气体传感器制造技术

本发明专利技术实现一种混合电位型气体传感器，其能够在不使构成复杂化的基础上，恰当地排除氧的影响，高精度地得到被检气体成分的浓度。在传感器元件中设置：检测单元，其通过包含检测电极和基准电极而构成；氧泵单元，其通过对内侧泵电极和外侧泵电极之间外加规定的电压而将存在于内部空腔的氧汲出，其中所述内侧泵电极面向内部空腔而形成，所述外侧泵电极形成于传感器元件外表面；以及加热器，其能够对两者进行加热，利用加热器，将检测单元加热至400℃以上600℃以下的第一加热温度，且将氧泵单元加热至580℃以上850℃以下的温度范围内的温度亦即第二加热温度，其中所述温度范围是根据气体导入部赋予给被测定气体的扩散阻力而被确定的温度范围，在上述这样的状态下，基于检测单元中产生的传感器输出和氧泵单元中的泵电流，来确定被测定气体中的测定对象气体成分的浓度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体传感器
本专利技术涉及一种气体传感器，其用于求出例如来自柴油机的废气亦即被测定气体中存在的例如烃气等规定气体成分的浓度。
技术介绍
在对被测定气体中的规定气体成分(被检气体成分)进行检测从而求出其浓度的气体传感器中存在有：各种方式的气体传感器。例如，混合电位型的气体传感器、和电流检测型(界限电流型)的气体传感器已经是公知的(例如参照专利文献1～专利文献3)。专利文献1中，作为混合电位型的气体传感器所具备的传感器元件，公开了一种传感器元件，其具有第一以及第二内部空腔和基准气体导入空间，在第二内部空腔具有检测电极，在基准气体导入空间具有基准电极，具有：与存在有被测定气体的外部空间连通、且经由规定的扩散速度控制部而与第一内部空腔连通的第一气体导入口，除此之外，还具有使外部空间和第二内部空腔之间直接连通的第二气体导入口。该传感器元件如下构成：通过使从第一气体导入口至检测电极为止的被测定气体的扩散阻力的值D1、与从第二气体导入口至检测电极为止的被测定气体的扩散阻力的值D2的比D2/D1满足规定的范围，从而关于气体向第二内部空腔的流入，与通过第二气体导入口的直接的流入相比，从第一气体导入口经由第一内部空腔的流入这一方起到主导作用。专利文献2公开了一种气体传感器，其具备能够用作NOx传感器也能够用作HC(烃)传感器的传感器元件，该气体传感器具有：第一测定气体室，其设置有与测定气体接触且在催化剂作用方面为惰性的第一内部电极和为活性的第二内部电极；第二测定气体室，其通过氧离子透过性层而与第一测定气体室分离；以及基准通路，其被导入有大气空气，并且该气体传感器在氧离子透过性层具备连接第一测定气体室和第二测定气体室的连接通路。该气体传感器用作HC传感器的情况下，作为混合电位型的气体传感器而发挥功能。专利文献3公开了一种将固体电解质层层叠而成的气体传感器(可燃物质浓度检测器)，该气体传感器具备：第一空隙部，其具有利用多孔质电极夹着由薄板状的氧离子导电体构成的固体电解质层而得到的第一氧泵送单元、和氧浓度测定单元；第二空隙部，其具有利用多孔质电极夹着由薄板状的氧离子导电体构成的固体电解质层而得到的第二氧泵送单元；第一扩散通路，其将第一空隙部连通于被测定气体侧；以及第二扩散通路，其将第一空隙部连通于第二空隙部。在如专利文献1公开的混合电位型传感器中，检测电极和基准电极之间产生的电位差(传感器输出)依赖于被测定气体中的测定对象气体成分的浓度，据此，能够求出测定对象气体成分的浓度。然而，众所周知，该电位差对被测定气体中所存在的氧的浓度的依赖性较大。因此，为了高精度地求出测定对象气体成分的浓度，需要考虑到氧浓度对于传感器输出的浓度影响。在专利文献1公开的气体传感器中，按照从第一气体导入口至检测电极为止的被测定气体的扩散阻力值D1与从第二气体导入口至检测电极为止的被测定气体的扩散阻力的值D2之比D2/D1满足规定范围的方式构成了传感器元件，在此基础上，利用氧泵单元进行第一内部空腔内的氧的汲入或汲出，从而使存在有检测电极的第二内部空腔的氧浓度保持于恒定。因此，传感器输出以不会受到氧浓度的影响的值的形式被得到。该专利文献1公开的气体传感器虽然在高精度地求出测定对象气体成分的浓度的方面没有问题，但是，需要设置第二气体导入口的工序，因此，有时从成本和生产率的观点出发是不利的。另外，扩散阻力比D2/D1这一特征有时也会成为设计上的制约。另一方面，专利文献2公开的气体传感器用作混合电位型的HC传感器的情况下，通过泵作用而提高第一测定气体室的氧浓度，在此基础上，从基准气体通路所具备的基准电极和第二内部电极之间的电位差减去相当于第一测定气体室的氧浓度的、基准电极和第一内部电极之间的电位差，从而得到相当于HC浓度的电位差(差分数值)。一般而言，在氧泵单元和混合电位型的检测电极单元中，适于驱动的单元温度是不同的。然而，在专利文献2中，对于设置于传感器元件的加热器而言，各电极的温度实质上是相同的，无需分别调整温度。在这种方案中，难以同时恰到好处地驱动各单元。另外，专利文献2公开的传感器元件本身具有在加热器上层叠各单元的纵形结构，在这种元件中难以分别适度地调整各单元的温度。在公开了电流检测型的气体传感器的专利文献3中，还公开了：基于预先使氧浓度和可燃物质浓度不同、且使用已知的标准气体测定到的数据，针对于被测定气体中的氧浓度对可燃物质浓度的检测值所产生的影响进行校正的方案，但是，在混合电位型的气体传感器中，考虑氧浓度的影响来校正传感器输出从而提高测定精度的方案到目前为止还不为所知。现有技术文献专利文献专利文献1:特开2016-50846号公报专利文献2:特表2002-540400号公报专利文献3:特开平10-19843号公报
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，实现一种混合电位型的气体传感器，即，其能够在不使构成复杂化的情况下，能够恰到好处地排除被测定气体中的氧的影响，从而高精度地求出被检气体成分的浓度。为了解决上述课题，本专利技术的第一方案中，使用包含氧离子传导性的固体电解质的传感器元件来构成混合电位型的气体传感器，该气体传感器用于对被测定气体中的规定气体成分的浓度进行测定，并且所述传感器元件具备:内部空腔，其利用一前端部侧所具备的气体导入部而与外部空间连通，从所述外部空间被导入所述被测定气体；检测电极，其设置在所述传感器元件的能够与被测定气体接触的部位；基准气体导入空间，其被导入基准气体；基准电极，其设置于所述基准气体导入空间；检测单元，其通过包含所述检测电极和所述基准电极而构成；氧泵单元，其由面向于所述内部空腔而形成的内侧泵电极、形成于所述传感器元件的外表面的外侧泵电极、和存在于所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质构成，通过对所述内侧泵电极和所述外侧泵电极之间外加规定的氧泵电压从而将存在于所述内部空腔的氧汲出；以及加热器，其至少能够对所述检测单元和所述氧泵单元进行加热；所述气体传感器进一步具备：氧泵电源，其对所述内侧泵电极和所述外侧泵电极之间外加所述规定的氧泵电压；以及浓度确定机构，其确定所述被测定气体中的所述规定气体成分的浓度；当所述被测定气体接触于所述检测电极并被导入到所述内部空腔，所述加热器将所述检测单元加热至400℃以上600℃以下的第一加热温度，并且将所述氧泵单元加热至580℃以上850℃以下的温度范围内的温度、亦即第二加热温度，且此处的温度范围是根据所述气体导入部赋予给所述被测定气体的扩散阻力而被确定的温度范围，此外，所述氧泵单元将存在于所述内部空腔的所述被测定气体中的氧汲出；在上述这样状态下，所述浓度确定机构基于下述的传感器输出的值、和根据下述的泵电流的大小而被确定的所述被测定气体中的氧的浓度，来确定所述被测定气体中的测定对象气体成分的浓度，即，所述传感器输出的值是：在所述检测电极和所述基准电极之间，根据所述被测定气体中的所述规定气体成分的浓度而产生的电位差，所述泵电流是：在利用所述氧泵单元而将存在于所述内部空腔的所述被测定气体中的氧汲出时，在所述内侧泵电极和所述外侧泵电极之间流动的电流。本专利技术的第二方案是在第一方案所涉及的气体传感器的基础上，所述氧泵单元和所述加热器在所述传感器元件的厚度方向上层叠，所述加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体传感器，其是使用包含氧离子传导性的固体电解质的传感器元件来构成的混合电位型的气体传感器，该气体传感器用于对被测定气体中的规定气体成分的浓度进行测定，所述气体传感器的特征在于，所述传感器元件具备:内部空腔，其利用一前端部侧所具备的气体导入部而与外部空间连通，从所述外部空间被导入所述被测定气体；检测电极，其设置在所述传感器元件的能够与被测定气体接触的部位；基准气体导入空间，其被导入基准气体；基准电极，其设置于所述基准气体导入空间；检测单元，其通过包含所述检测电极和所述基准电极而构成；氧泵单元，其由面向于所述内部空腔而形成的内侧泵电极、形成于所述传感器元件的外表面的外侧泵电极、和存在于所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质构成，通过对所述内侧泵电极和所述外侧泵电极之间外加规定的氧泵电压，来将存在于所述内部空腔的氧汲出；以及加热器，其至少能够对所述检测单元和所述氧泵单元进行加热，所述气体传感器还具备：氧泵电源，其对所述内侧泵电极和所述外侧泵电极之间外加所述规定的氧泵电压；以及浓度确定机构，其确定所述被测定气体中的所述规定气体成分的浓度，当所述被测定气体接触于所述检测电极并被导入到所述内部空腔，所述加热器将所述检测单元加热至400℃以上600℃以下的第一加热温度，并且将所述氧泵单元加热至580℃以上850℃以下的温度范围内的温度、亦即第二加热温度，且此处的温度范围是根据所述气体导入部赋予给所述被测定气体的扩散阻力而被确定的温度范围，此外，所述氧泵单元将存在于所述内部空腔的所述被测定气体中的氧汲出，在上述这样状态下，所述浓度确定机构基于下述的传感器输出的值、和根据下述的泵电流的大小而被确定的所述被测定气体中的氧的浓度，来确定所述被测定气体中的测定对象气体成分的浓度，即，所述传感器输出的值是：在所述检测电极和所述基准电极之间，根据所述被测定气体中的所述规定气体成分的浓度而产生的电位差，所述泵电流是：在利用所述氧泵单元而将存在于所述内部空腔的所述被测定气体中的氧汲出时，在所述内侧泵电极和所述外侧泵电极之间流动的电流。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.09 JP 2016-1562981.一种气体传感器，其是使用包含氧离子传导性的固体电解质的传感器元件来构成的混合电位型的气体传感器，该气体传感器用于对被测定气体中的规定气体成分的浓度进行测定，所述气体传感器的特征在于，所述传感器元件具备:内部空腔，其利用一前端部侧所具备的气体导入部而与外部空间连通，从所述外部空间被导入所述被测定气体；检测电极，其设置在所述传感器元件的能够与被测定气体接触的部位；基准气体导入空间，其被导入基准气体；基准电极，其设置于所述基准气体导入空间；检测单元，其通过包含所述检测电极和所述基准电极而构成；氧泵单元，其由面向于所述内部空腔而形成的内侧泵电极、形成于所述传感器元件的外表面的外侧泵电极、和存在于所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质构成，通过对所述内侧泵电极和所述外侧泵电极之间外加规定的氧泵电压，来将存在于所述内部空腔的氧汲出；以及加热器，其至少能够对所述检测单元和所述氧泵单元进行加热，所述气体传感器还具备：氧泵电源，其对所述内侧泵电极和所述外侧泵电极之间外加所述规定的氧泵电压；以及浓度确定机构，其确定所述被测定气体中的所述规定气体成分的浓度，当所述被测定气体接触于所述检测电极并被导入到所述内部空腔，所述加热器将所述检测单元加热至400℃以上600℃以下的第一加热温度，并且将所述氧泵单元加热至580℃以上850℃以下的温度范围内的温度、亦即第二加热温度，且此处的温度范围是根据所述气体导入部赋予给所述被测定气体的扩散阻力而被确定的温度范围，此外，所述氧泵单元将存在于所述内部空腔的所述被测定气体中的氧汲出，在上述这样状态下，所述浓度确定机构基于下述的传感器输出的值、和根据下述的泵电流的大小而被确定的...

【专利技术属性】
技术研发人员：中山裕葵，平田纪子，冈本拓，门奈广祐，
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