气体传感器以及被测定气体中的多个目标成分的浓度测定方法技术

本发明专利技术涉及气体传感器以及被测定气体中的多个目标成分的浓度测定方法。气体传感器具有：氧浓度控制机构(100)，其对氧浓度调节室(18)内的氧浓度进行控制；温度控制机构(102)，其对传感器元件(12)的温度进行控制；条件设定机构(104)，其将氧浓度调节室(18)的氧浓度以及传感器元件(12)的温度中的至少一方设定为与被导入的被测定气体的目标成分的种类相对应的条件；以及浓度计算机构(106)，其基于在与目标成分的种类相对应的多个条件下得到的各传感器输出，计算出多个分别不同的目标成分的浓度。

Gas Sensor and Method for Determining the Concentration of Multiple Target Components in the Measured Gas

The invention relates to a gas sensor and a method for determining the concentration of a plurality of target components in the measured gas. The gas sensor has: an oxygen concentration control mechanism (100), which controls the oxygen concentration in the oxygen concentration regulating chamber (18); a temperature control mechanism (102), which controls the temperature of the sensor element (12); and a condition setting mechanism (104), which sets the oxygen concentration in the oxygen concentration regulating chamber (18) and at least one of the temperature of the sensor element (12) as the target of the gas to be imported. The conditions corresponding to the type of the standard component and the concentration computer mechanism (106) calculate the concentration of several different target components based on the output of each sensor under a number of conditions corresponding to the type of the target component.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体传感器以及被测定气体中的多个目标成分的浓度测定方法
本专利技术涉及能够对被测定气体中的多个目标成分的各浓度进行测定的气体传感器、以及被测定气体中的多个目标成分的浓度测定方法。
技术介绍
以往，已知：具有串联二室结构的NOx传感器(串联二室型NOx传感器)以及使用了该NOx传感器的NOx测定方法(例如，参照日本特开2015-200643号公报)、使用了氧化物半导体电极的混合电位型或者电阻变化型的NO2传感器、或者NH3传感器(例如，参照日本特开2013-068632号公报以及日本特开2009-243942号公报)。另外，已知：使用氧化物半导体电极的混合电位来测定NH3浓度的方法。该方法如下：用另一个传感器来测定NOx浓度，在不存在NO、NO2的情况下，直接使用氧化物半导体电极的混合电位，在存在NO、NO2的情况下，对氧化物半导体电极的混合电位加以补正(例如，参照日本特表2009-511859号公报)。
技术实现思路
近年来，存在着各国加大力度强化对CO2排出量进行限制的趋势，柴油车的普及率正在增加。使用稀薄燃烧的柴油发动机具有如下缺点：虽说CO2排出量比较少，但包含有过量氧的尾气中的NOx净化变得困难。因此，与CO2排出量限制的强化同样地，NOx排出量的限制也正在强化。目前，能够不有损于CO2排出量亦即燃料消耗量地进行NOx净化的选择性还原型催化系统(以下、称为SCR系统)占据了NOx净化的主流。SCR系统使所注入的尿素与尾气发生反应而生成氨，使氨与NOx发生反应而分解为N2和O2。在该SCR系统中，为了使NOx净化效率接近于100％，需要增加尿素的注入量，不过，如果增加尿素注入量，则有可能未反应的氨向大气中排出。因此，要求有一种传感器能够将NOx和氨区别开。此外，在美国，正在准备规定：有义务对氧化催化器(以下、称为DOC催化器)、柴油颗粒过滤器(以下、称为DPF)、选择性还原型催化器(以下、称为SCR催化器)分别进行故障诊断。DPF、SCR催化器的故障诊断可以利用已有的PM传感器、NOx传感器来进行，但是，对于DOC催化器就没有找到有效的故障诊断装置。目前，推荐使用：对200℃以下的低温时在DOC催化器下游漏出的烃(以下、称为HC)量进行测定的方法、以及由向DOC催化器下游排出的NO与NO2的比率判断故障的方法等。特别是，与HC流出量的增大相比，先发生NO与NO2的比率中的NO2的减少，因此，作为更安全的故障诊断方法，备受期待。因此，要求有一种传感器能够将NO和NO2区别开。关于上述的日本特开2015-200643号公报中记载的NOx传感器以及NOx测定方法，它是将NO、NO2、NH3转化为NO，并使转化后的NO分解而生成O2，再对该O2的量、或者浓度进行测定。因此，即便能够测定NO、NO2、NH3的总量，也无法将它们区别开。关于日本特开2013-068632号公报以及日本特开2009-243942号公报中记载的氧化物半导体电极，NO、NO2的选择性优异的另一面，针对NO和NO2的灵敏度的输出特性却相反，因此，在NO和NO2共存的气氛下，无法准确地测定NO、或者NO2浓度。关于日本特表2009-511859号公报中记载的传感器，从氧化物半导体电极在尾气中的不稳定性、以及与基板之间的紧密接触强度的偏弱程度考虑，很难长期精度良好地测定NH3浓度。本专利技术是考虑像这样的问题而完成的，其目的在于，提供一种能够长期精度良好地测定在像尾气那样的未燃成分、氧的存在下所共存的多个成分(例如NO、NO2、NH3)的浓度的气体传感器以及被测定气体中的多个目标成分的浓度测定方法。[1]第一专利技术所涉及的气体传感器的特征在于，该气体传感器具有传感器元件，该传感器元件具有：至少由氧离子传导性的固体电解质构成的结构体、形成于该结构体且用于供被测定气体导入的气体导入口、形成在所述结构体内且与所述气体导入口相连通的氧浓度调节室、以及形成在所述结构体内且与所述氧浓度调节室相连通的测定室；所述气体传感器还具有：氧浓度控制机构，该氧浓度控制机构对所述氧浓度调节室内的氧浓度进行控制；温度控制机构，该温度控制机构对所述传感器元件的温度进行控制；条件设定机构，该条件设定机构将所述氧浓度调节室的氧浓度以及所述传感器元件的温度中的至少一方设定为与被导入的所述被测定气体的目标成分的种类相对应的条件；以及浓度计算机构，该浓度计算机构基于在与所述目标成分的种类相对应的多个条件下得到的各传感器输出，来计算出多个分别不同的所述目标成分的浓度。[2]在第一专利技术中，所述氧浓度调节室也可以具有：与所述气体导入口相连通的主调节室；以及与所述主调节室相连通的副调节室，所述测定室与所述副调节室相连通。[3]在第一专利技术中，优选为，在所述氧浓度调节室内具有泵电极，在所述测定室内具有测定电极，所述泵电极由催化活性比所述测定电极还低的材料构成。[4]在第一专利技术中，多个目标成分也可以为NO以及NO2。[5]这种情况下，也可以如下计算出NO以及NO2的各浓度。即，所述条件设定机构把将NO2全部转化为NO但不会使NO分解的条件设定为第一条件。所述条件设定机构把将NO2的一部分转化为NO但不会使NO分解的条件设定为第二条件。所述浓度计算机构基于第一关系式和第二关系式，计算出NO以及NO2的各浓度。此处，所述第一关系式表示构成所述第一条件下的传感器输出的NO、NO2与偏移电流的关系。所述第二关系式表示构成所述第二条件下的传感器输出的NO、NO2与偏移电流的关系。[6]或者，也可以如下计算出NO以及NO2的各浓度。即，所述条件设定机构把将NO2全部转化为NO但不会使NO分解的条件设定为第一条件。所述条件设定机构把将NO2的一部分转化为NO但不会使NO分解的条件设定为第二条件。所述浓度计算机构使用第一映像。第一映像是按如下所述而得到的，即：根据预先实验求出的所述第一条件下的传感器输出和所述第二条件下的传感器输出减去所述第一条件下的传感器输出之后而得到的输出差值，并针对利用所述第一条件下的传感器输出和所述输出差值而被特定的显示点的每一个，来分别登记NO浓度以及NO2浓度的关系。然后，所述浓度计算机构将实际使用中的所述第一条件下的传感器输出以及所述第二条件下的传感器输出减去所述第一条件下的传感器输出之后而得到的所述输出差值、与所述第一映像进行比较，来求出NO以及NO2的各浓度。[7][5]或[6]中，优选为，所述条件设定机构在设定为所述第一条件之后，又设定为所述第二条件。[8]在第一专利技术中，多个目标成分也可以为NO、NO2以及NH3。[9]这种情况下，可以如下计算出NO、NO2以及NH3的各浓度。即，所述条件设定机构把将NO2全部转化为NO且也将NH3全部转化为NO但不会使NO分解的条件设定为第一条件。所述条件设定机构把将NO2的一部分转化为NO且将NH3全部转化为NO但不会使NO分解的条件设定为第二条件。所述条件设定机构把将NO2转化为NO且将NH3的一部分转化为NO并也使NO一部分分解的条件设定为第三条件。所述浓度计算机构基于第三关系式、第四关系式、以及第五关系式，来计算出NO、NO2以及NH3的各浓度。此处，所述第三关系式表示构成所述第一条件下的传感器输出的NO、NO2、NH3与偏移本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体传感器，其特征在于，具有：传感器元件(12)，该传感器元件(12)具有：至少由氧离子传导性的固体电解质构成的结构体(14)、形成于该结构体(14)且用于供被测定气体导入的气体导入口(16)、形成在所述结构体(14)内且与所述气体导入口(16)相连通的氧浓度调节室(18)、以及形成在所述结构体(14)内且与所述氧浓度调节室(18)相连通的测定室(20)；氧浓度控制机构(100)，该氧浓度控制机构(100)对所述氧浓度调节室(18)内的氧浓度进行控制；温度控制机构(102)，该温度控制机构(102)对所述传感器元件(12)的温度进行控制；条件设定机构(104)，该条件设定机构(104)将所述氧浓度调节室(18)的氧浓度以及所述传感器元件(12)的温度中的至少一方设定为与被导入的所述被测定气体的目标成分的种类相对应的条件；以及浓度计算机构(106)，该浓度计算机构(106)基于在与所述目标成分的种类相对应的多个条件下得到的各传感器输出，计算出多个分别不同的所述目标成分的浓度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.23 JP 2016-1244201.一种气体传感器，其特征在于，具有：传感器元件(12)，该传感器元件(12)具有：至少由氧离子传导性的固体电解质构成的结构体(14)、形成于该结构体(14)且用于供被测定气体导入的气体导入口(16)、形成在所述结构体(14)内且与所述气体导入口(16)相连通的氧浓度调节室(18)、以及形成在所述结构体(14)内且与所述氧浓度调节室(18)相连通的测定室(20)；氧浓度控制机构(100)，该氧浓度控制机构(100)对所述氧浓度调节室(18)内的氧浓度进行控制；温度控制机构(102)，该温度控制机构(102)对所述传感器元件(12)的温度进行控制；条件设定机构(104)，该条件设定机构(104)将所述氧浓度调节室(18)的氧浓度以及所述传感器元件(12)的温度中的至少一方设定为与被导入的所述被测定气体的目标成分的种类相对应的条件；以及浓度计算机构(106)，该浓度计算机构(106)基于在与所述目标成分的种类相对应的多个条件下得到的各传感器输出，计算出多个分别不同的所述目标成分的浓度。2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述氧浓度调节室(18)具有：与所述气体导入口(16)相连通的主调节室(18a)、以及与所述主调节室(18a)相连通的副调节室(18b)，所述测定室(20)与所述副调节室(18b)相连通。3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，在所述氧浓度调节室(18)内具有泵电极(42)，在所述测定室(20)内具有测定电极(62)，所述泵电极(42)由催化活性比所述测定电极(62)还低的材料构成。4.根据权利要求1～3中的任一项所述的气体传感器，其特征在于，多个目标成分为NO以及NO2。5.根据权利要求4所述的气体传感器，其特征在于，所述条件设定机构(104)把将NO2全部转化为NO但不会使NO分解的条件设定为第一条件，并把将NO2的一部分转化为NO但不会使NO分解的条件设定为第二条件，所述浓度计算机构(106)基于下述的第一关系式和第二关系式，来计算出NO以及NO2的各浓度，即，所述第一关系式表示构成所述第一条件下的传感器输出的NO、NO2与偏移电流的关系，所述第二关系式表示构成所述第二条件下的传感器输出的NO、NO2与偏移电流的关系。6.根据权利要求4所述的气体传感器，其特征在于，所述条件设定机构(104)把将NO2全部转化为NO但不会使NO分解的条件设定为第一条件，并把将NO2的一部分转化为NO但不会使NO分解的条件设定为第二条件，所述浓度计算机构(106)使用下述的第一映像(110)，该第一映像(110)是按如下所述而得到的，即：根据预先实验而求出的所述第一条件下的传感器输出、和所述第二条件下的传感器输出减去所述第一条件下的传感器输出之后而得到的输出差值，并针对利用所述第一条件下的传感器输出和所述输出差值而被特定的显示点的每一个，来分别登记NO浓度以及NO2浓度的关系，所述浓度计算机构(106)将实际使用中的所述第一条件下的传感器输出以及所述第二条件下的传感器输出减去所述第一条件下的传感器输出之后而得到的所述输出差值、与所述第一映像(110)进行比较，来求出NO以及NO2的各浓度。7.根据权利要求5或6所述的气体传感器，其特征在于，所述条件设定机构(104)在设定为所述第一条件之后，又设定为所述第二条件。8.根据权利要求1～3中的任一项所述的气体传感器，其特征在于，多个目标成分为NO、NO2以及NH3。9.根据权利要求8所述的气体传感器，其特征在于，所述条件设定机构(104)把将NO2全部转化为NO且也将NH3全部转化为NO但不会使NO分解的条件设定为第一条件，把将NO2的一部分转化为NO且将NH3全部转化为NO但不会使NO分解的条件设定为第二条件，把将NO2转化为NO且将NH3的一部分转化为NO并也使NO一部分分解的条件设定为第三条件，所述浓度计算机构(106)基于下述的第三关系式、第四关系式、以及第五关系式，来计算出NO、NO2以及NH3的各浓度，即，所述第三关系式表示构成所述第一条件下的传感器输出的NO、NO2、NH3与偏移电流的关系，所述第四关系式表示构成所述第二条件下的传感器输出的NO、NO2、NH3与偏移电流的关系，所述第五关系式表示构成所述第三条件下的传感器输出的NO、NO2、NH3与偏移电流的关系。10.根据权利要求8所述的气体传感器，其特征在于，所述条件设定机构(104)把将NO2全部转化为NO且也将NH3全部转化为NO但不会使NO分解的条件设定为第一条件，把将NO2的一部分转化为NO且将NH3全部转化为NO但不会使NO分解的条件设定为第二条件，把将NO2转化为NO且将NH3的一部分转化为NO并也使NO一部分分解的条件设定为第三条件，所述浓度计算机构(106)使用第二映像(112)，该第二映像(112)是按如下所述而得到的，即：根据预先实验而求出的所述第一条件下的传感器输出、所述第二条件下的传感器输出减去所述第一条件下的传感器输出之后而得到的第一输出差值、以及所述第三条件下的传感器输出减去所述第二条件下的传感器输出之后而得到的第二输出差值，并针对利用所述第一条件下的传感器输出、所述第一输出差值、以及所述第二输出差值而被特定的显示点的每一个，来分别登记NO浓度、NO2浓度以及NH3浓度的关系，所述浓度计算机构(106)将实际使用中的所述第一条件下的传感器输出、实际使用中的所述第二条件下的传感器输出减去实际使用中的所述第一条件下的传感器输出之后而得到的实际使用中的第一输出差值、以及实际使用中的所述第三条件下的传感器输出减去实际使用中的所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：中垣邦彦，施密特·迪特玛，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP