JP5841117B2 - ガスセンサ素子及びガスセンサ - Google Patents
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Description
の酸素濃度に応じた電流が上記第1電極と上記第2電極との間に流れるように構成されている。
ところが、第1電極と第1リードが、上述したような、酸素透過性の第1電極と非酸素透過性の第1リードとの組み合わせの場合には、次のような不具合が発生する虞があった。つまり、第1電極のうち、第1リードに重なる部位(以下、接続部ともいう)において、酸素ポンプ性能が低下し、測定対象ガス中のNOx濃度を検知する検知精度が低下する虞があった。
なお、NOx由来の酸素イオンが測定室から測定室外に移動する「移動先」としては、例えば、当該測定室とは異なるガスセンサ素子の内部空間(例えば、後述する基準酸素室、他の測定室)、ガスセンサ素子外の空間(例えば、ガスセンサ素子が接して測定対象ガスが流通する空間、ガスセンサ素子が接して大気が流通する空間)が挙げられる。
すなわち、酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた酸素透過性の第1電極と、上記第1電極に接続された非酸素透過性の第1リードと、上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた酸素透過性の第2電極と、上記第1電極と対向して配置された測定室であって、測定対象ガスが導入される測定室と、上記第2電極と対向して配置された基準酸素室と、を備え、上記測定室内に導入された上記測定対象ガスに含まれるNOx(窒素酸化物)由来の酸素イオンが、上記固体電解質体を通じて上記測定室から上記基準酸素室に移動することで、上記NOx由来の酸素濃度に応じた電流が上記第1電極と上記第2電極との間を流れるように構成されてなるガスセンサ素子において、上記第1電極は、上記測定室に露出する露出部と、上記測定室に露出しない位置に配置されて、上記第1リードと接続する接続部であって、当該第1電極の中で上記測定室から最も離れた位置に配置された部位を含む接続部と、を有し、上記接続部全体が、上記測定室からの距離が1.0mm以内の領域内に位置してなるガスセンサ素子とすると良い。
上述のガスセンサ素子を用いることで、測定対象ガス中のNOx濃度を適切に検出することができる。
すなわち、酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた酸素透過性の第1電極と、上記第1電極に接続された非酸素透過性の第1リードと、上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた酸素透過性の第2電極と、上記第1電極と対向して配置された測定室であって、測定対象ガスが導入される測定室と、上記第2電極と対向して配置された基準酸素室と、を備え、上記測定室内に導入された上記測定対象ガスに含まれるNOx由来の酸素イオンが、上記固体電解質体を通じて上記測定室から上記基準酸素室に移動することで、上記NOx由来の酸素濃度に応じた電流が上記第1電極と上記第2電極との間を流れるように構成されてなるガスセンサ素子において、上記第1電極は、上記測定室内に配置されてなり、上記ガスセンサ素子は、上記固体電解質体の表面上または裏面上に形成された絶縁層を有し、上記第1電極の一部と上記第1リードは、上記絶縁層上に形成されてなり、上記第1電極は、上記絶縁層を貫通する貫通孔を通じて、上記固体電解質体と接触する接触部と、上記測定室内で且つ上記絶縁層上において、上記第1リードと接続する接続部と、を有するガスセンサ素子とすると良い。
上述のガスセンサ素子を用いることで、測定対象ガス中のNOx濃度を適切に検出することができる。
このガスセンサは、前述のいずれかのガスセンサ素子を有している。このため、このガスセンサでは、第1電極の酸素ポンプ性能を低下させることなく、短時間で測定対象ガス中のNOx濃度を適切に検出できる状態にすることが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
図1は、実施形態にかかるガスセンサ1の縦断面図(軸線AXに沿って切断した断面図)である。図2は、実施形態にかかるガスセンサ素子10の斜視図である。図3は、図2のB−B断面図であり、ガスセンサ素子10の内部構造を示している。図4は、ガスセンサ素子10を構成する各層を示す斜視図であり、積層方向(図4において上下方向)について積層順に並べて示している。図5は、図4のE部の拡大図であり、図6は、図4のF部の拡大図である。
ところで、リード用ペーストは、前述の電極用ペーストに比べて、有機バインダーの添加量を少量(約半分の量)にしている。このように、加熱により消失して内部空孔を形成する有機バインダの添加量を少量とすることで、内部空孔の少ない緻密なリード116、117が形成される。
第1測定室150と第2測定室160とは、ガス透過性を有する第3多孔質体152を通じて連通している。従って、第2測定室160は、第2多孔質体151、第1測定室150、及び第3多孔質体152を通じて、ガスセンサ素子10の外部と連通している。
比べて、ガス濃度の検知精度が劣ることになる。
ガスセンサ素子10の固体電解質体111、121、131は、ヒータパターン164の昇温に伴い加熱され、活性化する。これにより、Ip1セル110、Vsセル120、及びIp2セル130が動作するようになる。
次に、参考形態について説明する。なお、本参考形態のガスセンサ201は、実施形態のガスセンサ1と比較してガスセンサ素子のみが異なり、その他の部位については同様である(図1参照)。詳細には、本参考形態のガスセンサ素子210は、実施形態のガスセンサ素子10と比較して、第2測定室に対するIp2−電極の位置が異なり、その他についてはほぼ同様である。従って、ここでは、実施形態と異なる点を中心に説明し、同様な点については説明を省略または簡略化する。
次に、ガスセンサ素子(ガスセンサ)の性能評価試験について説明する。
まず、Ip2−電極の接続部のうち第2測定室から最も離れている箇所から第2測定室までの距離D1(図7参照)を異ならせたガスセンサ素子を作製した。距離D1は、0〜2.0mmの範囲で、0.5mm間隔で異ならせている。次いで、各々のガスセンサ素子を用いて、ガスセンサ(図1参照)を作製した。このようにして、距離D1の異なるガスセンサを用意した。なお、距離D1=0mmのガスセンサ素子は、参考形態のガスセンサ素子210に相当し、接続部233dを含めてIp2−電極233の全体を第2測定室260内に配置した形態である。
また、各々のガスセンサについて、制御を開始した時点から180秒後に検出されたNOx濃度の値を取得した。その結果を図9に示す。なお、図9では、距離D1に対するNOx濃度の値を示している。
例えば、実施形態では、第2測定室160内で分解されたNOx由来の酸素(酸素イオン)の移動先を、基準酸素室170としたガスセンサを例示した。しかしながら、本発明は、このようなガスセンサに限定されるものではなく、第2測定室160内で分解されたNOx由来の酸素(酸素イオン)の移動先を、基準酸素室170とは異なる第2測定室160の外部(例えば、第1測定室150、ガスセンサ素子10外の測定対象ガスが流通する空間、ガスセンサ素子10外の大気が流通する空間)としたガスセンサにも適用することができる。
10,210 ガスセンサ素子
111,121,131 固体電解質体
111b,121b,131b 固体電解質体の表面
111c,121c,131c 固体電解質体の裏面
132 Ip2+電極(第2電極)
133,233 Ip2−電極(第1電極)
133b 露出部
133c,233c 接触部
133d,233d 接続部
136 Ip2+リード
137,237 Ip2−リード(第1リード)
138,238 アルミナ絶縁層(絶縁層)
138c,238c 貫通孔
150 第1測定室
160,260 第2測定室(測定室)
170 基準酸素室
A1 第2測定室(測定室)からの距離が1.0mm以内の領域
Claims (4)
- 酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、
上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた酸素透過性の第1電極と、
上記第1電極に接続された非酸素透過性の第1リードと、
上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた酸素透過性の第2電極と、
上記第1電極と対向して配置された測定室であって、測定対象ガスが導入される測定室と、を備え、
上記測定室内に導入された上記測定対象ガスに含まれるNOx由来の酸素イオンが、上記固体電解質体を通じて上記測定室から上記測定室外の移動先に移動することで、上記NOx由来の酸素濃度に応じた電流が上記第1電極と上記第2電極との間を流れるように構成されてなる
ガスセンサ素子において、
上記第1電極は、
上記測定室に露出する露出部と、
上記測定室に露出しない位置に配置されて、上記第1リードと接続する接続部であって、当該第1電極の中で上記測定室から最も離れた位置に配置された部位を含む接続部と、を有し、
上記接続部全体が、上記測定室からの距離が1.0mm以内の領域内に位置してなる
ガスセンサ素子。 - 請求項1に記載のガスセンサ素子であって、
前記第2電極と対向して配置された基準酸素室、を備え、
前記測定室外の前記移動先は、上記基準酸素室である
ガスセンサ素子。 - 請求項1または請求項2に記載のガスセンサ素子であって、
前記固体電解質体の表面上または裏面上に形成された絶縁層を有し、
前記第1電極の一部と前記第1リードは、上記絶縁層上に形成されてなり、
上記第1電極の前記露出部は、上記絶縁層を貫通する貫通孔を通じて、上記固体電解質体と接触する接触部を含み、
上記第1電極の前記接続部は、上記絶縁層上において、上記第1リードと接続してなる
ガスセンサ素子。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のガスセンサ素子、を備える
ガスセンサ。
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