JPS60192250A - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
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- JPS60192250A JPS60192250A JP59047854A JP4785484A JPS60192250A JP S60192250 A JPS60192250 A JP S60192250A JP 59047854 A JP59047854 A JP 59047854A JP 4785484 A JP4785484 A JP 4785484A JP S60192250 A JPS60192250 A JP S60192250A
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- JP
- Japan
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- oxygen
- pump
- current
- solid electrolyte
- concn
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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
-
- G—PHYSICS
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- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
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- Pathology (AREA)
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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】
〔発明の技術分野〕
この発明は、例えば、内燃機関の排気ガス中の酸素濃度
を検知する酸素センサに関するもので、特に、固体電解
質酸素ポンプ式の酸素センサの改良■こ関するものであ
る。
を検知する酸素センサに関するもので、特に、固体電解
質酸素ポンプ式の酸素センサの改良■こ関するものであ
る。
従来より、例えば、安定化ジルコニア等のイオン伝導性
固体電解質で構成された酸素濃淡電池式酸素センサを用
い、被測定ガスの酸素分圧と、空気の酸素分圧との差に
よって生ずる起電力によって酸素濃度を検知することは
衆知の通りである。
固体電解質で構成された酸素濃淡電池式酸素センサを用
い、被測定ガスの酸素分圧と、空気の酸素分圧との差に
よって生ずる起電力によって酸素濃度を検知することは
衆知の通りである。
ところが、上記酸素センサは酸素分圧の差が少なくなる
と、出力電圧が小さくなり、感度が低くなるという欠点
があった。そこで、特開昭５２−７２２８６号公報や特
開昭５６−１８０６４９号公報等に見られる酸素ポンプ
式酸素センサが提案された。特開昭５２−７２２８６号
公報に示されている酸素センサは被測定ガス中の酸素分
圧あるいは酸素濃度に直線的に比例する出力信号、つま
り、限界電流値を与えるという利点を有する。しかし、
酸素ポンプの電極の薄層が消耗することにより、と記電
極の性質が変化して、上記限界電流値がずれてしまうと
いう欠点があった。また、特開昭５６−１８０６４９号
公報に示されている酸素センサも被測定ガス中の酸素分
圧あるいは酸素濃度に直線的に比例する出力信号を与え
るという利点がある。しかし、酸素センサを構成する酸
素センサセルの起電力が、最高でも１５ｍＶ程度と低い
ため、ノイズの影響を受け、誤動作し易いという欠点が
あった。さらに、上記２つの酸素センサは、いずれも、
その構造により特性が決定され、かつ、容易に修正でき
ず、また、構造が複雑で精度良く作るのが難しい等の欠
点があった。
と、出力電圧が小さくなり、感度が低くなるという欠点
があった。そこで、特開昭５２−７２２８６号公報や特
開昭５６−１８０６４９号公報等に見られる酸素ポンプ
式酸素センサが提案された。特開昭５２−７２２８６号
公報に示されている酸素センサは被測定ガス中の酸素分
圧あるいは酸素濃度に直線的に比例する出力信号、つま
り、限界電流値を与えるという利点を有する。しかし、
酸素ポンプの電極の薄層が消耗することにより、と記電
極の性質が変化して、上記限界電流値がずれてしまうと
いう欠点があった。また、特開昭５６−１８０６４９号
公報に示されている酸素センサも被測定ガス中の酸素分
圧あるいは酸素濃度に直線的に比例する出力信号を与え
るという利点がある。しかし、酸素センサを構成する酸
素センサセルの起電力が、最高でも１５ｍＶ程度と低い
ため、ノイズの影響を受け、誤動作し易いという欠点が
あった。さらに、上記２つの酸素センサは、いずれも、
その構造により特性が決定され、かつ、容易に修正でき
ず、また、構造が複雑で精度良く作るのが難しい等の欠
点があった。
この発明は従来装置が有している上述の欠点を解消する
ためｉこなされたもので、平板状の固体電解質の両側面
に電極を設けて構成された第１．第２の固体電解質酸素
ポンプを微小間隙を介して対向配置し、この間隙に被測
定ガスを導入するように構成するとともに、上記第１の
酸素ポンプに所定値の電流を供給し、また、上記第２の
酸素ポンプに所定値の電圧を印加して、上記第２の酸素
ポンプに流れるポンプ電流に対応した出力信号を取り出
して、上記被測定ガス中の酸素濃度を測定することによ
り、構造が簡単でかつ前記電極の消耗が少ないとともに
、外部からの影響を受けず、精度が高く、かつ、特性を
容易に変化させることのできる酸素センサを提供するこ
とを目的としている。
ためｉこなされたもので、平板状の固体電解質の両側面
に電極を設けて構成された第１．第２の固体電解質酸素
ポンプを微小間隙を介して対向配置し、この間隙に被測
定ガスを導入するように構成するとともに、上記第１の
酸素ポンプに所定値の電流を供給し、また、上記第２の
酸素ポンプに所定値の電圧を印加して、上記第２の酸素
ポンプに流れるポンプ電流に対応した出力信号を取り出
して、上記被測定ガス中の酸素濃度を測定することによ
り、構造が簡単でかつ前記電極の消耗が少ないとともに
、外部からの影響を受けず、精度が高く、かつ、特性を
容易に変化させることのできる酸素センサを提供するこ
とを目的としている。
以下に、この発明の一実施例について第１図乃至第８図
に従って説明する。第１図はこの発明の一実施例による
酸素センサの構成図、第２図は第１図の１−１線に沿っ
た断面図、第８図は第１図および第２図に示す酸素セン
サの空燃比（Ａ／Ｆ）（酸素濃度）に対する出力特性図
である。第１図および第２図において、（１）は機関（
図示せず）の排気管、（２）は酸素センサであって、排
気管（１）にねじ（図示せず）によって取り付けられて
いる。
に従って説明する。第１図はこの発明の一実施例による
酸素センサの構成図、第２図は第１図の１−１線に沿っ
た断面図、第８図は第１図および第２図に示す酸素セン
サの空燃比（Ａ／Ｆ）（酸素濃度）に対する出力特性図
である。第１図および第２図において、（１）は機関（
図示せず）の排気管、（２）は酸素センサであって、排
気管（１）にねじ（図示せず）によって取り付けられて
いる。
（８ａ）は厚さが約０．５酊の平板状のイオン伝導性固
体電解質であって、安定化ジルコニアより成り、両側面
には白金電極（８ｂ） （８ｃ）が厚膜技術、また・
は、蒸着によって形成されている。（３ａ）〜（３Ｃ）
により第１音の固体電解質酸素ポンプ（酸素ポンプ）（
３）を構成している。（４ａ）は（８ａ）と同様のイオ
ン伝導性固体電解質であって、この電解質（４ａ）の両
側面１ζは白金電極（４ｂ） 、 （４０が白金電極（
８ｂ） 、 （８ｃ）と同様の方法により形成されてい
る。
体電解質であって、安定化ジルコニアより成り、両側面
には白金電極（８ｂ） （８ｃ）が厚膜技術、また・
は、蒸着によって形成されている。（３ａ）〜（３Ｃ）
により第１音の固体電解質酸素ポンプ（酸素ポンプ）（
３）を構成している。（４ａ）は（８ａ）と同様のイオ
ン伝導性固体電解質であって、この電解質（４ａ）の両
側面１ζは白金電極（４ｂ） 、 （４０が白金電極（
８ｂ） 、 （８ｃ）と同様の方法により形成されてい
る。
（４ａ）〜（４ｃ）により第２の固体電解質酸素ポンプ
（酸素ポンプ）（４）を構成している。（５）は支持台
であって、第１および第２の酸素ポンプ（３） （４）
を互いにＱ、 ｌ Ｍｍ程度の微小間隙ｄを介して対向
配置している。なお、第１および第２の酸素ポンプ（３
） （４）は、接着剤により支持台（５）に取り付けら
れている。（６）はポンプ電流供給手段として設けられ
た定電流電源であって、第１の酸素ポンプ（３）に所定
値の電流を供給する。（７）はポンプ電圧供給電流検出
装置（検出装置）であって、定電圧電源より構成され、
：第２の酸素ポンプ（４）に所定値の電圧を印加すると
共に、第２の酵素ポンプ（４）Ｉこ流れるポンプ電流１
こ応じた電気信号を出力する。定ｍ流電源（６）の電流
値および検出装置（７）の電圧値は、いずれも図示しな
いつまみによって変えることができる。（３）〜（７）
により酸素センサ（２）を構成している。また、酸素体
電解質（８ａ） 、 （４ａ）、白金電極（８ｂ） 、
（８ｃ） 。
（酸素ポンプ）（４）を構成している。（５）は支持台
であって、第１および第２の酸素ポンプ（３） （４）
を互いにＱ、 ｌ Ｍｍ程度の微小間隙ｄを介して対向
配置している。なお、第１および第２の酸素ポンプ（３
） （４）は、接着剤により支持台（５）に取り付けら
れている。（６）はポンプ電流供給手段として設けられ
た定電流電源であって、第１の酸素ポンプ（３）に所定
値の電流を供給する。（７）はポンプ電圧供給電流検出
装置（検出装置）であって、定電圧電源より構成され、
：第２の酸素ポンプ（４）に所定値の電圧を印加すると
共に、第２の酵素ポンプ（４）Ｉこ流れるポンプ電流１
こ応じた電気信号を出力する。定ｍ流電源（６）の電流
値および検出装置（７）の電圧値は、いずれも図示しな
いつまみによって変えることができる。（３）〜（７）
により酸素センサ（２）を構成している。また、酸素体
電解質（８ａ） 、 （４ａ）、白金電極（８ｂ） 、
（８ｃ） 。
（４ｂ）および（４ｃ）の消耗を防止している。
次に、動作説明を行なう。定電流電蝕（６）により第１
の酸素ポンプ（３）に電流を供給すると、微小間隙ｄ内
に導入された被測定ガスに含まれる酸素は第１の酸素ポ
ンプ（３）を介して間隙外部に排出される。すると、微
小間ｌｉｄ内の酸素濃度と外部の酸素濃度に差が生じ、
第２の酸素ポンプ（４）には酸素濃度の差に応じたポン
プ電流が流れる。検出装置（７）は第２の酸素ポンプ（
４）に流れるポンプ電流を検出すると共に、このポンプ
電流に応じた電流を出力する。したがって、この出力電
流は酸素濃度、すなわち空燃比に応じたものとなる。こ
の出力電流は第１の酸素ポンプ（３）のポンプ電流を変
えることによって特性が変る。その−例を第８図に示す
。
の酸素ポンプ（３）に電流を供給すると、微小間隙ｄ内
に導入された被測定ガスに含まれる酸素は第１の酸素ポ
ンプ（３）を介して間隙外部に排出される。すると、微
小間ｌｉｄ内の酸素濃度と外部の酸素濃度に差が生じ、
第２の酸素ポンプ（４）には酸素濃度の差に応じたポン
プ電流が流れる。検出装置（７）は第２の酸素ポンプ（
４）に流れるポンプ電流を検出すると共に、このポンプ
電流に応じた電流を出力する。したがって、この出力電
流は酸素濃度、すなわち空燃比に応じたものとなる。こ
の出力電流は第１の酸素ポンプ（３）のポンプ電流を変
えることによって特性が変る。その−例を第８図に示す
。
第８図は酸素センサ（２）を国産乗用車用の２０００ｃ
ｃ ガソリン機関に装着して試験した結果を示している
。第゛２の酸素ポンプ（４）に約１ｖの電圧を印加し、
第１の酸素ポンプ（３）にＯｒｎＡ ｔ １０ｍＡ ＋
および５０ ｍＡのポンプを供給した場合の結果を示し
ているが、第２の酸素ポンプ（４）のポンプ電流は空燃
比（Ａ／Ｆ）（酸素濃度）の増大に伴なって増加してい
ることがわかる。従って、第２の酸素ポンプ（４）のポ
ンプ電流を検知することにより、空燃比（Ａ／Ｆ）を知
ることができる。この様に、空燃比（Ａ／Ｆ）と対応し
て第２の酸素ポンプ（４）のポンプ電流が変化する理由
は、微小間隙ｄによる拡散律速を利用した第２の酸素ポ
ンプ（４）の限界電流特性１こよって、排気ガス中の酸
素濃度を検知するからと考えられる。更ｌこ、第１の酸
素ポンプ（３）（ζ供給するポンプ電流によって特性が
変化するのは、第１の酸素ポンプ（３）によって微小間
隙ｄ内の酸素濃度を変え、結果的に拡散律速の状態を変
化させたものと考えられる。また、この様に、第゛１の
酸素ポンプ（３）への供給電流を変えると異なった。特
性が得られるので、酸素センサ（２）を使用する回路を
用途に応じて変更でき、酸素センサ（２）の汎用性が大
きくなる。
ｃ ガソリン機関に装着して試験した結果を示している
。第゛２の酸素ポンプ（４）に約１ｖの電圧を印加し、
第１の酸素ポンプ（３）にＯｒｎＡ ｔ １０ｍＡ ＋
および５０ ｍＡのポンプを供給した場合の結果を示し
ているが、第２の酸素ポンプ（４）のポンプ電流は空燃
比（Ａ／Ｆ）（酸素濃度）の増大に伴なって増加してい
ることがわかる。従って、第２の酸素ポンプ（４）のポ
ンプ電流を検知することにより、空燃比（Ａ／Ｆ）を知
ることができる。この様に、空燃比（Ａ／Ｆ）と対応し
て第２の酸素ポンプ（４）のポンプ電流が変化する理由
は、微小間隙ｄによる拡散律速を利用した第２の酸素ポ
ンプ（４）の限界電流特性１こよって、排気ガス中の酸
素濃度を検知するからと考えられる。更ｌこ、第１の酸
素ポンプ（３）（ζ供給するポンプ電流によって特性が
変化するのは、第１の酸素ポンプ（３）によって微小間
隙ｄ内の酸素濃度を変え、結果的に拡散律速の状態を変
化させたものと考えられる。また、この様に、第゛１の
酸素ポンプ（３）への供給電流を変えると異なった。特
性が得られるので、酸素センサ（２）を使用する回路を
用途に応じて変更でき、酸素センサ（２）の汎用性が大
きくなる。
更に、この実施例では、酸素センサ（２）のうち被測定
ガスと接触する面には保護膜を形成しｔこので、固体電
解質（８ａ） 、 （４ａ） 、白金電極（８ｂ） 、
（８ｃ）（４ｂ） 、および（４Ｃ）の消耗を防止で
きる。
ガスと接触する面には保護膜を形成しｔこので、固体電
解質（８ａ） 、 （４ａ） 、白金電極（８ｂ） 、
（８ｃ）（４ｂ） 、および（４Ｃ）の消耗を防止で
きる。
以上の様に、この発明では、平板状の固体電解質の両側
面に重積を設けて構成された第１．第２の固体電解質酸
素ポンプを微小間隙を介して対向配置し、この間隙に被
測定カスを導入するように構成するとともに、１記第１
の酸素ポンプ）こ所定値の電流を供給し、また、上記第
２の酸素ポンプに所定値の電圧を印加して、を記第２の
酸素ポンプに流れるポンプ電流に対応した出力信号を取
り出して、上記被測定ガス中の酸素濃度を測定するよう
１こしたので、構造が簡単でかつ前記電極の消耗が少な
いとともに、外部からの影響を受けず、精度が高く、か
つ、特性を容易に変化させることのできる酸素センサを
提供できる。
面に重積を設けて構成された第１．第２の固体電解質酸
素ポンプを微小間隙を介して対向配置し、この間隙に被
測定カスを導入するように構成するとともに、１記第１
の酸素ポンプ）こ所定値の電流を供給し、また、上記第
２の酸素ポンプに所定値の電圧を印加して、を記第２の
酸素ポンプに流れるポンプ電流に対応した出力信号を取
り出して、上記被測定ガス中の酸素濃度を測定するよう
１こしたので、構造が簡単でかつ前記電極の消耗が少な
いとともに、外部からの影響を受けず、精度が高く、か
つ、特性を容易に変化させることのできる酸素センサを
提供できる。
第１図はこの発明の一実施例Ｉこよる酸素センサの構成
図、第２図は第１図のＭ−Ｎ線に沿った断面図、第８図
は第１図および第２図１こ示す酸素センサの空燃比（Ａ
／Ｆ ） （酸素濃ぜ）に対する出力特性図である。 図中、（２）・・・酸素センサ、（３）・・・第１の固
体電解質酸素ポンプ、（８ａ）・・・固体電解質、（８
ｂ） 、（８ｃ）・・・電極、（４ン・・・第２の固体
ｍＷＩ質酸素ポンプ、（４ａ）・・・固体電解質、（４
ｂ） 、 （４ｃ）・・・電極、（５）・・・支持台、
（６）・・・ポンプ電流供給手段、（７）・・・検出手
段である。 なお、図中、同一符号は同一部分を示す。 代理人 大岩増雄 第１図 第２図 ／Ｉ 第３図 ］ 京燃比（％つ 手続袖正書（自発） 特許庁長官殿 １・事件の表示 特願昭５９−４７８５４号３、補正を
−１−る者 代表台片山仁へ部 ６、 補正の対象 明細優の発明の名称および発明の詳細な説明の欄 ６、 補正の内容 （１）明細１ｆ第１頁第８行に「酸素サンサコとあるの
をＵ酸素センサ」と訂正する。 （２）同第８頁第６行に「最高でも」とあるのを削除す
る。 （３）同第７頁−５行に「ポンプＪとあるのを「ポンプ
電流」と訂正する。 以上
図、第２図は第１図のＭ−Ｎ線に沿った断面図、第８図
は第１図および第２図１こ示す酸素センサの空燃比（Ａ
／Ｆ ） （酸素濃ぜ）に対する出力特性図である。 図中、（２）・・・酸素センサ、（３）・・・第１の固
体電解質酸素ポンプ、（８ａ）・・・固体電解質、（８
ｂ） 、（８ｃ）・・・電極、（４ン・・・第２の固体
ｍＷＩ質酸素ポンプ、（４ａ）・・・固体電解質、（４
ｂ） 、 （４ｃ）・・・電極、（５）・・・支持台、
（６）・・・ポンプ電流供給手段、（７）・・・検出手
段である。 なお、図中、同一符号は同一部分を示す。 代理人 大岩増雄 第１図 第２図 ／Ｉ 第３図 ］ 京燃比（％つ 手続袖正書（自発） 特許庁長官殿 １・事件の表示 特願昭５９−４７８５４号３、補正を
−１−る者 代表台片山仁へ部 ６、 補正の対象 明細優の発明の名称および発明の詳細な説明の欄 ６、 補正の内容 （１）明細１ｆ第１頁第８行に「酸素サンサコとあるの
をＵ酸素センサ」と訂正する。 （２）同第８頁第６行に「最高でも」とあるのを削除す
る。 （３）同第７頁−５行に「ポンプＪとあるのを「ポンプ
電流」と訂正する。 以上
Claims (2)
- （１）平板状の固体電解質の両側面に電極を設けて構成
された第１．第２の固体電解質酸素ポンプを微小間隙を
介して対向配置し、この間隙ｌこ被測定ガスを導入する
ように構成するとともに、上記第１の酸素ポンプに所定
値の電流を供給するポンプ電流供給手段を設け、且つ上
記第２の酸素ポンプに所定値の電圧を印加し、この第２
の酸素ポンプに流れるポンプ電流に対応した出力信号を
取り出す検出手段を設けて、上記被測定ガス中の酸素濃
度を測定するようにした酸素センサ。 - （２）第１の酸素ポンプに供給する電流と、第２の酸素
ポンプ醗こ印加する電圧とを任意に変更する手段を備え
ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の酸
素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59047854A JPS60192250A (ja) | 1984-03-13 | 1984-03-13 | 酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59047854A JPS60192250A (ja) | 1984-03-13 | 1984-03-13 | 酸素センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60192250A true JPS60192250A (ja) | 1985-09-30 |
Family
ID=12786952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59047854A Pending JPS60192250A (ja) | 1984-03-13 | 1984-03-13 | 酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60192250A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4863584A (en) * | 1987-05-12 | 1989-09-05 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Apparatus for sensing air-fuel ratio |
| JPH0274857A (ja) * | 1988-07-22 | 1990-03-14 | Ford Motor Co | 酸素ポンプ作用を有するデバイス及び排ガス再循環量の測定方法 |
| JPH02122255A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-05-09 | Ford Motor Co | ガス混合物中含酸素ガスの相対量の測定方法及び測定デバイス |
-
1984
- 1984-03-13 JP JP59047854A patent/JPS60192250A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4863584A (en) * | 1987-05-12 | 1989-09-05 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Apparatus for sensing air-fuel ratio |
| JPH0274857A (ja) * | 1988-07-22 | 1990-03-14 | Ford Motor Co | 酸素ポンプ作用を有するデバイス及び排ガス再循環量の測定方法 |
| JPH02122255A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-05-09 | Ford Motor Co | ガス混合物中含酸素ガスの相対量の測定方法及び測定デバイス |
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