JP6500547B2 - Gas sensor - Google Patents
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Description
本発明は、被測定ガスに含まれる特定ガスの濃度を測定するガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor that measures the concentration of a specific gas contained in a measurement gas.
被測定ガスに含まれる特定ガスの濃度を測定するガスセンサとして、上記被測定ガスが導入される被測定ガス室と、大気等の基準ガスが導入される基準ガス室と、これら被測定ガス室と基準ガス室との間に介在し酸素イオン伝導性を有する固体電解質体とを備えるものが知られている(下記特許文献1参照)。上記被測定ガスは、例えば車両の排ガスであり、上記特定ガスは、例えばNOxである。
As a gas sensor for measuring the concentration of a specific gas contained in a measurement gas, a measurement gas chamber into which the measurement gas is introduced, a reference gas chamber into which a reference gas such as the atmosphere is introduced, and the measurement gas chambers It is known to have a solid electrolyte body interposed between the reference gas chamber and having oxygen ion conductivity (see
固体電解質体の表面には、複数の電極が形成されている。また、固体電解質体に対して、上記基準ガス室を挟んで隣り合う位置に、ヒータが設けられている。このヒータによって、固体電解質体および上記電極を加熱するよう構成されている。 A plurality of electrodes are formed on the surface of the solid electrolyte body. Further, a heater is provided at a position adjacent to the solid electrolyte body with the reference gas chamber interposed therebetween. The heater is configured to heat the solid electrolyte body and the electrode.
上記電極には、固体電解質体の被測定ガス室側の表面に形成されたポンプ電極およびセンサ電極と、固体電解質体の基準ガス室側の表面に形成された基準電極とがある。ポンプ電極と固体電解質体と基準電極とによって、被測定ガス室中の酸素を基準ガス室に排出するポンプセルが形成されている。また、上記センサ電極と固体電解質体と基準電極とによって、センサセルが形成されている。センサセルは、ポンプセルによって酸素濃度を低減させた後の被測定ガスに含まれる、特定ガスの濃度を測定するためのセルである。 The electrodes include a pump electrode and a sensor electrode formed on the surface of the solid electrolyte body on the measurement gas chamber side, and a reference electrode formed on the surface of the solid electrolyte body on the reference gas chamber side. The pump electrode, the solid electrolyte body, and the reference electrode form a pump cell for discharging oxygen in the measurement gas chamber to the reference gas chamber. Further, a sensor cell is formed by the sensor electrode, the solid electrolyte body, and the reference electrode. A sensor cell is a cell for measuring the density | concentration of specific gas contained in to-be-measured gas after reducing oxygen concentration by a pump cell.
上記ポンプセル及びセンサセルが、その機能を発揮するためには、固体電解質体および各電極を充分に加熱する必要がある。そのため、上記ガスセンサでは、上記ヒータを用いて、固体電解質体および上記電極を加熱している。 In order for the pump cell and the sensor cell to exhibit their functions, it is necessary to heat the solid electrolyte body and each electrode sufficiently. Therefore, in the gas sensor, the solid electrolyte body and the electrode are heated using the heater.
しかしながら、上記ガスセンサは、ヒータの消費電力が大きいという問題がある。すなわち、ポンプ電極は、固体電解質体の上記被測定ガス室側の表面に形成されているため、ヒータから離れており、加熱しにくい。そのため、ポンプ電極を充分に加熱するためには、ヒータの発熱量を大きくする必要があり、ヒータの消費電力が増大しやすいという問題がある。 However, the gas sensor has a problem that the power consumption of the heater is large. That is, since the pump electrode is formed on the surface of the solid electrolyte body on the measurement gas chamber side, it is separated from the heater and is difficult to heat. Therefore, in order to heat the pump electrode sufficiently, it is necessary to increase the calorific value of the heater, and there is a problem that the power consumption of the heater tends to increase.
また、上記ガスセンサは、車両のエンジンをアイドルストップしたときや、冷風が当たったとき等に、ポンプ電極の温度が低下し、ポンプセルによる酸素の排出能力が低減しやすい。そのため、ポンプ電極を再び加熱して、酸素の排出能力をするまでに時間を要するという問題がある。 In the gas sensor, the temperature of the pump electrode is lowered when the engine of the vehicle is idle-stopped or when cold air is hit, and the oxygen discharge capacity of the pump cell is easily reduced. Therefore, there is a problem that it takes time to heat the pump electrode again to discharge the oxygen.
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、ヒータの消費電力をより低減でき、かつ、ポンプ電極の温度が低下しにくいガスセンサを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above background, and an object of the present invention is to provide a gas sensor which can further reduce the power consumption of the heater and hardly reduce the temperature of the pump electrode.
本発明の一態様は、被測定ガスに含まれる特定ガスの濃度を測定するガスセンサであって、
酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、
該固体電解質体の厚さ方向において、所定間隔をあけて上記固体電解質体に隣り合う位置に設けられ、該固体電解質体を加熱するヒータと、
上記固体電解質体と上記ヒータとの間に介在した隔壁部と、
上記固体電解質体と上記ヒータと上記隔壁部とに取り囲まれ、基準ガスが導入される基準ガス室と、
上記固体電解質体に対して、上記基準ガス室を設けた側とは反対側に形成され、上記被測定ガスが導入される被測定ガス室と、
上記固体電解質体の、上記被測定ガス室側の表面に形成されたポンプ電極及びセンサ電極と、
上記固体電解質体の、上記基準ガス室側の表面に形成された基準電極とを備え、
上記ポンプ電極と上記固体電解質体と上記基準電極とによって、上記被測定ガスに含まれる酸素を上記基準ガス室に排出するポンプセルが形成され、
上記センサ電極と上記固体電解質体と上記基準電極とによって、上記ポンプセルを用いて酸素を排出した上記被測定ガスに含まれる上記特定ガスの濃度を測定するためのセンサセルが形成され、
上記厚さ方向から見たときに、上記ポンプ電極の少なくとも一部が上記隔壁部と重なり、かつ上記センサ電極の一部が上記隔壁部と重なるよう構成されており、
上記固体電解質体の、上記隔壁部を配した側とは反対側には、上記被測定ガス室の周囲を取り囲む区画部が配され、上記被測定ガスの導入方向と上記厚さ方向との双方に直交する幅方向において、上記区画部のうち上記被測定ガス室と外部空間との間に介在する部位の長さは、上記隔壁部のうち上記基準ガス室と上記外部空間との間に介在する部位の長さよりも短いことを特徴とするガスセンサにある。
One embodiment of the present invention is a gas sensor that measures the concentration of a specific gas contained in a measurement gas,
A plate-like solid electrolyte body having oxygen ion conductivity;
A heater which is provided at a position adjacent to the solid electrolyte body at a predetermined interval in the thickness direction of the solid electrolyte body, and which heats the solid electrolyte body;
A partition portion interposed between the solid electrolyte body and the heater;
A reference gas chamber which is surrounded by the solid electrolyte body, the heater and the partition wall and into which a reference gas is introduced;
A measurement gas chamber formed on the opposite side of the solid electrolyte body to the side on which the reference gas chamber is provided, into which the measurement gas is introduced;
A pump electrode and a sensor electrode formed on the surface of the solid electrolyte body on the measurement gas chamber side;
A reference electrode formed on the surface of the solid electrolyte body on the side of the reference gas chamber;
A pump cell for discharging oxygen contained in the measurement gas to the reference gas chamber is formed by the pump electrode, the solid electrolyte body, and the reference electrode.
The sensor electrode, the solid electrolyte body, and the reference electrode form a sensor cell for measuring the concentration of the specific gas contained in the measurement gas from which oxygen has been exhausted using the pump cell,
When viewed in the thickness direction, at least a portion of the pump electrode overlaps the partition wall, and a portion of the sensor electrode overlaps the partition wall .
On the side of the solid electrolyte body opposite to the side on which the partition portion is disposed, a partition portion surrounding the periphery of the measurement gas chamber is disposed, and both the introduction direction of the measurement gas and the thickness direction are provided. In the width direction orthogonal to the length, the length of the portion of the partition interposed between the measured gas chamber and the external space is the length between the reference gas chamber and the external space of the partition. The gas sensor is characterized in that it is shorter than the length of the portion to be
上記ガスセンサは、上記厚さ方向から見たときに、ポンプ電極の少なくとも一部が上記隔壁部と重なるように構成されている。
このようにすると、ヒータの消費電力を低減でき、かつ、ポンプ電極を充分に加熱することができる。すなわち、ヒータの熱は、主に上記隔壁部を通って、固体電解質体に伝わる。そのため、固体電解質体のうち、隔壁部に隣り合う部位(以下、隔壁隣接部とも記す)は、基準ガス室に隣り合う部位よりも、温度が高くなりやすい。したがって、上記厚さ方向から見たときに、ポンプ電極の少なくとも一部が隔壁部と重なるように構成すれば、ポンプ電極の少なくとも一部を、固体電解質体の上記隔壁隣接部に形成することができ、ポンプ電極を加熱しやすくなる。そのため、ヒータの消費電力を低減することができる。
The gas sensor is configured such that at least a portion of the pump electrode overlaps the partition wall when viewed in the thickness direction.
In this way, the power consumption of the heater can be reduced, and the pump electrode can be sufficiently heated. That is, the heat of the heater is transmitted mainly to the solid electrolyte body through the above-mentioned partition wall portion. Therefore, in the solid electrolyte body, a portion adjacent to the partition wall (hereinafter, also referred to as a partition adjacent portion) tends to have a higher temperature than a portion adjacent to the reference gas chamber. Therefore, at least a part of the pump electrode may be formed on the partition adjacent to the partition of the solid electrolyte body if the pump electrode is configured such that at least a part of the pump electrode overlaps the partition when viewed from the thickness direction. It becomes easy to heat the pump electrode. Therefore, the power consumption of the heater can be reduced.
また、隔壁部は、基準ガス室内の基準ガスよりも熱容量が大きいため、温度が変化しにくい。したがって、隔壁隣接部も温度が変化しにくい。そのため、ポンプ電極の少なくとも一部を隔壁隣接部に形成すれば、ポンプ電極の温度を一定に保ちやすくなる。したがって、冷風がガスセンサに当たった場合等でも、ポンプ電極の温度が下がりにくくなり、ポンプセルによる、酸素の排出能力が低減することを抑制できる。 In addition, since the partition wall has a larger heat capacity than the reference gas in the reference gas chamber, the temperature hardly changes. Therefore, the temperature hardly changes also at the portion adjacent to the partition wall. Therefore, if at least a part of the pump electrode is formed in the partition adjacent part, the temperature of the pump electrode can be easily maintained constant. Therefore, even when cold air hits the gas sensor, the temperature of the pump electrode does not easily decrease, and reduction in the oxygen discharge capacity of the pump cell can be suppressed.
以上のごとく、本発明によれば、ヒータの消費電力をより低減でき、かつ、ポンプ電極の温度が低下しにくいガスセンサを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a gas sensor that can further reduce the power consumption of the heater and that the temperature of the pump electrode does not easily decrease.
上記ガスセンサは、車両の排ガスに含まれるNOxの濃度を測定するための、NOxセンサとすることができる。 The gas sensor may be a NOx sensor for measuring the concentration of NOx contained in the exhaust gas of a vehicle.
(実施例1)
上記ガスセンサに係る実施例について、図1〜図9を用いて説明する。図1〜図4に示すごとく、本例のガスセンサ1は、被測定ガス室11と、基準ガス室12と、固体電解質体2と、ヒータ3と、隔壁部4と、ポンプ電極5pと、センサ電極5sと、基準電極5bとを備える。
固体電解質体2は、酸素イオン伝導性を有し、板状に形成されている。固体電解質体2は、例えばジルコニアからなる。
図1に示すごとく、ヒータ3は、固体電解質体2の厚さ方向(Z方向)において、所定間隔をあけて固体電解質体2に隣り合う位置に設けられている。ヒータ3は、固体電解質体2を加熱するために設けられている。
Example 1
An embodiment of the gas sensor will be described with reference to FIGS. 1 to 9. As shown in FIGS. 1 to 4, the
The
As shown in FIG. 1, the
隔壁部4は、固体電解質体2とヒータ3との間に介在している。
基準ガス室12は、固体電解質体2とヒータ3と隔壁部4とに取り囲まれている。基準ガス室12には、大気等の基準ガスが導入される。
被測定ガス室11は、固体電解質体2に対して、基準ガス室11を設けた側とは反対側に形成されている。被測定ガス室11には、被測定ガスgが導入される。
The
The
The
ポンプ電極5p及びセンサ電極5sは、固体電解質体2の、被測定ガス室11側の表面に形成されている。
基準電極5bは、固体電解質体2の、基準ガス室12側の表面に形成されている。
ポンプ電極5pと固体電解質体2と基準電極5bとによって、ポンプセル6pが形成されている。ポンプセル6は、被測定ガスgに含まれる酸素を基準ガス室12に排出するためのセルである。
センサ電極5sと固体電解質体2と基準電極5bとによって、センサセル6sが形成されている。センサセル6sは、ポンプセル6pを用いて酸素を排出した被測定ガスgに含まれる特定ガスの濃度を測定するためのセルである。
図1、図2に示すごとく、Z方向から見たときに、ポンプ電極5pの一部が隔壁部4と重なるよう構成されている。
The
The
A
A
As shown in FIGS. 1 and 2, when viewed in the Z direction, a part of the
本例のガスセンサ1は、車両の排ガスに含まれるNOxの濃度を測定するための、NOxセンサである。
The
図2、図5に示すごとく、固体電解質体2の、被測定ガス室11側の表面には、上記ポンプ電極5p及びセンサ電極5sの他に、モニタ電極5mが形成されている。モニタ電極5mと固体電解質体2と基準電極5bとによって、モニタセル6mが形成されている。モニタセル6mは、ポンプセル6pによって酸素を低減させた後の被測定ガスgに含まれる、残留酸素の濃度Aを測定するためのセルである。
As shown in FIGS. 2 and 5, on the surface of the
上記センサセル6sは、特定ガスの他に、酸素にも感度を有する。そのため、センサセル6sは、ポンプセル6pによって酸素を低減させた後の被測定ガスgに含まれる、残留酸素と特定ガスとの合計濃度Bを測定している。
The
モニタセル6mとセンサセル6sとは、それぞれ図示しない制御回路部に接続している。制御回路部は、上記合計濃度Bから上記残留酸素の濃度Aを減算し、これにより、被測定ガス中の特定ガス(NOx)の濃度を算出するよう構成されている。
The
本例のガスセンサ1は、固体電解質体2を一枚のみ備える。すなわち、本例では、ポンプセル6pと、モニタセル6mと、センサセル6sとは、固体電解質体2を共有している。
The
図2に示すごとく、ガスセンサ素子1は、被測定ガスgを被測定ガス室11に導入するためのガス導入部130を備える。このガス導入部130に、アルミナ等からなる拡散抵抗部13が設けられている。この拡散抵抗部13によって、被測定ガス室11に導入される被測定ガスgの流速を制限している。
As shown in FIG. 2, the
被測定ガスgの導入方向(X方向)において、ポンプ電極5pに隣り合う位置に、上記モニタ電極5m及び上記センサ電極5sが配置されている。モニタ電極5mとセンサ電極5sとは、X方向とZ方向との双方に直交する幅方向(Y方向)において、互いに隣り合っている。モニタ電極5m及びセンサ電極5sは、ポンプ電極5pに対して、被測定ガスgの下流側に配置されている。個々の電極5p,5m,5sには、配線51〜53が接続している。
The
図2に示すごとく、被測定ガス室11のY方向長さL1は、基準ガス室12のY方向長さL2(図3参照)よりも長い。ポンプ電極5pの、Y方向における両端部50は、Z方向から見たときに、隔壁部4と重なっている。また、本例では、モニタ電極5mの一部と、センサ電極5sの一部も、Z方向において隔壁部4と重なっている。
As shown in FIG. 2, the Y-direction length L 1 of the measured
また、図2に示すごとく、本例のガスセンサ1は、セラミック製の区画部14を備える。区画部14は、被測定ガス室11と外部空間Sとを区画している。
Moreover, as shown in FIG. 2, the
また、図3に示すごとく、基準ガス室12と外部空間Sとの間における、隔壁部4のY方向長さL4は、被測定ガス室11(図2参照)と外部空間Sとの間における、区画部14の長さL3よりも長い。また、隔壁部4には、基準ガスを基準ガス室12に導入するための基準ガス導入口40が形成されている。
Further, as shown in FIG. 3, the Y-direction length L 4 of the
また、図1、図4に示すごとく、本例のヒータ3は、第1ヒータ板31と、通電により発熱する発熱体32と、第2ヒータ板33とを備える。2枚のヒータ板31,33は、アルミナ等のセラミックからなる。ヒータ3と、固体電解質体2と、隔壁部4とに取り囲まれた空間が、基準ガス室12になっている。
Further, as shown in FIG. 1 and FIG. 4, the
また、固体電解質体2に対して、被測定ガス室11を挟んで隣り合う位置に、板状部材15が設けられている。この板状部材15と、固体電解質体2と、区画部14と、拡散抵抗部13とに囲まれた空間が、被測定ガス室11になっている。
Further, a plate-
図6に示すごとく、板状部材15の表面には、外部接続用電極151が形成されている。外部接続用電極151は、配線51〜53を介して、電極5p,5m,5sに電気接続している。本例のガスセンサ1は、板状部材15と、区画部14と、固体電解質体2と、隔壁部4と、ヒータ3とを積層することにより、形成されている。
As shown in FIG. 6, an
次に、各電極5(5p,5m,5s)の組成について説明する。ポンプ電極5p及びモニタ電極5mは、PtとAuとの合金からなる。これらの電極5p,5mは、直流電圧が加えられている状態では、酸素分子に活性であり、NOxには不活性である。すなわち、酸素分子を還元して酸素イオンにするが、NOx分子は分解しない性質を有する。また、センサ電極5sは、PtとRhとの合金、又はPtからなる。センサ電極5sは、酸素分子とNOxとの双方に活性である。すなわち、酸素分子とNOxを両方とも分解して、酸素イオンを発生させる性質を有する。
Next, the composition of each electrode 5 (5p, 5m, 5s) will be described. The
ポンプセル6pを用いて酸素を排出する際、図4に示すごとく、ポンプ電極5pと基準電極5bとの間には、基準電極5bが高電位となるように直流電圧(以下、ポンプ電圧とも記す)が加えられる。ポンプ電圧を加えておくと、被測定ガスgに含まれる酸素は、ポンプ電極5pにおいて酸素イオンに還元され、固体電解質体2内を通って基準ガス室12に排出される。
When discharging oxygen using the
図5に示すごとく、モニタセル6mとセンサセル6sには、それぞれ電流センサ81,82が接続している。この電流センサ81,82によって、モニタセル6mに流れる電流(以下、モニタ電流とも記す)と、センサセル6sに流れる電流(以下、センサ電流とも記す)とを測定している。
As shown in FIG. 5,
被測定ガスgに残留する酸素は、モニタ電極5mにおいて還元されて酸素イオンになり、固体電解質体2を通って基準ガス室12へ排出される。このとき、モニタセル6mにモニタ電流が流れる。このモニタ電流を測定することにより、被測定ガスg中の残留酸素の濃度Aを測定している。また、センサ電極5sは、被測定ガスgに残留する酸素とNOxとを還元して酸素イオンを発生させる。酸素イオンは、固体電解質体2を通って基準ガス室12へ排出される。このとき、センサセル6sにセンサ電流が流れる。このセンサ電流を測定することにより、被測定ガスg中の残留酸素とNOx(特定ガス)との合計濃度Bを測定している。
The oxygen remaining in the measurement gas g is reduced at the
次に、ポンプ電極5pのうち、Z方向において隔壁部4と重なる部位と、重ならない部位との、ポンプ能力(酸素を排出する能力)の差について説明する。図7は、ポンプ電極5pの温度と、ポンプ電極5pの単位面積当たりのポンプ能力との関係を表したグラフである。同図に示すごとく、ポンプ電極5pの温度が高いほど、ポンプ能力は上昇する。これは、ポンプ電極5pの温度が高いほど、酸素分子を酸素イオンに還元する効率が高くなるからである。
Next, the difference in pump capacity (the ability to discharge oxygen) between the portion overlapping with the
また、図8は、Y方向における、ポンプ電極5pの中心O(図1参照)からの距離と、ポンプ電極5pの温度との関係を表したグラフである。図1に示すごとく、ポンプ電極5pのうち、中心Oからの距離がr1までの部位は、隔壁部4と重なっておらず、中心Oからの距離がr1からr2までの部位は、隔壁部4と重なっている。そのため、図8に示すごとく、ポンプ電極5pのうち隔壁部4と重なっていない部分(中心Oからの距離がr1までの部位)は、ヒータ3から伝わる熱の量が少なく、温度が比較的低い。これに対して、隔壁部4と重なっている部位(中心Oからの距離がr1〜r2までの部位)は、ヒータ3から発生した熱が、隔壁部4を通って効率的に伝わるため、温度が比較的高い。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the distance from the center O (see FIG. 1) of the
また、図9は、Y方向における、ポンプ電極5pの中心Oからの距離と、ポンプ電極5pの単位面積当たりのポンプ能力との関係を表したグラフである。同図に示すごとく、ポンプ電極5pのうち、中心Oからの距離がr1までの部位は、Z方向において隔壁部4と重なっていないため、温度が低く、単位面積当たりのポンプ能力が低い。また、ポンプ電極5pのうち、中心Oからの距離がr1〜r2までの部位は、Z方向において隔壁部4と重なっているため、温度が高く、単位面積当たりのポンプの能力が高い。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the distance from the center O of the
本例の作用効果について説明する。図1、図2に示すごとく、本例のガスセンサ1は、Z方向から見たときに、ポンプ電極5pの一部が隔壁部4と重なるように構成されている。
このようにすると、ヒータ3の消費電力を低減でき、かつ、ポンプ電極5pを充分に加熱することができる。すなわち、ヒータ3の熱は、主に隔壁部4を通って、固体電解質体2に伝わる。そのため、固体電解質体2のうち、Z方向において隔壁部4に隣り合う部位(隔壁隣接部20)は、基準ガス室12に隣り合う部位よりも、温度が高くなりやすい。したがって、本例のように、Z方向から見たときに、ポンプ電極5pの一部が隔壁部4と重なるように構成すれば、ポンプ電極5pの一部を、固体電解質体2の上記隔壁隣接部20に形成することができ、ポンプ電極5pを加熱しやすくなる。そのため、ヒータ3の消費電力を低減できる。
The operation and effect of this example will be described. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
In this way, the power consumption of the
また、隔壁部4は、基準ガス室12内の基準ガスよりも熱容量が大きいため、温度が変化しにくい。したがって、固体電解質体2の上記隔壁隣接部20も温度が変化しにくい。本例のように、ポンプ電極5pの一部を、隔壁隣接部20に形成すれば、ポンプ電極5pの温度を一定に保ちやすくなる。したがって、車両のエンジンをアイドルストップしたときや、冷風がガスセンサ素子1に当たったとき等でも、ポンプ電極5pの温度が下がりにくくなり、ポンプセル6pによる、酸素の排出能力が低減することを抑制できる。
Further, since the
また、本例のポンプ電極5pは、PtとAuの合金からなる。
この場合には、ポンプ電極5pを、酸素に対して活性を有し、かつNOxに対して非活性にすることができる。
Further, the
In this case, the
また、本例では図4、図5に示すごとく、センサセル6sとポンプセル6pとは、同一の固体電解質体2を共有している。
そのため、センサセル6sを形成するための固体電解質体2と、ポンプセル6pを形成するための固体電解質体2とを別々にする必要がなくなり、部品点数を低減できる。したがって、ガスセンサ1の製造コストを低減することができる。
Further, in this example, as shown in FIGS. 4 and 5, the
Therefore, it is not necessary to separate the
また、本例のガスセンサ1は、図2、図5に示すごとく、Z方向から見たときに、センサ電極5sの一部が隔壁部4と重なるよう構成されている。
そのため、センサ電極5sの一部を上記隔壁隣接部20に形成することができる。したがって、ヒータ3の消費電力を低減しつつ、センサ電極5sを充分に加熱することが可能となる。また、冷風がガスセンサ1に当たったとき等でも、センサ電極5sの温度が低下しにくい。
Further, as shown in FIG. 2 and FIG. 5, the
Therefore, a part of the
同様に、本例のガスセンサ1は、図2、図5に示すごとく、Z方向から見たときに、モニタ電極5mの一部が隔壁部4と重なるよう構成されている。
そのため、モニタ電極5mの一部を上記隔壁隣接部20に形成することができる。したがって、ヒータ3の消費電力を低減しつつ、モニタ電極5mを充分に加熱することが可能になる。また、冷風がガスセンサ1に当たったとき等でも、モニタ電極5mの温度が低下しにくい。
Similarly, as shown in FIG. 2 and FIG. 5, the
Therefore, a part of the
以上のごとく、本例によれば、ヒータの消費電力をより低減でき、かつ、ポンプ電極の温度が低下しにくいガスセンサを提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a gas sensor that can further reduce the power consumption of the heater and that the temperature of the pump electrode does not easily decrease.
なお、本例では、1枚の固体電解質体2を用いて3個のセル6(6p,6m,6s)を形成したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、ポンプセル6pを形成するための固体電解質体と、モニタセル6m及びセンサセル6mを形成するための固体電解質体とを別にしてもよい。
Although three cells 6 (6p, 6m, 6s) are formed using one
また、本例では、Z方向において、ポンプ電極5pの一部が、隔壁部4と重なるよう構成したが、本発明はこれに限るものではなく、ポンプ電極5pの全ての部位を隔壁部4と重なるように構成してもよい。
Moreover, in this example, although it was comprised so that a part of
(実施例2)
以下の実施例においては、図面に用いた符号のうち、実施例において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
(Example 2)
In the following embodiments, among the reference numerals used in the drawings, the same reference numerals as those used in the embodiments indicate the same constituent elements as those of the first embodiment unless otherwise indicated.
本例は、ポンプ電極5pの形状を変更した例である。図10、図11に示すごとく、本例では、ポンプ電極5pのうち、Z方向において基準電極5bと重なる部位に、切欠部54を形成してある。
This example is an example in which the shape of the
本例の作用効果について説明する。ポンプ電極5pに切欠部54を形成すると、ポンプ電極5pの構成材料である、AuやPtの量を低減することができる。そのため、ガスセンサ素子1の製造コストを低減することができる。なお、本例では、ポンプ電極5pのうち、基準電極5bと重なる部位に、切欠部54を形成してある。この部位は、ヒータ3によって加熱されにくいため、この部位に切欠部54を形成しても、ポンプセル6pのポンプ能力が大きく低減することは抑制できる。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
The operation and effect of this example will be described. When the
The other configurations and effects are the same as those of the first embodiment.
(実施例3)
本例は、モニタ電極5m及びセンサ電極5sの形状を変更した例である。図12に示すごとく、本例では、モニタ電極5mのうち、Z方向において基準電極5bと重なる部位に、モニタ用切欠部55を形成してある。同様に、センサ電極5sのうち、Z方向において基準電極5bと重なる部位に、センサ用切欠部56を形成してある。
(Example 3)
This example is an example in which the shapes of the
本例の作用効果について説明する。センサ電極5sやモニタ電極5mに切欠部55,56を形成すると、これらの電極5s,5mの構成材料である、AuやPt等の使用量を低減することができる。そのため、ガスセンサ素子1の製造コストを低減することができる。なお、本例では、センサ電極5sやモニタ電極5mのうち、Z方向において基準電極5bと重なる部位に、切欠部55,56を形成してある。この部位は、ヒータ3によって加熱されにくいため、この部位に切欠部55,56を形成しても、モニタセル6mやセンサセル6sの性能が大きく低減することは抑制できる。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
The operation and effect of this example will be described. By forming the
The other configurations and effects are the same as those of the first embodiment.
(実施例4)
本例は、ポンプ電極5pの形状を変更した例である。図13に示すごとく、本例ではポンプ電極5pに、複数の切欠部54をスリット状に形成してある。個々の切欠部54は、矩形状に形成されている。複数の切欠部54は、X方向に配列している。
(Example 4)
This example is an example in which the shape of the
本例の作用効果について説明する。本例では、ポンプ電極5pに切欠部54を形成してあるため、実施例2と同様に、ガスセンサ1の製造コストを低減できるという効果を有する。また、本例では、隣り合う2つの切欠部54の間に、ポンプ電極5pの一部(介在部540)が残存している。そのため、この介在部540によって、ポンプセル6p全体のポンプ能力を高めることができる。すなわち、介在部540は、ポンプ電極5pの上記両端部50に接続している。両端部50は、Z方向において隔壁部4と重なっているため、温度が高くなりやすい部位である。本例のように複数の切欠部54を形成すれば、両端部50からの熱が、ポンプ電極5p全体に伝わらず、介在部540に局所的に伝わるようになる。そのため、介在部540の温度を高くすることができ、介在部540のポンプ能力を高めることができる。したがって、ポンプセル6p全体のポンプ能力を高くすることが可能となる。
The operation and effect of this example will be described. In this example, since the
1 ガスセンサ
11 被測定ガス室
12 基準ガス室
2 固体電解質体
3 ヒータ
4 隔壁部
5p ポンプ電極
5b 基準電極
6p ポンプセル
Claims (4)
酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体(2)と、
該固体電解質体(2)の厚さ方向において、所定間隔をあけて上記固体電解質体(2)に隣り合う位置に設けられ、該固体電解質体(2)を加熱するヒータ(3)と、
上記固体電解質体(2)と上記ヒータ(3)との間に介在した隔壁部(4)と、
上記固体電解質体(2)と上記ヒータ(3)と上記隔壁部(4)とに取り囲まれ、基準ガスが導入される基準ガス室(12)と、
上記固体電解質体(2)に対して、上記基準ガス室(12)を設けた側とは反対側に形成され、上記被測定ガスが導入される被測定ガス室(11)と、
上記固体電解質体(2)の、上記被測定ガス室(11)側の表面に形成されたポンプ電極(5p)及びセンサ電極(5s)と、
上記固体電解質体(2)の、上記基準ガス室(12)側の表面に形成された基準電極(5b)とを備え、
上記ポンプ電極(5p)と上記固体電解質体(2)と上記基準電極(5b)とによって、上記被測定ガスに含まれる酸素を上記基準ガス室(12)に排出するポンプセル(6p)が形成され、
上記センサ電極(5s)と上記固体電解質体(2)と上記基準電極(5b)とによって、上記ポンプセル(6p)を用いて酸素を排出した上記被測定ガスに含まれる上記特定ガスの濃度を測定するためのセンサセル(6s)が形成され、
上記厚さ方向から見たときに、上記ポンプ電極(5p)の少なくとも一部が上記隔壁部(4)と重なり、かつ上記センサ電極(5s)の一部が上記隔壁部(4)と重なるよう構成されており、
上記固体電解質体(2)の、上記隔壁部(4)を配した側とは反対側には、上記被測定ガス室(11)の周囲を取り囲む区画部(14)が配され、上記被測定ガスの導入方向(X)と上記厚さ方向との双方に直交する幅方向(Y)において、上記区画部(14)のうち上記被測定ガス室(11)と外部空間(S)との間に介在する部位の長さ(L 3 )は、上記隔壁部(4)のうち上記基準ガス室(12)と上記外部空間(S)との間に介在する部位の長さ(L 4 )よりも短いことを特徴とするガスセンサ(1)。 A gas sensor (1) for measuring the concentration of a specific gas contained in a measurement gas,
A plate-like solid electrolyte body (2) having oxygen ion conductivity;
A heater (3) provided at a position adjacent to the solid electrolyte body (2) at a predetermined interval in the thickness direction of the solid electrolyte body (2), for heating the solid electrolyte body (2);
A partition (4) interposed between the solid electrolyte body (2) and the heater (3);
A reference gas chamber (12) surrounded by the solid electrolyte body (2), the heater (3), and the partition (4) and into which a reference gas is introduced;
A measurement gas chamber (11) formed on the opposite side of the solid electrolyte body (2) to the side where the reference gas chamber (12) is provided, into which the measurement gas is introduced;
A pump electrode (5p) and a sensor electrode (5s) formed on the surface of the solid electrolyte body (2) on the side of the measurement gas chamber (11);
A reference electrode (5b) formed on the surface of the solid electrolyte body (2) on the side of the reference gas chamber (12);
The pump electrode (5p), the solid electrolyte body (2) and the reference electrode (5b) form a pump cell (6p) for discharging oxygen contained in the gas to be measured to the reference gas chamber (12). ,
The concentration of the specific gas contained in the measured gas from which oxygen was discharged using the pump cell (6p) was measured by the sensor electrode (5s), the solid electrolyte body (2) and the reference electrode (5b) Sensor cells (6s) to form the
When viewed in the thickness direction, at least a portion of the pump electrode (5p) overlaps the partition (4), and a portion of the sensor electrode (5s) overlaps the partition (4) Is configured and
A division (14) surrounding the periphery of the measurement gas chamber (11) is disposed on the opposite side of the solid electrolyte body (2) to the side where the partition (4) is disposed, and the measurement In the width direction (Y) orthogonal to both the gas introduction direction (X) and the thickness direction, between the measured gas chamber (11) and the external space (S) in the partition (14) The length (L 3 ) of the portion intervened in is the length (L 4 ) of the portion intervened between the reference gas chamber (12) and the external space (S) in the partition (4) The gas sensor (1) characterized in that it is also short .
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