JP2008309640A - Gas concentration detector - Google Patents
Gas concentration detector Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008309640A JP2008309640A JP2007157832A JP2007157832A JP2008309640A JP 2008309640 A JP2008309640 A JP 2008309640A JP 2007157832 A JP2007157832 A JP 2007157832A JP 2007157832 A JP2007157832 A JP 2007157832A JP 2008309640 A JP2008309640 A JP 2008309640A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- current detection
- resistor
- sensor
- sensor current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
本発明は、NOx濃度の検出を行うガス濃度検出装置に関し、特に、モニタセルに、素子アドミタンス(又は素子インピーダンス)の測定を兼用させたガス濃度検出装置に関する。 The present invention relates to a gas concentration detection device that detects NOx concentration, and more particularly, to a gas concentration detection device in which a monitor cell is also used to measure element admittance (or element impedance).
例えば、車両の排ガス等の被測定ガス中に含まれるNOx(窒素酸化物)濃度を検出する際には、固体電解質体の両表面にそれぞれ電極を設けてなるガスセンサ素子によって、被測定ガス中の酸素濃度を調整するためのポンプセルと、ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中のNOx濃度を測定するためのセンサセルと、ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセンサセルとを構成したガス濃度検出装置を用いる。そして、ガス濃度検出装置においては、ポンプセルによって、被測定ガス中の残存酸素濃度を極力少なくし、この酸素濃度調整後の被測定ガスがセンサセル及びモニタセルに供給されたとき、センサセルに流れるセンサ電流とモニタセルに流れるセンサ電流との差分を検出することによって、NOx濃度を求めている。 For example, when detecting the concentration of NOx (nitrogen oxide) contained in a gas to be measured such as exhaust gas from a vehicle, the gas sensor element in which electrodes are provided on both surfaces of the solid electrolyte body respectively, A pump cell for adjusting the oxygen concentration, a sensor cell for measuring the NOx concentration in the measured gas after the oxygen concentration is adjusted by the pump cell, and a measured gas after the oxygen concentration is adjusted by the pump cell A gas concentration detection device comprising a monitor sensor cell for monitoring the oxygen concentration therein is used. In the gas concentration detection device, the pump cell reduces the residual oxygen concentration in the gas to be measured as much as possible. When the gas to be measured after the oxygen concentration adjustment is supplied to the sensor cell and the monitor cell, the sensor current flowing in the sensor cell The NOx concentration is obtained by detecting the difference from the sensor current flowing through the monitor cell.
また、ガス濃度検出装置においては、ポンプセル、センサセル及びモニタセルのガスセンサ素子によるセンサ出力を安定させるために、ヒータ素子に通電を行って、当該ガスセンサ素子の温度を所定の温度に保つようにしている。
例えば、特許文献1のガス濃度検出装置においては、被検出ガス中の余剰酸素を排出するポンプセル(第1セル)と、余剰酸素排出後のガス成分から特定成分の濃度に応じた電流を流すセンサセル(第2セル)と、ポンプセル及びセンサセルを加熱するヒータとを備えるガス濃度センサを用い、制御回路によって、センサセルの内部抵抗(素子インピーダンス)を検出し、この検出した内部抵抗に基づいてヒータの通電を制御することが開示されている。また、制御回路は、センサセルの印加電圧を交流的に変化させて、センサセルの素子インピーダンスを検出し、この検出した素子インピーダンスに基づいてヒータの通電を制御している。これによれば、被検出ガスの温度変動や流速の変化があっても、常に所定のガス濃度検出精度を確保することができる。
Further, in the gas concentration detection device, in order to stabilize the sensor output by the gas sensor elements of the pump cell, sensor cell, and monitor cell, the heater element is energized to keep the temperature of the gas sensor element at a predetermined temperature.
For example, in the gas concentration detection device of
また、特許文献2のガス濃度検出装置においては、モニタセルに流れる電流を検出していないタイミングを利用して、素子抵抗検出手段によってセンサ電流の検出から素子抵抗(素子インピーダンス)の検出に切り替え、モニタセルに対して所定の交流電圧を掃引して、モニタセルの素子抵抗を検出することが開示されている。また、モニタセルには、大小2種類の抵抗を並列接続してなる電流検出抵抗を接続し、センサ電流を検出する際の抵抗値と、素子抵抗を検出する際の抵抗値とを切り替えることが開示されている。
Further, in the gas concentration detection device of
ところで、引用文献2と同様に、モニタセルに流れるセンサ電流を検出する回路において、センサ電流の検出を行うための抵抗と、素子インピーダンスの測定を行うための抵抗とを設け、センサ電流の検出と素子インピーダンスの測定とにおいて、スイッチング素子を用いて上記各抵抗を切り替える際には、以下の問題が生ずるおそれがある。
具体的には、スイッチング素子に、MOS型FETを用いる場合において、このMOS型FETのゲート端子とソース端子との間には、静電気等による過電圧から当該MOS型FETを保護するためのツェナダイオードが両バイアス方向に設けてあることが多い。そのため、MOS型FETは、絶縁ゲートタイプの電界効果トランジスタであり、ゲート−ソース間にはほとんどリーク電流(漏れ電流)が生じないと考えられる一方、モニタセルにおいてセンサ電流の検出を行う際に、スイッチング素子(MOS型FET)が非導通状態にあるにも拘らず、ツェナダイオードを介してソース端子からゲート端子へリーク電流が生じてしまうおそれがある。
By the way, in the circuit for detecting the sensor current flowing in the monitor cell as in the cited
Specifically, when a MOS FET is used as the switching element, a Zener diode for protecting the MOS FET from an overvoltage due to static electricity or the like is provided between the gate terminal and the source terminal of the MOS FET. It is often provided in both bias directions. Therefore, a MOS FET is an insulated gate type field effect transistor, and it is considered that almost no leakage current (leakage current) is generated between the gate and the source. On the other hand, when the sensor current is detected in the monitor cell, switching is performed. In spite of the non-conducting state of the element (MOS type FET), a leak current may be generated from the source terminal to the gate terminal via the Zener diode.
この場合には、モニタセルにおけるセンサ電流の検出精度が悪化してしまうおそれがある。特に、NOx濃度を検出するガス濃度検出装置においては、センサ電流は、ppmオーダーのNOx濃度を検出するために、数nA〜数百nAの微小電流を検出する必要があり、センサ電流の検出精度の悪化は深刻な問題となる。 In this case, the detection accuracy of the sensor current in the monitor cell may be deteriorated. In particular, in a gas concentration detection device that detects NOx concentration, the sensor current needs to detect a minute current of several nA to several hundreds nA in order to detect the NOx concentration on the order of ppm, and the detection accuracy of the sensor current Deterioration becomes a serious problem.
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、センサ電流の検出と素子インピーダンスの測定とを切り替えて行うモニタセルにおいて、センサ電流の検出精度を向上させることができ、しいてはNOx濃度の検出精度を向上させることができるガス濃度検出装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a conventional problem, and in a monitor cell that switches between detection of sensor current and measurement of element impedance, the detection accuracy of sensor current can be improved, and in addition, NOx. An object of the present invention is to provide a gas concentration detection device capable of improving the concentration detection accuracy.
第1の発明は、酸素イオン透過性を有する固体電解質体の両表面にそれぞれ電極を設けてなるガスセンサ素子を有し、
該ガスセンサ素子によって、NOx不活性の電極を備え被測定ガス中の酸素濃度を調整するためのポンプセルと、NOx活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中のNOx濃度を測定するためのセンサセルと、NOx不活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセルとを構成してなるガス濃度検出装置において、
上記モニタセルは、その素子アドミタンス(又は素子インピーダンス、以下同様。)の測定を兼用するセルとし、当該モニタセルの基準ガス側電極には、基準電圧源を接続し、当該モニタセルの被測定ガス側電極には、センサ電流検出回路を接続してなり、
該センサ電流検出回路は、指令電圧源と、
該指令電圧源による電圧を上記モニタセルの被測定ガス側電極に印加するための電流検出用オペアンプと、
該電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの被測定ガス側電極との間に設けたセンサ電流検出用抵抗と、
該センサ電流検出用抵抗に流れる電流を検出するためのセンサ電流検出手段と、
上記電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの被測定ガス側電極との間において上記センサ電流検出用抵抗と並列に接続したアドミタンス測定用抵抗と、
該アドミタンス測定用抵抗を設けた切替用配線の導通状態と非導通状態とを切り替えるためのスイッチング素子とを有しており、
上記指令電圧源には、上記スイッチング素子によって上記切替用配線を導通させた状態において、上記素子アドミタンスを測定するための交流電圧を上記電流検出用オペアンプに印加する掃引手段が設けてあり、
上記切替用配線には、上記掃引手段による上記交流電圧の印加によって上記アドミタンス測定用抵抗に流れる電流の変化を測定するためのアドミタンス測定回路が接続してあり、
上記スイッチング素子は、各ドレイン端子同士を接続して構成した2つのNチャンネルのMOS型FETを用いて構成してあり、
該2つのMOS型FETは、上記センサ電流検出用抵抗の下流側であって、上記電流検出用オペアンプの出力端子に接続される下流側MOS型FETと、上記センサ電流検出用抵抗の上流側であって、上記モニタセルの被測定ガス側電極に接続される上流側MOS型FETとからなり、
上記各MOS型FETは、ゲート端子とソース端子との間に、静電気等による過電圧から当該各MOS型FETを保護するためのツェナダイオードを両バイアス方向に設けてなり、
上記センサ電流検出手段によって上記センサ電流検出用抵抗に流れる電流を検出する際には、上記上流側MOS型FETのゲート端子には、該上流側MOS型FETのソース端子と略同電位の電圧(上記指令電圧源による電圧と略同電位の電圧)を印加し、上記下流側MOS型FETのゲート端子は、略グラウンド電位にして、当該2つのMOS型FETを非導通にしておき、
上記アドミタンス測定回路によって上記アドミタンス測定用抵抗に流れる電流変化を検出する際には、上記指令電圧源の電圧よりも高い電圧を、上記2つのMOS型FETのゲート端子に印加して、当該2つのMOS型FETを導通させるよう構成したことを特徴とするガス濃度検出装置にある(請求項1)。
The first invention has a gas sensor element in which electrodes are provided on both surfaces of a solid electrolyte body having oxygen ion permeability,
A pump cell for adjusting the oxygen concentration in the gas to be measured provided with an NOx inactive electrode by the gas sensor element, and a gas in the gas to be measured after adjusting the oxygen concentration by the pump cell provided with the NOx active electrode. Gas concentration comprising a sensor cell for measuring the NOx concentration and a monitor cell for monitoring the oxygen concentration in the gas to be measured after the NOx inert electrode is provided and the oxygen concentration is adjusted by the pump cell. In the detection device,
The monitor cell is a cell that also serves to measure the element admittance (or element impedance, the same applies hereinafter). A reference voltage source is connected to the reference gas side electrode of the monitor cell, and the measured gas side electrode of the monitor cell is connected to the monitor cell. Is connected to the sensor current detection circuit,
The sensor current detection circuit includes a command voltage source,
An operational amplifier for current detection for applying a voltage from the command voltage source to the measured gas side electrode of the monitor cell;
A sensor current detection resistor provided between the output terminal of the current detection operational amplifier and the measured gas side electrode of the monitor cell;
Sensor current detection means for detecting a current flowing through the sensor current detection resistor;
An admittance measurement resistor connected in parallel with the sensor current detection resistor between the output terminal of the current detection operational amplifier and the measured gas side electrode of the monitor cell;
A switching element for switching between a conductive state and a non-conductive state of the switching wiring provided with the admittance measurement resistor;
The command voltage source is provided with sweeping means for applying an AC voltage for measuring the element admittance to the current detection operational amplifier in a state where the switching wiring is made conductive by the switching element.
An admittance measurement circuit for measuring a change in the current flowing through the admittance measurement resistor by the application of the alternating voltage by the sweep means is connected to the switching wiring,
The switching element is configured using two N-channel MOS FETs configured by connecting drain terminals to each other,
The two MOS FETs are downstream of the sensor current detection resistor, and are connected to the output terminal of the current detection operational amplifier, and upstream of the sensor current detection resistor. It consists of an upstream MOS type FET connected to the measured gas side electrode of the monitor cell,
Each MOS type FET is provided with a zener diode for protecting each MOS type FET from overvoltage due to static electricity or the like between the gate terminal and the source terminal in both bias directions.
When the current flowing through the sensor current detection resistor is detected by the sensor current detection means, a voltage (approximately the same potential as the source terminal of the upstream MOS FET is connected to the gate terminal of the upstream MOS FET. A voltage of approximately the same potential as the voltage from the command voltage source), the gate terminal of the downstream MOS FET is set to a substantially ground potential, and the two MOS FETs are made non-conductive,
When detecting a change in current flowing through the admittance measurement resistor by the admittance measurement circuit, a voltage higher than the voltage of the command voltage source is applied to the gate terminals of the two MOS FETs, and the two A gas concentration detection apparatus is characterized in that the MOS type FET is made to conduct (claim 1).
本発明のガス濃度検出装置は、NOx(窒素酸化物)濃度を検出するものであると共に、モニタセルにおいて、センサ電流の検出と素子アドミタンス(又は素子インピーダンス、以下同様。)の測定とを切り替えて行うことができるものである。そして、センサ電流の検出を行う際に、この検出に悪影響を与える電流のリーク(漏れ)を抑えるための工夫を行っている。 The gas concentration detection apparatus of the present invention detects NOx (nitrogen oxide) concentration, and in a monitor cell, switches between detection of sensor current and measurement of element admittance (or element impedance, the same applies hereinafter). It is something that can be done. Then, when detecting the sensor current, a contrivance is made to suppress current leakage that has an adverse effect on the detection.
具体的には、アドミタンス測定用抵抗の導通状態と非導通状態とを切り替える切替用配線に設けたスイッチング素子は、2つのNチャンネルのMOS型FETを、ドレイン端子同士を接続して構成してある。そして、2つのMOS型FETは、ゲート端子とソース端子との間に、静電気等による過電圧から当該各MOS型FETを保護するためのツェナダイオードを両バイアス方向に設けてなる。
なお、スイッチング素子は、2つのMOS型FETをドレイン端子同士を接続して構成することにより、上記センサ電流の検出を行う際に、ソース−ドレイン間に順方向に形成される寄生ダイオードによって、上記切替用配線にリーク電流が生じることを防止することができる。
Specifically, the switching element provided in the switching wiring for switching between the conductive state and the non-conductive state of the admittance measurement resistor is configured by connecting two N-channel MOS FETs with their drain terminals connected to each other. . The two MOS FETs are provided with a Zener diode in both bias directions between the gate terminal and the source terminal for protecting each MOS FET from an overvoltage caused by static electricity or the like.
The switching element is configured by connecting two drain terminals of two MOS FETs, and when detecting the sensor current, the parasitic diode formed in the forward direction between the source and the drain causes the switching element to Leakage current can be prevented from occurring in the switching wiring.
モニタセルに流れるセンサセル電流の検出を行う際には(センサ電流検出手段によってセンサ電流検出用抵抗に流れる電流を検出する際には)、2つのMOS型FETを非導通状態にして、切替用配線を非導通状態にしておく。このとき、上流側MOS型FETのゲート端子には、この上流側MOS型FETのソース端子と略同電位の電圧(上記指令電圧源による電圧と略同電位の電圧)を印加し、下流側MOS型FETのゲート端子は、略グラウンド電位にしておく。
次いで、基準電圧源による電圧と指令電圧源による電圧との差分電圧が、モニタセルに印加されたときには、センサ電流検出回路におけるセンサ電流検出用抵抗には、例えば、数nA〜数百nAの微小なセンサ電流が流れる。そして、センサ電流検出手段により、センサ電流検出用抵抗に流れる電流を検出することができる。
When detecting the sensor cell current flowing through the monitor cell (when detecting the current flowing through the sensor current detecting resistor by the sensor current detecting means), the two MOS FETs are made non-conductive and the switching wiring is connected. Leave in a non-conductive state. At this time, a voltage having substantially the same potential as that of the source terminal of the upstream MOS FET (a voltage having approximately the same potential as that of the command voltage source) is applied to the gate terminal of the upstream MOS FET. The gate terminal of the type FET is set to a substantially ground potential.
Next, when a differential voltage between the voltage by the reference voltage source and the voltage by the command voltage source is applied to the monitor cell, the sensor current detection resistor in the sensor current detection circuit has a minute resistance of, for example, several nA to several hundred nA. Sensor current flows. The current flowing through the sensor current detection resistor can be detected by the sensor current detection means.
このとき、上流側MOS型FETのゲート端子には、この上流側MOS型FETのソース端子と略同電位の電圧(指令電圧源による電圧と略同電位の電圧)が印加されていることにより、上流側MOS型FETのゲート−ソース間には、電位差がほとんど生じない。これにより、モニタセルに流れるセンサ電流を検出する際に、上流側MOS型FETにおけるツェナダイオードにリーク電流が発生することを防止することができる。そのため、このリーク電流が、センサ電流検出用抵抗へ流れることを防止することができ、センサ電流検出手段によるセンサ電流の検出精度を向上させることができる。そして、センサセルに流れるセンサ電流の電流値とモニタセルに流れるセンサ電流の電流値との差分より、NOx濃度を求める際には、このNOx濃度の検出精度を向上させることができる。 At this time, a voltage having substantially the same potential as that of the source terminal of the upstream MOS type FET (voltage having substantially the same potential as that of the command voltage source) is applied to the gate terminal of the upstream side MOS FET. There is almost no potential difference between the gate and source of the upstream MOS FET. Thereby, when detecting the sensor current flowing through the monitor cell, it is possible to prevent the leak current from being generated in the Zener diode in the upstream MOS type FET. Therefore, this leakage current can be prevented from flowing to the sensor current detection resistor, and the detection accuracy of the sensor current by the sensor current detection means can be improved. And when calculating | requiring NOx density | concentration from the difference of the electric current value of the sensor electric current which flows into a sensor cell, and the electric current value of the sensor electric current which flows into a monitor cell, this NOx density | concentration detection accuracy can be improved.
なお、上記センサ電流の検出を行う際に、下流側MOS型FETのゲート−ソース間には、指令電圧源とグラウンド電位との電位差が生じるものの、下流側MOS型FETにおけるツェナダイオードに発生するおそれがあるリーク電流は、センサ電流検出用抵抗を通過した後の電流である。そのため、仮に、下流側MOS型FETにおけるツェナダイオードにリーク電流が生じたとしても、このリーク電流がセンサ電流検出手段によるセンサ電流の検出精度に悪影響を与えることはほとんどない。 When the sensor current is detected, there is a potential difference between the command voltage source and the ground potential between the gate and the source of the downstream MOS type FET, but there is a possibility that it may occur in a Zener diode in the downstream MOS type FET. The leak current is the current after passing through the sensor current detection resistor. For this reason, even if a leak current is generated in the Zener diode in the downstream MOS type FET, the leak current hardly affects the detection accuracy of the sensor current by the sensor current detecting means.
また、モニタセルにおいて、素子アドミタンスの測定を行う際には(アドミタンス測定回路によってアドミタンス測定用抵抗に流れる電流を検出する際には)、2つのMOS型FETを導通状態にして、切替用配線を導通状態にする。このとき、2つのMOS型FETのゲート端子には、指令電圧源の電圧よりも高い電圧を印加して、2つのMOS型FETを導通させる。
次いで、指令電圧源に設けた掃引手段によって、電流検出用オペアンプに交流電圧を印加する。このとき、基準電圧源による電圧と、掃引手段による交流電圧との差分による電圧がモニタセルに印加され、モニタセル及びアドミタンス測定用抵抗に電流が流れる。
そして、アドミタンス測定回路を用いて、アドミタンス測定用抵抗に流れる電流による電圧変化を検出することにより、モニタセルの素子アドミタンスを安定して測定することができる。
Also, when measuring element admittance in the monitor cell (when detecting the current flowing through the admittance measurement resistor by the admittance measurement circuit), the two MOS FETs are turned on and the switching wiring is turned on. Put it in a state. At this time, a voltage higher than the voltage of the command voltage source is applied to the gate terminals of the two MOS type FETs to make the two MOS type FETs conductive.
Next, an AC voltage is applied to the current detection operational amplifier by the sweep means provided in the command voltage source. At this time, a voltage resulting from the difference between the voltage from the reference voltage source and the AC voltage from the sweep means is applied to the monitor cell, and a current flows through the monitor cell and the admittance measurement resistor.
And the element admittance of a monitor cell can be stably measured by detecting the voltage change by the electric current which flows into the resistance for admittance measurement using an admittance measurement circuit.
このように、本発明のガス濃度検出装置によれば、センサ電流の検出と素子アドミタンスの測定とを切り替えて行うモニタセルにおいて、センサ電流の検出精度を向上させることができ、しいてはNOx濃度の検出精度を向上させることができる。 As described above, according to the gas concentration detection device of the present invention, the detection accuracy of the sensor current can be improved in the monitor cell that switches between the detection of the sensor current and the measurement of the element admittance. Detection accuracy can be improved.
第2の発明は、酸素イオン透過性を有する固体電解質体の両表面にそれぞれ電極を設けてなるガスセンサ素子を有し、
該ガスセンサ素子によって、NOx不活性の電極を備え被測定ガス中の酸素濃度を調整するためのポンプセルと、NOx活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中のNOx濃度を測定するためのセンサセルと、NOx不活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセルとを構成してなるガス濃度検出装置において、
上記モニタセルは、その素子アドミタンス(又は素子インピーダンス、以下同様。)の測定を兼用するセルとし、当該モニタセルの基準ガス側電極には、基準電圧源を接続し、当該モニタセルの被測定ガス側電極には、センサ電流検出回路を接続してなり、
該センサ電流検出回路は、指令電圧源と、
該指令電圧源による電圧を上記モニタセルの被測定ガス側電極に印加するための電流検出用オペアンプと、
該電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの被測定ガス側電極との間に設けたセンサ電流検出用抵抗と、
該センサ電流検出用抵抗に流れる電流を検出するためのセンサ電流検出手段と、
上記電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの被測定ガス側電極との間において上記センサ電流検出用抵抗と並列に接続したアドミタンス測定用抵抗と、
該アドミタンス測定用抵抗を設けた切替用配線の導通状態と非導通状態とを切り替えるためのスイッチング素子とを有しており、
上記指令電圧源には、上記スイッチング素子によって上記切替用配線を導通させた状態において、上記素子アドミタンスを測定するための交流電圧を上記電流検出用オペアンプに印加する掃引手段が設けてあり、
上記切替用配線には、上記掃引手段による上記交流電圧の印加によって上記アドミタンス測定用抵抗に流れる電流の変化を測定するためのアドミタンス測定回路が接続してあり、
上記スイッチング素子は、各ドレイン端子同士を接続して構成した2つのPチャンネルのMOS型FETを用いて構成してあり、
該2つのMOS型FETは、上記センサ電流検出用抵抗の下流側であって、上記電流検出用オペアンプの出力端子に接続される下流側MOS型FETと、上記センサ電流検出用抵抗の上流側であって、上記モニタセルの被測定ガス側電極に接続される上流側MOS型FETとからなり、
上記各MOS型FETは、ゲート端子とソース端子との間に、静電気等による過電圧から当該各MOS型FETを保護するためのツェナダイオードを両バイアス方向に設けてなり、
上記センサ電流検出手段によって上記センサ電流検出用抵抗に流れる電流を検出する際には、上記2つのMOS型FETのゲート端子には、上記上流側MOS型FETのソース端子と略同電位の電圧(上記指令電圧源による電圧と略同電位の電圧)を印加して、当該2つのMOS型FETを非導通にしておき、
上記アドミタンス測定回路によって上記アドミタンス測定用抵抗に流れる電流変化を検出する際には、上記指令電圧源の電圧よりも低い電圧を、上記2つのMOS型FETのゲート端子に印加して、当該2つのMOS型FETを導通させるよう構成したことを特徴とするガス濃度検出装置にある(請求項4)。
The second invention has a gas sensor element in which electrodes are provided on both surfaces of a solid electrolyte body having oxygen ion permeability,
A pump cell for adjusting the oxygen concentration in the gas to be measured provided with an NOx inactive electrode by the gas sensor element, and a gas in the gas to be measured after adjusting the oxygen concentration by the pump cell provided with the NOx active electrode. Gas concentration comprising a sensor cell for measuring the NOx concentration and a monitor cell for monitoring the oxygen concentration in the gas to be measured after the NOx inert electrode is provided and the oxygen concentration is adjusted by the pump cell. In the detection device,
The monitor cell is a cell that also serves to measure the element admittance (or element impedance, the same applies hereinafter). A reference voltage source is connected to the reference gas side electrode of the monitor cell, and the measured gas side electrode of the monitor cell is connected to the monitor cell. Is connected to the sensor current detection circuit,
The sensor current detection circuit includes a command voltage source,
An operational amplifier for current detection for applying a voltage from the command voltage source to the measured gas side electrode of the monitor cell;
A sensor current detection resistor provided between the output terminal of the current detection operational amplifier and the measured gas side electrode of the monitor cell;
Sensor current detection means for detecting a current flowing through the sensor current detection resistor;
An admittance measurement resistor connected in parallel with the sensor current detection resistor between the output terminal of the current detection operational amplifier and the measured gas side electrode of the monitor cell;
A switching element for switching between a conductive state and a non-conductive state of the switching wiring provided with the admittance measurement resistor;
The command voltage source is provided with sweeping means for applying an AC voltage for measuring the element admittance to the current detection operational amplifier in a state where the switching wiring is made conductive by the switching element.
An admittance measurement circuit for measuring a change in current flowing through the admittance measurement resistor by application of the AC voltage by the sweep means is connected to the switching wiring,
The switching element is configured by using two P-channel MOS FETs configured by connecting drain terminals to each other,
The two MOS FETs are downstream of the sensor current detection resistor, and are connected to the output terminal of the current detection operational amplifier, and upstream of the sensor current detection resistor. It consists of an upstream MOS type FET connected to the measured gas side electrode of the monitor cell,
Each MOS type FET is provided with a zener diode for protecting each MOS type FET from overvoltage due to static electricity or the like between the gate terminal and the source terminal in both bias directions.
When the current flowing through the sensor current detection resistor is detected by the sensor current detecting means, a voltage (approximately the same potential as that of the source terminal of the upstream MOS FET is connected to the gate terminals of the two MOS FETs. A voltage of substantially the same potential as the voltage from the command voltage source), and the two MOS FETs are made non-conductive,
When detecting a change in current flowing through the admittance measurement resistor by the admittance measurement circuit, a voltage lower than the voltage of the command voltage source is applied to the gate terminals of the two MOS FETs, and the two A gas concentration detection apparatus is characterized in that the MOS FET is made conductive.
本発明のガス濃度検出装置も、NOx(窒素酸化物)濃度を検出するものであると共に、モニタセルにおいて、センサ電流の検出と素子アドミタンス(又は素子インピーダンス、以下同様。)の測定とを切り替えて行うことができるものである。そして、センサ電流の検出を行う際に、この検出に悪影響を与える電流のリーク(漏れ)を抑えるための工夫を行っている。 The gas concentration detection apparatus of the present invention also detects NOx (nitrogen oxide) concentration, and in the monitor cell, switches between detection of sensor current and measurement of element admittance (or element impedance, the same shall apply hereinafter). It is something that can be done. Then, when detecting the sensor current, a contrivance is made to suppress current leakage that has an adverse effect on the detection.
具体的には、アドミタンス測定用抵抗の導通状態と非導通状態とを切り替える切替用配線に設けたスイッチング素子は、2つのPチャンネルのMOS型FETを、ドレイン端子同士を接続して構成してある。そして、2つのMOS型FETは、ゲート端子とソース端子との間に、静電気等による過電圧から当該各MOS型FETを保護するためのツェナダイオードを両バイアス方向に設けてなる。
なお、スイッチング素子は、2つのMOS型FETをドレイン端子同士を接続して構成することにより、上記センサ電流の検出を行う際に、ソース−ドレイン間に順方向に形成される寄生ダイオードによって、上記切替用配線にリーク電流が生じることを防止することができる。
Specifically, the switching element provided in the switching wiring for switching between the conductive state and the non-conductive state of the admittance measurement resistor is configured by connecting two P-channel MOS type FETs with their drain terminals connected to each other. . The two MOS FETs are provided with a Zener diode in both bias directions between the gate terminal and the source terminal for protecting each MOS FET from an overvoltage caused by static electricity or the like.
The switching element is configured by connecting two drain terminals of two MOS FETs, and when detecting the sensor current, the parasitic diode formed in the forward direction between the source and the drain causes the switching element to Leakage current can be prevented from occurring in the switching wiring.
モニタセルに流れるセンサセル電流の検出を行う際には(センサ電流検出手段によってセンサ電流検出用抵抗に流れる電流を検出する際には)、2つのMOS型FETを非導通状態にして、切替用配線を非導通状態にしておく。このとき、2つのMOS型FETのゲート端子には、指令電圧源の電圧と略同電位の電圧を印加しておく。
次いで、基準電圧源による電圧と指令電圧源による電圧との差分電圧が、モニタセルに印加されたときには、センサ電流検出回路におけるセンサ電流検出用抵抗には、例えば、数nA〜数百nAの微小なセンサ電流が流れる。そして、センサ電流検出手段により、センサ電流検出用抵抗に流れる電流を検出することができる。
When detecting the sensor cell current flowing through the monitor cell (when detecting the current flowing through the sensor current detecting resistor by the sensor current detecting means), the two MOS FETs are made non-conductive and the switching wiring is connected. Leave in a non-conductive state. At this time, a voltage having substantially the same potential as the voltage of the command voltage source is applied to the gate terminals of the two MOS FETs.
Next, when a differential voltage between the voltage by the reference voltage source and the voltage by the command voltage source is applied to the monitor cell, the sensor current detection resistor in the sensor current detection circuit has a minute resistance of, for example, several nA to several hundred nA. Sensor current flows. The current flowing through the sensor current detection resistor can be detected by the sensor current detection means.
このとき、2つのMOS型FETのゲート端子には、上流側MOS型FETのソース端子と略同電位の電圧(指令電圧源による電圧と略同電位の電圧)が印加されていることにより、2つのMOS型FETのゲート−ソース間には、電位差がほとんど生じない。これにより、モニタセルに流れるセンサ電流を検出する際に、2つのMOS型FETにおけるツェナダイオードにリーク電流が発生することを防止することができる。そのため、このリーク電流が、センサ電流検出用抵抗へ流れることを防止することができ、センサ電流検出手段によるセンサ電流の検出精度を向上させることができる。そして、センサセルに流れるセンサ電流の電流値とモニタセルに流れるセンサ電流の電流値との差分より、NOx濃度を求める際には、このNOx濃度の検出精度を向上させることができる。 At this time, a voltage having substantially the same potential as that of the source terminal of the upstream-side MOS FET (a voltage having approximately the same potential as that of the command voltage source) is applied to the gate terminals of the two MOS FETs. There is almost no potential difference between the gate and source of two MOS FETs. Thereby, when detecting the sensor current flowing through the monitor cell, it is possible to prevent a leak current from occurring in the Zener diodes in the two MOS FETs. Therefore, this leakage current can be prevented from flowing to the sensor current detection resistor, and the detection accuracy of the sensor current by the sensor current detection means can be improved. And when calculating | requiring NOx density | concentration from the difference of the electric current value of the sensor electric current which flows into a sensor cell, and the electric current value of the sensor electric current which flows into a monitor cell, this NOx density | concentration detection accuracy can be improved.
また、本発明においても、モニタセルにおいて、素子アドミタンスの測定を行う際には(アドミタンス測定回路によってアドミタンス測定用抵抗に流れる電流を検出する際には)、2つのMOS型FETを導通状態にして、切替用配線を導通状態にする。このとき、2つのMOS型FETのゲート端子には、指令電圧源の電圧よりも低い電圧を印加して、2つのMOS型FETを導通させる。
次いで、上記第1の発明と同様に、アドミタンス測定回路を用いて、アドミタンス測定用抵抗に流れる電流による電圧変化を検出することにより、モニタセルの素子アドミタンスを安定して測定することができる。
Also in the present invention, when the element admittance is measured in the monitor cell (when the current flowing through the admittance measurement resistor is detected by the admittance measurement circuit), the two MOS FETs are turned on, Turn on the switching wiring. At this time, a voltage lower than the voltage of the command voltage source is applied to the gate terminals of the two MOS type FETs to make the two MOS type FETs conductive.
Next, similarly to the first aspect of the invention, the element admittance of the monitor cell can be stably measured by detecting the voltage change caused by the current flowing through the admittance measurement resistor using the admittance measurement circuit.
このように、本発明のガス濃度検出装置によっても、センサ電流の検出と素子アドミタンスの測定とを切り替えて行うモニタセルにおいて、センサ電流の検出精度を向上させることができ、しいてはNOx濃度の検出精度を向上させることができる。 As described above, even with the gas concentration detection device of the present invention, the detection accuracy of the sensor current can be improved in the monitor cell that switches between the detection of the sensor current and the measurement of the element admittance, and the detection of the NOx concentration. Accuracy can be improved.
上述した第1、第2の発明における好ましい実施の形態につき説明する。
第1、第2の発明において、上記アドミタンス測定用抵抗は、上記センサ電流検出用抵抗よりも抵抗値が小さいものを用いることが好ましい。特に、センサ電流検出用抵抗に流れるセンサ電流は、数nA〜数百nA程度であるのに対し、アドミタンス測定用抵抗に流れる掃引電流(交流電流)は、数mA〜数十mA程度であり、アドミタンス測定用抵抗とセンサ電流検出用抵抗とは、センサ電流と掃引電流との差に応じた抵抗値とすることができる。例えば、アドミタンス測定用抵抗の抵抗値は、数百Ωとすることができ、センサ電流検出用抵抗の抵抗値は、数百〜数千kΩとすることができる。
また、素子インピーダンス(Ω)は、素子アドミタンス(S)の逆数であり、上記アドミタンス測定回路においては、いずれを測定することもできる。
A preferred embodiment in the first and second inventions described above will be described.
In the first and second inventions, it is preferable that the admittance measurement resistor has a resistance value smaller than that of the sensor current detection resistor. In particular, the sensor current flowing through the sensor current detection resistor is about several nA to several hundred nA, whereas the sweep current (alternating current) flowing through the admittance measurement resistor is about several mA to several tens mA. The admittance measurement resistance and the sensor current detection resistance can be resistance values corresponding to the difference between the sensor current and the sweep current. For example, the resistance value of the admittance measurement resistor can be several hundred Ω, and the resistance value of the sensor current detection resistor can be several hundred to several thousand kΩ.
The element impedance (Ω) is the reciprocal of the element admittance (S), and either can be measured in the admittance measurement circuit.
第1、第2の発明において、素子アドミタンスを測定する際には、上記指令電圧源における掃引手段は、上記モニタセルの被測定ガス側電極に印加する(上記電流検出用オペアンプからモニタセルの被測定ガス側電極に印加する)交流電圧を、最低でも±0.2Vはスイングする必要があると考える。これより、上記指令電圧源による電圧は、最低でも0.2V以上にしておく必要がある。そして、オペアンプの出力特性として0V付近の出力は困難なことを考慮すると、上記指令電圧源による電圧は、数V(例えば、2〜8V)とすることが好ましい。
また、上記センサ電流の検出を安定させるためには、上記基準電圧源による電圧は、上記指令電圧源による電圧よりも、0.4V程度高くすることが好ましい。
In the first and second inventions, when measuring the element admittance, the sweeping means in the command voltage source applies the measured gas side electrode of the monitor cell (from the current detection operational amplifier to the measured gas of the monitor cell). It is considered that the AC voltage (applied to the side electrode) needs to swing at least ± 0.2V. Therefore, the voltage from the command voltage source must be at least 0.2 V or more. Considering that it is difficult to output near 0 V as the output characteristic of the operational amplifier, the voltage from the command voltage source is preferably several V (for example, 2 to 8 V).
In order to stabilize the detection of the sensor current, it is preferable that the voltage by the reference voltage source is about 0.4 V higher than the voltage by the command voltage source.
第1の発明において、上記上流側MOS型FETのソース端子には、ボルテージフォロアを構成する電圧引出用オペアンプを分岐して接続し、上記2つのMOS型FETを非導通にしておくときには、上記上流側MOS型FETのゲート端子に、上記電圧引出用オペアンプによって引き出した電圧が印加されるよう構成することが好ましい(請求項2)。
この場合には、オペアンプを用いた簡単な工夫により、上記センサ電流を検出する際に、上流側MOS型FETのゲート端子を、この上流側MOS型FETのソース端子と略同電位の電圧(指令電圧源による電圧と略同電位の電圧)にしておくことができる。
In the first invention, when the upstream MOS type FET is branched and connected to the source terminal of the upstream MOS type FET and the two MOS type FETs are made non-conductive, the upstream side of the upstream side MOS type FET is connected to the upstream side. It is preferable that the voltage extracted by the voltage extracting operational amplifier is applied to the gate terminal of the side MOS type FET.
In this case, when detecting the sensor current by a simple devise using an operational amplifier, the gate terminal of the upstream MOS type FET is connected to a voltage (command) having the same potential as the source terminal of the upstream MOS type FET. The voltage of the voltage source is approximately the same potential as that of the voltage source).
また、上記上流側MOS型FETは、そのゲート端子に接続した上流側スイッチング回路によって、導通状態と非導通状態とに切替が可能であり、上記下流側MOS型FETは、そのゲート端子に接続した下流側スイッチング回路によって、導通状態と非導通状態とに切替が可能であり、上記各スイッチング回路は、制御用マイコンからの出力信号を受けて、導通状態と非導通状態とに切り替わるNPN型の1段目トランジスタと、該1段目トランジスタの出力状態を受けて、導通状態と非導通状態とに切り替わるNPN型の2段目トランジスタとを用いて構成してあり、上記電圧引出用オペアンプの出力端子は、上記上流側スイッチング回路における上記2段目トランジスタのエミッタ端子に接続してあり、該2段目トランジスタが導通状態にあるときに、上記上流側MOS型FETのゲート端子に、該上流側MOS型FETのソース端子と略同電位の電圧を印加するよう構成することが好ましい(請求項3)。
この場合には、オペアンプ及びトランジスタを用いた簡単な工夫により、上記センサ電流を検出する際に、上流側MOS型FETのゲート端子を、この上流側MOS型FETのソース端子と略同電位の電圧(指令電圧源による電圧と略同電位の電圧)にしておくことができる。
Further, the upstream MOS FET can be switched between a conductive state and a non-conductive state by an upstream switching circuit connected to the gate terminal, and the downstream MOS FET is connected to the gate terminal. The switching circuit can be switched between a conduction state and a non-conduction state by the downstream side switching circuit. Each of the switching circuits receives an output signal from the control microcomputer and switches to a conduction state and a non-conduction state. An output terminal of the voltage extraction operational amplifier, comprising: a stage transistor; and an NPN-type second stage transistor that switches between a conductive state and a non-conductive state in response to an output state of the first stage transistor. Is connected to the emitter terminal of the second-stage transistor in the upstream switching circuit, and the second-stage transistor is in a conductive state. When in, the gate terminal of the upstream MOS type FET, it is preferable to be configured to apply a source terminal and a voltage of substantially the same potential of the upstream-side MOS type FET (claim 3).
In this case, when detecting the sensor current by a simple device using an operational amplifier and a transistor, the voltage of the gate terminal of the upstream MOS type FET is approximately the same as that of the source terminal of the upstream MOS type FET. (A voltage having substantially the same potential as that of the command voltage source).
第2の発明において、上記上流側MOS型FETのソース端子には、ボルテージフォロアを構成する電圧引出用オペアンプを分岐して接続し、上記2つのMOS型FETを非導通にしておく際には、当該2つのMOS型FETのゲート端子に、上記電圧引出用オペアンプによって引き出した電圧が印加されるよう構成することが好ましい(請求項5)。
この場合には、簡単な工夫により、上記センサ電流を検出する際に、2つのMOS型FETのゲート端子を、指令電圧源の電圧と略同電位の電圧にしておくことができる。
In the second invention, when the voltage extracting operational amplifier constituting the voltage follower is branched and connected to the source terminal of the upstream side MOS type FET, and the two MOS type FETs are kept non-conductive, It is preferable that the voltage extracted by the voltage extracting operational amplifier is applied to the gate terminals of the two MOS FETs.
In this case, it is possible to keep the gate terminals of the two MOS FETs at a voltage substantially equal to the voltage of the command voltage source when detecting the sensor current by a simple device.
第1、第2の発明において、上記センサ電流検出用抵抗は、100kΩ〜2MΩの抵抗値を有しており、上記アドミタンス測定用抵抗は、100Ω〜1kΩの抵抗値を有していることが好ましい(請求項6)。
この場合には、数nA〜数百nA程度の微小なセンサ電流は、100kΩ〜2MΩの大きな抵抗値のセンサ電流検出用抵抗によって安定して検出することができる。また、数mA〜数十mA程度のアドミタンス測定時の電流変化は、100Ω〜1kΩの小さな抵抗値のアドミタンス測定用抵抗によって安定して検出することができる。
In the first and second inventions, the sensor current detection resistor preferably has a resistance value of 100 kΩ to 2 MΩ, and the admittance measurement resistor preferably has a resistance value of 100 Ω to 1 kΩ. (Claim 6).
In this case, a minute sensor current of about several nA to several hundred nA can be stably detected by a sensor current detection resistor having a large resistance value of 100 kΩ to 2 MΩ. Further, a change in current during admittance measurement of several mA to several tens of mA can be stably detected by an admittance measurement resistor having a small resistance value of 100Ω to 1 kΩ.
なお、センサ電流検出用抵抗の抵抗値が100kΩ未満である場合には、センサ電流を検出するオペアンプ等の増幅率を大きくする必要が生じ、検出誤差が大きくなるおそれがある。一方、センサ電流検出用抵抗の抵抗値が2MΩを超える場合には、センサ電流の検出範囲の上限が小さく(検出範囲が狭く)なるおそれがある。
また、アドミタンス測定用抵抗の抵抗値が100Ω未満である場合には、素子アドミタンスを測定するオペアンプ等の増幅率を大きくする必要が生じ、測定誤差が大きくなるおそれがある。一方、アドミタンス測定用抵抗の抵抗値が1kΩを超える場合には、素子アドミタンスの測定範囲の上限が小さく(検出範囲が狭く)なるおそれがある。
If the resistance value of the sensor current detection resistor is less than 100 kΩ, it is necessary to increase the amplification factor of an operational amplifier or the like that detects the sensor current, which may increase detection error. On the other hand, when the resistance value of the sensor current detection resistor exceeds 2 MΩ, the upper limit of the sensor current detection range may be small (the detection range is narrow).
In addition, when the resistance value of the admittance measurement resistor is less than 100Ω, it is necessary to increase an amplification factor of an operational amplifier or the like that measures the element admittance, which may increase a measurement error. On the other hand, when the resistance value of the admittance measurement resistor exceeds 1 kΩ, the upper limit of the element admittance measurement range may be small (the detection range is narrow).
以下に、本発明のガス濃度検出装置にかかる実施例につき、図面と共に説明する。
(実施例1)
本例のガス濃度検出装置1は、図1〜図5に示すごとく、酸素イオン透過性を有する固体電解質体の両表面にそれぞれ電極を設けてなるガスセンサ素子2と、通電によって発熱するヒータ素子3とを有している。ガス濃度検出装置1は、ガスセンサ素子2によって、NOx不活性の電極201、202を備え被測定ガスG中の酸素濃度を調整するためのポンプセル2Aと、NOx活性の電極203及びNOx不活性の電極204を備えポンプセル2Aによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガスG中のNOx濃度を測定するためのセンサセル2Bと、NOx不活性の電極205、206を備えポンプセル2Aによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガスG中の酸素濃度を監視するためのモニタセル2Cとを構成している。ポンプセル2A、センサセル2B、モニタセル2C及びヒータ素子3は、制御用マイコン8によって入出力の制御が可能である。
Embodiments of the gas concentration detection apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
Example 1
As shown in FIGS. 1 to 5, the gas
図1、図2に示すごとく、モニタセル2Cは、その素子アドミタンス(又は素子インピーダンス、以下同様。)の測定を兼用するセルとする。モニタセル2Cの基準ガス側電極206には、基準電圧源51が接続してあり、モニタセル2Cの被測定ガス側電極205には、センサ電流検出回路6が接続してある。
センサ電流検出回路6は、指令電圧源61と、指令電圧源61による電圧をモニタセル2Cの被測定ガス側電極205に印加するための電流(モニタ電流)検出用オペアンプOP2と、電流検出用オペアンプOP2の出力端子とモニタセル2Cの被測定ガス側電極205との間に設けたセンサ電流検出用抵抗Rmと、センサ電流検出用抵抗Rmに流れる電流を検出するためのセンサ電流検出手段63と、電流検出用オペアンプOP2の出力端子とモニタセル2Cの被測定ガス側電極205との間においてセンサ電流検出用抵抗Rmと並列に接続したアドミタンス測定用抵抗Raと、アドミタンス測定用抵抗Raを設けた切替用配線601の導通状態と非導通状態とを切り替えるためのスイッチング素子TR1とを有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The sensor
図2に示すごとく、指令電圧源61には、スイッチング素子TR1によって切替用配線601を導通させた状態において、上記素子アドミタンスを測定するための交流電圧を電流検出用オペアンプOP2に印加する掃引手段62が設けてある。図4に示すごとく、切替用配線601には、掃引手段62による交流電圧の印加によってアドミタンス測定用抵抗Raに流れる電流の変化を測定するためのアドミタンス測定回路7が接続してある。ここで、図2における記号Aは、図4における記号Aと繋がっていることを示す。
As shown in FIG. 2, the
図6に示すごとく、スイッチング素子TR1は、各ドレイン端子D同士を接続して構成した2つのNチャンネルのMOS型FET(TR1A、B)(MOS型の電界効果トランジスタ)を用いて構成してある。この2つのMOS型FET(TR1A、B)は、センサ電流検出用抵抗Rmにおける電流の流れの下流側であって、電流検出用オペアンプOP2の出力端子に接続される下流側MOS型FET(TR1B)と、センサ電流検出用抵抗Rmにおける電流の流れの上流側であって、モニタセル2Cの被測定ガス側電極205に接続される上流側MOS型FET(TR1A)とからなる。そして、2つのMOS型FET(TR1A、B)は、上流側MOS型FET(TR1A)のソース端子Sを、ドレイン端子とし、下流側MOS型FET(TR1B)のソース端子Sを、ソース端子として動作する。
また、各MOS型FET(TR1A、B)は、ゲート端子Gとソース端子Sとの間に、静電気等による過電圧から当該各MOS型FET(TR1A、B)を保護するためのツェナダイオードD2’、D3’を両バイアス方向に設けてなる(一方のツェナダイオードD2’は、アノード端子をゲート端子G側にし、他方のツェナダイオードD3’は、アノード端子をソース端子S側にして接続してある。)。
As shown in FIG. 6, the switching element TR1 is configured using two N-channel MOS type FETs (TR1A, B) (MOS type field effect transistors) configured by connecting the drain terminals D to each other. . The two MOS FETs (TR1A, B) are downstream of the current flow in the sensor current detection resistor Rm, and are connected to the output terminal of the current detection operational amplifier OP2. And an upstream MOS type FET (TR1A) connected to the measured
Each MOS FET (TR1A, B) has a Zener diode D2 ′ for protecting the MOS FET (TR1A, B) from an overvoltage caused by static electricity between the gate terminal G and the source terminal S. D3 ′ is provided in both bias directions (one zener diode D2 ′ is connected with the anode terminal on the gate terminal G side, and the other zener diode D3 ′ is connected with the anode terminal on the source terminal S side. ).
ガス濃度検出装置1は、センサ電流検出手段63によってセンサ電流検出用抵抗Rmに流れる電流を検出する際には、後述するスイッチング回路65A、Bにより、上流側MOS型FET(TR1A)のゲート端子Gには、上流側MOS型FET(TR1A)のソース端子Sと略同電位の電圧(指令電圧源61による電圧と略同電位の電圧)を印加し、下流側MOS型FET(TR1B)のゲート端子Gは、グラウンド電位にして、当該2つのMOS型FET(TR1A、B)を非導通状態にするよう構成してある。一方、ガス濃度検出装置1は、アドミタンス測定回路7によってアドミタンス測定用抵抗Raに流れる電流を検出する際には、後述するスイッチング回路65A、Bにより、指令電圧源61の電圧よりも高い電圧を、2つのMOS型FET(TR1A、B)のゲート端子Gに印加して、当該2つのMOS型FET(TR1A、B)を導通させるよう構成してある。
When the gas
なお、2つのMOS型FETを示すTR1A、Bについては、見易くするため符号をカッコ書きで示す。
また、図1は、ガス濃度検出装置1の全体構成を概略的に示す図である。図2は、モニタセル2C、センサ電流検出回路6、後述するスイッチング回路65A、Bの周辺の回路構成を示し、図3は、センサセル2B、センサ電流検出回路6、後述するNOx電流検出回路5の周辺の回路構成を示し、図4は、アドミタンス測定回路7の周辺の回路構成を示す図である。図5は、ポンプセル2A、ヒータ素子3の回路構成を概略的に示す図である。また、図6は、センサ電流検出回路6のスイッチング素子TR1の周辺の詳細を示す図である。
In addition, about TR1A and B which show two MOS type FETs, a code | symbol is shown in parenthesis in order to make it easy to see.
FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of the gas
以下に、本例のガス濃度検出装置1につき、図1〜図7と共に詳説する。
本例のガス濃度検出装置1は、エンジン等の内燃機関の排気管を流れる排ガス(被測定ガス)G中のNOx濃度を検出するものである。
ガスセンサ素子2としてのポンプセル2A、センサセル2B及びモニタセル2Cと、ヒータ素子3とを備えたガスセンサ10は、種々の構成にすることができる。本例においては、図1に示すごとく、ポンプセル2Aは、第1の固体電解質体21Aの一方の表面に被測定ガスGに曝される被測定ガス側電極201を設けると共に、この電極201に対向して、第1の固体電解質体21Aの他方の表面に基準ガスF(大気ガス等)に曝される基準ガス側電極202を設けて形成してある。ポンプセル2Aの一対の電極201、202は、NOx不活性の材料を用いて構成してある。
Hereinafter, the gas
The gas
The gas sensor 10 including the pump cell 2A, the
センサセル2Bは、第1の固体電解質体21Aにスペーサ23を介して積層する第2の固体電解質体21Bの一方の表面に被測定ガスGに曝される電極203を設けると共に、この電極203に対向して、第2の固体電解質体21Bの他方の表面に基準ガスF(大気ガス等)に曝される電極204を設けて形成してある。センサセル2Bにおいて、被測定ガスGに曝される電極203は、NOx活性の材料を用いて構成してあり、基準ガスFに曝される電極204は、NOx不活性の材料を用いて構成してある。
The
モニタセル2Cは、第2の固体電解質体21Bの一方の表面に被測定ガスGに曝される電極205を設けると共に、この電極205に対向して、第2の固体電解質体21Bの他方の表面に基準ガスF(大気ガス等)に曝される電極206を設けて形成してある。モニタセル2Cの一対の電極205、206は、NOx不活性の材料を用いて構成してある。
また、センサセル2Bとモニタセル2Cとは、第2の固体電解質体21Bの両表面に隣接して設けてあり、それぞれの基準ガスFに曝される電極204、206は、共通化してある。
The monitor cell 2C is provided with an
The
また、図1に示すごとく、ヒータ素子3は、白金等によって形成したヒータ導体3を、絶縁性のセラミックス基板31同士の間に挟持させて形成してある。ヒータ素子3は、第1の固体電解質体21Aに積層して設けてある。
第1の固体電解質体21Aと第2の固体電解質体21Bとの間には、被測定ガスGが供給されるチャンバー24が形成してあり、このチャンバー24に、ポンプセル2A、センサセル2B及びモニタセル2Cの被測定ガスG側の電極201、203、205が曝されている。また、チャンバー24内には、第2の固体電解質体21Bに設けた多孔質拡散層22及びピンホール211を経由して、被測定ガスGが供給されるよう構成されている。
As shown in FIG. 1, the
A
また、ガス濃度検出装置1においては、センサ駆動回路100によって、ポンプセル2A、センサセル2B、モニタセル2C及びヒータ素子3を駆動するよう構成されている。
センサ駆動回路100は、ポンプセル2Aにおいては、一対の電極201、202に電圧を印加して、被測定ガスG中の酸素濃度を、センサセル2B及びモニタセル2CにおけるppmオーダーのNOx濃度の検出に影響を及ぼさない所定の目標範囲内の酸素濃度にする。
Further, the gas
In the pump cell 2A, the
(ポンプセル2Aの回路構成)
具体的には、図5に示すごとく、ポンプセル2Aの基準ガス側電極202には、制御用マイコン8の出力ポート(ON/OFFポート)OUT4からのパルス幅変調信号(PWM信号)を受けて、当該ポンプセル2Aに限界電流特性を維持するための所定範囲内の電圧を印加するよう構成したポンプセル出力回路41が接続してある。また、ポンプセル2Aの被測定ガス側電極201には、基準電圧源43及びポンプセル入力回路42が接続してある。ポンプセル2Aには、ポンプセル出力回路41における出力電圧と、基準電圧源43による電圧との差分電圧が印加される。
(Circuit configuration of pump cell 2A)
Specifically, as shown in FIG. 5, the reference
そして、制御用マイコン8は、A/D変換入力ポートIN4から取り込んだポンプセル入力回路42のポンプ電流検出用抵抗Rpに流れる電流値に基づいて、ポンプセル2Aにおける被測定ガスG中の酸素濃度を求めて、この酸素濃度を監視するよう構成してある。また、制御用マイコン8は、ポンプセル2Aにおける酸素濃度が目標範囲内になるよう(電流値が目標範囲内になるよう)、ポンプセル2Aの限界電流特性を維持する範囲内でパルス幅変調信号のデューティ比を変化させるよう構成してある。
Then, the
また、センサ駆動回路100は、センサセル2B及びモニタセル2Cに限界電流特性を示す所定の電圧を印加し、センサセル2B及びモニタセル2Cに流れる数nA〜数百nAの微小な電流を検出して、これらの電流値の差分を求めることによって、NOx濃度を求めるよう構成されている。
Further, the
(モニタセル2Cの回路構成)
図2、図3に示すごとく、モニタセル2Cの基準ガス側電極206には、基準電圧源51が接続してあり、モニタセル2Cの被測定ガス側電極205には、センサ電流検出回路6が接続してある。
基準電圧源51は、ボルテージフォロアを構成するバッファ用オペアンプOP11を用いて構成してある。すなわち、回路用電源Vccの電圧(本例では5V)を抵抗R20〜R22に対する抵抗R21、R22の値によって定まる電圧(本例では4.4V)を、バッファ用オペアンプOP11の非反転入力端子に入力し、バッファ用オペアンプOP11の出力端子から電流制限用の抵抗R23を介して、センサセル2Bの基準ガス側電極204に電圧(本例では4.4V)を印加する。なお、バッファ用オペアンプOP11の反転入力端子と出力端子との間には、特性改善用のコンデンサC5が接続してあり、バッファ用オペアンプOP11の反転入力端子は、保護用の抵抗R24を介して基準ガス側電極204に接続してある。
(Circuit configuration of monitor cell 2C)
2 and 3, the
The
図2に示すごとく、モニタセル2Cにおいて、電流検出用オペアンプOP2は、指令電圧源61による電圧をモニタセル2Cの被測定ガス側電極205に印加するボルテージフォロアを構成している。センサ電流検出用抵抗Rmは、電流検出用オペアンプOP2の出力端子とモニタセル2Cの被測定ガス側電極205との間に接続してある。
また、電流検出用オペアンプOP2の反転入力端子とモニタセル2Cの被測定ガス側電極205との間には、電流検出用オペアンプOP2の保護用の抵抗R1が接続してある。
切替用配線601に設けたスイッチング素子TR1は、2つのNチャンネルのMOS型FET(TR1A、B)を直列接続したものであり、2つのMOS型FET(TR1A、B)のゲート端子Gは、後述するスイッチング回路65A、Bを介して、制御用マイコン8の出力ポートOUT3に接続してある。また、センサ電流検出回路6の出力端子とモニタセル2Cの被測定ガス側電極205との間には、センサ電流検出用抵抗Rmとアドミタンス測定用抵抗Raとに並列に、ノイズ吸収用のコンデンサC1が設けてある。
As shown in FIG. 2, in the monitor cell 2C, the current detection operational amplifier OP2 constitutes a voltage follower that applies a voltage from the
A protective resistor R1 for the current detection operational amplifier OP2 is connected between the inverting input terminal of the current detection operational amplifier OP2 and the measured
The switching element TR1 provided in the switching
センサ電流検出回路6における指令電圧源61は、モニタセル2Cにおいてセンサ電流の検出を行う際には、電流検出用オペアンプOP2の非反転入力端子及びモニタセル2Cの被測定ガス側電極205に、回路用電源Vccによる電圧(本例では5V)を、抵抗R6〜R8に対する抵抗R7及び抵抗R8の値によって定まる電圧(本例では4V)に変換して印加するよう構成してある。
また、センサ電流検出回路6の非反転入力端子と、抵抗R6及び抵抗R7との間の分圧中間点との間には、電流制限用の抵抗R9が設けてあり、センサ電流検出回路6の非反転入力端子は、ノイズ吸収用のコンデンサC2を介してグラウンド電位に接続してある。
When the sensor current is detected in the monitor cell 2C, the
Further, a current limiting resistor R9 is provided between the non-inverting input terminal of the sensor
モニタセル2Cにおいて、センサ電流の検出を行う際には、モニタセル2Cの基準ガス側電極206には、基準電圧源51による電圧(本例では4.4V)が印加され、モニタセル2Cの被測定ガス側電極205には、指令電圧源61による電圧(本例では4V)が印加される。
また、センサ電流検出手段63は、差動増幅回路を構成する残存酸素用オペアンプOP4によって構成してある。残存酸素用オペアンプOP4の反転入力端子には、センサ電流検出用抵抗Rmの電流の流れの下流側端が接続してあり、残存酸素用オペアンプOP4の非反転入力端子には、ボルテージフォロアを構成するバッファ用オペアンプOP6を介して、センサ電流検出用抵抗Rmの電流の流れの上流側端が接続してある。
When the sensor current is detected in the monitor cell 2C, a voltage (4.4 V in this example) from the
The sensor current detection means 63 is constituted by a residual oxygen operational amplifier OP4 that constitutes a differential amplifier circuit. The downstream end of the current flow of the sensor current detection resistor Rm is connected to the inverting input terminal of the residual oxygen operational amplifier OP4, and a voltage follower is configured at the non-inverting input terminal of the residual oxygen operational amplifier OP4. The upstream end of the current flow of the sensor current detection resistor Rm is connected via the buffer operational amplifier OP6.
残存酸素用オペアンプOP4によって、センサ電流検出用抵抗Rmに流れる(モニタセル2Cに流れる)残存酸素電流(被測定ガス側電極205に存在する残存酸素によって流れる電流)に基づいた電圧出力をするよう構成してある。残存酸素用オペアンプOP4の出力端子は、制御用マイコン8のA/D変換入力ポートIN2に接続してあり、制御用マイコン8においては、モニタセル2Cにおける残存酸素濃度の検出、監視が可能になっている。
The residual oxygen operational amplifier OP4 is configured to output a voltage based on the residual oxygen current flowing through the sensor current detection resistor Rm (flowing through the monitor cell 2C) (current flowing through the residual oxygen existing in the measured gas side electrode 205). It is. The output terminal of the residual oxygen operational amplifier OP4 is connected to the A / D conversion input port IN2 of the
より具体的には、センサ電流検出用抵抗Rmの上流側端は、抵抗R35を介してバッファ用オペアンプOP6の非反転入力端子に接続してあり、バッファ用オペアンプOP6の出力端子は、抵抗R37を介して残存酸素用オペアンプOP4の非反転入力端子に接続してある。一方、センサ電流検出用抵抗Rmの下流側端は、抵抗R36を介して残存酸素用オペアンプOP4の反転入力端子に接続してある。
また、残存酸素用オペアンプOP4の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗R38及び特性改善用のコンデンサC9が並列に接続してあり、残存酸素用オペアンプOP4の非反転入力端子は、所定のオフセット電圧Vd(本例では0.2V)に接続してある。そして、抵抗R36と抵抗R37との抵抗値、及び抵抗R38と抵抗R39との抵抗値は同じであり、残存酸素用オペアンプOP4は、抵抗R36(R37)に対する抵抗R38(R39)の大きさによって定まる増幅率で、センサ電流検出用抵抗Rmの両端の電位差を出力するよう構成してある。
More specifically, the upstream end of the sensor current detection resistor Rm is connected to the non-inverting input terminal of the buffer operational amplifier OP6 via the resistor R35, and the output terminal of the buffer operational amplifier OP6 is connected to the resistor R37. To the non-inverting input terminal of the residual oxygen operational amplifier OP4. On the other hand, the downstream end of the sensor current detection resistor Rm is connected to the inverting input terminal of the residual oxygen operational amplifier OP4 via the resistor R36.
In addition, a resistor R38 and a capacitor C9 for improving characteristics are connected in parallel between the inverting input terminal and the output terminal of the residual oxygen operational amplifier OP4. Are connected to the offset voltage Vd (0.2 V in this example). The resistance values of the resistor R36 and the resistor R37 and the resistance values of the resistor R38 and the resistor R39 are the same, and the residual oxygen operational amplifier OP4 is determined by the size of the resistor R38 (R39) with respect to the resistor R36 (R37). A potential difference between both ends of the sensor current detection resistor Rm is output at an amplification factor.
また、残存酸素用オペアンプOP4の出力端子は、制御用マイコン8のA/D変換入力ポートIN2に接続してある。こうして、制御用マイコン8は、モニタセル2Cの被測定ガス側電極205からセンサ電流検出用抵抗Rmを経由して電流検出用オペアンプOP2の出力端子へ流れるセンサ電流i(図2に電流iの流れを示す。)を、センサ電流検出用抵抗Rmの抵抗値(本例では1.5MΩ)と、センサ電流検出用抵抗Rmの両端の電圧の差分とに基づいて求めるよう構成してある。
また、センサ電流検出用抵抗Rmの上流側の電圧(バッファ用オペアンプOP6の出力電圧)は、制御用マイコン8のA/D変換入力ポートIN6に接続してある。制御用マイコン8は、センサ電流検出用抵抗Rmの上流側の電圧を監視するよう構成してある。
The output terminal of the residual oxygen operational amplifier OP4 is connected to the A / D conversion input port IN2 of the
The upstream voltage of the sensor current detection resistor Rm (the output voltage of the buffer operational amplifier OP6) is connected to the A / D conversion input port IN6 of the
(センサセル2Bの回路構成)
図3に示すごとく、センサセル2Bの基準ガス側電極204には、基準電圧源51が接続してあり、センサセル2Bの被測定ガス側電極203には、NOx電流検出回路5が接続してある。センサセル2Bの基準ガス側電極204は、モニタセル2Cの基準ガス側電極206と共用化されており、基準電圧源51は、上記モニタセル2Cに用いるものを共用している。
NOx電流検出回路5は、ボルテージフォロアを構成するセンサ電流検出用オペアンプOP1を用いて構成してある。すなわち、回路用電源Vccの電圧(本例では5V)を抵抗R20〜R22に対する抵抗R22の値によって定まる電圧(本例では4V)を、センサ電流検出用オペアンプOP1の非反転入力端子に入力し、センサ電流検出用オペアンプOP1の出力端子からNOx電流検出用抵抗Rsを介して、センサセル2Bの被測定ガス側電極203に電圧(本例では4V)を印加する。なお、NOx電流検出用抵抗Rsの両端には、ノイズ吸収用のコンデンサC6が並列に接続してあり、センサ電流検出用オペアンプOP1の反転入力端子は、センサ電流検出用オペアンプOP1の保護用の抵抗R25を介して被測定ガス側電極203に接続してある。
(Circuit configuration of
As shown in FIG. 3, the
The NOx
また、NOx電流検出用抵抗Rsの両端は、差動増幅回路を構成するNOx用オペアンプOP3の反転入力端子と非反転入力端子とに接続してあり、このNOx用オペアンプOP3によって、NOx電流検出用抵抗Rsに流れる(センサセル2Bに流れる)NOx電流(被測定ガス側電極203に存在するNOxが残存酸素と反応した後に流れる電流)に基づいた電圧出力をするよう構成してある。
NOx電流検出用抵抗Rsの上流側端は、抵抗R26を介してボルテージフォロアを構成するバッファ用オペアンプOP12の非反転入力端子に接続してあり、バッファ用オペアンプOP12の出力端子は、抵抗R28を介してNOx用オペアンプOP3の非反転入力端子に接続してある。一方、NOx電流検出用抵抗Rsの下流側端は、抵抗R27を介してNOx用オペアンプOP3の反転入力端子に接続してある。
Further, both ends of the NOx current detection resistor Rs are connected to the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the NOx operational amplifier OP3 constituting the differential amplifier circuit, and the NOx operational amplifier OP3 is used to detect the NOx current. The voltage output is based on the NOx current flowing through the resistor Rs (flowing through the
The upstream end of the NOx current detection resistor Rs is connected to the non-inverting input terminal of the buffer operational amplifier OP12 constituting the voltage follower via the resistor R26, and the output terminal of the buffer operational amplifier OP12 is connected to the resistor R28. And connected to the non-inverting input terminal of the NOx operational amplifier OP3. On the other hand, the downstream end of the NOx current detection resistor Rs is connected to the inverting input terminal of the NOx operational amplifier OP3 via the resistor R27.
また、図3に示すごとく、NOx用オペアンプOP3の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗R29及び特性改善用のコンデンサC7が並列に接続してあり、NOx用オペアンプOP3の非反転入力端子は、所定のオフセット電圧Vd(本例では0.2V)に接続してある。そして、抵抗R27と抵抗R28との抵抗値、及び抵抗R29と抵抗R30との抵抗値は同じであり、NOx用オペアンプOP3は、抵抗R27(R28)に対する抵抗R29(R30)の大きさによって定まる増幅率で、NOx電流検出用抵抗Rsの両端の電位差を出力するよう構成してある。 Further, as shown in FIG. 3, a resistor R29 and a characteristic improving capacitor C7 are connected in parallel between the inverting input terminal and the output terminal of the NOx operational amplifier OP3, and the non-inverting input of the NOx operational amplifier OP3. The terminal is connected to a predetermined offset voltage Vd (in this example, 0.2 V). The resistance values of the resistor R27 and the resistor R28 and the resistance values of the resistor R29 and the resistor R30 are the same, and the NOx operational amplifier OP3 is determined by the magnitude of the resistor R29 (R30) relative to the resistor R27 (R28). The potential difference between both ends of the NOx current detection resistor Rs is output at a rate.
(NOx濃度の検出)
また、同図に示すごとく、NOx用オペアンプOP3の出力と、残存酸素用オペアンプOP4の出力とは、差動増幅回路を構成する照合用オペアンプOP5の非反転入力端子と反転入力端子とに接続してある。この照合用オペアンプOP5によって、NOx電流に基づいた電圧と残存酸素電流に基づいた電圧との差分を演算して、この差分による電圧を出力するよう構成してある。照合用オペアンプOP5の出力端子は、制御用マイコン8のA/D変換入力ポートIN1に接続してあり、制御用マイコン8においては、被測定ガス中のNOx濃度の検出、監視が可能になっている。
(Detection of NOx concentration)
Further, as shown in the figure, the output of the NOx operational amplifier OP3 and the output of the residual oxygen operational amplifier OP4 are connected to the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the verification operational amplifier OP5 constituting the differential amplifier circuit. It is. By this operational amplifier OP5 for comparison, the difference between the voltage based on the NOx current and the voltage based on the residual oxygen current is calculated, and the voltage based on this difference is output. The output terminal of the verification operational amplifier OP5 is connected to the A / D conversion input port IN1 of the
より具体的には、図3に示すごとく、NOx用オペアンプOP3の出力端子は、抵抗R32を介して、照合用オペアンプOP5の非反転入力端子に接続してあり、残存酸素用オペアンプOP4の出力端子は、抵抗R31を介して、照合用オペアンプOP5の反転入力端子に接続してある。
また、照合用オペアンプOP5の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗R33及び特性改善用のコンデンサC8が並列に接続してあり、照合用オペアンプOP5の非反転入力端子は、所定のオフセット電圧Vd(本例では0.2V)に接続してある。そして、抵抗R31と抵抗R32との抵抗値、及び抵抗R33と抵抗R34との抵抗値は同じであり、照合用オペアンプOP5は、抵抗R31(R32)に対する抵抗R33(R34)の大きさによって定まる増幅率で、NOx濃度に応じた電圧を出力するよう構成してある。
また、NOx用オペアンプOP3の出力端子は、制御用マイコン8のA/D変換入力ポートIN7に接続してあり、制御用マイコン8においては、センサセル2Bにおけるセンサ電流の検出、監視が可能になっている。
More specifically, as shown in FIG. 3, the output terminal of the NOx operational amplifier OP3 is connected to the non-inverting input terminal of the verification operational amplifier OP5 via the resistor R32, and the output terminal of the residual oxygen operational amplifier OP4. Is connected to the inverting input terminal of the verification operational amplifier OP5 through a resistor R31.
Further, a resistor R33 and a characteristic improving capacitor C8 are connected in parallel between the inverting input terminal and the output terminal of the verification operational amplifier OP5, and the non-inverting input terminal of the verification operational amplifier OP5 has a predetermined offset. It is connected to a voltage Vd (0.2 V in this example). The resistance values of the resistor R31 and the resistor R32 and the resistance values of the resistor R33 and the resistor R34 are the same, and the verification operational amplifier OP5 is determined by the magnitude of the resistor R33 (R34) relative to the resistor R31 (R32). A voltage corresponding to the NOx concentration is output at a rate.
The output terminal of the NOx operational amplifier OP3 is connected to the A / D conversion input port IN7 of the
図2に示すごとく、モニタセル2Cにおいて、アドミタンス測定回路7は、センサ電流の検出から素子アドミタンスの測定に切り替え、センサ電流の検出を行っていない時間帯を利用して、モニタセル2Cに所定の交流電圧を印加し、このモニタセル2Cに流れる交流電流の変化を検出することによって、素子アドミタンスを求めるよう構成されている。
素子アドミタンスの信号は、A/D変換入力ポートIN3から制御用マイコン8に取り込まれる。
As shown in FIG. 2, in the monitor cell 2C, the
The element admittance signal is taken into the
(掃引手段62)
同図に示すごとく、指令電圧源61に構成した掃引手段62は、抵抗R6と並列になるよう設けたプラス側スイッチング素子(MOS型FET)TR2及び抵抗R4と、抵抗R7及び抵抗R8と並列になるよう設けたマイナス側スイッチング素子(MOS型FET)TR3及び抵抗R5とを有している。各スイッチング素子TR2、TR3のゲート端子Gは、それぞれ抵抗R2、R3を介して、制御用マイコン8の出力ポートOUT1、OUT2に接続してある。
(Sweep means 62)
As shown in the figure, the sweep means 62 configured in the
そして、モニタセル2Cにおいて、素子アドミタンスの測定を行う際には、制御用マイコン8の出力ポートOUT3からの出力信号によって、スイッチング素子TR1を導通させた後、制御用マイコン8の出力ポートOUT1からの出力信号をONにして、プラス側スイッチング素子TR2を導通させる。これにより、抵抗R4と抵抗R6との並列抵抗と、抵抗R7及び抵抗R8の直列抵抗との分圧による電圧(本例では4.2V)がモニタセル2Cの被測定ガス側電極205に印加される。次いで、所定時間経過後、制御用マイコン8の出力ポートOUT1からの出力信号をOFFにすると共に、制御用マイコン8の出力ポートOUT2からの出力信号をONにして、マイナス側スイッチング素子TR3を導通させる。これにより、抵抗R6と、抵抗R5と抵抗R7及び抵抗R8との並列抵抗との分圧による電圧(本例では3.8V)がモニタセル2Cの被測定ガス側電極205に印加される。その後、制御用マイコン8の出力ポートOUT2からの出力信号をOFFにする。
こうして、掃引手段62により、モニタセル2Cの被測定ガス側電極205に、素子アドミタンスを測定するための交流電圧を印加することができる。
When the element admittance is measured in the monitor cell 2C, the switching element TR1 is turned on by the output signal from the output port OUT3 of the
Thus, the sweep means 62 can apply an AC voltage for measuring element admittance to the measured
(スイッチング回路65A、B)
図2に示すごとく、本例のスイッチング素子TR1を構成する2つのNチャンネルのMOS型FET(TR1A、B)は、それぞれのゲート端子Gに接続したスイッチング回路65A、Bによって、導通状態と非導通状態とに切替が可能である。スイッチング回路65A、Bは、上流側MOS型FET(TR1A)のゲート端子Gに電圧を印加する上流側スイッチング回路65Aと、下流側MOS型FET(TR1B)のゲート端子Gに電圧を印加する下流側スイッチング回路65Bとからなる。
各スイッチング回路65A、Bは、それぞれ制御用マイコン8からの出力信号を受けて、導通状態と非導通状態とに切り替わる1段目トランジスタTR6A、Bと、1段目トランジスタTR6A、Bの出力状態を受けて、導通状態と非導通状態とに切り替わる2段目トランジスタTR7A、Bとを用いて構成してある。本例の1段目トランジスタTR6A、B及び2段目トランジスタTR7A、Bは、NPN型のバイポーラトランジスタであり、2段目トランジスタTR7A、Bのゲート端子Gは、1段目トランジスタTR6A、Bのコレクタ端子に接続してある。
(
As shown in FIG. 2, the two N-channel MOS FETs (TR1A, B) constituting the switching element TR1 of this example are turned on and off by the switching
Each of the switching
より具体的には、上流側スイッチング回路65Aにおいて、制御用マイコン8の出力ポートOUT3は、電流制限用の抵抗R40Aを介して1段目トランジスタTR6Aのベース端子に接続してあり、1段目トランジスタTR6Aのベース端子とエミッタ端子との間には、電流フィードバック用の抵抗R41Aが接続してある。回路用電源Veと1段目トランジスタTR6Aのコレクタ端子との間には、電流制限用の抵抗R42Aが設けてあり、1段目トランジスタTR6Aのエミッタ端子はグラウンド電位に接続してある。抵抗R42Aと1段目トランジスタTR6Aのコレクタ端子との間は、電流制限用の抵抗R43Aを介して2段目トランジスタTR7Aのベース端子に接続してある。
More specifically, in the
図2に示すごとく、2段目トランジスタTR7Aのベース端子とエミッタ端子との間には、電流フィードバック用の抵抗R45Aが接続してある。バッテリ電源VBと2段目トランジスタTR7Aのコレクタ端子との間には、電流制限用の抵抗R44Aが設けてあり、抵抗R44Aと2段目トランジスタTR7Aのコレクタ端子との間は、電流制限用の抵抗R46Aを介して上流側MOS型FET(TR1A)のゲート端子Gに接続してある。
また、抵抗R46Aと、2段目トランジスタTR7Aのコレクタ端子との間は、アノード端子をグラウンド電位側にしたツェナダイオードD3Aによってグラウンド電位に接続してある。ツェナダイオードD3Aにより、上流側MOS型FET(TR1A)を逆起電力から保護している。
As shown in FIG. 2, a current feedback resistor R45A is connected between the base terminal and the emitter terminal of the second-stage transistor TR7A. A current limiting resistor R44A is provided between the battery power source VB and the collector terminal of the second-stage transistor TR7A, and a current-limiting resistor is provided between the resistor R44A and the collector terminal of the second-stage transistor TR7A. It is connected to the gate terminal G of the upstream MOS type FET (TR1A) via R46A.
The resistor R46A and the collector terminal of the second-stage transistor TR7A are connected to the ground potential by a Zener diode D3A whose anode terminal is on the ground potential side. The Zener diode D3A protects the upstream MOS FET (TR1A) from the back electromotive force.
図2に示すごとく、上流側MOS型FET(TR1A)のソース端子Sとアドミタンス測定用抵抗Raとの間には、ボルテージフォロアを構成する電圧引出用オペアンプOP10が分岐して接続してある。
上流側MOS型FET(TR1A)のソース端子Sとアドミタンス測定用抵抗Raとの間は、抵抗R47を介して、電圧引出用オペアンプOP10の非反転入力端子に接続してあり、電圧引出用オペアンプOP10の出力端子は、2段目トランジスタTR7Aのエミッタ端子に接続してある。
また、電圧引出用オペアンプOP10の出力端子は、制御用マイコン8の入力ポートIN5に接続してあり、制御用マイコン8は、アドミタンス測定用抵抗Raの下流側端の電圧を監視するよう構成してある。
As shown in FIG. 2, a voltage extraction operational amplifier OP10 constituting a voltage follower is branched and connected between the source terminal S of the upstream MOS type FET (TR1A) and the admittance measurement resistor Ra.
The source terminal S of the upstream MOS FET (TR1A) and the admittance measurement resistor Ra are connected to the non-inverting input terminal of the voltage extraction operational amplifier OP10 via the resistor R47, and the voltage extraction operational amplifier OP10. Is connected to the emitter terminal of the second-stage transistor TR7A.
The output terminal of the voltage extraction operational amplifier OP10 is connected to the input port IN5 of the
また、下流側スイッチング回路65Bにおいて、制御用マイコン8の出力ポートOUT3は、電流制限用の抵抗R40Bを介して1段目トランジスタTR6Bのベース端子に接続してあり、1段目トランジスタTR6Bのベース端子とエミッタ端子との間には、電流フィードバック用の抵抗R41Bが接続してある。回路用電源Veと1段目トランジスタTR6Bのコレクタ端子との間には、電流制限用の抵抗R42Bが設けてあり、1段目トランジスタTR6Bのエミッタ端子はグラウンド電位に接続してある。抵抗R42Bと1段目トランジスタTR6Bのコレクタ端子との間は、電流制限用の抵抗R43Bを介して2段目トランジスタTR7Bのベース端子に接続してある。
In the
2段目トランジスタTR7Bのベース端子とエミッタ端子との間には、電流フィードバック用の抵抗R45Bが接続してある。バッテリ電源VBと2段目トランジスタTR7Bのコレクタ端子との間には、電流制限用の抵抗R44Bが設けてあり、2段目トランジスタTR7Bのエミッタ端子は、グラウンド電位に接続してある。また、抵抗R44Bと2段目トランジスタTR7Bのコレクタ端子との間は、電流制限用の抵抗R46Bを介して下流側MOS型FET(TR1B)のゲート端子Gに接続してある。
また、抵抗R46Bと、2段目トランジスタTR7Bのコレクタ端子との間は、アノード端子をグラウンド電位側にしたツェナダイオードD3Bによってグラウンド電位に接続してある。ツェナダイオードD3Bにより、下流側MOS型FET(TR1B)を逆起電力から保護している。
A current feedback resistor R45B is connected between the base terminal and the emitter terminal of the second-stage transistor TR7B. A current limiting resistor R44B is provided between the battery power supply VB and the collector terminal of the second-stage transistor TR7B, and the emitter terminal of the second-stage transistor TR7B is connected to the ground potential. The resistor R44B and the collector terminal of the second-stage transistor TR7B are connected to the gate terminal G of the downstream MOS FET (TR1B) via a current limiting resistor R46B.
The resistor R46B and the collector terminal of the second-stage transistor TR7B are connected to the ground potential by a Zener diode D3B whose anode terminal is on the ground potential side. The Zener diode D3B protects the downstream MOS FET (TR1B) from back electromotive force.
図2に示すごとく、センサ電流検出回路6によってモニタセル2Cに流れるセンサ電流の検出を行う際には、制御用マイコン8の出力ポートはOFF(Low)状態になっており、各スイッチング回路65A、Bの1段目トランジスタTR6A、Bのコレクタ−エミッタ間が非導通状態になっている。また、回路用電源Veによる電圧(本例では8.4V)が、各2段目トランジスタTR7A、Bのベース端子に印加され、各2段目トランジスタTR7A、Bのコレクタ−エミッタ間が導通状態になっている。
そして、下流側スイッチング回路65Bから下流側MOS型FET(TR1B)のゲート端子Gには、ほぼ0Vの電圧が印加されており(下流側MOS型FET(TR1B)のゲート端子GはLow状態になっており)、下流側MOS型FET(TR1B)は、非導通状態になっている。
As shown in FIG. 2, when the sensor
A voltage of approximately 0 V is applied from the
また、上流側スイッチング回路65Aから上流側MOS型FET(TR1A)のゲート端子Gには、バッファ用オペアンプOP10により、上流側MOS型FET(TR1A)のソース端子Sと略同じ電圧(電流検出用オペアンプOP2からアドミタンス測定用抵抗Raに印加される電圧と略同じ電圧)(本例では4V)が印加される。そして、上流側MOS型FET(TR1A)のゲート端子Gと、上流側MOS型FET(TR1A)のソース端子Sとの間の電位差がない(ほぼ0Vである)ことにより、上流側MOS型FET(TR1A)のゲート端子GはLow状態になっており、上流側MOS型FET(TR1A)は、非導通状態になっている。
Also, the gate terminal G of the upstream side MOS type FET (TR1A) from the upstream
一方、図2に示すごとく、アドミタンス測定回路7によってアドミタンス測定用抵抗Raに流れる電流変化の測定を行う際には、制御用マイコン8の出力ポートがON(High)状態になり、各スイッチング回路65A、Bの1段目トランジスタTR6A、Bのコレクタ−エミッタ間が導通状態になる。このとき、各2段目トランジスタTR7A、Bのベース端子に印加される電圧がほぼ0Vになり、各2段目トランジスタTR7A、Bのコレクタ−エミッタ間が非導通状態になる。そして、各2段目トランジスタTR7A、Bのコレクタ端子から、バッテリ電源VBによる電圧(本例では12V)が、各MOS型FET(TR1A、B)のベース端子に印加される。
On the other hand, as shown in FIG. 2, when the
これにより、各MOS型FET(TR1A、B)のドレイン−ソース間が導通状態になり、アドミタンス測定用抵抗Raを設けた切替用配線601が導通状態になる。
こうして、アドミタンス測定回路7によってアドミタンス測定用抵抗Raに流れる電流を検出する際には、指令電圧源61の電圧よりも高い電圧であるバッテリ電源VBによる電圧VBを、2つのMOS型FET(TR1A、B)のゲート端子Gに印加して、当該2つのMOS型FET(TR1A、B)を導通させることができる。
As a result, the drain-source of each MOS FET (TR1A, B) becomes conductive, and the switching
Thus, when the
(アドミタンス測定回路7)
図4に示すごとく、本例のアドミタンス測定回路7を構成するアドミタンス測定用配線701は、アドミタンス測定用抵抗Raの電流の流れの下流側端(アドミタンス測定用抵抗Raとスイッチング素子TR1との間)に接続してある。なお、図4における記号Aは、図2、図3における記号Aと繋がっていることを示す。
アドミタンス測定用配線701においては、電流の流れの上流側から順に、バッファ用オペアンプOP7、ハイパスフィルタ71、ダイオードD1、ピークホールド手段72及び増幅回路を構成する増幅用オペアンプOP9が設けてある。
(Admittance measurement circuit 7)
As shown in FIG. 4, the
In the
ハイパスフィルタ71は、いわゆる一次フィルタであり、アドミタンス測定用配線701に設けたコンデンサC3と、コンデンサC3の下流側と、グラウンド電位との間に設けた抵抗R10とによって構成してある。アドミタンス測定用配線701において、ハイパスフィルタ71の下流側には、電流制限用の抵抗R11が設けてあり、この抵抗R11の下流側は、アノード端子をグラウンド電位側にしたダイオードD1を介してグラウンド電位に接続してある。
The high-
図4に示すごとく、アドミタンス測定用配線701において、ダイオードD1の接続位置の下流側は、電流制限用の抵抗R12を介してピークホールド手段72に接続してある。本例のピークホールド手段72は、ボルテージフォロアを構成するピークホールド用オペアンプOP8と、ピークホールド用オペアンプOP8の出力端子とグラウンド電位との間に接続したピーク電圧検出用コンデンサC4と、ピーク電圧検出用コンデンサC4からピークホールド用オペアンプOP8の出力端子への電流リークを防止するためのダイオードD2とを有している。また、ダイオードD2とピーク電圧検出用コンデンサC4との間には、電流制限用の抵抗R13が設けてある。
As shown in FIG. 4, in the
アドミタンス測定用配線701において、ピーク電圧検出用コンデンサC4の下流側は、非反転増幅回路を構成する増幅用オペアンプOP9の非反転入力端子に接続してある。増幅用オペアンプOP9は、その反転入力端子とグラウンド電位との間に設けた抵抗R15と、その反転入力端子と出力端子との間に設けた抵抗R16とによって定まる増幅率で、ピーク電圧検出用コンデンサC4に保持したピーク電圧を増幅する。増幅用オペアンプOP9の出力端子は、制御用マイコン8のA/D変換入力ポートIN3に接続してある。
こうして、制御用マイコン8は、電圧の掃引時に、モニタセル2Cの素子アドミタンスを、アドミタンス測定回路7のピークホールド手段によって保持したピーク電圧と、アドミタンス測定用抵抗Raの抵抗値(本例では511Ω)とに基づいて求めるよう構成してある。
In the
In this way, the
また、図4に示すごとく、アドミタンス測定用配線701において、ピークホールド用オペアンプOP8の上流側には、アドミタンス測定回路7において素子アドミタンスの測定を行わないときに、アドミタンス測定用配線701をグラウンド電位にしておくための測定停止用スイッチング素子TR4が設けてあり、ピークホールド用オペアンプOP8の下流側には、アドミタンス測定回路7において素子アドミタンスの測定が終わったときに、ピーク電圧検出用コンデンサC4によって保持した電圧をリセット(ほぼゼロ)にするためのリセット用スイッチング素子TR5が設けてある。
測定停止用スイッチング素子TR4及びリセット用スイッチング素子TR5の各ベース端子は、制御用マイコン8の出力ポートOUT6、OUT7に接続してある。
As shown in FIG. 4, in the
The base terminals of the measurement stop switching element TR4 and the reset switching element TR5 are connected to the output ports OUT6 and OUT7 of the
そして、モニタセル2Cにおいて素子アドミタンスの検出を行う際には、ピークホールド用オペアンプOP8の非反転入力端子に印加される電圧は、ダイオードD2によってピークホールド用オペアンプOP8の出力端子への電流リークを防止した状態で、ピーク電圧検出用コンデンサC4に蓄えられる。そして、増幅用オペアンプOP9によって所定の増幅率に増幅した状態で、制御用マイコン8のA/D変換入力ポートIN3に取り込まれる。
また、ピーク電圧検出用コンデンサC4に蓄えた電圧をリセットする際には、制御用マイコン8の出力ポートOUT6からの出力信号によって、リセット用スイッチング素子TR5を導通させることができ、素子アドミタンスの測定を行わないときに、制御用マイコン8の出力ポートOUT7からの出力信号によって、測定停止用スイッチング素子TR4を導通させておくことができる。
When element admittance is detected in the monitor cell 2C, the voltage applied to the non-inverting input terminal of the peak hold operational amplifier OP8 prevents current leakage to the output terminal of the peak hold operational amplifier OP8 by the diode D2. In the state, it is stored in the peak voltage detecting capacitor C4. Then, the signal is taken into the A / D conversion input port IN3 of the
Further, when resetting the voltage stored in the peak voltage detecting capacitor C4, the reset switching element TR5 can be turned on by the output signal from the output port OUT6 of the
図7は、素子アドミタンスの測定を行う際の動作を概略的に示す。
同図における上段は、素子アドミタンスの測定時に、掃引手段62により発生させる掃引電圧を示し、同図における中段は、アドミタンス測定用抵抗Raに生じた変化電圧(電圧モニタ用オペアンプOP10の出力電圧)を示し、同図における下段は、ピークホールド手段72におけるピーク電圧(ピークホールド用オペアンプOP8の出力電圧)を示す。本例の基準電圧源51の電圧は、4.4Vであり、実際にアドミタンス測定用抵抗Raに印加される電圧は、0.2Vと0.6Vとの間で変化する。そして、制御用マイコン8は、ピーク電圧と、アドミタンス測定用抵抗Raの抵抗値とに基づいて、モニタセル2Cの素子アドミタンスを求めることができる。
FIG. 7 schematically shows the operation when measuring the element admittance.
The upper part of the figure shows the sweep voltage generated by the sweep means 62 when measuring the element admittance, and the middle part of the figure shows the change voltage (the output voltage of the voltage monitor operational amplifier OP10) generated in the admittance measurement resistor Ra. The lower part of the figure shows the peak voltage in the peak hold means 72 (the output voltage of the peak hold operational amplifier OP8). The voltage of the
(ガスセンサ素子2の温度制御)
図1に示すごとく、制御用マイコン8においては、ガスセンサ素子2(モニタセル2C)の温度T(℃)と、モニタセル2Cの素子アドミタンス(又は素子インピーダンス)Adm(S又はΩ)との関係マップ(グラフ)が形成してある。制御用マイコン8は、アドミタンス測定回路7におけるピークホールド手段72からの出力電圧を受けて、この出力電圧とアドミタンス測定用抵抗Ra(本例では511Ω)とからモニタセル2Cの素子アドミタンス(又は素子インピーダンス)を求め、この素子アドミタンス(又は素子インピーダンス)の値より、この測定時点のガスセンサ素子2の温度を検出するよう構成してある。
(Temperature control of gas sensor element 2)
As shown in FIG. 1, in the
図5に示すごとく、ヒータ素子3の一方の端子302には、通電用電圧源VBが接続してあり、ヒータ素子3の他方の端子301には、制御用マイコン8の出力ポート(ON/OFFポート)OUT5からのパルス幅変調信号(PWM信号)を受けてヒータ素子3への通電を行うようON/OFF動作するヒータ出力回路32が設けてある。
そして、制御用マイコン8は、素子アドミタンスの値に基づいて、ヒータ出力回路32へのパルス幅変調信号のデューティ比を変化させ、ガスセンサ素子2の温度を、限界電流特性を安定して発揮するための所定の目標温度に制御するよう構成してある。また、制御用マイコン8は、PID制御等のフィードバック制御を行って、ガスセンサ素子2の温度が目標とする温度になるように、パルス幅変調制御を行う。
なお、制御用マイコン8は、上位のECU(電子制御装置)との電気通信を行うよう構成されている。
As shown in FIG. 5, the energization voltage source VB is connected to one
The
The
本例のガス濃度検出装置1は、NOx(窒素酸化物)濃度を検出するものであると共に、モニタセル2Cにおいて、センサ電流の検出と素子アドミタンス(又は素子インピーダンス)の測定とを切り替えて行うことができるものである。そして、センサ電流の検出を行う際に、この検出に悪影響を与える電流のリーク(漏れ)を抑えるための工夫を行っている。
The gas
具体的には、図6に示すごとく、アドミタンス測定用抵抗Raの導通状態と非導通状態とを切り替える切替用配線601に設けたスイッチング素子TR1は、2つのNチャンネルのMOS型FET(TR1A、B)を、ドレイン端子D同士を接続して構成してある。そして、2つのMOS型FET(TR1A、B)は、ゲート端子Gとソース端子Sとの間に、静電気等による過電圧から当該各MOS型FET(TR1A、B)を保護するためのツェナダイオードD2’、D3’を両バイアス方向に設けてなる。
なお、スイッチング素子TR1は、2つのMOS型FET(TR1A、B)をドレイン端子D同士を接続して構成することにより、上記センサ電流の検出を行う際に、ソース−ドレイン間に順方向に形成される寄生ダイオードD1’によって、上記切替用配線601にリーク電流が生じることを防止することができる。
Specifically, as shown in FIG. 6, the switching element TR1 provided in the switching
The switching element TR1 is formed in the forward direction between the source and the drain when detecting the sensor current by configuring the two MOS FETs (TR1A, B) by connecting the drain terminals D to each other. Due to the parasitic diode D1 ′, leakage current can be prevented from occurring in the switching
モニタセル2Cに流れるセンサセル電流の検出を行う際には(センサ電流検出手段63によってセンサ電流検出用抵抗Rmに流れる電流を検出する際には)、2つのMOS型FET(TR1A、B)を非導通状態にして、切替用配線601を非導通状態にしておく。このとき、上流側MOS型FET(TR1A)のゲート端子Gには、この上流側MOS型FET(TR1A)のソース端子Sと略同電位の電圧(上記指令電圧源61による電圧と略同電位の電圧)を印加し、下流側MOS型FET(TR1B)のゲート端子Gは、グラウンド電位にしておく。
次いで、基準電圧源51による電圧(本例では4.4V)と指令電圧源61による電圧(本例では4V)との差分電圧(本例では0.4V)が、モニタセル2Cに印加されたときには、センサ電流検出回路6におけるセンサ電流検出用抵抗Rmには、例えば、数nA〜数百nAの微小なセンサ電流が流れる。そして、センサ電流検出手段63により、センサ電流検出用抵抗Rmに流れる電流を検出することができる。
When detecting the sensor cell current flowing through the monitor cell 2C (when detecting the current flowing through the sensor current detection resistor Rm by the sensor current detecting means 63), the two MOS FETs (TR1A, B) are made non-conductive. Then, the switching
Next, when a differential voltage (0.4 V in this example) between a voltage (4.4 V in this example) from the
このとき、上流側MOS型FET(TR1A)のゲート端子Gには、この上流側MOS型FET(TR1A)のソース端子Sと略同電位の電圧(指令電圧源61による電圧と略同電位の電圧)(本例では4V)が印加されていることにより、上流側MOS型FET(TR1A)のゲート−ソース間には、電位差がほとんど生じない。これにより、モニタセル2Cに流れるセンサ電流を検出する際に、上流側MOS型FET(TR1A)におけるツェナダイオードD2’、D3’にリーク電流が発生することを防止することができる。そのため、このリーク電流が、センサ電流検出用抵抗Rmへ流れることを防止することができ、センサ電流検出手段63によるセンサ電流の検出精度を向上させることができる。そして、センサセル2Bに流れるセンサ電流の電流値とモニタセル2Cに流れるセンサ電流の電流値との差分より、NOx濃度を求める際には、このNOx濃度の検出精度を向上させることができる。
At this time, the gate terminal G of the upstream MOS FET (TR1A) has a voltage substantially equal to that of the source terminal S of the upstream MOS FET (TR1A) (a voltage approximately equal to the voltage by the
なお、上記センサ電流の検出を行う際に、下流側MOS型FET(TR1B)のゲート−ソース間には、指令電圧源61とグラウンド電位との電位差(本例では4V)が生じるものの、下流側MOS型FET(TR1B)におけるツェナダイオードD2’、D3’に発生するおそれがあるリーク電流は、センサ電流検出用抵抗Rmを通過した後の電流である。そのため、仮に、下流側MOS型FET(TR1B)におけるツェナダイオードD2’、D3’にリーク電流が生じたとしても、このリーク電流がセンサ電流検出手段63によるセンサ電流の検出精度に悪影響を与えることはほとんどない。
そして、NOx濃度の検出を行う際には、モニタセル2Cにおいては、数nA〜数百nAの微小なセンサ電流を検出する必要があるものの、上流側MOS型FET(TR1A)におけるツェナダイオードD2’、D3’にリーク電流が発生することを防止することにより、このリーク電流がセンサ電流の検出精度に悪影響を与えることを防止することができる。
When detecting the sensor current, a potential difference (4 V in this example) between the
When the NOx concentration is detected, the monitor cell 2C needs to detect a minute sensor current of several nA to several hundred nA, but the Zener diode D2 ′ in the upstream MOS type FET (TR1A), By preventing the leakage current from occurring at D3 ′, it is possible to prevent the leakage current from adversely affecting the detection accuracy of the sensor current.
また、モニタセル2Cにおいて、素子アドミタンスの測定を行う際には(アドミタンス測定回路7によってアドミタンス測定用抵抗Raに流れる電流を検出する際には)、2つのMOS型FET(TR1A、B)を導通状態にして、切替用配線601を導通状態にする。このとき、2つのMOS型FET(TR1A、B)のゲート端子Gには、指令電圧源61の電圧(本例では4V)よりも高い電圧であるバッテリ電源VBによる電圧(本例では12V)を印加して、2つのMOS型FET(TR1A、B)を導通させる。
In the monitor cell 2C, when the element admittance is measured (when the current flowing through the admittance measurement resistor Ra is detected by the admittance measurement circuit 7), the two MOS FETs (TR1A, B) are turned on. Then, the switching
次いで、指令電圧源61に設けた掃引手段62によって、電流検出用オペアンプOP2に交流電圧を印加する。このとき、基準電圧源51による電圧と、掃引手段62による交流電圧との差分による電圧がモニタセル2Cに印加され、モニタセル2C及びアドミタンス測定用抵抗Raに電流が流れる。
そして、アドミタンス測定回路7を用いて、アドミタンス測定用抵抗Raに流れる電流による電圧変化を検出することにより、モニタセル2Cの素子アドミタンスを安定して測定することができる。
Next, an AC voltage is applied to the current detection operational amplifier OP <b> 2 by the sweep means 62 provided in the
The element admittance of the monitor cell 2C can be stably measured by detecting a voltage change caused by the current flowing through the admittance measurement resistor Ra using the
このように、本例のガス濃度検出装置1によれば、センサ電流の検出と素子アドミタンスの測定とを切り替えて行うモニタセル2Cにおいて、センサ電流の検出精度を向上させることができ、しいてはNOx濃度の検出精度を向上させることができる。
As described above, according to the gas
(実施例2)
本例は、図8に示すごとく、上記センサ電流検出回路6の切替用配線601に設けるスイッチング素子TR1Xを、各ドレイン端子D同士を接続して構成した2つのPチャンネルのMOS型FET(TR1A、B)を用いて構成した例である。
本例の2つのMOS型FET(TR1A、B)の構成は、実施例1の2つのMOS型FET(TR1A、B)と比べてNチャンネルとPチャンネルとの違いがある以外は、実施例1と同様である。すなわち、各MOS型FET(TR1A、B)は、ゲート端子Gとソース端子Sとの間に、静電気等による過電圧から当該各MOS型FET(TR1A、B)を保護するためのツェナダイオードD2’、D3’を両バイアス方向に設けてなる。
(Example 2)
In this example, as shown in FIG. 8, the switching element TR1X provided in the switching
The configuration of the two MOS type FETs (TR1A, B) of this example is the same as that of Example 1 except that there is a difference between the N channel and the P channel as compared to the two MOS type FETs (TR1A, B) of Example 1. It is the same. That is, each MOS type FET (TR1A, B) has a Zener diode D2 ′ for protecting the MOS type FET (TR1A, B) from an overvoltage caused by static electricity between the gate terminal G and the source terminal S. D3 ′ is provided in both bias directions.
本例のガス濃度検出装置1は、センサ電流検出手段63によってセンサ電流検出用抵抗Rmに流れる電流を検出する際には、2つのPチャンネルのMOS型FET(TR1A、B)のゲート端子Gには、上流側MOS型FET(TR1A)のソース端子Sと略同電位の電圧(指令電圧源61による電圧と略同電位の電圧)(本例では4V)を印加して、当該2つのMOS型FET(TR1A、B)を非導通にしておく。
また、本例のガス濃度検出装置1は、アドミタンス測定回路7によってアドミタンス測定用抵抗Raに流れる電流を検出する際には、指令電圧源61の電圧(本例では4V)よりも低い電圧(ほぼ0V)を、2つのPチャンネルのMOS型FET(TR1A、B)のゲート端子Gに印加して、当該2つのMOS型FET(TR1A、B)を導通させるよう構成してある。
In the gas
Further, when the gas
図8に示すごとく、本例の上流側MOS型FET(TR1A)のソース端子S(上流側MOS型FET(TR1A)のソース端子Sとアドミタンス測定用抵抗Raとの間)には、ボルテージフォロアを構成する電圧引出用オペアンプOP14が分岐して接続してある。そして、2つのPチャンネルのMOS型FET(TR1A、B)のドレイン−ソース間を非導通にしておく際には、当該2つのMOS型FET(TR1A、B)のゲート端子Gに、電圧引出用オペアンプOP14によって引き出した電圧が印加されるよう構成してある。
本例の2つのPチャンネルのMOS型FET(TR1A、B)のドレイン−ソース間を導通状態と非導通状態とに切り替えるスイッチング回路65Cは、制御用マイコン8の出力ポートOUT3からの出力信号によってスイッチング動作するトランジスタ(本例ではNPN型のトランジスタ)TR8と、電圧引出用オペアンプOP14とを用いて簡易的に構成したものである。
As shown in FIG. 8, a voltage follower is connected to the source terminal S (between the source terminal S of the upstream MOS type FET (TR1A) and the admittance measurement resistor Ra) of the upstream side MOS FET (TR1A) of this example. A voltage extracting operational amplifier OP14 is branched and connected. When the drain and source of the two P-channel MOS type FETs (TR1A, B) are kept non-conductive, a voltage extracting circuit is connected to the gate terminal G of the two MOS type FETs (TR1A, B). The voltage extracted by the operational amplifier OP14 is applied.
The switching circuit 65C for switching between the drain and source of the two P-channel MOS type FETs (TR1A, B) of this example between the conductive state and the non-conductive state is switched by the output signal from the output port OUT3 of the
本例の制御用マイコン8の出力ポートOUT3は、トランジスタTR8のベース端子Bに接続してあり、トランジスタTR8のコレクタ端子Cは、2つのPチャンネルのMOS型FET(TR1A、B)のゲート端子Gに接続してある。また、トランジスタTR8のエミッタ端子Eはグラウンド電位に接続してある。
本例のアドミタンス測定用抵抗Raの下流側端は、抵抗R50を介して電圧引出用オペアンプOP14の非反転入力端子に接続してあり、電圧引出用オペアンプOP14の出力端子は、電流制限用の抵抗R51を介してトランジスタTR8のコレクタ端子Cに接続してある。
The output port OUT3 of the
The downstream end of the admittance measurement resistor Ra of this example is connected to the non-inverting input terminal of the voltage extraction operational amplifier OP14 via the resistor R50, and the output terminal of the voltage extraction operational amplifier OP14 is a current limiting resistor. It is connected to the collector terminal C of the transistor TR8 via R51.
図8に示すごとく、モニタセル2Cに流れるセンサセル電流の検出を行う際には(センサ電流検出手段63によってセンサ電流検出用抵抗Rmに流れる電流を検出する際には)、制御用マイコン8の出力ポートOUT3の出力信号をOFF(Low)状態にしておく。このとき、電流検出用オペアンプOP2により、2つのPチャンネルのMOS型FET(TR1A、B)及びアドミタンス検出用抵抗Raには、指令電圧源61による電圧(本例では4V)が印加されている。
また、このとき、2つのPチャンネルのMOS型FET(TR1A、B)のゲート端子Gには、電圧引出用オペアンプOP14によって引き出した上流側MOS型FET(TR1A)のソース端子Sと略同電位の電圧(指令電圧源61による電圧と略同電位の電圧)(本例では4V)が印加される。
As shown in FIG. 8, when the sensor cell current flowing through the monitor cell 2C is detected (when the current flowing through the sensor current detecting resistor Rm is detected by the sensor current detecting means 63), the output port of the
At this time, the gate terminals G of the two P-channel MOS FETs (TR1A, B) have substantially the same potential as the source terminal S of the upstream MOS FET (TR1A) drawn out by the voltage extraction operational amplifier OP14. A voltage (a voltage having substantially the same potential as that of the command voltage source 61) (4 V in this example) is applied.
これにより、2つのMOS型FET(TR1A、B)のゲート−ソース間には、電位差がほとんど生じない。そして、モニタセル2Cに流れるセンサ電流を検出する際に、2つのMOS型FET(TR1A、B)におけるツェナダイオードD2’、D3’にリーク電流が発生することを防止することができる。そのため、このリーク電流が、センサ電流検出用抵抗Rmへ流れることを防止することができ、センサ電流検出手段63によるセンサ電流の検出精度を向上させることができる。そして、センサセル2Bに流れるセンサ電流の電流値とモニタセル2Cに流れるセンサ電流の電流値との差分より、NOx濃度を求める際には、このNOx濃度の検出精度を向上させることができる。
As a result, there is almost no potential difference between the gate and source of the two MOS FETs (TR1A, B). Then, when detecting the sensor current flowing through the monitor cell 2C, it is possible to prevent leakage current from occurring in the Zener diodes D2 'and D3' in the two MOS FETs (TR1A and B). Therefore, this leakage current can be prevented from flowing to the sensor current detection resistor Rm, and the sensor current detection accuracy by the sensor current detection means 63 can be improved. Then, when obtaining the NOx concentration from the difference between the current value of the sensor current flowing through the
また、本例においても、モニタセル2Cにおいて、素子アドミタンスの測定を行う際には(アドミタンス測定回路7によってアドミタンス測定用抵抗Raに流れる電流を検出する際には)、制御用マイコン8の出力ポートOUT3の出力信号をON(High)状態にする。このとき、電圧引出用オペアンプOP14の出力端子から抵抗R51を介してトランジスタTR8のコレクタ−エミッタ間に電流が流れ、2つのPチャンネルのMOS型FET(TR1A、B)のゲート端子Gに印加される電圧がほぼ0Vになる。
これにより、2つのPチャンネルのMOS型FET(TR1A、B)のドレイン−ソース間が導通状態になり、上記切替用配線601が導通状態になる。そして、上記実施例1と同様に、アドミタンス測定回路7を用いて、アドミタンス測定用抵抗Raに流れる電流による電圧変化を検出することにより、モニタセル2Cの素子アドミタンスを安定して測定することができる。
Also in this example, when the element admittance is measured in the monitor cell 2C (when the current flowing through the admittance measurement resistor Ra is detected by the admittance measurement circuit 7), the output port OUT3 of the
As a result, the drain-source of the two P-channel MOS FETs (TR1A, B) is brought into conduction, and the switching
このように、本例のガス濃度検出装置1によっても、センサ電流の検出と素子アドミタンスの測定とを切り替えて行うモニタセル2Cにおいて、センサ電流の検出精度を向上させることができ、しいてはNOx濃度の検出精度を向上させることができる。
なお、本例のスイッチング回路は、簡易的に構成したものであるが、このスイッチング回路は、種々の構成とすることができる。例えば、トランジスタTR8(複数用いることができる。)は、回路用電源Vcc、バッテリ電源VB等を用いて作動させ、2つのPチャンネルのMOS型FET(TR1A、B)のゲート端子Gに、非導通時には、上流側MOS型FET(TR1A)のソース端子Sと略同電位の電圧(本例では4V)が印加され、導通時には、ほぼ0Vが印加される種々の構成を採用することができる。
本例においても、ガス濃度検出装置1のその他の構成は上記実施例1と同様であり、上記実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
As described above, the gas
Although the switching circuit of this example is configured simply, this switching circuit can have various configurations. For example, the transistor TR8 (a plurality of transistors can be used) is operated using the circuit power supply Vcc, the battery power supply VB, etc., and is non-conductive to the gate terminals G of the two P-channel MOS type FETs (TR1A, B). Sometimes, various configurations may be employed in which a voltage (4 V in this example) having substantially the same potential as that of the source terminal S of the upstream-side MOS FET (TR1A) is applied and substantially 0 V is applied during conduction.
Also in this example, the other configuration of the gas
1 ガス濃度検出装置
2 ガスセンサ素子
2A ポンプセル
2B センサセル
2C モニタセル
21 固体電解質体
3 ヒータ素子
41 ポンプセル出力回路
42 ポンプセル入力回路
43 基準電圧源
5 NOx電流検出回路
51 基準電圧源
6 センサ電流検出回路
601 切替用配線
61 指令電圧源
62 掃引手段
63 センサ電流検出手段
7 アドミタンス測定回路
8 制御用マイコン
OP2 電流検出用オペアンプ
OP4 残存酸素用オペアンプ
Rm センサ電流検出用抵抗
Ra アドミタンス測定用抵抗
TR1 スイッチング素子
TR1A 上流側MOS型FET
TR1B 下流側MOS型FET
D2’、D3’ ツェナダイオード
F 基準ガス
G 被測定ガス(排ガス)
DESCRIPTION OF
TR1B Downstream MOS type FET
D2 ', D3' Zener diode F Reference gas G Gas to be measured (exhaust gas)
Claims (6)
該ガスセンサ素子によって、NOx不活性の電極を備え被測定ガス中の酸素濃度を調整するためのポンプセルと、NOx活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中のNOx濃度を測定するためのセンサセルと、NOx不活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセルとを構成してなるガス濃度検出装置において、
上記モニタセルは、その素子アドミタンス(又は素子インピーダンス、以下同様。)の測定を兼用するセルとし、当該モニタセルの基準ガス側電極には、基準電圧源を接続し、当該モニタセルの被測定ガス側電極には、センサ電流検出回路を接続してなり、
該センサ電流検出回路は、指令電圧源と、
該指令電圧源による電圧を上記モニタセルの被測定ガス側電極に印加するための電流検出用オペアンプと、
該電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの被測定ガス側電極との間に設けたセンサ電流検出用抵抗と、
該センサ電流検出用抵抗に流れる電流を検出するためのセンサ電流検出手段と、
上記電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの被測定ガス側電極との間において上記センサ電流検出用抵抗と並列に接続したアドミタンス測定用抵抗と、
該アドミタンス測定用抵抗を設けた切替用配線の導通状態と非導通状態とを切り替えるためのスイッチング素子とを有しており、
上記指令電圧源には、上記スイッチング素子によって上記切替用配線を導通させた状態において、上記素子アドミタンスを測定するための交流電圧を上記電流検出用オペアンプに印加する掃引手段が設けてあり、
上記切替用配線には、上記掃引手段による上記交流電圧の印加によって上記アドミタンス測定用抵抗に流れる電流の変化を測定するためのアドミタンス測定回路が接続してあり、
上記スイッチング素子は、各ドレイン端子同士を接続して構成した2つのNチャンネルのMOS型FETを用いて構成してあり、
該2つのMOS型FETは、上記センサ電流検出用抵抗の下流側であって、上記電流検出用オペアンプの出力端子に接続される下流側MOS型FETと、上記センサ電流検出用抵抗の上流側であって、上記モニタセルの被測定ガス側電極に接続される上流側MOS型FETとからなり、
上記各MOS型FETは、ゲート端子とソース端子との間に、静電気等による過電圧から当該各MOS型FETを保護するためのツェナダイオードを両バイアス方向に設けてなり、
上記センサ電流検出手段によって上記センサ電流検出用抵抗に流れる電流を検出する際には、上記上流側MOS型FETのゲート端子には、該上流側MOS型FETのソース端子と略同電位の電圧(上記指令電圧源による電圧と略同電位の電圧)を印加し、上記下流側MOS型FETのゲート端子は、略グラウンド電位にして、当該2つのMOS型FETを非導通にしておき、
上記アドミタンス測定回路によって上記アドミタンス測定用抵抗に流れる電流変化を検出する際には、上記指令電圧源の電圧よりも高い電圧を、上記2つのMOS型FETのゲート端子に印加して、当該2つのMOS型FETを導通させるよう構成したことを特徴とするガス濃度検出装置。 It has a gas sensor element in which electrodes are provided on both surfaces of a solid electrolyte body having oxygen ion permeability,
A pump cell for adjusting the oxygen concentration in the gas to be measured provided with an NOx inactive electrode by the gas sensor element, and a gas in the gas to be measured after adjusting the oxygen concentration by the pump cell provided with the NOx active electrode. Gas concentration comprising a sensor cell for measuring the NOx concentration and a monitor cell for monitoring the oxygen concentration in the gas to be measured after the NOx inert electrode is provided and the oxygen concentration is adjusted by the pump cell. In the detection device,
The monitor cell is a cell that also serves to measure the element admittance (or element impedance, the same applies hereinafter). A reference voltage source is connected to the reference gas side electrode of the monitor cell, and the measured gas side electrode of the monitor cell is connected to the monitor cell. Is connected to the sensor current detection circuit,
The sensor current detection circuit includes a command voltage source,
An operational amplifier for current detection for applying a voltage from the command voltage source to the measured gas side electrode of the monitor cell;
A sensor current detection resistor provided between the output terminal of the current detection operational amplifier and the measured gas side electrode of the monitor cell;
Sensor current detection means for detecting a current flowing through the sensor current detection resistor;
An admittance measurement resistor connected in parallel with the sensor current detection resistor between the output terminal of the current detection operational amplifier and the measured gas side electrode of the monitor cell;
A switching element for switching between a conductive state and a non-conductive state of the switching wiring provided with the admittance measurement resistor;
The command voltage source is provided with sweeping means for applying an AC voltage for measuring the element admittance to the current detection operational amplifier in a state where the switching wiring is made conductive by the switching element.
An admittance measurement circuit for measuring a change in current flowing through the admittance measurement resistor by application of the AC voltage by the sweep means is connected to the switching wiring,
The switching element is configured using two N-channel MOS FETs configured by connecting drain terminals to each other,
The two MOS FETs are downstream of the sensor current detection resistor, and are connected to the output terminal of the current detection operational amplifier, and upstream of the sensor current detection resistor. It consists of an upstream MOS type FET connected to the measured gas side electrode of the monitor cell,
Each MOS type FET is provided with a zener diode for protecting each MOS type FET from overvoltage due to static electricity or the like between the gate terminal and the source terminal in both bias directions.
When the current flowing through the sensor current detection resistor is detected by the sensor current detection means, a voltage (approximately the same potential as the source terminal of the upstream MOS FET is connected to the gate terminal of the upstream MOS FET. A voltage of approximately the same potential as the voltage from the command voltage source), the gate terminal of the downstream MOS FET is set to a substantially ground potential, and the two MOS FETs are made non-conductive,
When detecting a change in current flowing through the admittance measurement resistor by the admittance measurement circuit, a voltage higher than the voltage of the command voltage source is applied to the gate terminals of the two MOS FETs, and the two A gas concentration detecting device characterized in that a MOS type FET is made conductive.
上記2つのMOS型FETを非導通にしておくときには、上記上流側MOS型FETのゲート端子に、上記電圧引出用オペアンプによって引き出した電圧が印加されるよう構成したことを特徴とするガス濃度検出装置。 In Claim 1, a voltage extraction operational amplifier constituting a voltage follower is branched and connected to the source terminal of the upstream MOS type FET.
A gas concentration detecting device configured to apply a voltage extracted by the voltage extracting operational amplifier to the gate terminal of the upstream MOS FET when the two MOS FETs are kept non-conductive. .
上記各スイッチング回路は、制御用マイコンからの出力信号を受けて、導通状態と非導通状態とに切り替わるNPN型の1段目トランジスタと、該1段目トランジスタの出力状態を受けて、導通状態と非導通状態とに切り替わるNPN型の2段目トランジスタとを用いて構成してあり、
上記電圧引出用オペアンプの出力端子は、上記上流側スイッチング回路における上記2段目トランジスタのエミッタ端子に接続してあり、該2段目トランジスタが導通状態にあるときに、上記上流側MOS型FETのゲート端子に、該上流側MOS型FETのソース端子と略同電位の電圧を印加するよう構成したことを特徴とするガス濃度検出装置。 3. The upstream MOS FET according to claim 2, wherein the upstream MOS FET can be switched between a conductive state and a non-conductive state by an upstream switching circuit connected to the gate terminal thereof. The downstream switching circuit connected to can be switched between a conductive state and a non-conductive state,
Each of the switching circuits receives an output signal from the control microcomputer, receives an NPN first-stage transistor that switches between a conductive state and a non-conductive state, and receives an output state of the first-stage transistor, It is configured using an NPN-type second stage transistor that switches to a non-conductive state,
The output terminal of the operational amplifier for voltage extraction is connected to the emitter terminal of the second-stage transistor in the upstream-side switching circuit, and when the second-stage transistor is in a conductive state, the upstream-side MOS FET A gas concentration detection apparatus configured to apply a voltage having substantially the same potential as a source terminal of the upstream MOS type FET to a gate terminal.
該ガスセンサ素子によって、NOx不活性の電極を備え被測定ガス中の酸素濃度を調整するためのポンプセルと、NOx活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中のNOx濃度を測定するためのセンサセルと、NOx不活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセルとを構成してなるガス濃度検出装置において、
上記モニタセルは、その素子アドミタンス(又は素子インピーダンス、以下同様。)の測定を兼用するセルとし、当該モニタセルの基準ガス側電極には、基準電圧源を接続し、当該モニタセルの被測定ガス側電極には、センサ電流検出回路を接続してなり、
該センサ電流検出回路は、指令電圧源と、
該指令電圧源による電圧を上記モニタセルの被測定ガス側電極に印加するための電流検出用オペアンプと、
該電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの被測定ガス側電極との間に設けたセンサ電流検出用抵抗と、
該センサ電流検出用抵抗に流れる電流を検出するためのセンサ電流検出手段と、
上記電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの被測定ガス側電極との間において上記センサ電流検出用抵抗と並列に接続したアドミタンス測定用抵抗と、
該アドミタンス測定用抵抗を設けた切替用配線の導通状態と非導通状態とを切り替えるためのスイッチング素子とを有しており、
上記指令電圧源には、上記スイッチング素子によって上記切替用配線を導通させた状態において、上記素子アドミタンスを測定するための交流電圧を上記電流検出用オペアンプに印加する掃引手段が設けてあり、
上記切替用配線には、上記掃引手段による上記交流電圧の印加によって上記アドミタンス測定用抵抗に流れる電流の変化を測定するためのアドミタンス測定回路が接続してあり、
上記スイッチング素子は、各ドレイン端子同士を接続して構成した2つのPチャンネルのMOS型FETを用いて構成してあり、
該2つのMOS型FETは、上記センサ電流検出用抵抗の下流側であって、上記電流検出用オペアンプの出力端子に接続される下流側MOS型FETと、上記センサ電流検出用抵抗の上流側であって、上記モニタセルの被測定ガス側電極に接続される上流側MOS型FETとからなり、
上記各MOS型FETは、ゲート端子とソース端子との間に、静電気等による過電圧から当該各MOS型FETを保護するためのツェナダイオードを両バイアス方向に設けてなり、
上記センサ電流検出手段によって上記センサ電流検出用抵抗に流れる電流を検出する際には、上記2つのMOS型FETのゲート端子には、上記上流側MOS型FETのソース端子と略同電位の電圧(上記指令電圧源による電圧と略同電位の電圧)を印加して、当該2つのMOS型FETを非導通にしておき、
上記アドミタンス測定回路によって上記アドミタンス測定用抵抗に流れる電流変化を検出する際には、上記指令電圧源の電圧よりも低い電圧を、上記2つのMOS型FETのゲート端子に印加して、当該2つのMOS型FETを導通させるよう構成したことを特徴とするガス濃度検出装置。 It has a gas sensor element in which electrodes are provided on both surfaces of a solid electrolyte body having oxygen ion permeability,
A pump cell for adjusting the oxygen concentration in the gas to be measured provided with an NOx inactive electrode by the gas sensor element, and a gas in the gas to be measured after adjusting the oxygen concentration by the pump cell provided with the NOx active electrode. Gas concentration comprising a sensor cell for measuring the NOx concentration and a monitor cell for monitoring the oxygen concentration in the gas to be measured after the NOx inert electrode is provided and the oxygen concentration is adjusted by the pump cell. In the detection device,
The monitor cell is a cell that also serves to measure the element admittance (or element impedance, the same applies hereinafter). A reference voltage source is connected to the reference gas side electrode of the monitor cell, and the measured gas side electrode of the monitor cell is connected to the monitor cell. Is connected to the sensor current detection circuit,
The sensor current detection circuit includes a command voltage source,
An operational amplifier for current detection for applying a voltage from the command voltage source to the measured gas side electrode of the monitor cell;
A sensor current detection resistor provided between the output terminal of the current detection operational amplifier and the measured gas side electrode of the monitor cell;
Sensor current detection means for detecting a current flowing through the sensor current detection resistor;
An admittance measurement resistor connected in parallel with the sensor current detection resistor between the output terminal of the current detection operational amplifier and the measured gas side electrode of the monitor cell;
A switching element for switching between a conductive state and a non-conductive state of the switching wiring provided with the admittance measurement resistor;
The command voltage source is provided with sweeping means for applying an AC voltage for measuring the element admittance to the current detection operational amplifier in a state where the switching wiring is made conductive by the switching element.
An admittance measurement circuit for measuring a change in current flowing through the admittance measurement resistor by application of the AC voltage by the sweep means is connected to the switching wiring,
The switching element is configured by using two P-channel MOS FETs configured by connecting drain terminals to each other,
The two MOS FETs are downstream of the sensor current detection resistor, and are connected to the output terminal of the current detection operational amplifier, and upstream of the sensor current detection resistor. It consists of an upstream MOS type FET connected to the measured gas side electrode of the monitor cell,
Each MOS type FET is provided with a zener diode for protecting each MOS type FET from overvoltage due to static electricity or the like between the gate terminal and the source terminal in both bias directions.
When the current flowing through the sensor current detection resistor is detected by the sensor current detection means, a voltage (approximately the same potential as the source terminal of the upstream MOS FET is connected to the gate terminals of the two MOS FETs. A voltage of substantially the same potential as the voltage from the command voltage source), and the two MOS FETs are made non-conductive,
When detecting a change in current flowing through the admittance measurement resistor by the admittance measurement circuit, a voltage lower than the voltage of the command voltage source is applied to the gate terminals of the two MOS FETs, and the two A gas concentration detecting device characterized in that a MOS type FET is made conductive.
上記2つのMOS型FETを非導通にしておく際には、当該2つのMOS型FETのゲート端子に、上記電圧引出用オペアンプによって引き出した電圧が印加されるよう構成したことを特徴とするガス濃度検出装置。 In Claim 4, the voltage extraction operational amplifier which comprises a voltage follower is branched and connected to the source terminal of the said upstream MOS type FET,
A gas concentration characterized in that when the two MOS FETs are made non-conductive, the voltage drawn by the voltage extracting operational amplifier is applied to the gate terminals of the two MOS FETs. Detection device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007157832A JP2008309640A (en) | 2007-06-14 | 2007-06-14 | Gas concentration detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007157832A JP2008309640A (en) | 2007-06-14 | 2007-06-14 | Gas concentration detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008309640A true JP2008309640A (en) | 2008-12-25 |
Family
ID=40237372
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007157832A Pending JP2008309640A (en) | 2007-06-14 | 2007-06-14 | Gas concentration detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008309640A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009222708A (en) * | 2008-02-19 | 2009-10-01 | Denso Corp | Gas sensor control device |
-
2007
- 2007-06-14 JP JP2007157832A patent/JP2008309640A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009222708A (en) * | 2008-02-19 | 2009-10-01 | Denso Corp | Gas sensor control device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4974304B2 (en) | Sensor control device | |
JPH0850115A (en) | Current reproducing circuit used for monitoring oxygen in exhaust gas and method thereof | |
JP2008543208A (en) | Load current determination circuit and method | |
EP2302344A2 (en) | An apparatus for measuring temperature and method thereof | |
CN101976086A (en) | Oxygen sensor heating control method and heating control circuit adopting same | |
JP2008309641A (en) | Gas concentration detector | |
JP6700910B2 (en) | Gas sensor controller | |
JP2008309640A (en) | Gas concentration detector | |
JPS59174719A (en) | Method and device for measuring flow rate of fluid | |
KR100801338B1 (en) | Control Circuits and Control Methods for Gas Sensors | |
JP2008304383A (en) | Gas concentration detector | |
CN102057573A (en) | Overcurrent protective device for load circuit | |
JPH08507376A (en) | Current replication circuit and oxygen monitoring in exhaust | |
KR101138357B1 (en) | NOx gas sensor control unit | |
JP5126536B2 (en) | Magnetic proportional current sensor gain adjustment method | |
JP2009198196A (en) | Gas sensor control device | |
JP4470743B2 (en) | Flow sensor | |
JP2003166973A (en) | Gas concentration detector for internal combustion engine | |
JP6234729B2 (en) | Sensor device | |
CN211905485U (en) | Motor current measurement circuit | |
WO2019244475A1 (en) | Gas detection device and gas detection method | |
JP2008292307A (en) | Gas concentration detector | |
EP3133391B1 (en) | Circuit and method for controlling a single-cell linear oxygen sensor | |
JPH1096703A (en) | Heat conduction parameter sensing method with resistor, and sensor circuit | |
JP2014052192A (en) | Current detection circuit |