JP2007010564A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検出ガスに含まれる特定成分の濃度を検出するガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor that detects the concentration of a specific component contained in a gas to be detected.
従来、被検出ガスに含まれる特定成分の濃度を検出するために用いるガスセンサは、ポンプセルにて酸素を排出した被検出ガスを検出空間に導入し、この検出空間に設けられたセンサセルの通電状態に応じたパラメータ,具体的にいうと、センサセルを構成する一対の電極間を流れる電流値を、被検出ガスに含まれる特定成分の濃度を示すパラメータとして検出するように構成されている。 Conventionally, a gas sensor used to detect the concentration of a specific component contained in a gas to be detected introduces the gas to be detected, in which oxygen is exhausted by a pump cell, into a detection space, and the energized state of a sensor cell provided in this detection space A corresponding parameter, specifically, a current value flowing between a pair of electrodes constituting the sensor cell is detected as a parameter indicating the concentration of a specific component contained in the gas to be detected.
このとき、ポンプセルおよびセンサセルを適切に機能させるためには、これらセルが活性状態となる温度まで加熱しておく必要があるため、ガスセンサには、ヒータパターンを形成してなるヒータ部が備えられることが一般的である(例えば、特許文献1参照)。
しかし、上述したようにヒータ部が備えられた構成とした場合には、ヒータ部に形成されたヒータパターンからの漏れ電流が、ポンプセルによる酸素の排出,センサセルによるパラメータの検出に悪影響を与えてしまう恐れがある。 However, when the heater unit is provided as described above, leakage current from the heater pattern formed in the heater unit adversely affects oxygen discharge by the pump cell and parameter detection by the sensor cell. There is a fear.
例えば、ポンプセルにおいては、一対の電極間への通電により酸素の排出が制御される構造となっているため、この通電電流にヒータパターンからの漏れ電流が重畳してしまうと、酸素の排出が抑制されてしまう恐れがある。また、センサセルにおいては、一対の電極間を流れる電流値をパラメータとして検出する構造となっているため、この電流にヒータパターンからの漏れ電流が重畳してしまうと、本来検出すべきパラメータよりも大きいまたは小さいパラメータを特定成分の濃度として検出してしまう恐れがある。 For example, the pump cell has a structure in which the discharge of oxygen is controlled by energization between a pair of electrodes. Therefore, if the leakage current from the heater pattern is superimposed on this energization current, the discharge of oxygen is suppressed. There is a risk of being. In addition, since the sensor cell has a structure in which the current value flowing between the pair of electrodes is detected as a parameter, if the leakage current from the heater pattern is superimposed on this current, it is larger than the parameter that should be detected originally. Alternatively, a small parameter may be detected as the concentration of the specific component.
このことは、ポンプセルであれば、その制御に際しての電流値がmAオーダであり一般に漏れ電流の影響を受けない程度に大きい(または、大きくすることができる)ことから、僅かな漏れ電流であれば問題にならないが、センサセルにおいては、その検出に際しての電流値がμAオーダでありポンプセルにおける電流値よりも遙かに小さいため、わずかな漏れ電流であっても大きな影響を受けてしまう。 This is because a pump cell has a current value on the order of mA and is generally large (or can be increased) so as not to be affected by the leakage current. Although not a problem, in the sensor cell, the current value at the time of detection is on the order of μA, which is much smaller than the current value in the pump cell, so even a slight leakage current is greatly affected.
このように、ヒータによる漏れ電流は、センサセルによる検出に際しての電流値に大きな影響を与えてしまい、結果的にガスセンサとしての検出精度を低下させる要因となってしまうという課題があった。 Thus, the leakage current due to the heater has a large effect on the current value upon detection by the sensor cell, resulting in a problem that the detection accuracy as a gas sensor is lowered.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ヒータの漏れ電流によりガスセンサとしての検出精度が低下してしまうことを防止することである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to prevent the detection accuracy of the gas sensor from being lowered due to the leakage current of the heater.
上記課題を解決するため請求項1に記載のガスセンサは、第1の固体電解質部,ポンプセル,第2の固体電解質部,センサセル,ヒータ部を有している。これらのうち、第1の固体電解質部は、層状をなす部材である。また、ポンプセルは、一対の電極からなり、該電極のうち、一方の電極が外部から被検出ガスの導入される導入空間に面していると共に、この一対の電極間への通電によって、前記導入空間における被検出ガスに含まれる酸素を、該導入空間から前記第1の固体電解質部を介して他方の電極側へ排出可能なものである。また、第2の固体電解質部は、該ポンプセルを構成する前記第1の固体電解質部と同一層または該第1の固体電解質部に積層された層である。また、センサセルは、一対の電極からなり、該電極のうち、一方の電極が前記導入空間につながる検出空間に面していると共に、この一対の電極間の通電状態に基づいて、前記検出空間における被検出ガスに含まれる特定成分の濃度を検出可能なものである。そして、ヒータ部は、前記第1の固体電解質部および前記第2の固体電解質部に積層される層状のセラミック基体に、発熱パターンとその両端に接続されてなる一対のリードパターンとで構成されたヒータパターンが埋設されてなり、前記発熱パターンが、各部の積層方向と交差する面において前記検出空間と重なる領域を避けて形成されたものである。
In order to solve the above-mentioned problem, a gas sensor according to
このように構成されたガスセンサにおいては、ヒータ部の発熱パターンが、各層(固体電解質部,ヒータ部)の積層方向と交差する面(以降、「積層面」という)において検出空間と重なる領域を避けるように形成されているため、少なくとも検出空間に面する電極,つまりセンサセルにおける一方の電極が積層面において発熱パターンと重ならない構造となる。 In the gas sensor configured as described above, a region where the heating pattern of the heater section overlaps the detection space on the surface (hereinafter referred to as “laminated surface”) intersecting the stacking direction of each layer (solid electrolyte portion, heater portion) is avoided. Therefore, at least an electrode facing the detection space, that is, one electrode in the sensor cell does not overlap the heat generation pattern on the laminated surface.
これにより、センサセルにおける一方の電極は、積層面において発熱パターンと重なっている場合と比べて、発熱パターンからの距離が遠くなることで絶縁抵抗が高くなるため、結果、ヒータパターンからの漏れ電流の影響を受けにくくすることができる。 As a result, compared with the case where one electrode in the sensor cell overlaps the heat generation pattern on the laminated surface, the insulation resistance increases as the distance from the heat generation pattern increases, resulting in leakage current from the heater pattern. Can be less affected.
なお、この構成におけるセンサセルは、一対の電極間の通電状態に基づいて特定成分の濃度を検出可能なものであるが、ここで、通電状態に基づいて特定成分の濃度を検出するためには、例えば、一対の電極間において通電される電流値,または,電極間の電圧値に応じたパラメータを特定成分の濃度として検出する、といったような構成とすればよい。 The sensor cell in this configuration is capable of detecting the concentration of the specific component based on the energization state between the pair of electrodes. Here, in order to detect the concentration of the specific component based on the energization state, For example, a configuration may be employed in which a parameter corresponding to a current value energized between a pair of electrodes or a voltage value between the electrodes is detected as the concentration of the specific component.
また、ヒータ部の発熱パターンが、各部の積層方向と交差する面において検出空間と重なる領域を避けて形成されている状態とは、各部の積層方向にガスセンサを投影した場合に、発熱パターンが検出空間と重ならない状態のことである。 Also, the heat generation pattern of the heater part is formed so as to avoid the area that overlaps the detection space on the surface intersecting the stacking direction of each part. The heat generation pattern is detected when the gas sensor is projected in the stacking direction of each part. It is a state that does not overlap with space.
また、上述したヒータ部は、積層面において検出空間と重なる領域を避けて発熱パターンが形成されていればよく、その具体的な発熱パターンの形状は特に限定されない。
ただ、請求項2に記載のように、前記ヒータ部は、各部の積層方向と交差する面において前記検出空間および前記センサセルと重なる領域を避けて前記発熱パターンが形成されている、と好適である。
Moreover, the heater part mentioned above should just have the heat_generation | fever pattern formed avoiding the area | region which overlaps with detection space in a lamination | stacking surface, and the shape of the specific heat_generation | fever pattern is not specifically limited.
However, as described in claim 2, it is preferable that the heater portion is formed with the heat generation pattern avoiding a region overlapping with the detection space and the sensor cell on a surface intersecting a stacking direction of each portion. .
このように構成すれば、ヒータ部の発熱パターンが、積層面において検出空間およびセンサセルと重なる領域を避けるように形成されているため、検出空間およびセンサセル,つまりセンサセルの電極両方が積層面において発熱パターンと重ならない構造となる。 With this configuration, since the heat generation pattern of the heater portion is formed so as to avoid a region overlapping the detection space and the sensor cell on the stacked surface, both the detection space and the sensor cell, that is, the electrode of the sensor cell, have a heat generation pattern on the stacked surface. It becomes a structure that does not overlap.
これにより、センサセルにおける一対の電極は、一方の電極だけでなく、他方の電極についても、発熱パターンからの距離が遠くなることで絶縁抵抗が高くなるため、より発熱パターンからの漏れ電流の影響を受けにくくすることができる。 As a result, the pair of electrodes in the sensor cell has not only one electrode but also the other electrode, because the insulation resistance increases as the distance from the heat generation pattern increases. It can be made difficult to receive.
また、上述したガスセンサにおいては、少なくとも前記ポンプセルおよび前記センサセルそれぞれの一部が、各部の積層方向と交差する面において重ならない位置関係となるように配置されている場合であれば、請求項3に記載のように、構成するとよい。 Further, in the gas sensor described above, if at least a part of each of the pump cell and the sensor cell is arranged so as not to overlap in a plane intersecting with the stacking direction of each part, Configure as described.
請求項3に記載のガスセンサにおいて、前記ヒータ部における前記発熱パターンは、各部の積層方向と交差する面における前記ヒータ部の発熱領域が、前記導入空間に面するポンプセルの電極を中心に分布する位置関係となるように形成されている。 4. The gas sensor according to claim 3, wherein the heat generation pattern in the heater portion is a position where a heat generation region of the heater portion on a surface intersecting a stacking direction of each portion is distributed around an electrode of a pump cell facing the introduction space. It is formed to be in a relationship.
このように構成すれば、積層面におけるヒータ部の発熱領域が導入空間を中心に分布するため、導入空間と検出空間との間,つまりポンプセルとセンサセルとの間に、ポンプセル側の温度が高くなるような温度差をつくり出すことができる。 If comprised in this way, since the heat_generation | fever area | region of the heater part in a lamination | stacking surface distributes centering on introduction space, the temperature by the side of a pump cell becomes high between introduction space and detection space, ie, between a pump cell and a sensor cell. Such a temperature difference can be created.
通常、ポンプセルとセンサセルとを有するガスセンサにおいては、センサセルよりもポンプセルの方が、適切に活性状態とするために高い温度を必要とすることが一般的である。これは、導入空間に導入された被検出ガスに含まれる酸素を排出するためのポンピング能力を、ポンプセルにおいて十分に確保する必要があるからである。そのため、このようなことを考慮せずにヒータ部を設けることは、各セルの活性状態と温度との関係を適切なものとすることができなくなってしまい、結果、ガスセンサとしての検出精度を低下させる要因となってしまう。 In general, in a gas sensor having a pump cell and a sensor cell, the pump cell generally requires a higher temperature in order to appropriately activate the sensor cell. This is because it is necessary to sufficiently secure the pumping capacity for discharging oxygen contained in the gas to be detected introduced into the introduction space in the pump cell. For this reason, providing a heater unit without taking this into consideration makes it impossible to make the relationship between the active state and temperature of each cell appropriate, resulting in a decrease in detection accuracy as a gas sensor. Will be a factor.
例えば、特許文献1のガスセンサ(ガスセンサ素子)では、ヒータ部(ヒータシート)の長手方向に沿って規則正しく形成された発熱パターン(ヒータ電極14)が、積層面において検出空間(第2内部空間7b)と重なっていることから(例えば、図5参照)、その発熱パターンは、積層面全体を均一に加熱するように発熱することとなる。そのため、このガスセンサの有するポンプセル(酸素ポンプセル2)およびセンサセル(4)についても均一に加熱されることとなり、各セルの活性状態と温度との関係を適切にすることができなくなる恐れがある。これは、この特許文献1においては、センサセルよりもポンプセルの方が高い温度を必要とすることを考慮していないからである。
For example, in the gas sensor (gas sensor element) of
その点、上述のような発熱領域の分布を実現できる本ガスセンサであれば、積層面におけるヒータ部の発熱領域が導入空間を中心に分布することで、検出空間つまりセンサセル側よりも、導入空間つまりポンプセル側の温度が高くなるような温度差をつくり出すことができるため、各セルの活性状態と温度との関係を適切なものとすることが可能となる。なお、このような温度差は、ポンプセルとセンサセルとの重なりが少ないほど,また,ポンプセルとセンサセルとが積層面において離れているほど、大きくすることができる。 In this regard, in the case of the present gas sensor that can realize the distribution of the heat generation area as described above, the heat generation area of the heater portion on the laminated surface is distributed around the introduction space, so that the introduction space, Since a temperature difference that increases the temperature on the pump cell side can be created, the relationship between the active state of each cell and the temperature can be made appropriate. Such a temperature difference can be increased as the overlap between the pump cell and the sensor cell is small, and as the pump cell and the sensor cell are separated from each other on the laminated surface.
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
1.全体構成
1−1.第1の構成(第1実施形態)
本実施形態におけるガスセンサ1は、自動車の内燃機関や各種燃焼機器(例えば、ボイラなど)における排気ガスに含まれる窒素酸化物(以降、「NOx」という)の濃度を検出するためのNOxセンサとして構成されたものであって、図1に示すように、それぞれシート状の部材により形成された層として、絶縁層110,絶縁層120,センサセル20を構成する固体電解質層130,絶縁層140,モニタセル30を構成する固体電解質層150,絶縁層160,ポンプセル40を構成する固体電解質層170,絶縁層180が、順番(図1における下から上へ向かう順番)に積層された構造となっている。なお、本実施形態のガスセンサでは、各層110,120,130,140,150,160,170,180が焼成により一体化された構造となっている。また、絶縁層110と絶縁層120とからなるセラミック基体内には、ヒータパターン10が埋設されており、これによりヒータ部190が形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1. Overall configuration 1-1. First configuration (first embodiment)
The
これらのうち、まず、固体電解質層170は、ジルコニアを主体とする固体電解質体からなるシート部材であって、この部材における先端(図1における左端,以下同様)側の上下面(図1における上下面,以下同様)を挟むように設けられた一対の電極42,44によりポンプセル40を形成している。このポンプセル40における下(図1における下,以下同様)側の電極42には、多孔質体からなる保護層46によりコーティングされている。なお、上(図1における上,以下同様)側の電極44周辺に位置する絶縁層180には、多孔質体からなる多孔質部182が形成されている。
Among these, first, the
続いて、固体電解質層170の下側に位置する絶縁層160は、アルミナ等の絶縁性セラミックからなるシート状の部材であって、その先端側に、ガスセンサ1外部から被検出ガスを導入するための空間であって、固体電解質層170,150で挟まれた導入空間210を形成するスペーサとして機能している。
Subsequently, the insulating
この導入空間210は、その先端側にポンプセル40における下側の電極42全体が面する位置関係となるように形成されている。また、この導入空間210のうち、先端部分には、それぞれガスセンサ1外部から導入空間210へ向かう方向(図1における矢印参照)に沿って配置された多孔質体からなる拡散抵抗体212,214が設けられている。また、導入空間210のうち、後端(図1における右端,以下同様)側の領域には、それぞれ長手方向に沿って配置された多孔質体からなる2つの拡散抵抗体216,218が設けられており、これにより、この導入空間210の後端側への被検出ガスの流通を制限している。
The
続いて、絶縁層160の下側に位置する固体電解質層150は、ジルコニアを主体とする固体電解質体からなるシート部材であって、この部材におけるポンプセル40より後端側の上下面を挟むように設けられた一対の電極32,34によりモニタセル30を形成している。このモニタセル30における上側の電極32は、導入空間210に面している。また、この固体電解質層150には、モニタセル30より後端側であって、導入空間210における後端側に設けられた拡散抵抗体216,218の間に対応する領域に、上下方向に貫通する貫通孔220が形成されている。
Subsequently, the
続いて、固体電解質層150の下側に位置する絶縁層140は、アルミナ等の絶縁性セラミックからなるシート状の部材であって、固体電解質層150における貫通孔220に対応する領域に、この貫通孔220を介して連結された導入空間210との間で流通する被検出ガス(に含まれる特定成分)の濃度を検出するための検出空間230を形成するスペーサとして機能している。また、この絶縁層140のうち、モニタセル30における下側の電極34に面する領域には、後述のように基準となるガス(本実施形態においては酸素)が満たされる多孔質体240が設けられている。なお、この多孔質体240は、アルミナ等の絶縁性セラミックにより形成されている。
Subsequently, the insulating
続いて、絶縁層140の下側に位置する固体電解質層130は、ジルコニアを主体とする固体電解質体からなるシート部材であって、この部材の上面に沿って間隔をあけて設けられた一対の電極22,24によりセンサセル20を形成している。これらセンサセル20のうち、一方の電極22は、検出空間230に面する位置に設けられており、他方の電極24は、その一部が多孔質体240に接するように設けられている。なお、このセンサセル20については、上述した各層(110〜180)の積層方向(図1における上下方向,以下同様)と直交する面(図1における水平面;以降、「積層面」という)において、他方の電極24の一部分のみがポンプセル40の電極42,44と重なっている。つまり、センサセル20の一方の電極22および検出空間230は、積層面においてポンプセル40とは重ならない位置関係となっている。
Subsequently, the
続いて、固体電解質層130の下側に位置する絶縁層120は、アルミナ等の絶縁性セラミックからなるシート状の部材である。
そして、絶縁層120の下側に位置する絶縁層110は、同じくアルミナ等の絶縁性セラミックからなるシート状の部材の上面にPtを主体とするヒータパターン10が形成されたものである。このヒータパターン10は、図2に示すように、それぞれ長手方向(図2における左右方向)に沿って延びる経路を複数回(本実施形態においては3回)屈曲させながら幅方向(図2における上下方向)全体に渡らせたパターンからなる発熱パターン12と、この発熱パターン12の端部14,16に各々接続されて長手方向に延びる一対のリードパターン18とを含むものである。なお、ヒータパターン10は、発熱パターン12による発熱を集中させるために、発熱パターン12の線幅をリードパターン18の線幅よりも細くして単位長さ当たりの抵抗値が小さくなるように形成されている。そして、ヒータパターン10のうち発熱パターン12の後端部(図2における右端の屈曲部分)は、積層面において検出空間230と重なる領域よりも先端側に位置するように形成されている。
Subsequently, the insulating
The insulating
このように、発熱パターン12が、積層面において検出空間230と重ならない位置関係であると、センサセル20の一方の電極22および検出空間230が積層面においてポンプセル40とは重なっていない構造上、ヒータの発熱領域は、導入空間210に面するポンプセル40の電極42を中心に分布することになる。これにより、ヒータパターン10への通電を行った際に、センサセル20側の温度よりもポンプセル40側の温度を高くすることができる。
Thus, when the
なお、上述したヒータパターン10の発熱パターン12としては、それぞれ長手方向に沿って延びる経路を複数回屈曲させながら幅方向全体に渡らせたパターンとなっている構成を例示したが、積層面において検出空間230と重なる領域を避けて形成されていれば、その具体的なパターンについては特に限定されない。
1−2.第2の構成(第2実施形態)
本実施形態におけるガスセンサは、第1の構成におけるガスセンサ1と同様の構成であるが、絶縁層110に形成されたヒータパターン10が異なっているだけであるため、この相違点についてのみ説明する。
In addition, as the
1-2. Second configuration (second embodiment)
The gas sensor in the present embodiment has the same configuration as the
本実施形態における絶縁層110は、絶縁性セラミックからなるシート状の部材の上面にヒータパターン10が形成されたものである。このヒータパターン10は、図3に示すように、それぞれ長手方向に沿って延びる経路を複数回屈曲させながら幅方向全体に渡らせた発熱パターン12と、この発熱パターン12に接続される一対のリードパターン18とを有する点で第1実施形態と同様であるが、この発熱パターン12の後端部(図3における右端の屈曲部分)が、積層面においてセンサセル20の電極24と重なる領域よりも先端側に位置するように形成されている。なお、図3では、発熱パターン12の後端部と、積層面において電極24に重なる領域との間隔が設けられていない形状となっているが、この間隔を広く設ける(つまり、発熱パターン12の後端部を先端側にシフトさせる)ような形状としてもよい。
In this embodiment, the insulating
このように、発熱パターン12が、積層面においてセンサセル20の電極24と重ならないと、センサセル20の他方の電極24の一部分を除いた大部分が積層面においてポンプセル40と重なっていない構造上、ヒータの発熱領域は、導入空間210に面するポンプセル40における電極22の先端側を中心に分布することになる。これにより、ヒータパターン10への通電を行った際に、センサセル20側の温度よりもポンプセル40側の温度を高くすることができる。
2.動作原理
次に、本ガスセンサ1の被検出ガス(NOxガス)雰囲気内での動作を説明する。
Thus, if the
2. Operation Principle Next, the operation of the
まず、ヒータ部190のヒータパターン10への通電により、ポンプセル40,モニタセル30,センサセル20それぞれが活性状態となる温度まで加熱した状態とする。
この状態において、被検出ガスが拡散抵抗体212,214を介して導入空間210に導入された後(図2における矢印参照)、ポンプセル40の電極42,44間に、上側の電極44が正極となるように電圧を印加することで、導入空間210内における被検出ガス中の酸素が還元されて酸素イオンとなり、この酸素イオンが下側の電極42から固体電解質層170を介して上側の電極44側へ排出される。
First, the
In this state, after the gas to be detected is introduced into the
このとき、電極42,44間に印加する電圧の大きさは、モニタセル30の動作状態に基づいて制御される。この制御について詳述すると、まず、電極32から電極34の方向に一定の微弱電流を流すことで、導入空間210から多孔質体240へと固体電解質層150を介して酸素が移動し、多孔質体240が基準の酸素溜まりとなる。そして、電極32,34間に発生する起電力(電圧値)があらかじめ定めた値となるように電極42,44間に印加する電圧を調整するのである。つまり、モニタセル30より出力される電圧に基づき、ポンプセル40を流れる電流の値が制御される。
At this time, the magnitude of the voltage applied between the
こうして、ガスセンサ1外部から導入された被検出ガスは、導入空間210において酸素が排出された状態で、固体電解質層150の貫通孔220を介して検出空間230に到達することとなる。
Thus, the gas to be detected introduced from the outside of the
そして、センサセル20の電極22,24間に、多孔質体240に面する電極24が正極となるように一定の電圧を印加することで、検出空間230内における被検出ガス中の特定成分,具体的にはNOxが窒素(N2)と酸素(O2)とに解離されて、この酸素が検出空間230に面する電極22から固体電解質層130を介して多孔質体240に接する電極24側へ汲み出される。このとき、センサセル20に流れるポンプ電流の大きさが、被検出ガスに含まれるNOxに比例する関係を有するため、このセンサセル20に流れるポンプ電流の電流値を、NOx濃度を示すパラメータとして検出すれば、NOx濃度を算出することができる。
3.作用,効果
このように構成されたガスセンサ1においては、ヒータパターン10の発熱パターン12が、積層面において検出空間230と重なる領域を避けるように形成されているため、少なくとも検出空間230に面する電極,つまりセンサセル20における一方の電極22が積層面において発熱パターン12と重ならない構造になっていることになる。
Then, by applying a constant voltage between the
3. In the
これにより、センサセル20における一方の電極22は、積層面において発熱パターン12と重なっている場合と比べて、発熱パターン12からの距離が遠くなることで絶縁抵抗が高くなるため、結果、発熱パターン12からの漏れ電流の影響を受けにくくすることができる。
As a result, the one
特に、ヒータパターン10を第2実施形態のように構成した場合には、発熱パターン12が、積層面において検出空間230およびセンサセル20と重なる領域を避けるように形成されていることから、検出空間230およびセンサセル20,つまりセンサセル20の電極両方が積層面において発熱パターン12と重ならない構造となる。そのため、センサセル20における一対の電極22,24は、その他方の電極24についても、発熱パターン12からの距離が遠くなることで絶縁抵抗が高くなり、結果、より発熱パターン12からの漏れ電流の影響を受けにくくすることができる。
In particular, when the
また、上記実施形態においては、ポンプセル40およびセンサセル20それぞれの大部分が、積層面において重ならない位置関係となるように配置されている結果、ヒータ部190の発熱領域が、導入空間210に面するポンプセル40の電極22を中心に分布する。そのため、導入空間210と検出空間230との間,つまりポンプセル40とセンサセル20との間に、ポンプセル40側の温度が高くなるような温度差をつくり出すことができる。
Moreover, in the said embodiment, as a result of arrange | positioning so that most each of the
通常、ポンプセルとセンサセルとを有するガスセンサにおいては、センサセルよりもポンプセルの方が、適切に活性状態とするために高い温度を必要とすることが一般的である。本実施形態のガスセンサにおいては、センサセル20側の温度を650℃〜770℃とした場合に、これよりもポンプセル40側の温度を80℃〜130℃程度高くする必要がある。よって、このようなことを考慮せずにヒータ部190を設けることは、各セルの活性状態と温度との関係を適切なものとすることができなくなってしまい、結果、ガスセンサとしての検出精度を低下させる要因となってしまう。
In general, in a gas sensor having a pump cell and a sensor cell, the pump cell generally requires a higher temperature in order to appropriately activate the sensor cell. In the gas sensor of the present embodiment, when the temperature on the
ところが、上述のような発熱領域の分布を実現できる本ガスセンサ1であれば、積層面におけるヒータ部190の発熱領域が導入空間210を中心に分布することで、検出空間230つまりセンサセル20側よりも、導入空間210つまりポンプセル40側の温度が高くなるような温度差をつくり出すことができるため、各セルの活性状態と温度との関係を適切なものとすることが可能となる。
However, in the case of the
1…ガスセンサ、10…ヒータパターン、12…発熱パターン、18…リードパターン、20…センサセル、22,24…電極、30…モニタセル、32,34…電極、40…ポンプセル、42,44…電極、46…保護層、110…絶縁層、120…絶縁層、130…固体電解質層、140…絶縁層、150…固体電解質層、160…絶縁層、170…固体電解質層、180…絶縁層、182…多孔質部、190…ヒータ部、210…導入空間、212〜218…拡散抵抗体、220…貫通孔、230…検出空間、240…多孔質体。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
一対の電極からなり、該電極のうち、一方の電極が外部から被検出ガスの導入される導入空間に面していると共に、この一対の電極間への通電によって、前記導入空間における被検出ガスに含まれる酸素を、該導入空間から前記第1の固体電解質部を介して他方の電極側へ排出可能なポンプセルと、
該ポンプセルを構成する前記第1の固体電解質部と同一層または該第1の固体電解質部に積層された層である第2の固体電解質部と、
一対の電極からなり、該電極のうち、一方の電極が前記導入空間につながる検出空間に面していると共に、この一対の電極間の通電状態に基づいて、前記検出空間における被検出ガスに含まれる特定成分の濃度を検出可能なセンサセルと、
前記第1の固体電解質部および前記第2の固体電解質部に積層される層状のセラミック基体に、発熱パターンとその両端に接続されてなる一対のリードパターンとで構成されたヒータパターンが埋設されてなり、前記発熱パターンが、各部の積層方向と交差する面において前記検出空間と重なる領域を避けて形成されているヒータ部と、を有している
ことを特徴とするガスセンサ。 A first solid electrolyte portion having a layer shape;
It consists of a pair of electrodes, and one of the electrodes faces the introduction space into which the gas to be detected is introduced from the outside, and the gas to be detected in the introduction space is energized between the pair of electrodes. A pump cell capable of discharging oxygen contained in the other electrode side from the introduction space through the first solid electrolyte part;
A second solid electrolyte part which is the same layer as the first solid electrolyte part constituting the pump cell or a layer laminated on the first solid electrolyte part;
It consists of a pair of electrodes, and one of the electrodes faces the detection space connected to the introduction space, and is included in the gas to be detected in the detection space based on the energization state between the pair of electrodes. A sensor cell capable of detecting the concentration of a specific component
A heater pattern composed of a heat generation pattern and a pair of lead patterns connected to both ends thereof is embedded in a layered ceramic substrate laminated on the first solid electrolyte part and the second solid electrolyte part. And the heater pattern is formed so as to avoid a region overlapping with the detection space on a surface intersecting with the stacking direction of each part.
ことを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。 2. The gas sensor according to claim 1, wherein the heater part is formed with the heat generation pattern avoiding a region overlapping with the detection space and the sensor cell on a surface intersecting a stacking direction of each part.
前記ヒータ部における前記発熱パターンは、各部の積層方向と交差する面における前記ヒータ部の発熱領域が、前記導入空間に面するポンプセルの電極を中心に分布する位置関係となるように形成されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガスセンサ。 At least a part of each of the pump cell and the sensor cell is arranged so as to be in a positional relationship that does not overlap in a plane intersecting the stacking direction of each part,
The heat generation pattern in the heater section is formed such that the heat generation area of the heater section on the surface intersecting the stacking direction of each section is in a positional relationship distributed around the electrode of the pump cell facing the introduction space. The gas sensor according to claim 1, wherein the gas sensor is provided.
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