JP5425833B2 - ガスセンサ - Google Patents
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Description
酸素イオン伝導性の緻密な固体電解質層を複数積層してなり、一端から被測定ガスを導入する被測定ガス流通部と、該被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスを他端から導入する基準ガス導入空間とが内部に設けられた積層体と、
前記被測定ガス流通部に面する固体電解質層上に直に形成された測定電極と、
前記測定電極の形成された固体電解質層の該測定電極とは反対側の面に直に形成された基準電極と、
前記基準電極を覆うと共に該基準電極よりも前記積層体の他端側でのみ前記基準ガス導入空間に露出するように形成された多孔体であり、該基準ガス導入空間から前記基準電極へ前記基準ガスを導入する基準ガス導入層と、
前記基準電極と前記測定電極との間に生じる起電力に基づいて前記被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する検出手段と、
前記基準電極に対して該基準電極が直に形成された固体電解質層とは反対側に形成されたヒータと、
を備えたものである。
上述した製造方法により図1,2に示したセンサ素子101を15個製造し、実施例1とした。また、図6に示したセンサ素子300と同様のセンサ素子、すなわち、基準電極と測定電極とが異なる固体電解質層上に形成されており基準電極と測定電極との間に固体電解質層だけでなく基準ガス導入層も存在する点や、基準ガス導入空間が第1固体電解質層に形成されており、圧力放散孔が基準ガス導入空間とは別に形成されている点以外は実施例1と同様の構成のセンサ素子を15個製造し、比較例1とした。なお、比較例1は、リード線の配置が実施例1とは異なるものとした。比較例1のリード線の配置を図4に示す。なお、図4において図2と同一の構成要素については、図2と同一の符号を付し、説明を省略する。比較例1では、基準ガス導入空間243が、第3基板層3の上面とスペーサ層5の下面との間であって、側部を第1固体電解質層4の側面で区画される位置に設けられている。また、比較例1のリード線294は、リード線94と同様に測定電極と導通するものであるが、実施例1とは異なりリード線294が図4の中心軸上からずれた位置にある。そのため、リード線92,93,294,95は、実施例1のリード線92〜95とは異なり左右非対称に配置されている。
実施例1,比較例1のセンサ素子を大気中にてヒータにより通常駆動時の温度(800℃)に保ち、基準電極と測定電極との間の起電力を測定した。測定は実施例1,比較例1それぞれ5個の素子について行った。測定した5つの起電力のばらつき幅(起電力の最大値と最小値との差)を算出したところは、実施例1のセンサ素子では7mVであり、比較例1のセンサ素子では14mVであった。
実施例1,比較例1のセンサ素子について、センサ素子の左右方向の反り量を測定した。反り量は、図5に示すように、センサ素子の一端と他端とを結んだ直線99を引き、その線から実際の素子までの距離の最大値を反り量Wとして測定した。なお、図5は、センサ素子101を第2固体電解質層6側から見た上面図であり、図5における上下方向は、図2における左右方向である。なお、図5では外側ポンプ電極23やリード線91の図示は省略している。この反り量Wの測定を実施例1,比較例1それぞれ15個の素子について行い、その平均値を算出したところ、実施例1では65μmであり、比較例1では180μmであった。
Claims (5)
- 酸素イオン伝導性の緻密な固体電解質層を複数積層してなり、一端から被測定ガスを導入する被測定ガス流通部と、該被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスを他端から導入する基準ガス導入空間とが内部に設けられた積層体と、
前記被測定ガス流通部に面する固体電解質層上に直に形成された測定電極と、
前記測定電極の形成された固体電解質層の該測定電極とは反対側の面に直に形成された基準電極と、
前記基準電極を覆うと共に該基準電極よりも前記積層体の他端側でのみ前記基準ガス導入空間に露出するように形成された多孔体であり、該基準ガス導入空間から前記基準電極へ前記基準ガスを導入する基準ガス導入層と、
前記基準電極と前記測定電極との間に生じる起電力に基づいて前記被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する検出手段と、
前記基準電極に対して該基準電極が直に形成された固体電解質層とは反対側に形成されたヒータと、
前記被測定ガス流通部に面する固体電解質上に形成された内側主ポンプ電極と前記基準電極との間に生じる起電力に基づいて、前記積層体の外表面に配設された外側主ポンプ電極と該内側主ポンプ電極との間に制御電圧を印加して、前記被測定ガス流通部内の酸素濃度が所定の主ポンプ目標濃度になるよう該内側主ポンプ電極及び該外側主ポンプ電極を介して酸素の汲み出し又は汲み入れを行う主ポンプセルと、
前記被測定ガス流通部に面する固体電解質層上に形成された内側補助ポンプ電極と前記基準電極との間に生じる起電力に基づいて、前記積層体の外表面に配設された外側補助ポンプ電極と該内側補助ポンプ電極との間に制御電圧を印加して、前記被測定ガス流通部内の酸素濃度が所定の補助ポンプ目標濃度になるよう該内側補助ポンプ電極及び該外側補助ポンプ電極を介して酸素の汲み出し又は汲み入れを行う補助ポンプセルと、
前記測定電極,前記基準電極,前記内側主ポンプ電極及び前記内側補助ポンプ電極の各電極と一対一に導通し前記積層体の他端に向かって形成された複数のリード線と、
を備え、
前記基準ガス導入空間は、前記複数の固体電解質層のうち、前記基準電極が直に形成された固体電解質層の該基準電極側の面と接する固体電解質層に形成された孔であり、
前記複数のリード線は、前記測定電極,前記基準電極,前記内側主ポンプ電極及び前記内側補助ポンプ電極よりも他端側において前記積層体の一端から他端に向かう方向と垂直な断面で見たときに、前記積層体の積層方向に垂直な方向を左右方向として左右対称に配置されている、
ガスセンサ。 - 前記内側主ポンプ電極は、前記測定電極と同じ固体電解質層上に直に形成されている、
請求項1に記載のガスセンサ。 - 前記内側補助ポンプ電極は、前記測定電極と同じ固体電解質層上に直に形成されている、
請求項1又は2に記載のガスセンサ。 - 前記ヒータは、前記基準電極に対して、該基準電極が直に形成された固体電解質層の該基準電極側の面と接する固体電解質層を1枚挟んだ位置に形成されている、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 請求項4に記載のガスセンサであって、
多孔体からなり、前記ヒータと該ヒータに隣接する固体電解質層との間に形成されて該ヒータと該固体電解質層とを絶縁するヒータ絶縁層、
を備え、
前記基準ガス導入空間は、前記複数の固体電解質層のうち、前記基準電極が直に形成された固体電解質層の該基準電極側の面と接する固体電解質層に形成された孔であり、
前記ヒータ絶縁層は、前記基準ガス導入空間に一部が露出している、
ガスセンサ。
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