JPS59168357A - 固体電解質酸素センサ−の劣化検出方法 - Google Patents
固体電解質酸素センサ−の劣化検出方法Info
- Publication number
- JPS59168357A JPS59168357A JP58042826A JP4282683A JPS59168357A JP S59168357 A JPS59168357 A JP S59168357A JP 58042826 A JP58042826 A JP 58042826A JP 4282683 A JP4282683 A JP 4282683A JP S59168357 A JPS59168357 A JP S59168357A
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- Japan
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- oxygen sensor
- deterioration
- time
- oxygen
- constant current
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- 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
- G01N27/416—Systems
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
- G01N27/4175—Calibrating or checking the analyser
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- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は固体電解質中累センサーの劣化検出方法に曲す
るものである。
るものである。
酸素拡散量を律速する多孔質体あるいは拡散孔を有する
カプセルを一面に設けた酸素イオン伝導性固体電解質体
に通電し、酸素を移送させその時の電圧電流特性又は時
間電圧特性から気中の酸素濃度を測定する方式、すなわ
ちポンピング方式の酸素センサーは酸素濃度既知の基準
災体を必要とせず、電解液中の化学反応を利用したガル
・々二′亀池方式のものと比較して長寿命でもあるため
、最近各種の型式が提案されてきている。
カプセルを一面に設けた酸素イオン伝導性固体電解質体
に通電し、酸素を移送させその時の電圧電流特性又は時
間電圧特性から気中の酸素濃度を測定する方式、すなわ
ちポンピング方式の酸素センサーは酸素濃度既知の基準
災体を必要とせず、電解液中の化学反応を利用したガル
・々二′亀池方式のものと比較して長寿命でもあるため
、最近各種の型式が提案されてきている。
第一図には上記方式の一実施例である画面に一対の電極
面が形成されている固体電解質１に拡散孔４を有するカ
プセル２を被冠したポンピング方式酸素センサーの概略
断面図を示した。この電極間に定′亀流源３から一定電
流を通電すると、カプセルの内部空間Ｃ中の酸素は酸素
イオンとなり固体電解質中を移送され内部空間Ｃから除
去される。
面が形成されている固体電解質１に拡散孔４を有するカ
プセル２を被冠したポンピング方式酸素センサーの概略
断面図を示した。この電極間に定′亀流源３から一定電
流を通電すると、カプセルの内部空間Ｃ中の酸素は酸素
イオンとなり固体電解質中を移送され内部空間Ｃから除
去される。
そして移送される酵素量が拡散孔４によって律速される
状態になると電極間の電位差は角上昇する。
状態になると電極間の電位差は角上昇する。
第２図はこの模様を表わしたグラフであって時間Ｔ１は
電圧平坦部分が主に固体′電解質の内部抵抗によって電
圧の大きさが決まる時間である。′電圧の二番目の立上
が９部分５はあらかじめ存在するカプセル内部の酸累彼
がほぼ除去されたことを示す部分であシ、時間Ｔ１を測
定することによって酸素濃度を知ることができる。
電圧平坦部分が主に固体′電解質の内部抵抗によって電
圧の大きさが決まる時間である。′電圧の二番目の立上
が９部分５はあらかじめ存在するカプセル内部の酸累彼
がほぼ除去されたことを示す部分であシ、時間Ｔ１を測
定することによって酸素濃度を知ることができる。
さて固体電解質酸素センサーは比軟的長寿命ではあるが
長期間使用する場合には内部インぎ−ダンスの増加に注
意せねばならぬ。この増加要因としては電解質微粒子の
立方晶から正方晶、単斜晶への相転移によるイオン伝導
性の自然劣化、電解質微粒子と電極間の界面抵抗の増加
、あるいは電極の触媒能劣化が考えられる。
長期間使用する場合には内部インぎ−ダンスの増加に注
意せねばならぬ。この増加要因としては電解質微粒子の
立方晶から正方晶、単斜晶への相転移によるイオン伝導
性の自然劣化、電解質微粒子と電極間の界面抵抗の増加
、あるいは電極の触媒能劣化が考えられる。
そしてこの結果前記イ囁図のポンピング電圧波形は初期
よりも大幅に変形し、測定結果Ｔ１は大きな誤差を含む
ようになってくる。また酸素濃度測定は人命にかかわる
こともあるため高い信頼性が要求されており、酸素セン
サー全体のチェックも含め内部インピーダンスを定期的
にチェックすることが望ましい。この内部インピーダン
スを測定するには交流を印加するわけであるが、実際に
は固体電解質面に内部インピーダンス測定用の電極を酸
素濃度測定用の電極とは全く別にあるいは一面を共通に
形成しておき、直流を印加し内部抵抗を測定する方法が
一般的である。
よりも大幅に変形し、測定結果Ｔ１は大きな誤差を含む
ようになってくる。また酸素濃度測定は人命にかかわる
こともあるため高い信頼性が要求されており、酸素セン
サー全体のチェックも含め内部インピーダンスを定期的
にチェックすることが望ましい。この内部インピーダン
スを測定するには交流を印加するわけであるが、実際に
は固体電解質面に内部インピーダンス測定用の電極を酸
素濃度測定用の電極とは全く別にあるいは一面を共通に
形成しておき、直流を印加し内部抵抗を測定する方法が
一般的である。
また前記の電極を全く共通にして時分割的に内部抵抗測
定と酸素濃度測定をすることも測定間隔を十分にあけれ
ば可能である。
定と酸素濃度測定をすることも測定間隔を十分にあけれ
ば可能である。
ところでこのような手段を用いた場合には以下に示され
る問題が生じる。
る問題が生じる。
（１） 固体電解質の内部抵抗は温度依存性が非常に
大きく通常は５００℃以上の高温に加熱し活性度を上げ
ねばならない。従って内部抵抗測定時にも一定温度への
加熱制御を必要としエネルギー損失が犬である。
大きく通常は５００℃以上の高温に加熱し活性度を上げ
ねばならない。従って内部抵抗測定時にも一定温度への
加熱制御を必要としエネルギー損失が犬である。
（２） 内部抵抗測定時に於てもある程度酸素を移送
する。このため周囲の酸素量が回復するまでの時間が長
引くようにな９酸素濃度測定間隔が大きくなってしまう
。
する。このため周囲の酸素量が回復するまでの時間が長
引くようにな９酸素濃度測定間隔が大きくなってしまう
。
本発明は以上の事情に鑑みてなされたものでちゃ、酸素
濃度測定時の電圧波形を処理することによって固体電解
質の内部抵抗増大の検出のみならず酸素センサー全体の
劣化チェックが簡便に実施可能な劣化検出方法の提供を
目的とするものである。
濃度測定時の電圧波形を処理することによって固体電解
質の内部抵抗増大の検出のみならず酸素センサー全体の
劣化チェックが簡便に実施可能な劣化検出方法の提供を
目的とするものである。
本発明は基本的には酸素濃度測定時の定電流通電状態に
あって拡散律速における電圧波形の立上が９部分の急峻
度が固体電解質の内部抵抗（劣化の度合）あるいは酸素
拡散抵抗の大きさによって大幅に左右されることに着目
したものであって、ポンピング電圧波形を微分処理し、
これによって得られる・やルス波高値を弁別処理するこ
とによシ劣化程度を検出する発想に基づいている。
あって拡散律速における電圧波形の立上が９部分の急峻
度が固体電解質の内部抵抗（劣化の度合）あるいは酸素
拡散抵抗の大きさによって大幅に左右されることに着目
したものであって、ポンピング電圧波形を微分処理し、
これによって得られる・やルス波高値を弁別処理するこ
とによシ劣化程度を検出する発想に基づいている。
第三図〜第五図には以上の現象を具体的に説明するため
上段に酸素濃度測定時のポンピング電圧波形１段にそれ
の微分処理後に得られるノ４ルス波形を示した。第三図
は初期のものであって、第五図に行くに従い時間が経過
し劣化が進行してゆく。
上段に酸素濃度測定時のポンピング電圧波形１段にそれ
の微分処理後に得られるノ４ルス波形を示した。第三図
は初期のものであって、第五図に行くに従い時間が経過
し劣化が進行してゆく。
この図から明白なように電圧波形の立上が多部分の、急
峻度は劣化が進行するにつれて低下しておシ、これに供
なって高周波成分も減衰してくるわけであるから微分処
理後のパルス波高値も低下してくる。そこで一定の参照
電圧レベルＶｒ、、を設定シておき、測定時間Ｔ１の終
了を示す第二番目のパルス波高値と比較し弁別処理する
ことによって固体電解質の劣化度合さらには酸素センサ
ー全体の特性劣化検出が可能となるものである。
峻度は劣化が進行するにつれて低下しておシ、これに供
なって高周波成分も減衰してくるわけであるから微分処
理後のパルス波高値も低下してくる。そこで一定の参照
電圧レベルＶｒ、、を設定シておき、測定時間Ｔ１の終
了を示す第二番目のパルス波高値と比較し弁別処理する
ことによって固体電解質の劣化度合さらには酸素センサ
ー全体の特性劣化検出が可能となるものである。
固体電Ｎ質が劣化すると波形が鈍る現象は、固体電解質
の内部抵抗が増したため印加電圧が増えるためであシ、
その結果拡散律速状態とそれ以前の状態の境界が判然と
しなくなる、また印加電圧が高くなると分極抵抗が次第
に増してくる現象も影響していると考えられる。
の内部抵抗が増したため印加電圧が増えるためであシ、
その結果拡散律速状態とそれ以前の状態の境界が判然と
しなくなる、また印加電圧が高くなると分極抵抗が次第
に増してくる現象も影響していると考えられる。
次に本発明の一実施例について第六図にもとづいて詳細
に説明してゆく。
に説明してゆく。
本図には信号処理回路の概略が示されている。
まず外部からの測定開始信号６１によってコントロール
・ロジックが組み込まれているコントローラ一部６２が
作動開始をし、定電流源６３とタイムカウンター６９を
スタートさせる。定電流源６３は酸素センサー６４に一
定電流を通電する。
・ロジックが組み込まれているコントローラ一部６２が
作動開始をし、定電流源６３とタイムカウンター６９を
スタートさせる。定電流源６３は酸素センサー６４に一
定電流を通電する。
ポンピングが始まると共にタイムカウンター６９はクロ
ック７０からのクロックツ卆ルスをカウントしポンピン
グ時間Ｔｌを計る。酸素センサ、−電極間の電位差はフ
ィルタ一部６５によって微分処理されるが、このフィル
ターはＲ−Ｌ−Ｃによるパッシブな回路でも良いが後の
信号処理のし易さあるいは定電流源を含めた信号源イン
ピーダンスを少なく出来ない時の影響も考慮してアクチ
ブなバイパスフィルター回路構成が好ましい。フィルタ
一部５によって微分処理された信号はコンパレート部６
６によって信号の良否が弁別処理される。
ック７０からのクロックツ卆ルスをカウントしポンピン
グ時間Ｔｌを計る。酸素センサ、−電極間の電位差はフ
ィルタ一部６５によって微分処理されるが、このフィル
ターはＲ−Ｌ−Ｃによるパッシブな回路でも良いが後の
信号処理のし易さあるいは定電流源を含めた信号源イン
ピーダンスを少なく出来ない時の影響も考慮してアクチ
ブなバイパスフィルター回路構成が好ましい。フィルタ
一部５によって微分処理された信号はコンパレート部６
６によって信号の良否が弁別処理される。
コンパレータ一部６６は参照電圧レベルを複数布してお
シ・母ルス波高値のレベル別けが可能ないわゆるウィン
ド型を用いることによって波高値の僅かな低下の検出が
簡単に行なえ劣化の兆候を知ることができる。さてここ
で参照電圧をＶｒｅｆｌ フィルタ一部からの出力パル
ス波高値をＶｐとすると■、。ｆ＜Ｖ、の場合は正常動
作であって出力信号はコントローラ部６２に入力し酸素
濃度測定終了となる。
シ・母ルス波高値のレベル別けが可能ないわゆるウィン
ド型を用いることによって波高値の僅かな低下の検出が
簡単に行なえ劣化の兆候を知ることができる。さてここ
で参照電圧をＶｒｅｆｌ フィルタ一部からの出力パル
ス波高値をＶｐとすると■、。ｆ＜Ｖ、の場合は正常動
作であって出力信号はコントローラ部６２に入力し酸素
濃度測定終了となる。
ｖｒｅｆ ＞ Ｖｐの場合は劣化異常であって、異常表
示部６７に異常表示がなされ酸素センサーの劣化あるい
は動作不良を知ることができる。
示部６７に異常表示がなされ酸素センサーの劣化あるい
は動作不良を知ることができる。
部７１によって表示に適した値に換算し、表示部７２に
て測定された酸素濃度が表示される。
て測定された酸素濃度が表示される。
さてこのように電圧波形を微分処理した後に得られたパ
ルス波高値を弁別処理する結果次に示される利点を生ず
る。
ルス波高値を弁別処理する結果次に示される利点を生ず
る。
（１）酸素濃度測定時間と内部抵抗測定時間を別々に設
ける必要がなく通常の濃度測定と同時に内部抵抗の増大
を検出することが可能となるため信頼性が大幅に向上す
ると共に内部抵抗測定時の加熱電力が不要となる。
ける必要がなく通常の濃度測定と同時に内部抵抗の増大
を検出することが可能となるため信頼性が大幅に向上す
ると共に内部抵抗測定時の加熱電力が不要となる。
（２） 固体電解質に濃度測定用の電極とは別に内部
抵抗検出用電極を設ける必要がなくまた回路構成も通常
の検出回路に対して単純な回路を付加するのみである。
抵抗検出用電極を設ける必要がなくまた回路構成も通常
の検出回路に対して単純な回路を付加するのみである。
（３）酸素センサーの温度コントロールの不調。
拡散抵抗の変化も検出できる。
（４）酸素センサーが大幅に劣化し測定値が不良となる
以前に参照電圧を適当に設定することによシ劣化の兆候
を検知することが可能である。
以前に参照電圧を適当に設定することによシ劣化の兆候
を検知することが可能である。
以上説明したように本発明は、酸素センサー固体寛解質
の内部抵抗増加による劣化を出力電圧波形の微分処理に
よって得られるパルス波高値を弁別することによって検
知するものであって、通常の濃度測定と同時に内部抵抗
増加を含めた酸素センサー全体の特性不良をもチェック
することが可能であるため、極めて信頼性が高く簡便な
固体電解質酸素センサーの提供が可能となったものであ
る。
の内部抵抗増加による劣化を出力電圧波形の微分処理に
よって得られるパルス波高値を弁別することによって検
知するものであって、通常の濃度測定と同時に内部抵抗
増加を含めた酸素センサー全体の特性不良をもチェック
することが可能であるため、極めて信頼性が高く簡便な
固体電解質酸素センサーの提供が可能となったものであ
る。
第一図・・・ポンピング方式酸素センサーの概略断面図
。 第二図・・・電圧波形を示すグラフ。 第三図〜第五図・・・電圧波形及びそ、れの微分処理後
のパルス波形を示すグラフ。 第六図・・・信号処理回路の概略図。 図中 １・・・固体１Ｍ、解質、２・・・有孔カプセル
、３・・・足′亀流源、５・・・立上がシ部分、６４・
・・酸素セン？−１６５・・・フィルタ一部、６６・・
・コンノ１１／７−＠、６２・・・コントローラーｉ、
６９・・・タイムカウンター。 八埋友弁理士竹内守
。 第二図・・・電圧波形を示すグラフ。 第三図〜第五図・・・電圧波形及びそ、れの微分処理後
のパルス波形を示すグラフ。 第六図・・・信号処理回路の概略図。 図中 １・・・固体１Ｍ、解質、２・・・有孔カプセル
、３・・・足′亀流源、５・・・立上がシ部分、６４・
・・酸素セン？−１６５・・・フィルタ一部、６６・・
・コンノ１１／７−＠、６２・・・コントローラーｉ、
６９・・・タイムカウンター。 八埋友弁理士竹内守
Claims (1)
- １、 酸素イオン伝導性固体電解質に形成されている一
対の電極間に一定の電流を通電し、該電極間の電位差変
動を微分処理し、該微分処理後の・９ルス信号波高値を
弁別処理しさらに該弁別処理によって該パルス波高値の
低下を検出することを特徴とする固体電解質酸素センサ
ーの劣化検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58042826A JPS59168357A (ja) | 1983-03-15 | 1983-03-15 | 固体電解質酸素センサ−の劣化検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58042826A JPS59168357A (ja) | 1983-03-15 | 1983-03-15 | 固体電解質酸素センサ−の劣化検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59168357A true JPS59168357A (ja) | 1984-09-22 |
Family
ID=12646760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58042826A Pending JPS59168357A (ja) | 1983-03-15 | 1983-03-15 | 固体電解質酸素センサ−の劣化検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59168357A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3913608A1 (de) * | 1988-04-25 | 1989-11-02 | Honda Motor Co Ltd | Abtastvorrichtung fuer die konzentration eines auspuffgasbestandteils und verfahren zur erfassung ihres versagens |
| EP1586892A2 (de) * | 2004-04-15 | 2005-10-19 | ABB PATENT GmbH | Verfahren zur Bestimmung des Ansprechverhaltens und der Empfindlichkeit eines Sauerstoffsensors in einer Messeinrichtung |
| US7461536B2 (en) * | 2002-12-07 | 2008-12-09 | Robert Bosch Gmbh | Circuit arrangement for operating a gas sensor |
-
1983
- 1983-03-15 JP JP58042826A patent/JPS59168357A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3913608A1 (de) * | 1988-04-25 | 1989-11-02 | Honda Motor Co Ltd | Abtastvorrichtung fuer die konzentration eines auspuffgasbestandteils und verfahren zur erfassung ihres versagens |
| US7461536B2 (en) * | 2002-12-07 | 2008-12-09 | Robert Bosch Gmbh | Circuit arrangement for operating a gas sensor |
| EP1586892A2 (de) * | 2004-04-15 | 2005-10-19 | ABB PATENT GmbH | Verfahren zur Bestimmung des Ansprechverhaltens und der Empfindlichkeit eines Sauerstoffsensors in einer Messeinrichtung |
| EP1586892A3 (de) * | 2004-04-15 | 2005-10-26 | ABB PATENT GmbH | Verfahren zur Bestimmung des Ansprechverhaltens und der Empfindlichkeit eines Sauerstoffsensors in einer Messeinrichtung |
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