气体传感器制造技术

在被测定气体的氧浓度较高时也能高精度地测定NOx的气体传感器。传感器元件具有：构成为包括面对供被测定气体导入的第一内部空腔的内侧泵电极、设于元件表面的外侧泵电极和处于两个电极之间的固体电解质的主泵单元；面对与第一内部空腔连通的第二内部空腔的测定电极，作为NOx的还原催化剂而起作用；被从外部导入有大气的大气导入层覆盖的基准电极；和构成为包括测定电极、外侧泵电极和处于两个电极之间的固体电解质的测定泵单元，从气体导入口至内侧泵电极的扩散阻力为200～1000cm

Gas Sensor

【技术实现步骤摘要】
气体传感器
本专利技术涉及对氮氧化物(NOx)浓度进行求解的气体传感器，特别是涉及确保高NOx浓度范围的精度。
技术介绍
已经公知如下极限电流型的气体传感器(NOx传感器)，其使用了将氧离子传导性的固体电解质作为主要构成成分的传感器元件(例如，参见专利文献1)。这种气体传感器中，在求解NOx浓度时，首先，将被测定气体在规定的扩散阻力下导入到在传感器元件的内部设置的空腔(内部空腔)，利用例如被称为主泵单元以及辅助泵单元等(专利文献1中为第一电化学泵单元以及第二电化学泵单元)的设置为两级的电化学泵单元将这样的被测定气体中的氧吸出，从而预先使得被测定气体中的氧浓度充分降低。然后，在作为还原催化剂而发挥作用的测定电极(专利文献1中为第三内侧泵电极)处将被测定气体中的NOx还原或分解，利用包括测定电极在内的、例如被称为测定泵单元等(专利文献1中为第三电化学泵单元)的有别于上述电化学泵单元的电化学泵单元将由此生成的氧吸出。并且，利用在这样的测定泵单元流通的电流(NOx电流)与NOx的浓度之间具有恒定的函数关系这一点来求解NOx的浓度。对于这样的气体传感器(NOx传感器)，还已经公知如下方案：以抑制NOx在主泵单元将氧从内部空腔吸出时被分解而提高NOx的检测精度为目的，使用添加有Au的Pt(Au-Pt合金)作为设置于内部空腔而构成主泵单元的内侧泵电极的金属成分(例如，参见专利文献2以及专利文献3)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特许第3050781号公报专利文献2：日本特开2014-190940号公报专利文献3：日本特开2014-209128号公报
技术实现思路
在如上所述的气体传感器中，基于到达测定电极的被测定气体中的NOx因测定电极的催化作用被还原而产生的氧的量，对NOx的浓度进行求解。此时，被测定气体中的氧在被测定气体到达测定电极之前由电化学泵单元吸出，以在NOx未发生分解的范围内充分降低被测定气体的氧分压(氧浓度)的方式进行该氧的吸出。其理由在于，如果NOx在到达测定电极之前发生了分解，则到达测定电极的NOx的量减少，从而无法以良好的精度求出浓度。然而，在向内部空腔导入的被测定气体的氧浓度较高的情况下，有时在氧的吸出时会发生NOx的分解。针对这一点，本专利技术的专利技术人进行了潜心研究，结果获得了如下见解：由于呈现出在内部空腔中越靠近上游侧(靠近传感器元件的气体导入口的那侧)则被测定气体中的氧浓度越高的趋势，所以产生如下趋势，即，越是靠近内侧泵电极的上游侧的部分，为了将氧从氧浓度较高的被测定气体中吸出而在局部施加越高的泵电压，从而在该部分发生NOx的分解。本专利技术是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供一种即便在被测定气体中的氧浓度较高的情况下也能够以良好的精度进行NOx的测定的气体传感器。为了解决上述课题，本专利技术的第一方案是具备由氧离子传导性的固体电解质构成的传感器元件的、能够确定被测定气体中的NOx浓度的极限电流型的气体传感器，其特征在于，所述传感器元件具有：气体导入口，被测定气体从外部空间导入至该气体导入口；第一内部空腔，该第一内部空腔在规定的扩散阻力下与所述气体导入口连通；第二内部空腔，该第二内部空腔在规定的扩散阻力下与所述第一内部空腔连通；主泵单元，该主泵单元是构成为包括内侧泵电极、外侧泵电极、以及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的电化学泵单元，所述内侧泵电极设置为面对所述第一内部空腔，所述外侧泵电极设置于所述传感器元件的表面；测定电极，该测定电极设置为面对所述第二内部空腔，并且，由施加有规定的扩散阻力的多孔质保护膜覆盖，作为针对NOx的还原催化剂而发挥作用；大气导入层，大气作为基准气体而从所述传感器元件的外部导入至该大气导入层；基准电极，该基准电极被所述大气导入层覆盖；以及测定泵单元，该测定泵单元是构成为包括所述测定电极、所述外侧泵电极、以及存在于所述测定电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质的电化学泵单元，所述气体传感器还具备浓度确定机构，该浓度确定机构基于所述测定泵单元中在所述测定电极与所述外侧泵电极之间流通的NOx电流的大小而确定所述NOx浓度，所述主泵单元配置构成为：当向所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间施加有规定的主泵电压时，将所述第一内部空腔内的氧吸出，将导入至所述第一内部空腔的所述被测定气体中的氧吸出而使得所述第一内部空腔的所述被测定气体的氧分压降低，所述测定泵单元配置构成为：当向所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间施加有规定的泵电压时，将所述测定电极附近的氧吸出，将到达所述测定电极附近的所述被测定气体中的NOx在所述测定电极处被还原而生成的氧吸出，从所述气体导入口至所述内侧泵电极的扩散阻力为200cm-1以上1000cm-1以下，所述主泵单元的电阻为150Ω以下，电极间的最短距离为0.1mm以上0.6mm以下，所述内侧泵电极是设置为5mm2以上20mm2以下的面积的、Au-Pt合金与ZrO2的金属陶瓷电极。本专利技术的第二方案在第一方案所涉及的气体传感器的基础上，其特征在于，所述传感器元件还具有：主泵控制用传感器单元，该主泵控制用传感器单元是构成为包括所述内侧泵电极、所述基准电极、以及存在于所述内侧泵电极与所述基准电极之间的所述固体电解质的电化学传感器单元；辅助泵单元，该辅助泵单元是构成为包括辅助泵电极、所述外侧泵电极、以及存在于所述辅助泵电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质的电化学泵单元，所述辅助泵电极设置为面对所述第二内部空腔；辅助泵控制用传感器单元，该辅助泵控制用传感器单元是构成为包括所述辅助泵电极、所述基准电极、以及存在于所述辅助泵电极与所述基准电极之间的所述固体电解质的电化学传感器单元；以及测定泵控制用传感器单元，该测定泵控制用传感器单元是构成为包括所述测定电极、所述基准电极、以及存在于所述测定电极与所述基准电极之间的所述固体电解质的电化学传感器单元，在所述主泵单元将存在于所述第一内部空腔的所述被测定气体中的氧吸出时，与所述主泵控制用传感器单元中在所述内侧泵电极与所述基准电极之间产生的电动势相应的所述主泵电压被施加于所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间，所述辅助泵单元配置构成为：当与所述辅助泵控制用传感器单元中在所述辅助泵电极与所述基准电极之间产生的电动势相应的泵电压施加于所述辅助泵电极与所述外侧泵电极之间时，将导入至所述第二内部空腔的所述被测定气体中的氧吸出，利用所述辅助泵单元将氧吸出而使得氧分压进一步低于所述第一内部空腔的氧分压的所述被测定气体到达所述测定电极，在所述测定泵单元将所述测定电极处产生的氧吸出时，与所述测定泵控制用传感器单元中在所述测定电极与所述基准电极之间产生的电动势相应的泵电压被施加于所述测定电极与所述外侧泵电极之间。根据本专利技术的第一方案以及第二方案，即便在被测定气体的氧浓度较高的情况下，也能够适当地抑制第一内部空腔的NOx的分解，因此，能够以良好的精度而求出被测定气体中的NOx浓度。附图说明图1是概要地示出气体传感器100的结构的一个例子的图。图2是示出主泵电压Vp0的大小对被测定气体的氧浓度与NOx电流Ip2之间的关系所造成的影响的图。图3是示出制作传感器元件101时的处理流程的图。附图标记说明1～3…第一基板层～第三基板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体传感器，其是具备由氧离子传导性的固体电解质构成的传感器元件的、能够确定被测定气体中的NOx浓度的极限电流型的气体传感器，其特征在于，所述传感器元件具有：气体导入口，被测定气体从外部空间导入至该气体导入口；第一内部空腔，该第一内部空腔在规定的扩散阻力下与所述气体导入口连通；第二内部空腔，该第二内部空腔在规定的扩散阻力下与所述第一内部空腔连通；主泵单元，该主泵单元是构成为包括内侧泵电极、外侧泵电极、以及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的电化学泵单元，所述内侧泵电极设置为面对所述第一内部空腔，所述外侧泵电极设置于所述传感器元件的表面；测定电极，该测定电极设置为面对所述第二内部空腔，并且，由施加有规定的扩散阻力的多孔质保护膜覆盖，作为针对NOx的还原催化剂而发挥作用；大气导入层，大气作为基准气体而从所述传感器元件的外部导入至该大气导入层；基准电极，该基准电极被所述大气导入层覆盖；以及测定泵单元，该测定泵单元是构成为包括所述测定电极、所述外侧泵电极、以及存在于所述测定电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质的电化学泵单元，所述气体传感器还具备浓度确定机构，该浓度确定机构基于所述测定泵单元中在所述测定电极与所述外侧泵电极之间流通的NOx电流的大小而确定所述NOx浓度，所述主泵单元配置构成为：当向所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间施加有规定的主泵电压时，将所述第一内部空腔内的氧吸出，将导入至所述第一内部空腔的所述被测定气体中的氧吸出而使得所述第一内部空腔的所述被测定气体的氧分压降低，所述测定泵单元配置构成为：当向所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间施加有规定的泵电压时，将所述测定电极附近的氧吸出，将到达所述测定电极附近的所述被测定气体中的NOx在所述测定电极处被还原而生成的氧吸出，从所述气体导入口至所述内侧泵电极的扩散阻力为200cm...

【技术特征摘要】
2018.03.16 JP 2018-0493721.一种气体传感器，其是具备由氧离子传导性的固体电解质构成的传感器元件的、能够确定被测定气体中的NOx浓度的极限电流型的气体传感器，其特征在于，所述传感器元件具有：气体导入口，被测定气体从外部空间导入至该气体导入口；第一内部空腔，该第一内部空腔在规定的扩散阻力下与所述气体导入口连通；第二内部空腔，该第二内部空腔在规定的扩散阻力下与所述第一内部空腔连通；主泵单元，该主泵单元是构成为包括内侧泵电极、外侧泵电极、以及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的电化学泵单元，所述内侧泵电极设置为面对所述第一内部空腔，所述外侧泵电极设置于所述传感器元件的表面；测定电极，该测定电极设置为面对所述第二内部空腔，并且，由施加有规定的扩散阻力的多孔质保护膜覆盖，作为针对NOx的还原催化剂而发挥作用；大气导入层，大气作为基准气体而从所述传感器元件的外部导入至该大气导入层；基准电极，该基准电极被所述大气导入层覆盖；以及测定泵单元，该测定泵单元是构成为包括所述测定电极、所述外侧泵电极、以及存在于所述测定电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质的电化学泵单元，所述气体传感器还具备浓度确定机构，该浓度确定机构基于所述测定泵单元中在所述测定电极与所述外侧泵电极之间流通的NOx电流的大小而确定所述NOx浓度，所述主泵单元配置构成为：当向所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间施加有规定的主泵电压时，将所述第一内部空腔内的氧吸出，将导入至所述第一内部空腔的所述被测定气体中的氧吸出而使得所述第一内部空腔的所述被测定气体的氧分压降低，所述测定泵单元配置构成为：当向所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间施加有规定的泵电压时，将所述测定电极附近的氧吸出，将到达所述测定电极附近的所述被测定气体中的NOx在所述测定电极处被还原而生成的氧吸出，从所述气体导入口至所述内侧泵电极的扩散阻力为...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡边悠介，关谷高幸，中山裕葵，荫山翔太，
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