JP2011227061A - ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】酸素イオン伝導性の固体電解質を主成分として構成されるセンサ素子を有し、被測定ガス中の所定ガス成分を検出するガスセンサにおいて、センサ素子が、外部空間に開口した開口部を有し、外部空間から所定の拡散抵抗の下に被測定ガスを導入する外部連通部と、外部連通部と連通する内部空所と、内部空所の表面に形成された第1の電極と内部空所とは異なる空間に形成された第2の電極との間に所定電圧を印加することで、内部空所中の酸素を汲み出し可能に設けられたポンピングセルと、を備え、外部連通部の厚みが内部空所の厚みに対して50%以上100%以下であるようにする。
【選択図】図2
Description
<ガスセンサの概略構成>
はじめに、ガスセンサ100の概略構成について説明する。
外部連通部11は、センサ素子先端部101aに形成された開口部11aを通じて外部空間から導入された被測定ガスに対し、窒素酸化物(NOx)濃度の測定に適した所定の拡散抵抗を付与したうえで、該被測定ガスを連通部11bにて連通する第1内部空所20へと導く部位である。
さらに、センサ素子101は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子101を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部70を備えている。ヒータ部70は、ヒータ電極71と、ヒータ72と、スルーホール73と、ヒータ絶縁層74、圧力放散孔75とを備えている。
第2の実施の形態においては、第1の実施の形態に係るガスセンサ100とはガス流通部の構成が異なる態様について説明する。
第3の実施の形態においては、第1の実施の形態に係るガスセンサ100とは異なる位置に外部連通部が設けられる態様について説明する。
第4の実施の形態においては、第3の実施の形態に係るガスセンサ300とはガス流通部の構成が異なる態様について説明する。
以上の説明においては、第1拡散律速部30および第3拡散律速部92が横長のスリットとして形成される態様について説明したが、本発明の適用はこれに限られるものではなく、その他の形状で形成される態様であってもよい。
第1の実施の形態に係るガスセンサ100の実施例であるガスセンサAと第2の実施の形態に係るガスセンサ200の実施例であるおよびガスセンサBと、第3の実施の形態に係るガスセンサ300の実施例であるガスセンサCおよびガスセンサDと、第4の実施の形態に係るガスセンサ400の実施例であるガスセンサEおよびFと、比較例であるガスセンサGに対して、水滴滴下試験を行った。
本実施例では、外部連通部のサイズと破壊強度との関係を調べるために、各実施形態ごとに、空室のサイズに対する外部連通部のサイズの比が異なる複数のガスセンサを用意して、実施例1と同様の水滴滴下試験を行った。
本実施例では、実施例1の各ガスセンサについて、応答性を調べた。応答性の試験は、被測定ガスの空燃比(被測定ガス中の酸素濃度)をλ=0.9からλ=1.1に変化させた場合において、センサ素子内が空燃比λ=0.9の被測定ガスにほぼ置換したときのセンサ出力(Ip2)を0%とし、センサ素子内が空燃比λ=1.1の被測定ガスにほぼ置換したときのセンサ出力(Ip2)を100%としたとき、33%に相当するセンサ出力(Ip2)を検出した時点から66%に相当するセンサ出力(Ip2)を検出した時点までの時間(応答時間)をそれぞれのガスセンサについて3回ずつ測定することで行った。
2 第2基板層
3 第3基板層
4 第1固体電解質層
5 スペーサ層5
6 第2固体電解質層
11,12 外部連通部
20 第1内部空所
30 第1拡散律速部
40 第2内部空所
44 測定電極
91 緩衝空間
92 第3拡散律速部
100 ガスセンサ
101 センサ素子
Claims (9)
- 酸素イオン伝導性の固体電解質を主成分として構成されるセンサ素子を有し、被測定ガス中の所定ガス成分を検出するガスセンサであって、
前記センサ素子は、
外部空間に開口した開口部を有し、外部空間から所定の拡散抵抗の下に前記被測定ガスを導入する外部連通部と、
前記外部連通部と連通する内部空所と、
前記内部空所の表面に形成された第1の電極と前記内部空所とは異なる空間に形成された第2の電極との間に所定電圧を印加することで、前記内部空所中の酸素を汲み出し可能に設けられたポンピングセルと、
を備え、
前記外部連通部の厚みが前記内部空所の厚みに対して50%以上100%以下である、ことを特徴とするガスセンサ。 - 請求項1に記載のガスセンサであって、
前記外部連通部の幅が前記内部空所の幅に対して5%以上60%以下であることを特徴とするガスセンサ。 - 請求項1または請求項2に記載のガスセンサであって、
前記外部連通部と前記内部空所との間に緩衝空間をさらに備えることを特徴とするガスセンサ。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のガスセンサであって、
前記外部連通部は、前記センサ素子の側部に前記開口部を有することを特徴とするガスセンサ。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のガスセンサであって、
前記外部連通部は、前記センサ素子の先端部に前記開口部を有することを特徴とするガスセンサ。 - 請求項1または請求項2に記載のガスセンサであって、
前記内部空所として、第1の内部空所と第2の内部空所を備え、
前記ポンピングセルとして、主ポンピングセルと補助ポンピングセルとを備え、
前記第1の内部空所は、前記外部連通部と所定の拡散抵抗の下で連通してなり、
前記第2の内部空所は、前記第1の内部空所と所定の拡散抵抗の下で連通してなり、
前記主ポンピングセルは、前記第1の内部空所に前記第1の電極を備え、
前記補助ポンピングセルは、前記第2の内部空所に前記第1の電極を備える、
ことを特徴とするガスセンサ。 - 請求項6に記載のガスセンサであって、
前記センサ素子が、
前記第2の内部空所の表面に形成された第3の電極と、
前記第2の内部空所とは異なる部位に形成された第4の電極と、
前記第3の電極と前記第4の電極とを含んで構成される測定セルと、
前記第3の電極の上に設けられてなり、前記被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与する多孔質拡散層と、
をさらに備え、
前記主ポンピングセルは、前記第1の内部空所に設けられた前記第1の電極と前記第2の電極の間に所定電圧を印加することで、前記第2の内部空所内の酸素を汲み出し可能に設けられてなり、
前記補助ポンピングセルは、前記第2の内部空所に設けられた前記第1の電極と前記第2の電極の間に所定電圧を印加することで、前記第2の内部空所内の酸素を汲み出し可能に設けられてなり、
前記第3の電極は、前記多孔質拡散層により前記所定の拡散抵抗が付与された前記所定ガス成分中の酸化物気体成分を還元し、
前記測定セルは、前記第3の電極における前記酸化物気体成分の還元度合いに応じた電圧を前記第3の電極と前記第4の電極の間に印加することによって前記第3の電極と前記第4の電極の間を流れる電流を、測定可能に設けられてなる、
ことを特徴とするガスセンサ。 - 請求項3に記載のガスセンサであって、
前記内部空所として、第1の内部空所と第2の内部空所を備え、
前記ポンピングセルとして、主ポンピングセルと補助ポンピングセルとを備え、
前記第1の内部空所は、前記緩衝空間と所定の拡散抵抗の下で連通してなり、
前記第2の内部空所は、前記第1の内部空所と所定の拡散抵抗の下で連通してなり、
前記主ポンピングセルは、前記第1の内部空所に前記第1の電極を備え、
前記補助ポンピングセルは、前記第2の内部空所に前記第1の電極を備える、
ことを特徴とするガスセンサ。 - 請求項8に記載のガスセンサであって、
前記センサ素子が、
前記第2の内部空所の表面に形成された第3の電極と、
前記第2の内部空所とは異なる部位に形成された第4の電極と、
前記第3の電極と前記第4の電極とを含んで構成される測定セルと、
前記第3の電極の上に設けられてなり、前記被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与する多孔質拡散層と、
をさらに備え、
前記主ポンピングセルは、前記第1の内部空所に設けられた前記第1の電極と前記第2の電極の間に所定電圧を印加することで、前記第2の内部空所内の酸素を汲み出し可能に設けられてなり、
前記補助ポンピングセルは、前記第2の内部空所に設けられた前記第1の電極と前記第2の電極の間に所定電圧を印加することで、前記第2の内部空所内の酸素を汲み出し可能に設けられてなり、
前記第3の電極は、前記多孔質拡散層により前記所定の拡散抵抗が付与された前記所定ガス成分中の酸化物気体成分を還元し、
前記測定セルは、前記第3の電極における前記酸化物気体成分の還元度合いに応じた電圧を前記第3の電極と前記第4の電極の間に印加することによって前記第3の電極と前記第4の電極の間を流れる電流を、測定可能に設けられてなる、
ことを特徴とするガスセンサ。
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