WO2025009261A1 - ガスセンサ - Google Patents

ガスセンサ Download PDF

Info

Publication number
WO2025009261A1
WO2025009261A1 PCT/JP2024/017338 JP2024017338W WO2025009261A1 WO 2025009261 A1 WO2025009261 A1 WO 2025009261A1 JP 2024017338 W JP2024017338 W JP 2024017338W WO 2025009261 A1 WO2025009261 A1 WO 2025009261A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pump
measurement
electrode
gas
pump cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2024/017338
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
増田　敦彦
大智 市川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP2025530997A priority Critical patent/JPWO2025009261A1/ja
Priority to DE112024001745.2T priority patent/DE112024001745T5/de
Priority to CN202480035018.7A priority patent/CN121420192A/zh
Publication of WO2025009261A1 publication Critical patent/WO2025009261A1/ja
Priority to US19/424,239 priority patent/US20260118310A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/41—Oxygen pumping cells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4077—Means for protecting the electrolyte or the electrodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
    • G01N27/419—Measuring voltages or currents with a combination of oxygen pumping cells and oxygen concentration cells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector

Definitions

  • the present invention relates to a gas sensor.
  • oxygen is supplied to the vicinity of the surface of the second measurement inner pump electrode by the second measurement pump cell so that carbon monoxide generated by decomposition of the carbon dioxide component is selectively burned near the surface of the second measurement inner pump electrode, and the concentration of the carbon dioxide component present in the measured gas is measured based on the magnitude of the current flowing at this time.
  • gas when the gas sensor is in use or not in use, gas may be adsorbed onto at least one of the main inner pump electrode, the first measurement inner pump electrode, and the second measurement inner pump electrode, resulting in a decrease in the reduction or oxidation ability, and thus a decrease in the measurement accuracy of the water concentration and/or the carbon dioxide component concentration.
  • the gas sensor of the present invention employs the following means to achieve the above-mentioned main objective.
  • the gas sensor of the present invention comprises: A gas sensor for measuring a water concentration and/or a carbon dioxide concentration in a measurement gas, comprising a sensor element and a control device,
  • the sensor element includes: an element body having an oxygen ion conductive solid electrolyte layer and a measurement gas flow section for introducing and flowing a measurement gas therein; a first pump cell including a first inner electrode disposed in a first chamber of the measurement target gas flow portion and a first outer electrode disposed on an outer surface of the element body; a second pump cell including a second inner electrode disposed in a second chamber located downstream of the first chamber in the measurement gas flow portion, and a second outer electrode disposed on an outer surface of the element body; a third pump cell including a third inner electrode disposed in a third chamber located downstream of the second chamber in the measurement gas flow portion, and a third outer electrode disposed on an outer surface of the element body,
  • the control device includes: a first pump cell control process for controlling the first pump cell to pump oxygen from the periphery
  • a first refresh process for controlling the first pump cell to pump oxygen from around the first outer electrode to around the first inner electrode
  • a second refresh process for controlling the second pump cell to pump more oxygen from around the second outer electrode to around the second inner electrode compared to the second pump cell control process
  • a third refresh process for controlling the third pump cell to pump more oxygen from around the third outer electrode to around the third inner electrode compared to the third pump cell control process.
  • the gas adsorbed to the second inner electrode can be oxidized and desorbed from the second inner electrode, and the oxidation ability of the second inner electrode can be restored.
  • the third refresh process the gas adsorbed to the third inner electrode can be oxidized and desorbed from the third inner electrode, and the oxidation ability of the third inner electrode can be restored. As a result, the measurement accuracy of the water concentration and/or carbon dioxide concentration in the measured gas can be suppressed from decreasing.
  • the gas adsorbed to at least one of the first inner electrode, the second inner electrode, and the third inner electrode can be an exhaust gas component contained in the exhaust gas of the internal combustion engine, or a derived component derived from the exhaust gas component.
  • the derived component can be, for example, a reduced component reduced from the exhaust gas component, or an oxidized component oxidized from the reduced component.
  • the predetermined conditions may include conditions under which the solid electrolyte layer is activated.
  • At least two of the first, second, and third outer electrodes may be common electrodes.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a gas sensor 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the electrical connection between a control device 95 and each cell and a heater 72.
  • the gas sensor 100 is attached to a pipe such as an exhaust gas pipe of an internal combustion engine.
  • the gas sensor 100 measures a specific gas concentration, which is the concentration of a specific gas in a measured gas, which is exhaust gas from an internal combustion engine.
  • the gas sensor 100 measures the water concentration and carbon dioxide concentration as the specific gas concentration.
  • the gas sensor 100 includes a sensor element 101 having an element body 102 in the shape of a long rectangular parallelepiped, each cell 21, 41, 50, 80 to 83 included in the sensor element 101, a heater section 70 provided inside the sensor element 101, and a control device 95 having variable power sources 24, 46, 52 and a heater power source 76 and controlling the entire gas sensor 100.
  • the longitudinal direction of the sensor element 101 (left-right direction in FIG. 1) is defined as the front-rear direction
  • the thickness direction of the sensor element 101 up-down direction in FIG. 1
  • the width direction of the sensor element 101 (direction perpendicular to the front-rear direction and up-down direction) is defined as the left-right direction.
  • the element body 102 is a laminate in which six layers, namely a first substrate layer 1 , a second substrate layer 2, a third substrate layer 3, a first solid electrolyte layer 4, a spacer layer 5, and a second solid electrolyte layer 6, each of which is made of an oxygen ion conductive solid electrolyte layer such as zirconia (ZrO2), are laminated in this order from the bottom as viewed in the drawing.
  • the solid electrolyte forming these six layers is dense and airtight.
  • the element body 102 is manufactured, for example, by performing a predetermined processing and printing a circuit pattern on ceramic green sheets corresponding to each layer, laminating them, and further firing them to integrate them.
  • the gas inlet 10 At the front end side of the sensor element 101 (element body 102), between the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 and the upper surface of the first solid electrolyte layer 4, the gas inlet 10, the first diffusion rate-controlling section 11, the buffer space 12, the second diffusion rate-controlling section 13, the first internal cavity 20, the third diffusion rate-controlling section 30, the second internal cavity 40, the fourth diffusion rate-controlling section 60, and the third internal cavity 61 are adjacently formed and communicated in this order.
  • the gas inlet 10, buffer space 12, first internal cavity 20, second internal cavity 40, and third internal cavity 61 are spaces inside the sensor element 101, which are defined by a hollowed-out portion of the spacer layer 5, with the upper portion defined by the underside of the second solid electrolyte layer 6, the lower portion defined by the upper surface of the first solid electrolyte layer 4, and the sides defined by the side surfaces of the spacer layer 5.
  • the first diffusion rate-controlling section 11, the second diffusion rate-controlling section 13, and the third diffusion rate-controlling section 30 are each provided as two horizontally elongated slits (with the opening extending in the direction perpendicular to the drawing).
  • the fourth diffusion rate-controlling section 60 is provided as a single horizontally elongated slit (with the opening extending in the direction perpendicular to the drawing) formed as a gap with the underside of the second solid electrolyte layer 6.
  • the area extending from the gas inlet 10 to the third internal space 61 is also referred to as the measured gas flow section.
  • the sensor element 101 (element body 102) is provided with a reference gas inlet 49 that allows a reference gas to flow from the outside of the sensor element 101 to the reference electrode 42 when measuring the concentration of a specific gas.
  • the reference gas inlet 49 has a reference gas inlet space 43 and a reference gas inlet layer 48.
  • the reference gas inlet space 43 is a space provided inward from the rear end surface of the sensor element 101.
  • the reference gas inlet space 43 is provided between the upper surface of the third substrate layer 3 and the lower surface of the spacer layer 5, at a position defined by the side surface of the first solid electrolyte layer 4.
  • the reference gas inlet space 43 opens at the rear end surface of the sensor element 101, and this opening functions as an inlet portion 49a of the reference gas inlet 49.
  • the reference gas is introduced into the reference gas inlet space 43 from this inlet portion 49a.
  • the reference gas inlet 49 introduces the reference gas introduced from the inlet portion 49a into the reference electrode 42 while providing a predetermined diffusion resistance to the reference gas introduced from the inlet portion 49a.
  • the reference gas is air.
  • the reference gas introduction layer 48 is provided between the upper surface of the third substrate layer 3 and the lower surface of the first solid electrolyte layer 4.
  • the reference gas introduction layer 48 is a porous body made of ceramics such as alumina. A portion of the upper surface of the reference gas introduction layer 48 is exposed in the reference gas introduction space 43.
  • the reference gas introduction layer 48 is formed so as to cover the reference electrode 42.
  • the reference gas introduction layer 48 allows the reference gas to flow from the reference gas introduction space 43 to the reference electrode 42.
  • the reference electrode 42 is an electrode formed in a manner sandwiched between the upper surface of the third substrate layer 3 and the first solid electrolyte layer 4, and as described above, a reference gas introduction layer 48 connected to the reference gas introduction space 43 is provided around the reference electrode 42. As will be described later, the reference electrode 42 can be used to measure the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first internal space 20, the second internal space 40, and the third internal space 61.
  • the reference electrode 42 is formed as a porous cermet electrode (for example, a cermet electrode of Pt and ZrO2 ).
  • the gas inlet 10 is a section that opens to the external space, and the measured gas is taken into the sensor element 101 from the external space through the gas inlet 10.
  • the first diffusion rate-controlling section 11 is a section that imparts a predetermined diffusion resistance to the measured gas taken in from the gas inlet 10.
  • the buffer space 12 is a space provided to guide the measured gas introduced from the first diffusion rate-controlling section 11 to the second diffusion rate-controlling section 13.
  • the second diffusion rate-controlling section 13 is a section that imparts a predetermined diffusion resistance to the measured gas introduced from the buffer space 12 into the first internal space 20.
  • the first internal space 20 is provided as a space for adjusting the oxygen partial pressure in the measurement gas introduced through the second diffusion rate-controlling section 13. The oxygen partial pressure is adjusted by the operation of the main pump cell 21.
  • the main pump cell 21 is an electrochemical pump cell that is composed of an inner pump electrode 22 having a ceiling electrode portion 22a provided on almost the entire lower surface of the second solid electrolyte layer 6 facing the first internal space 20, an outer pump electrode 23 provided in a region corresponding to the ceiling electrode portion 22a on the upper surface of the second solid electrolyte layer 6 in a manner that exposes it to the outside of the sensor element 101, and the second solid electrolyte layer 6, spacer layer 5, and first solid electrolyte layer 4 that form a current path between these electrodes.
  • the inner pump electrode 22 is formed across the upper and lower solid electrolyte layers (second solid electrolyte layer 6 and first solid electrolyte layer 4) that define the first internal cavity 20, and the spacer layer 5 that provides the side walls. Specifically, a ceiling electrode portion 22a is formed on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 that provides the ceiling surface of the first internal cavity 20, and a bottom electrode portion 22b is formed on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 that provides the bottom surface.
  • Side electrode portions are formed on the side wall surfaces (inner surfaces) of the spacer layer 5 that constitute both side wall portions of the first internal cavity 20 so as to connect the ceiling electrode portion 22a and the bottom electrode portion 22b, and are arranged in a tunnel-shaped structure at the locations where the side electrode portions are arranged.
  • the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first internal space 20 can be determined by measuring the electromotive force (voltage V0) in the oxygen partial pressure detection sensor cell 80 for controlling the main pump. Furthermore, the pump current Ip0 is controlled by feedback controlling the voltage Vp0 of the variable power supply 24 so that the voltage V0 becomes the target value. This adjusts the oxygen concentration in the first internal space 20.
  • the third diffusion control section 30 is a section that imparts a predetermined diffusion resistance to the measured gas, the oxygen concentration (oxygen partial pressure) of which is controlled by the operation of the main pump cell 21 in the first internal space 20, and guides the measured gas to the second internal space 40.
  • the second internal space 40 is provided as a space for adjusting the oxygen partial pressure of the measurement gas introduced through the third diffusion-controlling section 30 using the first measurement pump cell 50, and for carrying out processing related to measuring the water concentration in the measurement gas.
  • the first measurement pump cell 50 is an electrochemical pump cell that is composed of a first measurement electrode 51 having a ceiling electrode portion 51a provided on substantially the entire lower surface of the second solid electrolyte layer 6 facing the second internal space 40, an outer pump electrode 23 (not limited to the outer pump electrode 23, but any suitable electrode disposed on the outer surface of the sensor element 101 will suffice), the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, and the first solid electrolyte layer 4.
  • the first measurement electrode 51 is disposed in the second internal space 40 in a tunnel-shaped structure similar to the inner pump electrode 22 disposed in the first internal space 20. That is, a ceiling electrode portion 51a is formed on the second solid electrolyte layer 6 that provides the ceiling surface of the second internal space 40, and a bottom electrode portion 51b is formed on the first solid electrolyte layer 4 that provides the bottom surface of the second internal space 40. Side electrodes (not shown) that connect the ceiling electrode portion 51a and the bottom electrode portion 51b are formed on both wall surfaces of the spacer layer 5 that provides the side walls of the second internal space 40, forming a tunnel-shaped structure.
  • the first measurement pump cell 50 by applying a desired voltage Vp1 between the first measurement electrode 51 and the outer pump electrode 23, it is possible to pump oxygen in the atmosphere in the second internal space 40 out to the external space, or pump oxygen from the external space into the second internal space 40.
  • the first measurement electrode 51, the reference electrode 42, the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, the first solid electrolyte layer 4, and the third substrate layer 3 constitute an electrochemical sensor cell, i.e., an oxygen partial pressure detection sensor cell 81 for controlling the first measurement pump.
  • the first measurement pump cell 50 performs pumping using a variable power supply 52 whose voltage is controlled based on the electromotive force (voltage V1) detected by the oxygen partial pressure detection sensor cell 81 for controlling the first measurement pump.
  • V1 electromotive force
  • the fourth diffusion rate control section 60 is a section that imparts a predetermined diffusion resistance to the measurement gas whose oxygen concentration (oxygen partial pressure) has been controlled by the operation of the first measuring pump cell 50 in the second internal space 40, and guides the measurement gas to the third internal space 61.
  • the third internal space 61 is provided as a space for adjusting the oxygen partial pressure of the measurement gas introduced through the fourth diffusion-controlling section 60 using the second measurement pump cell 41, and for carrying out processing related to measuring the carbon dioxide concentration in the measurement gas.
  • the second measurement pump cell 41 is an electrochemical pump cell composed of a second measurement electrode 44 provided on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 facing the third internal space 61, an outer pump electrode 23 (not limited to the outer pump electrode 23, but any suitable electrode disposed on the outer surface of the sensor element 101 will suffice), a second solid electrolyte layer 6, a spacer layer 5, and the first solid electrolyte layer 4.
  • the second measurement pump cell 41 by applying a desired voltage Vp2 between the second measurement electrode 44 and the outer pump electrode 23, it is possible to pump oxygen in the atmosphere in the third internal space 61 out to the external space, or pump oxygen from the external space into the second internal space 40.
  • the first solid electrolyte layer 4, the third substrate layer 3, the second measurement electrode 44, and the reference electrode 42 constitute an electrochemical sensor cell, i.e., an oxygen partial pressure detection sensor cell 82 for controlling the second measurement pump.
  • variable power supply 46 is controlled based on the electromotive force (voltage V2) detected by the oxygen partial pressure detection sensor cell 82 for controlling the second measurement pump, and the voltage Vp2 of the variable power supply 46 is applied to the second measurement pump cell 41.
  • the oxygen partial pressure in the atmosphere in the third internal space 61 is adjusted by the pump current Ip2 flowing through the second measurement pump cell 41.
  • the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, the first solid electrolyte layer 4, the third substrate layer 3, the outer pump electrode 23, and the reference electrode 42 constitute an electrochemical sensor cell 83, and the electromotive force (voltage Vref) obtained by this sensor cell 83 makes it possible to detect the partial pressure of oxygen in the measured gas outside the sensor.
  • the inner pump electrode 22, the first measurement electrode 51, and the second measurement electrode 44 each contain a first-class precious metal having catalytic activity.
  • the first-class precious metal include at least one of Pt, Rh, Ir, Ru, and Pd.
  • the outer pump electrode 23 and the reference electrode 42 also contain a first-class precious metal. It is preferable that the first measurement electrode 51 contains a second-class precious metal that suppresses the catalytic activity of the first-class precious metal against carbon monoxide. Since the first measurement electrode 51 contains the second-class precious metal, the first measurement electrode 51 has a weakened oxidation ability against carbon monoxide. Examples of the second-class precious metal include Au.
  • the inner pump electrode 22 and the second measurement electrode 44 do not contain the second-class precious metal. It is also preferable that the outer pump electrode 23 and the reference electrode 42 do not contain the second-class precious metal.
  • Each of the electrodes 22, 23, 42, 44, and 51 is preferably a cermet containing a precious metal and an oxide having oxygen ion conductivity (e.g., ZrO2 ) .
  • Each of the electrodes 22, 23, 42, 44, and 51 is preferably a porous body.
  • the first measurement electrode 51 is a porous cermet electrode of Pt containing 1% Au and ZrO2.
  • the inner pump electrode 22, the outer pump electrode 23, the reference electrode 42, and the second measurement electrode 44 are all porous cermet electrodes of Pt and ZrO2 .
  • the sensor element 101 is equipped with a heater section 70 that adjusts the temperature by heating and keeping the sensor element 101 warm in order to increase the oxygen ion conductivity of the solid electrolyte.
  • the heater section 70 is equipped with a heater connector electrode 71, a heater 72, a through hole 73, a heater insulating layer 74, and a pressure release hole 75.
  • the heater connector electrode 71 is an electrode formed in such a manner that it is in contact with the underside of the first substrate layer 1. By connecting the heater connector electrode 71 to a heater power supply 76 (see FIG. 2), it is possible to supply power from the heater power supply 76 to the heater section 70.
  • the heater 72 is an electrical resistor sandwiched between the second substrate layer 2 and the third substrate layer 3.
  • the heater 72 is connected to a heater connector electrode 71 via a through hole 73, and generates heat when power is supplied from a heater power source 76 through the heater connector electrode 71, thereby heating and keeping warm the solid electrolyte that forms the sensor element 101.
  • the heater 72 is embedded throughout the entire area from the first internal space 20 to the third internal space 61, making it possible to adjust the temperature of the entire sensor element 101 to a temperature at which the solid electrolyte described above is activated.
  • the pressure relief hole 75 is a portion that penetrates the third substrate layer 3 and the reference gas introduction layer 48 and is provided so as to communicate with the reference gas introduction space 43, and is formed for the purpose of mitigating the increase in internal pressure that accompanies an increase in temperature within the heater insulation layer 74.
  • the control device 95 includes the variable power supplies 24, 46, 52, the heater power supply 76, and a control unit 96.
  • the control unit 96 is a microprocessor including a CPU 97 and a memory unit 98.
  • the memory unit 98 is a non-volatile memory that allows information to be rewritten, and can store, for example, various programs and various data.
  • the control unit 96 inputs the voltage V0 of the oxygen partial pressure detection sensor cell 80 for controlling the main pump, the voltage V1 of the oxygen partial pressure detection sensor cell 81 for controlling the first measurement pump, the voltage V2 of the oxygen partial pressure detection sensor cell 82 for controlling the second measurement pump, the voltage Vref of the sensor cell 83, the pump current Ip0 flowing through the main pump cell 21, the pump current Ip1 flowing through the first measurement pump cell 50, and the pump current Ip2 flowing through the second measurement pump cell 41.
  • the control unit 96 also outputs control signals to the variable power sources 24, 52, 46 to control the voltages Vp0, Vp1, Vp2 output by the variable power sources 24, 52, 46, thereby controlling the main pump cell 21, the first measurement pump cell 50, and the second measurement pump cell 41.
  • the control unit 96 outputs control signals to the heater power source 76 to control the power supplied by the heater power source 76 to the heater 72.
  • the memory unit 98 also stores target values V0*, V1*, V2*, etc., which will be described later.
  • the CPU 97 of the control unit 96 controls the cells 21, 50, 41 by referring to these target values V0*, V1*, V2*.
  • the control unit 96 performs a main pump control process (an example of a first pump cell control process) that controls the main pump cell 21 to pump oxygen from the periphery of the inner pump electrode 22 to the periphery of the outer pump electrode 23. Specifically, the control unit 96 controls the main pump cell 21 by feedback-controlling the voltage Vp0 of the variable power supply 24 so that the voltage V0 becomes the target value V0*.
  • the target value V0* is set as a value that makes the oxygen concentration in the first internal space 20 a predetermined low concentration that is low enough to reduce substantially all of the water and carbon dioxide in the measured gas.
  • the water in the measured gas is reduced to generate hydrogen and oxygen
  • the carbon dioxide in the measured gas is reduced to generate carbon monoxide and oxygen.
  • the generated oxygen is pumped from the periphery of the inner pump electrode 22 to the periphery of the outer pump electrode 23 by the pump current Ip0 flowing through the main pump cell 21.
  • the control unit 96 performs a first measurement pump control process (an example of a second pump cell control process) that controls the first measurement pump cell 50 to pump oxygen from around the outer pump electrode 23 to around the first measurement electrode 51. Specifically, the control unit 96 controls the first measurement pump cell 50 by feedback controlling the voltage Vp1 of the variable power supply 52 so that the voltage V1 becomes the target value V1*.
  • the target value V1* is set as a value that causes the oxygen concentration in the second internal space 40 to become a predetermined concentration that substantially all of the hydrogen in the second internal space 40 is oxidized.
  • the pump current Ip1 flowing through the first measuring pump cell 50 is correlated with the amount of oxygen pumped into the second internal space 40 to oxidize the hydrogen in the second internal space 40, and is also correlated with the amount of water in the measured gas in the first internal space 20 that was the source of the hydrogen in the second internal space 40. Therefore, the pump current Ip1 is correlated with the water concentration in the measured gas, and the water concentration in the measured gas can be measured based on the pump current Ip1.
  • the process of measuring the water concentration in the measured gas based on the pump current Ip1 is referred to as the water concentration measurement process.
  • the control unit 96 performs a second measurement pump control process (an example of a third pump cell control process) that controls the second measurement pump cell 41 to pump oxygen from around the outer pump electrode 23 to around the second measurement electrode 44. Specifically, the control unit 96 controls the second measurement pump cell 41 by feedback controlling the voltage Vp2 of the variable power supply 46 so that the voltage V2 becomes the target value V2*.
  • the target value V2* is set as a value that causes the oxygen concentration in the third internal space 61 to become a predetermined concentration that substantially all of the carbon monoxide in the third internal space 61 is oxidized.
  • both hydrogen and carbon monoxide generated in the first internal space 20 reach the second internal space 40.
  • hydrogen has a faster gas diffusion rate than carbon monoxide, and hydrogen is more likely to combine with oxygen. Therefore, in the second internal space 40, hydrogen can be selectively oxidized between hydrogen and carbon monoxide by the first measurement pump control process. Since almost no hydrogen reaches the third internal space 61 downstream of the second internal space 40, carbon monoxide can be oxidized by the second measurement pump control process.
  • the first measurement electrode 51 contains the second precious metal, which weakens its ability to oxidize carbon monoxide. Therefore, in the vicinity of the first measurement electrode 51, i.e., in the second internal space 40, hydrogen can be more selectively oxidized between hydrogen and carbon monoxide by the first measurement pump control process.
  • the control unit 96 performs a heater control process that outputs a control signal to the heater power supply 76 to control the temperature of the heater 72 to a target temperature (e.g., 800°C).
  • a target temperature e.g. 800°C
  • the target temperature of the heater 72 is determined as a temperature at which the above-mentioned solid electrolyte is activated plus a margin.
  • the temperature of the heater 72 can be expressed by an equation that is a linear function of the resistance value of the heater 72.
  • FIG. 3 is a flow chart showing an example of a processing routine executed by the CPU 97 of the control unit 96.
  • This routine is stored in, for example, the memory unit 98 of the control unit 96, and is repeatedly executed by the CPU 97.
  • the CPU 97 controls the temperature of the heater 72 to a target temperature (for example, 800°C) through a heater control process.
  • a target temperature for example, 800°C
  • the period from the start to the end of the heater control process is considered to be one use of the gas sensor 100.
  • the predetermined time T1 is, for example, a few seconds to a few minutes.
  • the CPU 97 executes the first, second, and third refresh processes.
  • the first refresh process is a process for controlling the main pump cell 21 so as to pump oxygen from around the outer pump electrode 23 to around the inner pump electrode 22.
  • the second refresh process is a process for controlling the first measurement pump cell 50 so as to pump more oxygen from around the outer pump electrode 23 to around the first measurement electrode 51 compared to the first measurement pump control process.
  • the third refresh process is a process for controlling the second measurement pump cell 41 so as to pump more oxygen from around the outer pump electrode 23 to around the second measurement electrode 44 compared to the second measurement pump control process.
  • the CPU 97 controls the main pump cell 21 by feedback-controlling the voltage Vp0 of the variable power supply 24 so that the voltage V0 becomes a target value V0r* that is smaller in absolute value than the target value V0*.
  • the target value V0r* is set as a value that makes the oxygen concentration in the first internal space 20 higher than when the main pump control process is executed.
  • the control unit 96 controls the first measurement pump cell 50 by feedback-controlling the voltage Vp1 of the variable power supply 52 so that the voltage V1 becomes a target value V1r* that is smaller in absolute value than the target value V1*.
  • the target value V1r* is set as a value that makes the oxygen concentration in the second internal space 40 higher (closer to the reference gas) than when the first measurement pump control process is executed.
  • the control unit 96 controls the second measurement pump cell 41 by feedback-controlling the voltage Vp2 of the variable power supply 46 so that the voltage V2 becomes a target value V2r* whose absolute value is smaller than the target value V2*.
  • the target value V2r* is set as a value that makes the oxygen concentration in the third internal space 61 higher (closer to the reference gas) than when the second measurement pump control process is executed.
  • gas when the gas sensor 100 is in use or is not in use, gas may be adsorbed to at least one of the inner pump electrode 22, the first measurement electrode 51, and the second measurement electrode 44, resulting in a decrease in the reduction ability or oxidation ability, and thus a decrease in the measurement accuracy of the water concentration and the concentration of the carbon dioxide component.
  • the gas adsorbed to the inner pump electrode 22 can be oxidized and desorbed from the inner pump electrode 22, and the reduction ability of the inner pump electrode 22 can be restored.
  • the second refresh process the gas adsorbed to the first measurement electrode 51 can be oxidized and desorbed from the first measurement electrode 51, and the oxidation ability of the first measurement electrode 51 can be restored.
  • the gas adsorbed to the second measurement electrode 44 can be oxidized and desorbed from the second measurement electrode 44, and the oxidation ability of the second measurement electrode 44 can be restored.
  • the gas sensor 100 is attached to an exhaust gas pipe of an internal combustion engine.
  • the gas adsorbed to at least one of the inner pump electrode 22, the first measurement electrode 51, and the second measurement electrode 44 may be an exhaust gas component that is a component contained in the exhaust gas of the internal combustion engine, or a derived component derived from the exhaust gas component.
  • the derived component may be, for example, a reduced component that is reduced from the exhaust gas component, or an oxidized component that is oxidized from the reduced component.
  • the CPU 97 determines in step S110 that the refresh process has been performed for the current use of the gas sensor 100, it executes normal processing (step S130) and ends this routine.
  • the CPU 97 executes a main pump control process, a first measurement pump control process, a second measurement pump control process, a water concentration measurement process, and a carbon dioxide concentration measurement process.
  • the gas sensor 100 was attached to the pipe so that the tip side portion of the sensor element 101 protruded into the pipe, the solid electrolyte of the sensor element 101 was activated by the heater control processing, and the refresh processing was performed (step S120), and the carbon dioxide concentration was gradually increased, and the pump current Ip2 was detected at each concentration (step S130), after which the heater control processing was terminated and the gas sensor 100 was removed from the pipe.
  • nitrogen was used as the base gas as a model gas with gradually changing carbon dioxide concentrations.
  • the refresh process by performing the refresh process, it is possible to suppress the decrease in the measurement accuracy of the carbon dioxide concentration in the measured gas compared to the first, second, and fourth experimental processes. Similarly, it is considered that when the refresh process is performed, the decrease in the measurement accuracy of the water concentration in the measured gas can also be suppressed compared to when the refresh process is not performed.
  • the sensor element 101 of this embodiment corresponds to the sensor element of the present invention
  • the control device 95 corresponds to the control device.
  • the element body 102 corresponds to the element body
  • the first internal space 20 corresponds to the first chamber
  • the inner pump electrode 22 corresponds to the first inner electrode
  • the main pump cell 21 corresponds to the first pump cell
  • the second internal space 40 corresponds to the second chamber
  • the first measurement electrode 51 corresponds to the second inner electrode
  • the first measurement pump cell 50 corresponds to the second pump cell
  • the third internal space 61 corresponds to the third chamber
  • the second measurement electrode 44 corresponds to the third inner electrode
  • the second measurement pump cell 41 corresponds to the third pump cell
  • the outer pump electrode 23 corresponds to the first outer electrode, the second outer electrode, and the third outer electrode.
  • the main pump control process corresponds to the first pump cell control process
  • the first measurement pump control process corresponds to the second pump cell control process
  • the second measurement pump control process corresponds to the third pump cell control process.
  • the control device 95 executes a refresh process, specifically, the first to third refresh processes, when the solid electrolyte of the sensor element 101 is activated. This makes it possible to recover the reducing and oxidizing capabilities of the inner pump electrode 22, the first measurement electrode 51, and the second measurement electrode 44. As a result, it is possible to suppress a decrease in the measurement accuracy of the water concentration and carbon dioxide concentration in the measured gas.
  • the CPU 97 executes the processing routine of FIG. 3, but instead, it may execute the processing routine of FIG. 5.
  • the processing routine of FIG. 5 is the same as the processing routine of FIG. 3 except for the addition of steps S125 and S140. Therefore, the same step numbers are used for the processing in the processing routine of FIG. 5 that is the same as the processing routine of FIG. 3, and detailed explanations will be omitted.
  • step S110 determines whether or not the normal process has been continuously performed for a predetermined time ⁇ T (the predetermined time ⁇ T has elapsed since the previous refresh process) (step S125).
  • the normal process has been continuously performed for a predetermined time ⁇ T means that in this routine, the normal process (step S130) has been repeatedly performed without performing the refresh process for the predetermined time ⁇ T.
  • the predetermined time ⁇ T is a few seconds to a few minutes.
  • the CPU 97 determines in step S125 that normal processing has been performed continuously for a predetermined time ⁇ T, it performs a refresh process for a predetermined time T2 (step S140) and ends this routine.
  • the predetermined time T2 is set to a time equal to or less than the predetermined time T1, and may be, for example, several milliseconds to several seconds. This allows the refresh process to be performed periodically (at intervals of the predetermined time ⁇ T). As a result, the frequency of the refresh process can be ensured, and a decrease in the measurement accuracy of the water concentration and carbon dioxide concentration in the measured gas can be suppressed.
  • the CPU 97 executes a refresh process for a predetermined time T1 when the solid electrolyte of the sensor element 101 is activated (step S120), and thereafter executes a refresh process for a predetermined time T2 (step S140) each time normal processing is continuously executed for a predetermined time ⁇ T. However, the CPU 97 does not have to execute the refresh process for the predetermined time T1.
  • the CPU 97 determines whether the solid electrolyte of the sensor element 101 is activated by determining whether the resistance value of the heater 72 is equal to or less than a predetermined resistance value, but this is not limited to the above.
  • the CPU 97 may determine whether the solid electrolyte is activated by determining whether the execution time of the heater control process is equal to or more than a predetermined time.
  • the CPU 97 controls the main pump cell 21 as the first refresh process by feedback-controlling the voltage Vp0 of the variable power supply 24 so that the voltage V0 becomes a target value V0r* that is smaller in absolute value than the target value V0*, but this is not limited to the above.
  • the CPU 97 may control the main pump cell 21 as the first refresh process by feedback-controlling the voltage Vp0 of the variable power supply 24 so that the pump current Ip0 becomes the target value Ip0r*.
  • the target value Ip0r* is a value in the direction in which oxygen is pumped into the first internal space 20, and is set to a value with an opposite sign to that when the main pump control process is being executed.
  • the CPU 97 controls the first measurement pump cell 50 as the second refresh process by feedback-controlling the voltage Vp1 of the variable power supply 52 so that the voltage V1 becomes the target value V1r* which is smaller in absolute value than the target value V1*, but this is not limited to the above.
  • the CPU 97 may control the first measurement pump cell 50 as the second refresh process by feedback-controlling the voltage Vp1 of the variable power supply 52 so that the pump current Ip1 becomes the target value Ip1r*.
  • the target value Ip1r* is set to a value larger in absolute value than the pump current Ip1 that normally flows when the first measurement pump control process is being executed.
  • the CPU 97 controls the second measurement pump cell 41 as the third refresh process by feedback-controlling the voltage Vp2 of the variable power supply 46 so that the voltage V2 becomes the target value V2r*, which has an absolute value smaller than the target value V2*; however, this is not limited to this.
  • the CPU 97 may control the second measurement pump cell 41 as the third refresh process by feedback-controlling the voltage Vp2 of the variable power supply 46 so that the pump current Ip2 becomes the target value Ip2r*.
  • the target value Ip2r* is set to a value with an absolute value larger than the pump current Ip2 that normally flows when the second measurement pump control process is being executed.
  • the CPU 97 executes the first, second, and third refresh processes as the refresh process.
  • only parts of the first, second, and third refresh processes may be executed as the refresh process.
  • the inventors have found through experiments and analysis that when the gas sensor 100 is in use or not in use, gas is likely to be adsorbed onto the inner pump electrode 22, the first measurement electrode 51, and the second measurement electrode 44, particularly the inner pump electrode 22, which may cause a decrease in the reduction ability. For this reason, when only parts of the first, second, and third refresh processes are executed as the refresh process, it is preferable to execute at least the first refresh process.
  • the CPU 97 measures the water concentration and carbon dioxide concentration in the measured gas by executing a water concentration measurement process and a carbon dioxide concentration measurement process.
  • the control device 95 may measure only one of the water concentration and carbon dioxide concentration in the measured gas by executing only one of the water concentration measurement process and the carbon dioxide concentration measurement process.
  • the outer pump electrode 23 serves as a first outer electrode paired with the inner pump electrode 22 in the main pump cell 21, a second outer electrode paired with the first measurement electrode 51 in the first measurement pump cell 50, and a third outer electrode paired with the second measurement electrode 44 in the second measurement pump cell 41. That is, the first to third outer electrodes are configured as a common outer pump electrode 23. However, this is not limited to this. For example, two of the first to third outer electrodes may be common outer pump electrodes 23, and the remaining one may be an electrode independent of the outer pump electrode 23 and provided on the outer surface of the element body 102 so as to come into contact with the measured gas. Also, the first to third outer electrodes may be provided as independent electrodes so as to come into contact with the measured gas on the outer surface of the element body 102.
  • the sensor element 101 of the gas sensor 100 includes the first internal space 20, the second internal space 40, and the third internal space 61, but is not limited thereto.
  • the third internal space 61 may not be included.
  • the gas inlet 10, the first diffusion rate-controlling portion 11, the buffer space 12, the second diffusion rate-controlling portion 13, the first internal space 20, the third diffusion rate-controlling portion 30, and the second internal space 40 are adjacently formed in this order between the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 and the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 in a manner that they communicate with each other.
  • the second measurement electrode 44 is disposed on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 in the second internal space 40.
  • the second measurement electrode 44 is covered with a fourth diffusion rate-controlling portion 45.
  • the fourth diffusion rate-controlling portion 45 is a film made of a ceramic porous body such as alumina (Al 2 O 3 ).
  • the fourth diffusion rate-controlling portion 45 like the fourth diffusion rate-controlling portion 60 of the above-mentioned embodiment, plays a role of imparting a predetermined diffusion resistance to the measurement gas in the second internal space 40 and guiding it to the second measurement electrode 44.
  • the fourth diffusion rate-controlling portion 45 also functions as a protective film for the second measurement electrode 44.
  • the ceiling electrode portion 51a of the first measurement electrode 51 is formed up to just above the second measurement electrode 44. Even with the sensor element 201 having such a configuration, like the above-mentioned embodiment, the carbon dioxide concentration can be measured based on the pump current Ip2 flowing through the second measurement pump cell 41.
  • the periphery of the second measurement electrode 44 functions as the third chamber. That is, the periphery of the second measurement electrode 44 plays the same role as the third internal space 61.
  • the element body 102 of the sensor element 101 is a laminate having multiple solid electrolyte layers (layers 1 to 6), but is not limited to this.
  • the element body of the sensor element 101 only needs to have at least one oxygen ion conductive solid electrolyte layer and have a measured gas flow section provided therein.
  • layers 1 to 5 other than the second solid electrolyte layer 6 may be structural layers made of a material other than a solid electrolyte (for example, a layer made of alumina).
  • each electrode of the sensor element 101 may be disposed on the second solid electrolyte layer 6.
  • the second measurement electrode 44 in FIG. 1 may be disposed on the underside of the second solid electrolyte layer 6.
  • the reference gas introduction space 43 may be provided in the spacer layer 5 instead of the first solid electrolyte layer 4
  • the reference gas introduction layer 48 may be provided between the second solid electrolyte layer 6 and the spacer layer 5 instead of between the first solid electrolyte layer 4 and the third substrate layer 3
  • the reference electrode 42 may be provided behind the third internal space 61 and on the underside of the second solid electrolyte layer 6.
  • the first diffusion rate-controlling section 11, the second diffusion rate-controlling section 13, and the third diffusion rate-controlling section 30 are each provided as two horizontally long slits, but this is not limited to this.
  • one or more of the first diffusion rate-controlling section 11, the second diffusion rate-controlling section 13, and the third diffusion rate-controlling section 30 may be provided as a single horizontally long slit.
  • the present invention can be used in gas sensors that measure the water concentration and/or carbon dioxide concentration in a measured gas, such as automobile exhaust gas.
  • Second substrate layer 1. First substrate layer, 2. Second substrate layer, 3. Third substrate layer, 4. First solid electrolyte layer, 5. Spacer layer, 6. Second solid electrolyte layer, 10. Gas inlet, 11. First diffusion rate limiting portion, 12. Buffer space, 13. Second diffusion rate limiting portion, 20. First internal space, 21. Main pump cell, 22. Inner pump electrode, 22a. Ceiling electrode portion, 22b. Bottom electrode portion, 23. Outer pump electrode, 24. Variable power source, 30. Third diffusion rate limiting portion, 40. Second internal space, 41. Second measurement pump cell, 42. Reference electrode, 43. Reference gas introduction space, 44. Second measurement electrode, 45. Fourth diffusion rate limiting portion, 46. Variable power source, 48. Reference gas introduction layer, 49. Reference gas introduction portion, 49a. Inlet portion, 50.
  • First measurement pump cell 51 first measurement electrode, 51a ceiling electrode portion, 51b bottom electrode portion, 52 variable power supply, 60 fourth diffusion rate control portion, 61 third internal space, 70 heater portion, 71 heater connector electrode, 72 heater, 73 through hole, 74 heater insulating layer, 75 pressure release hole, 76 heater power supply, 80 oxygen partial pressure detection sensor cell for controlling main pump, 81 oxygen partial pressure detection sensor cell for controlling first measurement pump, 82 oxygen partial pressure detection sensor cell for controlling second measurement pump, 83 sensor cell, 95 control device, 96 control portion, 97 CPU, 98 memory portion, 100 gas sensor, 101, 201 sensor element, 102 element body.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

ガスセンサ１００は、センサ素子１０１および制御装置９５を備える。制御装置９５は、所定条件が成立したときには、外側ポンプ電極２３の周囲から内側ポンプ電極２２の周囲に酸素を汲み入れるように主ポンプセル２１を制御する第１リフレッシュ処理と、外側ポンプ電極２３の周囲から第１測定電極５１の周囲に第１測定ポンプ用制御処理に比して多くの酸素を汲み入れるように第１測定用ポンプセル５０を制御する第２リフレッシュ処理と、外側ポンプ電極２３の周囲から第２測定電極４４の周囲に第２測定用ポンプ制御処理に比して多くの酸素を汲み入れるように第２測定用ポンプセル４１を制御する第３リフレッシュ処理と、のうちの少なくとも１つをリフレッシュ処理として実行する。

Description

ガスセンサ
　本発明は、ガスセンサに関する。
　従来、自動車の排気ガスなどの被測定ガス中の水濃度および二酸化炭素濃度を測定するガスセンサが知られている。例えば、特許文献１には、酸素イオン伝導性の固体電解質層を有すると共に内部にガス流通部が設けられたセンサ素子を備え、被測定ガス中の水蒸気成分および二酸化炭素成分の濃度を測定するガスセンサが記載されている。ガス流通部は、ガス導入口と第１拡散律速部と緩衝空間と第４拡散律速部と第１内部空所と第２拡散律速部と第２内部空所とがこの順に連通するように形成されている。第１内部空所に配設された主内側ポンプ電極と、センサ素子の外面に配設された外側ポンプ電極と、を含んで主ポンプセルが構成されている。第２内部空所に配設された第１測定用内側ポンプ電極と、外側ポンプ電極と、を含んで第１測定ポンプセルが構成されている。第１測定用内側ポンプ電極に対して第２拡散律速部とは反対側に配設された第２測定用内側ポンプ電極と、外側ポンプ電極と、を含んで第２測定ポンプセルが構成されている。このガスセンサでは、第１内部空所において被測定ガス中の水蒸気成分および二酸化炭素成分が実質的に全て分解されるように主ポンプセルにより第１内部空所の酸素分圧が調整される。そして、水蒸気成分の分解によって生成した水素が第２内部空所において選択的に燃焼するように第１測定ポンプセルにより第２内部空所に酸素が供給され、このときに流れる電流の大きさに基づいて被測定ガスに存在する水蒸気成分の濃度が測定される。また、二酸化炭素成分の分解によって生成した一酸化炭素が第２測定用内側ポンプ電極の表面近傍において選択的に燃焼するように第２測定ポンプセルにより第２測定用内側ポンプ電極の表面近傍に酸素が供給され、このときに流れる電流の大きさに基づいて被測定ガスに存在する二酸化炭素成分の濃度が測定される。
特許第５９１８１７７号
　こうしたガスセンサでは、ガスセンサの使用中や使用停止中に、主内側ポンプ電極や第１測定用内側ポンプ電極、第２測定用内側ポンプ電極のうちの少なくとも１つに気体が吸着して還元能力や酸化能力の低下を招き、水濃度および／または二酸化炭素成分の濃度の測定精度の低下を招く可能性があった。
　本発明のガスセンサは、被測定ガス中の水濃度および／または二酸化炭素濃度の測定精度の低下を抑制することを主目的とする。
　本発明のガスセンサは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
［１］本発明のガスセンサは、
　センサ素子および制御装置を備え、被測定ガス中の水濃度および／または二酸化炭素濃度を測定するガスセンサであって、
　前記センサ素子は、
　　酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
　　前記被測定ガス流通部のうちの第１室に配設された第１内側電極と、前記素子本体の外面に配設された第１外側電極と、を含んで構成された第１ポンプセルと、
　　前記被測定ガス流通部のうちの前記第１室よりも下流に位置する第２室に配設された第２内側電極と、前記素子本体の外面に配設された第２外側電極と、を含んで構成された第２ポンプセルと、
　　前記被測定ガス流通部のうちの前記第２室よりも下流に位置する第３室に配設された第３内側電極と、前記素子本体の外面に配設された第３外側電極と、を含んで構成された第３ポンプセルとを有し、
　前記制御装置は、
　　前記第１内側電極の周囲から前記第１外側電極の周囲に酸素を汲み出すように前記第１ポンプセルを制御して前記第１室内の前記被測定ガス中の水と二酸化炭素とを還元する第１ポンプセル制御処理と、
　　前記第２外側電極の周囲から前記第２内側電極の周囲に酸素を汲み入れるように前記第２ポンプセルを制御して、前記第１室内における水の還元で生じた水素を前記第２室で酸化させる第２ポンプセル制御処理と、
　　前記第３外側電極の周囲から前記第３内側電極の周囲に酸素を汲み入れるように前記第３ポンプセルを制御して、前記第１室内における二酸化炭素の還元で生じた一酸化炭素を前記第３室で酸化させる第３ポンプセル制御処理と、
　　前記第２ポンプセル制御処理により前記第２ポンプセルに流れる第２ポンプ電流に基づいて前記被測定ガス中の水濃度を測定する水濃度測定処理、および／または、前記第３ポンプセル制御処理により前記第３ポンプセルに流れる第３ポンプ電流に基づいて前記被測定ガス中の二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素濃度測定処理とを実行し、
　前記制御装置は、所定条件が成立したときには、
　　前記第１外側電極の周囲から前記第１内側電極の周囲に酸素を汲み入れるように前記第１ポンプセルを制御する第１リフレッシュ処理と、
　　前記第２外側電極の周囲から前記第２内側電極の周囲に前記第２ポンプセル制御処理に比して多くの酸素を汲み入れるように前記第２ポンプセルを制御する第２リフレッシュ処理と、
　　前記第３外側電極の周囲から前記第３内側電極の周囲に前記第３ポンプセル制御処理に比して多くの酸素を汲み入れるように前記第３ポンプセルを制御する第３リフレッシュ処理と、
　のうちの少なくとも１つをリフレッシュ処理として実行する、
　ことを要旨とする。
　本発明のガスセンサでは、所定条件が成立したときには、第１外側電極の周囲から第１内側電極の周囲に酸素を汲み入れるように第１ポンプセルを制御する第１リフレッシュ処理と、第２外側電極の周囲から第２内側電極の周囲に第２ポンプセル制御処理に比して多くの酸素を汲み入れるように第２ポンプセルを制御する第２リフレッシュ処理と、第３外側電極の周囲から第３内側電極の周囲に第３ポンプセル制御処理に比して多くの酸素を汲み入れるように第３ポンプセルを制御する第３リフレッシュ処理と、のうちの少なくとも１つをリフレッシュ処理として実行する。第１リフレッシュ処理の実行により、第１内側電極に吸着した気体を酸化させて第１内側電極から脱離させることができ、第１内側電極の還元能力を回復させることができる。第２リフレッシュ処理の実行により、第２内側電極に吸着した気体を酸化させて第２内側電極から脱離させることができ、第２内側電極の酸化能力を回復させることができる。第３リフレッシュ処理の実行により、第３内側電極に吸着した気体を酸化させて第３内側電極から脱離させることができ、第３内側電極の酸化能力を回復させることができる。これらの結果、被測定ガス中の水濃度および／または二酸化炭素濃度の測定精度の低下を抑制することができる。なお、本発明のガスセンサが内燃機関の排ガス管に取り付けられる場合、第１内側電極、第２内側電極、第３内側電極のうちの少なくとも１つに吸着する気体としては、内燃機関の排ガスに含まれる成分である排ガス成分や、排ガス成分に由来の由来成分などが考えられる。由来成分としては、例えば、排ガス成分から還元された還元後成分や、還元後成分から酸化された酸化後成分などが考えられる。
［２］本発明のガスセンサ（上述の［１］に記載のガスセンサ）において、前記制御装置は、前記リフレッシュ処理として、少なくとも前記第１リフレッシュ処理を実行するものとしてもよい。
［３］本発明のガスセンサ（上述の［１］または［２］に記載のガスセンサ）において、前記所定条件は、前記固体電解質層が活性化した条件を含むものとしてもよい。
［４］本発明のガスセンサ（上述の［１］ないし［３］の何れかに記載のガスセンサ）において、前記所定条件は、前記第１、第２、第３ポンプセル制御処理を所定時間に亘って継続して実行した条件を含むものとしてもよい。
［５］本発明のガスセンサ（上述の［１］ないし［４］の何れかに記載のガスセンサ）において、前記第１、第２、第３外側電極のうちの少なくとも２つは、共通の電極であるものとしてもよい。
ガスセンサ１００の構成の一例を概略的に示した断面模式図。 制御装置９５と各セル等との電気的な接続関係を示すブロック図。 処理ルーチンの一例を示すフローチャート。 ガスセンサ１００についての実験結果を示す説明図。 変形例の処理ルーチンの一例を示すフローチャート。 変形例のセンサ素子２０１の断面模式図。
　次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態であるガスセンサ１００の構成の一例を概略的に示した断面模式図である。図２は、制御装置９５と各セルおよびヒータ７２との電気的な接続関係を示すブロック図である。このガスセンサ１００は、例えば内燃機関の排ガス管などの配管に取り付けられている。ガスセンサ１００は、内燃機関の排ガスを被測定ガスとして、被測定ガス中の特定ガスの濃度である特定ガス濃度を測定する。本実施形態では、ガスセンサ１００は、特定ガス濃度として水濃度および二酸化炭素濃度を測定するものとした。ガスセンサ１００は、長尺な直方体形状をした素子本体１０２を有するセンサ素子１０１と、センサ素子１０１が備える各セル２１，４１，５０，８０～８３と、センサ素子１０１の内部に設けられたヒータ部７０と、可変電源２４，４６，５２およびヒータ電源７６を有すると共にガスセンサ１００全体を制御する制御装置９５と、を備えている。なお、センサ素子１０１の長手方向（図１の左右方向）を前後方向とし、センサ素子１０１の厚み方向（図１の上下方向）を上下方向とし、センサ素子１０１の幅方向（前後方向および上下方向に垂直な方向）を左右方向とする。
　素子本体１０２は、それぞれがジルコニア（ＺｒＯ2）等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる第１基板層１と、第２基板層２と、第３基板層３と、第１固体電解質層４と、スペーサ層５と、第２固体電解質層６との６つの層が、図面視で下側からこの順に積層された積層体である。また、これら６つの層を形成する固体電解質は、緻密な気密のものである。素子本体１０２は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工および回路パターンの印刷などを行なった後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。
　センサ素子１０１（素子本体１０２）の前端側であって、第２固体電解質層６の下面と第１固体電解質層４の上面との間には、ガス導入口１０と、第１拡散律速部１１と、緩衝空間１２と、第２拡散律速部１３と、第１内部空所２０と、第３拡散律速部３０と、第２内部空所４０と、第４拡散律速部６０と、第３内部空所６１とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。
　ガス導入口１０と、緩衝空間１２と、第１内部空所２０と、第２内部空所４０と、第３内部空所６１とは、スペーサ層５をくり抜いた態様にて設けられた上部を第２固体電解質層６の下面で、下部を第１固体電解質層４の上面で、側部をスペーサ層５の側面で区画されたセンサ素子１０１内部の空間である。
　第１拡散律速部１１と、第２拡散律速部１３と、第３拡散律速部３０とは、何れも２本の横長の（図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する）スリットとして設けられる。また、第４拡散律速部６０は、第２固体電解質層６の下面との隙間として形成された１本の横長の（図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する）スリットとして設けられる。なお、ガス導入口１０から第３内部空所６１に至る部位を被測定ガス流通部とも称する。
　センサ素子１０１（素子本体１０２）は、センサ素子１０１の外部から基準電極４２に特定ガス濃度の測定を行なう際の基準ガスを流通させる基準ガス導入部４９を備えている。基準ガス導入部４９は、基準ガス導入空間４３と、基準ガス導入層４８とを有する。基準ガス導入空間４３は、センサ素子１０１の後端面から内方向に設けられた空間である。基準ガス導入空間４３は、第３基板層３の上面と、スペーサ層５の下面との間であって、側部を第１固体電解質層４の側面で区画される位置に設けられている。基準ガス導入空間４３は、センサ素子１０１の後端面に開口しており、この開口が基準ガス導入部４９の入口部４９ａとして機能する。この入口部４９ａから基準ガス導入空間４３内に基準ガスが導入される。基準ガス導入部４９は、入口部４９ａから導入された基準ガスに対して所定の拡散抵抗を付与しつつこれを基準電極４２に導入する。基準ガスは、本実施形態では大気とした。
　基準ガス導入層４８は、第３基板層３の上面と第１固体電解質層４の下面との間に設けられている。基準ガス導入層４８は、例えばアルミナなどのセラミックスからなる多孔質体である。基準ガス導入層４８の上面の一部は、基準ガス導入空間４３内に露出している。基準ガス導入層４８は、基準電極４２を被覆するように形成されている。基準ガス導入層４８は、基準ガスを基準ガス導入空間４３から基準電極４２まで流通させる。
　基準電極４２は、第３基板層３の上面と第１固体電解質層４とに挟まれる態様にて形成される電極であり、上述のように、その周囲には、基準ガス導入空間４３につながる基準ガス導入層４８が設けられている。また、後述するように、基準電極４２を用いて第１内部空所２０内、第２内部空所４０内、および第３内部空所６１内の酸素濃度（酸素分圧）を測定することが可能となっている。基準電極４２は、多孔質サーメット電極（例えば、ＰｔとＺｒＯ2とのサーメット電極）として形成される。
　被測定ガス流通部において、ガス導入口１０は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口１０を通じて外部空間からセンサ素子１０１内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。第１拡散律速部１１は、ガス導入口１０から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。緩衝空間１２は、第１拡散律速部１１より導入された被測定ガスを第２拡散律速部１３へと導くために設けられた空間である。第２拡散律速部１３は、緩衝空間１２から第１内部空所２０に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。被測定ガスが、センサ素子１０１外部から第１内部空所２０内まで導入されるにあたって、外部空間における被測定ガスの圧力変動（被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動）によってガス導入口１０からセンサ素子１０１内部に急激に取り込まれた被測定ガスは、直接第１内部空所２０へ導入されるのではなく、第１拡散律速部１１、緩衝空間１２、第２拡散律速部１３を通じて被測定ガスの圧力変動が打ち消された後、第１内部空所２０へ導入されるようになっている。これによって、第１内部空所２０へ導入される被測定ガスの圧力変動はほとんど無視できる程度のものとなる。第１内部空所２０は、第２拡散律速部１３を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、主ポンプセル２１が作動することによって調整される。
　主ポンプセル２１は、第１内部空所２０に面する第２固体電解質層６の下面のほぼ全面に設けられた天井電極部２２ａを有する内側ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６の上面の天井電極部２２ａと対応する領域にセンサ素子１０１の外部に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極２３と、これらの電極の間の電流の経路となる第２固体電解質層６、スペーサ層５、および第１固体電解質層４とによって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。
　内側ポンプ電極２２は、第１内部空所２０を区画する上下の固体電解質層（第２固体電解質層６および第１固体電解質層４）、および、側壁を与えるスペーサ層５にまたがって形成されている。具体的には、第１内部空所２０の天井面を与える第２固体電解質層６の下面には天井電極部２２ａが形成され、また、底面を与える第１固体電解質層４の上面には底部電極部２２ｂが形成され、そして、それら天井電極部２２ａと底部電極部２２ｂとを接続するように、側部電極部（図示省略）が第１内部空所２０の両側壁部を構成するスペーサ層５の側壁面（内面）に形成されて、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態とされた構造において配設されている。
　主ポンプセル２１においては、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に所望の電圧Ｖｐ０を印加して、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ｉｐ０を流すことにより、第１内部空所２０内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第１内部空所２０に汲み入れることが可能となっている。
　また、第１内部空所２０における雰囲気中の酸素濃度（酸素分圧）を検出するために、内側ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、基準電極４２とによって、電気化学的なセンサセル、すなわち、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０が構成されている。
　主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０における起電力（電圧Ｖ０）を測定することで第１内部空所２０内の酸素濃度（酸素分圧）がわかるようになっている。さらに、電圧Ｖ０が目標値となるように可変電源２４の電圧Ｖｐ０をフィードバック制御することでポンプ電流Ｉｐ０が制御されている。これによって、第１内部空所２０内の酸素濃度が調整される。
　第３拡散律速部３０は、第１内部空所２０で主ポンプセル２１の動作により酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第２内部空所４０に導く部位である。
　第２内部空所４０は、第３拡散律速部３０を通じて導入された被測定ガスに対して、第１測定用ポンプセル５０による酸素分圧の調整を行なって、被測定ガス中の水濃度の測定に係る処理を行なうための空間として設けられている。
　第１測定用ポンプセル５０は、第２内部空所４０に面する第２固体電解質層６の下面の略全体に設けられた天井電極部５１ａを有する第１測定電極５１と、外側ポンプ電極２３（外側ポンプ電極２３に限られるものではなく、センサ素子１０１の外面に配設された適当な電極であれば足りる）と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４とによって構成される、電気化学的ポンプセルである。
　係る第１測定電極５１は、先の第１内部空所２０内に設けられた内側ポンプ電極２２と同様なトンネル形態とされた構造において、第２内部空所４０内に配設されている。つまり、第２内部空所４０の天井面を与える第２固体電解質層６に対して天井電極部５１ａが形成され、また、第２内部空所４０の底面を与える第１固体電解質層４には、底部電極部５１ｂが形成され、そして、それらの天井電極部５１ａと底部電極部５１ｂとを連結する側部電極部（図示省略）が、第２内部空所４０の側壁を与えるスペーサ層５の両壁面にそれぞれ形成されたトンネル形態の構造となっている。
　第１測定用ポンプセル５０においては、第１測定電極５１と外側ポンプ電極２３との間に所望の電圧Ｖｐ１を印加することにより、第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第２内部空所４０内に汲み入れることが可能となっている。
　また、第２内部空所４０内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、第１測定電極５１と、基準電極４２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、第１測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１が構成されている。
　なお、この第１測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１にて検出される起電力（電圧Ｖ１）に基づいて電圧制御される可変電源５２にて、第１測定用ポンプセル５０がポンピングを行なう。これにより第１測定用ポンプセル５０に流れるポンプ電流Ｉｐ１によって、第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素分圧が調整される。
　第４拡散律速部６０は、第２内部空所４０で第１測定用ポンプセル５０の動作により酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第３内部空所６１に導く部位である。
　第３内部空所６１は、第４拡散律速部６０を通じて導入された被測定ガスに対して、第２測定用ポンプセル４１による酸素分圧の調整を行なって、被測定ガス中の二酸化炭素濃度の測定に係る処理を行なうための空間として設けられている。
　第２測定用ポンプセル４１は、第３内部空所６１に面する第１固体電解質層４の上面に設けられた第２測定電極４４と、外側ポンプ電極２３（外側ポンプ電極２３に限られるものではなく、センサ素子１０１の外面に配設された適当な電極であれば足りる）と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４とによって構成された電気化学的ポンプセルである。
　第２測定用ポンプセル４１においては、第２測定電極４４と外側ポンプ電極２３との間に所望の電圧Ｖｐ２を印加することにより、第３内部空所６１内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第２内部空所４０内に汲み入れることが可能となっている。
　また、第２測定電極４４の周囲の酸素分圧を検出するために、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、第２測定電極４４と、基準電極４２とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、第２測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２が構成されている。
　なお、この第２測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出される起電力（電圧Ｖ２）に基づいて可変電源４６が制御されて、可変電源４６の電圧Ｖｐ２が第２測定用ポンプセル４１に印加される。これにより第２測定用ポンプセル４１に流れるポンプ電流Ｉｐ２によって、第３内部空所６１内の雰囲気中の酸素分圧が調整される。
　さらに、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、外側ポンプ電極２３と、基準電極４２とから電気化学的なセンサセル８３が構成されており、このセンサセル８３によって得られる起電力（電圧Ｖｒｅｆ）によりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。
　ここで、各電極２２，２３，４２，４４，５１について説明する。内側ポンプ電極２２、第１測定電極５１、および第２測定電極４４は、それぞれ、触媒活性を有する第１種貴金属を含んでいる。第１種貴金属としては、例えばＰｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄの少なくともいずれかが挙げられる。外側ポンプ電極２３および基準電極４２も、第１種貴金属を含んでいる。第１測定電極５１は、第１種貴金属による一酸化炭素に対する触媒活性を抑制させる第２種貴金属を含んでいることが好ましい。第１測定電極５１が第２種貴金属を含んでいることで、第１測定電極５１は一酸化炭素に対する酸化能力が弱められている。第２種貴金属としては、例えばＡｕが挙げられる。内側ポンプ電極２２及び第２測定電極４４は、第２種貴金属を含んでいない。外側ポンプ電極２３および基準電極４２についても、第２種貴金属を含まないことが好ましい。各電極２２，２３，４２，４４，５１は、それぞれ、貴金属と酸素イオン導電性を有する酸化物（例えばＺｒＯ2）とを含むサーメットであることが好ましい。各電極２２，２３，４２，４４，５１は、それぞれ、多孔質体であることが好ましい。本実施形態では、第１測定電極５１は、Ａｕを１％含むＰｔとＺｒＯ2との多孔質サーメット電極とした。また、内側ポンプ電極２２、外側ポンプ電極２３、基準電極４２、および第２測定電極４４は、いずれも、ＰｔとＺｒＯ2との多孔質サーメット電極とした。
　センサ素子１０１は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子１０１を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部７０を備えている。ヒータ部７０は、ヒータコネクタ電極７１と、ヒータ７２と、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４と、圧力放散孔７５とを備えている。
　ヒータコネクタ電極７１は、第１基板層１の下面に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータコネクタ電極７１をヒータ電源７６（図２参照）と接続することによって、ヒータ電源７６からヒータ部７０へ給電することができるようになっている。
　ヒータ７２は、第２基板層２と第３基板層３とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。ヒータ７２は、スルーホール７３を介してヒータコネクタ電極７１と接続されており、該ヒータコネクタ電極７１を通してヒータ電源７６から給電されることにより発熱し、センサ素子１０１を形成する固体電解質の加熱と保温を行なう。
　また、ヒータ７２は、第１内部空所２０から第３内部空所６１の全域に渡って埋設されており、センサ素子１０１全体を上述した固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。
　ヒータ絶縁層７４は、ヒータ７２の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層７４は、第２基板層２とヒータ７２との間の電気的絶縁性、および、第３基板層３とヒータ７２との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。
　圧力放散孔７５は、第３基板層３および基準ガス導入層４８を貫通し、基準ガス導入空間４３に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層７４内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。
　制御装置９５は、図２に示すように、上述した可変電源２４，４６，５２と、上述したヒータ電源７６と、制御部９６と、を備えている。制御部９６は、ＣＰＵ９７および記憶部９８などを備えたマイクロプロセッサである。記憶部９８は、情報の書き換えが可能な不揮発性メモリであり、例えば各種プログラムや各種データを記憶可能である。制御部９６は、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０の電圧Ｖ０、第１測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１の電圧Ｖ１、第２測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２の電圧Ｖ２、センサセル８３の電圧Ｖｒｅｆ、主ポンプセル２１を流れるポンプ電流Ｉｐ０、第１測定用ポンプセル５０を流れるポンプ電流Ｉｐ１、第２測定用ポンプセル４１を流れるポンプ電流Ｉｐ２を入力する。また、制御部９６は、可変電源２４，５２，４６へ制御信号を出力することで可変電源２４，５２，４６が出力する電圧Ｖｐ０，Ｖｐ１，Ｖｐ２を制御し、これにより、主ポンプセル２１、第１測定用ポンプセル５０、および第２測定用ポンプセル４１を制御する。制御部９６は、ヒータ電源７６に制御信号を出力することで、ヒータ電源７６がヒータ７２に供給する電力を制御する。記憶部９８には、後述する目標値Ｖ０＊，Ｖ１＊，Ｖ２＊なども記憶されている。制御部９６のＣＰＵ９７は、これらの目標値Ｖ０＊，Ｖ１＊，Ｖ２＊を参照して、各セル２１，５０，４１の制御を行なう。
　制御部９６は、内側ポンプ電極２２の周囲から外側ポンプ電極２３の周囲に酸素を汲み出すように主ポンプセル２１を制御する主ポンプ制御処理（第１ポンプセル制御処理の一例）を行なう。具体的には、制御部９６は、電圧Ｖ０が目標値Ｖ０＊になるように可変電源２４の電圧Ｖｐ０をフィードバック制御することで、主ポンプセル２１を制御する。目標値Ｖ０＊は、第１内部空所２０の酸素濃度が、被測定ガス中の水および二酸化炭素を実質的に全て還元する程度に十分低い所定の低濃度となるような値として定められている。この主ポンプ制御処理が行われることで、第１内部空所２０内では、被測定ガス中の水が還元されて水素と酸素とが発生し、被測定ガス中の二酸化炭素が還元されて一酸化炭素と酸素とが発生する。発生した酸素は、主ポンプセル２１に流れるポンプ電流Ｉｐ０によって内側ポンプ電極２２の周囲から外側ポンプ電極２３の周囲に汲み出される。
　制御部９６は、外側ポンプ電極２３の周囲から第１測定電極５１の周囲に酸素を汲み入れるように第１測定用ポンプセル５０を制御する第１測定ポンプ制御処理（第２ポンプセル制御処理の一例）を行なう。具体的には、制御部９６は、電圧Ｖ１が目標値Ｖ１＊になるように可変電源５２の電圧Ｖｐ１をフィードバック制御することで、第１測定用ポンプセル５０を制御する。目標値Ｖ１＊は、第２内部空所４０の酸素濃度が、第２内部空所４０内の水素を実質的に全て酸化させる程度の所定の濃度となるような値として定められている。この第１測定ポンプ制御処理が行われることで、第２内部空所４０内では、第１内部空所２０内における水の還元で生じた水素が酸化されて再び水が発生する。このとき第１測定用ポンプセル５０に流れるポンプ電流Ｉｐ１は、第２内部空所４０内の水素を酸化するために第２内部空所４０内に汲み入れられる酸素の量と相関があり、ひいては第２内部空所４０内の水素の生成元となった第１内部空所２０内の被測定ガス中の水の量と相関がある。そのため、ポンプ電流Ｉｐ１は被測定ガス中の水濃度と相関があり、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいて被測定ガス中の水濃度を測定することができる。以下、こうしたポンプ電流Ｉｐ１に基づいて被測定ガス中の水濃度を測定する処理を水濃度測定処理という。
　制御部９６は、外側ポンプ電極２３の周囲から第２測定電極４４の周囲に酸素を汲み入れるように第２測定用ポンプセル４１を制御する第２測定ポンプ制御処理（第３ポンプセル制御処理の一例）を行なう。具体的には、制御部９６は、電圧Ｖ２が目標値Ｖ２＊になるように可変電源４６の電圧Ｖｐ２をフィードバック制御することで、第２測定用ポンプセル４１を制御する。目標値Ｖ２＊は、第３内部空所６１の酸素濃度が、第３内部空所６１内の一酸化炭素を実質的に全て酸化させる程度の所定の濃度となるような値として定められている。この第２測定ポンプ制御処理が行われることで、第３内部空所６１内では、第１内部空所２０内における二酸化炭素の還元で生じた一酸化炭素が酸化されて再び二酸化炭素が発生する。このとき第２測定用ポンプセル４１に流れるポンプ電流Ｉｐ２は、第３内部空所６１内の一酸化炭素を酸化するために第３内部空所６１内に汲み入れられる酸素の量と相関があり、ひいては第３内部空所６１内の一酸化炭素の生成元となった第１内部空所２０内の被測定ガス中の二酸化炭素の量と相関がある。そのため、ポンプ電流Ｉｐ２は被測定ガス中の二酸化炭素濃度と相関があり、ポンプ電流Ｉｐ２に基づいて被測定ガス中の二酸化炭素濃度を測定することができる。以下、こうしたポンプ電流Ｉｐ２に基づいて被測定ガス中の二酸化炭素濃度を測定する処理を二酸化炭素濃度測定処理という。
　なお、第２内部空所４０内には、第１内部空所２０で発生した水素と一酸化炭素との両方が到達する。しかし、水素と一酸化炭素とでは、水素の方がガスの拡散速度が速く、また、水素の方が酸素と結合しやすい。そのため、第２内部空所４０では、第１測定ポンプ制御処理によって水素と一酸化炭素とのうち水素を選択的に酸化させることができる。そして、第２内部空所４０よりも下流の第３内部空所６１には水素はほとんど到達しないから、第２測定ポンプ制御処理では一酸化炭素を酸化させることができる。また、本実施形態では、上述したように、第１測定電極５１は第２種貴金属を含んでいることで一酸化炭素に対する酸化能力が弱められている。そのため、第１測定電極５１の周辺すなわち第２内部空所４０では、第１測定ポンプ制御処理によって水素と一酸化炭素とのうち水素をより選択的に酸化させることができる。
　制御部９６は、ヒータ電源７６に制御信号を出力してヒータ７２の温度が目標温度（例えば８００℃）になるように制御するヒータ制御処理を行なう。ここで、ヒータ７２の目標温度は、上述した固体電解質が活性化する温度にマージンを加えた温度として定められている。ヒータ７２の温度は、ヒータ７２の抵抗値の一次関数の式で表すことができる。そこで、ヒータ制御処理では、制御部９６は、ヒータ７２の温度とみなせる値（温度に換算可能な値）としてヒータ７２の抵抗値を算出して、算出した抵抗値が目標抵抗値（目標温度に対応する抵抗値）になるようにヒータ電源７６をフィードバック制御する。制御部９６は、例えばヒータ７２の電圧およびヒータ７２を流れる電流を取得して、取得した電圧および電流に基づいてヒータ７２の抵抗値を算出することができる。制御部９６は、例えば３端子法または４端子法によりヒータ７２の抵抗値を算出してもよい。ヒータ電源７６は、ヒータ７２に通電するにあたり、例えば制御部９６からの制御信号に基づいてヒータ７２に印加する電圧の値を変化させることで、ヒータ７２に供給する電力を調整する。
　なお、図２に示した可変電源２４，４６，５２およびヒータ電源７６などを含めて、制御装置９５は、実際にはセンサ素子１０１内に形成された図示しないリード線およびセンサ素子１０１の後端側に形成された図示しないコネクタ電極（ヒータコネクタ電極７１のみ図１に示した）を介して、センサ素子１０１内部の各電極と接続されている。
　次に、ガスセンサ１００の制御部９６の処理の一例について説明する。図３は、制御部９６のＣＰＵ９７により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、制御部９６の例えば記憶部９８に記憶されており、ＣＰＵ９７により繰り返し実行される。なお、ガスセンサ１００の使用に際して、ＣＰＵ９７は、ヒータ制御処理により、ヒータ７２の温度を目標温度（例えば８００℃）になるように制御する。本実施形態では、ヒータ制御処理の開始から終了までの期間を、ガスセンサ１００の１回の使用とした。
　図３の処理ルーチンが実行されると、ＣＰＵ９７は、最初に、センサ素子１０１の固体電解質が活性化しているか否かを判定する（ステップＳ１００）。この処理は、例えば、ヒータ７２の抵抗値が所定抵抗値以下であるか否かを判定することにより行なうことができる。所定抵抗値は、固体電解質が活性化する温度に対応する抵抗値（上述した目標抵抗値よりも高い値）として予め定められている。ＣＰＵ９７は、センサ素子１０１の固体電解質が活性化していないと判定したときには、本ルーチンを終了する。
　ＣＰＵ９７は、ステップＳ１００でセンサ素子１０１の固体電解質が活性化していると判定したときには、ガスセンサ１００の今回の使用にあたりリフレッシュ処理を未実施であるか実施済みであるかを判定する（ステップＳ１１０）。ＣＰＵ９７は、ガスセンサ１００の今回の使用にあたりリフレッシュ処理を未実施であると判定したときには、所定時間Ｔ１のリフレッシュ処理を実行して（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。
　ここで、所定時間Ｔ１としては、例えば、数秒～数分程度が用いられる。リフレッシュ処理では、ＣＰＵ９７は、第１、第２、第３リフレッシュ処理を実行する。第１リフレッシュ処理は、外側ポンプ電極２３の周囲から内側ポンプ電極２２の周囲に酸素を汲み入れるように主ポンプセル２１を制御する処理である。第２リフレッシュ処理は、外側ポンプ電極２３の周囲から第１測定電極５１の周囲に第１測定ポンプ用制御処理に比して多くの酸素を汲み入れるように第１測定用ポンプセル５０を制御する処理である。第３リフレッシュ処理は、外側ポンプ電極２３の周囲から第２測定電極４４の周囲に第２測定用ポンプ制御処理に比して多くの酸素を汲み入れるように第２測定用ポンプセル４１を制御する処理である。
　具体的には、第１リフレッシュ処理では、ＣＰＵ９７は、電圧Ｖ０が目標値Ｖ０＊よりも絶対値の小さい目標値Ｖ０ｒ＊になるように可変電源２４の電圧Ｖｐ０をフィードバック制御することで、主ポンプセル２１を制御する。目標値Ｖ０ｒ＊は、第１内部空所２０の酸素濃度が、主ポンプ制御処理の実行時に比して高くなるような値として定められている。第１リフレッシュ処理の実行時には、ポンプ電流Ｉｐ０の向きが主ポンプ制御処理の実行時とは逆になる。第２リフレッシュ処理では、制御部９６は、電圧Ｖ１が目標値Ｖ１＊よりも絶対値の小さい目標値Ｖ１ｒ＊になるように可変電源５２の電圧Ｖｐ１をフィードバック制御することで、第１測定用ポンプセル５０を制御する。目標値Ｖ１ｒ＊は、第２内部空所４０の酸素濃度が、第１測定ポンプ制御処理の実行時に比して高くなる（基準ガスに近くなる）ような値として定められている。第３リフレッシュ処理では、制御部９６は、電圧Ｖ２が目標値Ｖ２＊よりも絶対値の小さい目標値Ｖ２ｒ＊になるように可変電源４６の電圧Ｖｐ２をフィードバック制御することで、第２測定用ポンプセル４１を制御する。目標値Ｖ２ｒ＊は、第３内部空所６１の酸素濃度が、第２測定ポンプ制御処理の実行時に比して高くなる（基準ガスに近くなる）ような値として定められている。
　ガスセンサ１００では、ガスセンサ１００の使用中や使用停止中に、内側ポンプ電極２２や第１測定電極５１、第２測定電極４４のうちの少なくとも１つに気体が吸着して還元能力や酸化能力の低下を招き、水濃度および二酸化炭素成分の濃度の測定精度の低下を招く可能性があった。これに対して、本実施形態では、第１リフレッシュ処理の実行により、内側ポンプ電極２２に吸着した気体を酸化させて内側ポンプ電極２２から脱離させることができ、内側ポンプ電極２２の還元能力を回復させることができる。第２リフレッシュ処理の実行により、第１測定電極５１に吸着した気体を酸化させて第１測定電極５１から脱離させることができ、第１測定電極５１の酸化能力を回復させることができる。第３リフレッシュ処理の実行により、第２測定電極４４に吸着した気体を酸化させて第２測定電極４４から脱離させることができ、第２測定電極４４の酸化能力を回復させることができる。これらの結果、被測定ガス中の水濃度および二酸化炭素濃度の測定精度の低下を抑制することができる。なお、本実施形態では、ガスセンサ１００が内燃機関の排ガス管に取り付けられるものとした。この場合、内側ポンプ電極２２、第１測定電極５１、第２測定電極４４のうちの少なくとも１つに吸着する気体としては、内燃機関の排ガスに含まれる成分である排ガス成分や、排ガス成分に由来の由来成分などが考えられる。由来成分としては、例えば、排ガス成分から還元された還元後成分や、還元後成分から酸化された酸化後成分などが考えられる。
　ＣＰＵ９７は、ステップＳ１１０でガスセンサ１００の今回の使用にあたりリフレッシュ処理を実施済みであると判定したときには、通常処理を実行して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。ここで、通常処理では、ＣＰＵ９７は、主ポンプ制御処理と第１測定ポンプ制御処理と第２測定ポンプ制御処理と水濃度測定処理と二酸化炭素濃度測定処理とを実行する。
　図４は、ガスセンサ１００についての実験結果を示す説明図である。図中、横軸は二酸化炭素濃度を示し、縦軸はポンプ電流Ｉｐ２の絶対値を示す。発明者らは、ガスセンサ１００についての実験として、準備処理、第１実験処理、準備処理、第２実験処理、準備処理、第３実験処理、準備処理、第４実験処理、準備処理、第５実験処理の順に実行した。５回の準備処理では、それぞれ、センサ素子１０１を備えるガスセンサ１００を内燃機関の排ガス管にセンサ素子１０１の先端側の部分が排ガス管内に突出するように取り付け、内燃機関を数時間～数十時間程度に亘って運転すると共に、ガスセンサ１００についてヒータ制御処理と主ポンプ制御処理と第１測定ポンプ制御処理と第２測定ポンプ制御処理と水濃度測定処理と二酸化炭素濃度測定処理とを実行し、内燃機関の運転終了後にガスセンサ１００を取り外した。第１、第２、第４実験処理（図４中、リフレッシュ処理なし１，２，３）では、それぞれ、ガスセンサ１００を配管にセンサ素子１０１の先端側の部分が配管内に突出するように取り付け、ヒータ制御処理によりセンサ素子１０１の固体電解質を活性化させ、リフレッシュ処理を行なうことなく、二酸化炭素濃度を徐々に増加させながら各濃度でポンプ電流Ｉｐ２を検出し（ステップＳ１３０）、その後にヒータ制御処理を終了してガスセンサ１００を配管から取り外した。第３、第５実験処理（図４中、リフレッシュ処理あり１，２）では、それぞれ、ガスセンサ１００を配管にセンサ素子１０１の先端側の部分が配管内に突出するように取り付け、ヒータ制御処理によりセンサ素子１０１の固体電解質を活性化させ、リフレッシュ処理を実行してから（ステップＳ１２０）、二酸化炭素濃度を徐々に増加させながら各濃度でポンプ電流Ｉｐ２を検出し（ステップＳ１３０）、その後にヒータ制御処理を終了してガスセンサ１００を配管から取り外した。第１～第５実験処理では、モデルガスとして、窒素をベースガスとすると共に二酸化炭素濃度を徐々に変化させたガスを用いた。
　図４から、第３、第５実験処理については、二酸化炭素濃度とポンプ電流Ｉｐ２の絶対値との関係の実験処理ごとのバラツキが小さいことが分かった。一方、第１、第２、第４実験処理については、第３、第５実験処理に比して、二酸化炭素濃度とポンプ電流Ｉｐ２の絶対値との関係の実験処理ごとのバラツキが大きくかつ同一の二酸化炭素濃度に対するポンプ電流Ｉｐ２の絶対値が小さくなることが分かった。これらのことから、第１、第２、第４実験処理では、第３、第５実験処理に比して、被測定ガス中の二酸化炭素濃度の測定精度の低下が想定される。言い換えれば、第３、第５実験処理では、リフレッシュ処理を行なうことにより、第１、第２、第４実験処理に比して、被測定ガス中の二酸化炭素濃度の測定精度の低下を抑制することができる。同様に、リフレッシュ処理を行なう場合、リフレッシュ処理を行なわない場合に比して、被測定ガス中の水濃度の測定精度の低下も抑制することができると考えられる。
　ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のセンサ素子１０１が本発明のセンサ素子に相当し、制御装置９５が制御装置に相当する。素子本体１０２が素子本体に相当し、第１内部空所２０が第１室に相当し、内側ポンプ電極２２が第１内側電極に相当し、主ポンプセル２１が第１ポンプセルに相当し、第２内部空所４０が第２室に相当し、第１測定電極５１が第２内側電極に相当し、第１測定用ポンプセル５０が第２ポンプセルに相当し、第３内部空所６１が第３室に相当し、第２測定電極４４が第３内側電極に相当し、第２測定用ポンプセル４１が第３ポンプセルに相当し、外側ポンプ電極２３が第１外側電極、第２外側電極、および第３外側電極に相当する。主ポンプ制御処理が第１ポンプセル制御処理に相当し、第１測定ポンプ制御処理が第２ポンプセル制御処理に相当し、第２測定ポンプ制御処理が第３ポンプセル制御処理に相当する。
　以上詳述した本実施形態のガスセンサ１００によれば、制御装置９５は、センサ素子１０１の固体電解質が活性化したときには、リフレッシュ処理、具体的には、第１～第３リフレッシュ処理を実行する。これにより、内側ポンプ電極２２、第１測定電極５１、第２測定電極４４の還元能力や酸化能力を回復させることができる。この結果、被測定ガス中の水濃度および二酸化炭素濃度の測定精度の低下を抑制することができる。
　なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
　例えば、上述した実施形態では、ＣＰＵ９７は、図３の処理ルーチンを実行するものとしたが、これに代えて、図５の処理ルーチンを実行してもよい。図５の処理ルーチンは、ステップＳ１２５，Ｓ１４０の処理が追加された点を除いて、図３の処理ルーチンと同一である。したがって、図５の処理ルーチンのうち図３の処理ルーチンと同一の処理については、同一のステップ番号を付し、詳細な説明を省略する。
　図５の処理ルーチンでは、ＣＰＵ９７は、ステップＳ１１０でガスセンサ１００の今回の使用にあたりリフレッシュ処理を実施済みであると判定したときには、通常処理を所定時間ΔＴに亘って継続して実行した（前回のリフレッシュ処理から所定時間ΔＴが経過した）か否かを判定する（ステップＳ１２５）。ここで、「通常処理を所定時間ΔＴに亘って継続して実行した」は、本ルーチンでは、所定時間ΔＴに亘ってリフレッシュ処理を実行することなく通常処理（ステップＳ１３０）を繰り返し実行したことを意味する。所定時間ΔＴとしては、数秒～数分程度が用いられる。ＣＰＵ９７は、通常処理を所定時間ΔＴに亘って継続して実行していないと判定したときには、通常処理を実行して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。
　ＣＰＵ９７は、ステップＳ１２５で通常処理を所定時間ΔＴに亘って継続して実行したと判定したときには、所定時間Ｔ２のリフレッシュ処理を実行して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。ここで、所定時間Ｔ２は、所定時間Ｔ１以下の時間として定められ、例えば、数ｍ秒～数秒程度が用いられる。これにより、リフレッシュ処理を定期的に（所定時間ΔＴの間隔をおいて）実行することができる。この結果、リフレッシュ処理の頻度を確保し、被測定ガス中の水濃度および二酸化炭素濃度の測定精度の低下を抑制することができる。
　図５の処理ルーチンでは、ＣＰＵ９７は、センサ素子１０１の固体電解質が活性化したときに、所定時間Ｔ１のリフレッシュ処理を実行し（ステップＳ１２０）、その後に、通常処理を所定時間ΔＴに亘って継続して実行したごとに、所定時間Ｔ２のリフレッシュ処理を実行する（ステップＳ１４０）ものとした。しかし、ＣＰＵ９７は、所定時間Ｔ１のリフレッシュ処理を実行しなくてもよい。
　上述した実施形態では、ＣＰＵ９７は、センサ素子１０１の固体電解質が活性化しているか否かの判定を、ヒータ７２の抵抗値が所定抵抗値以下であるか否かを判定することにより行なうものとしたが、これに限定されない。例えば、ＣＰＵ９７は、固体電解質が活性化しているか否かの判定を、ヒータ制御処理の実行時間が所定時間以上であるか否かを判定することにより行なってもよい。
　上述した実施形態では、ＣＰＵ９７は、第１リフレッシュ処理として、電圧Ｖ０が目標値Ｖ０＊よりも絶対値の小さい目標値Ｖ０ｒ＊になるように可変電源２４の電圧Ｖｐ０をフィードバック制御することで、主ポンプセル２１を制御するものとしたが、これに限定されない。例えば、ＣＰＵ９７は、第１リフレッシュ処理として、ポンプ電流Ｉｐ０が目標値Ｉｐ０ｒ＊になるように可変電源２４の電圧Ｖｐ０をフィードバック制御することで、主ポンプセル２１を制御してもよい。目標値Ｉｐ０ｒ＊は、第１内部空所２０に酸素を汲み入れる方向の値であり、且つ、主ポンプ制御処理の実行時とは符号が逆の値として定められている。
　上述した実施形態では、ＣＰＵ９７は、第２リフレッシュ処理として、電圧Ｖ１が目標値Ｖ１＊よりも絶対値の小さい目標値Ｖ１ｒ＊になるように可変電源５２の電圧Ｖｐ１をフィードバック制御することで、第１測定用ポンプセル５０を制御するものとしたが、これに限定されない。例えば、ＣＰＵ９７は、第２リフレッシュ処理として、ポンプ電流Ｉｐ１が目標値Ｉｐ１ｒ＊になるように可変電源５２の電圧Ｖｐ１をフィードバック制御することで、第１測定用ポンプセル５０を制御してもよい。目標値Ｉｐ１ｒ＊は、第１測定ポンプ制御処理の実行時に通常流れるポンプ電流Ｉｐ１よりも絶対値の大きい値として定められている。
　上述した実施形態では、ＣＰＵ９７は、第３リフレッシュ処理として、電圧Ｖ２が目標値Ｖ２＊よりも絶対値の小さい目標値Ｖ２ｒ＊になるように可変電源４６の電圧Ｖｐ２をフィードバック制御することで、第２測定用ポンプセル４１を制御するものとしたが、これに限定されない。例えば、ＣＰＵ９７は、第３リフレッシュ処理として、ポンプ電流Ｉｐ２が目標値Ｉｐ２ｒ＊になるように可変電源４６の電圧Ｖｐ２をフィードバック制御することで、第２測定用ポンプセル４１を制御してもよい。目標値Ｉｐ２ｒ＊は、第２測定ポンプ制御処理の実行時に通常流れるポンプ電流Ｉｐ２よりも絶対値の大きい値として定められている。
　上述した実施形態では、ＣＰＵ９７は、リフレッシュ処理として、第１、第２、第３リフレッシュ処理を実行するものとした。しかし、リフレッシュ処理として、第１、第２、第３リフレッシュ処理の一部だけを実行してもよい。発明者らは、実験や解析により、ガスセンサ１００の使用中や使用停止中に、内側ポンプ電極２２、第１測定電極５１、第２測定電極４４のうち、特に内側ポンプ電極２２に気体が吸着して還元能力の低下を招きやすいことを見出した。このため、リフレッシュ処理として、第１、第２、第３リフレッシュ処理の一部だけを実行する場合、少なくとも第１リフレッシュ処理を実行するのが好ましい。
　上述した実施形態では、ＣＰＵ９７は、水濃度測定処理および二酸化炭素濃度測定処理を実行することにより、被測定ガス中の水濃度および二酸化炭素濃度を測定するものとした。しかし、制御装置９５は、水濃度測定処理および二酸化炭素濃度測定処理のうちの一方だけを実行することにより、被測定ガス中の水濃度および二酸化炭素濃度のうちの一方だけを測定してもよい。
　上述した実施形態では、外側ポンプ電極２３は、主ポンプセル２１における内側ポンプ電極２２と対になる第１外側電極としての役割と、第１測定用ポンプセル５０における第１測定電極５１と対になる第２外側電極としての役割と、第２測定用ポンプセル４１における第２測定電極４４と対になる第３外側電極としての役割とを兼ねていた。即ち、第１～第３外側電極が共通の外側ポンプ電極２３として構成されていた。しかし、これに限られない。例えば、第１～第３外側電極のうち２つを共通の外側ポンプ電極２３とすると共に残りの１つを外側ポンプ電極２３とは独立した電極として、素子本体１０２の外面に被測定ガスと接触するように設けてもよい。また、第１～第３外側電極をそれぞれ独立した電極として素子本体１０２の外面に被測定ガスと接触するように設けてもよい。
　上述した実施形態では、ガスセンサ１００のセンサ素子１０１は、第１内部空所２０、第２内部空所４０、第３内部空所６１を備えるものとしたが、これに限られない。例えば、図６の変形例のセンサ素子２０１に示すように、第３内部空所６１を備えないものとしてもよい。図６の変形例のセンサ素子２０１では、第２固体電解質層６の下面と第１固体電解質層４の上面との間には、ガス導入口１０と、第１拡散律速部１１と、緩衝空間１２と、第２拡散律速部１３と、第１内部空所２０と、第３拡散律速部３０と、第２内部空所４０とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。また、第２測定電極４４は、第２内部空所４０内の第１固体電解質層４の上面に配設されている。第２測定電極４４は、第４拡散律速部４５によって被覆されてなる。第４拡散律速部４５は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などのセラミックス多孔体にて構成される膜である。第４拡散律速部４５は、上述した実施形態の第４拡散律速部６０と同様に、第２内部空所４０の被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して第２測定電極４４に導く役割を担う。また、第４拡散律速部４５は、第２測定電極４４の保護膜としても機能する。第１測定電極５１の天井電極部５１ａは、第２測定電極４４の直上まで形成されている。このような構成のセンサ素子２０１であっても、上述した実施形態と同様に、第２測定用ポンプセル４１に流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいて二酸化炭素濃度を測定することができる。図６のセンサ素子２０１では、第２測定電極４４の周囲が第３室として機能することになる。すなわち、第２測定電極４４の周囲が第３内部空所６１と同様の役割を果たすことになる。
　上述した実施形態では、センサ素子１０１の素子本体１０２は、複数の固体電解質層（層１～６）を有する積層体としたが、これに限られない。センサ素子１０１の素子本体は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を少なくとも１つ有し、且つ、被測定ガス流通部が内部に設けられていればよい。例えば、図１において、第２固体電解質層６以外の層１～５は、固体電解質以外の材質からなる構造層（例えばアルミナからなる層）としてもよい。この場合、センサ素子１０１が有する各電極は、第２固体電解質層６に配設されるようにすればよい。例えば、図１の第２測定電極４４は、第２固体電解質層６の下面に配設すればよい。また、基準ガス導入空間４３を第１固体電解質層４に代えてスペーサ層５に設け、基準ガス導入層４８を第１固体電解質層４と第３基板層３との間に代えて第２固体電解質層６とスペーサ層５との間に設け、基準電極４２を第３内部空所６１よりも後方且つ第２固体電解質層６の下面に設ければよい。
　上述した実施形態では、第１拡散律速部１１，第２拡散律速部１３、第３拡散律速部３０は、何れも２本の横長のスリットとして設けられていたが、これに限られない。例えば第１拡散律速部１１、第２拡散律速部１３、第３拡散律速部３０のうち１以上について、１本の横長のスリットとして設けられてもよい。
　本出願は、２０２３年７月３日に出願された日本国特許出願第２０２３－１０９４６４号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
　本発明は、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおける水濃度および／または二酸化炭素濃度を測定するガスセンサに利用可能である。
　１　第１基板層、２　第２基板層、３　第３基板層、４　第１固体電解質層、５　スペーサ層、６　第２固体電解質層、１０　ガス導入口、１１　第１拡散律速部、１２　緩衝空間、１３　第２拡散律速部、２０　第１内部空所、２１　主ポンプセル、２２　内側ポンプ電極、２２ａ　天井電極部、２２ｂ　底部電極部、２３　外側ポンプ電極、２４　可変電源、３０　第３拡散律速部、４０　第２内部空所、４１　第２測定用ポンプセル、４２　基準電極、４３　基準ガス導入空間、４４　第２測定電極、４５　第４拡散律速部、４６　可変電源、４８　基準ガス導入層、４９　基準ガス導入部、４９ａ　入口部、５０　第１測定用ポンプセル、５１　第１測定電極、５１ａ　天井電極部、５１ｂ　底部電極部、５２　可変電源、６０　第４拡散律速部、６１　第３内部空所、７０　ヒータ部、７１　ヒータコネクタ電極、７２　ヒータ、７３　スルーホール、７４　ヒータ絶縁層、７５　圧力放散孔、７６　ヒータ電源、８０　主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８１　第１測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８２　第２測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８３　センサセル、９５　制御装置、９６　制御部、９７　ＣＰＵ、９８　記憶部、１００　ガスセンサ、１０１，２０１　センサ素子、１０２　素子本体。

Claims (5)

  1. 　センサ素子および制御装置を備え、被測定ガス中の水濃度および／または二酸化炭素濃度を測定するガスセンサであって、
    　前記センサ素子は、
    　　酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
    　　前記被測定ガス流通部のうちの第１室に配設された第１内側電極と、前記素子本体の外面に配設された第１外側電極と、を含んで構成された第１ポンプセルと、
    　　前記被測定ガス流通部のうちの前記第１室よりも下流に位置する第２室に配設された第２内側電極と、前記素子本体の外面に配設された第２外側電極と、を含んで構成された第２ポンプセルと、
    　　前記被測定ガス流通部のうちの前記第２室よりも下流に位置する第３室に配設された第３内側電極と、前記素子本体の外面に配設された第３外側電極と、を含んで構成された第３ポンプセルとを有し、
    　前記制御装置は、
    　　前記第１内側電極の周囲から前記第１外側電極の周囲に酸素を汲み出すように前記第１ポンプセルを制御して前記第１室内の前記被測定ガス中の水と二酸化炭素とを還元する第１ポンプセル制御処理と、
    　　前記第２外側電極の周囲から前記第２内側電極の周囲に酸素を汲み入れるように前記第２ポンプセルを制御して、前記第１室内における水の還元で生じた水素を前記第２室で酸化させる第２ポンプセル制御処理と、
    　　前記第３外側電極の周囲から前記第３内側電極の周囲に酸素を汲み入れるように前記第３ポンプセルを制御して、前記第１室内における二酸化炭素の還元で生じた一酸化炭素を前記第３室で酸化させる第３ポンプセル制御処理と、
    　　前記第２ポンプセル制御処理により前記第２ポンプセルに流れる第２ポンプ電流に基づいて前記被測定ガス中の水濃度を測定する水濃度測定処理、および／または、前記第３ポンプセル制御処理により前記第３ポンプセルに流れる第３ポンプ電流に基づいて前記被測定ガス中の二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素濃度測定処理とを実行し、
    　前記制御装置は、所定条件が成立したときには、
    　　前記第１外側電極の周囲から前記第１内側電極の周囲に酸素を汲み入れるように前記第１ポンプセルを制御する第１リフレッシュ処理と、
    　　前記第２外側電極の周囲から前記第２内側電極の周囲に前記第２ポンプセル制御処理に比して多くの酸素を汲み入れるように前記第２ポンプセルを制御する第２リフレッシュ処理と、
    　　前記第３外側電極の周囲から前記第３内側電極の周囲に前記第３ポンプセル制御処理に比して多くの酸素を汲み入れるように前記第３ポンプセルを制御する第３リフレッシュ処理と、
    　のうちの少なくとも１つをリフレッシュ処理として実行する、
    　ガスセンサ。
  2. 　請求項１記載のガスセンサであって、
    　前記制御装置は、前記リフレッシュ処理として、少なくとも前記第１リフレッシュ処理を実行する、
    　ガスセンサ。
  3. 　請求項１または２記載のガスセンサであって、
    　前記所定条件は、前記固体電解質層が活性化した条件を含む、
    　ガスセンサ。
  4. 　請求項１または２記載のガスセンサであって、
    　前記所定条件は、前記第１、第２、第３ポンプセル制御処理を所定時間に亘って継続して実行した条件を含む、
    　ガスセンサ。
  5. 　請求項１または２記載のガスセンサであって、
    　前記第１、第２、第３外側電極のうちの少なくとも２つは、共通の電極である、
    　ガスセンサ。
PCT/JP2024/017338 2023-07-03 2024-05-10 ガスセンサ Ceased WO2025009261A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2025530997A JPWO2025009261A1 (ja) 2023-07-03 2024-05-10
DE112024001745.2T DE112024001745T5 (de) 2023-07-03 2024-05-10 Gassensor
CN202480035018.7A CN121420192A (zh) 2023-07-03 2024-05-10 气体传感器
US19/424,239 US20260118310A1 (en) 2023-07-03 2025-12-18 Gas sensor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023109464 2023-07-03
JP2023-109464 2023-07-03

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US19/424,239 Continuation US20260118310A1 (en) 2023-07-03 2025-12-18 Gas sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025009261A1 true WO2025009261A1 (ja) 2025-01-09

Family

ID=94171894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2024/017338 Ceased WO2025009261A1 (ja) 2023-07-03 2024-05-10 ガスセンサ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20260118310A1 (ja)
JP (1) JPWO2025009261A1 (ja)
CN (1) CN121420192A (ja)
DE (1) DE112024001745T5 (ja)
WO (1) WO2025009261A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09101285A (ja) * 1995-10-04 1997-04-15 Ngk Spark Plug Co Ltd 酸素センサの劣化抑制方法及び装置
JP2002243697A (ja) * 2001-02-19 2002-08-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 一酸化炭素センサおよびそれを用いた燃料電池システム
JP2004271515A (ja) * 2003-02-20 2004-09-30 Nippon Soken Inc ガスセンサ素子とガスセンサ素子の制御方法および製造方法。
JP2005055279A (ja) * 2003-08-04 2005-03-03 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気ガスセンサの制御装置
JP2015031604A (ja) * 2013-08-02 2015-02-16 日本碍子株式会社 ガスセンサ
JP2016142575A (ja) * 2015-01-30 2016-08-08 日本碍子株式会社 ガスセンサ

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7580416B2 (ja) 2022-01-27 2024-11-11 エヌ・ティ・ティ・コミュニケーションズ株式会社 面談支援装置、面談支援方法及びコンピュータプログラム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09101285A (ja) * 1995-10-04 1997-04-15 Ngk Spark Plug Co Ltd 酸素センサの劣化抑制方法及び装置
JP2002243697A (ja) * 2001-02-19 2002-08-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 一酸化炭素センサおよびそれを用いた燃料電池システム
JP2004271515A (ja) * 2003-02-20 2004-09-30 Nippon Soken Inc ガスセンサ素子とガスセンサ素子の制御方法および製造方法。
JP2005055279A (ja) * 2003-08-04 2005-03-03 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気ガスセンサの制御装置
JP2015031604A (ja) * 2013-08-02 2015-02-16 日本碍子株式会社 ガスセンサ
JP2016142575A (ja) * 2015-01-30 2016-08-08 日本碍子株式会社 ガスセンサ

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2025009261A1 (ja) 2025-01-09
CN121420192A (zh) 2026-01-27
DE112024001745T5 (de) 2026-03-05
US20260118310A1 (en) 2026-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5074358B2 (ja) ガスセンサ制御装置、及び窒素酸化物濃度検出方法
JP7590277B2 (ja) ガスセンサ
JP7653905B2 (ja) ガスセンサ
JP7263349B2 (ja) ガスセンサ
JP4865572B2 (ja) ガスセンサ素子、ガスセンサ及びＮＯｘセンサ
US20220178869A1 (en) Gas sensor
US20170059510A1 (en) Method of recovering process for gas sensor
US20260118310A1 (en) Gas sensor
WO2025009293A1 (ja) ガスセンサ
US12546742B2 (en) Gas sensor
JP7695873B2 (ja) ガスセンサ及びガスセンサの制御方法
US20250264438A1 (en) Gas sensor
JP7730753B2 (ja) ガスセンサ及びガスセンサの制御方法
WO2025009256A1 (ja) ガスセンサ
WO2024202763A1 (ja) ガスセンサ
US20240230582A9 (en) Gas sensor
US20250189481A1 (en) Gas sensor and method for controlling gas sensor
JP2025111011A (ja) ガスセンサ
WO2024202731A1 (ja) ガスセンサ
JP7539809B2 (ja) ガスセンサ
CN117043593A (zh) 传感器元件以及气体传感器
CN117751287A (zh) 气体传感器
JP2023089944A (ja) ガスセンサ及びガスセンサの制御方法
JP2022153758A (ja) センサ素子及びガスセンサ
JP2017146199A (ja) 硫黄酸化物検出装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 24835783

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2025530997

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2025530997

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112024001745

Country of ref document: DE

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 112024001745

Country of ref document: DE