JPH02120653A - 酸素センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車またはボイラー等の排ガス分析または
酸欠モニタ等に適用され、安定化ジルコニアの高温にお
ける酸素イオン４電比と、電極にお（ブろ水蒸気の電気
分解とを利用して、酸素濃度を高精度に検出する酸素セ
ンサに閏する。

（従来の技術） 第３図はジルコニア＾す素センサの原理説明図を示ず。

図においてイツトリア（Ｙ２Ｏ２）またはカルシア（Ｃ
ａｂ）により安定化されたジルコニアセラミック１は、
高温度に加熱すると、酸素イオンのみが移しノ可能な固
体電解質になる。この安定１ヒジルコニア１の両面に白
金等の触媒電極２を焼付けて、この電極２に接する酸素
を０２−イオンに変換し１！ｆる電圧Ｖを印加する。こ
のとぎ、安定１ヒジルコニア１を通じて電流が流れ、こ
の電流により酸素濃度を知ることができる。

第４図はこのようなｉｌｌす素センサのセンザ部原理説
明図を示す。図においてセンザ部６は、安定１ヒジルコ
ニア１に設けられた画電極２．２のいずれか一方を微小
拡散穴４を有する蓋３で覆い、両雷愼２，２間に電圧Ｖ
を印加し、葦３には安定１ヒジルコニア１を、酸素イオ
ンの導電性を示す温ｒσに加熱するヒータ５を収納する
。Ｖｏはヒータ加熱電圧である。この両電ｇ！２．２間
に酸素濃度の差が無くとも、ボンピング作用によって酸
素イオンをキセリアとηる電流が流れ、益３内の酸素が
排出される。この排出量は微小拡散穴４を経路とづる拡
散にＪ：つ補充されるが、この拡散穴４が微小穴である
から、その流入は制限される。従って、第５図に示Ｊよ
うにある電圧領域で電流のフラット域（ブラＩ−−）が
現われる。この電流（制限電流）は、この酸累センリ周
辺の酸素濃度に比例でる。すなわち、第５図は乾きがス
ペースでの限界電流のプラトー特性の−・例を示したも
のである。

この限界電流を１１１１定することによって、基′Ｌｖ
−正木を用いることなく、未知の酸素濃度を検出するこ
とがでさる。

（光明が解決しようどする課題） ところが、電極電圧Ｖおよびヒータ電圧Ｖ。は一定の定
電位であったために、第６図に示ηように酸素センサの
出力特性（Ｊ、酸素濃度に応じて出力値１ｌｌＶ（限界
電流値）のフラン１へ域、特にフラン］・域の始まる点
の電極電圧が移動づるから、ヒータ電圧値を一定にして
雷イ（電圧値を酸素の低濃度側あるいは高濃度側に選定
−りれ（よ、測定誤Ｘが生じる恐れがあった。

また、測定ガス中に水蒸気が存在づると、水蒸気の電気
分解により、限界電流（直が増加して２段のプラトー域
が現われ、このような点ては測定値に誤差が含まれると
いう問題しあった。なＪ３、第６図の実線ぐ示ヅＡ１．
Ａ２．Ａ３．Ａ４は、測定ガスがイれぞれ乾燥状態の空
気、９．８％酸素、０４９６％酸木Ｊ３よび窒素の場合
、点線で示１Ｂ１，８２Ｂ３，８４は、測定ガスがそれ
ぞれ水蒸気を含む空気、９．８％酸素、０．９６％酸素
、窒素のｊ場合を丞す。なお、第７図は湿りガスペース
でのヒータ電圧変化による出力特性図を示し、ヒータ電
ＵＥを人から小に変えた場合のプラト−間始雷１．Ｌｊ
３よひグラ１−−領域ど水蒸気とによる２段目のアラ１
ヘ一の状態を示づ−０ 従来、第８図（Ａ）に示づように、止木濃度変化に対し
て電極電圧およびヒータ電圧を一定に保持していたので
、例えば電極電圧を１．２ボルトに、またヒータ電圧４
・一定電位（基準電位）に設定づると、水分を含んだガ
スの場合、例えば酸素濃度Ｏ％にＪ′３いては、水蒸気
による２段口のプラトー特性になり、また電（ルミ圧を
０．８ボルトに設定規ると、酸素濃度２５９６にｊ５い
ては、フラット域に冷していないために、測定誤差を生
じるという問題があった。

本発明は、上述の点に旭み、従来技術の問題点を有効に
解決し、その構成が簡１１１て、その測定精度が向上し
得る酸素センＶを提供することを目的とづる。

（課題を解決覆るだめの手段） このような目的を達成ヅるために、本発明は、限界電流
の増減に対応してｌｌｂ記ヒーク電圧を連続的に所定の
範囲内ぐ可変ＦＪＪ整づるヒータ電圧調整回路を備える
ことを特徴とでる。

（作用） このような技術手段として、酸素センサの出力信号に対
応して、連続的にヒータ′電圧を可変させる調整回路を
具備Ｊ゛ることにより、測定ガスの酸素濃度が低いとき
には、ヒータ電圧レベルが小さくなり、酸素濃度の増加
と共に、ヒータ電圧レベルが増加して、その測定誤差が
除かれ、測定ｆＩＩｉ度が向上づる。

（実施例） 次に、本発明の実施例を図面に阜づさ、詳細に説明する
。

第１図は本発明の−・実施例の緊略（１′ｑ成図、第２
図は第１図の制罪コニットの出力特性図を示し、同図（
Ａ）は出力調整回路の出力特性、同図（Ｂ）は加算回路
にて同図（Ａ）の出力に加算される定電圧特性、同図（
Ｃ）は加算回路の出力特性である。第１図および第２図
に＋８いて、酸素センサ２０は、センサ部６および１ｉ
ＩＩｉ３１１１ユニット７とから（Ｍ成ｄれる。制御ユ
ニット７は、電極電圧発生回路８、出力調整回路９、加
算回路１０、ヒータ電圧制御回路１１および電圧変換抵
抗１２から構成される、電極電圧発生回路８は、０．８
ボルトないし１．２ボルトの定電圧（水蒸気の影響のな
い層圧）を、センサ部６のセンサ電極２，２間に印加刃
る。

また、電圧変換抵抗１２により、センサ限界電流が、電
圧に変換される。出力調整回路９は、この電圧を電圧ｅ
１に調整する。力映回路１０は、この電圧ｅ１に定電圧
ｅ。を一定の比率で加算し、ヒータ電圧ｅに調整する。

このヒータ電圧ｅは、ヒータ電圧制御回路１１によって
、ｌＳ？素淵度の増減、すなわち限界電流の増減に対応
して、前記ヒータ電圧を連続的に所定の範囲内で可変制
御０され、センサ部６のピーク５間に供給される。

づなわち、この酸素センサ２０は、測定ガス中の酸素濃
度零％ないし２５％の測定範囲に対応して、第８図（８
）に示すように電極電圧が０．８ボルトに固定され、第
２図（Ｃ）に示すようにヒータ電圧ｅが基準電圧１．０
ボルトないしＭ準電圧十加ｒｉ電圧＝１．５ボルトの範
囲で、連続的に増減するように調整されでいる。

このように、酸素ｉ度が低いときには、ヒータ電圧レベ
ルが小さく、酸素濃度の増加に応じて、ヒータ電圧レベ
ルが連続的に増加するように連続調整されるから、この
酸素センサ２０の出力特性ｒある限界電流値のフラット
域、特に酸素濃度の増加に伴い、フラット域が始まる点
の電極電圧が移動ζることおよびガス中に含まれる水蒸
気の電気分解によって限界電流値が増加し、２段のフラ
ット域出力特性を示すことによって生じる測定誤差を除
去ダることができ、その測定精度が向上する。

（発明の効果） 以上に説明づるように、本発明によれば、限界電流の増
減に対応して前記ヒータ電圧を連続的に所定の範囲内で
可変調整するヒータ電圧調整回路を設けることにより、
従来技術の問題点が有効に解決され、酸素濃１炙により
異なるフラット域限界電流出力と水蒸気の電気分解によ
る限界電流のＪけ加を補＃ｉする電圧がヒータに印加さ
れ、その構成が簡単で、しかも測定蹟度が向上する等の
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略構成図、第２図は７ｔ
Ｓ１図の制御ユニットの出力特性図を示し、同図（Ａ）
は出力調整回路の出力特性、同図（Ｂ）は加律回路にて
同図（Ａ＞の出力に加算される定電圧特性、同図（Ｃ）
は和睦・回路の出力特性、第３図はジルコニア酸素はン
サの原理説明図、第４図は第３図による芯木ヒンーリ°
のセンサ部原理説明図、第５図は乾きガスペースでの限
界電流のプラトー特性図、第６図は乾きガスおよび湿り
ガスペースでの酸素センサ出力特性図、第７図は湿りガ
スペースでのヒータ電圧変化による出力特性図、第８図
は酸素濃度と電極電圧およびヒータ電圧印加との関係を
示す説明図で、同図（Ａ）は従来技術におＣブる電極お
よびヒータ電圧の印加を、同図（Ｂ）は本発明における
電極およびヒータ電圧の印加をぞれぞれ示したものであ
る。 ６：センサ部、７：制御ユニット、８：電極電圧発生回
路、９：出力調整回路、１０：加算回路、１１：ヒータ
電圧調整回路、１２：電圧変換抵抗、２０：酸素センサ
。 特許出願人　　　富士電顆株式会社 図面の浄書（内容に変更なし） 第　　１　　図 （Ａ） 第２図 （Ｃ） 第 筒 第 第 図 手 続 ネ市 正 書（方式） １、事件の表示 ２、発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係 住　　所 名　　称 ４、代理人 住　　所 昭和６３年特許願第２７３１２３号 酸素センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）酸素イオンの電導性が良好な固体電解質である安定
   化ジルコニアと、この安定化ジルコニアの両面に設けら
   れた２個の電極と、この電極のいずれか一方を覆い、か
   つ微小拡散穴が設けられた蓋および前記安定化ジルコニ
   アを加熱するヒータとを有し、前記電極間に印加されで
   電極電圧の所定の領域で生ずる限界電流が前記電極周辺
   の酸素濃度に比例する限界電流形酸素センサにおいて、
   前記限界電流の増減に対応して前記ヒータ電圧を連続的
   に所定の範囲内で可変調整するヒータ電圧調整回路を備
   えたことを特徴とする酸素センサ。