JP3540177B2

JP3540177B2 - ガスセンサ及びそれを用いた可燃性ガス成分濃度測定装置

Info

Publication number: JP3540177B2
Application number: JP34502498A
Authority: JP
Inventors: 昇治北野谷; 智弘夫馬; 健次加藤; 隆治井上; 崇文大島
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1998-12-04
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2018-12-04
Also published as: US6325906B1; EP1006354A2; EP1006354A3; JP2000171434A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可燃性ガス成分の濃度を測定するためのガスセンサに関し、特に内燃機関の排気ガスに含まれる可燃性ガス成分の濃度を測定するためのガスセンサに関し、さらにガスセンサを用いた可燃性ガス成分濃度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平８−２４７９９５号公報には、可燃性ガス成分を含む被測定ガスを第１の処理ゾーンに導き、その酸素分圧を、第１の酸素ポンプセルにより、前記可燃性ガス成分が実質的に燃焼され得ない所定の低い値（１０^-14ａｔｍ以下）に制御する一方、該制御された雰囲気を第２の処理ゾーンに導き、そこの雰囲気中に存在する可燃性ガス成分を、第２の酸素ポンプセルによって該第２の処理ゾーンに汲み込まれるＯ₂にて燃焼せしめ、その際の該第２の酸素ポンプセルに流れるポンプ電流又はその電極間の電圧を検出して、該検出値より被測定ガス中の可燃性ガス成分量を求める可燃性ガス成分の濃度測定装置が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平８−２４７９９５号公報に提案された可燃性ガス成分の濃度測定装置においては、第２の処理ゾーン内にＯ₂が残留している場合には、可燃性ガス成分がまずこの残留Ｏ₂と反応し燃焼する。よって、第２の処理ゾーン内の残留Ｏ₂量が変動すると、第２の酸素ポンプセルによって第２の処理ゾーンに汲み入れられるＯ₂量と、第２の処理ゾーン内の可燃性ガス成分量の間に比例関係が生じなくなる。すなわち、この測定装置においては、第２の処理ゾーン内の残留Ｏ₂量が変動すると、第２の酸素ポンプセルに流れる電流量と、第２の処理ゾーン内の可燃性ガス成分濃度との間に比例関係が生じなくなるため、測定誤差が発生するという問題点がある。
【０００４】
上記問題点を回避するためには、第１の処理ゾーンから第２の処理ゾーンへ導入される気体中の酸素分圧をきわめて低い一定の値（１０^-14ａｔｍ以下）にする必要がある。しかし、これを実現するには、第１の酸素ポンプセルに印加される駆動力を高くする必要があるため、第１の酸素ポンプセルに対する負担が増加するという新たな問題点が生ずる。加えて、酸素分圧を低下させ過ぎると、第２の処理ゾーン中で水分が解離し、これにより測定誤差が発生するという別の問題点も生じる。
【０００５】
また、この測定装置においては、第２の処理ゾーン内の酸素分圧が一定となるように第２の酸素ポンプセルの作動を制御する必要があるため、この第２の酸素ポンプセルに加えて第２の処理ゾーン内の酸素分圧を測定するための素子（例えば酸素濃淡電池素子）を設けることが必須となる。従って、この測定装置においては、第２の処理ゾーン側に設置を要する素子の数が増大するためセンサ構造が複雑化し、製造コストの増大を招くという問題点がある。また、この測定装置においては、第２の処理ゾーン内の酸素分圧を検知してから第２の酸素ポンプセルを作動させるため、応答性が低いという問題点もある。
【０００６】
本発明の目的は、簡素な構造で、可燃性ガス成分を高精度にかつ広範囲に測定可能なガスセンサ及びそれを用いた測定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるガスセンサは下記の手段を有する。
（１）第２の処理室内に残留するＯ₂、すなわち、可燃性ガス成分との燃焼に消費されなかった残余のＯ₂を第２の処理室内から外へ汲み出す方向に作用する酸素ポンプ手段（可燃性ガス成分検出素子）。
（２）第２の処理室内へ拡散抵抗下に所定量のＯ₂を安定的に導入する第３の気体流通部。
【０００８】
また、本発明によるガスセンサは、第２の処理室へ第２の気体流通部を介して導入されるＯ₂とは別に、第２の処理室にＯ₂を拡散させることにより第２の処理室内の酸素濃度を可及的に安定させる手段を有する。
【０００９】
本発明によるガスセンサにおいて第３の気体流通部を設けない場合には、第１の処理室内で汲み残されたＯ₂量に対応する範囲（低濃度）の可燃性ガス濃度しか測定できないが、第３の気体流通部を介して第２の処理室内へ可燃性ガス成分を実質的に完全燃焼させるのに必要な所定量のＯ₂が導入されることにより、測定可能な濃度範囲が拡大される。
【００１０】
加えて、本発明によるガスセンサにおいては、第１の処理室から第２の処理室へ拡散する気体中の酸素濃度をきわめて低い値に一定制御する必要がない。また、第２の処理室内の酸素濃度を検出し該検出濃度に応じて第２の処理室内の酸素濃度をきわめて低い値に一定制御することが必須とされないため、第１の処理室内と第２の処理室内の両方にそれぞれ面して酸素濃度検知手段を設ける必要がなく、特に第２の処理室内の酸素濃度を検知することが必須ではない。よって、本発明によればガスセンサの構造を簡素化することができる。
【００１１】
本発明によるガスセンサの動作を説明する。被測定雰囲気から第１の処理室内へＯ₂と可燃性ガス成分を含む被測定ガスが拡散する。第１の処理室内から汲み出され又は同室内へＯ₂が汲み入れられ、第２の処理室内へ拡散する気体中の酸素濃度が低濃度に制御される。この汲み出し又は汲み入れによって第１の酸素ポンプ手段の酸素イオン伝導体に被測定ガス中の酸素濃度に応じた量の第１の酸素ポンプ電流が流れる。酸素濃度が低濃度に制御された気体が第２の処理室内へ拡散する。別に、Ｏ₂が第３の気体流通部を介して拡散抵抗下に第２の処理室内へ十分に導入されている。第２の処理室内に導入されたＯ₂の一部が可燃性ガス成分との反応、すなわち燃焼に消費される。一方、この燃焼に消費されなかった残余のＯ₂が第２の酸素ポンプ手段により一定の駆動力下に第２の処理室内から汲み出される。この汲み出しによって第２の酸素ポンプ手段の酸素イオン伝導体に残余のＯ₂量に応じた第２の酸素ポンプ電流が流れる。第３の気体流通部によってＯ₂が導入されることにより第２の処理室内の酸素濃度が比較的高いレベルで安定しているから、第２の酸素ポンプ電流は第２の処理室内の可燃性ガス成分濃度に対して基本的に負に比例する。したがって、この第２の酸素ポンプ電流の値に基づいて被測定ガス中の可燃性ガス成分の濃度情報を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【００１３】
本発明によるガスセンサはその好ましい実施の形態において、主として複数の酸素イオン伝導体（固体電解質）の層からなり、酸素イオン伝導体により周囲から区画された第１の処理室及び第２の処理室を有する。酸素イオン伝導性を有する固体電解質層材料としては、Ｙ₂Ｏ₃ないしＣａＯを固溶させたＺｒＯ₂が代表的なものであるが、それ以外のアルカリ土類金属元素ないし希土類金属元素の酸化物とＺｒＯ₂との固溶体を使用してもよい。また、ベースとなるＺｒＯ₂にはＨｆＯ₂が含有されていてもよい。また、部分安定化、安定化、ないしこれらが混合したＺｒＯ₂、ＣｅＯ₂、ＨｆＯ₂、ＴｈＯ₂を用いることができる。安定化剤として、例えばＣａＯ，ＭｇＯ，又は希土類酸化物（例えばＹ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃等）の一種以上を用いる。好ましくは、イットリウム部分安定化ジルコニア焼結体（ＹＳＺ）を用いる。他の安定化剤或いは他の固体電解質も用いることができる。
【００１４】
本発明によるガスセンサはその好ましい実施の形態において、公知のグリーンシートの積層焼成によるガスセンサの製造技術に基づき作製される。例えば、ＺｒＯ₂グリーンシート単体、多孔質電極、気体流通部や処理室を形成するために所定のペーストが塗布され又は多孔質セラミックス体が埋め込まれたＺｒＯ₂グリーンシートなどを積層し、乾燥し、焼成することによって作製することができる。
【００１５】
本発明によるガスセンサはその好ましい実施の形態において、第１〜第３の気体流通部をセラミック等の多孔体、微細な貫通孔又は細かいスリット（すきま状にする）から構成する。これら気体流通部を、好ましくはアルミナ多孔質体から構成する。
【００１６】
本発明によるガスセンサはその好ましい実施の形態において、酸素濃度基準電極と酸素濃度検知電極との間に微小な酸素ポンプ電流を導通させる手段として、酸素濃度基準電極と酸素濃度検知電極を同じ酸素イオン伝導体上ないし中に形成し、酸素濃度基準電極を電源のプラス極側に電気的に接続する。これによって、酸素濃度検知電極上でＯ₂が解離され生じた酸素イオンが酸素イオン伝導体を介して酸素濃度基準電極側へ移動し、微小な酸素ポンプ電流、すなわち自己基準極生成電流Ｉｃｐが流れる。好ましくは、自己基準極生成電流Ｉｃｐが５〜５０μＡ、好ましくは１５μＡ程度流れるようにする。
【００１７】
本発明によるガスセンサはその好ましい実施の形態において、第１の内側電極が、Ｐｔを主成分として含む第１の電極部と、この第１の電極部上又はこれを覆うように形成され、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ−Ａｕ系合金、Ａｕ−Ｐｄ系合金、Ｐｔ−Ａｇ系合金及びＰｔ−Ｎｉ系合金からなる群から選択される一又は二以上の成分を主成分として含む第２の電極部と、を備えた多層構造に形成されている。第１の電極部はＯ₂を解離する触媒能及び酸素イオンをポンピングする能力が高く、第２の電極部は第１の電極部に比べて可燃性ガス成分とＯ₂とを反応させる触媒能が低い。このような多層構造によって、第１の処理室内における可燃性ガスの燃焼が抑制される。
【００１８】
本発明によるガスセンサはその好ましい実施の形態において、第３の気体流通部が、第２の処理室と、酸素濃度が高濃度に安定している雰囲気（酸素源）とを連通するように形成される。酸素源として、例えば自己基準極とされた酸素濃度基準電極内部ないし近傍、或いはＯ₂が汲み出される側の電極内部ないし近傍、Ｏ₂が汲み出される側の空間、大気などがある。また、第３の気体流通部を通って第２の測定室に入るＯ₂を、自己基準極生成電流Ｉｃｐが５〜５０μＡ、好ましくは１５μＡ程度流れるように調整する。また、本発明によるガスセンサはその好ましい実施の形態において、第２の処理室内の酸素濃度が１０^-6〜１０^-12ａｔｍ、さらに好ましくは１０^-7〜１０^-9ａｔｍとなるように制御される。また、条件によって変化するが、一例として、第２の内側電極と第２の外側電極間に印加する定電圧を３００〜６００ｍＶとする。
【００１９】
本発明によるガスセンサはその好ましい実施の形態において、第２の処理室内に面して、ＨＣガス、ＣＯガスなどの可燃性ガス成分とＯ₂との反応、すなわち燃焼を促進させる酸化触媒部を設ける。また、第２の内側電極をＰｔ電極とすることにより、第２の内側電極が酸化触媒部となる。ガスセンサの各電極は、所定の触媒能ないし酸素ポンピング能力を向上させるために多孔質電極とすることが好ましい。
【００２０】
【実施例】
以上説明した本発明の実施の形態をさらに明確化するために、以下図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。
【００２１】
図１（Ａ）〜図１（Ｂ）は、本発明の実施例１に係るガスセンサの構造を説明するための図であり、図１（Ａ）は短手方向の断面図、図１（Ｂ）は長手方向の先端部の断面図である。
【００２２】
図１（Ａ）〜図１（Ｂ）を参照すると、このガスセンサにおいては、複数層の酸素イオン伝導体からなる構造体１内に、周囲から区画されて第１，第２の処理室３，５が形成されている。第１の処理室３は拡散抵抗を有する第１の気体流通部２を介して外部（被測定雰囲気）と連通され、第１，第２の処理室３，５同士は拡散抵抗を有する第２の気体流通部４を介して互いに連通されている。第１の気体流通部２の第１の処理室３側の開口と第２の気体流通部４の第１の処理室３側の開口とは、気体の流れ方向に関し十分に離間した位置に形成されている。
【００２３】
第１の処理室３を外部と区画する酸素イオン伝導体層には、第１の処理室３の外部と内部とにそれぞれ面して第１の外側電極６、第１の内側電極７が形成されている。第１の気体流通部２から第２の気体流通部４に向かう気体の基本的な流れ方向に沿って、第１の外側電極６の長さが第１の内側電極７の長さより長く形成されている。この酸素イオン伝導体層、第１の外側電極６及び第１の内側電極７から酸素ポンプ素子（第１の酸素ポンプ手段）１２が構成されている。
【００２４】
また、別の酸素イオン伝導体層には、第１の処理室３の内部に面する酸素濃度検知電極８と第１の処理室３に面しない酸素濃度基準電極９が形成されている。酸素濃度検知電極８は第２の気体流通部４の第１の処理室３側の開口周囲に形成され、酸素濃度基準電極９は酸素イオン伝導体層中に埋設される形で形成されている。この酸素イオン伝導体層、酸素濃度検知電極８及び酸素濃度基準電極９から酸素濃度検出素子（酸素濃度検知手段）１３が構成されている。
【００２５】
さらに、他の酸素イオン伝導体層には、第２の処理室５の内部と外部にそれぞれ面して第２の内側電極１０，第２の外側電極１１が形成されている。第２の外側電極１１は酸素イオン伝導体層中に埋設される形で形成されている。この酸素イオン伝導体層、第２の内側電極１０及び第２の外側電極１１から可燃性ガス成分濃度検出素子（第２の酸素ポンプ手段）１４が構成されている。
【００２６】
特に図１（Ｂ）を参照して、酸素イオン伝導体からなる構造体１中には、酸素濃度基準電極９と第２の処理室５を連通するように、第３の気体流通部１５が形成されている。第３の気体流通部１５は、好ましくはアルミナ多孔質体から形成され、Ｏ₂を酸素濃度（分圧）の低い方へ拡散させる。
【００２７】
次に、図１のガスセンサを用いた可燃性ガス成分の測定装置及びその動作を説明する。図２は、この測定装置を説明するための図である。図２を参照すると、この測定装置においては、第１の内側電極７と酸素濃度検知電極８とが接地されている。差動増幅器２０の非反転入力端子(＋)には基準電圧源２１から基準電圧Ｖｓが入力され、反転入力端子(−)には酸素濃度基準電極９がリード部を介して電気的に接続され、結局、この反転入力端子には酸素濃度検知電極８と酸素濃度基準電極９間の電位差（酸素濃淡電池起電力）が入力される。この反転入力端子(−)と酸素濃度基準電極９間の節点には抵抗２２の一端が電気的に接続され、抵抗２２の他端はプラス側の電源に接続されている。これによって、酸素濃度基準電極９と酸素濃度検知電極８間に自己基準極生成電流Ｉｃｐが流れ、酸素濃度検知電極８上で解離された酸素イオンが酸素イオン伝導体層を通じて酸素濃度基準電極９側に伝導する。この酸素イオンの伝導によって汲み出されたＯ₂により、酸素濃度基準電極９内部ないし近傍に所定レベルの安定した基準酸素濃度雰囲気が形成されている。
【００２８】
差動増幅器２０の出力端子は、リード部を介して第１の外側電極６に電気的に接続されている。差動増幅器２０は、酸素濃度検知電極８と酸素濃度基準電極９間の電位差が基準電圧Ｖｓに等しくなるように、第１の外側電極６、第１の内側電極７間に電圧を可変に印加する。第１の外側電極６、第１の内側電極７上ではＯ₂が解離され、生じた酸素イオンが酸素イオン伝導体層中を伝導して、他方の電極上で再びＯ₂となる。これによって、差動増幅器２０の出力端子と第１の外側電極６間に接続され第１の電流計２３には、第１の処理室３内の酸素濃度、すなわち被測定雰囲気の酸素濃度に応じて第１のポンプ電流Ｉｐ１が正方向又は逆方向に流れる。この第１のポンプ電流Ｉｐ１に基づき被測定ガス中の酸素濃度を求めることができる。
【００２９】
定電圧源２４のマイナス極側は第２の内側電極１０に電気的に接続され、そのプラス極側は第２の外側電極１１に電気的に接続されている。これによって、第２の内側電極１０と第２の外側電極１１間に定電圧が印加され、第２の内側電極１０上で可燃性ガス成分が酸化（燃焼）されてＯ₂が消費されると共に、残余のＯ₂が解離され生じた酸素イオンが酸素イオン伝導体層中を伝導し、第２の外側電極１１上で再びＯ₂となる。定電圧源２４のプラス側と第２の外側電極１１間には第２の電流計２５が電気的に接続され、可燃性ガス濃度に応じた第２のポンプ電流Ｉｐ２が流れる。
【００３０】
続いて、図２を参照して、第３の気体流通部１５の機能を説明する。上述したように、酸素濃度基準電極９は自己生成基準電極であってその内部及び近傍には所定レベルの安定した基準酸素濃度雰囲気が形成されている。第３の気体流通部１５を介して所定の拡散抵抗下に、この基準酸素濃度雰囲気から第２の処理室５内へＯ₂が導入され、第２の処理室５内の酸素濃度のレベルが底上げされる（比較的高いレベルで安定する）。
【００３１】
次に、図２の測定装置による可燃性ガス濃度測定原理を説明する。可燃性ガス成分及びＯ₂を含む被測定ガスが第１の気体流通部２を介して第１の処理室３内に拡散する。酸素濃度検出素子１３の検出出力に応じて酸素ポンプ素子１２により、第２の処理室５へ導入される気体中の酸素濃度が一定となるように、第１の処理室３内からＯ₂が汲み出される（基準電圧Ｖｓに対応する濃度により場合には反対にＯ₂が汲み入れられる）。このとき流れる第１の酸素ポンプ電流Ｉｐ１は、被測定ガス中の酸素濃度に基本的に比例する。酸素濃度が制御された気体が第２の気体流通部４を介して第２の処理室５内に拡散する。触媒成分を有する第２の内側電極１０上で可燃性ガス成分がＯ₂と反応して燃焼する（Ｏ₂が消費される）。可燃性ガス成分濃度検出素子１４によって、消費されなかった残余のＯ₂が第２の内側電極１０上で解離され、生じた酸素イオンが外部へ汲み出され、第２の酸素ポンプ電流Ｉｐ２が流れる。この第２の酸素ポンプ電流Ｉｐ２は、残余のＯ₂量の増減が可燃性ガス成分量の増減と負の比例関係にあるため、第２の処理室５内の可燃性ガス成分濃度に対して基本的に負の比例をする。従って、第２の酸素ポンプ電流Ｉｐ２に基づき被測定ガス中の可燃性ガス成分濃度を測定することができる。
【００３２】
次に、以上説明した可燃性ガス成分濃度の測定装置（図２参照）を用いて、可燃性ガス成分であるＣＨ₄の濃度測定を行った例を説明する。この測定例では、図２の測定装置において、第１の外側電極６をＰｔ多孔質電極、第１の内側電極７をＰｔ−Ａｕ多孔質二層電極（Ｐｔ内側、Ａｕ外側）、酸素濃度検知電極８をＰｔ−１ｗｔ％Ａｕ多孔質電極、酸素濃度基準電極９をＰｔ多孔質電極、第２の内側電極１０をＰｔ−１ｗｔ％Ａｕ多孔質電極、第２の外側電極１１をＰｔ多孔質電極、第１〜第３の気体流通部２，４，１５の材質を多孔質アルミナとした。また、基準電圧Ｖｓを４５０ｍＶ（酸素濃度１０^-9ａｔｍ相当）、第１の内側電極６、第１の外側電極７間に印加される電圧が４５０ｍＶ程度、第２の内側電極１０、第２の外側電極１１間に印加する定電圧を３５０ｍＶ、第２の処理室５内の酸素濃度をおおよそ１０^-7ａｔｍとした。
【００３３】
また、酸素基準極生成電流Ｉｃｐを１０μＡ、１５μＡ、２０μＡにそれぞれ設定し、窒素バランスでトータル流出量：１５Ｌ／ｍｉｎ、ガス温度：３００℃のモデルガス供給装置を用いてＨ₂Ｏ＝１０％、ＣＯ₂＝１０％、Ｏ₂＝０％、４％、７％の組成をベースとし、さらに可燃性ガス成分としてＣＨ₄＝０〜８００ｐｐｍ含む被測定ガス（Ｎ₂＝bal.）を図２のガスセンサに供給して、第２の酸素ポンプ電流Ｉｐ２を測定した。
【００３４】
図３は、図２の測定装置を用いたＣＨ₄ガス濃度の測定結果を説明するための図である。図３に示すように、この測定装置においては、ＣＨ₄ガス濃度変化に対して直線的なセンサ出力（第２の酸素ポンプ電流Ｉｐ２）が得られ、また酸素濃度の影響も小さいことが判った。なお、各酸素濃度におけるＣＨ₄＝０ｐｐｍのときの出力変化（第２の酸素ポンプ電流Ｉｐ２のオフセット値の変化）、感度変化（第２の酸素ポンプ電流Ｉｐ２の傾きの変化）は、第１の処理室内の酸素濃度、すなわち、第１の酸素ポンプ電流Ｉｐ１、或いは酸素濃度検出素子１３の出力に基づいて補正することができる。
【００３５】
また、自己基準極生成電流Ｉｃｐを１０μＡ、１５μＡ、２０μＡと増加させることにより、センサ出力（第２の酸素ポンプ電流Ｉｐ２）が全体的に持ち上がることが確認された。このように自己基準極生成電流Ｉｃｐを増加させても、ＣＨ₄感度（直線）の傾き、直線性、酸素濃度依存性には実質的な影響が生じなかった。よって、自己基準極生成電流Ｉｃｐを増加させることによりＣＨ₄ガス濃度の測定可能範囲を拡大することが可能であることが判る。
【００３６】
図４は、本発明の他の実施例に係るガスセンサを説明するための長手方向の先端部の断面図である。以下、図４に示した他の実施例に係るガスセンサが、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示した前記実施例に係るガスセンサと同様の構成を有する点については、重複を避けるため前記実施例の記載及び図１（Ａ）及び図１（Ｂ）等を適宜参照するものとし、主として両者の構成が異なる点について詳細に説明する。また、図４と、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）において、構成ないし機能が同様である要素には同一の参照符号を付与した。
【００３７】
図４を参照すると、本発明の他の実施例に係るガスセンサにおいては、酸素イオン伝導体層中に、第３の気体流通部１６が、第２の処理室５内と大気を拡散抵抗をもって連通するように形成されている。酸素源である大気中から第３の気体流通部１６を介して第２の処理室５内に導入されるＯ₂量は、第３の気体流通部の拡散抵抗（拡散律速具合）を調整することにより制御することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、簡素な構造を有し、可燃性ガス成分濃度を高精度にかつ広範囲に測定することが可能なガスセンサ及びそれを用いた測定装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）本発明の一実施例に係るガスセンサを説明するための図であり、（Ａ）は短手方向の断面図、（Ｂ）は長手方向の先端部の断面図である。
【図２】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示したガスセンサを用いた測定装置を説明するための図である。
【図３】図２に示した測定装置を用いたＣＨ₄ガス濃度の測定結果を説明するための図である。
【図４】本発明の他の実施例に係るガスセンサを説明するための長手方向の先端部の断面図である。
【符号の説明】
１酸素イオン伝導体からなる構造体
２第１の気体流通部
３第１の処理室
４第２の気体流通部
５第２の処理室
６第１の外側電極
７第１の内側電極
８酸素濃度検知電極
９酸素濃度基準電極
１０第２の内側電極
１１第２の外側電極
１２酸素ポンプ素子（第１の酸素ポンプ手段）
１３酸素濃度検出素子（酸素濃度検知手段）
１４可燃性ガス成分濃度検出素子（第２の酸素ポンプ手段）
１５，１６第３の気体流通部
Ｉｐ１第１の酸素ポンプ電流
Ｉｐ２第２の酸素ポンプ電流
Ｉｃｐ自己基準極生成電流

Claims

第１の気体流通部を介して被測定ガスが導入される第１の処理室と、
前記第１の処理室内の気体が第２の気体流通部を介して導入され、該気体中に含まれる可燃性ガス成分とＯ₂が反応する第２の処理室と、
前記第２の処理室内へ拡散抵抗下にＯ₂を含んだ気体を導入する第３の気体流通部と、
前記第１の処理室から前記第２の処理室へ導入される気体中の酸素濃度を検知する酸素濃度検知手段と、
酸素イオン伝導体上に前記第１の処理室内と外にそれぞれ面して形成された第１の内側電極、第１の外側電極を備え、前記酸素濃度検知手段の酸素濃度検知出力に基づき、該第１の内側電極と該第１の外側電極間に電圧が印加されてＯ₂を解離し、生じた酸素イオンを該酸素イオン伝導体を介して前記第１の処理室内から汲み出し又は同室内へ汲み入れることにより、該第１の処理室から前記第２の処理室へ導入される気体中の酸素濃度を制御する第１の酸素ポンプ手段と、
前記第２の処理室内へ導入された気体に含有される可燃性ガス成分とＯ₂との反応を促進させる手段と、
酸素イオン伝導体上に前記第２の処理室内と外にそれぞれ面して形成された第２の内側電極、第２の外側電極を備え、該第２の内側電極と該第２の外側電極間に一定の電圧が印加されて、該第２の処理室内で可燃性ガス成分との反応に消費されなかったＯ₂が解離され、生じた酸素イオンを該酸素イオン伝導体を介して該第２の処理室内から汲み出す第２の酸素ポンプ手段と、
を有することを特徴とするガスセンサ。
前記第３の気体流通部が、前記第２の処理室と、前記第２の処理室内の酸素分圧より高い酸素分圧を有する酸素源と、に連通していることを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
前記酸素濃度検知手段が、酸素イオン伝導体上にそれぞれ形成され、前記第１の処理室から前記第２の処理室へ導入される気体と接触する酸素濃度検知電極と、該酸素濃度検知電極に対して基準となる電位を生じる酸素濃度基準電極と、を備え、
前記酸素濃度基準電極の内部ないし近傍に少なくとも前記第２の処理室内より高酸素濃度の雰囲気が形成されるように、前記酸素濃度基準電極と前記酸素濃度検知電極との間に微小な酸素ポンプ電流を導通させる手段を有し、
前記第３の気体流通部が前記酸素濃度基準電極に接して設けられ、
前記酸素濃度基準電極の内部ないし近傍に形成された高酸素濃度の雰囲気からＯ₂が前記第３の気体流通部を介して所定の拡散抵抗の下、前記第２の処理室内へ導入されることを特徴とする請求項２記載のガスセンサ。
前記第１の内側電極が、Ｏ₂を解離させる触媒能が高い第１の電極部と、第１の電極部上に形成され可燃性ガス成分とＯ₂との反応を促進する触媒能が低い第２の電極部と、を含む多重構造に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一記載のガスセンサ。
被測定ガスが拡散する第１の処理室で酸素濃度が制御された気体を形成し、該酸素濃度が制御された気体を第２の処理室に拡散させ、別に前記第２の処理室にＯ₂を拡散させることにより該第２の処理室内の酸素濃度を可及的に安定させ、前記第２の処理室内で被測定ガス中に含まれる可燃性ガス成分を燃焼させ、該燃焼に消費されなかった残余のＯ₂を解離させ生じた酸素イオンを酸素イオン伝導体を介して汲み出すことにより被測定ガス中の可燃性ガス成分濃度を測定することを特徴とするガスセンサ。
前記請求項１〜５のいずれか一記載のガスセンサを有し、
前記第１の内側電極と前記第１の外側電極間に流れる第１の酸素ポンプ電流と、前記第２の内側電極と前記第２の外側電極間に流れる第２の酸素ポンプ電流と、に基づき、
被測定ガス中の酸素濃度に応じて補正された、該被測定ガス中の可燃性ガス成分濃度を求めることを特徴とする可燃性ガス成分濃度測定装置。