JP5134399B2 - Gas sensor and gas sensor control device - Google Patents

Description

本発明は、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガスの測定に好適に用いられるガスセンサ及びガスセンサ制御装置に関する。   The present invention relates to a gas sensor and a gas sensor control device that are preferably used for measurement of combustion gas and exhaust gas of, for example, a combustor and an internal combustion engine.

自動車等の内燃機関の燃費向上や燃焼制御を行うガスセンサとして、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサや空燃比センサが知られている。又、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）の浄化方法として、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction、選択還元触媒）方式が開発されている。尿素ＳＣＲ方式は、ＳＣＲ触媒に尿素を添加してアンモニアを発生させ、アンモニアによりＮＯ_ｘを還元するものであり、ＮＯ_ｘを還元するアンモニア濃度が適量かどうかを測定するためのアンモニアセンサが求められている。 2. Description of the Related Art As a gas sensor that improves fuel consumption and combustion control of an internal combustion engine such as an automobile, an oxygen sensor and an air-fuel ratio sensor that detect an oxygen concentration in exhaust gas are known. Further, a urea SCR (Selective Catalytic Reduction) method has been developed as a method for purifying nitrogen oxide (NO _x ) in exhaust gas. Urea SCR system, by adding urea to the SCR catalyst to generate ammonia, is intended to reduce NO _x with ammonia, the ammonia sensor for ammonia concentration for reducing NO _x to determine whether an appropriate amount is determined ing.

このようなアンモニアセンサとして、酸素イオン伝導体の表面に形成した基準電極と検知電極間の起電力に基づいてアンモニア濃度を検出する起電力式の板状センサが提案されている（特許文献１参照）。このセンサは、アンモニア選択性の検知電極５０がセンサ表面に露出する保護層７０の直下に配置され、温度センサ８４がセンサ内部に配置されている。
又、アンモニア濃度に応じてインピーダンスが変化する感ガス材料（感応層１５）で一対の電極を被覆し、電極間に交流を印加した時のインピーダンス変化に基づいてアンモニア濃度を検出するインピーダンス式（固体酸式）の板状センサが提案されている（特許文献２参照）。このセンサは、感応層１５がセンサ表面に露出する一方で、温度センサ２１がアルミナ製の絶縁基板５内に内蔵されている。
さらに、筒型の起電力式アンモニアセンサとして、外表面に露出するアンモニア選択性のＰｄ触媒層５０の直下に検知電極４０が配置され、センサ内孔の内側にヒータ素子６０がセンサと別体に配置されたものが提案されている（特許文献３参照）。 As such an ammonia sensor, an electromotive force type plate sensor that detects an ammonia concentration based on an electromotive force between a reference electrode and a detection electrode formed on the surface of an oxygen ion conductor has been proposed (see Patent Document 1). ). In this sensor, an ammonia-selective detection electrode 50 is disposed immediately below the protective layer 70 exposed on the sensor surface, and a temperature sensor 84 is disposed inside the sensor.
Also, an impedance equation (solid) that detects a concentration of ammonia based on a change in impedance when a pair of electrodes is covered with a gas sensitive material (sensitive layer 15) whose impedance changes according to the ammonia concentration and an alternating current is applied between the electrodes. Acid type plate sensors have been proposed (see Patent Document 2). In this sensor, while the sensitive layer 15 is exposed on the sensor surface, the temperature sensor 21 is built in the insulating substrate 5 made of alumina.
Further, as a cylindrical electromotive force type ammonia sensor, a detection electrode 40 is disposed directly under an ammonia selective Pd catalyst layer 50 exposed on the outer surface, and a heater element 60 is separated from the sensor inside the sensor inner hole. An arrangement has been proposed (see Patent Document 3).

一方、従来から、センサが有する固体電解質の内部抵抗に基づき、ヒータ素子への印加電圧を制御し、センサを一定温度に制御して測定を安定化させることが行われている（特許文献３参照）。   On the other hand, conventionally, based on the internal resistance of the solid electrolyte of the sensor, the voltage applied to the heater element is controlled, and the sensor is controlled to a constant temperature to stabilize the measurement (see Patent Document 3). ).

米国特許出願公開第２００７／００４５１１４号明細書（図２）US Patent Application Publication No. 2007/0045114 (FIG. 2) 特開２００５−１１４３５５号公報（図３）Japanese Patent Laying-Open No. 2005-114355 (FIG. 3) 特開２００３−８３９３３号公報（図１）JP 2003-83933 A (FIG. 1)

ところで、上記特許文献１、２記載の板状センサの場合、検知部をセンサ表面に露出させたり、検知部をセンサ表面に露出する透気性の層（保護層や触媒層）の直下に配置する一方、検知部の温度制御を行う温度センサがセンサ内部に配置されているため、被測定ガスの影響を受けやすい検知部の温度を温度センサで正確に測定できないという問題がある。特に、検知部の温度急変に温度センサが追随し難いという問題がある。
又、特許文献３記載の筒型センサの場合、ヒータ素子がセンサと別体であるため、検知部の温度制御がさらに困難になる。 By the way, in the case of the plate-shaped sensors described in Patent Documents 1 and 2, the detection unit is exposed on the sensor surface, or the detection unit is disposed immediately below the air-permeable layer (protective layer or catalyst layer) that is exposed on the sensor surface. On the other hand, since the temperature sensor that controls the temperature of the detection unit is disposed inside the sensor, there is a problem that the temperature of the detection unit that is easily influenced by the gas to be measured cannot be accurately measured by the temperature sensor. In particular, there is a problem that it is difficult for the temperature sensor to follow a sudden temperature change of the detection unit.
Further, in the case of the cylindrical sensor described in Patent Document 3, since the heater element is a separate body from the sensor, the temperature control of the detection unit becomes more difficult.

又、特許文献３記載の筒型センサは、ヒータ素子でセンサを所定温度に制御するが、検知部が所定温度に到達するまでに時間を要するため、その間のガス濃度検出が不正確になったり、温度制御中の温度の急変に追随できないためにガス濃度検出が不正確になる。
すなわち、本発明は、検知部の温度制御の精度を高くし、被測定ガスの検出精度を向上することができる板状のガスセンサの提供を目的とする。 In addition, the cylindrical sensor described in Patent Document 3 controls the sensor to a predetermined temperature with a heater element. However, since it takes time for the detection unit to reach the predetermined temperature, gas concentration detection during that time may be inaccurate. The gas concentration detection becomes inaccurate because it cannot follow the sudden change in temperature during temperature control.
That is, an object of the present invention is to provide a plate-like gas sensor that can improve the temperature control accuracy of the detection unit and improve the detection accuracy of the gas to be measured.

上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、測定ガス中の特定ガスを検出する検知部が表面に露出し又は前記表面に露出したガス透過性層の直下に前記検知部が配置された板状のセンサ素子部を有し、前記センサ素子部における前記表面と反対側の裏面を構成する最外層にガスを透過しない緻密絶縁層が形成され、前記緻密絶縁層の直下に前記検知部の温度を検出するための温度検出手段が配置され、前記センサ素子部は、さらに、前記センサ素子部の積層方向における前記検知部と前記温度検出手段との間に、前記温度検出手段が検出した温度に基づいて制御されるヒータを一体に備える。
このような構成とすると、板状のセンサ素子部の裏面に緻密絶縁層のみを介して温度検出手段が配置されるため、被測定ガスの影響を受けたセンサ素子部の裏面の温度変化に温度検出手段が従来よりも敏感に追随する。一方、センサ素子部の表面に検知部が露出したり、検知部を表面に露出する透気性の層の直下に配置しているため、検知部の温度は被測定ガスの影響を受けたセンサ素子部の表面の温度に近い。従って、温度検出手段の測定値は検知部温度に近似したものとなり、検知部の温度を精度よく測定して被測定ガスの検出精度を向上させることができる。 In order to solve the above problems, the gas sensor of the present invention is a plate in which a detection unit for detecting a specific gas in a measurement gas is exposed on the surface, or the detection unit is disposed immediately below the gas permeable layer exposed on the surface. A dense insulating layer that does not transmit gas is formed on the outermost layer constituting the back surface opposite to the front surface of the sensor element portion, and the temperature of the detecting portion is directly below the dense insulating layer. Temperature detecting means for detecting the sensor element, and the sensor element portion further has a temperature detected by the temperature detecting means between the detecting portion and the temperature detecting means in the stacking direction of the sensor element portions. based Ru integrally includes a heater which is controlled.
With such a configuration, since the temperature detecting means is disposed only on the back surface of the plate-shaped sensor element portion through the dense insulating layer, the temperature changes due to the temperature change on the back surface of the sensor element portion affected by the gas to be measured. The detection means follows more sensitively than before. On the other hand, since the detection part is exposed on the surface of the sensor element part, or the detection part is arranged directly below the air-permeable layer that exposes the surface, the temperature of the detection part is affected by the gas to be measured. Close to the surface temperature. Therefore, the measured value of the temperature detection means approximates the temperature of the detection unit, and the temperature of the detection unit can be accurately measured to improve the detection accuracy of the gas to be measured.

前記緻密絶縁層の厚みが５０μｍ以下であることが好ましい。
このような構成とすると、温度検出手段の保護効果を有する限り、緻密絶縁層を薄くすることができ、外気温度に温度検出手段がより敏感に追随して測温精度が向上する。 The dense insulating layer preferably has a thickness of 50 μm or less.
With such a configuration, the dense insulating layer can be made thin as long as the temperature detecting means has a protective effect, and the temperature detecting means follows the outside temperature more sensitively, thereby improving the temperature measurement accuracy.

前記検知部は、一対の電極と、該一対の電極に接して設けられた感応部とを含み、前記一対の電極間のインピーダンス変化によって前記測定ガス中のアンモニア濃度を検出するものであってもよい。
又、前記検知部は、固体電解質層と、該固体電解質層の両面にそれぞれ対向して積層された一対の電極とを含み、前記一対の電極間の起電力変化によって前記測定ガス中のアンモニア濃度を検出するものであってもよい。 The detection unit may include a pair of electrodes and a sensitive unit provided in contact with the pair of electrodes, and may detect an ammonia concentration in the measurement gas based on an impedance change between the pair of electrodes. Good.
The detection unit includes a solid electrolyte layer and a pair of electrodes laminated on both sides of the solid electrolyte layer, respectively, and the ammonia concentration in the measurement gas is changed by an electromotive force change between the pair of electrodes. May be detected.

前記固体電解質層のうち、前記電極が積層された部分を除く露出部が所定の絶縁層で被覆されていることが好ましい。

In the solid electrolyte layer, it is preferable that an exposed portion excluding a portion where the electrode is laminated is covered with a predetermined insulating layer .

本発明のガスセンサ制御装置は、前記ガスセンサの制御に用いられ、前記ガスセンサに接続され、前記温度検出手段が検出した温度に基づいて、前記センサ素子部からの前記特定ガスの検知出力を補正する温度変動補正手段を有する。
温度検出手段により、検知部の温度を精度良く測定でき、被測定ガスの検出精度を向上したガスセンサにおいても、検知部が所定温度に到達するまでの微小な時間を有しているが、本発明のガスセンサ制御装置のようにすると、この微小な時間の間のガス濃度検出を温度検出手段の検出温度に基づいて補正するので、さらに被測定ガスの検出精度を向上できる。また、温度の急変に対しても、追随してガス濃度検出を正確に行うことができる。 The gas sensor control device of the present invention is used to control the gas sensor, is connected to the gas sensor, and corrects the detection output of the specific gas from the sensor element unit based on the temperature detected by the temperature detection means. It has fluctuation correction means.
Even in the gas sensor that can accurately measure the temperature of the detection unit by the temperature detection means and improves the detection accuracy of the gas to be measured, the detection unit has a minute time until the detection unit reaches a predetermined temperature. When the gas sensor control apparatus is used, the gas concentration detection during this minute time is corrected based on the detected temperature of the temperature detecting means, so that the detection accuracy of the gas to be measured can be further improved. Further, the gas concentration can be accurately detected following the sudden change in temperature.

この発明によれば、検知部の温度制御の精度を高くし、被測定ガスの検出精度が向上した板状のガスセンサが得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain a plate-like gas sensor in which the accuracy of temperature control of the detection unit is increased and the detection accuracy of the gas to be measured is improved.

以下、本発明の実施形態について説明する。
<第１の実施形態>
図１は、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ（アンモニアセンサ）２００Ａの長手方向に沿う断面図を示す。アンモニアセンサ２００Ａは、アンモニアを検出するセンサ素子部５０Ａを組み付けたアッセンブリである。アンモニアセンサ２００Ａは、軸線方向に延びる板状のセンサ素子部５０Ａと、排気管に固定されるためのねじ部１３９が外表面に形成された筒状の主体金具１３８と、センサ素子部５０Ａの径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ１０６と、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔１６８の内壁面がセンサ素子部５０Ａの後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材１６６と、センサ素子部５０Ａと絶縁コンタクト部１６６との間に配置される複数個（図１では２つのみ図示）の接続端子１１０とを備えている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a cross-sectional view along the longitudinal direction of a gas sensor (ammonia sensor) 200A according to a first embodiment of the present invention. The ammonia sensor 200A is an assembly in which a sensor element unit 50A for detecting ammonia is assembled. The ammonia sensor 200A includes a plate-shaped sensor element portion 50A extending in the axial direction, a cylindrical metal shell 138 formed on the outer surface with a screw portion 139 for fixing to the exhaust pipe, and the diameter of the sensor element portion 50A. Insulating contact member disposed in a state in which a cylindrical ceramic sleeve 106 disposed so as to surround the periphery of the direction and an inner wall surface of the contact insertion hole 168 penetrating in the axial direction surround the periphery of the rear end portion of the sensor element unit 50A 166, and a plurality (only two are shown in FIG. 1) of connection terminals 110 disposed between the sensor element portion 50A and the insulating contact portion 166.

主体金具１３８は、軸線方向に貫通する貫通孔１５４を有し、貫通孔１５４の径方向内側に突出する棚部１５２を有する略筒状形状に構成されている。また、主体金具１３８は、センサ素子部５０Ａの先端側を貫通孔１５４の先端側外部に配置し、電極端子部３０Ａ〜３４Ａを貫通孔１５４の後端側外部に配置する状態で、センサ素子部５０Ａを貫通孔１５４に保持している。さらに、棚部１５２は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。   The metal shell 138 has a substantially cylindrical shape having a through hole 154 that penetrates in the axial direction, and a shelf 152 that protrudes radially inward of the through hole 154. Further, the metal shell 138 is arranged in such a manner that the front end side of the sensor element portion 50A is arranged outside the front end side of the through hole 154 and the electrode terminal portions 30A to 34A are arranged outside the rear end side of the through hole 154. 50A is held in the through hole 154. Further, the shelf portion 152 is formed as an inwardly tapered surface having an inclination with respect to a plane perpendicular to the axial direction.

なお、主体金具１３８の貫通孔１５４の内部には、センサ素子部５０Ａの径方向周囲を取り囲む状態で環状形状のセラミックホルダ１５１、粉末充填層１５３、１５６（以下、滑石リング１５３、１５６ともいう）、および上述のセラミックスリーブ１０６がこの順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ１０６と主体金具１３８の後端部１４０との間には、加締めパッキン１５７が配置されており、セラミックホルダ１５１と主体金具１３８の棚部１５２との間には、滑石リング１５３やセラミックホルダ１５１を保持し、気密性を維持するための金属ホルダ１５８が配置されている。なお、主体金具１３８の後端部１４０は、加締めパッキン１５７を介してセラミックスリーブ１０６を先端側に押し付けるように、加締められている。   In addition, inside the through-hole 154 of the metal shell 138, an annular ceramic holder 151 and powder filling layers 153 and 156 (hereinafter also referred to as talc rings 153 and 156) in a state of surrounding the sensor element portion 50A in the radial direction. The ceramic sleeve 106 is laminated in this order from the front end side to the rear end side. A caulking packing 157 is disposed between the ceramic sleeve 106 and the rear end portion 140 of the metal shell 138, and a talc ring 153 is disposed between the ceramic holder 151 and the shelf 152 of the metal shell 138. In addition, a metal holder 158 for holding the ceramic holder 151 and maintaining hermeticity is disposed. Note that the rear end portion 140 of the metal shell 138 is crimped so as to press the ceramic sleeve 106 toward the distal end side via the crimping packing 157.

一方、図１に示すように、主体金具１３８の先端側（図１における下方）外周には、センサ素子部５０Ａの突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製（例えば、ステンレスなど）二重の外部プロテクタ１４２および内部プロテクタ１４３が、溶接等によって取り付けられている。   On the other hand, as shown in FIG. 1, a metal (for example, stainless steel) having a plurality of holes and covering the protruding portion of the sensor element portion 50 </ b> A on the outer periphery of the front end side (lower side in FIG. 1) of the metal shell 138. A double external protector 142 and an internal protector 143 are attached by welding or the like.

そして、主体金具１３８の後端側外周には、外筒１４４が固定されている。また、外筒１４４の後端側（図１における上方）の開口部には、センサ素子部５０Ａの電極端子部３０Ａ〜３４Ａとそれぞれ電気的に接続される５本のリード線１４６（図１では３本のみ）が挿通されるリード線挿通孔１６１が形成されたグロメット１５０が配置されている。   An outer cylinder 144 is fixed to the outer periphery of the rear end side of the metal shell 138. In addition, five lead wires 146 (in FIG. 1) that are electrically connected to the electrode terminal portions 30A to 34A of the sensor element portion 50A are respectively provided in the opening on the rear end side (upper side in FIG. 1) of the outer cylinder 144. A grommet 150 in which lead wire insertion holes 161 into which only three are inserted is formed is disposed.

また、主体金具１３８の後端部１４０より突出されたセンサ素子部５０Ａの後端側（図１における上方）には、絶縁コンタクト部材１６６が配置される。なお、この絶縁コンタクト部材１６６は、センサ素子部５０Ａの後端側の表面に形成される電極端子部３０Ａ〜３４Ａの周囲に配置される。この絶縁コンタクト部材１６６は、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔１６８を有する筒状形状に形成されると共に、外表面から径方向外側に突出する鍔部１６７が備えられている。絶縁コンタクト部材１６６は、鍔部１６７が保持部材１６９を介して外筒１４４に当接することで、外筒１４４の内部に配置される。そして、絶縁コンタクト部材１６６側の接続端子１１０と、センサ素子部５０Ａの電極端子部４０Ａ〜４４Ａとが電気的に接続され、リード線１４６により外部と導通するようになっている。   Further, an insulating contact member 166 is disposed on the rear end side (upper side in FIG. 1) of the sensor element portion 50A protruding from the rear end portion 140 of the metal shell 138. The insulating contact member 166 is disposed around the electrode terminal portions 30A to 34A formed on the surface on the rear end side of the sensor element portion 50A. The insulating contact member 166 is formed in a cylindrical shape having a contact insertion hole 168 penetrating in the axial direction, and is provided with a flange portion 167 protruding radially outward from the outer surface. The insulating contact member 166 is disposed inside the outer cylinder 144 by the flange portion 167 coming into contact with the outer cylinder 144 via the holding member 169. The connection terminal 110 on the insulating contact member 166 side and the electrode terminal portions 40A to 44A of the sensor element portion 50A are electrically connected, and are electrically connected to the outside by the lead wire 146.

次に、センサ素子部５０Ａの構成について図２を用いて説明する。センサ素子部５０Ａは長尺板状であり、排気ガス中のアンモニアガスを検出する検知部１０Ａが表面５１Ａの先端部に露出し、表面５１Ａとは反対側に位置する裏面５２Ａを構成する最外層に、後述する緻密絶縁層１２Ａが形成されている。又、センサ素子部５０Ａの後端部には、電極端子部４０Ａ〜４４Ａがそれぞれ露出している。   Next, the configuration of the sensor element unit 50A will be described with reference to FIG. The sensor element portion 50A has a long plate shape, and the detection portion 10A for detecting ammonia gas in the exhaust gas is exposed at the tip portion of the front surface 51A and constitutes the outermost layer constituting the back surface 52A located on the opposite side of the front surface 51A. In addition, a dense insulating layer 12A described later is formed. Further, electrode terminal portions 40A to 44A are exposed at the rear end portion of the sensor element portion 50A.

図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。センサ素子部５０Ａは固体酸材料を用いた抵抗変化（インピーダンス）式の板状アンモニアセンサである。
センサ素子部５０Ａは、アルミナ製の絶縁層２４Ａ、２６Ａを積層して本体部分とし、絶縁層２４Ａ表面左端に一対の櫛歯電極２Ａが配置されている。一対の櫛歯電極２Ａから絶縁層２４Ａの長手方向に沿ってそれぞれリード３０Ａ，３１Ａが延び、リード３０Ａ，３１Ａ上に絶縁層２０Ａが被覆され、絶縁層２０Ａがセンサ素子部の表面５１Ａを形成している。但し、リード３０Ａ，３１Ａの右端は絶縁層２０Ａで被覆されずに露出し、それぞれ電極端子部４０Ａ、４１Ａを形成している。
一対の櫛歯電極２Ａは、例えば金を主成分とし、それぞれ櫛状の２つの電極が離間して配置されている。また、リード３０Ａ，３１Ａは、例えば白金を主成分とする材料で構成している。 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. The sensor element unit 50A is a resistance change (impedance) plate-like ammonia sensor using a solid acid material.
The sensor element portion 50A is formed by laminating alumina insulating layers 24A and 26A to form a main body portion, and a pair of comb-like electrodes 2A is disposed at the left end of the surface of the insulating layer 24A. Leads 30A and 31A extend from the pair of comb-tooth electrodes 2A along the longitudinal direction of the insulating layer 24A. The leads 30A and 31A are covered with the insulating layer 20A, and the insulating layer 20A forms the surface 51A of the sensor element portion. ing. However, the right ends of the leads 30A and 31A are exposed without being covered with the insulating layer 20A and form electrode terminal portions 40A and 41A, respectively.
The pair of comb-shaped electrodes 2A are mainly composed of, for example, gold, and two comb-shaped electrodes are arranged apart from each other. The leads 30A and 31A are made of, for example, a material whose main component is platinum.

櫛歯電極２Ａ上には、櫛歯電極２Ａを完全に覆う感応層（感応部）４が形成され、櫛歯電極２Ａと感応層４とによって検知部１０Ａが構成されている。感応層４はアンモニア濃度に応じてインピーダンス（Ｚ）が変化する感ガス材料であり、通常、固体酸物質を用いることができるが、特開２００５−１１４３５５号公報（例えば段落００６６）に記載された固体超強酸物質を用いるのが好ましい。なお、特開２００５−１１４３５５号公報のすべての記載事項は本発明に引用することができる。
櫛歯電極２Ａ間に交流を印加することにより、電極２Ａ間に埋設された感応層４のインピーダンス（Ｚ）が変化するので、インピーダンス変化に基づいて排ガス中のアンモニア濃度を検出することができる。
なお、絶縁層２０Ａは電極２Ａの側縁を被覆しているが、感応層４の上面は絶縁層２０Ａで被覆されずに露出し、排ガス雰囲気に曝されるようになっている。つまり、検知部１０Ａ（感応層４を含む）はセンサ素子部の表面５１Ａに露出している。 A sensitive layer (sensitive portion) 4 that completely covers the comb-tooth electrode 2A is formed on the comb-tooth electrode 2A, and the detection portion 10A is configured by the comb-tooth electrode 2A and the sensitive layer 4. The sensitive layer 4 is a gas sensitive material whose impedance (Z) changes depending on the ammonia concentration, and a solid acid substance can be usually used. However, the sensitive layer 4 is described in JP-A-2005-114355 (for example, paragraph 0066). It is preferred to use a solid superacid material. In addition, all the description items of JP-A-2005-114355 can be cited in the present invention.
By applying an alternating current between the comb-tooth electrodes 2A, the impedance (Z) of the sensitive layer 4 embedded between the electrodes 2A changes, so that the ammonia concentration in the exhaust gas can be detected based on the impedance change.
Although the insulating layer 20A covers the side edge of the electrode 2A, the upper surface of the sensitive layer 4 is exposed without being covered with the insulating layer 20A and is exposed to an exhaust gas atmosphere. That is, the detection unit 10A (including the sensitive layer 4) is exposed on the surface 51A of the sensor element unit.

一方、絶縁層２６Ａの外側（図３の下面）には、測温抵抗体である温度検出手段（温度センサ）１４Ａが配置され、絶縁層２４Ａと絶縁層２６Ａの間にはセンサ素子部５０Ａを加熱する抵抗体であるヒータ１６Ａが介装されている。さらに、温度検出手段１４Ａから絶縁層２６Ａの長手方向に沿ってそれぞれリード３２Ａ，３３Ａが延びている。また、ヒータ１６Ａから絶縁層２６Ａの長手方向に沿ってそれぞれリード３５Ａ、３６Ａが延びており、絶縁層２６Ａに形成されたスルーホールを介して、電極端子部４２Ａ、４４Ａに接続している。ヒータ１６Ａは、温度検出手段１４Ａの測温結果に基づいて加熱され、センサ素子部５０Ａ（の検知部１０Ａ）を活性温度に昇温して動作を安定化させるために用いられる。
温度検出手段１４Ａ、ヒータ１６Ａ、リード３２Ａ，３３Ａ、３５Ａ、３６Ａは、それぞれ例えば白金を主成分とする。 On the other hand, on the outside of the insulating layer 26A (the lower surface in FIG. 3), a temperature detecting means (temperature sensor) 14A, which is a resistance temperature detector, is disposed, and the sensor element portion 50A is interposed between the insulating layer 24A and the insulating layer 26A. A heater 16A, which is a resistor for heating, is interposed. Furthermore, leads 32A and 33A extend from the temperature detecting means 14A along the longitudinal direction of the insulating layer 26A. Leads 35A and 36A extend from the heater 16A along the longitudinal direction of the insulating layer 26A, and are connected to the electrode terminal portions 42A and 44A via through holes formed in the insulating layer 26A. The heater 16A is heated based on the temperature measurement result of the temperature detection means 14A, and is used to stabilize the operation by raising the temperature of the sensor element unit 50A (the detection unit 10A) to the activation temperature.
The temperature detection means 14A, the heater 16A, the leads 32A, 33A, 35A, and 36A each have, for example, platinum as a main component.

温度検出手段１４Ａの外表面は、薄い緻密絶縁層１２Ａで被覆されているが、リード３２Ａ，３３Ａの右端は絶縁層１２Ａで被覆されずに露出し、それぞれ電極端子部４２Ａ、４３Ａを形成している。
緻密絶縁層１２Ａは、温度検出手段１４Ａが排ガス雰囲気によって経時変化することを防止する保護層として機能する。ここで、絶縁層１２Ａが緻密であるとは、緻密絶縁層１２Ａをガスが透過しない場合をいう。絶縁層１２Ａが緻密である場合、得られたセンサ素子部５０Ａのうち、絶縁層１２Ａが形成された部位を、水性インクを希釈した水溶液に浸漬し、緻密絶縁層１２Ａを通して温度検出手段１４Ａを目視したとき、温度検出手段１４Ａが水性インクで着色しない。一方、絶縁層１２Ａが緻密でないと、緻密絶縁層１２Ａを通して温度検出手段１４Ａの形状（図４の蛇行パターンなど）が着色して見える。
これは、温度検出手段１４Ａもポーラスであり、緻密絶縁層１２Ａを水性インクが透過した場合には温度検出手段１４Ａに水性インクが浸透するためである。 The outer surface of the temperature detecting means 14A is covered with a thin dense insulating layer 12A, but the right ends of the leads 32A and 33A are exposed without being covered with the insulating layer 12A, and form electrode terminal portions 42A and 43A, respectively. Yes.
The dense insulating layer 12A functions as a protective layer that prevents the temperature detecting means 14A from changing over time due to the exhaust gas atmosphere. Here, the phrase “the insulating layer 12A is dense” means that gas does not pass through the dense insulating layer 12A. When the insulating layer 12A is dense, a portion of the obtained sensor element portion 50A where the insulating layer 12A is formed is immersed in an aqueous solution diluted with water-based ink, and the temperature detecting means 14A is visually observed through the dense insulating layer 12A. In this case, the temperature detecting means 14A is not colored with water-based ink. On the other hand, if the insulating layer 12A is not dense, the shape (such as the meandering pattern in FIG. 4) of the temperature detecting means 14A appears colored through the dense insulating layer 12A.
This is because the temperature detection means 14A is also porous, and when the water-based ink passes through the dense insulating layer 12A, the water-based ink penetrates into the temperature detection means 14A.

緻密絶縁層１２Ａは、温度検出手段１４Ａの保護効果を有する限り、薄い方がよく、緻密絶縁層１２Ａが厚くなり過ぎると、緻密絶縁層１２Ａ外側の外気温度に温度検出手段１４Ａが追随し難くなり、測温精度が低下する。このような目的に沿う限り、緻密絶縁層１２Ａの厚みは特に限定されないが、通常、数〜数１０μｍの厚みとすることができ、より好ましくは数μｍ〜５０μｍとすることができる。
緻密絶縁層１２Ａとしては、絶縁性を有するセラミック焼結体を用いることができ、アルミナやムライト等の酸化物系セラミックを例示することができる。
このようにして、センサ素子部５０Ａにおける裏面５２Ａの最外層に薄い緻密絶縁層１２Ａが形成され、緻密絶縁層１２Ａの直下に温度検出手段１４Ａが配置される。 The dense insulating layer 12A is preferably thin as long as it has the protective effect of the temperature detecting means 14A. If the dense insulating layer 12A becomes too thick, it becomes difficult for the temperature detecting means 14A to follow the outside air temperature outside the dense insulating layer 12A. , The temperature measurement accuracy is reduced. The thickness of the dense insulating layer 12 </ b> A is not particularly limited as long as such a purpose is met, but it can usually be several to several tens of μm, and more preferably several μm to 50 μm.
As the dense insulating layer 12A, an insulating ceramic sintered body can be used, and examples thereof include oxide ceramics such as alumina and mullite.
In this way, the thin dense insulating layer 12A is formed on the outermost layer of the back surface 52A in the sensor element portion 50A, and the temperature detecting means 14A is disposed directly below the dense insulating layer 12A.

そして、図９のガスセンサ制御装置３００により、温度検出手段１４Ａの測定値に基づいてヒータ１６Ａの印加電圧が制御され、センサ素子部５０Ａの検知部１０Ａが最適温度（活性化温度）に加熱制御される。   Then, the gas sensor control device 300 in FIG. 9 controls the applied voltage of the heater 16A based on the measured value of the temperature detecting means 14A, and the detection unit 10A of the sensor element unit 50A is heated to the optimum temperature (activation temperature). The

次に、センサ素子部５０Ａの製造方法の一例を、展開図４を参照して簡単に説明する。まず、センサ素子部の本体となる比較的厚い（例えば３００μｍ）グリーンシートのアルミナ絶縁層２４Ａ１，２６Ａを用意し、絶縁層２６Ａ上にＰｔ、アルミナ（共素地として用いる無機酸化物）バインダ及び有機溶剤を含む電極ペースト（以下、「Ｐｔ系ペースト」という）をスクリーン印刷してヒータ１６Ａ（及びこれから延長するリード３５Ａ，３６Ａ）を形成する。   Next, an example of a manufacturing method of the sensor element unit 50A will be briefly described with reference to a development view 4. First, relatively thick (for example, 300 μm) alumina insulating layers 24A1 and 26A of green sheets serving as the main body of the sensor element portion are prepared, and Pt, alumina (an inorganic oxide used as a common substrate) binder and an organic solvent are provided on the insulating layer 26A. A heater paste 16A (and leads 35A, 36A extending therefrom) is formed by screen printing an electrode paste containing “Pt” (hereinafter referred to as “Pt paste”).

一方、絶縁層２６Ａの下面にＰｔ系ペーストをスクリーン印刷して温度検出手段１４Ａ（及びこれから延長するリード３２Ａ、３３Ａ、３４Ａ、及び電極端子部４２Ａ、４３Ａ、４４Ａ）を形成し、温度検出手段１４Ａ表面にアルミナ、バインダ及び有機溶剤を含むペーストをスクリーン印刷して絶縁層１２Ａを形成する、なお、絶縁層１２Ａの厚みは、ペーストの塗布量や塗布回数によって調整することができる。   On the other hand, the temperature detecting means 14A (and leads 32A, 33A, 34A and electrode terminal portions 42A, 43A, 44A extending therefrom) are formed by screen printing a Pt paste on the lower surface of the insulating layer 26A, and the temperature detecting means 14A. The insulating layer 12A is formed by screen-printing a paste containing alumina, a binder, and an organic solvent on the surface. The thickness of the insulating layer 12A can be adjusted by the amount of paste applied and the number of times of application.

次いで、絶縁層２４Ａ１上にＰｔ系ペーストをスクリーン印刷してリード３０Ａ，３１Ａ,電極端子部４０Ａ、４１Ａを形成し、リード３０Ａ，３１Ａの左端に隣接して絶縁層２４Ａ１上に薄い多孔質層２５を形成する。多孔質層２５は、絶縁層２４Ａ１上を粗面化して櫛歯電極２Ａとの密着性を高めるためのものであり、図３では特に表示されていない。
さらに、リード３０Ａ，３１Ａを覆うように絶縁層２４Ａ１上に絶縁材料（アルミナ等）、バインダ及び有機溶剤を含むペーストをスクリーン印刷して絶縁層２０Ａを形成する。そして、絶縁層２４Ａ１の下に絶縁層２４Ａ２を形成した後、絶縁層２４Ａ２と絶縁層２６Ａとを合わせて積層圧着し、さらに、所定形状に切断し、所定温度（例えば約４００℃）で脱バインダ後、所定温度（例えば１５２０℃）で焼成する。なお、絶縁層２４Ａ２は、絶縁層２４Ａ１と絶縁層２６Ａとの密着性を高めるものであり、図３では、絶縁層２４Ａ１、２４Ａ２を合わせて絶縁層２４Ａと図示している。 Next, Pt-based paste is screen-printed on the insulating layer 24A1 to form the leads 30A and 31A and the electrode terminal portions 40A and 41A. The thin porous layer 25 is formed on the insulating layer 24A1 adjacent to the left ends of the leads 30A and 31A. Form. The porous layer 25 is for roughening the surface of the insulating layer 24A1 to improve the adhesion with the comb electrode 2A, and is not particularly shown in FIG.
Further, the insulating layer 20A is formed by screen printing a paste containing an insulating material (such as alumina), a binder and an organic solvent on the insulating layer 24A1 so as to cover the leads 30A and 31A. Then, after forming the insulating layer 24A2 under the insulating layer 24A1, the insulating layer 24A2 and the insulating layer 26A are laminated and pressure-bonded, further cut into a predetermined shape, and debindered at a predetermined temperature (eg, about 400 ° C.). Thereafter, firing is performed at a predetermined temperature (for example, 1520 ° C.). The insulating layer 24A2 enhances the adhesion between the insulating layer 24A1 and the insulating layer 26A. In FIG. 3, the insulating layers 24A1 and 24A2 are collectively shown as the insulating layer 24A.

その後、リード３０Ａ，３１Ａの左端にそれぞれ接続するようにして、Ａｕ、バインダ及び有機溶剤を含む電極ペーストをスクリーン印刷して櫛歯電極２Ａを形成し、所定温度（例えば、２５０℃）で脱バインダ後、所定温度（例えば、１０００℃）で焼成する。
さらに、櫛歯電極２Ａを覆って感応層４を形成する。感応層４の形成方法は、例えば特開２００５−１１４３５５号公報（例えば段落００７５〜００７８）に記載されたＡ法に基づいて行うことができる。つまり、Ａ法に基づいてＷがＺｒＯ_２に含有した粉末を作製し、この粉末をバインダ及び有機溶剤と混合してスラリーとし、櫛歯電極２Ａ上に塗布後、所定温度（例えば６００℃）で焼成して感応層を形成する。 Thereafter, an electrode paste containing Au, a binder and an organic solvent is screen-printed so as to be connected to the left ends of the leads 30A and 31A to form the comb-tooth electrode 2A, and the binder is removed at a predetermined temperature (for example, 250 ° C.). Thereafter, firing is performed at a predetermined temperature (for example, 1000 ° C.).
Furthermore, the sensitive layer 4 is formed so as to cover the comb electrode 2A. The formation method of the sensitive layer 4 can be performed based on A method described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-114355 (for example, paragraphs 0075-0078), for example. That is, a powder containing W in ZrO ₂ based on the method A is prepared, and this powder is mixed with a binder and an organic solvent to form a slurry, which is applied onto the comb-tooth electrode 2A and then applied at a predetermined temperature (eg, 600 ° C.). Firing to form a sensitive layer.

以上のように、上記実施形態において、板状のセンサ素子部５０Ａの裏面５２Ａ側に薄い緻密絶縁層１２Ａの直下に温度検出手段１４Ａが配置されるため、被測定ガスの影響を受けたセンサ素子部５０Ａの裏面５２Ａの温度変化に温度検出手段１４Ａが敏感に追随する。一方、センサ素子部５０Ａの表面５１Ａに検知部１０Ａが露出しているため、検知部１０Ａの温度は被測定ガスの影響を受けたセンサ素子部５０Ａの表面５１Ａの温度に近い。従って、温度検出手段１４Ａの測定値は検知部１０Ａ温度に近似したものとなり、検知部１０Ａの温度を精度よく測定して被測定ガスの検出精度を向上させることができる。
なお、検知部１０Ａの最外側に位置する感応層４の表面にガス透過性の保護層や被毒防止層等を設けてもよいが、この場合、感応層４（検知部１０Ａ）はセンサ素子部５０Ａの表面５１Ａに露出していない。但し、この場合も感応層４（検知部１０Ａ）はガス透過性の層を介してセンサ素子部５０Ａの表面５１Ａに露出する点に変わりない。従って、本発明においては、検知部１０Ａがセンサ素子部５０Ａの表面５１Ａから外気に曝されるようになっている構造であればよく、検知部１０Ａがセンサ素子部５０Ａの表面５１Ａに直接露出していてもよく、検知部５０Ａ表面にガス透過性層が被覆されていてもよい。 As described above, in the above-described embodiment, the temperature detecting means 14A is disposed immediately below the thin dense insulating layer 12A on the back surface 52A side of the plate-like sensor element portion 50A, and thus the sensor element affected by the gas to be measured. The temperature detection means 14A follows the temperature change of the back surface 52A of the part 50A sensitively. On the other hand, since the detection unit 10A is exposed on the surface 51A of the sensor element unit 50A, the temperature of the detection unit 10A is close to the temperature of the surface 51A of the sensor element unit 50A affected by the gas to be measured. Accordingly, the measurement value of the temperature detection means 14A is approximate to the temperature of the detection unit 10A, and the temperature of the detection unit 10A can be accurately measured to improve the detection accuracy of the gas to be measured.
Note that a gas-permeable protective layer, poisoning prevention layer, or the like may be provided on the surface of the sensitive layer 4 located on the outermost side of the detection unit 10A. In this case, the sensitive layer 4 (detection unit 10A) is a sensor element. It is not exposed on the surface 51A of the part 50A. However, in this case as well, the sensitive layer 4 (the detection unit 10A) is still exposed to the surface 51A of the sensor element unit 50A through the gas permeable layer. Therefore, in the present invention, the detection unit 10A may be configured to be exposed to the outside air from the surface 51A of the sensor element unit 50A, and the detection unit 10A is directly exposed to the surface 51A of the sensor element unit 50A. The surface of the detection unit 50A may be covered with a gas permeable layer.

又、第１の実施形態において、ヒータ１６Ａはセンサ素子部５０Ａと一体化しているため、例えば特開２００３−８３９３３号公報に記載の筒型センサのようにヒータが素子部と別体である場合に比べ、ヒータの加熱が直ちに検知部に伝達され、温度制御が精度よくかつ迅速に行われる。   In the first embodiment, since the heater 16A is integrated with the sensor element unit 50A, the heater is separate from the element unit as in a cylindrical sensor described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-83933. As compared with the above, the heating of the heater is immediately transmitted to the detection unit, and the temperature control is performed accurately and quickly.

<第２の実施形態>
次に、本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ（アンモニアセンサ）について図５を参照して説明する。
図５は、第２の実施形態に係るアンモニアセンサにおけるセンサ素子部５０Ｃの長手方向に沿う断面図を示す。センサ素子部５０Ｃは起電力式の板状アンモニアセンサである。第２の実施形態に係るアンモニアセンサにおいて、センサ素子部５０Ｃ以外の（アッセンブリ）構造は第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
センサ素子部５０Ｃは、アルミナ製の絶縁層２４Ｃ、２６Ｃが積層され、絶縁層２４Ｃの外側に固体電解質層６が積層された構造を有する。絶縁層２４Ｃの上面は所定の深さで平面視コの字状に切り抜かれ、コの字の開口が図５の左を向くように配置される。これにより、絶縁層２４Ｃの切り抜き部分と固体電解質層６の下面とによって内部空間が形成され、この空間が基準ガス室Ｓとなる。 <Second Embodiment>
Next, a gas sensor (ammonia sensor) according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the longitudinal direction of the sensor element unit 50C in the ammonia sensor according to the second embodiment. The sensor element unit 50C is an electromotive force type plate ammonia sensor. In the ammonia sensor according to the second embodiment, the (assembly) structure other than the sensor element unit 50C is the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
The sensor element portion 50C has a structure in which insulating layers 24C and 26C made of alumina are stacked, and the solid electrolyte layer 6 is stacked outside the insulating layer 24C. The upper surface of the insulating layer 24C is cut into a U-shape in plan view at a predetermined depth, and the U-shaped opening is arranged to face the left in FIG. Thereby, an internal space is formed by the cut-out portion of the insulating layer 24 </ b> C and the lower surface of the solid electrolyte layer 6, and this space becomes the reference gas chamber S.

基準ガス室Ｓに面した固体電解質層６の下面には、平面視ほぼ矩形状の基準電極２Ｃが配置され、固体電解質層６の上面には基準電極２Ｃと対向する位置に検知電極２Ｂが配置されている。そして、検知電極２Ｂ、基準電極２Ｃ、固体電解質層６とによって検知部１０Ｃが構成される。
検知電極２Ｂに接続し固体電解質層６上面の長手方向に沿ってリード３０Ｃが延び、リード３０Ｃ上に絶縁層２０Ｃが被覆され、絶縁層２０Ｃがセンサ素子部の表面５１Ｃを形成している。但し、リード３０Ｃ右端は絶縁層２０Ｃで被覆されずに露出し、電極端子部４０Ｃ（さらに、後述するリード３７Ｃと接続する電極端子部４１Ｃ）を形成している。又、基準電極２Ｃに接続し固体電解質層６下面の長手方向に沿ってリード３７Ｃが延びており、固体電解質層６に形成されたスルーホールを介して、電極端子部４１Ｃに接続している。
そして、検知電極２Ｂ、基準電極２Ｃ間の電位差を測定することにより、排ガス中のアンモニア濃度を検出することができる。 A substantially rectangular reference electrode 2C in plan view is disposed on the lower surface of the solid electrolyte layer 6 facing the reference gas chamber S, and a detection electrode 2B is disposed on the upper surface of the solid electrolyte layer 6 at a position facing the reference electrode 2C. Has been. The detection electrode 2B, the reference electrode 2C, and the solid electrolyte layer 6 constitute a detection unit 10C.
A lead 30C extends along the longitudinal direction of the upper surface of the solid electrolyte layer 6 connected to the detection electrode 2B, and the insulating layer 20C is covered on the lead 30C, and the insulating layer 20C forms a surface 51C of the sensor element portion. However, the right end of the lead 30C is exposed without being covered with the insulating layer 20C, and forms an electrode terminal portion 40C (further, an electrode terminal portion 41C connected to a lead 37C described later). A lead 37 </ b> C extends along the longitudinal direction of the lower surface of the solid electrolyte layer 6 connected to the reference electrode 2 </ b> C, and is connected to the electrode terminal portion 41 </ b> C through a through hole formed in the solid electrolyte layer 6.
The ammonia concentration in the exhaust gas can be detected by measuring the potential difference between the detection electrode 2B and the reference electrode 2C.

検知電極２Ｂは例えば金を主成分とする。基準電極２Ｃやリード３０Ｃ，３７Ｃ、電極端子部４０Ｃ、４１Ｃは例えば白金を主成分とし、固体電解質層６は例えばＺｒＯ_２等の酸素イオン伝導性材料を用いることができる。
なお、絶縁層２０Ｃは検知電極２Ｂの側縁を被覆しているが、検知電極２Ｂの上面は絶縁層２０Ｃで被覆されずに露出し、排ガス雰囲気に曝されるようになっている。つまり、検知部１０Ｃはセンサ素子部の表面５１Ｃに露出している。
又、検知電極２Ｂ上に、検知電極２Ｂを完全に覆う選択（反応）層が形成されていてもよい。選択層については後述する。 The detection electrode 2B has, for example, gold as a main component. The reference electrode 2C, the leads 30C and 37C, and the electrode terminal portions 40C and 41C are mainly composed of platinum, for example, and the solid electrolyte layer 6 can be made of an oxygen ion conductive material such as ZrO ₂ .
Although the insulating layer 20C covers the side edge of the detection electrode 2B, the upper surface of the detection electrode 2B is exposed without being covered with the insulating layer 20C and is exposed to the exhaust gas atmosphere. That is, the detection unit 10C is exposed on the surface 51C of the sensor element unit.
Further, a selection (reaction) layer that completely covers the detection electrode 2B may be formed on the detection electrode 2B. The selection layer will be described later.

一方、絶縁層２６Ｃの外側（下面）には、測温抵抗体である温度検出手段（温度センサ）１４Ｃが配置され、絶縁層２４Ｃと絶縁層２６Ｃの間にはセンサ素子部５０Ｃを加熱する抵抗体であるヒータ１６Ｃが介装されている。さらに、温度検出手段１４Ｃから絶縁層２６Ｃの長手方向に沿ってそれぞれリード３２Ｃ，３３Ｃが延びている。また、ヒータ１６Ｃから絶縁層２６Ｃの長手方向に沿ってそれぞれリード３５Ｃ、３６Ｃが延びており、絶縁層２６Ｃに形成されたスルーホールを介して、電極端子部４２Ｃ、４４Ｃに接続している。ヒータ１６Ｃは、温度検出手段１４Ｃの測温結果に基づいて加熱され、センサ素子部５０Ｃを活性温度に昇温し、固体電解質層の酸素イオンの伝導性を高めて動作を安定化させるために用いられる。
温度検出手段１４Ｃ、ヒータ１６Ｃ、リード３２Ｃ，３３Ｃ、３５Ｃ、３６Ｃは、それぞれ例えば白金を主成分とする。 On the other hand, on the outside (lower surface) of the insulating layer 26C, a temperature detecting means (temperature sensor) 14C, which is a resistance temperature detector, is disposed, and a resistance for heating the sensor element unit 50C between the insulating layer 24C and the insulating layer 26C. A body heater 16C is interposed. Further, leads 32C and 33C extend from the temperature detecting means 14C along the longitudinal direction of the insulating layer 26C. Leads 35C and 36C extend from the heater 16C along the longitudinal direction of the insulating layer 26C, and are connected to the electrode terminal portions 42C and 44C through through holes formed in the insulating layer 26C. The heater 16C is heated based on the temperature measurement result of the temperature detecting means 14C, and is used to raise the temperature of the sensor element unit 50C to the activation temperature and to stabilize the operation by increasing the conductivity of oxygen ions in the solid electrolyte layer. It is done.
The temperature detection means 14C, the heater 16C, the leads 32C, 33C, 35C, and 36C each have, for example, platinum as a main component.

温度検出手段１４Ｃの表面は、薄い緻密絶縁層１２Ｃで被覆されているが、リード３２Ｃ，３３Ｃの右端は絶縁層１２Ｃで被覆されずに露出し、それぞれ電極端子部４２Ｃ、４３Ｃを形成している。
緻密絶縁層１２Ｃは、第１の実施形態における緻密絶縁層１２Ａと同様であるので説明を省略する。
このようにして、センサ素子部５０Ｃにおける検知部１０Ｃと反対側の裏面５２Ｃの最外層に薄い緻密絶縁層１２Ｃが形成され、緻密絶縁層１２Ｃの直下に温度検出手段１４Ｃが配置される。 The surface of the temperature detection means 14C is covered with a thin dense insulating layer 12C, but the right ends of the leads 32C and 33C are exposed without being covered with the insulating layer 12C to form electrode terminal portions 42C and 43C, respectively. .
Since the dense insulating layer 12C is the same as the dense insulating layer 12A in the first embodiment, the description thereof is omitted.
In this way, the thin dense insulating layer 12C is formed on the outermost layer of the back surface 52C opposite to the detecting portion 10C in the sensor element portion 50C, and the temperature detecting means 14C is disposed immediately below the dense insulating layer 12C.

なお、検知電極２Ｂ上に選択層が形成される場合、選択層は、被測定ガス中のアンモニア以外の可燃性ガス成分を燃焼させる役割を持ち、選択層が存在すると、可燃性ガス成分の影響を受けずに被測定ガス中のアンモニアを検出することができる。選択層は通常、金属酸化物を主成分とするが、特に酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）及び酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）を所定比で含む材料（例えば、酸化ビスマスバナジウム：ＢｉＶＯ_４）から形成することが好ましい。
又、検知電極２Ｂ上、又は上記選択層上に、ガス透過性の保護層を設けてもよい。そして、検知電極２Ｂ上に選択層や保護層が形成されている場合、検知電極２Ｂ（検知部）はセンサ素子部の表面に露出していないが、これらの層をガス透過性層とすることにより、検知電極２Ｂ（検知部）がガス透過性層を介してセンサ素子部５０Ｃの表面５１Ｃに露出するようになる。 In addition, when a selective layer is formed on the detection electrode 2B, the selective layer has a role of burning a combustible gas component other than ammonia in the gas to be measured. When the selective layer is present, the influence of the combustible gas component is present. Ammonia in the gas to be measured can be detected without being subjected to this. The selective layer is generally composed of a metal oxide as a main component, but particularly from a material (for example, bismuth vanadium oxide: BiVO ₄ ) containing vanadium oxide (V ₂ O ₅ ) and bismuth oxide (Bi ₂ O ₃ ) in a predetermined ratio. It is preferable to form.
Further, a gas permeable protective layer may be provided on the detection electrode 2B or on the selective layer. When a selective layer or a protective layer is formed on the detection electrode 2B, the detection electrode 2B (detection unit) is not exposed on the surface of the sensor element unit, but these layers are gas permeable layers. Thus, the detection electrode 2B (detection unit) is exposed to the surface 51C of the sensor element unit 50C through the gas permeable layer.

次に、センサ素子部５０Ｃの製造方法の一例を、展開図６を参照して簡単に説明する。まず、比較的厚い（例えば３００μｍ）グリーンシートのアルミナ絶縁層２６Ｃを用意し、絶縁層２６Ｃ上にＰｔ系ペーストをスクリーン印刷してヒータ１６Ｃ（及びこれから延長するリード３５Ｃ，３６Ｃ）を形成する。さらに、ヒータ１６Ｃ上に絶縁材料（アルミナ等）、バインダ及び有機溶剤を含むペーストをスクリーン印刷して絶縁層２４Ｃ４を形成する。   Next, an example of a method for manufacturing the sensor element unit 50C will be briefly described with reference to the development view 6. FIG. First, a relatively thick (for example, 300 μm) alumina insulating layer 26C of a green sheet is prepared, and a Pt paste is screen-printed on the insulating layer 26C to form a heater 16C (and leads 35C and 36C extending therefrom). Further, the insulating layer 24C4 is formed on the heater 16C by screen printing a paste containing an insulating material (such as alumina), a binder, and an organic solvent.

一方、絶縁層２６Ｃの下面に、温度検出手段１４Ｃ，絶縁層１２Ｃを第１の実施形態と同様にして形成する。   On the other hand, the temperature detecting means 14C and the insulating layer 12C are formed on the lower surface of the insulating layer 26C in the same manner as in the first embodiment.

次に、ジルコニア系粉末、バインダ及び有機溶剤を含むスラリーからドクターブレード法により、固体電解質層６となるグリーンシートを製造し、固体電解質層６の下側に左端に矩形孔を有する絶縁層２４Ｃ１を積層する。そして、絶縁層２４Ｃ１の矩形孔内にＰｔ系ペーストをスクリーン印刷して基準電極２Ｃ（及びこれから延長するリード３７Ｃ）を形成する。さらに、左端に矩形孔を有する絶縁層２４Ｃ２を、基準電極２Ｃが矩形孔内に入るように重ねてスクリーン印刷する。基準電極２Ｃは、絶縁層２４Ｃ２の矩形孔から後述する絶縁層２４Ｃ３のコの字で形成される内部空間（基準ガス室）に面している。なお、固体電解質層６は、固体電解質ペーストをスクリーン印刷して形成してもよい。   Next, a green sheet to be the solid electrolyte layer 6 is manufactured from a slurry containing a zirconia-based powder, a binder, and an organic solvent by a doctor blade method, and an insulating layer 24C1 having a rectangular hole at the left end below the solid electrolyte layer 6 is formed. Laminate. Then, a Pt-based paste is screen-printed in the rectangular hole of the insulating layer 24C1 to form the reference electrode 2C (and the lead 37C extending therefrom). Further, the insulating layer 24C2 having a rectangular hole at the left end is screen-printed so that the reference electrode 2C enters the rectangular hole. The reference electrode 2C faces an internal space (reference gas chamber) formed by a U-shape of an insulating layer 24C3 described later from a rectangular hole of the insulating layer 24C2. The solid electrolyte layer 6 may be formed by screen printing a solid electrolyte paste.

また、左端に矩形孔を有する絶縁層２２Ｃを固体電解質層４上にスクリーン印刷し、絶縁層２２Ｃ上にＰｔ系ペーストをスクリーン印刷してリード３０Ｃ、電極端子部４０Ｃ、４１Ｃを形成する。さらに、リード３０Ｃを覆うようにして左端に矩形孔を有する絶縁層２０Ｃをスクリーン印刷する。   Further, an insulating layer 22C having a rectangular hole at the left end is screen-printed on the solid electrolyte layer 4, and a Pt-based paste is screen-printed on the insulating layer 22C to form leads 30C and electrode terminal portions 40C and 41C. Further, an insulating layer 20C having a rectangular hole at the left end is screen-printed so as to cover the lead 30C.

そして、左先端に向けてコの字に開口する形状の絶縁層２４Ｃ３を絶縁層２４Ｃ４上にスクリーン印刷する。そして、絶縁層２４Ｃ３の上に絶縁層２４Ｃ２を合わせて積層圧着し、さらに、所定形状に切断し、所定温度（例えば約４００℃）で脱バインダ後、所定温度（例えば１５２０℃）で焼成する。なお、絶縁層２４Ｃ２〜２４Ｃ４は、基準電極２Ｃとヒータ１６の電気絶縁性を高めるものであり、図５では、絶縁層２４Ｃ２〜２４Ｃ４を合わせて絶縁層２４Ｃと図示している。   Then, an insulating layer 24C3 having a U-shape opening toward the left end is screen-printed on the insulating layer 24C4. Then, the insulating layer 24C2 is laminated and pressure-bonded on the insulating layer 24C3, further cut into a predetermined shape, debindered at a predetermined temperature (for example, about 400 ° C.), and fired at a predetermined temperature (for example, 1520 ° C.). The insulating layers 24C2 to 24C4 increase the electrical insulation between the reference electrode 2C and the heater 16. In FIG. 5, the insulating layers 24C2 to 24C4 are collectively illustrated as the insulating layer 24C.

なお、絶縁層２４Ｃ３に代えて、幅方向中央部が開口して右端に延びる絶縁層２４Ｃ５を形成することができる。この場合、絶縁層２４Ｃ５で形成される内部空間（基準ガス室）は、基準電極２Ｃ側からセンサ素子部５０Ｃの長手方向に延びて右端で基準ガス（大気）に通じる。
又、基準ガス室は空間であってもよく、多孔質で充填されていてもよい。 Instead of the insulating layer 24C3, an insulating layer 24C5 having an opening at the center in the width direction and extending to the right end can be formed. In this case, the internal space (reference gas chamber) formed by the insulating layer 24C5 extends in the longitudinal direction of the sensor element portion 50C from the reference electrode 2C side and communicates with the reference gas (atmosphere) at the right end.
The reference gas chamber may be a space or may be filled with a porous material.

その後、絶縁層２０Ｃ、２２Ｃの矩形孔内にＡｕ系ペーストをスクリーン印刷して検知電極２Ｂを形成し、所定温度（例えば、２５０℃）で脱バインダ後、所定温度（例えば、１０００℃）で焼成する。ここで、検知電極２Ｂはリード３０Ｃと接続し、基準電極２Ｃ及び検知電極２Ｂは固体電解質層６の上下面に接している。   Thereafter, the Au-based paste is screen-printed in the rectangular holes of the insulating layers 20C and 22C to form the detection electrode 2B. After the binder is removed at a predetermined temperature (for example, 250 ° C.), baking is performed at the predetermined temperature (for example, 1000 ° C.) To do. Here, the detection electrode 2B is connected to the lead 30C, and the reference electrode 2C and the detection electrode 2B are in contact with the upper and lower surfaces of the solid electrolyte layer 6.

さらに、選択層が形成される場合、検知電極２Ｂ上に選択層となる、金属酸化物を主成分とするペーストをスクリーン印刷し、所定温度（例えば７５０℃）で焼成して選択層を形成する。   Further, when the selective layer is formed, a paste mainly composed of a metal oxide, which becomes the selective layer, is screen-printed on the detection electrode 2B, and baked at a predetermined temperature (for example, 750 ° C.) to form the selective layer. .

第２の実施形態においても、板状のセンサ素子部５０Ｃの裏面５２Ｃ側に薄い緻密絶縁層１２Ｃを介して温度検出手段１４Ｃが配置されるため、センサ素子部５０Ｃの裏面５２Ｃの温度変化に温度検出手段１４Ｃが敏感に追随する。一方、センサ素子部５０Ｃの表面５１Ｃに検知部１０Ｃが露出しているため、検知部１０Ｃの温度はセンサ素子部５０Ｃの表面５１Ｃの温度に近い。従って、温度検出手段１４Ｃの測定値は検知部１０Ｃ温度に近似したものとなり、検知部１０Ｃの温度を精度よく測定して被測定ガスの検出精度を向上させることができる。   Also in the second embodiment, since the temperature detecting means 14C is disposed via the thin dense insulating layer 12C on the back surface 52C side of the plate-shaped sensor element portion 50C, the temperature changes due to the temperature change of the back surface 52C of the sensor element portion 50C. The detection means 14C follows sensitively. On the other hand, since the detection unit 10C is exposed on the surface 51C of the sensor element unit 50C, the temperature of the detection unit 10C is close to the temperature of the surface 51C of the sensor element unit 50C. Therefore, the measurement value of the temperature detection means 14C is approximate to the temperature of the detection unit 10C, and the detection accuracy of the gas to be measured can be improved by measuring the temperature of the detection unit 10C with high accuracy.

<第３の実施形態>
次に、本発明の第３の実施形態に係るガスセンサ（アンモニアセンサ）のセンサ素子部５０Ｄについて展開図７を参照して説明する。第３の実施形態に係るガスセンサは、図６のセンサ素子部のうち絶縁層２４Ｃ４から検知電極２Ｂに至る積層構造を、図７の絶縁層２４Ｄから検知電極２Ｄに至る積層構造に置換したこと以外は、第２の実施形態に係るガスセンサのセンサ素子部と同様であるので、同一部分の説明を省略する。 <Third Embodiment>
Next, a sensor element portion 50D of a gas sensor (ammonia sensor) according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to a development view 7. FIG. In the gas sensor according to the third embodiment, the laminated structure from the insulating layer 24C4 to the sensing electrode 2B in the sensor element portion of FIG. 6 is replaced with the laminated structure from the insulating layer 24D to the sensing electrode 2D in FIG. Since this is the same as the sensor element part of the gas sensor according to the second embodiment, description of the same part is omitted.

図７において、絶縁層２４Ｄの上に固体電解質層６Ｄ（固体電解質層６と同一）を積層し、さらに、左端部において長辺状の２個の開口が幅方向に並ぶ絶縁層２２Ｄを固体電解質層６Ｄ上にスクリーン印刷し、絶縁層２２Ｄ上にＰｔ系ペーストをスクリーン印刷して基準電極２Ｅ、リード３０Ｄ，３１Ｄ、電極端子部４０Ｄ，４１Ｄを形成する。さらに、リード３０Ｄ，３１Ｄを覆うように絶縁層２０Ｄをスクリーン印刷する。これによりリード３０Ｄ、３１Ｄは絶縁層２０Ｄに完全に被覆される。一方、基準電極２Ｅは、絶縁層２０Ｄの一方の開口から露出すると共に、この開口を介して固体電解質層６Ｄ表面に接する。
さらに、絶縁層２０Ｄの他の開口内にＡｕ系ペーストをスクリーン印刷して検知電極２Ｄを形成する。検知電極２Ｄは、絶縁層２２Ｄの他の開口を介して固体電解質層６Ｄ表面に接すると共に、リード３０Ｄと接続している。 In FIG. 7, a solid electrolyte layer 6D (same as the solid electrolyte layer 6) is laminated on the insulating layer 24D, and further, an insulating layer 22D in which two long side openings are arranged in the width direction at the left end portion is formed as a solid electrolyte. Screen printing is performed on the layer 6D, and Pt paste is screen-printed on the insulating layer 22D to form the reference electrode 2E, leads 30D and 31D, and electrode terminal portions 40D and 41D. Further, the insulating layer 20D is screen-printed so as to cover the leads 30D and 31D. As a result, the leads 30D and 31D are completely covered with the insulating layer 20D. On the other hand, the reference electrode 2E is exposed from one opening of the insulating layer 20D and is in contact with the surface of the solid electrolyte layer 6D through this opening.
Further, the detection electrode 2D is formed by screen printing an Au-based paste in the other opening of the insulating layer 20D. The detection electrode 2D is in contact with the surface of the solid electrolyte layer 6D through another opening of the insulating layer 22D and is connected to the lead 30D.

第３の実施形態においては、基準電極２Ｅと検知電極２Ｄがいずれもセンサ素子部５０Ｄ表面に露出することになる。又、第３の実施形態の場合、基準電極２Ｅと検知電極２Ｄは固体電解質層６Ｄの同じ面側に位置する。   In the third embodiment, both the reference electrode 2E and the detection electrode 2D are exposed on the surface of the sensor element unit 50D. In the case of the third embodiment, the reference electrode 2E and the detection electrode 2D are located on the same surface side of the solid electrolyte layer 6D.

<第４の実施形態>
次に、本発明の第４の実施形態に係るガスセンサ（アンモニアセンサ）のセンサ素子部５０Ｅについて展開図８を参照して説明する。第４の実施形態に係るガスセンサは、図４又は図６の温度検出手段１４Ａ又は１４Ｃを、図８の温度検出手段１４Ｅに置換したこと以外は、第１又は第２の実施形態に係るガスセンサのセンサ素子と同様であるので、同一部分の説明を省略する。
図８において、温度検出手段１４Ｅは、固体電解質層１４ｇ（固体電解質層６と同一）の下面に、左端部において長辺状の２個の開口が幅方向に並ぶ絶縁層１４ｆをスクリーン印刷し、さらに絶縁層１４ｆの下面にＰｔ系ペーストをスクリーン印刷してリード３８Ｅ，３９Ｅ１及び電極端子部４８Ｅ、４９Ｅ１，４９Ｅ２を形成する。リード３８Ｅ，３９Ｅの左端部は、それぞれ絶縁層１４ｆの２個の開口を介して固体電解質層１４ｇ下面に接する。ここで、固体電解質層１４ｇの抵抗が温度によって変化するため、リード３８Ｅ，３９Ｅ間に生じる内部抵抗を検出することにより、固体電解質層１４ｇの温度を測定することができ、温度検出手段として機能する。
このように、温度検出手段として、抵抗体の他、固体電解質の内部抵抗を測定するものを用いることができる。 <Fourth embodiment>
Next, a sensor element portion 50E of a gas sensor (ammonia sensor) according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to a development view 8. FIG. The gas sensor according to the fourth embodiment is the same as that of the gas sensor according to the first or second embodiment except that the temperature detection means 14A or 14C of FIG. 4 or 6 is replaced with the temperature detection means 14E of FIG. Since it is the same as a sensor element, description of the same part is abbreviate | omitted.
In FIG. 8, the temperature detecting means 14E screen-prints an insulating layer 14f in which two long side openings are arranged in the width direction at the left end on the lower surface of the solid electrolyte layer 14g (same as the solid electrolyte layer 6). Further, Pt paste is screen-printed on the lower surface of the insulating layer 14f to form leads 38E and 39E1 and electrode terminal portions 48E, 49E1 and 49E2. The left end portions of the leads 38E and 39E are in contact with the lower surface of the solid electrolyte layer 14g through two openings of the insulating layer 14f. Here, since the resistance of the solid electrolyte layer 14g changes depending on the temperature, the temperature of the solid electrolyte layer 14g can be measured by detecting the internal resistance generated between the leads 38E and 39E, and functions as a temperature detection means. .
As described above, as the temperature detecting means, in addition to the resistor, one that measures the internal resistance of the solid electrolyte can be used.

次に、本発明のガスセンサ制御装置について、ブロック図９を参照して説明する。ガスセンサ制御装置３００は、ガスセンサ２００、及び車両側のエンジン制御装置（以下、ＥＣＵという）４００に電気的に接続されて、ガスセンサを制御し、センサ出力をＥＣＵに送信する。なお、図９においては、ガスセンサ２００内のセンサ素子部５０Ａ（図３と同一のもの）のみ記載する。
ガスセンサ制御装置３００は、マイクロコンピュータ（以下、ＭＣという）３０２、メモリ３０４、アナログ回路部３０６、DA/ADコンバータ３０８を備えている。アナログ回路部３０６はセンサ素子部５０Ａの各リード３０Ａ〜３６Ａに接続する電極端子部４０Ａ〜４４Ａに接続され、（なお、図９においては、分かりやすく説明するため、リード３５Ａ、３６Ａとアナログ回路３０６とを接続している。）センサ素子部５０Ａからのガス濃度信号、ヒータ出力、温度センサ出力の増幅や安定化等を行う。ＭＣ３０２はガスセンサ制御装置全体を制御し、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ、ＲＡＭを備え、ＲＯＭ等に予め格納されたプログラムがＣＰＵにより実行される。メモリ３０４は、後述する温度補正のためのマップを記憶する。
そして、ガスセンサ制御装置３００で温度補正されたガスの濃度信号はＥＣＵに送信され、ＥＣＵは濃度信号に基づいて排気ガス中のアンモニアガス濃度を演算し、エンジンの運転状態の制御などの処理を実行する。
なお、ＭＣ３０２が本発明の温度変動補正手段に相当する。 Next, the gas sensor control device of the present invention will be described with reference to the block diagram 9. The gas sensor control device 300 is electrically connected to the gas sensor 200 and a vehicle-side engine control device (hereinafter referred to as ECU) 400, controls the gas sensor, and transmits the sensor output to the ECU. In FIG. 9, only the sensor element unit 50A (same as in FIG. 3) in the gas sensor 200 is described.
The gas sensor control device 300 includes a microcomputer (hereinafter referred to as MC) 302, a memory 304, an analog circuit unit 306, and a DA / AD converter 308. The analog circuit portion 306 is connected to electrode terminal portions 40A to 44A connected to the respective leads 30A to 36A of the sensor element portion 50A (in FIG. 9, for easy understanding, the leads 35A and 36A and the analog circuit 306 are connected. Amplifying and stabilizing the gas concentration signal, heater output, and temperature sensor output from the sensor element unit 50A. The MC 302 controls the entire gas sensor control device, and includes a CPU (Central Processing Unit), ROM, and RAM, and a program stored in advance in the ROM or the like is executed by the CPU. The memory 304 stores a map for temperature correction described later.
Then, the gas concentration signal whose temperature has been corrected by the gas sensor control device 300 is transmitted to the ECU, and the ECU calculates the ammonia gas concentration in the exhaust gas based on the concentration signal, and executes processing such as control of the operating state of the engine. To do.
MC302 corresponds to the temperature fluctuation correcting means of the present invention.

図１０は、メモリ３０４に記憶されたマップのデータ構成を示す。マップにはセンサ素子部の温度に応じて、検知部によるアンモニアガスのセンサ出力（ガス濃度信号，以下、「センサ出力」はガス濃度信号を意味し、温度検出手段（温度センサ）からの出力である温度センサ出力と区別する）の補正係数が記憶されている。なお、温度６５０℃における濃度信号を基準としている。
そして、ＭＣ３０２は、センサ素子部の温度に基づき、マップを参照して補正係数を取得する。なお、本実施例において、例えば、素子温度がマップ間に存在する場合（例えば、ＮＨ_３濃度５０ｐｐｍ、素子温度６３５℃の場合等）前後の補正係数の補間結果を算出し、補正係数とした（例えば、ＮＨ_３濃度５０ｐｐｍ、素子温度６３０℃の補正係数0.88と、ＮＨ_３濃度５０ｐｐｍ、素子温度６４０℃の補正係数0.94との補間結果を算出する）。なお、マップに限らず、所定の補正式をメモリ３０４に記憶してもよい。 FIG. 10 shows the data structure of the map stored in the memory 304. Depending on the temperature of the sensor element, the map shows the sensor output of ammonia gas by the detector (gas concentration signal, hereinafter “sensor output” means the gas concentration signal, which is the output from the temperature detection means (temperature sensor)). A correction coefficient (which is distinguished from a certain temperature sensor output) is stored. The concentration signal at a temperature of 650 ° C. is used as a reference.
And MC302 acquires a correction coefficient with reference to a map based on the temperature of a sensor element part. In the present embodiment, for example, when the element temperature exists between the maps (for example, when the NH ₃ concentration is 50 ppm and the element temperature is 635 ° C.), the interpolation result of the correction coefficient before and after is calculated and used as the correction coefficient ( for example, calculated NH ₃ concentration 50 ppm, and the correction coefficient 0.88 of element temperature 630 ° C., NH ₃ concentration 50 ppm, the interpolation result of the correction coefficient 0.94 of element temperature 640 ° C.). In addition, not only a map but a predetermined correction formula may be stored in the memory 304.

次に、図１１を参照して、ＭＣ（ＣＰＵ）３０２による補正処理について説明する。
まず、ＭＣ３０２は、センサ素子部５０Ａからセンサ出力を取得する（ステップＳ２）。次に、ＭＣ３０２は温度検出手段（温度センサ）１４Ａから温度出力を読取る（ステップＳ４）。なお、ＭＣ３０２はDA/ADコンバータ３０８を介して、温度のアナログ出力をデジタル値に変換して読み取る。そして、読み取った温度出力が基準温度か否かを判定する（ステップＳ６）。読み取った温度出力が基準温度であればＹＥＳとなり、そのままセンサ出力をＥＣＵに送信する（ステップＳ８）。他方、読み取った温度出力が基準温度でなければＮＯとなり、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、ＭＣ３０２が、ステップＳ２で取得した温度をキーとして図１０のマップを参照して補正値を取得し（ステップＳ６）、ステップＳ４で取得したセンサ出力に補正値を乗じて補正を行う（ステップＳ８）。
そして、ＭＣ３０２は、補正後のセンサ出力をＥＣＵに送信する（ステップＳ１０）。 Next, correction processing by the MC (CPU) 302 will be described with reference to FIG.
First, the MC 302 acquires a sensor output from the sensor element unit 50A (step S2). Next, the MC 302 reads the temperature output from the temperature detection means (temperature sensor) 14A (step S4). The MC 302 converts the analog output of the temperature into a digital value via the DA / AD converter 308 and reads it. Then, it is determined whether or not the read temperature output is a reference temperature (step S6). If the read temperature output is the reference temperature, the determination is YES, and the sensor output is transmitted to the ECU as it is (step S8). On the other hand, if the read temperature output is not the reference temperature, NO is determined, and the process proceeds to step S10. In step S10, the MC 302 acquires a correction value with reference to the map of FIG. 10 using the temperature acquired in step S2 as a key (step S6), and performs correction by multiplying the sensor output acquired in step S4 by the correction value. (Step S8).
Then, the MC 302 transmits the corrected sensor output to the ECU (step S10).

本発明のガスセンサ制御装置は、上記したガスセンサを用いているため、温度検出手段の温度検出感度が高く、ガス流速の影響によってガス温度が変動した場合にも、速やかにガス濃度信号の温度変化を補正し、ガス濃度検出が正確になる。   Since the gas sensor control device of the present invention uses the above-described gas sensor, the temperature detection means has high temperature detection sensitivity, and even when the gas temperature fluctuates due to the influence of the gas flow velocity, the temperature change of the gas concentration signal can be promptly changed. Correction and gas concentration detection become accurate.

本発明は上記実施形態に限定されない。本発明は、板状センサ素子部の一方の表面に検知部が露出する（又はガス透過性層を介して露出する）あらゆるガスセンサに適用可能であり、例えば、自動車や各種内燃機関の排ガス中や、ボイラ等の燃焼ガス中のＮＯ_ｘガス濃度検出用ガスセンサや、全領域空燃比センサ等の酸素センサに適用することができるが、これらの用途に限られない。例えば、ＮＯ_ｘガスセンサの場合、第２ポンプセルの設定電圧を変えることにより、ＮＯ_X以外のガス（例えばＣＯ_XやＨ₂Ｏ、ＨＣなど）を選択時に分解させ、これらのガス濃度を測定することもできる。又、各ガスを分解する設定電圧を段階的に変えることにより、Ｏ₂，ＮＯ_X，Ｈ₂Ｏ，ＣＯ₂等の多成分ガスを１つのガスセンサで測定することもできる。
又、酸素センサとしては、センサ素子の一方に電極が露出し、センサ素子内部の大気導入室に他の電極が面したＴＦ（ジルコニア板型）酸素センサが挙げられる。 The present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be applied to any gas sensor in which the detection unit is exposed on one surface of the plate-shaped sensor element unit (or exposed through the gas permeable layer), for example, in the exhaust gas of an automobile or various internal combustion engines. , and nO _x gas concentration detection gas sensor in the combustion gases of a boiler or the like, can be applied to the oxygen sensor such as a full-range air-fuel ratio sensor is not limited to these applications. For example, in the case of a NO _x gas sensor, by changing the set voltage of the second pump cell, gases other than NO _x (for example, CO _x , H ₂ O, HC, etc.) are decomposed when selected, and the concentration of these gases is measured. You can also. In addition, by changing the set voltage for decomposing each gas stepwise, a multi-component gas such as O ₂ , NO _x , H ₂ O, CO ₂ can be measured with one gas sensor.
Examples of the oxygen sensor include a TF (zirconia plate type) oxygen sensor in which an electrode is exposed on one side of the sensor element and the other electrode faces the atmosphere introduction chamber inside the sensor element.

（１）センサの作製
実施例１：上記第１の実施形態に係るインピーダンス式（固体酸式）アンモニアセンサを作製した。
実施例２：上記第２の実施形態に係る起電力式アンモニアセンサを作製した。
比較例１：上記第１の実施形態に係るインピーダンス式アンモニアセンサにおいて、緻密絶縁層１２Ａ及び温度検出手段１４Ａを設けず、その代わりに絶縁層２４Ａ内に温度検出手段（サーミスタ）を埋設した。この温度検出手段の配置は、特開2005-114355号公報の図３と同様である。
比較例２：上記第２の実施形態に係る起電力式アンモニアセンサにおいて、温度検出手段１４Ｃとヒータ１６Ｃの位置を逆にした。 (1) Production of sensor Example 1: An impedance type (solid acid type) ammonia sensor according to the first embodiment was produced.
Example 2: An electromotive force type ammonia sensor according to the second embodiment was produced.
Comparative Example 1: In the impedance-type ammonia sensor according to the first embodiment, the dense insulating layer 12A and the temperature detecting means 14A were not provided, but a temperature detecting means (thermistor) was embedded in the insulating layer 24A instead. The arrangement of the temperature detection means is the same as that shown in FIG. 3 of JP-A-2005-114355.
Comparative Example 2: In the electromotive force type ammonia sensor according to the second embodiment, the positions of the temperature detecting means 14C and the heater 16C are reversed.

（２）センサの特性評価
モデルガス発生装置を使用し、センサ特性の評価を行った。モデルガス発生装置のガス組成は、O₂=10% CO₂=5% H₂O=5% N₂=bal. NH₃=0又は100ppmとした。そして、モデルガス発生装置のガス流中にセンサを配置し、ガス温度を180℃と280℃の２点で変化させた時の、被測定ガス中のアンモニア濃度を各センサで測定し、ガス温度変化に対する追随性（センサ感度）を評価した。センサ素子部の制御温度は、インピーダンス式アンモニアセンサについて400℃とし、起電力式アンモニアセンサについて650℃とした。
センサ感度は、下記算出式を用いた。
インピーダンス式センサのセンサ感度＝
｛Ｚ（ガス中NH₃=0ppm）−Ｚ（ガス中NH₃=100ppm）｝/Ｚ（ガス中NH₃=0ppm）×100
但し、Ｚはセンサが示すインピーダンス値
起電力式センサのセンサ感度＝センサ起電力（ガス中NH₃=100ppm）−センサ起電力（ガス中NH₃=0ppm） (2) Sensor characteristic evaluation Using a model gas generator, sensor characteristics were evaluated. The gas composition of the model gas generator was O ₂ = 10% CO ₂ = 5% H ₂ O = 5% N ₂ = bal. NH ₃ = 0 or 100 ppm. A sensor is placed in the gas flow of the model gas generator, and when the gas temperature is changed at two points of 180 ° C and 280 ° C, the ammonia concentration in the measured gas is measured by each sensor, and the gas temperature Follow-up to change (sensor sensitivity) was evaluated. The control temperature of the sensor element portion was 400 ° C. for the impedance type ammonia sensor and 650 ° C. for the electromotive force type ammonia sensor.
The following calculation formula was used for the sensor sensitivity.
Sensor sensitivity of impedance sensor =
{Z (NH _{3 in} gas = 0 ppm)-Z (NH _{3 in} gas = 100 ppm)} / Z (NH _{3 in} gas = 0 ppm) x 100
However, Z is the impedance value indicated by the sensor Sensor sensitivity of electromotive force sensor = Sensor electromotive force (NH _{3 in} gas = 100 ppm)-Sensor electromotive force (NH _{3 in} gas = 0 ppm)

モデルガス発生装置のガス流中にセンサを配置してガス温度を変化させた時の、経過時間に対するセンサ感度を図１２、図１３に示す。
実施例１，２の場合、ガス温度が急変（180℃と280℃）しても、センサ特性（感度）の変化が少なく、又、センサ感度が定常状態へ戻る緩和時間も短く、センサ特性への影響を低減できることがわかった。これは、温度検出手段がセンサ表層付近に配置され、検知部温度とほぼ同様の温度を検出することができ、温度計測結果に基づいて直ちに検知部温度を制御できるためである。
一方、比較例１、２の場合、ガス温度が急変すると、センサ感度が大きく変化し、又、センサ感度が定常状態へ戻る緩和時間も長くなった。これは、温度検出手段がセンサ内部に配置され、センサ表層の検知部温度を検出することができず、温度計測結果に基づいて検知部温度を制御するのに時間がかかり、安定した出力を得るまでに時間を要するためである。なお、固体酸材料は、制御温度が低いほど高感度となる傾向がある。
又、実施例２の変形例である、上記上記第３、第４の実施形態に係る起電力式アンモニアセンサについても同様に実験を行ったが、実施例２と同様に良好な結果であった。 FIGS. 12 and 13 show sensor sensitivity with respect to elapsed time when a sensor is arranged in the gas flow of the model gas generator to change the gas temperature.
In the case of Examples 1 and 2, even if the gas temperature changes suddenly (180 ° C and 280 ° C), the change in sensor characteristics (sensitivity) is small, and the relaxation time for the sensor sensitivity to return to a steady state is short, and the sensor characteristics It was found that the influence of can be reduced. This is because the temperature detecting means is disposed in the vicinity of the sensor surface layer, can detect a temperature substantially the same as the detecting portion temperature, and can immediately control the detecting portion temperature based on the temperature measurement result.
On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, when the gas temperature changed suddenly, the sensor sensitivity changed greatly, and the relaxation time for the sensor sensitivity to return to the steady state also became longer. This is because the temperature detection means is disposed inside the sensor, the detection part temperature of the sensor surface layer cannot be detected, and it takes time to control the detection part temperature based on the temperature measurement result, and a stable output is obtained. This is because it takes time to complete. The solid acid material tends to be more sensitive as the control temperature is lower.
Moreover, although the experiment was similarly performed on the electromotive force type ammonia sensor according to the third and fourth embodiments, which is a modified example of Example 2, the results were as good as Example 2. .

（３）ガスセンサ制御装置による温度補正の効果
次に、コントローラ（ガスセンサ制御装置）として、図９に示す構成のものを用い、実施例１、２のアンモニアセンサと接続した。そして、図１１の処理フローに従って、センサ出力（ガス濃度信号）を温度補正した。補正には図１０に示すマップを用いた。
実施例１、２と同様にしてモデルガス発生装置のガス流中にセンサを配置し、ガス温度を２８０℃で一定とし、ガス流速を１ｍ／ｓから６ｍ／ｓへ変化させ１ｍ／ｓに戻した時の、経過時間に対するセンサ感度（出力）を図１４、図１５に示す。 (3) Effect of temperature correction by gas sensor control device Next, a controller (gas sensor control device) having the configuration shown in FIG. 9 was used and connected to the ammonia sensors of Examples 1 and 2. And according to the processing flow of FIG. 11, the sensor output (gas concentration signal) was temperature-corrected. The map shown in FIG. 10 was used for correction.
In the same manner as in Examples 1 and 2, a sensor was placed in the gas flow of the model gas generator, the gas temperature was kept constant at 280 ° C., the gas flow rate was changed from 1 m / s to 6 m / s and returned to 1 m / s. FIG. 14 and FIG. 15 show the sensor sensitivity (output) with respect to the elapsed time.

センサ出力を温度補正した実施例（図１４）の場合、ガスセンサ素子の温度が急変しても、センサ出力は安定していた。一方、センサ出力を温度補正しなかった比較例（図１５）の場合、ガスセンサ素子の温度が急変すると、センサ出力も変動した。   In the example (FIG. 14) in which the sensor output was temperature-corrected, the sensor output was stable even when the temperature of the gas sensor element changed suddenly. On the other hand, in the comparative example (FIG. 15) in which the sensor output was not temperature-corrected, the sensor output fluctuated when the temperature of the gas sensor element changed suddenly.

本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ（アンモニアセンサ）の長手方向に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the longitudinal direction of the gas sensor (ammonia sensor) which concerns on the 1st Embodiment of this invention. センサ素子部５０Ａの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of 50 A of sensor element parts. 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the III-III line of FIG. センサ素子部５０Ａの展開図である。It is an expanded view of 50 A of sensor element parts. 第２の実施形態に係るアンモニアセンサにおけるセンサ素子部５０Ｃの長手方向に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the longitudinal direction of 50 C of sensor element parts in the ammonia sensor which concerns on 2nd Embodiment. センサ素子部５０Ｃの展開図である。It is an expanded view of the sensor element part 50C. 第３の実施形態に係るアンモニアセンサにおけるセンサ素子部の一部の展開図である。It is a partial development view of a sensor element part in an ammonia sensor concerning a 3rd embodiment. 第４の実施形態に係るアンモニアセンサにおけるセンサ素子部の一部の展開図である。It is a partial expanded view of the sensor element part in the ammonia sensor which concerns on 4th Embodiment. 本発明のガスセンサ制御装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the gas sensor control apparatus of this invention. メモリ３０４に記憶されたマップのデータ構成を示す図である。It is a figure which shows the data structure of the map memorize | stored in the memory. ＭＣ（ＣＰＵ）３０２による補正処理フローを示す図である。It is a figure which shows the correction processing flow by MC (CPU) 302. ガス流中にセンサを配置してガス温度を変化させた時の、経過時間に対するセンサ感度を示す図である。It is a figure which shows the sensor sensitivity with respect to elapsed time when arrange | positioning a sensor in a gas flow and changing gas temperature. ガス流中にセンサを配置してガス温度を変化させた時の、経過時間に対するセンサ感度を示す別の図である。It is another figure which shows the sensor sensitivity with respect to elapsed time when arrange | positioning a sensor in a gas flow and changing gas temperature. ガス流中にセンサを配置してガス温度を変化させ、センサ出力を温度補正した時の、経過時間に対するセンサ感度を示す図である。It is a figure which shows the sensor sensitivity with respect to elapsed time when arrange | positioning a sensor in a gas flow and changing gas temperature and carrying out temperature correction of the sensor output. ガス流中にセンサを配置してガス温度を変化させ、センサ出力を温度補正しなかった時の、経過時間に対するセンサ感度を示す図である。It is a figure which shows the sensor sensitivity with respect to elapsed time when arrange | positioning a sensor in a gas flow, changing gas temperature, and not carrying out temperature correction of the sensor output.

符号の説明Explanation of symbols

２Ａ〜２Ｅ 電極（検知電極、基準電極）
４ 感応部（感応層）
６、６Ｄ 固体電解質層
１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｄ 検知部
１２Ａ、１２Ｃ 緻密絶縁層
１４Ａ、１４Ｃ、１４Ｅ 温度検出手段
１６Ａ、１６Ｃ ヒータ
５０Ａ〜５０Ｅ センサ素子部
５１Ａ、５１Ｃ センサ素子部の表面
５２Ａ、５２Ｃ 表面と反対側の裏面
３００ ガスセンサ制御装置
３０２ 温度変動補正手段（マイクロコンピュータ；ＭＣ） 2A-2E electrode (detection electrode, reference electrode)
4 Sensitive part (sensitive layer)
6, 6D solid electrolyte layer 10A, 10C, 10D detection part 12A, 12C dense insulating layer 14A, 14C, 14E temperature detection means 16A, 16C heater 50A-50E sensor element part 51A, 51C surface of sensor element part 52A, 52C surface Reverse side of opposite side 300 Gas sensor control device 302 Temperature fluctuation correction means (microcomputer; MC)

Claims (6)

測定ガス中の特定ガスを検出する検知部が表面に露出し又は前記表面に露出したガス透過性層の直下に前記検知部が配置された板状のセンサ素子部を有するガスセンサであって、
前記センサ素子部における前記表面と反対側の裏面を構成する最外層にガスを透過しない緻密絶縁層が形成され、前記緻密絶縁層の直下に前記検知部の温度を検出するための温度検出手段が配置され、
前記センサ素子部は、さらに、前記センサ素子部の積層方向における前記検知部と前記温度検出手段との間に、前記温度検出手段が検出した温度に基づいて制御されるヒータを一体に備えるガスセンサ。 A gas sensor having a plate-like sensor element portion in which a detection portion for detecting a specific gas in a measurement gas is exposed on the surface or the detection portion is disposed immediately below the gas permeable layer exposed on the surface,
In the sensor element portion, a dense insulating layer that does not transmit gas is formed on the outermost layer constituting the back surface opposite to the front surface, and temperature detecting means for detecting the temperature of the detecting portion immediately below the dense insulating layer Arranged ,
The gas sensor wherein the sensor element portion is further between the sensing portion and the temperature detecting means in the stacking direction of the sensor element, which Ru provided with a heater the temperature detecting means is controlled on the basis of the detected temperature to the integral . 前記緻密絶縁層の厚みが５０μｍ以下である請求項１記載のガスセンサ。   The gas sensor according to claim 1, wherein the dense insulating layer has a thickness of 50 μm or less. 前記検知部は、一対の電極と、該一対の電極に接して設けられた感応部とを含み、前記一対の電極間のインピーダンス変化によって前記測定ガス中のアンモニア濃度を検出する請求項１又は２記載のガスセンサ。   The detection unit includes a pair of electrodes and a sensitive unit provided in contact with the pair of electrodes, and detects an ammonia concentration in the measurement gas based on an impedance change between the pair of electrodes. The gas sensor described. 前記検知部は、固体電解質層と、該固体電解質層の両面にそれぞれ対向して積層された一対の電極とを含み、前記一対の電極間の起電力変化によって前記測定ガス中のアンモニア濃度を検出する請求項１又は２記載のガスセンサ。   The detection unit includes a solid electrolyte layer and a pair of electrodes laminated on both sides of the solid electrolyte layer, and detects an ammonia concentration in the measurement gas by a change in electromotive force between the pair of electrodes. The gas sensor according to claim 1 or 2. 前記固体電解質層のうち、前記電極が積層された部分を除く露出部が所定の絶縁層で被覆されている請求項４記載のガスセンサ。   The gas sensor according to claim 4, wherein an exposed portion of the solid electrolyte layer excluding a portion where the electrode is laminated is covered with a predetermined insulating layer. 請求項１〜５のいずれかに記載のガスセンサの制御に用いられ、前記ガスセンサに接続されるガスセンサ制御装置であって、  A gas sensor control device used for controlling the gas sensor according to claim 1 and connected to the gas sensor,
前記温度検出手段が検出した温度に基づいて、前記センサ素子部からの前記特定ガスの検知出力を補正する温度変動補正手段を有するガスセンサ制御装置。  A gas sensor control device comprising temperature fluctuation correction means for correcting the detection output of the specific gas from the sensor element section based on the temperature detected by the temperature detection means.

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