WO2011045908A1 - センサ制御装置およびセンサ制御方法 - Google Patents

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WO2011045908A1
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unit
characteristic
amplification
sensor
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PCT/JP2010/005993
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克則 矢澤
祐治 木元
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日本特殊陶業株式会社
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the present invention relates to a sensor control device and a sensor control method for controlling a sensor.
  • sensors that detect the concentration of nitrogen oxide (hereinafter simply referred to as “NOx”) as a specific gas in the exhaust gas of an internal combustion engine are known.
  • NOx nitrogen oxide
  • each input signal from the two amplifier circuits to the control unit for example, a microcomputer
  • the control unit for example, a microcomputer
  • GND short circuit ground fault
  • a drive voltage power supply voltage
  • an intermediate region between GND and Vcc is simply referred to as “intermediate region”.
  • the purpose is to do.
  • the present invention can be realized as the following forms or application examples in order to solve at least a part of the above-described problems.
  • a sensor unit that outputs an electric signal value corresponding to a physical / chemical characteristic of a measurement target, an electric signal value output from the sensor unit, and a first detection range of the characteristic
  • a first amplifying unit that amplifies the electric signal value at an amplification factor of 1, and an electric signal value output from the sensor unit; and a second that at least partially overlaps the first detection range for the characteristic
  • a value indicating the characteristic is obtained based on a second amplifying unit that amplifies the electric signal value at a second amplification factor for the detection range, an output from the first amplifying unit, and an output from the second amplifying unit.
  • the sensor control device including a control unit that outputs the value as a sensor detection value, a first characteristic conversion value based on an output from the first amplification unit and a second based on an output from the second amplification unit Get characteristic conversion value of A conversion value acquisition unit, and a predetermined range included in an overlap portion of the first detection range and the second detection range is set as an abnormality diagnosis range, and at least one of the first and second characteristic conversion values is A conversion value determination unit that determines whether or not the abnormality diagnosis range is included, and when the conversion value determination unit determines that the abnormality diagnosis range includes the first characteristic conversion value and the second characteristic conversion value Comparing with the characteristic conversion value, an abnormality diagnosing unit for determining whether an abnormality has occurred in at least one of the signal system including the first amplifying unit and the signal system including the second amplifying unit is provided.
  • the sensor control apparatus characterized by the above-mentioned.
  • the abnormality diagnosis unit includes a difference calculation unit that calculates a difference between the first characteristic conversion value and a second characteristic conversion value;
  • a sensor control device comprising: an abnormality determination unit that determines the abnormality based on the calculated difference.
  • the difference calculation unit includes an integrated value calculation unit that calculates an integrated value of the difference in a predetermined period
  • the abnormality determination unit includes the integration
  • a sensor control device configured to determine that the abnormality is present when a value becomes equal to or greater than a predetermined value.
  • the converted value acquisition unit may calculate the first characteristic converted value and the first value every predetermined time set to a time shorter than the predetermined period.
  • the difference calculation unit obtains the difference based on the first and second characteristic conversion values acquired by the conversion value acquisition unit every predetermined time.
  • the integrated value is configured to be calculated over a plurality of times going back to the past from the present, and the abnormality determination unit, when the integrated value calculated by the difference calculation unit is equal to or greater than a predetermined value for each predetermined time, A sensor control device that is configured to determine that the abnormality is present.
  • the second detection range is narrower than the first detection range
  • the second amplification factor is A sensor control device that is higher than the first amplification factor
  • the sensor control device includes a plurality of amplifier circuits that receive electrical signal values output from the sensor unit, and one of the amplifier circuits is A first amplifying unit for amplifying the electric signal value with a first amplification factor is configured, and another of the amplifying circuits forms a second amplifying unit for amplifying the electric signal value with the second amplification factor.
  • Sensor control device includes a plurality of amplifier circuits that receive electrical signal values output from the sensor unit, and one of the amplifier circuits is A first amplifying unit for amplifying the electric signal value with a first amplification factor is configured, and another of the amplifying circuits forms a second amplifying unit for amplifying the electric signal value with the second amplification factor.
  • the sensor control device according to any one of Application Examples 1 to 5, further including an amplification circuit that receives an electric signal value output from the sensor unit, wherein the amplification circuit has a gain of its own.
  • the first amplification factor and the second amplification factor can be selected by switching, and the first amplification unit is configured when the amplification circuit is set to the first amplification factor.
  • the unit is a sensor control device configured when the amplification circuit is set to the second amplification factor.
  • Application Example 8 The sensor control device according to any one of Application Examples 1 to 7, wherein the characteristic is a concentration of a specific gas included in the measurement target.
  • Application Example 9 A sensor unit that outputs an electric signal value corresponding to a physical characteristic or chemical characteristic of a measurement target, an electric signal value output from the sensor unit, and a first detection range of the characteristic
  • Get characteristic conversion value of Conversion value acquisition step and a predetermined range included in an overlapping portion of the first detection range and the second detection range is an abnormality diagnosis range, and at least one of the first and second characteristic conversion values Is determined to be included in the abnormality diagnosis range, and when it is determined by the determination step to be included in the abnormality diagnosis range, the first characteristic conversion value and the second characteristic conversion value And an abnormality diagnosis step of determining whether or not an abnormality has occurred in at least one of the signal system including the first amplification unit and the signal system including the second amplification unit. Sensor control method.
  • the present invention can be realized in the form of a computer program that realizes each step of the sensor control method according to Application Example 9 as each step of the computer program. Further, the present invention can be realized in the form of a recording medium that records the computer program, a data signal that includes the computer program and is embodied in a carrier wave, and the like.
  • a value indicating the physical characteristic or chemical characteristic of the measurement target is obtained based on the output from the first amplification unit and the output from the second amplification unit.
  • a “physical property or chemical property” is a physical quantity or a chemical quantity.
  • the first characteristic conversion value based on the output from the first amplifying unit is compared with the second characteristic conversion value based on the output from the second amplifying unit, so that at least one of the two characteristic conversion values is obtained. Therefore, it is possible to determine whether an abnormality has occurred in at least one of the signal system including the first amplifying unit and the signal system including the second amplifying unit. it can. Therefore, a failure in which the input signal from the amplification unit becomes an abnormal value in the intermediate range can be diagnosed with high accuracy.
  • the accuracy of failure diagnosis can be further improved by using the difference between the first characteristic conversion value and the second characteristic conversion value.
  • the accuracy of failure diagnosis can be further improved by using the integrated value of the difference in a predetermined period.
  • the input from the amplification unit since the integrated value of the difference for a plurality of times going back from the present to the past is updated every predetermined time, the input from the amplification unit has a periodicity. It is also possible to reliably determine abnormality.
  • the input signal from the first amplifying unit has a relatively wide range with a low gain, and the input signal from the second amplifying unit has a relatively high gain.
  • the low range For this reason, when the control unit wants to detect characteristics over a wide range, it can detect the approximate resolution by adopting the input signal from the first amplifying unit, while detecting the characteristics pinpoint. In order to achieve this, it is possible to detect with high resolution by adopting the input signal from the second amplifying unit.
  • the signal system including the first amplifier unit and the second amplifier unit are included. Whether or not an abnormality has occurred in at least one of the signal systems can be diagnosed with high accuracy.
  • the specific configuration of the first amplifying unit and the second amplifying unit is different from that of the above application example 6, an amplifying circuit that configures the first amplifying unit or the second amplifying unit by switching its amplification factor is provided.
  • an amplifying circuit that configures the first amplifying unit or the second amplifying unit by switching its amplification factor is provided.
  • the sensor control method according to Application Example 9 can obtain the same operational effects as the sensor control device according to Application Example 1.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an abnormality diagnosis process executed by a microcomputer 60. It is a graph which shows the 1st and 2nd NOx density
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a sensor control device 5 and its periphery as a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a gas sensor
  • the sensor control device 5 is connected to the gas sensor 1.
  • the gas sensor 1 includes a sensor element 10.
  • the sensor element 10 is illustrated with a cross-sectional view showing the internal structure at the tip side portion, and the left side in the figure is the tip side of the sensor element 10.
  • the gas sensor 1 is disposed in an exhaust path (not shown) through which exhaust gas from the internal combustion engine is exhausted.
  • the gas sensor 1 is used to detect exhaust gas from an internal combustion engine as a measurement target and detect NOx concentration as a chemical amount of the measurement target.
  • the gas sensor 1 includes a sensor element 10 having an elongated and long plate-like shape, and a housing (not shown) for attaching the gas sensor 1 to a discharge path.
  • the sensor element 10 is held in the housing.
  • a signal line for extracting a signal output from the sensor element 10 is drawn out from the gas sensor 1 and is electrically connected to a sensor control device 5 attached at a position away from the gas sensor 1.
  • the sensor element 10 has a structure in which three plate-shaped solid electrolyte bodies 111, 121, 131 are formed in layers with insulators 140, 145 made of alumina or the like interposed therebetween.
  • insulators 140, 145 made of alumina or the like interposed therebetween.
  • sheet-like insulating layers 162 and 163 mainly composed of alumina are laminated, and a heater element 161 in which a heater pattern 164 mainly composed of Pt is embedded therebetween. Is provided.
  • the solid electrolyte bodies 111, 121, 131 are made of zirconia, which is a solid electrolyte, and have oxygen ion conductivity.
  • Porous electrodes 112 and 113 are provided on both surfaces of the solid electrolyte body 111 in the stacking direction of the sensor element 10 so as to sandwich the solid electrolyte body 111, respectively.
  • the electrodes 112 and 113 are made of Pt, a Pt alloy, or cermet containing Pt and ceramics.
  • a porous protective layer 114 made of ceramics is provided on the surfaces of the electrodes 112 and 113. The protective layer 114 protects the electrodes 112 and 113 from being deteriorated by being exposed to a toxic gas (reducing atmosphere) contained in the exhaust gas.
  • solid electrolyte body 111 In the solid electrolyte body 111, an electric current is passed between the electrodes 112 and 113, whereby the atmosphere in contact with the electrode 112 (atmosphere outside the sensor element 10) and the atmosphere in contact with the electrode 113 (atmosphere in the first measurement chamber 150 to be described later). ) Can be pumped out and pumped in (so-called oxygen pumping).
  • solid electrolyte body 111 and electrodes 112 and 113 are referred to as Ip1 cell 110.
  • the solid electrolyte body 121 is disposed so as to face the solid electrolyte body 111 with the insulator 140 interposed therebetween. Similar to the solid electrolyte body 111, porous electrodes 122 and 123 are provided on both surfaces of the solid electrolyte body 121 in the stacking direction of the sensor element 10 so as to sandwich the solid electrolyte body 121.
  • the electrodes 122 and 123 are provided on the inner side and the outer side of the first measurement chamber 150 on the solid electrolyte body 121 side of the first measurement chamber 150.
  • the electrodes 122 and 123 are made of Pt, a Pt alloy, cermet containing Pt and ceramics, or the like.
  • the electrode 122 is formed on the surface facing the solid electrolyte body 111.
  • a first measurement chamber 150 as a small space is formed between the solid electrolyte body 111 and the solid electrolyte body 121.
  • the first measurement chamber 150 is a small space in which exhaust gas flowing through the exhaust path is first introduced into the sensor element 10.
  • the above-mentioned electrode 113 on the solid electrolyte body 111 side and the electrode 122 on the solid electrolyte body 121 side are arranged.
  • a porous property that limits the flow rate of exhaust gas per unit time into the first measurement chamber 150.
  • the first diffusion resistance portion 151 is provided on the tip side of the sensor element 10 of the first measurement chamber 150.
  • exhaust gas per unit time flows as a partition between the opening 141 connected to the second measurement chamber 160 described later and the first measurement chamber 150.
  • a second diffusion resistor 152 for limiting the amount is provided.
  • Both electrodes 122 and 123 are mainly oxygen between atmospheres separated by solid electrolyte body 121 (atmosphere in first measurement chamber 150 in contact with electrode 122 and atmosphere in reference oxygen chamber 170 to be described later in contact with electrode 123).
  • An electromotive force is generated according to the partial pressure difference.
  • solid electrolyte body 121 and both electrodes 122 and 123 are referred to as oxygen concentration detection cell (hereinafter simply referred to as “Vs cell”) 120. That is, the Vs cell 120 includes electrodes 122 and 123 provided on the inner side and the outer side of the first measurement chamber 150.
  • the solid electrolyte body 131 is disposed so as to face the solid electrolyte body 121 with the insulator 145 interposed therebetween.
  • Porous electrodes 132 and 133 are provided separately on the surface of the solid electrolyte body 131 facing the solid electrolyte body 121 side.
  • the porous electrodes 132 and 133 are made of Pt, a Pt alloy, cermet containing Pt and ceramics, or the like.
  • the insulator 145 is not disposed between the solid electrolyte body 131 and the solid electrolyte body 121, and a reference oxygen chamber 170 is formed as an independent small space.
  • the electrode 132 and the electrode 123 of the Vs cell 120 are disposed.
  • the space of the reference oxygen chamber 170 sandwiched between the electrodes 132 and 120 is filled with a ceramic porous body.
  • the insulator 145 is not disposed between the solid electrolyte body 131 and the solid electrolyte body 111, and a second measurement chamber 160 is formed as an independent small space.
  • the second measurement chamber 160 is separated from the reference oxygen chamber 170 by an insulator 145.
  • the solid electrolyte member 121 and the insulator 140 are provided with openings 125 and 141 so as to communicate with the second measurement chamber 160.
  • the first measurement chamber 150 and the opening 141 are connected with the second diffusion resistance portion 152 interposed therebetween.
  • the solid electrolyte body 131 and the electrodes 132 and 133 are separated from each other by the insulator 145 (the atmosphere in the reference oxygen chamber 170 in contact with the electrode 132 and the second measurement in contact with the electrode 133).
  • Oxygen can be pumped out between the atmosphere in the chamber 160 and is referred to as an Ip2 cell 130 in this embodiment.
  • the electrode 113 on the first measurement chamber 150 side of the Ip1 cell 110, the electrode 122 on the first measurement chamber 150 side of the Vs cell 120, and the electrode 133 on the second measurement chamber 160 side of the Ip2 cell 130 are connected to a reference potential. .
  • the sensor control device 5 is electrically connected to the sensor element 10 of the gas sensor 1.
  • the sensor control device 5 includes a microcomputer 60 and an electric circuit unit 58 as constituent entities.
  • the microcomputer 60 includes a CPU 61, a RAM 62, a ROM 63, a signal input / output unit 64, an A / D converter 65, and a timer clock (not shown) having a known configuration.
  • the CPU 61 communicates with the RAM 62 and the ROM 63, communicates with the ECU 90 through the signal input / output unit 64, and communicates with the electric circuit unit 58 through the signal input / output unit 64 and the A / D converter 65.
  • information related to fuel supply to the internal combustion engine is input from the ECU 90 to the microcomputer 60.
  • the electric circuit unit 58 includes a reference voltage comparison circuit 51, an Ip1 drive circuit 52, a Vs detection circuit 53, an Icp supply circuit 54, an Ip2 detection circuit 55, a Vp2 application circuit 56, and a heater drive circuit 57. Under the control of the microcomputer 60, the electric circuit unit 58 detects the NOx concentration in the exhaust gas using the sensor element 10 of the gas sensor 1.
  • the Icp supply circuit 54 supplies a current Icp between the electrodes 122 and 123 of the Vs cell 120 and pumps oxygen from the first measurement chamber 150 into the reference oxygen chamber 170.
  • the Vs detection circuit 53 is a circuit for detecting the voltage Vs between the electrodes 122 and 123, and outputs the detection result to the reference voltage comparison circuit 51.
  • the reference voltage comparison circuit 51 is a circuit for comparing the voltage Vs detected by the Vs detection circuit 53 with a reference voltage (for example, 425 mV) as a reference, and outputs the comparison result to the Ip1 drive circuit 52. Yes.
  • the Ip1 drive circuit 52 is a circuit for supplying an Ip1 current between the electrodes 112 and 113 of the Ip1 cell 110. Based on the comparison result of the voltage Vs between the electrodes 122 and 123 of the Vs cell 120 by the reference voltage comparison circuit 51, the Ip1 drive circuit 52 generates the Ip1 current so that the voltage Vs substantially matches the preset reference voltage. Adjust the size and orientation. As a result, in the Ip1 cell 110, oxygen is pumped from the first measurement chamber 150 to the outside of the sensor element 10, or oxygen is pumped from the sensor element 10 to the first measurement chamber 150.
  • the first measurement chamber 150 is maintained such that the voltage between the electrodes 122 and 123 of the Vs cell 120 is maintained at a constant value (reference voltage value).
  • the oxygen concentration in the inside is adjusted.
  • the Vp2 application circuit 56 is a circuit for applying a voltage Vp2 (for example, 450 mV) between the electrodes 132 and 133 of the Ip2 cell 130, and controls the pumping of oxygen from the second measurement chamber 160 to the reference oxygen chamber 170.
  • the Ip2 detection circuit 55 is a circuit that detects the value of the current Ip2 flowing from the electrode 133 of the Ip2 cell 130 to the electrode 132.
  • the heater drive circuit 57 is a circuit for keeping the temperature of the solid electrolyte bodies 111, 121, 131 at a predetermined temperature.
  • the heater drive circuit 57 is controlled by the CPU 61 to flow current to the heater pattern 164 of the heater element 161 to heat the solid electrolyte bodies 111, 121, 131 (in other words, the Ip1 cell 110, the Vs cell 120, and the Ip2 cell 130).
  • the heater pattern 164 is a single electrode pattern connected within the heater element 161, and one end is grounded and the other end is connected to the heater drive circuit 57.
  • the heater drive circuit 57 controls the heater pattern 164 to be PWM energized so that a current flows through the heater pattern 164 so that the solid electrolyte bodies 111, 121, 131 have a target temperature.
  • the sensor control device 5 configured as described above detects the NOx concentration in the exhaust gas using the sensor element 10 of the gas sensor 1. Next, the operation at the time of detecting the NOx concentration using the gas sensor 1 will be described.
  • the solid electrolyte bodies 111, 121, and 131 that constitute the sensor element 10 of the gas sensor 1 are heated and activated as the heater pattern 164 to which a drive current flows from the heater drive circuit 57 is heated.
  • the Ip1 cell 110, the Vs cell 120, and the Ip2 cell 130 that have reached a target temperature by heating are in a state of operating as follows.
  • the exhaust gas flowing through the exhaust path (not shown) is introduced into the first measurement chamber 150 while being restricted by the first diffusion resistance unit 151.
  • a weak current Icp flows through the Vs cell 120 from the electrode 123 side to the electrode 122 side by the Icp supply circuit 54.
  • oxygen in the exhaust gas can receive electrons from the electrode 122 in the first measurement chamber 150 on the negative electrode side, and the oxygen that has received the electrons flows into the solid electrolyte body 121 as oxygen ions. It moves into the oxygen chamber 170. That is, when the current Icp flows between the electrodes 122 and 123, oxygen in the first measurement chamber 150 is sent into the reference oxygen chamber 170.
  • the Vs detection circuit 53 detects the voltage Vs between the electrodes 122 and 123.
  • the detected voltage Vs is compared with a reference voltage (for example, 425 mV) by the reference voltage comparison circuit 51, and the comparison result is output to the Ip1 drive circuit 52.
  • a reference voltage for example, 425 mV
  • the oxygen concentration in the exhaust gas in the first measurement chamber 150 is It approaches a predetermined value (for example, 10 ⁇ 8 to 10 ⁇ 9 atm).
  • the Ip1 drive circuit 52 when the oxygen concentration of the exhaust gas introduced into the first measurement chamber 150 is lower than a predetermined value, an Ip1 current is passed through the Ip1 cell 110 so that the electrode 112 side becomes a negative electrode. As a result, in the Ip1 cell 110, oxygen is pumped from the outside of the sensor element 10 into the first measurement chamber 150. On the other hand, when the oxygen concentration of the exhaust gas introduced into the first measurement chamber 150 is higher than a predetermined value, the Ip1 drive circuit 52 supplies an Ip1 current to the Ip1 cell 110 so that the electrode 113 side becomes a negative electrode. As a result, in the Ip1 cell 110, oxygen is pumped from the first measurement chamber 150 to the outside of the sensor element 10. The oxygen concentration in the exhaust gas can be detected based on the magnitude of the Ip1 current at this time and the flowing direction.
  • the exhaust gas whose oxygen concentration is adjusted in the first measurement chamber 150 is introduced into the second measurement chamber 160 via the second diffusion resistance unit 152.
  • NOx in the exhaust gas in contact with the electrode 133 in the second measurement chamber 160 is decomposed (reduced) into N2 and O2 using the electrode 133 as a catalyst.
  • the decomposed oxygen receives electrons from the electrode 133, becomes oxygen ions (dissociates), flows through the solid electrolyte body 131, and moves into the electrode 123 (reference oxygen chamber 170).
  • the NOx concentration can be detected based on this Ip2 current.
  • the Ip2 detection circuit 55 is a circuit that detects the value of the current Ip2 that flows from the electrode 133 to the electrode 132 of the Ip2 cell 130.
  • the value of the current Ip2 has two values. Detected by value. Next, the detailed circuit configuration of the Ip2 detection circuit 55 will be described.
  • FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of the Ip2 detection circuit 55. As shown in FIG. As shown in the drawing, the above-described Vp2 application circuit 56 is connected to the electrode 132 which is the positive terminal of the sensor element 10 via the buffer 201 and the current detection resistor 202.
  • a first differential amplifier circuit 210 and a second differential amplifier circuit 220 are connected to points A and B at both ends of the current detection resistor 202, and the first and second differential amplifier circuits are connected. Outputs OP 1 and OP 2 of 210 and 220 are input to the microcomputer 60.
  • the sensor element 10 and the current detection resistor 202 correspond to the “sensor unit” in Application Example 1.
  • the first and second differential amplifier circuits 210 and 220 have a parallel relationship, and each of the first and second differential amplifier circuits 210 and 220 includes operational amplifiers 211 and 221 and four resistors 212 to 220. 215 and 222-225. Note that a voltage of 1.389 V is applied to the + input pin of the operational amplifier 221 on the second differential amplifier circuit 220 side via the resistor 225 and the buffer 226.
  • the operational amplifiers 211 and 221 are driven with a constant driving voltage (for example, 5 V) obtained by stepping down the battery power supply.
  • the first differential amplifier circuit 210 has an amplification factor (Gain) of 10 times and an offset (Offset) of 0V.
  • the second differential amplifier circuit 220 has an amplification factor of 24 and an offset of 1.389V.
  • Outputs OP1 and OP2 of the first and second differential amplifier circuits 210 and 220 are input to the A / D converter 65 of the microcomputer 60.
  • the output OP1 of the first differential amplifier circuit 210 is within the operating voltage range (for example, 0 to 5 V) of the A / D converter 65 within a predetermined wide range (for example, 0 to 700 [ppm]) of the NOx concentration.
  • the first differential amplifier circuit 210 can realize an appropriate signal output in a wide range.
  • the output OP2 of the second differential amplifier circuit 220 falls within the operating voltage range of the A / D converter 65 within a predetermined narrow range of NOx concentration (for example, ⁇ 100 to 200 [ppm]).
  • the second differential amplifier circuit 220 can realize an appropriate signal output in a narrow range.
  • the “wide range” corresponds to the “first detection range” in Application Example 1
  • the first differential amplifier circuit 210 corresponds to the “first amplification unit” in Application Example 1.
  • the “narrow range” corresponds to the “second detection range” in Application Example 1
  • the second differential amplifier circuit 220 corresponds to the “second amplification unit” in Application Example 1.
  • the CPU 61 provided in the microcomputer 60 outputs the first and second digital signals output from the A / D converter 65, that is, the outputs of the first and second differential amplifier circuits 210 and 220.
  • the A / D conversion values of OP1 and OP2 are taken in, and the NOx concentration (NOx concentration conversion value) is calculated based on the A / D conversion value selected alternatively from the two A / D conversion values.
  • the first NOx concentration (converted to NOx concentration) is obtained by multiplying the A / D conversion value of the output OP1 of the first differential amplifier circuit 210 by a predetermined value (a constant predetermined according to the sensor element 10).
  • the first NOx concentration is output as a final sensor detection value of the NOx concentration.
  • the A / D conversion value of the output OP2 of the second differential amplifier circuit 220 is multiplied by the predetermined value to multiply the second NOx concentration (NOx concentration). (Converted value) is obtained, and the second NOx concentration is output as the final sensor detection value of the NOx concentration.
  • the output of the second differential amplifier circuit 220 is output.
  • detection with high resolution becomes possible.
  • the microcomputer 60 and the NOx concentration calculation process executed by the CPU 61 of the microcomputer 60 correspond to the “control unit” in the first application example.
  • Abnormal diagnosis The microcomputer 60 provided in the sensor control device 5 having the above configuration further performs abnormality diagnosis of the sensor control device 5. This abnormality diagnosis will be described in detail below.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an abnormality diagnosis process executed by the CPU 61 of the microcomputer 60.
  • This abnormality diagnosis process is repeatedly executed every predetermined time.
  • the CPU 61 first determines whether or not the sensor element 10 is in a sensing enabled state (step S110). Specifically, whether or not all the conditions such as the temperature of the solid electrolyte bodies 111, 121, 131 provided in the sensor element 10 being equal to or higher than a predetermined value and the power supply voltage of the sensor element 10 being higher than a predetermined value are satisfied. Therefore, it is determined whether or not the sensor element 10 is in a sensing enabled state.
  • step S110 If it is determined in step S110 that the sensor element 10 is not in a sensing enabled state, the CPU 61 clears the differential accumulation buffer prepared in advance (step S120), and then returns to “return” to indicate this abnormality. The diagnosis process is temporarily terminated.
  • the difference accumulation buffer will be described later.
  • the CPU 61 outputs the first and second digital signals output from the A / D converter 65, that is, the first and second digital signals.
  • the A / D conversion values of the outputs OP1 and OP2 of the differential amplifier circuits 210 and 220 are taken, the A / D conversion value of the output OP1 is multiplied by a predetermined value, and the A / D conversion value of the output OP2 is multiplied by the predetermined value
  • the first and second NOx concentrations (NOx concentration converted values) Ip2W and Ip2N are obtained (step S130).
  • the predetermined value is a constant determined in advance according to the sensor element 10.
  • FIG. 4 is a graph showing the first and second NOx concentrations Ip2W and Ip2N with respect to the A / D conversion value.
  • the vertical axis of the graph represents the A / D conversion values of the outputs OP1 and OP2 of the first and second differential amplifier circuits 210 and 220, and the horizontal axis of the graph represents the NOx concentration.
  • the solid line in the graph indicates the first NOx concentration Ip2W, and the alternate long and short dash line indicates the second NOx concentration Ip2N.
  • the first NOx concentration Ip2W has an amplification factor of 10 times over a wide range and an offset of 0 V
  • the second NOx concentration Ip2N has an amplification factor of 24 times over a narrow range and an offset of 1 .389V.
  • the CPU 61 determines whether or not at least one of the first and second NOx concentrations Ip2W and Ip2N is included in the abnormality diagnosis range ZN (step S140).
  • the abnormality diagnosis range ZN is included in an overlapping portion between a wide range based on the output OP1 of the first differential amplifier circuit 210 and a narrow range based on the output OP2 of the second differential amplifier circuit 220.
  • the predetermined range is, for example, 50 to 100 [ppm]. If it is determined in step S140 that at least one of the first and second NOx concentrations Ip2W and Ip2N is not included in the abnormality diagnosis range ZN, the process returns to “Return” and the process is temporarily terminated.
  • step S140 when it is determined in step S140 that at least one of the first and second NOx concentrations Ip2W and Ip2N is included in the abnormality diagnosis range ZN, the CPU 61 determines from the second NOx concentration Ip2N to the first NOx concentration Ip2W. Is subtracted to calculate the difference D (step S150).
  • the difference D is obtained by subtracting the second NOx concentration Ip2N from the first NOx concentration Ip2W. May be calculated.
  • the CPU 61 stores the difference D calculated in step S150 in the difference accumulation buffer (step S160).
  • the difference accumulation buffer is prepared in the RAM 62 (FIG. 1), and the details are as follows.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the difference accumulation buffer BF.
  • the difference accumulation buffer BF includes 16 fields FD1 to FD16 and can accumulate the difference D for 16 times.
  • the latest difference D (0) is stored in the leftmost field FD1 in the figure, and the differences D (-1), D (-2),... , D ( ⁇ 14) are stored, and the difference D ( ⁇ 15) before the fifteenth generation is stored in the rightmost field FD16 in the drawing.
  • step S160 in FIG. 3 each time step S160 in FIG. 3 is executed, each content stored in the fields FD1 to FD15 is shifted to the right by one field, and the difference D calculated in step S150 is stored in the leftmost field FD1 in the drawing.
  • the difference D for the past 16 times (samples) is always updated and stored.
  • the CPU 61 adds the difference D of each generation stored in the difference accumulation buffer BF, that is, adds (accumulates) D (0) to D ( ⁇ 15), thereby obtaining the difference accumulated value Dint. Calculate (step S170). Thereafter, the CPU 61 determines whether or not the difference integrated value Dint is equal to or greater than a predetermined value Di0 (step S180).
  • the predetermined value Di0 is a constant determined in consideration of noise and circuit variation, and is, for example, 200 [ppm].
  • step S190 determines that the diagnosis result is “abnormal” (step S190).
  • the diagnosis result is notified to the outside by, for example, transmitting it to the ECU 90.
  • step S190 the process returns to “return” to end the abnormality diagnosis process.
  • step S180 determines that the difference integrated value Dint is less than the predetermined value Di0.
  • the CPU 61 and the process of step S130 executed by the CPU 61 correspond to the “converted value acquisition unit” in application example 1. Further, the CPU 61 and the process of step S140 executed by the CPU 61 correspond to the “converted value determination unit” in application example 1. The CPU 61 and the processing of steps S150 to S190 executed by the CPU 61 correspond to the “abnormality diagnosis unit” in application example 1.
  • the first NOx concentration Ip2W based on the output OP1 of the first differential amplifier circuit 210 and the output of the second differential amplifier circuit 220 are used.
  • the difference D between the first NOx concentration Ip2W and the second NOx concentration Ip2N (Second NOx concentration Ip2N ⁇ first NOx concentration Ip2W) is obtained, 16 samples retroactive from the present of the difference D are stored in the difference accumulation buffer BF, and an integrated value (difference integrated value) of these differences D is stored.
  • the diagnosis result is determined to be “abnormal”.
  • an abnormality failure
  • the signal system including the first differential amplifier circuit 210 and the signal system including the second differential amplifier circuit 220 the first NOx concentration Ip2W and the second Since the difference D from the NOx concentration Ip2N increases and the difference integrated value Dint increases, as described above, by determining whether the difference integrated value Dint is equal to or greater than the predetermined value Di0, the differential amplifier circuit 210, A failure in which the input signal from 220 becomes an abnormal value in the intermediate range can be diagnosed with high accuracy.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an abnormality diagnosis process executed in the sensor control apparatus of the second embodiment of the present invention.
  • the sensor control device of the second embodiment is different from the sensor control device 5 of the first embodiment only in the content of the abnormality diagnosis process, and the other software configuration and hardware configuration are the same.
  • This abnormality diagnosis process corresponds to FIG. 3 of the first embodiment.
  • the CPU of the microcomputer performs the same steps S110, S130, S140, and S150 as in the first embodiment. Execute.
  • the CPU determines whether or not the difference D is greater than or equal to a predetermined value D0 (step S260).
  • the predetermined value D0 is a constant determined in consideration of noise and circuit variations, and is, for example, 20 [ppm]. If it is determined in step S260 that the difference D is greater than or equal to the predetermined value D0, the CPU increments the counter value CNT by the value 1 (step S270). The counter value CNT is used to count the number of times that the difference D is equal to or greater than the predetermined value D0, and is cleared when it is determined in step S260 that the difference D is less than the predetermined value D0 (step S220). .
  • step S280 After incrementing the counter value CNT in step S270, the CPU determines whether or not the counter value CNT is 10 or more (step S280), and if it is determined that the value is 10 or more, the CPU The result is determined to be “abnormal” (step S190).
  • the processing in step S190 is the same as that in the first embodiment. Thereafter, the process returns to “RETURN”, and the abnormality diagnosis process is temporarily terminated.
  • step S280 if it is determined in step S280 that the counter value CNT is less than the value 10, the CPU returns to “RETURN” without executing step S190, and once ends this abnormality diagnosis processing.
  • step S110 If it is determined in step S110 that the sensor element 10 is not in a sensing enabled state, the CPU exits to “return” and once ends the abnormality diagnosis process.
  • the input signal from the differential amplifier circuit is in the intermediate range as in the first embodiment. It is possible to diagnose a failure having an abnormal value with high accuracy.
  • FIG. 7 is a diagram showing a circuit configuration of the Ip2 detection circuit 355 of the third embodiment.
  • the Ip2 detection circuit 355 includes a single differential amplifier circuit (third differential amplifier circuit) 320, and this third differential amplifier circuit.
  • 320 differs from the sensor control device 5 of the first embodiment in that 320 is configured to be able to switch its amplification degree. 7, the elements common to FIG. 1 (specifically, the sensor element 10, the Vp2 application circuit 56, the buffer 201, the current detection resistor 202, the microcomputer 60, and the A / D converter 65) are the same. The number is indicated.
  • the third differential amplifier circuit 320 is connected to the points A and B at both ends of the current detection resistor 202.
  • the output OP3 is input to the A / D converter 65 of the microcomputer 60.
  • the non-inverting input terminal (+ input pin) of the operational amplifier 321 has a potential at the point A via a resistor 324 and 1.389V or 0V via a switch SW2. Is added as an offset voltage (offset). That is, when the switch SW2 is connected to the resistor 325, 1.389V is applied to the + input pin of the operational amplifier 321 via the resistor 325 and the buffer 326, while the switch SW2 is connected to the resistor 315. In some cases, 0V is applied to the + input pin of operational amplifier 321 through resistor 315.
  • the potential at the point B is connected to the inverting input terminal ( ⁇ input pin) of the operational amplifier 321 via the resistor 322, and the operational amplifier 321 itself is further connected via the resistor 323. Output has been added.
  • a circuit in which a switch SW1 and a resistor 313 are connected in series is connected in parallel with the resistor 323. For this reason, by turning ON / OFF the switch SW1, the resistance value of the feedback resistor interposed between the negative input pin of the operational amplifier 221 and the output of the operational amplifier 321 itself, the resistance value of the resistor 323, the resistor 323, It is possible to switch to one of the combined values of 313 parallel connections. By this switching, the amplification factor (gain) of the third differential amplifier circuit 320 can be switched to either the first amplification factor (10 times) or the second amplification factor (24 times).
  • the third differential amplifier circuit 320 is configured such that the switch SW1 is switched in synchronization with the switch SW2 based on a command from the microcomputer 60. Specifically, the switch SW1 is turned on and the switch SW1 is turned on. When SW2 is connected to resistor 315, the amplification factor is 10 times and the offset is 0 V. When switch SW2 is turned OFF and switch SW2 is connected to resistor 325, the amplification factor is 24 times and the offset is 1. 389V.
  • the output OP3 when the amplification factor of the third differential amplifier circuit 320 is switched to 10 times is within a predetermined wide range of NOx concentration within the operating voltage range of the A / D converter 65 (for example, 0 to 5 V).
  • the output OP3 when the amplification degree of the third operation amplification circuit 320 is switched to 24 times falls within the operation voltage range of the A / D converter 65 within a predetermined narrow range of the NOx concentration.
  • An appropriate signal output can be realized in a narrow range.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an abnormality diagnosis process executed by the CPU of the microcomputer 60.
  • the abnormality diagnosis process is periodically executed by an interrupt process.
  • the CPU first determines whether or not the sensor element 10 is in a sensing enabled state (step S310). Since this determination is the same as the process of step S110 shown in the first embodiment, a description thereof will be omitted.
  • step S310 If it is determined in step S310 that the sensor element 10 is not in a sensing enabled state, the CPU ends the abnormality diagnosis process. On the other hand, when it is determined in step S310 that the sensor element 10 is in a sensing enabled state, the CPU sets the amplification factor of the third differential amplifier circuit 320 to 24 times (second amplification factor). The switch SW1 is turned off and the switch SW2 is instructed to be connected to the resistor 325 (step S320). As a result, the third differential amplifier circuit 320 is set to an amplification factor of 24 and an offset of 1.389V.
  • step S330 the A / D conversion value of the output OP3 of the third differential amplifier circuit 320 is fetched, and the A / D conversion value of the output OP3 is multiplied by a predetermined value to obtain a second NOx concentration (NOx concentration). Conversion value) Ip2N is obtained.
  • step S340 determines whether or not the second NOx concentration Ip2N is included in the abnormality diagnosis range ZN (see FIG. 4) (step S340). If it is determined in step S340 that the second NOx concentration Ip2N is not included in the abnormality diagnosis range ZN, the CPU ends the abnormality diagnosis process. On the other hand, if it is determined in step S340 that the second NOx concentration Ip2N is included in the abnormality diagnosis range ZN, the process proceeds to step S350, and the CPU increases the amplification factor of the third differential amplifier circuit 320 by 10 (first To set the switch SW1 to ON and connect the switch SW2 to the resistor 315.
  • the third differential amplifier circuit 320 is set with an amplification factor of 10 and an offset of 0V.
  • step S360 the A / D conversion value of the output OP3 of the third differential amplifier circuit 320 is fetched, and the A / D conversion value of the output OP3 is multiplied by a predetermined value to obtain the first NOx concentration (NOx concentration). Conversion value) Ip2W is obtained.
  • step S370 the CPU calculates a difference D by subtracting the first NOx concentration Ip2W from the second NOx concentration Ip2N (step S370). Subsequently, in step S370, a process of determining whether or not the calculated difference D is equal to or greater than a predetermined value D0 (for example, 200 [ppm]) set for determining abnormality. If it is determined in step S370 that the difference D is greater than or equal to the predetermined value D0, the CPU sets the diagnosis result to “abnormal” (step S390). The diagnosis result is notified to the outside by transmitting it to the ECU, for example. On the other hand, if it is determined in step S390 that the difference value D is less than the predetermined value D0, the CPU ends the abnormality diagnosis process without executing step S390.
  • a predetermined value D0 for example, 200 [ppm]
  • abnormality diagnosis is performed based on the difference D between the first NOx concentration Ip2W and the second NOx concentration Ip2N. Instead, the first NOx concentration is determined.
  • An abnormality diagnosis may be performed based on the ratio between the concentration Ip2W and the second NOx concentration Ip2N. For example, the ratio can be obtained, and it can be determined that the ratio is abnormal when the ratio is equal to or greater than a predetermined value for determining abnormality.
  • it is not necessary to be limited to the configuration based on the difference or the ratio and any method may be used as long as the configuration compares the first NOx concentration Ip2W and the second NOx concentration Ip2N.
  • Second modification when performing abnormality determination, it is determined whether or not at least one of the first and second NOx concentrations Ip2W and Ip2N is included in the abnormality diagnosis range ZN. Alternatively, it may be configured to determine whether or not the first NOx concentration Ip2W is included in the abnormality diagnosis range ZN (the second NOx concentration Ip2N is not particularly determined), or the second NOx concentration Ip2N May be included in the abnormality diagnosis range ZN (the first NOx concentration Ip2W is not particularly determined).
  • abnormality diagnosis of both the signal system including the first differential amplifier circuit 210 and the signal system including the second differential amplifier circuit 220 can be performed.
  • abnormality diagnosis of the signal system including the differential amplifier circuit on the NOx concentration Ip2 side determined to be included in the abnormality diagnosis range ZN can be performed.
  • a wide range (0 to 700 [ppm]) as the first detection range and a narrow range ( ⁇ 100 to 200 [ppm]) as the second detection range are partly.
  • a narrow range may be set to, for example, 0 to 200 [ppm], and a wide range may include the narrow range.
  • the first differential amplifier circuit 210 has a gain of 10 times and an offset of 0 V
  • the second differential amplifier circuit 220 has a gain of 24 times and an offset of 1.389 V.
  • the third differential amplifier circuit 320 is switched between a state where the gain is 10 times and the offset is 0 V, and a state where the gain is 24 times and the offset is 1.389 V.
  • these gains and offsets may have any values as long as the first detection range and the second detection range can partially overlap.
  • the threshold value Di0 for the difference integrated value Dint is a value different from that of the first embodiment according to the number.
  • the configuration of the gas sensor 1 controlled by the sensor control device 5 and the sensor element 10 included in the gas sensor 1 can be changed as appropriate.
  • the gas sensor 1 (sensor element 10) of the present embodiment includes the Vs cell 120 on the lower side of the first measurement chamber 150 in FIG. 1, but a sensor control device that controls a gas sensor that does not include the Vs cell 120.
  • the present invention may be applied.
  • the configuration is applied to the gas sensor 1 capable of detecting the NOx concentration.
  • the oxygen concentration, the HC concentration, or the CO concentration can be detected as the chemical amount. It is good also as a structure applied to a gas concentration sensor.
  • it can be used for a gas concentration detection device other than for automobiles, or a gas other than exhaust gas can be used as a detected gas (for example, intake gas).
  • the present invention is not limited to the gas concentration sensor, and may be configured to detect other chemical amounts such as the concentration of a specific component contained in the liquid to be measured.
  • the present invention is not limited to the chemical amount, and may be configured to be applied to a sensor that detects a physical quantity, for example, the temperature or pressure of the measurement target gas.
  • a part of the configuration realized by hardware may be replaced with software, and conversely, a part of the configuration realized by software may be replaced with hardware. May be.

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Abstract

増幅回路からの入力信号がＧＮＤとＶｃｃとの中間域において異常値となる故障の診断を高精度に行う。 第１の差動増幅回路２１０の出力ＯＰ１に基づく第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと、第２の差動増幅回路２２０の出力ＯＰ２に基づく第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとの少なくとも一方が異常診断範囲ＺＮに含まれるときに、第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとの差分Ｄを求め、その差分Ｄの現在から過去に遡る１６サンプル分を差分蓄積用バッファＢＦに記憶し、これら差分Ｄの積算値（差分積算値）Ｄｉｎｔを求め、その差分積算値Ｄｉｎｔが所定値Ｄｉ０以上となったときに、診断結果が「異常」であると確定する。

Description

センサ制御装置およびセンサ制御方法
　本発明は、センサを制御するセンサ制御装置およびセンサ制御方法に関する。
　従来、内燃機関の排出ガス中の特定ガスとしての窒素酸化物（以下、単に「ＮＯｘ」と言う。）濃度を検出するセンサが知られている。この種のセンサに接続されるセンサ制御装置として、２系統の増幅回路を用いて前記センサからの出力を広範囲と狭範囲とで各々増幅し、増幅された２信号のうちから一方を選択し、その選択された信号に基づいてＮＯｘ濃度を求めるものが提案されている（下記の特許文献１）。この提案のセンサ制御装置によれば、ＮＯｘ濃度の検出精度を向上することができる。
特開２００４－２０５４８８号公報
　しかしながら、前記センサ制御装置では、２つの増幅回路から制御部（例えばマイクロコンピュータ）への各入力信号がＧＮＤショート（地絡）もしくは駆動電圧（電源電圧）ショートとなる故障を診断することができるが、ＧＮＤと駆動電圧との中間域において異常値となる故障を診断することはできないという問題があった。前記中間域において異常値となる故障は、増幅回路の経年劣化や、増幅回路についての実装部品間違い等を原因として発生するもので、前記入力信号が前記中間域で固定値となること、増幅回路のゲインやオフセットが不良となって前記入力信号が望む値と違った値となること等である。
　本発明は、増幅回路からの入力信号がＧＮＤと駆動電圧との中間域（以下、ＧＮＤとＶｃｃとの中間域を単に「中間域」と呼ぶ）において異常値となる故障の診断を、高精度に行うことを目的とする。
　本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］　被測定対象の物理・化学的特性に対応した電気信号値を出力するセンサ部と、前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性の第１の検出範囲について第１の増幅率で前記電気信号値を増幅する第１増幅部と、前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性についての前記第１の検出範囲と少なくとも一部が重なる第２の検出範囲について第２の増幅率で前記電気信号値を増幅する第２増幅部と、前記第１増幅部からの出力と前記第２増幅部からの出力とに基づいて前記特性を示す値を求め、該値をセンサ検出値として出力する制御部とを備えるセンサ制御装置において、前記第１増幅部からの出力に基づく第１の特性換算値と、前記第２増幅部からの出力に基づく第２の特性換算値とを取得する換算値取得部と、前記第１の検出範囲と第２の検出範囲との重複部分に含まれる所定の範囲を異常診断範囲とし、前記第１および第２の特性換算値のうちの少なくとも一方が前記異常診断範囲に含まれるか否かを判定する換算値判定部と、前記換算値判定部により前記異常診断範囲に含まれると判定されたときに、前記第１の特性換算値と第２の特性換算値とを対比して、前記第１増幅部を含む信号系統と第２増幅部を含む信号系統とのうちの少なくとも一方で異常が発生したか否かを判定する異常診断部とを備えることを特徴とするセンサ制御装置。
［適用例２］　適用例１に記載のセンサ制御装置であって、前記異常診断部は、前記第１の特性換算値と第２の特性換算値との差分を算出する差分算出部と、前記算出された差分に基づいて、前記異常の判定を行う異常判定部とを備えるセンサ制御装置。
［適用例３］　適用例２に記載のセンサ制御装置であって、前記差分算出部は、前記差分についての所定期間における積算値を求める積算値算出部を備え、前記異常判定部は、前記積算値が所定値以上となったときに、前記異常である旨の判定を行う構成である、センサ制御装置。
［適用例４］　適用例３に記載のセンサ制御装置であって、前記換算値取得部は、前記所定期間よりも短い時間に設定された所定時間毎に、前記第１の特性換算値と第２の特性換算値との取得を行う構成であり、前記差分算出部は、前記所定時間毎に、前記換算値取得部により取得された前記第１および第２の特性換算値に基づく前記差分の積算値を、現在から過去に遡る複数回分にわたって算出する構成であり、前記異常判定部は、前記所定時間毎に、前記差分算出部により算出された積算値が所定値以上となったときに、前記異常である旨の判定を行う構成である、センサ制御装置。
［適用例５］　適用例１ないし４のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、前記第２の検出範囲は、前記第１の検出範囲よりも狭く、前記第２の増幅率は、前記第１の増幅率よりも高い、センサ制御装置。
［適用例６］　適用例１ないし５のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、前記センサ部から出力される電気信号値を受け取る複数の増幅回路を備え、前記増幅回路の１つが、前記第１の増幅率で前記電気信号値を増幅する第１増幅部を構成し、前記増幅回路のもう１つが、前記第２の増幅率で前記電気信号値を増幅する第２増幅部を構成する、センサ制御装置。
［適用例７］　適用例１ないし５のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、前記センサ部から出力される電気信号値を受け取る増幅回路を備え、前記増幅回路は、自身の増幅率の切り換えにより前記第１の増幅率と前記第２の増幅率を選択可能とされ、前記第１増幅部は、前記増幅回路を前記第１の増幅率に設定したときに構成され、前記第２増幅部は、前記増幅回路を前記第２の増幅率に設定したときに構成される、センサ制御装置。
［適用例８］　適用例１ないし７のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、前記特性は、前記被測定対象に含まれる特定ガス濃度である、センサ制御装置。
［適用例９］　被測定対象の物理的特性または化学的特性に対応した電気信号値を出力するセンサ部と、前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性の第１の検出範囲について第１の増幅率で前記電気信号値を増幅する第１増幅部と、前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性についての前記第１の検出範囲と少なくとも一部が重なる第２の検出範囲について第２の増幅率で前記電気信号値を増幅する第２増幅部とを用いて、前記第１増幅部からの出力と前記第２増幅部からの出力とに基づいて前記特性を示す値を求め、該値をセンサ検出値として出力するセンサ制御方法において、前記第１増幅部からの出力に基づく第１の特性換算値と、前記第２増幅部からの出力に基づく第２の特性換算値とを取得する換算値取得工程と、前記第１の検出範囲と第２の検出範囲との重複部分に含まれる所定の範囲を異常診断範囲とし、前記第１および第２の特性換算値のうちの少なくとも一方が前記異常診断範囲に含まれるか否かを判定する判定工程と、前記判定工程により前記異常診断範囲に含まれると判定されたときに、前記第１の特性換算値と第２の特性換算値とを対比して、前記第１増幅部を含む信号系統と第２増幅部を含む信号系統とのうちの少なくとも一方で異常が発生したか否かを判定する異常診断工程とを備えることを特徴とするセンサ制御方法。
　さらに、本発明は、前記適用例９に係るセンサ制御方法の各工程をコンピュータプログラムの各ステップとして実現するコンピュータプログラムの態様で実現することができる。また、このコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の態様で実現することができる。
　適用例１に係るセンサ制御装置によれば、第１増幅部からの出力と第２増幅部からの出力とに基づいて、被測定対象の物理的特性または化学的特性を示す値が求められる。「物理的特性または化学的特性」とは、物理量または化学量である。さらに、第１増幅部からの出力に基づく第１の特性換算値と、第２増幅部からの出力に基づく第２の特性換算値との対比がなされることで、両特性換算値の少なくとも一方が異常値となったことを知ることができることから、第１増幅部を含む信号系統と第２増幅部を含む信号系統とのうちの少なくとも一方で異常が発生したか否かを判定することができる。したがって、増幅部からの入力信号が中間域において異常値となる故障を高精度に診断することができる。
　適用例２に係るセンサ制御装置によれば、第１の特性換算値と第２の特性換算値との差分を利用することで、故障診断の精度をより向上することができる。
　適用例３に係るセンサ制御装置によれば、差分の所定期間における積算値を利用することで、故障診断の精度をより向上することができる。
　適用例４に係るセンサ制御装置によれば、所定時間毎に、現在から過去に遡る複数回分の差分の積算値が更新されることから、増幅部からの入力が周期性を持つような場合にも確実に異常の判定を行うことができる。
　適用例５に係るセンサ制御装置によれば、第１の増幅部からの入力信号は比較的、低増幅率の広範囲なものとなり、第２の増幅部からの入力信号は比較的、高増幅率の低範囲なものとなる。このために、制御部において、特性を広範囲に検出したい場合には、第１の増幅部からの入力信号を採用することで、おおまかな分解能の検出が可能となり、一方、特性をピンポイントで検出したい場合には、第２の増幅部からの入力信号を採用することで、高分解能の検出が可能となる。
　第１増幅部と第２増幅部を構成する複数の増幅回路を備える適用例６に係るセンサ制御装置に本発明を適用することで、第１増幅部を含む信号系統と第２増幅部を含む信号系統とのうち少なくとも一方で異常が発生したか否かを高精度に診断することができる。
　上記適用例６とは第１増幅部と第２増幅部との具体的構成が異なるが、自身の増幅率の切り換えによって第１増幅部または第２増幅部を構成することになる増幅回路を備える適用例７に係るセンサ制御装置に本発明を適用することで、第１増幅部を含む信号系統と第２増幅部を含む信号系統とのうち少なくとも一方で異常が発生したか否かを高精度に診断することができるといった効果が得られる。
適用例８に係るセンサ制御装置によれば、特定ガス濃度の検出が可能となる。
　適用例９に係るセンサ制御方法は、適用例１に係るセンサ制御装置と同様の作用効果を得ることができる。
本発明の第１実施例としてのセンサ制御装置５とその周辺を示す概略構成図である。 Ｉｐ２検出回路５５の回路構成を示す図である。 マイクロコンピュータ６０により実行される異常診断処理を示すフローチャートである。 Ａ／Ｄ変換値に対する第１および第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗ、Ｉｐ２Ｎを示すグラフである。 差分蓄積用バッファＢＦを示す説明図である。 本発明の第２実施例のセンサ制御装置において実行される異常診断処理を示すフローチャートである。 本発明の第３実施例のセンサ制御装置におけるＩｐ２検出回路３５５の回路構成を示す図である。 本発明の第３実施例のセンサ制御装置において実行される異常診断処理を示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
　Ａ－１．全体構成：
　図１は、本発明の第１実施例としてのセンサ制御装置５とその周辺を示す概略構成図である。図中の１はガスセンサであり、センサ制御装置５はガスセンサ１に接続されている。ガスセンサ１はセンサ素子１０を備える。センサ素子１０は、先端側部分における内部構造を示す断面図をもって図示しており、図中左側がセンサ素子１０の先端側となっている。
　ガスセンサ１は、内燃機関の排気ガスが排出される排出経路（図示外）に配置される。ガスセンサ１は、内燃機関の排出ガスを被測定対象とし、被測定対象の化学量としてＮＯｘ濃度を検出するために用いられる。ガスセンサ１は、細長で長尺な板状体の形状を有するセンサ素子１０と、ガスセンサ１を排出経路に取り付けるためのハウジング（図示外）とを備える。センサ素子１０は、ハウジング内に保持されている。ガスセンサ１からは、センサ素子１０の出力する信号を取り出すための信号線が引き出されており、ガスセンサ１とは離れた位置に取り付けられるセンサ制御装置５に電気的に接続されている。
　センサ素子１０の構造について次に説明する。センサ素子１０は、３枚の板状の固体電解質体１１１，１２１，１３１を、間にアルミナ等からなる絶縁体１４０，１４５をそれぞれ挟んで層状に形成した構造を有する。固体電解質体１３１側の外層（図１における下側）には、アルミナを主体とするシート状の絶縁層１６２，１６３を積層し、その間にＰｔを主体とするヒータパターン１６４を埋設したヒータ素子１６１が設けられている。
　固体電解質体１１１，１２１，１３１は、固体電解質であるジルコニアからなり、酸素イオン伝導性を有する。センサ素子１０の積層方向において固体電解質体１１１の両面には、固体電解質体１１１を挟むように多孔質性の電極１１２，１１３がそれぞれ設けられている。電極１１２，１１３は、Ｐｔ又はＰｔ合金あるいはＰｔとセラミックスとを含むサーメット等から形成されている。また、電極１１２，１１３の表面上には、セラミックスからなる多孔質性の保護層１１４が設けられている。保護層１１４は、電極１１２，１１３が排気ガスに含まれる被毒性ガス（還元雰囲気）に晒されることにより電極が劣化しないように保護している。
　固体電解質体１１１は、両電極１１２，１１３間に電流を流すことで、電極１１２の接する雰囲気（センサ素子１０の外部の雰囲気）と電極１１３の接する雰囲気（後述する第１測定室１５０内の雰囲気）との間で酸素の汲み出しおよび汲み入れ（いわゆる酸素ポンピング）を行うことができる。本実施の形態では、固体電解質体１１１および電極１１２，１１３を、Ｉｐ１セル１１０と称することとする。
　固体電解質体１２１は、絶縁体１４０を挟んで固体電解質体１１１と対向するように配置されている。固体電解質体１１１と同様に、センサ素子１０の積層方向における固体電解質体１２１の両面には、固体電解質体１２１を挟むように多孔質性の電極１２２，１２３がそれぞれ設けられている。電極１２２，１２３は、第１測定室１５０の固体電解質体１２１側において、第１測定室１５０の内側と外側とに設けられている。電極１２２，１２３は、Ｐｔ又はＰｔ合金あるいはＰｔとセラミックスを含むサーメット等から形成されている。電極１２２は、固体電解質体１１１と向き合う側の面に形成されている。
　固体電解質体１１１と固体電解質体１２１との間には、小空間としての第１測定室１５０が形成されている。第１測定室１５０は、排気経路内を流通する排気ガスが、センサ素子１０内に最初に導入される小空間である。第１測定室１５０内には、前述の固体電解質体１１１側の電極１１３と、固体電解質体１２１側の電極１２２とが配置されている。また、第１測定室１５０のセンサ素子１０における先端側には、第１測定室１５０内外の仕切りとして、第１測定室１５０内への排気ガスの単位時間あたりの流通量を制限する多孔質性の第１拡散抵抗部１５１が設けられている。同様に、第１測定室１５０のセンサ素子１０における後端側には、後述する第２測定室１６０につながる開口部１４１と第１測定室１５０との仕切りとして、排気ガスの単位時間あたりの流通量を制限する第２拡散抵抗部１５２が設けられている。
　両電極１２２，１２３は、主として、固体電解質体１２１により隔てられた雰囲気（電極１２２の接する第１測定室１５０内の雰囲気と、電極１２３の接する後述する基準酸素室１７０内の雰囲気）間の酸素分圧差に応じて起電力を発生する。本実施の形態では、固体電解質体１２１および両電極１２２，１２３を酸素濃度検知セル（以下、単に「Ｖｓセル」と言う。）１２０と言う。即ち、Ｖｓセル１２０は、第１測定室１５０の内側と外側とに設けられた電極１２２，１２３を備える。
　固体電解質体１３１は、絶縁体１４５を挟んで固体電解質体１２１と対向するように配置されている。固体電解質体１３１のうちで固体電解質体１２１側に面する側の表面には、多孔質性の電極１３２，１３３が離間して設けられている。多孔質性の電極１３２，１３３は、Ｐｔ又はＰｔ合金あるいはＰｔとセラミックスを含むサーメット等から形成されている。
　また、固体電解質体１３１と固体電解質体１２１との間には、絶縁体１４５が配置されておらず、独立した小空間としての基準酸素室１７０が形成されている。基準酸素室１７０内には、電極１３２と、Ｖｓセル１２０の電極１２３とが配置されている。尚、電極１３２と１２０の電極１２３とに挟まれた基準酸素室１７０の空間には、セラミック製の多孔質体が充填されている。
　さらに、固体電解質体１３１と固体電解質体１１１との間には、絶縁体１４５が配置されておらず、独立した小空間としての第２測定室１６０が形成されている。第２測定室１６０は、絶縁体１４５により、基準酸素室１７０と隔てられている。そして、第２測定室１６０に連通するように、固体電解質体１２１および絶縁体１４０のそれぞれに開口部１２５，１４１が設けられており、前述したように、第１測定室１５０と開口部１４１とが、間に第２拡散抵抗部１５２を挟んで接続されている。
　固体電解質体１３１および両電極１３２，１３３は、前記のＩｐ１セル１１０と同様に、絶縁体１４５により隔てられた雰囲気（電極１３２の接する基準酸素室１７０内の雰囲気と、電極１３３の接する第２測定室１６０内の雰囲気）間にて酸素の汲み出しを行うことができるものであり、本実施の形態ではＩｐ２セル１３０と称することとする。Ｉｐ１セル１１０の第１測定室１５０側の電極１１３、Ｖｓセル１２０の第１測定室１５０側の電極１２２、Ｉｐ２セル１３０の第２測定室１６０側の電極１３３は、基準電位に接続されている。
　センサ制御装置５の構成について次に説明する。センサ制御装置５は、ガスセンサ１のセンサ素子１０と電気的に接続されている。センサ制御装置５は、マイクロコンピュータ６０と、電気回路部５８を構成主体としている。
　マイクロコンピュータ６０は、公知の構成のＣＰＵ６１，ＲＡＭ６２，ＲＯＭ６３，信号入出力部６４，Ａ／Ｄコンバータ６５および図示外のタイマクロックを備えている。ＣＰＵ６１は、ＲＡＭ６２およびＲＯＭ６３と通信するとともに、信号入出力部６４を介してＥＣＵ９０と通信し、信号入出力部６４およびＡ／Ｄコンバータ６５を介して電気回路部５８と通信する。ＥＣＵ９０からマイクロコンピュータ６０には、例えば、内燃機関への燃料供給に関する情報が入力される。
　電気回路部５８は、基準電圧比較回路５１，Ｉｐ１ドライブ回路５２，Ｖｓ検出回路５３，Ｉｃｐ供給回路５４，Ｉｐ２検出回路５５，Ｖｐ２印加回路５６，およびヒータ駆動回路５７を備える。電気回路部５８は、マイクロコンピュータ６０による制御を受けて、ガスセンサ１のセンサ素子１０を用いた排気ガス中のＮＯｘ濃度の検出を行う。
　Ｉｃｐ供給回路５４は、Ｖｓセル１２０の電極１２２，１２３間に電流Ｉｃｐを供給し、第１測定室１５０内から基準酸素室１７０内への酸素の汲み出しを行う。Ｖｓ検出回路５３は、電極１２２，１２３間の電圧Ｖｓを検出するための回路であり、その検出結果を基準電圧比較回路５１に対し出力する。基準電圧比較回路５１は、Ｖｓ検出回路５３により検出された電圧Ｖｓを、基準となる基準電圧（例えば４２５ｍＶ）と比較するための回路であり、その比較結果をＩｐ１ドライブ回路５２に対し出力している。
　Ｉｐ１ドライブ回路５２は、Ｉｐ１セル１１０の電極１１２，１１３間にＩｐ１電流を供給するための回路である。Ｉｐ１ドライブ回路５２は、基準電圧比較回路５１によるＶｓセル１２０の電極１２２，１２３間の電圧Ｖｓの比較結果に基づいて、電圧Ｖｓが予め設定された基準電圧と略一致するように、Ｉｐ１電流の大きさや向きを調整する。その結果、Ｉｐ１セル１１０では、第１測定室１５０内からセンサ素子１０外部への酸素の汲み出し、あるいはセンサ素子１０外部から第１測定室１５０内への酸素の汲み入れが行われる。換言すると、Ｉｐ１セル１１０では、Ｉｐ１ドライブ回路５２による通電制御に基づき、Ｖｓセル１２０の電極１２２，１２３間の電圧が一定値（基準電圧の値）に保たれるように、第１測定室１５０内における酸素濃度の調整が行われる。
　Ｖｐ２印加回路５６は、Ｉｐ２セル１３０の電極１３２，１３３間へ電圧Ｖｐ２（例えば４５０ｍＶ）を印加するための回路であり、第２測定室１６０内から基準酸素室１７０への酸素の汲み出しを制御する。Ｉｐ２検出回路５５は、Ｉｐ２セル１３０の電極１３３から電極１３２に流れた電流Ｉｐ２の値の検出を行う回路である。
　ヒータ駆動回路５７は、固体電解質体１１１，１２１，１３１の温度を所定の温度に保たせるための回路である。ヒータ駆動回路５７は、ＣＰＵ６１により制御され、ヒータ素子１６１のヒータパターン１６４へ電流を流し、固体電解質体１１１，１２１，１３１（換言すると、Ｉｐ１セル１１０，Ｖｓセル１２０，Ｉｐ２セル１３０）の加熱を行う。ヒータパターン１６４は、ヒータ素子１６１内で繋がる一本の電極パターンであり、一方の端部が接地され、他方の端部がヒータ駆動回路５７に接続されている。ヒータ駆動回路５７は、固体電解質体１１１，１２１，１３１が狙いとする温度になるように、ヒータパターン１６４をＰＷＭ通電制御して当該ヒータパターン１６４に電流を流す制御を行う。
　前記構成のセンサ制御装置５によって、ガスセンサ１のセンサ素子１０を用いた排気ガス中のＮＯｘ濃度の検出が行われる。次に、ガスセンサ１を用いたＮＯｘ濃度の検出の際の動作について説明する。
　前述のように、ガスセンサ１のセンサ素子１０を構成する固体電解質体１１１，１２１，１３１は、ヒータ駆動回路５７から駆動電流が流されたヒータパターン１６４の昇温に伴い加熱され、活性化する。加熱により狙いとする温度となったＩｐ１セル１１０，Ｖｓセル１２０およびＩｐ２セル１３０は、以下のように動作する状態になる。
　排気経路（図示外）内を流通する排気ガスは、第１拡散抵抗部１５１による流通量の制限を受けつつ第１測定室１５０内に導入される。ここで、Ｖｓセル１２０には、Ｉｃｐ供給回路５４により電極１２３側から電極１２２側へ微弱な電流Ｉｃｐが流される。このため排気ガス中の酸素は、負極側となる第１測定室１５０内の電極１２２から電子を受け取ることができ、電子を受け取った酸素は酸素イオンとなって固体電解質体１２１内を流れ、基準酸素室１７０内に移動する。つまり、電極１２２，１２３間で電流Ｉｃｐが流されることによって、第１測定室１５０内の酸素が基準酸素室１７０内に送り込まれる。
　Ｖｓ検出回路５３では、電極１２２，１２３間の電圧Ｖｓが検出される。検出された電圧Ｖｓは、基準電圧比較回路５１により基準電圧（例えば、４２５ｍＶ）と比較されて、その比較結果がＩｐ１ドライブ回路５２に対し出力される。ここで、電極１２２，１２３間の電位差が基準電圧４２５ｍＶ付近で一定となるように、第１測定室１５０内の酸素濃度を調整すれば、第１測定室１５０内の排気ガス中の酸素濃度は所定値（例えば、１０－８～１０－９ａｔｍ）に近づくこととなる。
　そこで、Ｉｐ１ドライブ回路５２では、第１測定室１５０内に導入された排気ガスの酸素濃度が所定値より薄い場合、電極１１２側が負極となるようにＩｐ１セル１１０にＩｐ１電流を流す。その結果、Ｉｐ１セル１１０では、センサ素子１０外部から第１測定室１５０内へ酸素の汲み入れが行われる。一方、第１測定室１５０内に導入された排気ガスの酸素濃度が所定値より濃い場合、Ｉｐ１ドライブ回路５２は、電極１１３側が負極となるようにＩｐ１セル１１０にＩｐ１電流を流す。その結果、Ｉｐ１セル１１０では、第１測定室１５０内からセンサ素子１０外部へ酸素の汲み出しが行われる。このときのＩｐ１電流の大きさと、流れる向きとに基づき、排気ガス中の酸素濃度の検出が可能である。
　第１測定室１５０において酸素濃度が調整された排気ガスは、第２拡散抵抗部１５２を介し、第２測定室１６０内に導入される。第２測定室１６０内で電極１３３と接触した排気ガス中のＮＯｘは、電極１３３を触媒としてＮ２とＯ２に分解（還元）される。そして分解された酸素は、電極１３３から電子を受け取り、酸素イオンとなって（解離して）固体電解質体１３１内を流れ、電極１２３（基準酸素室１７０）内に移動する。そして、固体電解質体１３１内を流れる酸素イオンの量に応じたＩｐ２電流、即ちＩｐ２セル１３０を流れるＩｐ２電流は、ＮＯｘ濃度に略比例することから、このＩｐ２電流に基づきＮＯｘ濃度の検出が可能となる。
　Ａ－２．Ｉｐ２検出回路の構成：
　Ｉｐ２検出回路５５は、前述したように、Ｉｐ２セル１３０の電極１３３から電極１３２に流れた電流Ｉｐ２の値の検出を行う回路であるが、本実施例では、電流Ｉｐ２の値は、２通りの値でもって検出される。Ｉｐ２検出回路５５の詳細な回路構成について次に説明する。
　図２は、Ｉｐ２検出回路５５の回路構成を示す図である。図示するように、センサ素子１０の正側端子である電極１３２にはバッファ２０１および電流検出抵抗器２０２を介して前述したＶｐ２印加回路５６が接続されている。
　電流検出抵抗器２０２の両端のＡ点およびＢ点には、第１の差動増幅回路２１０と第２の差動増幅回路２２０とが接続されており、第１および第２の差動増幅回路２１０，２２０の出力ＯＰ１，ＯＰ２がマイクロコンピュータ６０に入力される。なお、センサ素子１０および電流検出抵抗器２０２が、適用例１における「センサ部」に相当する。
　第１および第２の差動増幅回路２１０，２２０は並列な関係を有し、第１および第２の差動増幅回路２１０，２２０のそれぞれは、オペアンプ２１１、２２１と４本の抵抗器２１２～２１５、２２２～２２５とを備えた周知のものである。なお、第２の差動増幅回路２２０側のオペアンプ２２１の＋入力ピンには、前記抵抗器２２５とバッファ２２６を介して１．３８９Ｖの電圧が加えられている。オペアンプ２１１、２２１はバッテリ電源を降圧した一定の駆動電圧（例えば５Ｖ）にて駆動される。
　前記の構成により、第１の差動増幅回路２１０は、増幅率（Ｇａｉｎ）が１０倍、オフセット（Ｏｆｆｓｅｔ）が０Ｖとなっている。第２の差動増幅回路２２０は、増幅率が２４倍、オフセットが１．３８９Ｖとなっている。前記第１および第２の差動増幅回路２１０，２２０の出力ＯＰ１，ＯＰ２（センサ素子１０に流れる電流の値を表す電圧信号）は、マイクロコンピュータ６０のＡ／Ｄコンバータ６５に入力される。
　第１の差動増幅回路２１０の出力ＯＰ１は、ＮＯｘ濃度の予め定められた広範囲（例えば０～７００［ｐｐｍ］）でＡ／Ｄコンバータ６５の作動電圧範囲内（例えば０～５Ｖ）に収まることから、第１の差動増幅回路２１０により、広範囲において適正なる信号出力が実現できる。一方、第２の差動増幅回路２２０の出力ＯＰ２は、ＮＯｘ濃度の予め定められた狭範囲（例えば－１００～２００［ｐｐｍ］）でＡ／Ｄコンバータ６５の作動電圧範囲内に収まることから、第２の差動増幅回路２２０により、狭範囲において適正なる信号出力が実現できる。
　なお、前記「広範囲」が適用例１における「第１の検出範囲」に相当し、第１の差動増幅回路２１０が適用例１における「第１増幅部」に相当する。また、前記「狭範囲」が適用例１における「第２の検出範囲」に相当し、第２の差動増幅回路２２０が適用例１における「第２増幅部」に相当する。
　Ａ－３．ＮＯｘ濃度の検出：
　図１に戻って、マイクロコンピュータ６０に備えられるＣＰＵ６１は、Ａ／Ｄコンバータ６５から出力される第１および第２のデジタル信号、すなわち、第１および第２の差動増幅回路２１０，２２０の出力ＯＰ１，ＯＰ２のＡ／Ｄ変換値を取り込み、両Ａ／Ｄ変換値のうちから択一的に選択されたＡ／Ｄ変換値に基づいてＮＯｘ濃度（ＮＯｘ濃度換算値）を算出する。詳しくは、第１の差動増幅回路２１０の出力ＯＰ１のＡ／Ｄ変換値に所定値（センサ素子１０に応じて予め定められた定数）を乗算することにより第１のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ濃度換算値）を求め、この第１のＮＯｘ濃度が前記狭範囲に含まれないときには、前記第１のＮＯｘ濃度をＮＯｘ濃度の最終的なセンサ検出値として出力する。一方、第１のＮＯｘ濃度が前記狭範囲に含まれるときには、第２の差動増幅回路２２０の出力ＯＰ２のＡ／Ｄ変換値に前記所定値を乗算することにより第２のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ濃度換算値）を求め、その第２のＮＯｘ濃度をＮＯｘ濃度の最終的なセンサ検出値として出力する。
　このＮＯｘ濃度の算出の処理により、ＮＯｘ濃度をピンポイントで検出したい（換言すれば、ＮＯｘ濃度を低濃度側にて高精度に検出したい）場合には、第２の差動増幅回路２２０の出力ＯＰ２に基づくＡ／Ｄ変換値を採用することで、高分解能の検出が可能となる。なお、マイクロコンピュータ６０と、マイクロコンピュータ６０のＣＰＵ６１により実行される前記ＮＯｘ濃度の算出の処理とが、適用例１における「制御部」に相当する。
　Ａ－４．異常診断：
　前記構成のセンサ制御装置５に備えられるマイクロコンピュータ６０は、さらに、センサ制御装置５の異常診断を行う。この異常診断について、以下に詳述する。
　図３は、マイクロコンピュータ６０のＣＰＵ６１により実行される異常診断処理を示すフローチャートである。この異常診断処理は、所定時間毎に繰り返し実行される。処理が開始されると、ＣＰＵ６１は、まず、センサ素子１０がセンシング可能な状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。具体的には、センサ素子１０に備えられる固体電解質体１１１，１２１，１３１の温度が所定値以上であること、センサ素子１０の電源電圧が所定値以上であること等の条件を全て満たすか否かから、センサ素子１０がセンシング可能な状態にあるか否かを判定する。
　ステップＳ１１０で、センサ素子１０がセンシング可能な状態にないと判定されると、ＣＰＵ６１は、予め用意された差分蓄積用バッファをクリアし（ステップＳ１２０）、その後、「リターン」に抜けて、この異常診断処理を一旦終了する。なお、差分蓄積用バッファについては後述する。
　一方、ステップＳ１１０で、センサ素子１０がセンシング可能な状態にあると判定されたときには、ＣＰＵ６１は、Ａ／Ｄコンバータ６５から出力される第１および第２のデジタル信号、すなわち、第１および第２の差動増幅回路２１０，２２０の出力ＯＰ１，ＯＰ２のＡ／Ｄ変換値を取り込み、出力ＯＰ１のＡ／Ｄ変換値に所定値を乗算し、出力ＯＰ２のＡ／Ｄ変換値に所定値を乗算することにより第１および第２のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ濃度換算値）Ｉｐ２Ｗ、Ｉｐ２Ｎを求める（ステップＳ１３０）。なお、上記の所定値は、センサ素子１０に応じて予め定められた定数である。
　図４は、Ａ／Ｄ変換値に対する第１および第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗ、Ｉｐ２Ｎを示すグラフである。グラフの縦軸が第１および第２の差動増幅回路２１０，２２０の出力ＯＰ１，ＯＰ２のＡ／Ｄ変換値であり、グラフの横軸がＮＯｘ濃度である。グラフ中の実線が第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗを示し、一点鎖線が第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎを示す。グラフに示すように、第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗは、広範囲について増幅率が１０倍、オフセットが０Ｖとなっており、第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎは、狭範囲について増幅率が２４倍、オフセットが１．３８９Ｖとなっている。
　図３に戻って、ステップＳ１３０の実行後、ＣＰＵ６１は、第１および第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗ、Ｉｐ２Ｎの少なくとも一方が異常診断範囲ＺＮに含まれるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。異常診断範囲ＺＮは、図４に示すように、第１の差動増幅回路２１０の出力ＯＰ１に基づく広範囲と第２の差動増幅回路２２０の出力ＯＰ２に基づく狭範囲との重複部分に含まれる所定の範囲で、本実施例では、例えば５０～１００［ｐｐｍ］である。ステップＳ１４０で、第１および第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗ、Ｉｐ２Ｎの少なくとも一方が異常診断範囲ＺＮに含まれないと判定された場合には、「リターン」に抜けて、処理を一旦終了する。
　一方、ステップＳ１４０で、第１および第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗ、Ｉｐ２Ｎの少なくとも一方が異常診断範囲ＺＮに含まれると判定されたときには、ＣＰＵ６１は、第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎから第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗを減算して差分Ｄを算出する（ステップＳ１５０）。なお、本実施例では、第１および第２のＮＯｘ濃度ＩｐＷ、Ｉｐ２ＮのいずれもＮＯｘ濃度換算された値であるため、第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗから第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎを減算して差分Ｄを算出しても差し支えない。続いて、ＣＰＵ６１は、ステップＳ１５０で算出した差分Ｄを差分蓄積用バッファに記憶する（ステップＳ１６０）。差分蓄積用バッファはＲＡＭ６２（図１）に用意されたもので、詳しくは次の通りのものである。
　図５は、差分蓄積用バッファＢＦを示す説明図である。図示するように、差分蓄積用バッファＢＦは、１６個のフィールドＦＤ１～ＦＤ１６を備え、１６回分の差分Ｄを蓄積することが可能となっている。図中最も左側のフィールドＦＤ１に最新の差分Ｄ（０）が格納され、図中右に向かって順に一つずつ世代（サンプリング回数）が古い差分Ｄ（－１）、Ｄ（－２）、…、Ｄ（－１４）が格納され、図中最も右側のフィールドＦＤ１６に１５代前の差分Ｄ（－１５）が格納されている。
　図３のステップＳ１６０の実行の都度に、フィールドＦＤ１～ＦＤ１５に記憶された各内容を１フィールドだけ右側にシフトし、図中最も左側のフィールドＦＤ１にステップＳ１５０で算出した差分Ｄを記憶する。この結果、差分蓄積用バッファＢＦには、過去１６回分（サンプル分）の差分Ｄが常に更新されて記憶されることになる。
　続いて、ＣＰＵ６１は、差分蓄積用バッファＢＦに格納されている各世代の差分Ｄ、すなわち、Ｄ（０）からＤ（－１５）までを足し合わせる（積算する）ことにより、差分積算値Ｄｉｎｔを算出する（ステップＳ１７０）。その後、ＣＰＵ６１は、差分積算値Ｄｉｎｔが所定値Ｄｉ０以上であるか否かを判定する（ステップＳ１８０）。所定値Ｄｉ０は、ノイズや、回路ばらつきを考慮して予め定めた定数であり、例えば２００［ｐｐｍ］である。
　ステップＳ１８０で、差分積算値Ｄｉｎｔが所定値Ｄｉ０以上であると判定された場合
に、ＣＰＵ６１は、診断結果を「異常」であると確定する（ステップＳ１９０）。なお、この診断結果は、例えば、ＥＣＵ９０に送信する等して外部に通知する。ステップＳ１９０の実行後、「リターン」に抜けて、この異常診断処理を一旦終了する。一方、ステップＳ１８０で、差分積算値Ｄｉｎｔが所定値Ｄｉ０を下回ると判定された場合には、ＣＰＵ６１は、ステップＳ１９０を実行することなく、すなわち、異常診断結果は「正常」である旨を維持したまま、「リターン」に抜けて、この異常診断処理を一旦終了する。
　前記異常診断処理において、ＣＰＵ６１と、ＣＰＵ６１により実行されるステップＳ１３０の処理とが、適用例１における「換算値取得部」に相当する。また、ＣＰＵ６１と、ＣＰＵ６１により実行されるステップＳ１４０の処理とが、適用例１における「換算値判定部」に相当する。ＣＰＵ６１と、ＣＰＵ６１により実行されるステップＳ１５０ないしＳ１９０の処理とが、適用例１における「異常診断部」に相当する。
　Ａ－５．実施例効果：
　以上詳述したように第１実施例のセンサ制御装置５によれば、第１の差動増幅回路２１０の出力ＯＰ１に基づく第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと、第２の差動増幅回路２２０の出力ＯＰ２に基づく第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとの少なくとも一方が異常診断範囲ＺＮに含まれるときに、第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとの差分Ｄ（本実施例では、差分Ｄ＝第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎ－第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗ）を求め、その差分Ｄの現在から過去に遡る１６サンプル分を差分蓄積用バッファＢＦに記憶し、これら差分Ｄの積算値（差分積算値）Ｄｉｎｔを求め、その差分積算値Ｄｉｎｔが所定値Ｄｉ０以上となったときに、診断結果が「異常」であると確定するように構成されている。第１の差動増幅回路２１０を含む信号系統と第２の差動増幅回路２２０を含む信号系統とのうちの少なくとも一方で異常（故障）が発生すると、第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとの差分Ｄが大きくなり、差分積算値Ｄｉｎｔは大きくなることから、上述したように、差分積算値Ｄｉｎｔが所定値Ｄｉ０以上となったかを判定することで、差動増幅回路２１０、２２０からの入力信号が中間域において異常値となる故障を高精度に診断することができる。
　また、第１実施例のセンサ制御装置５によれば、差分蓄積用バッファＢＦを用いた構成により、第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとを取り込む毎に、新しい側の１６サンプル分の差分Ｄの差分積算値Ｄｉｎｔを求めることができることから、差動増幅回路２１０、２２０からの入力信号が周期性を持つような場合にも確実に異常の判定を行うことができる。
Ｂ．第２実施例：
　図６は、本発明の第２実施例のセンサ制御装置において実行される異常診断処理を示すフローチャートである。第２実施例のセンサ制御装置は、第１実施例のセンサ制御装置５と比較して、異常診断処理の内容が相違するだけで、その他のソフトウェアの構成や、ハードウェアの構成は同一である。この異常診断処理は、第１実施例の図３に対応したものであり、図６に示すように、マイクロコンピュータのＣＰＵは、第１実施例と同じステップＳ１１０、Ｓ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１５０の処理を実行する。
　ステップＳ１５０で差分Ｄを算出した後、ＣＰＵは、差分Ｄが所定値Ｄ０以上であるか否かを判定する（ステップＳ２６０）。所定値Ｄ０は、ノイズや、回路ばらつきを考慮し
て予め定めた定数であり、例えば２０［ｐｐｍ］である。ステップＳ２６０で、差分Ｄが所定値Ｄ０以上であると判定された場合には、ＣＰＵは、カウンタ値ＣＮＴを値１だけインクリメントする（ステップＳ２７０）。カウンタ値ＣＮＴは、差分Ｄが所定値Ｄ０以上となった回数をカウントするためのもので、ステップＳ２６０で、差分Ｄが所定値Ｄ０を下回ると判定されたときに、クリアされる（ステップＳ２２０）。
　ステップＳ２７０でカウンタ値ＣＮＴをインクリメントした後、ＣＰＵは、カウンタ値ＣＮＴが値１０以上であるか否かを判定し（ステップＳ２８０）、値１０以上であると判定された場合に、ＣＰＵは、診断結果を「異常」であると確定する（ステップＳ１９０）。このステップＳ１９０の処理は第１実施例と同一の処理である。その後、「リターン」に抜けて、この異常診断処理を一旦終了する。一方、ステップＳ２８０で、カウンタ値ＣＮＴが値１０を下回ると判定された場合には、ＣＰＵは、ステップＳ１９０を実行することなく、「リターン」に抜けて、この異常診断処理を一旦終了する。
　また、ステップＳ１１０で、センサ素子１０がセンシング可能な状態にないと判定されたときには、ＣＰＵは、「リターン」に抜けて、この異常診断処理を一旦終了する。
　以上のように構成された第２実施例のセンサ制御装置によれば、第１実施例と同様に、第１の差動増幅回路からの出力に基づく第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと、第２の差動増幅回路からの出力に基づく第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとの差分に基づいて、異常診断を行っていることから、第１実施例と同様に、差動増幅回路からの入力信号が中間域において異常値となる故障を高精度に診断することができるという効果を奏する。
　Ｃ．第３実施例：
　本発明の第３実施例のセンサ制御装置について、以下に説明する。第３実施例のセンサ制御装置は、第１実施例のセンサ制御装置５と比較して、Ｉｐ２検出回路の構成および異常診断処理の内容が相違するものであり、その他の構成は同一である。図７は、第３実施例のＩｐ２検出回路３５５の回路構成を示す図であり、差動増幅回路（第３の差動増幅回路）３２０が１つからなり、この第３の差動増幅回路３２０が自身の増幅度を切り換え可能に構成されてなる点で第１実施例のセンサ制御装置５とは構成が異なる。なお、図７では、図１と共通する要素（具体的には、センサ素子１０、Ｖｐ２印加回路５６、バッファ２０１、電流検出抵抗器２０２、マイクロコンピュータ６０、Ａ／Ｄコンバータ６５）については、同一の番号にて表記している。
　第３実施例におけるＩｐ２検出回路３５５では、電流検出抵抗器２０２の両端のＡ点およびＢ点に対して第３の差動増幅回路３２０が接続されており、第３の差動増幅回路３２０の出力ＯＰ３がマイクロコンピュータ６０のＡ／Ｄコンバータ６５に入力される。この第３の差動増幅回路３２０において、オペアンプ３２１の非反転入力端子（＋入力ピン）には、抵抗器３２４を介して上記Ａ点の電位が、さらにスイッチＳＷ２を介して１．３８９Ｖまたは０Ｖの出力がオフセット電圧（オフセット）として加えられるようになっている。つまり、スイッチＳＷ２が抵抗器３２５に接続される場合には、抵抗器３２５、バッファ３２６を介して１．３８９Ｖがオペアンプ３２１の＋入力ピンに加えられる一方、スイッチＳＷ２が抵抗器３１５に接続される場合には、抵抗器３１５を介して０Ｖがオペアンプ３２１の＋入力ピンに加えられる。
　また、第３の差動増幅回路３２０において、オペアンプ３２１の反転入力端子（－入力ピン）には、抵抗器３２２を介して上記Ｂ点の電位が、さらに抵抗器３２３を介して、オペアンプ３２１自身の出力が加えられている。なお、この抵抗器３２３とは並列に、スイッチＳＷ１と抵抗器３１３とが直列接続された回路が接続されている。このため、スイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦを行うことにより、オペアンプ２２１の－入力ピンとオペアンプ３２１自身の出力との間に介在する帰還抵抗の抵抗値を、抵抗器３２３の抵抗値と、抵抗器３２３，３１３の並列接続の合成値のいずれかに切り換えることができる。この切り換えにより、第３の差動増幅回路３２０の増幅率（ゲイン）を、第１の増幅率（１０倍）と第２の増幅率（２４倍）のいずれかに切り換えることができる。
　なお、第３の差動増幅回路３２０は、マイクロコンピュータ６０からの指令に基づき、スイッチＳＷ１がスイッチＳＷ２と同期して切り換えられるよう構成されており、具体的には、スイッチＳＷ１がＯＮすると共にスイッチＳＷ２が抵抗器３１５に接続することにより、増幅率が１０倍、オフセットが０Ｖとなり、スイッチＳＷ２がＯＦＦすると共にスイッチＳＷ２が抵抗器３２５に接続することにより、増幅率が２４倍、オフセットが１．３８９Ｖとなる。第３の差動増幅回路３２０の増幅率が１０倍に切り換えられているときの出力ＯＰ３は、ＮＯｘ濃度の予め定められた広範囲でＡ／Ｄコンバータ６５の作動電圧範囲内（例えば０～５Ｖ）に収まることから、広範囲において適正なる信号出力が実現できる。一方、第３の作動増幅回路３２０の増幅度が２４倍に切り換えられているときの出力ＯＰ３は、ＮＯｘ濃度の予め定められた狭範囲でＡ／Ｄコンバータ６５の作動電圧範囲内に収まることから、狭範囲において適正なる信号出力が実現できる。
　次いで、Ｉｐ２検出回路３５５を備える第３実施例のセンサ制御装置において、マイクロコンピュータ６０が実行するセンサ制御装置の異常診断について説明する。
　図８は、マイクロコンピュータ６０のＣＰＵにより実行される異常診断処理を示すフローチャートである。第３実施例のセンサ制御装置では、当該センサ制御装置が起動された後に、この異常診断処理が割り込み処理によって定期的に実行されるようになっている。異常診断処理が実行されると、ＣＰＵは、まず、センサ素子１０がセンシング可能な状態にあるか否かを判定する（ステップＳ３１０）。この判定は、第１実施例に示すステップＳ１１０の処理と同一であるため、説明は省略する。
　ステップＳ３１０で、センサ素子１０がセンシング可能な状態にないと判定されると、ＣＰＵはこの異常診断処理を終了する。一方、ステップＳ３１０で、センサ素子１０がセンシング可能な状態にあると判定されたときには、ＣＰＵは、第３の差動増幅回路３２０の増幅率を２４倍（第２の増幅率）に設定するために、スイッチＳＷ１をＯＦＦし、スイッチＳＷ２を抵抗器３２５に接続するように指令する（ステップＳ３２０）。これにより、第３の差動増幅回路３２０は、増幅率が２４倍、オフセットが１．３８９Ｖに設定される。そして、ステップＳ３３０に進み、第３の差動増幅回路３２０の出力ＯＰ３のＡ／Ｄ変換値を取り込み、出力ＯＰ３のＡ／Ｄ変換値に所定値を乗算して第２のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ濃度換算値）Ｉｐ２Ｎを求める。
　ステップＳ３３０の実行後、ＣＰＵは、第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎが異常診断範囲ＺＮ（図４参照）に含まれるか否かを判定する（ステップＳ３４０）。ステップＳ３４０にて、第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎが異常診断範囲ＺＮに含まれないと判定されると、ＣＰＵは異常診断処理を終了する。一方、ステップＳ３４０で、第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎが異常診断範囲ＺＮに含まれると判定されたときには、ステップＳ３５０に進み、ＣＰＵは、第３の差動増幅回路３２０の増幅率を１０倍（第１の増幅率）に設定するために、スイッチＳＷ１をＯＮし、スイッチＳＷ２を抵抗器３１５に接続するように指令する。これにより、第３の差動増幅回路３２０は、増幅率が１０倍、オフセットが０Ｖに設定される。そして、ステップＳ３６０に進み、第３の差動増幅回路３２０の出力ＯＰ３のＡ／Ｄ変換値を取り込み、出力ＯＰ３のＡ／Ｄ変換値に所定値を乗算して第１のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ濃度換算値）Ｉｐ２Ｗを求める。
　ステップＳ３６０の実行後、ＣＰＵは、第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎから第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗを減算して差分Ｄを算出する（ステップＳ３７０）。続いて、ステップＳ３７０にて、算出した差分Ｄを、異常を判定するために設定された所定値Ｄ０（例えば、２００［ｐｐｍ］）以上であるか否かを判定する処理を行う。ステップＳ３７０にて、差分Ｄが所定値Ｄ０以上であると判定された場合には、ＣＰＵは、診断結果を「異常」とする（ステップＳ３９０）。なお、この診断結果は、例えば、ＥＣＵに送信等して外部に通知する。一方、ステップＳ３９０にて、差分値Ｄが所定値Ｄ０を下回ると判定された場合には、ＣＰＵはステップＳ３９０を実行することなく、この異常診断処理を終了する。
　以上のように構成された第３実施例のセンサ制御装置によれば、第３の差動増幅回路３２０の増幅率が異なった状態で得られる第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとの差分に基づいて異常診断を行っていることから、差動増幅回路からの入力信号が中間域において異常値となる故障を高精度に診断することができるという効果を奏する。
Ｃ．変形例：
　・第１変形例：
　前記第１～第３実施例では、第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと、第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとの差分Ｄに基づいて、異常診断を行っているが、これに換えて、前記第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとの比率に基づいて異常診断を行う構成としてもよい。例えば、前記比率を求めて、比率が異常を判定するための所定値以上であるときに異常であると判定する構成とすることができる。さらに、前記差分や比率に基づく構成に限定される必要もなく、第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗと第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎとを対比する構成であれば、どのような手法によるものでもよい。
　・第２変形例：
　前記第１および第２実施例では、異常判定を行うに際し、第１および第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗ、Ｉｐ２Ｎの少なくとも一方が異常診断範囲ＺＮに含まれるか否かを判定していたが、これに換えて、第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗが異常診断範囲ＺＮに含まれるか否かを判定する（第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎについては特に判定しない）構成としてもよいし、あるいは、第２のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｎが異常診断範囲ＺＮに含まれるか否かを判定する（第１のＮＯｘ濃度Ｉｐ２Ｗについては特に判定しない）構成としてもよい。前記第１および第２実施例では、第１の差動増幅回路２１０を含む信号系統と第２の差動増幅回路２２０を含む信号系統との双方の異常診断を行うことができ、この第２変形例では、異常診断範囲ＺＮに含まれると判断されたＮＯｘ濃度Ｉｐ２側の差動増幅回路を含む信号系統の異常診断を行うことができる。
　・第３変形例：
　前記第１～第３実施例では、第１の検出範囲としての広範囲（０～７００［ｐｐｍ］）と、第２の検出範囲としての狭範囲（－１００～２００［ｐｐｍ］）とが一部分で重なる構成としていたが、これに換えて、狭範囲を例えば０～２００［ｐｐｍ］として、広範囲が狭範囲を内包する構成としてもよい。さらに、第１および第２実施例では、第１の差動増幅回路２１０はゲインが１０倍、オフセットが０Ｖであり、第２の差動増幅回路２２０はゲインが２４倍、オフセットが１．３８９Ｖである構成を採り、また、第３実施例では第３の差動増幅回路３２０を、ゲインが１０倍、オフセットが０Ｖの状態と、ゲインが２４倍、オフセットが１．３８９Ｖの状態とで切り替える構成を採るようにしたが、これらゲインおよびオフセットは、第１の検出範囲と第２の検出範囲とを一部分で重ならせることができれば、どのような値とすることもできる。
　・第４変形例：
　前記第１実施例では、差分蓄積用バッファＢＦに１６個のフィールドＦＤ１～ＦＤ１６を設け、現在から過去に遡る１６サンプル分の差分を積算する構成としたが、これに換えて、他の数のサンプル分を積算する構成としてもよい。なお、この場合には、差分積算値Ｄｉｎｔについての閾値Ｄｉ０は、その数に応じた、第１実施例とは異なった値となる。
　・第５変形例：
　センサ制御装置５が制御するガスセンサ１、およびガスセンサ１が備えるセンサ素子１０の構成は適宜変更可能である。例えば、本実施形態のガスセンサ１（センサ素子１０）は、図１において、第１測定室１５０の下側にＶｓセル１２０を備えていたが、Ｖｓセル１２０を備えないガスセンサを制御するセンサ制御装置に、本発明を適用してもよい。
　・第６変形例：
　前記第１～第３実施例では、ＮＯｘ濃度を検出可能なガスセンサ１に適用する構成であったが、これに換えて、化学量として酸素濃度、あるいは、ＨＣ濃度やＣＯ濃度を検出可能とするガス濃度センサに適用する構成としてもよい。さらに、自動車用以外のガス濃度検出装置に用いることや、排ガス以外のガスを被検出ガス（例えば、吸気ガス）とすることも可能である。また、ガス濃度センサに限る必要もなく、例えば、被測定対象液体中に含まれる特定成分の濃度等の他の化学量を検出する構成としてもよい。さらに、化学量に限る必要もなく、物理量、例えば、被測定対象ガスの温度や圧力を検出するセンサに適用する構成とすることもできる。
　前記実施例および各変形例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしても良い。
　なお、前述した実施例および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、本発明はこれらの実施例および各変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。
　　１…ガスセンサ
　　５…センサ制御装置
　　１０…センサ素子
　　５１…基準電圧比較回路
　　５２…Ｉｐ１ドライブ
　　５３…Ｖｓ検出回路
　　５４…Ｉｃｐ供給回路
　　５５，３５５…Ｉｐ２検出回路
　　５６…Ｖｐ２印加回路
　　５７…ヒータ駆動回路
　　５８…電気回路部
　　６０…マイクロコンピュータ
　　６１…ＣＰＵ
　　６２…ＲＡＭ
　　６３…ＲＯＭ
　　６４…信号入出力部
　　６５…Ａ／Ｄコンバータ
　　９０…ＥＣＵ
　　１１１、１３１…固体電解質体
　　１１２、１１３、１３２、１３３…電極
　　１３０…Ｉｐ２セル
　　１５０…第１測定室
　　１５１…第１拡散抵抗部
　　１５２…第２拡散抵抗部
　　１６０…第２測定室
　　２０１…バッファ
　　２０２…電流検出抵抗器
　　２１０…第１の差動増幅回路
　　２１１…オペアンプ
　　２２０…第２の差動増幅回路
　　２２１…オペアンプ
　　２２６…バッファ
　　３２０…第３の差動増幅回路
　　３２１…オペアンプ
　　Ｉｐ２Ｗ…第１のＮＯｘ濃度
　　Ｉｐ２Ｎ…第２のＮＯｘ濃度
　　Ｄ…差分
　　Ｄｉｎｔ…差分積算値
　　ＢＦ…差分蓄積用バッファ
　　ＺＮ…異常診断範囲
　　ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ

Claims (9)

  1. 　被測定対象の物理的特性または化学的特性に対応した電気信号値を出力するセンサ部と、
    　前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性の第１の検出範囲について第１の増幅率で前記電気信号値を増幅する第１増幅部と、
    　前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性についての前記第１の検出範囲と少なくとも一部が重なる第２の検出範囲について第２の増幅率で前記電気信号値を増幅する第２増幅部と、
    　前記第１増幅部からの出力と前記第２増幅部からの出力とに基づいて前記特性を示す値を求め、該値をセンサ検出値として出力する制御部と
    　を備えるセンサ制御装置において、
    　前記第１増幅部からの出力に基づく第１の特性換算値と、前記第２増幅部からの出力に基づく第２の特性換算値とを取得する換算値取得部と、
    　前記第１の検出範囲と第２の検出範囲との重複部分に含まれる所定の範囲を異常診断範囲とし、前記第１および第２の特性換算値のうちの少なくとも一方が前記異常診断範囲に含まれるか否かを判定する換算値判定部と、
    　前記換算値判定部により前記異常診断範囲に含まれると判定されたときに、前記第１の特性換算値と第２の特性換算値とを対比して、前記第１増幅部を含む信号系統と第２増幅部を含む信号系統とのうちの少なくとも一方で異常が発生したか否かを判定する異常診断部と
    　を備えることを特徴とするセンサ制御装置。
  2. 　請求項１に記載のセンサ制御装置であって、
    　前記異常診断部は、
    　前記第１の特性換算値と第２の特性換算値との差分を算出する差分算出部と、
    　前記算出された差分に基づいて、前記異常の判定を行う異常判定部と
    　を備えるセンサ制御装置。
  3. 　請求項２に記載のセンサ制御装置であって、
    　前記差分算出部は、
    　前記差分についての所定期間における積算値を求める積算値算出部を備え、
    　前記異常判定部は、
    　前記積算値が所定値以上となったときに、前記異常である旨の判定を行う構成である、
    センサ制御装置。
  4. 　請求項３に記載のセンサ制御装置であって、
    　前記換算値取得部は、
    　前記所定期間よりも短い時間に設定された所定時間毎に、前記第１の特性換算値と第２の特性換算値との取得を行う構成であり、
    　前記差分算出部は、
    　前記所定時間毎に、前記換算値取得部により取得された前記第１および第２の特性換算値に基づく前記差分の積算値を、現在から過去に遡る複数回分にわたって算出する構成であり、
    　前記異常判定部は、
    　前記所定時間毎に、前記差分算出部により算出された積算値が所定値以上となったときに、前記異常である旨の判定を行う構成である、センサ制御装置。
  5. 　請求項１ないし４のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、
    　前記第２の検出範囲は、前記第１の検出範囲よりも狭く、
    　前記第２の増幅率は、前記第１の増幅率よりも高い、センサ制御装置。
  6. 　請求項１ないし５のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、
    　前記センサ部から出力される電気信号値を受け取る複数の増幅回路を備え、
    　前記増幅回路の１つが、前記第１の増幅率で前記電気信号値を増幅する第１増幅部を構成し、前記増幅回路のもう１つが、前記第２の増幅率で前記電気信号値を増幅する第２増幅部を構成する、センサ制御装置。
  7. 　請求項１ないし５のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、
    　前記センサ部から出力される電気信号値を受け取る増幅回路を備え、前記増幅回路は、自身の増幅率の切り換えにより前記第１の増幅率と前記第２の増幅率を選択可能とされ、前記第１増幅部は、前記増幅回路を前記第１の増幅率に設定したときに構成され、前記第２増幅部は、前記増幅回路を前記第２の増幅率に設定したときに構成される、センサ制御装置。
  8. 　請求項１ないし７のいずれかに記載のセンサ制御装置であって、
    　前記特性は、前記被測定対象に含まれる特定ガス濃度である、センサ制御装置。
  9. 　被測定対象の物理的特性または化学的特性に対応した電気信号値を出力するセンサ部と、前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性の第１の検出範囲について第１の増幅率で前記電気信号値を増幅する第１増幅部と、前記センサ部から出力される電気信号値を受け取り、前記特性についての前記第１の検出範囲と少なくとも一部が重なる第２の検出範囲について第２の増幅率で前記電気信号値を増幅する第２増幅部とを用いて、前記第１増幅部からの出力と前記第２増幅部からの出力とに基づいて前記特性を示す値を求め、該値をセンサ検出値として出力するセンサ制御方法において、
    　前記第１増幅部からの出力に基づく第１の特性換算値と、前記第２増幅部からの出力に基づく第２の特性換算値とを取得する換算値取得工程と、
    　前記第１の検出範囲と第２の検出範囲との重複部分に含まれる所定の範囲を異常診断範囲とし、前記第１および第２の特性換算値のうちの少なくとも一方が前記異常診断範囲に含まれるか否かを判定する判定工程と、
    　前記判定工程により前記異常診断範囲に含まれると判定されたときに、前記第１の特性換算値と第２の特性換算値とを対比して、前記第１増幅部を含む信号系統と第２増幅部を含む信号系統とのうちの少なくとも一方で異常が発生したか否かを判定する異常診断工程と
    　を備えることを特徴とするセンサ制御方法。
     
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