WO2025192089A1 - ガスセンサ - Google Patents

ガスセンサ

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WO2025192089A1
WO2025192089A1 PCT/JP2025/003332 JP2025003332W WO2025192089A1 WO 2025192089 A1 WO2025192089 A1 WO 2025192089A1 JP 2025003332 W JP2025003332 W JP 2025003332W WO 2025192089 A1 WO2025192089 A1 WO 2025192089A1
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WO
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sensing electrode
gas
porous body
solid electrolyte
oxygen concentration
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PCT/JP2025/003332
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English (en)
French (fr)
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諭司 寺本
尚也 久保
佑介 松倉
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
Niterra Co Ltd
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a gas sensor that detects gas concentration by utilizing the difference in diffusion coefficient between oxygen and gas.
  • Gas sensors for detecting hydrogen include, for example, catalytic combustion, thermal conduction, and semiconductor sensors.
  • Patent Document 1 discloses a Si-MOSFET hydrogen gas sensor that uses a platinum film as the gate electrode as an example of a semiconductor gas sensor.
  • the present invention aims to provide a gas sensor that can be used in a wider range of environments.
  • a gas sensor detects the concentration of a measurement target gas contained in a measurement environment.
  • This gas sensor is a substrate; a reference electrode disposed on the substrate; at least one solid electrolyte body disposed on the reference electrode; a first detection electrode disposed opposite the reference electrode with the solid electrolyte body interposed therebetween, the first detection electrode detecting a potential difference between the first detection electrode and the reference electrode; a first diffusion porous body provided between the first sensing electrode and the environment to be measured; a second sensing electrode disposed on one surface of the solid electrolyte body; a third sensing electrode disposed opposite the second sensing electrode with the solid electrolyte body interposed therebetween; a second diffusion porous body provided between the second sensing electrode and the environment to be measured; a third diffusion porous body provided between the third sensing electrode and the measurement environment and having a catalytic function for promoting a reaction; a gas concentration calculation unit that calculates an oxygen concentration from the potential difference detected by the first sensing electrode,
  • the third diffusion porous body having a catalytic function means any of the following.
  • the third diffusion porous body includes a diffusion porous body and a catalyst layer provided on the diffusion porous body to promote the reaction.
  • the third diffusion porous body has a catalytic function that promotes the reaction.
  • a gas sensor detects the concentration of a measurement target gas contained in a measurement environment.
  • This gas sensor is a substrate; a reference electrode disposed on the substrate; a first solid electrolyte body disposed on the reference electrode; a first sensing electrode disposed opposite the reference electrode with the first solid electrolyte body interposed therebetween, for detecting a potential difference between the first sensing electrode and the reference electrode; a first diffusion porous body provided between the first sensing electrode and the environment to be measured; a hollow measurement chamber disposed on the first sensing electrode, into which the measurement target gas that has passed through the first diffusion porous body flows, the measurement chamber having a side surface surrounded by an insulating layer made of an insulating portion and the first diffusion porous body; a second solid electrolyte body disposed on the measurement chamber; a second detection electrode disposed on the measurement chamber side of the second solid electrolyte body; a third sensing electrode disposed at a position facing the second sensing electrode with the second solid electroly
  • the second diffusion porous body having a catalytic function means any of the following.
  • the second diffusion porous body includes a diffusion porous body and a catalyst layer provided on the diffusion porous body to promote the reaction.
  • the second diffusion porous body has a catalytic function that promotes the reaction.
  • a gas sensor detects the concentration of a measurement target gas contained in a measurement environment.
  • This gas sensor is a substrate; a reference electrode disposed on the substrate; a first solid electrolyte body disposed on the reference electrode; a first detection electrode disposed opposite the reference electrode with the first solid electrolyte body interposed therebetween, the first detection electrode detecting a potential difference between the first detection electrode and the reference electrode; a first diffusion porous body provided between the first sensing electrode and the measurement environment and having a catalytic function for promoting a reaction; a hollow measurement chamber disposed on the first sensing electrode, into which the measurement target gas that has passed through the first diffusion porous body flows, the measurement chamber having a side surface surrounded by an insulating layer made of an insulating portion and the first diffusion porous body; a second solid electrolyte body disposed on the measurement chamber; a second detection electrode disposed on the measurement chamber side of the second solid electrolyte body; a third sensing electrode disposed at a
  • the first diffusion porous body having a catalytic function means any of the following.
  • the first diffusion porous body includes a diffusion porous body and a catalyst layer provided on the diffusion porous body to promote the reaction.
  • the first diffusion porous body has a catalytic function that promotes the reaction.
  • the first diffusion porous body may have a catalytic function for promoting a reaction.
  • the gas concentration calculation unit may calculate the concentration of the measurement target gas from the oxygen concentration, the oxygen concentration ratio, and a difference in diffusion coefficient from the measurement target gas.
  • the measurement target gas may be any one of hydrogen gas, ammonia gas, and propane gas.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating an internal configuration of a gas sensor according to an embodiment.
  • 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a gas concentration detection element provided in a gas sensor according to a first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating the configuration of a gas concentration detection element provided in a gas sensor according to a second embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically illustrating the configuration of a gas concentration detection element provided in a gas sensor according to a third embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a gas concentration detection element provided in a gas sensor according to a modified example.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a gas concentration detection element provided in a gas sensor according to a modified example.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically illustrating the configuration of a gas concentration detection element provided in a gas sensor according to a fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a limiting current type oxygen concentration detection element. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of an insulating layer portion of the oxygen concentration detection element shown in FIG. 8.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically illustrating the configuration of a gas concentration detection element provided in a gas sensor according to a fifth embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically illustrating the configuration of a gas concentration detection element provided in a gas sensor according to a sixth embodiment.
  • FIG. 1 is an image diagram for explaining K1 and K2 in the hydrogen concentration calculation formula (Formula 2).
  • a gas sensor that detects gas concentration by utilizing the difference in diffusion coefficient with respect to oxygen.
  • the gas sensor has a gas concentration detection element that detects gas concentration by utilizing the difference in diffusion coefficient with respect to oxygen.
  • the gas sensor can measure any of hydrogen gas, ammonia gas, and propane gas, for example. The following description will use as an example a gas sensor 1 that detects the concentration of hydrogen gas, which is one of the gases that can be measured.
  • FIG. 1 shows the internal configuration of the gas sensor 1 according to one embodiment.
  • the gas sensor 1 mainly comprises a sensor unit 2, a housing 3, a sensor cover 4, an atmosphere-side cover 5, wiring 8, and a sensor control unit 9.
  • the housing 3 is made of, for example, metal and holds the sensor unit 2 and other components inside.
  • the longitudinal tip of the sensor unit 2 i.e., the lower end in Figure 1 protrudes from the housing 3 and is housed within the sensor cover 4.
  • the sensor cover 4 is attached to the tip side of the housing 3.
  • the sensor cover 4 is arranged to surround the tip of the sensor unit 2.
  • the sensor cover 4 has a through-hole that serves as an inlet/outlet for the mixed gas G containing the gas to be measured.
  • the mixed gas G that flows into the sensor cover 4 through the through-hole reaches the surface of the sensor unit 2 and is taken in.
  • the base end of the sensor unit 2 in the longitudinal direction i.e., the upper end in Figure 1 protrudes from the housing 3 and is housed within the atmosphere-side cover 5.
  • the cylindrical atmosphere-side cover 5 has a through-hole that opens to the outer circumferential side and serves as an atmosphere hole, allowing atmosphere A, which serves as a reference gas, to be taken in.
  • a configuration may be adopted in which a predetermined level of reference oxygen is generated within the oxygen sensor using oxygen accumulated in the reference electrode portion, and this is used as the reference gas concentration (a so-called self-generating gas sensor).
  • the base end of the sensor unit 2 is connected to the sensor control unit 9 via wiring 8.
  • the sensor control unit 9 includes a gas concentration calculation unit 41.
  • the gas concentration calculation unit 41 is a component of the gas concentration detection element 10 and is connected to each electrode within the gas concentration detection element 10 via wiring 8.
  • the gas concentration calculation unit 41 can calculate the potential difference between the electrodes included in the gas concentration detection element 10.
  • the gas concentration calculation unit 41 can also calculate the concentration of the target gas based on the oxygen concentration obtained based on the potential difference between the electrodes (e.g., the oxygen concentration obtained from the potential difference between the reference electrode 12 and the first detection electrode 21), the oxygen concentration ratio obtained based on the potential difference between the electrodes (e.g., the oxygen concentration ratio obtained from the potential difference between the second detection electrode 31a and the third detection electrode 31b), the difference in diffusion coefficient between the target gas (e.g., hydrogen gas) and oxygen, and the reaction rate of the target gas on the catalyst.
  • the target gas e.g., hydrogen gas
  • Gas sensor 1 can be applied to any hydrogen utilization system, such as a fuel cell system.
  • Gas sensor 1 is installed in a gas supply path or exhaust path through which a mixed gas G containing hydrogen gas flows, and can be used to detect the concentration of hydrogen gas in an atmosphere in which oxygen and multiple reducing gases coexist.
  • Gas sensor 1 can also be used effectively in environments where conventional gas sensors cannot be used, such as condensation environments.
  • a gas sensor 1 in the first embodiment, a gas sensor 1 will be described that includes a sensing element 10A, which is an example of a gas concentration sensing element 10.
  • the sensing element 10A of this embodiment is configured to sense the oxygen concentration using the principle of a so-called zirconia oxygen sensor.
  • Figure 2 shows the configuration of the sensing element 10A.
  • the detection element 10A has two separate elements (i.e., the first element 110a shown on the left side of Figure 2 and the second element 110b shown on the right side) and a gas concentration calculation unit 41 (see Figure 1).
  • the first element 110a has a base 11, a reference electrode 12, a first solid electrolyte body 13a, a first sensing electrode 21, and a first diffusion porous body 22.
  • the base 11 is formed from an insulating material.
  • the base 11 contains alumina as its main component.
  • the reference electrode 12 is disposed on the substrate 11.
  • the reference electrode 12 is formed of a platinum group element such as Pt, Pd, a Pt alloy, or a Pd alloy.
  • the reference electrode 12 is configured to come into contact with a reference gas.
  • the reference gas is, for example, the atmosphere. In other words, the reference electrode 12 is configured to come into contact with the atmosphere A taken in through the atmosphere-side cover 5 of the gas sensor 1.
  • the first solid electrolyte body 13a is disposed on the reference electrode 12.
  • the first solid electrolyte body 13a is made of, for example, a partially stabilized zirconia sintered body obtained by adding yttria (Y 2 O 3 ) or calcia (CaO) as a stabilizer to zirconia (ZrO 2 ).
  • the first sensing electrode 21 is positioned opposite the reference electrode 12 with the first solid electrolyte body 13a sandwiched therebetween. Like the reference electrode 12, the first sensing electrode 21 is formed of a platinum group element such as Pt, Pd, a Pt alloy, or a Pd alloy. The first sensing electrode 21 detects the first oxygen concentration using the potential difference between itself and the reference electrode 12.
  • the first diffusion porous body 22 is provided between the first sensing electrode 21 and the environment to be measured. Specifically, the first diffusion porous body 22 is provided so as to cover the first sensing electrode 21 (see Figure 2). The first diffusion porous body 22 is exposed to the space inside the sensor cover 4 into which the mixed gas G flows. Therefore, in this case, the interior of the sensor cover 4 becomes the environment to be measured.
  • the first diffusion porous body 22 is a porous body made of alumina (Al 2 O 3 ). By providing such a first diffusion porous body 22 between the first sensing electrode 21 and the environment to be measured, the speed at which the mixed gas G in the environment to be measured reaches the first sensing electrode 21 is adjusted. For this reason, the first diffusion porous body 22 is also called a rate-limiting layer. Note that the oxygen partial pressure ([O 2 ]′ 1 ) detected by the first sensing electrode 21 decreases due to the influence of hydrogen when the mixed gas G passes through the first diffusion porous body 22.
  • the first solid electrolyte body 13a and a pair of electrodes (specifically, the reference electrode 12 and the first sensing electrode 21) arranged with the first solid electrolyte body 13a sandwiched therebetween constitute an oxygen concentration cell, which can output an electromotive force corresponding to the oxygen concentration in the mixed gas G.
  • the oxygen concentration detected by the first element 110a is defined as a first oxygen concentration ([O 2 ]′ 1 ) that is not affected by the catalyst layer.
  • the second element 110b has a second solid electrolyte body 13b, a second sensing electrode 31a, a third sensing electrode 31b, a second diffusion porous body 32a, a third diffusion porous body 32b, and a catalyst layer 33.
  • the second solid electrolyte body 13b is made of a partially stabilized zirconia sintered body obtained by adding yttria ( Y2O3 ) or calcia (CaO) as a stabilizer to zirconia ( ZrO2 ).
  • the second sensing electrode 31a is disposed on one surface of the second solid electrolyte body 13b.
  • the third sensing electrode 31b is disposed opposite the second sensing electrode 31a, with the second solid electrolyte body 13b sandwiched therebetween.
  • the second sensing electrode 31a and the third sensing electrode 31b are formed from a platinum group element such as Pt, Pd, a Pt alloy, or a Pd alloy.
  • the second diffusion porous body 32a is provided between the second sensing electrode 31a and the environment to be measured. Specifically, the second diffusion porous body 32a is provided so as to cover the second sensing electrode 31a (see Figure 2).
  • the second diffusion porous body 32a is a porous body made of alumina (Al 2 O 3 ), similar to the first diffusion porous body 22.
  • the third diffusion porous body 32b is provided between the third sensing electrode 31b and the environment to be measured. Specifically, the third diffusion porous body 32b is provided so as to cover the third sensing electrode 31b (see Figure 2).
  • the third diffusion porous body 32b is a porous body made of alumina (Al 2 O 3 ), similar to the second diffusion porous body 32a.
  • alumina Al 2 O 3
  • the third diffusion porous body 32b is also called a rate-controlling layer.
  • a catalyst layer 33 is provided on the third diffusion porous body 32b, covering the entire surface exposed to the environment to be measured, to promote the reaction. Specifically, the catalyst layer 33 decomposes hydrogen contained in the environment to be measured, producing hydrogen ions and other substances, and promotes the reaction in which the generated hydrogen ions and electrons react with oxygen in the air to produce water.
  • the catalyst layer 33 is formed, for example, from a platinum (Pt) catalyst or a palladium (Pd) catalyst.
  • a second diffusion porous body 32a is provided between the second sensing electrode 31a and the environment to be measured. This adjusts the speed at which the mixed gas G in the environment to be measured reaches the second sensing electrode 31a.
  • hydrogen (H 2 ) contained in the mixed gas G has a significantly larger diffusion coefficient than oxygen (O 2 ) and other combustible gases.
  • the oxygen partial pressure ([O 2 ]′ 1 ) detected by the second sensing electrode 31a after the mixed gas G passes through the second diffusion porous body 32a is affected by the hydrogen and decreases.
  • a third diffusion porous body 32b covered with a catalyst layer 33 is provided between the third sensing electrode 31b and the environment to be measured.
  • the third sensing electrode 31b detects the oxygen partial pressure ([O 2 ]' 2 ) by reducing the influence of the diffusion rates of oxygen (O 2 ) and hydrogen (H 2 ).
  • the second element 110b obtains an oxygen concentration ratio based on the potential difference between a pair of electrodes (specifically, the second sensing electrode 31a and the third sensing electrode 31b) sandwiching the second solid electrolyte body 13b therebetween.
  • the ratio ([O2]'2/[O2]'1) of the oxygen partial pressure ([ O2 ]' 1 ) of the mixed gas G that has passed through the second diffusion porous body 32a that does not have a catalyst layer to the oxygen partial pressure ([ O2 ]' 2 ) of the mixed gas G that has passed through the third diffusion porous body 32b that has a catalyst layer 33 is obtained.
  • the oxygen concentration ratio based on the potential difference between the electrodes in the second element 110b can be calculated by measuring the voltage between the electrodes. Alternatively, it can be calculated by measuring the current that flows when the electrodes are connected by a load resistor.
  • the gas concentration calculation unit 41 calculates the concentration of the gas to be measured using the ratio of the first oxygen concentration detected by the first element 110a and the oxygen concentration detected by the second element 110b.
  • the first oxygen concentration detected by the first element 110a is an oxygen concentration calculated using the potential difference between the first sensing electrode 21 and the reference electrode 12.
  • the first oxygen concentration means the oxygen partial pressure ([O 2 ]′ 1 ) detected by the first sensing electrode 21.
  • the oxygen concentration ratio detected by the second element 110b is the oxygen concentration ratio ([O 2 ]' 2 /[O 2 ]' 1 ) calculated using the potential difference between the second sensing electrode 31a and the third sensing electrode 31b.
  • the gas concentration calculation unit 41 calculates the concentration of the target gas from the first oxygen concentration, the oxygen concentration ratio, the difference between the diffusion coefficient of oxygen gas and the diffusion coefficient of the target gas, and the reaction rate of the target gas on the catalyst.
  • the hydrogen gas concentration ([H 2 ]) is calculated by the following formula 1.
  • the hydrogen gas concentration ([H 2 ]) may be calculated from the following formula 2, which is obtained based on the above formula 1.
  • K 1 D H2 /D O2
  • K 2 ⁇ +(1 ⁇ )K 1 ⁇ .
  • K 1 and K 2 can be determined experimentally.
  • Figure 12 shows an image of the measurement of K1 and K2 .
  • H2 + 1 /2O2 H2O
  • the difference between the first oxygen concentration and the second oxygen concentration ([O 2 ]' 1 - [O 2 ]' 2 ) can be calculated by the following method using the first oxygen concentration ([O 2 ]' 1 ) and the oxygen concentration ratio ([O 2 ]' 2 /[O 2 ]' 1 ).
  • the sensing element 10A detects the concentration of a target gas, such as hydrogen gas, contained in a mixed gas G in a measurement environment.
  • the sensing element 10A includes a first element 110a and a second element 110b.
  • the first element 110a includes a base 11, a reference electrode 12, a first solid electrolyte body 13a, a first sensing electrode 21 for detecting an oxygen concentration (e.g., a first oxygen concentration), and a first diffusion porous body 22.
  • the second element 110b includes a second sensing electrode 31a, a second solid electrolyte body 13b, a third sensing electrode 31b disposed opposite the second sensing electrode 31a with the second solid electrolyte body 13b interposed therebetween, a second diffusion porous body 32a, a third diffusion porous body 32b, and a catalyst layer 33 provided to cover the third diffusion porous body 32b.
  • the sensing element 10A also has a gas concentration calculation unit 41.
  • the gas concentration calculation unit 41 measures the oxygen concentration ratio from the potential difference between the second sensing electrode 31a and the third sensing electrode 31b, and calculates the concentration of the gas being measured using the oxygen concentration and the oxygen concentration ratio.
  • the gas concentration calculation unit 41 calculates the concentration of the target gas from the first oxygen concentration ([O 2 ]' 1 ), the oxygen concentration ratio ([O 2 ]' 2 /[O 2 ]' 1 ), the difference between the diffusion coefficient of oxygen gas (D O2 ) and the diffusion coefficient of the target gas (e.g., D H2 ), and the reaction rate of the target gas on the catalyst (e.g., ⁇ ).
  • the concentration of hydrogen gas contained in the mixed gas G can be detected based on the first oxygen concentration obtained by the first sensing electrode 21 and the oxygen concentration ratio obtained by the second sensing electrode 31a and the third sensing electrode 31b.
  • the sensing element 10A having the above configuration can detect a wider range of gas concentrations compared to methods of detecting hydrogen gas using various sensors such as catalytic combustion, thermal conduction, and semiconductor sensors. Furthermore, the sensing element 10A can be used in a wider range of temperature environments or in condensation environments.
  • gas sensor 1 equipped with sensing element 10A can measure the concentration of target gases such as hydrogen gas under a wider range of environmental conditions. For example, when measuring the concentration of hydrogen gas using gas sensor 1, the concentration of hydrogen gas can be detected regardless of the gas composition as long as the environment contains oxygen, water, or carbon dioxide.
  • the gas sensor 1 can be used to detect hydrogen in, for example, hydrogen production processes, methanation processes, hydrogen engines, and hydrogen burners.
  • a gas sensor 1 including a sensing element 10B which is an example of a gas concentration sensing element 10
  • a configuration was described in which a catalyst layer that promotes a reaction is provided on the third diffusion porous body so as to cover the entire surface exposed to the measurement environment.
  • the rate-controlling layer itself may have a catalytic function that promotes a reaction. Therefore, in this embodiment, a sensing element 10B having such a configuration will be described.
  • FIG 3 shows the configuration of sensing element 10B.
  • Sensing element 10B has two separate elements (i.e., a first element 110a shown on the left side of Figure 3 and a second element 110b shown on the right side) and a gas concentration calculation unit 41 (see Figure 1).
  • the first element 110a and the gas concentration calculation unit 41 have the same configuration as in the first embodiment.
  • the second element 110b has a second solid electrolyte body 13b, a second sensing electrode 31a, a third sensing electrode 31b, a second diffusion porous body 32a, and a third diffusion porous body 132b.
  • the third diffusion porous body 132b is provided between the third sensing electrode 31b and the environment to be measured and has a catalytic function to promote the reaction.
  • the third diffusion porous body 132b is obtained by adding a catalyst, such as a platinum (Pt) catalyst or a palladium (Pd) catalyst, to a porous body made of alumina (Al 2 O 3 ).
  • a catalyst such as a platinum (Pt) catalyst or a palladium (Pd) catalyst
  • a catalyst such as a platinum (Pt) catalyst or a palladium (Pd) catalyst
  • the sensing element 10B does not have a catalyst layer.
  • the configuration other than the third diffusion porous body 132b can be the same as that in the first embodiment.
  • the oxygen concentration ratio ([O 2 ]' 2 /[O 2 ]' 1 ) calculated using the potential difference between the second sensing electrode 31a and the third sensing electrode 31b is detected.
  • the concentration of hydrogen gas contained in the mixed gas G can be detected based on the first oxygen concentration obtained by the first sensing electrode 21 and the oxygen concentration ratio obtained by the second sensing electrode 31a and the third sensing electrode 31b.
  • the hydrogen gas concentration ([ H2 ]) is calculated using the above formula 1.
  • a gas sensor 1 will be described that includes a detection element 10C that is an example of the gas concentration detection element 10.
  • a configuration in which the first element 110a further includes a catalyst layer will be described as an example.
  • Figure 4 shows the configuration of the sensing element 10C.
  • the sensing element 10C has two separate elements (i.e., a first element 110a shown on the left side of Figure 4 and a second element 110b shown on the right side) and a gas concentration calculation unit 41 (see Figure 1).
  • the second element 110b and the gas concentration calculation unit 41 have the same configuration as in the first embodiment.
  • the first element 110a has a substrate 11, a reference electrode 12, a first solid electrolyte body 13a, a first sensing electrode 21, a first diffusion porous body 22, and a catalyst layer 123.
  • the catalyst layer 123 is provided on the first diffusion porous body 22 so as to cover the entire surface exposed to the environment to be measured.
  • the catalyst layer 123 is made of the same material as the catalyst layer 33, and decomposes hydrogen contained in the environment to produce hydrogen ions and other substances, and promotes the reaction of the generated hydrogen ions and electrons with oxygen in the air to produce water.
  • a first diffusion porous body 22 covered with a catalyst layer 123 is provided between the first sensing electrode 21 and the environment to be measured.
  • the first sensing electrode 21 detects the oxygen partial pressure ([O 2 ]′ 2 ) by reducing the influence of the diffusion rates of oxygen (O 2 ) and hydrogen (H 2 ).
  • the oxygen concentration ratio ([O 2 ]' 2 /[O 2 ]' 1 ) calculated using the potential difference between the second sensing electrode 31a and the third sensing electrode 31b is detected.
  • the oxygen concentration detected by the first element 110a corresponds to the second oxygen concentration ([O 2 ]' 2 ) (i.e., the oxygen concentration affected by the catalyst layer) in the above formula 1.
  • the difference between the first oxygen concentration and the second oxygen concentration ([O 2 ]' 1 - [O 2 ]' 2 ) in the above formula 1 can be calculated by the following method using the second oxygen concentration ([O 2 ]' 2 ) and the oxygen concentration ratio ([O 2 ]' 2 /[O 2 ]' 1 ).
  • the concentration of hydrogen gas contained in the mixed gas G can be detected based on the second oxygen concentration obtained by the first sensing electrode 21 and the oxygen concentration ratio obtained by the second sensing electrode 31a and the third sensing electrode 31b.
  • the hydrogen gas concentration ([ H2 ]) is calculated using the above formula 1.
  • Figures 5 and 6 show the configuration of a sensing element according to the modifications.
  • the detector element 10D shown in FIG. 5 has an element with one solid electrolyte body 13 and a gas concentration calculation unit 41 (see FIG. 1). As shown in FIG. 5, for example, a first detector electrode 21 and a reference electrode 12 are arranged on the left side of the solid electrolyte body 13, with the solid electrolyte body 13 sandwiched between them, and a second detector electrode 31a and a third detector electrode 31b are arranged on the right side of the solid electrolyte body 13, with the solid electrolyte body 13 sandwiched between them.
  • the detector element 10D has a configuration in which the first solid electrolyte body 13a and the second solid electrolyte body 13b of the detector element 10A of the first embodiment are integrated. Other configurations can be applied that are similar to those of the first embodiment.
  • the sensing element 10E shown in Figure 6 has two separate elements (i.e., a first element 110a shown on the left side of Figure 6 and a second element 110b shown on the right side) and a gas concentration calculation unit 41 (see Figure 1).
  • the second element 110b and the gas concentration calculation unit 41 have the same configuration as in the second embodiment.
  • the first element 110a has a base 11, a reference electrode 12, a first solid electrolyte body 13a, a first sensing electrode 21, and a first diffusion porous body 122.
  • the first diffusion porous body 122 is provided between the first sensing electrode 21 and the environment to be measured, and has a catalytic function that promotes the reaction.
  • the first diffusion porous body 122 has a configuration similar to that of the third diffusion porous body 132b.
  • the first sensing electrode 21 detects the oxygen partial pressure ([O 2 ]' 2 ) by reducing the influence of the diffusion rates of oxygen (O 2 ) and hydrogen (H 2 ). Therefore, the concentration of hydrogen gas contained in the mixed gas G can be detected in a manner similar to that of the third embodiment.
  • a first diffusion porous body 22 and a catalyst layer 123 may be provided instead of the first diffusion porous body 122.
  • a third diffusion porous body 32b and a catalyst layer 33 may be provided instead of the third diffusion porous body 132b.
  • the first solid electrolyte body 13a and the second solid electrolyte body 13b may have an integrated configuration similar to the configuration shown in FIG. 5.
  • FIG 7 shows the configuration of a gas concentration detection element 200A according to this embodiment.
  • the detection element 200A has two separate elements (i.e., a first element 210a shown on the left side of Figure 7 and a second element 110b shown on the right side) and a gas concentration calculation unit 41 (see Figure 1).
  • the first element 210a is a limiting current type oxygen concentration detection element.
  • the second element 110b has a configuration similar to that of the second element 110b of the detection element 10A shown in Figure 2.
  • Figure 8 shows the schematic configuration of detector element 210, an example of a limiting current type oxygen concentration detector.
  • Figure 9 shows the schematic configuration of a horizontal cross section of insulating layer 220 of detector element 210.
  • Detector element 210 is formed of a plate-shaped substrate 211.
  • a measurement chamber 215 and the like are provided at one end of substrate 211.
  • a connection terminal 252 is provided at the other end of substrate 211.
  • Multiple connection terminals 252 are provided corresponding to each electrode.
  • the connection terminals 252 are connected to gas concentration calculation unit 41 in sensor control unit 9 via wiring 8.
  • the measurement chamber 215 is formed by forming an opening in a portion of the insulating layer 220.
  • the side of the measurement chamber 215 is surrounded by an insulating portion (e.g., insulating portion 223) and a diffusion porous body (e.g., first diffusion porous body 222).
  • the cross-sectional view of the first element 210a shown in Figure 7 corresponds to the cross-sectional configuration of the A-A line portion in Figure 9.
  • the first element 210a has a first base 211a, a reference electrode 212a, a first solid electrolyte body 213a, a first sensing electrode 221, an insulating layer 220, a fourth solid electrolyte body 214a, a first ventilation layer 216a, and a first pair of electrodes 217a.
  • the insulating layer 220 includes an insulating portion 223 and a first diffusion porous body 222.
  • Above the first sensing electrode 221 is a hollow first measurement chamber 215a into which mixed gas G (containing the gas to be measured and oxygen gas) that has passed through the first diffusion porous body 222 flows.
  • the sides of the first measurement chamber 215a are surrounded by an insulating layer 220 consisting of the insulating portion 223 and the first diffusion porous body 222.
  • the fourth solid electrolyte body 214a is disposed above the first measurement chamber 215a and functions as an oxygen pump cell.
  • the first pair of electrodes 217a are disposed on the upper and lower surfaces of the fourth solid electrolyte body 214a.
  • the direction and magnitude of the current flowing between the first pair of electrodes 217a arranged with the fourth solid electrolyte body 214a in between is adjusted so that the voltage (electromotive force) generated between the electrodes arranged with the first solid electrolyte body 213a in between (i.e., between the reference electrode 212a and the first sensing electrode 221) is a predetermined value (e.g., 450 mV).
  • a predetermined value e.g., 450 mV
  • the first element 210a detects a first oxygen concentration ([O 2 ]' 1 ) that is not affected by the catalyst layer.
  • an oxygen concentration ratio is obtained based on the potential difference between a pair of electrodes (specifically, the second sensing electrode 31a and the third sensing electrode 31b) sandwiching the second solid electrolyte body 13b.
  • the ratio ([O2]'2/[O2]'1) of the oxygen partial pressure ([ O2 ]' 1 ) of the mixed gas G that has passed through the second diffusion porous body 32a that does not have a catalyst layer to the oxygen partial pressure ([ O2 ]' 2 ) of the mixed gas G that has passed through the third diffusion porous body 32b that has a catalyst layer 33 is obtained.
  • the second element 110b detects the oxygen concentration ratio ([O 2 ]' 2 /[O 2 ]' 1 ).
  • the gas concentration calculation unit 41 calculates the concentration of the target gas from the first oxygen concentration ([O 2 ]' 1 ) obtained from the first element 210a, the oxygen concentration ratio ([O 2 ]' 2 /[O 2 ]' 1 ) obtained from the second element 110b, the difference between the diffusion coefficient of oxygen gas (D O2 ) and the diffusion coefficient of the target gas (e.g., D H2 ), and the reaction rate (e.g., ⁇ ) of the target gas on the catalyst.
  • the calculation method here can be the same as that described in the first embodiment.
  • the gas to be measured is hydrogen gas
  • the hydrogen gas concentration ([H 2 ]) is calculated using Equation 1 above.
  • the first diffusion porous body 222 may be provided with a catalyst layer that covers the entire surface exposed to the environment to be measured. Furthermore, instead of the first diffusion porous body 222 and catalyst layer, a first diffusion porous body 122 (see Figure 6) having catalytic function may be provided.
  • the oxygen concentration detected by the first element 210a corresponds to the second oxygen concentration ([ O2 ]' 2 ) (i.e., the oxygen concentration affected by the catalyst layer) in the above formula 1.
  • the concentration of hydrogen gas contained in the mixed gas G can be detected based on the second oxygen concentration obtained by the first sensing electrode 21 and the oxygen concentration ratio obtained by the second sensing electrode 31a and the third sensing electrode 31b.
  • a gas sensor 1 including a detection element 310 that is an example of the gas concentration detection element 10 will be described.
  • FIG 10 shows the configuration of the sensing element 310.
  • the sensing element 310 has a base 311, a reference electrode 312, multiple solid electrolyte bodies (first solid electrolyte body 313a and second solid electrolyte body 313b), multiple sensing electrodes (first sensing electrode 321, second sensing electrode 331, third sensing electrode 341), two diffusion porous bodies (first diffusion porous body 322 and second diffusion porous body 332), a catalyst layer 333, and a gas concentration calculation unit 41 (see Figure 1).
  • the reference electrode 312 is disposed on the base 311.
  • the first solid electrolyte body 313a is disposed on the reference electrode 312.
  • a first sensing electrode 321 is disposed on the first solid electrolyte body 313a.
  • the first sensing electrode 321 is disposed opposite the reference electrode 312 with the first solid electrolyte body 313a in between.
  • the first sensing electrode 321 detects the oxygen concentration contained in the mixed gas G (containing the measurement target gas and oxygen gas) using the potential difference with the reference electrode 312.
  • the first diffusion porous body 322 is disposed between the first sensing electrode 321 and the environment to be measured.
  • the first sensing electrode 321 is a hollow measurement chamber 315 into which the mixed gas G that has passed through the first diffusion porous body 322 flows.
  • the sides of the measurement chamber 315 are surrounded by an insulating layer 320 consisting of an insulating portion (not shown) and the first diffusion porous body 322.
  • the second solid electrolyte body 313b is placed above the measurement chamber 315.
  • a second sensing electrode 331, which has the same potential as the first sensing electrode 321, is provided on the surface of the measurement chamber 315 facing the second solid electrolyte body 313b.
  • a first diffusion porous body 322 is provided between the second sensing electrode 331 and the environment to be measured.
  • the third sensing electrode 341 is provided on the opposite side of the second solid electrolyte body 313b from the measurement chamber 315.
  • the third sensing electrode 341 is positioned opposite the second sensing electrode 331, with the second solid electrolyte body 313b sandwiched between them.
  • the second diffusion porous body 332 is provided between the third sensing electrode 341 and the environment to be measured.
  • the second diffusion porous body 332 is provided with a catalyst layer 333 that is provided to cover the entire surface exposed to the environment to be measured.
  • the catalyst layer 333 decomposes hydrogen contained in the environment to produce hydrogen ions and promotes the reaction of the generated hydrogen ions and electrons with oxygen in the air to produce water.
  • the catalyst layer 333 is formed from, for example, a platinum (Pt) catalyst or a palladium (Pd) catalyst.
  • the first sensing electrode 321 detects the first oxygen concentration ([O 2 ]′ 1 ) that is not affected by the catalyst layer 333 .
  • an oxygen concentration ratio based on the potential difference between the pair of electrodes (i.e., the second sensing electrode 331 and the third sensing electrode 341) sandwiching the second solid electrolyte body 313b is obtained.
  • the ratio ([ O2]'2 /[O2]' 1 ) of the oxygen partial pressure ([O2]'1) of the mixed gas G that has passed through the first diffusion porous body 322 that does not have a catalyst layer to the oxygen partial pressure ([ O2 ]' 2 ) of the mixed gas G that has passed through the second diffusion porous body 332 that has a catalyst layer 333 is obtained.
  • the gas concentration calculation unit 41 calculates the concentration of the target gas from the first oxygen concentration, the oxygen concentration ratio, the difference between the diffusion coefficient of oxygen gas and the diffusion coefficient of the target gas, and the reaction rate of the target gas on the catalyst.
  • the calculation method here can be the same as that described in the first embodiment.
  • the gas to be measured is hydrogen gas
  • the hydrogen gas concentration ([H 2 ]) is calculated using Equation 1 above.
  • the detection element 310 of this embodiment may be configured such that a second diffusion porous body with catalytic function (a diffusion porous body having the configuration of the third diffusion porous body 132b of the second embodiment) is provided instead of the second diffusion porous body 332 and catalyst layer 333.
  • a second diffusion porous body with catalytic function a diffusion porous body having the configuration of the third diffusion porous body 132b of the second embodiment
  • a gas sensor 1 including a sensing element 410 that is an example of the gas concentration sensing element 10 will be described.
  • FIG 11 shows the configuration of the sensing element 410.
  • the sensing element 410 has a base 411, a reference electrode 412, multiple solid electrolyte bodies (first solid electrolyte body 413a and second solid electrolyte body 413b), multiple sensing electrodes (first sensing electrode 421, second sensing electrode 431, third sensing electrode 441), two diffusion porous bodies (first diffusion porous body 422 and second diffusion porous body 432), a catalyst layer 433, and a gas concentration calculation unit 41 (see Figure 1).
  • the reference electrode 412 is disposed on the base 411.
  • the first solid electrolyte body 413a is disposed on the reference electrode 412.
  • a first sensing electrode 421 is disposed on the first solid electrolyte body 413a.
  • the first sensing electrode 421 is disposed opposite the reference electrode 412 with the first solid electrolyte body 413a in between.
  • the first sensing electrode 421 detects the oxygen concentration contained in the mixed gas G (containing the measurement target gas and oxygen gas) using the potential difference with the reference electrode 412.
  • the first diffusion porous body 422 is disposed between the first sensing electrode 421 and the environment to be measured.
  • the first sensing electrode 421 is a hollow measurement chamber 415 into which the mixed gas G that has passed through the first diffusion porous body 422 flows.
  • the sides of the measurement chamber 415 are surrounded by an insulating layer 420 consisting of an insulating portion (not shown) and the first diffusion porous body 422.
  • the first diffusion porous body 422 is provided with a catalyst layer 433 that covers the entire surface exposed to the measurement environment.
  • catalyst layer 433 is formed of, for example, a platinum (Pt) catalyst or a palladium (Pd) catalyst, and promotes the reaction.
  • mixed gas G containing the measurement target gas and oxygen gas
  • catalyst layer 433 passes through catalyst layer 433, then passes through first diffusion porous body 422 and flows into the measurement chamber 415.
  • the second solid electrolyte body 413b is placed above the measurement chamber 415.
  • a second sensing electrode 431, which has the same potential as the first sensing electrode 421, is provided on the surface of the measurement chamber 415 facing the second solid electrolyte body 413b.
  • a catalyst layer 433 and a first diffusion porous body 422 are provided between the second sensing electrode 431 and the environment to be measured.
  • the third sensing electrode 441 is provided on the opposite side of the second solid electrolyte body 413b from the measurement chamber 415.
  • the third sensing electrode 441 is positioned opposite the second sensing electrode 431, with the second solid electrolyte body 413b sandwiched between them.
  • the second diffusion porous body 432 is disposed between the third sensing electrode 441 and the environment to be measured.
  • the first sensing electrode 421 detects the second oxygen concentration ([O 2 ]′ 2 ) influenced by the catalyst layer 433 .
  • an oxygen concentration ratio based on the potential difference between the pair of electrodes (i.e., the second sensing electrode 431 and the third sensing electrode 441) sandwiching the second solid electrolyte body 413b is obtained.
  • the ratio ([O2]'2/[ O2 ]' 1) of the oxygen partial pressure ([O2]'2 ) of the mixed gas G that has passed through the first diffusion porous body 422 having the catalyst layer 433 to the oxygen partial pressure ([ O2 ]' 1 ) of the mixed gas G that has passed through the second diffusion porous body 432 that does not have a catalyst layer is obtained.
  • the gas concentration calculation unit 41 calculates the concentration of the target gas from the second oxygen concentration, the oxygen concentration ratio, the difference between the diffusion coefficient of oxygen gas and the diffusion coefficient of the target gas, and the reaction rate of the target gas on the catalyst.
  • the calculation method here can be the same as that described in the third embodiment.
  • the gas to be measured is hydrogen gas
  • the hydrogen gas concentration ([H 2 ]) is calculated by the above-mentioned formula 1.
  • the detection element 410 of this embodiment may be configured such that a first diffusion porous body having catalytic function (a diffusion porous body having the configuration of the third diffusion porous body 132b of the second embodiment) is provided instead of the first diffusion porous body 422 and the catalyst layer 433.
  • a first diffusion porous body having catalytic function a diffusion porous body having the configuration of the third diffusion porous body 132b of the second embodiment
  • Gas sensor 10, 200A, 310, 410 Gas concentration detection element 11, 211a, 311, 411: Base 12, 212a, 312, 412: Reference electrode 13, 213a, 214a, 313a, 313b, 413a, 413b: Solid electrolyte body 21, 221, 321, 421: First detection electrode 31a, 331, 431: Second detection electrode Sensing electrode 31b, 341, 441: third sensing electrode 22, 122, 222, 322, 422: first diffusion porous body 32a, 332, 432: second diffusion porous body 32b, 132b: third diffusion porous body 33, 123, 333, 433: catalyst layer 215a, 315, 415: measurement chamber 220, 320, 420: insulating layer 41: gas concentration calculation section

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Abstract

ガスセンサ１は、被測定環境に含まれる測定対象ガスの濃度を検知する。ガスセンサ１は、基体１１と、基準電極１２と、固体電解質体１３ａ・１３ｂと、酸素濃度を検知する第１の検知極２１と、第１の拡散多孔質体２２と、第２の検知極３１ａと、固体電解質体１３ｂを間に挟んで第２の検知極３１ａと対向する位置に配置されている第３の検知極３１ｂと、第２の拡散多孔質体３２ａと、反応を促進させる触媒機能を有している第３の拡散多孔質体３２ｂと、ガス濃度算出部４１を有している。

Description

ガスセンサ
　本発明は、酸素との拡散係数の差を利用してガス濃度を検知するガスセンサに関する。
　近年、石油などの化石燃料に代わるエネルギ源として水素ガスが注目されており、水素を活用した種々のシステムが提案されている。このような水素を活用したシステムには、水素検出用のガスセンサが備えられている。
　水素検出用のガスセンサとしては、例えば、接触燃焼式、熱伝導式、および半導体式の各種センサが挙げられる。例えば、特許文献１には、半導体式のガスセンサの一例として、プラチナ膜をゲート電極に使用するＳｉ－ＭＯＳＦＥＴ型の水素ガスセンサが開示されている。
特開２００９－３００２９７号公報
　接触燃焼式、熱伝導式、および半導体式のなどの各種センサを用いて水素ガスの検出を行う場合には、使用可能なガス温度およびガス濃度の範囲に制約があることが問題となる。また、これらの各種センサは、例えば、結露環境では使用できないなどといった使用環境にも制約がある。
　本発明では、より広範囲な環境において使用可能なガスセンサを提供することを目的とする。
［１］
　本発明の一局面にかかるガスセンサは、被測定環境に含まれる測定対象ガスの濃度を検知する。
　このガスセンサは、
　基体と、
　前記基体上に配置されている基準電極と、
　前記基準電極上に配置されている少なくとも一つの固体電解質体と、
　前記固体電解質体を間に挟んで前記基準電極と対向する位置に配置され、前記基準電極との間の電位差を検知する第１の検知極と、
　前記第１の検知極と前記被測定環境との間に設けられている第１の拡散多孔質体と、
　前記固体電解質体の一方の面に配置されている第２の検知極と、
　前記固体電解質体を間に挟んで前記第２の検知極と対向する位置に配置されている第３の検知極と、
　前記第２の検知極と前記被測定環境との間に設けられている第２の拡散多孔質体と、
　前記第３の検知極と前記被測定環境との間に設けられており、反応を促進させる触媒機能を有している第３の拡散多孔質体と、
　前記第１の検知極が検知する電位差から酸素濃度を演算し、前記第２の検知極と前記第３の検知極との間の電位差から酸素濃度比を演算し、前記酸素濃度および前記酸素濃度比を用いて前記測定対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出部と、
を備えている。
　ここで、前記第３の拡散多孔質体が触媒機能を有しているとは、以下の何れかのことを意味する。
（１）前記第３の拡散多孔質体は、拡散多孔質体と、この拡散多孔質体上に設けられており、反応を促進させる触媒層とを含む。
（２）前記第３の拡散多孔質体は、反応を促進させる触媒機能を有している。
［２］
　本発明の別の一局面にかかるガスセンサは、被測定環境に含まれる測定対象ガスの濃度を検知する。
　このガスセンサは、
　基体と、
　前記基体上に配置されている基準電極と、
　前記基準電極上に配置されている第１の固体電解質体と、
　前記第１の固体電解質体を間に挟んで前記基準電極と対向する位置に配置され、前記基準電極との間の電位差を検知する第１の検知極と、
　前記第１の検知極と前記被測定環境との間に設けられている第１の拡散多孔質体と、
　前記第１の検知極上に配置され、前記第１の拡散多孔質体を通過した前記測定対象ガスが流入する中空の測定室であって、前記測定室の側面は、絶縁部と前記第１の拡散多孔質体からなる絶縁層で囲われている、前記測定室と、
　前記測定室上に配置されている第２の固体電解質体と、
　前記第２の固体電解質体の前記測定室側に配置されている第２の検知極と、
　前記第２の固体電解質体を間に挟んで前記第２の検知極と対向する位置に配置されている第３の検知極と、
　前記第３の検知極と前記被測定環境との間に設けられており、反応を促進させる触媒機能を有している第２の拡散多孔質体と、
　前記第１の検知極が検知する電位差から酸素濃度を演算し、前記第２の検知極と前記第３の検知極との間の電位差から酸素濃度比を演算し、前記酸素濃度と、前記酸素濃度比を用いて前記測定対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出部と、
を備えている。
　ここで、前記第２の拡散多孔質体が触媒機能を有しているとは、以下の何れかのことを意味する。
（１）前記第２の拡散多孔質体は、拡散多孔質体と、この拡散多孔質体上に設けられており、反応を促進させる触媒層とを含む。
（２）前記第２の拡散多孔質体は、反応を促進させる触媒機能を有している。
［３］
　本発明の別の一局面にかかるガスセンサは、被測定環境に含まれる測定対象ガスの濃度を検知する。
　このガスセンサは、
　基体と、
　前記基体上に配置されている基準電極と、
　前記基準電極上に配置されている第１の固体電解質体と、
　前記第１の固体電解質体を間に挟んで前記基準電極と対向する位置に配置され、前記基準電極との間の電位差を検知する第１の検知極と、
　前記第１の検知極と前記被測定環境との間に設けられており、反応を促進させる触媒機能を有している第１の拡散多孔質体と、
　前記第１の検知極上に配置され、前記第１の拡散多孔質体を通過した前記測定対象ガスが流入する中空の測定室であって、前記測定室の側面は、絶縁部と前記第１の拡散多孔質体からなる絶縁層で囲われている、前記測定室と、
　前記測定室上に配置されている第２の固体電解質体と、
　前記第２の固体電解質体の前記測定室側に配置されている第２の検知極と、
　前記第２の固体電解質体を間に挟んで前記第２の検知極と対向する位置に配置されている第３の検知極と、
　前記第３の検知極と前記被測定環境との間に設けられている第２の拡散多孔質体と、
　前記第１の検知極が検知する電位差から酸素濃度を演算し、前記第２の検知極と前記第３の検知極との間の電位差から酸素濃度比を演算し、前記酸素濃度および前記酸素濃度比を用いて前記測定対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出部と、
を備えている。
　前記第２の検知極と前記被測定環境との間には、前記第１の拡散多孔質体が設けられている。
　ここで、前記第１の拡散多孔質体が触媒機能を有しているとは、以下の何れかのことを意味する。
（１）前記第１の拡散多孔質体は、拡散多孔質体と、この拡散多孔質体上に設けられており、反応を促進させる触媒層とを含む。
（２）前記第１の拡散多孔質体は、反応を促進させる触媒機能を有している。
［４］
　上記の本発明の何れかの局面にかかるガスセンサにおいて、前記第１の拡散多孔質体は、反応を促進させる触媒機能を有していてもよい。
［５］
　上記の本発明の何れかの局面にかかるガスセンサにおいて、前記ガス濃度算出部は、前記酸素濃度、前記酸素濃度比、および前記測定対象ガスとの拡散係数の違いから、前記測定対象ガスの濃度を算出してもよい。
［６］
　上記の本発明の何れかの局面にかかるガスセンサにおいて、前記測定対象ガスは、水素ガス、アンモニアガス、およびプロパンガスのうちの何れかであってもよい。
　本発明によれば、より広範囲な環境において使用可能なガスセンサを提供することができる。
一実施形態にかかるガスセンサの内部構成を示す断面模式図である。 第１の実施形態にかかるガスセンサに備えられているガス濃度検知素子の構成を示す断面模式図である。 第２の実施形態にかかるガスセンサに備えられているガス濃度検知素子の構成を示す断面模式図である。 第３の実施形態にかかるガスセンサに備えられているガス濃度検知素子の構成を示す断面模式図である。 一変形例にかかるガスセンサに備えられているガス濃度検知素子の構成を示す断面模式図である。 一変形例にかかるガスセンサに備えられているガス濃度検知素子の構成を示す断面模式図である。 第４の実施形態にかかるガスセンサに備えられているガス濃度検知素子の構成を示す断面模式図である。 限界電流式の酸素濃度検知素子の概略構成を示す斜視図である。 図８に示す酸素濃度検知素子の絶縁層部分の構成を示す断面模式図である。 第５の実施形態にかかるガスセンサに備えられているガス濃度検知素子の構成を示す断面模式図である。 第６の実施形態にかかるガスセンサに備えられているガス濃度検知素子の構成を示す断面模式図である。 水素濃度の算出式（式２）におけるＫ１およびＫ２を説明するためのイメージ図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
　本実施形態では、酸素との拡散係数の差を利用してガス濃度を検知するガスセンサについて説明する。ガスセンサは、酸素との拡散係数の差を利用してガス濃度を検知するガス濃度検知素子を有する。ガスセンサは、例えば、水素ガス、アンモニアガス、およびプロパンガスのうちの何れかを測定対象ガスとすることができる。以下では、測定対象ガスの一つである水素ガスの濃度を検出するガスセンサ１を例に挙げて説明する。
　先ず、ガスセンサ１の全体構成について説明する。図１には、一実施形態にかかるガスセンサ１の内部構成を示す。ガスセンサ１は、主な構成として、センサ部２、ハウジング３、センサカバー４、大気側カバー５、配線８、およびセンサ制御部９などを備えている。
　センサ部２は、例えば、細長い平板形状を有しており、筒状のハウジング３の内側に挿通保持されている。センサ部２は、ガス濃度検知素子１０、およびヒータ（図示せず）などを有している。ガス濃度検知素子１０は、被測定環境に含まれる測定対象ガスの濃度を検知する。本実施形態では、センサカバー４内に流入した混合ガスＧ内に含まれる水素ガスの濃度を検知する。
　ハウジング３は、例えば、金属などで形成されており、内部にセンサ部２などを保持している。センサ部２の長手方向の先端側（すなわち、図１中の下端側）は、ハウジング３から突出し、センサカバー４内に収容されている。
　センサカバー４は、ハウジング３の先端側に取り付けられている。センサカバー４は、センサ部２の先端部の周囲を取り囲むように配置されている。センサカバー４には、測定対象ガスなどを含む混合ガスＧの導出入孔となる貫通孔が設けられている。
　貫通孔を通過してセンサカバー４内に流入した混合ガスＧは、センサ部２の表面に到達し、その内部に取り込まれる。センサ部２の長手方向の基端側（すなわち、図１中の上端側）は、ハウジング３から突出し、大気側カバー５内に収容されている。筒状の大気側カバー５には、外周側面に開口し大気孔となる貫通孔が設けられ、内部に基準ガスである大気Ａを取り込むようになっている。なお、別の実施形態では、基準電極部分に溜め込まれた酸素によって、酸素センサ内に所定レベルの基準酸素を生成し、基準ガス濃度とするという構成（いわゆる自己生成型のガスセンサ）を採用してもよい。
　センサ部２の基端側は、配線８を介してセンサ制御部９に接続されている。センサ制御部９は、ガス濃度算出部４１を含む。後述するように、ガス濃度算出部４１は、ガス濃度検知素子１０の一構成要素であり、配線８を介して、ガス濃度検知素子１０内の各電極と接続されている。ガス濃度算出部４１は、ガス濃度検知素子１０に含まれる電極間の電位差を算出することができる。また、ガス濃度算出部４１は、電極間の電位差に基づいて得られる酸素濃度（例えば、基準電極１２と第１の検知極２１との電位差から得られる酸素濃度）、電極間の電位差に基づいて得られる酸素濃度比（例えば、第２の検知極３１ａと第３の検知極３１ｂとの電位差から得られる酸素濃度比）、および測定対象ガス（例えば、水素ガス）と酸素との拡散係数の違い、並びに触媒上での測定対象ガスの反応率に基づいて、測定対象ガスの濃度を算出することができる。
　ガスセンサ１は、燃料電池システムなどの任意の水素活用システムに適用することができる。ガスセンサ１は、水素ガスを含む混合ガスＧが流通するガス供給経路または排出経路等に設置され、酸素および複数の還元性ガスが共存する雰囲気中の水素ガスの濃度検出に利用することができる。ガスセンサ１は、例えば、結露環境などのような従来のガスセンサでは使用不可能な環境においても好適に使用することができる。
　以下では、それぞれ異なる構成を有するガス濃度検知素子１０を備える各実施形態について説明する。なお、以下の説明では、「ガス濃度検知素子」のことを単に「検知素子」とも称する。
　（第１の実施形態）
　第１の実施形態では、ガス濃度検知素子１０の一例である検知素子１０Ａを備えているガスセンサ１について説明する。本実施形態の検知素子１０Ａは、いわゆるジルコニア酸素センサの原理を用いて酸素濃度を検知する構成を有する。図２には、検知素子１０Ａの構成を示す。
　検知素子１０Ａは、互いに分離した２つの素子（すなわち、図２の左側に示す第１素子１１０ａと右側に示す第２素子１１０ｂ）と、ガス濃度算出部４１（図１参照）とを有している。
　先ず、第１素子１１０ａの構成について説明する。第１素子１１０ａは、基体１１と、基準電極１２と、第１の固体電解質体１３ａと、第１の検知極２１と、第１の拡散多孔質体２２とを有している。
　基体１１は、絶縁材料で形成されている。一例では、基体１１は、アルミナを主成分として含有している。
　基準電極１２は、基体１１上に配置されている。基準電極１２は、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｐｔ合金、Ｐｄ合金などの白金族元素で形成されている。基準電極１２は、基準ガスと接触するように構成されている。基準ガスは、例えば、大気である。すなわち、ガスセンサ１の大気側カバー５から取り込まれた大気Ａと接触するような構成となっている。
　第１の固体電解質体１３ａは、基準電極１２上に配置されている。第１の固体電解質体１３ａは、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ２）に安定化剤としてイットリア（Ｙ２Ｏ３）又はカルシア（ＣａＯ）を添加してなる部分安定化ジルコニア焼結体から構成されている。
　第１の検知極２１は、第１の固体電解質体１３ａを間に挟んで基準電極１２と対向する位置に配置されている。第１の検知極２１は、基準電極１２と同様に、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｐｔ合金、Ｐｄ合金などの白金族元素で形成されている。第１の検知極２１は、基準電極１２との間の電位差を用いて第１の酸素濃度を検知する。
　第１の拡散多孔質体２２は、第１の検知極２１と被測定環境との間に設けられている。具体的には、第１の拡散多孔質体２２は、第１の検知極２１を覆うように設けられている（図２参照）。そして、第１の拡散多孔質体２２は、混合ガスＧが流入するセンサカバー４内の空間に曝されている。したがって、ここではセンサカバー４の内部が被測定環境となる。
　第１の拡散多孔質体２２は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる多孔質体である。第１の検知極２１と被測定環境との間にこのような第１の拡散多孔質体２２が設けられていることで、被測定環境中の混合ガスＧが第１の検知極２１へ到達する際の速度が調整される。このことから、第１の拡散多孔質体２２は、律速層とも呼ばれる。なお、第１の検知極２１で検出される酸素分圧（［Ｏ２］’１）は、混合ガスＧが第１の拡散多孔質体２２を通過する際に水素の影響を受けて低下する。
　上記の構成により、第１素子１１０ａでは、第１の固体電解質体１３ａ、および第１の固体電解質体１３ａを間に挟んで配置されている一対の電極（具体的には、基準電極１２と第１の検知極２１）は、酸素濃淡電池を構成し、混合ガスＧ中の酸素濃度に応じた起電力を出力することができる。第１素子１１０ａで検出される酸素濃度を、触媒層の影響を受けない第１の酸素濃度（［Ｏ２］’１）とする。
　次に、第２素子１１０ｂの構成について説明する。第２素子１１０ｂは、第２の固体電解質体１３ｂと、第２の検知極３１ａと、第３の検知極３１ｂと、第２の拡散多孔質体３２ａと、第３の拡散多孔質体３２ｂと、触媒層３３とを有している。
　第２の固体電解質体１３ｂは、第１の固体電解質体１３ａと同様に、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ２）に安定化剤としてイットリア（Ｙ２Ｏ３）又はカルシア（ＣａＯ）を添加してなる部分安定化ジルコニア焼結体から構成されている。
　第２の検知極３１ａは、第２の固体電解質体１３ｂの一方の面に配置されている。第３の検知極３１ｂは、第２の固体電解質体１３ｂを間に挟んで第２の検知極３１ａと対向する位置に配置されている。第２の検知極３１ａおよび第３の検知極３１ｂは、第１の検知極２１などと同様に、例えば、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｐｔ合金、Ｐｄ合金などの白金族元素で形成されている。
　第２の拡散多孔質体３２ａは、第２の検知極３１ａと被測定環境との間に設けられている。具体的には、第２の拡散多孔質体３２ａは、第２の検知極３１ａを覆うように設けられている（図２参照）。
　第２の拡散多孔質体３２ａは、第１の拡散多孔質体２２と同様に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる多孔質体である。第２の検知極３１ａと被測定環境との間にこのような第２の拡散多孔質体３２ａが設けられていることで、被測定環境中の混合ガスＧが第２の検知極３１ａへ到達する際の速度が調整される。このことから、第２の拡散多孔質体３２ａは、律速層とも呼ばれる。
　第３の拡散多孔質体３２ｂは、第３の検知極３１ｂと被測定環境との間に設けられている。具体的には、第３の拡散多孔質体３２ｂは、第３の検知極３１ｂを覆うように設けられている（図２参照）。
　第３の拡散多孔質体３２ｂは、第２の拡散多孔質体３２ａと同様に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる多孔質体である。第３の検知極３１ｂと被測定環境との間にこのような第３の拡散多孔質体３２ｂが設けられていることで、被測定環境中の混合ガスＧが第３の検知極３１ｂへ到達する際の速度が調整される。このことから、第３の拡散多孔質体３２ｂは、律速層とも呼ばれる。
　なお、第３の拡散多孔質体３２ｂ上には、被測定環境への露出面全体を覆うように設けられ、反応を促進させる触媒層３３が設けられている。すなわち、触媒層３３は、被測定環境に含まれる水素を分解し、水素イオンなどを生み出すとともに、発生した水素イオンと電子を空気中の酸素と反応させて水にするという反応を促進させる。触媒層３３は、例えば、白金（Ｐｔ）触媒、パラジウム（Ｐｄ）触媒などで形成されている。
　第２の検知極３１ａと被測定環境との間には、第２の拡散多孔質体３２ａが設けられている。これにより、被測定環境中の混合ガスＧが第２の検知極３１ａへ到達する際の速度が調整される。ここで、混合ガスＧ中に含まれる水素（Ｈ２）は、酸素（Ｏ２）およびその他の可燃ガスに比べて拡散係数が顕著に大きい。その結果、混合ガスＧが第２の拡散多孔質体３２ａを経て第２の検知極３１ａで検出される酸素分圧（［Ｏ２］’１）は、水素の影響を受けて低下する。
　一方、第３の検知極３１ｂには、被測定環境との間に触媒層３３に覆われた第３の拡散多孔質体３２ｂが設けられている。これにより、被測定環境中の混合ガスＧが第３の検知極３１ｂへ到達する際には、先ず触媒層３３を経ることになる。触媒層３３では、混合ガスＧ中に含まれる酸素（Ｏ２）と水素（Ｈ２）とが反応して一部（素子個体に固有の反応率α）が平衡化されるため、第３の検知極３１ｂでは、酸素（Ｏ２）および水素（Ｈ２）の拡散速度の影響を軽減して酸素分圧（［Ｏ２］’２）が検知される。
　上記の構成により、第２素子１１０ｂでは、第２の固体電解質体１３ｂを間に挟んで配置されている一対の電極（具体的には、第２の検知極３１ａと第３の検知極３１ｂ）間の電位差に基づく酸素濃度比が得られる。具体的には、触媒層を有していない第２の拡散多孔質体３２ａを通過した混合ガスＧの酸素分圧（［Ｏ２］’１）と、触媒層３３を有する第３の拡散多孔質体３２ｂを通過した混合ガスＧの酸素分圧（［Ｏ２］’２）との比（［Ｏ２］’２／［Ｏ２］’１）が得られる。
　なお、第２素子１１０ｂにおける電極間の電位差に基づく酸素濃度比の算出方法としては、電極間の電圧を測定することによって行うことができる。また、別の方法としては、電極間を負荷抵抗で接続したときに流れる電流を測定することによって行うこともできる。
　ガス濃度算出部４１は、第１素子１１０ａで検出される第１の酸素濃度と、第２素子１１０ｂで検出される酸素濃度比を用いて測定対象ガスの濃度を算出する。
　第１素子１１０ａで検出される第１の酸素濃度は、第１の検知極２１と基準電極１２との間の電位差を用いて算出される酸素濃度である。本実施形態では、第１の酸素濃度は、第１の検知極２１で検出される酸素分圧（［Ｏ２］’１）を意味する。
　第２素子１１０ｂで検出される酸素濃度比は、第２の検知極３１ａと第３の検知極３１ｂとの間の電位差を用いて算出される酸素濃度比（［Ｏ２］’２／［Ｏ２］’１）である。
　より具体的には、ガス濃度算出部４１は、第１の酸素濃度、酸素濃度比、酸素ガスの拡散係数と測定対象ガスとの拡散係数との違い、並びに触媒上での測定対象ガスの反応率から、測定対象ガスの濃度を算出するものである。
　ここで、測定対象ガスが水素ガスである場合の水素ガス濃度（［Ｈ２］）は、以下の式１で算出される。
　上記の式１において、各符号は、それぞれ以下のものを意味する。
［Ｏ２］’１：第１の酸素濃度（触媒層の影響を受けていない場合の酸素濃度）
［Ｏ２］’２：第２の酸素濃度（触媒層の影響を受けている場合の酸素濃度）
ＤＨ２：水素ガスの拡散係数
ＤＯ２：酸素ガスの拡散係数
α：Ｈ２のＯ２に対する反応率
　なお、水素ガス濃度（［Ｈ２］）は、上記の式１に基づいて得られる下記の式２から算出してもよい。
　上記の式２において、Ｋ１＝ＤＨ２／ＤＯ２であり、Ｋ２＝｛α＋（１－α）Ｋ１｝である。Ｋ１およびＫ２は、実験から求めることができる。
　図１２には、Ｋ１およびＫ２測定のイメージ図を示す。図１２において、Ｈ２＋１／２Ｏ２＝Ｈ２Ｏより、濃度ＸのＨ２が燃焼すると、濃度Ｘ／２のＯ２が消費されることとなる。また、表１には、Ｋ１およびＫ２の実測結果と、αの算出値の一例を示す。なお、αは、Ｋ１およびＫ２の測定値から、以下の式によって算出することができる。
　　α＝（Ｋ２－Ｋ１）／（１－Ｋ１）
　酸素を含む空間における酸素濃度［Ｏ２］のセンサ出力［Ｏ２］Ｓ１と、その空間に濃度Ｘの水素を混入させた場合のセンサ出力［Ｏ２］Ｓ２を測定する。また、［Ｏ２］Ｓ１－［Ｏ２］Ｓ２＝ΔＯ２とする。
　ここで、Ｋ１は、触媒なしのセンサの場合のセンサ出力を測定し、Ｘ／２に対するΔＯ２の比（すなわち、Ｋ１＝ΔＯ２／（Ｘ／２））で決定することができる。また。Ｋ２は、触媒ありのセンサの場合のセンサ出力を測定し、Ｘ／２に対するΔＯ２の比（すなわち、Ｋ２＝ΔＯ２／（Ｘ／２））で決定することができる。
　また、上記の式１において、第１の酸素濃度と第２の酸素濃度との差（［Ｏ２］’１－［Ｏ２］’２）は、第１の酸素濃度（［Ｏ２］’１）および酸素濃度比（［Ｏ２］’２／［Ｏ２］’１）を用いて、以下の方法で算出することができる。
　第１素子１１０ａ（図２に示す左側の素子）より、第１の酸素濃度［Ｏ２］’１＝Ａが得られる。また、第２素子１１０ｂ（図２に示す右側の素子）より、酸素濃度比（［Ｏ２］’２／［Ｏ２］’１）＝Ｂが得られる。ここで、Ａ×Ｂ＝［Ｏ２］’１×（［Ｏ２］’２／［Ｏ２］’１）＝［Ｏ２］’２によって、第２の酸素濃度［Ｏ２］’２が得られる。
　以上より、第１の酸素濃度と第２の酸素濃度との差である（［Ｏ２］’１－［Ｏ２］’２）が得られる。
　なお、大気中の水素ガスおよび酸素ガスの拡散係数（ｍ２／ｓ）は、以下の通りである。
水素ガス：ＤＨ２＝６．６５×１０－５
酸素ガス：ＤＯ２＝１．８０×１０－５
　他の測定対象ガスの大気中の拡散係数（ｍ２／ｓ）は、以下の通りである。
アンモニアガス：ＤＮＨ３＝０．８４４×１０－５
プロパンガス：ＤＣ３Ｈ８＝０．９８７×１０－５
　以上のように、本実施形態にかかる検知素子１０Ａは、被測定環境中の混合ガスＧに含まれる水素ガスなどの測定対象ガスの濃度を検知するものである。検知素子１０Ａは、第１素子１１０ａと、第２素子１１０ｂとを含む。第１素子１１０ａは、基体１１と、基準電極１２と、第１の固体電解質体１３ａと、酸素濃度（例えば、第１の酸素濃度）を検知する第１の検知極２１と、第１の拡散多孔質体２２とを有する。第２素子１１０ｂは、第２の検知極３１ａと、第２の固体電解質体１３ｂと、第２の固体電解質体１３ｂを間に挟んで第２の検知極３１ａと対向する位置に配置されている第３の検知極３１ｂと、第２の拡散多孔質体３２ａと、第３の拡散多孔質体３２ｂと、第３の拡散多孔質体３２ｂを覆うように設けられている触媒層３３とを有している。
　また、検知素子１０Ａは、ガス濃度算出部４１を有している。ガス濃度算出部４１は、第２の検知極３１ａと第３の検知極３１ｂとの間の電位差から酸素濃度比を測定し、酸素濃度と酸素濃度比を用いて測定対象ガスの濃度を算出する。
　具体的には、ガス濃度算出部４１は、第１の酸素濃度（［Ｏ２］’１）、酸素濃度比（［Ｏ２］’２／［Ｏ２］’１）、酸素ガスの拡散係数（ＤＯ２）と測定対象ガスとの拡散係数（例えば、ＤＨ２）との違い、並びに触媒上での測定対象ガスの反応率（例えば、α）から、測定対象ガスの濃度を算出する。
　上記の構成によれば、第１の検知極２１によって得られる第１の酸素濃度、並びに、第２の検知極３１ａおよび第３の検知極３１ｂによって得られる酸素濃度比に基づいて、混合ガスＧ内に含まれる水素ガスの濃度を検知することができる。上記の構成を有する検知素子１０Ａは、接触燃焼式、熱伝導式、および半導体式のなどの各種センサを用いて水素ガスを検出する方法と比較して、より広範囲のガス濃度の検知が可能である。また、検知素子１０Ａは、より広範囲な温度環境下、あるいは、結露環境下でも使用することができる。
　したがって、検知素子１０Ａを備えるガスセンサ１によれば、より広範囲な環境条件下において、水素ガスなどの測定対象ガスの濃度を測定することができる。例えば、ガスセンサ１を用いて水素ガスの濃度を測定する場合には、酸素、水、および二酸化炭素の何れかが存在する環境下であれば、どのようなガス組成であっても水素ガスの濃度を検知することができる。
　そのため、より汎用性の高いガスセンサ１を提供することができる。ガスセンサ１は、例えば、水素製造工程、メタネーション工程、水素エンジン、および水素バーナーなどにおける水素の検知に使用することができる。
　（第２の実施形態）
　第２の実施形態では、ガス濃度検知素子１０の一例である検知素子１０Ｂを備えているガスセンサ１について説明する。第１の実施形態では、反応を促進させる触媒層が、第３の拡散多孔質体上に被測定環境への露出面全体を覆うように設けられている構成について説明した。しかし、別の実施形態では、律速層自体が反応を促進させる触媒機能を有していてもよい。そこで、本実施形態では、このような構成を有する検知素子１０Ｂについて説明する。
　図３には、検知素子１０Ｂの構成を示す。検知素子１０Ｂは、互いに分離した２つの素子（すなわち、図３の左側に示す第１素子１１０ａと右側に示す第２素子１１０ｂ）と、ガス濃度算出部４１（図１参照）とを有している。第１素子１１０ａおよびガス濃度算出部４１は、第１の実施形態と同様の構成を有している。
　第２素子１１０ｂは、第２の固体電解質体１３ｂと、第２の検知極３１ａと、第３の検知極３１ｂと、第２の拡散多孔質体３２ａと、第３の拡散多孔質体１３２ｂとを有している。
　第３の拡散多孔質体１３２ｂは、第３の検知極３１ｂと被測定環境との間に設けられ、反応を促進させる触媒機能を有している。第３の拡散多孔質体１３２ｂは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる多孔質体に、例えば、白金（Ｐｔ）触媒、パラジウム（Ｐｄ）触媒などの触媒を添加することによって得られる。このような第３の拡散多孔質体１３２ｂを有していることで、被測定環境中の混合ガスＧが第３の拡散多孔質体１３２ｂを経て第３の検知極３１ｂへ到達する際には、混合ガスＧ中に含まれる酸素（Ｏ２）と水素（Ｈ２）とが反応して平衡化されるため、第３の検知極３１ｂでは、酸素（Ｏ２）および水素（Ｈ２）の拡散速度の影響を軽減して酸素分圧（［Ｏ２］’２）を測定することができる。そのため、検知素子１０Ｂは、触媒層を有していない。
　第２素子１１０ｂにおいて、第３の拡散多孔質体１３２ｂ以外の構成については、第１の実施形態と同様の構成が適用できる。第１の実施形態と同様に、第２素子１１０ｂでは、第２の検知極３１ａと第３の検知極３１ｂとの間の電位差を用いて算出される酸素濃度比（［Ｏ２］’２／［Ｏ２］’１）が検出される。
　上記の構成によれば、第１の検知極２１によって得られる第１の酸素濃度、並びに、第２の検知極３１ａおよび第３の検知極３１ｂによって得られる酸素濃度比に基づいて、混合ガスＧ内に含まれる水素ガスの濃度を検知することができる。例えば、測定対象ガスが水素ガスである場合には、水素ガス濃度（［Ｈ２］）は、上記式１を用いて算出される。
　（第３の実施形態）
　第３の実施形態では、ガス濃度検知素子１０の一例である検知素子１０Ｃを備えているガスセンサ１について説明する。本実施形態では、第１素子１１０ａが触媒層をさらに有している構成を例に挙げて説明する。
　図４には、検知素子１０Ｃの構成を示す。検知素子１０Ｃは、互いに分離した２つの素子（すなわち、図４の左側に示す第１素子１１０ａと右側に示す第２素子１１０ｂ）と、ガス濃度算出部４１（図１参照）とを有している。第２素子１１０ｂおよびガス濃度算出部４１は、第１の実施形態と同様の構成を有している。
　第１素子１１０ａは、基体１１と、基準電極１２と、第１の固体電解質体１３ａと、第１の検知極２１と、第１の拡散多孔質体２２と、触媒層１２３とを有している。触媒層１２３は、第１の拡散多孔質体２２上に被測定環境への露出面全体を覆うように設けられている。触媒層１２３は、触媒層３３と同様の材料で形成されており、被測定環境に含まれる水素を分解し、水素イオンなどを生み出すとともに、発生した水素イオンと電子を空気中の酸素と反応させて水にするという反応を促進させる。
　本実施形態では、第１の検知極２１には、被測定環境との間に触媒層１２３に覆われた第１の拡散多孔質体２２が設けられている。これにより、被測定環境中の混合ガスＧが第１の検知極２１へ到達する際には、先ず触媒層１２３を経ることになる。触媒層１２３では、混合ガスＧ中に含まれる酸素（Ｏ２）と水素（Ｈ２）とが反応して一部（素子個体に固有の反応率α）が平衡化されるため、第１の検知極２１では、酸素（Ｏ２）および水素（Ｈ２）の拡散速度の影響を軽減して酸素分圧（［Ｏ２］’２）が検知される。
　第２素子１１０ｂでは、第１の実施形態と同様に、第２の検知極３１ａと第３の検知極３１ｂとの間の電位差を用いて算出される酸素濃度比（［Ｏ２］’２／［Ｏ２］’１）が検出される。
　本実施形態では、第１素子１１０ａで検出される酸素濃度は、上記の式１における第２の酸素濃度（［Ｏ２］’２）（すなわち、触媒層の影響を受けた酸素濃度）に相当する。そして、本実施形態では、上記の式１における第１の酸素濃度と第２の酸素濃度との差（［Ｏ２］’１－［Ｏ２］’２）は、第２の酸素濃度（［Ｏ２］’２）および酸素濃度比（［Ｏ２］’２／［Ｏ２］’１）を用いて、以下の方法で算出することができる。
　第１素子１１０ａ（図４に示す左側の素子）より、第２の酸素濃度［Ｏ２］’２＝Ａが得られる。また、第２素子１１０ｂ（図４に示す右側の素子）より、酸素濃度比（［Ｏ２］’２／［Ｏ２］’１）＝Ｂが得られる。ここで、Ａ÷Ｂ＝［Ｏ２］’２÷（［Ｏ２］’２／［Ｏ２］’１）＝［Ｏ２］’１によって、第１の酸素濃度［Ｏ２］’１が得られる。
　以上より、第１の酸素濃度と第２の酸素濃度との差である（［Ｏ２］’１－［Ｏ２］’２）が得られる。
　上記の構成によれば、第１の検知極２１によって得られる第２の酸素濃度、並びに、第２の検知極３１ａおよび第３の検知極３１ｂによって得られる酸素濃度比に基づいて、混合ガスＧ内に含まれる水素ガスの濃度を検知することができる。例えば、測定対象ガスが水素ガスである場合には、水素ガス濃度（［Ｈ２］）は、上記式１を用いて算出される。
　（変形例について）
　以下には、第１から第３の実施形態の変形例について説明する。図５から図６には、変形例にかかる検知素子の構成を示す。
　図５に示す検知素子１０Ｄは、１つの固体電解質体１３を有する素子と、ガス濃度算出部４１（図１参照）とを有している。図５に示すように、例えば、固体電解質体１３の左側には、固体電解質体１３を間に挟んで、第１の検知極２１と基準電極１２とが配置されており、固体電解質体１３の右側には、固体電解質体１３を間に挟んで、第２の検知極３１ａと第３の検知極３１ｂとが配置されている。すなわち、検知素子１０Ｄは、第１の実施形態の検知素子１０Ａにおける第１の固体電解質体１３ａと第２の固体電解質体１３ｂとが一体となった構成を有している。それ以外の構成については、第１の実施形態と同様の構成が適用できる。
　図６に示す検知素子１０Ｅは、互いに分離した２つの素子（すなわち、図６の左側に示す第１素子１１０ａと右側に示す第２素子１１０ｂ）と、ガス濃度算出部４１（図１参照）とを有している。第２素子１１０ｂおよびガス濃度算出部４１は、第２の実施形態と同様の構成を有している。
　第１素子１１０ａは、基体１１と、基準電極１２と、第１の固体電解質体１３ａと、第１の検知極２１と、第１の拡散多孔質体１２２とを有している。第１の拡散多孔質体１２２は、第１の検知極２１と被測定環境との間に設けられ、反応を促進させる触媒機能を有している。第１の拡散多孔質体１２２は、第３の拡散多孔質体１３２ｂと同様の構成を有している。
　これにより、被測定環境中の混合ガスＧが第１の検知極２１へ到達する際には、触媒機能を有する第１の拡散多孔質体１２２を経ることになる。第１の拡散多孔質体１２２では、混合ガスＧ中に含まれる酸素（Ｏ２）と水素（Ｈ２）とが反応して一部（素子個体に固有の反応率α）が平衡化されるため、第１の検知極２１では、酸素（Ｏ２）および水素（Ｈ２）の拡散速度の影響を軽減して酸素分圧（［Ｏ２］’２）が検知される。したがって、第３の実施形態と同様の方法で、混合ガスＧ内に含まれる水素ガスの濃度を検知することができる。
　なお、図６に示す変形例において、第１の拡散多孔質体１２２の代わりに、第１の拡散多孔質体２２および触媒層１２３が設けられている構成とすることもできる。また、図６に示す変形例において、第３の拡散多孔質体１３２ｂの代わりに、第３の拡散多孔質体３２ｂおよび触媒層３３が設けられている構成とすることもできる。また、図６に示す変形例において、第１の固体電解質体１３ａおよび第２の固体電解質体１３ｂは、図５に示す構成と同様に一体となった構成を有していてもよい。
　（第４の実施形態）
　上述の実施形態では、ジルコニア酸素センサの原理を用いて酸素濃度を検知する構成を有する検知素子について説明した。以下では、ジルコニア酸素センサの原理に加えて、限界電流式の酸素センサの原理を用いて酸素濃度を検知する構成を含む検知素子について説明する。
　図７には、本実施形態にかかるガス濃度検知素子２００Ａの構成を示す。検知素子２００Ａは、互いに分離した２つの素子（すなわち、図７の左側に示す第１素子２１０ａと右側に示す第２素子１１０ｂ）と、ガス濃度算出部４１（図１参照）とを有している。第１素子２１０ａは、限界電流式の酸素濃度検知素子である。第２素子１１０ｂは、図２に示す検知素子１０Ａの第２素子１１０ｂと同様の構成を有している。
　図８には、限界電流式の酸素濃度検知素子の一例である検知素子２１０の概略構成を示す。図９には、検知素子２１０の絶縁層２２０における水平断面の概略構成を示す。検知素子２１０は、板状の基体２１１で形成されている。基体２１１の一方の端部には、測定室２１５などが設けられている。基体２１１の他方の端部には、接続端子２５２が設けられている。接続端子２５２は、各電極に対応して複数個設けられている。接続端子２５２は、配線８を介してセンサ制御部９内のガス濃度算出部４１に接続されている。
　基体２１１の一方の端部（すなわち、測定室２１５が設けられている側の端部）は、通気性を有する多孔質保護膜２５１で覆われていてもよい。測定室２１５は、絶縁層２２０の一部分に開口を形成することによって形成される。測定室２１５の側面は、絶縁部（例えば、絶縁部２２３）と、拡散多孔質体（例えば、第１の拡散多孔質体２２２）とで囲われている。なお、図７に示す第１素子２１０ａの断面図は、図９のＡ－Ａ線部分の断面構成に相当する。
　第１素子２１０ａは、第１の基体２１１ａと、基準電極２１２ａと、第１の固体電解質体２１３ａと、第１の検知極２２１と、絶縁層２２０と、第４の固体電解質体２１４ａと、第１の通気層２１６ａと、第１の一対の電極２１７ａとを有している。
　絶縁層２２０は、絶縁部２２３と第１の拡散多孔質体２２２とを含む。第１の検知極２２１上には、第１の拡散多孔質体２２２を通過した混合ガスＧ（測定対象ガスよび酸素ガスを含む）が流入する中空の第１の測定室２１５ａが存在する。第１の測定室２１５ａの側面は、絶縁部２２３と第１の拡散多孔質体２２２からなる絶縁層２２０で囲われている。
　第４の固体電解質体２１４ａは、第１の測定室２１５ａ上に配置されており、酸素ポンプセルとして機能する。第１の一対の電極２１７ａは、第４の固体電解質体２１４ａの上下面に配置されている。
　第１素子２１０ａでは、第１の固体電解質体２１３ａを間に挟んで配置された電極間（すなわち、基準電極２１２ａと第１の検知極２２１との間）に生じる電圧（起電力）が所定の値（例えば、４５０ｍＶ）となるように、第４の固体電解質体２１４ａを間に挟んで配置された第１の一対の電極２１７ａ間に流れる電流の方向及び大きさが調整される。これにより、第４の固体電解質体２１４ａに流れる電流に応じた混合ガスＧ中の酸素濃度をリニアに検出することができる。
　以上の構成により、第１素子２１０ａでは、触媒層の影響を受けない第１の酸素濃度（［Ｏ２］’１）が検出される。
　第２素子１１０ｂでは、第１の実施形態と同様に、第２の固体電解質体１３ｂを間に挟んで配置されている一対の電極（具体的には、第２の検知極３１ａと第３の検知極３１ｂ）間の電位差に基づく酸素濃度比が得られる。具体的には、触媒層を有していない第２の拡散多孔質体３２ａを通過した混合ガスＧの酸素分圧（［Ｏ２］’１）と、触媒層３３を有する第３の拡散多孔質体３２ｂを通過した混合ガスＧの酸素分圧（［Ｏ２］’２）との比（［Ｏ２］’２／［Ｏ２］’１）が得られる。
　以上の構成により、第２素子１１０ｂでは、酸素濃度比（［Ｏ２］’２／［Ｏ２］’１）が検出される。
　ガス濃度算出部４１は、第１素子２１０ａから得られた第１の酸素濃度（［Ｏ２］’１）、第２素子１１０ｂから得られた酸素濃度比（［Ｏ２］’２／［Ｏ２］’１）、酸素ガスの拡散係数（ＤＯ２）と測定対象ガスとの拡散係数（例えば、ＤＨ２）との違い、並びに触媒上での測定対象ガスの反応率（例えば、α）から、測定対象ガスの濃度を算出する。
　ここでの算出方法は、第１の実施形態で説明した方法を用いることができる。例えば、測定対象ガスが水素ガスである場合の水素ガス濃度（［Ｈ２］）は、上記の式１で算出される。
　なお、本実施形態にかかる第１素子２１０ａにおいて、第１の拡散多孔質体２２２には、被測定環境への露出面全体を覆うように触媒層が設けられていてもよい。さらに、第１の拡散多孔質体２２２および触媒層の代わりに、触媒機能を有する第１の拡散多孔質体１２２（図６参照）が設けられている構成とすることもできる。
　このような構成の場合には、第１素子２１０ａで検出される酸素濃度は、上記の式１における第２の酸素濃度（［Ｏ２］’２）（すなわち、触媒層の影響を受けた酸素濃度）に相当する。そして、第３の実施形態と同様に、第１の検知極２１によって得られる第２の酸素濃度、並びに、第２の検知極３１ａおよび第３の検知極３１ｂによって得られる酸素濃度比に基づいて、混合ガスＧ内に含まれる水素ガスの濃度を検知することができる。
　（第５の実施形態）
　第５の実施形態では、ガス濃度検知素子１０の一例である検知素子３１０を備えているガスセンサ１について説明する。
　図１０には、検知素子３１０の構成を示す。検知素子３１０は、基体３１１と、基準電極３１２と、複数の固体電解質体（第１の固体電解質体３１３ａおよび第２の固体電解質体３１３ｂ）と、複数の検知極（第１の検知極３２１、第２の検知極３３１、第３の検知極３４１）と、２つの拡散多孔質体（第１の拡散多孔質体３２２および第２の拡散多孔質体３３２）と、触媒層３３３と、ガス濃度算出部４１（図１参照）とを有している。
　基準電極３１２は、基体３１１上に配置されている。第１の固体電解質体３１３ａは、基準電極３１２上に配置されている。第１の固体電解質体３１３ａ上には、第１の検知極３２１が配置されている。第１の検知極３２１は、第１の固体電解質体３１３ａを間に挟んで基準電極３１２と対向する位置に配置されている。第１の検知極３２１は、基準電極３１２との間の電位差を用いて、混合ガスＧ（測定対象ガスおよび酸素ガスを含む）に含まれる酸素濃度を検知する。第１の拡散多孔質体３２２は、第１の検知極３２１と被測定環境との間に設けられている。
　第１の検知極３２１上には、第１の拡散多孔質体３２２を通過した混合ガスＧが流入する中空の測定室３１５が存在する。測定室３１５の側面は、絶縁部（図示せず）と第１の拡散多孔質体３２２からなる絶縁層３２０で囲われている。
　第２の固体電解質体３１３ｂは、測定室３１５上に配置されている。測定室３１５における第２の固体電解質体３１３ｂ側の面には、第１の検知極３２１と同電位の第２の検知極３３１が設けられている。第２の検知極３３１と被測定環境との間には、第１の拡散多孔質体３２２が設けられている。
　第３の検知極３４１は、第２の固体電解質体３１３ｂの測定室３１５に対して反対面に設けられている。第３の検知極３４１は、第２の固体電解質体３１３ｂを間に挟んで第２の検知極３３１と対向する位置に配置されている。
　第２の拡散多孔質体３３２は、第３の検知極３４１と被測定環境との間に設けられている。第２の拡散多孔質体３３２には、被測定環境への露出面全体を覆うように設けられた触媒層３３３が設けられている。触媒層３３３は、被測定環境に含まれる水素を分解し、水素イオンなどを生み出すとともに、発生した水素イオンと電子を空気中の酸素と反応させて水にするという反応を促進させる。触媒層３３３は、触媒層３３と同様に、例えば、白金（Ｐｔ）触媒、パラジウム（Ｐｄ）触媒などで形成されている。
　上記の構成により、第１の検知極３２１では、触媒層３３３の影響を受けない第１の酸素濃度（［Ｏ２］’１）が検出される。
　また、第２の固体電解質体３１３ｂを間に挟んで配置されている一対の電極（すなわち、第２の検知極３３１と第３の検知極３４１）間においては、これらの電位差に基づく酸素濃度比が得られる。具体的には、触媒層を有していない第１の拡散多孔質体３２２を通過した混合ガスＧの酸素分圧（［Ｏ２］’１）と、触媒層３３３を有する第２の拡散多孔質体３３２を通過した混合ガスＧの酸素分圧（［Ｏ２］’２）との比（［Ｏ２］’２／［Ｏ２］’１）が得られる。
　ガス濃度算出部４１は、第１の酸素濃度、酸素濃度比、酸素ガスの拡散係数と測定対象ガスとの拡散係数との違い、並びに触媒上での測定対象ガスの反応率から、測定対象ガスの濃度を算出する。
　ここでの算出方法は、第１の実施形態で説明した方法を用いることができる。例えば、測定対象ガスが水素ガスである場合の水素ガス濃度（［Ｈ２］）は、上記の式１で算出される。
　なお、本実施形態にかかる検知素子３１０において、第２の拡散多孔質体３３２および触媒層３３３の代わりに、触媒機能を有する第２の拡散多孔質体（第２の実施形態の第３の拡散多孔質体１３２ｂの構成を有する拡散多孔質体）が設けられている構成とすることもできる。
　（第６の実施形態）
　第６の実施形態では、ガス濃度検知素子１０の一例である検知素子４１０を備えているガスセンサ１について説明する。
　図１１には、検知素子４１０の構成を示す。検知素子４１０は、基体４１１と、基準電極４１２と、複数の固体電解質体（第１の固体電解質体４１３ａおよび第２の固体電解質体４１３ｂ）と、複数の検知極（第１の検知極４２１、第２の検知極４３１、第３の検知極４４１）と、２つの拡散多孔質体（第１の拡散多孔質体４２２および第２の拡散多孔質体４３２）と、触媒層４３３と、ガス濃度算出部４１（図１参照）とを有している。
　基準電極４１２は、基体４１１上に配置されている。第１の固体電解質体４１３ａは、基準電極４１２上に配置されている。第１の固体電解質体４１３ａ上には、第１の検知極４２１が配置されている。第１の検知極４２１は、第１の固体電解質体４１３ａを間に挟んで基準電極４１２と対向する位置に配置されている。第１の検知極４２１は、基準電極４１２との間の電位差を用いて、混合ガスＧ（測定対象ガスおよび酸素ガスを含む）に含まれる酸素濃度を検知する。第１の拡散多孔質体４２２は、第１の検知極４２１と被測定環境との間に設けられている。
　第１の検知極４２１上には、第１の拡散多孔質体４２２を通過した混合ガスＧが流入する中空の測定室４１５が存在する。測定室４１５の側面は、絶縁部（図示せず）と第１の拡散多孔質体４２２からなる絶縁層４２０で囲われている。
　第１の拡散多孔質体４２２には、被測定環境への露出面全体を覆うように設けられた触媒層４３３が設けられている。触媒層４３３は、触媒層３３などと同様に、例えば、白金（Ｐｔ）触媒、パラジウム（Ｐｄ）触媒などで形成されており、反応を促進させる。これにより、被測定環境中の混合ガスＧ（測定対象ガスよび酸素ガスを含む）は、触媒層４３３を経た後に第１の拡散多孔質体４２２を通過して測定室４１５内に流入する。
　第２の固体電解質体４１３ｂは、測定室４１５上に配置されている。測定室４１５における第２の固体電解質体４１３ｂ側の面には、第１の検知極４２１と同電位の第２の検知極４３１が設けられている。第２の検知極４３１と被測定環境との間には、触媒層４３３および第１の拡散多孔質体４２２が設けられている。
　第３の検知極４４１は、第２の固体電解質体４１３ｂの測定室４１５に対して反対面に設けられている。第３の検知極４４１は、第２の固体電解質体４１３ｂを間に挟んで第２の検知極４３１と対向する位置に配置されている。
　第２の拡散多孔質体４３２は、第３の検知極４４１と被測定環境との間に設けられている。
　上記の構成により、第１の検知極４２１では、触媒層４３３の影響を受けた第２の酸素濃度（［Ｏ２］’２）が検出される。
　また、第２の固体電解質体４１３ｂを間に挟んで配置されている一対の電極（すなわち、第２の検知極４３１と第３の検知極４４１）間においては、これらの電位差に基づく酸素濃度比が得られる。具体的には、触媒層４３３を有する第１の拡散多孔質体４２２を通過した混合ガスＧの酸素分圧（［Ｏ２］’２）と、触媒層を有していない第２の拡散多孔質体４３２を通過した混合ガスＧの酸素分圧（［Ｏ２］’１）との比（［Ｏ２］’２／［Ｏ２］’１）が得られる。
　ガス濃度算出部４１は、第２の酸素濃度、酸素濃度比、酸素ガスの拡散係数と測定対象ガスとの拡散係数との違い、並びに触媒上での測定対象ガスの反応率から、測定対象ガスの濃度を算出する。
　ここでの算出方法は、第３の実施形態で説明した方法を用いることができる。例えば、測定対象ガスが水素ガスである場合の水素ガス濃度（［Ｈ２］）は、上記の式１で算出される。
　なお、本実施形態にかかる検知素子４１０において、第１の拡散多孔質体４２２および触媒層４３３の代わりに、触媒機能を有する第１の拡散多孔質体（第２の実施形態の第３の拡散多孔質体１３２ｂの構成を有する拡散多孔質体）が設けられている構成とすることもできる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、本明細書で説明した異なる実施形態の構成を互いに組み合わせて得られる構成についても、本発明の範疇に含まれる。本実施形態では、ガス濃度検知素子の一例として、板状のガス濃度検知素子を例示して説明してきたが、本発明にかかるガス濃度検知素子は、有底筒状のガス濃度検知素子であってもよい。
１：ガスセンサ
１０、２００Ａ、３１０、４１０：ガス濃度検知素子
１１、２１１ａ、３１１、４１１：基体
１２、２１２ａ、３１２、４１２：基準電極
１３、２１３ａ、２１４ａ、３１３ａ、３１３ｂ、４１３ａ、４１３ｂ：固体電解質体
２１、２２１、３２１、４２１：第１の検知極
３１ａ、３３１、４３１：第２の検知極
３１ｂ、３４１、４４１：第３の検知極
２２、１２２、２２２、３２２、４２２：第１の拡散多孔質体
３２ａ、３３２、４３２：第２の拡散多孔質体
３２ｂ、１３２ｂ：第３の拡散多孔質体
３３、１２３、３３３、４３３：触媒層
２１５ａ、３１５、４１５：測定室
２２０、３２０、４２０：絶縁層
４１：ガス濃度算出部

Claims (6)

  1. 　被測定環境に含まれる測定対象ガスの濃度を検知するガスセンサであって、
    　基体と、
    　前記基体上に配置されている基準電極と、
    　前記基準電極上に配置されている少なくとも一つの固体電解質体と、
    　前記固体電解質体を間に挟んで前記基準電極と対向する位置に配置され、前記基準電極との間の電位差を検知する第１の検知極と、
    　前記第１の検知極と前記被測定環境との間に設けられている第１の拡散多孔質体と、
    　前記固体電解質体の一方の面に配置されている第２の検知極と、
    　前記固体電解質体を間に挟んで前記第２の検知極と対向する位置に配置されている第３の検知極と、
    　前記第２の検知極と前記被測定環境との間に設けられている第２の拡散多孔質体と、
    　前記第３の検知極と前記被測定環境との間に設けられており、反応を促進させる触媒機能を有している第３の拡散多孔質体と、
    　前記第１の検知極が検知する電位差から酸素濃度を演算し、前記第２の検知極と前記第３の検知極との間の電位差から酸素濃度比を演算し、前記酸素濃度および前記酸素濃度比を用いて前記測定対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出部と、
    を備える、ガスセンサ。
  2. 　被測定環境に含まれる測定対象ガスの濃度を検知するガスセンサであって、
    　基体と、
    　前記基体上に配置されている基準電極と、
    　前記基準電極上に配置されている第１の固体電解質体と、
    　前記第１の固体電解質体を間に挟んで前記基準電極と対向する位置に配置され、前記基準電極との間の電位差を検知する第１の検知極と、
    　前記第１の検知極と前記被測定環境との間に設けられている第１の拡散多孔質体と、
    　前記第１の検知極上に配置され、前記第１の拡散多孔質体を通過した前記測定対象ガスが流入する中空の測定室であって、前記測定室の側面は、絶縁部と前記第１の拡散多孔質体からなる絶縁層で囲われている、前記測定室と、
    　前記測定室上に配置されている第２の固体電解質体と、
    　前記第２の固体電解質体の前記測定室側に配置されている第２の検知極と、
    　前記第２の固体電解質体を間に挟んで前記第２の検知極と対向する位置に配置されている第３の検知極と、
    　前記第３の検知極と前記被測定環境との間に設けられており、反応を促進させる触媒機能を有している第２の拡散多孔質体と、
    　前記第1の検知極が検知する電位差から酸素濃度を演算し、前記第２の検知極と前記第３の検知極との間の電位差から酸素濃度比を演算し、前記酸素濃度と、前記酸素濃度比を用いて前記測定対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出部と、
    を備える、ガスセンサ。
  3. 　被測定環境に含まれる測定対象ガスの濃度を検知するガスセンサであって、
    　基体と、
    　前記基体上に配置されている基準電極と、
    　前記基準電極上に配置されている第１の固体電解質体と、
    　前記第１の固体電解質体を間に挟んで前記基準電極と対向する位置に配置され、前記基準電極との間の電位差を検知する第１の検知極と、
    　前記第１の検知極と前記被測定環境との間に設けられており、反応を促進させる触媒機能を有している第１の拡散多孔質体と、
    　前記第１の検知極上に配置され、前記第１の拡散多孔質体を通過した前記測定対象ガスが流入する中空の測定室であって、前記測定室の側面は、絶縁部と前記第１の拡散多孔質体からなる絶縁層で囲われている、測定室と、
    　前記測定室上に配置されている第２の固体電解質体と、
    　前記第２の固体電解質体の前記測定室側に配置されている第２の検知極と、
    　前記第２の固体電解質体を間に挟んで前記第２の検知極と対向する位置に配置されている第３の検知極と、
    　前記第３の検知極と前記被測定環境との間に設けられている第２の拡散多孔質体と、
    　前記第１の検知極が検知する電位差から酸素濃度を演算し、前記第２の検知極と前記第３の検知極との間の電位差から酸素濃度比を演算し、前記酸素濃度および前記酸素濃度比を用いて前記測定対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出部と、
    を備え、
    　前記第２の検知極と前記被測定環境との間には、前記第１の拡散多孔質体が設けられている、ガスセンサ。
  4. 　前記第１の拡散多孔質体は、反応を促進させる触媒機能を有している、
    請求項１に記載のガスセンサ。
  5. 　前記ガス濃度算出部は、前記酸素濃度、前記酸素濃度比、および前記測定対象ガスとの拡散係数の違いから、前記測定対象ガスの濃度を算出する、
    請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  6. 　前記測定対象ガスは、水素ガス、アンモニアガス、およびプロパンガスのうちの何れかである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
     
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