JP7100472B2 - アンモニアセンサ素子、及びガスセンサ - Google Patents

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Description

本発明はアンモニアセンサ素子、及びガスセンサに関する。
近年、ディーゼルエンジンなどの内燃機関から排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する技術として、尿素ＳＣＲ（選択触媒還元）システムが注目されている。尿素ＳＣＲシステムは、アンモニア（ＮＨ３）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを化学反応させて、窒素酸化物を窒素（Ｎ２）に還元することにより、排気ガスに含まれる窒素酸化物を浄化するシステムである。
この尿素ＳＣＲシステムでは、窒素酸化物に対して供給されるアンモニアの量が過剰になると、未反応のアンモニアが排気ガスに含まれたまま外部に放出されるおそれがあった。このようなアンモニアの放出を抑制するために、排気ガスに含まれるアンモニアの濃度を測定するアンモニアセンサ素子が尿素ＳＣＲシステムに用いられている（例えば、特許文献１～４参照）。
特開２０１５－３４８１４号公報 特開２０１１－７５５４６号公報 特開２０１３－２２１９３１号公報 特開２０１４－６２５４１号公報
ところで、アンモニアセンサ素子は、車両の過酷な排ガス環境に曝されて使用される。アンモニアセンサ素子については、様々な環境に対応すべく、新規なアンモニア検知手法を用いたアンモニアセンサ素子の開発が望まれているのが現状である。
また、アンモニアセンサ素子では、耐被水性能及び耐被毒性能を担保するため保護層を設ける場合がある。このアンモニアセンサ素子では、触媒活性が低いＡｕを主成分とした電極を採用している。この電極の融点が低く、焼付時に電極材料の揮発や溶融が起きる恐れがあることから、低温焼成の保護層又は溶射による保護層を採用しなければならず、保護層の十分な強度及び十分な耐被毒性を担保することが困難であった。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、新規なアンモニア検知手法を用いたアンモニアセンサ素子及びガスセンサを提供することを第１の目的とする。また、保護層を備えたアンモニアセンサ素子及びガスセンサに関して、保護層の強度及び耐被毒性を担保することを第２の目的とする。
本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
〔１〕２つの混成電位式のアンモニア検知セルを有するアンモニアセンサ素子であって、
前記２つの混成電位式のアンモニア検知セルは、それぞれアンモニア検知電極を有し、
前記アンモニア検知電極のうち、
第１のアンモニア検知電極の金属組成は、Ａｕを主成分とし、
第２のアンモニア検知電極の金属組成は、Ａｕを主成分とし、
前記第１のアンモニア検知電極の金属組成と、前記第２のアンモニア検知電極の金属組成は相違することを特徴とするアンモニアセンサ素子。
本構成では、第１のアンモニア検知電極の金属組成と、第２のアンモニア検知電極の金属組成は相違しているから、アンモニアをＮＯｘから精度よく分離して検知できる。
なお、第１のアンモニア検知電極の金属組成と、第２のアンモニア検知電極の金属組成が相違するとは、（１）構成する金属の種類が異なる場合、（２）構成する金属の種類が同種で含有割合が異なる場合、（３）金属の種類及び金属の含有割合の両方とも異なる場合、のいずれの場合も含む意味である。
〔２〕前記第１のアンモニア検知電極を有する第１アンモニアセンサ部、及び前記第２のアンモニア検知電極を有する第２アンモニアセンサ部は、保護層により覆われており、
前記第１のアンモニア検知電極の金属組成には、Ａｕよりも融点が高くＡｕと合金化する金属が含まれているとともに、
前記第２のアンモニア検知電極の金属組成には、Ａｕよりも融点が高くＡｕと合金化する金属が含まれていることを特徴とする〔１〕に記載のアンモニアセンサ素子。
第１のアンモニア検知電極を有する第１アンモニアセンサ部、及び第２のアンモニア検知電極を有する第２アンモニアセンサ部は、耐被水性能及び耐被毒性能を担保するため保護層により覆われている場合がある。
ところで、触媒活性が低いＡｕを主成分とした電極では、融点が低く、焼付時に電極材料の揮発や溶融が起きる恐れがあるため、低温焼成の保護層又は溶射による保護層を採用しなければならず、保護層の十分な強度及び十分な耐被毒性を担保することが困難である。従って、高強度、かつ耐被毒性の優れた保護層を形成には、高温焼成が必要である。
本構成によれば、第１のアンモニア検知電極の金属組成、及び第２のアンモニア検知電極の金属組成には、Ａｕよりも融点が高くＡｕと合金化する金属が含まれているから、第１のアンモニア検知電極、及び第２のアンモニア検知電極の融点を上げることができる。よって、高温焼成を採用して、保護層の強度及び耐被毒性を担保することができる。
〔３〕前記第１のアンモニア検知電極の金属組成が、ＡｕとＰｔの合金相からなり、
前記第２のアンモニア検知電極の金属組成が、ＡｕとＰｄの合金相からなることを特徴とする〔２〕に記載のアンモニアセンサ素子。
本構成によれば、アンモニアをより高精度で検知できるとともに、保護層の強度及び耐被毒性をより良くすることができる。
〔４〕前記第１のアンモニア検知電極の金属組成のＰｔ／（Ａｕ＋Ｐｔ）の値は、重量基準で０．０５～０．２５であり、
前記第２のアンモニア検知電極の金属組成のＰｄ／（Ａｕ＋Ｐｄ）の値は、重量基準で０．０４～０．２０であることを特徴とする〔３〕に記載のアンモニアセンサ素子。
本構成のアンモニアセンサ素子を用いると、実用上、十分な出力を得ることができる。
〔５〕前記Ｐｔ／（Ａｕ＋Ｐｔ）の値が０．１０～０．２０であり、
前記Ｐｄ／（Ａｕ＋Ｐｄ）の値が０．０６～０．１５であることを特徴とする〔４〕に記載のアンモニアセンサ素子。
本構成のアンモニアセンサ素子を用いると、実用上、十分な出力を得ることができる。
〔６〕〔１〕～〔５〕のいずれか１項に記載のアンモニアセンサ素子を備えたことを特徴とするガスセンサ。
本構成のガスセンサは、アンモニアをＮＯｘから精度よく分離して検知できる。
〔７〕前記ガスセンサは、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度を測定するＮＯｘセンサ部を更に備えたマルチガスセンサであることを特徴とする〔６〕に記載のガスセンサ。
本構成のガスセンサは、アンモニアをＮＯｘから精度よく分離して検知できる。
マルチガスセンサの長手方向に沿う断面図である。 マルチガスセンサ及びガスセンサ制御装置の構成を示すブロック図である。 第１アンモニアセンサ部及び第２アンモニアセンサ部の構成を示す断面図である。 第１アンモニアセンサ部及び第２アンモニアセンサ部と、酸素濃度検出セルとの位置関係を示す平面図である。 第１検知電極の金属組成と、ＮＨ３感度と、の関係を示すグラフである。 第１検知電極の金属組成と、ＮＯ２感度と、の関係を示すグラフである。 第１検知電極の金属組成と、ＮＨ３感度に対するＮＯ２感度の比と、の関係を示すグラフである。 第２検知電極の金属組成と、ＮＨ３感度と、の関係を示すグラフである。 第２検知電極の金属組成と、ＮＯ２感度と、の関係を示すグラフである。 第２検知電極の金属組成と、ＮＨ３感度に対するＮＯ２感度の比と、の関係を示すグラフである。 マルチガスセンサ及びガスセンサ制御装置の別の構成を示すブロック図である。
以下、図１～図１０を参照し、本発明の実施形態について説明する。図１は、マルチガスセンサの長手方向に沿う断面図、図２はマルチガスセンサ装置の構成を説明するブロック図、図３は第１アンモニアセンサ部４２ｘ（本発明の「アンモニア検知セル」に相当）及び第２アンモニアセンサ部４２ｙ（本発明の「アンモニア検知セル」に相当）を有するアンモニアセンサ部４２（本発明のアンモニアセンサ素子に相当）の構成を示す断面図である。
本実施形態のマルチガスセンサ装置４００は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス（被測定ガス）に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する尿素ＳＣＲシステムに用いられるものである。より具体的には、排気ガスに含まれるＮＯｘと、アンモニア（尿素）とを反応させた後の排気ガスに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）およびアンモニアの濃度を測定するものである。
なお、本実施形態のマルチガスセンサ装置４００が適用されるエンジンは、上述のディーゼルエンジンであってもよいし、ガソリンエンジンにも適用することができ、特にエンジンの形式を限定するものではない。
図１に示すように、マルチガスセンサ２００Ａ（本発明の「ガスセンサ」に相当）は、アンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を検出するマルチガスセンサ素子部１００Ａを組み付けたアッセンブリである。マルチガスセンサ２００Ａは、軸線方向に延びる板状のマルチガスセンサ素子部１００Ａ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、マルチガスセンサ素子部１００Ａ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の内壁面がマルチガスセンサ素子部１００Ａ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、マルチガスセンサ素子部１００Ａと絶縁コンタクト部材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。
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、マルチガスセンサ素子部１００Ａの先端側を貫通孔１５４の先端側外部に配置し、電極端子部８０Ａ、８２Ａを貫通孔１５４の後端側外部に配置する状態で、マルチガスセンサ素子部１００Ａ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。
なお、主体金具１３８の貫通孔１５４の内部には、マルチガスセンサ素子部１００Ａ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。
一方、主体金具１３８の先端側（図１における下方）外周には、マルチガスセンサ素子部１００Ａ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。
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、マルチガスセンサ素子部１００Ａの電極端子部８０Ａ，８２Ａとそれぞれ電気的に接続される複数本のリード線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。なお、簡略化のため、図１ではマルチガスセンサ素子部１００Ａの表面と裏面の電極端子部をそれぞれ符号８０Ａ，８２Ａで代表させたが、実際には、後述するＮＯｘセンサ部３０Ａや、第１及び第２アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙが有する電極等の数に応じて、複数の電極端子部が形成されている。
また、主体金具１３８の後端部１４０より突出されたマルチガスセンサ素子部１００Ａ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、マルチガスセンサ素子部１００Ａの後端側の表裏面に形成される電極端子部８０Ａ，８２Ａ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、マルチガスセンサ素子部１００Ａの電極端子部８０Ａ，８２Ａ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。
図２は、本発明の実施形態に係るマルチガスセンサ装置４００の構成を示すブロック図である。なお、図２では説明の便宜のため、マルチガスセンサ２００Ａ内に収容されたマルチガスセンサ素子部１００Ａの長手方向に沿う断面のみを表示している。
マルチガスセンサ装置４００は、制御装置（コントロ－ラ）３００、及びこれに接続されるマルチガスセンサ２００Ａ（マルチガスセンサ素子部１００Ａ）を備えている。制御装置３００は図示しない内燃機関（エンジン）を備える車両に搭載され、制御装置３００はＥＣＵ２２０に電気的に接続されている。なお、マルチガスセンサ２００Ａから伸びるリード線１４６の端はコネクタに接続され、このコネクタを制御装置３００側のコネクタに電気的に接続するようになっている。
次に、マルチガスセンサ素子部１００Ａの構成について説明する。マルチガスセンサ素子部１００Ａは、公知のＮＯｘセンサと同様な構成を有するＮＯｘセンサ部３０Ａと、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙとを備え、詳しくは後述するように第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙはＮＯｘセンサ部３０Ａの外表面に形成されている。第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙによりアンモニアセンサ部４２（本発明の「アンモニアセンサ素子」に相当）が構成されている。
まず、ＮＯｘセンサ部３０Ａは、絶縁層２３ｅ、第１固体電解質体２ａ、絶縁層２３ｄ、第３固体電解質体６ａ、絶縁層２３ｃ、第２固体電解質体４ａ、及び絶縁層２３ｂ、２３ａをこの順に積層した構造を有する。第１固体電解質体２ａと第３固体電解質体６ａとの層間に第１測定室Ｓ１が画成され、第１測定室Ｓ１の左端（入口）に配置された第１拡散抵抗体８ａを介して外部から排気ガスが導入される。なお、第１拡散抵抗体８ａの外側には多孔質からなる保護層９が配置されている。
第１測定室Ｓ１のうち入口と反対端には第２拡散抵抗体８ｂが配置され、第２拡散抵抗体８ｂを介して第１測定室Ｓ１の右側には、第１測定室Ｓ１と連通する第２測定室（本発明の「ＮＯｘ測定室」に相当）Ｓ２が画成されている。第２測定室Ｓ２は、第３固体電解質体６ａを貫通して第１固体電解質体２ａと第２固体電解質体４ａとの層間に形成されている。
絶縁層２３ｂ、２３ａの間にはマルチガスセンサ素子部１００Ａの長手方向に沿って延びる長尺板状の発熱抵抗体２１が埋設されている。発熱抵抗体２１は、軸線方向（長手方向）の先端側に発熱部が設けられると共に、該発熱部から軸線方向の後端側に向かって一対のリード部が設けられている。発熱抵抗体２１、及び絶縁層２３ｂ、２３ａがヒータに相当する。このヒータはガスセンサを活性温度に昇温し、固体電解質体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。
各絶縁層２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅはアルミナを主体とし、第１拡散抵抗体８ａ及び第２拡散抵抗体８ｂはアルミナ等の多孔質物質からなる。また、発熱抵抗体２１は白金等からなる。また、発熱抵抗体２１の発熱部は、例えば蛇行パターン状に形成されるがこれに限られない。
第１ポンピングセル２は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主体とする第１固体電解質体２ａと、これを挟持するように配置された内側第１ポンピング電極２ｂ及び対極となる外側第１ポンピング電極２ｃとを備え、内側第１ポンピング電極２ｂは第１測定室Ｓ１に面している。内側第１ポンピング電極２ｂ及び外側第１ポンピング電極２ｃはいずれも白金を主体とし、内側第１ポンピング電極２ｂの表面は多孔質体からなる保護層１１で覆われている。
また、外側第１ポンピング電極２ｃの上面に相当する絶縁層２３ｅはくり抜かれて多孔質体１３が充填され、外側第１ポンピング電極２ｃと外部とを連通させてガス（酸素）の出入を可能としている。
酸素濃度検出セル６は、ジルコニアを主体とする第３固体電解質体６ａと、これを挟持するように配置された検知電極６ｂ及び基準電極６ｃとを備え、検知電極６ｂは内側第１ポンピング電極２ｂより下流側で第１測定室Ｓ１に面している。検知電極６ｂ及び基準電極６ｃはいずれも白金を主体としている。
なお、絶縁層２３ｃは、第３固体電解質体６ａに接する基準電極６ｃが内部に配置されるように切り抜かれ、その切り抜き部には多孔質体が充填されて基準酸素室１５を形成している。そして、酸素濃度検出セル６にＩｃｐ供給回路５４を用いて予め微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素を第１測定室Ｓ１から基準酸素室１５内に送り込み、酸素基準とする。
第２ポンピングセル４は、ジルコニアを主体とする第２固体電解質体４ａと、第２固体電解質体４ａのうち第２測定室Ｓ２に面した表面に配置された内側第２ポンピング電極４ｂ及び対極となる第２ポンピング対電極４ｃとを備えている。内側第２ポンピング電極４ｂ及び第２ポンピング対電極４ｃはいずれも白金を主体としている。
なお、第２ポンピング対電極４ｃは、第２固体電解質体４ａ上における絶縁層２３ｃの切り抜き部に配置され、基準電極６ｃに対向して基準酸素室１５に面している。
そして、内側第１ポンピング電極２ｂ、検知電極６ｂ、内側第２ポンピング電極４ｂはそれぞれ基準電位に接続されている。
なお、ＮＯｘセンサ部３０Ａのうち、発熱抵抗体２１、及び絶縁層２３ｂ、２３ａを除く部位（例えば、第１ポンピングセル２、酸素濃度検出セル６、第２ポンピングセル４等）がＮＯｘ検知部に相当する。
次に、２つのアンモニアセンサ部である第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙについて説明する。
図３に示すように、マルチガスセンサ素子部１００Ａは、それぞれ幅方向に離間する第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙを有している。
第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、ＮＯｘセンサ部３０Ａの外表面（下面）をなす絶縁層２３ａ上に形成されている。より詳しくは、第１アンモニアセンサ部４２ｘは、絶縁層２３ａ上に第１基準電極４２ａｘが形成され、第１基準電極４２ａｘの上面及び側面を覆って第１固体電解質体４２ｄｘが形成されている。さらに、第１固体電解質体４２ｄｘの表面に第１検知電極４２ｂｘ（本発明の「第１のアンモニア検知電極」に相当）が形成されている。そして、第１基準電極４２ａｘ及び第１検知電極４２ｂｘの間の起電力変化によって被測定ガス中のアンモニア濃度を検出するようになっている。同様に、第２アンモニアセンサ部４２ｙは、絶縁層２３ａ上に第２基準電極４２ａｙが形成され、第２基準電極４２ａｙの上面及び側面を覆って第２固体電解質体４２ｄｙが形成されている。さらに、第２固体電解質体４２ｄｙの表面に第２検知電極４２ｂｙ（本発明の「第２のアンモニア検知電極」に相当）が形成されている。
このように、本実施形態では、ヒータ（発熱抵抗体２１、絶縁層２３ｂ、及び絶縁層２３ａ）を積層方向に挟むようにＮＯｘ検知部と、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙとが配置されるので、ＮＯｘ検知部と、両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙとがいずれもヒータに隣接することとなる（ヒータから略同一距離となる）。その結果、ヒータに対してＮＯｘ検知部と両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙとが積層方向の片側に配置される場合と比較して、熱源であるヒータからの距離が略同一である酸素濃度検出セル６の制御温度が、両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙにも精度よく反映され、両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙの温度制御をより正確に行うことができる。
また、本実施形態では、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、それぞれ固体電解質体４２ｄｘ、４２ｄｙと、該固体電解質体４２ｄｘ、４２ｄｙの対向する両表面にそれぞれ設けられた一対の電極（４２ａｘ、４２ｂｘ）、（４２ａｙ、４２ｂｙ）とを備えている。そして、各一対の電極のうち、第１基準電極４２ａｘ、及び第２基準電極４２ａｙがＮＯｘセンサ部３０Ａの外表面上に配置されている。このため、固体電解質体４２ｄｘ、４２ｄｙの片面に各一対の電極をそれぞれ備える場合に比べ、固体電解質体４２ｄｘ、４２ｄｙの平面寸法、ひいては第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの寸法を小さくすることができる。その結果、両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙを小型化することで、下記に示す配置構造を容易に達成できると共に、両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙの位置による温度分布を小さくし、第１アンモニアセンサ部４２ｘと第２アンモニアセンサ部４２ｙとの間のアンモニアに対する感度とＮＯｘに対する感度との比自体の温度依存性を低減することができ、ＮＯｘおよびアンモニアの濃度をより正確に求めることができる。
但し、アンモニアセンサ部の小型化が要求されない場合等には、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、固体電解質体４２ｄｘ、４２ｄｙの片面に各一対の電極をそれぞれ備えてもよい。
さらに、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、多孔質からなる保護層２３ｇによって一体に覆われている。
保護層２３ｇは、第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙへの被毒物質の付着を防止すると共に、外部から第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙに流入する被測定ガスの拡散速度を調整するものである。保護層２３ｇを形成する材料としては、アルミナ（酸化アルミニウム）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、シリカアルミナ、および、ムライトの群から選ばれる少なくとも１種の材料を例示できる。保護層２３ｇによる被測定ガスの拡散速度は、保護層２３ｇの厚さや、粒径や、粒度分布や、気孔率や、配合比率などを調整することにより調整される。
また、図３に示すように、保護層２３ｇが、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの両方を一体で覆っていると、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙをそれぞれ覆う保護層２３ｇの気孔率（ガス透過率）が一定であるため、被測定ガスが同一の割合で各アンモニアセンサ部に導入されるので、保護層２３ｇにより両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙの感度比がずれることを低減することができ、ＮＯｘおよびアンモニアの濃度をより正確に求めることができる。
なお、上述の実施形態のように保護層２３ｇを設けてもよいし、保護層２３ｇを設けることなく第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙなどを露出させてもよく、特に限定するものではない。また、保護層２３ｇにより第１アンモニアセンサ部４２ｘと第２アンモニアセンサ部４２ｙとの感度比を調整する場合には、上述の実施形態ではなく、それぞれに保護層を設けても良い。
第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙは、Ａｕを主成分（例えば７０質量％以上）として含有する材料から形成することができる。第１基準電極４２ａｘ及び第２基準電極４２ａｙは、Ｐｔ単体であるか、Ｐｔを主成分（例えば７０質量％以上）として含有する材料から形成することができる。第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙはアンモニアガスが電極表面では燃焼し難い電極である。アンモニアは、検知電極４２ｂｘ（４２ｂｙ）を通って検知電極４２ｂｘ（４２ｂｙ）とその下の基準電極４２ａｘ（４２ａｙ）との界面で酸素イオンと反応（電極反応）し、アンモニアの濃度を検出する。
第１固体電解質体４２ｄｘ、第２固体電解質体４２ｄｙは、例えば部分安定化ジルコニア（ＹＳＺ）で構成されている。
ここで、本発明においては、酸素濃度検出セル６のインピーダンスが測定されており、この測定されたインピーダンスをもとに、ヒータ（発熱抵抗体２１）が加熱されている。このため、酸素濃度検出セル６近傍においてマルチガスセンサ素子部１００Ａの温度が最も安定した値（温度推定可能な値）に保たれることになり、酸素濃度検出セル６から軸線方向に離れるほど、外部温度が変動に影響されてマルチガスセンサ素子部１００Ａの温度変化が大きくなる。
このようなことから、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙが、酸素濃度検出セル６の軸線Ｏ方向における両端によって幅方向に区切られた第１領域６ｓに、それぞれの少なくとも一部が重なるように配置されていると、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの温度が所定範囲内で一定に保たれ、アンモニアの測定精度が向上する。
なお、第１領域６ｓとは、酸素濃度検出セル６を構成する検知電極６ｂ及び基準電極６ｃのうち、軸線Ｏ方向における先端側（図２参照）と後端側（図２参照）とによって幅方向に区切られた（図４に示す点線）領域をいう。また、後述する第２領域６ｘとは、第１領域６ｓのうち、酸素濃度検出セル６の幅方向における両端によって軸線方向に区切られた領域であり、具体的には酸素濃度検出セル６を構成する検知電極６ｂ及び基準電極６ｃの幅方向における両端によって軸線方向に区切られた（図４に示す二点鎖線）領域をいう。
なお、本実施形態では、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃは同一寸法で同一の位置に配置されているため、第１領域６ｓは、両電極の軸線Ｏ方向先端側と軸線Ｏ方向後端側とによって区切られた領域であり、第２領域６ｘは、両電極の幅方向の両端によって区切られた領域である。
また、例えば、酸素濃度検出セル６を構成する検知電極６ｂ及び基準電極６ｃの寸法が異なる場合、または検知電極６ｂ及び基準電極６ｃがずれて配置されている場合は、マルチガスセンサ素子部１００Ａを積層方向に見たときに（具体的には、図４のように見たときに）、両電極が配置された部位の軸線方向先端側、軸線方向後端側、及び幅方向両端を、第１領域６ｓ、第２領域６ｘの境界の基準として採用する。
つまり、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃのうち、軸線Ｏ方向先端側に配置された電極の先端と軸線Ｏ方向後端側に配置された電極の後端とを第１領域の境界の基準とし、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃのうち、幅方向外側に配置された電極の幅方向の端を第２領域の境界の基準とする。
なお、各アンモニアセンサ部の位置についても同様であり、例えば本実施形態のように、固体電解質体の両表面に検知電極及び基準電極が形成されている場合、マルチガスセンサ素子部１００Ａの積層方向に見たときに、両電極が配置された部位の軸線Ｏ方向先端側、軸線Ｏ方向後端側、及び幅方向両端を、各アンモニアセンサ部の位置の基準として採用する。
また、各アンモニアセンサ部が、固体電解質体の一方の表面に検知電極及び基準電極が形成されている場合においても、両電極が配置された部位の軸線Ｏ方向先端側、軸線Ｏ方向後端側、及び幅方向両端を、各アンモニアセンサ部の位置の基準として採用する。
なお、図２の例では、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙと、酸素濃度検出セル６との位置関係は図４のようになっている。つまり、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙが軸線方向において、第１領域６ｓに、それぞれの全部位が重なっている。また、酸素濃度検出セル６は、マルチガスセンサ素子部１００Ａの幅方向（軸線方向と垂直な方向）における中央部に配置され、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、第２領域６ｘを挟んで幅方向の両側に配置されている。さらに、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、第１領域６ｓ内において、他方に対して全部位が軸線方向に重なっている（特に、図４の例では、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙが軸線方向に一致している）。
このように、本実施形態では、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙが、第１領域６ｓに、それぞれの少なくとも一部と重なるように、ＮＯｘセンサ部３０Ａの外表面上に配置されている。マルチガスセンサ素子部１００Ａの温度制御が酸素濃度検出セル６を基準にして行われるので、この酸素濃度検出セル６近傍においてマルチガスセンサ素子部１００Ａの温度が最も安定した値（温度推定可能な値）に保たれることになる。よって、第１アンモニアセンサ部４２ｘと第２アンモニアセンサ部４２ｙとが酸素濃度検出セル６の近傍である第１領域６ｓに配置されることで、両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙの温度が安定した値に保たれるため、上記感度比自体の温度依存性を低減することができる。
また、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、第１領域６ｓに、それぞれの全部位が重なっているので、第１アンモニアセンサ部４２ｘの全部位及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの全部位を酸素濃度検出セル６に確実に近接して配置させることができ、上記感度比自体の温度依存性をさらに低減することができる。
また、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、第２領域６ｘを挟んで幅方向の両側に配置されるので、各アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙがいずれも酸素濃度検出セル６に隣接することとなる。その結果、酸素濃度検出セル６に対して両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙが幅方向の片側に配置され、一方のアンモニアセンサ部のみが酸素濃度検出セル６に隣接する場合に比べて両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙの温度差が抑制され、上記感度比自体の温度依存性をさらに低減することができる。
さらに、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、それぞれ第２領域６ｘから幅方向に離間しているので、両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙの第２領域からの距離を略同距離とすることができるため、両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙの温度差が抑制され、上記感度比自体の温度依存性をさらに低減することができる。
ここで、本実施形態では、ヒータ(具体的には発熱抵抗体２１)が軸線方向に発熱部とリード部とを有するため、軸線方向にヒータの発熱に分布が生じる。そこで、本実施形態では、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの少なくとも一部が軸線方向に重なっていることで、当該重なり部分では両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙがヒータから軸線方向に均等に加熱されるので、上記感度比自体の温度依存性をさらに低減することができる。特に、本実施形態では、両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙが軸線方向に一致する（完全に重なる）ため、ヒータから軸線方向により均等に加熱されるので、上記感度比自体の温度依存性をより一層低減することができる。
さらに本実施形態では、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの軸線方向の長さは、第１領域６ｓの軸線方向の長さよりも小さく、両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙは軸線方向に第１領域６ｓの内側に位置する。このように、両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙの軸線方向の寸法を小さくすることで、センサの小型化と共に、両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙの軸線方向の温度分布を小さくして上記感度比自体の温度依存性をさらに低減することができる。
次に、図２に戻り、制御装置（特許請求の範囲の「演算部」に相当）３００の構成の一例について説明する。制御装置３００は、回路基板上に（アナログ）制御回路５９とマイクロコンピュータ（マイコン）６０とを備えている。マイクロコンピュータ６０は制御装置３００全体を制御し、ＣＰＵ（中央演算処理装置）６１、ＲＡＭ６２、ＲＯＭ６３、信号入出力部６４、Ａ／Ｄコンバータ６５、及び図示しないクロックを備え、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。
制御回路５９は、詳しくは後述する基準電圧比較回路５１、Ｉｐ１ドライブ回路５２、Ｖｓ検出回路５３、Ｉｃｐ供給回路５４、Ｉｐ２検出回路５５、Ｖｐ２印加回路５６、ヒータ駆動回路５７、それぞれ第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの起電力を検出する第１起電力検出回路５８ａ及び第２起電力検出回路５８ｂを備える。
制御回路５９は、ＮＯｘセンサ部３０Ａを制御し、ＮＯｘセンサ部３０Ａに流れる第１ポンピング電流Ｉｐ１、第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出してマイクロコンピュータ６０に出力する。
第１起電力検出回路５８ａ及び第２起電力検出回路５８ｂは、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの各電極間のアンモニア濃度出力（起電力）を検出してマイクロコンピュータ６０に出力する。
詳細には、ＮＯｘセンサ部３０Ａの外側第１ポンピング電極２ｃはＩｐ１ドライブ回路５２に接続され、基準電極６ｃはＶｓ検出回路５３及びＩｃｐ供給回路５４に並列に接続されている。また、第２ポンピング対電極４ｃはＩｐ２検出回路５５及びＶｐ２印加回路５６に並列に接続されている。ヒータ回路５７はヒータ(具体的には発熱抵抗体２１)に接続されている。
また、第１アンモニアセンサ部４２ｘの一対の電極４２ａｘ、４２ｂｘがそれぞれ第１起電力検出回路５８ａに接続されている。同様に、第２アンモニアセンサ部４２ｙの一対の電極４２ａｙ、４２ｂｙがそれぞれ第２起電力検出回路５８ｂに接続されている。
各回路５１～５７は、以下のような機能を有する。
Ｉｐ１ドライブ回路５２は、内側第１ポンピング電極２ｂ及び外側第１ポンピング電極２ｃの間に第１ポンピング電流Ｉｐ１を供給しつつ、その際の第１ポンピング電流Ｉｐ１を検出する。
Ｖｓ検出回路５３は、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃの間の電圧Ｖｓを検出し、検出結果を基準電圧比較回路５１に出力する。
基準電圧比較回路５１は、基準電圧（例えば、４２５ｍＶ）とＶｓ検出回路５３の出力（電圧Ｖｓ）とを比較し、比較結果をＩｐ１ドライブ回路５２に出力する。そして、Ｉｐ１ドライブ回路５２は、電圧Ｖｓが上記基準電圧に等しくなるようにＩｐ１電流の流れる向き及び大きさを制御し、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度をＮＯｘが分解しない程度の所定値に調整する。
Ｉｃｐ供給回路５４は、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃの間に微弱な電流Ｉｃｐを流し、酸素を第１測定室Ｓ１から基準酸素室１５内に送り込み、基準電極６ｃを基準となる所定の酸素濃度に晒させる。
Ｖｐ２印加回路５６は、内側第２ポンピング電極４ｂ及び第２ポンピング対電極４ｃの間に、被測定ガス中のＮＯｘガスが酸素とＮ２ガスに分解する程度の一定電圧Ｖｐ２（例えば、４５０ｍＶ）を印加し、ＮＯｘを窒素と酸素に分解する。
Ｉｐ２検出回路５５は、ＮＯｘの分解により生じた酸素が第２測定室Ｓ２から第２固体電解質体４ａを介して第２ポンピング対電極４ｃ側に汲み出される際に、第２ポンピングセル４に流れる第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出する。
Ｉｐ１ドライブ回路５２は、検出した第１ポンピング電流Ｉｐ１の値をＡ／Ｄコンバータ６５に出力する。また、Ｉｐ２検出回路５５は、検出した第２ポンピング電流Ｉｐ２の値をＡ／Ｄコンバータ６５に出力する。
Ａ／Ｄコンバータ６５はこれらの値をデジタル変換し、信号入出力部６４を介してＣＰＵ６１に出力する。
次に、制御回路５９を用いた制御の一例について説明する。まず、エンジンが始動されて外部電源から電力の供給を受けると、ヒータ回路５７を介してヒータが作動し、第１ポンピングセル２、酸素濃度検出セル６、第２ポンピングセル４を活性化温度まで加熱する。また、Ｉｃｐ供給回路５４は、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃの間に微弱な電流Ｉｃｐを流し、酸素を第１測定室Ｓ１から基準酸素室１５内に送り込み、酸素基準とする。
また、ヒータによってＮＯｘセンサ部３０Ａが適温まで加熱されると、それに伴ってＮＯｘセンサ部３０Ａ上の第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙも所望の温度に昇温される。
そして、各セルが活性化温度まで加熱されると、第１ポンピングセル２は、第１測定室Ｓ１に流入した被測定ガス（排ガス）中の酸素を内側第１ポンピング電極２ｂから外側第１ポンピング電極２ｃへ向かって汲み出す。
このとき、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度は、酸素濃度検出セル６の電極間電圧（端子間電圧）Ｖｓに対応したものとなるため、この電極間電圧Ｖｓが上記基準電圧になるように、Ｉｐ１ドライブ回路５２が第１ポンピングセル２に流れる第１ポンピング電流Ｉｐ１を制御し、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度をＮＯｘが分解しない程度に調整する。
酸素濃度が調整された被測定ガスは第２測定室Ｓ２に向かってさらに流れる。そして、Ｖｐ２印加回路５６は、第２ポンピングセル４の電極間電圧（端子間電圧）として、被測定ガス中のＮＯｘガスが酸素とＮ２ガスに分解する程度の一定電圧Ｖｐ２（酸素濃度検出セル６の制御電圧の値より高い電圧、例えば４５０ｍＶ）を印加し、ＮＯｘを窒素と酸素に分解する。そして、ＮＯｘの分解により生じた酸素が第２測定室Ｓ２から汲み出されるよう、第２ポンピングセル４に第２ポンピング電流Ｉｐ２が流れる。この際、第２ポンピング電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度の間には直線関係があるため、Ｉｐ２検出回路５５が第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出することにより、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。
また、第１起電力検出回路５８ａが一対の電極４２ａｘ、４２ｂｘ間のアンモニア濃度出力（起電力）を検出し、第２起電力検出回路５８ｂが一対の電極４２ａｙ、４２ｂｙ間のアンモニア濃度出力（起電力）を検出することにより、後述するように被測定ガス中のアンモニア濃度を検出することができる。
次に、制御装置３００のマイクロコンピュータ６０による、各種ガス濃度を算出する処理を説明する。
まず、第１アンモニアセンサ部４２ｘ、第２アンモニアセンサ部４２ｙの２つのアンモニアセンサ部を設けた理由は以下のとおりである。すなわち、アンモニアセンサ部は、アンモニアだけでなく、ＮＯ２をも検出してしまうので、被検出ガス中にアンモニア以外のＮＯ２ガスが含まれているとアンモニアの検出精度が低下する。そこで、アンモニアに対する感度とＮＯｘに対する感度との比がそれぞれ異なるアンモニアセンサ部を２つ設けると、アンモニアガスとＮＯ２ガスの２つの未知濃度に対し、２つのアンモニアセンサ部から別々の感度による値を検出するので、アンモニアガスとＮＯ２の濃度を算出できることになる。ここで、「アンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯｘに対する感度との比」とは、そのアンモニアセンサ部が検出する全感度（アンモニア、及びＮＯｘ）に対する、アンモニアの検出感度の比をいう。なお、本実施例においては、アンモニアセンサ部はＮＯガスを検出しないので、「アンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯｘに対する感度の比」＝「アンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯ２に対する感度の比」として判断している。また、アンモニアセンサ部がＮＯ２ガスを検出しない場合には、アンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯｘに対する感度の比」＝「アンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯに対する感度の比」として判断してもよい。
つまり、アンモニアセンサ部のセンサ出力は、ｘ：アンモニア濃度、ｙ：ＮＯ２ガス濃度、Ｄ：Ｏ２濃度に対し、Ｆ（ｘ、ｙ、Ｄ）で表されるが、上記感度比が異なる２つのＮＯ２センサ部を用いると、Ｆ１（ｍｘ、ｎｙ、Ｄ）、Ｆ２（ｓｘ、ｔｙ、Ｄ）（ｍ、ｎ、ｓ、ｔは係数）の２つの式が得られる。Ｆ１、Ｆ２、Ｄはセンサ出力から得られるので、２つの式から２つの未知数（ｘ、ｙ）を解けばよいことになる。具体的には、上記二つの式からｙを除去し、後述の式（１）～（３）のようにｘの式を得ることによって計算できる。
なお、第１アンモニアセンサ部４２ｘ、第２アンモニアセンサ部４２ｙのアンモニアに対する感度比は、これら第１アンモニアセンサ部４２ｘと第２アンモニアセンサ部４２ｙの温度が互いに異なることによっても変化してしまう。そこで、上述のように、軸線方向に見て、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙが、酸素濃度検出セル６の第１領域６ｓの少なくとも一部に重なるように配置し、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの温度を所定範囲内で一定に保つことで、上記感度比の温度による変化を少なくする。
次に、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙによるＮＯ２及びアンモニアの検出、並びにＮＯ２とアンモニアの濃度の算出の詳細について説明する。
第１アンモニアセンサ部４２ｘの第１基準電極４２ａｘと第１検知電極４２ｂｘとの間には、被測定ガスに含まれるアンモニア濃度に応じて起電力が発生する。第１起電力検出回路５８ａは、第１基準電極４２ａｘと第１検知電極４２ｂｘとの間の起電力を第１アンモニア起電力として検出する。同様に、第２アンモニアセンサ部４２ｙの第２基準電極４２ａｙと第２検知電極４２ｂｙとの間にも、アンモニア濃度に応じて起電力が発生する。第２起電力検出回路５８ｂは、第２基準電極４２ａｙと第２検知電極４２ｂｙとの間の起電力を第２アンモニア起電力として検出する。
ここで、マイクロコンピュータ６０のＲＯＭ６３には、以下に説明する各種のデータ（関係式）が格納されている。ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６３から当該各種データを読み込み、第１ポンピング電流Ｉｐ１の値、第２ポンピング電流Ｉｐ２の値、第１アンモニア起電力および第２アンモニア起電力から種々の演算処理を行う。
ここで、ＲＯＭ６３には、「第１アンモニア起電力－第１アンモニア濃度出力関係式」、「第２アンモニア起電力－第２アンモニア濃度出力関係式」、「第１ポンピング電流Ｉｐ１－Ｏ２濃度出力関係式」、「第２ポンピング電流Ｉｐ２－ＮＯｘ濃度出力関係式」、「第１アンモニア濃度出力＆第２アンモニア濃度出力＆Ｏ２濃度出力－補正アンモニア濃度出力関係式」（補正式（１）：下記参照）、「第１アンモニア濃度出力＆第２アンモニア濃度出力＆Ｏ２濃度出力－補正ＮＯ２濃度出力関係式」（補正式（２））、「ＮＯｘ濃度出力＆補正アンモニア濃度出力＆補正ＮＯ２濃度出力－補正ＮＯｘ濃度出力関係式」（補正式（３））が格納されている。
なお、各種データは、上述のように所定の関係式として設定されていてもよいし、センサの出力から各種ガス濃度を算出するものであればよく、例えばテーブルとして設定されていてもよい。その他にも、予めガス濃度が既知のガスモデルを用いて得られた値（関係式やテーブルなど）とされていてもよい。
「第１アンモニア起電力－第１アンモニア濃度出力関係式」及び「第２アンモニア起電力－第２アンモニア濃度出力関係式」は、第１アンモニアセンサ部４２ｘおよび第２アンモニアセンサ部４２ｙから出力されたアンモニア起電力と、被測定ガスのアンモニア濃度に係るアンモニア濃度出力との関係を表す式である。
「第１ポンピング電流Ｉｐ１－Ｏ２濃度出力関係式」は、第１ポンピング電流Ｉｐ１と、被測定ガスのＯ２濃度との関係を表す式である。
「第２ポンピング電流Ｉｐ２－ＮＯｘ濃度出力関係式」は、第２ポンピング電流Ｉｐ２と、被測定ガスのＮＯｘ濃度との関係を表す式である。
「第１アンモニア濃度出力＆第２アンモニア濃度出力＆Ｏ２濃度出力－補正アンモニア濃度出力関係式」は、酸素濃度及びＮＯ２濃度の影響を受けたアンモニア濃度出力（第１、第２）と、酸素濃度及びＮＯ２濃度の影響を除去した補正アンモニア濃度出力の関係を表す式である。
「第１アンモニア濃度出力＆第２アンモニア濃度出力＆Ｏ２濃度出力－補正ＮＯ２濃度出力関係式」は、酸素濃度及びアンモニア濃度の影響を受けたＮＯ２濃度出力と、酸素濃度及びアンモニア濃度の影響を除去した補正ＮＯ２濃度出力の関係を表す式である。
「ＮＯｘ濃度出力＆補正アンモニア濃度出力＆補正ＮＯ２濃度出力－補正ＮＯｘ濃度出力関係式」は、アンモニア濃度及びＮＯ２濃度の影響を受けたＮＯｘ濃度出力と、アンモニア濃度及びＮＯ２濃度の影響を除去、修正した正確な補正ＮＯｘ濃度出力の関係を表す式である。
次に、マイクロコンピュータ６０のＣＰＵ６１において実行される、第１ポンピング電流Ｉｐ１、第２ポンピング電流Ｉｐ２、第１アンモニア起電力ＥＭＦおよび第２アンモニア起電力ＥＭＦから、ＮＯｘ濃度およびアンモニア濃度を求める演算処理について説明する。
ＣＰＵ６１は、第１ポンピング電流Ｉｐ１、第２ポンピング電流Ｉｐ２、第１アンモニア起電力および第２アンモニア起電力が入力されると、Ｏ２濃度出力、ＮＯｘ濃度出力、第１アンモニア濃度出力および第２アンモニア濃度出力、を求める演算処理を行う。具体的には、ＲＯＭ６３から「第１アンモニア起電力－第１アンモニア濃度出力関係式」、「第２アンモニア起電力－第２アンモニア濃度出力関係式」、「第１ポンピング電流Ｉｐ１－Ｏ２濃度出力関係式」、「第２ポンピング電流Ｉｐ２－ＮＯｘ濃度出力関係式」を呼び出し、当該関係式を用いて各濃度出力を算出する処理を行う。
尚、「第１アンモニア起電力－第１アンモニア濃度出力関係式」、「第２アンモニア起電力－第２アンモニア濃度出力関係式」は、第１アンモニアセンサ部４２ｘと第２アンモニアセンサ部４２ｙが使用環境中で出力し得るＥＭＦの全範囲において、被測定ガス中のアンモニア濃度とセンサのアンモニア濃度換算出力とが概ね直線関係になるように設定された式である。このような換算式でもって換算することによって、後の補正式において、傾き及びオフセットの変化を利用した計算を可能とする。
Ｏ２濃度出力、ＮＯｘ濃度出力、第１アンモニア濃度出力および第２アンモニア濃度出力が求められると、ＣＰＵは、以下に説明する補正式を用いた演算を行うことで、被測定ガスのアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を求める。
補正式（１）：x =F (A、B、D)
= (eA-c)*(jB-h-fA+d)/(eA-c-iB+g) + fA-d
補正式（２）：y = F'(A、B、D)
= (jB-h-fA+d)/(eA-c-iB+g)
補正式（３）：z = C - aｘ + bｙ
ここで、ｘはアンモニア濃度であり、ｙはＮＯ２濃度であり、ｚはＮＯｘ濃度である。また、Ａは第１アンモニア濃度出力であり、Ｂは第２アンモニア濃度出力であり、ＣはＮＯｘ濃度出力であり、ＤはＯ２濃度出力である。そして、式（１），（２）のＦ及びＦ’は、ｘが（Ａ，Ｂ、Ｄ）の関数であることを表す。さらに、ａ，ｂは補正係数、ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊはＯ２濃度出力Ｄを用いて計算される係数である（Ｄによって決まる係数）。
上述の補正式（１）～（３）に、第１アンモニア濃度出力（Ａ）、第２アンモニア濃度出力（Ｂ）、ＮＯｘ濃度出力（Ｃ）およびＯ２濃度出力（Ｄ）、を各代入して演算することによって、被測定ガスのアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を求める。
なお、補正式（１）及び（２）は第１アンモニアセンサ部４２ｘ、第２アンモニアセンサ部４２ｙの特性に基づいて定まる式であり、補正式（３）はＮＯｘセンサ部の特性に基づいて定まる式である。なお、式（１）～（３）は、あくまでも補正式の一例を示したものであり、ガス検知特性に応じて、他の補正式や、係数等を適宜変更しても良い。
次に、本実施形態の特徴である第１検知電極４２ｂｘ、第２検知電極４２ｂｙについて詳細に説明する。
第１検知電極４２ｂｘの金属組成は、Ａｕを主成分（例えば７０質量％以上）としている。第１検知電極４２ｂｘの金属組成には、Ａｕよりも融点が高くＡｕと合金化する金属が含まれていることが好ましい。この合金化する金属は特に限定されないが、Ｐｔが好ましい。
第２検知電極４２ｂｙの金属組成は、Ａｕを主成分（例えば７０質量％以上）としている。第２検知電極４２ｂｙの金属組成には、Ａｕよりも融点が高くＡｕと合金化する金属が含まれていることが好ましい。この合金化する金属は特に限定されないが、Ｐｄが好ましい。
ここで、第１検知電極４２ｂｘの金属組成が、ＡｕとＰｔの合金相からなる場合について、Ｐｔ／〔Ａｕ＋Ｐｔ〕（重量基準）とＮＨ３感度との関係、Ｐｔ／〔Ａｕ＋Ｐｔ〕（重量基準）とＮＯ２感度との関係を、図５，６に示す。また、図７には、Ｐｔ／〔Ａｕ＋Ｐｔ〕（重量基準）と、ＮＨ３感度に対するＮＯ２感度の比（〔ＮＯ２感度／ＮＨ３感度〕）との関係を示す。なお、図７は、図５，６から求めたものである。
同様に、第２検知電極４２ｂｙの金属組成が、ＡｕとＰｄの合金相からなる場合について、Ｐｄ／〔Ａｕ＋Ｐｄ〕（重量基準）とＮＨ３感度との関係、Ｐｄ／〔Ａｕ＋Ｐｄ〕（重量基準）とＮＯ２感度との関係を、図８，９に示す。また、図１０には、Ｐｄ／〔Ａｕ＋Ｐｄ〕（重量基準）と、ＮＨ３感度に対するＮＯ２感度の比（〔ＮＯ２感度／ＮＨ３感度〕）との関係を示す。なお、図１０は、図８，９から求めたものである。
図７，１０から、第１検知電極４２ｂｘにおいてＰｔ／〔Ａｕ＋Ｐｔ〕が５～２５ｗｔ％であり、第２検知電極４２ｂｙにおいてＰｄ／〔Ａｕ＋Ｐｄ〕が４～２０ｗｔ％である場合には、実用上、十分な出力を得ることができることが分かる。なお、第１検知電極４２ｂｘにおいてＰｔ／〔Ａｕ＋Ｐｔ〕が５～２５ｗｔ％であることは、特許請求の範囲において、Ｐｔ／（Ａｕ＋Ｐｔ）の値が重量基準で０．０５～０．２５であることと同義である。また、第２検知電極４２ｂｙにおいてＰｄ／〔Ａｕ＋Ｐｄ〕が４～２０ｗｔ％であることは、特許請求の範囲において、Ｐｄ／（Ａｕ＋Ｐｄ）の値が重量基準で０．０４～０．２０であることと同義である。
なお、第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙの金属組成がこの範囲内であれば、融点が高いから、高温焼成を採用できる。
また、図７，１０から第１検知電極４２ｂｘにおいてＰｔ／〔Ａｕ＋Ｐｔ〕が１０～２０ｗｔ％であり、第２検知電極４２ｂｙにおいてＰｄ／〔Ａｕ＋Ｐｄ〕が６～１５ｗｔ％である場合には、実用上、より十分な出力を得ることができることが分かる。なお、第１検知電極４２ｂｘにおいてＰｔ／〔Ａｕ＋Ｐｔ〕が１０～２０ｗｔ％であることは、特許請求の範囲において、Ｐｔ／（Ａｕ＋Ｐｔ）の値が重量基準で０．１０～０．２０であることと同義である。また、第２検知電極４２ｂｙにおいてＰｄ／〔Ａｕ＋Ｐｄ〕が６～１５ｗｔ％であることは、特許請求の範囲において、Ｐｄ／（Ａｕ＋Ｐｄ）の値が重量基準で０．０６～０．１５であることと同義である。
以上の構成によれば、新規なアンモニア検知手法を用いたアンモニアセンサ素子（アンモニアセンサ部）４２、及びガスセンサ（マルチガスセンサ）２００Ａを提供することができる。
さらに、上記構成では、第１検知電極４２ｂｘの金属組成、及び第２検知電極４２ｂｙの金属組成には、Ａｕよりも融点が高くＡｕと合金化する金属が含まれているから、第１検知電極４２ｂｘ、及び第２検知電極４２ｂｙの融点を上げることができる。よって、高温焼成を採用して、保護層２３ｇの強度及び耐被毒性を担保することができる。
＜他の実施形態（変形例）＞
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。
上記実施形態では、アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙは絶縁層２３ａの表面上に設けられていたが、これに限られない。例えば、図１１に示すように、アンモニアセンサ部４２ｘ１、４２ｙ１を、ＮＯｘセンサ部３０Ａの外表面（上面）をなす絶縁層２３ｅの表面上に設けても良い。なお、図１１のマルチガスセンサ装置４０２は、アンモニアセンサ部４２ｘ１、４２ｙ１の位置が異なり、マルチガスセンサ素子部１００Ａ１の構成が異なること以外は、図２のマルチガスセンサ装置４００と同様であるので、マルチガスセンサ装置４００と同一構成部分に同一符号を付して説明を省略する。
４２ …アンモニアセンサ部（アンモニアセンサ素子）
４２ｘ …第１アンモニアセンサ部（アンモニア検知セル）
４２ｙ …第２アンモニアセンサ部（アンモニア検知セル）
４２ｂｘ …第１検知電極（第１のアンモニア検知電極）
４２ｂｙ …第２検知電極（第２のアンモニア検知電極）
２３ｇ …保護層
２００Ａ …マルチガスセンサ（ガスセンサ）

Claims (4)

  1. ２つの混成電位式のアンモニア検知セルを有するアンモニアセンサ素子であって、
    前記２つの混成電位式のアンモニア検知セルは、それぞれアンモニア検知電極を有し、
    前記アンモニア検知電極のうち、
    第１のアンモニア検知電極の金属組成は、Ａｕを主成分とし、
    第２のアンモニア検知電極の金属組成は、Ａｕを主成分とし、
    前記第１のアンモニア検知電極の金属組成と、前記第２のアンモニア検知電極の金属組成は相違し、
    前記第１のアンモニア検知電極を有する第１アンモニアセンサ部、及び前記第２のアンモニア検知電極を有する第２アンモニアセンサ部は、保護層により覆われており、
    前記第１のアンモニア検知電極の金属組成には、Ａｕよりも融点が高くＡｕと合金化する金属が含まれているとともに、
    前記第２のアンモニア検知電極の金属組成には、Ａｕよりも融点が高くＡｕと合金化する金属が含まれており、
    前記第１のアンモニア検知電極の金属組成が、ＡｕとＰｔの合金相からなり、
    前記第２のアンモニア検知電極の金属組成が、ＡｕとＰｄの合金相からなり、
    前記第１のアンモニア検知電極の金属組成のＰｔ／（Ａｕ＋Ｐｔ）の値は、重量基準で０．０５～０．２５であり、
    前記第２のアンモニア検知電極の金属組成のＰｄ／（Ａｕ＋Ｐｄ）の値は、重量基準で０．０４～０．２０であることを特徴とするアンモニアセンサ素子。
  2. 前記Ｐｔ／（Ａｕ＋Ｐｔ）の値が０．１０～０．２０であり、
    前記Ｐｄ／（Ａｕ＋Ｐｄ）の値が０．０６～０．１５であることを特徴とする請求項１に記載のアンモニアセンサ素子。
  3. 請求項１又は請求項２に記載のアンモニアセンサ素子を備えたことを特徴とするガスセンサ。
  4. 前記ガスセンサは、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度を測定するＮＯｘセンサ部を更に備えたマルチガスセンサであることを特徴とする請求項３に記載のガスセンサ。
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