JP3537983B2 - ガスセンサ - Google Patents
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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
- G01N27/4073—Composition or fabrication of the solid electrolyte
- G01N27/4074—Composition or fabrication of the solid electrolyte for detection of gases other than oxygen
-
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- 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
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、車両の排
出ガスや大気中に含まれるＮＯ、ＮＯ2 、ＳＯ2、ＣＯ
2 、Ｈ2 Ｏ等の酸化物や、ＣＯ、ＣｎＨｍ等の可燃ガス
を測定するガスセンサに関し、好ましくは、ＮＯ、ＮＯ
2 を測定するガスセンサに関する。
出ガスや大気中に含まれるＮＯ、ＮＯ2 、ＳＯ2、ＣＯ
2 、Ｈ2 Ｏ等の酸化物や、ＣＯ、ＣｎＨｍ等の可燃ガス
を測定するガスセンサに関し、好ましくは、ＮＯ、ＮＯ
2 を測定するガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ガソリン車やディーゼルエンジ
ン車等の車両から排出される排出ガス中には、一酸化窒
素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ2 ）等の窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）や、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（Ｃ
Ｏ2 ）、水（Ｈ2 Ｏ）、炭化水素（ＨＣ）、水素
（Ｈ2 ）、酸素（Ｏ2 ）等が含まれている。この場合、
ＮＯはＮＯｘ全体の約８０％を占め、また、ＮＯとＮＯ
2 とでＮＯｘ全体の約９５％を占めている。
ン車等の車両から排出される排出ガス中には、一酸化窒
素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ2 ）等の窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）や、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（Ｃ
Ｏ2 ）、水（Ｈ2 Ｏ）、炭化水素（ＨＣ）、水素
（Ｈ2 ）、酸素（Ｏ2 ）等が含まれている。この場合、
ＮＯはＮＯｘ全体の約８０％を占め、また、ＮＯとＮＯ
2 とでＮＯｘ全体の約９５％を占めている。
【０００３】このような排出ガス中に含まれるＨＣ、Ｃ
Ｏ、ＮＯｘを浄化する三元触媒は、理論空燃比（Ａ／Ｆ
＝１４．６）近傍で最大の浄化効率を示し、Ａ／Ｆを１
６以上に制御した場合には、ＮＯｘの発生量は減るが、
触媒の浄化効率が低下し、結果的に、ＮＯｘの排出量が
増える傾向がある。
Ｏ、ＮＯｘを浄化する三元触媒は、理論空燃比（Ａ／Ｆ
＝１４．６）近傍で最大の浄化効率を示し、Ａ／Ｆを１
６以上に制御した場合には、ＮＯｘの発生量は減るが、
触媒の浄化効率が低下し、結果的に、ＮＯｘの排出量が
増える傾向がある。
【０００４】ところで、昨今、化石燃料の有効利用、地
球温暖化防止のためにＣＯ2 の排出量の抑制等の市場要
求が増大しており、これに対応するために燃費を向上さ
せる必要性が高まりつつある。このような要求に対し
て、例えば、リーン・バーン・エンジンの研究や、ＮＯ
ｘ浄化触媒の研究等が行われており、その中でもＮＯｘ
センサのニーズが高まっている。
球温暖化防止のためにＣＯ2 の排出量の抑制等の市場要
求が増大しており、これに対応するために燃費を向上さ
せる必要性が高まりつつある。このような要求に対し
て、例えば、リーン・バーン・エンジンの研究や、ＮＯ
ｘ浄化触媒の研究等が行われており、その中でもＮＯｘ
センサのニーズが高まっている。
【０００５】従来、このようなＮＯｘを検出する装置と
して、ＮＯｘ分析計がある。このＮＯｘ分析計は、化学
発光分析法を用いてＮＯｘ固有の特性を測定するもので
あるが、装置自体がきわめて大がかりであり、高価とな
る不都合がある。また、ＮＯｘを検出するために光学系
部品を用いているため、頻繁なメンテナンスが必要であ
る。更に、このＮＯｘ分析計は、ＮＯｘをサンプリング
して測定するものであり、検出素子自体を流体内に直接
挿入することができず、従って、自動車の排出ガス等の
ように、状況が頻繁に変動する過渡現象の解析には不向
きである。
して、ＮＯｘ分析計がある。このＮＯｘ分析計は、化学
発光分析法を用いてＮＯｘ固有の特性を測定するもので
あるが、装置自体がきわめて大がかりであり、高価とな
る不都合がある。また、ＮＯｘを検出するために光学系
部品を用いているため、頻繁なメンテナンスが必要であ
る。更に、このＮＯｘ分析計は、ＮＯｘをサンプリング
して測定するものであり、検出素子自体を流体内に直接
挿入することができず、従って、自動車の排出ガス等の
ように、状況が頻繁に変動する過渡現象の解析には不向
きである。
【０００６】そこで、これらの不具合を解消するものと
して、酸素イオン伝導性固体電解質からなる基体を用い
て排出ガス中の所望のガス成分を測定するようにしたセ
ンサが提案されている。
して、酸素イオン伝導性固体電解質からなる基体を用い
て排出ガス中の所望のガス成分を測定するようにしたセ
ンサが提案されている。
【０００７】図１４は、国際公開ＷＯ９５／３０１４６
号に開示されたガス分析装置の構成を示す。この装置
は、細孔２を介してＮＯを含む被測定ガスが導入される
第１室４と、細孔６を介して前記第１室４から被測定ガ
スが導入される第２室８とを備えている。前記第１室４
及び前記第２室８を構成する壁面は、酸素イオンを透過
させることのできるジルコニア（ＺｒＯ2 ）隔壁１０
ａ、１０ｂによって構成されている。第１室４及び第２
室８の一方のＺｒＯ2 隔壁１０ａには、それぞれの室内
の酸素分圧を検出するための一対の測定電極１２ａ、１
２ｂ、１４ａ、１４ｂが配設されている。また、他方の
ＺｒＯ2 隔壁１０ｂには、各室内のＯ2 を室外に汲み出
すためのポンプ電極１６ａ、１６ｂ及び１８ａ、１８ｂ
が配設されている。
号に開示されたガス分析装置の構成を示す。この装置
は、細孔２を介してＮＯを含む被測定ガスが導入される
第１室４と、細孔６を介して前記第１室４から被測定ガ
スが導入される第２室８とを備えている。前記第１室４
及び前記第２室８を構成する壁面は、酸素イオンを透過
させることのできるジルコニア（ＺｒＯ2 ）隔壁１０
ａ、１０ｂによって構成されている。第１室４及び第２
室８の一方のＺｒＯ2 隔壁１０ａには、それぞれの室内
の酸素分圧を検出するための一対の測定電極１２ａ、１
２ｂ、１４ａ、１４ｂが配設されている。また、他方の
ＺｒＯ2 隔壁１０ｂには、各室内のＯ2 を室外に汲み出
すためのポンプ電極１６ａ、１６ｂ及び１８ａ、１８ｂ
が配設されている。
【０００８】このように構成されたガス分析装置では、
細孔２を介して第１室４に導入された被測定ガスＧに含
まれる酸素分圧が測定電極１２ａ、１２ｂ間に生じる電
位差として電圧計２０により検出され、前記電位差を所
定の値とすべく、ポンプ電極１６ａ、１６ｂ間に電源２
２により１００〜２００ｍＶの電圧が印加され、これに
よって、第１室４内のＯ2 が当該装置外に汲み出され
る。なお、この汲み出された酸素量は、電流計２４によ
って測定することができる。
細孔２を介して第１室４に導入された被測定ガスＧに含
まれる酸素分圧が測定電極１２ａ、１２ｂ間に生じる電
位差として電圧計２０により検出され、前記電位差を所
定の値とすべく、ポンプ電極１６ａ、１６ｂ間に電源２
２により１００〜２００ｍＶの電圧が印加され、これに
よって、第１室４内のＯ2 が当該装置外に汲み出され
る。なお、この汲み出された酸素量は、電流計２４によ
って測定することができる。
【０００９】一方、Ｏ2 の殆どが除去された被測定ガス
Ｇは、細孔６を介して第２室８に導入される。第２室８
では、測定電極１４ａ、１４ｂ間に生じる電位差を電圧
計２６で検出することにより、当該室内の酸素分圧が測
定される。また、第２室８に導入された被測定ガスＧ中
に含まれるＮＯは、ポンプ電極１８ａ、１８ｂ間に電源
２８によって印加された電圧により、 ＮＯ→（１／２）Ｎ2 ＋（１／２）Ｏ2 として分解され、そのとき発生するＯ2 が前記ポンプ電
極１８ａ、１８ｂによって室外に汲み出される。そのと
き発生する電流値を電流計３０によって検出することに
より、被測定ガスＧ中に含まれるＮＯの濃度が測定され
る。
Ｇは、細孔６を介して第２室８に導入される。第２室８
では、測定電極１４ａ、１４ｂ間に生じる電位差を電圧
計２６で検出することにより、当該室内の酸素分圧が測
定される。また、第２室８に導入された被測定ガスＧ中
に含まれるＮＯは、ポンプ電極１８ａ、１８ｂ間に電源
２８によって印加された電圧により、 ＮＯ→（１／２）Ｎ2 ＋（１／２）Ｏ2 として分解され、そのとき発生するＯ2 が前記ポンプ電
極１８ａ、１８ｂによって室外に汲み出される。そのと
き発生する電流値を電流計３０によって検出することに
より、被測定ガスＧ中に含まれるＮＯの濃度が測定され
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
に構成されたガス分析装置では、被測定ガスＧ中に含ま
れる酸素の濃度が高いと、ポンプ電極１６ａ、１６ｂに
よって第１室４内のＯ2を室外に十分に汲み出すことが
できず、処理されなかったＯ2 がＮＯとともに第２室８
内に侵入するため、ＮＯを分解して得られる電流値に前
記Ｏ2 による誤差が生じてしまう。
に構成されたガス分析装置では、被測定ガスＧ中に含ま
れる酸素の濃度が高いと、ポンプ電極１６ａ、１６ｂに
よって第１室４内のＯ2を室外に十分に汲み出すことが
できず、処理されなかったＯ2 がＮＯとともに第２室８
内に侵入するため、ＮＯを分解して得られる電流値に前
記Ｏ2 による誤差が生じてしまう。
【００１１】即ち、第１室４内のポンプ電極１６ｂは、
図１５に示すように、一方のＺｒＯ 2 隔壁１０ｂにのみ
配設されているため、第１室４内の酸素濃度は、特性ａ
に示すように、前記ポンプ電極１６ｂから離間するに従
って増加する傾向にある。また、第１室４内の幅方向に
対する酸素濃度は、特性ｂに示すように、被測定ガスＧ
が導入される細孔２に対応する部位において最も高くな
る傾向にある。従って、細孔２から第１室４内に導入さ
れた被測定ガスＧの一部、特に、測定電極１２ｂ寄りの
中央部分を通過するものは、前記ポンプ電極１６ｂに影
響されることなく細孔６を介して第２室８内に導入され
ることになる。この結果、Ｏ2 が必要以上に導入されて
しまうため、前記Ｏ2 の影響でＮＯの測定値に誤差が生
じる。
図１５に示すように、一方のＺｒＯ 2 隔壁１０ｂにのみ
配設されているため、第１室４内の酸素濃度は、特性ａ
に示すように、前記ポンプ電極１６ｂから離間するに従
って増加する傾向にある。また、第１室４内の幅方向に
対する酸素濃度は、特性ｂに示すように、被測定ガスＧ
が導入される細孔２に対応する部位において最も高くな
る傾向にある。従って、細孔２から第１室４内に導入さ
れた被測定ガスＧの一部、特に、測定電極１２ｂ寄りの
中央部分を通過するものは、前記ポンプ電極１６ｂに影
響されることなく細孔６を介して第２室８内に導入され
ることになる。この結果、Ｏ2 が必要以上に導入されて
しまうため、前記Ｏ2 の影響でＮＯの測定値に誤差が生
じる。
【００１２】本発明は、前記の不都合を克服するために
なされたものであって、被測定ガスに含まれる酸素の量
を効果的に制御することができ、これによって前記被測
定ガス中の酸化物又は可燃ガスの量を極めて高精度に測
定することのできるガスセンサを提供することを目的と
する。
なされたものであって、被測定ガスに含まれる酸素の量
を効果的に制御することができ、これによって前記被測
定ガス中の酸化物又は可燃ガスの量を極めて高精度に測
定することのできるガスセンサを提供することを目的と
する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明に
係るガスセンサは、酸素イオン伝導性固体電解質からな
る基体の内外に配設される内側ポンプ電極及び外側ポン
プ電極を有し、かつ、外部空間から導入された被測定ガ
スに含まれる酸素を、前記内側ポンプ電極及び外側ポン
プ電極間に印加される制御電圧に基づいてポンピング処
理する主ポンプ手段と、酸素イオン伝導性固体電解質か
らなる基体の内外に配設される内側検出電極及び外側検
出電極を有し、かつ、前記主ポンプ手段にてポンピング
処理された後の被測定ガス中に含まれる所定ガス成分を
触媒作用及び／又は電気分解により分解させ、該分解に
よって発生した酸素を、前記内側検出電極及び外側検出
電極間に印加される測定用ポンプ電圧に基づいてポンピ
ング処理する測定用ポンプ手段と、前記測定用ポンプ手
段によりポンピング処理される前記酸素の量に応じて生
じるポンプ電流を検出する電流検出手段とを具備して構
成し、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極を、前
記主ポンプ手段の処理空間の少なくとも上面部及び下面
部に配設し、前記電流検出手段にて検出された前記ポン
プ電流に基づいて前記被測定ガス中の所定ガス成分を測
定する。
係るガスセンサは、酸素イオン伝導性固体電解質からな
る基体の内外に配設される内側ポンプ電極及び外側ポン
プ電極を有し、かつ、外部空間から導入された被測定ガ
スに含まれる酸素を、前記内側ポンプ電極及び外側ポン
プ電極間に印加される制御電圧に基づいてポンピング処
理する主ポンプ手段と、酸素イオン伝導性固体電解質か
らなる基体の内外に配設される内側検出電極及び外側検
出電極を有し、かつ、前記主ポンプ手段にてポンピング
処理された後の被測定ガス中に含まれる所定ガス成分を
触媒作用及び／又は電気分解により分解させ、該分解に
よって発生した酸素を、前記内側検出電極及び外側検出
電極間に印加される測定用ポンプ電圧に基づいてポンピ
ング処理する測定用ポンプ手段と、前記測定用ポンプ手
段によりポンピング処理される前記酸素の量に応じて生
じるポンプ電流を検出する電流検出手段とを具備して構
成し、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極を、前
記主ポンプ手段の処理空間の少なくとも上面部及び下面
部に配設し、前記電流検出手段にて検出された前記ポン
プ電流に基づいて前記被測定ガス中の所定ガス成分を測
定する。
【００１４】これにより、まず、外部空間から導入され
た被測定ガスのうち、酸素が主ポンプ手段によってポン
ピング処理され、該酸素は所定濃度に調整される。前記
主ポンプ手段にて酸素の濃度が調整された被測定ガス
は、次の測定用ポンプ手段に導かれる。測定用ポンプ手
段は、導入された被測定ガス中に含まれる所定ガス成分
を触媒作用及び／又は電気分解により分解し、該分解に
よって発生した酸素をポンピング処理する。そして、前
記測定用ポンプ手段によりポンピング処理される酸素の
量に応じて該測定用ポンプ手段に生じるポンプ電流が電
流検出手段により検出されることで、酸素量に応じた所
定ガス成分が測定される。
た被測定ガスのうち、酸素が主ポンプ手段によってポン
ピング処理され、該酸素は所定濃度に調整される。前記
主ポンプ手段にて酸素の濃度が調整された被測定ガス
は、次の測定用ポンプ手段に導かれる。測定用ポンプ手
段は、導入された被測定ガス中に含まれる所定ガス成分
を触媒作用及び／又は電気分解により分解し、該分解に
よって発生した酸素をポンピング処理する。そして、前
記測定用ポンプ手段によりポンピング処理される酸素の
量に応じて該測定用ポンプ手段に生じるポンプ電流が電
流検出手段により検出されることで、酸素量に応じた所
定ガス成分が測定される。
【００１５】この場合、前記主ポンプ手段における内側
ポンプ電極が、前記主ポンプ手段の処理空間における少
なくとも上面部及び下面部に配設されていることから、
主ポンプ手段の処理空間における酸素を効果的に外部空
間に汲み出すことができる。その結果、測定用ポンプ手
段及び電流検出手段を通じて、被測定ガス中の所定ガス
成分を高精度に測定することができる。
ポンプ電極が、前記主ポンプ手段の処理空間における少
なくとも上面部及び下面部に配設されていることから、
主ポンプ手段の処理空間における酸素を効果的に外部空
間に汲み出すことができる。その結果、測定用ポンプ手
段及び電流検出手段を通じて、被測定ガス中の所定ガス
成分を高精度に測定することができる。
【００１６】次に、請求項２記載の本発明に係るガスセ
ンサは、酸素イオン伝導性固体電解質からなる基体の内
外に配設される内側ポンプ電極及び外側ポンプ電極を有
し、かつ、外部空間から導入された被測定ガスに含まれ
る酸素を、前記内側ポンプ電極及び外側ポンプ電極間に
印加される制御電圧に基づいてポンピング処理する主ポ
ンプ手段と、酸素イオン伝導性固体電解質からなる基体
の内外に配設される内側検出電極及び外側検出電極を有
し、かつ、前記主ポンプ手段にてポンピング処理された
後の被測定ガス中に含まれる所定ガス成分を触媒作用及
び／又は電気分解により分解し、該分解によって発生し
た酸素の量と前記外側検出電極側のガスに含まれる酸素
の量との差に応じた起電力を発生する濃度検出手段と、
前記濃度検出手段により発生する前記起電力を検出する
電圧検出手段とを具備して構成し、前記主ポンプ手段に
おける内側ポンプ電極を、前記主ポンプ手段の処理空間
の少なくとも上面部及び下面部に配設し、前記電圧検出
手段にて検出された前記起電力に基づいて被測定ガス中
の所定ガス成分を測定する。
ンサは、酸素イオン伝導性固体電解質からなる基体の内
外に配設される内側ポンプ電極及び外側ポンプ電極を有
し、かつ、外部空間から導入された被測定ガスに含まれ
る酸素を、前記内側ポンプ電極及び外側ポンプ電極間に
印加される制御電圧に基づいてポンピング処理する主ポ
ンプ手段と、酸素イオン伝導性固体電解質からなる基体
の内外に配設される内側検出電極及び外側検出電極を有
し、かつ、前記主ポンプ手段にてポンピング処理された
後の被測定ガス中に含まれる所定ガス成分を触媒作用及
び／又は電気分解により分解し、該分解によって発生し
た酸素の量と前記外側検出電極側のガスに含まれる酸素
の量との差に応じた起電力を発生する濃度検出手段と、
前記濃度検出手段により発生する前記起電力を検出する
電圧検出手段とを具備して構成し、前記主ポンプ手段に
おける内側ポンプ電極を、前記主ポンプ手段の処理空間
の少なくとも上面部及び下面部に配設し、前記電圧検出
手段にて検出された前記起電力に基づいて被測定ガス中
の所定ガス成分を測定する。
【００１７】これにより、まず、外部空間から導入され
た被測定ガスのうち、酸素が主ポンプ手段によってポン
ピング処理され、該酸素は所定濃度に調整される。前記
主ポンプ手段にて酸素の濃度が調整された被測定ガス
は、次の濃度検出手段に導かれ、該濃度検出手段におい
て、酸化物分解触媒の作用によって分解された所定ガス
成分から生成された酸素の量と外側検出電極側のガスに
含まれる酸素の量との差に応じた酸素濃淡電池起電力が
内側検出電極及び外側検出電極間に発生し、該起電力が
電圧検出手段により検出されることで、酸素量に応じた
所定ガス成分が測定される。
た被測定ガスのうち、酸素が主ポンプ手段によってポン
ピング処理され、該酸素は所定濃度に調整される。前記
主ポンプ手段にて酸素の濃度が調整された被測定ガス
は、次の濃度検出手段に導かれ、該濃度検出手段におい
て、酸化物分解触媒の作用によって分解された所定ガス
成分から生成された酸素の量と外側検出電極側のガスに
含まれる酸素の量との差に応じた酸素濃淡電池起電力が
内側検出電極及び外側検出電極間に発生し、該起電力が
電圧検出手段により検出されることで、酸素量に応じた
所定ガス成分が測定される。
【００１８】この請求項２記載のガスセンサにおいて
も、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極が、前記
主ポンプ手段の処理空間における少なくとも上面部及び
下面部に配設されていることから、主ポンプ手段の処理
空間における酸素を効果的に外部空間に汲み出すことが
できる。その結果、濃度検出手段及び電圧検出手段を通
じて、被測定ガス中の所定ガス成分を高精度に測定する
ことができる。
も、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極が、前記
主ポンプ手段の処理空間における少なくとも上面部及び
下面部に配設されていることから、主ポンプ手段の処理
空間における酸素を効果的に外部空間に汲み出すことが
できる。その結果、濃度検出手段及び電圧検出手段を通
じて、被測定ガス中の所定ガス成分を高精度に測定する
ことができる。
【００１９】前記請求項１又は２記載のガスセンサにお
いては、被測定ガス中の酸化物、例えば窒素酸化物を高
精度に測定することができる。また、前記主ポンプ手段
の処理空間内の雰囲気を可燃ガスが燃焼しない所定の酸
素量に設定することにより、可燃ガス、例えば一酸化炭
素、炭化水素等のガス成分も高精度に測定することがで
きる。
いては、被測定ガス中の酸化物、例えば窒素酸化物を高
精度に測定することができる。また、前記主ポンプ手段
の処理空間内の雰囲気を可燃ガスが燃焼しない所定の酸
素量に設定することにより、可燃ガス、例えば一酸化炭
素、炭化水素等のガス成分も高精度に測定することがで
きる。
【００２０】そして、前記構成において、前記内側ポン
プ電極を、前記主ポンプ手段の処理空間の上面部、下面
部及び少なくとも一方の側面部に配設し、これらを電気
的に接続するようにしてもよい（請求項７記載の発
明）。この場合、主ポンプ手段において、該主ポンプ手
段の処理空間における酸素の汲み出しを一層効果的に行
うことができる。
プ電極を、前記主ポンプ手段の処理空間の上面部、下面
部及び少なくとも一方の側面部に配設し、これらを電気
的に接続するようにしてもよい（請求項７記載の発
明）。この場合、主ポンプ手段において、該主ポンプ手
段の処理空間における酸素の汲み出しを一層効果的に行
うことができる。
【００２１】また、前記構成において、前記被測定ガス
に所定の拡散抵抗を付与する拡散律速部を有し、夫々が
異なる種類の酸化物又は可燃ガスを測定する複数の処理
空間を備えるようにしてもよい（請求項８記載の発
明）。
に所定の拡散抵抗を付与する拡散律速部を有し、夫々が
異なる種類の酸化物又は可燃ガスを測定する複数の処理
空間を備えるようにしてもよい（請求項８記載の発
明）。
【００２２】これにより、例えば前記主ポンプ手段の処
理空間（便宜的に第１室と記す）に連設される測定用ポ
ンプ手段あるいは濃度検出手段の処理空間（便宜的に第
２室と記す）は、前記第１室に対して直列又は並列な状
態で複数配設することができる。そして、各第２室にお
いて、測定用ポンプ手段における電極間に印加されるポ
ンプ電圧を測定対象とする酸化物に応じて個々に設定す
る、又は測定用ポンプ手段もしくは濃度検出手段に配設
される分解触媒を測定対象とする酸化物に応じて個々に
設定することにより、種類の異なる複数の酸化物の測定
を１つのセンサで行うことができる。
理空間（便宜的に第１室と記す）に連設される測定用ポ
ンプ手段あるいは濃度検出手段の処理空間（便宜的に第
２室と記す）は、前記第１室に対して直列又は並列な状
態で複数配設することができる。そして、各第２室にお
いて、測定用ポンプ手段における電極間に印加されるポ
ンプ電圧を測定対象とする酸化物に応じて個々に設定す
る、又は測定用ポンプ手段もしくは濃度検出手段に配設
される分解触媒を測定対象とする酸化物に応じて個々に
設定することにより、種類の異なる複数の酸化物の測定
を１つのセンサで行うことができる。
【００２３】また、前記構成において、内側ポンプ電極
を、酸化物に対する触媒活性の低い不活性材料にて構成
するようにしてもよい（請求項９記載の発明）。この場
合、内側ポンプ電極上での酸化物の分解反応が好適に抑
制され、測定用ポンプ手段あるいは濃度検出手段を通じ
て酸化物を一層高精度に測定することが可能となる。
を、酸化物に対する触媒活性の低い不活性材料にて構成
するようにしてもよい（請求項９記載の発明）。この場
合、内側ポンプ電極上での酸化物の分解反応が好適に抑
制され、測定用ポンプ手段あるいは濃度検出手段を通じ
て酸化物を一層高精度に測定することが可能となる。
【００２４】また、前記構成において、前記主ポンプ手
段に供給される前記制御電圧を、前記主ポンプ手段の処
理空間における酸素分圧が１．２×１０-8ａｔｍ以上と
なる電圧に設定することで（請求項１０記載の発明）、
所望の酸素濃度に調整された被測定ガスが測定用ポンプ
手段の処理空間あるいは濃度検出手段の処理空間に供給
されることになる。
段に供給される前記制御電圧を、前記主ポンプ手段の処
理空間における酸素分圧が１．２×１０-8ａｔｍ以上と
なる電圧に設定することで（請求項１０記載の発明）、
所望の酸素濃度に調整された被測定ガスが測定用ポンプ
手段の処理空間あるいは濃度検出手段の処理空間に供給
されることになる。
【００２５】また、前記構成において、酸素イオン伝導
性固体電解質からなる基体の内外に配設される内側補助
電極及び外側補助電極を有し、かつ、前記主ポンプ手段
にてポンピング処理された後の被測定ガスに含まれる酸
素を、前記内側補助電極及び外側補助電極間に印加され
る補助ポンプ電圧に基づいてポンピング処理する補助ポ
ンプ手段を設けるようにしてもよい（請求項１１記載の
発明）。
性固体電解質からなる基体の内外に配設される内側補助
電極及び外側補助電極を有し、かつ、前記主ポンプ手段
にてポンピング処理された後の被測定ガスに含まれる酸
素を、前記内側補助電極及び外側補助電極間に印加され
る補助ポンプ電圧に基づいてポンピング処理する補助ポ
ンプ手段を設けるようにしてもよい（請求項１１記載の
発明）。
【００２６】これにより、まず、主ポンプ手段にて所定
のガス成分が所定濃度に粗調整された被測定ガスは、更
に補助ポンプ手段によって所定のガス成分の濃度が微調
整される。
のガス成分が所定濃度に粗調整された被測定ガスは、更
に補助ポンプ手段によって所定のガス成分の濃度が微調
整される。
【００２７】一般に、外部空間における被測定ガス中の
所定ガス成分の濃度が大きく（例えば０から２０％）変
化すると、主ポンプ手段に導かれる被測定ガスの所定ガ
ス成分の濃度分布が大きく変化し、測定用ポンプ手段あ
るいは濃度検出手段に導かれる所定ガス成分量も変化す
る。
所定ガス成分の濃度が大きく（例えば０から２０％）変
化すると、主ポンプ手段に導かれる被測定ガスの所定ガ
ス成分の濃度分布が大きく変化し、測定用ポンプ手段あ
るいは濃度検出手段に導かれる所定ガス成分量も変化す
る。
【００２８】このとき、主ポンプ手段にてポンピング処
理された後の被測定ガスにおける酸素濃度は、補助ポン
プ手段でのポンピング処理にて微調整されることになる
が、主ポンプ手段でのポンピング処理によって、前記補
助ポンプ手段に導かれる被測定ガス中の酸素の濃度変化
は、外部空間からの被測定ガス（主ポンプ手段に導かれ
る被測定ガス）における酸素の濃度変化よりも大幅に縮
小されるため、測定用ポンプ手段における内側検出電極
近傍あるいは濃度検出手段における外側検出電極近傍で
の所定ガス成分の濃度を精度よく一定に制御することが
できる。
理された後の被測定ガスにおける酸素濃度は、補助ポン
プ手段でのポンピング処理にて微調整されることになる
が、主ポンプ手段でのポンピング処理によって、前記補
助ポンプ手段に導かれる被測定ガス中の酸素の濃度変化
は、外部空間からの被測定ガス（主ポンプ手段に導かれ
る被測定ガス）における酸素の濃度変化よりも大幅に縮
小されるため、測定用ポンプ手段における内側検出電極
近傍あるいは濃度検出手段における外側検出電極近傍で
の所定ガス成分の濃度を精度よく一定に制御することが
できる。
【００２９】従って、測定用ポンプ手段あるいは濃度検
出手段に導かれる所定ガス成分の濃度は、前記被測定ガ
ス（主ポンプ手段に導かれる被測定ガス）における酸素
の濃度変化の影響を受け難くなり、その結果、電流検出
手段にて検出されるポンプ電流値あるいは電圧検出手段
にて検出される起電力は、前記被測定ガスにおける酸素
の濃度変化に影響されず、被測定ガス中に存在する目的
成分量に正確に対応した値となる。
出手段に導かれる所定ガス成分の濃度は、前記被測定ガ
ス（主ポンプ手段に導かれる被測定ガス）における酸素
の濃度変化の影響を受け難くなり、その結果、電流検出
手段にて検出されるポンプ電流値あるいは電圧検出手段
にて検出される起電力は、前記被測定ガスにおける酸素
の濃度変化に影響されず、被測定ガス中に存在する目的
成分量に正確に対応した値となる。
【００３０】特に、前記補助ポンプ手段における内側補
助電極を、前記補助ポンプ手段の処理空間の少なくとも
上面部及び下面部に配設することにより（請求項１２記
載の発明）、前記補助ポンプ手段に導かれる被測定ガス
中の余分の酸素を効率よく除去することができ、被測定
ガス中に存在する目的ガス成分を更に高精度に測定する
ことができる。
助電極を、前記補助ポンプ手段の処理空間の少なくとも
上面部及び下面部に配設することにより（請求項１２記
載の発明）、前記補助ポンプ手段に導かれる被測定ガス
中の余分の酸素を効率よく除去することができ、被測定
ガス中に存在する目的ガス成分を更に高精度に測定する
ことができる。
【００３１】また、前記構成において、前記主ポンプ手
段の処理空間に露呈する内側測定電極と、基準ガス導入
空間に露呈する外側測定電極を有し、かつ、前記内側測
定電極と外側測定電極間に生じる酸素濃淡電池起電力を
前記主ポンプ手段の処理空間における酸素分圧として測
定する濃度測定手段と、前記濃度測定手段にて検出され
る前記酸素濃淡電池起電力が所定の値になるように前記
制御電圧のレベルを調整する主ポンプ制御手段を設ける
ようにしてもよい（請求項１３記載の発明）。
段の処理空間に露呈する内側測定電極と、基準ガス導入
空間に露呈する外側測定電極を有し、かつ、前記内側測
定電極と外側測定電極間に生じる酸素濃淡電池起電力を
前記主ポンプ手段の処理空間における酸素分圧として測
定する濃度測定手段と、前記濃度測定手段にて検出され
る前記酸素濃淡電池起電力が所定の値になるように前記
制御電圧のレベルを調整する主ポンプ制御手段を設ける
ようにしてもよい（請求項１３記載の発明）。
【００３２】これにより、前記濃度測定手段において、
前記主ポンプ手段でのポンピング処理時における前記被
測定ガスに含まれる酸素の量と前記外側測定電極側のガ
スに含まれる酸素の量との差に応じた起電力が発生す
る。そして、主ポンプ制御手段を通じ、前記起電力に基
づいて、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極及び
外側ポンプ電極間に印加される制御電圧のレベルが調整
される。
前記主ポンプ手段でのポンピング処理時における前記被
測定ガスに含まれる酸素の量と前記外側測定電極側のガ
スに含まれる酸素の量との差に応じた起電力が発生す
る。そして、主ポンプ制御手段を通じ、前記起電力に基
づいて、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極及び
外側ポンプ電極間に印加される制御電圧のレベルが調整
される。
【００３３】主ポンプ手段は、外部空間から導入された
被測定ガスのうち、酸素を制御電圧のレベルに応じた量
ほどポンピング処理する。前記レベル調整された制御電
圧の主ポンプ手段への供給によって、前記被測定ガスに
おける酸素の濃度は、所定レベルにフィードバック制御
されることとなる。
被測定ガスのうち、酸素を制御電圧のレベルに応じた量
ほどポンピング処理する。前記レベル調整された制御電
圧の主ポンプ手段への供給によって、前記被測定ガスに
おける酸素の濃度は、所定レベルにフィードバック制御
されることとなる。
【００３４】なお、本発明に係るガスセンサでは、特
に、ＮＯ、ＮＯ2 等の窒素酸化物を高精度に測定するこ
とができる。
に、ＮＯ、ＮＯ2 等の窒素酸化物を高精度に測定するこ
とができる。
【００３５】各処理空間を構成する各基体の温度は、所
望の酸素イオン伝導特性を付与すべく、加熱手段によっ
て所定温度に加熱すると好適である。この場合、前記測
定用ポンプ手段あるいは濃度検出手段の処理空間に配設
される電極を、前記加熱手段側の基体上に配設すると好
適である。
望の酸素イオン伝導特性を付与すべく、加熱手段によっ
て所定温度に加熱すると好適である。この場合、前記測
定用ポンプ手段あるいは濃度検出手段の処理空間に配設
される電極を、前記加熱手段側の基体上に配設すると好
適である。
【００３６】外部空間と主ポンプ手段の処理空間との間
に被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与する手段
（便宜的に第１の拡散律速手段と記す）を配置し、主ポ
ンプ手段の処理空間と測定用ポンプ手段あるいは濃度検
出手段の処理空間との間に被測定ガスに対して所定の拡
散抵抗を付与する手段（便宜的に第２の拡散律速手段と
記す）を配置する場合においては、前記第２拡散律速部
の拡散抵抗を、第１拡散律速部の拡散抵抗よりも大きく
設定されることが望ましい。
に被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与する手段
（便宜的に第１の拡散律速手段と記す）を配置し、主ポ
ンプ手段の処理空間と測定用ポンプ手段あるいは濃度検
出手段の処理空間との間に被測定ガスに対して所定の拡
散抵抗を付与する手段（便宜的に第２の拡散律速手段と
記す）を配置する場合においては、前記第２拡散律速部
の拡散抵抗を、第１拡散律速部の拡散抵抗よりも大きく
設定されることが望ましい。
【００３７】測定用ポンプ手段あるいは濃度検出手段の
処理空間に配設される酸化物分解触媒として、Ｒｈサー
メットを用いると好適である。また、酸化物分解触媒を
電極とし、あるいは、電極とは別に触媒層として設けて
もよい。
処理空間に配設される酸化物分解触媒として、Ｒｈサー
メットを用いると好適である。また、酸化物分解触媒を
電極とし、あるいは、電極とは別に触媒層として設けて
もよい。
【００３８】そして、本発明に係るガスセンサにおい
て、外側検出電極を基準ガスが導入される空間に露呈す
る位置に配設することで、所定ガス成分が分解されるこ
とによって生成された酸素と基準ガスに含まれる酸素と
の比較を行うことができ、より正確な所定ガス成分の測
定を行うことができる。
て、外側検出電極を基準ガスが導入される空間に露呈す
る位置に配設することで、所定ガス成分が分解されるこ
とによって生成された酸素と基準ガスに含まれる酸素と
の比較を行うことができ、より正確な所定ガス成分の測
定を行うことができる。
【００３９】特に、前記外側検出電極を、前記外側補助
電極及び外側測定電極と共通に構成することが好まし
い。この場合、測定用ポンプ手段あるいは濃度検出手段
における外側検出電極と補助ポンプ手段における外側補
助電極と濃度測定手段における外側測定電極の共通電極
が、基準ガスの導入空間に露呈することになり、測定用
ポンプ手段及び濃度検出手段並びに濃度測定手段の各検
出処理における基準電極として定義することができる。
これに準じて、測定用ポンプ手段及び濃度検出手段にお
ける内側検出電極を検出電極、補助ポンプ手段における
内側補助電極を補助電極、濃度測定手段における内側測
定電極を測定電極と定義することができる。
電極及び外側測定電極と共通に構成することが好まし
い。この場合、測定用ポンプ手段あるいは濃度検出手段
における外側検出電極と補助ポンプ手段における外側補
助電極と濃度測定手段における外側測定電極の共通電極
が、基準ガスの導入空間に露呈することになり、測定用
ポンプ手段及び濃度検出手段並びに濃度測定手段の各検
出処理における基準電極として定義することができる。
これに準じて、測定用ポンプ手段及び濃度検出手段にお
ける内側検出電極を検出電極、補助ポンプ手段における
内側補助電極を補助電極、濃度測定手段における内側測
定電極を測定電極と定義することができる。
【００４０】また、本発明では、測定ポンプ手段あるい
は濃度検出手段の処理空間に汲み込まれて可燃ガスと結
合する酸素量に応じたポンプ電流から、被測定ガスに含
まれる可燃ガスの量を高精度に測定することができる。
この場合、前記主ポンプ手段で設定される制御電圧を、
酸素濃淡電池起電力が、例えば、９３０ｍＶになるよう
に設定することで、可燃ガスが燃焼することのない被測
定ガスを測定ポンプ手段あるいは濃度検出手段の処理空
間に供給することができる。
は濃度検出手段の処理空間に汲み込まれて可燃ガスと結
合する酸素量に応じたポンプ電流から、被測定ガスに含
まれる可燃ガスの量を高精度に測定することができる。
この場合、前記主ポンプ手段で設定される制御電圧を、
酸素濃淡電池起電力が、例えば、９３０ｍＶになるよう
に設定することで、可燃ガスが燃焼することのない被測
定ガスを測定ポンプ手段あるいは濃度検出手段の処理空
間に供給することができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスセンサを
例えば車両の排気ガスや大気中に含まれるＮＯ、Ｎ
Ｏ2 、ＳＯ2 、ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏ等の酸化物や、ＣＯ、Ｃ
ｎＨｍ等の可燃ガスを測定するガスセンサに適用したい
くつかの実施の形態例を図１〜図１３を参照しながら説
明する。
例えば車両の排気ガスや大気中に含まれるＮＯ、Ｎ
Ｏ2 、ＳＯ2 、ＣＯ2 、Ｈ2 Ｏ等の酸化物や、ＣＯ、Ｃ
ｎＨｍ等の可燃ガスを測定するガスセンサに適用したい
くつかの実施の形態例を図１〜図１３を参照しながら説
明する。
【００４２】まず、図１及び図２に示すように、第１の
実施の形態に係るガスセンサ５０Ａは、全体として、長
尺な板状体形状に構成されており、ＺｒＯ2 等の酸素イ
オン伝導性固体電解質を用いたセラミックスよりなる例
えば６枚の固体電解質層５２ａ〜５２ｆが積層されて構
成され、下から１層目及び２層目が第１及び第２の基板
層５２ａ及び５２ｂとされ、下から３層目及び５層目が
第１及び第２のスペーサ層５２ｃ及び５２ｅとされ、下
から４層目及び６層目が第１及び第２の固体電解質層５
２ｄ及び５２ｆとされている。
実施の形態に係るガスセンサ５０Ａは、全体として、長
尺な板状体形状に構成されており、ＺｒＯ2 等の酸素イ
オン伝導性固体電解質を用いたセラミックスよりなる例
えば６枚の固体電解質層５２ａ〜５２ｆが積層されて構
成され、下から１層目及び２層目が第１及び第２の基板
層５２ａ及び５２ｂとされ、下から３層目及び５層目が
第１及び第２のスペーサ層５２ｃ及び５２ｅとされ、下
から４層目及び６層目が第１及び第２の固体電解質層５
２ｄ及び５２ｆとされている。
【００４３】具体的には、第２の基板層５２ｂ上に第１
のスペーサ層５２ｃが積層され、更に、この第１のスペ
ーサ層５２ｃ上に第１の固体電解質層５２ｄ、第２のス
ペーサ層５２ｅ及び第２の固体電解質層５２ｆが順次積
層されている。
のスペーサ層５２ｃが積層され、更に、この第１のスペ
ーサ層５２ｃ上に第１の固体電解質層５２ｄ、第２のス
ペーサ層５２ｅ及び第２の固体電解質層５２ｆが順次積
層されている。
【００４４】第２の基板層５２ｂと第１の固体電解質層
５２ｄとの間には、酸化物測定の基準となる基準ガス、
例えば大気が導入される空間（基準ガス導入空間５４）
が、第１の固体電解質層５２ｄの下面、第２の基板層５
２ｂの上面及び第１のスペーサ層５２ｃの側面によって
区画、形成されている。
５２ｄとの間には、酸化物測定の基準となる基準ガス、
例えば大気が導入される空間（基準ガス導入空間５４）
が、第１の固体電解質層５２ｄの下面、第２の基板層５
２ｂの上面及び第１のスペーサ層５２ｃの側面によって
区画、形成されている。
【００４５】また、第１及び第２の固体電解質層５２ｄ
及び５２ｆ間に第２のスペーサ層５２ｅが挟設されると
共に、第１及び第２の拡散律速部５６及び５８が挟設さ
れている。
及び５２ｆ間に第２のスペーサ層５２ｅが挟設されると
共に、第１及び第２の拡散律速部５６及び５８が挟設さ
れている。
【００４６】そして、第２の固体電解質層５２ｆの下
面、第１及び第２の拡散律速部５６及び５８の側面並び
に第１の固体電解質層５２ｄの上面によって、被測定ガ
スＧ中の酸素分圧を調整するための第１室６０が区画、
形成され、第２の固体電解質層５２ｆの下面、第２の拡
散律速部５８の側面、第２のスペーサ層５２ｅの側面並
びに第１の固体電解質層５２ｄの上面によって、被測定
ガスＧ中の酸素分圧を微調整し、更に被測定ガスＧ中の
酸化物、例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）を測定するための
第２室６２が区画、形成される。
面、第１及び第２の拡散律速部５６及び５８の側面並び
に第１の固体電解質層５２ｄの上面によって、被測定ガ
スＧ中の酸素分圧を調整するための第１室６０が区画、
形成され、第２の固体電解質層５２ｆの下面、第２の拡
散律速部５８の側面、第２のスペーサ層５２ｅの側面並
びに第１の固体電解質層５２ｄの上面によって、被測定
ガスＧ中の酸素分圧を微調整し、更に被測定ガスＧ中の
酸化物、例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）を測定するための
第２室６２が区画、形成される。
【００４７】外部空間と前記第１室６０は、第１の拡散
律速部５６を介して連通され、第１室６０と第２室６２
は、前記第２の拡散律速部５８を介して連通されてい
る。
律速部５６を介して連通され、第１室６０と第２室６２
は、前記第２の拡散律速部５８を介して連通されてい
る。
【００４８】ここで、前記第１及び第２の拡散律速部５
６及び５８は、第１室６０及び第２室６２にそれぞれ導
入される被測定ガスＧに対して所定の拡散抵抗を付与す
るものであり、例えば、被測定ガスＧを導入することが
できる多孔質材料又は所定の断面積を有した小孔からな
る通路として形成することができる。
６及び５８は、第１室６０及び第２室６２にそれぞれ導
入される被測定ガスＧに対して所定の拡散抵抗を付与す
るものであり、例えば、被測定ガスＧを導入することが
できる多孔質材料又は所定の断面積を有した小孔からな
る通路として形成することができる。
【００４９】特に、第２の拡散律速部５８内には、Ｚｒ
Ｏ2 等からなる多孔質体が充填、配置されて、前記第２
の拡散律速部５８の拡散抵抗が前記第１の拡散律速部５
６における拡散抵抗よりも大きくされている。
Ｏ2 等からなる多孔質体が充填、配置されて、前記第２
の拡散律速部５８の拡散抵抗が前記第１の拡散律速部５
６における拡散抵抗よりも大きくされている。
【００５０】また、この第１の実施の形態に係るガスセ
ンサ５０Ａにおいては、前記第２室６２の内壁面に形成
された多孔質サーメット電極からなる内側ポンプ電極６
４ａ〜６４ｄが形成され、前記第２の固体電解質層５２
ｆの上面のうち、前記内側ポンプ電極６４ａに対応する
部分に、外側ポンプ電極６６が形成されており、これら
内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄ、外側ポンプ電極６６並
びにこれら両電極６４ａ〜６４ｄ及び６６間に挟まれた
第２の固体電解質層５２ｆ、第１の固体電解質層５２ｄ
及び第２のスペーサ層５２ｅにて電気化学的なポンプセ
ル、即ち、主ポンプセル６８が構成されている。
ンサ５０Ａにおいては、前記第２室６２の内壁面に形成
された多孔質サーメット電極からなる内側ポンプ電極６
４ａ〜６４ｄが形成され、前記第２の固体電解質層５２
ｆの上面のうち、前記内側ポンプ電極６４ａに対応する
部分に、外側ポンプ電極６６が形成されており、これら
内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄ、外側ポンプ電極６６並
びにこれら両電極６４ａ〜６４ｄ及び６６間に挟まれた
第２の固体電解質層５２ｆ、第１の固体電解質層５２ｄ
及び第２のスペーサ層５２ｅにて電気化学的なポンプセ
ル、即ち、主ポンプセル６８が構成されている。
【００５１】前記内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄは、図
３に示すように、第１室６０の内壁面を囲繞するように
して相互に連続し、当該第１室６０を構成する壁面の上
面部である第２の固体電解質層５２ｆの下面に配設され
る内側ポンプ電極６４ａと、前記壁面の下面部である第
１の固体電解質層５２ｄの上面に配設される内側ポンプ
電極６４ｂと、前記壁面の側面部である第２のスペーサ
層５２ｅの側面に配設される内側ポンプ電極６４ｃ及び
６４ｄとが連続形成されて構成される。
３に示すように、第１室６０の内壁面を囲繞するように
して相互に連続し、当該第１室６０を構成する壁面の上
面部である第２の固体電解質層５２ｆの下面に配設され
る内側ポンプ電極６４ａと、前記壁面の下面部である第
１の固体電解質層５２ｄの上面に配設される内側ポンプ
電極６４ｂと、前記壁面の側面部である第２のスペーサ
層５２ｅの側面に配設される内側ポンプ電極６４ｃ及び
６４ｄとが連続形成されて構成される。
【００５２】なお、前記内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄ
は、上面部の内側ポンプ電極６４ａ又は下面部の内側ポ
ンプ電極６４ｂのいずれか一方の１つの電極のみで構成
してもよく、また、上下両面部の内側ポンプ電極６４ａ
及び６４ｂと、側面の内側ポンプ電極６４ｃ又は６４ｄ
のいずれか一方の３つの電極にて構成してもよい。
は、上面部の内側ポンプ電極６４ａ又は下面部の内側ポ
ンプ電極６４ｂのいずれか一方の１つの電極のみで構成
してもよく、また、上下両面部の内側ポンプ電極６４ａ
及び６４ｂと、側面の内側ポンプ電極６４ｃ又は６４ｄ
のいずれか一方の３つの電極にて構成してもよい。
【００５３】そして、前記主ポンプセル６８における内
側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄと外側ポンプ電極６６間
に、外部の可変電源７０を通じて所望の制御電圧（ポン
プ電圧）Ｖｐ１を印加して、外側ポンプ電極６６と内側
ポンプ電極６４ａ〜６４ｄ間に正方向あるいは負方向に
ポンプ電流Ｉｐ１を流すことにより、前記第１室６０内
における雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるい
は外部空間の酸素を第１室６０内に汲み入れることがで
きるようになっている。
側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄと外側ポンプ電極６６間
に、外部の可変電源７０を通じて所望の制御電圧（ポン
プ電圧）Ｖｐ１を印加して、外側ポンプ電極６６と内側
ポンプ電極６４ａ〜６４ｄ間に正方向あるいは負方向に
ポンプ電流Ｉｐ１を流すことにより、前記第１室６０内
における雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるい
は外部空間の酸素を第１室６０内に汲み入れることがで
きるようになっている。
【００５４】また、前記第１の固体電解質層５２ｄの上
面のうち、前記第１室６０を形づくる上面であって、か
つ第２の拡散律速部５８に近接する部分（内側ポンプ電
極６４ｂが形成されていない部分）に、平面ほぼ矩形状
の多孔質サーメット電極からなる測定電極７２が形成さ
れ、前記第１の固体電解質層５２ｄの下面のうち、基準
ガス導入空間５４に露呈する部分に基準電極７４が形成
されており、これら測定電極７２、基準電極７４及び第
１の固体電解質層５２ｄによって、電気化学的なセンサ
セル、即ち、制御用酸素分圧検出セル７６が構成されて
いる。
面のうち、前記第１室６０を形づくる上面であって、か
つ第２の拡散律速部５８に近接する部分（内側ポンプ電
極６４ｂが形成されていない部分）に、平面ほぼ矩形状
の多孔質サーメット電極からなる測定電極７２が形成さ
れ、前記第１の固体電解質層５２ｄの下面のうち、基準
ガス導入空間５４に露呈する部分に基準電極７４が形成
されており、これら測定電極７２、基準電極７４及び第
１の固体電解質層５２ｄによって、電気化学的なセンサ
セル、即ち、制御用酸素分圧検出セル７６が構成されて
いる。
【００５５】この制御用酸素分圧検出セル７６は、第１
室６０内の雰囲気と基準ガス導入空間５４内の基準ガス
（大気）との間の酸素濃度差に基づいて、測定電極７２
と基準電極７４との間に発生する起電力を電圧計７８に
て測定することにより、前記第１室６０内の雰囲気の酸
素分圧が検出できるようになっている。
室６０内の雰囲気と基準ガス導入空間５４内の基準ガス
（大気）との間の酸素濃度差に基づいて、測定電極７２
と基準電極７４との間に発生する起電力を電圧計７８に
て測定することにより、前記第１室６０内の雰囲気の酸
素分圧が検出できるようになっている。
【００５６】即ち、基準電極７４及び測定電極７２間に
生じる電圧Ｖ１は、基準ガス導入空間５４に導入される
基準ガスの酸素分圧と、第１室６０内の被測定ガスＧの
酸素分圧との差に基づいて生じる酸素濃淡電池起電力で
あり、ネルンストの式として知られる Ｖ１＝ＲＴ／４Ｆ・ｌｎ（Ｐ１（Ｏ2 ）／Ｐ０
（Ｏ2 ）） Ｒ：気体定数 Ｔ：絶対温度 Ｆ：ファラデー数 Ｐ１（Ｏ2 ）：第１室６０内の酸素分圧 Ｐ０（Ｏ2 ）：基準ガスの酸素分圧 の関係を有している。そこで、前記ネルンストの式に基
づく電圧Ｖ１を電圧計７８によって測定することで、第
１室６０内の酸素分圧を検出することができる。
生じる電圧Ｖ１は、基準ガス導入空間５４に導入される
基準ガスの酸素分圧と、第１室６０内の被測定ガスＧの
酸素分圧との差に基づいて生じる酸素濃淡電池起電力で
あり、ネルンストの式として知られる Ｖ１＝ＲＴ／４Ｆ・ｌｎ（Ｐ１（Ｏ2 ）／Ｐ０
（Ｏ2 ）） Ｒ：気体定数 Ｔ：絶対温度 Ｆ：ファラデー数 Ｐ１（Ｏ2 ）：第１室６０内の酸素分圧 Ｐ０（Ｏ2 ）：基準ガスの酸素分圧 の関係を有している。そこで、前記ネルンストの式に基
づく電圧Ｖ１を電圧計７８によって測定することで、第
１室６０内の酸素分圧を検出することができる。
【００５７】前記検出された酸素分圧値は可変電源７０
のポンプ電圧をフィードバック制御系８０を通じて制御
するために使用され、具体的には、第１室６０内の雰囲
気の酸素分圧が、次の第２室６２において酸素分圧の制
御を行い得るのに十分な低い所定の値となるように、主
ポンプセル６８のポンプ動作が制御される。
のポンプ電圧をフィードバック制御系８０を通じて制御
するために使用され、具体的には、第１室６０内の雰囲
気の酸素分圧が、次の第２室６２において酸素分圧の制
御を行い得るのに十分な低い所定の値となるように、主
ポンプセル６８のポンプ動作が制御される。
【００５８】なお、前記内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄ
及び外側ポンプ電極６６は、第１室６０内に導入された
被測定ガスＧ中のＮＯｘ、例えば、ＮＯに対する触媒活
性が低い不活性材料により構成される。具体的には、前
記内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄ及び外側ポンプ電極６
６は、多孔質サーメット電極にて構成することができ、
この場合、Ｐｔ等の金属とＺｒＯ2 等のセラミックスと
から構成されることになるが、特に、被測定ガスＧに接
触する第１室６０内に配置される内側ポンプ電極６４ａ
〜６４ｄ及び測定電極７２は、測定ガス中のＮＯ成分に
対する還元能力を弱めた、あるいは還元能力のない材料
を用いる必要があり、例えばＬａ3 ＣｕＯ4 等のペロブ
スカイト構造を有する化合物、あるいはＡｕ等の触媒活
性の低い金属とセラミックスのサーメット、あるいはＡ
ｕ等の触媒活性の低い金属とＰｔ族金属とセラミックス
のサーメットで構成されることが好ましい。更に、電極
材料にＡｕとＰｔ族金属の合金を用いる場合は、Ａｕ添
加量を金属成分全体の０．０３〜３５ｖｏｌ％にするこ
とが好ましい。
及び外側ポンプ電極６６は、第１室６０内に導入された
被測定ガスＧ中のＮＯｘ、例えば、ＮＯに対する触媒活
性が低い不活性材料により構成される。具体的には、前
記内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄ及び外側ポンプ電極６
６は、多孔質サーメット電極にて構成することができ、
この場合、Ｐｔ等の金属とＺｒＯ2 等のセラミックスと
から構成されることになるが、特に、被測定ガスＧに接
触する第１室６０内に配置される内側ポンプ電極６４ａ
〜６４ｄ及び測定電極７２は、測定ガス中のＮＯ成分に
対する還元能力を弱めた、あるいは還元能力のない材料
を用いる必要があり、例えばＬａ3 ＣｕＯ4 等のペロブ
スカイト構造を有する化合物、あるいはＡｕ等の触媒活
性の低い金属とセラミックスのサーメット、あるいはＡ
ｕ等の触媒活性の低い金属とＰｔ族金属とセラミックス
のサーメットで構成されることが好ましい。更に、電極
材料にＡｕとＰｔ族金属の合金を用いる場合は、Ａｕ添
加量を金属成分全体の０．０３〜３５ｖｏｌ％にするこ
とが好ましい。
【００５９】また、前記第１の実施の形態に係るガスセ
ンサ５０Ａにおいては、前記第１の固体電解質層５２ｄ
の上面のうち、前記第２室６２を形づくる上面であっ
て、かつ第２の拡散律速部５８から離間した部分に、平
面ほぼ矩形状の多孔質サーメット電極からなる検出電極
８２が形成され、該検出電極８２、前記基準電極７４及
び第１の固体電解質層５２ｄによって、電気化学的なポ
ンプセル、即ち、測定用ポンプセル８４が構成される。
ンサ５０Ａにおいては、前記第１の固体電解質層５２ｄ
の上面のうち、前記第２室６２を形づくる上面であっ
て、かつ第２の拡散律速部５８から離間した部分に、平
面ほぼ矩形状の多孔質サーメット電極からなる検出電極
８２が形成され、該検出電極８２、前記基準電極７４及
び第１の固体電解質層５２ｄによって、電気化学的なポ
ンプセル、即ち、測定用ポンプセル８４が構成される。
【００６０】前記検出電極８２は、窒素酸化物分解触
媒、例えばＲｈサーメット、あるいは触媒活性の低い材
料、あるいは触媒活性の低い材料の近傍に窒素酸化物分
解触媒を配置する等の構成を適宜選択できる。本実施の
形態においては、検出電極８２は、目的ガス成分たるＮ
Ｏｘを還元し得る金属であるＲｈとセラミックスとして
のジルコニアからなる多孔質サーメットにて構成されて
いる。
媒、例えばＲｈサーメット、あるいは触媒活性の低い材
料、あるいは触媒活性の低い材料の近傍に窒素酸化物分
解触媒を配置する等の構成を適宜選択できる。本実施の
形態においては、検出電極８２は、目的ガス成分たるＮ
Ｏｘを還元し得る金属であるＲｈとセラミックスとして
のジルコニアからなる多孔質サーメットにて構成されて
いる。
【００６１】これによって、第２室６２内に導入された
被測定ガスＧ中に存在するＮＯｘは、前記検出電極８２
の触媒作用にて分解されることになる。そして、検出電
極８２と基準電極７４間には、前記検出電極８２によっ
て分解されたＮＯｘから生成されたＯ2 を基準ガス導入
空間５４側に十分に汲み出すことができるレベルの一定
電圧Ｖｐ２が直流電源８６を通じて印加される。この直
流電源８６は、測定用ポンプセル８４で分解時に生成し
た酸素のポンピングに対して限界電流を与える大きさの
電圧を印加できるようになっている。
被測定ガスＧ中に存在するＮＯｘは、前記検出電極８２
の触媒作用にて分解されることになる。そして、検出電
極８２と基準電極７４間には、前記検出電極８２によっ
て分解されたＮＯｘから生成されたＯ2 を基準ガス導入
空間５４側に十分に汲み出すことができるレベルの一定
電圧Ｖｐ２が直流電源８６を通じて印加される。この直
流電源８６は、測定用ポンプセル８４で分解時に生成し
た酸素のポンピングに対して限界電流を与える大きさの
電圧を印加できるようになっている。
【００６２】これにより、前記測定用ポンプセル８４に
は、該測定用ポンプセル８４のポンプ動作によって汲み
出された酸素の量に応じたポンプ電流Ｉｐ２が流れ、こ
のポンプ電流Ｉｐ２は、電流計８８によって検出され
る。
は、該測定用ポンプセル８４のポンプ動作によって汲み
出された酸素の量に応じたポンプ電流Ｉｐ２が流れ、こ
のポンプ電流Ｉｐ２は、電流計８８によって検出され
る。
【００６３】なお、前記検出電極８２及び基準電極７４
間に、ＮＯｘを分解するのに十分なポンプ電圧を印加す
るか、あるいは、第２室６２内にＮＯｘを分解する酸化
物分解触媒を配設し、ポンプ電圧及び／又は酸化物分解
触媒の作用下に生成されたＯ 2 を、所定のポンプ電圧に
より第２室６２から汲み出すようにしてもよい。
間に、ＮＯｘを分解するのに十分なポンプ電圧を印加す
るか、あるいは、第２室６２内にＮＯｘを分解する酸化
物分解触媒を配設し、ポンプ電圧及び／又は酸化物分解
触媒の作用下に生成されたＯ 2 を、所定のポンプ電圧に
より第２室６２から汲み出すようにしてもよい。
【００６４】また、この第１の実施の形態に係るガスセ
ンサ５０Ａにおいては、図２に示すように、第１及び第
２の基板層５２ａ及び５２ｂにて上下から挟まれた形態
において、外部からの給電によって発熱するヒータ９０
が埋設されている。このヒータ９０は、酸素イオンの伝
導性を高めるために設けられるものであり、該ヒータ９
０の上下面には、第１及び第２の基板層５２ａ及び５２
ｂとの電気的絶縁を得るために、アルミナ等のセラミッ
ク層９２が形成されている。
ンサ５０Ａにおいては、図２に示すように、第１及び第
２の基板層５２ａ及び５２ｂにて上下から挟まれた形態
において、外部からの給電によって発熱するヒータ９０
が埋設されている。このヒータ９０は、酸素イオンの伝
導性を高めるために設けられるものであり、該ヒータ９
０の上下面には、第１及び第２の基板層５２ａ及び５２
ｂとの電気的絶縁を得るために、アルミナ等のセラミッ
ク層９２が形成されている。
【００６５】前記ヒータ９０は、第１室６０から第２室
６２の全体にわたって配設されており、これによって、
第１室６０及び第２室６２がそれぞれ所定の温度に加熱
され、併せて主ポンプセル６８、制御用酸素分圧検出セ
ル７６及び測定用ポンプセル８４も所定の温度に加熱、
保持されるようになっている。
６２の全体にわたって配設されており、これによって、
第１室６０及び第２室６２がそれぞれ所定の温度に加熱
され、併せて主ポンプセル６８、制御用酸素分圧検出セ
ル７６及び測定用ポンプセル８４も所定の温度に加熱、
保持されるようになっている。
【００６６】第１の実施の形態に係るガスセンサ５０Ａ
は、基本的には以上のように構成されるものであり、次
にその作用効果について説明する。
は、基本的には以上のように構成されるものであり、次
にその作用効果について説明する。
【００６７】酸化物の測定に先立ち、当該ガスセンサ５
０Ａを、第１室６０内に被測定ガスＧを導入できる状態
に設定する。次いで、ヒータ９０に通電し、第１及び第
２の固体電解質層５２ｄ及び５２ｆを所望の状態に活性
化する。
０Ａを、第１室６０内に被測定ガスＧを導入できる状態
に設定する。次いで、ヒータ９０に通電し、第１及び第
２の固体電解質層５２ｄ及び５２ｆを所望の状態に活性
化する。
【００６８】次に、前記のように設定したガスセンサ５
０Ａに対して被測定ガスＧを導入することにより、前記
被測定ガスＧ中に含まれる酸化物の測定を開始する。
０Ａに対して被測定ガスＧを導入することにより、前記
被測定ガスＧ中に含まれる酸化物の測定を開始する。
【００６９】第１拡散律速部５６を介して所定の拡散抵
抗のもとに第１室６０内に導入された被測定ガスＧは、
可変電源７０によって内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄ及
び外側ポンプ電極６６間に印加された所定のポンプ電圧
Ｖｐ１によって、その中に含まれる酸素分圧が所定値に
制御される。
抗のもとに第１室６０内に導入された被測定ガスＧは、
可変電源７０によって内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄ及
び外側ポンプ電極６６間に印加された所定のポンプ電圧
Ｖｐ１によって、その中に含まれる酸素分圧が所定値に
制御される。
【００７０】即ち、第１室６０内の酸素分圧は、電圧計
７８によって検出される基準電極７４、測定電極７２間
の電圧Ｖ１に基づいて測定することができる。この電圧
Ｖ１は、前述したネルンストの式で規定される酸素濃淡
電池起電力であり、この電圧Ｖ１が、例えば、３５０ｍ
Ｖ以下（酸素分圧換算で１．２×１０-8ａｔｍ以上）と
なるように可変電源７０のポンプ電圧Ｖｐ１をフィード
バック制御系８０を通じて制御することで、第１室６０
内の酸素分圧が所定値に制御される。
７８によって検出される基準電極７４、測定電極７２間
の電圧Ｖ１に基づいて測定することができる。この電圧
Ｖ１は、前述したネルンストの式で規定される酸素濃淡
電池起電力であり、この電圧Ｖ１が、例えば、３５０ｍ
Ｖ以下（酸素分圧換算で１．２×１０-8ａｔｍ以上）と
なるように可変電源７０のポンプ電圧Ｖｐ１をフィード
バック制御系８０を通じて制御することで、第１室６０
内の酸素分圧が所定値に制御される。
【００７１】第１室６０内で所定の酸素分圧に制御され
た被測定ガスＧは、第１拡散律速部５６よりも拡散抵抗
が大きく設定された第２拡散律速部５８を介して第２室
６２に導入される。
た被測定ガスＧは、第１拡散律速部５６よりも拡散抵抗
が大きく設定された第２拡散律速部５８を介して第２室
６２に導入される。
【００７２】第２室６２に導入された被測定ガスＧに含
まれる酸化物は、基準電極７４と検出電極８２との間に
直流電源８６によって印加された所定の測定用ポンプ電
圧Ｖｐ２により、あるいは、第２室６２に配設した酸化
物分解触媒によって分解され、それによって発生したＯ
2 が第１の固体電解質層５２ｄを介して基準ガス導入空
間５４側に汲み出される。このとき、酸素イオンの移動
によって生じた電流値Ｉｐ２は、電流計８８によって測
定され、この電流値Ｉｐ２から被測定ガスＧ中に含まれ
る所定の酸化物、例えば、ＮＯ、ＮＯ2 等のＮＯｘの濃
度が測定されることになる。
まれる酸化物は、基準電極７４と検出電極８２との間に
直流電源８６によって印加された所定の測定用ポンプ電
圧Ｖｐ２により、あるいは、第２室６２に配設した酸化
物分解触媒によって分解され、それによって発生したＯ
2 が第１の固体電解質層５２ｄを介して基準ガス導入空
間５４側に汲み出される。このとき、酸素イオンの移動
によって生じた電流値Ｉｐ２は、電流計８８によって測
定され、この電流値Ｉｐ２から被測定ガスＧ中に含まれ
る所定の酸化物、例えば、ＮＯ、ＮＯ2 等のＮＯｘの濃
度が測定されることになる。
【００７３】特に、この第１の実施の形態に係るガスセ
ンサ５０Ａでは、第１室６０内において、該第１室６０
に導入された被測定ガスＧの通路を囲繞するように内側
ポンプ電極６４ａ〜６４ｄが配設されており、これによ
って、前記被測定ガスＧに含まれるＯ2 の濃度を極めて
効果的に制御することができる。即ち、図３に示すよう
に、第１室６０内には、上面部及び下面部に内側ポンプ
電極６４ａ及び６４ｂが配設されているため、第１の拡
散律速部５６を介して導入された被測定ガスＧ中のＯ2
は、両方の内側ポンプ電極６４ａ及び６４ｂによってイ
オン化されて外部に汲み出される。
ンサ５０Ａでは、第１室６０内において、該第１室６０
に導入された被測定ガスＧの通路を囲繞するように内側
ポンプ電極６４ａ〜６４ｄが配設されており、これによ
って、前記被測定ガスＧに含まれるＯ2 の濃度を極めて
効果的に制御することができる。即ち、図３に示すよう
に、第１室６０内には、上面部及び下面部に内側ポンプ
電極６４ａ及び６４ｂが配設されているため、第１の拡
散律速部５６を介して導入された被測定ガスＧ中のＯ2
は、両方の内側ポンプ電極６４ａ及び６４ｂによってイ
オン化されて外部に汲み出される。
【００７４】そのため、第１室６０の上下方向に対して
は、特性Ａに示すように、従来の特性ａに比較して、上
下方向の位置にかかわらず酸素濃度が低く制御されるこ
とになる。また、幅方向に対しては、特性Ｂに示すよう
に、被測定ガスＧの通路となる中央部分で若干酸素濃度
が高くなるが、従来の特性ｂに比較して、酸素濃度の幅
方向に対する変動が大幅に抑制される。なお、第１室６
０内の側面部に対しても内側ポンプ電極６４ｃ及び６４
ｄが配設されているため、酸素濃度の制御を一層効果的
に行うことができる。
は、特性Ａに示すように、従来の特性ａに比較して、上
下方向の位置にかかわらず酸素濃度が低く制御されるこ
とになる。また、幅方向に対しては、特性Ｂに示すよう
に、被測定ガスＧの通路となる中央部分で若干酸素濃度
が高くなるが、従来の特性ｂに比較して、酸素濃度の幅
方向に対する変動が大幅に抑制される。なお、第１室６
０内の側面部に対しても内側ポンプ電極６４ｃ及び６４
ｄが配設されているため、酸素濃度の制御を一層効果的
に行うことができる。
【００７５】ここで、２つの実験例を示す。これらの実
験例は、前記第１の実施の形態に係るガスセンサ５０Ａ
と同じ構成を有し、かつ、第１室６０の内壁面にわたっ
て内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄが形成された構成を有
する第１実施例と、図１４に示す従来例に係るガスセン
サと同じ構成を有する比較例を用意して行った。
験例は、前記第１の実施の形態に係るガスセンサ５０Ａ
と同じ構成を有し、かつ、第１室６０の内壁面にわたっ
て内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄが形成された構成を有
する第１実施例と、図１４に示す従来例に係るガスセン
サと同じ構成を有する比較例を用意して行った。
【００７６】第１の実験例は、前記第１実施例と比較例
において、被測定ガスＧに含まれる酸素濃度（％）と、
内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄ及び外側ポンプ電極６６
間のＯ2 の汲み出しによって生じるポンプ電流Ｉｐ１
（μＡ）との関係をみたものである。この第１の実験例
の実験結果を図４に示す。この図４において、実線で示
す特性Ｃが第１実施例の実験結果を示し、破線で示す特
性ｃが比較例の実験結果を示す。
において、被測定ガスＧに含まれる酸素濃度（％）と、
内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄ及び外側ポンプ電極６６
間のＯ2 の汲み出しによって生じるポンプ電流Ｉｐ１
（μＡ）との関係をみたものである。この第１の実験例
の実験結果を図４に示す。この図４において、実線で示
す特性Ｃが第１実施例の実験結果を示し、破線で示す特
性ｃが比較例の実験結果を示す。
【００７７】この図４の実験結果から、比較例の特性ｃ
に対して、第１実施例の特性Ｃでは、内側ポンプ電極６
４ａ〜６４ｄの面積を拡大させたことにより、酸素濃度
が０〜２０％の範囲で線形となる特性が得られている。
このことから、第１実施例では、被測定ガスＧに含まれ
るＯ2 の濃度を、広範囲にわたって容易に制御すること
ができることがわかる。
に対して、第１実施例の特性Ｃでは、内側ポンプ電極６
４ａ〜６４ｄの面積を拡大させたことにより、酸素濃度
が０〜２０％の範囲で線形となる特性が得られている。
このことから、第１実施例では、被測定ガスＧに含まれ
るＯ2 の濃度を、広範囲にわたって容易に制御すること
ができることがわかる。
【００７８】第２の実験例は、前記第１実施例と比較例
において、被測定ガスＧに含まれる酸素濃度（％）と、
検出電極８２及び基準電極７４間にＮＯｘの分解によっ
て生じるポンプ電流Ｉｐ２（μＡ）との関係を示したも
のである。この第２の実験例の実験結果を図５に示す。
この図５において、実線で示す特性Ｄが第１実施例の実
験結果を示し、破線で示す特性ｄが比較例の実験結果を
示す。
において、被測定ガスＧに含まれる酸素濃度（％）と、
検出電極８２及び基準電極７４間にＮＯｘの分解によっ
て生じるポンプ電流Ｉｐ２（μＡ）との関係を示したも
のである。この第２の実験例の実験結果を図５に示す。
この図５において、実線で示す特性Ｄが第１実施例の実
験結果を示し、破線で示す特性ｄが比較例の実験結果を
示す。
【００７９】この図５の実験結果から、比較例の特性ｄ
に対して、第１実施例の特性Ｄでは、被測定ガスＧに含
まれる酸素濃度によらず一定のポンプ電流Ｉｐ２が得ら
れている。このことは、第１室６０において、前記被測
定ガスＧに含まれるＯ2 が内側ポンプ電極６４ａ〜６４
ｄによって十分に汲み出されているため、第２室６２で
のＮＯｘの測定に影響がないことを示している。
に対して、第１実施例の特性Ｄでは、被測定ガスＧに含
まれる酸素濃度によらず一定のポンプ電流Ｉｐ２が得ら
れている。このことは、第１室６０において、前記被測
定ガスＧに含まれるＯ2 が内側ポンプ電極６４ａ〜６４
ｄによって十分に汲み出されているため、第２室６２で
のＮＯｘの測定に影響がないことを示している。
【００８０】以上の結果から、主ポンプセル６８におけ
る内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄの面積を拡大し、第１
室６０の内壁面に被測定ガスＧの通路を囲繞するように
配設することで、前記被測定ガスＧに含まれるＯ2 を極
めて効果的に除去することができる。従って、第２室６
２に導入された被測定ガスＧに含まれる酸化物の量をＯ
2 に影響されることなく高精度に測定することができ
る。
る内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄの面積を拡大し、第１
室６０の内壁面に被測定ガスＧの通路を囲繞するように
配設することで、前記被測定ガスＧに含まれるＯ2 を極
めて効果的に除去することができる。従って、第２室６
２に導入された被測定ガスＧに含まれる酸化物の量をＯ
2 に影響されることなく高精度に測定することができ
る。
【００８１】なお、前記第１の実施の形態に係るガスセ
ンサ５０Ａでは、第１室６０に対して第２室６２が１つ
だけ連結された場合について説明したが、前記第１室６
０に対して前記第２室６２を複数連結し、種類の異なる
複数の酸化物を同時に測定するように構成してもよい。
例えば、第２室６２に対して、拡散律速部を介して前記
第２室６２と同一構成からなる第３室を直列に連結して
設け、かつ、前記第２室６２の検出電極８２に印加され
るポンプ電圧と異なるポンプ電圧を前記第３室の電極に
印加することにより、第２室６２とは種類の異なる酸化
物の測定を行うことができる。なお、これらの酸化物と
しては、例えば、ＮＯ、ＮＯ2 、ＣＯ2、Ｈ2 Ｏ、ＳＯ
2 等を掲げることができる。また、前記第３室は、前記
第２室６２に対して並列に連結することもできる。
ンサ５０Ａでは、第１室６０に対して第２室６２が１つ
だけ連結された場合について説明したが、前記第１室６
０に対して前記第２室６２を複数連結し、種類の異なる
複数の酸化物を同時に測定するように構成してもよい。
例えば、第２室６２に対して、拡散律速部を介して前記
第２室６２と同一構成からなる第３室を直列に連結して
設け、かつ、前記第２室６２の検出電極８２に印加され
るポンプ電圧と異なるポンプ電圧を前記第３室の電極に
印加することにより、第２室６２とは種類の異なる酸化
物の測定を行うことができる。なお、これらの酸化物と
しては、例えば、ＮＯ、ＮＯ2 、ＣＯ2、Ｈ2 Ｏ、ＳＯ
2 等を掲げることができる。また、前記第３室は、前記
第２室６２に対して並列に連結することもできる。
【００８２】また、前記第１の実施の形態に係るガスセ
ンサ５０Ａは、被測定ガスＧに含まれる可燃ガス、例え
ば、ＣＯ、炭化水素等の量を高精度に測定するセンサに
適用することもできる。
ンサ５０Ａは、被測定ガスＧに含まれる可燃ガス、例え
ば、ＣＯ、炭化水素等の量を高精度に測定するセンサに
適用することもできる。
【００８３】この場合、前記第１の実施の形態に係るガ
スセンサ５０Ａにおいて、主ポンプセル６８における内
側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄと外側ポンプ電極６６との
間に、制御用酸素分圧検出セル７６にて発生する起電力
Ｖ１が、例えば、９３０ｍＶになるようにポンプ電圧Ｖ
ｐ１を制御する。これにより、第１室６０内の酸素濃度
が可燃ガスを燃焼しない濃度に調整される。
スセンサ５０Ａにおいて、主ポンプセル６８における内
側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄと外側ポンプ電極６６との
間に、制御用酸素分圧検出セル７６にて発生する起電力
Ｖ１が、例えば、９３０ｍＶになるようにポンプ電圧Ｖ
ｐ１を制御する。これにより、第１室６０内の酸素濃度
が可燃ガスを燃焼しない濃度に調整される。
【００８４】次いで、被測定ガスＧは、第２室６２に導
入される。第２室６２では、酸素濃淡電池起電力が４５
０ｍＶになるように直流電源８６の測定用ポンプ電圧Ｖ
ｐ２が制御される。なお、第２室６２内には酸化物分解
触媒を配置しないものとする。
入される。第２室６２では、酸素濃淡電池起電力が４５
０ｍＶになるように直流電源８６の測定用ポンプ電圧Ｖ
ｐ２が制御される。なお、第２室６２内には酸化物分解
触媒を配置しないものとする。
【００８５】そこで、前記第２室６２に導入された被測
定ガスＧ中の可燃ガスは、検出電極８２に印加された測
定用ポンプ電圧Ｖｐ２によって外部から汲み込まれたＯ
2 と結合する。そのとき、電流計８８に流れるポンプ電
流Ｉｐ２を検出することで、前記可燃ガスの量を測定す
ることができる。
定ガスＧ中の可燃ガスは、検出電極８２に印加された測
定用ポンプ電圧Ｖｐ２によって外部から汲み込まれたＯ
2 と結合する。そのとき、電流計８８に流れるポンプ電
流Ｉｐ２を検出することで、前記可燃ガスの量を測定す
ることができる。
【００８６】ここで、１つの実験例（便宜的に第３の実
験例と記す）を示す。この第３の実験例は、前記第１実
施例と比較例において、被測定ガスＧに含まれる酸素濃
度（％）と、検出電極８２及び基準電極７４間に可燃ガ
スとＯ2 との結合によって生じるポンプ電流Ｉｐ２（μ
Ａ）との関係をみたものである。この第３の実験例の実
験結果を図６に示す。この図６において、実線で示す特
性Ｅが第１実施例の実験結果を示し、破線で示す特性ｅ
が比較例の実験結果を示す。
験例と記す）を示す。この第３の実験例は、前記第１実
施例と比較例において、被測定ガスＧに含まれる酸素濃
度（％）と、検出電極８２及び基準電極７４間に可燃ガ
スとＯ2 との結合によって生じるポンプ電流Ｉｐ２（μ
Ａ）との関係をみたものである。この第３の実験例の実
験結果を図６に示す。この図６において、実線で示す特
性Ｅが第１実施例の実験結果を示し、破線で示す特性ｅ
が比較例の実験結果を示す。
【００８７】この図６の実験結果から、比較例の特性ｅ
に対して、第１実施例の特性Ｅでは、被測定ガスＧに含
まれる酸素濃度によらず略一定のポンプ電流が得られて
いる。このことは、第１室６０において、前記被測定ガ
スＧに含まれるＯ2 が内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄに
よって十分に汲み出されているため、第２室６２での可
燃ガスの測定に影響がないことを示している。
に対して、第１実施例の特性Ｅでは、被測定ガスＧに含
まれる酸素濃度によらず略一定のポンプ電流が得られて
いる。このことは、第１室６０において、前記被測定ガ
スＧに含まれるＯ2 が内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄに
よって十分に汲み出されているため、第２室６２での可
燃ガスの測定に影響がないことを示している。
【００８８】次に、図７を参照しながら第２の実施の形
態に係るガスセンサ５０Ｂについて説明する。なお、図
２と対応するものについては同符号を付してその重複説
明を省略する。
態に係るガスセンサ５０Ｂについて説明する。なお、図
２と対応するものについては同符号を付してその重複説
明を省略する。
【００８９】この第２の実施の形態に係るガスセンサ５
０Ｂは、図７に示すように、前記第１の実施の形態に係
るガスセンサ５０Ａ（図２参照）とほぼ同じ構成を有す
るが、測定用ポンプセル８４に代えて、測定用酸素分圧
検出セル１００が設けられている点で異なる。
０Ｂは、図７に示すように、前記第１の実施の形態に係
るガスセンサ５０Ａ（図２参照）とほぼ同じ構成を有す
るが、測定用ポンプセル８４に代えて、測定用酸素分圧
検出セル１００が設けられている点で異なる。
【００９０】この測定用酸素分圧検出セル１００は、第
１の固体電解質層５２ｄの上面のうち、前記第２室６２
を形づくる上面に形成された検出電極１０２と、前記第
１の固体電解質層５２ｄの下面に形成された前記基準電
極７４と、前記第１の固体電解質層５２ｄによって構成
されている。
１の固体電解質層５２ｄの上面のうち、前記第２室６２
を形づくる上面に形成された検出電極１０２と、前記第
１の固体電解質層５２ｄの下面に形成された前記基準電
極７４と、前記第１の固体電解質層５２ｄによって構成
されている。
【００９１】この場合、測定用酸素分圧検出セル１００
における検出電極１０２と基準電極７４との間に、検出
電極１０２の周りの雰囲気と基準電極７４の周りの雰囲
気との間の酸素濃度差に応じた起電力（酸素濃淡電池起
電力）Ｖ２が発生することとなる。
における検出電極１０２と基準電極７４との間に、検出
電極１０２の周りの雰囲気と基準電極７４の周りの雰囲
気との間の酸素濃度差に応じた起電力（酸素濃淡電池起
電力）Ｖ２が発生することとなる。
【００９２】従って、前記検出電極１０２及び基準電極
７４間に発生する起電力（電圧）Ｖ２を電圧計１０４に
て測定することにより、検出電極１０２の周りの雰囲気
の酸素分圧、換言すれば、被測定ガス成分（ＮＯｘ）の
還元又は分解によって発生する酸素によって規定される
酸素分圧が電圧値Ｖ２として検出される。
７４間に発生する起電力（電圧）Ｖ２を電圧計１０４に
て測定することにより、検出電極１０２の周りの雰囲気
の酸素分圧、換言すれば、被測定ガス成分（ＮＯｘ）の
還元又は分解によって発生する酸素によって規定される
酸素分圧が電圧値Ｖ２として検出される。
【００９３】そして、この起電力Ｖ２の変化の度合い
が、ＮＯｘ濃度を表すことになる。つまり、前記検出電
極１０２と基準電極７４と第１の固体電解質層５２ｄと
により構成される測定用酸素分圧検出セル１００から出
力される起電力Ｖ２が、被測定ガスＧ中のＮＯｘ濃度を
表すことになる。
が、ＮＯｘ濃度を表すことになる。つまり、前記検出電
極１０２と基準電極７４と第１の固体電解質層５２ｄと
により構成される測定用酸素分圧検出セル１００から出
力される起電力Ｖ２が、被測定ガスＧ中のＮＯｘ濃度を
表すことになる。
【００９４】この第２の実施の形態に係るガスセンサ５
０Ｂにおいても、第１室６０に導入された被測定ガスＧ
の通路を囲繞するように内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄ
が配設されているため、前記被測定ガスＧに含まれるＯ
2 の濃度を極めて効果的に制御することができ、ガスセ
ンサ５０Ｂを用いてＮＯ及びＮＯ2 を含むＮＯｘを高精
度に測定することができる。
０Ｂにおいても、第１室６０に導入された被測定ガスＧ
の通路を囲繞するように内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄ
が配設されているため、前記被測定ガスＧに含まれるＯ
2 の濃度を極めて効果的に制御することができ、ガスセ
ンサ５０Ｂを用いてＮＯ及びＮＯ2 を含むＮＯｘを高精
度に測定することができる。
【００９５】ここで、２つの実験例（便宜的に第４の実
験例及び第５の実験例と記す）を示す。これらの実験例
は、前記第２の実施の形態に係るガスセンサ５０Ｂと同
じ構成を有し、かつ、第１室６０の内壁面にわたって内
側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄが形成された構成を有する
第２実施例と、図１４に示す従来例に係るガスセンサと
同じ構成を有する比較例を用意して行った。
験例及び第５の実験例と記す）を示す。これらの実験例
は、前記第２の実施の形態に係るガスセンサ５０Ｂと同
じ構成を有し、かつ、第１室６０の内壁面にわたって内
側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄが形成された構成を有する
第２実施例と、図１４に示す従来例に係るガスセンサと
同じ構成を有する比較例を用意して行った。
【００９６】第４の実験例は、前記第２実施例と比較例
において、被測定ガスＧに含まれる酸素濃度（％）と、
測定用酸素分圧検出セル１００における検出電極１０２
及び基準電極７４間に生じる起電力Ｖ２（ｍＶ）との関
係をみたものである。この第４の実験例の実験結果を図
８に示す。この図８において、実線で示す特性Ｆが第２
実施例の実験結果を示し、破線で示す特性ｆが比較例の
実験結果を示す。
において、被測定ガスＧに含まれる酸素濃度（％）と、
測定用酸素分圧検出セル１００における検出電極１０２
及び基準電極７４間に生じる起電力Ｖ２（ｍＶ）との関
係をみたものである。この第４の実験例の実験結果を図
８に示す。この図８において、実線で示す特性Ｆが第２
実施例の実験結果を示し、破線で示す特性ｆが比較例の
実験結果を示す。
【００９７】この図８の実験結果から、比較例の特性ｆ
に対して、第２実施例の特性Ｆでは、第１室６０で十分
にＯ2 が汲み出されているため、第２室６２に導入され
るＯ 2 の量が少なく起電力Ｖ２の変動も小さくなる。従
って、第２室６２では、Ｏ2の影響を受けることなく、
被測定ガスＧ中に含まれる酸化物の濃度を高精度に測定
することができる。
に対して、第２実施例の特性Ｆでは、第１室６０で十分
にＯ2 が汲み出されているため、第２室６２に導入され
るＯ 2 の量が少なく起電力Ｖ２の変動も小さくなる。従
って、第２室６２では、Ｏ2の影響を受けることなく、
被測定ガスＧ中に含まれる酸化物の濃度を高精度に測定
することができる。
【００９８】第５の実験例は、前記第２実施例及び比較
例を被測定ガスＧに含まれる可燃ガス、例えば、ＣＯ、
炭化水素等の量を測定するセンサに適用した場合におい
て、被測定ガスＧに含まれる酸素濃度（％）と、前記測
定用酸素分圧検出セル１００における検出電極１０２と
基準電極７４間に生じる起電力Ｖ２（ｍＶ）との関係を
みたものである。この第５の実験例の実験結果を図９に
示す。この図９において、実線で示す特性Ｇが第２実施
例の実験結果を示し、破線で示す特性ｇが比較例の実験
結果を示す。
例を被測定ガスＧに含まれる可燃ガス、例えば、ＣＯ、
炭化水素等の量を測定するセンサに適用した場合におい
て、被測定ガスＧに含まれる酸素濃度（％）と、前記測
定用酸素分圧検出セル１００における検出電極１０２と
基準電極７４間に生じる起電力Ｖ２（ｍＶ）との関係を
みたものである。この第５の実験例の実験結果を図９に
示す。この図９において、実線で示す特性Ｇが第２実施
例の実験結果を示し、破線で示す特性ｇが比較例の実験
結果を示す。
【００９９】この図９の実験結果から、比較例の特性ｇ
に対して、第２実施例の特性Ｇでは、前記第４の実験例
と同様に、第１室６０で十分にＯ2 が汲み出されている
ため、第２室６２に導入されるＯ2 の量が少なく起電力
Ｖ２の変動も小さくなる。従って、第２室６２におい
て、Ｏ2 の影響を受けることなく、被測定ガスＧ中に含
まれる酸化物の濃度を高精度に測定することができる。
に対して、第２実施例の特性Ｇでは、前記第４の実験例
と同様に、第１室６０で十分にＯ2 が汲み出されている
ため、第２室６２に導入されるＯ2 の量が少なく起電力
Ｖ２の変動も小さくなる。従って、第２室６２におい
て、Ｏ2 の影響を受けることなく、被測定ガスＧ中に含
まれる酸化物の濃度を高精度に測定することができる。
【０１００】次に、図１０を参照しながら第３の実施の
形態に係るガスセンサ５０Ｃについて説明する。なお、
図２と対応するものについては同符号を付してその重複
説明を省略する。
形態に係るガスセンサ５０Ｃについて説明する。なお、
図２と対応するものについては同符号を付してその重複
説明を省略する。
【０１０１】この第３の実施の形態に係るガスセンサ５
０Ｃは、図１０に示すように、前記第１の実施の形態に
係るガスセンサ５０Ａ（図２参照）とほぼ同じ構成を有
するが、検出電極８２を被覆するように、第３の拡散律
速部１１０を構成する多孔質Ａｌ2 Ｏ3 層あるいは多孔
質ＺｒＯ3 層が形成されている点と、補助ポンプセル１
１２が設けられている点で異なる。
０Ｃは、図１０に示すように、前記第１の実施の形態に
係るガスセンサ５０Ａ（図２参照）とほぼ同じ構成を有
するが、検出電極８２を被覆するように、第３の拡散律
速部１１０を構成する多孔質Ａｌ2 Ｏ3 層あるいは多孔
質ＺｒＯ3 層が形成されている点と、補助ポンプセル１
１２が設けられている点で異なる。
【０１０２】この補助ポンプセル１１２は、前記第２の
固体電解質層５２ｆの下面のうち、前記第２室６２を形
づくる下面全面に形成された平面ほぼ矩形状の多孔質サ
ーメット電極からなる補助ポンプ電極１１４と、前記基
準電極７４と、第２の固体電解質層５２ｆ、第２のスペ
ーサ層５２ｅ及び第１の固体電解質層５２ｄにて構成さ
れている。
固体電解質層５２ｆの下面のうち、前記第２室６２を形
づくる下面全面に形成された平面ほぼ矩形状の多孔質サ
ーメット電極からなる補助ポンプ電極１１４と、前記基
準電極７４と、第２の固体電解質層５２ｆ、第２のスペ
ーサ層５２ｅ及び第１の固体電解質層５２ｄにて構成さ
れている。
【０１０３】前記補助ポンプ電極１１４は、前記主ポン
プセル６８における内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄと同
様に、被測定ガスＧ中のＮＯ成分に対する還元能力を弱
めた、あるいは還元能力のない材料を用いている。この
場合、例えばＬａ3 ＣｕＯ4等のペロブスカイト構造を
有する化合物、あるいはＡｕ等の触媒活性の低い金属と
セラミックスのサーメット、あるいはＡｕ等の触媒活性
の低い金属とＰｔ族金属とセラミックスのサーメットで
構成されることが好ましい。更に、電極材料にＡｕとＰ
ｔ族金属の合金を用いる場合は、Ａｕ添加量を金属成分
全体の０．０３〜３５ｖｏｌ％にすることが好ましい。
プセル６８における内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄと同
様に、被測定ガスＧ中のＮＯ成分に対する還元能力を弱
めた、あるいは還元能力のない材料を用いている。この
場合、例えばＬａ3 ＣｕＯ4等のペロブスカイト構造を
有する化合物、あるいはＡｕ等の触媒活性の低い金属と
セラミックスのサーメット、あるいはＡｕ等の触媒活性
の低い金属とＰｔ族金属とセラミックスのサーメットで
構成されることが好ましい。更に、電極材料にＡｕとＰ
ｔ族金属の合金を用いる場合は、Ａｕ添加量を金属成分
全体の０．０３〜３５ｖｏｌ％にすることが好ましい。
【０１０４】そして、前記補助ポンプセル１１２におけ
る補助ポンプ電極１１４と基準電極７４間に、外部の直
流電源１１６を通じて所望の一定電圧Ｖｐ３を印加する
ことにより、第２室６２内の雰囲気中の酸素を基準ガス
導入空間５４に汲み出せるようになっている。
る補助ポンプ電極１１４と基準電極７４間に、外部の直
流電源１１６を通じて所望の一定電圧Ｖｐ３を印加する
ことにより、第２室６２内の雰囲気中の酸素を基準ガス
導入空間５４に汲み出せるようになっている。
【０１０５】これによって、第２室６２内の雰囲気の酸
素分圧が、実質的に被測定ガス成分（ＮＯｘ）が還元又
は分解され得ない状況下で、かつ目的成分量の測定に実
質的に影響がない低い酸素分圧値とされる。この場合、
第１室６０における主ポンプセル６８の働きにより、こ
の第２室６２内に導入される酸素の量の変化は、被測定
ガスＧの変化よりも大幅に縮小されるため、第２室６２
における酸素分圧は精度よく一定に制御される。
素分圧が、実質的に被測定ガス成分（ＮＯｘ）が還元又
は分解され得ない状況下で、かつ目的成分量の測定に実
質的に影響がない低い酸素分圧値とされる。この場合、
第１室６０における主ポンプセル６８の働きにより、こ
の第２室６２内に導入される酸素の量の変化は、被測定
ガスＧの変化よりも大幅に縮小されるため、第２室６２
における酸素分圧は精度よく一定に制御される。
【０１０６】また、この第３の実施の形態に係るガスセ
ンサ５０Ｃにおいては、前記直流電源８６は、第３の拡
散律速部１１０により制限されたＮＯｘの流入下におい
て、測定用ポンプセル８４で分解時に生成した酸素のポ
ンピングに対して限界電流を与える大きさの電圧を印加
できるようになっている。
ンサ５０Ｃにおいては、前記直流電源８６は、第３の拡
散律速部１１０により制限されたＮＯｘの流入下におい
て、測定用ポンプセル８４で分解時に生成した酸素のポ
ンピングに対して限界電流を与える大きさの電圧を印加
できるようになっている。
【０１０７】従って、前記構成を有する第３の実施の形
態に係るガスセンサ５０Ｃにおいては、前記第２室６２
内において酸素分圧が制御された被測定ガスＧは、第３
の拡散律速部１１０を通じて所定の拡散抵抗の下に、検
出電極８２に導かれることとなる。
態に係るガスセンサ５０Ｃにおいては、前記第２室６２
内において酸素分圧が制御された被測定ガスＧは、第３
の拡散律速部１１０を通じて所定の拡散抵抗の下に、検
出電極８２に導かれることとなる。
【０１０８】ところで、前記主ポンプセル６８を動作さ
せて第１室６０内の雰囲気の酸素分圧をＮＯｘ測定に実
質的に影響がない低い酸素分圧値に制御しようとしたと
き、換言すれば、制御用酸素分圧検出セル７６にて検出
される電圧Ｖ１が一定となるように、フィードバック制
御系８０を通じて可変電源７０のポンプ電圧Ｖｐ１を調
整したとき、被測定ガスＧ中の酸素濃度が大きく、例え
ば０〜２０％に変化すると、通常、第２室６２内の雰囲
気及び検出電極８２付近の雰囲気の各酸素分圧は、僅か
に変化するようになる。これは、被測定ガスＧ中の酸素
濃度が高くなると、測定電極７２上の第１室６０の幅方
向及び厚み方向に酸素濃度分布が生じ、この酸素濃度分
布が被測定ガスＧ中の酸素濃度により変化するためであ
ると考えられる。
せて第１室６０内の雰囲気の酸素分圧をＮＯｘ測定に実
質的に影響がない低い酸素分圧値に制御しようとしたと
き、換言すれば、制御用酸素分圧検出セル７６にて検出
される電圧Ｖ１が一定となるように、フィードバック制
御系８０を通じて可変電源７０のポンプ電圧Ｖｐ１を調
整したとき、被測定ガスＧ中の酸素濃度が大きく、例え
ば０〜２０％に変化すると、通常、第２室６２内の雰囲
気及び検出電極８２付近の雰囲気の各酸素分圧は、僅か
に変化するようになる。これは、被測定ガスＧ中の酸素
濃度が高くなると、測定電極７２上の第１室６０の幅方
向及び厚み方向に酸素濃度分布が生じ、この酸素濃度分
布が被測定ガスＧ中の酸素濃度により変化するためであ
ると考えられる。
【０１０９】しかし、この第３の実施の形態に係るガス
センサ５０Ｃにおいては、第２室６２に対して、その内
部の雰囲気の酸素分圧を常に一定に低い酸素分圧値とな
るように、補助ポンプセル１１２を設けるようにしてい
るため、第１室６０から第２室６２に導入される雰囲気
の酸素分圧が被測定ガスＧの酸素濃度に応じて変化して
も、前記補助ポンプセル１１２のポンプ動作によって、
第２室６２内の雰囲気の酸素分圧を常に一定の低い値と
することができ、その結果、ＮＯｘの測定に実質的に影
響がない低い酸素分圧値に制御することができる。
センサ５０Ｃにおいては、第２室６２に対して、その内
部の雰囲気の酸素分圧を常に一定に低い酸素分圧値とな
るように、補助ポンプセル１１２を設けるようにしてい
るため、第１室６０から第２室６２に導入される雰囲気
の酸素分圧が被測定ガスＧの酸素濃度に応じて変化して
も、前記補助ポンプセル１１２のポンプ動作によって、
第２室６２内の雰囲気の酸素分圧を常に一定の低い値と
することができ、その結果、ＮＯｘの測定に実質的に影
響がない低い酸素分圧値に制御することができる。
【０１１０】そして、検出電極８２に導入された被測定
ガスＧのＮＯｘは、該検出電極８２の周りにおいて還元
又は分解されて、例えばＮＯ→１／２Ｎ2 ＋１／２Ｏ2
の反応が引き起こされる。このとき、測定用ポンプセル
８４を構成する検出電極８２と基準電極７４との間に
は、酸素が第２室６２から基準ガス導入空間５４側に汲
み出される方向に、所定の電圧Ｖｐ２、例えば４３０ｍ
Ｖ（７００℃）が印加される。
ガスＧのＮＯｘは、該検出電極８２の周りにおいて還元
又は分解されて、例えばＮＯ→１／２Ｎ2 ＋１／２Ｏ2
の反応が引き起こされる。このとき、測定用ポンプセル
８４を構成する検出電極８２と基準電極７４との間に
は、酸素が第２室６２から基準ガス導入空間５４側に汲
み出される方向に、所定の電圧Ｖｐ２、例えば４３０ｍ
Ｖ（７００℃）が印加される。
【０１１１】従って、測定用ポンプセル８４に流れるポ
ンプ電流Ｉｐ２は、第２室６２に導かれる雰囲気中の酸
素濃度、即ち、第２室６２内の酸素濃度と検出電極８２
にてＮＯｘが還元又は分解されて発生した酸素濃度との
和に比例した値となる。
ンプ電流Ｉｐ２は、第２室６２に導かれる雰囲気中の酸
素濃度、即ち、第２室６２内の酸素濃度と検出電極８２
にてＮＯｘが還元又は分解されて発生した酸素濃度との
和に比例した値となる。
【０１１２】この場合、第２室６２内の雰囲気中の酸素
濃度は、補助ポンプセル１１２にて一定に制御されてい
ることから、前記測定用ポンプセル８４に流れるポンプ
電流Ｉｐ２は、ＮＯｘの濃度に比例することになる。ま
た、このＮＯｘの濃度は、第３の拡散律速部１１０にて
制限されるＮＯｘの拡散量に対応していることから、被
測定ガスＧの酸素濃度が大きく変化したとしても、測定
用ポンプセル８４から電流計８８を通じて正確にＮＯｘ
濃度を測定することが可能となる。
濃度は、補助ポンプセル１１２にて一定に制御されてい
ることから、前記測定用ポンプセル８４に流れるポンプ
電流Ｉｐ２は、ＮＯｘの濃度に比例することになる。ま
た、このＮＯｘの濃度は、第３の拡散律速部１１０にて
制限されるＮＯｘの拡散量に対応していることから、被
測定ガスＧの酸素濃度が大きく変化したとしても、測定
用ポンプセル８４から電流計８８を通じて正確にＮＯｘ
濃度を測定することが可能となる。
【０１１３】例えば、補助ポンプセル１１２にて制御さ
れた第２室６２内の雰囲気の酸素分圧が０．０２ｐｐｍ
で、被測定ガスＧ中のＮＯｘ成分たるＮＯ濃度が１００
ｐｐｍとすると、ＮＯが還元又は分解されて発生する酸
素濃度５０ｐｐｍと第２室６２内の雰囲気中の酸素濃度
０．０２ｐｐｍとの和（＝５０．０２ｐｐｍ）に相当す
るポンプ電流Ｉｐ２が流れることとなる。従って、測定
用ポンプセル８４におけるポンプ電流値Ｉｐ２は、ほと
んどがＮＯが還元又は分解された量を表し、そのため、
被測定ガスＧ中の酸素濃度に依存するようなこともな
い。
れた第２室６２内の雰囲気の酸素分圧が０．０２ｐｐｍ
で、被測定ガスＧ中のＮＯｘ成分たるＮＯ濃度が１００
ｐｐｍとすると、ＮＯが還元又は分解されて発生する酸
素濃度５０ｐｐｍと第２室６２内の雰囲気中の酸素濃度
０．０２ｐｐｍとの和（＝５０．０２ｐｐｍ）に相当す
るポンプ電流Ｉｐ２が流れることとなる。従って、測定
用ポンプセル８４におけるポンプ電流値Ｉｐ２は、ほと
んどがＮＯが還元又は分解された量を表し、そのため、
被測定ガスＧ中の酸素濃度に依存するようなこともな
い。
【０１１４】次に、図１１を参照しながら第４の実施の
形態に係るガスセンサ５０Ｄについて説明する。なお、
図７及び図１０と対応するものについては同符号を付し
てその重複説明を省略する。
形態に係るガスセンサ５０Ｄについて説明する。なお、
図７及び図１０と対応するものについては同符号を付し
てその重複説明を省略する。
【０１１５】この第４の実施の形態に係るガスセンサ５
０Ｄは、図１１に示すように、前記第２の実施の形態に
係るガスセンサ５０Ｂ（図７参照）とほぼ同じ構成を有
するが、第３の実施の形態に係るガスセンサ５０Ｃ（図
１０参照）と同じように、測定用酸素分圧検出セル１０
０における検出電極１０２を被覆するように、第３の拡
散律速部１１０を構成する多孔質Ａｌ2 Ｏ3 層あるいは
多孔質ＺｒＯ3 層が形成されている点と、補助ポンプセ
ル１１２が設けられている点で異なる。
０Ｄは、図１１に示すように、前記第２の実施の形態に
係るガスセンサ５０Ｂ（図７参照）とほぼ同じ構成を有
するが、第３の実施の形態に係るガスセンサ５０Ｃ（図
１０参照）と同じように、測定用酸素分圧検出セル１０
０における検出電極１０２を被覆するように、第３の拡
散律速部１１０を構成する多孔質Ａｌ2 Ｏ3 層あるいは
多孔質ＺｒＯ3 層が形成されている点と、補助ポンプセ
ル１１２が設けられている点で異なる。
【０１１６】この場合、前記第３の実施の形態に係るガ
スセンサ５０Ｃと同様に、第２室６２内の雰囲気の酸素
分圧が、実質的に被測定ガス成分（ＮＯｘ）が還元又は
分解され得ない状況下で、かつ目的成分量の測定に実質
的に影響がない低い酸素分圧値とされ、第１室６０にお
ける主ポンプセル６８の働きにより、この第２室６２内
に導入される酸素の量の変化は、被測定ガスＧの変化よ
りも大幅に縮小されるため、第２室６２における酸素分
圧は精度よく一定に制御される。
スセンサ５０Ｃと同様に、第２室６２内の雰囲気の酸素
分圧が、実質的に被測定ガス成分（ＮＯｘ）が還元又は
分解され得ない状況下で、かつ目的成分量の測定に実質
的に影響がない低い酸素分圧値とされ、第１室６０にお
ける主ポンプセル６８の働きにより、この第２室６２内
に導入される酸素の量の変化は、被測定ガスＧの変化よ
りも大幅に縮小されるため、第２室６２における酸素分
圧は精度よく一定に制御される。
【０１１７】従って、被測定ガスＧの酸素濃度が大きく
変化したとしても、測定用酸素分圧検出セル１００から
電圧計１０４を通じて正確にＮＯｘ濃度を測定すること
が可能となる。
変化したとしても、測定用酸素分圧検出セル１００から
電圧計１０４を通じて正確にＮＯｘ濃度を測定すること
が可能となる。
【０１１８】ここで、図１２の特性図を参照しながら、
この第４の実施の形態に係るガスセンサ５０Ｄの検出原
理を説明する。
この第４の実施の形態に係るガスセンサ５０Ｄの検出原
理を説明する。
【０１１９】まず、外部空間のＮＯ濃度が０ｐｐｍのと
き、第１室６０内の雰囲気中の酸素分圧が１．３×１０
-7ａｔｍ、即ち、起電力Ｖ１＝約３００ｍＶに保たれる
ように、主ポンプセル６８におけるポンプ電圧Ｖｐ１を
制御する。
き、第１室６０内の雰囲気中の酸素分圧が１．３×１０
-7ａｔｍ、即ち、起電力Ｖ１＝約３００ｍＶに保たれる
ように、主ポンプセル６８におけるポンプ電圧Ｖｐ１を
制御する。
【０１２０】次に、補助ポンプセル１１２に印加される
設定電圧Ｖｐ３を４６０ｍＶに設定する。補助ポンプセ
ル１１２の作用により、第２室６２内の酸素分圧は、
６．１×１０-11 ａｔｍに制御され、その結果、前記測
定用酸素分圧検出セル１００における検出電極１０２と
基準電極７４との間の起電力Ｖ２は約４６０ｍＶとな
る。
設定電圧Ｖｐ３を４６０ｍＶに設定する。補助ポンプセ
ル１１２の作用により、第２室６２内の酸素分圧は、
６．１×１０-11 ａｔｍに制御され、その結果、前記測
定用酸素分圧検出セル１００における検出電極１０２と
基準電極７４との間の起電力Ｖ２は約４６０ｍＶとな
る。
【０１２１】この場合、第２室６２内の酸素分圧が６．
１×１０-11 ａｔｍであっても、第１室６０内の酸素分
圧が１．３×１０-7ａｔｍであるため、可燃ガス成分は
第１室６０内で酸化され、ＮＯｘ感度に影響しない。
１×１０-11 ａｔｍであっても、第１室６０内の酸素分
圧が１．３×１０-7ａｔｍであるため、可燃ガス成分は
第１室６０内で酸化され、ＮＯｘ感度に影響しない。
【０１２２】そして、外部空間のＮＯ濃度が徐々に増加
すると、前記検出電極１０２も上述した測定用ポンプセ
ル８４（図２参照）における検出電極８２と同様に、Ｎ
Ｏｘ還元触媒として機能することから、前記検出電極１
０２では、ＮＯの還元又は分解反応が引き起こされ、該
検出電極１０２の周りの雰囲気中の酸素濃度が上がり、
これによって、検出電極１０２と基準電極７４間に発生
する起電力Ｖ２が徐々に低下することとなる。図１２の
特性図では、ＮＯ濃度が例えば３００ｐｐｍ、５００ｐ
ｐｍ、１０００ｐｐｍというように増加するにつれて、
電圧計１０４にて検出される起電力Ｖ２は、３００ｍ
Ｖ、２５０ｍＶ、２２０ｍＶというように徐々に低下し
ている。
すると、前記検出電極１０２も上述した測定用ポンプセ
ル８４（図２参照）における検出電極８２と同様に、Ｎ
Ｏｘ還元触媒として機能することから、前記検出電極１
０２では、ＮＯの還元又は分解反応が引き起こされ、該
検出電極１０２の周りの雰囲気中の酸素濃度が上がり、
これによって、検出電極１０２と基準電極７４間に発生
する起電力Ｖ２が徐々に低下することとなる。図１２の
特性図では、ＮＯ濃度が例えば３００ｐｐｍ、５００ｐ
ｐｍ、１０００ｐｐｍというように増加するにつれて、
電圧計１０４にて検出される起電力Ｖ２は、３００ｍ
Ｖ、２５０ｍＶ、２２０ｍＶというように徐々に低下し
ている。
【０１２３】そして、この起電力Ｖ２の低下の度合い
が、ＮＯ濃度を表すことになる。つまり、前記検出電極
１０２と基準電極７４と第１の固体電解質層５２ｄとか
ら構成される測定用酸素分圧検出セル１００から出力さ
れる起電力Ｖ２が、被測定ガスＧ中のＮＯ濃度を表すこ
とになる。
が、ＮＯ濃度を表すことになる。つまり、前記検出電極
１０２と基準電極７４と第１の固体電解質層５２ｄとか
ら構成される測定用酸素分圧検出セル１００から出力さ
れる起電力Ｖ２が、被測定ガスＧ中のＮＯ濃度を表すこ
とになる。
【０１２４】ここで、一つの実験例（便宜的に第６の実
験例と記す）を示す。この第６の実験例は、前記第４の
実施の形態に係るガスセンサ５０Ｄと同じ構成を有し、
かつ、第１室６０の内壁面にわたって内側ポンプ電極６
４ａ〜６４ｄが形成された構成を有する第３実施例と、
図１４に示す従来例に係るガスセンサに補助ポンプセル
１１２を設けた構成を有する比較例を用意し、基本ガス
成分がＮ2 −Ｈ2 Ｏ系である被測定ガスＧ中の酸素濃度
を０〜２０％に変化させたときに測定用酸素分圧検出セ
ル１００において発生する起電力Ｖ２の変化をみたもの
である。この被測定ガスＧ中にＮＯ成分が含まれていな
いのは、被測定ガスＧ中の酸素濃度のみを変化させた場
合に、起電力Ｖ２がどのように変化するかを正確に測定
するためである。
験例と記す）を示す。この第６の実験例は、前記第４の
実施の形態に係るガスセンサ５０Ｄと同じ構成を有し、
かつ、第１室６０の内壁面にわたって内側ポンプ電極６
４ａ〜６４ｄが形成された構成を有する第３実施例と、
図１４に示す従来例に係るガスセンサに補助ポンプセル
１１２を設けた構成を有する比較例を用意し、基本ガス
成分がＮ2 −Ｈ2 Ｏ系である被測定ガスＧ中の酸素濃度
を０〜２０％に変化させたときに測定用酸素分圧検出セ
ル１００において発生する起電力Ｖ２の変化をみたもの
である。この被測定ガスＧ中にＮＯ成分が含まれていな
いのは、被測定ガスＧ中の酸素濃度のみを変化させた場
合に、起電力Ｖ２がどのように変化するかを正確に測定
するためである。
【０１２５】なお、第３実施例においては、主ポンプセ
ル６８のポンプ電圧Ｖｐ１（起電力Ｖ１と等価）を３０
０ｍＶ、補助ポンプセル１１２の補助ポンプ電圧Ｖｐ３
を４６０ｍＶとしている。
ル６８のポンプ電圧Ｖｐ１（起電力Ｖ１と等価）を３０
０ｍＶ、補助ポンプセル１１２の補助ポンプ電圧Ｖｐ３
を４６０ｍＶとしている。
【０１２６】この第６の実験例の実験結果を図１３に示
す。この図１３において、実線で示す特性が第３実施例
の実験結果を示し、破線で示す特性が比較例の実験結果
を示す。
す。この図１３において、実線で示す特性が第３実施例
の実験結果を示し、破線で示す特性が比較例の実験結果
を示す。
【０１２７】この図１３の実験結果から明らかなよう
に、比較例においては、起電力Ｖ２は、被測定ガスＧ中
の酸素濃度が高くなるに従って低下し、例えば酸素濃度
が０％の場合、起電力は４６０ｍＶであるが、酸素濃度
が２０％になると、起電力は４２５ｍＶとなっている。
に、比較例においては、起電力Ｖ２は、被測定ガスＧ中
の酸素濃度が高くなるに従って低下し、例えば酸素濃度
が０％の場合、起電力は４６０ｍＶであるが、酸素濃度
が２０％になると、起電力は４２５ｍＶとなっている。
【０１２８】これに対して、第３実施例においては、補
助ポンプセル１１２のポンプ動作と主ポンプセル６８に
おける内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄが第１室６０の内
壁面にわたって形成されていることとの相乗効果によ
り、被測定ガスＧ中の酸素濃度が０〜２０％に変化して
も、測定用酸素分圧検出セル１００にて発生する起電力
Ｖ２の変化はほとんどなく、起電力Ｖ２のＯ2 依存性が
非常に小さくなっていることがわかる。
助ポンプセル１１２のポンプ動作と主ポンプセル６８に
おける内側ポンプ電極６４ａ〜６４ｄが第１室６０の内
壁面にわたって形成されていることとの相乗効果によ
り、被測定ガスＧ中の酸素濃度が０〜２０％に変化して
も、測定用酸素分圧検出セル１００にて発生する起電力
Ｖ２の変化はほとんどなく、起電力Ｖ２のＯ2 依存性が
非常に小さくなっていることがわかる。
【０１２９】これにより、被測定ガスＧ中にＮＯ成分を
含めた場合において、そのＮＯ量に応じた起電力Ｖ２
が、測定用酸素分圧検出セル１００を構成する検出電極
１０２と基準電極７４との間に発生し、この起電力Ｖ２
を検出することによって、正確なＮＯ量を求めることが
できる。
含めた場合において、そのＮＯ量に応じた起電力Ｖ２
が、測定用酸素分圧検出セル１００を構成する検出電極
１０２と基準電極７４との間に発生し、この起電力Ｖ２
を検出することによって、正確なＮＯ量を求めることが
できる。
【０１３０】前記第３及び第４の実施の形態に係るガス
センサ５０Ｃ及び５０Ｄにおいては、それぞれ補助ポン
プセル１１２を構成する補助ポンプ電極１１４を第２室
６２の上面部のみに形成した例を示したが、その他、主
ポンプセル６８を構成する内側ポンプ電極６４ａ〜６４
ｄと同様に、第２室６２の内壁面にわたって連続的に形
成するようにしてもよい。この場合、第２室６２に導入
された余分なＯ2 成分を効率よく除去することが可能と
なる。
センサ５０Ｃ及び５０Ｄにおいては、それぞれ補助ポン
プセル１１２を構成する補助ポンプ電極１１４を第２室
６２の上面部のみに形成した例を示したが、その他、主
ポンプセル６８を構成する内側ポンプ電極６４ａ〜６４
ｄと同様に、第２室６２の内壁面にわたって連続的に形
成するようにしてもよい。この場合、第２室６２に導入
された余分なＯ2 成分を効率よく除去することが可能と
なる。
【０１３１】また、前記第３及び第４の実施の形態に係
るガスセンサ５０Ｃ及び５０Ｄにおいても、前記第１及
び第２の実施の形態に係るガスセンサ５０Ａ及び５０Ｂ
と同様に、被測定ガスＧに含まれる可燃ガス、例えば、
ＣＯ、炭化水素等の量を高精度に測定するセンサにも適
用することができる。
るガスセンサ５０Ｃ及び５０Ｄにおいても、前記第１及
び第２の実施の形態に係るガスセンサ５０Ａ及び５０Ｂ
と同様に、被測定ガスＧに含まれる可燃ガス、例えば、
ＣＯ、炭化水素等の量を高精度に測定するセンサにも適
用することができる。
【０１３２】なお、この発明に係るガスセンサは、上述
の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱すること
なく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱すること
なく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【０１３３】
【発明の効果】本発明に係るガスセンサによれば、第１
室内のポンプ電極を、導入される被測定ガスの通路の少
なくとも上面部及び下面部に配設することで、前記被測
定ガス中に含まれる酸素を極めて効果的に制御すること
ができる。従って、第２室では、導入された前記被測定
ガス中に含まれる酸化物の量を酸素に影響されることな
く高精度に測定することができる。また、第１室では、
前記被測定ガスに含まれる酸素の量を極めて容易に制御
することができる。そのため、必要に応じて、所望の量
の酸素を含んだ被測定ガスを第２室に導入することがで
きる。
室内のポンプ電極を、導入される被測定ガスの通路の少
なくとも上面部及び下面部に配設することで、前記被測
定ガス中に含まれる酸素を極めて効果的に制御すること
ができる。従って、第２室では、導入された前記被測定
ガス中に含まれる酸化物の量を酸素に影響されることな
く高精度に測定することができる。また、第１室では、
前記被測定ガスに含まれる酸素の量を極めて容易に制御
することができる。そのため、必要に応じて、所望の量
の酸素を含んだ被測定ガスを第２室に導入することがで
きる。
【０１３４】また、本発明では、被測定ガスに含まれる
可燃ガスの量を高精度に測定することもできる。
可燃ガスの量を高精度に測定することもできる。
【図１】第１の実施の形態に係るガスセンサを示す平面
図である。
図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線上の断面図である。
【図３】図２におけるＢ−Ｂ線上の断面図及び第１室内
の酸素濃度分布の説明図である。
の酸素濃度分布の説明図である。
【図４】第１の実験例の実験結果を示すもので、被測定
ガスの酸素濃度と主ポンプセルに流れるポンプ電流Ｉｐ
１との関係を示す特性図である。
ガスの酸素濃度と主ポンプセルに流れるポンプ電流Ｉｐ
１との関係を示す特性図である。
【図５】第２の実験例の実験結果を示すもので、被測定
ガスの酸素濃度と測定用ポンプセルに流れるポンプ電流
Ｉｐ２との関係を示す特性図である。
ガスの酸素濃度と測定用ポンプセルに流れるポンプ電流
Ｉｐ２との関係を示す特性図である。
【図６】第３の実験例の実験結果を示すもので、被測定
ガスの酸素濃度と測定用ポンプセルに流れるポンプ電流
Ｉｐ２との関係を示す特性図である。
ガスの酸素濃度と測定用ポンプセルに流れるポンプ電流
Ｉｐ２との関係を示す特性図である。
【図７】第２の実施の形態に係るガスセンサを示す断面
図である。
図である。
【図８】第４の実験例の実験結果を示すもので、被測定
ガスの酸素濃度と測定用酸素分圧検出セルに生じる起電
力Ｖ２との関係を示す特性図である。
ガスの酸素濃度と測定用酸素分圧検出セルに生じる起電
力Ｖ２との関係を示す特性図である。
【図９】第５の実験例の実験結果を示すもので、被測定
ガスの酸素濃度と測定用酸素分圧検出セルに生じる起電
力Ｖ２との関係を示す特性図である。
ガスの酸素濃度と測定用酸素分圧検出セルに生じる起電
力Ｖ２との関係を示す特性図である。
【図１０】第３の実施の形態に係るガスセンサを示す断
面図である。
面図である。
【図１１】第４の実施の形態に係るガスセンサを示す断
面図である。
面図である。
【図１２】第４の実施の形態に係るガスセンサにおい
て、ＮＯ濃度の変化に対する測定用酸素分圧検出セルに
て発生する起電力の変化を示す特性図である。
て、ＮＯ濃度の変化に対する測定用酸素分圧検出セルに
て発生する起電力の変化を示す特性図である。
【図１３】第６の実験例を示すもので、被測定ガスの酸
素濃度と測定用酸素分圧検出セルに生じる起電力Ｖ２と
の関係を示す特性図である。
素濃度と測定用酸素分圧検出セルに生じる起電力Ｖ２と
の関係を示す特性図である。
【図１４】従来技術に係るガス分析装置の断面構成図で
ある。
ある。
【図１５】図１４におけるＸ−Ｘ線上の断面図及び第１
室内の酸素濃度分布の説明図である。
室内の酸素濃度分布の説明図である。
５０Ａ〜５０Ｄ…ガスセンサ ５２ａ…第１の
基板層 ５２ｂ…第２の基板層 ５２ｃ…第１の
スペーサ層 ５２ｄ…第１の固体電解質層 ５２ｅ…第２の
スペーサ層 ５２ｆ…第２の固体電解質層 ５４…基準ガス
導入空間 ５６…第１の拡散律速部 ５８…第２の拡
散律速部 ６０…第１室 ６２…第２室 ６４ａ〜６４ｄ…内側ポンプ電極 ６６…外側ポン
プ電極 ６８…主ポンプセル ７０…可変電源 ７２…測定電極 ７４…基準電極 ７６…制御用酸素分圧検出セル ８２、１０２…
検出電極 ８４…測定用ポンプセル １００…測定用
酸素分圧検出セル １１０…第３の拡散律速部 １１２…補助ポ
ンプセル １１４…補助ポンプ電極
基板層 ５２ｂ…第２の基板層 ５２ｃ…第１の
スペーサ層 ５２ｄ…第１の固体電解質層 ５２ｅ…第２の
スペーサ層 ５２ｆ…第２の固体電解質層 ５４…基準ガス
導入空間 ５６…第１の拡散律速部 ５８…第２の拡
散律速部 ６０…第１室 ６２…第２室 ６４ａ〜６４ｄ…内側ポンプ電極 ６６…外側ポン
プ電極 ６８…主ポンプセル ７０…可変電源 ７２…測定電極 ７４…基準電極 ７６…制御用酸素分圧検出セル ８２、１０２…
検出電極 ８４…測定用ポンプセル １００…測定用
酸素分圧検出セル １１０…第３の拡散律速部 １１２…補助ポ
ンプセル １１４…補助ポンプ電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−253411（ＪＰ，Ａ)
特表 平３−500086（ＪＰ，Ａ)
欧州特許出願公開678740（ＥＰ，Ａ
１)
英国特許出願公開2288873（ＧＢ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 27/416
G01N 27/41
G01N 27/419
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (11)
- 【請求項１】酸素イオン伝導性固体電解質からなる基体
の内外に配設される内側ポンプ電極及び外側ポンプ電極
を有し、かつ、外部空間から導入された被測定ガスに含
まれる酸素を、前記内側ポンプ電極及び外側ポンプ電極
間に印加される制御電圧に基づいてポンピング処理する
主ポンプ手段と、 酸素イオン伝導性固体電解質からなる基体の内外に配設
される内側検出電極及び外側検出電極を有し、かつ、前
記主ポンプ手段にてポンピング処理された後の被測定ガ
ス中に含まれる所定ガス成分を触媒作用及び／又は電気
分解により分解し、該分解によって発生した酸素を、前
記内側検出電極及び外側検出電極間に印加される測定用
ポンプ電圧に基づいてポンピング処理する測定用ポンプ
手段と、 前記測定用ポンプ手段によりポンピング処理される前記
酸素の量に応じて生じるポンプ電流を検出する電流検出
手段とを具備し、 前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極は、前記主ポ
ンプ手段の処理空間の少なくとも上面部及び下面部に配
設され、 前記電流検出手段にて検出された前記ポンプ電流に基づ
いて前記被測定ガス中の所定ガス成分を測定することを
特徴とするガスセンサ。 - 【請求項２】酸素イオン伝導性固体電解質からなる基体
の内外に配設される内側ポンプ電極及び外側ポンプ電極
を有し、かつ、外部空間から導入された被測定ガスに含
まれる酸素を、前記内側ポンプ電極及び外側ポンプ電極
間に印加される制御電圧に基づいてポンピング処理する
主ポンプ手段と、 酸素イオン伝導性固体電解質からなる基体の内外に配設
される内側検出電極及び外側検出電極を有し、かつ、前
記主ポンプ手段にてポンピング処理された後の被測定ガ
ス中に含まれる所定ガス成分を触媒作用及び／又は電気
分解により分解させ、該分解によって発生した酸素の量
と前記外側検出電極側のガスに含まれる酸素の量との差
に応じた起電力を発生する濃度検出手段と、 前記濃度検出手段により発生する前記起電力を検出する
電圧検出手段とを具備し、 前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極は、前記主ポ
ンプ手段の処理空間の少なくとも上面部及び下面部に配
設され、 前記電圧検出手段にて検出された前記起電力に基づいて
被測定ガス中の所定ガス成分を測定することを特徴とす
るガスセンサ。 - 【請求項３】請求項１又は２記載のガスセンサにおい
て、 前記所定ガス成分が酸化物であることを特徴とするガス
センサ。 - 【請求項４】請求項３記載のガスセンサにおいて、 前記酸化物が窒素酸化物であることを特徴とするガスセ
ンサ。 - 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス
センサにおいて、 前記内側ポンプ電極は、前記主ポンプ手段の処理空間の
上面部、下面部及び少なくとも一方の側面部に配設さ
れ、これらが電気的に接続されることを特徴とするガス
センサ。 - 【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス
センサにおいて、 前記被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する拡散律速部
を有し、夫々が異なる種類の酸化物又は可燃ガスを測定
する複数の処理空間を備えることを特徴とするガスセン
サ。 - 【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス
センサにおいて、 前記内側ポンプ電極は、酸化物に対する触媒活性の低い
不活性材料からなることを特徴とするガスセンサ。 - 【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス
センサにおいて、 前記主ポンプ手段に供給される前記制御電圧は、前記主
ポンプ手段の処理空間における酸素分圧が１．２×１０
-8ａｔｍ以上となる電圧であることを特徴とするガスセ
ンサ。 - 【請求項９】請求項１〜８のいずれか１項に記載のガス
センサにおいて、 酸素イオン伝導性固体電解質からなる基体の内外に配設
される内側補助電極及び外側補助電極を有し、かつ、前
記主ポンプ手段にてポンピング処理された後の被測定ガ
スに含まれる酸素を、前記内側補助電極及び外側補助電
極間に印加される補助ポンプ電圧に基づいてポンピング
処理する補助ポンプ手段が設けられていることを特徴と
するガスセンサ。 - 【請求項１０】請求項９記載のガスセンサにおいて、 前記補助ポンプ手段における内側補助電極は、前記補助
ポンプ手段の処理空間の少なくとも上面部及び下面部に
配設されていることを特徴とするガスセンサ。 - 【請求項１１】請求項１〜１０のいずれか１項に記載の
ガスセンサにおいて、 前記主ポンプ手段の処理空間に露呈する内側測定電極
と、基準ガス導入空間に露呈する外側測定電極を有し、
かつ、前記内側測定電極と外側測定電極間に生じる酸素
濃淡電池起電力を前記主ポンプ手段の処理空間における
酸素分圧として測定する濃度測定手段と、前記濃度測定
手段にて検出される前記酸素濃淡電池起電力が所定の値
になるように前記制御電圧のレベルを調整する主ポンプ
制御手段が設けられていることを特徴とするガスセン
サ。
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