ回路に流れる電流を測定
する。又、抵抗１３３と１３４は電源１３２の電圧を捧
に分圧し、演算増幅器１３５はそれの電流増幅をしてい
る。このように接続すると負帰還制御回路となシ、ａ点
とｂ点の電位差が演算増幅器１２０の出力電圧をその演
算増幅器の増幅率で除した値になったとき約９合う。こ
れは零に近い値であり、実用上はａ点とｂ点の電位は同
じとみなしてさしつかえない。このように釣９合う理由
は陰極１０１ｂの抵抗温度係数が大きく、入力電圧によ
って温度上昇して、抵抗上昇することによる０ 次に陽極１０１ｄへの印加電圧を制御する回路の動作を
説明する。ポテンショメータ１３０では限界電流測定用
電圧を設定しておく。反転器１２４の出力電圧はａ点の
電位にポテンショメータ１３０の出力電圧を加えた値に
なる。反転器１２５の出力電圧はｄ点の電位にポテンシ
ョメータ１３０の出力電圧を加えた値になる。前述のセ
ンサの構戟と本回路の特徴により陰陽両電極の対向して
いる部分の電位差は任意の地点においてポテンショメー
タ１〜３０の出力電圧と一致し、ヒータ兼陰陽憾へ流し
た電流の影響を受けない。

抵抗１１７と１１８は限界電流検出用抵抗である。陽極
から陰極へ向って流れ込んだ電流の大きさ分だけ、抵抗
１１７を流れる電流よシも抵抗１１８を流れる電流が小
さくなる。差動増幅器１２７と１２８は抵抗１１７と１
１８の電圧降下を増幅する。反転器１２６と加算器１２
３で差動増幅器１２７の出力電圧から差動増幅器１２８
の出力電圧を減する。

以上に詳述した本発明の構成によれば次に掲げるような
効果を収めることができる。

（１）限界電流式酸素センサの電極自体を加熱する直熱
型としたことにより、伝熱が良＜ナシ、第１６図の陰陽
両電極兼ヒータへの全入力電力に対するセンサ温度の関
係に示されているように、電力損失が非常に小さくなる
。例えば、同図から１０〔ｒｎ／ｓｅｃ〕という高流速
の場合でも両面の電力合わせて２〔Ｗ〕の入力で７００
　（℃：］にすることが１ でき、電力損失を従来の１５”２５程度に著しく改善で
きる。

（２）　　第１７図は本発明による限界電流式酸素セン
サへ吹き付ける風速が変動する場合の温度変動を示すも
のであるが、同図から明らかなように、定温制御を行な
った場合（実線）、変動する風速の条件下でも温度の変
動が７〔℃〕と少なく、温度安定性がすぐれている。゛ （３）　　第１８図は定温加熱制御を行なった場合の電
源スイツチ投入後の経過時間とセンサ温度の関係を示す
ものであるが、同図から明らかなように、電源スイッチ
投入後極めて短時間に（１（ｓｅｃ）　）動作温度に達
して使用可能となる。

（４）　　ヒータと陰陽両電極および感温素子を兼ねた
結果、センサが極めて簡単な構成となシ低コスト化が図
れる。

（５）　　始動直後から高流速域まで精密に酸素濃度が
検出でき、排気浄化（特にコールドスタート）にも有効
である。

以上に挙げた緒特性により、本発明は車載用のリーン空
燃比センサとして極めて好適である。

なお、先に出願の発明（特願昭５６−７８０２９号）の
如く内部抵抗による電圧降下を補償するように限界゛電
流測定用印加電圧を補正する技術と本発明と組み合わせ
ることによって、更に優れた車載用の限界電流式酸素濃
度検出装置が実現し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）は限界電流式酸素センサの断面構成を示す
図であシ、第１図（ｂ）は限界電流式酸素センサの典型
的な電圧対電流特性の一例、第２図は限界電流式ば素セ
ンサの従来技術による測定回路の一例、第３図は２つの
温度における限界電流式酸素センサの酸素濃度と限界電
流の関係、第４図は一定の酸素濃度における温度と限界
電流の関係、第５図は内部抵抗の温度依存性、第６図な
いし第８図は限界電流式酸素センサの内部抵抗（温度に
よって変化）を検出して温度を一定に制御する先行技術
（特願昭５６−７８０３１号）をそれぞれ示す。 第９図は本発明になる限界祇流式酸素センサの構造、お
よび電圧印加および限界電流測定回路の一例を示す。 第１０図はリード線を接続する部分の厚さを厚くして、
その部分の抵抗を低くした陰陽極兼ヒータ構造を有する
限界電流式酸素センサを示す。 第１１図はリード線を接続する部分に抵抗率の低い部材
を設けて、その部分の抵抗を低くした陰陽極兼ヒータ構
造を有する限界電流式酸素センサを示す。 第１２図および第１３図には陰陽極兼ヒータを帯状にし
て多数回折シ曲げて長さを長くした構造の限界電流式酸
素センサを示す。 第１４図には加熱のために陰陽極兼ヒータに流す電流を
交流にした場合の制御回路の一例を示す。 第１５図には定温制御回路付きの限界電流式酸素検出回
路を示す。 第１６図には本発明になる限界電流式酸素センサの風速
を・ぐラメータにした、陰陽両電極基ヒータへの全入力
電力に対するセンサ温度の関係を示す。 第１７図にはセンサへ吹き付ける風速が変動する場合の
温度への影響を示す。図中、実線は定温制御を行なった
場合であシ、破線は一定の電圧を印加した場合である。 第１８図には定温加熱回路を用いた場合の電源スイツチ
投入後の経過時間とセンサ温度の関係を示す。 １０１　、ｌ０１Ｘ、ｌ０１Ｙ、ｌ０ＩＶ、ｌ０ＩＷ・
・・本発明になる限界電流式酸素センサ、１０１ａ・・
・固体電解質、１０１ｂ・・・陰極兼ヒータ、１０１ｄ
・・・ｌ＠極極上ヒータ　１０１　ｇ　＊　１０１　ｈ
　、　１０１　＞　、１０１コ・・・リード線、１０２
．１０３・・・直流電源、１０４・・・又流電源、１０
５・・・変圧器、１０５ａ、１０５ｂ・・・二次側巻線
、１０１ｂｅ・・・陰極兼ヒータの端部を厚くした部分
、１０１ｄｅ・・・陽極兼ヒータの端部を厚くした部分
、１０１ｋ・・・陰陽両極兼ヒータの端部に淋けた低抵
抗部、１１０〜１１９・・・抵抗、１２０・・・演算増
幅器、１２１〜１２３・・・反転型刃口算器、１２４〜
１２６・・・反転器（又は反転型加算器）、１２７〜１
２Ｂ・・・差動増幅器、１２９・・・パワートランソス
タ、１３０・・・ポテンショメータ、１３１・・・直流
電流計、１３２・・・直流定電圧電源、１３３〜１３４
・・・抵抗、１３５・・・演算増幅器。 第１図 υ　　　　　　　０．７５　１　　　　　　　　　　　
２　　（＼印迦屯反 第２１！ｌ 第３図 −）　　　　　　　　　　　　−駁１　　：Ｌ＆第９図 第１２図 第１０図 １１ｇ　１１図 二 ｒ冨− 区　　　　　　　　３ ψト Ｐ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素イオン伝導体の一面に陰極ノーを、こｉｚと
   対向する他の面に陽極層を有い力・つ１己敵素イオン伝
   導体へ吸込む酸素透過量を律速する手段を有する限界電
   流式酸素センサにおいて、前言己陰極層と前記陽極層と
   を、前記叡累イオン伝導体に対しほぼ対称となる形状、
   寸法、配置とすると共に、これらの陰極層および陽極層
   自体にそれぞれ通電し、その・ジュール熱により直接的
   にカロ熱するための電力を供給する複数のＩＪ　　Ｐ線
   を設けたことを特徴とする限界電流式酸素センサ０（２
   ）陰極層と陽極層とを酸素イオン伝導体に対しほぼ対称
   となる形状、寸法、自装置とすると共に、Ｅれらの陰極
   層および陽極層のそれぞれに複数のリード線を設け、陰
   極層およびＩ瀞極層をそれぞれ陰極兼ヒータおよび陽極
   兼ヒークとした限界電流式酸素センサと、 前記リード線を介して前記陰極兼ヒータおよび陽極兼ヒ
   ークのそれぞれにほぼ等しい電圧値の加熱用電圧を印加
   すると共に、前記陰極兼ヒータおよび陽極兼ヒータ間に
   限界電流検出用電圧を印加する電圧印加手段と、 前記限界電流検出用電圧によ電流れる限界電流を測定す
   る限界電流測定手段と、 を有することを特徴とする限界電流式酸素濃度検出装置
   。