氣體傳感器元件的制作方法
【專利摘要】提供一種氣體傳感器元件，能夠反映氣體傳感器元件的工作溫度的變化，提高傳感器單元對特定氣體成分濃度的檢測精度。氣體傳感器元件(1)具備：具有氧離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)體(2)、隔著基準(zhǔn)氣體空間102層疊在固體電解質(zhì)體(2)上的加熱器(6)、調(diào)整被測定氣體空間(101)中的氧濃度的泵單元(41)、用于檢測被測定氣體空間(101)中的特定氣體成分濃度的傳感器單元(43)、以及檢測加熱器(6)的電子傳導(dǎo)所形成的電流的電子傳導(dǎo)檢測單元(44)。設(shè)置在電子傳導(dǎo)檢測單元(44)的固體電解質(zhì)體(2)的被測定氣體G側(cè)的表面的電子傳導(dǎo)電極(24)被絕緣體(51)覆蓋。
【專利說明】
氣體傳感器元件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及對被測定氣體中的特定氣體成分的濃度進(jìn)行檢測的氣體傳感器元件。
【背景技術(shù)】
[0002]對特定氣體成分的濃度進(jìn)行檢測的氣體傳感器元件，配置于發(fā)動機(jī)的排氣管等排放廢氣的部位，檢測作為被測定氣體的廢氣中包含的氮氧化物(NOx)、烴(HC)等的濃度。
[0003]例如，在專利文獻(xiàn)I的氣體傳感器元件中，在固體電解質(zhì)體中設(shè)置一對電極，形成氧栗單元(oxygen pump cell)、氧監(jiān)測單元(oxygen monitor cell)及傳感器單元，檢測被導(dǎo)入到內(nèi)部空間的被測定氣體中的特定氣體成分的濃度。此外，在專利文獻(xiàn)I的氣體傳感器元件中，為了不受內(nèi)部空間內(nèi)的氧濃度的影響而檢測特定氣體成分的濃度，將從向內(nèi)部空間導(dǎo)入被測定氣體的氣體導(dǎo)入口到氧監(jiān)測單元的電極和傳感器單元的電極的氣流的上游側(cè)端部位置為止的距離設(shè)定為同等。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)I:日本特開2002-310987號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明所要解決的課題
[0008]在構(gòu)成氧栗單元、氧監(jiān)測單元及傳感器單元的一對電極之間-流動的電流，受到對氣體傳感器元件進(jìn)行加熱的加熱器的電子傳導(dǎo)的影響。被加熱器加熱的氣體傳感器元件的工作溫度越高，通過該電子傳導(dǎo)而在一對電極之間流動的電流越增加。
[0009]加熱器的加熱量被控制為，基于氧栗單元中的一對電極間的電阻值等的大小而將氣體傳感器元件的工作溫度保持為一定。但是，與被測定氣體接觸的電極隨著時間的經(jīng)過而劣化。并且，由于該電極的劣化，一對電極間的電阻值等增加，加熱器的加熱量也增加。因此，氣體傳感器元件越長使用，氣體傳感器元件的工作溫度越變高，通過電子傳導(dǎo)而在一對電極間流動的電流越增加。
[0010]專利文獻(xiàn)I等公開的氧監(jiān)測單元同時檢測被測定氣體中的殘留氧所形成的氧離子電流和電子傳導(dǎo)所形成的電流的雙方。因此，氧監(jiān)測單元無法將電子傳導(dǎo)所形成的電流和殘留氧所形成的氧離子電流區(qū)分開進(jìn)行檢測。因此，在氣體傳感器元件的工作溫度變化時，難以通過氧監(jiān)測單元來提高傳感器單元對特定氣體成分濃度的檢測精度。
[0011]本發(fā)明是在這樣的背景下做出的，其目的在于，提供一種氣體傳感器元件，能夠反映氣體傳感器元件的工作溫度的變化，提高傳感器單元對特定氣體成分濃度的檢測精度。
[0012]解決課題所采用的技術(shù)手段
[0013]本發(fā)明的一個方式的氣體傳感器元件具備:
[0014]固體電解質(zhì)體，具有氧離子傳導(dǎo)性；
[0015]被測定氣體空間，形成在該固體電解質(zhì)體的一個表面?zhèn)?，?dǎo)入通過了擴(kuò)散電阻體的被測定氣體；
[0016]基準(zhǔn)氣體空間，形成在上述固體電解質(zhì)體的另一個表面?zhèn)?，?dǎo)入基準(zhǔn)氣體；
[0017]加熱器，對上述固體電解質(zhì)體進(jìn)行加熱；
[0018]傳感器單元，用于檢測上述被測定氣體空間中的特定氣體成分濃度；
[0019]電子傳導(dǎo)檢測單元，檢測通過電子傳導(dǎo)而在上述固體電解質(zhì)體中流動的電流。
[0020]發(fā)明的效果:
[0021]上述氣體傳感器元件具有電子傳導(dǎo)檢測單元，該電子傳導(dǎo)檢測單元檢測由加熱器產(chǎn)生的電子傳導(dǎo)的強(qiáng)度。因此，通過由電子傳導(dǎo)檢測單元檢測電子傳導(dǎo)所形成的電流，能夠檢測加熱器的加熱量、以及氣體傳感器元件的工作溫度。此外，電子傳導(dǎo)檢測單元還能夠檢測氣體傳感器元件經(jīng)時變化時增加的、電子傳導(dǎo)所形成的電流。
[0022]由此，通過從傳感器單元中的檢測電流減去電子傳導(dǎo)檢測單元中的電流，能夠反映氣體傳感器元件的工作溫度的變化，利用傳感器單元來檢測特定氣體成分濃度。另外，傳感器單元中的檢測電流的值是用于檢測特定氣體成分濃度的氧離子電流和電子傳導(dǎo)所形成的電流相加而得到的值。
[0023]因此，根據(jù)上述氣體傳感器元件，能夠反映氣體傳感器元件的工作溫度的變化，提高傳感器單元對特定氣體成分濃度的檢測精度。
【附圖說明】
[0024]圖1是表示實(shí)施例1的氣體傳感器元件的截面圖。
[0025]圖2是實(shí)施例1的圖1的1-1截面圖。
[0026]圖3是表示實(shí)施例1的工作溫度和電流值的關(guān)系的圖表，橫軸是氣體傳感器元件的工作溫度，縱軸是流經(jīng)傳感器單元的電流和流經(jīng)電子傳導(dǎo)檢測單元的電流。
[0027]圖4是表示實(shí)施例2的氣體傳感器元件的截面圖。
[0028]圖5是實(shí)施例2的圖4的I1-1I截面圖。
[0029]圖6是表示實(shí)施例2的工作溫度和電流值的關(guān)系的圖表，橫軸是氣體傳感器元件的工作溫度，縱軸是流經(jīng)傳感器單元的電流和流經(jīng)電子傳導(dǎo)檢測單元的電流。
[0030]圖7是關(guān)于實(shí)施例2的另一氣體傳感器元件的、圖4的I1-1I截面相當(dāng)圖。
[0031]圖8是關(guān)于實(shí)施例3的氣體傳感器元件的、圖4的I1-1I截面相當(dāng)圖。
[0032]圖9是表示對于實(shí)施例3的傳感器單元、監(jiān)測單元、以及電子傳導(dǎo)檢測單元中流動的電流值的大小，示出(a)氣體傳感器元件劣化前的初始狀態(tài)、(b)氣體傳感器元件劣化后的耐久狀態(tài)的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0033]說明上述的氣體傳感器元件的優(yōu)選實(shí)施方式。
[0034]在上述氣體傳感器元件中，上述電子傳導(dǎo)電極中的至少暴露于上述被測定氣體的表面，可以由對于上述被測定氣體中的氧分解來說不具有活性的電極材料構(gòu)成。
[0035]這種情況下，通過對電子傳導(dǎo)電極所采用的電極材料實(shí)施某種措施，能夠容易地形成電子傳導(dǎo)檢測單元?？梢岳脤τ诒粶y定氣體中的氧分解來說不具有活性的電極材料來形成電子傳導(dǎo)電極的整體，也可以形成電子傳導(dǎo)電極的表面層。
[0036]此外，作為電極材料，例如有金材料、銀材料、銅材料、鉛材料等。
[0037]此外，上述電子傳導(dǎo)電極的被測定氣體空間側(cè)的表面可以由不使被測定氣體中的氧成分透過的覆蓋層來覆蓋。
[0038]這種情況下，電子傳導(dǎo)電極所使用的電極材料可以采用通常使用的材料，通過設(shè)置覆蓋層而容易地形成電子傳導(dǎo)檢測單元。
[0039]此外，上述栗電極在設(shè)置有上述傳感器電極及上述電子傳導(dǎo)電極的上述固體電解質(zhì)體的上述被測定氣體空間側(cè)的表面的長度方向上設(shè)置于比上述傳感器電極及上述電子傳導(dǎo)電極的配置位置更靠上述被測定氣體的流動的上游側(cè)位置，上述傳感器電極及上述電子傳導(dǎo)電極配置在距離上述長度方向上的上述栗電極的配置位置彼此相等的距離。
[0040]這種情況下，通過將栗電極設(shè)置在設(shè)置有傳感器電極及電子傳導(dǎo)電極的固體電解質(zhì)體，能夠利用加熱器容易地將栗電極加熱。此外，從加熱器的加熱中心到傳感器電極及電子傳導(dǎo)電極為止的距離為同等，通過來自加熱器的電子傳導(dǎo)使得傳感器電極及電子傳導(dǎo)電極中流動的電流成為同等。因此，能夠進(jìn)一步提高傳感器單元對特定氣體成分濃度的檢測精度。
[0041 ]此外，上述氣體傳感器元件具備監(jiān)測單元，該監(jiān)測單元具有監(jiān)測電極，該監(jiān)測電極設(shè)置在設(shè)置有上述傳感器電極及上述電子傳導(dǎo)電極的上述固體電解質(zhì)體的上述被測定氣體空間側(cè)的表面，上述傳感器電極、上述電子傳導(dǎo)電極及上述監(jiān)測電極配置在距離上述長度方向上的上述栗電極的配置位置彼此相等的距離，上述監(jiān)測單元基于上述監(jiān)測電極和上述基準(zhǔn)電極之間流動的氧離子電流，檢測上述被測定氣體空間中的氧濃度。
[0042 ] 這種情況下，使加熱器的加熱中心到傳感器電極、電子傳導(dǎo)電極及監(jiān)測電極的距離為同等，通過來自加熱器的電子傳導(dǎo)而使得傳感器電極、電子傳導(dǎo)電極及監(jiān)測電極中流動的電流成為同等。因此，能夠進(jìn)一步提高傳感器單元對特定氣體成分濃度的檢測精度。
[0043]此外，傳感器電極由對于被測定氣體中的特定氣體成分的分解來說具有活性的電極材料構(gòu)成，監(jiān)測電極由對于被測定氣體中的特定氣體成分(NOx等)的分解來說不具有活性的電極材料構(gòu)成。在傳感器單元中，基于氧濃度及特定氣體成分濃度來檢測氧離子電流，另一方面，在監(jiān)測單元中，基于氧濃度來檢測氧離子電流。此外，在氣體傳感器元件中，從由傳感器單元檢測的電流減去由監(jiān)測單元檢測的電流，從而檢測被測定氣體中的特定氣體成分的濃度。這樣，通過使用監(jiān)測單元，在氣體傳感器元件經(jīng)時變化時，能夠修正被測定氣體中的殘留氧所形成的氧離子電流給傳感器單元對特定氣體成分濃度的檢測帶來的影響。
[0044]另外，由傳感器單元檢測的電流的值、以及由監(jiān)測單元檢測的電流的值分別是用于檢測特定氣體成分濃度的氧離子電流和電子傳導(dǎo)所形成的電流相加而得到的值。
[0045]此外，能夠通過電子傳到檢測單元來修正加熱器的電子傳導(dǎo)給傳感器單元及監(jiān)測單元帶來的影響。具體地說，當(dāng)氣體傳感器元件因劣化而經(jīng)時變化時，能夠考慮加熱器的加熱量增加時的電子傳導(dǎo)的影響而由傳感器單元檢測特定氣體成分濃度。
[0046]并且，檢測特定氣體成分濃度時，能夠?qū)埩粞跛纬傻难蹼x子電流和電子傳導(dǎo)所形成的電流區(qū)分開進(jìn)行檢測。
[0047]此外，上述加熱器具有通過通電而發(fā)熱的導(dǎo)體層和夾持該導(dǎo)體層的絕緣層，并且對上述導(dǎo)體層進(jìn)行通電，以使得由上述電子傳導(dǎo)檢測單元檢測的電流值成為一定。
[0048]通過電子傳導(dǎo)而在電子傳導(dǎo)檢測單元中流動的電流值與氣體傳感器元件的工作溫度具有相關(guān)關(guān)系。此外，電子傳導(dǎo)檢測單元不檢測由被測定氣體中的氧分解產(chǎn)生的氧離子電流，在電子傳導(dǎo)檢測單元的電子傳導(dǎo)電極中，因被測定氣體中的氧成分的分解而導(dǎo)致的經(jīng)時劣化幾乎不產(chǎn)生。因此，通過對導(dǎo)體層進(jìn)行通電以使得由電子傳導(dǎo)檢測單元檢測的電流值成為一定，能夠更高精度地控制氣體傳感器元件的工作溫度。
[0049]實(shí)施例
[0050]以下參照【附圖說明】氣體傳感器元件的實(shí)施例。
[0051](實(shí)施例1)
[0052]如圖1和圖2所示，本例的氣體傳感器元件I具備:固體電解質(zhì)體2、被測定氣體空間101、基準(zhǔn)氣體空間102、加熱器6、栗單元41、傳感器單元43及電子傳導(dǎo)檢測單元44。
[0053]固體電解質(zhì)體2由具有氧離子傳導(dǎo)性的材料構(gòu)成，在本例中，形成為具有第I面和朝向第I面的相反側(cè)的第2面的平板狀。被測定氣體空間101形成在固體電解質(zhì)體2的第I面上，被導(dǎo)入通過了擴(kuò)散電阻體3的被測定氣體G。基準(zhǔn)氣體空間102形成在固體電解質(zhì)體2的第2面上，被導(dǎo)入基準(zhǔn)氣體A。在固體電解質(zhì)體2的基準(zhǔn)氣體空間102側(cè)的表面(第2面)202設(shè)置有暴露于基準(zhǔn)氣體A的基準(zhǔn)電極25。
[0054]如圖1、圖2所示，加熱器6隔著基準(zhǔn)氣體空間102層疊在固體電解質(zhì)體2上。栗單元41設(shè)置在固體電解質(zhì)體2的被測定氣體空間101側(cè)的表面(第I面)201，具有暴露于被測定氣體G的栗電極21。栗單元41向夾著固體電解質(zhì)體2而形成的一對栗電極21、25之間施加電壓，調(diào)整被測定氣體空間101中的氧濃度。本例的基準(zhǔn)電極25還兼用作一個栗電極。傳感器單元43設(shè)置在固體電解質(zhì)體2的第I面201，具有暴露于被測定氣體G的傳感器電極23。傳感器單元43基于在傳感器電極23和基準(zhǔn)電極25之間流動的氧離子電流，檢測被測定氣體空間101中的特定氣體成分濃度。在本例中，傳感器單元43具備運(yùn)算器43a，該運(yùn)算器43a基于在傳感器電極23及基準(zhǔn)電極25之間流動的電流值、以及由后述的電子傳導(dǎo)檢測單元44檢測的電子傳導(dǎo)所產(chǎn)生的電流值，計(jì)算特定氣體成分濃度。電子傳導(dǎo)檢測單元44具有設(shè)置在固體電解質(zhì)體2的第I面201的一對電子傳導(dǎo)電極24、25，該一對電子傳導(dǎo)電極24、25不暴露于被測定氣體G(從被測定氣體G隔開)。在本例中，基準(zhǔn)電極25構(gòu)成一個電子傳導(dǎo)電極。電子傳導(dǎo)檢測單元44檢測通過加熱器6的電子傳導(dǎo)而在電子傳導(dǎo)電極24和基準(zhǔn)電極25之間流動的電流。
[0055]以下參照圖1?圖3詳細(xì)說明本例的氣體傳感器元件I。
[0056]本例的氣體傳感器元件I在配置于保護(hù)罩內(nèi)的狀態(tài)下，配置在汽車的排氣管內(nèi)而使用。此外，被測定氣體G是流過排氣管的廢氣，氣體傳感器元件I用來檢測作為廢氣中的特定氣體成分的NOx (氮氧化物)的濃度。
[0057]如圖1所示，固體電解質(zhì)體2是具有氧離子傳導(dǎo)性的氧化鋯的基板。栗電極21、傳感器電極23及電子傳導(dǎo)電極24在固體電解質(zhì)體2的、暴露于被測定氣體G的一側(cè)的表面201以一定的厚度設(shè)置?；鶞?zhǔn)電極25在固體電解質(zhì)體2中的暴露于基準(zhǔn)氣體A的一側(cè)的表面202以一定的厚度設(shè)置。本例的基準(zhǔn)電極25在固體電解質(zhì)體2中設(shè)置在栗電極21、傳感器電極23及電子傳導(dǎo)電極24所處的區(qū)域整體的背面?zhèn)鹊奈恢?。基?zhǔn)電極25除了相對于栗電極21、傳感器電極23及電子傳導(dǎo)電極24的整體設(shè)置I個以外，還可以在栗電極21、傳感器電極23及電子傳導(dǎo)電極24各自的背面?zhèn)鹊奈恢梅蛛x地設(shè)置3個。
[0058]如圖1、圖2所示，在固體電解質(zhì)體2的第I面201層疊著擴(kuò)散電阻體3和第I絕緣體51，該擴(kuò)散電阻體3形成有小孔等，限制被測定氣體向被測定氣體空間101內(nèi)的擴(kuò)散，該第I絕緣體51是由氧化鋁構(gòu)成的平板狀的基板。在擴(kuò)散電阻體3及第I絕緣體51的表面層疊著第2絕緣體52，該第2絕緣體52是由氧化鋁構(gòu)成的平板狀的基板。擴(kuò)散電阻體3配置在氣體傳感器元件I的長度方向L上的、導(dǎo)入被測定氣體G的一側(cè)的一端部(第I端部)。被測定氣體G穿過擴(kuò)散電阻體3而導(dǎo)入被測定氣體空間101，沿著長度方向L在被測定氣體空間101中流動。第I絕緣體51在固體電解質(zhì)體2的第I面201上以從三方包圍栗電極21及傳感器電極23的方式設(shè)置在長度方向L的另一端部(第2端部)及寬度方向W的兩側(cè)的端部。
[0059]被測定氣體空間101在固體電解質(zhì)體2和第2絕緣體52之間由擴(kuò)散電阻體3及第I絕緣體51包圍固體電解質(zhì)體2的第I面201的四方而形成。被測定氣體空間101在設(shè)置有栗電極21及傳感器電極23的位置，與長度方向L及寬度方向W正交的厚度方向T上的空間高度為一定。
[0060]如圖1、圖2所示，在固體電解質(zhì)體2的第2面202層疊著第3絕緣體53，該第3絕緣體53是由氧化鋁構(gòu)成的平板狀的基板。第3絕緣體53在固體電解質(zhì)體2的第2面202上以從三方包圍基準(zhǔn)電極25的方式設(shè)置在長度方向L的第2端部及寬度方向W的兩側(cè)的端部?；鶞?zhǔn)氣體空間102在固體電解質(zhì)體2和第4絕緣體61之間由第3絕緣體53包圍固體電解質(zhì)體2的第2面202的長度方向L的第2端部及寬度方向W的兩側(cè)的端部這三方而形成。
[0061 ] 此外，在第3絕緣體53上層疊著用于對栗電極21及傳感器電極23加熱的加熱器6。加熱器6具有層疊在第3絕緣體53的表面的作為絕緣層的第4絕緣體61、以及設(shè)置于第4絕緣體61而被進(jìn)行通電的導(dǎo)體層62。第4絕緣體61通過2張絕緣板611夾住導(dǎo)體層62。導(dǎo)體層62具有用于連接外部通電設(shè)備的一對電極部、以及將一對電極部彼此連結(jié)并通過向一對電極部施加的電壓來通電而發(fā)熱的發(fā)熱部。
[0062]此外，加熱器6的第4絕緣體61及導(dǎo)體層62相對于固體電解質(zhì)體2平行地配置，導(dǎo)體層62相對于栗電極21、傳感器電極23及電子傳導(dǎo)電極24平行地配置。
[0063]如圖1、圖2所示，栗電極21在設(shè)置有傳感器電極23及電子傳導(dǎo)電極24的固體電解質(zhì)體2的第I面201的長度方向L上，設(shè)置在比傳感器電極23的配置位置更靠近被測定氣體G的流動的上游側(cè)位置。栗單元41通過向栗電極21和基準(zhǔn)電極25之間施加電壓，經(jīng)由固體電解質(zhì)體2從被測定氣體空間101排出或流入氧氣，將被測定氣體空間101內(nèi)的氧濃度調(diào)整為一定。另外，栗電極21也可以隔著絕緣體層疊在固體電解質(zhì)體2上，設(shè)置在形成被測定氣體空間101的其他固體電解質(zhì)體。
[0064]傳感器電極23由對于被測定氣體G中的作為特定氣體成分的NOx的分解來說具有活性的電極材料構(gòu)成。并且，傳感器單元43根據(jù)分解NOx時在傳感器電極23和基準(zhǔn)電極25之間流動的氧離子電流值的大小，檢測被測定氣體G中的NOx濃度。
[0065]電子傳導(dǎo)電極24相對于傳感器電極23更靠近長度方向L的第2端部，被第I絕緣體51覆蓋，該第I絕緣體51作為不使被測定氣體G中的氧成分透過(阻擋)的覆蓋層。本例的電子傳導(dǎo)電極24埋設(shè)在第I絕緣體51之中。
[0066]接下來說明本例的氣體傳感器元件I的作用效果。
[0067]本例的氣體傳感器元件I具有檢測由加熱器6產(chǎn)生的電子傳導(dǎo)的強(qiáng)度的電子傳導(dǎo)檢測單元44。因此，通過檢測電子傳導(dǎo)檢測單元44中的因電子傳導(dǎo)而形成的電流，能夠檢測加熱器6的加熱量、以及氣體傳感器元件I的工作溫度。此外，電子傳導(dǎo)檢測單元44還能夠檢測氣體傳感器元件I經(jīng)時變化時增加的、因電子傳導(dǎo)而形成的電流。
[0068]由此，通過從傳感器單元43中的檢測電流減去電子傳導(dǎo)檢測單元44中的電流，能夠反映氣體傳感器元件I的工作溫度的變化，利用傳感器單元43來檢測特定氣體成分濃度。另外，傳感器單元43中的檢測電流的值是用于檢測特定氣體成分濃度的氧離子電流和因電子傳導(dǎo)而產(chǎn)生的電流相加而得到的值。
[0069]因此，根據(jù)本例的氣體傳感器元件I，能夠反映氣體傳感器元件I的工作溫度的變化，提高傳感器單元43對特定氣體成分濃度的檢測精度。
[0070]圖3中，橫軸是氣體傳感器元件I的工作溫度，縱軸是傳感器單元43中流動的電流
Il及電子傳導(dǎo)檢測單元44中流動的電流13，示出了工作溫度和電流值的關(guān)系。此外，作為這時的特定氣體成分的NOx的濃度為Oppm。從該圖可知，在傳感器單元43及電子傳導(dǎo)檢測單元44的雙方中，氣體傳感器元件I的工作溫度越上升，電流值11、13越變大。與該工作溫度具有相關(guān)關(guān)系的電流值11、13幾乎都來自加熱器6的電子傳導(dǎo)。因此，通過從傳感器單元43中的電流值Il減去電子傳導(dǎo)檢測單元44中的電流值13，在傳感器單元43中，能夠盡可能準(zhǔn)確地檢測將作為特定氣體成分的NOx分解時產(chǎn)生的氧離子電流。
[0071]此外，在氣體傳感器元件I的長度方向L上，存在與從加熱器6的加熱中心的距離相應(yīng)的溫度分布。并且，從傳感器電極23到加熱器6的加熱中心的距離，比從電子傳導(dǎo)電極24到加熱器6的加熱中心的距離更短。因此，從傳感器單元43中的電流值11減去電子傳導(dǎo)檢測單元44中的電流值13而得到的差分值不為零。此外，該差分值具有氣體傳感器元件I的工作溫度越上升則越變大的傾向。因此，在使用氣體傳感器元件I時，預(yù)先進(jìn)行校正以使得該差分值成為零。
[0072](實(shí)施例2)
[0073]本例是在上述實(shí)施例1所示的氣體傳感器元件I中變更了電子傳導(dǎo)檢測單元44的配置部位的例子。
[0074]如圖4、圖5所示，本例的電子傳導(dǎo)檢測單元44的電子傳導(dǎo)電極24A在固體電解質(zhì)體2的第I面201的與長度方向L正交的寬度方向W上鄰接于傳感器單元43的傳感器電極23而形成。栗電極21、傳感器電極23及電子傳導(dǎo)電極24A配置在被測定氣體空間101內(nèi)。傳感器電極23及電子傳導(dǎo)電極24A在固體電解質(zhì)體2的第I面201的長度方向L上配置在與栗電極21的配置位置彼此相等的距離。電子傳導(dǎo)電極24A由金材料構(gòu)成，該金材料是相對于被測定氣體G中的氧分解來說不具有活性的電極材料。另外，也可以在電子傳導(dǎo)電極24A中的暴露于被測定氣體G的表面設(shè)置由金材料構(gòu)成的表面層。
[0075]在本例中，從加熱器6的加熱中心到傳感器電極23及電子傳導(dǎo)電極24A的距離為同等，因來自加熱器6的電子傳導(dǎo)而在傳感器電極23及電子傳導(dǎo)電極24A中流動的電流為同等。因此，能夠進(jìn)一步提高傳感器單元43對特定氣體成分濃度的檢測精度。
[0076]在本例中，其他構(gòu)成及圖中的符號與實(shí)施例1同樣，能夠得到與實(shí)施例1同樣的作用效果。
[0077]在圖6中，與上述實(shí)施例1的圖3的情況同樣，示出了氣體傳感器元件I的工作溫度和傳感器單元43中流動的電流11及電子傳導(dǎo)檢測單元44中流動的電流13的關(guān)系。從圖6可知，在傳感器單元43及電子傳導(dǎo)檢測單元44的雙方中，基于加熱器6的電子傳導(dǎo)，氣體傳感器元件I的工作溫度越上升，則電流值11、13越變大。在本例中可知，從加熱器6的加熱中心到傳感器電極23及電子傳導(dǎo)電極24A的距離為同等，所以從傳感器單元43中的電流值Il減去電子傳導(dǎo)檢測單元44中的電流值13時的差分幾乎沒有。由此可知，能夠更準(zhǔn)確地檢測傳感器單元43中的氧離子電流。
[0078]此外，如圖7所示，電子傳導(dǎo)電極24也可以被不使被測定氣體G中的氧成分透過的覆蓋層55覆蓋。電子傳導(dǎo)電極24在寬度方向W上與傳感器單元43并列而配置在被測定氣體空間101內(nèi)，被覆蓋層55覆蓋而不暴露于被測定氣體G。這種情況下，電子傳導(dǎo)電極24所使用的電極材料是通常使用的白金材料等，能夠得到與上述同樣的作用效果。另外，關(guān)于覆蓋層55的厚度，在不使被測定氣體G中的氧成分透過的范圍內(nèi)可以盡量薄。
[0079](實(shí)施例3)
[0080]本例中，氣體傳感器元件I除了傳感器單元43及電子傳導(dǎo)檢測單元44之外，還具備監(jiān)測單元42。
[0081]如圖8所示，監(jiān)測單元42具有監(jiān)測電極22，該監(jiān)測電極22設(shè)置在設(shè)置有傳感器電極23及電子傳導(dǎo)電極24的固體電解質(zhì)體2的第I面201。監(jiān)測電極22在固體電解質(zhì)體2的第I面201的與長度方向L正交的寬度方向W上，與傳感器電極23及電子傳導(dǎo)檢測單元44并列地形成。傳感器電極23、電子傳導(dǎo)電極24及監(jiān)測電極22配置在被測定氣體空間101內(nèi)。傳感器電極23、電子傳導(dǎo)電極24及監(jiān)測電極22在固體電解質(zhì)體2的第I面201的長度方向L上配置在與栗電極21的配置位置彼此相等的距離。電子傳導(dǎo)電極24與上述實(shí)施例2的圖7所示的情況同樣，由不使被測定氣體G中的氧成分透過的覆蓋層55覆蓋。另外，圖8表示與上述實(shí)施例2的圖4的I1-1I截面相當(dāng)?shù)牟课弧?br>[0082]監(jiān)測單元42基于在監(jiān)測電極22和基準(zhǔn)電極25之間流動的氧離子電流，檢測被測定氣體空間101中的氧濃度。
[0083]此外，傳感器電極23由對于被測定氣體G中的作為特定氣體成分的NOx的分解來說具有活性的電極材料構(gòu)成，監(jiān)測電極22由對于被測定氣體G中的NOx的分解來說不具有活性的電極材料構(gòu)成。在傳感器單元43中，根據(jù)氧濃度及特定氣體成分濃度來檢測氧離子電流，另一方面，在監(jiān)測單元42中，根據(jù)氧濃度來檢測氧離子電流。并且，在氣體傳感器元件I中，通過從由傳感器單元43檢測的電流減去由監(jiān)測單元42檢測的電流，檢測被測定氣體G中的特定氣體成分的濃度。像這樣，通過使用監(jiān)測單元42，當(dāng)氣體傳感器元件I經(jīng)時變化時，能夠修正被測定氣體G中的殘留氧所形成的氧離子電流給傳感器單元43對NOx濃度的檢測所帶來的影響。
[0084]另外，由傳感器單元43檢測的電流的值和由監(jiān)測單元42檢測的電流的值分別是用于檢測特定氣體成分濃度的氧離子電流和電子傳導(dǎo)所形成的電流相加而得到的值。
[0085]此外，能夠利用電子傳導(dǎo)檢測單元44來修正加熱器6的電子傳導(dǎo)給傳感器單元43及監(jiān)測單元42帶來的影響。具體地說，氣體傳感器元件I因長期使用而經(jīng)時變化時，由栗單元41調(diào)整了氧含量之后的被測定氣體G中的殘留氧含量有增加的傾向。這是因?yàn)椋捎谂c被測定氣體G接觸的栗電極21的劣化，栗單元41的氧含量調(diào)整能力下降。
[0086]此外，氣體傳感器元件I因長期使用而經(jīng)時變化時，如果栗電極21劣化，則栗電極21和基準(zhǔn)電極25之間的電阻值增加。該電阻值具有隨溫度上升而減少的傾向。因此，因劣化而電阻值增加時，氣體傳感器元件I的溫度上升，加熱器6的加熱量增加。并且，在各單元42、
43、44中，來自加熱器6的電子傳導(dǎo)所形成的電流增加。
[0087]圖9中，對于傳感器單元43、監(jiān)測單元42及電子傳導(dǎo)檢測單元44中流動的電流I1、I2、I3的值的大小，示出了(a)氣體傳感器元件I劣化前的初始狀態(tài)、(b)氣體傳感器元件I劣化后的耐久狀態(tài)。此外，作為這時的特定氣體成分的NOx的濃度為Oppm。
[0088]在初始狀態(tài)及耐久狀態(tài)的任一個中，在傳感器單元43及監(jiān)測單元42中，流動著電子傳導(dǎo)所形成的電流13和氧離子電流II’、12’，在電子傳導(dǎo)檢測單元44中，僅流動著電子傳導(dǎo)所形成的電流13。電子傳導(dǎo)所形成的電流13，在初始狀態(tài)及耐久狀態(tài)的任一個中，由于從加熱器6的加熱中心到傳感器電極23、監(jiān)測電極22及電子傳導(dǎo)電極24各自的距離為同等，所以在各單元42、43、44中為同等。此外，傳感器電極23所使用的材料與監(jiān)測電極22所使用的材料相比，容易產(chǎn)生氧分解。因此，即使NOx的濃度為Oppm，傳感器單元43中流動的氧離子電流II’也比監(jiān)測單元42中流動的氧離子電流12’更多。
[0089]此外，在耐久狀態(tài)的傳感器單元43及監(jiān)測單元42中，受到上述殘留氧含量的增加的影響，氧離子電流11 ’、12 ’增加。對于該氧離子電流11’、12 ’的增加，可以通過從傳感器單元43中的電流11’的值減去監(jiān)測單元42中的電流12 ’的值來解決。
[0090]此外，在耐久狀態(tài)下，因栗電極21的劣化而加熱器6的加熱量增加，伴隨于此，各單元42、43、44中的電子傳導(dǎo)所形成的電流13與初始狀態(tài)相比增加。該電子傳導(dǎo)所形成的電流13的增加，能夠通過電子傳導(dǎo)單元中的電流值13的增加量來檢測。
[0091]并且，在耐久狀態(tài)的傳感器單元43及監(jiān)測單元42中，能夠?qū)⒗鯁卧?1的氧含量調(diào)整能力的下降所導(dǎo)致的氧離子電流II’、12’的變化、以及栗電極21劣化而加熱器6的加熱量增加所導(dǎo)致的電子傳導(dǎo)所形成的電流13的變化區(qū)分開。特別是，通過監(jiān)視電子傳導(dǎo)所形成的電流13的增加量，能夠知道氣體傳感器元件I的工作溫度的上升程度及栗電極21的劣化程度，能夠檢測它們給傳感器單元43及監(jiān)測單元42對NOx濃度的檢測精度帶來的影響。因此，根據(jù)本例的氣體傳感器元件I，能夠?qū)W習(xí)其工作溫度的變化，準(zhǔn)確地檢測NOx濃度。
[0092]在本例中，其他構(gòu)成及圖中的符號與實(shí)施例1、2同樣，能夠得到與實(shí)施例1、2同樣的作用效果。
[0093]此外，通過監(jiān)視電子傳導(dǎo)檢測單元44中的電流13的變化量，還能夠進(jìn)行氣體傳感器元件I的故障診斷(溫度異常、栗單元能力異常等)。
[0094]另外，如果不使用電子傳導(dǎo)檢測單元44而僅使用傳感器單元43和監(jiān)測單元42，就不能知道電子傳導(dǎo)所形成的電流13的量。因此，為了知道電子傳導(dǎo)所形成的電流13的量，需要使用電子傳導(dǎo)檢測單元44。
[0095](實(shí)施例4)
[0096]本例中，對加熱器6的導(dǎo)體層62進(jìn)行通電，以使得由電子傳導(dǎo)檢測單元44檢測的電流值成為一定。
[0097]通過電子傳導(dǎo)而在電子傳導(dǎo)檢測單元44中流動的電流值，與氣體傳感器元件I的工作溫度具有相關(guān)關(guān)系。此外，電子傳導(dǎo)檢測單元44不檢測由被測定氣體G中的氧分解而產(chǎn)生的氧離子電流，在電子傳導(dǎo)檢測單元44的電子傳導(dǎo)電極24中，因分解被測定氣體G中的氧成分而導(dǎo)致的經(jīng)時劣化幾乎沒有。因此，通過對導(dǎo)體層62進(jìn)行通電以使得由電子傳導(dǎo)檢測單元44檢測的電流值成為一定，能夠高精度地控制氣體傳感器元件I的工作溫度。
[0098]在本例中，其他構(gòu)成及圖中的符號與實(shí)施例1?3同樣，能夠得到與實(shí)施例1?3同樣的作用效果。
[0099]符號的說明:
[0100]I氣體傳感器元件
[0101]101被測定氣體空間
[0102]102基準(zhǔn)氣體空間
[0103]2固體電解質(zhì)體
[0104]21栗電極
[0105]22監(jiān)測電極
[0106]23傳感器電極
[0107]24電子傳導(dǎo)電極
[0108]25基準(zhǔn)電極
[0109]3擴(kuò)散電阻體
[0110]41栗單元
[0111]42監(jiān)測單元
[0112]43傳感器單元
[0113]44電子傳導(dǎo)檢測單元
[0114]6加熱器
[0115]G被測定氣體
[0116]A基準(zhǔn)氣體
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣體傳感器元件(I)，其特征在于，具備: 固體電解質(zhì)體(2)，具有第I面及第2面，具有氧離子傳導(dǎo)性； 被測定氣體空間(101)，形成在上述固體電解質(zhì)體(2)的第I面上，被導(dǎo)入通過了擴(kuò)散電阻體(3)的被測定氣體(G); 基準(zhǔn)氣體空間(102)，形成在上述固體電解質(zhì)體(2)的第2面上，被導(dǎo)入基準(zhǔn)氣體(A); 加熱器(6)，直接或間接地層疊在上述固體電解質(zhì)體(2)上； 傳感器單元(43)，具有設(shè)置在上述固體電解質(zhì)體(2)的第I面的傳感器電極(23)，基于在該傳感器電極(23)和設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體(2)的第2面的基準(zhǔn)電極(25)之間流動的氧離子電流，檢測上述被測定氣體空間(101)中的特定氣體成分濃度； 電子傳導(dǎo)檢測單元(44)，具有設(shè)置在上述固體電解質(zhì)體(2)的第I面及第2面的一對電子傳導(dǎo)電極(24、25)，檢測因?yàn)榕c上述加熱器(6)的加熱相應(yīng)的電子傳導(dǎo)而在上述電子傳導(dǎo)電極(24、25)之間流動的電流；以及 栗單元(41)，具有設(shè)置在上述固體電解質(zhì)體(2)或者該固體電解質(zhì)體(2)上層疊的其他固體電解質(zhì)體的兩表面的一對栗電極(21、25)，向該一對栗電極(21、25)之間施加電壓，調(diào)整上述被測定氣體空間(101)中的氧濃度。2.如權(quán)利要求1所述的氣體傳感器元件(I)， 上述電子傳導(dǎo)電極(24)中的至少暴露于上述被測定氣體(G)的表面，由對于上述被測定氣體(G)中的氧分解來說不具有活性的電極材料構(gòu)成。3.如權(quán)利要求1所述的氣體傳感器元件(I)， 上述電子傳導(dǎo)電極(24)的被測定氣體空間(1I)側(cè)的表面，被不使被測定氣體(G)中的氧成分透過的覆蓋層(55)覆蓋。4.如權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器元件(I)， 上述栗電極(21)在設(shè)置有上述傳感器電極(23)及上述電子傳導(dǎo)電極(24)的上述固體電解質(zhì)體(2)的第I面的長度方向(L)上設(shè)置在比上述傳感器電極(23)及上述電子傳導(dǎo)電極(24)的配置位置更靠近上述被測定氣體(G)的流動的上游側(cè)位置， 上述傳感器電極(23)及上述電子傳導(dǎo)電極(24)在與上述長度方向(L)正交的上述第I面的寬度方向(W)上排列配置。5.如權(quán)利要求4所述的氣體傳感器元件(I)， 上述氣體傳感器元件(I)具備監(jiān)測單元(42)，該監(jiān)測單元(42)具有一對監(jiān)測電極(22、25)，該一對監(jiān)測電極(22、25)設(shè)置在設(shè)置有上述傳感器電極(23)及上述電子傳導(dǎo)電極(24)的上述固體電解質(zhì)體(2)的第I面及第2面， 設(shè)置在上述固體電解質(zhì)體(2)的第I面的上述傳感器電極(23)、上述電子傳導(dǎo)電極(24)及上述監(jiān)測電極(22)在上述寬度方向(W)上排列配置， 上述監(jiān)測單元(42)基于在上述一對監(jiān)測電極(22、25)之間流動的氧離子電流，檢測上述被測定氣體空間(101)中的氧濃度。6.如權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器元件(I)， 上述加熱器(6)具有通過通電而發(fā)熱的導(dǎo)體層(62)、以及夾持該導(dǎo)體層(62)的絕緣層(61)，并且根據(jù)由上述電子傳導(dǎo)檢測單元(44)檢測的電流值，對上述導(dǎo)體層(62)進(jìn)行通電。7.如權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器元件(I)， 上述傳感器單元基于在上述傳感器電極之間流動的電流值、以及由上述電子傳導(dǎo)檢測單元(44)檢測的電子傳導(dǎo)所形成的電流值，計(jì)算上述特定氣體成分濃度。
【文檔編號】G01N27/419GK105917219SQ201580004698
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年1月19日
【發(fā)明人】中藤充伸, 水谷圭吾, 荒木貴司
【申請人】株式會社電裝