KR20220028947A - Mixed potentiometric type nitrogen oxide sensor using bias voltage - Google Patents

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KR20220028947A KR1020200110603A KR20200110603A KR20220028947A KR 20220028947 A KR20220028947 A KR 20220028947A KR 1020200110603 A KR1020200110603 A KR 1020200110603A KR 20200110603 A KR20200110603 A KR 20200110603A KR 20220028947 A KR20220028947 A KR 20220028947A
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Abstract

In accordance with the present invention, provided is a mixed potentiometric type nitrogen oxide sensor using a bias voltage. The mixed potentiometric type nitrogen oxide sensor capable of sensing nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas of a diesel engine, includes: an electrolyte substrate (110) made of a solid electrolyte and placed on an emission path of exhaust gas; a first sensing body (121) and a second sensing body (122) mounted on one side of the electrolyte substrate (110) to individually make a chemical reaction to a nitrogen oxide component; a first sensing electrode (131) connected to the first sensing body (121); a second sensing electrode connected to the second sensing body (122); a first reference electrode (141) placed on a position corresponding to the first sensing electrode (131) on the other side of the electrolyte substrate (110); a second reference electrode (142) placed on a position corresponding to the second sensing body (122) on the other side of the electrolyte substrate (110); a first auxiliary electrode (171) mounted on the electrolyte substrate (110) so as to be electrically connected with the first sensing electrode (131) to apply a forward bias voltage to the first sensing electrode (131); and a second auxiliary electrode (172) mounted on the electrolyte substrate (110) so as to be electrically connected with the second sensing electrode (132) to apply a reverse bias voltage to the second sensing electrode (132).

Description

바이어스전압을 이용한 혼합전위차식 질소산화물 센서{MIXED POTENTIOMETRIC TYPE NITROGEN OXIDE SENSOR USING BIAS VOLTAGE}Mixed potential differential nitrogen oxide sensor using bias voltage {MIXED POTENTIOMETRIC TYPE NITROGEN OXIDE SENSOR USING BIAS VOLTAGE}

본 발명은 바이어스전압을 이용한 혼합전위차식 질소산화물 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디젤엔진의 배기가스에 포함된 질소산화물을 감지하기 위한 바이어스전압을 이용한 혼합전위차식 질소산화물 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a mixed potential differential nitrogen oxide sensor using a bias voltage, and more particularly, to a mixed potential differential nitrogen oxide sensor using a bias voltage for detecting nitrogen oxide contained in exhaust gas of a diesel engine.

일반적으로 DPF시스템은 디젤엔진에서 생성되는 배기가스에 포함된 질소산화물 등의 이물질을 정화하여 외부로 배출하는 시스템으로, 도 1에 도시된 바와 같이 관로를 통해 디젤엔진(20)으로부터 생성된 배기가스가 공급되며 SDPF챔버(10)의 내부에는 SCR촉매(11) 및 DPF필터(12)가 장착되어 배기가스에 포함된 이물질을 필터링할 수 있었다.In general, the DPF system is a system for purifying foreign substances such as nitrogen oxides contained in exhaust gas generated from a diesel engine and discharging them to the outside. is supplied, and the SCR catalyst 11 and the DPF filter 12 are mounted inside the SDPF chamber 10 to filter out foreign substances contained in the exhaust gas.

여기서, SDPF챔버(10) 상에서 DPF필터(12)의 전단과 후단에는 내부로 노출되도록 장착되어 배기가스에 포함된 질소산화물을 감지하는 가스센서(30)가 각각 장착되고, 각 가스센서(30)에서 감지된 신호는 차량의 ECU(40)로 전달되어 필터링 전후의 각 질소산화물량을 측정할 수 있었다.Here, the front and rear ends of the DPF filter 12 on the SDPF chamber 10 are mounted to be exposed to the inside, respectively, a gas sensor 30 for detecting nitrogen oxide contained in the exhaust gas is mounted, and each gas sensor 30 The detected signal was transmitted to the ECU 40 of the vehicle to measure the amount of each nitrogen oxide before and after filtering.

또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 일반적으로 DPF시스템에 사용되는 가스센서(30)는 디젤챔버(10)의 둘레에 관통삽입되어 장착되고 삽입된 단부에는 배기가스의 유동방향으로 가스유입공(31)이 개구된다. 더불어, 가스센서(30)의 내부에는 질소산화물을 감지하기 위한 센서카드(34)가 장착되고 이 센서카드(34)의 단부에는 질소산화물에 반응하여 전기적 신호를 출력하는 감지체(50)가 배치되었다.In addition, as shown in FIGS. 1 and 2 , the gas sensor 30 generally used in the DPF system is installed by being inserted through the circumference of the diesel chamber 10 , and gas is introduced into the inserted end in the flow direction of the exhaust gas. The ball 31 is opened. In addition, a sensor card 34 for detecting nitrogen oxide is mounted inside the gas sensor 30 , and a sensor 50 for outputting an electrical signal in response to nitrogen oxide is disposed at an end of the sensor card 34 . became

더불어, 상기 감지체(50)에서 질소산화물 농도를 측정하는 방식에는 평형전위를 이용하는 방식, 전류식 방식 그리고 혼합전위 방식이 있다. 이중 혼합전위 방식의 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이 산소이온 전도성 고체전해질(51)의 일측면에 금속산화물로 감지전극(53)을 형성하고, 고체전해질의 타측면에 귀금속으로 기준전극(52)을 형성해, 감지전극(53)과 기준전극(52) 사이의 전위차를 측정하는 것이다. 즉, 상기 감지전극(53)은 질소산화물과 산소에 대한 반응성을 가지나, 기준전극은 산소에만 반응성을 갖고 있어, 가스 중에 포함된 질소산화물 농도에 따라 감지전극(53)과 기준전극(52) 간의 전위차가 발생하게 되므로, 이 전위차를 측정함으로써 질소산화물의 농도를 측정하는 것이다. 그런데, 이 방식의 경우, 이산화질소와 일산화질소의 분해반응에 따라 발생되는 기전력 부호의 차이로 인해 이산화질소와 일산화질소가 혼재하는 질소산화물 가스에 대해서는 측정 정밀도가 매우 떨어지는 문제점이 있었다.In addition, a method for measuring the nitrogen oxide concentration in the sensor 50 includes a method using an equilibrium potential, a current method, and a mixed potential method. In the case of the double mixed potential method, as shown in FIG. 3, the sensing electrode 53 is formed of a metal oxide on one side of the oxygen ion conductive solid electrolyte 51, and the reference electrode 52 is made of a noble metal on the other side of the solid electrolyte. ) to measure the potential difference between the sensing electrode 53 and the reference electrode 52 . That is, the sensing electrode 53 has reactivity with nitrogen oxide and oxygen, but the reference electrode has reactivity only with oxygen. Since a potential difference is generated, the concentration of nitrogen oxide is measured by measuring this potential difference. However, in the case of this method, due to the difference in the electromotive force codes generated according to the decomposition reaction of nitrogen dioxide and nitrogen monoxide, there was a problem in that the measurement accuracy was very poor for nitrogen oxide gas in which nitrogen dioxide and nitrogen monoxide were mixed.

즉, 일산화질소의 경우 0V를 기준으로 농도(ppm)가 높을 수록 -전압(V)이 증가하고, 이산화질소는 0V를 기준으로 농도가 높을소록 +전압(V)이 증가함에 따라, 혼합질소 산화물(NOx)에서 일산화질소와 이산화질소의 역전위차가 발생하여 NOx의 총량(NO+NO2)을 정확하게 출력할 수 없는 문제로 인하여 DPF용 질소산화물용 센서에서 적용하기가 제한되었다.That is, in the case of nitrogen monoxide, the -voltage (V) increases as the concentration (ppm) is higher based on 0V, and as the + voltage (V) increases as the concentration (ppm) is higher in the case of nitrogen dioxide based on 0V, mixed nitrogen oxide ( NOx), the reverse potential difference between nitrogen monoxide and nitrogen dioxide occurs, so the total amount of NOx (NO+NO 2 ) cannot be accurately output, so the application is limited in the nitrogen oxide sensor for DPF.

또한, 상기 감지체의 경우 측정온도 환경에 따라 일산화탄소나 이산화탄소에 반응하는 민감도가 다르기 때문에 동일한 질소산화물 농도 조건에서도 온도변화에 따라 감지값이 상이하게 출력되어 오차가 발생하는 문제점이 있었다.In addition, in the case of the sensor, since the sensitivity to carbon monoxide or carbon dioxide is different depending on the measurement temperature environment, the detection value is output differently according to the temperature change even under the same nitrogen oxide concentration condition, thereby generating an error.

등록특허공보 제10-1956417호(2019.03.04), 가스 센서들의 모니터링 방법 및 장치.Registered Patent Publication No. 10-1956417 (2019.03.04), a method and apparatus for monitoring gas sensors.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 질소산화물에 따라 민감하게 반응하는 바이어스 전압을 가하여 질소산화물 농도산출을 위한 전위값을 측정함으로써 오차를 최소화하여 측정신뢰도를 향상시킬 수 있는 바이어스전압을 이용한 혼합전위차식 질소산화물 센서를 제공하는 것에 있다.The present invention was created to solve the above problems, and an object of the present invention is to increase the measurement reliability by minimizing the error by measuring the potential value for calculating the nitrogen oxide concentration by applying a bias voltage sensitively reacting according to the nitrogen oxide. It is to provide a mixed potential difference type nitrogen oxide sensor using a bias voltage that can be applied.

본 발명의 다른 목적은 일산화질소의 반응에 따른 출력값과 이산화질소의 반응에 따른 출력값의 전위방향이 같도록 하여 질소산화물에 포함된 일산화질소와 이산화질소의 총량을 측정할 수 있도록 한 혼합전위차식 질소산화물 센서를 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to measure the total amount of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide contained in nitrogen oxide by making the potential direction of the output value according to the reaction of nitrogen monoxide and the output value according to the reaction of nitrogen dioxide be the same. is to provide

본 발명의 특징에 따르면, 디젤엔진의 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 감지하는 혼합전위차식 질소산화물 센서에 있어서, 고체전해질로 이루어지며 배기가스의 배출경로 상에 배치되는 전해질기판(110); 상기 전해질기판(110)의 일측면에 장착되어 각각 질소산화물 성분에 화학적 반응하는 제1감지체(121); 및 제2감지체(122); 상기 제1감지체(121)에 접속되는 제1감지전극(131); 상기 제2감지체(122)에 접속되는 제2감지전극(132); 상기 전해질기판(110)의 타측면 상에서 상기 제1감지전극(131)와 대응되는 위치에 배치되는 제1기준전극(141); 상기 전해질기판(110)의 타측면 상에서 상기 제2감지체(122)와 대응되는 위치에 배치되는 제2기준전극(142); 상기 제1감지전극(131)에 전기적으로 연결되도록 전해질기판(110)에 장착되어 제1감지전극(131)에 정방향 바이어스전압을 인가하는 제1보조전극(171); 및 상기 제2감지전극(132)에 전기적으로 연결되도록 전해질기판(110)에 장착되어 제2감지전극(132)에 역방향 바이어스전압을 인가하는 제2보조전극(172);을 포함하는 바이어스전압을 이용한 혼합전위차식 질소산화물 센서가 제공된다.According to a feature of the present invention, in the mixed potential differential nitrogen oxide sensor for detecting nitrogen oxide (NOx) contained in exhaust gas of a diesel engine, an electrolyte substrate 110 made of a solid electrolyte and disposed on an exhaust path of the exhaust gas ); a first sensing member 121 mounted on one side of the electrolyte substrate 110 and chemically reacting to each nitrogen oxide component; and a second sensing body 122; a first sensing electrode 131 connected to the first sensing body 121; a second sensing electrode 132 connected to the second sensing body 122; a first reference electrode 141 disposed at a position corresponding to the first sensing electrode 131 on the other side of the electrolyte substrate 110; a second reference electrode 142 disposed at a position corresponding to the second sensing body 122 on the other side of the electrolyte substrate 110; a first auxiliary electrode 171 mounted on the electrolyte substrate 110 so as to be electrically connected to the first sensing electrode 131 and applying a forward bias voltage to the first sensing electrode 131; and a second auxiliary electrode 172 mounted on the electrolyte substrate 110 so as to be electrically connected to the second sensing electrode 132 and applying a reverse bias voltage to the second sensing electrode 132; A mixed potential differential nitrogen oxide sensor is provided.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 각 전극(131,132,141,142)과 전기적으로 연결되어 상기 제1감지전극(131)과 제1기준전극(141)간의 전위차인 제1전위차값 및 상기 제2감지전극(132)과 제2기준전극(142)간의 전위차인 제2전위차값을 측정하고, 상기 제1전위차값을 이용하여 일산화질소 농도를 산출하며 상기 제2전위차값을 이용하여 이산화질소 농도를 산출하고, 상기 제2전위차값의 -부호를 +부호로 변환하고 제1전위차값과 합산한 데이터값을 이용하여 일산화질소와 이산화질소가 포함된 질소산화물의 전체 농도를 산출하는 제어부(160);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이어스전압을 이용한 혼합전위차식 질소산화물 센서가 제공된다.According to another feature of the present invention, a first potential difference value that is a potential difference between the first sensing electrode 131 and the first reference electrode 141 and electrically connected to each electrode 131 , 132 , 141 , and 142 and the second sensing electrode 132 . Measuring a second potential difference value that is a potential difference between the second reference electrode 142 and calculating the nitrogen monoxide concentration using the first potential difference value, calculating the nitrogen dioxide concentration using the second potential difference value, and the second The control unit 160 for converting the - sign of the potential difference value into a + sign and calculating the total concentration of nitrogen oxides containing nitrogen monoxide and nitrogen dioxide using the data value summed with the first potential difference value; characterized by further comprising: A mixed potential difference type nitrogen oxide sensor using a bias voltage is provided.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1감지체(121) 일산화질소(NO)에 민감하게 반응하는 제1온도치로 제1감지체(121)를 가열하는 제1히팅부(151); 및 상기 제2감지체(122)가 이산화질소(NO2)에 민감하게 반응하는 제2온도치로 제2감지체(122)를 가열하는 제2히팅부(152);를 더 포함하는 바이어스전압을 이용한 혼합전위차식 질소산화물 센서가 제공된다.According to another feature of the present invention, the first sensing unit 121, a first heating unit 151 for heating the first sensing unit 121 to a first temperature value sensitive to nitrogen monoxide (NO); and a second heating unit 152 for heating the second sensing unit 122 to a second temperature value at which the second sensing unit 122 is sensitive to nitrogen dioxide (NO 2 ). A mixed potential differential nitrogen oxide sensor is provided.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 제1감지체(121) 및 제2감지체(122)는 NiO-YSZ, YSZ 또는 Cu-YSZ 중 어느 하나의 재질로 이루어지고, 상기 제1온도치는 200도씨 내지 400도씨이며, 상기 제2온도치는 600도씨 내지 800도씨인 것을 특징으로 하는 바이어스전압을 이용한 혼합전위차식 질소산화물 센서가 제공된다.According to another feature of the present invention, the first sensing body 121 and the second sensing body 122 are made of any one of NiO-YSZ, YSZ, and Cu-YSZ, and the first temperature value is 200 There is provided a mixed potential difference type nitrogen oxide sensor using a bias voltage, characterized in that the temperature is in the range of from 600 to 800 degrees Celsius, and the second temperature value is from 600 degrees Celsius to 400 degrees Celsius.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 전해질기판(110) 상에서 제1감지체(121)와 제2감지체(122) 사이에는 제1감지체(121)와 제2감지체(122) 간의 열전도면적을 감소시키기 위한 전도차단공(111)이 형성된 것을 특징으로 하는 바이어스전압을 이용한 혼합전위차식 질소산화물 센서가 제공된다.According to another feature of the present invention, between the first sensing body 121 and the second sensing body 122 on the electrolyte substrate 110, heat conduction between the first sensing body 121 and the second sensing body 122 There is provided a mixed potential difference type nitrogen oxide sensor using a bias voltage, characterized in that the conduction blocking hole 111 for reducing the area is formed.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 전해질기판(110)은 고체전해질로 이루어지며 배기가스의 배출경로 상에 배치되고, 제1감지체(121) 및 제2감지체(122)는 상기 전해질기판(110)의 일측면에 장착되어 각각 질소산화물 성분에 화학적 반응하며, 제1감지전극(131)은 상기 제1감지체(121)에 접속되고 제2감지전극(132)은 상기 제2감지체(122)에 접속되며, 제1기준전극(141)은 전해질기판(110)의 타측면 상에서 상기 제1감지전극(131)와 대응되는 위치에 배치되고 제2기준전극(142)은 상기 전해질기판(110)의 타측면 상에서 상기 제2감지체(122)와 대응되는 위치에 배치되며, 제1보조전극(171)은 상기 제1감지전극(131)에 전기적으로 연결되도록 전해질기판(110)에 장착되어 제1감지전극(131)에 정방향 바이어스전압을 인가하고 제2보조전극(172)은 상기 제2감지전극(132)에 전기적으로 연결되도록 전해질기판(110)에 장착되어 제2감지전극(132)에 역방향 바이어스전압을 인가하는 것과 같이, 질소산화물에 따라 민감하게 반응하는 바이어스 전압을 가하여 질소산화물 농도산출을 위한 전위값을 측정함으로써 오차를 최소화하여 측정신뢰도를 향상시킬 수 있다.According to the present invention as described above, the electrolyte substrate 110 is made of a solid electrolyte and is disposed on the exhaust gas discharge path, and the first sensing body 121 and the second sensing body 122 are the electrolyte substrate ( 110) and chemically reacts with nitrogen oxide components, the first sensing electrode 131 is connected to the first sensing body 121 and the second sensing electrode 132 is connected to the second sensing body ( 122), the first reference electrode 141 is disposed at a position corresponding to the first sensing electrode 131 on the other side of the electrolyte substrate 110, and the second reference electrode 142 is the electrolyte substrate ( 110) is disposed at a position corresponding to the second sensing body 122 on the other side, and the first auxiliary electrode 171 is mounted on the electrolyte substrate 110 so as to be electrically connected to the first sensing electrode 131 to apply a forward bias voltage to the first sensing electrode 131 , and the second auxiliary electrode 172 is mounted on the electrolyte substrate 110 so as to be electrically connected to the second sensing electrode 132 , the second sensing electrode 132 . ), by applying a bias voltage sensitively responding to nitrogen oxides to measure the potential value for nitrogen oxide concentration calculation, the error can be minimized and measurement reliability can be improved.

또한, 제어부(160)는 각 전극(131,132,141,142)과 전기적으로 연결되어 상기 제1감지전극(131)과 제1기준전극(141)간의 전위차인 제1전위차값 및 상기 제2감지전극(132)과 제2기준전극(142)간의 전위차인 제2전위차값을 측정하고, 상기 제1전위차값을 이용하여 일산화질소 농도를 산출하며 상기 제2전위차값을 이용하여 이산화질소 농도를 산출하고, 상기 제2전위차값의 -부호를 +부호로 변환하고 제1전위차값과 합산한 데이터값을 이용하여 일산화질소와 이산화질소가 포함된 질소산화물의 전체 농도를 산출하는 것과 같이, 일산화질소의 반응에 따른 출력값과 이산화질소의 반응에 따른 출력값의 전위방향이 간도록 하여 질소산화물에 포함된 일산화질소와 이산화질소의 총량을 측정할 수 있다.In addition, the control unit 160 is electrically connected to each of the electrodes 131 , 132 , 141 , and 142 to form a first potential difference value that is a potential difference between the first sensing electrode 131 and the first reference electrode 141 and the second sensing electrode 132 and Measuring a second potential difference value that is a potential difference between the second reference electrodes 142, calculating a nitrogen monoxide concentration using the first potential difference value, calculating a nitrogen dioxide concentration using the second potential difference value, and calculating the second potential difference As the total concentration of nitrogen oxides containing nitrogen monoxide and nitrogen dioxide is calculated using the data value summed with the first potential difference value by converting the - sign of the value to the + sign, the output value according to the reaction of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide The total amount of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide included in nitrogen oxide can be measured by allowing the potential direction of the output value according to the reaction to go.

도 1은 일반적인 DPF시스템의 구성을 나타낸 개략도,
도 2는 종래의 가스센서의 구성을 나타낸 분리사시도,
도 3은 종래의 감지체의 구성을 나타낸 개략도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이어스전압을 이용한 혼합전위차식 질소산화물 센서의 구성을 나타낸 측단면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이어스전압을 이용한 혼합전위차식 질소산화물 센서의 구성을 나타낸 평면도이다.1 is a schematic diagram showing the configuration of a general DPF system;
2 is an exploded perspective view showing the configuration of a conventional gas sensor;
3 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional sensor;
4 is a side cross-sectional view showing the configuration of a mixed potential difference type nitrogen oxide sensor using a bias voltage according to a preferred embodiment of the present invention;
5 is a plan view showing the configuration of a mixed potential difference nitrogen oxide sensor using a bias voltage according to a preferred embodiment of the present invention.

상술한 본 발명의 목적, 특징들 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.The objects, features and advantages of the present invention described above will become more apparent through the following detailed description. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described based on the accompanying drawings.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이어스전압을 이용한 혼합전위차식 질소산화물 센서는 디젤엔진의 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)를 감지하기 위한 센서로서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 전해질기판(110), 제1감지체(121), 제2감지체(122), 제1감지전극(131), 제2감지전극(132), 제1기준전극(141), 제2기준전극(142), 제1보조전극(171) 및 제2보조전극(172)을 포함한다.A mixed potential differential nitrogen oxide sensor using a bias voltage according to a preferred embodiment of the present invention is a sensor for detecting nitrogen oxide (NOx) contained in exhaust gas of a diesel engine, and as shown in FIGS. 4 and 5, electrolyte Substrate 110 , first sensing body 121 , second sensing body 122 , first sensing electrode 131 , second sensing electrode 132 , first reference electrode 141 , second reference electrode ( 142), a first auxiliary electrode 171 and a second auxiliary electrode 172 are included.

먼저, 상기 전해질기판(110)은 각 전극(131,132,141,142) 및 히팅부(151,152)가 장착될 수 있는 공간을 제공하는 부재로서, 고체전해질로 이루어지며 배기가스의 배출경로 상에 배치된다. 여기서, 상기 전해질기판(110)은 YSZ(Yttria-stabilized zirconia)와 같은 세라믹 재료를 상온에서 안정시켜 센서기판의 형태로 제조될 수 있다.First, the electrolyte substrate 110 is a member that provides a space in which each of the electrodes 131 , 132 , 141 , 142 and the heating unit 151 , 152 can be mounted, and is made of a solid electrolyte and is disposed on an exhaust path of exhaust gas. Here, the electrolyte substrate 110 may be manufactured in the form of a sensor substrate by stabilizing a ceramic material such as Yttria-stabilized zirconia (YSZ) at room temperature.

상기 제1감지체(121) 및 제2감지체(122)는 전해질기판(110)의 일측면에 장착되어 각각 질소산화물 성분에 화학적으로 반응하는 감지부재이다. 여기서, 각 감지체(121,122)는 NiO-YSZ, YSZ 또는 Cu-YSZ 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다. 즉, 제1감지체(121)와 제2감지체(122)는 모두 NiO-YSZ 재질로 이루어지거나 CuO-YSZ 재질로 이루어질 수 있으며, NiO-YSZ와 CuO-YSZ 중 어느 하나의 재질로 동일하게 이루어질 수도 있다.The first sensing body 121 and the second sensing body 122 are sensing members mounted on one side of the electrolyte substrate 110 and chemically reacting to the nitrogen oxide component, respectively. Here, each of the sensors 121 and 122 may be made of any one of NiO-YSZ, YSZ, and Cu-YSZ. That is, both the first sensing body 121 and the second sensing body 122 may be made of a NiO-YSZ material or a CuO-YSZ material, and may be made of any one of NiO-YSZ and CuO-YSZ material. may be done

상기 제1감지전극(131)은 제1감지체(121)에 접속되고 제2감지전극(132)은 제2감지체(122)에 접속된다.The first sensing electrode 131 is connected to the first sensing body 121 , and the second sensing electrode 132 is connected to the second sensing body 122 .

상기 제1보조전극(171)은 제1감지전극(131)에 전기적으로 연결되도록 전해질기판(110)에 장착되어 제1감지전극(131)에 정방향 바이어스전압을 인가하고 제2보조전극(172)은 제2감지전극(132)에 전기적으로 연결되도록 전해질기판(110)에 장착되어 제2감지전극(132)에 역방향 바이어스전압을 인가한다.The first auxiliary electrode 171 is mounted on the electrolyte substrate 110 so as to be electrically connected to the first sensing electrode 131 , applies a forward bias voltage to the first sensing electrode 131 , and the second auxiliary electrode 172 . is mounted on the electrolyte substrate 110 so as to be electrically connected to the second sensing electrode 132 to apply a reverse bias voltage to the second sensing electrode 132 .

여기서, 상기 제1보조전극(171)은 75mV 내지 125mV의 정방향 바이어스전압을 인가하고, 상기 제2보조전극(172)은 - 50mV 내지 - 100mV의 역방향 바이어스전압을 인가하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the first auxiliary electrode 171 applies a forward bias voltage of 75 mV to 125 mV, and the second auxiliary electrode 172 applies a reverse bias voltage of -50 mV to -100 mV.

여기서, 상기 제1보조전극(171)의 경우 75mV 내지 125mV의 범위를 벗어나는 정방향 바이어스전압 또는 역방향 바이어스전압을 인가하거나, 제2보조전극(172)의 경우 - 50mV 내지 - 100mV의 범위를 벗어나는 역방향 바이어스전압 또는 정방향 바이어스전압을 인가하는 경우 센서반응의 민감도가 저하되는 현상이 발생할 수 있다.Here, in the case of the first auxiliary electrode 171, a forward bias voltage or a reverse bias voltage outside the range of 75 mV to 125 mV is applied, or in the case of the second auxiliary electrode 172, a reverse bias outside the range of - 50 mV to - 100 mV. When a voltage or a forward bias voltage is applied, a phenomenon in which the sensitivity of the sensor response is lowered may occur.

이와 같이, 질소산화물에 따라 민감하게 반응하는 바이어스 전압을 가하여 질소산화물 농도산출을 위한 전위값을 측정함으로써 오차를 최소화하여 측정신뢰도를 향상시킬 수 있다.As described above, by applying a bias voltage sensitively reacting according to nitrogen oxide to measure the potential value for calculating the nitrogen oxide concentration, error can be minimized and measurement reliability can be improved.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이어스전압을 이용한 혼합전위차식 질소산화물 센서는 제1히팅부(151) 및 제2히팅부(152)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the mixed potential difference nitrogen oxide sensor using a bias voltage according to a preferred embodiment of the present invention may further include a first heating unit 151 and a second heating unit 152 .

상기 제1히팅부(151)는 제1감지체(121)가 일산화질소(NO)에 민감하게 반응하는 제1온도치로 제1감지체(121)를 가열하고, 제2히팅부(152)는 제2감지체(122)가 이산화질소(NO2)에 민감하게 반응하는 제2온도치로 제2감지체(122)를 가열한다.The first heating unit 151 heats the first sensing unit 121 to a first temperature value at which the first sensing unit 121 sensitively reacts to nitrogen monoxide (NO), and the second heating unit 152 is The second sensor 122 is heated to a second temperature value sensitive to nitrogen dioxide (NO 2 ).

여기서, 상기 제1온도치는 200도씨 내지 400도씨이며, 상기 제2온도치는 600도씨 내지 800도씨인 것이다. 바람직하다. 각 온도치의 하한 온도(200도씨,600도씨)보다 낮아지거나 각 상한 온도(400도씨,800도씨)보다 높아지게 되면 일산화질소나 이산화질소에 화학적 반응하는 정도가 현저하게 낮아질 수 있으로 상기와 같은 최적범위로 제1온도치와 제2온도치를 유지하는 것이 바람직하다.Here, the first temperature value is 200 °C to 400 °C, and the second temperature value is 600 °C to 800 °C. desirable. If it is lower than the lower limit temperature (200 degrees C, 600 degrees C) of each temperature value or becomes higher than each upper limit temperature (400 degrees C, 800 degrees C), the degree of chemical reaction to nitrogen monoxide or nitrogen dioxide can be significantly lowered. It is preferable to maintain the first temperature value and the second temperature value in the same optimal range.

이와 같이, 질소산화물 중 감지대상 질소산화물에 따라 민감하게 반응하는 온도로 가열하여 질소산화물 농도산출을 위한 전위값을 측정함으로써 오차를 최소화하여 측정신뢰도를 향상시킬 수 있다. 즉, 일산화질소 감지 최적온도 조건 300도씨 전후와 이산화질소 감지 최적온도 조건 700도씨 전후를 유지하는 독립적인 히터설계를 통하여 디젤엔진에서 발생하는 배기가스의 질소산화물(NOx)의 총량을 측정가능한 여건을 제공할 수 있다.As described above, by measuring the potential value for calculating the nitrogen oxide concentration by heating it to a temperature sensitively reacting according to the nitrogen oxide to be sensed among the nitrogen oxides, the error can be minimized and the measurement reliability can be improved. In other words, it is possible to measure the total amount of nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas generated from diesel engines through an independent heater design that maintains the optimum temperature condition for nitrogen monoxide detection around 300°C and the optimum temperature condition for nitrogen dioxide detection around 700°C can provide

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 각 전극(131,132,141,142)의 전위차를 이용하여 질소산화물의 농도를 산출하기 위한 제어부(160)를 더 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the control unit 160 may further include a control unit 160 for calculating the concentration of nitrogen oxide by using the potential difference between the electrodes 131 , 132 , 141 , and 142 .

여기서, 상기 제어부(160)는 각 전극(131,132,141,142)과 전기적으로 연결되어 상기 제1감지전극(131)과 제1기준전극(141)간의 전위차인 제1전위차값 및 상기 제2감지전극(132)과 제2기준전극(142)간의 전위차인 제2전위차값을 측정하고, 상기 제1전위차값을 이용하여 일산화질소 농도를 산출하며 상기 제2전위차값을 이용하여 이산화질소 농도를 산출하고, 상기 제2전위차값의 -부호를 +부호로 변환하고 제1전위차값과 합산한 데이터값을 이용하여 일산화질소와 이산화질소가 포함된 질소산화물의 전체 농도를 산출한다.Here, the controller 160 is electrically connected to each of the electrodes 131 , 132 , 141 , and 142 to form a first potential difference value that is a potential difference between the first sensing electrode 131 and the first reference electrode 141 and the second sensing electrode 132 . Measuring a second potential difference value that is a potential difference between the second reference electrode 142 and calculating the nitrogen monoxide concentration using the first potential difference value, calculating the nitrogen dioxide concentration using the second potential difference value, and the second The total concentration of nitrogen oxides including nitrogen monoxide and nitrogen dioxide is calculated by converting the - sign of the potential difference value to a + sign and using the data value summed with the first potential difference value.

따라서, 종래에는 단일 감지물질 설계에서는 일산화질소 반응에 대한 출력이 -전압으로, 이산화질소 반응에 대한 출력이 +전압으로 출력되어 질소산화물(NOx) 총량을 감지할 수 없었으나, 상술한 바와 같은 전해질기판(110), 제1감지체(121), 제2감지체(122), 제1감지전극(131), 제2감지전극(132), 제1기준전극(141), 제2기준전극(142), 제1히팅부(151) 및 제2히팅부(152)의 조합된 구성과 같은 감지물질 복합 설계로 전위차에 대한 단점을 극복할 수 있다.Therefore, in the prior art, in a single sensing material design, the output for the nitrogen monoxide reaction was output as - voltage and the output for the nitrogen dioxide reaction as + voltage, so that the total amount of nitrogen oxide (NOx) could not be detected, but the electrolyte substrate as described above (110), first sensing body 121, second sensing body 122, first sensing electrode 131, second sensing electrode 132, first reference electrode 141, second reference electrode 142 ), the first heating part 151 and the second heating part 152 can overcome the disadvantages of the potential difference with a composite design of the sensing material, such as a combined configuration.

즉, 일산화질소와 이산화질소의 온도분위기 조건을 각각 조성해주는 히터설계를 통하여 센서카드의 질소산화물 감지에 특화시킬 수 있으며, 기존 방식에서 일산화질소와 이산화질소의 역전위현상을 센서의 일산화질소 출력값 전위방향과 이산화질소 출려값 전위 방향이 같은 복합구조로 감지체를 설계하여 기존 방식과 다르게 질소산화물(NOx)의 총량을 측정할 수 있는 것이다.In other words, the sensor card can be specialized in nitrogen oxide detection through a heater design that creates temperature and atmospheric conditions for nitrogen monoxide and nitrogen dioxide, respectively. It is possible to measure the total amount of nitrogen oxide (NOx) differently from the existing method by designing the sensor with a complex structure with the same nitrogen dioxide output value and potential direction.

한편, 도면에 도시된 바와 같이 상기 전해질기판(110) 상에서 제1감지체(121)와 제2감지체(122) 사이에는 전도차단공(111)이 형성됨으로써 제1감지체(121)와 제2감지체(122) 간의 열전도면적을 감소시켜 제2히팅부(152)에 의해 가열된 온도가 전해질기판(110)를 통해 제2감지체(122)로 전도되는 것을 최소화할 수 있다.On the other hand, as shown in the drawing, a conduction blocking hole 111 is formed between the first sensing body 121 and the second sensing body 122 on the electrolyte substrate 110, so that the first sensing body 121 and the second sensing body 121 are formed. By reducing the heat conduction area between the two sensing units 122 , it is possible to minimize conduction of the temperature heated by the second heating unit 152 to the second sensing unit 122 through the electrolyte substrate 110 .

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the art to which the present invention pertains that various substitutions, modifications and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those who have knowledge.

110...전해질기판 121...제1감지체
122...제2감지체 131...제1감지전극
132...제2감지전극 141...제1기준전극
142...제2기준전극 151...제1히팅부
152...제2히팅부 160...제어부
171...제1보조전극 172...제2보조전극110...electrolyte substrate 121...first sensing element
122...Second sensing body 131...First sensing electrode
132...Second sensing electrode 141...First reference electrode
142...Second reference electrode 151...First heating part
152...Second heating unit 160...Control unit
171...First auxiliary electrode 172...Second auxiliary electrode

Claims (3)

디젤엔진의 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 감지하는 혼합전위차식 질소산화물 센서에 있어서,
고체전해질로 이루어지며 배기가스의 배출경로 상에 배치되는 전해질기판(110);
상기 전해질기판(110)의 일측면에 장착되어 각각 질소산화물 성분에 화학적 반응하는 제1감지체(121); 및 제2감지체(122);
상기 제1감지체(121)에 접속되는 제1감지전극(131);
상기 제2감지체(122)에 접속되는 제2감지전극(132);
상기 전해질기판(110)의 타측면 상에서 상기 제1감지전극(131)와 대응되는 위치에 배치되는 제1기준전극(141);
상기 전해질기판(110)의 타측면 상에서 상기 제2감지체(122)와 대응되는 위치에 배치되는 제2기준전극(142);
상기 제1감지전극(131)에 전기적으로 연결되도록 전해질기판(110)에 장착되어 제1감지전극(131)에 정방향 바이어스전압을 인가하는 제1보조전극(171); 및
상기 제2감지전극(132)에 전기적으로 연결되도록 전해질기판(110)에 장착되어 제2감지전극(132)에 역방향 바이어스전압을 인가하는 제2보조전극(172);을 포함하는 바이어스전압을 이용한 혼합전위차식 질소산화물 센서.
In the mixed potential difference type nitrogen oxide sensor for detecting nitrogen oxide (NOx) contained in exhaust gas of a diesel engine,
an electrolyte substrate 110 made of a solid electrolyte and disposed on an exhaust gas discharge path;
a first sensing member 121 mounted on one side of the electrolyte substrate 110 and chemically reacting with each nitrogen oxide component; and a second sensing body 122;
a first sensing electrode 131 connected to the first sensing body 121;
a second sensing electrode 132 connected to the second sensing body 122;
a first reference electrode 141 disposed at a position corresponding to the first sensing electrode 131 on the other side of the electrolyte substrate 110;
a second reference electrode 142 disposed at a position corresponding to the second sensing body 122 on the other side of the electrolyte substrate 110;
a first auxiliary electrode 171 mounted on the electrolyte substrate 110 so as to be electrically connected to the first sensing electrode 131 and applying a forward bias voltage to the first sensing electrode 131; and
A second auxiliary electrode 172 that is mounted on the electrolyte substrate 110 so as to be electrically connected to the second sensing electrode 132 and applies a reverse bias voltage to the second sensing electrode 132; using a bias voltage including a Mixed potential differential nitrogen oxide sensor.
 청구항 1에 있어서,
각 전극(131,132,141,142)과 전기적으로 연결되어 상기 제1감지전극(131)과 제1기준전극(141)간의 전위차인 제1전위차값 및 상기 제2감지전극(132)과 제2기준전극(142)간의 전위차인 제2전위차값을 측정하고, 상기 제1전위차값을 이용하여 일산화질소 농도를 산출하며 상기 제2전위차값을 이용하여 이산화질소 농도를 산출하고, 상기 제2전위차값의 -부호를 +부호로 변환하고 제1전위차값과 합산한 데이터값을 이용하여 일산화질소와 이산화질소가 포함된 질소산화물의 전체 농도를 산출하는 제어부(160);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이어스전압을 이용한 혼합전위차식 질소산화물 센서.
The method according to claim 1,
A first potential difference value that is a potential difference between the first sensing electrode 131 and the first reference electrode 141 and electrically connected to each electrode 131 , 132 , 141 , and 142 and the second sensing electrode 132 and the second reference electrode 142 Measure a second potential difference value that is a potential difference between The control unit 160 for calculating the total concentration of nitrogen oxide containing nitrogen monoxide and nitrogen dioxide using the data value summed with the first potential difference value after converting to nitrogen oxide sensor.
 청구항 1에 있어서,
상기 제1감지체(121) 일산화질소(NO)에 민감하게 반응하는 제1온도치로 제1감지체(121)를 가열하는 제1히팅부(151); 및
상기 제2감지체(122)가 이산화질소(NO2)에 민감하게 반응하는 제2온도치로 제2감지체(122)를 가열하는 제2히팅부(152);를 더 포함하는 바이어스전압을 이용한 혼합전위차식 질소산화물 센서.The method according to claim 1,
a first heating unit 151 for heating the first sensing unit 121 to a first temperature value sensitive to nitrogen monoxide (NO); and
Mixing using bias voltage further including; Potentiometric nitrogen oxide sensor.
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